構造用大型端面溝の加工精度向上

端面溝入れカッタとブリッジボーリングカッタ本体を組み合わせることで、エンドミルに代わる端面溝入れ専用工具を設計・製造し、大型構造部品の端面溝をボーリング加工に代えて加工します。 CNC両面ボーリング・フライス加工マシニングセンターでのフライス加工。

工程の最適化により、端面溝加工時間が大幅に短縮され、中ぐりフライスマシニングセンタでの大型構造部品の端面溝加工において効率的な加工方法が実現しました。

01 はじめに

エンジニアリング機械の大型構造コンポーネント (図 1 を参照) では、ボックス内に端面の溝が見られるのが一般的です。例えば、図1のGG部の「Ⅰ拡大図」に示す端面溝の具体的な寸法は、内径350mm、外径365mm、溝幅7.5mm、溝深さ10mmです。 4.6mm。

端面溝はシールやその他の機械的機能において重要な役割を果たしているため、高い加工精度と位置精度を達成することが不可欠です[1]。したがって、端面の溝が図面に示されているサイズ要件を確実に満たすように、構造コンポーネントの溶接後処理が必要です。

回転するワークの端面溝は、端面溝切りカッターを備えた旋盤を使用して加工されるのが一般的です。この方法はほとんどの場合に効率的です。
ただし、複雑な形状の大型構造部品の場合、旋盤を使用することは現実的ではありません。このような場合には、ボーリング・フライス加工用マシニングセンタを使用して端面溝を加工します。
図1のワークの加工技術をフライス加工からボーリング加工に最適化・改良し、端面溝加工効率を大幅に向上しました。

02 前面溝加工技術の最適化

図 1 に示す構造部分の材料は SCSiMn2H です。使用した端面溝加工装置は、Siemens 840D sl オペレーティング システムを搭載した CNC 両面ボーリングおよびフライス加工センターです。使用工具はφ6mmエンドミル、冷却方式はオイルミスト冷却です。

端面溝加工技術：φ6mm一体型エンドミルによるスパイラル補間加工（図2参照）。最初に、溝深さ 2 mm を達成するために粗フライス加工が実行され、次に溝深さ 4 mm に達し、溝の精密フライス加工のために 0.6 mm が残ります。荒フライス加工プログラムの詳細を表 1 に示します。精密フライス加工は、プログラム内の切削パラメータとスパイラル補間座標値を調整することによって実現できます。荒加工と仕上げ加工の切削パラメータCNCフライス精度表 2 に概要を示します。

図2 端面溝を切削するスパイラル補間エンドミル加工

表 2 正面溝フライス加工の切削パラメータ

加工技術と手順に基づき、φ6mmエンドミルを使用し幅7.5mmのフェース溝を加工します。スパイラル補間は荒加工の場合は 6 回転、精密加工の場合は 3 回転かかります。大きなスロット径による荒加工には 1 回転あたり約 19 分、精密加工には 1 回転あたり約 14 分かかります。粗加工と精密加工の合計時間は約 156 分です。スパイラル補間スロットミリングの効率は低く、プロセスの最適化と改善の必要性を示しています。

03 端面溝加工技術の最適化

旋盤における端面溝加工は、ワークを回転させながら端面溝切りカッタを軸方向に送りながら加工します。指定された溝深さに達すると、ラジアル送りにより端面溝が広がります。

ボーリング・フライスマシニングセンタでの端面溝加工では、端面溝入れカッタとブリッジボーリングカッタ本体を組み合わせて専用工具を設計できます。この場合、ワークは静止し、専用工具が回転して軸方向送りを行うことで端面溝加工が完了します。この方法をボーリング溝加工といいます。

図3 端面溝入れカッター

図4 旋盤による端面溝の加工原理の模式図

CNC ボーリングおよびフライス加工マシニング センターで機械に固定されたブレードによって加工される機械部品の精度は、一般的に IT7 および IT6 レベルに達します。また、新溝入れ刃は特殊な背角構造で切れ味が良く、切削抵抗と振動を低減します。加工中に発生した切粉はすぐに飛散します。機械加工品表面の品質が向上します。

フライス加工の内穴溝の表面品質は、送り速度や速度などのさまざまな切削パラメータを調整することで制御できます。マシニングセンタによる専用溝切りカッターによる端面溝精度加工により、図面精度の要求に応えます。

3.1 フェース溝加工専用工具の設計

図 5 の設計は、ブリッジボーリングツールに似た、フェース溝を加工するための特別なツールを示しています。この工具は、ブリッジボーリング工具本体、スライダ、および非標準工具ホルダで構成されます。非標準工具ホルダは、工具ホルダ、工具ホルダ、溝入れブレードから構成されます。

ブリッジボーリングツール本体とスライダは標準付属品であり、図 6 に示す非標準ツールホルダのみを設計する必要があります。適切な溝入れブレードのモデルを選択し、端面溝入れツールホルダーに溝入れブレードを取り付け、非標準工具ホルダーをスライダーに取り付け、スライダーを移動して端面溝入れツールの直径を調整します。

図5 端面溝加工専用工具の構造

3.2 専用工具による端面溝加工

端面溝加工用の専用工具を図7に示します。工具設定器を使用し、スライダを動かして適切な溝径に工具を調整します。工具の長さを記録し、機械パネル上の対応するテーブルに工具の直径と長さを入力します。ワークピースをテストし、測定値が正確であることを確認した後、表 3 の加工プログラムに従ってボーリングプロセスを使用します (図 8 を参照)。

CNCプログラムにより溝深さを制御し、端面溝の荒加工を1回のボーリングで完了します。荒加工の後、溝のサイズを測定し、切削パラメータと固定サイクルパラメータを調整して溝を精密にフライス加工します。端面溝ボーリング加工の切削パラメータの詳細を表 4 に示します。端面溝加工時間は約 2 分です。

図7 端面溝加工専用工具

表3 端面溝ボーリング加工

図8 端面溝ボーリング

表4 端面溝ボーリング加工パラメータ

3.3 プロセス最適化後の導入効果

最適化した後、CNC製造プロセスワーク５個の端面溝のボーリング加工検証を連続して実施した。ワークの検査の結果、端面溝加工精度は設計要求を満足しており、検査合格率は100％でした。

測定データを表5に示します。ボックス端面溝20本を長期間バッチ処理して品質検証を行った結果、本方法で加工した端面溝精度が図面要求を満足することを確認しました。

一体型エンドミルに代わる端面溝専用加工工具を使用することで工具剛性を向上させ、切削時間を大幅に短縮します。工程最適化後は、端面溝加工にかかる時間が最適化前に比べて98.7%短縮され、加工効率が大幅に向上しました。

この工具は溝入れ刃が磨耗した場合に交換することができます。一体型エンドミルに比べて低コストで長寿命です。実際の経験によれば、端面溝を加工する方法は広く普及し、採用できることがわかっています。

04 終わり

端面溝入れバイトとブリッジボーリングカッタ本体を組み合わせて、端面溝加工専用工具を設計・製作します。大型構造部品の端面溝は、CNCボーリング＆フライスマシニングセンターでボーリング加工を行います。

この方法は、工具径の調整が可能であり、端面溝加工における高い汎用性と優れた加工性能を備えた革新的かつコスト効率の高い方法です。広範な生産実践の結果、この端面溝加工技術は価値があることが証明されており、ボーリングおよびフライス加工マシニング センターでの同様の構造部品の端面溝加工の参考として役立ちます。

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