ミーリング加工とは?|精度の高いミーリング加工のポイント

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ミーリング加工(フライス加工)は、固定したワークを回転工具で切削する加工法です。一般的にミーリング加工には、マシニングセンタやフライス盤などの工作機械が使われます。 この記事ではミーリング加工で発生する課題と、精度の高いミーリング加工を実現するために押さえておきたいポイントを解説します。

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ミーリング加工で発生する課題

ミーリング加工では、ビビりによる加工不良や工具寿命が課題になります。また、加工時の段取りのバラツキによる品質のムラにも注意が必要です。

ビビりによる加工不良が発生

ビビりが発生することで、仕上げ面の劣化に加えて、工具の折損や機械の破損につながる恐れがあります。 ミーリング加工で生じるビビりは、主に「自励(じれい)ビビり」と「強制ビビり」に分類できます。 自励ビビりは、切削加工の最中に切削抵抗の変化により発生した振動が元になり発生する振動です。 強制ビビりは、工作機械自体のサーボモータや外部の振動が起点となり発生します。

工具寿命がもたない

ミーリング加工では、切削工具の刃先に大きな負荷がかかります。そのため他の加工方法に比べて刃先の摩耗が早く、連続加工の場合には工具状態を把握しながら行うことが重要です。摩耗が進んだ工具を使用し続けると、工具の破損や加工精度の低下につながります。

段取りのバラツキによる品質のムラが発生

ワークの段取り回数が多いミーリング加工では、段取り時の作業のバラツキにより、品質のムラが発生します。またワークを固定する治具やホルダに切粉が付着することで、ワーク取り付け時の位置ずれが発生し、加工精度が低下することもあります。

ミーリング加工の課題別対策

ミーリング加工をする際に想定される課題について、その対策を課題別に紹介します。

ビビりを抑制するために

ビビりの発生要因は複合的に絡み合っている場合があります。そのためビビりを抑制するためには、さまざまな観点で対策を検討する必要があります。

切削条件及び切り込み量を調整する

ビビりが発生する要因のひとつとして、切削抵抗があげられます。ビビりの抑制には、切り込み量・送り速度などの切削条件を調整することが効果的です。 切削時の送り速度や切り込み量を抑えることで、切削抵抗を小さくでき、ビビりの発生を抑制することができます。 最適な切削条件は、ワークの形状や材質、切削工具の種類によって異なりますが、切削速度が低下することで生産効率が低下してしまうため、バランスを取りながら調整することが重要です。

突き出しの短い工具を使用する

ミーリング加工時の振動を抑えるためには、突き出しの短い工具の使用が最適です。また工具自体のたわみも抑制できるため、ビビりの抑制に効果的です。 突き出しが長い工具の場合、振動が増幅しやすくなり、ビビりが発生しやすくなるため注意が必要です。

同時切削刃をできるだけ少なくする

ワークに同時に当たる刃の数を少なくすることで、ワークと工具の間に生じる切削抵抗を減らすことが可能です。また刃と刃の間隔が広がるため、切粉の排出性向上も期待できます。 一方で、同時切削刃の数を減らすことで、加工効率や工具寿命が低下するため、状況に応じてバランスが重要です。

剛性の高いホルダを採用する

振動の抑制には工具の突き出しを短くすることも効果的ですが、ワークの形状やアプローチの制約で突き出しを短くできない場合があります。そのような場合には、剛性の高いホルダを使用することで、ビビりを抑制できます。 金型加工など、負荷の高い切削を行う場合には、主軸やシャンク周りの剛性も考慮する必要があります。

工具の寿命改善のために

切削工具の寿命を改善するためには、ダウンカットの採用や断続加工の回避、耐摩耗性の高いコーティングを施した工具の使用などがあげられます。

ダウンカットを採用する

工具の回転方向とワークの移動方向を同じにする「ダウンカット」を採用することで、実質的に切削の長さを短くすることができます。これにより刃先への負担が低減でき、工具の寿命を改善することができます。

断続加工を回避する

ワークと工具が断続的に接する加工状態を「断続加工」とよびます。 断続加工による切り込みは、切削工具に大きな負荷がかかるため、断続加工を回避し連続的な加工を行うことで、工具の寿命を改善することができます。

耐摩耗性のコーティングを採用する

切削工具の摩耗を抑制するためには、耐摩耗性の高いコーディングを採用するのが効果的です。 同じ条件で切削を行う場合でも、一回当たりの摩耗量を低減することで、工具の寿命を改善することができます。

段取りのバラツキによる品質のムラを防止するために

工具のセッティングにばらつきが生じる場合、工具にかかる負荷が変わり切削条件が同じでも品質がばらつくケースがあります。 特にミーリング加工においては、突き出しが長い工具の場合、振動が増幅しやすく、製品の品質にばらつきが生じるリスクが増します。オペレーターが工具セッティングを行う際、加工時のホルダとワークの干渉を気にするがあまりに工具長にばらつきが生じ、その結果、品質にばらつきが生じると言ったことが考えられます。

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工具の突き出し量を可能な限り短くし、工程ごとの突き出し量を均一にするように現場へ指示を行う等して、オペレーションの徹底を図ることで、工具剛性を向上し、切削条件や加工精度の向上が期待できます。一般に工具長が2倍になれば剛性が1/8になると言われています。

また、治具やホルダに切粉が噛み込まないように、エアー等で清掃を行うことも重要です。切粉が噛んだ状態でクランプを行うと、工具が正常にクランプされず加工時に製品の品質を損ねてしまう可能性が高く、工具の剛性も落ちるため、工具の寿命も短くなってしまうので、この点についても注意しましょう。

ミーリング加工のポイント

ミーリング加工では、切削箇所に応じてエンドミルを使い分けることが重要です。よく使われるエンドミルには、下記のような種類があります。

フラットエンドミル

フラットエンドミルは、刃先の先端が平坦で、汎用性が高いエンドミルです。 平面、側面、段差、溝加工など幅広く対応できます。

ラジアスエンドミル

ラジアスエンドミルは、刃先の先端に丸みがあり、強度が高い点が特徴です。 曲面加工や金型加工を得意とします。

ボールエンドミル

ボールエンドミルは、刃先の先端が球状で、切削抵抗が少なく金型加工や5軸加工に採用されます。

ラフィングエンドミル

ラフィングエンドミルは、切粉の排出性がいいため、荒加工に用いられます。

ミーリング加工とは?まとめ

この記事ではミーリング加工で発生する課題と、精度の高いミーリング加工のための押さえておきたいポイントについて解説しました。
切削加工のなかでも基本的な加工のミーリング加工ですが、ビビりや品質のムラを抑えながら高効率の加工を実現するためには、工具や切削条件の使い分けが重要になります。

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