部品が円形の場合、通常は旋盤を使うのが最も手っ取り早い方法です。. CNC旋盤加工 ワークピースを回転させながら、固定された切削工具で成形を行うもので、これは工具が回転し、ワークピースが静止しているフライス加工とは逆の仕組みです。この一点の違いによって、シャフト、ブッシュ、ピン、ねじ部のある部品にどの加工法が最適かが決まります。.
CNC旋盤加工とは？ #
CNC旋盤加工は、回転対称性を持つ部品に対する切削加工です。 棒材やビレットをチャックやコレットで固定し、高速で回転させながら、単点切削工具を部品に沿って移動させて材料を削り取ります。すべての形状が1本の中心線を中心に形成されるため、旋盤加工された部品は真円度が高く、同心度も良好で、1個目から1,000個目まで一貫した精度が得られます。.
代表的な旋盤加工品には、シャフト、車軸、スペーサー、ブッシュ、継手、バルブボディ、ねじ込み式コネクタなどがあります。部品の形状が変わることなく中心軸を中心に回転させることができる場合、旋盤加工はほぼ常に最初に検討すべき加工方法です。.
CNC旋盤の仕組み #
この工程はCADモデルから始まり、それがスピンドル回転数、送り速度、工具位置を制御するCNCプログラムに変換されます。ワークをクランプし、プログラムによって荒加工が行われて材料の大部分が除去された後、仕上げ加工によって直径、端面、ねじ山が最終的な寸法と表面仕上げに仕上げられます。.
作業の大部分は2つの軸によって行われます。Z軸はスピンドルの中心線と平行に動き、長さを制御し、X軸はそれに垂直に動き、直径を制御します。クーラントは熱を制御し、切りくずを除去します。また、部品が機械から取り出される前に、検査を行い、重要な直径が図面と一致していることを確認します。.
旋削とフライス加工の比較概要 #
| 特徴 | CNC旋盤加工 | CNCフライス加工 |
|---|---|---|
| 何が動くのか | ワークが回転し、工具は静止したまま | 工具が回転し、ワークは静止したまま |
| 最適な部品形状 | 円形、円筒形、軸対称 | 平面、角柱状、複雑な3D形状 |
| 代表的な部品 | 軸、ピン、ブッシュ、ねじ | ハウジング、ブラケット、プレート、ポケット |
| 中心からずれた穴や平らな部分 | ミル・ターン加工、または2回目のセットアップが必要 | スタンダード |
多くの実際の部品では、この2つの加工工程の両方が必要となります。例えば、平らな面や貫通穴がフライス加工された円筒形の部品は、通常、まず旋盤加工を行い、次にフライス加工を行うか、あるいはミルターン機を用いて1回のセットアップで加工されます。.
一般的な旋削加工 #
面取り加工では、軸に対して直角な平らな端面を削り出し、直線旋削では全長にわたって外径を削り落とします。中ぐり加工は既存の穴を内側から拡大する一方、穴あけ加工は中心線に沿って穴を開けます。各工程では異なるインサートと工具経路が使用されますが、いずれも回転する同じワークピースを切削します。.
ねじ切りは内ねじや外ねじを切削し、溝切りはシールやスナップリング用の細い溝を削り出し、切断は棒材から完成品を切り離します。ローレット加工は、切削ではなく、把持面に凹凸のある模様を押し付けます。これらの加工を組み合わせることで、旋盤加工品に見られるほぼすべての形状をカバーすることができます。.
CNC旋盤の種類 #
標準的な2軸旋盤であれば、ほとんどの旋削部品に対応可能です。1回のセットアップで、端面加工、旋削、中ぐり、穴あけ、ねじ切りを行うことができます。これはシャフトや継手などの加工において主力となる選択肢であり、部品に偏心した形状がない場合、通常は最も費用対効果の高い選択肢となります。.
ミル・ターン加工機には駆動工具が搭載されているため、回転する工具が横穴の穴あけや平面のフライス加工を行う間、スピンドルを停止させて位置決めを行うことができ、ワークを別の機械に移す必要がありません。スイス型旋盤は、切削点に近い位置にガイドブッシングを配置することで、小型で細長いワークを支持することができ、医療や電子機器分野の微細な精密部品に適しています。.
CNC旋盤用素材 #
旋削は、フライス加工と同じ種類の材料に適しています。一般的な金属としては、 アルミニウム合金 6061や7075など、, ステンレス鋼 304および316グレード、, 真鍮, 、銅、および チタン合金 Ti-6Al-4Vなどです。ABS、POM（デルリン）、ナイロン、PEEK、アクリル、ポリカーボネートなどのプラスチックも、工具や回転数が材料に適していれば、良好に旋削できます。.
材料の選択は、多くの設計者が予想する以上にコストに影響を与えます。切削性の良い真鍮や6061アルミニウムは加工が迅速に進みますが、チタンや焼入れ鋼は切削速度が遅く、工具の摩耗が早く、1個あたりのコストも高くなります。複数の材料が設計要件を満たしている場合、通常、加工が最も容易な材料が、旋盤加工において最も安価になります。.
公差および表面仕上げ #
業界の一般的な指針として、旋削加工の標準公差は±0.05 mm程度であり、セットアップや材料の条件が許す場合、仕上げ加工では直径方向の公差を約±0.025 mmまで狭めることができます。 直径はX軸によって制御され、通常は公差を良好に維持できますが、Z軸方向の長さについては、長時間の加工中に工具オフセットや熱膨張が累積するため、公差を維持するのが困難です。.
Tuowei社は、高精度用途向けのCNC加工部品について、公差を±0.005 mmまで厳格に管理しています。標準的な精密加工では、形状や材質にもよりますが、通常±0.05 mm以上の精度が確保されており、重要寸法はCMM装置を用いて検証されています。 表面仕上げは、送り速度、インサートの先端半径、および剛性によって決まります。仕上げ加工を行うとより滑らかな表面が得られますが、シール面以外の表面については標準的な生産加工で十分であり、サイクルタイムの短縮にもつながります。.
旋盤加工部品の設計のコツ #
重要な箇所にのみ、厳しい公差を指定する #
公差を厳しく設定すると、時間と検査の手間がかかるため、嵌合、シール性、または機能に影響を与える部位にのみ適用してください。ベアリング座やねじのピッチ径には厳しい公差を指定すべきですが、重要度の低い外形長さには通常、厳格な公差は不要です。部品のその他の部分には緩やかな公差を設定することで、性能を損なうことなくコストを抑えることができます。.
壁と長さは妥当な範囲に保つ #
一般的な目安として、金属の場合は肉厚を少なくとも0.8 mm、プラスチックの場合は1.5 mm以上にするよう心がけてください。肉厚が薄いと、チャックの圧力によってたわんだり振動したりして、形状が崩れてしまうからです。 長さ対直径の比率は、可能な限り10:1未満に抑えてください。長すぎる部品はテールストックやステディレストによる支持が必要となり、たわみが生じ、長さ方向にテーパーとして現れるためです。.
単なる形状だけでなく、工具そのものを考慮した設計 #
切削インサートにはすべて先端半径があるため、鋭い内角は加工できません。そのため、標準的な工具で加工可能な小さなフィレット半径を指定してください。 ねじ山については、完全に噛み合うのに十分な長さに加え、肩部での振れクリアランスを確保し、特殊な工具を必要とする深く狭い溝は避けてください。図面に、どの面が外観用で、どの面が機能用であるかを簡潔に明記しておくと、加工担当者が適切な仕上げ加工を選択するのに役立ちます。.
旋盤加工を選ぶべき場合と、そうでない場合 #
部品が円形である場合、同心形状を持つ場合、あるいは1つの軸を中心にねじ、穴、テーパー加工が必要な場合は、旋盤加工を選択してください。旋盤加工は加工速度が速く、再現性が高く、シャフト、コネクタ、継手などの試作および量産の両方に適しています。.
プリズム形状の部品を旋盤に無理に加工しようとしないでください。小さな丸い突起しか持たない長方形のハウジングは、通常、フライス盤で加工した方がより迅速かつ再現性高く仕上がります。また、中心からずれた穴やポケットが多数ある部品は、フライス盤またはフライス・旋盤複合機で加工すべきです。最初の加工工程を適切に選択することは、部品全体の設計において最もコスト効率の良い判断となります。.
よくある質問 #
CNC旋盤加工はどのような用途に使われますか？ #
CNC旋盤加工は、シャフト、ピン、ブッシュ、スペーサー、継手、ねじ付きコネクタなど、回転対称性を持つ円形部品の加工に用いられます。試作から量産まで幅広く対応しており、外径、内径、ねじ山が1本の中心線に対して同心でなければならない場合、標準的な加工方法として採用されます。.
CNC旋盤加工とCNCフライス加工の違いは何ですか？ #
旋削では、被削材が回転し、切削工具は静止したままであり、円筒形の部品の加工に適しています。フライス加工では、切削工具が回転し、被削材は静止したままであり、平面や複雑な三次元形状の加工に適しています。多くの部品では、まず旋削を行い、次にフライス加工を行うというように、両方の加工法が併用されています。.
CNC旋盤加工の公差は、どの程度厳密に設定できるのでしょうか？ #
標準的な旋削公差は一般的に±0.05 mm程度であり、適切な直径の部品では仕上げ加工で±0.025 mm程度まで達します。Tuowei社は、高精度加工向けのCNC加工部品について、公差を±0.005 mmまで厳格に管理しており、重要寸法はCMM装置を用いて検査されています。.
CNC旋盤加工が可能な材料にはどのようなものがありますか？ #
アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、銅、チタン、ABS、POM、ナイロン、PEEKなど、ほとんどの工業用金属およびプラスチックは旋削加工が可能です。被削性は素材によって大きく異なるため、真鍮や6061アルミニウムなどの快削材は、チタンや焼入れ鋼に比べて、通常、旋削加工コストが安くなります。.
CNC旋盤加工は試作に適していますか？ #
はい。旋削加工には金型や特別な工具が不要なので、1つの プロトタイプ CADモデルや図面から直接作成することができます。そのため、大量生産に移行する前に、適合性や機能性を迅速に検証することができます。.
高精度加工に関する概要については、以下を参照してください。 精密加工とは何か？ 「Tuoweiナレッジベース」を参照してください。また、旋削後の仕上げ方法については、 表面仕上げ サービスページ。.
