CNC工作機械の普及に伴い、ねじ切り加工技術は機械製造業界でますます広く利用されるようになっています。ねじ切り加工は、CNC工作機械の3軸連動機構であり、ねじ切りカッターを用いて螺旋補間加工を行い、ねじ山を形成します。カッターは水平面上で円運動を行い、垂直面上ではねじピッチ分だけ直線的に移動します。ねじ切り加工は、加工効率の高さ、ねじの品質の高さ、工具の汎用性の高さ、加工安全性の高さなど、多くの利点があります。現在、様々な種類のねじ切り工具が使用されています。本稿では、用途特性、工具構造、加工技術の観点から、いくつかの一般的なねじ切りカッターを分析し、紹介します。
1. 一般的な機械クランプ式ねじ切りフライス
クランプ式ねじ切りフライスは、ねじ切り加工で最も一般的に使用されている低コストの工具です。その構造は、通常のクランプ式フライスと似ています。再利用可能なツールホルダーと簡単に交換できるブレードで構成されています。テーパーねじを加工する必要がある場合は、テーパーねじ用の特殊なツールホルダーとブレードを使用することもできます。このブレードには複数のねじ切り歯があります。この工具は、螺旋線に沿って一度に複数のねじ歯を加工できます。たとえば、5つの2mmねじ切り歯を持つフライスを1つ使用すると、螺旋線に沿ってねじ深さ10mmの5つのねじ歯を加工できます。加工効率をさらに向上させるには、多刃式クランプねじ切りフライスを使用できます。切削刃の数を増やすことで送り速度を大幅に向上させることができますが、円周上に分布する各ブレード間の半径方向および軸方向の位置決め誤差がねじ加工精度に影響します。多刃式マシンクランプねじ切りカッターのねじ精度に満足できない場合は、1枚の刃のみを取り付けて加工することもできます。マシンクランプねじ切りカッターを選択する際は、加工するねじの直径と深さ、ワークピースの材質などの要素に応じて、シャンクの直径を大きくして（ツールの剛性を向上させるため）、適切な刃の材質を選択するようにしてください。クランプ式ねじ切りカッターのねじ加工深さは、ツールホルダの有効切削深さによって決まります。刃の長さはツールバーの有効切削深さよりも短いため、加工するねじの深さが刃の長さよりも大きい場合は、層状に加工する必要があります。
2. 一般的な一体型ねじ切りフライス
一体型ねじ切りカッターは、主に超硬合金で作られており、一部はコーティングされています。一体型ねじ切りカッターはコンパクトな構造で、中径および小径のねじの加工に適しています。テーパーねじの加工用の一体型ねじ切りカッターもあります。この種の工具は剛性が高く、特に螺旋溝付きの一体型ねじ切りカッターは、高硬度材料を加工する際に切削負荷を効果的に低減し、加工効率を向上させることができます。一体型ねじ切りカッターの刃先はねじ加工歯で覆われており、螺旋線に沿って1週間でねじ加工全体を完了できます。クランプ型工具のように層状に加工する必要がないため、加工効率は高くなりますが、価格は比較的高価です。
3. 面取り機能付き一体型ねじ切りフライス
面取り機能付き一体型ねじ切りカッターの構造は、通常の一体型ねじ切りカッターの構造と似ていますが、切削刃の根元（または先端）に特殊な面取りエッジがあり、ねじ加工と同時にねじ端面取りを行うことができます。面取りには3つの方法があります。工具径が十分に大きい場合、面取りエッジを直接使用して面取りを行うことができます。この方法は、内ねじ穴の面取りに限定されます。工具径が小さい場合、面取りエッジを使用して円運動で面取りを行うことができます。ただし、切削刃の根元の面取りを使用して面取りを行う場合は、工具の切削部とねじの間のクリアランスに注意して干渉を避けてください。加工されたねじ深さが工具の有効切削長よりも小さい場合、工具は面取り機能を実現できません。したがって、工具を選択する際には、有効切削長とねじ深さが一致していることを確認してください。
4 ねじ穴あけ・フライス加工用カッター
ねじ穴あけフライスカッターは超硬合金製で、小径から中径の内ねじ加工に効率的な加工工具です。ねじ穴あけフライスカッターは、ねじ底穴の穴あけ、穴の面取り、内ねじ加工を一度に完了できるため、使用する工具の数を減らすことができます。しかし、この工具の欠点は汎用性が低く、価格が比較的高いことです。この工具は、ヘッドの穴あけ部、中央のねじフライス部、切削刃の根元の面取りエッジの 3 つの部分で構成されています。穴あけ部の直径は、この工具で加工できるねじの底径です。穴あけ部の直径に制限されるため、ねじ穴あけフライスカッターは 1 つの仕様の内ねじしか加工できません。ねじ切り加工用カッターやフライスを選定する際には、加工するねじ穴の仕様だけでなく、工具の有効加工長さと加工穴の深さとの適合性も考慮する必要があります。そうでないと、面取り機能を実現できません。
5 スレッドオーガフライス
ねじ切りオーガフライスも、内ねじを効率的に加工するための超硬ソリッドツールであり、底穴とねじを同時に加工することもできます。ツールの先端にはエンドミルのような切削刃があります。ねじのねじ山角は大きくないため、ツールが螺旋運動をしてねじを加工する際、先端の切削刃が最初にワークピース材料を切削して底穴を形成し、その後、ツールの背面からねじを加工します。一部のねじ切りオーガフライスには面取り刃もあり、穴の面取りを同時に加工できます。このツールは加工効率が高く、ねじ穴加工フライスよりも汎用性に優れています。このツールで加工できる内ねじの開口範囲はD～2D（Dはカッター本体の直径）です。
6. 深ねじ切りフライス
深ねじフライスとは、単歯のねじフライスです。一般的なねじフライスは、切削刃に複数のねじ加工用歯を備えています。工具と工作物の接触面積が大きいため、切削力も大きくなり、内ねじ加工時には工具径がねじ穴径よりも小さくなければなりません。カッター本体の直径が制限されるため、カッターの剛性に影響し、ねじ加工時にカッターが片側に押し付けられるため、深ねじ加工時に工具が脱落しやすく、ねじ加工精度に影響します。そのため、一般的なねじフライスの有効切削深さは、刃本体径の約2倍程度です。単歯深ねじフライスを使用することで、上記の欠点をより効果的に克服できます。切削力が低減されるため、ねじ加工深さを大幅に増やすことができ、工具の有効切削深さは刃本体径の3～4倍に達します。
7 ねじ切りフライス工具システム
ねじ切りフライスにおいて、汎用性と効率性は大きな矛盾点です。ねじ穴あけフライスなどの複合機能を持つ工具は加工効率は高いものの汎用性に欠け、汎用性の高い工具は効率性が低い場合が多いのです。この問題を解決するため、多くの工具メーカーはモジュール式のねじ切りフライス工具システムを開発してきました。この工具システムは一般的に、工具ホルダ、座ぐり面取り刃、および汎用ねじ切りフライスで構成されています。加工要件に応じて、異なるタイプの座ぐり面取り刃とねじ切りフライスを選択できます。この工具システムは汎用性と加工効率に優れていますが、工具コストは比較的高くなります。
上記では、一般的に使用されるいくつかのねじ切りフライス工具の機能と特性について簡単に説明しました。ねじ切り加工においては冷却も非常に重要です。内部冷却機能を備えた工作機械や工具の使用をお勧めします。工具が高速回転すると、遠心力の影響で外部クーラントが入り込みにくくなるためです。工具を十分に冷却できる内部冷却方式に加え、止まり穴ねじ加工時には高圧クーラントによる切りくず排出がより重要になります。特に、小径の内ねじ穴加工時には、より高い内部冷却圧力が必要となります。これにより、切りくずのスムーズな排出が確保されます。また、ねじ切りフライス工具を選定する際には、生産ロット、ねじ穴数、被削材、ねじ精度、寸法仕様など、具体的な加工要件を総合的に考慮し、適切な工具を選定する必要があります。
投稿日時：2021年11月30日
