CNC加工において、工具寿命とは、加工開始から工具先端が削り取られるまでの全工程において工具先端がワークを切削する時間、または切削工程中のワーク表面の実際の長さを指します。
1. 工具寿命を延ばすことはできますか？
工具寿命はわずか15～20分ですが、工具寿命をさらに向上させることはできますか？もちろん、工具寿命は簡単に向上させることができますが、それはライン速度を犠牲にすることを前提としています。ライン速度が低いほど、工具寿命の延長効果は顕著になります（ただし、ライン速度が低すぎると加工中に振動が発生し、工具寿命が低下します）。
2. 工具寿命を延ばすことに実際的な意義はありますか?
ワークの加工コストにおいて、工具コストの割合は非常に小さいです。ライン速度が低下し、工具寿命が延びてもワークの加工時間も長くなると、工具で加工できるワークの数は必ずしも増加せず、ワークの加工コストが増加します。
正しく理解する必要があるのは、工具寿命を可能な限り確保しながら、ワークの数を可能な限り増やすことに意味があるということです。
3. 工具寿命に影響を与える要因
1. 回線速度
線速度は工具寿命に最も大きな影響を与えます。サンプルの線速度が指定線速度の20％を超えると、工具寿命は元の1/2に短縮されます。50％に増加すると、工具寿命は元の1/5にしかなりません。工具の寿命を延ばすには、加工するワークの材質、状態、選択した工具の線速度範囲を知る必要があります。各社の切削工具は線速度が異なります。各社が提供する関連サンプルから予備調査を行い、加工中の具体的な条件に合わせて調整することで、理想的な効果を得ることができます。荒加工と仕上げ加工の線速度データは一致していません。荒加工は主にマージン除去に重点を置き、線速度は低くする必要があります。仕上げ加工は寸法精度と粗さを確保することが主な目的で、線速度は高くする必要があります。
2. 切削深さ
切込み深さが工具寿命に与える影響は、線速度ほど大きくありません。各溝タイプは比較的広い切込み深さ範囲を持っています。荒加工では、最大のマージン除去率を確保するために、切込み深さを可能な限り大きくする必要があります。仕上げ加工では、ワークの寸法精度と表面品質を確保するために、切込み深さを可能な限り小さくする必要があります。ただし、切込み深さは形状の切削範囲を超えることはできません。切込み深さが大きすぎると、工具が切削力に耐えられず、工具の欠けが発生します。切込み深さが小さすぎると、工具がワークの表面を削ったり圧迫したりするだけで、逃げ面に深刻な摩耗を引き起こし、工具寿命が低下します。
3. フィード
送りは、ライン速度や切込み深さと比較して、工具寿命への影響は最も小さいですが、ワークの表面品質への影響は最も大きくなります。荒加工では、送りを上げることでマージン除去率を高めることができます。一方、仕上げ加工では、送りを下げることでワークの表面粗さを増大させることができます。粗さが許容できる場合は、送りを可能な限り大きくすることで加工効率を向上させることができます。
4. 振動
3大切削要素に加えて、振動は工具寿命に最も大きな影響を与える要因です。振動の原因は、工作機械の剛性、工具の剛性、ワークの剛性、切削パラメータ、工具形状、工具先端の円弧半径、刃の逃げ角、工具の突出し伸びなど、多岐にわたりますが、主な原因は、システムが剛性不足で抵抗できないことです。加工中の切削力は、加工中に工具がワーク表面で常に振動することにつながります。振動を排除または低減するには、総合的に検討する必要があります。ワーク表面での工具の振動は、正常な切削ではなく、工具とワークの間で常にぶつかっているものと理解できます。これにより、工具の先端に小さな亀裂や欠けが生じ、これらの亀裂や欠けによって切削力が増大します。大きいほど、振動がさらに悪化し、ひび割れや欠けの程度がさらに大きくなり、工具寿命が大幅に低下します。
5. 刃の材質
ワークを加工する際には、ワークの材質、熱処理条件、加工の中断の有無などを主に考慮します。例えば、鋼部品加工用ブレードと鋳鉄加工用ブレード、加工硬度HB215とHRC62のブレードは必ずしも同じではありません。断続加工用ブレードと連続加工用ブレードも同じではありません。鋼ブレードは鋼部品の加工に、鋳造ブレードは鋳物の加工に、CBNブレードは焼入れ鋼の加工に使用します。同じワーク材質でも、連続加工の場合は硬度の高いブレードを使用することで、ワークの切削速度を上げ、工具先端の摩耗を減らし、加工時間を短縮できます。断続加工の場合は、靭性に優れたブレードを使用します。チッピングなどの異常摩耗を効果的に低減し、工具寿命を延ばすことができます。
6. 刃の使用回数
工具の使用中は大量の熱が発生し、刃の温度が大幅に上昇します。加工や冷却水による冷却が行われていない場合、刃の温度は低下します。そのため、刃は常に高温域にあり、熱によって膨張と収縮を繰り返し、刃に小さな亀裂が生じます。最初の刃先で加工した刃の寿命は正常ですが、刃の使用が増えるにつれて、亀裂は他の刃に広がり、結果として他の刃の寿命も低下します。
投稿日時: 2021年3月10日
