CNC加工において、工具寿命とは、加工開始から工具先端が摩耗するまでの全工程において、工具先端がワークピースを切削する時間、または切削工程におけるワークピース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可能か？
工具寿命はわずか15～20分ですが、工具寿命をさらに延ばすことは可能でしょうか？もちろん、工具寿命は容易に延ばすことができますが、そのためにはライン速度を犠牲にする必要があります。ライン速度が低いほど、工具寿命の伸びは顕著になります（ただし、ライン速度が低すぎると加工中に振動が発生し、工具寿命が短くなります）。
2. 工具寿命を延ばすことには、何か実用的な意義があるのでしょうか？
加工対象物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。ライン速度が低下し、工具寿命が延びたとしても、加工対象物の加工時間も増加するため、工具で加工できる加工対象物の数は必ずしも増加するとは限らず、加工対象物の加工コストは増加する。
正しく理解する必要があるのは、工具寿命を最大限に確保しつつ、加工対象物の数をできる限り増やすことが理にかなっているということである。
3. 工具寿命に影響を与える要因
1. 線路速度
線速度は工具寿命に最も大きな影響を与えます。線速度がサンプルで指定された線速度の 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 にまで低下します。工具の寿命を延ばすには、加工する各ワークピースの材質、状態、および選択した工具の線速度範囲を知る必要があります。各メーカーの切削工具は線速度が異なります。メーカーから提供された関連サンプルから事前に調査し、加工中の特定の条件に応じて調整することで、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のデータは一致しません。荒加工は主にマージンを除去することに重点を置いており、線速度は低くする必要があります。仕上げ加工の主な目的は寸法精度と粗さを確保することであり、線速度は高くする必要があります。
2. 切削深さ
切削深さが工具寿命に及ぼす影響は、線速度ほど大きくはありません。溝の種類ごとに、切削深さの範囲は比較的広くなっています。荒加工では、切削深さをできるだけ大きくして、最大の切削量除去率を確保する必要があります。仕上げ加工では、ワークピースの寸法精度と表面品質を確保するために、切削深さをできるだけ小さくする必要があります。ただし、切削深さは形状の切削範囲を超えてはなりません。切削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。切削深さが小さすぎると、工具はワークピースの表面を削ったり押し付けたりするだけで、逃げ面に深刻な摩耗が生じ、工具寿命が短くなります。
3. 餌を与える
送り速度は、切削速度や切削深さに比べて工具寿命への影響は最も小さいものの、加工物の表面品質への影響は最も大きい。荒加工では送り速度を上げると切削屑の除去率が向上し、仕上げ加工では送り速度を下げると加工物の表面粗さが増加する。表面粗さが許容範囲内であれば、送り速度を可能な限り上げることで加工効率を向上させることができる。
4. 振動
3つの主要な切削要素に加えて、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、工作物の剛性、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、ツールバーの突き出し長さなど多岐にわたりますが、主な原因は、加工中に切削力に耐えるだけのシステムの剛性が不足しているため、加工中に工作物表面で工具が常に振動することです。振動を排除または低減するには、総合的に考慮する必要があります。工作物表面での工具の振動は、通常の切削ではなく、工具と工作物の間の絶え間ない衝突と理解できます。これにより、工具先端に微細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加します。大きくなればなるほど振動はさらに悪化し、ひいては亀裂や欠けの程度がさらに増加し、工具寿命が大幅に低下します。
5. 刃の材質
加工対象物を加工する際には、主に加工対象物の材質、熱処理要件、および加工が中断されるかどうかを考慮します。例えば、鋼材加工用の刃と鋳鉄加工用の刃、加工硬度がHB215とHRC62の刃は必ずしも同じではありません。断続加工用と連続加工用の刃も同じではありません。鋼材加工には鋼材用刃、鋳物加工には鋳物用刃、焼入れ鋼加工にはCBN刃などを使用します。同じ加工対象物でも、連続加工の場合は硬度の高い刃を使用することで、加工対象物の切削速度を上げ、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、靭性の高い刃を使用することで、チッピングなどの異常摩耗を効果的に減らし、工具の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ない場合、刃の温度は低下します。そのため、刃は常に高温状態にあり、熱によって膨張と収縮を繰り返すことで、刃に小さな亀裂が生じます。刃を最初の刃先で加工している間は工具寿命は正常ですが、刃の使用頻度が高くなるにつれて、亀裂が他の刃にも広がり、他の刃の寿命も短くなります。
投稿日時：2021年3月10日
