切削｜削り取る加工方法

切削

切削とは、ドリルやエンドミルのような工具を工作物に当てて、不要な箇所を削り取る加工方法で、必要な形状や寸法に仕上げる加工方法である。旋盤やフライス盤などの工作機械を使って行われ、材料を回転させたり、工具を移動させたりすることで、不要な部分を除去し、設計に基づいた形状に成形する。高い寸法精度が得られ、 なめらかな表面加工ができるが、加工に時間がかかり、コストも高い。切削に使われる機械材料は鉄鋼、アルミニウムと、プラスチック、セラミックス、木材などが使われる。

切削の原理

切削はバイトやドリル、エンドミルなどの工具の刃が工作物の表面を削り取ることで形が作られる。工具の接触に伴い加工表面に変形が生じて、破断により工作物から切り離される。工具には「すくい面」と「逃げ面」 があり、すくい面は切りくずをスムーズに流し、 逃げ面は工作物との摩擦を少なくする。

切削条件と精度

切削の精度は、切削条件によって大きく左右される。切削条件とは、主に「切削速度」「送り速度」「切り込み深さ」などを指し、これらのパラメータを適切に設定することで、加工精度や工具寿命が決まる。切削速度は、工具が材料を削る際の速度であり、適切な速度を設定することで仕上がりの品質を向上させることができる。送り速度は、工具の進む速度を指し、速すぎると表面が粗くなり、遅すぎると加工に時間がかかる。切り込み深さは、材料からどの程度削り取るかを示し、深すぎると工具に過剰な負担がかかるため、適切なバランスが必要である。

切削の機械

切削には、さまざまな工作機械が使用される。代表的なものとして「旋盤」「フライス盤」「マシニングセンタ」などがある。旋盤は、材料を回転させて切削する機械で、円筒形の部品を作るのに適している。フライス盤は、回転する工具を材料に対して移動させることで平面や溝を加工する機械であり、平面加工や複雑な形状の加工に用いられる。マシニングセンタは、複数の切削工具を用いて自動的に加工を行う多軸加工機であり、複雑な形状や高精度の部品の製造に適している。これらの工作機械は、コンピュータ制御（CNC）によって高度な精度で加工が行われることが多く、現代の製造業において不可欠な技術となっている。

切削の種類

切削にはいくつかの種類があり、主に使用する工作機械や加工方法によって分類される。代表的な切削方法には、「旋削」「フライス加工」などがある。旋削は、材料を旋盤で回転させながらバイトと呼ばれる工具を使って表面を削る方法で、円筒形状の部品を製作する際に用いられる。フライス加工は、フライス盤を用いて工具を回転させ、材料の平面や曲面を削る方法で、複雑な形状の加工に適している。

切削の種類の一覧

旋盤加工 丸材料を削るのに長けた加工で回転させバイトで丸形状に削る
フライス加工 角形状の材料をエンドミルで削っていく
穴あけ加工 ドリルで穴を空けてタップでめねじを作る
研削加工 表面を無数の微小な切れ刃がある砥石で仕上げる
研磨加工 研磨剤を用いて磨いて1μmレベルで平面の状態を仕上げていく
NC加工 旋盤加工、フライス加工、穴あけ加工を全自動で行う加工である

切削工具

切削で使用される工具は、下記のようなものがある。切削物には、工具の形状がそのまま工作物に移るため、工具の精度や形状が重要な要因となる。工具がドリルやエンドミルのような円柱のものは、切削物にもRがつく。高精度や状態のよい表面性状を求めるときは、精度の高い工具が必要である。

加工方法 工具
旋盤加工 バイト
フライス加工 ドリル、エンドミル
穴あけ加工 ドリル、センタドリル、リーマ
ねじ加工 タップ、ダイス
きさげ加工 スクレーパ
切削工具の条件

切削による工具は、硬度、粘り強さ、耐熱性、耐摩耗性、低コストがあげられる。機械材料を加工するためには、より高い硬度が求められるが、硬度が高ければ高くなるほど、もろくなるため、それらを両立しなければならない。また、材料と摩擦で機械材料を削り取るため、発熱を伴う。高温になると工具も低下する。さらに工具を使っていると工具は摩耗・消耗するため、安価で入手性の高いものが求められる。

切削工具の材料

切削工具には、下記の材料が求められる。

工具材の種類 特徴
炭素工具鋼と合金工具鋼 安価な汎用材料だが、温度に弱く、炭素工具鋼は200°C、合金工具鋼は300°Cで硬さが低下する。低速加工に使われる。
高速度工具鋼 (ハイス鋼) 約600°Cまで硬さが低下しない耐熱鋼材。高速加工でも硬度が維持され、耐摩耗性が高く、金型に使用される。
超硬合金 炭化タングステンを主原料とした焼結体で、高温でも硬度低下が少なく高速切削に使用されるが、もろさがある。
サーメット 炭化チタンをベースとした焼結体で、超硬合金より耐熱性・耐摩耗性に優れ、セラミックスに近い性質を持つ。
セラミックス 酸化アルミニウムをベースとした焼結体で、1000°C以上でも軟化せず、高速高温加工に適する。
ダイヤモンド きわめて硬いが鉄系金属には使えず、非鉄金属や非金属の切削に使用される。高精度と長寿命を誇る。
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