形削り｜単刃工具で平面創成段差や溝も可

形削り

形削りは単刃バイトを直線往復させて平面や溝、段差、テーパ、燕尾（dovetail）などを加工する切削法である。一般に shaper（シェーパー）と呼び、ラムが往行で切削し復行は空走とするのが基本である。段取りが容易で治工具費が低く、少量多品種や修理・改造に適する。フライス削りに比べ能率は劣るが、狭く奥まった箇所や治具が作りにくい形状で威力を発揮する。

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加工原理と機械構成

形削りでは、クランクやリンク機構、油圧などで駆動されるラムがバイトを保持して直線往復する。切削は往行側のみで、復行は「クイックリターン機構」により速く戻して空走時間を短縮する。ヘッドには前後・上下送り、角度調整があり、クラッパ機構により復行時にバイトが跳ね上がり刃先損傷を防ぐ。テーブル上にはバイス、Tスロット、角度プレートなどを用いて工作物を固定し、ストローク長とストローク位置はストッパで調整する。対する平削りは工作物側が往復する点が本質的な相違であり、形削りは工具が往復するため機体は比較的コンパクトである。また縦型の「立て形削り（slotter）」は内側キー溝などの内面加工に適する。

特長と適用領域

  • 形削りは平面や段差、溝、キー溝、角溝、燕尾案内、成形ヘッドによる簡易輪郭などに有効である。
  • 工具が単純で低コスト、刃先成形が容易である。治具もバイス中心で段取り時間が短い。
  • 切削は間欠（復行は空走）であり、総合能率はフライス削りより低いが、小ロットや現物合わせに強い。
  • 縦型 slotter を用いれば、内側キー溝や内面角穴など、ブローチやワイヤ放電に代わる選択肢となる。

切削条件と計算の要点

形削りの切削速度は往行側で定義し、概念的に v≈(L×Nc)/1000（m/min）と表せる（L:切削ストローク長[mm]、Nc:毎分の切削ストローク数）。送りは1ストローク当たりの横送り f（mm/st）で、切込み d（mm）とともに能率と仕上げを左右する。概算除去体積は Q≈b×d×Nc（mm³/min、b:切削幅）で、復行は除去に寄与しないためストローク長は必要最小に設定する。クイックリターン比が大きいほど実質の無駄時間が減るが、急加減速や振動に注意する。仕上げ面は送りと刃先ノーズ半径で支配され、粗取りは大きめ送り・切込み、仕上げは小さめ送りと適切なノーズ半径が定石である。

工具材種と刃先幾何

形削りのバイトはHSSや超硬が一般的で、被削材に応じてすくい角・逃げ角・ノーズ半径・刃先強度を整える。鋼では中正〜やや正のすくい角、鋳鉄では小さめのすくい角かゼロに近い設定が安定しやすい。逃げ角は摩擦低減に、有効刃長はバイト剛性確保に寄与する。クラッパ機構が適正に働かないと復行で摩耗を招くため、ピン、摺動面、ばねの状態を点検する。難削材では工具の微小チッピングを避けるため切削油、ノーズ半径の最適化、微小送りが有効である。

段取りと治具・測定

テーブルは水平・直角を基準にバイスや角度プレートで保持し、加工基準面とストローク方向を平行に合わせる。ストローク端は工作物端の直前に設定し無駄な空走を削減する。高い直角度・平面度が必要な場合は、基準面のスクレイピングやきさ仕上げと組み合わせる。溝やキー溝では幅ゲージやブロックゲージで寸法を確認し、仕上げ余量を計画的に配分する。バリはやすり仕上げやラップ仕上げで除去・仕上げすると良い。

他加工法との比較観点

  • フライス削り：連続切削で能率が高く工具寿命も長い。複雑形状や量産はフライスが優位、狭所や段取り簡便性は形削りが勝る。
  • 平削り：大型ワークで有利。小型・中型や現場対応は形削りが扱いやすい。
  • ブローチ：量産の内側キー溝に適すが工具費が高い。単発・修理は slotter を含む形削りが経済的。
  • 中ぐり：穴精度・同軸度の確保に適し、溝や角部は形削り・slotter が得意領域である。

品質・安全・トラブルシュート

  • 段差やビビリ：ストローク端の加減速で発生しやすい。ストローク短縮、速度最適化、刃物剛性確保、工作物の剛性・クランプ強化で抑制する。
  • 刃先欠け：過大な切込みや復行での当たりが原因。クラッパ点検、切削油、すくい角最適化で対策する。
  • 面粗さ悪化：送り過大、ノーズ半径過小、工具摩耗が要因。仕上げパスを設け、必要に応じリーマ仕上げやラップ仕上げで改善する。
  • 寸法ばらつき：バイスの浮き、テーブル・案内面の摩耗、熱変位が影響。締付順序の最適化、摺動面の給油・清掃、環境安定化で改善する。
  • 穴周辺の仕上げ：穴縁の座ぐりは穴あけきりもみやリーマ仕上げと組み合わせる。

用語補足（クイックリターン・立て形削り・仕上げ連携）

クイックリターン機構は復行時間を短縮し有効切削時間比を高める装置である。立て形削り（slotter）は垂直往復により内側キー溝や角穴を加工でき、ブローチの代替となる場合がある。高精度面が要求される場合は、きさ仕上げ、やすり仕上げ、ラップ仕上げを工程末に配し、必要に応じフライス削りや中ぐりと適切に役割分担することが品質と工期の最適化につながる。最後に形削りは、設備が簡素で使い回しが利き、修理・メンテナンス現場で今なお価値を持つ加工法である。