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切削加工とは?特徴とメリット・デメリットプラスチック加工のワンポイント講座


切削加工の基本

切削加工の定義

切削加工は除去加工の一種で、樹脂や金属などの素材を主に工作機械を用いて削り、欲しい形状を作る加工方法です。
大きく転削と旋削の2つに分けられ、旋削は加工物を高速回転させ工具に当て、転削は回転する工具を加工物に当てて加工します。
切削と送りの2つの動きがあり、対象物を削り取る動きと、工具または加工物を動かして新たな面の切削をできるようにする動きを繰り返します。

切削加工の特徴

部品の製作方法は、切削加工の他に3Dプリンター出力や射出成形、鋳造など様々なものがあります。
切削加工はこれらの中でも比較的高い精度で加工することができる加工方法です。
金型などの準備が必要ないため、多品種小ロット生産にも向いています。
特に複雑な形状の場合は、切削加工だと対応が難しい 場合や、加工費が高額になる場合があります。

切削加工のメリット

加工精度が高い

1/1000台の精度のような高精度の加工ができます。寸法精度だけでなく面粗度も用途に合わせて調整可能です。
精度が高いので、別の部品との嵌合確認をする目的での製作もできます。

素材の種類が豊富

加工難易度の差はありますが、削ることができる素材は樹脂から金属まで幅広く加工できます。
切削加工に適した素材の種類も多く、ほとんどの場合使用条件に適した素材を選ぶことができます。

小ロットの製作に適している

金型などの高額な初期投資が必要ないため、多品種小ロットの生産や試作に向いた加工方法です。
1個のみの製作から対応できます。

切削加工のデメリット

作れない形状もある

工具が届かない部分は加工ができないため、物理的に削ることができない箇所がある形状は加工不可です。

形状によっては材料の無駄が多い

削る素材は定尺(メーカー毎の規定のサイズ)で、そこから必要な部分のみを削り出します。
そのため形状によっては切り屑になってしまう体積が大きくなることもあります。
部品の材料費は削る前の体積に基づいて算出されます。
そのため、無駄になる材料の体積が大きいほど、余計な材料費も大きくなります。

切削加工の種類

切削加工は、転削加工と旋削加工の2種に大別されます。

転削加工

転削加工は固定した素材に回転させた工具を当てて加工する方法です。
フライス加工がその代表で、汎用フライス盤、NCフライス盤、マシニングセンタを使用します。

主に平面加工、側面加工、段差加工、溝加工、穴加工を行います。
正面フライス、エンドミル、溝フライスなどの工具を用いて、目的の形状に加工します。

  • 汎用フライス
  • 手動で操作するフライス加工です。工具の位置や送り、速度、切り込み量などの加工条件を作業者が調整します。

  • NCフライス
  • コンピュータ制御で行うフライス加工です。
    3DCADや3DCAMなどのソフトウェアを使った加工プログラムで制御することにより、より複雑な形状の加工が可能です。

  • マシニングセンタ
  • NC制御の工作機械で、複数の主軸に他の工具を取り付けて多軸構成とした複合機です。
    直線運動と回転運動を組み合わせた動きが可能で、複数の動きを組み合わせた加工ができます。

旋削加工

旋削加工は固定した素材を回転させながら、固定した工具に当てて加工する方法です。
旋盤加工がその代表で、汎用旋盤、NC旋盤などを使用します。

  • 汎用旋盤
  • 手動で操作や工具交換を行う旋盤加工です。手動ならではの高精度の加工ができます。

  • NC旋盤
  • コンピュータ制御で行う旋盤加工です。
    無段変速が採用されており、プログラムによって主軸の回転速度を指定できるようになっています。
    バイトの当て具合や送り運動加減の調節次第で、穴あけや溝入れ、ねじ切りなどの様々な加工に対応可能です。

切削加工を行う上で気をつける点

切削加工と抵抗

加工中に工具と加工物の摩擦力により抵抗が生じます。
抵抗力の大きさは、加工物の素材の特性や工具との接地面積、回転速度、工具の種類によって変わります。
特に切削面積は抵抗力に大きく関係します。
抵抗力の強さは工具の寿命に影響するため、加工の際には適切な条件になるように調整が必要です。

切削加工と速さ

全ての製品の納期を厳守するためには、作業効率が重要な課題です。
機械加工では、工具の速度を上げることで作業速度が上がり、効率の向上になります。
しかし、速度が増せば加工物と工具の間の抵抗も強くなり、熱変形が生じる可能性も出てきます。
材質や工具、加工内容によって適切な速度があるため、それを考慮しつつ速度を上げる必要があります。

切削加工と温度

切削加工では加工時に、加工物と工具との摩擦で高温の熱が生じます。
この熱によって加工物が変形するなどの加工精度への影響が出ることもあります。
加工速度が速いほど熱が発生し、加工面積が大きいほど摩擦が大きくなりやすいため、この条件に当てはまる際には温度が高くなりすぎないように注意が必要です。
そのために機械加工には切削油を使います。これは加工物と工具との摩擦を減らし、熱、切り粉の除去の役割もあります。

湯本電機では切削加工から3Dプリントまで、様々なプラスチック加工に対応しております。
対応可能な加工については「プラスチック加工・樹脂加工 加工方法一覧」へ。

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