切削加工とは、切削工具を用いてさまざまな材料から削り取って、加工物に仕上げる方法です。加工技術のなかには、圧力を加えたり加熱で材料を変形させるといった、さまざまな技術がありますが、切削加工技術においては、高精度の品質を保ちながら量産にも対応できる特徴があるため、業務効率や品質向上などの大きなメリットが見込めます。この記事では、切削加工についてや、メリットなどを解説していきます。
切削加工とは？
切削加工とは、金属などの材料から切削工具を用いて削り出し、目的の形状や大きさにする加工のことです。切削加工の機械の動きで重要なのは、「切削」技術に加えて「回転」「送り」機能も重要です。切削するための工具の先端はバイトと呼ばれ、バイトが移動することで切削が可能になります。そして「送り」機能とは、別の箇所を切削するために、切削工具を移動させる機能です。
切削加工の種類
切削加工には、「旋盤加工」「フライス加工」「穴あけ加工」の3つがあります。
旋盤加工（旋削加工）
旋盤加工とは、台に加工物を置いて高速で回転させ、切削工具を当てて切削する加工方法です。円柱形の加工に適しており、外径や内径の溝を掘ったり、穴を空けたりといった加工が可能です。
フライス加工
フライス加工とは、加工物は固定され、切削工具を高速回転させながら当てる加工です。旋盤加工とは回転させる対象物が異なります。平面方向の切削が可能であるため、面の削り出しや溝を掘るなど、ブロック状の材料から切削する加工物に適しており、幅広い形状の加工が可能です。
穴あけ加工（ボール盤）
ボール盤加工は、穴あけ加工に特化した加工方法です。旋盤加工やフライス加工のどちらでも穴あけ加工が可能ですが、ボール盤を使用すればドリルがブレずに、正確な穴を素早くあけられます。
切削加工のメリット
切削加工には、板金加工やプレス加工など他の加工技術と比較して、たくさんのメリットがあります。
経済的で納期が短い
切削加工は図面などがあれば加工が可能で、金型は必要ありません。金型を作成する期間や手０間を省ける分、生産数が少ない場合や1点ものの特注品などを製造する場合でも、コストがかからず短納期での製造が可能です。
複雑な形状の加工品ができる
精密な加工が可能なため、複雑な形状であっても加工ができます。切削加工を数値化してプログラミングが可能な機械もあるため、0.001mmレベルの数値まで調整でき、精密部品などの加工にも対応可能です。
設計の自由度がある
材料の厚みによる制限などがなく、工作機械の条件が許せばどのようなサイズでも加工が可能なため、さまざまな規格の加工物が製造できます。
対応素材の幅が広い
切削加工では、金属のなかでも硬質なチタンといった素材や、プラスチック素材なども加工ができ、幅広い素材の切削に対応できます。
切削加工のデメリット
切削加工には注意しなければデメリットになる部分もあります。
加工に高い技術が必要
高精度な加工を施すには、高い技術が必要です。切削工具の使い分けや、素材の硬度、切削する面積などを考慮しなければ、切削加工の品質に差がでます。複雑な形状の場合には、加工方法も複雑になるため、必要な段取りを検討するなど十分な知識が必要となります。
材料の無駄が発生する場合がある
加工物を切り削るため、材料から切りくずが発生します。加工物の形状によっては、切りくずになる量が多くなる場合もあります。材料費は切削する前に算出されるため、きりくずの量が多くなれば、加工物の材料費が高くなることがデメリットとしてあげられます。
切削加工を行う際の注意点
切削加工は高精度な加工物の製造が可能ですが、切削特有の注意点があります。
摩擦抵抗
切削加工では、加工物と切削工具が干渉し摩擦によって切削していきます。加工物の硬度や面積、切削工具の種類、切削工具の回転スピード、送りのスピードといった要素によって、摩擦抵抗にも差が生じます。摩擦抵抗に徐々に負荷をかけて切削工具の回転スピードや送りのスピードを調整することで、不良品の発生を防ぎます。
加工時の速度
切削工具の回転スピードや送りのスピードを速くすれば、作業効率が上がり生産量が増えます。しかし、速度をあげれば生産性が増すという単純なものではなく、マイナスな面も持ち合わせています。速度をあげることで、摩擦抵抗により負荷がかかりすぎて切削工具の寿命が縮まり、材料を破損させる可能性もあるため注意が必要です。
熱変形
加工物と切削工具の摩擦抵抗によって、摩擦熱が生じます。摩擦熱によって、加工物が変形する危険性があります。回転スピードが速く、加工部分の面積が大きいほど、熱変形の危険性は増していきます。
切削抵抗
切削抵抗とは、切削する際に切削工具が受ける反力のことで、その反力によって工具や加工機械自体が影響を受け、切削精度が低下する可能性があります。この切削抵抗を予め考慮してコントロールすることや、定期的に精度を確認することが必要となり、切削工具も長く使用でき加工物の精度を一定に保てます。
切削条件（回転・送り・切込み）
切削工具や加工物の回転スピード、工具が1分間に移動するスピードやどれくらいの深さまで切り込むかなどの条件を、すべて数値化して指定する必要があります。切削工具の種類や材料の違いで数値も異なってくるため、適正な条件でなければなりません。
切削工具
切削工具の先端部分であるバイトは、さまざまな形状やサイズがあります。加工の際には、形状に合わせた工具を選定し、工具を交換する手間などを考慮する必要があります。また切削抵抗などを意識しておかなければ、工具が長持ちしません。工具の選定や取り扱いについても注意が必要です。
切削加工品を製作する際のポイント
切削加工品を製作する際のポイントについて解説します。
回転を考えた隅アールを意識する
隅アールとは、角の曲線となる部分を指します。フライス加工の場合、切削工具は回転しているため、切削加工後には円弧状のアールが残ります。
例えば、切削加工で材料の中央部分を四角形状に貫通させると、その四隅はアール状に残ります。アールのサイズを小さくしたい場合には、四隅のアールの半径よりも、切削工具のバイトのサイズが小さいものを使用しなければなりません。
深さを考慮した設計にする
隅アールのサイズに適した切削工具を使用すると、切削工具が想定の深さまで届かないといったケースがあります。切削工具のバイトの直径に対して、長さはおおよそ5倍未満です。直径が小さくなればアールも小さくなるものの、バイトの長さが短くなり切削したい深さに届かないといったことが考えられます。
小さな先端の切削工具だと反対に全体の穴開け作業に時間がかかってしまう、または、穴あけ加工と四隅のアール加工のために、切削工具を交換しなければならないといったケースがあります。量産する場合だと作業時間に大きく影響するため、隅アールを意識し深さを考慮した設計にすることがポイントです。
まとめ
切削加工にも、加工物を回転させる、切削工具を回転させるなど方法がいくつかあります。それぞれの加工の特徴を把握して最適な機械を選ぶことや、切削加工機の特性も考慮して設計することがポイントになります。ポイントを抑えて、高精度な品質を保ち量産できれば、コストカットや短納期が可能になり、大きな効果を得られるでしょう。
