高速加工時のツールバランス

高速加工（HSM）には多くの利点がありますが、切削コストを削減し、高速加工の利点を最大限に活用するには、実際の生産では多くの困難を克服する必要があります。 高速加工では、切削速度が上がると切削抵抗が低下します。 この機能を利用すると、主軸速度を上げることで寸法公差や表面粗さが小さい部品の加工が可能になります。

高速加工の明確な定義はありませんが、テストによっては主軸速度が 500000r/min に達することもあり、実際の生産では 100000r/min に達することもあります。 主軸回転数が8000r/minを超えると回転部分のバランスが必要となるため、高速加工とは8000r/min以上の回転数と定義できます。 主軸回転速度が 8000r/min より低い場合、ツールバーの質量分布が著しくアンバランスな場合にのみ、遠心力が加工に悪影響を及ぼします。

主軸回転数が8000r/minを超える工作機械が増え続ける中、工具と工具ホルダを含めた組み合わせ工具のバランスが非常に重要になってきます。 回転ツールバーの理論上の中心軸と実際の回転軸が同心でない場合、アンバランスが発生します。

ツールのバランスを取るかどうかを決定する際に考慮すべき問題は数多くありますが、通常の状況では、多くのユーザーはこれらの問題を無視する傾向があります。 最も重大な問題の 1 つは、高速加工中の工具の不均衡による工作機械のスピンドル ベアリングの損傷です。 工具のバランスが崩れるとスピンドルに余分な負荷がかかり、スピンドル ベアリングの早期摩耗や故障の原因となります。 これにより、スピンドルベアリングの修理や交換に無駄が生じるだけでなく、ダウンタイムによる生産時間のロスも発生します。 ガイド: (高速フライス金型 CNC マシニング センターの利点が見え始めています)

工具のバランスが崩れると工具の性能や寿命が低下するだけでなく、びびりの原因となり加工面品位も低下します。

切削工具と工具チャック (特に 7:24 テーパーシャンク) には、多くの潜在的なアンバランス要因があります。 主軸の回転速度が上がると、遠心力により主軸穴が若干拡大し、ツールバーのテーパーシャンクが主軸とともに拡張できなくなり、ツールバーと主軸の接触面積が減少し、剛性が低下します。接続の。

一部のアンバランス要因は、設計を変更し、ツールホルダーとツールを慎重に選択することで修正できます。 これは、対称的なデザインにより、不均衡をある程度回避できることを意味します。 ただし、可動部品を備えた調整式ツールホルダや非対称ツールホルダの場合は、ツールバランス調整システムが必要です。 組み立てた工具を高速加工に使用する場合は、テーパシャンクホルダの設計要素、バランス調整要素、工具精度や対称性の選択などに十分な配慮が必要です。

テーパシャンクバイトのテーパ寸法公差は、高速加工ツールの性能に大きな影響を与えます。 テーパの精度等級は通常、国際規格 ISO1947 を参照します。 テーパ公差は、ツールバーのバランスや振れに影響を与える主軸ロック穴とツールバーのテーパの公差を確認するために使用されます。 工作機械の主軸テーパ公差等級はAT2が一般的ですが、AT3の方が優れています。

ツールアセンブリでは、テーパ公差に加えて、他の要素も考慮する必要があります。 それぞれの公差が積み重なると、工具の偏心が生じます。 これらの要因には、工具の円振れ、工具ホルダー システムの長さ、他の部品 (チャック、スナップ リングなど) の対称性が含まれます。

高速加工ではアンバランスの原因とアンバランスを軽減するための対策を意識する必要があります。 最も影響力があるのはツールホルダーです。 高速加工では、バランス設計ホルダまたは調整式バランスホルダを最初に使用する必要があります。 ツール ホルダーのバランス設計は、ツール ホルダーのバランスを確保するように設計されていますが、組み立てプロセス中に他の部品によって引き起こされるアンバランスを補償することはできません。 現時点では、他の部品によって引き起こされる不均衡は無視できるとだけ想定されていますが、実際の生産では実現できないことがよくあります。 したがって、このツールホルダを使用する際にはアンバランスを測定し、できる限り規格の許容範囲内であることを確認することをお勧めします。

設計の保証に加えて、調整可能なバランスツールホルダーは、組み立てプロセス中に他の部品によって引き起こされるアンバランスを補正することもできます。 メーカーは、ネジ、鋼球、調整リング、調整ブロックの使用など、ツール ホルダーのバランスを取るために多くの方法を採用しています。

調整可能なバランスツールホルダがアンバランスを補正する能力には限界があります。 場合によっては、アンバランス質量が大きすぎて工具のバランスを回復できず、工作機械が設定速度で動作できなくなることがあります。 工作機械の速度を落として、工具を再組み立てする必要があります。

高速加工を制限するその他の要因には、被削材の材質、被削材のオーバーハング、治具、工具プロファイル、切込み深さなどが含まれます。

バランスプロセスにより、ツールとツールホルダーの質量分布が改善され、両者が回転するときに発生するアンバランスな遠心力が最小限に抑えられます。 ただし、バランス調整プロセスには、すべての不均衡要素が含まれるわけではありません。

質量の不均衡は、いかなる程度であっても振動を引き起こします。 ツールホルダとその取り付け、工作機械の構造など 振動特性に影響を与えます。

ISO 1940/1 および ANSI 2.191989 は、バランスの程度を定義する規格です。 どちらの規格も実践ベースであり、G レベル システムを適用してバランス要件を規定しています。 例えば、バランス度G2.5は、周方向の振動速度が2.5mm/sを超えないことを意味します。 高品質の工作機械、ツール、ツールホルダーの出現により、これらのレベルは増加し続けています。 規定のバランスが取れない場合は、主軸回転数を下げる必要があります。

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