医療機器コンポーネント、航空宇宙用ファスナー、自動車用小型コネクタなどの精密部品を扱ったことがある人は、CNC スイス旋盤で始まる作業に携わったことがあるでしょう。お客様のためにこれらの機械のトラブルシューティング、最適化、微調整に何年も費やしてきたサプライヤーとして、私はねじ切り加工が、扱いにくくエラーが発生しやすいステップから、最新の精密機械加工において最も信頼性が高く、再現性の高いプロセスの 1 つに移行するのを見てきました。スイス旋盤のねじ切り加工が標準的な旋盤での加工とは異なる点は、その中心となる設計にあります。ガイド ブッシュは切削工具の近くでワークピースをサポートし、小さくて細い部品のねじ切り精度を損なうたわみを排除します。
CNC スイス旋盤がどのようにねじ切りを実行するかを理解するには、まずこの機械カテゴリの特徴を理解する必要があります。一方の端でワークピースを掴む従来の旋盤とは異なり、スイス式旋盤 (CNC スイス ターニングやスイス タイプ CNC 旋盤などの用語と交換されることがよくあります) は、バーストックを切削工具からわずか数ミリメートル離れた位置にしっかりと保持するガイド ブッシュを介してバーストックを送ります。ねじ切りには、ワークピースに対する工具の正確な軸方向の移動が必要であるため、この剛性の高いサポートはねじ切りには譲れません。標準的な旋盤のオーバーハングによるたわみは、位置ずれ、ピッチの不一致、またはねじ山の損傷を引き起こす可能性があります。スイスの CNC 旋盤サプライヤーである AB のチームは、スイス型自動旋盤モデルに切り替える前に、お客様がこのギャップに何年も苦労しているのを見てきました。つまり、部品がねじの途中で曲がったり、生産工程の 15% が不合格になったり、±0.001 インチよりも厳しい公差を保持できなかったりする部品です。現在、CNC スイス旋盤でのねじ切り加工は合理化され、制御されたプロセスですが、単に「ボタンを押す」だけではありません。これは、機械のスピンドル、工具タレット、制御システム間の一連の調整された動作であり、慎重なセットアップ、工具の選択、プログラムの調整が必要です。
スイスマシニングねじ切りを可能にする基本から始めて、プロセスを段階的に見てみましょう。まず、すべての CNC スイス旋盤のねじ切り操作は、2 つのコンポーネント間の同期動作に依存しています。ワークピースを回転させる主スピンドルと、Z 軸 (棒材の送りに平行な軸) に沿って直線的に移動する工具タレットです。従来の旋盤では、スピンドルに接続された親ねじを使用して工具の軸方向の動きを駆動するため、複雑な部品や小さな部品の柔軟性が制限されます。 CNC スイス旋盤加工セットアップでは、この同期は機械の制御システムを介して電子的に処理され、物理的な親ネジは必要ありません。コントロールはスピンドルのエンコーダ信号 (スピンドルが回転した角度を追跡するセンサー) を読み取り、正確なタイミングのコマンドを工具タレットに送信して、スピンドルの回転角度ごとに Z に沿って正確な距離を移動します。たとえば、ピッチ 1 mm のねじの場合、スピンドルが 360 度 1 回転するたびに、工具が Z に沿って 1 mm 移動する必要があります。この電子ギアは「カム」または「スピンドル同期」と呼ばれ、これにより CNC スイス旋盤のねじ切りが手動または半自動のスイス旋盤のねじ切りよりもはるかに多用途になります。
次に、工具の選択は重要な決定的なステップですが、スイスの旋盤を初めて扱う多くのオペレーターが過小評価している部分です。スイス製機械のねじ切りツールには、シングルポイントねじ切りインサートと転造ねじ切りツール (ロール ダイスと呼ばれることが多い) の 2 つの主なスタイルがあります。シングルポイントねじ切りは、整形外科用インプラントで使用されるような高精度のカスタムねじ山で最も一般的です。これらのインサートは高速度鋼または超硬で作られており、ねじのプロファイル (V 字型、台形、さらにはカスタムのメートルねじやユニファイねじ) に一致するように研磨されています。工具タレットは Z に沿って螺旋状の経路を移動し、各パスでインサートをワークピースに浸し、1 回転ごとにねじ山の 1 つの「フランク」を切削します。対照的に、ロールねじ切りでは、2 つの硬化鋼ダイスが回転しながらワークピースに押し込まれ、材料が移動してねじ山が形成されます。材料を切断するのではなく圧縮するため、大量の生産に対してより高速で耐久性があり、より強力な糸が生成されます。私たちはお客様に、これら 2 つの方法のどちらを選択するかは部品に依存することをよくアドバイスします。ロールねじ切りは、真鍮やアルミニウムなどの柔らかい素材のファスナーに最適ですが、医療部品や航空宇宙部品の場合は、厳しい公差を維持するにはシングルポイントが唯一の方法です。
ツールを選択すると、セットアップ プロセスが始まります。ここで、一貫性を保つために CNC スイス旋盤加工が真価を発揮します。まず、棒材がガイド ブッシュを通って供給され、メイン スピンドルでグリップされ、余分な棒材はブッシュを越えて切削工具まで伸びます。通常、ねじ切りの前に、機械はフェーシングとボーリング操作を実行して、ねじが開始される滑らかで平らな表面を作成します。ここにバリや凹凸があると、ねじ切りインサートが欠けたり、ねじピッチがずれたりする原因になります。次に、制御システムは、ピッチ、各カットの深さ、パス数、ねじの始点と終点などの特定のパラメータを含むねじプログラムをロードします。新しいオペレータが犯すよくある間違いは、ねじの開始点を主軸に近すぎるか、バーの端から遠すぎるように設定することです。 「ねじ振れ」（部品の先頭にある小さなねじのない部分）は、工具が切削を開始する前に最大送り速度まで加速するのに十分な長さである必要があり、終わりの「ねじ逃げ」は工具が部品に衝突しないように減速するのに十分な長さである必要があります。標準的な旋盤では、このセットアップは試し切りを使用して手動で行われますが、CNC スイス旋盤では正確な座標でプログラムされているため、調整せずに数十の同一の部品を加工できます。
CNC スイス旋盤のねじ切り加工の最大の利点の 1 つは、1 回のセットアップで複数の操作を実行できることで、エラーが減少し、効率が向上します。たとえば、油圧バルブの部品では、スイス旋盤で段を回転させ、穴を開け、その穴にネジを切る作業をすべて 1 サイクルで行う必要がある場合があります。ガイド ブッシュはあらゆる操作中に部品をサポートするため、2 台目の機械で部品を再グリップする必要はありません (位置合わせエラーが発生するステップ)。スイスのほとんどの旋盤のツールタレットには 8 ～ 12 のステーションがあり、それぞれに異なるツールフェーシング、穴あけ、ねじ切り、溝入れが保持されるため、機械は作業間をシームレスに切り替えます。私たちは最近、従来の旋盤で 10,000 個の医療用バルブ部品を製造している顧客と協力しましたが、その顧客は 3 つの個別のセットアップが必要で、結果としてねじ山の位置ずれによる不良品率が 12% でした。スイス型自動旋盤に切り替えると、不良品が 1% 未満に削減され、部品あたりの生産時間が 40% 短縮されました。これはすべて、ねじ切り作業が単一の厳格なセットアップで行われたためです。
しかし、CNC スイス旋盤でのねじ切り加工には課題がないわけではありません。特に、スマートフォンの部品や時計の部品によく見られる、直径 2 mm 未満の部品を考えると非常に小さな部品を扱う場合には困難が伴います。大きな部品に剛性を与える同じガイド ブッシュでも、非常に小さなワークピースに摩擦やたわみが発生することがあります。そのため、当社はお客様と協力して送り速度と主軸速度を調整して補償します。スピンドル速度が高すぎると振動が発生し、ねじ山の深さが不均一になります。低すぎると工具がこすれて材料が汚れたり、ねじ山が規格外になったりします。クーラントの選択ももう 1 つの重要な要素です。スイスの機械加工では、インサートとワークピースの間に切りくずが蓄積すると工具がねじ山をえぐる原因となるため、ねじ溝から切りくずを洗い流すために高圧、高流量のクーラントがよく使用されます。当社では、お客様が古い従来型旋盤の標準クーラント システムを使用しようとして、切りくず関連のねじエラーが絶えず発生することがありました。そのため、スイス旋盤用のスルーツール クーラント システムに投資することを常にお勧めします。
最新の CNC スイス旋盤加工をねじ切り加工で際立たせるもう 1 つの高度な機能は、ねじワーリングです。これは、大きな雌ねじや細長い部品のねじに使用される特殊なプロセスです。ねじ切りワーリングでは、ワークピースの周りを高速で回転する複数のねじ切りインサートを備えた回転ヘッドを使用し、シングルポイントインサートで複数のパスでねじを切るのではなく、単一のパスでねじを切ります。このプロセスは、一点のねじ切りによりワークピースが曲がる可能性がある医療用ガイドワイヤや小さなシャフトなどの長い部品に最適です。ねじ切り加工はより専門的ですが、当社が提供するスイス型 CNC 旋盤モデルの多くにはオプションのねじ切りヘッドが付いているため、お客様は別の機器に投資することなく、より広範囲のねじ切り用途に対応できます。
スイスの CNC 旋盤サプライヤーとして、私は常に、これらの機械でのねじ切り加工は機械自体の機能だけではなく、機械の設計、工具、プログラム、オペレーターの専門知識の組み合わせであることを強調しています。スイス製旋盤は、剛性ガイド ブッシュ、電子スピンドル同期、マルチステーション タレットにより、従来の旋盤では処理できない小型で精密な部品のねじ切り加工に独自に適しています。ねじの一貫性の向上、不合格率の削減、または部品の機能の拡張を検討しているお客様にとって、多くの場合、スイス式旋盤への切り替えが必要なソリューションとなります。
精密なねじ切り加工が必要なプロジェクトに取り組んでいる場合、または機械加工作業のアップグレードを検討している場合は、当社のスイス旋盤がどのようにお客様のニーズに適合するかを喜んでご説明いたします。医療部品、自動車用コネクタ、航空宇宙用ファスナーのいずれを製造している場合でも、当社のチームはねじ切りプロセスの最適化を支援する経験を持っています。お客様の要件について話し合い、CNC スイス旋盤がどのように生産を向上させることができるかを知るには、今すぐお問い合わせください。
参考文献:
- アメリカの機械工。 （2022年）。 「スイス式旋盤: 精密加工のための設計と応用」製造技術者協会。
- スミス、J. (2021)。 「CNCスイスターニングセンターでのねじ切り加工」。機械加工科学技術、25(3)、412-435。
- デガーモ、EP、ブラック、JT、コーザー、RA (2020)。製造における材料とプロセス (第 13 版)。ワイリー。
- スイス工作機械協会。 （2023年）。 「スイス型 CNC 旋盤でのねじ切り加工のベスト プラクティス」。国際製造技術ショー。
