細いシャフトは加工が難しいことは誰もが知っています。剛性が低く、旋削時の応力や熱変形が大きいため、細径シャフトに求められる加工品質を確保することが困難です。
今日は、ドイツの職人が細いシャフトを回す様子を見てみましょう。
適切なクランプ方法と高度な加工方法を採用し、適切な工具角度と切削量を選択することなどにより、細長いシャフトの加工品質を確保することができます。
細長いシャフトの加工における最も一般的な問題
1. 熱変形が大きい
細い軸を回転させる場合、熱拡散が悪く線膨張が大きくなります。ワークの両端を強く押すと曲げやすくなります。
2. 剛性が低い
旋削時にはワークに切削力がかかり、細いワークは自重でたわみ、高速回転時の遠心力によりたわみや変形が起こりやすくなります。{0}
3. 表面品質の確保が難しい
ワークの自重や変形、振動はワークの円筒度や面粗さに影響を与えます。
細軸の加工精度を高めるには
1. 適切なクランプ方法を選択します
(1) ダブルセンタークランプ方式。ダブルセンタークランプの採用により、ワークの位置決めを正確に行うことができ、同軸度の確保も容易です。しかし、この方法でクランプされた細径シャフトは剛性が低く、曲げ変形が大きく、振動しやすい。したがって、小さなアスペクト比、小さな加工代、高い同軸度要件を備えた多段ステップのシャフト部品の加工にのみ適しています。
(2) ワンクランプ、ワンプッシュクランプ方式です。このクランプ方法では、センター押しが強すぎると、細軸が曲がってしまうだけでなく、旋回時の熱伸びが阻害され、細軸が軸方向に潰れて曲がってしまう可能性がある。さらに、ジョーのクランプ面と中心穴が同軸でない場合があり、クランプ後に位置ずれが発生したり、細いシャフトが曲がったりする可能性があります。-変形。したがって、ワン-クランプ-ワン-のクランプ方法を使用する場合、センターには弾性ライブセンターを使用して、加熱後に細いシャフトが自由に伸び、熱による曲げ変形を軽減できるようにする必要があります。同時に、ジョーと細長いシャフトの間にオープンワイヤーリングを挿入して、ジョーと細長いシャフトの間の軸方向の接触長さを短縮し、取り付け時の過剰な位置決めを排除し、曲げ変形を軽減することができます。-
(3) ダブルツール切削方式。-ダブルツール旋盤のスライドは細いシャフトを回転させるように変更され、後部のツールホルダーが追加されています。前後の旋削工具を同時に使用して旋削を行います。 2 つの旋削工具は半径方向に対向しており、前方の旋削工具は正しい位置に取り付けられ、後方の旋削工具は間違った位置に取り付けられています。 2 つの旋削工具によって生成される半径方向の切削力は、旋削中に互いに相殺されます。ワークの変形や振動が少なく、加工精度が高いため、量産に適しています。
(4) ツールホルダーとセンターフレームを使用します。細いシャフトを1クランプ、1トップのクランプ方式で回転させます。細長シャフトの曲げ変形に対するラジアル切削力の影響を低減するために、従来はツールホルダとセンターフレームが使用されており、これは細長シャフトにサポートを追加することに相当し、細長シャフトの剛性を高め、細長シャフトに対するラジアル切削力の影響を効果的に低減する。
(5) 細いシャフトを逆切削方式で回転させます。逆切削方式とは、細長いシャフトの旋削加工中に、旋削工具が主軸チャックから心押し台まで送りを開始することを意味します。これにより、加工時に発生する軸方向の切削力により細軸が引っ張られ、軸方向の切削力による曲げ変形が解消されます。同時に、弾性心押し台チップの使用により、工具から心押し台までのワークピースの圧縮変形と熱伸びを効果的に補償し、ワークピースの曲げ変形を回避できます。
2. 適切な工具角度を選択する
細長いシャフトの旋削による曲げ変形を小さくするには、旋削時に発生する切削抵抗をできるだけ小さくする必要があります。工具の幾何学的角度の中で、切削抵抗に最も大きな影響を与えるのは、すくい角、主振れ角、刃先傾斜角です。細軸旋削工具は、小さい切削抵抗、ラジアル力の低減、低い切削温度、鋭い刃、スムーズな切りくず排出、長い工具寿命という要件を満たさなければなりません。鋼の旋削加工からは、すくい角 0 が 10 度増加すると、ラジアル力 Fr が 30% 減少できることが知られています。主偏向角 Kr が 10 度増加すると、ラジアル力 Fr は 10% 以上減少します。刃先傾斜角λｓが負の値になると、ラジアル力Ｆｒも減少する。
(1) すくい角 ( 0) は、切削抵抗、切削温度、切削動力に直接影響します。すくい角を大きくすると、切削中の金属層の塑性変形が減少し、切削抵抗が大幅に低減されます。すくい角を大きくすると切削抵抗を低減できます。したがって、細軸の旋削加工では、旋削工具の強度を確保しつつ、工具のすくい角を可能な限り大きくする必要があります。すくい角は通常 0=150 度に設定されます。旋削工具のすくい面は、ラジアル力成分を低減し、スムーズな切りくず除去、良好な切りくずカール性能、および低い切削温度を実現するために、切りくず溝幅 B=3.5～4mm、br1=0.1～0.15mm、ネガ面取り 01=-25 度のチップブレーカ溝で研削する必要があります。したがって、細長いシャフトの曲げ変形や振動を低減、防止することができる。
(2) 主すくい角 (Kr) 旋削工具の主すくい角 Kr は、ラジアル力に影響を与える主な要素です。その大きさは、3 つの切削抵抗の大きさと比例関係に影響します。主すくい角が増加すると、ラジアル切削抵抗は大幅に減少します。主すくい角は、工具強度に影響を与えない範囲で可能な限り大きくする必要があります。主すくい角 Kr=90 度 (工具取り付け時に 85 度～88 度に設定)、副すくい角 K'r=8 度～100 度、工具先端円弧半径 s=0.15～0.2mm は、ラジアル力の低減に役立ちます。
（3）刃の傾斜角（λs） 傾斜角は、切りくずの流れ方向、工具先端の強度、旋削加工時の3つの切削抵抗の比例関係に影響します。ブレードの傾斜角度が増加すると、ラジアル方向の切削力は大幅に減少しますが、アキシャル方向の切削力とタンジェンシャル方向の切削力は増加します。刃の傾斜角度が-10度～+10度の範囲にある場合、3つの切削抵抗の比例関係は比較的合理的です。細いシャフトを旋削する場合、切りくずが加工面に流れるようにするために、+3 度〜+10 度の正のブレード傾斜角がよく使用されます。
(4) バックアングルは小さく、0=a01=4 度 ~60 度であり、防振の役割を果たします。-
3. 切削パラメータの合理的な制御
切削パラメータが合理的に選択されているかどうかは、切削抵抗の大きさと切削プロセス中に発生する切削熱の量に異なる影響を与えます。したがって、細いシャフトを回転させたときの変形も異なります。細長いシャフトの荒旋削および中荒旋削の切削パラメータを選択する原則は、ラジアル切削抵抗と切削熱を可能な限り低減することです。-細長いシャフトを旋削する場合、一般にアスペクト比と材料の靭性が大きい場合、振動を低減し剛性を高めるために、より小さな切削パラメータ、つまりより多くのパスとより小さな切込み深さが選択されます。
(1) 背面切削深さ (ap)。加工系の剛性が決まると仮定すると、切り込みが深くなると旋削時に発生する切削抵抗や切削熱が増大し、細長いシャフトの応力や熱変形が増大します。したがって、細いシャフトを旋削する場合は、背面の切り込み深さを最小限に抑える必要があります。
(2) 送り速度 (f)。送り速度を上げると、切削厚さが増加し、切削抵抗が増加します。ただし、切削抵抗は比例して増加しないため、細長いシャフトの応力変形係数は減少します。切削効率向上の観点からは、切り込みを深くするよりも送り速度を高くする方が有利です。
(3) 切断速度 (v)。切削速度を上げると切削抵抗を低減できます。これは、切削速度が上がると切削温度が上昇し、工具とワーク間の摩擦が減少し、細長いシャフトの力による変形が減少するためです。ただし、切削速度が速すぎると遠心力により細いシャフトが曲がりやすくなり、切削加工の安定性が損なわれるため、切削速度は一定の範囲内に制御する必要があります。アスペクト比が大きいワークの場合は、切削速度を適切に下げる必要があります。
