(一部の) ツールの慣例からの脱却

Sep 08, 2023

切削工具業界は、ISO および ANSI の刃先交換式インサート システムが、標準化には適しているものの、生産性向上の妨げになる場合があることにようやく気づいたのでしょうか?

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標準は、世界がより効率的に作業できるように設計されています。 これは製造業においても昔から当てはまります。 ヘンリー・モードレーによるねじ切り旋盤の発明と、その結果としてのねじ山の標準化に始まり、産業界は互換性、予測可能性、一貫した品質、無駄の削減に努めてきました。これらはすべて、広く受け入れられ、十分に文書化された標準によって可能になっています。

刃先交換式切削工具も同様です。 米国の ANSI B212.4-2002 であっても、その他の世界の ISO 1832:2017 であっても、両方の規格セットは、インサートの形状、サイズ、厚さ、その他の機能について明確に定義された (そしてほぼ同一の) 仕様を参照しています。これにより、メーカーに関係なく、これらの重要な切削工具を交換できるようになります。

ここでこれらの仕様を繰り返す必要はありません。 刃先交換式切削工具のカタログや Web サイトには、必ず 1 ～ 2 ページのページがあります。 これらの規格を説明する書籍や雑誌記事も数十冊あります。言うまでもなく、あちこちの工具入れの壁に掛けられている無数のカラフルな図表は、フライス加工や旋削用インサートを特定、注文、適用するための十分なリソースを機械工に提供しています。

さらに興味深いのは、これらの規格から逸脱し始めている切削工具メーカーの数が増えていることであり、この傾向は特に旋削用途に当てはまります。 はい、フライス工具にも非標準インサートが少なからず含まれていますが、非標準であるだけでなく、多くの場合、金属除去プロセスの完全な再考が必要となる工具の流入が顕著なのは旋削部門です。

たとえば、ピッツバーグに本拠を置く Kennametal Inc. は、文字通り ISO と ANSI を裏返す接線方向の設計を持つ両面旋削チップ FIX8 を導入しました。 マーケティングポートフォリオマネージャーのロバート・カイルマン氏は、FIX8は特別なプログラミング方法を必要としないが、ショップはフィードと速度の再考を強いられるかもしれないと説明した。

従来の CNMG (80° ダイヤモンド) および WNMG (トライゴンとしてよく知られている) チップの直接の競合製品であり、切削抵抗を最大 15% 削減することが約束されており、その名前が示すように、チップごとに 8 つの切れ刃を備えているため、工具コストが削減されます。

「FIX8 は、鋼、ステンレス鋼、鋳鉄の中・重切削旋削およびフェーシングを行うメーカーの工具コストを削減し、生産性を向上させます」と Keilmann 氏は述べています。 「その低い切削抵抗と非常に剛性の高いクランプ システムにより、重度の中断時でも、非常に高い送り速度と DOC (切込み深さ) がサポートされます。このため、長いシャフトやチューブを旋削する自動車メーカーによる広範な採用が見られています。業界を問わず、あらゆる汎用の荒加工または中仕上げ加工に最適です。」

旋削インサートが ISO 規格を満たしているように見えても、実際には独自の設計である場合があります。 ノースカロライナ州メバネにあるサンドビック・コロマント US のコロターン 107 ラインにある丸工具も同様で、工具ホルダのポケットのオスライザーと嵌合する一連の溝 (レールインターフェース) をチップの底部に採用しています。

同社の米国東部担当製品マネージャーのジョン・ウィンター氏は、このインターフェースがインサートを所定の位置にしっかりとロックし、重切削中のインサートやクランプねじの破損につながる回転を排除すると説明した。 また、インデックス作成の一貫性も向上し、より予測可能な加工が可能になります。 サンドビック・コロマントは、自社のCoroThread 266刃先交換式ねじ切りラインに同様のインターフェースであるiLockを採用し、その優れたセキュリティを活用して、「工具を切削内外にバウンスさせる」プログラミング手法であるOptiThreadingを提供しています。ミシンの動き。

しかし、近年最も注目を集めているのは、同社の PrimeTurning システムです。 ウィンター氏は正確な詳細を明らかにすることはできないが、確実に非ISOである独自の次世代切削工具システムが今年後半に登場する予定であることを明らかにした。 今のところ、CNC 機械加工士は、軽荒加工、倣い加工、仕上げ加工用に設計されたコロターン プライム A と、フットボール形状の荒加工用チップであるコロターン プライム B に満足しているはずです。 どちらのスタイルも、Z+ 方向 (チャックから離れる方向) に非常によく回転することで従来の常識を打ち破り、インサートの裏側で重労働のほとんどを行います。

PrimeTurning は、トロコイド ミーリングを効果的にするのと同じ現象である切りくず薄化効果を利用します (補足記事を参照)。 大量のシャフトを旋削する人なら誰でも、円形またはポジティブリード角インサートを使用することで同様の利点が得られることを知っています。 このような従来の工具は直角肩やアンダーカットを回転させることができませんが、Prime A と B は両方の点で優れていると言われており、その発表以来登場した競合製品の多くも同様です。

なぜ機械工が単純に 35° または 55° の片面インサートを使用して「後方回転」できないのかと尋ねられたとき、Winter 氏は、PrimeTurning の初期の頃にまさにそれを行っていた工場と協力していたと述べました。 「長くて糸状の切りくずとの闘いは絶え間なく行われ、工具寿命は非常に悪かったです。それは、標準のチップが Z+ 方向に切削するように作られていないからです。このお客様が発見したように、うまく機能させることはできますが、ほとんどの用途では結果は満足できるものではありませんでしたが、それ以来、彼らは当社の Prime ソリューションを使用しています。」

Winter 氏は、ISO 規格をバイパスすることで、切削工具メーカーは現状よりも生産性の高い革新的なチップ ブレーカーや形状を開発する自由度が高まると付け加えました。 これは確かに、イリノイ州ロックフォードにある Ingersoll Cutting Tools USA の場合に当てはまり、旋削製品マネージャーの Raymon Avery 氏は、過去 1 年間に SFeedUp ブランドで発売された製品の多くには非 ISO ポケットがあり、多方向旋削用に設計されていると指摘しました。

一例として、Avery 氏は、同社の TurnSFeedF を指摘しました。これは、一見すると非常に幅の広い溝入れ工具のように見えますが、いずれの方向にも最大 3 mm/rev の長手方向送り速度を誇る三角形スタイルのインサートです。 SuperTurnZ シリーズもあり、そのさまざまな形が Prime の領域に進出しているようです。

Avery は、Winter による ISO 形状の評価を支持しました。 これらから脱却することで、工具エンジニアは有限要素解析 (FEA) やその他の高度なシミュレーション ツールを使用して、インサートの金属除去能力を最適化できるようになりますが、数十年前の標準によって課せられる制約がなくなると同氏は指摘しました。

Avery は、重荷重時のインサートの動きを排除する独自のロック機構や、複数の方向に回転する際の安定性を高める 3 点接触のインサート シートなど、いくつかの追加機能を搭載しました。 今日の高性能コーティングと、ISO を含むほとんどのツールホルダーに標準装備されている高圧のスルーザツールクーラントと組み合わせることで、工場はこれまで前例のない速度で金属を剥ぎ取っています。

しかし、旋盤の前に長く立ったことのある人なら、部品がチャックから飛び出すときに時折恐怖を感じたことがあるでしょうし、回転力は常に主軸台に向かって加えられるべきであることを知っています。 それは当然の懸念です。

Avery 氏は次のように述べています。「チャックから背を向けるとワークが引き抜かれる傾向があり、アプリケーションによっては多方向旋削の有力な候補ではないことを理解しています。それでも、高品質のワーク保持力と材料の良好なグリップ力があれば、次のような利点があります。」明確です。切りくず除去率が大幅に向上するだけでなく、インサートの両面を使用できるため、切りくず処理が大幅に向上し、切りくず薄化効果のおかげで工具寿命が大幅に延長されます。」

イリノイ州アーリントンハイツのタンガロイ アメリカ社の製品マネージャー、デビッド エセックス氏は、独自の非 ISO 製品の成功リストを共有しています。 これらには、多機能の TungBoreMini と両面ポジティブすくい角 MiniForceTurn が含まれます。どちらも (その名前が示すように)、少なくとも今説明した荒加工用チップと比較して、より軽量な DOC を使用した小型部品の旋削を目的としています。 より重い用途の場合、特に工具コストが懸念される場合、エセックスは両面五角形の TurnTenFeed を推奨する可能性がありますが、同社の TurnFeed は形状と機能が Ingersoll の TurnSFeedF と同様の「超高送り」旋削チップです。

多方向の分野では、タンガロイは最近、AddMultiTurn および AddY-axisTurn システムをリリースしました。 前者は三角形のインサートで、同社のウェブサイトによると、前方旋削、後方旋削、倣い加工、端面旋削に同様に優れています。 「これは私たちにとって本当に好評でした」とエセックス氏は語った。 「一方、AddY-axisTurn は、PSC スタイル (Capto) インターフェイスを備えた Y 軸旋盤および複合加工機向けに作られているため、現在使用できるショップは少し制限されています。工具交換の精度と速度が向上するため、この種の機械は Capto ホルダーとともに購入されることが増えています。」

エセックス氏は、多方向回転作業中に部品がチャックから飛び出す可能性についてはあまり心配していません。 それでも、最大限の安全性を確保するために可能な限りライブセンターをサポートとして使用し、Ingersoll の Avery 氏が示したように、高品質のチャック、できれば硬化した上部ジョーを備えたチャックで部品を掴むことを彼は提案しました。

最も重要なことは、切削工具メーカーの送り、速度、DOC の推奨事項に従うことであり、これはあらゆる加工用途にとって良いアドバイスであると彼は言いました。 「これらの工具を使用すると、通常、非常に高い送り速度で軽度の切削を行うことになります。そうすることで切りくずを分断し、工具寿命を延ばすことができ、ほとんどの場合、重切削で低い送り速度で行う場合よりも、より多くの金属を短時間で除去できます。 ISO 「-スタイルのインサートは今後もその地位を維持しますが、ショップにはより新しい代替品を検討することを強くお勧めします。タンガロイに関して言えば、少なくとも当社の顧客はその結果に非常に満足しています。」

この記事のためにインタビューした各工具プロバイダーは、型破りな切削工具に合わせて型破りなツールパスが必要であると指摘しました。 いくつかの CAM プロバイダーがこのニーズに取り組み始めており、その中には Mastercam のメーカーである CNC Software LLC (コネチカット州トーランド) があります。 同社のチャネルマーケティングマネージャーであるBen Mund氏は、これらのパスはトロコイドミリングルーチン、またはMastercamの場合はダイナミックミリングで使用されるパスと同じ品質を多く共有していると指摘しました。

「私たちは、PrimeTurning ソリューションに関してサンドビック・コロマントと緊密に協力しましたが、そのプロセス中に、いわゆる『材料認識』ツールパスを開発する必要があることがわかりました」と彼は言いました。 「目標は、切りくず負荷を一定に保ちながら、できるだけ多くの表面に切りくず負荷を分散させることでした。そのため、ダイナミック ミーリング用に開発したものと同じ技術の一部を PrimeTurning に適用しました。」

これらの技術には、わずかに低い送り速度で切削に出入りする円弧加工が含まれており、それによってインサートへの衝撃が軽減され、インサートがコーナーに埋もれるのを回避します。 工具の正のリード角と、トロコイド ミーリングと同様の高送り、低 DOC パラメータの使用と併せて、PrimeTurning およびその他の多方向ソリューションを使用すると、金属除去率を大幅に向上させることができます。

そこで問題となるのは、工場はこれらと同じプログラミング方法のいくつかを従来の旋削工具で使用し、ファナック互換の機械制御で使用される従来の G71 複数回の繰り返し荒加工サイクルをスキップする必要があるのか​​ということです。 おそらくそうかもしれない、と CNC Software のアプリケーション エンジニア Jesse Trinque 氏は示唆しました。

「Mastercam プログラマーとして、私は G71 や CNC マシンにある他の固定サイクルを使用しません。部品を回転させるにはもっと効率的な方法があると言えます。」と彼は言いました。 「はい、手動プログラミングの場合、他に選択肢はありません。これらのルーチンには利便性が備わっていることは理解しています。しかし、ダイナミック ミーリングやその他の高性能ツールパスが従来のミーリング アプローチよりも明らかに優れているのと同じ理由で、最新のミーリング アプローチも同様です。 CAM で生成された旋盤プログラミングは、特にいくつかの新しい旋削工具と組み合わせた場合、昔ながらの手動方法よりも優れています。」

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