ボーリング加工：定義、プロセス、操作の種類と用途

ボーリング加工は、ワークピースの既存の穴を拡張または修正する切削加工です。CNC加工メーカーは、この加工を用いて穴内部の寸法精度と滑らかな表面仕上げを実現しています。多くの製造企業では、穴あけミスの修正、正確なサイズへの穴の拡張、鋳造または成形時の凹凸の除去などにボーリング加工を利用しています。この記事では、ボーリング加工とは何か、どのように機能するか、そして利用可能な様々なボーリング加工の種類について説明します。

ボーリング加工とは何ですか?

ボーリング加工は、既存の穴を拡大・加工するために用いられる切削加工です。この加工により、穴の直径、形状、同心度、表面仕上げが向上します。穴を開けるドリル加工とは異なり、ボーリング加工は穴を加工しやすくする加工です。ボーリング加工は、単刃の切削工具（「ボーリング」）を使用します。 退屈なバー.

歴史的発展と進化

ボーリングの歴史は工作機械の進化と深く結びついています。1774年、ジョン・ウィルキンソンは、多くの人が世界初の工作機械と考える、蒸気機関用の高精度シリンダーを製作するためのボーリングマシンを発明しました。この発明は精密工学に革命をもたらしました。

1860年代には、フランシス・プラットがねじ送り式のボーリングマシンを開発し、より高度な制御を可能にしました。20世紀、特に第一次世界大戦と第二次世界大戦の頃には、ジグボーリングマシンの登場により、ボーリング技術は急速に発展しました。1970年代にはCNC技術が台頭し、かつては手作業が中心だった作業が、自動化された精密プロセスへと変化しました。

ボーリング加工のプロセスとその仕組み

ボーリング工具は、通常はドリルで穴を開けたり鋳造したりして既に存在する穴に入り込み、その内壁から材料を削り取ります。これは、旋盤の場合はワークピースの回転、フライス盤の場合は切削工具の回転によって行われます。

主な段階は 4 つあります。

• セットアップ： ツールを調整し、ワークを固定します。
• 荒加工: ほとんどの材料を素早く除去します。
• 半仕上げ： 精度と表面を向上します。
• 仕上げ： 最終仕様を実現します。

機械と作業に応じて、垂直または水平に穴あけを行うことができます。

必要な工具と機器

ボーリング加工では、高い精度を実現するために特殊な工具と機械が必要です。メーカーは、加工工程が最適に機能するように、様々な部品を使用しています。

工具・設備	目的
ボーリングバー	切削インサートを保持して内部の穴表面を切削します
切削インサート	ボーリングバーに取り付けられた実際の切れ刃
旋盤	円筒穴あけ加工用にワークピースを回転させる
製粉機	ワークピースを静止させ、回転工具で切断する
ジグボーリングマシン	微細穴位置決めのための高精度ツール
ボーリングヘッド	さまざまな穴のサイズに合わせて調整可能で、微調整が可能
CNCコントローラ	すべてのツールパスとフィードを自動化および監視します

ボーリング加工の種類

メーカーは、機械の配置とアプリケーション要件に基づいて、ボーリング加工をいくつかのタイプに分類しています。主なタイプは次のとおりです。

横ボーリング

水平ボーリングは最も一般的なタイプです。この方法では、ボーリングツールがワークピースの軸と平行に移動します。多くの工場では、長いワークピースに適しているため、水平ボーリングマシンが使用されています。すべての水平ボーリングシステムは、穴を拡大する際に正しい軸合わせを維持するように設計されています。

縦ボーリング

垂直掘削は、 垂直機械 工具が床面に対して垂直方向に移動するセットアップ。この方法は、ワークピースが重い場合や穴サイズが非常に大きい場合によく使用されます。垂直ボーリングマシンは、重い部品を扱う際に優れた制御性を提供します。

精密中ぐり盤

精密ボーリングマシンは、非常に滑らかな仕上げと高精度が求められる小型で繊細な部品専用の機械です。すべての精密ボーリングマシンは、既存の穴の中心線を正確にたどる非常に微細な切削工具を用いて材料を削り取るように設計されています。時計製造や医療機器などの業界では、多くのユーザーがこれらの機械を使用しています。

特殊な掘削技術

メーカーは次のような高度な技術も採用しています。

• ラインボーリング： エンジン ブロックまたは類似のワークピースの複数の穴を位置合わせして修正します。
• バックボーリング： 裏側から内側に向​​かって穴を拡大します。座ぐりや特定の内部形状が必要な場合に便利です。
• ブラインドボーリング： ワークピースを完全に貫通していない穴を拡大します。この方法では、慎重な深さ制御が必要です。
• マイクロボーリング： 医療業界やエレクトロニクス業界で不可欠な、非常に小さな直径で超精密な結果を実現します。

メーカーは、ワークピースの形状、材料の性質、そして最終用途に基づいて特定のタイプを選択します。以下に、タイプ別に一般的なボーリング用途のリストを示します。

• 水平掘削: エンジンブロック、長いシャフト、パイプライン。
• 垂直掘削: タービンケーシング、大型ベアリングハウジング。
• 精密ボーリング: 医療機器部品、航空宇宙部品。
• ラインとバックボーリング： 組み立て治具、座ぐり穴機能。

これらのタイプの概要表を以下に示します。

掘削の種類	説明	一般的なアプリケーション
横ボーリング	水平ボーリングバーを使用し、長いワークに最適です。	エンジンブロック、ロングシャフト、修理工場。
縦ボーリング	垂直スピンドル動作を使用します。重い部品に最適です。	タービンケーシング、大型産業部品。
精密ボーリング	厳しい許容範囲で高い精度を実現します。	航空宇宙、時計部品、精密機器。
ライン/バック/ブラインド	位置合わせと特定の穴の形状のための特別なテクニック。	エンジンアライメント、ザグリ穴作成、止まり穴加工。
マイクロボーリング	非常に小さく、精密な穴を作り出します。	医療機器、電子部品、小型機械部品。

ボーリング加工の主要パラメータと設定

ボーリング加工の成功は、厳密に制御する必要があるいくつかのパラメータに依存します。

切削速度

切削速度とは、切削工具がワークピースに沿って移動する速度です。速度は表面仕上げと工具寿命の両方に影響します。作業者は、工具のチャタリングや過度の熱を防ぐために、適度な速度を使用します。

送り速度

送り速度とは、工具が1回転する距離です。送り速度は、表面仕上げの品質と材料除去速度を決定します。精密ボーリング加工では、振動を避けるため、低い送り速度が選択されます。

切り込みの深さ

切込み深さとは、1回の切削で削り取る材料の量です。切込み深さが浅いほど、工具のたわみや振動の可能性が低くなります。大幅な切削拡大が必要な場合は、複数回の切削を行います。

公差

公差は、完成寸法の許容変動範囲を規定します。厳しい公差を実現するには、慎重なセットアップと低速の切断速度が必要です。この工程では、±0.002インチという極めて狭い公差レベルを達成することを目指します。

冷却水の流れと温度

クーラントの流量は切削部の温度を制御し、潤滑します。適切な冷却は工具の摩耗を軽減し、仕上げ品質を向上させます。オペレーターは高品質のクーラントを使用し、流量を管理することで切削部を清潔に保ちます。

次の表に、主なパラメータと一般的な設定を示します。

	説明	代表的な値の範囲
切削速度	ツールが材料上を移動する速度	100 m/分（最大）
送り速度	工具が1回転あたりに進む距離	0.1～0.2mm/rev
切り込みの深さ	各パスで除去される材料の厚さ	0.010～0.200インチ/パス
工具オーバーハング	ホルダーから突き出た工具の長さ	正確さのために最小化
主軸速度	毎分回転数	素材に応じて調整

CNC機械オペレーター 本格的な生産開始前に、すべての設定をテストします。彼らは経験と測定機器を駆使して、最適なパラメータを設定します。

ボーリング加工の利点と限界

製造業者は、ボーリング加工の利点を重視していますが、その方法の限界も認識しています。

ボーリング加工の利点

• ボーリング加工は優れた精度を実現し、許容誤差は ±0.0005 インチと非常に狭くなることもあります。
• このプロセスにより滑らかな仕上がりが得られ、摩擦とその後のメンテナンスが軽減されます。
• 製造業者は、小型の医療機器から大型の産業機器まで、さまざまな材料やワークピースのサイズにボーリング加工を使用できます。
• 同じボーリング工具をさまざまな穴サイズに使用できるため、生産効率が向上します。
• 初期設定には費用がかかる可能性がありますが、メーカーは大量生産時の加工時間を短縮できるというメリットを得られます。
• ボーリング加工では、穴あけなどの以前の作業によるエラーを修正できるため、位置合わせと寸法精度が向上します。

ボーリング加工の限界

• 特に CNC 制御が必要な場合、製造業者は高品質のボーリング マシンに投資する必要があります。
• 技術者は、機器を適切にセットアップして操作するために、加工の原理に関する深い知識を持っている必要があります。
• 切削インサートとボーリングバーは摩耗するため、頻繁に交換が必要になる場合があります。
• 掘削では新しい穴は作れません。既存の穴を拡大するだけです。
• メーカーは、深い穴を扱う際に工具のたわみと振動を管理する必要があります。
• 大型の掘削機には大きな床面積が必要なので、小規模な施設では問題となる可能性があります。

ボーリング加工の用途と対応材料

ボーリングを使用する産業

• 航空宇宙： タービン部品、着陸装置
• オートモーティブ・ソリューション : エンジンブロック、シリンダーヘッド
• 医療： 外科器具、整形外科部品
• 石油ガス： バルブ本体、ポンプハウジング
• エネルギー： 風力タービンハブ、原子力部品
• 構造： 掘削機のフレーム、ギアボックス

サポートされている資料

材料	適合
鋼鉄	素晴らしい
アルミ	素晴らしい
鋳鉄	素晴らしい
チタン	グッド
黄銅/銅	グッド
プラスチック	フェア
コンポジット	専門の

ボーリング加工と他の加工の比較

メーカーは、特定の用途に最適な加工方法を選択するために、ボーリング加工とドリリング加工、旋削加工、リーマ加工、フライス加工を比較することがよくあります。メーカーは、以下の違いに注目しています。

• 掘削とボーリング： ドリリングはドリルビットで最初の穴を開け、ボーリング加工はその穴を拡大・精緻化します。ドリリングはボーリングに比べて精度が低く、表面が粗くなります。
• 旋削とボーリング： 旋削加工はワークピースの外面から材料を除去します。一方、ボーリング加工は穴の内面を仕上げます。
• リーマ加工とボーリング加工: リーマ加工では、多刃工具を用いて穴の表面をより細かく仕上げます。ボーリング加工では、単刃工具を使用します。これにより、様々な穴形状において精度が向上しますが、削り取る材料の量が多くなる場合があります。

表. 機械加工プロセスの比較

プロセス	目的	ツールの種類	一般的な許容差	表面仕上げ品質	申し込み
訓練	新しい穴を作る	ドリルビット	±0.005～±0.02インチ	粗い仕上げ、精度が低い	最初の穴の作成
退屈な	穴を拡大/細分化する	切削インサート付きボーリングバー	±0.0005～±0.002インチ	滑らかな仕上がり、高精度	精密内部加工
ターニング	外面を形作る	シングルポイント切削工具	±0.005インチ（約）	中程度から粗い仕上げ	外面加工
リーミング	既存の穴を微調整する	多刃リーマー	±0.001インチ	非常に滑らかな仕上がり	ドリル穴の仕上げ

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