CNC加工における19種類のフライス加工

CNCフライス加工は、現代の製造業において広く用いられている手法です。工作物から材料を切削し、所望の形状に成形する加工方法です。CNCフライス盤は、シンプルなデザインから複雑なデザインまで、幅広い加工が可能です。それぞれの加工は異なる方法で材料を削り取り、特定の工具と動作を使用します。

この記事では、CNCフライス加工の仕組みと主なフライス加工の種類について説明します。それぞれの加工方法の利点と一般的な用途を学びます。最後には、プロジェクトに最適なフライス加工方法を選択する方法が理解できるようになります。

CNCミリングのしくみ

CNCフライス加工は、部品のデジタルモデルを含む設計ファイルから始まります。設計者はこれらの3Dモデルを以下の方法で作成します。 CADソフトウェアプログラマーはCADファイルを命令セットに変換し、 CNCマシン 読み取ることができます。これらの命令は、GコードやMコードと呼ばれることが多く、機械にどのように移動するか、切削工具をどのくらいの速度で回転させるか、そして各ステップでどのくらいの材料を除去するかを指示します。

このプロセスを可能にするのは、次のコンポーネントです。

• コントロールパネル: コントロールパネルはGコードを読み取り、 Mコード ファイルです。これにより、オペレーターは主軸速度、送り速度、切削深さ、その他の加工パラメータを設定できます。
• スピンドル： スピンドル チャックまたはコレットに切削工具を保持します。スピンドルは工具を様々な速度で回転させます。スピンドルは電動モーターとベアリングによって駆動されます。機械はスピンドルをX、Y、Z軸に動かすことで、ワークピースの様々な領域に到達できます。
• 仕事台作業台は、技術者がワークピースをクランプまたは固定する平らな面です。Tスロットまたは専用クランプによってワークピースが安定します。テーブルは、機械の設計に応じて水平または垂直に移動できます。
• コラムコラムは剛性の高い支持構造です。スピンドルアセンブリを保持し、その垂直方向の動きをガイドします。強固なコラムは、切削中の工具のたわみを防ぎます。
• サドルサドルはコラムとワークテーブルの間に設置され、ワー​​クテーブルをY方向（前後方向）に移動します。この動きにより、工具はワークピースの再クランプなしでワークピースのさまざまな領域に到達できます。
• Arborアーバーとは、複数の工具を同時に保持するシャフトです。主軸から伸びています。アーバーを使用することで、機械は工具交換のために停止することなく、複数の切削工具を連続して駆動することができます。
• 切削工具: フライス切削工具 ワークピースから材料を削り取ります。超硬合金、高速度鋼、その他の高強度材料で作られた鋭い刃が付いています。一般的な例としては、エンドミル、フェイスミル、ボールノーズカッター、スロットドリルなどがあります。

CNCフライス加工のプロセスは常に設計ファイルから始まります。設計後、技術者は工具を装着し、ワークピースをセットアップします。

フライス加工の種類

フライス加工の幅広い範囲は、カッターとワークピースの相互作用の仕方に起因します。広い面を滑らかにする加工もあれば、ポケットを形成したり、エッジを整形したりする加工もあります。溝を彫る加工もあれば、ねじや歯車を切る加工もあります。

以下は、19 種類のフライス加工操作、それぞれの簡単な説明、主な利点、一般的な用途を示した簡単な概要表です。

フライス加工作業	詳細説明	優位性	代表的なアプリケーション
正面フライス	ワークピースの上部の平らな面を切断します。	高い材料除去率、滑らかな仕上がり	平面、金型、機械ベース
平板（スラブ）フライス加工	多くの場合、荒削りのために、平らなエリア全体の料金を支払います。	一貫したストック除去、コスト効率に優れています	大量の材料を除去する；荒削り
側面フライス加工	ワークピースのエッジまたは側面に沿って切断します。	正確なフラットサイドプロファイルを作成	溝、スロット、肩
ストラドルミリング	2 つの平行な面を一度に加工します。	並列スロットの高速生産	治具、固定具、ギアスペース
ギャングミリング	さまざまな操作のために 1 つのアーバーで複数のカッターを使用します。	1つのセットアップで複数の機能	エンジンブロック、トランスミッションハウジング
アングルミリング	特定の角度または面取りでカットします。	正確な角度の表面、ベベル	Tスロット、面取り、角度付きの特徴
フォームミリング	不規則な輪郭またはプロファイルを形成します。	正確な複雑な形状	タービンブレード、整形外科用インプラント
エンドミル	さまざまな形状のエンドミルにワークピースを送ります。	詳細なプロファイルに最適。仕上がりも良好。	ポケット、スロット、複雑なポケット
鋸フライス加工	大きな円形カッターを使用してスロットを切断します。	深い溝や突っ切りに効果的	部品の切断、スロット加工
歯車フライス加工	フォームツールまたはホブを使用してギアの歯を切削します。	非常に精密なギア形状	あらゆる種類のギア製造
スレッドミリング	補間により内ねじまたは外ねじを切断します。	柔軟なねじサイズ、チップ詰まりなし	ファスナー、エンジンの内ねじ
CAMミーリング	機械カムのカム プロファイルを形成します。	正確なカム形状、滑らかな表面	エンジンと機械のカム
プロファイルミリング	ワークピース上の定義されたアウトラインに従います。	正確なエッジと輪郭のカット	複雑な部品の輪郭、装飾的なエッジ
ショルダーミリング	ワークピースに肩または段差を作成します。	直角の角、正確な高さのステップ	肩、段差のある特徴
円筒フライス加工	円形または円筒形を作成します。	正確な円形プロファイル、一貫したサイズ	シャフト、ローラー、円筒形ハウジング部品
マイクロミリング	細かいディテールを表現するために非常に小さなカッターを使用します。	微細な特徴に対する高精度	マイクロ部品、電子部品
プランジフライス加工	カッターを材料にまっすぐに突き刺します。	高速ポケット加工、深穴加工	豊富な資金、最初の参入のチャンス
ヘリカルミリング	らせん状のパターンで穴またはフィーチャを切り取ります。	滑らかな穴壁、柔軟な穴サイズ	大口径穴あけ、ヘリカルスロット切削
スロットミーリング	回転カッターを使用してワークに直線の溝を作ります。	効率的なスロット加工のための高い材料除去率	スロット、溝

次のセクションでは、簡単な例を使用して各操作をさらに詳しく説明します。

1. 正面フライス加工

当学校区の 正面フライス盤 この加工では、外周と端面に複数の刃が配置されたカッターを使用します。カッターはワーク表面に対して垂直に回転します。この加工の主な目的は、広い平面を平坦化または滑らかにすることです。刃先は材料を半径方向に削り取ります。この加工では、一度に深い切込みを処理できます。そのため、正面フライス加工は大量の材料を迅速に削り取るのに最適です。

多くのメーカーは、鋳物や鍛造品の素形材を加工前に準備するために、正面フライス加工を利用しています。正面フライス加工の最大の利点は、切削速度を高くできることです。送り速度と主軸回転数を最適化することで、オペレーターは良好な仕上げ面を得ることができます。典型的な表面粗さは、Raで0.8～3.2μmです。

2. 平板（スラブ）フライス加工

平フライス加工（スラブフライス加工とも呼ばれる）は、正面フライス加工と非常によく似ています。主な違いは、平フライス加工では外周部にのみ切れ刃を持つカッターを使用することです。つまり、カッターの面は切削せず、刃先のみが材料を処理します。ワークピースは回転するカッターを通過し、テーブルの長さに沿って移動します。

この方法では、より均一なストリップ状に材料を除去します。この加工により平坦な表面が得られますが、通常、正面フライス加工よりも若干粗い仕上がりになります。平面フライス加工の典型的な表面粗さは、Raで1.6～6.3μmです。

3.側面フライス加工

サイドミリング カッターの側面の歯を用いて、垂直面、肩、または溝を加工します。カッターはワーク面と平行に回転し、ワークはカッターの側面に沿って移動します。これにより、正確な垂直またはほぼ垂直の壁面が形成されます。

側面フライス加工は、平面形状、キー用スロット、Oリング用溝などを形成する際に威力を発揮します。工具側面の切れ刃により、厳しい公差を維持できます。側面フライス加工における典型的な粗さ範囲は、Raで1.6～3.2μmです。

4. ストラドルミリング

ストラドルフライス加工では、同一のアーバーまたはスピンドルに取り付けられた2つの同一形状のカッターを使用します。2つのカッターは互いに向かい合い、間に隙間があります。ワークピースは2つのカッターの間を通過し、それぞれのカッターが反対側から材料を削り取ります。

これは、機械が一度に2つの平行面を加工することを意味します。カッター間の距離によって、スロットの幅、つまり面間の距離が制御されます。ストラドルミリングは、2つの別々のパスを作成する必要がなく、平行面を作成するのに非常に効率的です。

5. ギャングミリング

ギャングミリングでは、1つのアーバーに複数の異なるカッターを取り付けます。各カッターは、1回の直線パスで異なる加工を行います。例えば、1番目のカッターで表面を荒削りし、2番目のカッターで溝を成形し、3番目のカッターでエッジの面取りを行います。ワークピースの移動は1回だけなので、この方法は時間を節約します。

オペレーターは、ポケットや溝などの複雑な形状を非常に迅速に成形できます。干渉を避けるため、カッターの配置には慎重な計画が必要です。一般的な工具としては、フェイスミル、スロットドリル、面取りミルなどが挙げられますが、これらはすべて1つのセットアップで使用できます。

6. アングルミリング

アングルミリング ワークピースの表面に対して正確な角度で取り付けられたカッターを使用します。カッターの歯は螺旋状または角度付きの輪郭に沿って配置されます。この加工により、面取り、ベベル、または角度付きエッジが生成されます。機械のセットアップにより、カッター軸が所定の角度に傾斜するように調整されます。

アングルフライス加工では、ワークピースの位置を慎重に制御する必要があります。余分な遊びがあると角度がずれてしまいます。典型的な用途としては、溶接接合部用のV字溝の作成や、美観または機能上の目的で角度のあるエッジの作成などがあります。

7. フォームミリング

フォームフライス盤 ワークピースの形状の一部分と一致するプロファイルを持つ特殊なカッターを使用します。カッターのプロファイルは、凸型、凹型、または任意の輪郭形状にすることができます。機械は、カッターの形状がワークピースに押し込まれるようなパスに沿ってカッターを移動させます。その結果、加工面はカッターのプロファイルと完全に一致します。

この方法は、最小限のパス数で複雑な形状や曲線形状を加工するのに最適です。メーカーは、タービンブレード、非標準プロファイルのギア、カスタム整形外科用インプラントなどの成形にフォームミリングをよく使用します。

8. エンドミル加工

エンドミル 回転するエンドミルカッターの面または側面にワークピースを送り込みます。カッターの軸はワーク面に対して垂直で、工具はX、Y、Z方向に移動できます。エンドミルには、フラットエンド、ボールノーズ、コーナーRなど、様々な形状があります。オペレーターは、必要な形状に基づいて形状を選択します。

この加工では、ポケット、スロット、輪郭形状を作成できます。この加工は非常に柔軟性が高く、1回のセットアップで微細な形状を加工できます。例えば、ボールノーズエンドミルは曲面の滑らかな仕上げに最適です。

9. 鋸フライス加工

ソーフライス加工では、スリッティングソーまたはカットオフソーと呼ばれる大型の円形カッターを使用します。カッターは高速回転し、ワークピースから狭い溝や部品を切り出します。オペレーターは、深さと送りを調整することで、溝の幅や間隔を設定します。この方法は、完成品の切断や、大きなワークピースを小さなセクションに分割するのに最適です。また、キー溝やガイドとして機能する直線状の溝も作成します。

10. 歯車のフライス加工

ギアフライス加工では、ギアの歯と逆の形状を持つ特殊なギアカッターまたはホブを使用します。カッターとワークピースは同期して回転します。ワークピースとカッターが回転するたびに、ギアの各歯溝から少量の材料が削り取られます。このプロセスは、最終的なギア形状が現れるまで続きます。

11. ねじ切り加工

ねじ切り 螺旋状のカッターを螺旋状の経路に沿って移動させることで、穴またはロッドにねじを切ります。カッターは、穴の軸を中心に移動して内ねじを切るか、ロッド上の螺旋状の経路に沿って移動して外ねじを切断します。オペレーターはツールパスをプログラムすることで、深さとピッチを調整できます。

ねじ切りフライス加工では、カッターが切削片をより効率的に除去できるため、大径穴でも優れたねじ品質が得られます。また、カッターがねじ山の一部にのみ接触するため、工具へのストレスも軽減されます。

12. CAMミーリング

CAMフライス加工とは、カムプロファイル（回転運動を直線運動に変換する曲線または複雑な形状）を成形することを指します。この加工では、カムプロファイルの一部に一致する専用のカッターを使用するか、ボールエンドミルまたはコンターエンドミルを使用します。機械は、カムの輪郭に沿ってプログラムされたパスに沿って加工を行います。

カムの形状は機械システムの動きを制御するため、この作業には高い精度が求められます。適切に設計されたカムプロファイルは、スムーズな動き、最小限のノイズ、そして部品の長寿命化を実現します。

13. プロファイルミリング

プロファイルフライス盤 ワークピース表面の輪郭に沿って切削します。カッターの形状は様々で、例えばシンプルなフラットエンドミルやボールエンドミルなどがあります。機械は、プログラムされたパスに沿ってカッターを動かし、ワークピースの輪郭に沿って切削します。

この作業は平面または立体形状上で行うことができます。プロファイル加工は、ブラケット、エンクロージャ、装飾トリムなどの部品に複雑な輪郭を形成する際に不可欠です。オペレーターは、仕上げ品質とサイクルタイムのバランスをとるために、深さとステップオーバーを慎重に選択します。

14. ショルダーミリング

肩削りでは、外周と端面に刃が付いたカッターを用いて、ワークに垂直方向の段差、つまり「肩」を作ります。カッターの直径は、肩の幅とほぼ一致しています。機械はカッターを垂直方向と水平方向に動かし、側面と端面の両方の刃で肩を切削します。

この作業により、水平面と垂直面の間に鋭利な90度のコーナーが形成されます。コーナー部の欠けを防ぐため、オペレーターは送り速度と切削速度を適度に保つ必要があります。また、肩の高さを維持するために、正確な深さ制御も重要です。

15.円筒フライス加工

円筒フライス加工は、部品の円筒面または内周面を加工します。ロータリーカッターは、ワークピースが回転または治具上でインデックスされている間、曲面に沿って移動します。カッターは、ワークピースの形状に合わせて凸型または凹型のプロファイルを使用します。

16. マイクロミリング

マイクロフライス加工とは、直径1mm未満の非常に小さなカッターを用いて、微小な部品に形状を加工する加工方法です。カッターは非常に高速で回転し、時には100,000回転/分以上になることもあります。工具の破損を防ぐため、送り速度は非常に低く設定されています。

この加工は、医療機器、電子機器、微細金型などの精密な形状の加工に最適です。オペレーターはカッターの脆さを考慮し、良好な切削片排出を確保する必要があります。小さな切削片であっても、小さなカッターを損傷したり、小さな部品の表面を損傷したりする可能性があります。

17. プランジミリング

プランジミリング（Z軸ミリングとも呼ばれる）は、カッターをワークピースに垂直方向にまっすぐ押し込みます。カッターはワークピースに食い込みながら、円形の金属パターンを削り取ります。深く押し込んだ後、カッターは横方向に移動してキャビティを広げます。その後、カッターは後退し、新しい位置で垂直方向のプランジ加工を繰り返します。

この方法は切削抵抗を低減し、難削材のポケット荒加工に適しています。また、切りくずがプランジごとに小さなセグメントに分割されるため、より効果的な切りくず除去が可能になります。

18. ヘリカルフライス加工

ヘリカルミリング プランジフライス加工の一種で、カッターが螺旋状またはヘリカル状に動きます。まず、カッターを穴の中心に置きます。次に、カッターはZ軸方向に下降すると同時に、穴の中心を一定の半径で円運動します。この垂直方向の動きと円運動の組み合わせにより、材料を層状に切削するヘリカル運動が生まれます。ヘリカルフライス加工では、ドリルを必要とせずに丸穴を加工できます。

19. スロットミリング

スロットミーリング スロットカッター（ほぼ円形の鋸のような刃で、材料の側面を切削する）を用いて、ワークに溝や溝を作ります。カッターはワークに沿って移動し、必要な幅と深さの溝を彫り出します。場合によっては、エンドミルが代わりに使用されます。エンドミルの側面の溝は材料を横方向に削り、端面は下方向に削ります。スロットフライス加工は、キー溝（シャフトのキーを差し込むためのスロット）や、機械組立や継手部品に必要なその他の溝を形成するために一般的に使用されます。

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適切なフライス加工方法の選択方法

プロジェクトに最適なフライス加工方法を選択するには、いくつかの要素を考慮する必要があります。それぞれの要素は、最終製品の寸法、表面仕上げ、そして機能に直接影響します。以下は、選択プロセスに役立つ主な考慮事項です。

材料タイプ

ワークピースの材質特性（硬度、靭性、熱伝導率など）は、工具の選択と加工方法に影響します。ステンレス鋼のような硬い材料では、切削速度を低く抑える必要がある場合があります。 クライムミリング 工具の摩耗を軽減するためです。アルミニウムなどの柔らかい材料は、従来の加工方法でより速く加工できる場合が多いです。

表面仕上げの要件

表面粗さ（Ra）は工程によって異なるため、エンジニアは必要な仕上げに合わせて工程を選択する必要があります。

• 正面フライス: Ra 0.8 – 3.2 μm
• エンドミル: Ra 0.8 – 6.3 μm
• スロットミーリング: Ra 1.6 – 6.3 μm
• スレッドミリング: Ra 1.6 – 3.2 μm
• 歯車フライス加工: Ra 1.6 – 3.2 μm

部品に非常に滑らかな表面が必要な場合、オペレーターは、広い平面にはフェースミル加工を選択し、小さな形状にはファインエンドミルを選択できます。

幾何学的複雑さ

平面や直線スロットなどの単純な形状には、平面フライス加工やフェースフライス加工などの基本的な加工工程で対応できます。複雑な輪郭、ポケット、カムプロファイルには、フォームフライス加工、エンドミル加工、またはCAMフライス加工が必要です。3Dモデルを分析し、ツールパス戦略を検討することで、単一の加工で形状を実現できるのか、それとも複数の加工を組み合わせる必要があるのか​​を判断するのに役立ちます。

マシンの機能と設定

CNC工作機械のパラメータ（主軸回転速度（RPM）、送り速度（mm/分またはインチ/分）、切込み深さ（パスあたりmmまたはインチ））は、生産速度と部品品質に直接影響します。オペレーターは、機械の軸移動量、ワーク保持能力、および剛性が選択した加工に適していることを確認する必要があります。例えば、深い溝を加工する場合、十分なZ軸移動量と、たわみを防ぐための堅牢なセットアップを備えた工作機械が必要になることがよくあります。

切削機構に基づくフライス加工の種類

フライス盤は、カッターがワークピースに接触する方法によっても分類できます。主な送り方法は、コンベンショナルフライス加工とダウンカットフライス加工の2つです。また、手動操作とCNC操作の違いもあります。

手動フライス加工

手動フライス加工では、加工者がワークと工具を手作業でセットアップします。オペレーターはハンドホイールを使用してテーブルと切削工具を移動します。加工者は経験と視覚的な手がかりに基づいて、切込み深さ、主軸回転数、送り速度などのパラメータを調整します。

手作業によるフライス加工は柔軟性と低コストを両立しますが、オペレーターのスキルに大きく依存します。セットアップ時間は長くなる傾向があり、精度は現代のCNC工作機械が達成できるレベルよりも低い場合が多いです。

CNCフライス

CNCフライス加工では、コンピュータ制御システムを使用してカッターとワークピースを自動的に動かします。CAMプログラムは、 Gコード CNCコントローラが読み取る。機械は正確な送り速度、スピンドル速度、そして ツールパス 人間の介入なしに、3 軸マシンは X、Y、Z 軸で移動でき、4 軸または 5 軸マシンは回転や傾斜を追加します。

従来型フライス加工とダウンカットフライス加工

手動フライス加工とCNCフライス加工の両方において、技術者は従来のフライス加工とダウンカットフライス加工という2種類の送り方法を選択できます。この選択は、表面仕上げ、工具寿命、切削抵抗に影響します。

以下は、これら 2 つのミリング方法をまとめた比較表です。

機能	従来のフライス加工	クライムミリング
切断方向	カッターはフィードに対して回転する	カッターはフィードとともに回転する
チップ厚さプロファイル	小さく始まり、大きく終わる	大きく始まり、小さく終わる
表面仕上げ	ラフ	より滑らかに
工具の摩耗	高くする（擦れのため）	下側（せん断による）
ワークの安定性	素材がわずかに浮き上がる可能性があります	ワークピースを下方に引っ張る傾向がある
適切な材料	柔らかいもの（例：アルミニウム、真鍮）	より硬い（例：鋼、ステンレス鋼）
マシン要件	剛性の低い機械でも大丈夫	バックラッシュを避けるためには剛性の高い機械が必要

垂直フライス加工と水平フライス加工

縦フライスカッターのスピンドルは垂直（上下）に配置されています。ワークテーブルはX軸とY軸に沿って移動します。 立型フライス盤 ニーミル、ベッドミル、コラムミルなどがあります。

横フライス加工カッターのスピンドルは水平（左右方向）に配置されています。ワークテーブルは垂直方向（Z軸）と水平方向の1つの軸で移動します。水平フライス盤には、重いカッターを保持するための大型のアーバーサポートが備わっていることがよくあります。

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結論

CNCフライス加工は、平面から複雑なカムやギアまで、幅広い形状に対応できる汎用性の高い加工方法を提供します。エンジニアは、材料特性、表面仕上げ要件、形状の複雑さを適切なフライス加工プロセスに慎重に適合させる必要があります。フライス加工と工具について十分な情報に基づいた選択を行うことで、メーカーはサイクルタイムとコストを最小限に抑えながら、高精度と長寿命の工具を実現できます。

よくあるご質問