CNCボーリングの仕組みとは？また、どのボーリング工具を選ぶべきか？

CNC ボーリングの概要

ボーリングの精度要件

ボーリングは、マシニングセンターで行われる主要な加工工程の一つです。これにより、穴群の寸法公差や形状公差を正確に制御できるほか、前工程で生じた誤差を補正することも可能です。.

ボーリングによって加工される円筒穴の多くは、機械部品の重要な嵌合穴や支持穴であるため、比較的高い寸法精度が求められます。一般的な嵌合穴は通常、IT7またはIT8に管理されますが、主軸ハウジングの内径についてはIT6が要求される場合もあり、精度要件がそれほど高くない穴は、多くの場合IT11に管理されます。.

ブラケットやスリーブの高精度穴、およびハウジングの重要穴については、幾何学的精度は一般的に、穴径の公差の3分の1から2分の1の範囲内に管理する必要があります。 ボーリング穴間の中心距離誤差は通常±0.025～0.06 mmに、2つの穴軸間の平行度誤差は0.03～0.10 mmに管理されます。ボーリング面の表面粗さは、通常Ra 1.6～0.4 µmです。.

ボーリング加工の工程

穴あけ加工は、多くの場合、荒削り、半仕上げ、仕上げの順に行われます。必要な工程は、穴の公差、被加工材の材質、および部品の構造によって異なります。.

粗穴あけ

荒削りは、円筒穴の加工において重要な前処理工程である。鋳造または鍛造されたブランク穴、あるいはすでにドリル加工や座ぐり加工が施された穴を加工し、半仕上げおよび仕上げ加工に適した状態を整える。また、亀裂、砂の混入、気孔などのブランクの欠陥を早期に発見することもできる。.

荒削りでは通常、半仕上げおよび仕上げ削り用に、片側あたり2～3 mmの余肉を残します。また、精密ハウジング部品の場合、荒削りの後に、加工中に生じた内部応力を緩和するために、焼き戻しや時効処理を行う必要があり、その後で仕上げ削りが行われます。.

粗ボーリングでは、大きな切削パラメータにより、高い切削力や温度が発生し、工具の著しい摩耗が生じます。したがって、粗ボーリング用工具には、十分な強度と耐衝撃性が求められます。また、その形状は、切削力や加工システムにかかる負荷を低減しつつ、効果的な放熱を可能にするものでなければなりません。.

セミフィニッシュボーリング

半仕上げボーリングは、荒加工後に残った不均一な余肉を修正し、仕上げボーリングに向けた穴の準備を行うものです。高精度な穴を加工するには、2回の半仕上げ加工が必要になる場合があります。1回目で最も不均一な余肉を取り除き、2回目で残りの余肉を取り除くことで、寸法精度や形状精度を向上させ、表面粗さを低減させます。.

半仕上げボーリングでは、通常、仕上げボーリングのために片側あたり0.3～0.4 mmの余肉を残します。精度要件がそれほど高くない穴の場合、荒ボーリングから直接仕上げボーリングに進むこともあります。.

ボーリング加工の完了

仕上げボーリングでは、より高い切削速度とより低い送り速度を用いて、荒ボーリングや半仕上げボーリングで残されたわずかな余肉を取り除き、指定された内面を正確に形成します。.

荒穴あけ後は、クランププレートを緩め、ワークを再度クランプし直すことで、クランプによる変形が最終精度に及ぼす影響を低減する必要があります。仕上げ穴あけにおける一般的な半径方向の切り込み深さは少なくとも0.01 mm、送り量は少なくとも0.05 mm/回転とします。.

ボーリング工具の種類と選び方

マシニングセンター用のボーリング工具の切削部は、基本的に外径旋削工具と類似しています。ただし、マシニングセンターでのボーリング加工では通常、カンチレバー式の工具が使用されるため、ボーリングバーには十分な剛性と精度が求められます。 工具はさまざまな切削条件に対応したものが用意されており、刃先の数によって、片刃ボーリング工具や両刃ボーリング工具に分類される。.

片刃ボーリング工具

ほとんどの片刃ボーリング工具は、調整可能な構造になっています。図に示す（a）、（b）、（c）の形状は、貫通穴、段付き穴、および盲穴に使用されます。ネジ1で切削直径を調整し、ネジ2で設定を固定します。.

片刃工具は剛性が比較的低いため、切削中に振動が生じることがある。そのため、半径方向の力を低減するために、より大きなアプローチ角が選ばれる。 加工径はボーリング工具を移動させることで設定されるため、調整が不便で効率が低下する。この設計は主に単発生産や小ロット生産に使用される。しかし、そのシンプルな構造と幅広い適応性から、広く利用されている。.

両刃ボーリング工具

単純な両刃ボーリング工具は、両端に対称に配置された2つの切削刃を持ち、両方の刃が同時に切削を行います。このバランスの取れた切削動作により、ボーリングバーに作用する半径方向の力の多くが相殺されます。これにより、より大きな切削パラメータの設定が可能となり、バーに必要な剛性が低減され、振動が抑制され、切削効率が向上します。.

インサート交換が容易で、再研磨が不要、かつ調整も簡単なため、インサート式両刃ボーリング工具は広く使用されています。対称的な切削により、高いボーリング精度を実現できます。片刃工具と比較して、1回転あたりの送り量を約2倍にできるため、生産性が向上します。.

大径の穴は、ヘッドの調整範囲が広い調整式両刃ボーリング工具を使用して加工できます。最大ボーリング径は1,000 mmに達します。.

微調整用ボーリング工具

微調整用ボーリング工具は、マシニングセンターでの仕上げボーリングに広く使用されています。その半径方向の寸法は、0.01 mmの目盛分解能で、所定の範囲内で調整可能です。.

工具を調整するには、まずクランプネジを緩め、次に目盛りの付いた調整ナットを、切削ヘッドが所定の直径に達するまで回転させ、最後にネジを締め直します。このタイプのボーリング工具は、比較的シンプルな構造でありながら、高い精度、優れた汎用性、そして高い剛性を備えています。.