リーマ加工は、どのようにして穴の精度と表面仕上げを向上させるのでしょうか？

リーミングとは何か？

リーマ加工とは、リーマを用いて穴の壁面から極めて薄い金属層を除去し、寸法精度を向上させ、表面粗さを低減させる穴の仕上げ加工です。これは、過度に硬くない材料の中程度の直径の穴の仕上げに一般的に用いられ、ホーニングやラッピングの前処理としても機能します。 機械リーマ加工は生産性が高く、人手をあまり必要としないため、大量生産に適しています。.

リーマ加工では、IT9～IT7の精度と、Ra 1.6～0.8 µmの標準的な表面粗さを実現できます。この性能は、リーマ独自の形状、わずかな加工余量、および低切削速度によって実現されています。.

例えば、等間隔に配置された6つのØ20H7の穴で、表面粗さRa 1.6が要求される場合は、リーマ加工の適した対象となります。.

IT8の穴は、通常、1回のリーマ加工で仕上げることができます。IT7の穴は2回のリーマ加工を行う必要があります。まず、穴径より0.05～0.2 mm小さいリーマで加工し、次に穴の公差を満たす仕上げ用リーマで加工します。IT6の穴は3回のリーマ加工を行う必要があります。.

リーマ加工では位置誤差を補正できる範囲が限られているため、先行する工程で所定の位置を確保しておく必要があります。同軸度や位置公差の要求が厳しい穴については、スポットドリル加工、穴あけ加工、荒ボーリングを経て、その後リーマ加工を行うことがあります。リーマ加工を行う前に、穴の表面粗さはRa 3.2 µm以下にしておく必要があります。.

切削液は、より良好な表面仕上げを実現し、切りくずを除去するのに役立ちます。リーマ加工では多量の熱が発生しないため、通常は標準的な切削液で十分です。.

リーマーの構造と選定

リーマーの構造

マシニングセンターでは、一般的に標準的なリーマーが使用されます。一般的な形状としては、ストレートシャンクリーマー、テーパーシャンクリーマー、シェルリーマーなどがあります。 代表的な直径範囲は、ストレートシャンク工具でØ6～Ø20 mm、テーパーシャンク工具でØ10～Ø32 mm、シェルリーマーでØ25～Ø80 mmです。リーマーは通常、H7、H8、H9の精度等級で入手可能です。.

ヘッドの先端部分は「エントランス・チャムファー（リード）」と呼ばれ、面取りされていない穴への工具の挿入を容易にする役割を果たします。一部のリーマーには、切削の大部分を担うテーパー状の切削部が設けられています。その半角は通常1°から15°と小さく、これにより中心合わせが容易になり、薄い切りくずが生成されます。.

サイジング部は、穴径を修正し、穴壁の仕上げを行い、工具を誘導する役割を果たします。その円筒部は、リーマーの直径を維持するとともに、測定面として機能します。後端部のわずかなバックテーパーにより、穴壁との摩擦が低減されます。.

リーマーの直径の決定

穴の精度は、主にリーマーの寸法精度に左右されます。新品の標準的な円筒リーマーには、研削余裕が含まれていることが多く、表面仕上げが不十分な場合があります。したがって、IT8より高精度な穴を加工する前に、その直径を所定の寸法に研削する必要があります。.

リーマ加工された穴は膨張したり収縮したりする可能性があり、この挙動に対して普遍的に適用できる許容値は存在しません。実用的な寸法決定方法は以下の通りです：

• リーマーの基本径＝穴の基本径。.
• 上限偏差＝穴径の公差の3分の2。.
• 偏差が小さい場合＝穴径の公差の3分の1。.

公差が+0.021/-0 mmのØ20H7の穴の場合、 リーマーの基本径はØ20 mm、上側偏差は2/3 × 0.021 = 0.014 mm、下側偏差は1/3 × 0.021 = 0.007 mmとなる。 したがって、選定されるリーマーの直径はØ20 mm、偏差は+0.014/+0.007 mmとなります。.

歯数の選定

リーマーは多刃工具であり、刃数は穴の直径と精度によって決まります。 標準的なリーマーの歯数は4～12本です。歯数が多すぎると、製造や研削が困難になり、所定の直径における歯の強度が低下し、切りくずの排出スペースが制限されるため、切りくずの詰まり、穴壁の傷、あるいは刃先の欠けを引き起こす可能性があります。一方、歯数が少なすぎると、安定性が低下し、1本あたりの負荷が増大し、幾何学的誤差が生じやすくなります。.

リーマーには、直歯型とヘリカル歯型があります。左巻き溝を持つヘリカルリーマーは、ヘリカル構造によって切りくずを穴の底へと押し出し、穴の向こう側の空間へと排出するため、貫通穴に適しています。一方、盲穴には適していません。.

リーマ加工パラメータの選定

リーマ加工余裕

リーマ加工余量は、リーマ加工のために確保される材料の深さのことです。通常、カウンターボーリングやボーリングの加工余量よりも小さくなります。加工余量が大きすぎると、切削圧力が上昇し、リーマが損傷したり、表面仕上げが悪くなったりする恐れがあります。加工余量が大きい場合は、荒リーマ加工と仕上げリーマ加工を別々の工程で行う必要があります。.

余裕量が不十分だと、工具の早期摩耗を招き、正常な切削ができなくなるほか、仕上げ品質も低下します。一般的な余裕量は0.1～0.25 mmであり、大きな穴の場合でも0.3 mmを超えてはなりません。 一般的な推奨値として、リーマ径の1%～3%分を直径方向の切削余量として確保することが推奨されます。.

送り速度

リーマ加工の送り量は、通常、ドリル加工の送り量の2～3倍です。送り量を大きくすると、リーマが表面をこするのではなく切削しやすくなりますが、送り量が増えるにつれて表面粗さRaは大きくなります。.

送り量が少なすぎると、半径方向の摩擦が増加します。その結果、リーマーの摩耗が早まり、チャタリングが発生したり、穴の表面が粗くなったりする可能性があります。.

主軸回転数

すべての切削パラメータがリーマ加工面の表面粗さに影響を及ぼしますが、中でも切削速度の影響が最も大きいです。中炭素鋼を高速鋼製リーマで加工し、Ra 0.63程度を得るためには、ビルドアップエッジの形成を防ぐため、切削速度を5 m/min以下に抑える必要があります。 鋳鉄の切りくずは微細な粒子に砕けるため、ビルドアップエッジが形成されにくく、切削速度を8～10 m/minまで上げることができます。.

一般的な目安として、同じ材料でのリーマ加工時のスピンドル回転数は、ドリル加工時の回転数の3分の2に設定します。例えば、ドリル加工で500 r/minを使用する場合、妥当なリーマ加工速度は500 × 0.660 = 330 r/minとなります。.

リーマ加工における定型サイクルの活用

リーマ加工の手順は、他の穴あけ加工と似ています。盲穴の場合、ドリル加工の後にリーマ加工が行われますが、穴内に残ったドリル屑がリーマに支障をきたす可能性があります。そのため、リーマ加工の前にM00によるプログラム停止を挿入し、作業者がすべての屑を取り除けるようにする必要があります。.

リーマ加工プログラムでも定型サイクルが使用されます。FANUCの制御システムにはリーマ加工専用のサイクルは定義されていませんが、穴への送り込みと引き抜きを同じ送り速度で行うため、G85が適しています。.