フライス工具の種類と特徴や加工法を解説

フライス工具の種類と特徴や加工法を解説

フライス加工の基本と主な種類について

 

フライス加工は、高速回転する切削工具で固定した工作物を削り取る金属加工方法です。この手法は特に直方体などの角物と呼ばれる工作物の加工に適しており、様々な形状の金属部品製造において欠かせない技術となっています。

 

フライス加工の大きな特徴は、工作物を固定し、切削工具を回転させながら加工する点にあります。これに対し、旋盤加工では切削工具を固定し、工作物を回転させるという明確な違いがあります。

 

フライス加工には以下のような主な種類があります。

1. 平面加工：工作物の表面を平らに削る基本的な加工方法です。正面フライスやエンドミル、平フライスなどの工具を使用します。
2. 側面加工：工作物の側面を加工する方法で、エンドミルや側フライスを使用して行います。工具を上下に平行移動させ、工作物の側面を削り取ります。
3. 溝加工：T溝やアリ溝などの溝を工作物に作る加工です。主にエンドミルや専用の溝フライスを使用します。
4. 段加工：工作物に段差を作る加工方法で、部品に凹凸やステップを作る場合に用います。角の形状によって使用する工具が異なります。
5. 曲面加工：3次元加工とも呼ばれ、工具と工作物を数値制御で動かすことで、曲面など複雑な3次元形状を加工します。

これらの加工方法は、製品の要求精度や効率性、コストなどを考慮して選択されます。特に、NC（数値制御）技術の導入により、複雑な形状の加工が高精度で可能になりました。

 

正面フライスの特徴と効率的な使用方法

 

正面フライスは、円筒状工具の外周に複数の刃（チップ）がついた工具で、フェイスミルやフェイスカッターとも呼ばれています。この工具は主に工作物の表面を平滑に削る用途に使用され、フライス加工において最も広く用いられる工具の一つです。

 

正面フライスの主な特徴は以下の通りです。

• 広範囲の加工能力：一度に広い面積を効率的に削り取ることができ、平面加工において高い生産性を発揮します。
• 高精度な平面加工：複数の切れ刃が均等に配置されているため、安定した切削が可能で、精度の高い平面を得ることができます。
• チップの交換式が主流：現代の正面フライスでは、使い捨ての切れ刃（スローアウェイチップ）をねじで固定した交換式の「植付けフライス」が主流となっています。

効率的な使用方法としては、以下のポイントが重要です。

1. 適切な回転速度と送り速度の設定：材料の硬さや要求される表面粗さに応じて、最適な切削条件を設定することが重要です。
2. 切削抵抗の考慮：びびり振動を抑制するために、チップや刃先を不均等に配置した「不等ピッチ」「不等リード」などの特殊な設計の正面フライスも活用できます。
3. 立型フライス盤での使用：正面フライスは主に立型フライス盤に取り付けて使用すると、その性能を最大限に発揮できます。
4. 適切なチップ選択：加工する材料や仕上げ要求に応じて、最適なチップ材質や形状を選択することが効率的な加工の鍵となります。

正面フライスは特に大型の平面加工や、高い平面度が要求される部品の仕上げに適しており、金属加工の現場において欠かせない工具となっています。

 

エンドミルの種類と精密加工における役割

 

エンドミルは、工具の先端や側面に切削用の刃が設けられたドリルのような形状をした汎用性の高いフライス工具です。外周と底面に切れ刃を持ち、様々な加工に対応できる万能工具として広く使用されています。

 

エンドミルには大きく分けて以下の種類があります。

• スクエアエンドミル：先端が平らなタイプで、直角な肩や溝の加工に適しています。
• ボールエンドミル：先端が球形になっており、曲面や3次元形状の加工に適しています。
• ソリッドエンドミル：シャンク（柄部）と刃先が一体になった構造の工具です。
• スローアウェイエンドミル：シャンクと刃先が別体になっており、刃先部分のみを交換できるタイプです。

精密加工におけるエンドミルの主な役割は以下のとおりです。

1. 複雑形状の加工：エンドミルは正面フライスよりも一度に加工できる面積は小さいものの、複雑な形状や細かい部分の加工に適しています。
2. 多様な加工への対応：平面加工、段加工、溝加工、側面加工など、一本で様々な加工ができるため、工具交換の手間を省くことができます。
3. 高精度加工の実現：特に小径のエンドミルを使用することで、微細な形状や精密部品の加工を高精度に行うことができます。
4. 経済性の向上：加工対象物との接点が小さいため、刃物の交換サイクルが長く、経済性に優れています。

エンドミルを使用する際の重要なポイントとして、刃の数の選択があります。主に2〜4枚刃のものが使用され、用途や加工物の大きさによって使い分けます。一般的に、刃数が少ないほど切れ味が良く、刃数が多いほど表面仕上げが向上するという特性があります。

 

精密加工の現場では、エンドミルの特性を理解し、加工目的に応じて適切なタイプを選択することが、品質向上とコスト削減の両立につながります。

 

溝フライスと平フライスの違いと適用場面

 

フライス加工において、溝フライスと平フライスはそれぞれ異なる特徴と適用場面を持っています。これらの工具の違いと最適な使用方法を理解することが、効率的な金属加工の鍵となります。

 

溝フライス（スロットカッター）の特徴：

• 形状：円盤状の刃で、先端に円盤状の切削刃があります。
• 用途：主にワーク表面に溝をつける加工に使用されます。
• 種類：T溝カッター（T溝ボルト用の溝加工）、アリ溝カッター（入り口が狭く奥に入るにつれて広くなる形状の溝加工）などがあります。
• 加工特性：エンドミルを使った溝加工と比較して切削スピードが速く、切り屑を効率よく排出できるため作業効率が高いです。
• 適用場面：特に長くて深い溝を多数加工する場合に適しています。

平フライス（プレーンカッター）の特徴：

• 形状：円筒状の工具で、外周面に刃がついています。
• 用途：主に平面加工に使用されます。
• 装着方法：横型フライス盤に取り付けて使用します。
• 加工特性：正面フライスと比較して切削効率は良いですが、仕上げ精度は劣ります。
• 適用場面：荒削り加工や中仕上げ加工、製品精度をあまり求めない加工に適しています。

使い分けのポイント：

1. 加工形状による選択。
   • 溝や特殊形状の加工には溝フライス
   • 広範囲の平面加工には平フライス
2. 要求精度による選択。
   • 高精度な仕上げが必要な場合は正面フライスやエンドミル
   • 荒加工や中仕上げには平フライス
3. 加工効率の考慮。
   • 同じ形状の溝を多数加工する場合は溝フライス
   • 広い平面を効率的に削る場合は平フライス
4. 工作機械との組み合わせ。
   • 溝フライスと平フライスは主に横型フライス盤に取り付けて使用
   • 工作機械の種類や仕様に合わせた工具選択が重要

これらの工具の特性を理解し、加工目的に応じて適切に使い分けることで、生産効率の向上と加工コストの削減を実現することができます。

 

フライス工具のメンテナンスと長寿命化のポイント

 

フライス工具は金属加工において高価な消耗品であり、適切なメンテナンスと使用方法を実践することで工具寿命を延ばし、コスト削減と加工品質の安定化を図ることができます。ここでは、フライス工具を長持ちさせるための重要なポイントを解説します。

 

1. 適切な切削条件の設定
フライス工具の寿命に最も影響を与える要素の一つが切削条件です。以下の点に注意して設定しましょう。

• 回転速度と送り速度のバランス：工具メーカーが推奨する範囲内で、加工材料に適した条件を選択します。過度な高速回転や送り速度は刃物の摩耗を早めます。
• 切り込み量の適正化：一度に大きな切り込みを入れると工具に負荷がかかります。複数回に分けて切削することで、工具への負担を軽減できます。
• 材料特性の考慮：加工対象の硬度や粘性に応じた条件設定が必要です。特に、フライス加工は硬度が高すぎる材料や粘性・靭性が高いニッケル系材料には不向きな場合があります。

2. 適切な冷却と潤滑
切削熱の管理は工具寿命に直結します。

• クーラントの適切な使用：切削液（クーラント）は工具と加工物の間の熱を奪い、切削抵抗を減らす効果があります。加工内容に合わせた適切なクーラントの選択と供給方法が重要です。
• 乾式加工と湿式加工の使い分け：場合によっては乾式加工が適している場合もあります。加工条件や材料特性に応じて選択しましょう。

3. 工具の保管と取り扱い
日常的な取り扱いも工具寿命に影響します。

• 適切な保管：湿気や衝撃から保護するため、専用のケースや工具棚で保管します。特に刃先が他の物と接触しないように注意が必要です。
• 丁寧な取り付けと取り外し：工具の取り付け・取り外し時に刃先に衝撃を与えないよう注意します。特に精密な刃先は小さな欠けでも加工精度に影響します。

4. 定期的な点検と研磨
工具の状態を常に最適に保つための取り組みが重要です。

• 定期的な目視点検：使用前後に刃先の状態を確認し、摩耗や欠けがないかチェックします。
• 適切なタイミングでの研磨：完全に摩耗する前に研磨することで、工具の寿命を延ばすことができます。特にハイス（高速度工具鋼）製の工具は適切な研磨により再生利用が可能です。
• チップの計画的な交換：スローアウェイチップを使用している場合は、摩耗状況を見ながら計画的に回転させたり交換したりすることで、工具本体の寿命を延ばせます。

5. 最新技術の活用
工具技術は日々進化しています。

• 新素材・新コーティング技術：超硬合金やセラミックスコーティングなど、新しい素材や表面処理を施した工具は耐摩耗性に優れています。
• 最適な工具ジオメトリの選択：切削抵抗を低減する特殊な刃形状や、びびり振動を抑制する不等ピッチ設計など、加工内容に最適な工具設計を選択しましょう。

フライス工具の適切なメンテナンスと使用方法を実践することで、工具コストの削減だけでなく、加工精度の向上や生産性の改善にもつながります。特に精密加工を行う現場では、工具の状態管理が品質管理の重要な一部となります。