工学専門実験・演習Ⅰ(C)
NC工作機械のプログラミングと
CAEシミュレーション技術を
用いた切削加工の最適化
指導教員:河端 裕 教授
担当T.A.: 2M 岡本 淳志
1M 彦坂 道春
1
●工程設計
・工程設計は,製品をどのように製造する
かを決定する活動であり,生産活動の中
で重要な位置を占める.
・工程設計は,部品コストの決定に重要な
役割を果たし,工場全体の活動や企業の
競争力,生産計画,生産効率,製品の品
質に影響する.
2
●工程設計の基本的な手順
Step1
加工形体ごとに使用工具や加工オペレーション
を検討
Step2
加工オペレーションの優先性について解析
Step3
加工オペレーションの優先性解析に基づいて
加工オペレーションの順序を決定
Step4
加工オペレーションの集約
Step5
加工オペレーションごとに切削条件を決定
3
加工例題
3.2
25
,
1.6
5
φ70
φ36
φ15
M40×2.0
4
3.2
1.6
1
5
30
3
60
2
4
Step1 加工形体の種類と加工法の分析
5
加工形体(穴)の設計仕様
φ15
素材形状
必要な精度
表面粗さ 25μm以下
一般公差 15±0.2mm
6
加工形体(穴)
使用工具及び工具経路
使用工具
ドリルφ15
使用工具
Tコード
刃部材質
チップ形式
ドリルφ15
T0303
TiNコーティングハイス
EX-MT-GDR64650
7
加工形体(端面)の設計仕様
60
必要な精度
表面粗さ 3.2μm以下→ 仕上げが必要
一般公差
60±0.3
8
加工形体(端面)
•工具経路及び使用工具
使用工具
使用工具
外径・端面用バイト
外径・端面用バイト
使用工具
Tコード
刃部材質
チップ形式
外径・端面用バイト
T0101
CA225(コーティング)
CNMG120408HQ
9
●表面粗さを良くするには
1000 f 2
(1) Rmax  8 r の関係式から送りが小さいと表面
粗さは良くなる.ただし,実際の表面粗さと理
論表面粗さは異なる.
(2)図7 切削条件と切削面粗さを参照する.
①送り量が0.2mm/rev以下になると実際の表面
粗さは理論粗さの直線から離れ,増加する.
②切削速度が増加すると理論粗さの式に近づく.
これは,構成刃先が消滅するためである.
(3)仕上げ工程では,あまり力の掛からない切削が
10
望ましい.
11
加工形体(外径段)の設計仕様
30
必要な精度
表面粗さ 1.6μm以下→仕上げが必要
他の部分の表面粗さは25μm以下
一般公差 30±0.2
12
外径段荒加工
•工具経路及び使用工具
使用工具
外径・端面用バイト
使用工具
Tコード
刃部材質
チップ形式
外径・端面用バイト
T0101
CA225(コーティング)
CNMG120408HQ
13
外径段中間仕上げ加工
•工具経路及び使用工具
使用工具
外径・端面用バイト
14
外径段最終仕上げ加工
•工具経路及び使用工具
使用工具
外径・端面用バイト
15
●生産性を良くするには
①精度の必要ない部分の送り量を大きく
する.
②切削送り時のエアー・カット量を小さ
くする.
16
5
36
加工形体(溝)
の設計仕様
必要な精度
表面粗さ 25μm以下
一般公差 5±0.1
36±0.3
17
加工形体(溝)
•工具経路及び使用工具
使用工具
外径溝入れバイト
使用工具
Tコード
刃部材質
チップ形式
外径溝入れバイト
T0505/T0513
TC40N(サーメット)
GB43R400(刃幅4mm)
18
加工形体(溝)
•工具経路及び使用工具
左側面の仕上げ
19
加工形体(溝)
•工具経路及び使用工具
右側面の仕上げ
20
加工形体(溝)
•工具経路
3
4
1
2
5
6
21
加工形体(ねじ)の設計仕様
M40×2
おねじの外径
JIS B0207から40mm
22
加工形体(ねじ)
工具経路及び使用工具
使用工具
Tコード
刃部材質
チップ形式
外径ネジ切りバイト
T0606
TC40N(サーメット)
TNN32ER200M
1.25
0.35
使用工具
外径ねじ切りバイト
23
表1 加工法と使用工具
加工法と使用工具
加工形体
(1)
(2)
穴
端面
(3) 外径段
(4)
(5)
溝
ネジ
要求精度
φ15±0.2
Ra25
荒加工
中間仕上げ加工
最終仕上げ加工
Roughing
Semi Finishing
Finishing
ドリルφ15
工具の数
1
60±0.3
Ra3.2
外径・端面用
バイト
外径・端面用
バイト
1
30±0.2
Ra1.6
外径・端面用
バイト
外径・端面用 外径・端面用
バイト
バイト
1
5±0.1
36±0.3
Ra25
外径溝入れ
バイト
外径溝入れ
バイト
1
M40×2
外径ネジ切り
バイト
外径ネジ切り
バイト
1
24
Step2 加工オペレーションの優先性
25
Step2 加工の優先性
・基準面を含む寸法値による優先性
B
20±0.3
0
24
+1
F2
F1
B
F1
F2
26
・幾何公差に起因する優先性
φ
0.01 A
⊥
②
A
①
①
②
27
・技術的な優先性
●端面荒加工に対する穴あけ加工の優先性
回転中心
回転
送り方向
中心軸付近では切
削速度が0に近く
なるため,工具が
折損しやすくなる.
28
●外径・内径荒加工に対する端面荒加工の優先性
端面の位置が正確にわ
からないため,端面との
距離を大きく取らなけれ
ばならない.
端面の位置が正確にわ
かるめ,端面の近くまで
工具を持っていくことが
できる.
29
●ネジ切り加工に対する溝加工の優先性
δ2
δ1
加速区間δ1
減速区間δ2
30
●外径段仕上げ及び端面仕上げに対する面取りの優先性
重要面
かえり
重要面を後で加工すると加工による「かえり」は
無害な面取り部分に倒れる.
31
・経済的な優先性
●外径・内径荒加工に対する端面荒加工の優先性
端面の振れを取ることで外径・内径加工時に端
面のすぐ近くまで工具を持ってくることができエ
アー・カット量の減らし,生産性が向上する.
●端面荒加工に対する穴あけ加工の優先性
中心軸付近での端面加工を避けることにより,
工具の折損を防ぎ,工具の保護につながる.
32
今までの説明を考慮して加工例題につい
て加工の優先性について検討する.
・加工例題についての加工の優先性を表わした表
を次のスライドに示す.
33
表2 オペレーションの優先性解析
加工
オペレーション
寸法
優先するオペレーション
技術
幾何公差
経済
1R
2R
2F
1R
1R,工具の保護
2R,3F,5F 3R,加工の経済性
2R,生産性の向上,
工具の保護
3R
3SF
3R
3F
3SF
4R
3R
4F
4R
5R
4F
5F
5R
3SF,3F,加工の経
済性
34
Step3 加工の優先性を基づいて
加工順序を決定
35
Step3 加工の優先性を基に加工順序を決定
●加工順序を決定するためにマトリックスを用い
る.次のスライドにオペレーションの順序関係
を表わしたマトリックスを示す.
●マトリックスの左側部分には,加工の優先性の
表を基に優先関係が示されている.
36
マトリックスを用いた加工順序の決定
先に実行すべきオペレーション
1R
2R
2F
3R
3SF 3F
4R
4F
工程番号
5R 5F
1R
実行オペレーション
2R
×
×
3R
×
×
4F
5R
5F
×
×
×
×
3F
4R
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
2
1
1
1
1
0
0
2F
3SF
1
×
×
×
×
×
×
加 工 順 序
1
0
4
4
3
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
3
3
3
2
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
3SF
3F
4R
4F
5R
1R 2R 3R
0
5F 2F
37
Step4 加工オペレーションの集約
38
40H8
30±0.1
加工オペレーション集約の例
25
1.6
2
1
39
①の部分について工程を考える
①
1.ドリル(1R’)
2.ボーリングバイト-荒(R)
3.ボーリングバイト-中間仕上げ(SF)
4.ボーリングバイト-最終仕上げ(F)
1
40
②の部分について工程を考える
②
1.ドリル(2R’)
2.ボーリングバイト-荒(2R)
3.ボーリングバイト-中間仕上げ
(2SF)
4.ボーリングバイト-最終仕上げ(2F)
2
41
●加工オペレーションの優先性について考える
オペレーション
優先すべきオペレーション
1R’ (ドリル)
1R
(内径荒)
1SF (内径中間仕上げ)
1F
(内径最終仕上げ)
2R’ (ドリル)
2R
(内径荒)
1R’,2R’
1R,2R
1SF,2SF
1R’
2R’,1R
2SF (内径中間仕上げ)
2R,1SF
(内径最終仕上げ)
2SF,1F
2F
42
●マトリックスを用いて加工順序を決定する
先に実行すべきオペレーション
1R’
1R
1SF
1F
2R’ 2R
2SF 2F
4
5
実行オペレーション
×
2
1
0
2
2
2
1
0
2
2
2
×
2
2
加工順序
1R’
2R’
×
×
1SF
2R
2SF
2F
×
×
1F
2R’
1
2
3
6
7
2
1
0
2
2
2
2
1
0
2
8
2
1
0
2
1
0
2
2
2
2
1
0
1R
2R
1SF
2SF
1F
2F
0
1R’
1R
工程番号
×
×
×
×
×
×
×
43
●加工オペレーションの集約を行う
1R’→2R’→1R→2R→1SF→2SF→1F→2F
・集約することができ
れば集約する.
1-2R’
集約
穴あけ加工として
集約できる.
1-2R
1-2SF
・表面粗さや公差の
相違を考慮する.
集約
複合固定サイクルによる
内径段荒加工,中間仕上
げ加工の集約.
44
Step4 切削条件の決定
45
Step4 切削条件の決定
例)端面荒加工
●切削速度
教科書付録2のオペレーションシートを参照
・推奨切削速度から切削速度を180m/minとする.
●送り量と切り込み量
教科書付録2のオペレーションシートを参照
・チップブレーカ表から切屑の形状を考慮して,送り
量を0.25mm/rev,切込み量を1.5mm(仕上げ代
0.5mm)とする.
46
47
●理論切削動力
教科書付録2 主要実験式一覧を参照
回転数の式
1000V
N
 d
から
端面加工時の回転数は818rpm~1507rpm
TMC-20ⅡLの動力性能を示した図を見ると,出力の最
大が7.5kwである.出力の限界を80%の6.0kwとする.
理論切削動力の式から
P
K s V  t  f  . .

 . kw

 .
出力の限界を超えないため,この切削条件を用いる.
48
ターニングセンター TMC-20ⅡLの動力性能
主軸回転数-出力/トルク線図
(7.5kW-4500回転仕様(連続定格))
49
②
③
①
工程番号
01
02
03
旋削工程名
穴加工
端面加工
端面加工
荒削り
中間仕上げ
作業内容
Tコード
T0303
T0101
T0101
刃部材質
TiNコーティングハイス
CA225(コーティング)
CA225(コーティング)
外観・チップ形式
EX-MT-GDR64650
CNMG120408
CNMG120408
切削速度
送り量
φ15
130
°
5
°
5
°
[m/min]
25
200
210
[mm/rev]
0.35
0.20
0.15
1.5
0.4
切り込み量
[mm]
50
※表は最初の3工程までの例
※図は最終工程までの例
01
工程番号
工程名
穴加工
使用工具
ドリル(φ15)
T0303
Tコード
刃部材質
TiNコーティリングハイス
EX-MT-GDR64650
チップ形式
7
仮想刃先番号
―
ノーズ半径
主軸制御方式
回転数一定制御
15
加工直径(mm)
25
切削速度(m/min)
531
回転数(rpm)
0.35
送り量(mm/rev)
―
切込み量(mm)
理論切削動力(kW)
1.65(kW)
―
理論粗さRa
使用サイクル名
G74 端面突切りサイクル
70
オペレーション・シートの作成
62
51
達成目標
図面に記載された設計仕様の
分析
これと等価な部品を作る
加工工程の生成
52
自習用資料の入手
• 説明に使用した以下の資料はホームペー
ジからダウンロードできます.
– URL http://edu1.kanazawa-it.ac.jp/kawabata/
– 入手できる資料
•
•
•
•
工程設計の方法(PPT,この資料)
工程設計の方法(DOC)
ターニングセンターのプログラミング(PPT)
加工課題(1)~(4)
(PPT)
53
ダウンロード

工程設計の方法