CNC加工ツールは、主に加工方法、工具材質、構造設計という3つの主要な要素によって分類されます。各カテゴリには、それぞれ異なる利点、制限、そして具体的な用途があり、以下に詳細を説明します。
加工方法による分類
加工方法は切削プロセスの運動学を決定づけます。CNC加工サービスでは、回転フライス加工、軸方向貫通加工、または固定旋削加工のいずれによって材料が除去されるかによって、工具の選択が異なります。適切な形状を選択することで、寸法精度と表面品質の両方を確保できます。
1. フライスカッター
一般的な工具の種類には、フラットエンドミル、ボールエンドミル、フェースミル、スクエアエンドミル、チャンファーミル、Tスロットカッターなどがあります。これらの工具の主な利点は汎用性にあり、簡単なセットアップと高い適応性により、フェースミル加工、コンタリング加工、ポケット加工、面取り加工など、幅広い加工が可能です。しかし、ボールエンドミルはフラットエンドミルに比べて材料除去効率が低く、小径カッターでは剛性不足が問題となり、振動や刃先の欠けが発生することがあります。
2. ドリルビット
主な種類としては、ツイストドリル、センタードリル、深穴ドリル、コアドリル、皿穴ドリルなどがあります。これらの工具は、優れた穴あけ効率と位置決め精度を備えています。特に深穴ドリルは、10:1を超えるアスペクト比にも対応でき、優れた切りくず排出性を備えています。一方で、下穴あけやセンタリングには高い精度が求められ、高速加工時には切りくず排出性が悪いと工具破損につながる可能性があります。
3. ボーリングツール
このカテゴリには、荒削りボーリング工具、精密ボーリング工具、マイクロアジャスタブルボーリング工具が含まれます。これらの工具の最大の強みは、優れた寸法精度と表面仕上げにあり、同軸度と真円度の誤差を効果的に補正します。マイクロアジャスタブルバージョンは、ミクロンレベルの精度を実現します。デメリットとしては、ドリル加工に比べて切削速度が低いこと、スピンドルと工具の同軸度に対する高い要件が必要であること、そして調整プロセスに時間がかかることが挙げられます。
4. 旋削工具
- CNC旋盤に特有の
一般的な工具の種類には、外径旋削工具、内径ボーリングバー、突切り・溝入れ工具、ねじ切り工具、成形工具などがあります。これらは、外径/内径旋削、ねじ切り、および突切り加工を効率的に行うために高度に特化されています。成形工具は、複雑な輪郭を1回のパスで加工できます。しかし、各工具は通常特定の工程に結び付けられているため、汎用性に欠けます。また、ねじ切り工具は切削パラメータの調整に敏感で、不適切な設定は「酔いねじ」やねじ山の交差を引き起こす可能性があります。
5. タップ
- スレッド特有の
主に機械タップ、スパイラルタップ、成形タップまたは押し出しタップに分類されます。これらのタップの利点は、簡単な工程で直接めねじを加工できることです。特に成形タップは、切りくずを排出せずに加工できるため、ねじ山の強度が向上します。欠点としては、止まり穴からの切りくず排出が困難であることや、高速タッピング時に過大なトルクによってタップが破損するリスクが挙げられます。
工具材質による分類
工具材料の化学的および物理的特性は、熱や機械的ストレスへの耐性を決定します。エンジニアは硬度と靭性のバランスを取る必要があります。硬い材料は切削速度が速く、耐久性も長くなりますが、脆くなりやすく、取り扱いを誤ると壊滅的な破損につながる可能性があります。
1. ハイス鋼 (HSS)
HSSは優れた靭性と耐衝撃性を備えています。優れた研削性により、経済的な価格で複雑な形状に成形できます。欠点は、硬度が比較的低く（HRC 62～65）、耐熱性が低いため、切削速度と全体的な生産効率が制限されることです。低速仕上げ加工、非標準カスタム工具、手作業による工具の再研磨に最適です。
2. 超硬合金
超硬工具は、高い硬度（HRC 89～93）と優れた熱安定性（800～1000℃の温度に耐える）を備え、鋳鉄、鋼、非鉄金属など、様々な材料において高速切削と長寿命を実現します。主な欠点は、HSSに比べて脆く、耐衝撃性が低いことと、コストが高いことです。超硬工具は、大量生産における高速切削、中仕上げ、仕上げ加工の業界標準となっています。
3. セラミックツール
これらの工具は、極めて高い硬度（HRA 92～95）と卓越した耐熱性（最高1200～1400℃）を特徴としています。化学的に安定しており、構成刃先（BUE）に対する耐性も優れています。しかし、脆性が高く耐衝撃性が低いため、欠損しやすいという欠点があります。高価で、高い工作機械剛性が必要となるため、主に焼入れ鋼やチルド鋳鉄の仕上げ加工に適しています。
4. 立方晶窒化ホウ素（CBN）
CBNはダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち、極めて高い熱安定性（1400～1500℃）と優れた耐摩耗性を備え、高精度仕上げ加工に適しています。短所としては、脆性が高いこと、コストが高いこと、非鉄金属との化学的親和性により結合が生じることが挙げられます。CBNは、焼入れ鋼、耐摩耗鋳鉄、超合金の高精度仕上げ加工に最適です。
5. ダイヤモンド工具（PCD/単結晶）
最も硬い材料（HV 10,000）は、非常に鋭い切れ刃を有します。非鉄金属では鏡面仕上げ（Ra < 0.1μm）を実現できます。ただし、耐熱性が低い（700℃を超えると炭化が起こる）、極めて脆い、そして高コストという欠点があります。さらに、化学反応のため鉄金属の加工は不可能です。銅、アルミニウム、プラスチック、木材の鏡面仕上げに最適です。
構造設計による分類
工具の構造構成は、その剛性、長期的なメンテナンスコスト、そして稼働停止時間に影響を与えます。最高の精度を実現する設計もあれば、経済効率と自動化生産ラインにおける迅速な工具交換を最適化した設計もあります。
1. ソリッドツール
ソリッド工具は、優れた剛性と高い加工精度を備え、組立誤差（振れ）はゼロです。欠点は、一度損傷すると工具全体を交換する必要があるため、運用コストが高くなり、シャンクの再利用が不可能になることです。これらは主に小径工具や高精度仕上げ加工に使用されます。
2. ろう付け/溶接工具
HSSシャンクの靭性と超硬チップの耐摩耗性を兼ね備え、価格も手頃です。しかし、溶接応力によってチップが割れる可能性があり、チップを個別に交換できないため、摩耗すると工具全体が廃棄されます。汎用の中仕上げ加工および荒加工に使用されます。
3. インデックス可能なツール
これらの工具は交換可能なインサートを備えており、工具オフセットをリセットすることなく素早く交換できます。刃先が摩耗した場合、インサートを回転させて新しい刃先に交換できるため、大量生産において高い稼働率と効率性を実現します。ただし、ソリッド工具に比べて組立精度が若干低く、ツールホルダーの初期投資額が高額になるというトレードオフがあります。大量生産、自動化ライン、および一般的な加工に最適です。
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