ミーリング加工とは? 使用する工具の種類と加工のポイント

ミーリング加工とは? 使用する工具の種類と加工のポイント

金属加工の加工精度を高めるには、各加工の特徴を知っておくことが重要です。金属加工には多くの種類がありますが、その中のひとつに、「ミーリング加工」が挙げられます。ミーリング加工は、具体的にどのような加工なのでしょうか。
この記事では、ミーリング加工の概要や使われている工具の種類、加工方法などをご紹介します。

ミーリング加工とは

ミーリング加工は、不要な部分を除去して目的形状にする除去加工の一種です。刃物を使って素材を削る「切削加工」に分類されます。
ミーリング(Milling)は「挽く」という意味を持つ英語で、文字どおり、機械に固定した材料に回転させた切削工具を当て、削り取るように加工を行うのが特徴です。

材料に工具を当てて断続的に切削するため、表面を平らにしたり、曲面を作ったりする他、穴あけ、溝削りなど、多くの加工を行うことができます。高精度な加工が行えるため、幅広い分野の部品製造で用いられている加工方法です。

ミーリング加工に使用する工作機械

ミーリング加工では、フライス盤(ミーリングマシン)やマシニングセンタといった工作機械を使用します。フライス盤を用いることから、ミーリング加工ではなくフライス加工と呼ばれる場合もありますが、ミーリング加工と意味は変わりません。

フライス盤は、回転する主軸にフライスと呼ばれる刃物を取り付けて、加工を行う工作機械です。テーブルに固定した素材に、回転させた刃物を押し当てることで、目的の形状に仕上げます。
作業者が機械の操作を手動で行う「汎用フライス盤」と、数値制御によって自動加工を行える「NCフライス盤」に大きく分けることができますが、近年はコンピューター制御を行うNCフライス盤(CNCフライス盤)が主流です。

ミーリング加工で使用する切削工具の例

ミーリング加工では、さまざまな切削工具を使って材料を目的の形状に仕上げていきます。
ここでは、その中で代表的なものをいくつかご紹介します。

・正面フライス

正面フライスは、側面に配置された刃物で切削を行う円筒形状の工具です。フェイスミルとも呼ばれます。広い範囲を平面切削するのに最適です。
円筒部分と側面の刃が独立していて、刃先を交換できる場合もあります。

・平フライス

工具の回転軸が材料の平面に対して平行方向で、横型のフライス盤で用いられるのが平フライスです。外周に付いた刃部で被削材を削りながら、工具を並行移動させることで平面加工を行います。
平フライスは加工範囲が広く切削効率に優れている反面、正面フライスに比べて精度は落ちるため、荒削り加工で使われます。

・側フライス

サイドカッターとも呼ばれる、外周と両側面に刃を持つ円盤状の切削工具です。主に横型フライス盤で使われます。

・溝フライス

外周に刃の付いた薄い円盤状の切削工具で、直線的な溝を掘る場合に使われます。T溝を加工するためのT溝フライスや、アリ溝を加工するためのアリ溝フライスといった種類があり、用途に応じて使い分けられています。

・エンドミル

外周と正面に刃がある、円柱状の切削工具がエンドミルです。外周の刃はドリルに似たような螺旋状をしていて、正面の底刃は一見フラットに見えますが、ドリルとは逆に底刃の外周から中心に向かって若干凹んでいます。これを中低角(なかびくかく)といいます。
エンドミルにはさまざまなサイズや形状のものがあり、平面や外周、溝加工など、多様な加工が可能です。

ミーリング加工の種類

ミーリング加工ではさまざまな加工が可能です。代表的な加工として次のようなものがあります。

・平面加工

平面加工は、材料を固定するテーブルに対して工具を平行に移動させ、被削材表面を削っていく加工です。材料を固定した状態で上面を加工することを指し、立型フライス盤では正面フライス、横型フライス盤では平フライスなどが使われます。

・側面加工

材料を固定した状態で、側面を加工する方法です。立型フライス盤ではエンドミル、横型フライス盤では正面フライスや側フライスといった切削工具が使われます。

・溝加工

材料に溝を成形する加工が溝加工です。エンドミルを用いてキー溝を作ったり、T溝フライスやアリ溝フライスを用いて袋溝を作ったりするなどの加工方法が該当します。

ミーリング加工で発生する問題と対処法

ミーリング加工を行う際は、いくつかの問題が発生することがあります。高精度な加工を行うには、発生しやすい問題と、それに対する対処法を知っておくことが重要です。

・ビビリの発生と加工不良

ミーリング加工の際に起こりやすい現象として、ビビリが挙げられます。ビビリとは、工作機械やサーボモータの振動、切削抵抗の変化などが原因で起こる、被削材に対して工具が小刻みに跳ねる現象のことです。

ビビリの発生は工具の破損や加工不良の原因となるため注意しなければなりません。回避するためには、適切な切削条件を設定する必要があります。
切込み量の調整や、工具突き出し量を短くする、切削抵抗を小さくするために接触する刃数を減らす、ホルダ剛性を上げるなどの対策を行うと良いでしょう。

また、工具ごとに突き出し量が異なると、工具にかかる負荷が変わってしまい、品質のばらつきにつながる恐れがあります。工具の突き出し量を極力短くするだけでなく、工程ごとに突き出し量を均一にすることも重要です。

・工具に大きな負荷がかかる

ミーリング加工では刃先に大きな負荷が集中するため、切削工具の消耗が激しいです。摩耗した工具を使用すると、切削熱による変質や変化、刃先への切削屑の焼付きなど、加工不良の原因となります。
このような負荷による不具合の発生を防ぐためには、工具の状態を把握しながら加工する必要があります。ダウンカットの採用や、高い性能のコーティングがされた工具を使うといった対策を取ることも重要です。

・苦手な形状がある

ミーリング加工は回転する切削工具によって材料を削っていくため、完全に角を出すスミ(ピンカド)加工が苦手です。工具や加工方法の使い分けをはじめ、スミの必要がない設計や逃げを設けた設計にする必要があります。

ミーリング加工で重要なパラメーター設定

前述のように、ミーリング加工では切削工具を回転させて、テーブルに固定した工作物を削ります。加工の際は、以下のパラメーターの設定が必要です。

・切削速度
・切り込み量(切削量)
・1刃あたりの送り
・ピックフィード
・切削方向
・切削油材

これらの要素は、加工面の粗さや寸法精度、工具の寿命などに影響します。高精度な加工を行ったり、工具寿命を延ばしたりするために、最適な切削条件を設定することを心がけましょう。

注意点を踏まえて高精度な加工を行おう

ミーリング加工は平面や側面、溝加工など、さまざまな形状を高精度で加工できる加工方法です。
ただし、高精度な加工を行うためには、ビビリの発生といった問題の影響を最小限に留める必要があります。加工や工具の特性を把握し、適切な工具の使用方法や条件設定を行いましょう。

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