1 位置決め工具の変遷
ドリル加工における位置決め穴加工は、位置精度のみならず真円度、穴の曲がり等に大きく影響する。かつてセンターポンチによる加工から始まり、高精度な加工が要求される場合には、以下に示す工具によって位置決め穴が加工されてきた。
1.1 コンビネーションセンタードリル 写真①-1
従来ドリル加工の位置決め工具としては、センタードリルが使われてきた。正式にはコン
ビネーションセンタードリルといわれ、JISにより規定されている。日本国内では、約70年前から弊社により国産化が始まり現在まで使用されてきている。
本来コンビネーションセンタードリルは、軸物加工における、レースセンターの入る基準
穴を加工するものである。そのセンタードリルをドリル加工前の位置決め工具として流用
していることが多い。
1.2 スポットドリル写真 ①-2
位置決め専用の工具としてスポットドリルが発売されるようになってきた。これには120度から140度の先端角を持つ位置決め専用タイプと、90度の面取りをかねるものもある。コンビネーションセンタードリルに比べて、信頼性や加工能率の高さにより順次普及して、JISにも規定された。
1.3 その他
上記のほかにスタブドリルを使用する方法、チップ形式のセンターリングツール等各種使用されている。
2 位置決め穴の機能
位置決め穴には以下の要素が必要となる
2.1 位置精度
位置精度を上げるために、センタリング工具は溝長を極力短くし、剛性を高めている。これにより、たわみによる位置ずれが少なくなる。
2.2 真円度
真円度が悪いと、次工程のドリルの当たりが不均一になり、各精度が悪化する。
2.3 刃先角度
刃先角度についてはいろいろな考え方がある、以下に代表的なものを上げる。
2.3.1 ドリル刃先と同じ角度又は若干鈍角の位置決め穴 図②-1
一般的によく使われる方法である。弊社も含め、この形式の加工をする専用のセンタリング工具が各社より発売されている。また、スタブドリルにより行われることもある。次工程のドリルの刃先に振れがあり、それを抑えるという意味では有効であるが、ガイド機能は少ない。
2.3.2 ドリル径より細い径の浅穴 図②-2
コンビネーションセンタードリルの先端部のみを使ったり、スタブドリルを使用したりする。適切な穴径を選択すれば、次工程ドリルのガイド機能は非常に高い。但し、穴径により、かじりやドリルの異常磨耗、欠けを誘発する場合がある
2.3.3 ドリル刃先より鋭角の位置決め穴 図②-3
多くは90 度又は60度の角度で行われる。コンビネーションセンタードリルを使用した場合は、若干形状は違うがこの状態に当てはまる。90度は面取りを兼用する場合 に行われる。比較的位置決め穴が大きい場合2.3.1に比べてガイド機能は強くなるが、次工程のドリルに振れがある場合は、欠けや異常磨耗を発生する場合 がある。
3 位置決め面取り工具SPセンターの開発 写真③
弊社では3年前からSPセンターの製品名でセンタリング及び面取り工具を発売している。位置決め及び面取り専用工具として非常に高性能なため好評を得てきた。SPセンターの特徴は下記のとおり。
3.1 折れ防止
コンビネーションセンタードリルに対してパイロット部がないために、折損発生が殆どない
3.2 ダブルアングル 図④
スポットドリルとして発売されているものに90度や60度の角度を持つものがあるが、その角度では先端の欠けが発生しやすい。そのため、先端部のみを120にすることにより欠けを防止した。面取りが必要な場合でも、次工程のドリルが120度部より径が大きければ問題ない。
3.3 真円度
以下の形状のため決め穴の真円度が向上する
3.3.1 欠けにくい形状のため芯厚が薄くすることができ、切削抵抗が少ない。
3.3.2 従来品に比べて振れ精度が向上している
3.4 強ねじれ
強ねじれのためバリの少ないきれいな切削面が得られる。また、高速加工が可能。
3.5 低価格
両頭のため事実上の刃具コストが安い
3.6 ミーリング加工
位置決め面取りのみならず、フライスによるミーリング面取り加工も可能である。また、従来の面取りエンドミルは、溝部がねじれていても切れ刃部が直刃に近い形状であるため、すくい角が殆どなく、切削性が良くなかった。これに対しSPセンターでは、面取り部にもすくい角がついており、面粗度の向上、バリの減少等の効果が得られる。
4 極小径穴加工における位置決め穴の必要性
近年になって、スタブドリルの仕様や高性能なドリルの普及に伴い一般的な径の穴加工では位置決め穴の加工を省略することが多くなってきた。しかし、極小径の穴加工では、以下の理由により位置決め穴の必要性が高い。
4.1 ドリルの剛性不足
極小径では、L/D比が大きいことも含めドリルの剛性がどうしても不足する。
4.2 チゼル幅が大きい
芯厚比が大きいのに加えてシンニングを施すのも困難であるためチゼル幅が大きい。
4.3 要求精度
ピッチ誤差、真円度等の精度要求が厳しい。
5 極小径位置決め工具の現状
従来のセンタリング工具には極小径用のものが存在しなかったため、以下のような問題点があった。
5.1 コンビネーションセンタードリル
弊社を含め国内製品コンビネーションセンタードリルの最小径は0．3mmである。輸入品においても0.1mm以下等の極端な極少径はない。
5.2 スポットドリル
最小加工可能径は0．5mm程度である。但し、芯圧が厚くこの径での切削状態は非常に悪い。また、場合によっては殆どチゼル部での加工となり、有効な切削ができない。
5.3 半月ドリル、平錐
比較的、小径品の製作が簡単なので、これにより位置決め工具を製作する場合が多く行われていた。特に、半月ドリルはチゼル部がないためかなり有効である。
5.4 センターポンチ
高精度な円錐状に研削されたポンチを工作機械により使用する。非常に簡単な方法ではあるが、極小径では有効な方法であり採用されることがある。但し、位置決め穴としてのガイド機能は弱い。
6 極小径専用工具 SPセンター 図⑤-1
弊社では従来の位置決め工具の問題点を考慮し、SPセンターの利点を継承した極小径専用SPセンターを開発した。この製品の特徴は下記のとおり。
6.1 最小径0．05mm
市販されているツイストドリルの最少径である0．05mmまで対応。また、各種刃径に対応するため豊富なサイズがある。
6.2 ルーマ形
従来の位置決め工具は全て先端部のみを使用する。そのため、有効なすくい角が得られず、切れ味が悪い。その結果、位置決め穴に必要な要素が満足できない。この製品はシャンク径3mmに対し、ルーマ形状にすることにより、実際の加工領域に有効なすくい角を得ることができた。
6.3 抜群の振れ精度
徹底的に振れ精度を向上した、特にφ0．4mm以下の超硬製品においては刃部振れ精度3umという業界最高精度を達成した。
6.4 切れ刃精度写真⑤-2
高精度な研削技術により、切れ刃の粗さ、面粗度、切れ刃稜の精度を向上した。
7 極小径穴加工の実際
今回、碌々産業株式会社 様において弊社極小径SPセンターのテスト加工を行った。従来は、特殊半月錐等により加工を行っていたが、位置精度は3～5umが限界であった。
7.1 テスト目的
センターリングツールに於ける穴あけ位置精度の検証
7.2 テスト機
高精度高速小径微細加工機 MEGA-360
主軸回転数max36,000min-1 7/24テーパNo.20位置決め精度保証値±2.5um 実績値±0.4um 繰り返し位置精度保証値±0.5um 実績値±0.1um
7.3 加工内容
被削材 SK-3(板厚0.8)φ0.11穴貫通(11穴 2列 計22穴 ピッチ0.3)
7.4 加工工具
①SPセンタードリル 90SPC0.1X0.4CB ②超硬ドリル φ0.11ZH382-ViO 菱高精機株式会社 様 製
7.5 切削材
不水溶性切削材(油性)
7.6 取り付け方法
精密バイスによるサイドクランプ
7.7 加工条件 表⑥
7.8 測定データ 表⑦
センター加工の拡大写真 写真⑧
φ0.11穴あけ拡大写真 写真⑨
7.9 結果
上記の結果から、位置ずれは全てにおいて1um以内に収まった。穴径精度は2um以内に入った。従来に比べて精度は飛躍的に向上することがわかる。
8 今後の極小径加工工具
今後もIT産業を含め極小径加工の重要性が大きくなる。現在は位置決め工具として最小径0.05mmであるが、さらに小径工具の開発が必要である。また、弊社では位置決め工具だけでなく高精度加工を中心に極小径工具の分野の開発を続け,オリジナルな工具を発表していく。
岩田昌尚 Masanao Iwata
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