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工学専門実験・演習 Ⅰ(C)

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. ● 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．. ● 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ﾍﾟﾚｰｼｮﾝ を検討

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工学専門実験・演習 Ⅰ(C)

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. ●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．

  3. ●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ﾍﾟﾚｰｼｮﾝを検討 Step2　加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝの優先性について解析 Step3　加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝの優先性解析に基づいて加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝの順序を決定 Step4 加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝの集約 Step5　加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝごとに切削条件を決定

  4. 3.2 1.6 25 ， C1 M40×2.0 C1 φ15 φ70 C1 1.6 3.2 5 30 60 加工例題 5 φ36 1 4 3 2

  5. Step1　加工形体の種類と加工法の分析

  6. 必要な精度 表面粗さ　25μm以下 一般公差　15±0.2mm 加工形体（穴）の設計仕様 素材形状 φ15

  7. 使用工具 ドリルφ15 使用工具 ドリルφ15 Tコード T0303 刃部材質 TiNコーティングハイス チップ形式 EX-MT-GDR64650 加工形体（穴）　　　　使用工具及び工具経路

  8. 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 加工形体（端面）の設計仕様 60

  9. 使用工具 外径･端面用バイト 使用工具 外径･端面用バイト 使用工具 外径・端面用バイト Tコード T0101 刃部材質 CA225(コーティング) チップ形式 CNMG120408HQ • 加工形体（端面） • 工具経路及び使用工具

  10. ●表面粗さを良くするには （1）　　　　　　　　　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望ましい．

  11. 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 加工形体（外径段）の設計仕様 30

  12. 使用工具 外径･端面用バイト 使用工具 外径・端面用バイト Tコード T0101 刃部材質 CA225(コーティング) チップ形式 CNMG120408HQ • 外径段荒加工 • 工具経路及び使用工具

  13. 使用工具 外径･端面用バイト • 外径段中間仕上げ加工 • 工具経路及び使用工具

  14. 使用工具 外径･端面用バイト • 外径段最終仕上げ加工 • 工具経路及び使用工具

  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. 必要な精度 表面粗さ　25μm以下 一般公差　5±0.1 36±0.3 加工形体（溝）の設計仕様 5 36

  17. 使用工具 外径溝入れバイト Tコード T0505/T0513 刃部材質 TC40N(サーメット) チップ形式 GB43R400(刃幅4mm) • 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

  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. おねじの外径 JIS B0207から40mm 加工形体（ねじ）の設計仕様 M40×2

  22. 使用工具 外径ねじ切りバイト 0.35 1.25 使用工具 外径ネジ切りバイト Tコード T0606 刃部材質 TC40N(サーメット) チップ形式 TNN32ER200M 加工形体（ねじ） 工具経路及び使用工具

  23. 表１ 加工法と使用工具

  24. Step2　加工ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝの優先性

  25. F2 B +1 0 24 20±0.3 F1 F2 B F1 Step2　加工の優先性 ・基準面を含む寸法値による優先性

  26. φ ⊥ 0.01 A ② ② ① A ① ・幾何公差に起因する優先性

  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 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． 送り方向

  28. ●外径・内径荒加工に対する端面荒加工の優先性●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. 加速区間δ1 δ1 δ2 減速区間δ2 ●ネジ切り加工に対する溝加工の優先性

  30. 重要面 かえり ●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．　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

  34. Step3　加工の優先性を基づいて加工順序を決定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. Step4 加工オペレーションの集約

  37. 加工オペレーション集約の例 30±0.1 40H8 25 1.6 1 2

  38. 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

  39. 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

  40. ●加工オペレーションの優先性について考える●加工オペレーションの優先性について考える

  41. 1R’ 1R 1SF 1F 2R’ 2R 2SF 2F 1 2 3 4 5 6 7 8 1R’ 1R 1SF 1F 2R’ 2R 2SF 2F ●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 工程番号 実行オペレーション

  42. ・集約することができれば集約する． ・表面粗さや公差の相違を考慮する． 1-2R’ 1-2R 1-2SF 集約 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． 穴あけ加工として集約できる． ●加工オペレーションの集約を行う 1R’→2R’→1R→2R→1SF→2SF→1F→2F

  43. Step4　切削条件の決定

  44. 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．

  45. 回転数の式 から ●理論切削動力 教科書付録2　主要実験式一覧を参照 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 出力の限界を超えないため，この切削条件を用いる．

  46. 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）)

  47. ② ③ ① 130° φ15 5° 5° ※表は最初の3工程までの例　　　　　※図は最終工程までの例

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