大連精密機械加工では、工具の選択は加工精度、効率、コストに直接影響する。ワーク材料の特性、加工プロセスタイプ、精度要求、設備性能及び経済性などの多次元要素を総合的に考慮し、「整合性優先、効率と寿命バランス」の原則に従う必要がある。以下に具体的な選び方とポイントを示します。

一、ワーク材料に基づく工具の選択

1.鉄鋼材料（鋼、鋳鉄など）

低炭素鋼（≦30 HRC）：

粗加工は高速鋼（HSS）工具（例えばコーティングHSS麻花ドリル）を選択でき、コストが低く、靭性が良い、

仕上げ加工には、TiNコーティングエンドミルなどの硬質合金工具を推奨し、表面仕上げを向上させる。

中高炭素鋼/急冷鋼（＞30 HRC）：

硬化前（≦45 HRC）用超微細結晶粒硬質合金工具（TaC/NbC添加剤を含む）、

硬化後（＞50 HRC）はPCBN（立方晶窒化ホウ素）工具またはセラミックス工具（例えばAlタンパOタンパベースセラミックス）を採用し、硬度はHV 3000以上に達し、高温摩耗に耐える。

鋳鉄（灰鋳鉄、ボールインキ鋳鉄）：

優先的にK系硬質合金（YG 6 X、YG 8）を選択し、耐チッピング性が良い、

高速加工（＞500 m/min）時に金属セラミックス工具（例えばTiC基硬質合金）を用いて、接着摩耗を減少する。

2.非鉄金属（アルミニウム、銅、チタン合金など）

アルミニウム合金（低硬度、高可塑性）：

高速鋼工具（粘着性ナイフ）を使用不可にするには、ダイヤモンドコーティング工具またはPCD（結晶性ダイヤモンド）工具が必要であり、刃が鋭利で表面が滑らかで、切削抵抗を減少する、

螺旋角30°〜45°の短刃エンドミルを推奨し、切削熱を低減する。

チタン合金（高硬度、低熱伝導）：

WC基硬質合金工具（例えばYW系汎用合金）を使用し、コーティングはTiAlNまたはAlCrNが好ましい（高温耐酸化温度＞1100℃）、

コバルト含有工具（コバルトはチタンと化学反応しやすい）の使用を避け、セラミックス工具（例えばSiタイNタイベースセラミックス）を用いて切削温度を下げることができる。

銅合金（切削しやすいが変形しやすい）：

一般的な黄銅用高速鋼工具であればよい、

ベリリウム青銅のような高硬度青銅は、硬質合金工具を必要とし、刃先を大前角（15°〜20°）に研磨して切削力を減少させる。

3.難加工材料（高温合金、複合材料など）

Inconel 718、HastelloyCなどの高温合金：

主にセラミック工具（例えばAl₂O₃+TiC複合セラミック）またはPCBN工具を選択し、負の前角（-5°〜-10°）に合わせて刃強度を強化する、

「低速大送り」戦略を採用し、切削温度が高すぎて工具が軟化することを避ける。

炭素繊維複合材料（CFRP）：

PCD工具またはダイヤモンドコーティング硬質合金工具を使用して、刃は鋭利でバリがないこと（刃半径＜5μm）、

ミリングには階段式工具構造を採用し、層状切削により層状欠陥を低減する。

二、加工技術に基づく工具タイプの選択

1.旋削加工

外円/端面ターニング：

汎用シーンは硬質合金機クランプバイト（例えばCNMG、DNMGブレード）を選び、交換が便利である、

精密加工（例えば航空宇宙シャフト類部品）はモノリシックダイヤモンドバイトを用いて、ナノスケールの表面粗さ（Ra＜0.02μm）を実現する。

内側穴ターニング：

深穴（長径比＞5）は耐震ナイフバー＋硬質合金ブレードを用い、ナイフバー内部に冷却液を通すことができる、

精密細孔（直径＜3 mm）は全体硬質合金ボーリングナイフを用い、電子顕微鏡と合わせてナイフを対向させる。

2.ミリング加工

平面ミリング：

大平面加工は転位可能な硬質合金面フライス（直径φ50-φ200 mm）を選択し、刃は螺旋刃設計を採用して衝撃を減少する、

高精度平面（例えばガイド面）はセラミック面フライスを用いて、微量潤滑（MQL）を配合して鏡面効果を実現する。

キャビティ/輪郭ミリング：

複雑キャビティは5軸連動加工用ボールエンドミル（硬質合金またはPCD材質）を選び、工具の螺旋角は材料によって調整する（アルミニウム合金用大螺旋角、鋼部品用小螺旋角）、

薄肉部品ミリングには変ピッチエンドミルを採用し、共振を減少させ、屑排出効率を向上させる。

3.穴あけ加工（ドリル、ヒンジ、ボーリング）

ドリル穴：

一般鋼部品用コバルト含有高速鋼麻花ドリル（Co含有量8〜10%、赤硬性向上）、

深穴ドリル（穴の深さ＞5倍直径）は銃ドリル（BTAシステム）または硬質合金Uドリルを用いて、内冷穴の設計は屑の排出がスムーズであることを確保する。

ヒンジ穴：

精密穴（IT 6-IT 7級精度）用硬質合金リーマ、刃帯幅0.01-0.03 mm、コーティングはTiCNを選択可能で摩擦を低減する、

非丸穴（楕円穴など）はダイヤモンドリーマを用い、微量研磨により高精度な嵌合を実現する。

4.ネジ加工

タッピングねじ：

鋼部品用螺旋溝タップ（屑の排出がスムーズ）、アルミニウム合金用押出タップ（切削なし、材料の引き裂きを減少）、

高温合金などの難加工材料はTiAlNコーティングなどのめっきタップを用いて、耐摩耗性を高める。

フライスねじ：

大径ねじ（＞M 30）は硬質合金ねじフライスを用い、円弧補間により一次成形を実現し、精度はタッピングより高い。

三、加工精度と表面品質に基づく工具パラメータの最適化

1.幾何学パラメータの選択

前角（γ₀）：

軟質材料（例えばアルミニウム合金）は大前角（15°〜25°）をとり、切削力を低下させる、

硬質材料（例えば急冷硬鋼）は負の前角（-5°〜-10°）をとり、刃の強度を増強する。

後角（α₀）：

仕上げ加工は大きい後角（8°-12°）をとり、後刃面とワークの摩擦を減少する、

粗加工または断続切削はより小さい後角（5°〜8°）をとり、工具剛性を高める。

エッジ半径（rₙ）：

精密加工（例えば光学素子）はエッジ半径＜1μmを要求し、イオンビーム研磨処理を通過する必要がある、

一般的な加工は5 ~ 10μmを取ることができ、鋭利さと耐久性をバランスさせる。

2.コーティング技術のマッチング

低硬度材料（＜30 HRC）：

TiNコーティング（黄金色、硬度HV 2000、摩擦係数0.4）を選択し、コストが低く、汎用性が強い。

中高硬度材料（30-50 HRC）：

TiCNコーティング（青灰色、硬度HV 3200、炭素含有元素による摩擦低減）を用いて、半仕上げ加工に適している。

高硬度材料（＞50 HRC）または高温モード：

TiAlNコーティング（紫黒色、硬度HV 3800、アルミニウム含有量30%〜50%、耐酸化温度1100℃）またはAlCrNコーティング（銀灰色、硬度HV 4000+、耐食性強い）を用いた。

3.工具摩耗監視

精密加工において工具寿命閾値を設定する必要がある：

硬質合金工具の後刃面摩耗量VB≦0.1 mmの場合に交換する、

PCD/PCBN工具の摩耗は切削音の突然変異、加工表面の粗さの悪化を交換信号とし、過度の摩耗による刃崩れを回避する。

四、設備と経済性に基づく総合的な考慮

1.工作機械の性能マッチング

主軸回転数：

高速工作機械（＞10000 r/min）はHSKナイフシャンクまたは熱収縮ナイフシャンクを使用し、動平衡（G 2.5級以上）を確保する必要がある、

低速重負荷旋盤（床に落ちたボーリングマシンなど）はBTナイフシャンクまたは7：24コーンシャンクを選択し、刃物剛性を優先的に考慮する。

冷却システム：

内冷機能を備えた工作機械は中心冷却工具（例えば内冷ドリル、内冷フライス）を選択することができ、冷却液の圧力は≧3 MPaで切屑を効果的に洗い流す必要がある。

2.コストと効率のバランス

単品小ロット生産：

優先的に汎用型工具（例えば転位可能刃）を選択し、専用工具の投入を減少する、

複雑な形状の部品には、非対称溝フライスなどの成形工具を使用して、プログラミングと加工時間を削減することができます。

大量生産：

硬質合金の全体工具またはPCD/PCBN工具を採用し、初期コストは高いが、寿命は長く（例えばPCDフライスの寿命は硬質合金の5-8倍）、総合コストはより低い、

工具管理システム（TMS）を構築し、RFIDタグを通じて工具使用回数を追跡し、交換周期を最適化する。

五、典型的なケースと選択ロジック

ケース1：航空宇宙アルミニウム合金構造物（例えば翼リブ、材料7075-T 6、硬度150 HB）

加工ニーズ：大残量除去（切削深さ5-10 mm）＋薄肉構造（肉厚≦1.5 mm）＋表面粗さRa≦1.6μm。

工具選択：

粗加工：φ25 mm硬質合金トウモロコシフライス（螺旋角45°、疎歯設計は屑排出が速い）、コーティングTiN、送り速度2000 mm/min、切削速度400 m/min、

仕上げ加工：φ10 mmPCDボールエンドミル（刃先半径0.005 mm）、螺旋角30°、切削速度800 m/min、ステップ距離0.1 mm、鏡面効果を実現する。

ケース2：自動車トランスミッションギヤシャフト（材料20 CrMnTi、硬度30 HRC、浸炭後58 HRC）

加工段階：浸炭前粗車＋浸炭後研磨歯＋精密ボーリング（孔径φ50 H 7、表面硬度60 HRC）。

工具選択：

粗車：CBNコーティング硬質合金バイト（ブレード型番CNMG 120408-CBN）、マイナスフロント角-5°、切削速度150 m/min、

ボーリング：PCBNボーリングナイフ（全体式構造）、刃はRa≦0.2μmまで研磨し、内冷切削液（温度5-10℃）を配合し、公差±0.005 mmを実現する。

核心原則のまとめ

精密機械加工の工具選択は「材料が材質を決定し、プロセスがタイプを決定し、精度がパラメータを決定し、設備がインタフェースを決定し、コストが策略を決定する」という論理に従う必要がある。実際の応用において、切削試験（例えば単要素変数法）を通じて工具の性能を検証し、加工データ（例えば切削力、温度、寿命）と結合して企業専用の工具選択データベースを構築し、段階的に標準化プロセスを形成し、技術の安定性と生産効率を高めることができる。