JP2014226737A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チタン合金やニッケル合金等、粘性が高く熱伝導率の低い難加工性の金属材切削加工時の切削抵抗を低減し、難加工性の金属材に対する切削加工を可能とする切削加工方法を提供する。
【解決手段】切削加工の前工程として、止り溝の閉側端部に穴加工を施し、エンドミル１により深溝２を形成する切削加工方法であって、前記エンドミルを回転駆動させると共に、該エンドミルを旋回させつつ切削し、前記深溝を常に前記エンドミルの一部により下向き切削する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工物に深溝の切削加工を行う切削加工方法、特に難加工性の金属材に対して深溝の切削加工を行う切削加工方法に関するものである。

鉄等の金属材に深溝の切削加工を行う際には、通常、エンドミルを用いて加工物の切削加工が行われる。

従来、深溝の切削加工が行われるのは主に金型であり、加工の対象は鋼材、アルミニウム合金等の切削性のよいものであった。従って、チタン合金やニッケル合金等、粘性が高く熱伝導率の低い難加工性の金属材に対する深溝の切削加工は想定されていなかった。従来の切削加工方法により難加工性の金属材の切削加工を行う場合、切削が困難であると共に工具が金属材との摩擦熱、切削抵抗により摩耗損傷する虞れがあることから、難加工性の金属材に対し、より効率のよい切削加工方法が求められている。

尚、特許文献１には、溝の往復加工に於いて、エンドミルの送り方向に対する切削抵抗の向きを一定とし、尚且つ往路と復路の切削抵抗を等しくすることにより、溝の曲りや偏り等の形状精度悪化を防止する金型の切削加工方法が開示されている。

特許文献１の場合、常に一定の切込みとなることでエンドミルの特定の箇所、例えば切削と被切削の境界部に負荷が集中し、又止まり溝折返し時には往路及び復路とは同じ切込みとはならない為切削抵抗が大きくなり、エンドミルの損傷を招く虞れがある。

又、特許文献２には、先細のテーパ状の刃を有するスクエアエンドミルを用いており、軸心に垂直な方向での切削速度を軸心に平行な方向での切削速度よりも高速とし、工具のワークへの侵入深さが深くなるにつれて移動速度を遅くすると共に切込み深さを小さくすることで時間あたりの切削速度を略一定にすると共に、工具を軸心に垂直な方向から軸心に平行な方向へと移動させる際、又は軸心に平行な方向から軸心に垂直な方向に移動させる際に工具を一時停止させることで工具を撓みのない状態へと復帰させる深溝の加工方法が開示されている。

又、特許文献３には、切刃の有効長が異なる複数の工具を用い、加工の深さに応じて短い刃長のものから長い刃長のものへ工具を取替えて何回かに分けてダウンカットにて加工を行い、目的の深さまで加工した後最後に用いた工具を使用して仕上げ加工を行うことで、溝の底付近の食込みによる広がりを防止し、離形性に優れた溝形状を得る深溝の切削加工方法が開示されている。

特許文献２、特許文献３の場合は、使用されるのが共に先端が平面のスクエアエンドミルであり、溝の形状がエンドミルのテーパ角により決定されてしまう為、溝を所望の形状に加工できないという問題があった。

特開平１１−３４７８２３号公報 特開２００２−５９３３９号公報 特開２００５−２７９８３９号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、切削加工時の切削抵抗を低減し、難加工性の金属材に対する切削加工を可能とする切削加工方法を提供するものである。

本発明は、エンドミルにより深溝を形成する切削加工方法であって、前記エンドミルを回転駆動させると共に、該エンドミルを旋回させつつ切削し、前記深溝を常に前記エンドミルの一部により下向き切削する工程を含む切削加工方法に係るものである。

又本発明は、切削加工の前工程として、止り溝の閉側端部に穴加工を施す切削加工方法に係るものである。

更に又本発明は、前記エンドミルの挿入深さが深くなるにつれて、該エンドミルの切込み量を小さくする切削加工方法に係るものである。

本発明によれば、エンドミルにより深溝を形成する切削加工方法であって、前記エンドミルを回転駆動させると共に、該エンドミルを旋回させつつ切削し、前記深溝を常に前記エンドミルの一部により下向き切削する工程を含むので、切削加工時に前記エンドミルに掛る負荷を軽減させることができ、難加工性の金属材であっても切削加工を行うことができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る深溝の切削加工を説明する斜視図である。 本発明の実施例に係る深溝の切削加工を説明する平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例に係る深溝の切削加工を説明する側断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１〜図３に於いて、本発明の実施例に係る深溝の切削加工方法について説明する。

図１〜図３中、１はエンドミルを示し、２は該エンドミル１により切削された深溝の一例を示し、３は該深溝２が形成された金属材、例えばチタン合金製の加工物を示している。尚、図１、図２中、矢印は切削進行方向を示す。

前記エンドミル１は、例えば先端が球状で、先端部の周囲に螺旋状の切り刃４が形成されたボールエンドミルとなっており、図示しないホルダにより保持され、該ホルダを介してマシニングセンタ等の工作機械により前記深溝２の切削が行われる。又、前記エンドミル１は前記工作機械により前記エンドミル１の軸心である第１軸心５を中心に高速回転（自転）されると共に、第２軸心６を中心として所定の半径で前記第１軸心５を旋回（公転）する様になっている。

前記深溝２は一端が開放されており、他端は閉塞された止り溝となっている。尚、前記加工物３には前記エンドミル１により前記深溝２を形成する前の段階として、予め前記深溝２の閉側端部に位置する部分にドリルやプランジにより加工穴７が穿設される様になっている。

次に、前記エンドミル１を用いた前記深溝２の切削加工について説明する。尚、図３（Ａ）〜（Ｃ）中に於いては、前記エンドミル１を矢印の方向に移動させた際に切削される領域を２点鎖線にて示している。

前記深溝２の切削加工を行う際には、先ず前記エンドミル１の先端が加工開始位置、本実施例に於いては前記加工物３の端部に位置する様工作機械を操作する。

次に、前記エンドミル１を高速で回転させつつ、前記エンドミル１を前記第２軸心６を中心に旋回させる。尚、前記エンドミル１は図２中時計方向に回転するものとする。この状態で、前記エンドミル１を前記第１軸心５に平行な方向（図３（Ａ）〜（Ｃ）中紙面に対して下側）に、予め設定したｄ１だけ降下させることで、前記エンドミル１が前記加工物３に対して深さｄ１だけ切込まれる（図３（Ａ）参照）。

前記エンドミル１の降下後、次に該エンドミル１を前記加工穴７に向って前記第１軸心５に垂直な方向（図１〜図３中矢印の方向）に移動させることで、前記加工物３が切削され、前記エンドミル１の直径より大きい溝幅で深さｄ１の深溝２ａが形成される。この時、前記エンドミル１は前記第２軸心６を中心に旋回しており、公転と送りの合成で図１及び図２に示される様に、前記第１軸心５の軌跡８はトロコイド曲線を描く様になっている。又この時、前記エンドミル１による切削範囲は、図２を参照すると、点Ａが切削の始点で点Ｂが切削の終点となる。従って、前記エンドミル１の回転及び旋回を考慮すると、始点Ａから終点Ｂに至る迄ダウンカットされる。

該エンドミル１にて切削加工を行う際には、ダウンカットにて切削を行うことが望ましく、該エンドミル１に掛る切削抵抗、摩耗が軽減される。又、該エンドミル１により形成される前記深溝２の溝幅が前記エンドミル１の径よりも広くなっていることから、例えば、前記エンドミル１が１ａの位置にある時には、前記エンドミル１の切削部分は点Ｃから点Ｂ迄となる。従って、前記エンドミル１と前記深溝２との接触面積が減少し、該深溝２が前記エンドミル１の一部により切削されることとなり、切削時の切削抵抗が軽減される。

該エンドミル１を前記深溝２ａの閉側端部、即ち予め穿設された前記加工穴７迄移動させると、次に前記エンドミル１を前記第１軸心５と平行な方向に、予め設定したｄ２だけ降下させる（図３（Ｂ）参照）。

前記エンドミル１の降下後、深さｄ１の前記深溝２ａをなぞる様に、往路と同様の経路で前記エンドミル１を図３（Ｂ）中の矢印の方向へと移動させることで、前記深溝２ａが深さｄ２だけ更に切削され、深さｄ１＋ｄ２の深溝２ｂが形成される。

前記エンドミル１が前記深溝２の開放端迄移動すると、次に前記エンドミル１を前記第１軸心５と平行な方向に、予め設定したｄ３だけ降下させ、深さｄ１＋ｄ２の前記深溝２ｂに対して深さｄ３の切込みを入れる（図３（Ｃ）参照）。

最後に、前記深溝２ｂをなぞる様に前記エンドミル１を図３（Ｃ）中の矢印の方向へ前記加工穴７迄移動させ、前記深溝２ｂを深さｄ３だけ更に切削することで、前記加工物３に深さｄ１＋ｄ２＋ｄ３の深溝２ｃが形成される。

尚、本実施例に於いては、ｄ１、ｄ２、ｄ３の関係をｄ１＞ｄ２＞ｄ３としているが、切込み量が大きい場合には送り量を小さくし、切込み量が小さい場合には送り量を大きくすることで、前記エンドミル１の挿入深さに拘らず切削抵抗が一定となる様にしている。

又、上記では前記エンドミル１を１往復半させることで深さｄ１＋ｄ２＋ｄ３の前記深溝２ｃを形成しているが、前記エンドミル１を２往復以上させることで更に深い深溝２を形成してもよいのは言う迄もない。

上述の様に、本実施例では、前記エンドミル１を高速回転させると共に、前記第２軸心６を中心に前記エンドミル１を旋回させているので、前記深溝２の切削加工を行う際には、前記第１軸心５の軌跡８は公転と送りが合成された曲線、例えば上記したトロコイド曲線を描き、前記エンドミル１と前記深溝２との接触面積は小さくなる。従って、前記エンドミル１を前記深溝２の左右の壁面と接触させていた従来の切削加工と比べて切削抵抗を軽減させることができ、チタン合金やニッケル合金等の難加工性の金属材であっても発熱を抑制し前記深溝２の切削加工を行うことができる。

又、前記深溝２の深さに応じて１回当りの切込み量を変更しているので、最も負荷が掛る前記深溝２壁面の上端縁との接触箇所（境界位置）を上下に変更させることができると共に、切込み量に拘らず切削抵抗が一定となる様送り量を調整することで前記エンドミル１に掛る切削抵抗を一定とすることができ、該エンドミル１の耐久性を向上させることができる。

又、本実施例では、前記深溝２の閉側端部に予め加工穴７を穿設しているので、前記エンドミル１を前記深溝２の閉側端部から折返す際の切削抵抗をなくすことができ、切削加工時に掛る前記エンドミル１への負荷を軽減し、該エンドミル１の耐久性を向上させることができる。

更に、本実施例で用いるエンドミル１はボールエンドミルであるので、前記深溝２の閉側端部の形状を滑らかにすることができると共に、該深溝２の壁面が曲面を有する場合であっても、等高線加工することで様々な溝形状や深さに対応することができる。

尚、より広い幅の前記深溝２を切削する場合には、往路の切削後に前記エンドミル１を幅方向に移動させ復路を往路とは別経路とすることで、より広い幅の前記深溝２を形成することができる。又、前記エンドミル１の旋回半径を調整し、該エンドミル１の旋回速度及び移動速度を調整することで、該エンドミル１の往路と復路を別経路とすることなく一度の工程でより広い幅の前記深溝２を形成することができる。

又、本実施例では、前記深溝２の深さに拘らず同一のエンドミル１を使用しているが、前記深溝２の深さ毎に有効長や径の異なるエンドミルを用いてもよく、深さに応じて最適な加工条件で加工することで、切削加工時間を短縮でき、加工効率を向上させることができる。

１ エンドミル
２ 深溝
３ 加工物
４ 切り刃
５ 第１軸心
６ 第２軸心
７ 加工穴
８ 軌跡

Claims (3)

1. エンドミルにより深溝を形成する切削加工方法であって、前記エンドミルを回転駆動させると共に、該エンドミルを旋回させつつ切削し、前記深溝を常に前記エンドミルの一部により下向き切削する工程を含むことを特徴とする切削加工方法。
2. 切削加工の前工程として、止り溝の閉側端部に穴加工を施す請求項１の切削加工方法。
3. 前記エンドミルの挿入深さが深くなるにつれて、該エンドミルの切込み量を小さくする請求項１又は請求項２の切削加工方法。

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