JP2017159389A - エンドミルを用いた穴加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドミルによって穴の奥行き全体において精度よく穴加工する。【解決手段】目標穴形状の目標内径よりも小さな外径を有するエンドミル１を用意し、このエンドミル１を用いてヘリカル補間を適用し、所定の第１径残取り代Ｌ１を残して所定深さまで加工し、この第１径残取り代Ｌ１を残した状態で、エンドミル１を移動させて現在穴形状を把握し、現在穴形状と目標とする目標穴形状とから径方向の切込設定を変更して再加工し、現状穴形状把握と再加工とを少なくとも１回行って目標穴形状になるまで加工する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンドミルを用いてワークに目標穴形状の穴を加工するエンドミルを用いた穴開け加工方法に関する。

切削工具であるエンドミルは、側面や底面の加工などに用いられるように、溝加工に適した形状を施されている。そのため、穴加工には適していないことから、通常はドリルを用いて穴加工が行われる。

しかし、近年、穴の用途も拡大し、止り形状やテーパ形状など求められている形状が多様化してきている。このような状況の中、多様な穴形状に対応できる手段として便利な手段としてエンドミルを用いた穴加工が注目されている。

エンドミルを用いた穴加工として、ドリルと同様に上方から下方に向かって削り出す加工と、所定寸法の円弧補間で穴形状を作り出す加工が一般的に用いられる。

例えば、特許文献１のように、被削材を加工する切削工具として、ボールエンドミル、又は、先端に設けられる切れ刃の外周コーナ部が凸曲線をなす切削工具を使用し、その切削工具を、その切削工具の軸心を中心にして回転させながら加工穴の中心と同心の円軌道上を周回させ、さらに、この切削工具に軸方向の送りをかけることで、工具径よりも内径の大きい穴を形成する穴開け加工方法が知られている。

特開２０１０−１７９３７９号公報

しかし、従来の方法では、エンドミルの横切れ刃が切削性を有しているため、内径全体が拡大してしまうことや、工具振れ、切りくず詰まり、工具の倒れ等の影響を受け、図７に示すように入口部部分で内径が拡大したり、図８に示すように奥側のみ内径が拡大したり、図９に示すように入口部分と奥側部分との両方で内径が拡大したりするなど、穴径を精度よく仕上げることが困難である。円弧切削を行う場合、エンドミルの剛性不足等により、奥側が曲がりを起こすことで、奥側の内径が縮小し、テーパ形状の穴を生成してしまうなど精度よい穴加工を行うことができない。

しかも、穴径が極めて小さい場合（例えば腕時計の部品）、隙間ゲージを挿入できないので、切削工程中に、この形状を確認することができない。このような場合、穴径が小さい上に公差が厳しい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンドミルによって穴の奥行き全体において精度よく穴加工することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、エンドミルを加工する穴の内周に当接させて内径を把握しながら穴加工するようにした。

具体的には、第１の発明では、エンドミルを用いてワークに目標穴形状の穴を加工するエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
上記目標穴形状の目標内径よりも小さな外径を有する上記エンドミルを用意する準備工程と、
上記エンドミルを用いてヘリカル補間を適用し、所定の第１径残取り代を残して所定深さまで加工するヘリカル補間工程と、
上記第１径残取り代を残した状態で、上記エンドミルを移動させて現在穴形状を把握する現状穴形状把握工程と、
上記現在穴形状と目標とする目標穴形状とから径方向の切込設定を変更して再加工する再加工工程と、
上記現状穴形状把握工程と上記再加工工程とを少なくとも１回行って目標穴形状になるまで加工する仕上げ工程とを含む構成とする。

上記の構成によると、ヘリカル補間を用いて穴を加工するときには、大きめの第１径残取り代を残しながら加工するので、エンドミルが加工中に撓んで内径が一部拡大していたとしても問題がない。そして、エンドミルによってヘリカル補間工程後の現在穴形状を把握し、その後の切込量を変更して第２径取り代を残して加工するので、エンドミルの傾き等による加工精度の低下を改善できる。その際、エンドミル自身を穴の内面に接触させる等により検出するので、エンドミルを穴から引き出すことなく現在穴形状を把握できて効率がよい。ヘリカル補間工程において少し大きめに取り代を残し、現状穴把握工程において現状穴形状を把握し、再加工工程において切込量を大きくし、最終的に仕上げ工程で現状穴形状把握工程と再加工工程とを少なくとも１回行って目標穴形状に仕上げることで、精度よく穴加工が行われる。なお、ここで「エンドミル」は、ワークを切削する工具部分を意味する。仕上げ工程では、現状穴形状把握工程と再加工工程とを１回だけ行ってもよいし、何回か繰り返してもよい。

第２の発明では、第１の発明において、
上記現状穴形状把握工程では、上記エンドミルを上記ワークの穴内面に軸方向から見て直角三角形を描くように３か所で当接させ、該３か所の位置座標から上記現在穴形状を把握する。

上記の構成によると、エンドミルの中心位置は、工作機械で常に把握できるので、軸方向から見て直角三角形を描くように３か所で当接させることで、現在穴形状を三角関数から簡単かつ正確に把握できる。接触判定は、例えば、ＡＥセンサ、通電、動力変化等で判定すればよい。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記現状穴形状把握工程では、上記穴の軸方向の複数か所において、上記現在穴形状を把握する。

上記の構成によると、例えば、深さの浅いところ、中間、深いところの３か所で計測することで、奥行き全体で現在穴形状の目標内径との誤差を把握でき、その後の仕上げ工程で穴の変形に合わせて適切な切込量を設定できる。

第４の発明では、第３の発明において、
上記現状穴形状把握工程において、上記穴の深度の浅い側の内径が拡大したと判断した場合、上記再加工工程において、上記第１径残取り代よりも小さい第２径残取り代を残すように切込量を変更して軸方向全体を加工した後、
再び上記現状穴形状把握工程に戻る。

上記の構成によると、最初に取り代を大きくしてヘリカル補間により穴加工した穴の深度の浅い側の内径が拡大しているので、切込量を増やして特に中間よりも奥側を加工する。その後、現状穴形状把握工程と再加工工程とを繰り返すことで、軸方向で内径の変化の小さい穴加工が行われる。

第５の発明では、第３の発明において、
上記現状穴形状把握工程において、上記穴の深度の深い側の内径が拡大している場合、上記再加工工程において、上記第１径残取り代よりも小さい第２径残取り代を残すように切込量を変更して上記穴の深度の浅い側をまず加工し、その後軸方向全体を加工し、
再び上記現状穴形状把握工程に戻る構成とする。

上記の構成によると、現状穴形状把握工程において、穴の深度の深い側の内径が拡大していると、穴の深度の深い側でエンドミルが穴の内面に当接しない。そのような場合には、第１径残取り代よりも小さい第２径残取り代を残すように切込量を増やし、穴の深度の浅い側をまず加工する。その後、軸方向全体を加工して、再び現状穴形状を把握することで、精度よく穴加工が行われる。

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
上記目標穴形状は、０．０７ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

上記の構成によると、隙間ゲージが入らない１ｍｍよりも小径の穴の加工に適している。一方、０．０７ｍｍよりも小さい径の穴は、エンドミルを用いた穴加工を行うのが困難である。

以上説明したように、本発明によれば、第１径残取り代を残した状態で、エンドミルを移動させて現在穴形状を把握し、切込量を再設定して再び加工するようにしたことにより、エンドミルによって穴の奥行き全体において精度よく穴加工することができる。

Ａ，Ｂ，Ｃの３点から穴径を計測する様子を示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 点Ａの座標の計算方法を説明する平面図である。 エンドミルで穴加工する各工程（ａ）〜（ｅ）を示す概略断面図である。 比較例における穴径の誤差を示した表である。 実施例における穴径の誤差を示した表である。 エンドミルで穴加工した場合に深度の浅い側の内径が拡大している様子を示す断面図である。 エンドミルで穴加工した場合に深度の深い側の内径が拡大している様子を示す断面図である。 エンドミルで穴加工した場合に深度の浅い側及び深い側の内径が拡大している様子を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明の実施形態のエンドミル１を用いた穴開け加工方法を示す。詳しくは図示しないが、このエンドミル１は、公知のフライス盤などに用いられるものであり、特に例えば直径０．０５ｍｍなどの工具外径ｄの小さいものが主な対象となる。本実施形態では、目標穴形状は、例えば目標内径（目標穴径）Ｄ０が０．０７ｍｍ以上１ｍｍ以下とする。

次いで、エンドミル１を用いてワーク２に目標穴形状の穴を加工するエンドミル１を用いた穴開け加工方法について具体的に説明する。

まず準備工程において、最初に目標穴形状の目標内径（例えば目標内径Ｄ０＝０．１６ｍｍ）よりも小さな外径（例えば工具径ｄ＝０．０５ｍｍ）を有するエンドミル１を用意する。工具径ｄは、レーザ又は実体顕微鏡等で正確に測定する。

次いで、ヘリカル補間工程において、エンドミル１を用いてヘリカル補間を適用し、所定の第１径残取り代Ｌ１（例えばＬ１＝１０μｍ）を残して内径Ｄ１として所定深さ（例えば、Ｈ＝０．８ｍｍ）まで加工する。

次いで、現状穴形状把握工程において、第１径残取り代Ｌ１を残した状態で、エンドミル１を移動させて現在穴形状を把握する。具体的には、現状穴形状把握工程において、エンドミル１をワーク２の穴内面に軸方向から見て直角三角形ＡＢＣを描くように３か所で当接させる。すなわち、まず、図４（ａ）に示すように、エンドミル１先端を所定の浅い位置まで降ろす。そして、穴の深度の浅い上位置で、図１に示すように、最初に穴内面に当接させたエンドミル１の中心位置を点Ａとし、点Ａから平行移動して穴内面に当接する点Ｂへ移動し、点Ｂからさらに垂直方向へ移動して当接する点Ｃへ移動する。この３点Ａ，Ｂ，Ｃのエンドミル１の中心座標は、フライス盤の工具座標として正確に把握できる。例えば、図３に示すように、工具の中心位置と工具径ｄから点Ａの位置を把握できる。なお、接触の有無は、例えば、ＡＥセンサ、通電、動力変化等で把握すればよい。図３に示すように、点ＡのＸ，Ｙ座標は、穴の内径をＤ、工具径をｄ、中心Ｏを基準とする角度をθとすれば、Ｘ＝１／２（Ｄcosθ−ｄcosθ）、Ｙ＝１／２（Ｄsinθ−ｄsinθ）で求められる。同様に点Ｂ，ＣのＸ，Ｙ座標を求めることができる。工具径ｄは、予め調べられており、フライス盤の把握している工具の位置座標から逆算すれば、現在穴形状の内径Ｄ１を求めることができる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、エンドミル１をさらに少し挿入し、中位置で同様に３点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標を把握する。

さらに、図４（ｃ）に示すように、エンドミル１を少し挿入し、下位置で同様に３点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標を把握する。ここで、例えば、穴形状が図６又は図７に示すような、下位置の内径が中位置の内径よりも大きい場合、下位置では、エンドミル１が当接しない。

このように、現状穴形状把握工程では、穴の軸方向の上中下３か所において、現在穴形状を把握することで、ヘリカル補間工程での現在穴形状の目標内径との誤差を把握でき、その後の仕上げ工程での適切な切込量を設定できる。

例えば穴形状を簡単に３つのパターンに分けると、図７〜図９のようになる。エンドミル１の振れ、エンドミル１の倒れ、切りくずの詰まり等により、ワーク２の穴の奥行き方向一部の内径が拡大する問題が発生する。

図７に示すように、例えば第１径残取り代Ｌ１＝１０μｍとして加工した後の現状穴形状把握工程において、穴の深度の浅い側の内径が本来の内径Ｄ１よりも拡大したと判断した場合、再加工工程において、第１径残取り代Ｌ１よりも小さい第２径残取り代Ｌ２を残すように切込量を変更して中間から底面までを中心に軸方向全体を加工する。このとき第２径残取り代Ｌ２は、例えば、深度の浅い側の内径と揃う大きさに設定する。そして、再び現状穴形状把握工程に戻る。

最後に仕上げ工程において、何度か現状穴形状把握工程と再加工工程とを少なくとも１回行って目標穴形状になるまで加工する。第２径残取り代Ｌ２を徐々に小さくすることで、更なる精度向上を図ることができる。最後にエンドミル１を深さ方向全体に底面まで例えば、５μｍ程度切り込んで仕上げ加工する。

このように、最初に第１径残取り代Ｌ１を大きくしてヘリカル補間により穴加工し、切込量を大きくして加工を繰り返すことで、軸方向で内径の変化の小さい穴加工を行うことができる。なお、仕上げ工程は、１回だけでもよい。すなわち、再加工工程後、一気に５μｍ程度切り込んで仕上げ加工してもよい。

図８に示すように、現状穴形状把握工程において、穴の深度の深い側の内径が拡大していると判断した場合、図４（ｄ）に示すように、再加工工程において、現在穴形状と目標とする目標穴形状とから径方向の切込設定を変更して上位置及び中位置まで再加工する。具体的には、第１径残取り代Ｌ１よりも小さい第２径残取り代Ｌ２を奥行き全体で内径が等しくなる程度に切込量を変更して穴の深度の浅い側をまず加工し、その後軸方向全体を加工し、再び上記現状穴形状把握工程に戻って再び内径の計測を行う。この場合、図７の場合よりも第２径残取り代Ｌ２を大きめに設定し、徐々に第２径残取り代Ｌ２を小さくするように加工を繰り返すとよい。最後にエンドミル１を深さ方向全体に底面まで例えば、５μｍ程度切り込んで仕上げ加工する。

図９に示すように、現状穴形状把握工程において、穴の深度の浅い側及び深い側の内径が拡大したと判断した場合、エンドミル１の先端を奥行き方向中間位置に持って行き、第１径残取り代Ｌ１よりも小さい第２径残取り代Ｌ２を残すように切込量を変更して特に中間よりも奥側を加工する。そして、再び現状穴形状把握工程に戻る。そして、仕上げ工程において、何度か現状穴形状把握工程と再加工工程とを少なくとも１回行って目標穴形状になるまで加工する。例えば、所定回数繰り返して、最終的に一気に０．５μｍ上位置から下位置まで全体に切り込む。

以上説明したように、ヘリカル補間工程において、ヘリカル補間を用いて穴を加工するときには、所定の第１径残取り代Ｌ１を残しながら加工するので、エンドミル１が加工中に撓んでいたとしても問題がない。ヘリカル補間工程後の現状穴把握工程において、現在穴形状を把握し、その後の再加工工程において切込量を設定するので、エンドミル１の傾き等による加工精度の低下を改善できる。その際、エンドミル１自身を穴の内面に接触させるので、エンドミル１を穴から引き出すことなく現在穴形状を把握できる。

また、エンドミル１の位置は、工作機械で常に把握できるので、軸方向から見て直角三角形を描くように３か所で当接させることで、現在穴形状を簡単かつ正確に把握できる。

本実施形態は、目標穴形状が０．０７ｍｍ以上１ｍｍ以下となるような、隙間ゲージが入らない１ｍｍよりも小径の穴の加工に適している。なお、０．０７ｍｍよりも小さい径の穴は、エンドミル１自体の形成が非常に困難なため、エンドミル１を用いた穴加工を行うのは難しい。

−加工結果−
目標内径Ｄ０＝０．１６ｍｍで深さＨ＝０．８ｍｍの穴加工を、従来のヘリカル補間加工で加工した比較例１〜８と、上記実施形態の方法で加工した実施例１〜８の加工誤差を図５及び図６に示す。

比較例１〜８では、特に深度の浅い上位置の誤差が０．００４〜０．００５ｍｍと大きいのがわかる。一方、実施例１〜８では、実施例４をのぞき全て０．００１ｍｍ以内の誤差となっており、非常に高い精度で穴加工が行えることがわかった。

したがって、本実施形態に係るエンドミル１を用いた穴開け加工方法によると、エンドミル１を穴の内面に当接させてエンドミル１によって穴の奥行き全体において精度よく穴加工することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、隙間ゲージで内径を測ることができないような内径が極めて小さい穴加工を対象としているが、隙間ゲージで内径を測ることができるような場合であっても、本発明は適用可能であり、軸方向全体にわかって内径の変化の小さい穴加工を行える。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ エンドミル
２ ワーク
Ｌ１ 第１径残取り代
Ｌ２ 第２径残取り代

Claims (6)

1. エンドミルを用いてワークに目標穴形状の穴を加工するエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記目標穴形状の目標内径よりも小さな外径を有する上記エンドミルを用意する準備工程と、
   上記エンドミルを用いてヘリカル補間を適用し、所定の第１径残取り代を残して所定深さまで加工するヘリカル補間工程と、
   上記第１径残取り代を残した状態で、上記エンドミルを移動させて現在穴形状を把握する現状穴形状把握工程と、
   上記現在穴形状と目標とする上記目標穴形状とから径方向の切込設定を変更して再加工する再加工工程と、
   上記現状穴形状把握工程と上記再加工工程とを少なくとも１回行って上記目標穴形状になるまで加工する仕上げ工程とを含む
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。
2. 請求項１に記載のエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記現状穴形状把握工程では、上記エンドミルを上記ワークの穴内面に軸方向から見て直角三角形を描くように３か所で当接させ、該３か所の位置座標から上記現在穴形状を把握する
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。
3. 請求項１又は２に記載のエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記現状穴形状把握工程では、上記穴の軸方向の複数か所において、上記現在穴形状を把握する
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。
4. 請求項３に記載のエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記現状穴形状把握工程において、上記穴の深度の浅い側の内径が拡大したと判断した場合、上記再加工工程において、上記第１径残取り代よりも小さい第２径残取り代を残すように切込量を変更して軸方向全体を加工した後、
   再び上記現状穴形状把握工程に戻る
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。
5. 請求項３に記載のエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記現状穴形状把握工程において、上記穴の深度の深い側の内径が拡大している場合、上記再加工工程において、上記第１径残取り代よりも小さい第２径残取り代を残すように切込量を変更して上記穴の深度の浅い側をまず加工し、その後軸方向全体を加工し、
   再び上記現状穴形状把握工程に戻る
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のエンドミルを用いた穴開け加工方法において、
   上記目標穴形状は、０．０７ｍｍ以上１ｍｍ以下である
   ことを特徴とするエンドミルを用いた穴開け加工方法。

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