JP2000233310A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質部材の被加工体に対し、びびりが発生せ
ずに加工品質の劣化が起きない高品質な加工方法。 【解決手段】 最初にエンドミルを用いて所定量切削
し、このエンドミルで所定量切削後に、スローアウェイ
式エンドミル７で継続して切削する。又は、スローアウ
ェイ式エンドミル７を被加工体９の送りピツチ方向に対
して傾斜させて所定量切削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄肉三次元形状鍛
造品等の硬質部材の外形形状を所定形状に高能率で、か
つ、高品質に加工する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬質部材からなる例えば、蒸気タービン
用のタービンブレードは、クローム等を含む耐熱鋼材料
が用いられ、形状的には取付けのための翼根部と翼面が
ねじれたねじれ曲面の羽根部とが一体に形成されてい
る。

【０００３】タービンブレードのような鍛造品の形状加
工では、通常、図１２（ａ）に正面図および図１２
（ｂ）側面図をそれぞれ示すような工具全体が高速度工
具鋼で製作されたエンドミルが用いられている。

【０００４】それらの一例は、特開平７−２３７０４５
公報に開示されている。すなわち、図示しないマシニン
グセンタの回転テーブル上にタービンブレードがワーク
（被加工物）として取り付けられ、工具として大小のエ
ンドミルを自動交換しながら用いて加工している。それ
らは、最初に切削粗加工を施し、その粗加工により仕上
げ状態となるまでの削り代を残す。その後に、削り代に
仕上げ加工を施して仕上げている。

【０００５】また、この加工については加工時間を短縮
して加工能率を向上させるために、耐摩耗性に優れた膜
を被覆したコーティングエンドミルや超硬製エンドミル
を用いる場合もある。

【０００６】さらに、工具コストを削減するため、工具
を図１３（ａ）に正面図を図１３（ｂ）に側面図をそれ
ぞれ示すような切削チップ交換式のスローアウェイチッ
プ２１をシャンク２２に取付けて用いたスローアウェイ
式エンドミル２３を用いる場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような通常のエンドミルを用いた加工では加工能率に限
界があり、現在以上の加工時間短縮は望めないため、最
近要求されている加工時間短縮によるリードタイムの短
縮やコスト低減に対応することが困難である。

【０００８】また、コーティングエンドミルや超硬製エ
ンドミルを用いた場合は、これらの工具は、初期コスト
や工具の再研磨費が高くなる。また、通常、コストは使
用する工具径に比例して高くなるので、タービンブレー
ドのような大型部品の加工にはあまり適していない。

【０００９】また、切削チップ交換式（スローアウェイ
チップ）の工具であるスローアウェイ式エンドミルを用
いた場合は、その使い方が難しく使いこなせないことが
多い。すなわち、このタイプの工具は、工具の移動方向
に対して外周の側面で切削する加工に向いている。しか
し、三次元形状の加工の場合は、最初の加工パスは、図
１４（ａ）に平面図および図１４（ｂ）断面側面図をそ
れぞれ示すように加工表面に溝を形成する加工となり、
切削方向の外周全面が接触する。スローアウェイ式エン
ドミル２３ａはエンドミルのリード角に相当するものが
存在しないため、このような加工では切削抵抗が大きく
なり、被加工体２４が薄肉三次元形状鍛造部品等のよう
に素材に剛性が無い材料では図１５に示すようなびびり
を発生し加工品質を劣化させるため使いこなしが困難で
ある。

【００１０】なお、スローアウェイチップをエンドミル
と同様の形状に製造すれば、スローアウェイチップのみ
で上述のような課題は解消するという考えも成り立つ
が、現状ではスローアウェイチップは、ねじ等によって
シャンクに固定する構造であるため、この固定する部分
を設ける等の関係でエンドミルと同様の形状に製造する
ことは困難である。

【００１１】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、その目的とすることろは、薄肉三次元形状鍛造品の
ような硬質部材に対してスローアウェイ式エンドミルを
用いても、びびりが発生せずに加工品質の劣化が起きな
い高品質な加工方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、被加工体の形状を回転工具で所定の三次元
形状に加工する切削加工方法において、前記回転工具に
よる切削は、最初にエンドミルを用いて所定量切削し、
このエンドミルで所定量切削後にスローアウェイ式エン
ドミルで切削することを特徴とする切削加工方法であ
る。

【００１３】また請求項２の発明による手段によれば、
前記被加工体は、タービンブレードであることを特徴と
する切削加工方法である。

【００１４】また請求項３の発明による手段によれば、
被加工体にスローアウェイ式エンドミルで所定の溝形状
を加工する切削加工方法において、最初は前記スローア
ウェイ式エンドミルを被加工体の送りピツチ方向に対し
て傾斜させて所定量切削し、この所定量切削後に前記ス
ローアウェチップの前記被加工体のピツチ送り方向に対
しての傾斜を無くして切削することを特徴とする切削加
工方法である。

【００１５】また請求項４の発明による手段によれば、
被加工体にスローアウェイ式エンドミルで所定の溝形状
を加工する切削加工方法において、最初は前記スローア
ウェイ式エンドミルを被加工体の送りピツチ方向に対し
て傾斜させて所定量を順次増加させて切削し、この所定
量切削後に前記スローアウェイ式エンドミルの前記被加
工体の送りピツチ方向に対しての傾斜を無くして切削す
ることを特徴とする切削加工方法である。

【００１６】また請求項５の発明による手段によれば、
被加工体にスローアウェイ式エンドミルで所定の溝形状
を加工する切削加工方法において、最初はスローアウェ
イチップを被加工体の送りピツチ方向に対して傾斜させ
て所定量を順次増加させて切削し、ピッチ方向の加工パ
スにも同様に所定量を順次増加させて切削することを特
徴とする切削加工方法である。

【００１７】また請求項６の発明による手段によれば、
被加工体にスローアウェイ式エンドミルで所定の形状を
加工する切削加工方法において、前記被加工体の送りピ
ッチ方向に引張り加重を付与して加工することを特徴と
する切削加工方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の実施形態の
一例について、蒸気タービンブレードの加工を例に説明
する。

【００１９】蒸気タービンブレードの素材は、クローム
等を含む耐熱鋼で鍛造により製造されている。

【００２０】まず、通常の加工によるスローアウェイ式
エンドミルによるびびりの発生について説明すると、図
１（ａ）に示すタービンブレードのＡ−Ａ断面は図１
（ｂ）に示すような断面形状である。翼面１を加工する
場合、羽根２の長手方向に等ピッチ送りして加工する。

【００２１】その際、図２（ａ）に断面図を図２（ｂ）
に斜視図を示すように最初の加工パス３は接触面積が広
いために切削抵抗が大きくなる。また、羽根２は薄くて
長いため剛性が低く変形や振動を起こしやすい。そのた
め、スローアウェイチップを用いたスローアウェイ式エ
ンドミルで通常の加工を行うとびびりが発生する。１度
びびりが被加工体の加工表面に発生すると、次の加工パ
ス４はその加工表面状態の影響を受けて次々とびびりを
発生していく。それらにより発生したびびりの状況は図
１５に示した通りである。

【００２２】以下、本発明によるびびりを防止したスロ
ーアウェイ式エンドミルによる硬質材料の加工法につい
ての実施の形態について順次説明する。

【００２３】第1の実施の形態について図３を参照して
説明する。図示しないマシニングセンタには、工具とし
てエンドミルとスローアウェイチップを用いたスローア
ウェイ式エンドミルが装着されている。まず、最初のパ
ス５だけはエンドミルで加工する。そして、スローアウ
ェイ式エンドミルは、その位置から所定のピッチ６だけ
送られた位置から切削加工を始める。このようにするこ
とによつて、図４（ａ）に平面図を図４（ｂ）に断面側
面図を示すようなスローアウェイ式エンドミル７の本来
の使い方であるスローアウェイ式エンドミル７の側面を
使った加工が最初から可能になり、びびりが発生しない
加工が可能になる。

【００２４】なお、図５は超硬製チップを使用したスロ
ーアウェイ式エンドミル７で本実施の形態を実施したと
きの切削加工面である。切削加工面はびびりのないきれ
いな加工面が得られている。

【００２５】次に、第２の実施の形態について図６を参
照して説明する。まず、スローアウェイ式エンドミル７
ａによる切削で溝を形成する最初の領域は、スローアウ
ェイ式エンドミル７ａをピッチ送り方向に対して傾斜角
８を設けて傾斜させ、切削中の接触面積を小さくさせて
加工する。

【００２６】所定量の切込みが終了した後は、スローア
ウェイ式エンドミル７ａの側面で加工できる量だけスロ
ーアウェイ式エンドミル７ａを移動させ継続して加工す
るか、又はピッチ送り方向のスローアウェイ式エンドミ
ル７ａの傾斜角８を無くしてスローアウェイ式エンドミ
ル７ａの側面で加工する。

【００２７】次に、第３の実施の形態について図７を参
照して説明する。まず、スローアウェイ式エンドミル７
ｂによる切削で溝を形成する最初の領域は、被加工体９
に対してスローアウェイ式エンドミル７ｂに傾斜角８ｂ
を設けて加工する。つまり、スローアウェイ式エンドミ
ル７ｂの切込みが進行方向に対して０から始まり、１回
の加工パス終了時に切込み取代になるように一定割合
（取代／切削長）で増加させながら加工する。

【００２８】その後、さらに取代と同じ切込みで同じ位
置を加工し、その後一定ピッチを送りスローアウェイ式
エンドミル７ｂの側面で加工する。１回の加工パスは、
羽根の裏表別々に加工しても、断面を連続的に１周加工
しても良い。連続で加工する場合には、切込みを変化さ
せる割合が取代／断面周長に設定すればよい。

【００２９】また、図８は被加工体９ａを連続的に断面
を加工する場合の例を示したものである。すなわち、ス
ローアウェイ式エンドミル７ｃと被加工体９ａとの加工
位置毎の関係を示したものである。加工開始位置１０ａ
から連続的に順次１０ｂ→１０ｃ→１０ｄ→１０ｅ→１
０ｄ→１０ｅ→１０ｆの順序で加工を進めていく。被加
工体９ａは図示しない治具に保持されているので、各々
の加工位置に応じてスローアウェイ式エンドミル７ｃと
被加工体９ａとの傾斜角が所定の角度になるように制御
されている。

【００３０】なお、この加工については、一定ピッチ送
った後の加工も連続的に加工することもできる。

【００３１】次に、第４の実施の形態について、斜視図
である図９（ａ）および側面図である（ｂ）を参照して
説明する。この実施の形態では、被加工体９ｃへのスロ
ーアウェイ式エンドミル７ｃ、７ｄ、７ｅの切込み深さ
の増加を送りピッチ方向に適用したものである。

【００３２】すなわち、スローアウェイ式エンドミル７
ｃ、７ｄ、７ｅの切込みを送りピッチ方向と切削方向に
一定割合（切込／（１切削長×ピッチ送り方向加工回
数））で増加させながら加工しその設定したピッチ送り
方向加工回数に達すると、所定の切込みが取代に達しそ
の後、一定切込みで形状加工を行う。

【００３３】さらに、最初の加工領域は削り残しになっ
ているので仕上がっている方向から所定の切込みで仕上
げる。図９（ａ）の場合は、３回加工した時点で所定の
切込みになる場合である。なお、加工は片面づつ加工し
てもよく、連続的に加工してもよい。

【００３４】次に、第５の実施の形態について図１０を
参照して説明する。被加工体９ｄとしてスローアウェイ
式エンドミルが溝を形成する領域の余肉をあらかじめ少
なくした領域１１を形成した薄肉三次元形状鍛造品を素
材として用意し、上記実施の形態の１から４までのいず
れかの手段で所定の形状に加工する。

【００３５】次に、第６の実施の形態について図１１を
参照して説明する。スローアウェイ式エンドミル７ｅ
で、被加工体９ｆである例えば薄肉三次元形状鍛造品を
所定形状に加工する場合、切削抵抗によリ素材は曲げ荷
重を受け、素材の両端は引張リ荷重と曲げモ−メントを
受ける。そのため、両端の支持が不安定だと素材が振動
や変形を起こす。これは、加工能率向上と品質確保の阻
害要因になる。

【００３６】それを解消するために、薄肉三次元形状鍛
造品を図示しない支持機構で両端を引張るように支持
し、上記実施の形態の１から５までのいずれかの手段で
加工する。

【００３７】なお、上述の実施の形態は、必要に応じて
組合せて用いてもよいのは言うまでもない。

【００３８】また、上述の各実施の形態は種々変形可能
である。以下、それらの一例について述ベる。

【００３９】実施の形態１又は２において、上述の各実
施の形態ではスローアウェイ式エンドミルで加工する最
初のピツチとその後のピッチとは同じにしたが、最初の
ピツチとその後のピツチと必ずしも同じにする必要はな
く、工具が除去する投影面積が溝形状で無ければ良い。

【００４０】実施の形態３では、１回の加工で所定の切
込みになるようにしたが、１回の加工に限定する必要は
無く、場合によっては数回加工して所定に切込みを得て
も同様な作用が得られる。

【００４１】また、この実施の形態のように最初からス
ローアウェイ式エンドミルを使用する場合、最初のパス
だけ送り速度を下げて加工しても良い。

【００４２】実施の形態４では、所定の切込みに達する
までの最初の加工領域（削り残し）の加工を最後にした
が、特に最後に加工しなくてもよく、所定の切込みに達
した時点で、逆方向に削り残しを加工しても同様な作用
が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
耐磨耗性に優れた超硬、サーメットやＣＢＮなどを使用
したスローアウェイ式エンドミルで切削して場合にびび
りを発生せずに、薄肉三次元形状鍛造品等の硬質部材を
高能率に加工できる。

【００４４】また、高能率加工ができるために加工時間
が短縮され、加工のリードタイム短縮やコスト低減が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はタービンブレードの斜視図で、（ｂ）
は（ａ）のタービンブレードのＡ−Ａ′断面を示す断面
図。

【図２】（ａ）はタービンの翼面を加工する場合の断面
図、（ｂ）はその斜視図。

【図３】本発明の第1の実施の形態を示す説明図。

【図４】スローアウェイ式エンドミルの本来の使い方の
説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図。

【図５】超硬製チップを使用したスローアウェイ式エン
ドミルで本実施の形態を実施したときの切削加工面を示
す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す説明図。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。

【図８】本発明の第３の実施の形態の変形例で、被加工
体を連続的に断面を加工する場合の例を示した説明図。

【図９】（ａ）本発明の第４の実施の形態を示す斜視図
で、（ｂ）はその断面側面図。

【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す説明図。

【図１１】本発明の第６の実施の形態を示す説明図。

【図１２】通常のエンドミルの外観図で、（ａ）は正面
図、（ｂ）は側面図。

【図１３】スローアウェイ式エンドミルの外観図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。

【図１４】加工表面に溝を形成する加工図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面側面図。

【図１５】びびりが加工表面に発生した場合の説明図。

【符号の説明】

１…翼面、２…羽根、３…最初の加工パス、４…次の加
工パス、７、７ａ、７ｂ、２３、２３ａ…スローアウェ
イ式エンドミル、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、
９ｆ、２４…被加工体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工体の形状を回転工具で所定の三次
   元形状に加工する切削加工方法において、 前記回転工具による切削は、最初にエンドミルを用いて
   所定量切削し、このエンドミルで所定量切削後にスロー
   アウェイ式エンドミルで切削することを特徴とする切削
   加工方法。
2. 【請求項２】 前記被加工体は、タービンブレードであ
   ることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
3. 【請求項３】 被加工体にスローアウェイ式エンドミル
   で所定の溝形状を加工する切削加工方法において、 最初は前記スローアウェイ式エンドミルを被加工体の送
   りピツチ方向に対して傾斜させて所定量切削し、この所
   定量切削後に前記スローアウェチップの前記被加工体の
   ピツチ送り方向に対しての傾斜を無くして切削すること
   を特徴とする切削加工方法。
4. 【請求項４】 被加工体にスローアウェイ式エンドミル
   で所定の溝形状を加工する切削加工方法において、 最初は前記スローアウェイ式エンドミルを被加工体の送
   りピツチ方向に対して傾斜させて所定量を順次増加させ
   て切削し、この所定量切削後に前記スローアウェイ式エ
   ンドミルの前記被加工体の送りピツチ方向に対しての傾
   斜を無くして切削することを特徴とする切削加工方法。
5. 【請求項５】 被加工体にスローアウェイ式エンドミル
   で所定の溝形状を加工する切削加工方法において、 最初はスローアウェイチップを被加工体の送りピツチ方
   向に対して傾斜させて所定量を順次増加させて切削し、
   ピッチ方向の加工パスにも同様に所定量を順次増加させ
   て切削することを特徴とする切削加工方法。
6. 【請求項６】 被加工体にスローアウェイ式エンドミル
   で所定の形状を加工する切削加工方法において、 前記被加工体の送りピッチ方向に引張り加重を付与して
   加工することを特徴とする切削加工方法。