JP2002307224A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深い溝加工、微細加工等の加工を所望位置で
行うことができる切削加工方法を提供すること。 【解決手段】 先端部と側面とに切削刃を備え有効長Ｌ
と直径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが１０以上の細長い円筒状の切
削部を有する切削工具を毎分５００００回転以上の回転
数で高速回転させ、前記切削刃によって金属材料を切削
加工することを特徴とする切削加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工方法に関
し、詳細には、長さ方向に延びる細長い切削部を有する
切削工具を用いて金属材料に加工を行う切削加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料等の材料に凹部、溝などを形成
する加工を施す加工方法として、ドリル、エンドミル等
の切削工具を所謂スピンドルユニットで回転駆動させて
材料を切削し、凹部、溝などの所望形状を形成していく
切削加工方法が知られている。

【０００３】また、成型用金型のように特に細かい凹
部、細い溝などの微細加工が必要となる場合には、放電
加工による加工も行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなスピン
ドルユニットを用いて深い溝等を形成したり、凹部の奥
に位置する部位に加工を施す場合には細長い切削工具が
必要となる。しかしながら、細長い切削工具で金属材料
等の被加工物（ワーク）を切削加工しようとすると、回
転する切削工具の切削刃の先端がワークに食い込むとき
に被加工物からの反力が切削工具に作用するため、切削
工具が本来通るべき線（加工が行われるべき線）から回
転方向にずれた状態で進むため、切削工具の挙動が安定
せず所望の位置精度が得られなくなる。

【０００５】このため、工具の有効長Ｌと直径Ｄとの比
Ｌ／Ｄが、例えば、１０以上といった細長い工具を用い
て金属材料に微細な加工等を施したり、深い溝等を形成
することは、実用上は不可能であった。そして、切削工
具のＬ／Ｄは、工具の剛性を十分に保つことができる程
度の小さい値にすることが必要であると考えられてい
た。

【０００６】一方、放電加工によれば、一般的な溝の加
工等は可能となるが、加工用電極を作成するために時
間、および、費用がかかる。また、放電加工では、深い
溝、凹部の奥に位置する部位に微細加工を施す等の加工
を行うことが困難である。

【０００７】本発明は、以上の点に着目してなされたも
のであり、深い溝加工、微細加工等の加工を所望位置で
行うことができる切削加工方法を提供することを、基本
的な課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明の発明者は、上
記課題について検討を重ねた結果、溝加工、微細加工等
の加工を所望位置で行うためには、Ｌ／Ｄが１０以上と
いう極めて細長い回転工具が必要であること、さらに、
このような細長い回転工具を用いて切削加工を行う場合
であっても毎分５００００回転という超高速回転で切削
加工を行うことにより所望の加工精度が得られること、
を見い出した。

【０００９】本件発明はこのような知見に基づくもので
あり、先端部と側面とに切削刃を備え有効長Ｌと直径Ｄ
との比率Ｌ／Ｄが１０以上の細長い円筒状の切削部を有
する切削工具を毎分５００００回転以上の回転数で高速
回転させ、前記切削刃によって金属材料を切削加工する
ことを特徴とする切削加工方法が提供される。

【００１０】このような構成によれば、切削工具が切削
加工時に毎分５００００回転以上という極めて高い回転
数で回転させられるので、切削工具の挙動が安定し、精
度の高い加工が可能となる。

【００１１】本発明の好ましい態様によれば、切削工具
の送り速度が毎分０．２乃至４ｍである。又、本発明の
他の好ましい態様によれば、前記切削部のＬ／Ｄが２５
以上であるときには、前記切削工具の送り速度が毎分
０．０５乃至０．５ｍである。これら送り速度は、ワー
クの硬度、加工形状、切り込み深さ等の諸条件に合わせ
て、上記範囲内で、適宜変更される。

【００１２】また、送り速度は、切削工具の切削部の有
効長と、実際に切削刃が形成されている切削部の部分の
長さ（刃長）との比率によっても変更させられるのが好
ましい。例えば、切削部の先端側半分のみに切削刃が形
成されている切削工具の送り速度は、切削部の全体にわ
たって切削刃が形成されている点以外は同一の切削工具
の送り速度の５倍程度に高くすることができる。これ
は、切削刃が形成されていない切削部では、剛性、強度
等が低下していないため、切削部の先端側半分のみに切
削刃が形成されている切削工具では、全長にわたって切
削刃が形成されている切削工具より、送り速度を高くす
ることができる。

【００１３】本発明の更に別の態様によれば、前記切削
刃が前記円筒状の切削部に配置された複数の切削刃から
なり、前記送り速度の最大値が前記刃の枚数に比例して
増加する。これは、刃数が、例えば倍になれば、工具が
一回転したときに刃がワークを切削する回数も倍となる
ためである。切削刃は、切削部上に螺旋状に配置される
のが好ましい。

【００１４】本発明のもう一つの態様によれば、切削刃
のすくい角が−４度乃至−１２度に設定されている。

【００１５】本発明のもう一つの態様によれば、切削刃
が略三角形の断面形状を有し、前記略三角形の刃の頂角
が鈍角である。上述したような超高速回転の領域では、
このような形状の切削刃が、切削効率・精度、切削工具
の破損防止・寿命等の観点から、好ましい。

【００１６】本発明のもう一つの態様によれば、前記切
削部の直径Ｄが１ｍｍ以下である。本発明の更に別の態
様によれば、切削部の直径Ｄが０．５ｍｍ以下である。

【００１７】本発明の更にもう一つの態様によれば、前
記切削工具による切り込み深さが０．００１乃至０．０
３ｍｍである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
沿って説明する。まず、本発明の一実施形態の切削加工
方法を実施する切削加工機（マシニングセンタ）の概略
構成を説明する。

【００１９】図１は、マシニングセンタ１の概略的な斜
視図である。図１に示されているように、マシニングセ
ンタ１は、床面に設置される基部２と、この基部２の上
方に配置された加工部４とを備えている。加工部４の下
方位置には、切削加工される被加工物（ワーク）６が載
置される加工台８が設けられている。加工台８は、公知
の機構によって、切削加工に関する数値データに基づい
て、上下および水平方向に移動できるように構成されて
いる。

【００２０】加工台８の上方には、ヘッド１０が設けら
れており、このヘッド１０の下方には、スピンドルユニ
ット１２が着脱自在に装着されるユニット装着部１４が
設けられている。スピンドルユニット１２は、先端に取
付けられた切削工具１６が加工台８に対向し、加工台８
上のワーク６を切削加工できるように、ユニット装着部
１２に取付けられている。ヘッド１０は、公知の機構に
より、切削加工に関する数値データに基づいて、加工台
８に対して上下方向及び水平方向に移動可能である。

【００２１】ユニット装着部１４にはチャックが内蔵さ
れ、スピンドルユニット１２の後端のカプラ（図示せ
ず）をこのチャックに結合させることによって、スピン
ドルユニット１２をユニット装着部１４に着脱自在に装
着固定することができる。このスピンドルユニット１２
は、回転可能な主軸の先端に取付けられた切削工具１６
を内蔵モータによって最高毎分５００００回転以上で高
速回転させ、ワーク６を切削加工することができるもの
である。切削工具１６の回転速度は可変である。

【００２２】従って、マシニングセンタ１では、ワーク
６が載置された加工台８とスピンドルユニット１２とを
切削加工に関する数値データに基づいて相対的に移動さ
せることにより、ワーク６を所望のように切削加工する
ことができる。

【００２３】マシニングセンタ１は、スピンドルユニッ
ト１２を自動的に交換することができる所謂ＡＴＣ（自
動工具交換装置）を備えている。図１に示されているよ
うに、ヘッド１０の側方には、交換用のスピンドルユニ
ットが装着される交換用スピンドルユニット装着部１８
が設けられ、この交換用スピンドルユニット装着部１８
には、異なった寸法形状の切削工具が取付けられた複数
の交換用スピンドルユニット２０が装着されている。

【００２４】また、ヘッド１０の下方には、ユニット装
着部１４に取付けられたスピンドルユニット１２を交換
用スピンドルユニット装着部１８に装着された交換用ス
ピンドルユニット２０と交換するための交換用アーム２
２が設けられている。本実施形態では、交換用スピンド
ルユニット装着部１８は、図示しない駆動機構によっ
て、交換用スピンドルユニット２０を交換用アーム２２
方向に順次移動させ、所望の交換用スピンドルユニット
２０を交換用アーム２２に把持させ、ユニット装着部１
４に装着されているスピンドルユニット１２と交換する
ことができるように構成されている。従って、マシンセ
ンタ１では、ユニット装着部１４に装着されるスピンド
ルユニット１２を交換することにより、ワーク６に種々
の加工を施すことができる。

【００２５】本実施形態では、ユニット装着部１４に装
着されているスピンドルユニット１２に取付けられた切
削工具１６、または、複数の交換用スピンドルユニット
２０に取付けられている切削工具１６は、内蔵モータ出
力軸に連結された主軸と一体化された切削工具であり、
図２に示されているような切削部の先端が略半球凸状の
所謂ボールエンドミル２４の他に、切削部の先端が平坦
な所謂フラットエンドミル、切削部の先端が略円錐状の
ミル等がある。

【００２６】各ミルは、直径Ｄが１ｍｍ以下、例えば、
０．４ｍｍであり、且つ、有効長Ｌと直径Ｄとの比率Ｌ
／Ｄが１０以上、例えば、２０乃至４０の細長い円筒状
の切削部２５を備えている。ミル２４では、細長い切削
部２５の先端２５ａと側面２５ｂとに、切削刃２６が螺
旋状に配置された細長い切削部２５を備え、切削刃は、
切削部２５の全長である有効長Ｌの略全長にわたって形
成されている。なお、図面では、明確化のため、切削部
２５を太く描いているので、図面上のＬ／Ｄは正確では
ない。

【００２７】図２のIII-III線に沿った断面図である図
３に示されているように、ミル２４の切削刃２６は、断
面が略三角形であり、４枚の切削刃２６が切削部２５の
外周に等間隔に配置されている。各切削刃２６の外方に
向かって突き出す先端部２７の角度（頂角）αは鈍角で
あり、ワークに対するすくい角は、−４ないし−１２度
となる。本実施形態では、ミル２４は、タングステン合
金、粉末タイプの高速度工具鋼、超々微粒子を焼結させ
た超硬合金、セラミックス系材料等で作られている。

【００２８】次に、金型用の金属材料（ワーク６）に幅
０．４ｍｍ、深さ５ｍｍ、即ち、深さＦと幅Ｗとの比率
Ｆ／Ｗが１２．５の深溝を形成する切削加工を説明す
る。金型用の金属材料としては、例えば、一般構造用圧
延鋼材（ＳＳ）、機械構造用炭素鋼（ＳＣ、ＳＣＫ）、
炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ、ＳＫＤ）、
高速度鋼（ＳＮＣ）、高炭素クロム、軸受鋼（ＳＮ
Ｊ）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）、クロ
ムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、アルミニウムクロムモリブ
デン鋼（ＳＡＣＭ）、プリハードン鋼、高張力アルミ合
金及びジュラルミン（Ａ７０７５）等のアルミ合金、銅
合金等がある。

【００２９】切削部の直径Ｄが０．４ｍｍ、有効長Ｌが
１２ｍｍ、従ってＬ／Ｄが３０のボールエンドミル２４
が取付けられたスピンドルユニット１２をユニット装着
部１４に装着させ、切削加工を施すアルミ合金（Ａ７０
７５）のワーク６を加工台４に載置・固定する。

【００３０】次いで、スピンドルユニット１２の内蔵モ
ータによってボールエンドミル２４を例えば毎分５００
００回転で回転させながら、形成する深溝に関するＮＣ
データに基づいて、ワーク６が載置された加工台４とス
ピンドルユニット１２とを相対的に移動させ、ワーク６
に加工を施す。

【００３１】図４は、ワークに案内溝を形成する工程を
示す斜視図であり、図５は案内溝の断面図である。図４
に示されているように、本実施形態では、深溝３０が形
成されることになる切削加工線３２（一点鎖線）に沿っ
てスピンドルユニット１２を移動させ、切削部２５の先
端と側部との切削刃２６を用いて、案内溝３４を切削に
より形成していく。このとき、例えば、切削刃の先端と
ワークとがなす角度である「すくい角」を−４度に設定
し、切り込み量（一回の切削深さ）を５μｍ（０．００
５ｍｍ）とし、送り速度を毎分３５０ｍｍとするのが好
ましい。

【００３２】切削部２５は、先端２５ａが略半球凸状の
細長い円筒形状を有しているので、案内溝３４の断面形
状は、図５に示されているように、半円の底部３４ａと
この半円の上端から上方に向かって垂直壁部３４ｂとを
有する。本実施形態では、案内溝３４は、垂直壁部分３
４ｂの高さＨが、底部を構成する半円の直径以上の高さ
を有するように形成される。尚、本実施形態では、切削
部２５が円筒形状であり且つ切削部２５の先端２５ａが
略半球凸状であるので、案内溝３４の底部３４ａを構成
する半円の直径は、切削部２５ｃの直径Ｄおよび案内溝
３４ならびに深溝３０の幅Ｗ１と略同一である。

【００３３】本実施形態では、ボールエンドミル２４を
切削加工線３２に沿って往復動させて案内溝を形成して
いる。しかしながら、ボールエンドミル２４を切削加工
線３２に沿って同一方向に複数回移動させて案内溝３４
を切削してもよい。また、案内溝の深さが浅いときに
は、ボールエンドミル２４を切削加工線３２に沿って一
回動かして案内溝を形成してもよい。

【００３４】次いで、スピンドルユニットを交換するこ
となく、ボールエンドミル２４の切削部２５を案内溝３
４に沿わせながら、スピンドルユニット１２が切削加工
線３２に沿って移動するように、スピンドルユニット１
２とワーク６とを相対移動させ、切削部２５の先端と側
部の切削刃を用いて、深さＦの深溝３０をワーク６に切
削形成する。

【００３５】この深溝形成時即ち本加工時の際の好まし
い切削条件は、例えば、毎分５００００回転、すくい角
−４度、切り込み量５μｍであり、さらに、送り速度は
毎分１３００ｍｍである。深溝加工も、案内溝加工と同
様に、ボールエンドミル２４を切削加工線３２に沿って
往復動させたり或いは同一方向に複数回移動させたりし
て深溝３０を切削するのがよい。

【００３６】使用する回転切削工具は、切削部の直径が
１ｍｍ以下と非常に細く、有効長Ｌと直径Ｄの比Ｌ／Ｄ
が１０以上と非常に大きい値である。従って、案内溝３
４の切削に際しては、切削工具に撓みが生じ、先端が切
削加工線３２から横方向にはずれるおそれがある。本実
施形態では、切削工具を毎分５００００回転という極め
て高い回転数で回転させることによって工具を安定させ
ている。また、工具の送り速度は、工具の撓みや折損が
生じないように、比較的遅い速度とすることが必要であ
る。

【００３７】上述した切削加工はアルミ合金Ａ７０７５
に対する加工であるが、他の材質のワークにも同様に加
工が可能である。例えば、プリハードン鋼に上記実施形
態と同様の切削部の直径Ｄが０．４ｍｍ、有効長Ｌが１
２ｍｍ、従ってＬ／Ｄが３０のボールエンドミル２４を
毎分５００００回転で回転させて深溝加工を施すときに
は、案内溝形成時には、例えば、すくい角を−１２度、
切り込み量を５μｍ、送り速度を毎分４００ｍｍとし、
深溝形成時には、例えば、すくい角を−１２度、切り込
み量を５μｍ、送り速度を毎分１３００ｍｍとするのが
好ましい。又、銅合金に上記実施形態と同様の切削部の
直径Ｄ０．４ｍｍ、有効長Ｌ１２ｍｍ、従ってＬ／Ｄ３
０のボールエンドミル２４を毎分５００００回転で回転
させて深溝加工を施すときには、案内溝形成時には、例
えば、すくい角を−４度、切り込み量を５μｍ、送り速
度を毎分３５０ｍｍとし、深溝形成時には、例えば、す
くい角を−４度、切り込み量を５μｍ、送り速度を毎分
１３００ｍｍとするのが好ましい。

【００３８】また、アルミ合金Ａ７０７５に、上記実施
形態と同様の切削部の直径Ｄが０．４ｍｍ、有効長Ｌが
１２ｍｍ、従ってＬ／Ｄが３０のボールエンドミル２４
を毎分５００００回転で高速回転させながら所謂等高線
粗加工（断面線加工）を行う場合には、切り込み量５μ
ｍ、すくい角を−４度、送り速度を毎分３５０ｍｍに設
定するのが好ましい。また、プリハードン鋼に対して直
径Ｄが０．４ｍｍ、有効長Ｌが１２ｍｍ、従ってＬ／Ｄ
が３０のボールエンドミル２４を毎分５００００回転で
高速回転させながら所謂等高線粗加工（断面線加工）を
行う場合には、切り込み量５μｍ、すくい角を−１２
度、送り速度を毎分４００ｍｍに設定するのが好まし
い。さらに、銅合金に対して直径Ｄが０．４ｍｍ、有効
長Ｌが１２ｍｍ、従ってＬ／Ｄが３０のボールエンドミ
ル２４を毎分５００００回転で高速回転させながら所謂
等高線粗加工（断面線加工）を行う場合には、切り込み
量５μｍ、すくい角を−４度、送り速度を毎分３５０ｍ
ｍに設定するのが好ましい。

【００３９】切削工具の送り速度は、図６に示されてい
るように、他の条件が同一の場合には、Ｌ／Ｄが大きく
なるほど遅くする必要がある。例えば、Ｌ／Ｄが２倍と
なると、送り速度は１／８ないし１／４に設定される。
また、図７に示されているように、送り速度は、切削工
具の直径Ｄの値にも影響を受け、他の条件が同一の場合
には、直径Ｄが小さくなるほど遅くする必要がある。例
えば、Ｄが２分の１になると、送り速度は１／２０ない
し１／１６に設定される。

【００４０】又、上記実施形態では、４枚の切削刃２６
を備えた切削工具を使用しているが、切削刃の枚数はこ
れに限定されるものではなく、例えば、２枚であっても
よい。切削工具の送り速度は、同一条件下では、切削刃
の枚数に比例するのが一般的であるので、切削刃が２枚
の切削工具では、送り速度は、切削刃が４枚の切削工具
の半分となる。

【００４１】さらに、上記実施形態では、切削工具２４
の切削部２５の有効長Ｌの略全長にわたって切削刃２６
が形成されているが、切削部が有効長より短い切削工
具、例えば、切削部の先端側半分のみに切削刃が形成さ
れている切削工具を使用してもよい。このような場合に
は、送り速度を、切削部の有効長Ｌの略全長にわたって
切削刃が形成されている切削工具の送り速度の５倍程度
まで高くすることができる。

【００４２】さらに、上記実施形態では、切削工具に回
転速度は毎分５００００回転であったが、これより高い
速度で回転させてもよい。このとき、回転速度の上昇に
比例して切削工具の送り速度を高くすることができる。

【００４３】上記実施形態では、ミルの切削部は略円筒
形状であるが、先端に向かって先細りする切削部を有す
る切削工具を用いても良い。

【００４４】また、上記実施形態では、スピンドルユニ
ットを自動的に交換可能なマシニングセンタ１が用いら
れたが、本発明は、スピンドルユニットを交換できない
或いは自動的には交換できない切削加工機でも実施可能
である。このような切削加工機で、案内溝加工と深溝加
工とを異なった切削工具で行う場合には、オペレータ
が、スピンドルユニット全体あるいは切削工具（ミル）
を、手動で交換することになる。

【００４５】さらに、上記実施形態では、切削部が直径
Ｄが１ｍｍ以下の細長い円筒状の切削工具を使用した
が、本発明はこのような工具に限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の切削加工を行うマシニン
グセンタの概略的な斜視図である。

【図２】 本発明の実施形態の切削加工に用いられるボ
ールエンドミルの側面図である。

【図３】 図２のIII-III線に沿った断面図である

【図４】 本発明の第１実施形態においてワークに案内
溝を形成する工程を示す斜視図である。

【図５】 本発明の第１実施形態においてワークに形成
された案内溝の断面図である。

【図６】 切削工具の切削部のＬ／Ｄと送り速度との関
係を示すグラフである。

【図７】 切削工具の切削部の直径Ｄと送り速度との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

６：ワーク（加工物） ２４：ボールエンドミル ３０：深溝 ３２：切削加工線 ３４：案内溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安部 新一 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ 株 式会社インクス内 (72)発明者 猪俣 孝 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ 株 式会社インクス内 (72)発明者 堀口 直樹 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ 株 式会社インクス内 (72)発明者 須田 一泰 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ 株 式会社インクス内 (72)発明者 西嶋 潤 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ 株 式会社インクス内 Ｆターム(参考） 3C022 AA10 EE01 EE17 KK03 KK06 KK23 KK25

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部と側面とに切削刃を備え有効長Ｌ
   と直径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが１０以上の細長い円筒状の切
   削部を有する切削工具を毎分５００００回転以上の回転
   数で高速回転させ、前記切削刃によって金属材料を切削
   加工することを特徴とする切削加工方法。
2. 【請求項２】 前記切削工具の送り速度が毎分０．２乃
   至４ｍである、請求項１に記載の切削加工方法。
3. 【請求項３】 前記切削部のＬ／Ｄが２５以上であり、
   且つ、前記切削工具の送り速度が毎分０．０５乃至０．
   ５ｍである請求項１に記載の切削加工方法。
4. 【請求項４】 前記切削刃が前記円筒状の切削部に配置
   された複数の切削刃からなり、前記送り速度の最大値が
   前記刃の枚数に比例して増加する、請求項２または３に
   記載の切削加工方法。
5. 【請求項５】 前記切削刃のすくい角が−４度乃至−１
   ２度に設定されている、請求項１ないし４のいずれか１
   項に記載の切削加工方法。
6. 【請求項６】 前記切削刃が略三角形の断面形状を有
   し、前記略三角形の刃の頂角が鈍角である、請求項１な
   いし５のいずれか１項に記載の切削加工方法。
7. 【請求項７】 前記切削部の直径Ｄが１ｍｍ以下であ
   る、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の切削加工
   方法。
8. 【請求項８】 前記切削部の直径Ｄが０．５ｍｍ以下で
   ある、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の切削加
   工方法。
9. 【請求項９】 前記切削工具による切り込み深さが０．
   ００１乃至０．０５ｍｍである、請求項１ないし８のい
   ずれか１項に記載の切削加工方法。