JP2003340627A - Machining method by small-diameter endmill and method for determining machining condition - Google Patents
Machining method by small-diameter endmill and method for determining machining conditionInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【本発明の属する技術分野】本発明は、小径エンドミル
による加工方法に関し、適正条件での加工によって、高
精度且つ高効率な加工を実現することができるものであ
る。また、本発明は、当該加工方法において、適正な加
工条件を決定する方法、更には、これら加工方法及び加
工条件決定方法を実施するための好ましい装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing method using a small-diameter end mill, which can realize highly accurate and highly efficient processing by processing under appropriate conditions. Further, the present invention relates to a method for determining an appropriate processing condition in the processing method, and further to a preferable apparatus for carrying out the processing method and the processing condition determination method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エンドミル加工においては、主軸の回転
数によっては、所謂「自励びびり振動」と呼ばれるエン
ドミル自身の自励振動や、被加工体を固定するテーブル
等の振動が発生して、良好な仕上げ面が得られない場合
がある。そのためエンドミル加工では、好適な切削条件
の選定のために事前のテスト加工を行ない、工具摩耗、
加工精度、加工面品質等の面から試行錯誤により最適な
加工条件を決定することが為されてきた。2. Description of the Related Art In end mill machining, depending on the number of rotations of the spindle, self-excited vibration of the end mill itself, which is so-called "self-excited chatter vibration", or vibration of a table or the like for fixing a workpiece is generated, which is good It may not be possible to obtain a good finished surface. Therefore, in end mill processing, pre-test processing is performed to select suitable cutting conditions, tool wear,
The optimum processing conditions have been determined by trial and error in terms of processing accuracy and surface quality.
【０００３】しかし、斯かるテスト加工には多くの工数
を要し、中には無駄なテスト加工を行なうこともあって
時間がかかり非効率的であると共に、総ての条件をテス
トすることは実質的に不可能であることから、必ずしも
最適な主軸回転数を設定できるとは限らない。However, such test processing requires a large number of man-hours, and some of them are wasteful test processing, which is time-consuming and inefficient, and it is difficult to test all conditions. Since it is practically impossible, it is not always possible to set the optimum spindle rotational speed.
【０００４】そこで、特開平８−２２９７７２号公報に
記載されている方法では、テスト加工を行なうことな
く、主軸を空回転させて主軸及びテーブルの振動等を測
定することにより、適切な加工が達成できるような主軸
回転数を求めている。Therefore, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-229772, proper machining is achieved by rotating the spindle idle and measuring vibrations of the spindle and table without performing test machining. We are seeking the spindle speed that can be achieved.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来方
法により主軸回転数を決定しても、実際には、「自励び
びり振動」が発生した場合の安全性を考慮して、工作機
械ごとに設定されている最大主軸回転数の８０％程度以
下の回転数範囲で条件を設定したり、或いは主軸の送り
速度を下げたりすることにより、「自励びびり振動」を
抑制することが一般的に行なわれている。特に、その直
径が比較的小さい小径エンドミルによる加工においては
「自励びびり振動」が生じやすいため、加工条件の選定
に当たり、工作機械の主軸回転数を落とした条件が選択
されており、場合によっては最大回転数の７０％以下と
いう安全性優先の運転状況に抑えることもあった。Even if the spindle speed is determined by the conventional method as described above, each machine tool is actually considered in consideration of safety when "self-excited chatter vibration" occurs. It is common to suppress "self-excited chatter vibrations" by setting conditions within the rotation speed range of about 80% or less of the maximum spindle speed set in, or by reducing the feed speed of the spindle. Has been done to. Especially when machining with a small diameter end mill whose diameter is relatively small, "self-excited chatter vibration" is likely to occur.Therefore, when selecting the machining conditions, the condition in which the spindle speed of the machine tool has been reduced is selected. In some cases, the driving situation was limited to 70% or less of the maximum rotation speed, which prioritizes safety.
【０００６】即ち、工作機械の主軸回転数を落とした場
合は、確かに「自励びびり振動」は抑制されて工作時の
安全性は増し、高精度な加工が可能となるが、一方で工
作機械が有する機能を最大限に利用することができない
結果となり、生産性は低下する。That is, when the spindle speed of the machine tool is reduced, "self-excited chatter vibration" is certainly suppressed, the safety during machining is increased, and high-precision machining becomes possible. As a result, the functions of the machine cannot be utilized to the maximum extent, and productivity is reduced.
【０００７】また、従来の加工条件決定方法では、被テ
スト加工物の有無はともかく、条件選択のための予備的
な実験を必要とし、手間と時間を要する。Further, in the conventional processing condition determining method, a preliminary experiment for selecting the condition is required regardless of the presence or absence of the workpiece to be tested, which requires labor and time.
【０００８】本発明は、このような現状に鑑みて為され
たものであって、その目的は、小径エンドミルによる加
工を行なうにあたり、工作機械の性能を十分に発揮さ
せ、生産性を低下させることのない加工方法を提供する
と共に、その様な生産性の高い加工方法を時間及び労力
をかけずに選定することを可能にするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to sufficiently exhibit the performance of a machine tool and reduce the productivity when machining with a small diameter end mill. It is possible to provide a processing method that does not have such a problem, and to select such a highly productive processing method without spending time and labor.
【０００９】即ち、本発明の目的は、小径エンドミルに
よる加工時において、「自励びびり振動」を抑制できる
加工方法、そのような加工条件を決定する方法及びこれ
ら加工を実施する装置を提供することにある。本発明に
従えば、「自励びびり振動」を抑制しつつ最大限の回転
数で小径エンドミルによる加工を行なうことができるの
で、仕上がり状態の良い被加工体を、効率良く且つ安全
に得ることが可能となる。That is, an object of the present invention is to provide a machining method capable of suppressing "self-excited chatter vibration" during machining with a small-diameter end mill, a method for determining such machining conditions, and an apparatus for carrying out these machining. It is in. According to the present invention, since it is possible to perform processing with a small-diameter end mill at the maximum number of revolutions while suppressing "self-excited chatter vibration", it is possible to efficiently and safely obtain a work piece with a good finished state. It will be possible.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】「自励びびり振動」は、
エンドミルによる切り取り厚さの変動に起因して発生す
ると考えられる。つまり、工作機械の固有振動が原因と
なりエンドミルによる被加工体の切り取り面は波状とな
るが、図１に表わした様に、前刃による切り取り面（前
刃先の軌跡）と次刃による切り取り面（次刃先の軌跡）
に「ずれ」が生じたときは、切削時の切り取り厚さが一
定にならず、この様な場合に、「自励びびり振動」が生
じると推定されている。従って、本発明者らは、図２に
示す様に、前刃先の軌跡と次刃先の軌跡との間に位相差
が生じないよう回転数を設定すれば、切り取り厚さの変
動が発生せず、「自励びびり振動」を抑制することがで
きるのではないかと考え、実験と検討を進めた結果、本
発明を完成するに至ったものである。[Means for solving the problem] "Self-excited chatter vibration" is
It is considered that this occurs due to the variation in the cutting thickness due to the end mill. That is, the cutting surface of the workpiece by the end mill becomes wavy due to the natural vibration of the machine tool, but as shown in FIG. 1, the cutting surface by the front blade (the path of the front blade tip) and the cutting surface by the next blade ( The locus of the next cutting edge)
When "deviation" occurs, the cutting thickness during cutting is not constant, and in such a case, "self-excited chatter vibration" is estimated to occur. Therefore, as shown in FIG. 2, the present inventors set the number of revolutions so that a phase difference does not occur between the locus of the front cutting edge and the locus of the next cutting edge, and the cutting thickness does not fluctuate. The present invention has been completed as a result of conducting experiments and investigations, thinking that "self-excited chatter vibration" can be suppressed.
【００１１】本発明の小径エンドミルによる加工方法
は、加工時における当該エンドミルの回転数を、下記式
（１）により求められる回転数Ｎ（ｒｐｍ）の±約５％
以内とすることを特徴とし、
Ｎ＝（ω×６０）／（ｅ×ｎ） ・・・（１）
ω：使用する工作機械の固有振動数（Ｈｚ）
ｅ：小径エンドミルの刃数
ｎ：１以上の整数
当該回転数は、使用する工作機械の最大回転数の約８５
％以上にすることが望ましい。In the processing method using the small-diameter end mill of the present invention, the rotation speed of the end mill at the time of processing is about 5% of the rotation speed N (rpm) obtained by the following formula (1).
N = (ω × 60) / (e × n) (1) ω: Natural frequency of machine tool used (Hz) e: Number of blades of small diameter end mill n: 1 An integer greater than or equal to this is approximately 85 of the maximum number of revolutions of the machine tool used.
It is desirable to make it more than%.
【００１２】また、本発明の小径エンドミルによる加工
の条件を決定する方法は、使用する工作機械の固有振動
数であるω（Ｈｚ）を実測又は計算によって求め、当該
ωの値を用いて上記式（１）により回転数Ｎ（ｒｐｍ）
を求め、当該回転数Ｎの±約５％以内を当該エンドミル
の回転数として決定することを特徴とし、当該回転数
は、使用する工作機械の最大回転数の約８５％以上であ
ることが好ましい。Further, the method for determining the processing conditions by the small-diameter end mill of the present invention is obtained by actually measuring or calculating ω (Hz) which is the natural frequency of the machine tool to be used, and using the value of ω, the above equation is obtained. Rotation speed N (rpm) according to (1)
Is determined, and the rotation speed of the end mill is determined within ± 5% of the rotation speed N. The rotation speed is preferably about 85% or more of the maximum rotation speed of the machine tool used. .
【００１３】更に、本発明の小径エンドミルによる加工
装置は、使用する工作機械の固有振動数であるω（Ｈ
ｚ）を入力する手段と、当該ωの値を用いて上記式
（１）により回転数Ｎ（ｒｐｍ）を算出する手段と、当
該回転数Ｎの約５％以内を当該エンドミルの回転数とし
て回転数を制御する手段を有することを特徴とする。こ
の加工装置は、当該エンドミルの回転数を、使用する工
作機械の最大回転数の約８５％以上に制御する手段を有
するものが好ましく、また、当該固有振動数ω（Ｈｚ）
を測定し、当該固有振動数ωを出力する手段を有するも
のが好ましい。これら加工装置は、加工時における更な
る安全性を確保するために、一定以上の外乱を感知する
と、上記式（１）中ｎの値を（ｎ＋１）として回転数を
制御する手段を有することが好ましい。Further, the processing apparatus using the small-diameter end mill of the present invention has a natural frequency of ω (H
z), a means for calculating the number of revolutions N (rpm) by the above formula (1) using the value of ω, and a rotation of the end mill within about 5% of the number of revolutions N. It is characterized by having a means for controlling the number. It is preferable that this processing device has a means for controlling the rotation speed of the end mill to be about 85% or more of the maximum rotation speed of the machine tool used, and the natural frequency ω (Hz).
Is preferable, and a unit having a means for outputting the natural frequency ω is preferable. In order to ensure further safety during processing, these processing devices may have means for controlling the number of revolutions when the disturbance of a certain level or more is sensed and the value of n in the above formula (1) is set to (n + 1). preferable.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の小径エンドミルによる加
工方法が発揮する最大の特徴は、エンドミルの「自励び
びり振動」を抑制することにより、工作機械の設計性能
を最大限に発揮させることができ、更に、安全に加工を
行なうことができ、且つ被加工材の加工表面を美しく仕
上げることができる点にある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The most remarkable feature of the machining method using the small-diameter end mill of the present invention is that the "self-excited chatter vibration" of the end mill is suppressed to maximize the design performance of the machine tool. In addition, it is possible to perform processing safely, and to finish the processed surface of the work material beautifully.
【００１５】以下に、本発明の実施形態及びその効果に
ついて説明する。Embodiments of the present invention and their effects will be described below.
【００１６】本発明の適用対象を「小径エンドミル」と
したのは、小径エンドミルによる加工においては特に
「自励びびり振動」が生じやすいため、工作機械主軸の
回転数を落とすことなく当該「自励びびり振動」を抑制
する技術が求められているからである。ここで「小径エ
ンドミル」とは、一般的には直径が１０ｍｍ以下のもの
をいうが、「自励びびり振動」を抑制する必要があるも
のであれば、本発明の課題に鑑み、これ以上の直径を有
するエンドミルであってもよいことは容易に理解され
る。The application of the present invention to the "small-diameter end mill" means that "self-excited chatter vibration" is likely to occur particularly in machining with a small-diameter end mill, so that the "self-excited chattering" can be performed without reducing the rotational speed of the machine tool spindle. This is because there is a demand for technology that suppresses chatter vibration. Here, the "small-diameter end mill" generally has a diameter of 10 mm or less, but if it is necessary to suppress "self-excited chatter vibration", in view of the problem of the present invention, it is more than that. It is easily understood that it may be an end mill having a diameter.
【００１７】本発明に係る加工時におけるエンドミルの
回転数は、下記式（１）により求められる回転数Ｎ（ｒ
ｐｍ）の±約５％以内であることが必要である。当該条
件下においては、切削時に前刃先の軌跡と次刃先の軌跡
との位相差が生じないため、「自励びびり振動」が生じ
ないからである。The number of revolutions of the end mill at the time of machining according to the present invention is the number of revolutions N (r
It is necessary to be within ± 5% of pm). This is because under these conditions, the "self-excited chatter vibration" does not occur because there is no phase difference between the locus of the leading edge and the locus of the next edge during cutting.
【００１８】 Ｎ＝（ω×６０）／（ｅ×ｎ） ・・・（１） ω：使用する工作機械の固有振動数（Ｈｚ） ｅ：小径エンドミルの刃数 ｎ：１以上の整数 以下に、式（１）を説明する。[0018] N = (ω × 60) / (e × n) (1) ω: Natural frequency of machine tool used (Hz) e: Number of blades for small diameter end mill n: integer of 1 or more The formula (1) will be described below.
【００１９】式（１）を変形すると次の通りになる。The formula (1) can be modified as follows.
【００２０】
（Ｎ×ｅ）×ｎ＝ω×６０ ・・・（２）
ここで、エンドミルの回転数であるＮの単位である「ｒ
ｐｍ」は、１分間当たりの回転数を表わす単位であり、
「小径エンドミルの刃数」とは、エンドミルが被加工体
に接触する断面方向における刃の数をいうので、（Ｎ×
ｅ）は、１分間にエンドミルの刃が被加工体に接触する
回数（被加工体を切削する回数）に該当する。一方、使
用する工作機械の固有振動数であるωの単位Ｈｚは、使
用する工作機械が１秒間当たりに振動する回数をいうの
で、（ω×６０）は、使用する工作機械が１分間当たり
に振動する回数を表わす。従って、上記式（２）は、１
分間ごとの“エンドミルの刃が被加工体に接触する回
数”の整数倍が、１分間に“使用する工作機械が振動す
る回数”と等しいことを表わすので、式（２）、即ち式
（１）を満たす条件下で切削すれば、各刃の軌跡の位相
差は無くなり、ひいては「自励びびり振動」が抑制され
ることとなる。(N × e) × n = ω × 60 (2) Here, “r”, which is the unit of N that is the rotation speed of the end mill,
"pm" is a unit representing the number of rotations per minute,
The "number of blades of the small-diameter end mill" means the number of blades in the cross-sectional direction in which the end mill comes into contact with the workpiece, and therefore (N x
e) corresponds to the number of times the blade of the end mill contacts the workpiece (the number of times the workpiece is cut) in one minute. On the other hand, the unit Hz of ω, which is the natural frequency of the machine tool used, is the number of times the machine tool used vibrates per second, so (ω × 60) is the machine tool used per minute. Indicates the number of vibrations. Therefore, the above formula (2) is 1
Since an integer multiple of "the number of times the end mill blade contacts the workpiece" for each minute is equal to "the number of times the machine tool used vibrates" per minute, the formula (2), that is, the formula (1) If the cutting is performed under the condition satisfying the condition (4), the phase difference between the loci of the blades disappears, and as a result, "self-excited chatter vibration" is suppressed.
【００２１】式（１）中、ωを「使用するエンドミルの
固有振動数」ではなく「使用する工作機械の固有振動
数」としたのは、当該固有振動数は使用するエンドミル
のみに依存するものではなく、エンドミルを工作機械の
主軸に取付ける際のエンドミルの深さ等によっても変化
するからである。従って、「使用する工作機械」とは、
エンドミルを取付けた工作機械の全体をいい、「使用す
る工作機械の固有振動数」とは、工作機械に取付けられ
た状態においてエンドミルが有するに至る固有振動数を
いう。In the formula (1), ω is defined as "natural frequency of machine tool to be used" instead of "natural frequency of end mill to be used" because the natural frequency depends only on the end mill to be used. Rather, it depends on the depth of the end mill when the end mill is attached to the spindle of the machine tool, and the like. Therefore, the term "machine tool used" means
It means the entire machine tool to which the end mill is attached, and the "natural frequency of the machine tool to be used" refers to the natural frequency that the end mill has when it is attached to the machine tool.
【００２２】「自励びびり振動」を抑制できる主軸の回
転数は、外乱などの影響により、理論的に決定される回
転数よりも若干増減することが考えられる。従って、実
際の加工では、常に本発明の方法により決定された回転
数と厳密に同一の回転数で加工を行なう必要はなく、
「自励びびり振動」を抑制できる許容範囲内で回転数を
決定すればよい。また、「自励びびり振動」の有無を観
察しつつ、事前に決定した回転数を調整する方法も、本
発明の範囲に含まれる。当該許容範囲は、本発明の目的
を達成できる範囲であれば特に制限されないが、一応の
目安として±約５％以内が好適であり、更に好ましくは
±約３％以内である。It is conceivable that the rotational speed of the main shaft capable of suppressing "self-excited chatter vibration" may slightly increase or decrease from the theoretically determined rotational speed due to the influence of disturbance or the like. Therefore, in actual processing, it is not always necessary to perform processing at exactly the same rotational speed as the rotational speed determined by the method of the present invention,
The rotation speed may be determined within an allowable range in which "self-excited chatter vibration" can be suppressed. Further, a method of adjusting the rotational speed determined in advance while observing the presence or absence of "self-excited chatter vibration" is also included in the scope of the present invention. The allowable range is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved, but as a tentative standard, it is preferably within ± about 5%, and more preferably within ± about 3%.
【００２３】加工時における当該エンドミルの回転数
を、「使用する工作機械の最大回転数の約８５％以上」
が好ましいとしたのは、使用する工作機械の性能を最大
限に発揮させるには、当該回転数を約８５％以上とする
ことが望まれるからである。即ち、当該回転数を低下さ
せれば「自励びびり振動」を抑制できるが、それでは使
用する工作機械が有する本来の性能を十分に発揮させる
ことができず、生産性が低下せざるを得ない。従って、
加工時における当該エンドミルの回転数は、式（１）に
従うと共に、「使用する工作機械の最大回転数の約８５
％以上」とすることが好ましく、より好ましくは約９０
％以上である。尚、「使用する工作機械の最大回転数」
は、工作機械メーカーが工作時における安全性等を考慮
して定められたものであり、夫々の工作機械に固有のも
のである。The rotation speed of the end mill at the time of processing is "about 85% or more of the maximum rotation speed of the machine tool used".
Is preferable because in order to maximize the performance of the machine tool to be used, it is desired that the rotation speed be about 85% or more. In other words, if the rotation speed is reduced, "self-excited chatter vibration" can be suppressed, but with this, the original performance of the machine tool used cannot be fully exerted, and the productivity must be reduced. . Therefore,
The rotation speed of the end mill at the time of processing is in accordance with the formula (1), and "the maximum rotation speed of the machine tool used is about 85
% Or more ”, more preferably about 90
% Or more. In addition, "the maximum number of rotations of the machine tool to use"
Is defined by the machine tool manufacturer in consideration of safety at the time of machining, and is unique to each machine tool.
【００２４】本発明の方法によれば、式（１）を満たす
条件下で整数ｎを変化させることにより、使用する工作
機械の最大回転数内で自由に「自励びびり振動」を生じ
ない回転数を規定することができる。また逆に、使用す
る工作機械の最大回転数の約８５％以上で「自励びびり
振動」を生じない回転数が設定できる様に、エンドミル
の直径、その突き出し長さ、その材質等を変更する等に
よって、使用する工作機械の固有振動数ωを調整するこ
とも可能である。According to the method of the present invention, by changing the integer n under the condition that the formula (1) is satisfied, the rotation that does not cause "self-excited chatter vibration" within the maximum rotation speed of the machine tool used. The number can be specified. Conversely, the diameter of the end mill, its protruding length, its material, etc. are changed so that the rotation speed that does not cause "self-excited chatter vibration" can be set at about 85% or more of the maximum rotation speed of the machine tool used. It is also possible to adjust the natural frequency ω of the machine tool to be used, etc.
【００２５】「使用する工作機械の固有振動数ω」を測
定する方法は、当業者により通常使用される方法であれ
ば特に限定されないが、例えば図３に示すようなインパ
ルス応答法が挙げられる。即ち、エンドミルの一部をイ
ンパルスハンマで加振して、同時にアンプを通じてイン
パルスハンマの信号（加振力）を固有振動数の測定装置
へ送る。また、加振によるエンドミルの振動を変位計に
よって捕らえ、アンプを通じてその信号（変位データ）
を固有振動数の測定装置へ送る。固有振動数の測定装置
は、受信した加振力と変位データによって、エンドミル
の固有振動数を算出することができる。The method of measuring the "natural frequency ω of the machine tool to be used" is not particularly limited as long as it is a method normally used by those skilled in the art, and for example, an impulse response method as shown in FIG. 3 can be mentioned. That is, a part of the end mill is vibrated by an impulse hammer, and at the same time, a signal (exciting force) of the impulse hammer is sent to the natural frequency measuring device through an amplifier. In addition, the vibration of the end mill due to vibration is captured by a displacement meter, and the signal (displacement data) is output through an amplifier.
To the natural frequency measuring device. The natural frequency measuring device can calculate the natural frequency of the end mill from the received excitation force and displacement data.
【００２６】ここで「インパルスハンマ」は、振動特性
を測定するために使用される専用の測定器であり、ハン
マの内部に動力測定を行なうための装置があり、ハンマ
により加振した際の加振力を出力することができるもの
である。Here, the "impulse hammer" is a dedicated measuring instrument used for measuring the vibration characteristic, and there is a device for measuring the power inside the hammer, which is applied when vibrating by the hammer. It is possible to output vibration force.
【００２７】「変位計」とは、インパルスハンマにより
加振された工具の振動を測定するセンサであるが、本発
明では、変位計のほかに加速度計でも同様の測定が可能
である。The "displacement meter" is a sensor for measuring the vibration of a tool vibrated by an impulse hammer. In the present invention, the same measurement can be performed by an accelerometer in addition to the displacement meter.
【００２８】「固有振動数の測定装置」は、受信した加
振力と変位データによって、エンドミルの固有振動数を
算出することができるものであれば特に限定なく使用さ
れ得るが、ＦＦＴアナライザが好適に用いられる。The "natural frequency measuring device" can be used without particular limitation as long as it can calculate the natural frequency of the end mill from the received exciting force and displacement data, but an FFT analyzer is preferred. Used for.
【００２９】また、本発明におけるエンドミルの固有振
動数は、上述したインパルス応答法以外にも、当業者に
とっての公知技術である「周波数応答法」によって測定
してもよい。The natural frequency of the end mill according to the present invention may be measured by the "frequency response method" which is a known technique for those skilled in the art, in addition to the impulse response method described above.
【００３０】エンドミルの直径が小さ過ぎるために、イ
ンパルス応答法等により「使用する工作機械の固有振動
数ω」が測定し難い場合には、計算により求めることも
可能である。斯かる計算による固有振動数ωの算出方法
は、以下の手順による。When it is difficult to measure the "natural frequency ω of the machine tool to be used" by the impulse response method or the like because the diameter of the end mill is too small, it is possible to obtain it by calculation. The method of calculating the natural frequency ω by such calculation is as follows.
【００３１】（i）固有振動数ωの算出を目的とするエ
ンドミルと材質及び形状が同一であり、大きさのみが異
なる相似形のエンドミルを用意する。その大きさは、固
有振動数ωの測定が可能である程度のものとし、その固
有振動数ωを上述したインパルス応答法等により実測す
る。(I) Prepare a similar end mill having the same material and shape as the end mill for the purpose of calculating the natural frequency ω, but different only in size. The magnitude of the natural frequency ω is set so that the natural frequency ω can be measured, and the natural frequency ω is measured by the impulse response method described above.
【００３２】（ii）エンドミルを「片持ちばり」、即ち
エンドミルを断面が円形である円柱であると仮定する
と、材料力学の知識から、固有振動数ωは、下記式
（３）により求めることができる。(Ii) Assuming that the end mill is “cantilevered”, that is, the end mill is a cylinder having a circular cross section, the natural frequency ω can be obtained from the following formula (3) from the knowledge of material mechanics. it can.
【００３３】[0033]
【数１】 [Equation 1]
【００３４】但し、エンドミルは円形断面ではなく複雑
な形状を有しているため、片持ちばりとして仮定するた
めには補正係数ｃをかける必要がある。上記式（３）
中、Ｅとρはエンドミルの材質により定まり、Ｉはエン
ドミルを円形と仮定することにより求められ、ｄは使用
するエンドミル固有の値であり、ｌは実測により求める
ことができ、ｇは固定値である。従って、固有振動数ω
の実測値からエンドミル径の補正係数ｃを求めることが
できる。However, since the end mill has a complicated shape rather than a circular cross section, it is necessary to apply a correction coefficient c to assume that the end mill is a cantilever beam. Formula (3) above
Where E and ρ are determined by the material of the end mill, I is obtained by assuming that the end mill is circular, d is a value specific to the end mill used, l can be obtained by actual measurement, and g is a fixed value. is there. Therefore, the natural frequency ω
The correction coefficient c of the end mill diameter can be obtained from the measured value of.
【００３５】（iii）補正係数ｃは、材質と形状が同一
な相似形のエンドミル間では一定の値であるため、固有
振動数ωを実測できないエンドミルの固有振動数は、上
記式（３）により算出することができる。(Iii) Since the correction coefficient c is a constant value between end mills of similar shape having the same material and shape, the natural frequency of the end mill whose natural frequency ω cannot be measured is calculated by the above equation (3). It can be calculated.
【００３６】尚、上記式（３）からも、エンドミルの直
径、その突き出し長さ、その材質（密度等）を変更する
ことによって、使用する工作機械の最大回転数の約８５
％以上で「自励びびり振動」が発生しない回転数が設定
できる様に、使用する工作機械の固有振動数ωを調整し
得ることが解かる。From the above formula (3) as well, by changing the diameter of the end mill, its protruding length, and its material (density, etc.), the maximum number of revolutions of the machine tool to be used is about 85.
It is understood that the natural frequency ω of the machine tool to be used can be adjusted so that the rotation speed at which “self-excited chatter vibration” does not occur can be set at a value of over%.
【００３７】図４は、本発明に係る加工装置を模式的に
表わしたものである。本発明の加工装置は、（ａ）使用
する工作機械の固有振動数であるω（Ｈｚ）を入力する
手段と、（ｂ）当該ωの値を用いて式（１）により回転
数Ｎ（ｒｐｍ）を算出する手段と、（ｃ）当該回転数Ｎ
の±約５％以内を当該エンドミルの回転数として回転数
を制御する手段を有することを特徴とするが、（ｄ）当
該エンドミルの回転数を、使用する工作機械の最大回転
数の約８５％以上に制御する手段、（ｅ）当該固有振動
数ω（Ｈｚ）を測定し、当該固有振動数ωを出力する手
段、（ｆ）一定以上の外乱を感知すると、上記式（１）
中ｎの値を（ｎ＋１）として回転数を制御する手段のそ
れぞれ或いは手段（ｄ）〜（ｆ）の二以上の組合わせを
も有していてもよい。図４に示した加工装置は、これら
（ａ）〜（ｆ）の構成要件全てを具備するものである。
図４において、１は工作機械、２は工作機械の主軸、３
はエンドミル、４は固有振動数の測定装置、５は工作機
械の回転数制御装置を示す。固有振動数の測定装置４
は、エンドミルのインパルス信号Ｓ１を受け取ると固有
振動数ωを導き出し、当該固有振動数ωを信号Ｓ２とし
て、工作機械の回転数制御装置５に出力する。回転数制
御装置５は、固有振動数から工作機械の最大回転数内で
式（１）に従って回転数を算出し、信号Ｓ４として出力
し、主軸及びエンドミルの回転数を制御する。また、一
定以上の外乱が信号Ｓ３として回転数制御装置５に出力
された場合には、回転数制御装置５は、式（１）に従っ
て回転数を一段階以上下げ、信号Ｓ４として出力し、回
転数を制御する。斯かる回転数の低下によって外乱によ
る影響が抑制された場合には、信号Ｓ３は停止し、回転
数制御装置５は再び回転数を元に戻すことにより、安全
で且つ効率的な加工が可能となる。FIG. 4 schematically shows the processing apparatus according to the present invention. The processing apparatus of the present invention uses (a) means for inputting ω (Hz), which is the natural frequency of the machine tool to be used, and (b) the value of the ω, and the rotation speed N (rpm ), And (c) the rotation speed N
It is characterized by having a means for controlling the number of revolutions within ± 5% of the number of revolutions of the end mill. (D) The number of revolutions of the end mill is about 85% of the maximum number of revolutions of the machine tool used. The above control means, (e) the natural frequency ω (Hz) is measured, and the natural frequency ω is output, and (f) the disturbance of a certain level or more is detected, the above equation (1)
Each of the means for controlling the rotational speed with the value of n as (n + 1) or a combination of two or more means (d) to (f) may be provided. The processing apparatus shown in FIG. 4 has all of the constituent requirements (a) to (f).
In FIG. 4, 1 is a machine tool, 2 is a spindle of the machine tool, 3
Is an end mill, 4 is a natural frequency measuring device, and 5 is a machine speed control device. Natural frequency measuring device 4
Receives the impulse signal S1 of the end mill, derives the natural frequency ω, and outputs the natural frequency ω to the machine speed control device 5 as a signal S2. The rotation speed control device 5 calculates the rotation speed from the natural frequency within the maximum rotation speed of the machine tool according to the equation (1), outputs it as a signal S4, and controls the rotation speeds of the spindle and the end mill. Further, when a disturbance of a certain level or more is output to the rotation speed control device 5 as the signal S3, the rotation speed control device 5 reduces the rotation speed by one step or more according to the equation (1) and outputs it as the signal S4 to rotate the rotation speed. Control the number. When the influence of the disturbance is suppressed due to the decrease in the rotation speed, the signal S3 is stopped, and the rotation speed control device 5 returns the rotation speed to the original value, so that safe and efficient machining can be performed. Become.
【００３８】[0038]
【実施例】以下に、実施例を示し、本発明を更に詳細に
説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるもので
はない。
（実施例１）最大回転数が１０,０００ｒｐｍである工
作機械（シチズン社製、ＮＦ４）の主軸に材質が超硬で
ある小径エンドミル（ＭＭＣコベルコツール社製、C-2M
C(刃数２枚のもの)及びC-4MC(刃数４枚のもの)、直径６
ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍ）を取り付け、径方向切り込
み：２．０ｍｍ、軸方向切り込み：８．０ｍｍの条件で
アルミニウム合金（Ａ７０７５）を切削するに当たり、
インパルス応答法により工作機械の固有振動数を測定
し、当該振動数に応じて種々の回転数で切削を行ない、
自励びびり振動の有無を観察した。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto. (Example 1) A small diameter end mill (made by MMC Kobelco Tool Co., C-2M) having a super hard material for a spindle of a machine tool (made by Citizen, NF4) having a maximum rotation speed of 10,000 rpm.
C (with 2 blades) and C-4MC (with 4 blades), diameter 6
mm, 8 mm, 10 mm), and when cutting the aluminum alloy (A7075) under the conditions of radial cut: 2.0 mm, axial cut: 8.0 mm,
The natural frequency of the machine tool is measured by the impulse response method, cutting is performed at various rotation speeds according to the frequency,
The presence or absence of self-excited chatter vibration was observed.
【００３９】工作機械の固有振動数の測定は、主軸に取
付けたエンドミルの先端部外周面に加速度計（PCB PIEZ
OTRONICS社製、352A10）を貼り付け、インパスルハンマ
（PCB PIEZOTRONICS社製、086C01）によりエンドミル先
端部であり且つ加速度計の反対側を加振し、加振力及び
エンドミル先端部の加速度を測定し、得られたデータか
らＦＦＴアナライザ（小野測器社製、CF940）により行
なった。The natural frequency of the machine tool is measured by measuring the accelerometer (PCB PIEZ) on the outer peripheral surface of the tip of the end mill attached to the spindle.
OTRONICS, 352A10) is pasted, and the end mill tip and the opposite side of the accelerometer are excited by an impass hammer (PCB PIEZOTRONICS, 086C01) to measure the excitation force and the acceleration of the end mill tip. The obtained data was analyzed by an FFT analyzer (CF940, manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.).
【００４０】本実施例の結果を表１に示す。The results of this example are shown in Table 1.
【００４１】[0041]
【表１】 [Table 1]
【００４２】表１中、自励びびり振動の有無は、○：び
びり振動無し、×：びびり振動有りで表わす。In Table 1, the presence or absence of self-excited chatter vibration is indicated by ◯: no chatter vibration, and x: chatter vibration.
【００４３】実施例１〜５より、本発明の要件を満たす
条件下での加工では、自励びびり振動は発生しない上、
工作機械の最大回転数の約８５％以上の回転数で加工を
行なっても、自励びびり振動は発生しないことが明らか
となった。即ち、本発明の加工方法によれば、自励びび
り振動を抑制しつつも工作機械が有する機能を最大限に
発揮させることができ、安全下に高精度且つ高効率な加
工を実現することができる。From Examples 1 to 5, self-excited chatter vibration does not occur in processing under the conditions satisfying the requirements of the present invention.
It has been revealed that self-excited chatter vibration does not occur even when machining is performed at a rotational speed that is approximately 85% or more of the maximum rotational speed of the machine tool. That is, according to the machining method of the present invention, it is possible to maximize the functions of the machine tool while suppressing self-excited chatter vibration, and realize highly accurate and highly efficient machining under safety. it can.
【００４４】その一方で、本発明の要件を満たさない条
件、即ち式（１）においてｎが整数でない回転数で加工
を行なうと（比較例１〜４）、回転数を落としても自励
びびり振動が発生することが判る。特に、直径が１０ｍ
ｍのエンドミル加工においては、本発明の要件を満たさ
ない条件下では、回転数を最大回転数の約７０％にまで
落としても、自励びびり振動が観察された（比較例
４）。しかし、同じ直径１０ｍｍのエンドミル加工で
も、本発明の要件を満たせば、最大回転数の９０％以上
の回転数で加工を行なっても、自励びびり振動は発生し
ていない（実施例４）。On the other hand, when machining is carried out under conditions that do not satisfy the requirements of the present invention, that is, in the formula (1), where n is a non-integer number of revolutions (Comparative Examples 1 to 4), self-excited chattering occurs even if the number of revolutions is reduced. It can be seen that vibration occurs. Especially, the diameter is 10m
In the end mill processing of m, under the conditions that do not satisfy the requirements of the present invention, self-excited chatter vibration was observed even when the rotation speed was reduced to about 70% of the maximum rotation speed (Comparative Example 4). However, even in the end mill processing with the same diameter of 10 mm, if the requirements of the present invention are satisfied, the self-excited chatter vibration does not occur even if the processing is performed at a rotational speed of 90% or more of the maximum rotational speed (Example 4).
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明の小径エンドミルによる加工方法
によれば、使用する工作機械の最大回転数の約８５％以
上という高回転数で加工を行なっても、エンドミルの自
励びびり振動が発生しないため、安全に高精度且つ高効
率な加工を達成することができる。According to the processing method of the small-diameter end mill of the present invention, self-excited chatter vibration of the end mill does not occur even when processing is performed at a high rotational speed of about 85% or more of the maximum rotational speed of the machine tool used. Therefore, it is possible to safely perform highly accurate and highly efficient machining.
【００４６】また、本発明の小径エンドミルによる加工
条件決定方法では、事前のテスト加工等を行なわなくて
も、使用する工作機械の固有振動数を実測又は計算する
のみで、その様な回転数を決定することができるという
効果を有する。Further, in the method for determining machining conditions by the small-diameter end mill of the present invention, it is possible to obtain such a rotation frequency only by actually measuring or calculating the natural frequency of the machine tool to be used without performing test machining in advance. It has the effect that it can be determined.
【００４７】更に、本発明の小径エンドミルによる加工
装置は、これら本発明が有する作用効果をそのまま享有
し、本発明の加工方法及び加工条件決定方法を簡便に実
施することができるものである。Further, the processing apparatus using the small-diameter end mill of the present invention can directly enjoy the processing method and the processing condition determining method of the present invention while directly enjoying the effects and advantages of the present invention.
【図１】被加工体の切り取り厚さの変動が生じている場
合の模式図FIG. 1 is a schematic diagram in the case where there is a variation in the cut-off thickness of a workpiece.
【図２】被加工体の切り取り厚さが一定である場合の模
式図FIG. 2 is a schematic diagram in the case where the cut-off thickness of the workpiece is constant.
【図３】インパルス応答法による固有振動数の測定を表
わす図FIG. 3 is a diagram showing measurement of a natural frequency by an impulse response method.
【図４】本発明の加工方法を好適に実施する加工装置の
模式図FIG. 4 is a schematic diagram of a processing apparatus that preferably performs the processing method of the present invention.
１：工作機械 ２：工作機械の主軸 ３：エンドミル ４：固有振動数の測定装置 ５：工作機械の回転数制御装置 Ｓ１：エンドミルのインパルス信号 Ｓ２：算出された固有振動数ωの出力信号 Ｓ３：外乱の出力信号 Ｓ４：回転数制御装置５からの回転数制御信号 1: Machine tool 2: Machine tool spindle 3: End mill 4: Natural frequency measuring device 5: Machine tool rotation speed control device S1: End mill impulse signal S2: Output signal of calculated natural frequency ω S3: Output signal of disturbance S4: Rotational speed control signal from the rotational speed control device 5
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 勝彦 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 3C022 AA10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Katsuhiko Ozaki 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe City Stock Association Company Kobe Steel Works, Kobe Research Institute F-term (reference) 3C022 AA10
Claims (8)
加工時における当該エンドミルの回転数を、下記式
（１）により求められる回転数Ｎ（ｒｐｍ）の±約５％
以内とすることを特徴とする小径エンドミルによる加工
方法。 Ｎ＝（ω×６０）／（ｅ×ｎ） ・・・（１） ω：使用する工作機械の固有振動数（Ｈｚ） ｅ：小径エンドミルの刃数 ｎ：１以上の整数1. A processing method using a small diameter end mill, comprising:
The rotation speed of the end mill during processing is ± 5% of the rotation speed N (rpm) calculated by the following formula (1).
A processing method with a small-diameter end mill that is within the range. N = (ω × 60) / (e × n) (1) ω: Natural frequency of machine tool used (Hz) e: Number of blades of small-diameter end mill n: An integer of 1 or more
機械の最大回転数の約８５％以上とする請求項１に記載
の小径エンドミルによる加工方法。2. The machining method with a small diameter end mill according to claim 1, wherein the number of revolutions of the end mill is about 85% or more of the maximum number of revolutions of the machine tool used.
る方法であって、使用する工作機械の固有振動数である
ω（Ｈｚ）を実測又は計算によって求め、当該ωの値を
用いて下記式（１）により回転数Ｎ（ｒｐｍ）を求め、
当該回転数Ｎの±約５％以内を当該エンドミルの回転数
として決定することを特徴とする小径エンドミルによる
加工条件決定方法。 Ｎ＝（ω×６０）／（ｅ×ｎ） ・・・（１） ω：使用する工作機械の固有振動数（Ｈｚ） ｅ：小径エンドミルの刃数 ｎ：１以上の整数3. A method for determining the conditions for machining with a small-diameter end mill, wherein ω (Hz), which is the natural frequency of the machine tool used, is obtained by actual measurement or calculation, and the value of ω is used to calculate The number of revolutions N (rpm) is obtained from 1),
A method for determining processing conditions by a small-diameter end mill, wherein the rotation speed of the end mill is determined within ± 5% of the rotation speed N. N = (ω × 60) / (e × n) (1) ω: Natural frequency of machine tool used (Hz) e: Number of blades of small-diameter end mill n: An integer of 1 or more
機械の最大回転数の約８５％以上である回転数として決
定する請求項３に記載の小径エンドミルによる加工条件
決定方法。4. The method for determining machining conditions with a small-diameter end mill according to claim 3, wherein the rotation speed of the end mill is determined as a rotation speed that is about 85% or more of the maximum rotation speed of the machine tool used.
使用する工作機械の固有振動数であるω（Ｈｚ）を入力
する手段と、当該ωの値を用いて下記式（１）により回
転数Ｎ（ｒｐｍ）を算出する手段と、当該回転数Ｎの±
約５％以内を当該エンドミルの回転数として回転数を制
御する手段を有することを特徴とする小径エンドミルに
よる加工装置。 Ｎ＝（ω×６０）／（ｅ×ｎ） ・・・（１） ω：使用する工作機械の固有振動数（Ｈｚ） ｅ：小径エンドミルの刃数 ｎ：１以上の整数5. A processing device using a small-diameter end mill,
A means for inputting ω (Hz), which is the natural frequency of the machine tool used, a means for calculating the rotation speed N (rpm) by the following equation (1) using the value of ω, and a rotation speed of the rotation speed N ±
A processing apparatus for a small-diameter end mill, which has a means for controlling the number of revolutions with the number of revolutions of the end mill being within about 5%. N = (ω × 60) / (e × n) (1) ω: Natural frequency of machine tool used (Hz) e: Number of blades of small-diameter end mill n: An integer of 1 or more
機械の最大回転数の約８５％以上に制御する手段を有す
る請求項５に記載の小径エンドミルによる加工装置。6. The processing apparatus according to claim 5, further comprising means for controlling the number of revolutions of the end mill to be about 85% or more of the maximum number of revolutions of the machine tool used.
固有振動数ωを出力する手段を有する請求項５又は６に
記載の小径エンドミルによる加工装置。7. The machining apparatus for a small diameter end mill according to claim 5, further comprising means for measuring the natural frequency ω (Hz) and outputting the natural frequency ω.
（１）中ｎの値を（ｎ＋１）として回転数を制御する手
段を有する請求項５〜７のいずれかに記載の小径エンド
ミルによる加工装置。8. Machining with a small-diameter end mill according to claim 5, further comprising means for controlling the number of revolutions when the value of n in the formula (1) is (n + 1) when a disturbance of a certain level or more is detected. apparatus.
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