JP2005279839A - 深溝の切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材に深溝を加工する場合の加工速度、加工精度を改善する。
【解決手段】回転工具１を用いて金属部材２に深溝２０を加工するための深溝の切削加工方法であって、回転工具の切刃の回転工具の矢印Ａ方向の回転による進行方向と、回転工具の深溝の長さ方向（矢印Ｂ方向）への送りによる切刃の進行方向とが逆方向になるダウンカットにより、深溝の両壁面２０ｂ，２０ｃを切削加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属部材に深溝形状を精度良く加工するための切削加工方法に関するものである。

従来、金型における深溝の切削加工では、一般的に図４に示すようにエンドミルを深さ方向に所定量だけ切込み、溝形状に沿って切削加工を行い、折り返し点で工具を深さ方向に同一量切込んだ後、同一経路を切削しながら始点まで戻る。そして、始点まで戻った所でまた同一量切込み、同一経路を切削する。この動作を繰り返して任意の深さまで溝を加工する。

また曲げ剛性の低い細いエンドミルを用いた加工では、特開２００２−５９３３９号公報に開示されているように、送り速度を変化させる手法や、特開平１１−３４７８２３号公報に開示されているように、加工軌跡を改良する方法が試みられている。しかしながら、これらの方法は、加工速度、加工精度の点で十分とは言えなかった。
特開２００２−５９３３９号公報 特開平１１−３４７８２３号公報

金型の深溝の切削加工において、加工しようとする溝幅が狭く、深さが深くなるにつれて使用するエンドミルも細く長くなるため、剛性不足となり、深溝加工時に工具が曲がり、溝の底付近が広がる現象が起こる。そのため成形品の離型性が悪化し形状不良になることがある。

したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属部材に深溝を加工する場合の加工速度、加工精度を改善することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる深溝の切削加工方法は、回転工具を用いて金属部材に深溝を加工するための深溝の切削加工方法であって、前記回転工具の切刃の前記回転工具の回転による進行方向と、前記回転工具の前記深溝の長さ方向への送りによる前記切刃の進行方向とが逆方向になるダウンカットにより、前記深溝の両壁面を切削加工することを特徴とする。

また、この発明に係わる深溝の切削加工方法において、前記切刃の有効長が異なる複数の回転工具を用いて、前記深溝をその深さ方向に段階的に加工することを特徴とする。

また、この発明に係わる深溝の切削加工方法において、前記切刃の有効長が異なる複数の回転工具のうち、最後に用いた回転工具を使用して、前記深溝の両壁面の仕上げ加工を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、金属部材に深溝を加工する場合の加工速度、加工精度を改善することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。

まず、本実施形態の概要について説明する。

本実施形態では、切削加工において工具が曲がるのは、送り方向に向かって左側を切削するアップカット（以下アップカットと表記）側に工具が食い込む特性が起因していると考え、工具が食い込まない方向のダウンカット側で切削するようにしている。

ここで、アップカットとダウンカットについて説明する。

図１（ａ）に示す様に、エンドミル１には、正ネジと同じ方向の螺旋状の切刃１ａが設けられており、エンドミル１の根元側から見て時計回転方向（矢印Ａで示される方向）に回転させながら、且つ矢印Ｂで示される方向に送りながらワーク２を切削する場合を考える。このとき加工される溝２０の左側の側面２０ａでは、切刃１ａの矢印Ａ方向の回転による進行方向と矢印Ｂ方向の送りによる進行方向とが一致する。そのため、左側の側面２０ａの加工では、切刃１ａの切削量が大きくなり、エンドミル１に大きな力がかかる。このような切削方向を一般にアップカットと呼ぶ。

一方、加工される溝２０の右側の側面２０ｂでは、切刃１ａの矢印Ａ方向の回転による進行方向と矢印Ｂ方向の送りによる進行方向とが逆になる。そのため、右側の側面２０ｂの加工では、切刃１ａの切削量が小さくなり、エンドミル１にかかる力は、上記の左側面２０ａを切削する場合よりも小さくなる。このような切削方向をダウンカットと呼ぶ。

このように、アップカットでは、エンドミル１に大きな力が加わるので、エンドミル１はアップカットによる左側加工面２０ａに食い込む特性がある。

本実施形態では、効率面を考慮し、従来の往復切削の形態は変えずに、壁面の切削加工はダウンカット側のみで行い、安定した溝形状を効率よく切削できるようにしている。なお、本発明は加工する溝の形態が直線的に抜けたものだけでなく、湾曲した軌跡を形成するものや途中で止まる軌跡を持つもの、更には溝底の深さが変化する異形状を有する溝にも柔軟に対応することができる。

以下、本発明の一実施形態について、具体的に説明する。

図２は金型部品の深溝を示す模式図である。深溝２０が直線的に通り抜けておりその溝側面に金型部品に特有の勾配がついている。この深溝を本実施形態の方法で加工する場合について以下に説明する。

図３は本実施形態の加工方法に使用するエンドミルの形状を示す図である。

エンドミル１には加工する溝側面の勾配５と同一の角度が切れ刃の片側角度６として形成されている。このエンドミル１を高速回転させながら溝に沿って切削加工するのであるが、その加工経路は本実施形態の加工方法の基本概念により作成された加工プログラムに基づいて、切削加工機のＮＣ制御装置の指令で制御される。本実施形態の加工方法は、この様に一般的な工作機械の構成により深溝を切削する加工方法であるが、本実施形態の加工経路は、従来方法に対して大きな違いがある。

本実施形態の加工方法における加工経路について図１を参照して説明する。

図１（ａ）において、エンドミル１が矢印Ａの方向に高速回転しながら一回の切込量分を深さ方向に切り込んで矢印Ｂの方向へ移動することで、図１（ｂ）の様にダウンカットにより溝２０の右側面２０ｂを切削加工していく。図１（ｃ）の様に溝の終点まで切削したら、矢印Ｃの様に深さ方向に切り込みながら溝２０の反対側面に（横方向に）移動して、図１（ｄ）の様にダウンカットにより溝２０の左側面２０ｃを切削しながら溝の始点まで戻る。ここで、さらに図１（ｅ）の矢印Ｄの様に深さ方向に切り込みながら反対側面に（横方向に）移動して、図１（ｆ）のように、再びダウンカットで溝２０の右側面２０ｂを切削する。この様に図１（ｃ）から図１（ｆ）の動作を繰り返し、目的とする深さまで加工する。反対側への移動量（エンドミル１の横方向の移動量）はその深さでの溝幅を計算して溝の勾配に合わせて徐々に変化させるように加工プログラムで決定されている。

上記の加工経路で加工すると、切削負荷が安定しているため、従来の加工方法より速く目的の深さまで加工できる。しかしながら深溝を加工する場合、工具の有効刃長（図３の７）を最初から長いものを使うのは非効率であるため、短い刃長のものから長い刃長のものへ工具を取り替えて何回かに分けて加工するのが望ましい。その場合図５に示す様に工具を交換する毎に段差が生じる可能性がある。これは、工具の径のバラツキ、又は刃先振れの違いによるものでこの加工方法では避けられない現象である。

そこで、上記の方法で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側面方向に仕上げ代８だけ追い込んで、上から順に本実施形態の加工経路を使って目的の深さまで、図５の破線の如く通しで仕上げ加工をする。この仕上げ加工により、工具差による段差は解消され加工面もきれいに仕上げることが出来る。また、この仕上げ加工は削り代が少ないので通常の切削条件よりも速く加工することが可能であるため、この工程を付加しても全体加工時間への影響は少ない。この仕上げ加工経路も本実施形態の加工方法の１工程でありプログラムには予め組み込まれている。

本実施形態は、図６に示す様に、工具が９のようにアップカット側に食い込み、溝底付近が膨らんでしまうと言う切削現象を考慮し、その食い込み分を１０のように復路でダウンカットにて削り取ってくる所に特徴があり、常にダウンカットで加工することを基本原則としている。

従来の加工方法では図７（ａ）の如く、深溝２０の底付近がアップカットによる食い込み現象により溝幅が広がってしまう傾向がある。金型部品の深溝としては成形品の抜け方向に食い込みがあると成形品の離形性に影響してしまうため不良となることが多い。本実施形態の切削加工方法で加工された深溝には、図７（ｂ）に示す様に、溝の底付近に食い込みによる広がりは無く、更に仕上げ加工で溝側面を再加工しているため離形性に優れた深溝形状が得られる。

本実施形態の加工方法では工具を片側に寄せながら加工するため、本来の工具形状（図７の破線１２）より少し大きめの溝幅の溝が仕上がることになる。しかしながら一般的に金型部品のこのような部分は幅寸法よりも加工面の均一性、つまり離形性の良さが重視されるため機能的には問題にならないと考えられる。また、幅寸法を出すにはその分だけ細い工具を使用すれば同様に加工できる。本実施形態では加工面をきれいにするだけでなく加工時間も短縮出来る。これは食い込まないダウンカット側で加工するため、切削速度を速くして工具が多少倒れても食い込みにくく、更に仕上げ工程があるため、ある程度加工速度を上げても同様の加工精度が得られるためである。

本実施形態の応用例として、図８の様に溝が１３で示す如く途中でカーブした物も同様の加工方法で問題なく加工できる。また、従来は上手く加工できなかった図９の溝の様に途中１４で止まる溝に関しても止まり側１４で円錐状に切り込みながらダウンカットを維持させれば、容易に加工することが可能である。

本発明の一実施形態の加工方法における加工経路を示す図である。 加工対象である深溝の形状を示す図である。 深溝加工用のテーパーエンドミルを示す図である。 従来の深溝加工方法における加工経路を模式的に示した図である。 仕上げ加工の説明図である。 アップカットによる食い込み現象を説明する図である。 従来の加工方法と一実施形態の加工方法で加工された深溝の形状を比較した図である。 加工応用例を示した図である。 加工応用例を示した図である。

符号の説明

１ 回転工具（エンドミル）
２ 被加工物（ワ−ク）
４ 従来の加工経路
５ 深溝の勾配
６ テーパー片角度
７ 工具の有効刃長
８ 仕上げ代
９ 工具の食い込み
１０ 曲がり量補正用寄せ代
１１ 工具が食い込んでできた部分
１２ 本来の溝幅
１３ 溝のカーブ部分
１４ 溝の止まり部分

Claims (3)

1. 回転工具を用いて金属部材に深溝を加工するための深溝の切削加工方法であって、
   前記回転工具の切刃の前記回転工具の回転による進行方向と、前記回転工具の前記深溝の長さ方向への送りによる前記切刃の進行方向とが逆方向になるダウンカットにより、前記深溝の両壁面を切削加工することを特徴とする深溝の切削加工方法。
2. 前記切刃の有効長が異なる複数の回転工具を用いて、前記深溝をその深さ方向に段階的に加工することを特徴とする請求項１に記載の深溝の切削加工方法。
3. 前記切刃の有効長が異なる複数の回転工具のうち、最後に用いた回転工具を使用して、前記深溝の両壁面の仕上げ加工を行なうことを特徴とする請求項２に記載の深溝の切削加工方法。

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