JP2016155215A - Work-piece machining method and work-piece machining system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a work-piece machining method and a work-piece machining system capable of suppressing chattering vibration when a high-hardness work-piece is machined by an end mill.SOLUTION: A work-piece machining system 10 includes a machine tool 20 and an end mill 30. The end mill 30 is fitted to a spindle 26 of the machine tool 20. The end mill 30 is an unequal reed end mill provided with four sheets of cutting blades. The machine tool 20 relatively moves a work-piece 40 and the end mill 30 which rotates together with the spindle 26 and, thereby, cuts the work-piece 40. The work-piece 40 is cut on condition that a value of a/Δa gets 0.354 or more. The value of ais stability limit cut [mm] of an equal pitch end mill when the equal pitch end mill cuts the work-piece 40 in place of the end mill 30. Δa is an interval [mm] in the axial direction of a reproduction effect offset lines adjacent to each other in a reproduction effect offset diagram of the end mill 30.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ワーク加工方法、及びワーク加工システムに関する。   The present invention relates to a workpiece machining method and a workpiece machining system.

ステンレス鋼等から形成される難削材がワークとしてエンドミルで加工される場合、びびり振動が発生し易く、切削されたワークの表面性状が悪化することが知られている。また、切削中にびびり振動が発生すると、エンドミルの工具寿命が低下することも知られている。例えば非特許文献1は、ワークをエンドミルで加工する場合にびびり振動を抑制するワーク加工方法として、SUS304から形成されるワークを、不等リードエンドミルで切削する加工方法を開示する。   It is known that when a difficult-to-cut material formed from stainless steel or the like is processed as an workpiece by an end mill, chatter vibration is likely to occur, and the surface properties of the cut workpiece are deteriorated. It is also known that when chatter vibration occurs during cutting, the tool life of the end mill is reduced. For example, Non-Patent Document 1 discloses a machining method for cutting a workpiece formed from SUS304 with an unequal lead end mill as a workpiece machining method for suppressing chatter vibration when machining a workpiece with an end mill.

高木優次、木村良彦「びびり振動抑制のための不等リードエンドミルの検討」2008年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集Yuuji Takagi, Yoshihiko Kimura "Examination of Unequal Lead End Mill for Chatter Vibration Suppression"

例えば焼入れ処理等の硬化処理がなされた高硬度のワークを、上記ワーク加工方法で加工すると、高硬度材の比切削抵抗によって、びびり振動が発生する可能性がある。この場合、エンドミルによって切削された高硬度のワークの表面性状は悪化する。従って、高硬度のワークが例えばカムのような高精度の摺動部品となるように、エンドミルで仕上げ加工を施すことが困難となる可能性がある。   For example, when a high-hardness workpiece that has been subjected to a hardening process such as a quenching process is processed by the above-described workpiece processing method, chatter vibration may occur due to the specific cutting resistance of the high-hardness material. In this case, the surface properties of the high-hardness workpiece cut by the end mill deteriorate. Therefore, it may be difficult to finish with an end mill so that a high-hardness workpiece becomes a highly accurate sliding part such as a cam.

本発明の目的は、高硬度のワークをエンドミルで加工する場合に、びびり振動を抑制できるワーク加工方法、及びワーク加工システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a workpiece machining method and a workpiece machining system capable of suppressing chatter vibration when machining a high hardness workpiece with an end mill.

本発明の第1態様に係るワーク加工方法は、工作機械の回転する主軸に装着されたエンドミルと、高硬度のワークとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工方法であって、前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、以下で示される式(1)の値が0.165以上となる条件で、
lim/Δa・・・式(1)
(alim:等ピッチエンドミルが前記ワークを切削する場合における、前記等ピッチエンドミルの軸方向の安定限界切込[mm]、Δa:前記不等リードエンドミルの再生効果相殺線図にある隣接する再生効果相殺線の、前記軸方向における間隔[mm])前記ワークを切削することを特徴とする。第1態様によれば、式(1)の値が0.165以上となる条件でワークが切削されることで、びびり振動の抑制効果は高まる。よって、ワーク加工方法は、高硬度のワークをエンドミルで切削する場合に、びびり振動を抑制できる。
A workpiece machining method according to a first aspect of the present invention is a workpiece machining method for cutting a workpiece by relatively moving an end mill mounted on a rotating spindle of a machine tool and a high hardness workpiece. The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to the axial direction of the end mill and arranged in the circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges include two cutting edges having different twist angles. In the condition that the value of the formula (1) shown below is 0.165 or more,
a lim / Δa (1)
(A lim : axial stability limit cut [mm] of the equi-pitch end mill when the equi-pitch end mill cuts the workpiece, Δa: adjacent regeneration in the regeneration effect offset diagram of the unequal lead end mill The effect canceling line is spaced in the axial direction [mm]) and the workpiece is cut. According to the first aspect, the effect of suppressing chatter vibration is enhanced by cutting the workpiece under the condition that the value of the expression (1) is 0.165 or more. Therefore, the workpiece machining method can suppress chatter vibration when a high-hardness workpiece is cut with an end mill.

上記ワーク加工方法は、前記式(1)の値が0.354以上となる条件で、前記ワークを切削してもよい。この場合、びびり振動の抑制効果は更に高まる。よって、ワーク加工方は、更にびびり振動を抑制できる。   In the workpiece machining method, the workpiece may be cut under a condition that the value of the expression (1) is 0.354 or more. In this case, the chatter vibration suppressing effect is further enhanced. Therefore, the workpiece machining method can further suppress chatter vibration.

本発明の第2態様に係るワーク加工システムは、主軸を有する工作機械と、前記主軸に装着可能なエンドミルとを備え、高硬度のワークと、回転する前記主軸に装着された前記エンドミルとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工システムであって、前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、前記工作機械は、前記ワークと、回転する前記主軸に装着された前記不等リードエンドミルとを相対的に移動させ、且つ、以下で示される式(1)の値が0.165以上となる条件で、
lim/Δa・・・式(1)
(alim:等ピッチエンドミルが前記ワークを切削する場合における、前記等ピッチエンドミルの軸方向の安定限界切込[mm]、Δa:前記不等リードエンドミルの再生効果相殺線図にある互いに隣接する再生効果相殺線の、前記軸方向における間隔[mm])前記ワークを切削することを特徴とする。第2態様によれば、第1態様のワーク加工方法と同様の効果を奏することができる。
A workpiece machining system according to a second aspect of the present invention includes a machine tool having a main shaft and an end mill that can be mounted on the main shaft. The workpiece machining system has a relatively high hardness and the end mill mounted on the rotating main shaft. A workpiece machining system for cutting the workpiece by moving the workpiece, wherein the end mill includes a plurality of cutting edges that are twisted with respect to an axial direction of the end mill and arranged in a circumferential direction of the end mill, The cutting edge is an unequal lead end mill including two cutting edges having different twist angles, and the machine tool includes the workpiece and the unequal lead end mill mounted on the rotating spindle. In a condition that the relative movement and the value of the formula (1) shown below is 0.165 or more,
a lim / Δa (1)
(A lim : axial stability limit cut [mm] of the equal pitch end mill when the equal pitch end mill cuts the workpiece, Δa: adjacent to each other in the non-uniform lead end mill regeneration effect offset diagram A distance between the regenerative effect canceling lines in the axial direction [mm]), and cutting the workpiece. According to the 2nd aspect, there can exist an effect similar to the workpiece | work processing method of a 1st aspect.

本発明の第3の態様に係るワーク加工方法は、工作機械の回転する主軸に装着されたエンドミルと、高硬度のワークとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工方法であって、前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、前記不等リードエンドミルの半径方向における切込角度範囲Qが0.095[rad]以内となる条件、且つ、以下で示される式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件で、
(ω:前記不等リードエンドミルの固有角振動数[rad/s]、E:前記不等リードエンドミルを形成する材料のヤング率[GPa]、β,β:前記2枚の切れ刃の前記捩れ角[deg]、n:前記不等リードエンドミルの回転数[min−1]、H:前記ワークの硬度[HV]、N:前記複数の切れ刃の枚数、D:前記不等リードエンドミルの工具径[mm]、l:前記不等リードエンドミルの突出し長さ[mm])前記ワークを切削することを特徴とする。第3態様によれば、不等リードエンドミルの半径方向における切込角度範囲Qが0.095[rad]以内であり、式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件でワークは切削される。ワークが切削される場合において、びびり振動の抑制効果は高まる。よって、ワーク加工方法は、高硬度のワークをエンドミルで切削する場合に、びびり振動を抑制できる。
A workpiece machining method according to a third aspect of the present invention is a workpiece machining method for cutting a workpiece by relatively moving an end mill mounted on a rotating spindle of a machine tool and a high hardness workpiece. The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to an axial direction of the end mill and arranged in a circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges include two cutting edges having different twist angles. In the unequal lead end mill included, the condition that the cutting angle range Q in the radial direction of the unequal lead end mill is within 0.095 [rad], and the value of equation (2) shown below is 9 .401 × 10 −3 or more,
c : natural angular frequency [rad / s] of the unequal lead end mill, E: Young's modulus [GPa] of the material forming the unequal lead end mill, β 1 , β 2 : the two cutting edges The twist angle [deg], n: rotational speed of the unequal lead end mill [min −1 ], H: hardness of the workpiece [HV], N: the number of the plurality of cutting edges, D: the unequal lead End mill tool diameter [mm], l: protrusion length of the unequal lead end mill [mm]) The workpiece is cut. According to the third aspect, the cutting angle range Q in the radial direction of the unequal lead end mill is 0.095 [rad] or less, and the value of the formula (2) is 9.401 × 10 −3 or more. The workpiece is cut. When the workpiece is cut, the chatter vibration suppression effect is enhanced. Therefore, the workpiece machining method can suppress chatter vibration when a high-hardness workpiece is cut with an end mill.

上記ワーク加工方法は、前記式(2)の値が20.205×10−3以上となる条件で、前記ワークを切削してもよい。この場合、ワーク加工方法は、びびり振動の抑制効果を更に高めることができる。 The said workpiece | work processing method may cut the said workpiece | work on the conditions from which the value of said Formula (2) becomes 20.205 * 10 < -3 > or more. In this case, the workpiece machining method can further enhance the chatter vibration suppressing effect.

上記ワーク加工方法において、前記2枚の切れ刃の前記捩れ角は、互いに2°以上異なってもよい。この場合、式(2)におけるtanβ−tanβの値が増大する。従って、n、H、N、及びQが増大しても、式(2)の値は9.401×10−3以上になり易い。よって、ワーク加工方法は、n、H、N、及びQが増大した条件においても、びびり振動を抑制してワークを切削できる。 In the workpiece machining method, the twist angles of the two cutting edges may be different from each other by 2 ° or more. In this case, the value of tan β 2 -tan β 1 in equation (2) increases. Therefore, even if n, H, N, and Q increase, the value of equation (2) tends to be 9.401 × 10 −3 or more. Therefore, the workpiece machining method can cut the workpiece while suppressing chatter vibration even under conditions where n, H, N, and Q are increased.

本発明の第4の態様に係るワーク加工システムは、主軸を有する工作機械と、前記主軸に装着可能なエンドミルとを備え、高硬度のワークと、回転する前記主軸に装着された前記エンドミルとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工システムであって、前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、前記工作機械は、前記ワークと、回転する前記主軸に装着された前記不等リードエンドミルとを相対的に移動させ、前記不等リードエンドミルの半径方向における切込角度範囲Qが0.095[rad]以内となる条件、且つ、以下で示される式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件で、
(ω:前記不等リードエンドミルの固有角振動数[rad/s]、E:前記不等リードエンドミルを形成する材料のヤング率[GPa]、β,β:前記2枚の切れ刃の前記捩れ角[deg]、n:前記不等リードエンドミルの回転数[min−1]、H:前記ワークの硬度[HV]、N:前記複数の切れ刃の枚数、D:前記不等リードエンドミルの工具径[mm]、l:前記不等リードエンドミルの突出し長さ[mm])前記ワークを切削することを特徴とする。第4態様によれば、第3態様のワーク加工方法と同様の効果を奏することができる。
A workpiece machining system according to a fourth aspect of the present invention includes a machine tool having a main shaft, an end mill that can be mounted on the main shaft, a high-hardness workpiece, and the end mill that is mounted on the rotating main shaft. A workpiece processing system for cutting the workpiece by relatively moving, wherein the end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to an axial direction of the end mill and arranged in a circumferential direction of the end mill. The cutting edge is an unequal lead end mill including two cutting edges having different twist angles, and the machine tool includes the workpiece and the unequal lead end mill mounted on the rotating spindle. Are moved relative to each other, and the cutting angle range Q in the radial direction of the unequal lead end mill is within 0.095 [rad], and is shown below. The value of the expression (2) that is in a condition to be 9.401 × 10 -3 or more,
c : natural angular frequency [rad / s] of the unequal lead end mill, E: Young's modulus [GPa] of the material forming the unequal lead end mill, β 1 , β 2 : the two cutting edges The twist angle [deg], n: rotational speed of the unequal lead end mill [min −1 ], H: hardness of the workpiece [HV], N: the number of the plurality of cutting edges, D: the unequal lead End mill tool diameter [mm], l: protrusion length of the unequal lead end mill [mm]) The workpiece is cut. According to the 4th aspect, there can exist an effect similar to the workpiece processing method of a 3rd aspect.

ワーク加工システム10の斜視図である。1 is a perspective view of a workpiece processing system 10. FIG. エンドミル30の全体図である。1 is an overall view of an end mill 30. FIG. エンドミル30がワーク40を切削する場合に存在する振動モードの説明図である。It is explanatory drawing of the vibration mode which exists when the end mill 30 cuts the workpiece | work 40. FIG. 図3(b)のエンドミル30及びワーク40の概念図である。It is a conceptual diagram of the end mill 30 and the workpiece | work 40 of FIG.3 (b). エンドミル5の再生効果相殺線図である。It is a reproduction effect cancellation diagram of end mill 5. エンドミル5と工作物50の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the end mill 5 and the workpiece 50. FIG. 再生効果が相殺されるメカニズムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mechanism by which a reproduction effect is canceled. 図5の点Aから点Cまでの軸方向位置と、エンドミル5の切れ刃の位相遅れの差を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a difference between an axial position from a point A to a point C in FIG. 5 and a phase delay of a cutting edge of the end mill 5. エンドミル1〜6の仕様を示す図である。It is a figure which shows the specification of the end mills 1-6. エンドミル5,6の夫々の先端におけるピッチ角及び捩れ角を示す図である。It is a figure which shows the pitch angle and the twist angle in each front-end | tip of the end mills 5 and 6. FIG. 工作物50A,50Bの三面図である。It is a three-view figure of workpiece 50A, 50B. 工作物50A,50Bの夫々に対応する寸法W1,W2を示す図である。It is a figure which shows the dimension W1, W2 corresponding to each of workpiece 50A, 50B. 切削加工実験の条件を示す図である。It is a figure which shows the conditions of cutting experiment. 切削加工実験に用いられた加工機100を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing machine 100 used for the cutting experiment. エンドミル1,2を用いた切削加工におけるびびり振動の有無を示す図である。It is a figure which shows the presence or absence of chatter vibration in the cutting which used the end mills 1 and 2. FIG. エンドミル3,4を用いた切削加工におけるびびり振動の有無を示す図である。It is a figure which shows the presence or absence of the chatter vibration in the cutting process using the end mills 3 and 4. FIG. エンドミル5,6を用いた切削加工におけるびびり振動の有無を示す図である。It is a figure which shows the presence or absence of chatter vibration in the cutting which used the end mills 5 and 6. FIG. 切削加工が施された工作物50Bの加工面55を示す図である。It is a figure which shows the processed surface 55 of the workpiece 50B to which the cutting process was given. 比切削抵抗の測定に用いられた加工機200及び動力計256を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing machine 200 and dynamometer 256 used for the measurement of specific cutting resistance.

<1.ワーク加工システム10の概要>
本発明の一実施形態であるワーク加工システム10の概要について説明する。ワーク加工システム10は、びびり振動を抑制してワーク40を切削するワーク加工システムである。びびり振動の一例として、自励びびり振動がある。自励びびり振動は、公知の文献(例えば、社本英二「切削加工におけるびびり振動の発生機構と抑制」電気製鋼/大同特殊鋼技法第82巻第2号)によって開示される。自励びびり振動は、振動をフィードバックして拡大する閉ループが切削加工中に存在する場合に生じる振動である。自励びびり振動には、モードカップリング型の自励びびり振動と再生型の自励びびり振動がある。モードカップリング型の自励びびり振動は、2方向(例えば、工具の半径方向のうち互いに直交する2方向)の振動モードが互いに近い共振周波数を有する場合において、夫々の振動が連成して生じる。再生型の自励びびり振動では、工具が1回転前(多刃工具であるときは1刃前)に切削した場合に生じていた振動がワークの加工面の起伏として残り、起伏として残った振動が現在の切削において切り取り厚さの変動として再生する。このため、工具の切削力が変動して振動が再び発生する閉ループが構成される。ループゲインが大きくなると、何らかのきっかけで生じた振動が成長し、再生型の自励びびり振動が発生する。
<1. Outline of Work Machining System 10>
The outline | summary of the workpiece processing system 10 which is one Embodiment of this invention is demonstrated. The workpiece machining system 10 is a workpiece machining system that cuts the workpiece 40 while suppressing chatter vibration. One example of chatter vibration is self-excited chatter vibration. Self-excited chatter vibration is disclosed by a well-known document (for example, Eiji Shamoto “Generation mechanism and suppression of chatter vibration in machining”, Electric Steel / Daido Special Steel Technique Vol. 82, No. 2). Self-excited chatter vibration is vibration that occurs when a closed loop exists in the cutting process that feeds back and expands the vibration. Self-excited chatter vibration includes mode coupling type self-excited chatter vibration and regenerative type self-excited chatter vibration. The mode coupling type self-excited chatter vibration is generated when the vibration modes in two directions (for example, two directions orthogonal to each other in the radial direction of the tool) have resonance frequencies close to each other. . In the regenerative self-excited chatter vibration, the vibration that occurred when the tool was cut one revolution before (one blade before when it is a multi-blade tool) remains as the undulation on the work surface of the workpiece, leaving the vibration as the undulation. Is regenerated as a variation in the cut thickness in the current cutting. For this reason, a closed loop is formed in which the cutting force of the tool fluctuates to generate vibration again. When the loop gain increases, vibration generated by some kind of growth grows and regenerative self-excited chatter vibration occurs.

<2.ワーク加工システム10の構成>
図1〜図3を参照し、ワーク加工システム10の構成について説明する。以下の説明では、図1の上方、下方、右斜め下方、左斜め上方、左斜め下方、及び右斜め上方を、夫々、ワーク加工システム10の上方、下方、右方、左方、前方、及び後方とする。ワーク加工システム10の左右方向、前後方向、及び上下方向は、夫々、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向である。
<2. Configuration of Workpiece Processing System 10>
The configuration of the workpiece machining system 10 will be described with reference to FIGS. In the following description, the upper, lower, right diagonally downward, left diagonally upward, left diagonally downward, and right diagonally upward of FIG. 1 are respectively referred to as the upward, downward, rightward, leftward, forward, and forward of the workpiece processing system 10, respectively. It will be backward. The left-right direction, the front-rear direction, and the up-down direction of the workpiece machining system 10 are an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction, respectively.

ワーク加工システム10は、工作機械20及びエンドミル30を備える。工作機械20は、主軸26に装着されたエンドミル30を高速回転し、作業台21上に取り付けられるワーク40を移動させ、切削加工をワーク40に施す機械である。   The workpiece machining system 10 includes a machine tool 20 and an end mill 30. The machine tool 20 is a machine that rotates the end mill 30 mounted on the main shaft 26 at a high speed, moves the workpiece 40 mounted on the work table 21, and performs a cutting process on the workpiece 40.

図1を参照し、工作機械20の構造を説明する。工作機械20は、基台22、コラム25、主軸ヘッド27、主軸26、作業台21、及び制御箱24を備える。基台22は金属製の略直方体状の土台である。コラム25は基台22から上方に延びる角柱である。主軸ヘッド27は、コラム25前面に沿ってZ軸方向に移動可能に設けられる。主軸ヘッド27は、Z軸モータ(図示略)が駆動することによって移動する。主軸ヘッド27は内部に主軸26を回転可能に支持する。主軸26は下端部に装着穴を備える。装着穴にはツールホルダを介してエンドミル30が装着される。主軸ヘッド27には主軸モータ(図示略)が設けられる。主軸26は、主軸モータの駆動によって回転する。作業台21は基台22上部中央に設けられる。作業台21は、X軸モータ(図示略)、Y軸モータ(図示略)、及びガイド機構(図示略)によって、X軸方向とY軸方向に移動可能である。   The structure of the machine tool 20 will be described with reference to FIG. The machine tool 20 includes a base 22, a column 25, a spindle head 27, a spindle 26, a work table 21, and a control box 24. The base 22 is a metal substantially rectangular parallelepiped base. The column 25 is a prism that extends upward from the base 22. The spindle head 27 is provided so as to be movable in the Z-axis direction along the front surface of the column 25. The spindle head 27 moves when a Z-axis motor (not shown) is driven. The spindle head 27 supports the spindle 26 rotatably inside. The main shaft 26 has a mounting hole at the lower end. The end mill 30 is attached to the attachment hole via a tool holder. The spindle head 27 is provided with a spindle motor (not shown). The main shaft 26 rotates by driving the main shaft motor. The work table 21 is provided in the upper center of the base 22. The work table 21 is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction by an X-axis motor (not shown), a Y-axis motor (not shown), and a guide mechanism (not shown).

制御箱24は数値制御装置(図示略)を格納する。数値制御装置は、NCプログラムに基づき、X軸モータ、Y軸モータ、及びZ軸モータを夫々制御し、作業台21上に保持されるワーク40と、主軸26に装着されたエンドミル30とを相対的に移動させる。   The control box 24 stores a numerical control device (not shown). The numerical control device controls the X-axis motor, the Y-axis motor, and the Z-axis motor based on the NC program, so that the work 40 held on the work table 21 and the end mill 30 mounted on the main shaft 26 are relative to each other. Move.

図2を参照し、エンドミル30について説明する。本実施形態のエンドミル30は、4枚の切れ刃33を備える不等リードエンドミルであり、主軸26からの突出し長さを36mmとする。本実施形態のエンドミル30は、例えば、工具径(直径)を8mmとし、長さを70mmとする。4枚の切れ刃33は、エンドミル30の先端から少なくとも15mmの範囲内に形成される。4枚の切れ刃33は、エンドミル30の軸方向に対して捩れ、且つエンドミル30の周方向に並んで設けられる。   The end mill 30 will be described with reference to FIG. The end mill 30 of the present embodiment is an unequal lead end mill having four cutting edges 33, and the protruding length from the main shaft 26 is 36 mm. For example, the end mill 30 of the present embodiment has a tool diameter (diameter) of 8 mm and a length of 70 mm. The four cutting edges 33 are formed within a range of at least 15 mm from the tip of the end mill 30. The four cutting edges 33 are twisted with respect to the axial direction of the end mill 30 and are arranged side by side in the circumferential direction of the end mill 30.

4枚の切れ刃33には、捩れ角(リード角)が互いに異なる2枚の切れ刃33が含まれる。本実施形態のエンドミル30においては、例えば、4枚の切れ刃33のうち2枚の切れ刃33の捩れ角は40°であり、他の2枚の切れ刃33の捩れ角は45°である。本実施形態における4枚の切れ刃33は、例えば、エンドミル30の周方向に沿って、捩れ角が40°の切れ刃33と、捩れ角が45°の切れ刃33とが交互に並ぶ。   The four cutting edges 33 include two cutting edges 33 having different twist angles (lead angles). In the end mill 30 of the present embodiment, for example, the twist angle of two of the four cutting edges 33 is 40 °, and the twist angle of the other two cutting edges 33 is 45 °. . For example, the four cutting edges 33 in the present embodiment are alternately arranged along the circumferential direction of the end mill 30 with cutting edges 33 having a twist angle of 40 ° and cutting edges 33 having a twist angle of 45 °.

以下、エンドミル30が備える切れ刃33のうち、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃33の捩れ角の角度差を、単に「捩れ角の角度差」という。本実施形態におけるエンドミル30の捩れ角の角度差は、5°である。エンドミル30の捩れ角の角度差は、2°以上であればよく、好ましくは5°以上である。捩れ角の角度差が2°以上であることで、ワーク加工システム10は、ワーク40を切削する場合において、びびり振動の抑制効果を発揮できる。   Hereinafter, of the cutting edges 33 provided in the end mill 30, the difference in twist angle between two cutting edges 33 having different twist angles is simply referred to as “angle difference of twist angles”. The difference in the twist angle of the end mill 30 in this embodiment is 5 °. The difference in twist angle of the end mill 30 may be 2 ° or more, and preferably 5 ° or more. When the difference in twist angle is 2 ° or more, the workpiece machining system 10 can exhibit an effect of suppressing chatter vibration when the workpiece 40 is cut.

エンドミル30が備える切れ刃33の枚数は、2枚以上であればよい。例えば、切れ刃33の枚数が4枚刃である場合、各切れ刃33は、他の1枚の切れ刃33と、エンドミル30の軸線を挟んで互いに対向する。従って、主軸26と共に回転するエンドミル30の回転は安定化し易い。また、切れ刃33の枚数が4枚であることで、切れ刃の枚数が2枚又は3枚である場合と比べて、エンドミル30が1回転する間において、ワーク40が切れ刃33によって切削される回数が増える。これにより、エンドミル30は、短時間で効率的にワーク40を切削できる。さらに、切れ刃33の枚数が4枚であることで、5枚以上の場合と比べて、捩れ角の角度差が2°以上となるエンドミル30が製造され易い。   The number of cutting edges 33 provided in the end mill 30 may be two or more. For example, when the number of cutting edges 33 is four, each cutting edge 33 faces the other one cutting edge 33 with the axis of the end mill 30 interposed therebetween. Therefore, the rotation of the end mill 30 that rotates with the main shaft 26 is easily stabilized. In addition, since the number of the cutting edges 33 is four, the workpiece 40 is cut by the cutting edge 33 during one rotation of the end mill 30 as compared with the case where the number of the cutting edges is two or three. The number of times increases. Thereby, the end mill 30 can cut the workpiece 40 efficiently in a short time. Furthermore, when the number of the cutting edges 33 is four, the end mill 30 in which the difference in twist angle is 2 ° or more is easier to manufacture than in the case of five or more.

図1を参照し、ワーク加工システム10が切削対象とするワーク40について説明する。ワーク40は、高硬度のワークである。高硬度のワークは、硬度が210HV以上1000HV以下となるワークである。210HV以上1000HV以下の硬度を有するワークの一例として、焼入れ鋼がある。焼入れ鋼の材質は、例えば、SK105、S45C、又はSUJ3等である。本実施形態のワーク40は、材質がSK105となる焼入れ鋼である。ワーク40の硬度は、例えば、697HV(60HRC)である。   With reference to FIG. 1, the workpiece | work 40 made into the cutting object by the workpiece | work processing system 10 is demonstrated. The workpiece 40 is a high hardness workpiece. The high-hardness workpiece is a workpiece having a hardness of 210 HV or more and 1000 HV or less. An example of a workpiece having a hardness of 210 HV or more and 1000 HV or less is a hardened steel. The material of the hardened steel is, for example, SK105, S45C, or SUJ3. The workpiece 40 of this embodiment is a hardened steel whose material is SK105. The hardness of the workpiece 40 is, for example, 697HV (60HRC).

<3.ワーク加工システム10における加工方法>
図1を参照し、ワーク加工システム10におけるワーク40の加工方法について説明する。エンドミル30がツールホルダを介して主軸26の装着穴(図示略)に装着され、ワーク40が取付冶具(図示略)を介して作業台21に取り付けられる。工作機械20は、Z軸モータ(図示略)を駆動し、エンドミル30の高さを調整する。工作機械20は、主軸モータ(図示略)を駆動し、主軸26を回転する。エンドミル30は主軸26と共に回転する。本実施形態のエンドミル30の回転数は、一例として、6000[min−1]である。
<3. Machining Method in Work Machining System 10>
With reference to FIG. 1, the processing method of the workpiece | work 40 in the workpiece | work processing system 10 is demonstrated. The end mill 30 is mounted in a mounting hole (not shown) of the main shaft 26 via a tool holder, and the work 40 is attached to the work table 21 via a mounting jig (not shown). The machine tool 20 drives a Z-axis motor (not shown) to adjust the height of the end mill 30. The machine tool 20 drives a spindle motor (not shown) and rotates the spindle 26. The end mill 30 rotates with the main shaft 26. As an example, the rotation speed of the end mill 30 of this embodiment is 6000 [min −1 ].

工作機械20はX軸モータ及びY軸モータ(図示略)を駆動し、ワーク40の位置を調整した後、X軸モータ(図示略)を駆動し、ワーク40をX軸方向に沿って移動する。ワーク40は、回転するエンドミル30に対して相対的に移動する。工作機械20は、ワーク40を、回転する4枚の切れ刃33によって切削する。エンドミル30の軸方向におけるワーク40の切込量d[mm]は限定されないが、望ましくは6mm以下である。言い換えると、エンドミル30の工具径をD[mm]とした場合、d/Dが0.75(=6/8)以下となる条件で、ワーク40は切削されることが好ましい。本実施形態では、工作機械20は、エンドミル30の軸方向における切込量を6mmとしてワーク40を切削する。   The machine tool 20 drives an X-axis motor and a Y-axis motor (not shown), adjusts the position of the workpiece 40, and then drives an X-axis motor (not shown) to move the workpiece 40 along the X-axis direction. . The workpiece 40 moves relative to the rotating end mill 30. The machine tool 20 cuts the workpiece 40 with four rotating cutting edges 33. The cutting depth d [mm] of the workpiece 40 in the axial direction of the end mill 30 is not limited, but is preferably 6 mm or less. In other words, when the tool diameter of the end mill 30 is D [mm], it is preferable that the workpiece 40 is cut under the condition that d / D is 0.75 (= 6/8) or less. In the present embodiment, the machine tool 20 cuts the workpiece 40 by setting the cutting depth in the axial direction of the end mill 30 to 6 mm.

同時に工作機械20は、エンドミル30の半径方向において、低切込量でワーク40を切削する。低切込量の切削は、エンドミル30の半径方向の切込量δ[mm](図3(b)参照)が極めて小さい切削であり、例えば仕上げ加工である。より詳細には、低切込量の切削は、半径方向の切込量δ[mm](以下、単に切込量δという場合がある)が0.018mm以下となる切削であり、好ましくは切込量δが0.012mm以下となる切削である。   At the same time, the machine tool 20 cuts the workpiece 40 with a low depth of cut in the radial direction of the end mill 30. The cutting with a low cutting amount is a cutting with a very small cutting amount δ [mm] in the radial direction of the end mill 30 (see FIG. 3B), for example, finishing. More specifically, the low cutting amount cutting is a cutting in which the radial cutting amount δ [mm] (hereinafter sometimes simply referred to as the cutting amount δ) is 0.018 mm or less, preferably cutting. This is a cutting in which the insertion amount δ is 0.012 mm or less.

ワーク40は、エンドミル30の半径方向において、低切込量で切削されながら、X軸方向に移動する。これにより、工作機械20は、ワーク40に対して切削加工を施す。   The workpiece 40 moves in the X-axis direction while being cut with a low depth of cut in the radial direction of the end mill 30. Thereby, the machine tool 20 performs cutting on the workpiece 40.

図3(b)及び図4を参照し、切込量δ[mm]と、エンドミル30の半径方向における切込角度範囲Q[rad](以下、単に切込角度範囲Qという場合がある)との関係について説明する。尚、図3は、エンドミル30の軸線方向に沿って見た場合の、エンドミル30及びワーク40の模式的な図である。図4は、図3(b)のエンドミル30及びワーク40を更に簡略化した図である。図4においては、エンドミル30の4枚の切れ刃33の図示を省略する。   With reference to FIG. 3B and FIG. 4, the cutting amount δ [mm] and the cutting angle range Q [rad] in the radial direction of the end mill 30 (hereinafter sometimes simply referred to as the cutting angle range Q) and The relationship will be described. FIG. 3 is a schematic view of the end mill 30 and the workpiece 40 when viewed along the axial direction of the end mill 30. FIG. 4 is a further simplified view of the end mill 30 and the workpiece 40 shown in FIG. In FIG. 4, illustration of the four cutting edges 33 of the end mill 30 is omitted.

切込角度範囲Qは、各切れ刃33(図3参照)がエンドミル30の半径方向において最もワーク40を切り込む位置(図4で示す点M)の回転角度を0°とした場合に、切れ刃33がワーク40の表面を削るエンゲージ角度である。切込角度範囲Qは、式(3)によって求められる。
Q=cos−1((D−2δ)/D) ・・・・式(3)
式(3)により、切込量δが0.018mmである場合に切込角度範囲Qは0.09490[rad]となり、切込量δが0.012mmである場合に切込角度範囲Qは0.07748[rad]となる。従って、低切込量の切削は、切込角度範囲Qが0.095[rad]以下となる切削であり、好ましくは切込角度範囲Qが0.078[rad]以下となる切削に相当する。
The cutting angle range Q is determined when the rotation angle at the position where each cutting edge 33 (see FIG. 3) cuts the workpiece 40 most in the radial direction of the end mill 30 (point M shown in FIG. 4) is 0 °. Reference numeral 33 denotes an engagement angle for cutting the surface of the workpiece 40. The cutting angle range Q is obtained by Expression (3).
Q = cos −1 ((D−2δ) / D) (3)
According to Equation (3), when the cutting depth δ is 0.018 mm, the cutting angle range Q is 0.09490 [rad], and when the cutting depth δ is 0.012 mm, the cutting angle range Q is 0.077748 [rad]. Accordingly, the low cutting amount cutting is cutting in which the cutting angle range Q is 0.095 [rad] or less, and preferably corresponds to cutting in which the cutting angle range Q is 0.078 [rad] or less. .

図3を参照し、工作機械20がエンドミル30の半径方向において低切込量でワーク40を切削することによる効果について説明する。切削加工中に主軸26(図1参照)と上述した取付治具(図示略)とが干渉しないように、エンドミル30が、主軸26から長く突き出した状態で、工作機械20に装着される場合がある。主軸26から長く突き出したエンドミル30は、ワーク40に比べて低剛性となり易い。従って、半径方向における切込量δが大きいと、エンドミル30の2つの半径方向には互いに近い共振周波数を有する振動モードが存在する(図3(a)参照)ことにより、モードカップリング型の自励びびり振動が生じ易くなる。しかし、図3(b)に示すように、エンドミル30の半径方向における切込み量が極めて小さいので、エンドミル30による切削プロセスは、概ね一方向の切削プロセスに近似される。従って、モードカップリング型の自励びびり振動は成長しにくい。よって、ワーク加工システム10は、モードカップリング型の自励びびり振動を抑制して、ワーク40を切削できる。   With reference to FIG. 3, the effect by which the machine tool 20 cuts the workpiece | work 40 with the low cutting amount in the radial direction of the end mill 30 is demonstrated. The end mill 30 may be mounted on the machine tool 20 in a state of protruding from the main shaft 26 so that the main shaft 26 (see FIG. 1) and the above-described mounting jig (not shown) do not interfere during cutting. is there. The end mill 30 that protrudes long from the main shaft 26 is likely to be less rigid than the workpiece 40. Therefore, when the cutting depth δ in the radial direction is large, vibration modes having resonance frequencies close to each other exist in the two radial directions of the end mill 30 (see FIG. 3A), so The chatter vibration is likely to occur. However, as shown in FIG. 3B, since the cutting amount in the radial direction of the end mill 30 is extremely small, the cutting process by the end mill 30 is approximately approximated to a cutting process in one direction. Therefore, the mode coupling type self-excited chatter vibration is difficult to grow. Therefore, the workpiece machining system 10 can cut the workpiece 40 while suppressing the mode coupling type self-excited chatter vibration.

工作機械20が、捩れ角の角度差が5°のエンドミル30によってワーク40を切削することによる効果について説明する。ワーク40の硬度が高いために比切削抵抗が大きい場合、又は、エンドミル30の軸方向切込みが大きい場合には、エンドミル30の半径方向の切込み量が極めて小さくても再生型の自励びびり振動が問題となる。しかし、捩れ角の角度差が5°であるエンドミル30は、後述の実施例1及び実施例2の評価によって検証されたように、再生型の自励びびり振動を抑制する高い効果を有する。よって、ワーク加工システム10は、再生型の自励びびり振動を抑制して、ワーク40を切削できる。   The effect of the machine tool 20 cutting the workpiece 40 with the end mill 30 having a torsion angle difference of 5 ° will be described. When the specific cutting resistance is large because the hardness of the workpiece 40 is high, or when the axial direction cutting of the end mill 30 is large, regenerative self-excited chatter vibration is generated even if the cutting amount in the radial direction of the end mill 30 is extremely small. It becomes a problem. However, the end mill 30 having a torsional angle difference of 5 ° has a high effect of suppressing regenerative self-excited chatter vibration, as verified by evaluation in Examples 1 and 2 described later. Therefore, the workpiece machining system 10 can cut the workpiece 40 while suppressing regenerative self-excited chatter vibration.

ワーク加工システム10は、以下で示される式(1)の値が0.354以上となる条件で、エンドミル30によってワーク40を切削する。
lim/Δa・・・式(1)
ここで、alimは、エンドミル30に代えて等ピッチエンドミル(図示略)がワーク40を切削する場合における、等ピッチエンドミルの軸方向の安定限界切込[mm]である。安定限界切込は、一般的なエンドミルを用いた切削加工において、切削加工するエンドミルが回転数に関わらずびびり振動を抑制できる場合の軸方向の切込量である。安定限界切込alimは、所謂、無条件安定限界である。Δaは、後述する再生効果相殺線図上の互いに隣接する再生効果相殺線が、エンドミルの軸方向(即ち、再生効果相殺線図の縦軸方向)において互いに離間する間隔[mm]である。つまり、Δaは相殺線間隔である。
The workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 by the end mill 30 under the condition that the value of the expression (1) shown below is 0.354 or more.
a lim / Δa (1)
Here, a lim is an axial stability limit cut [mm] of the equal pitch end mill when an equal pitch end mill (not shown) cuts the workpiece 40 instead of the end mill 30. The stability limit cut is an amount of cut in the axial direction when the end mill to be cut can suppress chatter vibration regardless of the rotation speed in cutting using a general end mill. The stability limit cut a lim is a so-called unconditional stability limit. Δa is an interval [mm] at which adjacent reproduction effect cancellation lines on a reproduction effect cancellation diagram, which will be described later, are separated from each other in the axial direction of the end mill (that is, the vertical axis direction of the reproduction effect cancellation diagram). That is, Δa is the offset line interval.

本実施形態において、alimは、1.415[mm]であり、Δaは、3.997[mm]である。後述するように、式(1)は、本発明に関連する新たな数式であって、びびり振動が抑制できるか判断される場合に用いられる数式である。ワーク加工システム10は、式(1)の値が0.354以上となる条件でワーク40を切削することで、びびり振動を抑制できる。 In the present embodiment, a lim is 1.415 [mm], and Δa is 3.997 [mm]. As will be described later, Expression (1) is a new expression related to the present invention, and is an expression used when it is determined whether chatter vibration can be suppressed. The workpiece machining system 10 can suppress chatter vibration by cutting the workpiece 40 under the condition that the value of the expression (1) is 0.354 or more.

後述するように、式(1)は式(2)に置き換えることができる。式(2)は、式(1)と同様、本発明に関連する新たな数式であって、びびり振動が抑制できるか判断される場合に用いられる数式である。
ここで、ωはエンドミル30の固有角振動数[rad/s]である。Eはエンドミル30を形成する材料のヤング率をE[GPa]である。β,β[deg]はエンドミル30の切れ刃の捩れ角である。n[min−1]はエンドミル30の回転数である。り、H[HV]はワーク40の硬度である。Nはエンドミル30の切れ刃の枚数である。Q[rad]はエンドミル30の半径方向における切込角度範囲である。D[mm]はエンドミル30の工具径である。l[mm]はエンドミル30の突出し長さである。
As will be described later, Expression (1) can be replaced with Expression (2). The expression (2) is a new expression related to the present invention similar to the expression (1), and is an expression used when it is determined whether chatter vibration can be suppressed.
Here, ω c is the natural angular frequency [rad / s] of the end mill 30. E represents the Young's modulus of the material forming the end mill 30 as E [GPa]. β 1 and β 2 [deg] are twist angles of the cutting edge of the end mill 30. n [min −1 ] is the rotation speed of the end mill 30. H [HV] is the hardness of the workpiece 40. N is the number of cutting edges of the end mill 30. Q [rad] is a cutting angle range in the radial direction of the end mill 30. D [mm] is the tool diameter of the end mill 30. l [mm] is the protruding length of the end mill 30.

本実施形態において、ωはエンドミル30の最大負実部周波数である3908Hzに2πを乗じた7816π[rad/s]である。Eは604[GPa]である。β,βは、夫々、45°,40°である。nは6000min−1である。Hは697HVである。Nは4枚である。Qは0.07748[rad]である。Dは8mmである。lは36mmである。従って、式(2)の値は、20.205×10−3となる。ワーク加工システム10は、式(2)の値が20.205×10−3となる条件でワーク40を切削加工することで、びびり振動を抑制できる。 In this embodiment, ω c is 7816π [rad / s] obtained by multiplying 3908 Hz, which is the maximum negative real part frequency of the end mill 30, by 2π. E is 604 [GPa]. β 1 and β 2 are 45 ° and 40 °, respectively. n is 6000 min −1 . H is 697 HV. N is four. Q is 0.077748 [rad]. D is 8 mm. l is 36 mm. Therefore, the value of Expression (2) is 20.205 × 10 −3 . The workpiece machining system 10 can suppress chatter vibration by cutting the workpiece 40 under the condition that the value of the expression (2) is 20.205 × 10 −3 .

<4.各種評価>
以下、再生型の自励びびり振動を抑制する加工条件を特定するために行われた評価について説明する。実施例1では、再生型の自励びびり振動を抑制し得るエンドミルの条件が特定されるよう、再生効果相殺線図が作成された。実施例2では、実施例1にて特定されたエンドミルを含む複数のエンドミルを用いて、切削加工実験が行われた。実施例3では、再生型の自励びびり振動を抑制する切込角度範囲Qを特定するために、標準エンドミルを用いて切削加工実験が行われた。実施例2,3で行われた切削加工実験では、びびり振動が抑制されるかどうかが評価された。
<4. Various evaluations>
Hereinafter, the evaluation performed in order to identify the processing conditions for suppressing the regenerative self-excited chatter vibration will be described. In Example 1, the reproduction effect cancellation diagram was created so that the conditions of the end mill that can suppress the regenerative self-excited chatter vibration were specified. In Example 2, a cutting experiment was performed using a plurality of end mills including the end mill specified in Example 1. In Example 3, a cutting experiment was performed using a standard end mill in order to specify the cutting angle range Q for suppressing regenerative self-excited chatter vibration. In the cutting experiment conducted in Examples 2 and 3, it was evaluated whether chatter vibration was suppressed.

(実施例1)
図5〜図9を参照し、再生効果相殺線図を用いた評価について説明する。再生効果相殺線は、エンドミルの回転数とエンドミルの軸方向切込み量の関係を示すグラフ上において、再生型の自励びびり振動が抑制される回転数を示す直線である。再生効果相殺線図が作成されることで、再生型の自励びびり振動を抑制するメカニズムが定性的に理解され、再生型のびびり振動が抑制されるエンドミルの条件が特定される。
Example 1
With reference to FIGS. 5 to 9, evaluation using the reproduction effect cancellation diagram will be described. The regenerative effect canceling line is a straight line indicating the rotational speed at which the regenerative self-excited chatter vibration is suppressed on the graph showing the relationship between the rotational speed of the end mill and the axial cutting amount of the end mill. By creating the regenerative effect cancellation diagram, the mechanism for suppressing the regenerative chatter vibration is qualitatively understood, and the conditions of the end mill for suppressing the regenerative chatter vibration are specified.

再生効果相殺線図について説明する。不等ピッチエンドミルによって再生型の自励びびり振動が抑制される条件は、びびり振動の周波数、不等ピッチ角度差、及び工具回転数によって式(4)のように表される。
n[min−1]は工具回転数であり、θ及びθ[rad]は各ピッチ角であり、f[Hz]はびびり振動周波数であり、mは任意の整数である。
A reproduction effect cancellation diagram will be described. The condition that the regenerative self-excited chatter vibration is suppressed by the unequal pitch end mill is expressed by the following equation (4) depending on the chatter vibration frequency, the unequal pitch angle difference, and the tool rotation speed.
n [min −1 ] is the tool rotation number, θ 1 and θ 2 [rad] are the pitch angles, f c [Hz] is the chatter vibration frequency, and m is an arbitrary integer.

本評価では、簡便のため、びびり振動周波数の代わりに、最大負実部周波数が使用される。最大負実部周波数は、エンドミルの先端がインパルス加振された場合に同定される。例えば、6枚刃エンドミルの最大負実部周波数は、3741Hzであり、4枚刃エンドミルの最大負実部周波数は、3908Hzである。ただし、実際の再生型の自励びびり振動の周波数は、常に最大負実部周波数に一致するとは限らず、最大負実部周波数の付近となることが知られている。エンドミルのピッチ角を周方向に沿って、θ,θ,θ,・・・とすると、4枚刃エンドミルでは、θ=θ、θ=θ、θ+θ=π[rad]とされ、6枚刃エンドミルでは、θ=θ=θ、θ=θ=θ、θ+θ=2π/3[rad]とされる。 In this evaluation, for the sake of simplicity, the maximum negative real part frequency is used instead of the chatter vibration frequency. The maximum negative real part frequency is identified when the end mill tip is subjected to impulse excitation. For example, the maximum negative real part frequency of a 6-flute end mill is 3741 Hz, and the maximum negative real part frequency of a 4-blade end mill is 3908 Hz. However, it is known that the frequency of the actual regenerative self-excited chatter vibration does not always coincide with the maximum negative real part frequency and is in the vicinity of the maximum negative real part frequency. If the pitch angle of the end mill is θ 1 , θ 2 , θ 3 ,... Along the circumferential direction, θ 1 = θ 3 , θ 2 = θ 4 , θ 1 + θ 2 = π in the four-flute end mill. [rad] is a, a 6-blade end mill, θ 1 = θ 3 = θ 5, θ 2 = θ 4 = θ 6, are θ 1 + θ 2 = 2π / 3 [rad].

本評価では、図9に示すエンドミル1〜6のうち、エンドミル3〜6の再生効果相殺線について検討した。エンドミル1,2は等ピッチエンドミルであり、エンドミル3,4は不等ピッチエンドミルであり、エンドミル5,6は不等リードエンドミルである。   In this evaluation, among the end mills 1 to 6 shown in FIG. The end mills 1 and 2 are equal pitch end mills, the end mills 3 and 4 are unequal pitch end mills, and the end mills 5 and 6 are unequal lead end mills.

6枚刃不等ピッチエンドミルであるエンドミル3のピッチ角度差は3°である。エンドミル3に関しては、式(4)に基づき、再生型の自励びびり振動が抑制される回転数として、m=0の場合に3741min−1が得られる。エンドミル3に関する再生効果相殺線は、図16(a)にて矢印によって示される。 The pitch angle difference of the end mill 3 which is a six-blade unequal pitch end mill is 3 °. Regarding the end mill 3, 3741 min −1 is obtained when m = 0 as the rotational speed at which the regenerative self-excited chatter vibration is suppressed based on the equation (4). The reproduction effect offset line for the end mill 3 is indicated by an arrow in FIG.

4枚刃不等ピッチエンドミルであるエンドミル4のピッチ角度差は4.6°である。エンドミル4に関しては、式(4)に基づき、再生型の自励びびり振動が抑制される回転数として、m=1の場合に1997min−1が得られ、m=0の場合に5992min−1が得られる。エンドミル4に関する再生効果相殺線は、図16(b)にて矢印によって示される。 The pitch angle difference of the end mill 4 which is a four-blade unequal pitch end mill is 4.6 °. For the end mill 4, based on the equation (4), as the rotation speed of self-excited chatter vibration of the reproduction type is suppressed, 1997Min -1 is obtained in the case of m = 1, is 5992Min -1 in the case of m = 0 can get. The regenerative effect cancellation line for the end mill 4 is indicated by an arrow in FIG.

再生効果の抑制条件を不等リードエンドミルの場合へ拡張することを考える。再生効果は、一刃前の振動痕に起因する、びびり振動周波数fでの切取り厚さ変動である。図5では、4枚刃不等リードエンドミルであるエンドミル5(図9参照)の一例を図示する。エンドミル5の捩れ角の角度差は1°(45°/44°)である。エンドミル5の先端から7.7mmの位置にある切れ刃は、等ピッチになる。以下、図6に示すように、エンドミル5の先端が、後述の工作物50よりも1mm下方に位置する状態で、エンドミル5が工作物50を切削する場合を考える。また、エンドミルの軸方向における切込量d(図6参照)を軸方向位置dという。まず、エンドミルの軸方向位置dにおける切れ刃のピッチ角度がθ,θに代入され、4枚刃エンドミルの場合の最大負実部である3908Hzがびびり振動周波数fに代入されると、式(4)に基づき、再生効果を抑制し得る工具回転数nが求められる。図5では、軸方向位置dと工具回転数nについて、式(4)に基づき求められた関係が破線によって示される。 Consider expanding the conditions for suppressing the regeneration effect to the case of unequal lead end mills. Regeneration effect is attributed to the vibration marks one blade before a cut thickness variation in chatter vibration frequency f c. FIG. 5 illustrates an example of an end mill 5 (see FIG. 9) that is a four-blade unequal lead end mill. The difference in twist angle of the end mill 5 is 1 ° (45 ° / 44 °). Cutting edges located at a position of 7.7 mm from the tip of the end mill 5 have an equal pitch. Hereinafter, as shown in FIG. 6, a case is considered in which the end mill 5 cuts the workpiece 50 in a state where the tip of the end mill 5 is positioned 1 mm below a workpiece 50 described later. Further, the cutting depth d (see FIG. 6) in the axial direction of the end mill is referred to as an axial position d. First, the pitch angle theta 1 of the cutting edge in the axial position d of the end mill, is assigned to theta 2, the the maximum negative real portion of the case of four blade end mill 3908Hz is assigned to chatter vibration frequency f c, Based on the equation (4), a tool rotation speed n capable of suppressing the regeneration effect is obtained. In FIG. 5, the relationship obtained based on Expression (4) with respect to the axial position d and the tool rotation speed n is indicated by a broken line.

次に、不等リードによってピッチ角度が徐々に変化する影響について考える。特定の回転数において、図5の破線上の軸方向位置ではピッチ角度差が式(4)を満たす最適値であり、再生効果が相殺される。破線よりも少し上と下の軸方向位置では、再生効果は完全には相殺されず、若干の再生効果が発生する。しかし、破線の上側で発生する再生効果と破線の下側で発生する再生効果は位相が逆である。従って、破線から上下に均等な高さ範囲では、二つの再生効果が互いに相殺する。よって再生効果は消滅する。例えば、図5の点Bにおいては、各刃での再生効果が相殺する。点Bから点Aの範囲で残存する再生効果は、点Bから点Cの範囲で生じる逆位相の再生効果によって相殺される。従って、点Aによって示される軸方向切込みでは工具全体として再生効果が抑制される。   Next, consider the effect of the pitch angle gradually changing due to unequal leads. At a specific rotational speed, the pitch angle difference is an optimum value satisfying the expression (4) at the axial position on the broken line in FIG. 5, and the reproduction effect is canceled out. At axial positions slightly above and below the broken line, the reproduction effect is not completely canceled and a slight reproduction effect occurs. However, the reproduction effect that occurs above the broken line and the reproduction effect that occurs below the broken line have opposite phases. Therefore, the two reproduction effects cancel each other out in a range of heights that are equal in the vertical direction from the broken line. Therefore, the reproduction effect disappears. For example, at point B in FIG. 5, the reproduction effect at each blade cancels out. The reproduction effect remaining in the range from the point B to the point A is canceled by the antiphase reproduction effect generated in the range from the point B to the point C. Therefore, the axial effect indicated by the point A suppresses the regeneration effect as a whole tool.

図7を参照し、再生効果の相殺について具体的に説明する。図7(a),(b),(c)の左図は、図5に示す回転数6000min−1の点A,B,Cの各軸方向位置において、複数の切れ刃が、位相がずれた振動を伴って加工する様子を模式的に示す。図7では、説明を簡易にするため、2枚刃のエンドミルの模式図を示す。図7の右図には、各切削において、前の刃の振動が再生する成分であるWave removingと現在の刃の振動成分であるWave cuttingを夫々示し、Wave cuttingの位相を同じにして各切削を描き直してある。Wave cuttingは位相遅れを伴わないため基本的に加工システムを不安定にしない。一方、Wave removingは位相遅れを伴うため、不安定な再生型の自励びびり振動の原因となる。図3のm=−1の直線上にある点Bの刃のピッチ角度差Δθ(=θB2−θB1)は、式(4)にf=3908[Hz]、n=6000[min−1]、及びm=−1が代入されることで、求められる。即ち、Δθ=(1+2m)π×n/(60f)=−π×6000/(60×3908)=−0.08039[rad]となる。点Bの軸方向位置dについては、d=7.7−1−(−Δθ)×2/(1−tan44°)=2.014[mm]である。1枚目の刃に対する2枚目の刃のピッチ角θB1と2枚目の刃に対する1枚目のピッチ角θB2については、θB2+θB1=2π[rad]より、θB2=(2π+Δθ)/2=3.101[rad]と、θB1=θB2+Δθ=3.182[rad]となる。 With reference to FIG. 7, the cancellation of the reproduction effect will be specifically described. 7 (a), (b), and (c) are shown in the left diagram, in which the plurality of cutting edges are out of phase at the axial positions of points A, B, and C at the rotational speed of 6000 min −1 shown in FIG. A state in which machining is performed with vibration is schematically shown. FIG. 7 shows a schematic diagram of a two-blade end mill for ease of explanation. The right diagram of FIG. 7 shows wave removing, which is a component that the vibration of the previous blade regenerates, and wave cutting, which is the vibration component of the current blade, in each cutting, and each cutting is performed with the same wave cutting phase. Has been redrawn. Wave cutting basically does not make the machining system unstable because it does not involve a phase delay. On the other hand, wave removing is accompanied by a phase lag and causes unstable regenerative self-excited chatter vibration. The pitch angle difference Δθ B (= θ B2 −θ B1 ) of the point B on the straight line of m = −1 in FIG. 3 is expressed as f c = 3908 [Hz] and n = 6000 [min in Equation (4). −1 ] and m = −1 are obtained. That is, Δθ B = (1 + 2m) π × n / (60f c ) = − π × 6000 / (60 × 3908) = − 0.08039 [rad]. The axial position d B of the point B is d B = 7.7-1-(− Δθ B ) × 2 / (1−tan 44 °) = 2.014 [mm]. Regarding the pitch angle θ B1 of the second blade relative to the first blade and the pitch angle θ B2 of the first blade relative to the second blade, θ B2 = (2π + Δθ from θ B2 + θ B1 = 2π [rad]. B ) /2=3.101 [rad] and [theta] B1 = [theta] B2 + [Delta] [theta] B = 3.182 [rad].

1枚目の刃に対する2枚目の刃の位相遅れφB1と2枚目の刃に対する1枚目の刃の位相遅れφB2について検討する。図6(b)の左図に示すように、φB1=θB1×60/n×f=3.182×60/6000×3908−2π×19=4.964[rad]となり、φB2=θB2×60/n×f=3.101×60/6000×3908−2π×19=1.822[rad]となる。通常の等ピッチエンドミルでは、これらの位相遅れが等しいために再生効果が強め合うことになるが、本検討においては、φB1とφB2の位相遅れの差がΔφ=φB1−φB2=π[rad]であるため、1枚目の刃のWave removingと2枚目の刃のWave removingが打ち消し合い再生効果が消去される。 Consider the phase delay φ B1 of the second blade relative to the first blade and the phase delay φ B2 of the first blade relative to the second blade. As shown in the left diagram of FIG. 6 (b), φ B1 = θ B1 × 60 / n × f c = 3.182 × 60/6000 × 3908-2π × 19 = 4.964 [rad] becomes, phi B2 = Θ B2 × 60 / n × f c = 3.11 × 60/6000 × 3908-2π × 19 = 1.822 [rad]. In a normal equi-pitch end mill, since these phase lags are equal, the reproduction effect is strengthened. In this study, the difference in phase lag between φ B1 and φ B2 is Δφ B = φ B1 −φ B2 = Since it is π [rad], the wave removing of the first blade and the wave removing of the second blade cancel each other and the reproduction effect is eliminated.

次に、点Aと点Cにおける軸方向位置dとd、及び、ピッチ角度差ΔθとΔθについて検討する。d、d、Δθ、及びΔθは、点Aと点Cにおける位相遅れの計算に必要な値である。点Aと点Cの軸方向位置(図5参照)は、点Bからの距離が等しい。従って、d=d×2=2.014×2=4.028[mm]であり、d=0[mm]である。点Aと点Cのピッチ角度差については、Δθ=(d−6.7)×(1−tan44°)/2=−0.04583[rad]となり、Δθ=(d−6.7)×(1−tan44°)/2=−0.1149[rad]となる。 Next, the axial positions d A and d C at the points A and C and the pitch angle differences Δθ A and Δθ C will be examined. d A , d C , Δθ A , and Δθ C are values necessary for calculating the phase lag at points A and C. The distances from the point B are the same in the axial positions of the points A and C (see FIG. 5). Therefore, d A = d B × 2 = 2.014 × 2 = 4.028 [mm] and d C = 0 [mm]. The pitch angle difference between point A and point C is Δθ A = (d A −6.7) × (1−tan 44 °) /2=−0.04583 [rad], and Δθ C = (d C −6). 7) × (1-tan44 °) /2=−0.1149 [rad].

点Bと同様に、点Aのピッチ角度差Δθによる振動の位相遅れの差Δφを計算する。Δθ=−0.04583[rad]より、点Aの各ピッチ角は、θA2=(2π+Δθ)/2=3.119[rad]となり、θA1=θA2−Δθ=3.165[rad]となる。1枚目の刃に対する2枚目の刃の位相遅れφA1と2枚目の刃に対する1枚目の刃の位相遅れφA2については、図7(a)に示すように、φA1=θA1×60/n×f=3.119×60/6000×3908−2π×19=4.289[rad]となり、φA2=θA2×60/n×f=3.165×60/6000×3908−2π×19=2.497[rad]となる。φA1とφA2の位相遅れの差は、Δφ=φA1−φA2=1.791=π−1.350[rad]となる。 Similarly to the point B, the difference Δφ A in the phase delay of the vibration due to the pitch angle difference Δθ A at the point A is calculated. From Δθ A = −0.04583 [rad], each pitch angle of the point A becomes θ A2 = (2π + Δθ A ) /2=3.119 [rad], and θ A1 = θ A2 −Δθ A = 3.165. [Rad]. Regarding the phase delay φ A1 of the second blade relative to the first blade and the phase delay φ A2 of the first blade relative to the second blade, as shown in FIG. 7A, φ A1 = θ A1 × 60 / n × f c = 3.119 × 60/6000 × 3908-2π × 19 = 4.289 [rad] becomes, φ A2 = θ A2 × 60 / n × f c = 3.165 × 60 / 6000 × 3908-2π × 19 = 2.497 [rad]. The difference in phase delay between φ A1 and φ A2 is Δφ A = φ A1 −φ A2 = 1.791 = π−1.350 [rad].

最後に、点Cにおける刃のピッチ角度差Δθによるびびり振動の位相遅れの差Δφを計算する。Δθ=−0.1149[rad]より、点Cの各ピッチ角については、θC2=(2π+Δθ)/2=3.084[rad]となり、θC1=θC2+Δθ=3.199[rad]となる。1枚目の刃に対する2枚目の刃の位相遅れφC1と2枚目の刃に対する1枚目の刃の位相遅れφC2については、図7(c)に示すように、φC1=θC1×60/n×f=3.199×60/6000×3908−2π×19=5.639[rad]となり、φC2=θC2×60/n×f=3.084×60/6000×3908−2π×19=1.147[rad]である。φC1とφC2の位相遅れの差については、Δφ=φC1−φC2=4.492=π+1.350[rad]となる。 Finally, to calculate the difference [Delta] [phi C phase delay of chatter vibration due to the pitch angle difference [Delta] [theta] C of the blade at point C. From Δθ C = −0.1149 [rad], for each pitch angle of point C, θ C2 = (2π + Δθ C ) /2=3.084 [rad], and θ C1 = θ C2 + Δθ C = 3.199. [Rad]. Regarding the phase delay φ C1 of the second blade relative to the first blade and the phase delay φ C2 of the first blade relative to the second blade, as shown in FIG. 7C, φ C1 = θ C1 × 60 / n × f c = 3.199 × 60/6000 × 3908-2π × 19 = 5.639 [rad] becomes, φ C2 = θ C2 × 60 / n × f c = 3.084 × 60 / It is 6000 * 3908-2 (pi) * 19 = 1.147 [rad]. The difference in phase lag between φ C1 and φ C2 is Δφ C = φ C1 −φ C2 = 4.492 = π + 1.350 [rad].

以上の計算結果より、点Aにおける1枚目の刃のWave removingと2枚目の刃のWave removingの位相遅れの差については、Δφ=π−1.350[rad]である。一方、点Cにおける1枚目の刃のWave removingと2枚目の刃のWave removingの位相遅れの差については、Δφ=π+1.350[rad]である。点Aと点Cは、π[rad]をはさんで正負逆の同じ値となり、点Aと点Cでの再生効果は打ち消し合って消去されていることが理解される。点Aから点Cまでの軸方向位置と、1枚目の刃のWave removing及び2枚目の刃のWave removingの位相遅れの差Δφとの関係を図8に示す。図8に示すように、点Aから点Bの範囲における位相遅れの差Δφと、点Cから点Bの範囲における位相遅れの差Δφについても、点Bをはさんで同じ距離となる位置同士で、再生効果が相殺されて消えることが理解される。従って、図5においてm=−1の点線で示される軸方向切込みを2倍とした実線(点Aと点Jを通る実線)は、点Bを通る点線の下側と上側で再生効果がお互い相殺される再生効果相殺線となる。同様に、m=−2の点線で示される軸方向切込みを2倍とした実線(点Dと点Iを通る実線)は、点線の上側と下側で再生効果が相殺される再生効果相殺線となる。さらに、図5の点Gについて考えると、m=−1の点線に対して上下対称な、点Gから点Hと点Iから点Hとの再生効果が互いに相殺される。さらに点Iは、再生効果相殺線上にあるので、点Iより下側の再生効果は相殺される。従って、点Gと点Jを通る実線は、再生効果相殺線である。 From the above calculation results, the difference in phase delay between the wave removing of the first blade and the wave removing of the second blade at point A is Δφ A = π−1.350 [rad]. On the other hand, the difference in phase lag between the wave removing of the first blade and the wave removing of the second blade at point C is Δφ C = π + 1.350 [rad]. It is understood that the point A and the point C have the same value, both positive and negative, across π [rad], and the reproduction effects at the points A and C cancel each other out. FIG. 8 shows the relationship between the axial position from point A to point C and the phase delay difference Δφ between the wave removing of the first blade and the wave removing of the second blade. As shown in FIG. 8, the phase lag difference Δφ in the range from point A to point B and the phase lag difference Δφ in the range from point C to point B are also located at the same distance across point B. Thus, it is understood that the reproduction effect is offset and disappears. Therefore, a solid line (solid line passing through point A and point J) obtained by doubling the axial cut indicated by a dotted line of m = −1 in FIG. 5 has a reproduction effect below and above the dotted line passing through point B. It becomes the reversal effect offset line to be offset. Similarly, a solid line (solid line passing through the points D and I) obtained by doubling the axial cut indicated by the dotted line of m = −2 is a reproduction effect cancellation line in which the reproduction effect is canceled above and below the dotted line. It becomes. Further, considering the point G in FIG. 5, the reproduction effects from the point G to the point H and from the point I to the point H, which are vertically symmetrical with respect to the dotted line of m = −1, cancel each other. Furthermore, since the point I is on the reproduction effect cancellation line, the reproduction effect below the point I is canceled out. Therefore, the solid line passing through the point G and the point J is a reproduction effect cancellation line.

不等ピッチエンドミルは、特定の回転数付近において、再生型の自励びびり振動を抑制する効果を有する。一方、不等リードエンドミルは、再生効果相殺線(特定の回転数と軸方向切込みの関係)付近の条件において、再生型の自励びびり振動を抑制する効果を有する。不等リードエンドミルでは、たとえ再生効果相殺線上にない軸方向位置であっても、最も近い相殺線からの距離に対応する再生効果しか残らない。従って、不等リードエンドミルが広い加工条件において再生型の自励びびり振動の抑制に有効であると予想される。さらに捩れ角の角度差が大きくなることで再生効果相殺線が密集すれば、より高い抑制効果が期待される。本評価により、びびり振動を抑制する高い効果を発揮し得るのはエンドミル6であると特定できる。   The unequal pitch end mill has an effect of suppressing regenerative self-excited chatter vibration near a specific rotational speed. On the other hand, the unequal lead end mill has an effect of suppressing regenerative self-excited chatter vibration under conditions near the regenerative effect cancellation line (relationship between a specific rotational speed and axial cutting). In the unequal lead end mill, even if the position is in the axial direction not on the reproduction effect cancellation line, only the reproduction effect corresponding to the distance from the closest cancellation line remains. Therefore, it is expected that the unequal lead end mill is effective in suppressing regenerative self-excited chatter vibration under a wide range of processing conditions. Furthermore, if the reproduction effect canceling lines are dense due to an increase in the difference in twist angle, a higher suppression effect is expected. From this evaluation, it can be specified that the end mill 6 can exhibit a high effect of suppressing chatter vibration.

(実施例2)
図9〜図18を参照し、びびり振動評価について説明する。本評価では、エンドミル1〜6を用いた切削加工実験が行われ、びびり振動が発生するかどうかの評価がなされた。これにより、実際の切削加工において、エンドミル6がびびり振動を抑制できるかどうかが検証される。
(Example 2)
Chatter vibration evaluation will be described with reference to FIGS. In this evaluation, a cutting experiment using the end mills 1 to 6 was performed, and whether or not chatter vibration occurred was evaluated. Thereby, it is verified whether the end mill 6 can suppress chatter vibration in actual cutting.

図9及び図10を参照し、切削加工実験に使用されるエンドミル1〜6について説明する。エンドミル1〜6は、超硬合金製エンドミルである。エンドミル1〜6の外形寸法は、エンドミル30(図2参照)と同じである。エンドミル1〜6は、底刃を有さないことと、図9に示す仕様を除いて、市販のエンドミルと同じである。   With reference to FIG.9 and FIG.10, the end mills 1-6 used for a cutting experiment are demonstrated. The end mills 1 to 6 are cemented carbide end mills. The external dimensions of the end mills 1 to 6 are the same as those of the end mill 30 (see FIG. 2). The end mills 1 to 6 are the same as commercially available end mills except that they do not have a bottom blade and the specifications shown in FIG.

エンドミル1,2は、切れ刃の捩れ角が何れも45°となる標準エンドミルである。エンドミル1は、ピッチ角が60°となるように切れ刃を6枚備える。エンドミル2は、ピッチ角が90°となるように切れ刃を4枚備える。エンドミル3,4は、切れ刃の捩れ角が45°となる不等ピッチエンドミルである。エンドミル3は、周方向に沿ってピッチ角が交互に58.5°及び61.5°となるように、切れ刃を6枚備える。エンドミル4は、周方向に沿ってピッチ角が交互に87.7°及び92.3°となるように、切れ刃を4枚備える。エンドミル5は、従来の4枚刃不等リードエンドミルである。エンドミル5は、捩れ角が45°となる切れ刃と捩れ角が44°となる切れ刃とを、周方向に沿って交互に備える(図10(a)参照)。エンドミル5の4枚の切れ刃は、先端から7.7mmの位置において、等ピッチとなるように配置される。エンドミル5の先端におけるピッチ角は、周方向に沿って交互に86.2°及び93.8°となる(図10(a)参照)。エンドミル6は、捩れ角の角度差が極端に大きい4枚刃不等リードエンドミルである。エンドミル6は、捩れ角が40°となる切れ刃と捩れ角が45°となる切れ刃とを、周方向に沿って交互に備える(図10(b)参照)。エンドミル6の4枚の切れ刃は、先端から7.7mmの位置において、等ピッチとなるように配置される。エンドミル6の先端におけるピッチ角は、周方向に沿って交互に72.3°及び107.8°となる(図10(b)参照)。   The end mills 1 and 2 are standard end mills in which the twist angle of the cutting edge is 45 °. The end mill 1 includes six cutting edges so that the pitch angle is 60 °. The end mill 2 includes four cutting edges so that the pitch angle is 90 °. The end mills 3 and 4 are unequal pitch end mills in which the twist angle of the cutting edge is 45 °. The end mill 3 includes six cutting edges so that the pitch angles are alternately 58.5 ° and 61.5 ° along the circumferential direction. The end mill 4 includes four cutting edges so that the pitch angles are alternately 87.7 ° and 92.3 ° along the circumferential direction. The end mill 5 is a conventional four-blade unequal lead end mill. The end mill 5 includes cutting edges having a twist angle of 45 ° and cutting edges having a twist angle of 44 ° alternately along the circumferential direction (see FIG. 10A). The four cutting edges of the end mill 5 are arranged at an equal pitch at a position 7.7 mm from the tip. The pitch angle at the tip of the end mill 5 is alternately 86.2 ° and 93.8 ° along the circumferential direction (see FIG. 10A). The end mill 6 is a four-blade unequal lead end mill having an extremely large twist angle difference. The end mill 6 includes a cutting edge having a twist angle of 40 ° and a cutting edge having a twist angle of 45 ° alternately along the circumferential direction (see FIG. 10B). The four cutting edges of the end mill 6 are arranged at an equal pitch at a position 7.7 mm from the tip. The pitch angle at the tip of the end mill 6 is 72.3 ° and 107.8 ° alternately along the circumferential direction (see FIG. 10B).

図11及び図12を参照し、切削加工実験に使用されるワークである工作物50A,50Bについて説明する。工作物50A,50Bは、図11に示す寸法W1と寸法W2を除いて、互いに同じ仕様である。図12では、工作物50A,50Bの夫々の寸法W1,W2を示す。以下、工作物50A,50Bを総称する場合、工作物50(図6参照)という場合がある。工作物50は、材質がSK105となる焼入れ鋼である。工作物50の硬度は、60HRC(697HV)である。   The workpieces 50A and 50B, which are workpieces used in the cutting experiment, will be described with reference to FIGS. The workpieces 50A and 50B have the same specifications except for the dimensions W1 and W2 shown in FIG. FIG. 12 shows the dimensions W1 and W2 of the workpieces 50A and 50B, respectively. Hereinafter, the workpieces 50A and 50B may be collectively referred to as a workpiece 50 (see FIG. 6). The workpiece 50 is a hardened steel whose material is SK105. The hardness of the workpiece 50 is 60 HRC (697 HV).

切削加工実験の方法について説明する。エンドミル1〜6は、設定された所定の回転数で回転し、工作物50A,50Bの夫々の加工面55に対して切削加工を施す。エンドミル1〜6は、先端が工作物50よりも1.0mm下方に位置する状態で、工作物50に対して切削加工を施す(図6参照)。図11に示すように、工作物50A,50Bの夫々の加工面55は、紙面右側の端から紙面左側の端まで(矢印A方向)切削加工される。エンドミル1〜6の軸方向の切込量が、0.5〜6.5mmと6.5〜12.5mmの範囲で変化するため、びびり振動安定限界が簡便に評価される。エンドミル1〜6の回転数は、種々のパターンに設定される。工作物50A,50Bは、設定される回転数ごとに使用される。   A cutting experiment method will be described. The end mills 1 to 6 rotate at a set predetermined number of revolutions and perform cutting on the respective machining surfaces 55 of the workpieces 50A and 50B. The end mills 1 to 6 cut the workpiece 50 in a state where the tip is positioned 1.0 mm below the workpiece 50 (see FIG. 6). As shown in FIG. 11, the respective machining surfaces 55 of the workpieces 50 </ b> A and 50 </ b> B are cut from the right end of the drawing to the left end of the drawing (in the direction of arrow A). Since the amount of cut in the axial direction of the end mills 1 to 6 varies in the range of 0.5 to 6.5 mm and 6.5 to 12.5 mm, the chatter vibration stability limit is easily evaluated. The rotation speeds of the end mills 1 to 6 are set in various patterns. The workpieces 50A and 50B are used for each set number of rotations.

図13を参照し、切削加工実験の条件について説明する。切削加工実験にて対象とされる加工は、焼入れ鋼に対する側面仕上げ加工である。エンドミル1〜6の半径方向の切込量δは0.012mmである。エンドミル1〜6の最大切りくず厚みは0.002mmである。半径方向の切込量δと最大切りくず厚みが極小なため、切りくず量が極めて少ない。このため、エンドミル1〜6のフルートが浅く、チップポケットが小さくても、切削加工に支障は生じない。エンドミル6においては、溝底径(片方のフルートの底と相対するもう一方のフルートの底との距離)が工具径に対して85%となる(図10(b)参照)。これにより、捩れ角の角度差が5度と大きく、ピッチ角が極小となる箇所を有する不等リードエンドミルの製造が可能となり、エンドミル6の工具剛性も向上する。尚、通常の不等リードエンドミルの溝底径は、工具径に対して70%程度である。また、エンドミル1〜6の半径方向の切込量δが0.012mmであるので、エンドミル1〜6の半径方向における切込角度範囲Qは0.07748[rad]である。   The conditions of the cutting experiment will be described with reference to FIG. The machining targeted in the cutting experiment is a side finishing for hardened steel. The cutting depth δ in the radial direction of the end mills 1 to 6 is 0.012 mm. The maximum chip thickness of the end mills 1 to 6 is 0.002 mm. Since the cutting depth δ in the radial direction and the maximum chip thickness are extremely small, the chip amount is extremely small. For this reason, even if the flutes of the end mills 1 to 6 are shallow and the chip pocket is small, there is no problem in cutting. In the end mill 6, the groove bottom diameter (the distance from the bottom of the other flute opposite to the bottom of one flute) is 85% of the tool diameter (see FIG. 10B). This makes it possible to manufacture an unequal lead end mill having a portion where the angle difference of the twist angle is as large as 5 degrees and the pitch angle is minimized, and the tool rigidity of the end mill 6 is also improved. Note that the groove bottom diameter of a normal unequal lead end mill is about 70% of the tool diameter. Further, since the cutting depth δ in the radial direction of the end mills 1 to 6 is 0.012 mm, the cutting angle range Q in the radial direction of the end mills 1 to 6 is 0.07748 [rad].

図14に示すように、切削加工実験に使用された加工機100は、主軸101が上下方向に延びる立形マシニングセンタである。切削加工中では、光センサ51によって回転周期信号が測定され、渦電流式変位センサ52,53によって、エンドミル1〜6の半径方向と送り方向の2方向のびびり振動が計測される。動力計56によって切削抵抗が計測される。尚、光センサ51は、(株)キーエンス製のデジタルファイバセンサFS−V31M型である。渦電流式変位センサ52,53は、(株)電子応用製の高分解能ギャップセンサAEC−5706PS型である。動力計56は、Kistler Instrument Corp.製の3成分動力計9257Bである。尚、図14では、エンドミル1〜6のうち一例としてエンドミル6を図示する。   As shown in FIG. 14, a processing machine 100 used in a cutting experiment is a vertical machining center in which a main shaft 101 extends in the vertical direction. During the cutting process, the rotation period signal is measured by the optical sensor 51, and chatter vibrations in the radial direction and the feed direction of the end mills 1 to 6 are measured by the eddy current displacement sensors 52 and 53. Cutting resistance is measured by the dynamometer 56. The optical sensor 51 is a digital fiber sensor FS-V31M manufactured by Keyence Corporation. The eddy current type displacement sensors 52 and 53 are high resolution gap sensors AEC-5706PS manufactured by Electronic Applications Co., Ltd. The dynamometer 56 is manufactured by Kistler Instrument Corp. This is a three-component dynamometer 9257B made by the manufacturer. In addition, in FIG. 14, the end mill 6 is illustrated as an example among the end mills 1-6.

エンドミル1〜6は、加工機100の主軸101に、ツールホルダ103を介して装着される。エンドミル1〜6の突出し長さは、36mmであり、一定である。切削加工の前後でインパルス試験がなされ、共振周波数が確認される。インパルス試験では、インパルスハンマー(図示略)と光変位計(図示略)が夫々使用される。インパルスハンマーは、PCB Piezotronics Inc.製の086D80,Sensor Signal Conditioner Model 480E09である。光変位計は、岩通通信機(株)製のST−3711である。   The end mills 1 to 6 are attached to the main shaft 101 of the processing machine 100 via a tool holder 103. The protruding lengths of the end mills 1 to 6 are 36 mm and are constant. An impulse test is performed before and after cutting to confirm the resonance frequency. In the impulse test, an impulse hammer (not shown) and an optical displacement meter (not shown) are used. Impulse hammers are available from PCB Piezotronics Inc. 086D80 manufactured by Sensor Signal Conditioner Model 480E09. The optical displacement meter is ST-3711 manufactured by Iwatsu Tsushinki Co., Ltd.

びびり振動の有無の評価方法について説明する。切削加工中及び主軸101の空転中において、エンドミル1〜6のシャフト部の振動変位が渦電流式変位センサ52,53によって計測され、以下のように解析されることで、びびり振動の有無について判定がなされる。まず、光センサ51によって検出されるトリガー信号が利用され、渦電流式変位センサ52,53によって検出される切削加工中の変位データから、同じ回転位置における主軸101の空転時の変位データが差し引かれる。これにより、渦電流式変位センサ52,53によって検出される切削加工中の変位データから、シャフト部の振れ回り及び形状誤差成分が除去される。次に、シャフト部の振れ回り及び形状誤差成分が除去された変位データは、FFTにより周波数領域に変換される。FFTにより周波数領域に変換された変位データに、エンドミル1〜6のシャフト部に対する先端部の変位倍率が乗じられることで、エンドミル1〜6の各先端部の変位量が推定される。エンドミル1〜6の先端部の変位倍率は、切削加工前のインパルス試験によって得られた振動モードの変位分布から求められる。エンドミル1〜6の各先端部の変位の周波数成分のうち、主軸回転周波数の整数倍に一致しないものの最大値に基づき、びびり振動の有無が評価される。本評価では、エンドミル1〜6の夫々において、先端部の振動変位成分が2μm以上である場合に、びびり振動が発生したと判定され、1μm未満である場合にびびり振動が発生しなかったと判定される。   A method for evaluating the presence or absence of chatter vibration will be described. During cutting and idling of the spindle 101, the vibration displacement of the shaft portions of the end mills 1 to 6 is measured by the eddy current displacement sensors 52 and 53 and analyzed as follows to determine whether chatter vibration exists. Is made. First, the trigger signal detected by the optical sensor 51 is used, and the displacement data during idling of the spindle 101 at the same rotational position is subtracted from the displacement data during cutting detected by the eddy current displacement sensors 52 and 53. . Thereby, the run-out of the shaft portion and the shape error component are removed from the displacement data during cutting detected by the eddy current displacement sensors 52 and 53. Next, the displacement data from which the shaft runout and the shape error component are removed is converted into the frequency domain by FFT. The displacement data converted into the frequency domain by the FFT is multiplied by the displacement magnification of the tip of the end mills 1 to 6 with respect to the shaft, thereby estimating the amount of displacement of each tip of the end mills 1 to 6. The displacement magnifications of the end portions of the end mills 1 to 6 are obtained from the vibration mode displacement distribution obtained by the impulse test before cutting. The presence / absence of chatter vibration is evaluated based on the maximum value of the frequency components of the displacements of the end portions of the end mills 1 to 6 that do not coincide with an integral multiple of the spindle rotation frequency. In this evaluation, in each of the end mills 1 to 6, it is determined that chatter vibration has occurred when the vibration displacement component at the tip portion is 2 μm or more, and it is determined that chatter vibration has not occurred when the vibration displacement component is less than 1 μm. The

図15〜図17を参照し、びびり振動の判定結果について説明する。図15〜図17の夫々において、「×」はエンドミル1〜6の何れかの先端部における振動変位成分の最大値が2μm以上であったことを示し、「△」は1μm以上2μm未満であったことを示し、「○」は1μm未満であったことを示し、「−」は測定データがないことを示す。図15(a),(b)は、夫々、エンドミル1,2を用いた切削加工実験のびびり振動の評価結果である。図16(a),(b)は、夫々、エンドミル3,4を用いた切削加工実験のびびり振動の評価結果である。図17(a),(b)は、夫々、エンドミル5,6を用いた切削加工実験のびびり振動の評価結果である。尚、図16にて矢印によって示される実線と、図17のグラフ上で示される実線は、何れも再生効果相殺線である。   The determination result of chatter vibration will be described with reference to FIGS. In each of FIGS. 15 to 17, “×” indicates that the maximum value of the vibration displacement component at any of the end portions of the end mills 1 to 6 is 2 μm or more, and “Δ” is 1 μm or more and less than 2 μm. “◯” indicates that it was less than 1 μm, and “−” indicates that there is no measurement data. FIGS. 15A and 15B show the evaluation results of chatter vibration in a cutting experiment using the end mills 1 and 2, respectively. FIGS. 16A and 16B show the evaluation results of chatter vibration in a cutting experiment using the end mills 3 and 4, respectively. FIGS. 17A and 17B are evaluation results of chatter vibration in a cutting experiment using the end mills 5 and 6, respectively. Note that the solid line indicated by the arrow in FIG. 16 and the solid line indicated on the graph of FIG. 17 are both reproduction effect cancellation lines.

図15(a)に示すように、エンドミル1の切削加工では、軸方向切込み量が1mmとなる条件を含むほとんどの条件にて、びびり振動が発生した。一方、図15(b)に示すように、エンドミル2の切削加工では、エンドミル1に比べて低速・低軸方向切込み領域においてびびり振動の発生が少なかった。一方、高速・高軸方向切込み側の広い領域においてびびり振動が発生した。   As shown in FIG. 15 (a), chatter vibrations occurred in almost all conditions including the condition that the axial depth of cut was 1 mm in the cutting of the end mill 1. On the other hand, as shown in FIG. 15 (b), when the end mill 2 was cut, chatter vibration was less generated in the low-speed / low-axis direction cutting region than the end mill 1. On the other hand, chatter vibration occurred in a wide area on the high-speed / high-axis cutting side.

図16(a),(b)に示すように、エンドミル3,4の切削加工では、再生効果相殺線が示す特定の回転数付近において、びびり振動の発生がなかったが、びびり振動が発生する領域が存在した。   As shown in FIGS. 16A and 16B, in the cutting process of the end mills 3 and 4, chatter vibration was not generated in the vicinity of the specific rotation speed indicated by the regenerative effect cancellation line, but chatter vibration was generated. There was an area.

図17(a)に示すように、エンドミル5の切削加工では、特定の回転数と軸方向切込みの条件において、びびり振動が発生した。一方、図17(b)に示すように、エンドミル6の切削加工では、切削加工がなされた全条件において、びびり振動の発生が全くなかった。即ち、エンドミル6では、びびり振動を抑制する効果が大きいことが検証された。エンドミル6がびびり振動を抑制する高い効果を有していたのは、再生効果相殺線が密に存在することが理由だと考えられる。更に、エンドミル6の軸方向の切込量dが6mm以下となる領域では、振動成分が1μm以上2μm未満となる領域もなかった。即ち、エンドミル6では、d/Dが0.75以下となる領域において、びびり振動が更に抑制されることが確認された。   As shown in FIG. 17A, chatter vibration was generated in the cutting process of the end mill 5 at a specific rotational speed and axial cutting conditions. On the other hand, as shown in FIG. 17 (b), in the cutting process of the end mill 6, no chatter vibration was generated in all conditions under which the cutting process was performed. That is, it was verified that the end mill 6 has a great effect of suppressing chatter vibration. The reason why the end mill 6 has a high effect of suppressing chatter vibration is considered to be that there are dense reproduction effect canceling lines. Further, in the region where the axial cutting depth d of the end mill 6 was 6 mm or less, there was no region where the vibration component was 1 μm or more and less than 2 μm. That is, in the end mill 6, it was confirmed that chatter vibration is further suppressed in a region where d / D is 0.75 or less.

尚、エンドミル3の切削加工(図16(a)参照)では、回転数3800min−1における切削加工中に実測されたびびり振動周波数が4495Hzであった。インパルス試験により特定された最大負実部周波数が3741Hzであるので、エンドミル3の実際の再生効果相殺条件は、3741min−1から回転数4495min−1付近にシフトしていると考えられる。エンドミル4の切削加工(図16(b)参照)では、回転数6000min−1における切削加工中に実測されたびびり振動周波数が4375Hzであった。インパルス試験により特定された最大負実部周波数が3908Hzであることから、エンドミル4の実際の再生効果相殺条件は、1997min−1及び5992min−1から2236min−1及び6708min−1付近にシフトしていると考えられる。 In the cutting process of the end mill 3 (see FIG. 16A), the chatter vibration frequency measured during the cutting process at the rotation speed of 3800 min −1 was 4495 Hz. Since the maximum negative real portion frequency specified by the impulse test is 3741Hz, the actual regeneration effect nulling condition of the end mill 3 is considered to have shifted to the vicinity of the rotational speed 4495Min -1 from 3741min -1. In the cutting process of the end mill 4 (see FIG. 16B), the chatter vibration frequency measured during the cutting process at the rotational speed of 6000 min −1 was 4375 Hz. Since the maximum negative real portion frequency specified by the impulse test is 3908Hz, the actual regeneration effect nulling condition of the end mill 4 is shifted from 1997Min -1 and 5992Min -1 around 2236Min -1 and 6708Min -1 it is conceivable that.

また、エンドミル5の結果を示す図17(a)も同様である。再生効果相殺線上であっても、例えば回転数4000min−1においてびびり振動が発生した。再生効果相殺線は予めインパルス加振によって同定された最大負実部周波数3908Hzに基づいて作成されているのに対し、回転数4000min−1において切削加工中に実測されたびびり振動周波数は4625Hzであった。従って、実際の再生効果相殺条件は図17に描かれた再生効果相殺線よりも右上方向(高速回転・高切込み方向)にシフトしていると考えられる。 The same applies to FIG. 17A showing the result of the end mill 5. Even on the reproduction effect cancellation line, chatter vibration occurred at, for example, a rotational speed of 4000 min −1 . The regenerative effect cancellation line is created based on the maximum negative real part frequency of 3908 Hz previously identified by impulse excitation, whereas the chatter vibration frequency measured during cutting at a rotational speed of 4000 min −1 is 4625 Hz. It was. Therefore, it is considered that the actual reproduction effect cancellation condition is shifted in the upper right direction (high-speed rotation / high cutting direction) with respect to the reproduction effect cancellation line depicted in FIG.

図18は、切削加工が施された工作物50Bの加工面55の一例を示す。図18(a)は、回転数7000min−1、且つ軸方向切込量6.5mm〜12.5mmの条件下において、エンドミル2によって切削された加工面55を示す。図18(b)は、回転数6750min−1、且つ軸方向切込量6.5mm〜12.5mmの条件下において、エンドミル6によって切削された加工面55を示す。標準エンドミルであるエンドミル2によって切削加工された加工面55では、エンドミル2の軸方向に亘ってびびり振動が発生している。一方、エンドミル6によって切削加工された加工面55では、びびり振動が全く発生していない。この結果は、図15(b)と図17(b)にて示されるびびり振動の評価結果と一致している。 FIG. 18 shows an example of the processed surface 55 of the workpiece 50B that has been subjected to cutting. FIG. 18A shows the machined surface 55 cut by the end mill 2 under the conditions of a rotational speed of 7000 min −1 and an axial depth of cut of 6.5 mm to 12.5 mm. FIG. 18B shows the machined surface 55 cut by the end mill 6 under the conditions of a rotational speed of 6750 min −1 and an axial depth of cut of 6.5 mm to 12.5 mm. On the machined surface 55 cut by the end mill 2 that is a standard end mill, chatter vibration is generated in the axial direction of the end mill 2. On the other hand, chatter vibration does not occur at all on the machined surface 55 cut by the end mill 6. This result coincides with the evaluation result of chatter vibration shown in FIGS. 15 (b) and 17 (b).

上記評価より、エンドミル6は、本評価で設定された全ての軸方向切込量において、再生型の自励びびり振動を抑制することが明らかとなった。また、エンドミル6の軸方向の切込量が6mm以下(d/Dが0.75以下)となる場合、1μm以上2μm未満となる振動も全く発生しなかったので、エンドミル6は、再生型の自励びびり振動を更に抑制できることが明らかとなった。エンドミル6が広い範囲で再生型の自励びびり振動を抑制するのは、再生効果相殺線が密に存在することによって理解される。尚、エンドミル6の捩れ角の角度差が5°よりも大きい場合、再生効果相殺線が更に密に存在するので、再生型の自励びびり振動は抑制されると考えられる。一方、エンドミル6の回転数が大きくなる程、再生効果相殺線の間隔が広くなる。従って、本評価で設定された回転数の最大値を超えた条件においては、エンドミル6によって切削加工がなされると、びびり振動が発生すると考えられる。   From the above evaluation, it became clear that the end mill 6 suppresses regenerative self-excited chatter vibration at all the axial cutting depths set in this evaluation. When the end mill 6 has an axial depth of cut of 6 mm or less (d / D is 0.75 or less), no vibration of 1 μm or more and less than 2 μm was generated. It became clear that self-excited chatter vibration could be further suppressed. The fact that the end mill 6 suppresses the regenerative self-excited chatter vibration in a wide range is understood by the presence of the regenerative effect canceling line. If the difference in the twist angle of the end mill 6 is larger than 5 °, the regenerative effect canceling line exists more densely, and it is considered that regenerative self-excited chatter vibration is suppressed. On the other hand, as the rotation speed of the end mill 6 increases, the interval between the reproduction effect cancellation lines increases. Therefore, it is considered that chatter vibration occurs when the end mill 6 performs cutting under conditions exceeding the maximum value of the rotation speed set in this evaluation.

また、本評価で設定された条件において、極めて小さな半径方向切込み量であっても、通常のエンドミルであるエンドミル1,2では、本評価で設定された多くの条件においてびびり振動が発生することが明らかとなった。また、不等ピッチエンドミルであるエンドミル3,4では、特定の回転数付近においてびびり振動抑制効果があることが明らかとなった。また、従来の不等リードエンドミルであるエンドミル5では、特定の回転数と軸方向切込みの関係を満たす条件付近において、びびり振動を抑制する効果があることが明らかとなった。   In addition, even if the cutting amount in the radial direction is extremely small under the conditions set in this evaluation, chatter vibration may occur in many conditions set in this evaluation in the end mills 1 and 2 that are normal end mills. It became clear. Further, it has been clarified that the end mills 3 and 4 which are unequal pitch end mills have a chatter vibration suppressing effect in the vicinity of a specific rotational speed. Further, it has been clarified that the end mill 5, which is a conventional unequal lead end mill, has an effect of suppressing chatter vibration in the vicinity of a condition satisfying a relationship between a specific rotational speed and an axial cut.

(実施例3)
次に、エンドミル2を用いたびびり振動の評価について説明する。本評価では、工作物(図示略)がエンドミル2によって切削加工される場合において、びびり振動が発生するかが判断された。本評価の切削加工実験の条件について説明する。切削加工実験では、加工面が略矩形状の工作物(図示略)が使用された。工作物の材質及び硬度は実施例2の工作物50A,50Bと同じである。エンドミル2の回転数は、6000[min-1]である。エンドミル2の軸方向の切込量dは8[mm]である。エンドミル2の半径方向の切込量δは、0.020[mm]である。即ち、エンドミル2の半径方向の切込角度範囲Qは、0.1000[rad]である。切削加工実験の他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 3)
Next, evaluation of chatter vibration using the end mill 2 will be described. In this evaluation, it was determined whether chatter vibration occurred when a workpiece (not shown) was cut by the end mill 2. The conditions of the cutting experiment of this evaluation will be described. In the cutting experiment, a workpiece (not shown) having a substantially rectangular work surface was used. The material and hardness of the workpiece are the same as those of the workpieces 50A and 50B of the second embodiment. The rotation speed of the end mill 2 is 6000 [min −1 ]. The cutting depth d in the axial direction of the end mill 2 is 8 [mm]. The cutting depth δ in the radial direction of the end mill 2 is 0.020 [mm]. That is, the cutting angle range Q in the radial direction of the end mill 2 is 0.1000 [rad]. Other conditions of the cutting experiment are the same as in Example 2.

切削加工実験の結果について説明する。エンドミル2が工作物を切削加工した場合に、びびり振動が発生した。これにより、エンドミル2に代えて不等リードエンドミルを用いて上記切削加工がなされる場合においても、半径方向の切込量δが0.020mmとなる条件では、びびり振動が発生すると考えられる。上述した実施例2では、エンドミル6の半径方向の切込量δが0.012mmとなる条件で、びびり振動は発生しなかった。従って、不等リードエンドミルの半径方向の切込量δが0.018mm以下になると、びびり振動は発生しにくくなり、切込量δが0.012mm以下になると、びびり振動は更に発生しにくくなると考えられる。半径方向の切込量δが0.018mmである場合、切込角度範囲Qは0.09490[rad]であり、切込量δが0.012mmである場合、切込角度範囲Qは0.07748[rad]である。従って、不等リードエンドミルを用いた切削加工においては、切込角度範囲Qが0.095[rad]以下である場合に、びびり振動は発生しにくくなり、切込角度範囲Qが0.078[rad]以下となる場合に、びびり振動は更に発生しにくくなると考えられる。   The results of the cutting experiment will be described. When the end mill 2 cuts the workpiece, chatter vibration occurred. Accordingly, even when the above-described cutting is performed using an unequal lead end mill instead of the end mill 2, chatter vibration is considered to occur under the condition that the radial cutting depth δ is 0.020 mm. In Example 2 described above, chatter vibration did not occur on the condition that the cutting depth δ in the radial direction of the end mill 6 was 0.012 mm. Accordingly, chatter vibration is less likely to occur when the radial cutting depth δ of the unequal lead end mill is 0.018 mm or less, and chatter vibration is less likely to occur when the cutting depth δ is 0.012 mm or less. Conceivable. When the cutting depth δ in the radial direction is 0.018 mm, the cutting angle range Q is 0.09490 [rad], and when the cutting depth δ is 0.012 mm, the cutting angle range Q is 0. 07748 [rad]. Accordingly, in cutting using an unequal lead end mill, when the cutting angle range Q is 0.095 [rad] or less, chatter vibration is less likely to occur, and the cutting angle range Q is 0.078 [ rad] or less, it is considered that chatter vibration is less likely to occur.

上記評価により、不等リードエンドミルがびびり振動を抑制して高硬度のワークを切削加工できる条件は、切込角度範囲Qが0.095[rad]以下となる条件であることが明らかとなった。また、切込角度範囲Qが0.078[rad]以下となる条件では、びびり振動は更に発生しにくくなることが明らかとなった。   From the above evaluation, it has been clarified that the condition that the unequal lead end mill can cut a high-hardness workpiece while suppressing chatter vibration is a condition that the cutting angle range Q is 0.095 [rad] or less. . Further, it has been clarified that chatter vibration is less likely to occur under the condition where the cutting angle range Q is 0.078 [rad] or less.

<5.びびり振動が抑制される加工条件の一般化についての検討>
(実施例2)によって確認されたように、エンドミル6が用いられる切削加工では、エンドミル6の軸方向切込量に関わらず、びびり振動は抑制される。また、エンドミル5では、特定の回転数と軸方向切込み付近において、びびり振動が抑制される。そこで、エンドミル5,6が用いられる切削加工の加工条件に基づいて、びびり振動が抑制される加工条件を一般化することを検討した。加工条件の一般化は、上述した式(1)及び式(2)の何れか1つの式が用いられることで実現される。
<5. Study on generalization of machining conditions to suppress chatter vibration>
As confirmed by (Example 2), in the cutting process in which the end mill 6 is used, chatter vibration is suppressed regardless of the axial cutting depth of the end mill 6. Further, in the end mill 5, chatter vibration is suppressed in the vicinity of a specific rotational speed and an axial cut. Therefore, it was studied to generalize the processing conditions for suppressing chatter vibration based on the processing conditions of the cutting processing in which the end mills 5 and 6 are used. The generalization of the processing conditions is realized by using any one of the above formulas (1) and (2).

<5−1.式(1)を用いた加工条件の一般化>
まず、一般的な不等リードエンドミル(以下、単に不等リードエンドミルという)の再生効果相殺線図における、相殺線間隔Δa[mm]について説明する。不等リードエンドミルが備える複数の切れ刃には、互いに捩れ角が異なる2枚の切れ刃が含まれる。2枚の切れ刃の捩れ角を夫々、β,β[deg]とする。不等リードエンドミルが備える複数の切れ刃が互いに等ピッチとなる等ピッチ位置から、不等リードエンドミルの軸線方向に沿ってa[mm]離間した位置におけるピッチ角度差Δθ[rad](以下、単にピッチ角度差Δθという)は、式(5)によって求められる。
Δθ=2a(tanβ−tanβ)/D ・・・・式(5)
以下、等ピッチ位置から、不等リードエンドミルの軸線方向に沿ってa[mm]離間した位置に至る距離を、軸方向距離a[mm]という。
<5-1. Generalization of machining conditions using equation (1)>
First, the cancellation line interval Δa [mm] in the reproduction effect cancellation diagram of a general unequal lead end mill (hereinafter simply referred to as unequal lead end mill) will be described. The plurality of cutting edges provided in the unequal lead end mill include two cutting edges having different twist angles. Let the twist angles of the two cutting edges be β 1 and β 2 [deg], respectively. A pitch angle difference Δθ [rad] (hereinafter simply referred to as “a” [mm] apart from the equal pitch position where the plurality of cutting edges provided in the unequal lead end mill have an equal pitch from each other along the axial direction of the unequal lead end mill. The pitch angle difference Δθ is obtained by the equation (5).
Δθ = 2a (tan β 2 -tan β 1 ) / D (5)
Hereinafter, the distance from the equal pitch position to the position spaced a [mm] along the axial direction of the unequal lead end mill is referred to as the axial distance a [mm].

式(4)に式(5)が代入されることで、式(6)が得られる。
120f(tanβ−tanβ)a/(nD)=(1+2m)π ・・・・式(6)
式(6)を変形すると、式(7)が得られる。
よって、相殺線間隔Δa[mm]は、式(8)によって求められる。
(実施例2)のエンドミル6を用いた切削加工において、回転数が6000min−1となる条件における相殺線間隔Δa[mm]は、式(9)によって求められる。
Expression (6) is obtained by substituting Expression (5) into Expression (4).
120f c (tan β 2 −tan β 1 ) a / (nD) = (1 + 2m) π (6)
When Expression (6) is transformed, Expression (7) is obtained.
Therefore, the offset line interval Δa [mm] is obtained by the equation (8).
In the cutting process using the end mill 6 of (Example 2), the offset line interval Δa [mm] under the condition that the rotational speed is 6000 min −1 is obtained by Expression (9).

図17(b)により、回転数が6000min−1となる条件でエンドミル6が切削加工を行う場合の相殺線間隔Δaと、式(9)によって求まる値とが互いに近似することが確認できる。また、式(9)によって求まる値に近似する間隔で、びびり振動が発生しないことも確認できる。 From FIG. 17B, it can be confirmed that the offset line interval Δa when the end mill 6 performs the cutting process under the condition that the rotational speed is 6000 min −1 and the value obtained by the equation (9) are approximate to each other. It can also be confirmed that chatter vibration does not occur at an interval that approximates the value obtained by equation (9).

(実施例2)のエンドミル5を用いた切削加工において、回転数が2750min−1となる条件における相殺線間隔Δaは、式(10)によって求められる。
図17(a)により、回転数が2750min−1となる条件でエンドミル5が切削加工を行う場合の相殺線間隔Δaと、式(10)によって求まる値とが互いに近似することが確認できる。また、式(10)によって求まる値に近似する間隔で、びびり振動が発生していることが確認できる。しかし、回転数が2750min−1となるエンドミル5の切削加工においては、びびり振動の発生を示す「×」が1箇所しかないことから、相殺線間隔Δaが式(10)によって求まる値よりも僅かに小さい値であれば、びびり振動は発生しないと考えられる。従って、回転数を2750min−1としてエンドミル5が切削加工を行う加工条件は、びびり振動が発生する加工条件から、びびり振動が抑制される加工条件に切り替わる臨界的な加工条件であるとみなすことができる。
In the cutting process using the end mill 5 of Example 2, the offset line spacing Δa under the condition that the rotational speed is 2750 min −1 is obtained by Expression (10).
17A, it can be confirmed that the offset line interval Δa when the end mill 5 performs the cutting process under the condition that the rotation speed is 2750 min −1 and the value obtained by the expression (10) are approximate to each other. Further, it can be confirmed that chatter vibration is generated at an interval that approximates the value obtained by Expression (10). However, in the cutting of the end mill 5 where the rotational speed is 2750 min −1 , there is only one “x” indicating the occurrence of chatter vibration, so the offset line spacing Δa is slightly smaller than the value obtained by the equation (10). If the value is small, chatter vibration is considered not to occur. Therefore, it can be considered that the processing conditions under which the end mill 5 performs the cutting with the rotation speed of 2750 min −1 are the critical processing conditions for switching from the processing conditions in which chatter vibration is generated to the processing conditions in which chatter vibration is suppressed. it can.

次に、等ピッチエンドミルが使用される切削加工の、等ピッチエンドミルの安定限界切込alimについて検討する。等ピッチエンドミルの安定限界切込alimは、式(11)によって求められる。
lim=−1/(2KG(ω)) ・・・・式(11)
式(11)において、K[N/mm]は比切削抵抗であり、G[mm/N]は等ピッチエンドミルが装着されたワーク加工システムの伝達関数の実部であり、ω[rad/s]は、エンドミルの固有角振動数である。
Next, consideration will be given to the stability limit cutting a lim of the equal pitch end mill in the cutting process in which the equal pitch end mill is used. The stability limit cut a lim of the equal pitch end mill is obtained by the equation (11).
a lim = -1 / (2K f G (ω c )) (11)
In Equation (11), K f [N / mm 2 ] is the specific cutting resistance, G [mm / N] is the real part of the transfer function of the workpiece machining system equipped with the equal pitch end mill, and ω c [ rad / s] is the natural angular frequency of the end mill.

(実施例2)において用いられた4枚刃の等ピッチエンドミルであるエンドミル2のalimは、式(11)にK=2350N/mmとG=−2.948×10−3mm/Nとが代入され、さらにデューティ比として5.1%が加味されることで、式(12)のように求められる。
(=2350[N/mm])の測定方法については後述する。G(=−2.948×10−3[mm/N])は、インパルス試験によって求まる。デューティ比は、エンドミル2の1回転分の回転角度(即ち、360°)に対する、エンドミル2がワークである工作物50を4枚の切れ刃で切削している間に回転する回転角度の比率である。
The a lim of the end mill 2 that is a four-blade equal pitch end mill used in (Example 2) is K f = 2350 N / mm 2 and G = −2.948 × 10 −3 mm / By substituting N and adding 5.1% as the duty ratio, it is obtained as shown in Expression (12).
A method for measuring K f (= 2350 [N / mm 2 ]) will be described later. G (= −2.948 × 10 −3 [mm / N]) is determined by an impulse test. The duty ratio is the ratio of the rotation angle that the end mill 2 rotates while cutting the workpiece 50 that is a workpiece with four cutting edges to the rotation angle of one rotation of the end mill 2 (that is, 360 °). is there.

式(11)の左辺を相殺線間隔Δaで除した数式である式(1)について検討する。式(11)の左辺が相殺線間隔Δaで除され、さらにω=2πfが代入されることにより、式(13)が得られる。
式(13)が用いられることで、回転数がnmax[min−1]以下となる条件において、不等リードエンドミルの軸方向切込み及び回転数に関わらずびびり振動が抑制される加工条件が、特定される。
Consider Equation (1), which is an equation obtained by dividing the left side of Equation (11) by the cancellation line interval Δa. By dividing the left side of equation (11) by the offset line spacing Δa and further substituting ω c = 2πf c , equation (13) is obtained.
By using the expression (13), under the condition that the rotation speed is n max [min −1 ] or less, the machining conditions for suppressing chatter vibration regardless of the axial cutting and the rotation speed of the unequal lead end mill are: Identified.

(実施例2)における、エンドミル6を回転数6000min−1で切削加工する条件を、式(13)に当てはめることを検討する。この場合、式(9)及び式(12)によって、式(14)が求められる。
lim/Δa=1.415/3.997=0.354・・・式(14)
次に、(実施例2)において、エンドミル5を回転数2750min−1で切削加工する条件を、式(13)に当てはめることを検討する。この場合、式(10)及び式(12)によって、式(15)が求められる。
lim/Δa=1.415/8.591=0.165・・・式(15)
It will be considered to apply the condition for cutting the end mill 6 at a rotational speed of 6000 min −1 in Example 2 to Equation (13). In this case, Expression (14) is obtained by Expression (9) and Expression (12).
a lim /Δa=1.415/3.997=0.354 Equation (14)
Next, in (Example 2), it is considered to apply the condition for cutting the end mill 5 at a rotation speed of 2750 min −1 to the equation (13). In this case, Expression (15) is obtained by Expression (10) and Expression (12).
a lim /Δa=1.415/8.591=0.165 (15)

上述したように、エンドミル6を回転数6000min−1で切削加工する加工条件では、びびり振動の発生が抑制される。エンドミル5を回転数2750min−1で切削加工する条件は、びびり振動が抑制される境界的な加工条件とみなされる。よって、式(13)(即ち、式(1))の値が、0.165以上になると、びびり振動は抑制され、式(13)の値が0.354以上になると、びびり振動は更に抑制されると考えられる。 As described above, occurrence of chatter vibration is suppressed under the machining conditions in which the end mill 6 is machined at a rotational speed of 6000 min −1 . The condition for cutting the end mill 5 at a rotation speed of 2750 min −1 is regarded as a boundary machining condition for suppressing chatter vibration. Therefore, chatter vibration is suppressed when the value of Expression (13) (that is, Expression (1)) is 0.165 or more, and chatter vibration is further suppressed when the value of Expression (13) is 0.354 or more. It is thought that it is done.

ここで、0.165または0.354という数値について考察する。まず、相殺線上の軸方向切込みでは再生効果が完全に相殺されてびびり振動は発生しない。最も発生し易いのは、相殺線と相殺線の中点にあたる軸方向切込みの場合である。その時、相殺線までの軸方向切込み範囲では再生効果が完全に相殺されているが、それより上側の軸方向切込み範囲において再生効果が生じ、その軸方向の範囲はΔaの0.5倍となる。ただし、この範囲でもある程度再生効果が相殺される。一方、alimは再生効果が全く相殺されない場合の安定限界を示している。以上から、alimがΔaの0.5倍よりも小さい0.165〜0.354倍において、いかなる軸方向切込みにおいても安定な条件が得られるのである。理論的には中間点で再生効果が半分相殺されるため0.25倍と考えられ、実験結果はこれに良く一致していると言える。理論的な考察と評価結果とが良く一致していることから、更なる評価が実施されるまでもなく、びびり振動を抑制できるか否かが判断されるための数式として、式(1)が有用であることが理解される。 Here, a numerical value of 0.165 or 0.354 is considered. First, the axial cut on the cancellation line cancels out the reproduction effect completely, and chatter vibration does not occur. The most likely occurrence is in the case of an axial cut, which is the midpoint between the cancellation line and the cancellation line. At that time, the reproduction effect is completely canceled in the axial cut range up to the cancellation line, but the reproduction effect occurs in the axial cut range above it, and the axial range is 0.5 times Δa. . However, even within this range, the reproduction effect is offset to some extent. On the other hand, a lim indicates the stability limit when the reproduction effect is not canceled out at all. From the above, when a lim is 0.165 to 0.354 times smaller than 0.5 times Δa, a stable condition can be obtained in any axial cutting. Theoretically, the reproduction effect is canceled by half at the midpoint, so it is considered to be 0.25 times, and it can be said that the experimental results agree well with this. Since the theoretical consideration and the evaluation result are in good agreement, there is no need for further evaluation, and Equation (1) is an equation for determining whether or not chatter vibration can be suppressed. It is understood that it is useful.

図19を参照し、式(12)に代入される比切削抵抗Kの測定方法について説明する。以下、図19の紙面前後方向、左右方向、及び上下方向を、夫々、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向とする。比切削抵抗Kの測定には、加工機200、工作物250、及びエンドミル260が用いられる。加工機200は、主軸201が上下方向に延びる立形マシニングセンタである。主軸201には、工作物250が固定される。工作物250は、中空の円板状である。工作物250の材質及び硬度は、ワーク40(図1参照)と同じである。 Referring to FIG. 19, a description will be given of a measuring method of the specific cutting force K f which is substituted in the equation (12). Hereinafter, the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction in FIG. 19 are respectively referred to as an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction. The measurement of the specific cutting force K f, machine 200, the workpiece 250, and the end mill 260 is used. The processing machine 200 is a vertical machining center in which a main shaft 201 extends in the vertical direction. A workpiece 250 is fixed to the main shaft 201. The workpiece 250 has a hollow disk shape. The material and hardness of the workpiece 250 are the same as those of the workpiece 40 (see FIG. 1).

加工機200の作業台210には、動力計256が設置される。動力計に256には万力230を介してエンドミル260が固定される。エンドミル260は、切れ刃の捩れ角が全て等しいエンドミル、即ち標準エンドミルである。エンドミル260の軸線方向は、Z軸方向と一致する。   A dynamometer 256 is installed on the work table 210 of the processing machine 200. An end mill 260 is fixed to the dynamometer 256 via a vise 230. The end mill 260 is an end mill in which the twist angles of the cutting edges are all equal, that is, a standard end mill. The axial direction of the end mill 260 coincides with the Z-axis direction.

加工機200は、エンドミル260及び工作物250の、X軸方向及びZ軸方向における位置決めを実行する。加工機200は、作業台210を移動させることでエンドミル260をY軸方向に移動させ、主軸201によって回転させられる工作物250に対して切削加工を施す。切削速度は約150[m/min]であり、Y軸方向における送り速度は、0.0004[mm/rev]から0.0062[mm/rev]である。切削加工が実行される場合に使用される潤滑油は、(実施例2)と同様である(図13参照)。比切削抵抗Kfは、動力計256によって測定される。   The processing machine 200 executes positioning of the end mill 260 and the workpiece 250 in the X-axis direction and the Z-axis direction. The processing machine 200 moves the end mill 260 in the Y-axis direction by moving the work table 210, and performs cutting on the workpiece 250 that is rotated by the main shaft 201. The cutting speed is about 150 [m / min], and the feed speed in the Y-axis direction is 0.0004 [mm / rev] to 0.0062 [mm / rev]. The lubricating oil used when cutting is performed is the same as in (Example 2) (see FIG. 13). The specific cutting resistance Kf is measured by a dynamometer 256.

<5−2.式(2)を用いた一般化>
次に式(2)を用いた一般化について検討する。加工機100に装着される不等リードエンドミルは、一端が完全に固定される心棒とみなすことができる。一端が完全に固定される心棒の共振周波数f[Hz]を求めるための算出式は、公知の文献(例えば、理工学社出版 新機械工学便覧編集委員会 編さん「新機械工学便覧」の「2編 機械設計」の「6章 軸・キーおよび軸継手」)によって開示される。不等リードエンドミルの共振周波数fは式(16)によって求められる。
式(16)において、λは不等リードエンドミルの支持条件によって決まる無次元の定数であり、E[kg/mm]は不等リードエンドミルを形成する材料の縦弾性係数(ヤング率)であり、ρ[kg/mm]は不等リードエンドミルの密度、A[mm]は不等リードエンドミルの断面積であり、I[mm]は不等リードエンドミルの断面二次モーメントである。心棒とみなされる不等リードエンドミルの断面二次モーメントIは、式(17)によって求められる。
I=πD/64 ・・・・式(17)
<5-2. Generalization using Equation (2)>
Next, generalization using equation (2) will be discussed. The unequal lead end mill mounted on the processing machine 100 can be regarded as a mandrel whose one end is completely fixed. The calculation formula for obtaining the resonance frequency f c [Hz] of the mandrel whose one end is completely fixed is a well-known document (for example, “New Mechanical Engineering Handbook” edited by the New Mechanical Engineering Handbook Editorial Committee, published by Rigaku Corporation). “Chapter 6, Shaft / Key and Shaft Coupling” of “Part 2 Mechanical Design”). Resonance frequency f c of the unequal lead end mill is determined by equation (16).
In equation (16), λ is a dimensionless constant determined by the support conditions of the unequal lead end mill, and E [kg / mm 2 ] is the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) of the material forming the unequal lead end mill. , Ρ [kg / mm 3 ] is the density of the unequal lead end mill, A [mm 2 ] is the cross sectional area of the unequal lead end mill, and I [mm 4 ] is the cross sectional second moment of the unequal lead end mill. The cross-sectional secondary moment I of an unequal lead end mill regarded as a mandrel is obtained by equation (17).
I = πD 4/64 ···· formula (17)

不等リードエンドミルの先端に、不等リードエンドミルの軸線と直交する方向を向く荷重Wが作用した場合、不等リードエンドミルの最大たわみymax[mm]は、式(18)によって求められる。
max=Wl/(3EI) ・・・・式(18)
不等リードエンドミルの動剛性の逆数であるコンプライアンスymax/Wは、式(19)によって求められる。
そして、不等リードエンドミルの各切れ刃の安定限界切込blim[mm]は、式(20)によって求められる。
ここで、切れ刃の枚数N、切込角度範囲Q[rad]を考慮すると、不等リードエンドミルが1回転する間において、切れ刃数の回数の切削力が不等リードエンドミルに付与され、切れ刃が切込角度範囲Qを切削する間において、切削力が不等リードエンドミルに付与され続ける。このことから、安定限界切込みにNとQは反比例の関係にある。よって、式(21)で安定限界切込みは表される。
式(8)、ω=2πfによって、alim/Δaは、式(22)によって示される。
式(22)の定数を省略することで、式(23)が得られる。
さらに、ワークの硬度H[HV]はkに比例関係にあることより、式(23)は式(24)に書き換えられる。
即ち、式(2)は式(1)に対応する式であり、びびり振動が抑制されるための加工条件を特定するために適した数式であることが判る。ここで、ヤング率Eは「応力σ/歪ε」の値であり、単位はN/mm(1×10−9GPa)である。一方、ビッカース硬度H[HV]は「試験荷重F/圧子によるへこみの表面積S」の値で、単位はHVと一般に表示されるが、kgf/mm(9.8N/mm)のことである。また、切込角度範囲Qの単位は[rad]で、式(23)の単位は無次元化される。
When a load W directed in a direction orthogonal to the axis of the unequal lead end mill is applied to the tip of the unequal lead end mill, the maximum deflection y max [mm] of the unequal lead end mill is obtained by Expression (18).
y max = Wl 3 / (3EI)... formula (18)
The compliance y max / W, which is the reciprocal of the dynamic stiffness of the unequal lead end mill, is obtained by equation (19).
And stability limit cut b lim [mm] of each cutting edge of an unequal lead end mill is calculated | required by Formula (20).
Here, considering the number N of cutting edges and the cutting angle range Q [rad], a cutting force equal to the number of cutting edges is applied to the unequal lead end mill during one revolution of the unequal lead end mill. While the blade cuts the cutting angle range Q, the cutting force is continuously applied to the unequal lead end mill. For this reason, N and Q are inversely proportional to the stability limit cut. Therefore, the stability limit cut is expressed by equation (21).
Equation (8), by ω c = 2πf c, a lim / Δa is represented by the formula (22).
By omitting the constant in equation (22), equation (23) is obtained.
Furthermore, the work of the hardness H [HV] than that proportional to k f, equation (23) is rewritten into equation (24).
That is, it can be seen that the expression (2) is an expression corresponding to the expression (1) and is a mathematical expression suitable for specifying the processing conditions for suppressing chatter vibration. Here, the Young's modulus E is a value of “stress σ / strain ε”, and its unit is N / mm 2 (1 × 10 −9 GPa). On the other hand, Vickers hardness H [HV] is a value of “test load F / surface area S of dent due to indenter”, and the unit is generally indicated as HV, but it is kgf / mm 2 (9.8 N / mm 2 ). is there. The unit of the cut angle range Q is [rad], and the unit of the equation (23) is made dimensionless.

式(2)に、(実施例2)におけるエンドミル6を回転数6000min−1で切削加工する条件が当てはめられると、式(25)が得られる。
また、式(2)に、(実施例2)におけるエンドミル5を回転数2750min−1で切削加工する条件が当てはめられると、式(26)が得られる。
When the condition for cutting the end mill 6 in (Example 2) at a rotational speed of 6000 min −1 is applied to the expression (2), the expression (25) is obtained.
Further, when the condition for cutting the end mill 5 in (Example 2) at a rotational speed of 2750 min −1 is applied to the expression (2), the expression (26) is obtained.

上述したように、式(25)の条件下ではびびり振動が抑制される。また、式(26)の条件は、びびり振動が発生する条件から、びびり振動が抑制される条件に切り替わる境界的な条件とみなすことができる。よって、式(2)の値が9.401×10−3以上になると、びびり振動は抑制され、式(2)の値が20.205×10−3以上になると、びびり振動は更に抑制されると考えられる。 As described above, chatter vibration is suppressed under the condition of Expression (25). Further, the condition of Expression (26) can be regarded as a boundary condition for switching from the condition for generating chatter vibration to the condition for suppressing chatter vibration. Therefore, when the value of the expression (2) becomes 9.401 × 10 -3 or more, chatter vibration is suppressed, the value of the expression (2) is 20.205 × 10 -3 or more, chatter vibrations are further suppressed It is thought.

尚、式(2)は、エンドミルの一端が完全に固定され、且つ先端にのみ荷重が加えられることを前提として、導出された数式である。従って、式(1)は、式(2)よりも、びびり振動を抑制できるか否かを精度良く判断できる数式となる。   Formula (2) is a mathematical formula derived on the assumption that one end of the end mill is completely fixed and a load is applied only to the tip. Therefore, Expression (1) is an expression that can more accurately determine whether chatter vibration can be suppressed than Expression (2).

<6.本実施形態の主たる作用・効果>
以上説明したように、ワーク加工システム10は、式(1)の値が0.165以上となる条件で、ワーク40をエンドミル30によって切削する。これにより、びびり振動の抑制効果は高まる。よって、ワーク加工システム10は、ワーク40をエンドミル30で切削する場合に、びびり振動を抑制できる。エンドミル30の軸方向における切込量を大きくしてもびびり振動が抑制されるので、ワーク加工システム10は、ワーク40の加工面を良好な面粗さにする仕上げ加工を短時間で効率良く実行できる。
<6. Main actions and effects of this embodiment>
As described above, the workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 with the end mill 30 under the condition that the value of the expression (1) is 0.165 or more. Thereby, the suppression effect of chatter vibration increases. Therefore, the workpiece machining system 10 can suppress chatter vibration when the workpiece 40 is cut by the end mill 30. Since chatter vibration is suppressed even if the amount of cut in the axial direction of the end mill 30 is increased, the workpiece machining system 10 efficiently performs a finishing process that makes the machining surface of the workpiece 40 a good surface roughness in a short time. it can.

ワーク加工システム10は、式(1)の値が0.354以上となる条件で、ワーク40をエンドミル30によって切削する。これにより、振動抑制効果は更に高まるので、ワーク加工システム10は、びびり振動を更に抑制できる。   The workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 with the end mill 30 under the condition that the value of the expression (1) is 0.354 or more. Thereby, since the vibration suppression effect further increases, the workpiece machining system 10 can further suppress chatter vibration.

エンドミル30は、半径方向において低切込量でワーク40を切削する。即ち、ワーク加工システム10は、切込角度範囲Qが0.095[rad]以内となる条件でワーク40を切削する。これにより、エンドミル30による切削プロセスは、概ね一方向の切削プロセスに近似され、モードカップリング型の自励びびり振動は成長しにくい。また、ワーク加工システム10は、式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件でワーク40を切削する。ワーク40が切削される場合において、再生型の自励びびり振動の抑制効果は高まる。よって、ワーク加工システム10は、ワーク40をエンドミル30で切削する場合に、びびり振動を抑制できる。 The end mill 30 cuts the workpiece 40 with a low depth of cut in the radial direction. That is, the workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 under the condition that the cutting angle range Q is within 0.095 [rad]. Thereby, the cutting process by the end mill 30 is approximately approximated to a cutting process in one direction, and the mode coupling type self-excited chatter vibration hardly grows. Moreover, the workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 under the condition that the value of the expression (2) is 9.401 × 10 −3 or more. When the workpiece 40 is cut, the regenerative self-excited chatter vibration suppressing effect is enhanced. Therefore, the workpiece machining system 10 can suppress chatter vibration when the workpiece 40 is cut by the end mill 30.

また、式(2)の値が20.205×10−3以上となる条件でワーク加工システム10がワーク40を切削することで、再生型の自励びびり振動の抑制効果は更に高まる。よって、ワーク加工システム10は、ワーク40をエンドミル30で切削する場合に、びびり振動を更に抑制できる。 Further, when the workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 under the condition that the value of the expression (2) is 20.205 × 10 −3 or more, the effect of suppressing the regenerative self-excited chatter vibration is further enhanced. Therefore, the workpiece machining system 10 can further suppress chatter vibration when the workpiece 40 is cut by the end mill 30.

また、エンドミル30は、捩れ角の角度差が5°となる不等リードエンドミルである。エンドミル30の捩れ角の角度差が2°以上であるので、式(2)におけるtanβ−tanβの値が増大する。従って、n、H、N、及びQが増大しても、式(2)の値は9.401×10−3以上になり易い。よって、ワーク加工システム10は、n、H、N、及びQが増大した条件においても、びびり振動を抑制してワーク40を切削できる。ワーク加工システム10は、捩れ角の角度差が2°未満である場合に比べて、より広範囲な加工条件に適用されることができる。 The end mill 30 is an unequal lead end mill in which the difference in torsion angle is 5 °. Since the difference in the twist angle of the end mill 30 is 2 ° or more, the value of tan β 2 -tan β 1 in the equation (2) increases. Therefore, even if n, H, N, and Q increase, the value of equation (2) tends to be 9.401 × 10 −3 or more. Therefore, the workpiece machining system 10 can cut the workpiece 40 while suppressing chatter vibration even under conditions where n, H, N, and Q are increased. The workpiece machining system 10 can be applied to a wider range of machining conditions than when the difference in twist angle is less than 2 °.

また、ワーク加工システム10は、d/Dが0.75以下となる条件で、ワーク40を切削する。これにより、ワーク40が切削される場合に、エンドミル30の軸方向に亘ってびびり振動が更に抑制される。   Moreover, the workpiece machining system 10 cuts the workpiece 40 under the condition that d / D is 0.75 or less. Thereby, when the workpiece 40 is cut, chatter vibration is further suppressed over the axial direction of the end mill 30.

尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。工作機械20は、ワーク40が取り付けられた作業台21をX軸方向に移動させる代わりに、エンドミル30をX軸方向に移動させてもよい。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various change is possible. The machine tool 20 may move the end mill 30 in the X-axis direction instead of moving the work table 21 to which the workpiece 40 is attached in the X-axis direction.

また、エンドミル30の捩れ角の角度差が5°である代わりに、例えば、4枚の切れ刃33のうち、2枚の切れ刃33の捩れ角の角度差が7°であり、残る2枚の切れ刃33の捩れ角の角度差が10°であってもよい。   Further, instead of the angle difference of the twist angle of the end mill 30 being 5 °, for example, among the four cutting edges 33, the angle difference of the twisting angle of the two cutting edges 33 is 7 °, and the remaining two sheets The angle difference of the twist angle of the cutting edge 33 may be 10 °.

また、4枚の切れ刃33の捩れ角は、全て互いに異なってもよいし、1枚の切れ刃33の捩れ角のみが、他の3枚の切れ刃33の捩れ角と異なってもよい。切れ刃33の捩れ角が3種以上存在する場合、再生効果を相殺する切れ刃33の組合せが複数存在する。この場合、式(2)の│tanβ―tanβ│は、エンドミル30の周方向に沿って互いに隣り合う2枚の切れ刃33を一組として、│tanβi−tanβ(i−1)│に置き換えればよい。│tanβi−tanβ(i−1)│は、複数の切れ刃33の各組み合わせによって規定される値であり、切れ刃33のピッチ差に比例する値である。各組における│tanβi−tanβ(i−1)│が等しい場合、高い相殺効果が得られる。尚、各組み合わせにおける│tanβi−tanβ(i−1)│は、完全に等しくなくても、ある程度の相殺効果が得られる。 Further, the twist angles of the four cutting edges 33 may all be different from each other, or only the twist angle of one cutting edge 33 may be different from the twisting angles of the other three cutting edges 33. When there are three or more types of twist angles of the cutting edge 33, there are a plurality of combinations of the cutting edges 33 that offset the regeneration effect. In this case, | tanβ 2 −tanβ 1 | in the formula (2) is defined as | tanβ i −tanβ (i−1) | with two cutting edges 33 adjacent to each other along the circumferential direction of the end mill 30 as a set. Should be replaced. | Tan β i −tan β (i−1) | is a value defined by each combination of the plurality of cutting edges 33, and is a value proportional to the pitch difference of the cutting edges 33. When | tan β i −tan β (i−1) | in each group is equal, a high canceling effect is obtained. In addition, even if | tan β i −tan β (i−1) | in each combination is not completely equal, a certain amount of canceling effect can be obtained.

また、エンドミル30の周方向に沿って、捩れ角が40°の切れ刃33と、捩れ角が45°の切れ刃33とが交互に並ぶ代わりに、捩れ角が40°の2枚の切れ刃33がエンドミル30の周方向に沿って隣り合ってもよい。この場合、捩れ角が45°の2枚の切れ刃33も、エンドミル30の周方向に沿って隣り合う。   Further, along the circumferential direction of the end mill 30, two cutting edges having a twist angle of 40 ° instead of the cutting edges 33 having a twist angle of 40 ° and the cutting edges 33 having a twist angle of 45 ° alternately arranged. 33 may be adjacent along the circumferential direction of the end mill 30. In this case, the two cutting edges 33 having a twist angle of 45 ° are also adjacent to each other along the circumferential direction of the end mill 30.

10 ワーク加工システム
20 工作機械
26 主軸
30 エンドミル
40 ワーク
33 切れ刃
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Work processing system 20 Machine tool 26 Spindle 30 End mill 40 Work 33 Cutting edge

Claims (7)

工作機械の回転する主軸に装着されたエンドミルと、高硬度のワークとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工方法であって、
前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、
以下で示される式(1)の値が0.165以上となる条件で、
lim/Δa・・・式(1)
(alim:等ピッチエンドミルが前記ワークを切削する場合における、前記等ピッチエンドミルの軸方向の安定限界切込[mm]
Δa:前記不等リードエンドミルの再生効果相殺線図にある互いに隣接する再生効果相殺線の、前記軸方向における間隔[mm])
前記ワークを切削することを特徴とするワーク加工方法。
A work machining method for cutting the workpiece by relatively moving an end mill mounted on a rotating spindle of a machine tool and a high-hardness workpiece,
The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to the axial direction of the end mill and arranged in the circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges do not include two cutting edges having different twist angles. An equal lead end mill,
Under the condition that the value of the formula (1) shown below is 0.165 or more,
a lim / Δa (1)
(A lim : axial stability limit cut [mm] of the equi-pitch end mill when the equi-pitch end mill cuts the workpiece.
Δa: spacing in the axial direction [mm] between adjacent reproduction effect cancellation lines in the reproduction effect cancellation diagram of the unequal lead end mill)
A workpiece machining method comprising cutting the workpiece.
前記式(1)の値が0.354以上となる条件で、前記ワークを切削することを特徴とする請求項1に記載のワーク加工方法。   The workpiece machining method according to claim 1, wherein the workpiece is cut under a condition that the value of the expression (1) is 0.354 or more. 主軸を有する工作機械と、前記主軸に装着可能なエンドミルとを備え、高硬度のワークと、回転する前記主軸に装着された前記エンドミルとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工システムであって、
前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、
前記工作機械は、前記ワークと、回転する前記主軸に装着された前記不等リードエンドミルとを相対的に移動させ、且つ、以下で示される式(1)の値が0.165以上となる条件で、
lim/Δa・・・式(1)
(alim:等ピッチエンドミルが前記ワークを切削する場合における、前記等ピッチエンドミルの軸方向の安定限界切込[mm]
Δa:前記不等リードエンドミルの再生効果相殺線図にある互いに隣接する再生効果相殺線の、前記軸方向における間隔[mm])
前記ワークを切削することを特徴とするワーク加工システム。
A workpiece comprising a machine tool having a spindle and an end mill that can be mounted on the spindle, and cutting the workpiece by relatively moving a high-hardness workpiece and the end mill mounted on the rotating spindle. A processing system,
The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to the axial direction of the end mill and arranged in the circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges do not include two cutting edges having different twist angles. An equal lead end mill,
The machine tool relatively moves the workpiece and the unequal lead end mill mounted on the rotating main spindle, and the value of the following expression (1) is 0.165 or more so,
a lim / Δa (1)
(A lim : axial stability limit cut [mm] of the equi-pitch end mill when the equi-pitch end mill cuts the workpiece.
Δa: spacing in the axial direction [mm] between adjacent reproduction effect cancellation lines in the reproduction effect cancellation diagram of the unequal lead end mill)
A workpiece machining system for cutting the workpiece.
工作機械の回転する主軸に装着されたエンドミルと、高硬度のワークとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工方法であって、
前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、
前記不等リードエンドミルの半径方向における切込角度範囲Qが0.095[rad]以内となる条件、且つ、以下で示される式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件で、
(ω:前記不等リードエンドミルの固有角振動数[rad/s]
E:前記不等リードエンドミルを形成する材料のヤング率[GPa]
β,β:前記2枚の切れ刃の前記捩れ角[deg]
n:前記不等リードエンドミルの回転数[min−1
H:前記ワークの硬度[HV]
N:前記複数の切れ刃の枚数
D:前記不等リードエンドミルの工具径[mm]
l:前記不等リードエンドミルの突出し長さ[mm])
前記ワークを切削することを特徴とするワーク加工方法。
A work machining method for cutting the workpiece by relatively moving an end mill mounted on a rotating spindle of a machine tool and a high-hardness workpiece,
The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to the axial direction of the end mill and arranged in the circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges do not include two cutting edges having different twist angles. An equal lead end mill,
The condition that the cutting angle range Q in the radial direction of the unequal lead end mill is within 0.095 [rad], and the condition that the value of the expression (2) shown below is 9.401 × 10 −3 or more. so,
c : natural angular frequency [rad / s] of the unequal lead end mill
E: Young's modulus [GPa] of the material forming the unequal lead end mill
β 1 , β 2 : the twist angle [deg] of the two cutting edges
n: Number of rotations of the unequal lead end mill [min −1 ]
H: Hardness of the workpiece [HV]
N: Number of the plurality of cutting edges D: Tool diameter [mm] of the unequal lead end mill
l: protrusion length [mm] of the unequal lead end mill
A workpiece machining method comprising cutting the workpiece.
前記式(2)の値が20.205×10−3以上となる条件で、前記ワークを切削することを特徴とする請求項4に記載のワーク加工方法。 The workpiece machining method according to claim 4, wherein the workpiece is cut under a condition that the value of the expression (2) is 20.205 × 10 −3 or more. 前記2枚の切れ刃の前記捩れ角は、互いに2°以上異なることを特徴とする請求項4又は5に記載のワーク加工方法。   The work machining method according to claim 4 or 5, wherein the twist angles of the two cutting edges are different from each other by 2 ° or more. 主軸を有する工作機械と、前記主軸に装着可能なエンドミルとを備え、高硬度のワークと、回転する前記主軸に装着された前記エンドミルとを相対的に移動させることによって、前記ワークを切削するワーク加工システムであって、
前記エンドミルは、前記エンドミルの軸方向に対して捩れ且つ前記エンドミルの周方向に並ぶ複数の切れ刃を備え、前記複数の切れ刃には、捩れ角が互いに異なる2枚の切れ刃が含まれる不等リードエンドミルであって、
前記工作機械は、前記ワークと、回転する前記主軸に装着された前記不等リードエンドミルとを相対的に移動させ、前記不等リードエンドミルの半径方向における切込角度範囲Qが0.095[rad]以内となる条件、且つ、以下で示される式(2)の値が9.401×10−3以上となる条件で、
(ω:前記不等リードエンドミルの固有角振動数[rad/s]
E:前記不等リードエンドミルを形成する材料のヤング率[GPa]
β,β:前記2枚の切れ刃の前記捩れ角[deg]
n:前記不等リードエンドミルの回転数[min−1
H:前記ワークの硬度[HV]
N:前記複数の切れ刃の枚数
D:前記不等リードエンドミルの工具径[mm]
l:前記不等リードエンドミルの突出し長さ[mm])
前記ワークを切削することを特徴とするワーク加工システム。
A workpiece comprising a machine tool having a spindle and an end mill that can be mounted on the spindle, and cutting the workpiece by relatively moving a high-hardness workpiece and the end mill mounted on the rotating spindle. A processing system,
The end mill includes a plurality of cutting edges twisted with respect to the axial direction of the end mill and arranged in the circumferential direction of the end mill, and the plurality of cutting edges do not include two cutting edges having different twist angles. An equal lead end mill,
The machine tool relatively moves the workpiece and the unequal lead end mill mounted on the rotating main shaft, and a cutting angle range Q in the radial direction of the unequal lead end mill is 0.095 [rad]. ] And a condition that the value of the formula (2) shown below is 9.401 × 10 −3 or more,
c : natural angular frequency [rad / s] of the unequal lead end mill
E: Young's modulus [GPa] of the material forming the unequal lead end mill
β 1 , β 2 : the twist angle [deg] of the two cutting edges
n: Number of rotations of the unequal lead end mill [min −1 ]
H: Hardness of the workpiece [HV]
N: Number of the plurality of cutting edges D: Tool diameter [mm] of the unequal lead end mill
l: protrusion length [mm] of the unequal lead end mill
A workpiece machining system for cutting the workpiece.
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