JP3377665B2 - エンドミル状工具による繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材料の切削加工法 - Google Patents
エンドミル状工具による繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材料の切削加工法Info
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- JP3377665B2 JP3377665B2 JP32705995A JP32705995A JP3377665B2 JP 3377665 B2 JP3377665 B2 JP 3377665B2 JP 32705995 A JP32705995 A JP 32705995A JP 32705995 A JP32705995 A JP 32705995A JP 3377665 B2 JP3377665 B2 JP 3377665B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、木質材、建築用複
合材料等の繊維質有機材料、セラミックス等の硬脆性無
機材料、ガラス質無機材料の切削加工に適用可能なエン
ドミル状工具による切削加工法に関する。
合材料等の繊維質有機材料、セラミックス等の硬脆性無
機材料、ガラス質無機材料の切削加工に適用可能なエン
ドミル状工具による切削加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
木材等の繊維質有機材料の切削加工には、転がり軸受の
主軸を装備した加工機械（ルータ）が用いられてきた
が、これは回転精度が悪いために大きな振動を生じ、工
具寿命が短い上に加工面粗さが大きく、むしれが大きい
ため手仕上げによる後工程に多大な時間を要している。
また、セラミックス等の硬脆性無機材料、ガラス質無機
材料は砥石を用いた研削が行われているが、有効な高能
率切削加工の方法が確立されていないのが実情である。
木材等の繊維質有機材料の切削加工には、転がり軸受の
主軸を装備した加工機械（ルータ）が用いられてきた
が、これは回転精度が悪いために大きな振動を生じ、工
具寿命が短い上に加工面粗さが大きく、むしれが大きい
ため手仕上げによる後工程に多大な時間を要している。
また、セラミックス等の硬脆性無機材料、ガラス質無機
材料は砥石を用いた研削が行われているが、有効な高能
率切削加工の方法が確立されていないのが実情である。
【０００３】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、空気静圧軸受けを利用したエンドミル状工具によ
り、繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材
料を加工面精度よく能率的に切削加工することを目的と
するものである。
で、空気静圧軸受けを利用したエンドミル状工具によ
り、繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材
料を加工面精度よく能率的に切削加工することを目的と
するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気静圧軸受
及びエンドミル状工具を３００００〜５００００ｒｐｍ
で高速回転し、繊維質有機材料を手仕上げの後工程なし
に切削加工し、また、セラミックス等の硬脆性無機材
料、ガラス質無機材料を同様に加工面精度よく能率的に
切削加工することを特徴とする。
及びエンドミル状工具を３００００〜５００００ｒｐｍ
で高速回転し、繊維質有機材料を手仕上げの後工程なし
に切削加工し、また、セラミックス等の硬脆性無機材
料、ガラス質無機材料を同様に加工面精度よく能率的に
切削加工することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明において使
用する切削加工装置の概念図、図２は空気静圧スピンド
ルの構造を示す図である。超高速切削加工装置１はＣＮ
Ｃ装置１１で制御される３軸スライド機構（Ｚ軸スライ
ド１２、Ｘ軸スライド１５、Ｙ軸スライド１６）からな
っている。Ｚ軸スライド１２は工作物１４に対して上下
動するスライドで、これにはエンドミル状工具１４が保
持された空気静圧スピンドル１３が取付けられており、
テーブル１８上にセットされた工作物１７を切削加工す
る。もちろん、３軸以上の移動方向を持つテーブル構成
としてもよい。空気静圧スピンドル１３は、図２に示す
ように、ハウジング２０内にＡＣモータ２２が一体に結
合された超高速回転主軸２１が空気静圧のスラスト軸受
２３及びラジアル軸受２４で支持され、ＡＣモータ２２
で最高１０数万ｒｐｍで駆動可能であり、主軸の先端部
にはコレットチャック等の工具保持具２５で工具１４が
保持されている。スラスト軸受２３、ラジアル軸受２４
は、１／１００ｍｍ程度の空隙に６ｋｇ／cm2 程度の空
気圧が常時供給・排気され、そのためモータ２２と主軸
２１はハウジング２０内で完全に浮いた状態で支持され
ている。このような空気静圧スピンドルは、摩擦抵抗が
小さいため、低電力で優れた高速回転性を持つととも
に、空気圧で周囲を拘束されているため動的剛性が高
く、高硬度材の切削に十分耐えられる特徴を有してお
り、切削の衝撃力を吸収し、高い回転精度（振れ精度
０．５μｍ）が得られる。このように回転精度が高いた
め、刃先に振動的力が働かないため、工具寿命を極めて
長くできるとともに、加工面の精度が格段に向上する。
なお、主軸材料としては、発熱による変形を抑えるため
低熱膨張材料であるインバー等が使用され、また、ハウ
ジング内面には焼付きを防止するため固体潤滑性の高い
材料が使用される。
て、図面を参照して説明する。図１は本発明において使
用する切削加工装置の概念図、図２は空気静圧スピンド
ルの構造を示す図である。超高速切削加工装置１はＣＮ
Ｃ装置１１で制御される３軸スライド機構（Ｚ軸スライ
ド１２、Ｘ軸スライド１５、Ｙ軸スライド１６）からな
っている。Ｚ軸スライド１２は工作物１４に対して上下
動するスライドで、これにはエンドミル状工具１４が保
持された空気静圧スピンドル１３が取付けられており、
テーブル１８上にセットされた工作物１７を切削加工す
る。もちろん、３軸以上の移動方向を持つテーブル構成
としてもよい。空気静圧スピンドル１３は、図２に示す
ように、ハウジング２０内にＡＣモータ２２が一体に結
合された超高速回転主軸２１が空気静圧のスラスト軸受
２３及びラジアル軸受２４で支持され、ＡＣモータ２２
で最高１０数万ｒｐｍで駆動可能であり、主軸の先端部
にはコレットチャック等の工具保持具２５で工具１４が
保持されている。スラスト軸受２３、ラジアル軸受２４
は、１／１００ｍｍ程度の空隙に６ｋｇ／cm2 程度の空
気圧が常時供給・排気され、そのためモータ２２と主軸
２１はハウジング２０内で完全に浮いた状態で支持され
ている。このような空気静圧スピンドルは、摩擦抵抗が
小さいため、低電力で優れた高速回転性を持つととも
に、空気圧で周囲を拘束されているため動的剛性が高
く、高硬度材の切削に十分耐えられる特徴を有してお
り、切削の衝撃力を吸収し、高い回転精度（振れ精度
０．５μｍ）が得られる。このように回転精度が高いた
め、刃先に振動的力が働かないため、工具寿命を極めて
長くできるとともに、加工面の精度が格段に向上する。
なお、主軸材料としては、発熱による変形を抑えるため
低熱膨張材料であるインバー等が使用され、また、ハウ
ジング内面には焼付きを防止するため固体潤滑性の高い
材料が使用される。
【０００６】本発明で使用するエンドミル状工具は、工
具寿命の低下を防止し、加工面の精度を高めるため、工
具の振れ（主軸回転中心からの偏心）を５μｍ以内に抑
えるようにし、工具材料としては、繊維質有機材料のよ
うな軟性材料の場合には超硬合金、立方晶窒化ホウ素、
ダイヤモンド等が使用され、セラミックスのような硬脆
性無機材料やガラス質無機材料の場合にはダイヤモンド
が使用される。
具寿命の低下を防止し、加工面の精度を高めるため、工
具の振れ（主軸回転中心からの偏心）を５μｍ以内に抑
えるようにし、工具材料としては、繊維質有機材料のよ
うな軟性材料の場合には超硬合金、立方晶窒化ホウ素、
ダイヤモンド等が使用され、セラミックスのような硬脆
性無機材料やガラス質無機材料の場合にはダイヤモンド
が使用される。
【０００７】ところで、エンドミル状工具による切削抵
抗は、軸方向（深さ方向）の切り込みの増大とともに急
激に増大し、一刃送り量（Ｓｚ）に対しては比較的鈍感
である。一刃送り量Ｓｚは次式のように表される。 Ｓｚ＝Ｆ／ＳＮ（ｍｍ／刃） Ｆ：エンドミル状工具の切削送り速度（ｍｍ／分） Ｓ：エンドミル状工具の回転数（ｒｐｍ） Ｎ：エンドミル状工具の刃数 したがって、切削加工能率を上げるには、軸方向の切り
込みを抑えて一刃送り量を増やすようにすればよい。
抗は、軸方向（深さ方向）の切り込みの増大とともに急
激に増大し、一刃送り量（Ｓｚ）に対しては比較的鈍感
である。一刃送り量Ｓｚは次式のように表される。 Ｓｚ＝Ｆ／ＳＮ（ｍｍ／刃） Ｆ：エンドミル状工具の切削送り速度（ｍｍ／分） Ｓ：エンドミル状工具の回転数（ｒｐｍ） Ｎ：エンドミル状工具の刃数 したがって、切削加工能率を上げるには、軸方向の切り
込みを抑えて一刃送り量を増やすようにすればよい。
【０００８】木質材料、建築用複合材料、複合材料、プ
ラスチックス、繊維強化プラスチックス等の繊維質有機
材料のような軟性材料の場合には、なるべく高速回転さ
せるとともに、切削送り速度を大きくし、一刃送り量Ｓ
ｚを０．１ｍｍ／分以上として切削することが望まし
い。
ラスチックス、繊維強化プラスチックス等の繊維質有機
材料のような軟性材料の場合には、なるべく高速回転さ
せるとともに、切削送り速度を大きくし、一刃送り量Ｓ
ｚを０．１ｍｍ／分以上として切削することが望まし
い。
【０００９】また、セラミックス等の硬脆性無機材料や
ガラス質無機材料の場合には、高速回転させ、切削送り
速度は小さくして一刃送り量Ｓｚを３μｍ以下になるよ
うにする必要がある。
ガラス質無機材料の場合には、高速回転させ、切削送り
速度は小さくして一刃送り量Ｓｚを３μｍ以下になるよ
うにする必要がある。
【００１０】このように切削送り速度（Ｆ）を上げても
回転数Ｓを高くすることにより、一刃送り量Ｓｚを所定
値に保つことが可能であり、図１のＣＮＣ装置の制御に
より、例えば、軟性材料の場合には高速切削送りで、形
状の崩れや工具等の過熱、過負荷を発生しないような高
能率の切削加工が可能である。
回転数Ｓを高くすることにより、一刃送り量Ｓｚを所定
値に保つことが可能であり、図１のＣＮＣ装置の制御に
より、例えば、軟性材料の場合には高速切削送りで、形
状の崩れや工具等の過熱、過負荷を発生しないような高
能率の切削加工が可能である。
【００１１】なお、いずれの被削材においても工具の周
速（切削速度）があまり大きいと、工具の温度が上昇
し、あまり遅いと刃先に被削材が付着して切削能力が低
下するという問題がある。工具の周速Ｖは次式のように
表される。
速（切削速度）があまり大きいと、工具の温度が上昇
し、あまり遅いと刃先に被削材が付着して切削能力が低
下するという問題がある。工具の周速Ｖは次式のように
表される。
【００１２】Ｖ＝２πｒＳ／１０００（ｍ／分）
ｒ：工具中心軸から被削材までの最大半径（ｍｍ）（図
３参照、ただし、スクウェアエンドミルの場合はｒ＝
Ｒ） したがって、工具直径、被削材の硬度に応じて回転速度
Ｓを適宜設定する必要がある。
３参照、ただし、スクウェアエンドミルの場合はｒ＝
Ｒ） したがって、工具直径、被削材の硬度に応じて回転速度
Ｓを適宜設定する必要がある。
【００１３】
【実施例】被削材を木材とし、加工工具として超硬ボー
ルエンドミルφ２を使用し、工具回転数５００００ｒｐ
ｍ、軸方向切り込み０．５ｍｍ、径方向切り込み０．５
ｍｍ、送り速度１００００ｍｍ／分で切削加工すること
により、良好な加工面を得ることができた。
ルエンドミルφ２を使用し、工具回転数５００００ｒｐ
ｍ、軸方向切り込み０．５ｍｍ、径方向切り込み０．５
ｍｍ、送り速度１００００ｍｍ／分で切削加工すること
により、良好な加工面を得ることができた。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来、繊
維質有機材料の切削加工において必要とされていた加工
面精度をだすための手仕上げの後工程を不要とし、ま
た、セラミックス等の硬脆性無機材料、ガラス質無機材
料を砥石によらず、加工面精度よく能率的に切削加工で
き、しかもベアリング軸受を使用した場合に比して１桁
以上少ない電力での切削加工が可能となる。
維質有機材料の切削加工において必要とされていた加工
面精度をだすための手仕上げの後工程を不要とし、ま
た、セラミックス等の硬脆性無機材料、ガラス質無機材
料を砥石によらず、加工面精度よく能率的に切削加工で
き、しかもベアリング軸受を使用した場合に比して１桁
以上少ない電力での切削加工が可能となる。
【図１】 本発明で使用する超高速切削加工装置の概念
図である。
図である。
【図２】 空気静圧スピンドルの構造を示す図である。
【図３】 エンドミル状工具を説明する図である。
１…超高速切削加工装置、１１…ＣＮＣ装置、１２…Ｚ
軸スライド、１３…空気静圧スピンドル、１４…工具、
１５…Ｘ軸スライド、１６…Ｙ軸スライド、１７…工作
物、１８…テーブル、２０…ハウジング、２１…主軸、
２２…モータ、２３…スラスト軸受、２４…ラジアル軸
受、２５…工具保持具。
軸スライド、１３…空気静圧スピンドル、１４…工具、
１５…Ｘ軸スライド、１６…Ｙ軸スライド、１７…工作
物、１８…テーブル、２０…ハウジング、２１…主軸、
２２…モータ、２３…スラスト軸受、２４…ラジアル軸
受、２５…工具保持具。
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(56)参考文献 特開 昭63−162111（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−25754（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−279401（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−226734（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−155616（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−80801（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23C 1/00 - 3/00
B23B 1/00 - 19/00
Claims (3)
- 【請求項１】 空気静圧軸受によりハウジングに対して
浮いた状態で保持された主軸にエンドミル状工具を取り
付け、モータ駆動で主軸の振れ精度を０．５μｍ以内、
主軸の回転速度を３００００〜５００００ｒｐｍ、一刃
送り量を０．１ｍｍ／刃以上として繊維質有機材料を切
削加工することを特徴とするエンドミル状工具による繊
維質有機材料の切削加工法。 - 【請求項２】 繊維質有機材料は木質材料、建築用複合
材料、複合材料、繊維強化プラスチックスであることを
特徴とする請求項１記載の切削加工法。 - 【請求項３】 エンドミル状工具の主軸回転中心に対す
る振れ量を５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１
または２記載の切削加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32705995A JP3377665B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | エンドミル状工具による繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材料の切削加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32705995A JP3377665B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | エンドミル状工具による繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材料の切削加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09155617A JPH09155617A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3377665B2 true JP3377665B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=18194847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32705995A Expired - Fee Related JP3377665B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | エンドミル状工具による繊維質有機材料、硬脆性無機材料、ガラス質無機材料の切削加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377665B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522030A (ja) * | 1998-11-17 | 2003-07-22 | サーブ アー・ベー | 高速機械加工（ｈｓｍ）によるメタル・マトリックス複合材（ｍｍｃ）の加工方法 |
| JP2005096399A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-04-14 | Tokyo Denki Univ | ボールエンドミル加工方法及びスクエアエンドミル加工方法 |
| JP2005144657A (ja) * | 2003-10-23 | 2005-06-09 | Allied Material Corp | 単結晶ダイヤモンドエンドミルおよび硬脆材料の切削方法 |
| JP2009039810A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Kumamoto Univ | 繊維強化複合材の穴あけ方法 |
| JP6532769B2 (ja) * | 2015-06-22 | 2019-06-19 | 安田工業株式会社 | 工作機械及び工具の振れ修正方法 |
| GB201616955D0 (en) * | 2016-10-06 | 2016-11-23 | University Of Newcastle Upon Tyne | Micro-milling |
| CN111618665B (zh) * | 2020-05-19 | 2022-03-29 | 南方科技大学 | 高效率低损伤加工方法及加工装置 |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32705995A patent/JP3377665B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09155617A (ja) | 1997-06-17 |
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