JP3748096B2

JP3748096B2 - 切削加工方法

Info

Publication number: JP3748096B2
Application number: JP06712699A
Authority: JP
Inventors: 良彦山田; 尚大谷
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP2000263308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドミルを用いて、エンドミル軸線と直交する方向に対して傾斜した加工面を加工する切削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にエンドミルなどの切削工具を用いて金型などの形彫り加工を行う場合、図３に示すような荒加工を行い、続いて図４に示すような仕上げ加工が行われて工作物１０５を所望の形状に加工している。
図３に示す荒加工では、ある程度形状が整えば形状精度はあまり問題ではないので、加工時間を短縮するために大径のボールエンドミル１００を使用し、取り代ｔも大きく設定して加工を行う。
【０００３】
そして、図４に示す仕上げ加工では、加工面の最小Ｒ形状に一致する小径のボールエンドミル１００を使用して荒加工よりも取り代ｔを小さくして加工を行っている。そして、一般的には荒加工の取り代ｔは１ｍｍ以上であり、仕上げ加工の取り代ｔは０．１ｍｍ程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
荒加工の場合、大径のボールエンドミル１００を使用するために工具剛性が高く、変形し難い。また図３に示すように、取り代ｔの形状により軸線１０３と直交する水平方向の切削抵抗はほとんどなく、軸線１０３と平行な（Ｚ方向）上向きの切削抵抗が大きい。これに対して仕上げ加工の場合は、一般に取り代が０．１ｍｍ程度と小さいので図４に示すように、ボールエンドミル１００の先端１０２の一部分しか工作物１０５と接触しておらず、合成された切削抵抗は図４に示すように軸線１０３に対して傾斜した方向に作用する。
【０００５】
このように、図４に示すような取り代ｔの仕上げ加工の場合は、ボールエンドミル１００の先端１０２の一部分しか工作物１０５と接触しておらず、ボールエンドミル１００の先端１０２は変位自由な状態で切削送りが行われ、軸線１０３と平行な方向（Ｘ方向）の剛性は直交する方向（Ｚ方向）の剛性に比べて非常に弱いので、工具１００が切削抵抗によりＸ方向（図４の左右方向）に撓み易く、工具１００の振動が発生するという問題がある。
【０００６】
工具１００に振動が発生すると加工面にうねりが発生し加工精度が悪化する。さらに振動が大きい場合は、正常に加工を行うことすらできなくなる。よって、仕上げ加工の場合は荒加工に比べて工具１００が振動しない程度まで十分に加工能率、つまり工具１００の回転速度Ｓおよび送り速度Ｆを落として加工を行う必要がある。特に工具ホルダ１０１からの突き出し量Ｌと工具直径Ｄの比であるＬ／Ｄが大きい、細長い工具の場合は、この振動の問題は顕著である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、エンドミルを用いて前記エンドミルの軸線と直交する方向に対して傾斜した加工面を加工する切削加工方法において、前記工作物の取り代を、少なくとも前記エンドミル軸線と直交しかつ前記加工面と対向する方向において前記エンドミル軸線に対して対称になるように設定し、前記エンドミルが受ける切削抵抗を前記エンドミル軸線と平行な上向きに作用させることを特徴とするものである。
【０００８】
また、具体的には前記取り代ｔを、エンドミルの先端半径Ｒおよび加工面の、エンドミルの軸線と直交する方向に対する傾斜角度θを用いてｔ=２Ｒsinθに設定することを特徴とするものである。また、前記取り代を最終仕上げ加工時に残すように、前記最終仕上げ加工に先立って行われる前工程の加工を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、本細書中においては特にことわりのない限り、取り代とは切削工具の軸線と直交しかつ加工面に対向する方向での肉厚を表わすものとする。よって、図面においては紙面の左右方向であるＸ方向での肉厚を取り代ｔと定義する。
【００１０】
図１は本発明による切削加工方法を用いて図４に示すようなポケット形状を仕上げ加工する加工状態を現しており、一部分を拡大表示したものである。
図１において、１はボールエンドミルであり、傾斜角度つまり、ボールエンドミル１の軸線２と直交する方向であるＸ方向との成す角度が６０°である工作物の加工面５に最終の仕上げ加工を施すものとする。この最終の仕上げ加工における取り代ｔは、ボールエンドミル１の軸線２と直交し、かつ加工面５と対向する方向であるＸ方向（図１の左右方向）において軸線２に対して左右対称になるように設定する。
【００１１】
これにより、ボールエンドミル１の先端３の円弧部分が取り代ｔの部分と接触している長さが、ボールエンドミル１の軸線２と直交し、かつ加工面５と対向する方向であるＸ方向においてボールエンドミル１の軸線２を中心として左右で等しくなる。よって、ボールエンドミル１が受ける切削抵抗の内、Ｘ方向に作用する成分は軸線２を中心として左右で対称となって打ち消し合うので、ボールエンドミル１が受ける切削抵抗はほぼ先端中心４を通り、軸線２と平行な上向き（Ｚ方向）に作用すると考えられる。ボールエンドミル１の軸線２と平行な方向での剛性は、軸線２と直交する方向の剛性よりも非常に強いので、加工能率を上げて加工を行ってもボールエンドミル１には振動が発生し難い。
【００１２】
次に取り代ｔの具体的な設定方法について図２に基づいて説明する。
取り代ｔをボールエンドミル１の軸線２と直交し、かつ加工面５と対向する方向においてボールエンドミル１の軸線２に対して対称にするためには、図２に示すような幾何学的な関係を利用する。
つまり、加工面５のボールエンドミル１の軸線２と直交する方向であるＸ方向との成す角度である傾斜角度をθ、ボールエンドミル１の先端３の半径をＲとした場合、ボールエンドミル１の軸線２から先端３が加工面５に接触する点までのＸ方向での距離は図２に示すように、Ｒｓｉｎθとなるので、ボールエンドミル１の軸線２と直交し、かつ加工面５と対向する方向であるＸ方向において取り代ｔを軸線２に対して対称とするためには、
ｔ＝２Ｒｓｉｎθ ・・・式１
で算出される値を取り代ｔとすればよい。
【００１３】
そして、ＣＡＭなどによりボールエンドミル１のツールパスを作成する時点で、上記式１を用いてボールエンドミル１の先端３の半径Ｒ及び加工面５の傾斜角度θから、ｔ＝２Ｒｓｉｎθを計算し、最終の仕上げ加工時にボールエンドミル１の軸線２と直交し、かつ加工面５と対向する方向において、ボールエンドミル１の軸線２対して左右対称な取り代ｔが残こるように最終の仕上げ加工の前工程の加工である荒加工時のツールパスを作成し、このツールパスにて荒加工を行う。
【００１４】
そして、加工面５に対する荒加工および最終の仕上げ加工は、等高線モードにより加工を行う。図４に示すようなポケット形状の仕上げ加工を等高線モードで行うには、所定量だけＺ方向に切り込みを与えた状態でＺ方向への移動を停止し、この状態でＸ−Ｙ平面内を所望の加工面５に沿ってボールエンドミル１を周回（図２に示す状態からのボールエンドミル１の送り方向は紙面に垂直方向である）させ、ボールエンドミル１が１周回して元の位置に戻ったら再びＺ方向に所定量だけ切り込みを与え、加工面５に沿って再び１周回させる。以下、これを繰り返すことで全ての加工を行う。
【００１５】
ここで、本発明の効果を確認するために行った、同一の工作物および工具を用いて、従来の取り代ｔ＝０．１ｍｍとして加工を行った場合と、本発明によるｔ＝２Ｒｓｉｎθで算出される取り代で加工を行った場合との加工能率の比較実験の結果を示す。
実験は、先端半径Ｒ＝１ｍｍのボールエンドミルを使用し、工具ホルダからの突き出し量Ｌ＝２０ｍｍの状態で行った。この場合、Ｌ／Ｄ＝１０となる。
【００１６】
この結果、従来の取り代ｔ＝０．１ｍｍの場合、加工の支障になるような振動が発生しない加工条件は、
回転速度Ｓ＝１００００ｍｉｎ^−１、送り速度Ｆ＝５００ｍｍ／ｍｉｎとなり、本発明の取り代ｔ＝２Ｒｓｉｎθの場合は、
回転速度Ｓ＝４００００ｍｉｎ^−１、送り速度Ｆ＝５０００ｍｍ／ｍｉｎとなった。
この結果より、本発明の取り代ｔ＝２Ｒｓｉｎθの加工は、従来の取り代ｔ＝０．１ｍｍの加工に比べて１０倍の加工能率を有しているということが確認された。
【００１７】
なお、上記した本発明の実施の形態では、等高線モードによって加工を行うようにしてたが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査線モードによって加工を行うようにしてもよい。
また、上記した本発明の実施の形態では、切削工具としてボールエンドミルを使用するにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、切削工具として、外周および端面に切刃を有するラジアスエンドミルを使用するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
上述したように請求項１の発明によれば、エンドミルが受ける切削抵抗は、ほぼエンドミル先端中心を通り、エンドミル軸線と平行な上向きに作用するので、エンドミルには振動が発生し難く、加工能率を上げても高精度な加工を行うことができる。
【００１９】
また、請求項２の発明によれば、取り代ｔを算出するのにエンドミルの先端半径Ｒとエンドミルの軸線と直交する方向に対する加工面の傾斜角度θという２つの情報のみでよいので、取り代ｔの算出が容易にできる。また、取り代ｔはエンドミルの先端半径Ｒが同一ならば加工面の傾斜角度θだけで算出することができるので、１つの加工形状において加工面の傾斜角度θが変化するような複雑な形状の加工面でも取り代ｔを容易に算出することができる。
【００２０】
また、請求項３の発明によれば、最終の仕上げ加工において振動が発生し難いので最終の仕上げ加工に要する加工時間を短縮することができる。また、最終の仕上げ加工の取り代が従来よりも大きくなるので必然的にその前工程の加工での取り代を少なくすることができ、最終の仕上げ加工まで含めた全体の加工に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における最終の仕上げ加工の状態を現す図である。
【図２】取り代ｔ＝２Ｒｓｉｎθを説明する図１の一部拡大図である。
【図３】従来の荒加工の状態を現す図である。
【図４】従来の仕上げ最終の加工の状態を現す図である。
【符号の説明】
１ボールエンドミル
２ボールエンドミルの軸線
３ボールエンドミルの先端
４ボールエンドミル先端の中心
５加工面
ｔ取り代
Ｒボールエンドミルの先端半径
θ 加工面の傾斜角度

Claims

エンドミルを用いて前記エンドミルの軸線と直交する方向に対して傾斜した加工面を加工する切削加工方法において、前記工作物の取り代を、少なくとも前記エンドミル軸線と直交しかつ前記加工面と対向する方向において前記エンドミル軸線に対して対称になるように設定し、前記エンドミルが受ける切削抵抗を前記エンドミル軸線と平行な上向きに作用させることを特徴とする切削加工方法。
前記取り代ｔを、前記エンドミルの先端半径Ｒおよび前記加工面の、前記エンドミルの軸線と直交する方向に対する傾斜角度θを用いてｔ=２Ｒsinθに設定することを特徴とする請求項１に記載の切削加工方法。
前記取り代を最終仕上げ加工時に残すように、前記最終仕上げ加工に先立って行われる前工程の加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削加工方法。