JP6704204B2 - 切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被削材を切削加工する切削加工方法に関する。

旋回する金属の被削材を旋削工具を用いて削り取ったりする加工は旋削加工、エンドミルやフライスなどを回転させることで被削材を切削したりすることはフライス加工と呼ばれ、金属に対する切削加工の手法として従来から広く採用されている。特にこの切削加工の高効率化を図るべく、切削工具の耐摩耗性や耐欠損性を向上させ長寿命化を実現する様々な技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、工具の本体部に、すくい面と逃げ面とを設け、これらのすくい面及び逃げ面の交差部を切刃部とした切削工具が開示されている。この特許文献１では、すくい面のうち切刃部の近傍領域の最大高さ粗さ（Ｒｚ_Ａ）を０．５μｍ〜１μｍとし、かつ、スキューネス（Ｒｓｋ_Ａ）を負の値とすることで、切削工具の長寿命化が達成できるとしている。

特開２００７−３１３６３６号公報

上述した特許文献１の切削工具では、生じた切屑が切刃部の近傍領域に対して激しく衝突し、切刃部の近傍領域が切屑の流れによって激しくこすられることから、この切刃部の近傍領域の凹凸状態を最適化することで、切刃の温度上昇に伴う耐摩耗性の低下や、被削材の溶着、切刃の欠損や異常摩耗の発生等の突発的な工具損傷を回避している。
しかしながら、被削材には、チタン合金のような硬質な材料が用いられる場合があり、このような被削材の表面には、素材を製造した際に「黒皮」と呼ばれる被削材自体よりもさらに硬質な被膜（酸化膜）が形成されている。被削材の切削においても、素材製造後には、まずこの硬質な黒皮の切削が行われることになり、切削工具の摩耗や欠損を引き起こし、切削工具の寿命を著しく低下させる原因となっていた。

このような黒皮の切削は、特許文献１に開示された切削工具での切削においても発生し、特許文献１の切削工具を用いて切刃部の近傍領域の凹凸状態を最適化できたとしても、切削工具の摩耗や欠損を十分に抑制することはできず、切削工具の寿命が短くなってしまう可能性がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、黒皮を有する被削材を切削する際にも、切削工具の摩耗や欠損を抑制して、切削工具の長寿命化が可能となる切削加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る切削加工方法は、内部に対して硬質な被膜が表面に形成される被削材に対して、前記切削工具を被削材の表面に押し当てて、前記被膜をめくり取るように切削する切削加工方法であって、前記切削工具は、第１切れ刃と第２切れ刃とを有し、前記第１切れ刃と第２切れ刃とは前記切削工具の被削材側に突き出た頂部を境に互いに接し、この頂部でそれぞれの切れ刃が互いに異なる方向に延びるように配備されており、前記被削材を、前記切削工具に対して相対的に、前記仕上げ面に沿った方向へ運動させる第１ステップと、前記設定された第１切れ刃を前記運動する被削材に押し当てる第２ステップと、を備えるものであり、前記第２ステップにおいて、前記第１切れ刃が、前記被膜をめくり取った面として形成される仕上げ面側で前記切削工具による切削が行われている切削領域と交差し、前記第２切れ刃が、前記被膜をめくり取る前の面である前加工面側で切削領域と交差するように前記切削工具を配置し、前記第２ステップよりも前に、前記第１切れ刃を、前記仕上げ面に沿った方向であって前記切削方向と垂直な方向に対して、第２切れ刃にとってすくい角が負となる向きに６０°以上９０°未満の仰角をなす角度に傾けて配置するステップを設けることで、前記第１切れ刃により切り分けられた被削材のうち、切り屑として排出される被削材が、前記第１切れ刃から前加工面の表層に向かう方向に、前記第１切れ刃及び前記第２切れ刃からせん断変形されるように、且つ前記被膜と切削工具との接触を回避するように、切削することを特徴とする。

なお、好ましくは、前記第１切れ刃が仕上げ面側で切削領域と交差する状況においては、前記第１切れ刃の一部が仕上げ面側に切り込まれていて、前記第２切れ刃が前加工面側で切削領域と交差する状況においては、第２切れ刃の一部が被削材に切り込まれていて、これら切り込まれた部分で切削が行われている、とよい。

本発明による切削加工方法によれば、黒皮を有する被削材などを切削する際にも、切削工具の摩耗や欠損を抑制して、切削工具の長寿命化が可能となる。

本発明の切削加工方法を旋削加工に適用した例であり、本方法を用いて黒皮を旋削している状況を模式的に示した斜視図である。 本発明の切削加工方法を旋削加工に適用した例であり、本方法を用いて黒皮を旋削している状況を模式的に示した正面図である。 本発明の切削加工方法を旋削加工に適用した例であり、本方法を用いて黒皮を旋削している状況を模式的に示した側面図である。 被削材に対する切削工具の接触状態を示した図である。 切削工具の先端部の様子を拡大して示した図である。 本発明の切削加工方法をフライス加工に用いた例を示した図である。 従来の切削加工方法を用いて黒皮を旋削（切削）している状況を模式的に示した正面図である。 従来の切削加工方法を用いて黒皮を旋削（切削）している状況を模式的に示した側面図である。 従来の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した斜視図である。 従来の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した上面図である。 従来の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した正面図である。 本発明の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した斜視図である。 本発明の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した上面図である。 本発明の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した正面図である。 変形例の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した斜視図である。 変形例の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した上面図である。 変形例の切削加工方法で被削材Ｗを切削加工する切削工具によって、せん断変形がどの方向に加わるかを示した正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の構成をその具体例のみに限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態の開示内容のみに限定されるものではない。
まず、本発明の切削加工方法の説明に先立って、従来の切削加工方法について説明する。
［従来の切削方法］
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、従来の切削加工方法は、第１切れ刃１０１及び第２切れ刃１０２を有する工具インサートと言われる切削工具１００を、この切削工具１００に対して相対移動する被削材Ｗに押し当てて（切り込んで）、被削材Ｗの表面を切削加工（旋削加工）するものとなっている。

例えば、従来の切削加工方法の例として旋削加工を挙げれば、長尺円柱状の被削材Ｗが水平方向に軸心を向けるように旋盤などの旋削加工機に取り付けられ、回転する被削材Ｗに切削工具１００を押し当てることで切削（旋削）が行われる。
この被削材Ｗは、鋼やアルミ、チタンのような金属材であり、この被削材Ｗの外周面には、図６Ａ，図６Ｂ中にグレーで示すような黒皮（酸化膜）が形成されている。この黒皮は内部の金属より一般に硬質となっている。

旋盤のような切削加工機においては、回転する被削材Ｗに対して、切削工具１００（工具インサート）を用いて切削が行われる。具体的には、この切削工具１００は、旋回する被削材Ｗに対して近接・離反自在とされており、切削工具１００の表面に形成された切れ刃（旋削刃）を被削材Ｗに接触させて切削加工が可能とされている。
この従来の切削加工方法で切削に用いられる切削工具１００は、表面に被削材Ｗを切削加工する切れ刃を備えたものであり、本実施形態ではそれぞれ平坦な６つの平面で囲まれた略直方体の外観、より正確には厚みのある板状の外観を備えたものが用いられている。そして、この切削工具１００を形成する６つの平面のうち、隣り合う平面同士の間に形成される稜部に被削材Ｗを切削加工する切れ刃（切削刃）がそれぞれ形成されている。

図６Ａに示すように、切削中の切削工具１００において、被削材Ｗの仕上げ面に対面する稜部（図６Ａの場合であれば、切削工具１００の上側に位置する稜部）に形成された切れ刃が第１切れ刃１０１（前切刃）である。また、切削中の工具インサート１００において、被削材Ｗの前加工面に対面する稜部（図６Ａの場合であれば、切削工具１００の右側に位置する稜部）に形成された切れ刃が第２切れ刃１０２（横切刃）である。これら２つの切れ刃１０１、１０２は、切削工具１００の一つの頂部（被削材Ｗ側に最も突き出た頂部）を境に互いに接しており、この頂部でそれぞれ切れ刃が互いに直交するように配備されている。

また、上述した切削工具１００の２つの切れ刃１０１、１０２は、実際には次のような取り付け姿勢で被削材Ｗに押し当てられる。
すなわち、従来の切削加工方法に用いられる切削工具１００は、この切削工具１００の８つの頂点のうち、１つの頂点を被削材Ｗ側に向かって突き出すような姿勢で切削加工機の刃物台などに固定状態で取り付けられている。それゆえ、切削加工機の刃物台を被削材Ｗの長手方向に移動させれば、刃物台に取り付けられた切削工具１００が被削材Ｗの表面に沿って移動し、旋回する被削材Ｗの表面に対して切削を行うことができ、被削材Ｗを切削工具１００に対して相対的に、所望の仕上げ面に沿った方向へ切削運動させることが可能となる。なお、この切削工具１００を装着した刃物台の移動方向は、被削材Ｗの回転軸心に平行または直交する方向となっており、被削材Ｗの外周面または端面（言い換えれば、仕上げ面）に沿って切削工具１００を移動させてこれらの表面の切削を可能としている。

なお、実際に切削工具１００を移動させる際には、仕上げ面に対して切削工具１の移動方向が１０°〜２０°傾く場合もあるが、このような傾斜角がある場合も本発明では「仕上げ面に沿って移動させる」に含めるものとする。
さらに詳しくは、上述した第１切れ刃１０１は、図６Ａに示すように、被削材Ｗの外周面に対して、刃先の方向が傾斜角ｊだけ傾斜する、言い換えれば送り方向に対して傾斜角ｊだけ傾斜するように取り付けられており、仕上げ面側で切削領域と交差するようになっている。この傾斜角ｊは、目的や被削材Ｗの種類、切削条件などによって異なり、通常は０°より大きい角度とされている。このように第１切れ刃１０１を傾斜角ｊで取り付ければ、切削後の被削材Ｗの表面に第１切れ刃１０１が接触することを防止することが可能となる。なお、ワイパー工具を用いる場合や、フラットバイトでのアルミ等のダイヤモンド切削の場合には、０°より小さい角度（負の角度）になることもある。

また、第１切れ刃１０１を送り方向に対して傾斜角ｊだけ傾斜させると、第１切れ刃１０１に対して略直交する第２切れ刃１０２も、法線方向から送り方向側に向かって少し傾斜した方向を向くようになり、前加工面側で切削領域と交差するようになる。
さらに、被削材Ｗを水平方向に沿って側方から見た場合には、図６Ｂに示すように、第１切れ刃１０１の刃先は被削材Ｗの回転軸心と重なり合う位置に設けられ、回転軸心に対して第１切れ刃１０１が傾斜しないように切削工具１００は取り付けられている。言い換えれば、切削工具１００の上面と被削材Ｗの回転軸心とはほぼ平行とされ、仮に傾いたとしても５°〜２０°程度の角度とされている（傾斜角ｉ＝０°〜２０°）
上述した傾き（傾斜角ｉ、傾斜角ｊ）を維持するように切削工具１００を刃物台などに取り付けた上で、被削材Ｗの切削を行う。すなわち、被削材Ｗを、当該被削材Ｗの内部を貫通する回転軸心を中心に回転させる（第１ステップ）。そして、切削工具１００を旋回する被削材Ｗに対して近接させ、所定の切り込み量だけ切り込むようにする。この切り込みによる切削は主として第２切れ刃１０２で行われる。その後、切削工具１００を被削材Ｗの回転軸心に沿って移動させることで、被削材Ｗの外周面の切削が行われる。このとき、切削工具１００の第２切れ刃１０２が、黒皮及び黒皮が形成された部分を含めてやや内側の被削材Ｗを削り取り、図６Ｂに示すように切屑が連続して排出され、被削材Ｗの表面が連続して切削される。

ところで、上述した従来の切削加工方法の場合、被削材Ｗの表層に対して第１切れ刃１０１がまず切り込みを入れ、次に第１切れ刃１０１に対して直交するように取り付けられた第２切れ刃１０２が黒皮ごと被削材Ｗの表層を切削する。このとき、硬質の黒皮を切断する第２切れ刃１０２が激しく摩耗し、結果として切削工具１００の刃先が短時間で摩耗し、切削工具１００の寿命を短くしてしまうという問題を生じさせる。
［本実施形態の切削方法］
そこで、本発明の切削加工方法では、第１切れ刃２を回転する被削材Ｗに当接させる際に、この第１切れ刃２を、切削方向（相対的な切削運動の方向）となす角度が小さくなるように傾けて配置する。このように第１切れ刃２を傾けて配置すれば、切れ刃から被削材Ｗの表面に貫けるせん断変形の方向（せん断方向）が従来の切削方法と異なったものとなり、切れ刃が硬質の黒皮を切断せずに被削材Ｗを切削することが可能となって、切削工具１００の寿命を延ばすことが可能となる。

具体的には、本発明の切削加工方法におけるせん断変形の方向は、以下に示すようなものとなっている。
まず、比較のために。従来の切削加工方法におけるせん断変形の方向を図を用いて説明する。
図７Ａ〜図７Ｃは、従来の切削加工方法で、被削材Ｗを切削加工した場合に、切れ刃から被削材Ｗの表面に貫けるせん断変形の方向がどのようになるかを示したものである。図７Ａに示すように、従来の切削加工方法で、切削工具１００を被削材Ｗの表面に押し付けると、第１切れ刃１０２が仕上げ面１０６側で切削領域と交差すると共に、第２切れ刃１０３が前加工面１０７側で切削領域と交差し、被削材Ｗの切削が行われる。このとき、第１切れ刃１０２及び第２切れ刃１０３から被削材Ｗの内部を貫通して被削材Ｗの表面に貫ける方向にせん断変形が発生する。

この切削に伴って被削材Ｗに加わるせん断変形の方向は、図７Ｂのように旋削工具１００の切り込み方向から（仕上げ面１０６に対して法線方向から）見ると、切削方向に沿って前加工面１０７から離間するものとなっている。また、図７Ｃのように旋削工具１００の切削方向から見ると、仕上げ面１０６から離間する方向となっている。
つまり、従来の切削加工方法で、被削材Ｗに加わるせん断変形は、仕上げ面１０６からも前加工面１０７からも離間するように作用する。それ故、第１切れ刃１０２で切削された被削材Ｗは、切削後の被削材Ｗから離れるように連続して分離し、分離した被削材Ｗが切り屑となって排出される。

ところが、本発明の切削加工方法で、被削材Ｗを切削加工した場合には、切れ刃から被削材Ｗの表面に貫けるせん断変形の方向は全く異なったものとなる。
つまり、図８Ａに示すように、本発明の切削加工方法で、切削工具１を被削材Ｗの表面に押し付けると、従来の切削加工方法と同様に第１切れ刃２が仕上げ面６側で切削領域と交差すると共に、第２切れ刃３が前加工面７側で切削領域と交差し、被削材Ｗの切削が行われる。なお、本発明の切削加工方法で用いられる第１切れ刃２と第２切れ刃３とは、直線状の２つの切れ刃が異なる場所に区別可能な状態で存在する場合だけでなく、同じ刃の一部を第１切れ刃２、他の部分を第２切れ刃３とする場合も含んでいる。例えば一つの円弧で切れ刃が構成されるロータリー刃の場合に、切れ刃の一部を第１切れ刃２、切れ刃の他の部分を第２切れ刃３としても良い。

なお、この「第１切れ刃２が仕上げ面６側で切削領域と交差する」とは、第１切れ刃２の一部が仕上げ面６に切り込まれていて、この切り込まれた部分で切削が行われているという意味である。また、「第２切れ刃３が前加工面７側で切削領域と交差する」とは、第２切れ刃３の一部が前加工面７に切り込まれていて、この切り込まれた部分で切削が行われるという意味である。

ここで、本発明の切削加工方法では、第１切れ刃２は切削方向（相対的な切削運動の方向）となす角度が小さくなるように傾いて取り付けられている。そのため、図８Ｂに示すように、切削工具１の切り込み方向から（仕上げ面６に対して法線方向から）見ると、図７Ｂの場合とは異なり、本発明の切削加工方法では、切削方向に沿って前加工面７側に近接する向きにせん断変形が発生する。なお、図８Ｃのように切削工具１００の切削方向から見た場合には、図７Ｃの場合と同様に仕上げ面６側から離れる向きにせん断変形が発生する。

つまり、本発明の切削加工方法は、被削材Ｗに加わるせん断変形を、切込み方向から見て、前加工面７から離れる方向から前加工面７に近づく方向に変更したものとなっており、そのため切削後の被削材Ｗが切りくずとなって前加工面７から分離することがなくなり、被削材Ｗの前加工面側につながったまま成長するようになる。その結果、表面の黒皮を切断する必要がなくなり、切削工具１の刃先の摩耗が抑制され、切削工具１の長寿命化が可能となる。

以下、本発明の切削加工方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
なお、本発明の切削加工方法の実施形態についての説明については、従来の切削加工方法と重複する箇所があるが、これらの箇所については省略せずに説明することとする。
図１は、本実施形態の切削加工方法を模式的に示したものである。図１に示すように、本実施形態の切削加工方法は、従来の切削加工方法と同様に第１切れ刃２及び第２切れ刃３を有する切削工具１を、切削工具１に対して相対移動する被削材Ｗに押し当てて（切り込んで）、被削材Ｗの表面を切削加工するものとなっている。具体的には、この切削加工方法は、切削工具に対して相対的に、所望の仕上げ面に沿った方向へ切削運動させる第１ステップと、切削工具の第１切れ刃を相対的な切削運動の方向（切削方向）となす角度が小さくなるように傾けて配置し、当該配置された第１切れ刃を切削運動する被削材に当接させる第２ステップで構成されている。この「相対的な切削運動の方向（切削方向）となす角度が小さくなる」とは、切削運動の方向となす角度の絶対値が小さくなるという意味であり、第２切れ刃にとって、すくい角（横すくい角などと呼ばれる）が負になり、逃げ角（横逃げ角などと呼ばれる）が大きくなる側に傾斜することを示している。

なお、以降に示す本実施形態の切削加工方法は、例えば、長尺円柱状の被削材Ｗが水平方向に軸心を向けるように旋盤などの旋削加工機に取り付けられ、切削工具１（旋削工具）を用いて旋削するものを例に挙げる。
この被削材Ｗは、鋼やアルミ、チタンのような金属材であり、この被削材Ｗの外周面には、図１〜図４中にグレーで示すように従来の被削材Ｗと同様に内部の金属より硬質な黒皮（酸化膜）が形成されている。

旋盤のような旋削加工機（切削加工機）においては、回転する被削材Ｗに対して、切削工具１により切削が行われる。具体的には、この切削工具１は、旋回する被削材Ｗに対して近接・離反自在とされており、切削工具１の表面に形成された切れ刃（切削刃）を被削材Ｗに接触させて切削加工が可能とされている。
本実施形態の切削加工方法で切削に用いられる切削工具１も、従来の切削加工方法と同様にそれぞれ平坦な６つの平面で囲まれた略直方体の外観、より正確には厚みのある板状の外観を備えている。そして、この切削工具１を形成する６つの平面のうち、隣り合う平面同士の間に形成される稜部に被削材Ｗを切削加工する切れ刃（切削刃）がそれぞれ形成されている。

なお、実際の切削工具１には、図３の逃げ面４のように、逃げ角を小さくするために面取り部分の小さな面が追加されることが多い。このように、本発明の切削工具１には、６つの平面で囲まれたものだけでなく、これ以外のさまざまな形状のものを用いることもできる。
図２Ａに示すように、切削中の切削工具１において、図面の上側に位置する稜部に形成された切れ刃が第１切れ刃２（前切刃）である。

また、切削中の切削工具１において、図面の右側に位置する稜部に形成された切れ刃が第２切れ刃３（横切刃）である。これら２つの切れ刃２、３は、切削工具１の一つの頂部（被削材Ｗ側に最も突き出た頂部）を境に互いに接しており、それぞれが互いに直交するように配備されている。なお、本実施形態の第１切れ刃２と第２切れ刃３とは切削工具１の頂部を境に接しているが、両切れ刃２、３の間に微小円弧（ノーズRなどと呼ばれるもの）や微小直線の切れ刃を持つものが存在するような切削工具１、言い換えれば前切れ刃と横切れ刃の間に各種微小切れ刃が存在するような切削工具１を用いる場合に対しても、本発明の切削加工方法は適用することができる。

上述した切削工具１の２つの切れ刃２、３は、従来とは異なる取り付け姿勢で被削材Ｗに押し当てられており、この切削工具１の形状または取り付け姿勢の違いが本発明の特徴の一つとなっている。
すなわち、本実施形態の切削加工方法に用いられる切削工具１も、この切削工具１の８つの頂点のうち、１つの頂点を被削材Ｗ側に向かって突き出すような姿勢で切削加工機の刃物台などに固定状態で取り付けられている。それゆえ、切削加工機の刃物台を被削材Ｗの長手方向に移動させれば、刃物台に取り付けられた切削工具１が被削材Ｗの表面に沿って移動し、旋回する被削材Ｗの表面に対して切削を行うことができる。

なお、この切削工具１を装着した刃物台の移動方向は、被削材Ｗの回転軸心に平行または直交する方向となっており、被削材Ｗの外周面または端面に沿って切削工具１を移動させてこれらの表面の切削を可能としている。また、刃物台の移動方向としては、回転軸心に平行または直交する方向ではなく、これらの中間となる斜め方向に移動させて円錐面を加工しても良く、曲線送りで曲面加工しても良い。いずれもの場合にも、前加工面に概ね沿って移動させて皮をめくるように加工する。本発明の切削加工方法は主に素材の１次加工に利用されるため、単純形状の円筒面または端面を加工対象とすることが多い。

さらに詳しくは、上述した第１切れ刃２は、図２Ａに示すように、被削材Ｗの外周面に対して、刃先の方向が傾斜角ｊだけ傾斜する、言い換えれば送り方向に対して傾斜角ｊだけ傾斜するように取り付けられている。本実施形態の場合にも、被削材Ｗの外周面に対する第１切れ刃２の傾斜角ｊは、従来の切削加工方法と同じ程度となっている。
さらに、被削材Ｗを水平方向に沿って側方から見た場合には、図２Ｂに示すように、第１切れ刃２の刃先は、回転軸心に沿った切削工具の送り方向とは逆の方向に向かって、回転軸心に対して６０°以上９０°未満の仰角をなす角度に傾けて配置されている。言い換えれば、第１切れ刃２の刃先は、図２Ｂ中において左側の端部（送り方向とは反対側の端部）を被削材Ｗの旋回方向とは反対側に向って傾けるように傾斜している。

上述した傾き（傾斜角ｉ、傾斜角ｊ）を維持するように切削工具１を刃物台などに取り付けた上で、被削材Ｗの切削を行う。すなわち、被削材Ｗを、切削工具１に対して相対的に、所望の仕上げ面６に沿った方向へ切削運動させる、具体的には被削材Ｗの内部を貫通する回転軸心を中心に被削材Ｗを回転させる（第１ステップ）。そして、切削工具１を旋回する被削材Ｗに対して近接させ、所定の切り込み量だけ食い込ませる。

そうすると、本発明の切削加工方法では、上述したように被削材Ｗに加わるせん断変形は、切込み方向から見て、前加工面７の側に近づく方向を向くため、切りくずが前加工面７から分離することなく、被削材につながったまま成長する。その結果、表面の黒皮を切断する必要がなくなり、黒皮に工具（切れ刃３）が接触することがなくなる。つまり、図４に示すように、第１切れ刃２で切り取られた表層の被削材Ｗが、傾斜したすくい面５によって連続して前加工面の表層に向かってせん断され、ちょうどバリが成長するように表層の被削材Ｗが黒皮ごとはぎ取られる（めくり取られる）ように塑性変形するため、硬質の黒皮が第２切れ刃３で切断されることがなくなり、切り屑が分離して流出することもなくなる。それゆえ、本発明の切削加工方法では、黒皮を有する被削材Ｗを切削する際にも、切削工具１の摩耗や欠損を抑制して、切削工具１の長寿命化が可能となるのである。つまり、本発明の切削加工方法は、表層の被削材Ｗを黒皮ごと皮を剥くように切削加工するものとなっており、この点から「皮むき切削」と呼ぶこともできる。

また、本発明の切削工具１は、仕上げ面６側で切削領域と交差する第１切れ刃２と、前加工面７側で切削領域と交差する第２切れ刃３とを有する切削工具１であって、第１切れ刃２により切り分けられた被削材Ｗのうち、切り屑として排出される被削材Ｗが、第１切れ刃２から前加工面７の表層に向かう方向に、第１切れ刃２及び第２切れ刃３からせん断変形が生じるように、第１切れ刃２及び第２切れ刃３が設定されていることを特徴とするものである。

なお、図３に示すように、切削工具１に設けられる第２切れ刃３については、逃げ面４が形成されているのが好ましい。具体的には、切削工具１の第２切れ刃３は、すくい面５と逃げ面４との２つの表面の間に形成される。このすくい面５は、刃先に対して被削材Ｗの旋回方向の反対側に位置する切削工具１の表面であり、また逃げ面４は、刃先に対してすくい面５の反対側に位置する切削工具１の表面である。そして、第２切れ刃３の形状をこのような逃げ面４が設けられたものとすれば、チッピングなどの工具の欠損が抑制され、切削工具１の寿命をさらに延長することが可能となる。

ところで、上述した切り屑を連続的に分離して出さない本発明の切削加工方法（皮むき切削）を、従来の切り屑を排出する切削加工方法と複合的に組み合わせて行うこともできる。この複合的な切削加工方法（複合プロセス）を本発明の切削加工方法の変形例として以降に説明する。
例えば、図９Ａに示すように、切削方向に面する表面に第１すくい面９と第２すくい面１０とのような２つのすくい面が設けられたような切削工具１を考える。これらの第１すくい面９と第２すくい面１０は互いに隣接状態で形成されており、これら２つのすくい面９、１０の境界には第３切れ刃８が形成されている。そして、これら２つのすくい面９、１０のうち、第２すくい面１０は切削方向と垂直な方向に対して６０°以上９０°未満の仰角をなす角度に傾けて配置されるが、第１すくい面９は６０°未満の仰角をなす角度に傾けて配置される。すなわち、第１すくい面９は、従来からのすくい面の性状を有し、第２すくい面１０は、本願発明のすくい面の性状を有するものとなっている。

このような変形例の切削加工方法では、第２すくい面１０によるせん断方向は切込み方向から見て前加工面７の側に近づく方向を向くが、第１すくい面９のせん断方向は切込み方向から見て前加工面７から遠ざかる方向を向く。そのため、第３切り刃８より内側（前加工面側）では切り屑が分離して発生しないが、第３切り刃８より外側（前加工面とは反対側）では切り屑が分離して発生する。

上述した変形例（複合プロセス）の切削加工方法にすると、従来の切削加工方法に比べて切削抵抗やエネルギが低いため、切削抵抗、切削エネルギの低減、びびり振動の抑制などが可能となる。また、この変形例の切削加工方法は、上述した切削加工方法（皮むき切削）だけでは送り量が小さい場合に、送り量を上げてより高能率加工を行いたい場合に、好ましく用いられる。例えば、変形例の複合工具を用いて、黒皮の影響がなくなる程度の送り量以上の幅は皮むき切削せず（第３切れ刃を、その送り量に相当する切込み位置より上側で、切込み方向と平行にすればよい）、通常の切削の割合が増えるだけにしておけば、必要以上に皮むき切削を行わないため、望ましい。

ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、上述した実施形態は略円筒状の被削材Ｗの外周面を旋削加工するものであったが、本発明の旋削加工方法は、被削材Ｗの端面を旋削加工する場合にも適用することができる。
また、上述した実施形態では、切削工具の形状として略直方体の外観のものを例に挙げたが、本発明の切削工具は、刃先が鋭利に尖ったポジ形状や三角形状、ひし形、あるいは刃先にノーズＲと呼ばれる微小な円弧を持つ形状など様々な形状のものを用いることができる。

なお、上述した実施形態では旋盤加工を例に挙げて本発明の旋削加工方法を説明したが、本発明の切削加工方法は、図５に示すようなフライス工具やエンドミルのような工具、フライス盤に取り付けられるその他の工具など、あるいは平削りや形削りに用いられる様々な切削工具にも適用可能である。
特に、本発明の切削加工方法（皮むき切削）では、せん断方向が前加工面側を向くような極端な傾斜切削を行うため、切削エネルギが増大する傾向がある。これを避けるには、本発明の切削工具１としてロータリー工具に用いるとよい。例えば、図５に示す概ね直方体形状の工具インサートを円板状でその中心軸回りに回転自在な従動ロータリー工具とした場合には、自然に、工具インサートと切りくず間で、切れ刃稜線方向の切削抵抗がなくなるように、工具が回転する。従って、切れ刃に対して相対的に垂直な方向に切りくずが流出することとなり、相対的には傾斜切削ではなくなる（それぞれの切削工具に着目すれば極端な傾斜切削だが、相対的な切削方向は切れ刃に垂直になる）。ただし、正確には、インサートの回転軸受に摩擦力が発生するため、それを相殺するように、切りくず流出が若干切れ刃に垂直ではなくなり、その切りくずから受ける摩擦力の切れ刃方向分力によって軸受を駆動することとなる。従って、若干の傾斜度は残るが、大きくはないため、従来の切削方法に比べて切削エネルギをほとんど増大することがなく、本発明を有効に実現できる。

１ 工具インサート（切削工具）
２ 第１切れ刃
３ 第２切れ刃
４ 第２切れ刃の逃げ面
５ すくい面
６ 仕上げ面
７ 前加工面
８ 第３切れ刃
９ 第１すくい面
１０ 第２すくい面
１００ 従来の工具インサート（従来の切削工具）
１０１ 従来の工具インサートの第１切れ刃
１０２ 従来の工具インサートの第２切れ刃
１０６ 従来の切削加工方法における仕上げ面
１０７ 従来の切削加工方法における前加工面
Ｗ 被削材

Claims (2)

1. 内部に対して硬質な被膜が表面に形成される被削材に対して、切削工具を被削材の表面に押し当てて、バリが成長するように被削材の被膜を含む表層をめくり取る切削を行う切削加工方法であって、
   前記切削工具は、第１切れ刃と第２切れ刃とを有し、前記第１切れ刃と前記第２切れ刃とは前記切削工具の被削材側に突き出た頂部を境に互いに接し、この頂部でそれぞれの切れ刃が互いに異なる方向に延びるように配備されており、
   被削材を、前記切削工具に対して相対的に、仕上げ面に沿った方向へ運動させる第１ステップと、前記第１切れ刃を運動する被削材に押し当てる第２ステップと、を備えるものであり、
   前記第２ステップにおいて、前記第１切れ刃が、前記被膜をめくり取った面として形成される仕上げ面側であって前記切削工具による切削が行われている切削領域と交差し、前記第２切れ刃が、前記被膜をめくり取る前の面である前加工面側で切削領域と交差するように前記切削工具を配置し、前記仕上げ面側で切削領域と交差する前記第１切れ刃および前記前加工面側で切削領域と交差する前記第２切れ刃はそれぞれ直線状であり、
   前記第２ステップよりも前に、前記第１切れ刃を、前記仕上げ面に沿った方向であって切削方向と垂直な方向に対して、前記第２切れ刃にとってすくい角が負となる向きに６０°以上９０°未満の仰角をなす角度に傾けて配置するステップを設けることで、
   前記第１切れ刃により切り分けられた被削材のうち、切り屑として排出される被削材が、前記第１切れ刃から前加工面の表層に向かう方向に、前記第１切れ刃及び前記第２切れ刃からせん断変形されるように、且つ前記被膜と前記切削工具との接触を回避するように、切削することを特徴とする切削加工方法。
2. 前記第１切れ刃が仕上げ面側で切削領域と交差する状況においては、前記第１切れ刃の一部が仕上げ面側に切り込まれていて、
   前記第２切れ刃が前加工面側で切削領域と交差する状況においては、前記第２切れ刃の一部が前加工面側に切り込まれていて、これら切り込まれた部分で切削が行われている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工方法。