JP6929626B2 - 耐熱合金の切削加工条件設定方法及び耐熱合金の切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具を用いて耐熱合金を切削するときの切削加工条件を設定する耐熱合金の切削加工条件設定方法及び耐熱合金の切削加工方法に関するものである。

従来、切削時の発熱を放熱及び冷却すべく、円筒形の外周部に設けられる複数の直ぐ刃またはねじれ刃と、それぞれの刃に設けられる筋溝と、空気または冷却液を刃面に流通させる貫通孔と、を備え、カッターの刃数とカッターの直径との比を少なくとも０．７５：１とするカッターが知られている（例えば、特許文献１参照）。このカッターは、刃の切削速度を少なくとも毎秒４００刃としている。

米国特許出願公開第２００４／０２５８４９６号明細書

ところで、切削加工の加工対象としては、例えば、チタン合金等の耐熱合金がある。チタン合金は、熱伝導率が低いことから、切削加工により発生する切削熱を蓄え易い。また、チタン合金は、ヤング率が高いため切削抵抗が大きいことから、切削熱が発生し易い。このため、チタン合金を切削する場合、通常、切削加工の加工速度を低速とすることで、切削熱の発生を抑制している。この場合、加工速度の低速化に伴って加工能率が低下するが、加工能率の低下を抑制すべく、１刃あたりの切削量を増やしている。

加工速度が低速で１刃あたりの切削量が多い切削加工に用いられる切削工具、及び切削工具が装着される加工装置は大型のものとなる。このため、加工対象が小さい部品に対しては、切削加工を行うことが困難となり、大きな部品が切削加工の加工対象となることから、汎用性が低いものとなってしまう。このため、加工対象に応じて切削工具も多様なものが必要となり、また、大きな部品の固定も行う必要があることから、装置も大型化する。

そこで、本発明は、耐熱合金に対する切削加工の加工能率の低下を抑制しつつ、汎用性の高い耐熱合金の切削加工条件設定方法及び耐熱合金の切削加工方法を提供することを課題とする。

本発明の耐熱合金の切削加工条件設定方法は、主軸に装着される切削工具を用いて耐熱合金を切削するときの切削加工条件を設定する耐熱合金の切削加工条件設定方法において、前記切削工具は、前記主軸に装着される軸方向に長いシャフトと、前記シャフトの外周に設けられる複数枚の刃と、を有し、前記切削加工条件は、前記切削工具の径方向における径方向切込み量を含み、複数枚の前記刃のうち、１枚の前記刃が常に前記耐熱合金に接する前記径方向切込み量を、最小径方向切込み量とし、複数枚の前記刃のうち、３枚以上の前記刃が前記耐熱合金に接しない前記径方向切込み量を、最大径方向切込み量とすると、前記切削工具の前記径方向切込み量は、前記最小径方向切込み量よりも大きく、前記最大径方向切込み量よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、切削工具の複数枚の刃のうち、少なくとも１枚の刃を耐熱合金に常に当てた状態で、切削工具による耐熱合金の切削加工を行うことができる。このため、切削工具の刃が耐熱合金から離れることにより発生する切削工具の振動を抑制することができる。また、切削工具の複数枚の刃のうち、３枚以上の刃が耐熱合金に接しない状態で、切削工具による耐熱合金の切削加工を行うことができる。このため、切削工具の刃が耐熱合金に３枚以上接触することにより発生する切削工具のびびり振動を抑制することができる。以上から、切削工具の振動を抑制することにより、切削工具による切削量を多くすることができるため、耐熱合金に対する切削加工の加工能率の低下を抑制することができる。また、切削工具による切削量を多くできることから、小型の切削工具でも、加工能率を低下させることなく、十分に切削加工を行うことができるため、小さな部品に対しても加工を行うことが可能となり、汎用性を高いものとすることができる。さらに、切削工具の振動が抑制されることで、切削工具の刃の摩耗を抑制でき、切削工具の寿命を長いものとすることができる。そして、小型の切削工具による径方向切込み量は、小さいものとなることから、１刃あたりの切削熱の発生を抑制できるため、刃数を多くして、一回転における切込み数を多くすると共に、切削工具の回転数を上げることで、切削加工の加工能率を向上させることができる。

また、前記切削加工条件は、前記切削工具が、前記径方向切込み量を一定にして、前記耐熱合金を切削する条件を含むが好ましい。

この構成によれば、切削工具による径方向切込み量を一定にすることで、安定した切削加工を行うことができる。

また、前記主軸からの前記切削工具の突出し長さをＬとし、前記切削工具の工具径をＤとすると、前記切削加工条件は、Ｌ／Ｄが、３．５以上となる条件を含むことが好ましい。

この構成によれば、切削工具の突出し長さを長いものとすることができるため、主軸に固定された切削工具の剛性を低くできることから、切削工具の固有振動数を低いものとすることができる。このとき、切削工具の固有振動数が、使用可能な主軸の回転数に近づくと、切削工具の切削量が増大することから、切削加工の加工能率をさらに向上させることができる。なお、Ｌ／Ｄは、３．５以上あればよく、より好ましいＬ／Ｄは、４．５以上であり、最適のＬ／Ｄは、５である。また、切削工具の刃数をＮとすると、Ｌ／ＤとＮとからなる切削加工条件である（Ｌ／Ｄ）×Ｎは、Ｌ／Ｄが３．５〜５の場合、４０以上１２０以下が好ましく、Ｌ／Ｄが５より大きい場合、９０以上であることが好ましい。また、工具径Ｄは、例えば、２０ｍｍであり、突出し長さＬは、例えば、７０ｍｍである。

また、前記切削工具の固有振動数を含むパラメータに基づいて、所定の算出式から、前記主軸の安定回転数を算出し、算出した前記安定回転数を含むパラメータに基づいて、所定の算出式から、前記切削工具の切削速度を算出し、算出した前記切削速度をＶｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］とすると、前記切削加工条件は、１００［ｍ／ｍｉｎ］＜Ｖｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］＜３００［ｍ／ｍｉｎ］を満たす前記切削工具が選定される条件を含むことが好ましい。

この構成によれば、主軸を安定回転数で回転させつつ、適切な切削速度で、切削工具により耐熱合金を切削加工することができる。

また、前記安定回転数は、複数算出され、複数の前記安定回転数に応じて、複数の前記切削速度が算出され、複数の前記切削速度のうち、１００［ｍ／ｍｉｎ］＜Ｖｃｎ＜３００［ｍ／ｍｉｎ］を満たす最も速い前記切削速度が選定され、前記切削加工条件は、選定された前記切削速度に対応する前記安定回転数を、前記主軸の主軸回転数として設定する条件を含むことが好ましい。

この構成によれば、主軸を安定回転数で回転させつつ、より速い切削速度で、切削工具により耐熱合金を切削加工することができることから、切削加工の加工能率の向上を図ることができる。

また、前記切削加工条件は、前記切削工具の一刃あたりの送り量を含み、前記切削工具の一刃あたりの送り量は、切り取り厚さと切削幅とを乗算した一刃あたりの切削断面積、及び前記切削工具の軸方向に対する倒れ量に基づいて設定されることが好ましい。

この構成によれば、切削工具の一刃あたりの送り量を適切なものとすることができるため、切削加工を適切に行うことができる。

また、前記切り取り厚さ及び前記倒れ量の少なくとも一方が、予め設定されたしきい値以上となる場合、前記切削工具の一刃あたりの前記送り量は、前回設定された前記送り量に比して小さくなるように再設定されることが好ましい。

この構成によれば、切削工具の一刃あたりの送り量が適切でない場合、送り量を再設定することで、適切な送り量を設定することができる。

本発明の他の耐熱合金の切削加工条件設定方法は、主軸に装着される切削工具を用いて耐熱合金を切削するときの切削加工条件を設定する耐熱合金の切削加工条件設定方法において、前記主軸からの前記切削工具の突出し長さをＬとし、前記切削工具の工具径をＤとすると、前記切削加工条件は、Ｌ／Ｄが、３．５以上となる条件を含むことを特徴とする。

この構成によれば、切削工具の突出し長さを長いものとすることができるため、主軸に固定された切削工具の剛性を低くできることから、切削工具の固有振動数を低いものとすることができる。このとき、切削工具の固有振動数が、主軸の回転数に近づくと、切削工具の切削量が増大することから、切削加工の加工能率を向上させることができる。

本発明の耐熱合金の切削加工方法は、上記の耐熱合金の切削加工条件設定方法により設定された前記切削加工条件に基づいて、前記切削工具を用いて前記耐熱合金を切削することを特徴とする。

この構成によれば、小型の切削工具でも、切削加工の加工能率を低下させることなく、十分に耐熱合金を切削加工を行うことができるため、小さな部品に対しても加工を行うことができる。このため、耐熱合金に対する切削加工の加工能率の低下を抑制しつつ、汎用性を高いものとすることができる。

図１は、本実施形態に係る切削工具に関する模式図である。 図２は、本実施形態に係る切削加工条件設定方法に関するフローチャートである。 図３は、切削工具の径方向切込み量に関する説明図である。 図４は、切削工具の一刃あたりの送り量に関する説明図である。 図５は、主軸回転数に応じて変化する軸方向切込み量に関する一例のグラフである。 図６は、主軸回転数に応じて変化する軸方向切込み量に関する一例のグラフである。 図７は、軸方向切込み量に応じた加工時間及び加工能率に関する一例のグラフである。 図８は、軸方向切込み量に応じた除去体積に関する一例のグラフである。 図９は、除去体積に応じて変化する摩耗幅に関する一例のグラフである。 図１０は、加工時間に応じて変化する摩耗幅に関する一例のグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
図１は、本実施形態に係る切削工具に関する模式図である。図２は、本実施形態に係る切削加工条件設定方法に関するフローチャートである。図３は、切削工具の径方向切込み量に関する説明図である。図４は、切削工具の一刃あたりの送り量に関する説明図である。図５は、主軸回転数に応じて変化する軸方向切込み量に関する一例のグラフである。図６は、主軸回転数に応じて変化する軸方向切込み量に関する一例のグラフである。

本実施形態の切削加工条件設定方法及び切削加工方法は、切削加工の加工対象が耐熱合金となっており、耐熱合金としては、例えば、チタン合金、ニッケル基合金等が適用されている。耐熱合金は、熱伝導率が低く、ヤング率が高いことから、本実施形態の切削加工条件設定方法及び切削加工方法では、切削加工による切削熱の発生を抑制しつつ、切削量（耐熱合金の除去体積）が多くなる切削加工条件としている。先ず、切削加工条件設定方法及び切削加工方法の説明に先立ち、切削工具１０について説明する。

切削工具１０は、主軸５に装着される軸方向に長いシャフト１４と、シャフト１４の外周に設けられる複数枚の刃１５とを有する、いわゆるエンドミルである。本実施形態に用いられる切削工具１０は、一刃あたりの切削熱の発生を抑制すべく、一刃あたりの切削量を小さいものとしつつ、切削工具１０の一回転あたり切削量を多くするために、刃数の多いものが用いられている。具体的に、後述する切削加工試験において、切削工具１０は、例えば、シャフト１４の外周に、１５枚の刃１５を設けたものが用いられている。また、切削工具１０は、その外径Ｄが、例えば、２０ｍｍ程度となっている。

この切削工具１０は、その基端部が主軸５に固定され、その先端部が主軸５から突出して装着される。主軸５は、切削加工時において、装着された切削工具１０を所定の回転数（主軸回転数）で回転させている。切削工具１０は、主軸５から先端までの長さが突出し長さＬとなっている。このとき、主軸５の主軸回転数に、主軸５に装着された切削工具１０の固有振動数を近づけるべく、切削工具１０の剛性が低くなるように、切削工具１０の突出し長さＬを長くしている。具体的に、外径Ｄに対する切削工具１０の軸方向における突出し長さＬは、Ｌ／Ｄが３．５以上となるように設定されており、このＬ／Ｄが、切削加工条件の一つとなっている。なお、Ｌ／Ｄは、３．５以上であればよいことから、４．５以上としてもよく、最適なＬ／Ｄは、５となっている。また、切削工具の刃数をＮとすると、Ｌ／ＤとＮとからなる切削加工条件である（Ｌ／Ｄ）×Ｎは、Ｌ／Ｄが３．５〜５の場合、４０以上１２０以下が好ましく、Ｌ／Ｄが５より大きい場合、９０以上であることが好ましい。

次に、図２を参照して、本実施形態の耐熱合金の切削加工条件設定方法について説明する。切削加工条件設定方法は、切削加工条件として、具体的に、使用する切削工具１０、主軸５の主軸回転数、切削工具１０の軸方向切込み量、切削工具１０の径方向切込み量、切削工具１０の一刃あたりの送り量を設定している。

切削加工条件設定方法では、先ず、使用する切削工具１０を選定する（ステップＳ１０）。選定される切削工具１０は、上記のＬ／Ｄ、および刃数Ｎを満たすものとする。次に、選定した切削工具１０を主軸５に装着し、主軸５に装着された切削工具１０に対してタッピング等を行うことにより、切削工具１０の固有振動数ωｆを測定する（ステップＳ１２）。続いて、測定した切削工具１０の固有振動数ωｆを含むパラメータに基づいて、下記する所定の算出式である（１）式から、主軸５の安定回転数Ｓｎを算出する（ステップＳ１４）。

Ｓｎ＝ωｆ×６０÷（Ｎ×ｎ） ・・・（１）
Ｓｎ：安定回転数［ｍｉｎ^−１］（ｎ：１，２，３）
ωｆ：切削工具の固有振動数［Ｈｚ］
Ｎ：刃数
ｎ：１，２，３の自然数

なお、上記の（１）式は、１〜３の自然数となるｎごとに、安定回転数Ｓｎが算出されることから、本実施形態では、３つの安定回転数Ｓｎが算出される。

この後、算出された安定回転数Ｓｎを含むパラメータに基づいて、下記する所定の算出式である（２）式から、切削工具１０の切削速度Ｖｃｎを算出し、算出した切削速度Ｖｃｎが切削加工条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１６）。

Ｖｃｎ＝Ｓｎ×π×Ｄ÷１０００ ・・・（２）
Ｖｃｎ：切削速度［ｍ／ｍｉｎ］（ｎ：１，２，３）
Ｄ：切削工具の外径

なお、上記の（２）式も、（１）式と同様に、１〜３の自然数となるｎごとに、切削速度Ｖｃｎが算出されることから、本実施形態では、３つの切削速度Ｖｃｎが算出される。

ここで、切削加工条件は、使用する切削工具１０として、１００［ｍ／ｍｉｎ］＜Ｖｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］＜３００［ｍ／ｍｉｎ］を満たす条件となっている。このため、ステップＳ１６では、算出された３つの切削速度Ｖｃｎのうち、少なくとも１つの切削速度Ｖｃｎが、上記の切削速度の範囲内であるか否かを判定する。そして、ステップＳ１６において、算出された３つの切削速度Ｖｃｎのいずれも、上記の切削速度の範囲外である場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、再び、ステップＳ１０に移行して、切削工具１０を新たに選定し直す。一方、ステップＳ１６において、算出された３つの切削速度Ｖｃｎのうち、少なくとも１つの切削速度Ｖｃｎが、上記の切削速度Ｖｃｎの範囲内である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、切削速度Ｖｃｎに基づいて主軸５の主軸回転数を設定する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８では、ステップＳ１６において切削加工条件を満たす切削速度Ｖｃｎが一つである場合には、その切削速度Ｖｃｎに対応する安定回転数Ｓｎを、主軸５の主軸回転数として設定する。また、ステップＳ１８では、ステップＳ１６において切削加工条件を満たす切削速度Ｖｃｎが複数ある場合には、複数の切削速度Ｖｃｎのうち、最も速い切削速度Ｖｃｎに対応する安定回転数Ｓｎを、主軸５の主軸回転数として設定する。このように、ステップＳ１８では、切削加工条件の一つである主軸回転数が設定される。

続いて、切削工具１０の突出し長さＬ、刃１５の刃長、及び耐熱合金の加工形状に基づいて、切削加工条件の一つである、切削工具１０の軸方向における切込み量である軸方向切込み量Ａｄを設定する（ステップＳ２０）。

次に、切削加工条件の一つである、切削工具１０の径方向における径方向切込み量Ｒｄを設定する（ステップＳ２２）。切削工具１０の径方向切込み量Ｒｄは、最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎよりも大きく、最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘよりも小さくなるように設定される。

ここで、図３を参照し、最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎ及び最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘについて説明する。最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎ［ｍｍ］は、複数枚の刃１５のうち、１枚の刃１５が常に耐熱合金に接する径方向切込み量となっている。これは、全ての刃１５が耐熱合金に接しない状態とすると、切削工具１０の刃１５が耐熱合金から離れることにより、切削工具１０の振動が発生するからである。最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎは、下記する（３）式によって求められる。なお、切削工具１０の刃１５同士の間の角度をθとすると、角度θは、「θ［ｄｅｇ］＝３６０°／Ｎ（刃数）」で求められる。

Ｒｄ＿ｍｉｎ＝Ｒ−Ｒｃｏｓ（θ／２） ・・・（３）
Ｒｄ＿ｍｉｎ：最小径方向切込み量
Ｒ：切削工具の半径
θ：刃同士の間の角度

また、最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘ［ｍｍ］は、複数枚の刃１５のうち、３枚以上の刃１５が耐熱合金に接しない径方向切込み量となっている。これは、切削工具１０の刃１５が耐熱合金に３枚以上接触すると、切削工具１０のびびり振動が発生するからである。最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘは、下記する（４）式によって求められる。

Ｒｄ＿ｍａｘ＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ ・・・（４）
Ｒｄ＿ｍａｘ：最大径方向切込み量
Ｒ：切削工具の半径
θ：刃同士の間の角度

ステップＳ２２において、切削工具１０の径方向切込み量Ｒｄが最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎよりも大きく、最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘよりも小さくなるように設定されると、切削加工条件の一つである、切削工具１０の一刃あたりの送り量を設定する（ステップＳ２４）。一刃あたりの送り量ｆｚ［ｍｍ／ｔｏｏｔｈ］は、切り取り厚さと切削幅とを乗算した一刃あたりの切削断面積、及び切削工具１０の軸方向に対する倒れ量に基づいて設定される。

ここで、図４に示すように、一刃あたりの送り量ｆｚが設定されると、切り取り厚さｈを、下記する算出式である（５）式に基づいて算出する。また、切削工具１０の倒れ量は、事前の切削加工に関するプロセスシミュレーションによって算出される。

そして、切り取り厚さｈ及び切削工具１０の倒れ量δが算出されると、切り取り厚さｈが、予め設定されたしきい値α（定数）よりも小さいか（ｈ＜α）否かを判定すると共に、倒れ量δが、予め設定されたしきい値β（定数）よりも小さいか（δ＜β）否かを判定する（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ２６において、ｈ＜α及びδ＜βを満たしていない（ステップＳ２６：Ｎｏ）と判定すると、再び、ステップＳ２２に移行して、径方向切込み量Ｒｄを、最小径方向切込み量Ｒｄ＿ｍｉｎから最大径方向切込み量Ｒｄ＿ｍａｘの範囲内で、新たに設定し直す。一方、ステップＳ２６において、ｈ＜α及びδ＜βを満たす（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）と、ステップＳ２２及びステップＳ２４で設定された径方向切込み量Ｒｄ及び送り量ｆｚを、切削加工条件として設定して、切削加工条件の設定を終了する。

次に、図５及び図６を参照して、主軸回転数に応じて変化する軸方向切込み量について説明する。図５及び図６のグラフは、その横軸が主軸回転数Ｓ［ｍｉｎ^−１］となっており、その縦軸が軸方向切込み量Ａｄとなっている。また、図５及び図６において、点線で示すラインＬ１が、本実施形態の切削加工条件設定方法を適用していない、従来のラインとなっている。

ここで、図５に示す実線のラインＬ２は、図２のステップＳ２２からステップＳ２６を経て設定された径方向切込み量Ｒｄを、切削加工条件として適用したときのラインとなっている。図５に示すように、径方向切込み量Ｒｄを設定した本実施形態のラインＬ２は、従来のラインＬ１に比して、軸方向切込み量Ａｄが増加することが、確認された。

また、図６に示す実線のラインＬ３は、図２のステップＳ１０からステップＳ１６を経て選定された切削工具１０を、切削加工条件として適用したときのラインとなっている。図６に示すように、選定された切削工具１０を使用した本実施形態のラインＬ３は、従来のラインＬ１に比して、ラインＬ３の複数の頂部（ピーク）が、主軸５において使用可能な切削速度域に遷移することが、確認された。つまり、ラインＬ３の頂部は、切削工具１０の固有振動数ωｆと、主軸５の主軸回転数Ｓとが共振する部分であり、使用可能な切削速度域に、より高い頂部を遷移させることで、軸方向切込み量Ａｄが多い主軸回転数を選択することが可能となる。

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の耐熱合金の切削加工条件設定方法により設定された切削加工条件に基づいて切削工具１０を用いて耐熱合金を切削したときの加工時間及び除去体積（切削量）について説明する。図７は、軸方向切込み量に応じた加工時間及び加工能率に関する一例のグラフである。図８は、軸方向切込み量に応じた除去体積に関する一例のグラフである。なお、図７及び図８では、切削工具１０として、１５枚の刃１５を有し、外径Ｄが２０ｍｍで、突出し長さＬが８０ｍｍとなるものが用いられている。また、切削工具１０による径方向切込み量Ｒｄは、耐熱合金の切削加工時において一定となっている。

図７は、その横軸が軸方向切込み量Ａｄとなっており、その左側の縦軸が加工時間［Ｈ］となっており、その右側の縦軸が平均ＭＭＣ（加工能率）［ｃｃ／ｍｉｎ］となっている。図７を見ると、軸方向切込み量を大きくすることで、加工能率が向上しており、特に、軸方向切込み量を４５ｍｍよりも大きく７２ｍｍよりも小さくすることで、加工能率が大幅に向上していることが確認された。

図８は、その横軸が軸方向切込み量Ａｄとなっており、その縦軸が除去体積［ｃｃ］となっている。図８を見ると、軸方向切込み量の大きい方が、除去体積が大きくなっており、特に、軸方向切込み量を４５ｍｍよりも大きく７２ｍｍよりも小さくすることで、除去体積が大幅に向上していることが確認された。

そして、図７及び図８から、軸方向切込み量が２０ｍｍ以上である場合、除去体積が６８８３ｃｃとなり、加工時間が１０５ｍｉｎとなり、平均ＭＭＣが６５．６ｃｃ／ｍｉｎとなることが確認された。また、軸方向切込み量が２０ｍｍ未満である場合、除去体積が５０１ｃｃとなり、加工時間が４９ｍｉｎとなり、平均ＭＭＣが１０．２ｃｃ／ｍｉｎとなることが確認された。そして、軸方向切込み量の全体において、除去体積が７３８４ｃｃとなり、加工時間が１５４ｍｉｎとなり、平均ＭＭＣが４７．９ｃｃ／ｍｉｎとなることが確認された。

次に、図９及び図１０を参照して、本実施形態の耐熱合金の切削加工条件設定方法により設定された切削加工条件に基づいて切削工具１０を用いて耐熱合金を切削したときの摩耗について説明する。図９は、除去体積に応じて変化する摩耗幅に関する一例のグラフである。図１０は、加工時間に応じて変化する摩耗幅に関する一例のグラフである。なお、図９及び図１０において使用された切削工具１０は、図７及び図８と同様のものである。

図９は、その横軸が除去体積［ｃｃ］となっており、その左側の縦軸が摩耗幅［ｍｍ］となっている。また、図９において、白抜きの菱形（◇）は、各刃１５の軸方向の先端の刃先における摩耗幅であり、白抜きの四角（□）は、各刃１５の軸方向の中央における摩耗幅であり、白抜きの三角（△）は、各刃１５の軸方向の後端（刃先から７０ｍｍ付近）における摩耗幅である。図９に示すように、切削工具１０の各刃１５は、除去体積が増えるにしたがって、摩耗は進むものの、その摩耗幅は、ほぼ線形に近い状態で遷移していることから、安定した摩耗が確認されると共に、その摩耗幅の変化が小さいことが確認された。

図１０は、その横軸が加工時間［ｍｉｎ］となっており、その左側の縦軸が摩耗幅［ｍｍ］となっている。また、図１０も図９と同様に、白抜きの菱形（◇）は、各刃１５の軸方向の先端の刃先における摩耗幅であり、白抜きの四角（□）は、各刃１５の軸方向の中央における摩耗幅であり、白抜きの三角（△）は、各刃１５の軸方向の後端（刃先から７０ｍｍ付近）における摩耗幅である。図１０に示すように、切削工具１０の各刃１５は、加工時間が増えるにしたがって、摩耗は進むものの、図９と同様に、その摩耗幅は、ほぼ線形に近い状態で遷移していることから、安定した摩耗が確認されると共に、その摩耗幅の変化が小さいことが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、切削工具１０の複数枚の刃１５のうち、少なくとも１枚の刃を耐熱合金に常に当てた状態で、切削工具１０による耐熱合金の切削加工を行うことができる。このため、切削工具１０の刃が耐熱合金から離れることにより発生する切削工具１０の振動を抑制することができる。また、切削工具１０の複数枚の刃１５のうち、３枚以上の刃１５が耐熱合金に接しない状態で、切削工具１０による耐熱合金の切削加工を行うことができる。このため、切削工具１０の刃１５が耐熱合金に３枚以上接触することにより発生する切削工具１０のびびり振動を抑制することができる。よって、切削工具１０の振動を抑制することにより、切削工具１０による切削量（除去体積）を多くすることができるため、耐熱合金に対する切削加工の加工能率の低下を抑制することができる。また、切削工具１０による切削量を多くできることから、小型の切削工具１０でも、加工能率を低下させることなく、十分に切削加工を行うことができるため、小さな部品に対しても加工を行うことが可能となり、汎用性を高いものとすることができる。さらに、切削工具１０の振動が抑制されることで、切削工具１０の刃１５の摩耗を抑制でき、切削工具１０の寿命を長いものとすることができる。そして、小型の切削工具１０による径方向切込み量は、小さいものとなることから、１刃あたりの切削熱の発生を抑制できるため、刃数を多くして、一回転における切込み数を多くすると共に、切削工具１０（主軸５）の回転数を上げることで、切削加工の加工能率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、切削工具１０による径方向切込み量を一定にすることで、安定した切削加工を行うことができる。

また、本実施形態によれば、Ｌ／Ｄを３．５以上とすることで、切削工具１０の突出し長さＬを長いものとすることができるため、主軸５に固定された切削工具１０の剛性を低くできることから、切削工具１０の固有振動数ωｆを低いものとすることができる。このとき、切削工具１０の固有振動数が、使用可能な主軸５の主軸回転数に近づくと、切削工具の切削量が増大することから、切削加工の加工能率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態によれば、主軸５を安定回転数で回転させつつ、適切な切削速度Ｖｃｎで、切削工具１０により耐熱合金を切削加工することができる。このとき、複数の切削速度Ｖｃｎの中から、最も速い切削速度Ｖｃｎに対応する安定回転数を、主軸５の主軸回転数とすることで、切削加工の加工能率の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、切削工具１０の一刃あたりの送り量ｆｚを適切なものとすることができるため、切削加工を適切に行うことができる。

また、本実施形態によれば、切削工具１０の一刃あたりの送り量ｆｚが適切でない場合、送り量ｆｚを再設定できるため、適切な送り量ｆｚを設定することができる。

なお、本実施形態では、適切な切削工具１０を選定すると共に、適切な径方向切込み量Ｒｄを設定したが、いずれか一方の切削加工条件を満たす切削加工条件方法としてもよい。つまり、図２に示すステップＳ１０からステップＳ１６を含む一方で、ステップＳ２２を含まない切削加工条件方法としてもよいし、図２に示すステップＳ１０からステップＳ１６を含まない一方で、ステップＳ２２を含む切削加工条件方法としてもよい。

５ 主軸
１０ 切削工具
１４ シャフト
１５ 刃
Ｄ 外径
Ｌ 突出し長さ
Ａｄ 軸方向切込み量
Ｒｄ 径方向切込み量

Claims (7)

1. 主軸に装着される切削工具を用いて耐熱合金を切削するときの切削加工条件を設定する耐熱合金の切削加工条件設定方法において、
   前記切削工具は、前記主軸に装着される軸方向に長いシャフトと、前記シャフトの外周に設けられる複数枚の刃と、を有する前記耐熱合金を切削するためのエンドミルであり、
   前記切削加工条件は、前記切削工具の径方向における径方向切込み量を含み、
   複数枚の前記刃のうち、１枚の前記刃が常に前記耐熱合金に接する前記径方向切込み量を、最小径方向切込み量とし、
   複数枚の前記刃のうち、３枚以上の前記刃が前記耐熱合金に接しない前記径方向切込み量を、最大径方向切込み量とすると、
   前記切削工具の前記径方向切込み量は、前記最小径方向切込み量よりも大きく、前記最大径方向切込み量よりも小さくなるように設定され、
   前記主軸からの前記切削工具の突出し長さをＬとし、前記切削工具の工具径をＤとし、前記切削工具の刃数をＮとすると、
   前記切削加工条件は、Ｌ／Ｄが、３．５以上となる条件と、（Ｌ／Ｄ）×Ｎが、４０以上１２０以下となる条件と、を含むことを特徴とする耐熱合金の切削加工条件設定方法。
2. 前記切削加工条件は、前記切削工具が、前記径方向切込み量を一定にして、前記耐熱合金を切削する条件を含むことを特徴とする請求項１に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法。
3. 前記切削工具の固有振動数を含むパラメータに基づいて、所定の算出式から、前記主軸の安定回転数を算出し、
   算出した前記安定回転数を含むパラメータに基づいて、所定の算出式から、前記切削工具の切削速度を算出し、
   算出した前記切削速度をＶｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］とすると、
   前記切削加工条件は、１００［ｍ／ｍｉｎ］＜Ｖｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］＜３００［ｍ／ｍｉｎ］を満たす前記切削工具が選定される条件を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法。
4. 前記安定回転数は、複数算出され、
   複数の前記安定回転数に応じて、複数の前記切削速度が算出され、
   複数の前記切削速度のうち、１００［ｍ／ｍｉｎ］＜Ｖｃｎ［ｍ／ｍｉｎ］＜３００［ｍ／ｍｉｎ］を満たす最も速い前記切削速度が選定され、
   前記切削加工条件は、選定された前記切削速度に対応する前記安定回転数を、前記主軸の主軸回転数として設定する条件を含むことを特徴とする請求項３に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法。
5. 前記切削加工条件は、前記切削工具の一刃あたりの送り量を含み、
   前記切削工具の一刃あたりの送り量は、切り取り厚さと切削幅とを乗算した一刃あたりの切削断面積、及び前記切削工具の軸方向に対する倒れ量に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法。
6. 前記切り取り厚さ及び前記倒れ量の少なくとも一方が、予め設定されたしきい値以上となる場合、前記切削工具の一刃あたりの前記送り量は、前回設定された前記送り量に比して小さくなるように再設定されることを特徴とする請求項５に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の耐熱合金の切削加工条件設定方法により設定された前記切削加工条件に基づいて、前記切削工具を用いて前記耐熱合金を切削することを特徴とする耐熱合金の切削加工方法。

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