JP6953545B2 - エンドミル仕様設定方法、加工条件設定方法および加工方法 - Google Patents
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Description
・軸方向切り込みを大きくかけるため大きな振動が発生する
・突出し長さが長い工具は減衰性が低いため、安定領域が狭く不安定となる
・剛性が弱いので0.1mm以上倒れてしまうため送りが速くできない
i)RdがDaの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6 < Smax、
ii)RdがDaの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3 < Smax、
となるようにω1及び/又はNを設定する。
そこで、
i)RdがDaの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6 < Smax
ii)RdがDaの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3 < Smax
となるようにω1及び/又はNを設定することとした。
これにより、主軸の最大回転数Smaxに近い主軸回転数まで増大することができ、高速で安定的な切削加工を行うことができる。
例えば、エンドミルの突出し量を大きくして固有振動数ω1を小さくし、刃数Nを増大することによって第1安定回転数を小さくし、第1安定回転数よりも大きな回転数とされた安定領域を広く使えるようにする。
ii)の場合には、径方向切込み量がi)に比べて小さいので、側面加工、特にエンドミルの軸方向に深い切込みでの1回の仕上げ加工に適している。
そこで、
i)RdがDaの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6以上かつSmax以下
ii)RdがDaの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3以上かつSmax以下
となるように主軸の回転数を設定することとした。
これにより、第1安定回転数よりも大きい回転数で加工することができ、高速で安定的な切削加工を行うことができる。
ii)の場合には、径方向切込み量がi)に比べて小さいので、側面加工、特にエンドミルの軸方向に深い切込みでの1回の仕上げ加工に適している。
そこで、ω’の隣り合う安定回転数の間の不安定領域となり得る中央値は、ω’×60/N/(m−0.5)で表すことができる。この中央値を避けるように主軸の回転数を設定することで、より安定した加工を行うことができる。
例えば、底面仕上げの場合には、軸方向切込み量は1mm以下、1刃あたり送り量は0.1mm/tooth以下とされる。側面仕上げの場合には、1刃あたり送り量は0.03以上0.05mm/toothとされ、軸方向切込み量はエンドミルの突出し量に相当する長さだけとされる。このため、種々の深さの加工に対して1つの工具で対応することができる。
なお、上記の切込み量や送り量は、例示であり、シミュレーションや加工テストから得ることができる。
エンドミル10の一端は、チャック等の固定具を用いて主軸5に対して取り付けられている。主軸5は、図示しない工作機械の回転軸に接続されており、制御部から指示される所定の回転数で回転する。主軸5の最大回転数Smaxは、工作機械の容量によって決まるが、例えば10000以上40000(rpm)以下とされる。
エンドミル10は、主としてアルミ合金の加工に用いられ、例えば厚さが100mm以上500mm以下とされた部材のポケット加工等に用いられる。具体的な加工対象としては、例えば航空機構造部品(キールビームや主翼のセンタービーム等)が挙げられる。エンドミル10の外径Daに対する突出し長さLの比であるL/Daは、5以上とされる。
Sn=ω1×60/N/n [rpm] ・・・(1)
ω1はエンドミル10の先端の固有振動数、Nは刃数、nは自然数である。固有振動数ω1は、例えば主軸5に取り付けられたエンドミル10に対してタッピングを行うことによって得ることができ、最も大きな振動ピークを示す振動数である。
L/Daが5以上となるエンドミル10では、突出し長さLが長いため固有振動数ω1が小さくなり安定ポケットSPが現れる主軸回転数が小さくなる。このため、高速回転での切削加工が困難となる。また、安定ポケットSPの回転数幅が小さくなるため、回転数調整が困難となる。また、固有振動数ω1が小さいほど安定ポケットSPは固有振動数ω1に近くなるため、強制振動が発生しやすい。
このとき、ω’×60/N/(m−0.5)
を避けた回転数となるように主軸5の回転数を設定する。これにより、隣り合う安定ポケット間の中央回転数を避けることができる。
次に、上述した考え方に基づいて用いられるエンドミル仕様設定方法について説明する。なお、Smaxは主軸5の最大回転数である。
i)径方向切込み量Rdが外径Daの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6 < Smax
ii)径方向切込み量Rdが外径Daの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3 < Smax
となるようにω1及び/又はNを設定する。
例えば、エンドミルの突出し量を大きくして固有振動数ω1を小さくし、刃数Nを増大することによって第1安定回転数S1を小さくし、第1安定回転数S1よりも大きな回転数とされた第1高速安定ポケットSP1’を広く使えるようにする。
ii)の場合には、径方向切込み量Rdがi)に比べて小さいので、側面加工、特にエンドミルの軸方向に深い切込みでの1回の仕上げ加工に適している。
次に、上述した考え方に基づいて用いられる加工条件設定方法について説明する。なお、Smaxは主軸5の最大回転数である。
i)径方向切込み量Rdが外径Daの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6以上かつSmax以下
ii)径方向切込み量Rdが外径Daの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3以上かつSmax以下
となるように主軸5の回転数を設定する。
ii)の場合には、径方向切込み量Rdがi)に比べて小さいので、側面加工、特にエンドミルの軸方向に深い切込みでの1回の仕上げ加工に適している。
エンドミル10の先端における振動が最大となる固有振動数ω1よりも高い周波数で、ω1から独立した振動のピークを有し、振動のピーク値がω1のピーク値の1/10以上とされた固有振動数をω’としたとき、
主軸5の回転数は、
ω’×60/N/(m−0.5)
を避けた回転数(mは自然数)とされている。
そこで、ω’の隣り合う安定回転数の間の不安定領域となり得る中央値は、ω’×60/N/(m−0.5)で表すことができる。この中央値を避けるように主軸5の回転数を設定することで、より安定した加工を行うことができる。
次に、上述した考え方に基づいて用いられる加工方法について説明する。加工方法としては、上述した加工条件設定方法の条件の下でエンドミル10を用いて切削加工を行う。このとき、上述したエンドミル仕様設定方法に基づいて得られたエンドミル10が用いられる。これにより、高速で安定した加工を行うことができる。
なお、上記の切込み量や送り量は、例示であり、シミュレーションや加工テストから得ることができる。
10 エンドミル
14 シャフト
15 刃
Da (エンドミルの)外径
L (エンドミルの)突出し長さ
Smax (主軸の)最大回転数
Rd 径方向切込み量
ω1 (エンドミル先端の)固有振動数
S1 第1安定回転数
S1’ 第1高速安定回転数
SP,SP1,SP2,SP3 安定ポケット
SP1’ 第1高速安定ポケット
SP2’ 第2高速安定ポケット
Claims (6)
- エンドミルが取り付けられる主軸の1分間あたりの最大回転数をSmax、
前記エンドミルの刃数をN、
前記エンドミルの外径をDa、
前記エンドミルの先端における振動が最大となる固有振動数をω1、
前記エンドミルの径方向切込み量をRdとしたとき、
i)RdがDaの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6 < Smax
ii)RdがDaの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3 < Smax
となるようにω1及び/又はNを設定するエンドミル仕様設定方法。 - 前記i)の場合には底面加工とし、
前記ii)の場合には側面加工とする請求項1に記載のエンドミル仕様設定方法。 - エンドミルが取り付けられる主軸の1分間あたりの最大回転数をSmax、
前記エンドミルの刃数をN、
前記エンドミルの外径をDa、
前記エンドミルの先端における振動が最大となる固有振動数をω1、
前記エンドミルの径方向切込み量をRdとしたとき、
i)RdがDaの4%以上の場合には、
ω1×60/N×6以上かつSmax以下
ii)RdがDaの4%未満の場合には、
ω1×60/N×3以上かつSmax以下
となるように前記主軸の回転数を設定する加工条件設定方法。 - 前記i)の場合には底面加工とし、
前記ii)の場合には側面加工とする請求項3に記載の加工条件設定方法。 - 前記エンドミルの先端における振動が最大となる前記固有振動数であるω1よりも高い周波数で、ω1から独立した振動のピークを有し、振動のピーク値がω1のピーク値の1/10以上とされた固有振動数をω’としたとき、
前記主軸の回転数は、
ω’×60/N/(m−0.5)
を避けた回転数(mは自然数)とされている請求項3又は4に記載の加工条件設定方法。 - 請求項3から5のいずれかに記載の加工条件設定方法を用い、被加工物の切削加工を行う加工方法。
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