JPH08141815A - 凹部加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンドミル等の回転工具を用いて工具直径と
略同じ幅寸法の凹部を切削加工できるようにする。 【構成】 回転工具２０を平面視においてａ→ｂ→ｃ→
ｄ→ａ・・・と長円形状の軌跡に沿って送り移動すると
ともに、直線送りされるａ→ｂ、ｃ→ｄでは軸方向先端
側へ移動させて切り込ませ、長円形状のダウン穴（凹
部）３４を切削加工する。回転工具２０の送り方向が円
弧形状に沿って１８０°反転させられるｂ→ｃ、ｄ→ａ
では、軸方向の切込み速度を０とすることにより負荷を
軽減して回転工具２０の撓み変形を緩和し、工具折損等
のトラブルを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凹部加工方法に係り、特
に、回転工具の直径と略同じ幅寸法の凹部を良好に切削
加工する凹部加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被削材の表面に所定形状の凹部、例えば
図１に示すように表面側の第１矩形穴１０と、その第１
矩形穴１０の底部から更に内部へ切削した幅寸法Ｗ１が
比較的小さい第２矩形穴１２とを有する段付穴１４を切
削加工する場合、一般に図９に示す加工方法Ａ，Ｂが用
いられる。加工方法Ａは、図１０の（ａ）に示すよう
に、先ずドリルによって円柱形状のダウン穴１６を切削
加工し、その後スクエアエンドミル，ラジアスエンドミ
ルなどの等高加工工具を用いて等高加工を行い、最終的
に（ｂ）に示すように段付穴１４を切削加工する。等高
加工は、ダウン穴１６内に等高加工工具を所定寸法だけ
挿入して被削材の表面と略平行に切削加工を行うもの
で、挿入寸法を徐々に深くして目的とする段付穴１４を
加工する。等高加工工具は、幅寸法Ｗ１が小さい第２矩
形穴１２を能率良く切削加工できるように、その幅寸法
Ｗ１より少し小さい直径寸法のものが用いられ、ダウン
穴１６の直径は、等高加工工具の直径寸法より少し大き
目で且つ第２矩形穴１２の幅寸法Ｗ１より小さい。加工
方法Ｂは、ドリルの代わりにラジアスエンドミル，ボー
ルエンドミルなどのエンドミル（図９ではラジアスエン
ドミル）を用いてダウン穴１６を切削加工する場合であ
るが、切屑排出などのためにエンドミルをスパイラル状
に旋回させながら切削する必要があり、穴径は工具径の
１．６倍程度となる。穴径を工具径の１．６倍より小さ
くすると、切屑詰まりを生じて工具折損などのトラブル
が生じ易くなる。したがって、ダウン穴１６を切削加工
するエンドミルは、ダウン穴１６の直径の１／２〜２／
３程度の直径寸法で、これをそのまま用いて等高加工を
行うと加工能率が悪いため、等高加工時には加工方法Ａ
と同様に大径の等高加工工具に交換して切削加工を行う
ようにしている。なお、図１の一点鎖線は、第１矩形穴
１０と第２矩形穴１２との境界を表している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の加工方法Ａ，Ｂは、何れもダウン穴の加工時
と等高加工時とで異なる工具が用いられるため、工具交
換に時間が掛かるなど必ずしも加工能率が良くない。こ
れに対し、前記図９の加工方法Ｃに示すように、加工方
法Ａ，Ｂの等高加工で用いる等高加工工具でダウン穴加
工および等高加工を共に行うことが考えられ、例えば図
１１の（ａ）に示すように所定深さのダウン穴１８を加
工した後連続して等高加工を行い、これを繰り返すこと
によって目的とする凹所を切削加工することができる。
しかし、等高加工工具によってダウン穴１８を加工する
場合、前記加工方法Ｂの場合と同様にスパイラル加工し
なければならないため、ダウン穴の径寸法が工具の直径
寸法の１．６倍程度となり、第２矩形穴１２の等高加工
に応じて工具の径寸法を設定すると、ダウン穴１８の径
寸法が幅寸法Ｗ１より大きくなり、図１１の（ｂ）に示
すように第２矩形穴１２を加工する部分にダウン穴を加
工できない。すなわち、加工方法Ｂのように小径のエン
ドミルを用いてダウン穴を加工する場合には、そのエン
ドミルをそのまま用いて等高加工を行い、目的とする段
付穴１４を切削加工することもできるが、工具径が小さ
いため等高加工時の加工能率が悪い一方、等高加工時の
加工能率を優先して大径の工具を用いると、ダウン穴を
加工できなくて加工不能となってしまうことがあるので
ある。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、エンドミル等の回転
工具の直径と略同じ幅寸法の凹部を切削加工できるよう
にすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】かかる目的を達成
するために、第１発明は、外周部および先端部にそれぞ
れ切れ刃を有する回転工具を軸心まわりに回転駆動しな
がら、その軸心と略直角な平面に凹部を切削加工する凹
部加工方法であって、（ａ）前記回転工具を軸方向先端
側へ切込み移動させながら前記平面に沿って略一直線方
向へ送り移動させ、徐々に深くなる直線状の凹溝を切削
加工する直線切削工程と、（ｂ）前記平面に沿った前記
回転工具の送り方向を変化させるとともに、その送り方
向が変化する部分で前記軸方向先端側への切込み速度を
遅くする切込み抑制工程とを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】すなわち、スパイラル状に旋回させて凹部を切
削加工する場合、その凹部の直径は回転工具の径寸法の
１．６倍程度以上となるため、回転工具を平面に沿って
直線送りしながら軸方向先端側へ移動させて切り込むよ
うにしたのであるが、所定の深さ寸法となるまで直線送
りすると、その長さ寸法が長くなってしまうため、送り
方向を変更する必要がある。この送り軌跡は任意に設定
できるが、正方形や楕円形の軌跡で移動させると、従来
のスパイラル加工と同様に凹部の幅寸法が大きくなって
しまうため、回転工具の直径寸法と略同じ幅寸法の凹部
を加工する場合には、一直線上を往復移動させるか、僅
かにずらして長方形，長円形など長手形状の凹部を切削
加工するようにすれば良い。その場合に、直線送り部分
では回転工具は略２次元的に撓み変形するだけである
が、その状態で送り方向を変化させると３次元的に撓み
変形して折損し易くなるのに対し、本発明では送り方向
が変化する部分で軸方向先端側への切込み速度を遅くす
るようにしているため、その分だけ切削抵抗などの工具
負荷が軽減されて撓み変形が緩和され、工具折損などの
トラブルの発生が抑制される。送り方向が変化する時に
は既に撓み変形が緩和されているように、送り方向の変
化部位より所定寸法だけ手前から切込み速度を遅くする
ことになる。平面に沿った方向の送り速度を遅くしても
工具負荷が軽減されるが、送り速度に比較して軸方向先
端側への切込み速度が速いと切屑処理が問題となるた
め、工具負荷を軽減するためには切込み速度を遅くする
ことが有効であり、必要に応じて切込み速度および送り
速度を共に遅くするようにしても良い。なお、このよう
に工具折損などのトラブルの発生が抑制されることか
ら、送り速度や直線送り部分での切込み速度を大きくし
て加工能率を高めることができる。

【０００７】

【第１発明の効果】このように、本発明の凹部加工方法
によれば、回転工具の折損を回避しつつ回転工具の直径
と略同じ幅寸法の凹部を切削加工することができるた
め、大径の回転工具を用いて凹部としてのダウン穴を加
工するとともに、その回転工具をそのまま用いて等高加
工を高い加工能率で行うことができる。

【０００８】

【課題を解決するための第２の手段】第２発明は、上記
第１発明の凹部加工方法において、前記凹部は、平面形
状において幅寸法が前記回転工具の直径より僅かに大き
い長手形状を成すもので、前記直線切削工程は、前記凹
部の長手方向へ前記回転工具を往復移動させるもので、
前記切込み抑制工程は、前記凹部の長手方向両端部で前
記回転工具の送り方向を１８０°変化させるものである
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】すなわち、この第２発明は、幅寸法が回転工具
の直径より僅かに大きい長手形状の凹部を切削加工する
場合で、回転工具を凹部の長手方向へ往復移動させると
ともに、その直線移動時には軸方向先端側へ切り込ませ
る一方、凹部の長手方向両端部では、切込み速度を遅く
しながら回転工具の送り方向を１８０°変化させるので
ある。幅寸法が回転工具の直径より僅かに大きいため、
往復移動時の移動経路は僅かに異なり、回転工具の直径
と同じ幅寸法の凹部を加工する場合のように回転工具の
外周刃が切込み０の状態で凹部の両側内壁面に摺接する
ことがないため、刃欠けや工具折損等が良好に回避され
るとともに摺接抵抗が小さく、直線切削時の工具負荷が
少ない。凹部の長手方向両端部では、例えばコの字形状
の軌跡を描くように略９０°ずつ続けて２回送り方向を
変更したり、Ｕ字形状の軌跡を描くように所定の曲率半
径の円弧に沿って半回転させたりすれば良い。

【００１０】

【第２発明の効果】この第２発明の凹部加工方法におい
ても、回転工具の折損を回避しつつ回転工具の直径より
僅かに大きい幅寸法の凹部が切削加工されるため、大径
の回転工具を用いて凹部としてのダウン穴を加工すると
ともに、その回転工具をそのまま用いて等高加工を高い
加工能率で行うことができる。また、幅寸法が回転工具
の直径より僅かに大きいことから、回転工具を単に往復
移動させるだけの場合に比較して直線切削時の工具負荷
が少なく、送り速度や切込み速度を大きくして加工能率
を高めることができる。

【００１１】

【実施例】以下、前記図１に示す段付穴１４を本発明方
法を用いて切削加工する場合について具体的に説明す
る。図２は本発明方法を好適に実施できる切削加工装置
の一例で、回転工具２０を下向きに把持して軸心まわり
に回転駆動するモータ２２と、そのモータ２２を上下方
向へ駆動するＺ軸移動装置２４と、そのＺ軸移動装置２
４を水平な平面内で２次元移動させるＸ−Ｙ軸移動装置
２６と、段付穴１４を加工すべき被削材２８を位置決め
して固定するワーク載置台３０とを備えており、モータ
２２により回転工具２０を軸心まわりに回転させながら
予め設定されたＮＣプログラムなどに従ってＺ軸移動装
置２４およびＸ−Ｙ軸移動装置２６が制御されることに
より、回転工具２０を３次元的に平行移動させて被削材
２８の平面３２に段付穴１４を切削加工する。回転工具
２０は、外周部および先端部にそれぞれ切れ刃を有する
もので、例えば前記図９の加工方法Ａ，Ｂにおいて等高
加工に使用するラジアスエンドミルやスクエアエンドミ
ルなどのエンドミルが好適に用いられ、第２矩形穴１２
を高い加工能率で等高加工できるように、第２矩形穴１
２の幅寸法Ｗ１より少し小さい直径寸法である。また、
被削材２８は、段付穴１４を加工すべき平面３２が略水
平、すなわちＸ−Ｙ軸平面と平行となる姿勢でワーク載
置台３０に取り付けられており、回転工具２０は平面３
２に対して垂直、すなわち軸心がＺ軸と平行となる姿勢
で把持されている。

【００１２】段付穴１４を加工する際には、図３に示す
ように長円形のダウン穴３４を切削加工しながら等高加
工を行うことにより、第１矩形穴１０を切削加工した後
第２矩形穴１２を連続して切削加工する。図３の（ａ）
は第１矩形穴１０の切削工程で、（ｂ）は第２矩形穴１
２を含めた段付穴１４の切削加工が終了した状態であ
る。ダウン穴３４は、本発明方法に従って切削加工する
凹部に相当するもので、その平面形状は図４に示すよう
に幅寸法Ｗ２が回転工具２０の直径より僅かに大きく且
つ第２矩形穴１２の幅寸法Ｗ１より小さい長手形状で、
本実施例では両端部が半円の長円形状を成している。こ
のダウン穴３４は、回転工具２０の軸心Ｏが図４におい
てａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａ・・・と一定速度で移動するよう
に、前記Ｘ−Ｙ軸移動装置２６を制御するとともに、回
転工具２０が直線送りされるａ→ｂ、ｃ→ｄの工程で、
回転工具２０が軸方向先端側すなわち図２の下方へ一定
速度で切込み移動するように、前記Ｚ軸移動装置２４を
制御することによって切削加工できる。回転工具２０の
送り方向が円弧形状に沿って１８０°反転させられる折
返し部分ｂ→ｃ、ｄ→ａの工程では、切込み速度すなわ
ちＺ軸方向の移動速度は０で、回転工具２０は一定の切
込み深さに維持される。

【００１３】図５は回転工具２０が１往復半させられた
場合の工具先端の移動軌跡を立体的に示す図で、図６は
その１往復半の間のＸ−Ｚ軸方向の移動軌跡を示す図で
ある。この間の切込み深さＤが等高加工を行う１層分の
深さ寸法で、回転工具２０を１往復半させて切込み深さ
Ｄだけ切り込む毎に、その切込み深さＤで、すなわちＺ
軸方向位置を変更することなく、Ｘ−Ｙ方向へ所定の軌
跡で送り移動させて等高加工を行い、矩形穴１０，１２
を切削加工する。すなわち、切込み深さＤのダウン穴３
４を切削加工するダウン穴加工工程と、その切込み深さ
Ｄで等高加工を行う等高加工工程とを交互に繰り返し行
って段付穴１４を切削加工するのであり、ダウン穴加工
工程のうち上記ａ→ｂ、ｃ→ｄの直線部分の切削工程が
直線切削工程で、ｂ→ｃ、ｄ→ａの折返し部分の切削工
程が切込み抑制工程である。

【００１４】ここで、本実施例では回転工具２０を一直
線方向、すなわちＸ軸方向へ往復移動させながら所定の
切込み深さＤまで切り込んでダウン穴３４を切削加工す
るようにしているため、スパイラル加工によってダウン
穴を切削加工する場合に比較し、工具径寸法に対するダ
ウン穴３４の幅寸法Ｗ２を小さくでき、第２矩形穴１２
の幅寸法Ｗ１より少し小さい直径寸法の回転工具２０を
用いてダウン穴３４を切削加工するとともに、その回転
工具２０をそのまま用いて等高加工を高い加工能率で行
うことができる。

【００１５】また、上記ダウン穴３４の切削加工に際し
ては、直線送り部分ａ→ｂ，ｃ→ｄでは一定の切込み速
度で軸方向先端側へ切込み移動させるが、折返し部分ｂ
→ｃ、ｄ→ａでは切込み速度が０であるため、その折返
し部分で切削抵抗などの工具負荷が軽減されて撓み変形
が緩和され、工具折損などのトラブルの発生が抑制され
る。すなわち、軸方向へ切込み移動させながら直線送り
する直線送り部分ａ→ｂ，ｃ→ｄでは、その切込み速度
および送り速度に応じて回転工具２０は略２次元的に撓
み変形させられるため、そのような条件を維持したまま
送り方向を変化させると回転工具２０には３次元的な負
荷が加わり、工具折損などのトラブルが生じ易くなるの
に対し、送り方向が変化する折返し部分ｂ→ｃ、ｄ→ａ
で切込み速度を０とした本実施例では、折返し部分で負
荷が軽減されて撓み変形が緩和されるため、送り方向が
変化しても３次元的に無理に撓み変形させられることが
ないのである。送り方向が変化する時には撓み変形が緩
和されているように、送り方向の変化部位より所定寸法
だけ手前から切込み速度を０としている。図７は、直線
送り部分ａ→ｂ，および折返し部分ｂ→ｃでの回転工具
２０の撓み変形状態を模型的に示した図で、直線送り部
分ａ→ｂではＸ軸方向の反力Ｆ_X およびＺ軸方向の反力
Ｆ_Z が作用し、そのＸ−Ｚ平面で回転工具２０は大きく
撓み変形させられるが、折返し部分ｂ→ｃではＺ軸方向
の反力Ｆ_Z が無くなるため撓み変形が緩和される。な
お、このように工具折損などのトラブルの発生が抑制さ
れることから、送り速度や直線送り部分での切込み速度
を大きくして加工能率を高めることができる。

【００１６】また、本実施例では、ダウン穴３４の幅寸
法Ｗ２が回転工具２０の直径寸法より僅かに大きいた
め、往復移動時の移動経路が僅かに異なり、回転工具２
０の直径と同じ幅寸法のダウン穴を加工する場合のよう
に回転工具２０の外周刃が切込み０の状態でダウン穴の
両側内壁面に摺接することがなく、ダウン穴の内側へ逃
げることができるため、刃欠けや工具折損等が良好に回
避されるとともに摺接抵抗が小さく、直線切削時の工具
負荷が少ない。この点でも、送り速度や切込み速度を大
きくして加工能率を高めることができる。

【００１７】このように、本実施例によれば、回転工具
２０の折損を回避しつつ回転工具２０の直径より僅かに
大きい幅寸法のダウン穴３４を切削加工するとともに、
その回転工具２０をそのまま用いて等高加工を高い加工
能率で行うことができる。また、幅寸法Ｗ２が回転工具
２０の直径より僅かに大きいことから、回転工具２０を
単に往復移動させるだけの場合に比較して直線切削時の
工具負荷が少なく、送り速度や切込み速度を大きくして
加工能率を高めることができる。

【００１８】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。

【００１９】例えば、前記実施例では長円形の軌跡に沿
って回転工具２０を送り移動するようになっていたが、
図８に示すように長方形の軌跡に沿って回転工具２０を
送り移動することにより凹部としてのダウン穴４０を切
削加工するようにしたり、同じ直線上を往復移動させて
回転工具２０の直径と同じ幅寸法の凹部を切削加工する
ようにしたりするなど、切削加工すべき凹部の形状は適
宜定められる。

【００２０】また、前記実施例では送り方向が変化する
部分で切込み速度を０としていたが、直線送り部分に比
較して切込み速度を遅くするだけでも、回転工具２０の
撓み変形を緩和して工具折損などを抑制することができ
る。

【００２１】また、前記実施例ではダウン穴加工工程と
等高加工工程とを繰り返して段付穴１４を切削加工する
場合について説明したが、ダウン穴３４を第２矩形穴１
２の底部まで加工した後、等高加工を行って第１矩形穴
１０および第２矩形穴１２を切削加工するようにしても
良い。

【００２２】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を用いて切削加工される段付穴の一
例を示す図である。

【図２】本発明方法を好適に実施できる切削加工装置の
一例を説明する図である。

【図３】本発明方法を用いて図１の段付穴を加工する際
の加工工程を説明する図である。

【図４】図１の段付穴を加工する際に形成するダウン穴
の平面形状および加工方法を説明する図である。

【図５】図４のダウン穴を切削加工する際の回転工具の
移動軌跡を立体的に示す図である。

【図６】図５の移動軌跡をＹ軸方向から見た図である。

【図７】図４〜図６におけるａ〜ｂ〜ｃ間の移動時の回
転工具の撓み変形を説明する図である。

【図８】本発明方法に従って切削加工されるダウン穴の
別の例を示す図で、図４に対応する図である。

【図９】図１の段付穴を加工するための従来の加工方法
を説明する図である。

【図１０】図９の加工方法ＡまたはＢで図１の段付穴を
加工する際の加工工程を説明する図である。

【図１１】図９の加工方法Ｃで図１の段付穴を加工する
際の加工工程を説明する図である。

【符号の説明】

２０：回転工具 ３２：平面 ３４，４０：ダウン穴（凹部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部および先端部にそれぞれ切れ刃を
   有する回転工具を軸心まわりに回転駆動しながら、該軸
   心と略直角な平面に凹部を切削加工する凹部加工方法で
   あって、 前記回転工具を軸方向先端側へ切込み移動させながら前
   記平面に沿って略一直線方向へ送り移動させ、徐々に深
   くなる直線状の凹溝を切削加工する直線切削工程と、 前記平面に沿った前記回転工具の送り方向を変化させる
   とともに、該送り方向が変化する部分で前記軸方向先端
   側への切込み速度を遅くする切込み抑制工程とを有する
   ことを特徴とする凹部加工方法。
2. 【請求項２】 前記凹部は、平面形状において幅寸法が
   前記回転工具の直径より僅かに大きい長手形状を成すも
   ので、前記直線切削工程は、前記凹部の長手方向へ前記
   回転工具を往復移動させるもので、前記切込み抑制工程
   は、前記凹部の長手方向両端部で前記回転工具の送り方
   向を１８０°変化させるものである請求項１に記載の凹
   部加工方法。