JPH09155616A - 小径エンドミル状工具による高能率切削加工法 - Google Patents
小径エンドミル状工具による高能率切削加工法Info
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- JPH09155616A JPH09155616A JP32705895A JP32705895A JPH09155616A JP H09155616 A JPH09155616 A JP H09155616A JP 32705895 A JP32705895 A JP 32705895A JP 32705895 A JP32705895 A JP 32705895A JP H09155616 A JPH09155616 A JP H09155616A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小径エンドミル状工具のみ用いて、高能率切
削加工を行えるようにする。 【解決手段】 空気静圧軸受によりハウジングに対して
浮いた状態で保持された主軸にエンドミル状工具を取り
付け、主軸を高速回転させて切削加工する方法におい
て、前記エンドミル状工具の直径を１２ｍｍ以下、一刃
送り量を０．０５〜０．２ｍｍとしたことを特徴とす
る。
削加工を行えるようにする。 【解決手段】 空気静圧軸受によりハウジングに対して
浮いた状態で保持された主軸にエンドミル状工具を取り
付け、主軸を高速回転させて切削加工する方法におい
て、前記エンドミル状工具の直径を１２ｍｍ以下、一刃
送り量を０．０５〜０．２ｍｍとしたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型用焼入鋼の切
削加工、チタン、ステンレス等の難切削材の切削加工に
適用可能な小径エンドミルによる高能率切削加工法に関
する。
削加工、チタン、ステンレス等の難切削材の切削加工に
適用可能な小径エンドミルによる高能率切削加工法に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
切削加工において、大径エンドミル状工具による荒取り
加工、小径エンドミル状工具による仕上げ加工が行われ
ている。このように２種類以上の工具を使用する切削加
工法では、工具経路をそれぞれ煩雑な計算をして求める
必要があるとともに、工具の取替えによる段取り時間の
伸長が問題になる。また、小径エンドミル状工具のみで
すべての加工を行えばこのような問題は解消されるが、
破損が問題になるとともに、加工能率を上げることが極
めて困難である。
切削加工において、大径エンドミル状工具による荒取り
加工、小径エンドミル状工具による仕上げ加工が行われ
ている。このように２種類以上の工具を使用する切削加
工法では、工具経路をそれぞれ煩雑な計算をして求める
必要があるとともに、工具の取替えによる段取り時間の
伸長が問題になる。また、小径エンドミル状工具のみで
すべての加工を行えばこのような問題は解消されるが、
破損が問題になるとともに、加工能率を上げることが極
めて困難である。
【０００３】そこで、空気静圧軸受を用いて小径エンド
ミルを超高速回転させ、小径エンドミルのみにより切削
加工することがいろいろ提案されている。しかし、かか
る超高速回転による切削において、工具の回転数、その
径、周速度、一刃送り量等の切削条件をどのように設定
すれば小径エンドミルのみで能率よく切削加工できるか
難しい課題がある。本発明は上記課題を解決するための
もので、空気静圧軸受を利用した小径エンドミル状工具
のみ用いて、高能率切削加工を行えるようにすることを
目的とするものである。
ミルを超高速回転させ、小径エンドミルのみにより切削
加工することがいろいろ提案されている。しかし、かか
る超高速回転による切削において、工具の回転数、その
径、周速度、一刃送り量等の切削条件をどのように設定
すれば小径エンドミルのみで能率よく切削加工できるか
難しい課題がある。本発明は上記課題を解決するための
もので、空気静圧軸受を利用した小径エンドミル状工具
のみ用いて、高能率切削加工を行えるようにすることを
目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気静圧軸受
及び直径１２ｍｍ以下の小径エンドミル状工具を用い、
一刃送り量を０．０５〜０．２ｍｍとして単一の小径エ
ンドミル状工具のみで切削加工を行うことを特徴とす
る。この場合、エンドミル状工具の最大周速は３００〜
１０００ｍ／分以下とし、また、主軸の回転速度を１０
０００〜５００００ｒｐｍとすることが望ましい。さら
に、主軸の振れ精度を０．５μｍ以内、エンドミル状工
具の軸方向切り込みを工具直径の０．５倍以下、エンド
ミル状工具の主軸回転中心に対する振れ量を５μｍ以下
とすることが望ましい。
及び直径１２ｍｍ以下の小径エンドミル状工具を用い、
一刃送り量を０．０５〜０．２ｍｍとして単一の小径エ
ンドミル状工具のみで切削加工を行うことを特徴とす
る。この場合、エンドミル状工具の最大周速は３００〜
１０００ｍ／分以下とし、また、主軸の回転速度を１０
０００〜５００００ｒｐｍとすることが望ましい。さら
に、主軸の振れ精度を０．５μｍ以内、エンドミル状工
具の軸方向切り込みを工具直径の０．５倍以下、エンド
ミル状工具の主軸回転中心に対する振れ量を５μｍ以下
とすることが望ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明において使
用する切削加工装置の概念図、図２は空気静圧スピンド
ルの構造を示す図である。超高速切削加工装置１はＣＮ
Ｃ装置１１で制御される３軸スライド機構（Ｚ軸スライ
ド１２、Ｘ軸スライド１５、Ｙ軸スライド１６）からな
っている。Ｚ軸スライド１２は工作物１７に対して上下
動するスライドで、これには小径エンドミル状工具１４
が保持された空気静圧スピンドル１３が取付けられてお
り、テーブル１８上にセットされた工作物１７を切削加
工する。もちろん、３軸以上の移動方向を持つテーブル
構成としてもよい。空気静圧スピンドル１３は、図２に
示すように、ハウジング２０内にＡＣモータ２２が一体
に結合された超高速回転主軸２１が空気静圧のスラスト
軸受２３及びラジアル軸受２４で支持され、ＡＣモータ
２２で最高１０数万ｒｐｍで駆動可能であり、主軸の先
端部にはコレットチャック等の工具保持具２５で工具１
４が保持されている。スラスト軸受２３、ラジアル軸受
２４は、１／１００ｍｍ程度の空隙に圧力６ｋｇ／cm2
程度の空気が常時供給・排気され、そのためモータ２２
と主軸２１はハウジング２０内で完全に浮いた状態で支
持されている。このような空気静圧スピンドルは、摩擦
抵抗が小さいため優れた高速回転性を持つとともに、空
気圧で周囲を拘束されているため動的剛性が高く、高硬
度材の切削に十分耐えられる特徴を有しており、切削の
衝撃力を吸収し、高い回転精度（振れ精度０．５μｍ）
が得られる。このように回転精度が高いため、刃先に振
動的力が働かないため、工具寿命を極めて長くできると
ともに、加工面の精度が格段に向上する。なお、主軸材
料としては、発熱による変形を抑えるため低熱膨張材料
であるインバー等が使用され、また、ハウジング内面に
は焼付きを防止するため固体潤滑性の高い材料が使用さ
れる。
て、図面を参照して説明する。図１は本発明において使
用する切削加工装置の概念図、図２は空気静圧スピンド
ルの構造を示す図である。超高速切削加工装置１はＣＮ
Ｃ装置１１で制御される３軸スライド機構（Ｚ軸スライ
ド１２、Ｘ軸スライド１５、Ｙ軸スライド１６）からな
っている。Ｚ軸スライド１２は工作物１７に対して上下
動するスライドで、これには小径エンドミル状工具１４
が保持された空気静圧スピンドル１３が取付けられてお
り、テーブル１８上にセットされた工作物１７を切削加
工する。もちろん、３軸以上の移動方向を持つテーブル
構成としてもよい。空気静圧スピンドル１３は、図２に
示すように、ハウジング２０内にＡＣモータ２２が一体
に結合された超高速回転主軸２１が空気静圧のスラスト
軸受２３及びラジアル軸受２４で支持され、ＡＣモータ
２２で最高１０数万ｒｐｍで駆動可能であり、主軸の先
端部にはコレットチャック等の工具保持具２５で工具１
４が保持されている。スラスト軸受２３、ラジアル軸受
２４は、１／１００ｍｍ程度の空隙に圧力６ｋｇ／cm2
程度の空気が常時供給・排気され、そのためモータ２２
と主軸２１はハウジング２０内で完全に浮いた状態で支
持されている。このような空気静圧スピンドルは、摩擦
抵抗が小さいため優れた高速回転性を持つとともに、空
気圧で周囲を拘束されているため動的剛性が高く、高硬
度材の切削に十分耐えられる特徴を有しており、切削の
衝撃力を吸収し、高い回転精度（振れ精度０．５μｍ）
が得られる。このように回転精度が高いため、刃先に振
動的力が働かないため、工具寿命を極めて長くできると
ともに、加工面の精度が格段に向上する。なお、主軸材
料としては、発熱による変形を抑えるため低熱膨張材料
であるインバー等が使用され、また、ハウジング内面に
は焼付きを防止するため固体潤滑性の高い材料が使用さ
れる。
【０００６】本発明で使用する小径エンドミル状工具
は、図３に示す工具半径Ｒが６ｍｍ（直径１２ｍｍ）以
下であり、工具寿命の低下を防止し、加工面の精度を高
めるため、工具の振れ（主軸回転中心からの偏心）を２
μｍ以内に抑えるようにし、材料としては超硬合金、立
方晶窒化ホウ素等が使用される。本発明では工具直径を
小さくしているため工具の被削材に対する周速度（切削
速度）が小さく、発熱が少ないという特徴がある。とこ
ろで、エンドミル状工具による切削抵抗は、軸方向（深
さ方向）の切り込みの増大とともに急激に増大し、一刃
送り量（Ｓｚ）に対しては比較的鈍感である。一刃送り
量Ｓｚは次式のように表される。
は、図３に示す工具半径Ｒが６ｍｍ（直径１２ｍｍ）以
下であり、工具寿命の低下を防止し、加工面の精度を高
めるため、工具の振れ（主軸回転中心からの偏心）を２
μｍ以内に抑えるようにし、材料としては超硬合金、立
方晶窒化ホウ素等が使用される。本発明では工具直径を
小さくしているため工具の被削材に対する周速度（切削
速度）が小さく、発熱が少ないという特徴がある。とこ
ろで、エンドミル状工具による切削抵抗は、軸方向（深
さ方向）の切り込みの増大とともに急激に増大し、一刃
送り量（Ｓｚ）に対しては比較的鈍感である。一刃送り
量Ｓｚは次式のように表される。
【０００７】Ｓｚ＝Ｆ／ＳＮ（ｍｍ／刃） Ｆ：エンドミル状工具の切削送り速度（ｍｍ／分） Ｓ：エンドミル状工具の回転数（ｒｐｍ） Ｎ：エンドミル状工具の刃数 したがって、切削加工能率を上げるには、軸方向の切り
込みを抑えて一刃送り量を増やすようにすればよい。Ｈ
ＲＣ４０程度の焼入鋼についていろいろ実験したとこ
ろ、切削条件としては、 ・エンドミル状工具の軸方向切り込みは工具直径の０．
５倍以下 ・一刃送り量は０．０５〜０．２ｍｍ／刃 とすることにより、高能率で良好な切削が行えることが
判明した。エンドミル状工具の軸方向切り込みが工具直
径の０．５倍を超えると工具の破損の問題が生ずる。ま
た、一刃送り量が０．２ｍｍを超えると、工具自体の曲
げ強度が問題となり、一刃送り量が０．０５ｍｍより小
さいと、切削能率が低下するとともに、切屑が薄くなる
ため切屑の熱キャパシティが小さくなり、切屑への熱の
移動が十分でないため工具の発熱が問題となる。上記条
件は、ＨＲＣ６３程度以下に十分適用可能である。
込みを抑えて一刃送り量を増やすようにすればよい。Ｈ
ＲＣ４０程度の焼入鋼についていろいろ実験したとこ
ろ、切削条件としては、 ・エンドミル状工具の軸方向切り込みは工具直径の０．
５倍以下 ・一刃送り量は０．０５〜０．２ｍｍ／刃 とすることにより、高能率で良好な切削が行えることが
判明した。エンドミル状工具の軸方向切り込みが工具直
径の０．５倍を超えると工具の破損の問題が生ずる。ま
た、一刃送り量が０．２ｍｍを超えると、工具自体の曲
げ強度が問題となり、一刃送り量が０．０５ｍｍより小
さいと、切削能率が低下するとともに、切屑が薄くなる
ため切屑の熱キャパシティが小さくなり、切屑への熱の
移動が十分でないため工具の発熱が問題となる。上記条
件は、ＨＲＣ６３程度以下に十分適用可能である。
【０００８】このように切削送り速度（Ｆ）を上げても
回転数Ｓを高くすることにより、一刃送り量Ｓｚを一定
に保つことが可能であり、図１のＣＮＣ装置の制御によ
り、例えば、２０ｍ／分の高速切削送りで、形状の崩れ
や装置の過熱、過負荷を発生しないような高能率の切削
加工が可能である。
回転数Ｓを高くすることにより、一刃送り量Ｓｚを一定
に保つことが可能であり、図１のＣＮＣ装置の制御によ
り、例えば、２０ｍ／分の高速切削送りで、形状の崩れ
や装置の過熱、過負荷を発生しないような高能率の切削
加工が可能である。
【０００９】また、工具の周速（切削速度）があまり大
きいと、工具の温度が上昇し、あまり遅いと刃先に被削
材が付着して切削能力が低下するという問題がある。工
具の周速Ｖは次式のように表される。
きいと、工具の温度が上昇し、あまり遅いと刃先に被削
材が付着して切削能力が低下するという問題がある。工
具の周速Ｖは次式のように表される。
【００１０】Ｖ＝２πｒＳ／１０００（ｍ／分） ｒ：工具中心軸から被削材までの最大半径（ｍｍ）（図
３参照、ただし、スクウェアエンドミルの場合はｒ＝Ｒ
（工具直径）） この周速（切削速度）と工具寿命に至るまでの切削距離
との関係（工具の摩耗特性）の一例を図４に示す。図４
は、立方晶窒化ホウ素工具、エンドミルφ１２、２枚
刃、被削材ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６２）、ＳＫＤ６１（Ｈ
ＲＣ５０）、ＨＰＭ１（ＨＲＣ３５）について、一刃送
り量Ｓｚ＝０．０５ｍｍ、軸方向切り込み６．０ｍｍ、
径方向切り込み０．０５ｍｍ、ダウンカット、乾式の場
合のものである。最も硬いＳＫＤ１１では切削速度によ
らず、ほぼ５ｍ程度で寿命に達する。ＳＫＤ６１とプリ
ハードン鋼ＨＰＭ１の場合は、比較的低速域で切削距離
が１ｋｍを越えるほどであるが、切削速度が高くなるに
つれて短くなる傾向がみられ、１０００ｍ／分を越える
速度域では大幅に低下する。ＣＢＮ工具では切削速度を
６００〜７００ｍ／分程度に設定するのが最適である。
また、使用工具が超硬合金の場合には、切削速度は３０
０ｍ／分以下が好ましい。これらのことから、エンドミ
ル状工具の最大切削速度は３００〜１０００ｍ／分以下
であることが好ましい。このようにエンドミル状工具が
驚異的な寿命を持つのは、回転が高速であるものの、切
削速度が比較的低いためであると考えられる。
３参照、ただし、スクウェアエンドミルの場合はｒ＝Ｒ
（工具直径）） この周速（切削速度）と工具寿命に至るまでの切削距離
との関係（工具の摩耗特性）の一例を図４に示す。図４
は、立方晶窒化ホウ素工具、エンドミルφ１２、２枚
刃、被削材ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６２）、ＳＫＤ６１（Ｈ
ＲＣ５０）、ＨＰＭ１（ＨＲＣ３５）について、一刃送
り量Ｓｚ＝０．０５ｍｍ、軸方向切り込み６．０ｍｍ、
径方向切り込み０．０５ｍｍ、ダウンカット、乾式の場
合のものである。最も硬いＳＫＤ１１では切削速度によ
らず、ほぼ５ｍ程度で寿命に達する。ＳＫＤ６１とプリ
ハードン鋼ＨＰＭ１の場合は、比較的低速域で切削距離
が１ｋｍを越えるほどであるが、切削速度が高くなるに
つれて短くなる傾向がみられ、１０００ｍ／分を越える
速度域では大幅に低下する。ＣＢＮ工具では切削速度を
６００〜７００ｍ／分程度に設定するのが最適である。
また、使用工具が超硬合金の場合には、切削速度は３０
０ｍ／分以下が好ましい。これらのことから、エンドミ
ル状工具の最大切削速度は３００〜１０００ｍ／分以下
であることが好ましい。このようにエンドミル状工具が
驚異的な寿命を持つのは、回転が高速であるものの、切
削速度が比較的低いためであると考えられる。
【００１１】図５は直径２ｍｍ、２枚刃のエンドミル状
工具の場合について、回転数と切削送り速度の関係を示
したものである。図５において、 領域Ｉ： 送り速度が低く、工具及び工作物の温度が
上昇し、工具の磨耗や加工物の劣化等が発生する領域 領域ＩＩ： 切削は可能であるが、回転数が低く、切削
能率が低い領域 領域ＩＩＩ：切削抵抗が大きく、工具の折損を生じる領
域 領域ＩＶ ：回転数または最高周速の制約を受ける領域 領域Ｖ ：良好で高能率な切削が行われる領域 したがって、図５の領域Ｖとなるような切削条件とする
ことにより高能率切削が可能である。なお、刃数、工具
直径が変わった場合には、それに応じて適宜条件を補正
すればよい。
工具の場合について、回転数と切削送り速度の関係を示
したものである。図５において、 領域Ｉ： 送り速度が低く、工具及び工作物の温度が
上昇し、工具の磨耗や加工物の劣化等が発生する領域 領域ＩＩ： 切削は可能であるが、回転数が低く、切削
能率が低い領域 領域ＩＩＩ：切削抵抗が大きく、工具の折損を生じる領
域 領域ＩＶ ：回転数または最高周速の制約を受ける領域 領域Ｖ ：良好で高能率な切削が行われる領域 したがって、図５の領域Ｖとなるような切削条件とする
ことにより高能率切削が可能である。なお、刃数、工具
直径が変わった場合には、それに応じて適宜条件を補正
すればよい。
【００１２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小径エン
ドミル状工具のみによる切削加工のため、工具取替え時
間を削減するとともに、工具経路を単純化して工具種類
ごとのプログラムが不要となり、その結果、加工時間を
短縮化し、また、工具接触弧が短く、移動速度が高い等
の理由で被削材の温度が上昇せず、被切削材表面の熱的
変質がない理想的な切削加工を実現することが可能とな
る。
ドミル状工具のみによる切削加工のため、工具取替え時
間を削減するとともに、工具経路を単純化して工具種類
ごとのプログラムが不要となり、その結果、加工時間を
短縮化し、また、工具接触弧が短く、移動速度が高い等
の理由で被削材の温度が上昇せず、被切削材表面の熱的
変質がない理想的な切削加工を実現することが可能とな
る。
【図１】 本発明で使用する超高速切削加工装置の概念
図である。
図である。
【図２】 空気静圧スピンドルの構造を示す図である。
【図３】 小径エンドミル状工具を説明する図である。
【図４】 切削速度と切削距離との関係を示す図であ
る。
る。
【図５】 高能率切削範囲を説明する図である。
１…超高速切削加工装置、１１…ＣＮＣ装置、１２…Ｚ
軸スライド、１３…空気静圧スピンドル、１４…工具、
１５…Ｘ軸スライド、１６…Ｙ軸スライド、１７…工作
物、１８…テーブル、２０…ハウジング、２１…主軸、
２２…モータ、２３…スラスト軸受、２４…ラジアル軸
受、２５…工具保持具。
軸スライド、１３…空気静圧スピンドル、１４…工具、
１５…Ｘ軸スライド、１６…Ｙ軸スライド、１７…工作
物、１８…テーブル、２０…ハウジング、２１…主軸、
２２…モータ、２３…スラスト軸受、２４…ラジアル軸
受、２５…工具保持具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮口弘明 新潟県三条市横町１丁目７−14 (72)発明者 石川 淳 新潟県新潟市新和89−１ ウェストフェリ アＣ−205
Claims (6)
- 【請求項１】 空気静圧軸受によりハウジングに対して
浮いた状態で保持された主軸にエンドミル状工具を取り
付け、主軸を高速回転させて切削加工する方法におい
て、前記エンドミル状工具の直径を１２ｍｍ以下、一刃
送り量を０．０５〜０．２ｍｍとしたことを特徴とする
小径エンドミル状工具による高能率切削加工法。 - 【請求項２】 請求項１記載の切削加工法において、エ
ンドミル状工具の最大周速が３００〜１０００ｍ／分以
下であることを特徴とする小径エンドミル状工具による
高能率切削加工法。 - 【請求項３】 請求項１記載の切削加工法において、主
軸の回転数を１００００〜５００００ｒｐｍとしたこと
を特徴とする小径エンドミル状工具による高能率切削加
工法。 - 【請求項４】 請求項１記載の切削加工法において、主
軸の振れ精度を０．５μｍ以内としたことを特徴とする
小径エンドミル状工具による高能率切削加工法。 - 【請求項５】 請求項１記載の切削加工法において、エ
ンドミル状工具の軸方向切り込みを工具直径の０．５倍
以下としたことを特徴とする小径エンドミル状工具によ
る高能率切削加工法。 - 【請求項６】 請求項１記載の切削加工法において、エ
ンドミル状工具の主軸回転中心に対する振れ量を５μｍ
以下としたことを特徴とする小径エンドミル状工具によ
る高能率切削加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32705895A JPH09155616A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 小径エンドミル状工具による高能率切削加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32705895A JPH09155616A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 小径エンドミル状工具による高能率切削加工法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09155616A true JPH09155616A (ja) | 1997-06-17 |
Family
ID=18194836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32705895A Pending JPH09155616A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 小径エンドミル状工具による高能率切削加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09155616A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307224A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-23 | Incs Inc | 切削加工方法 |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32705895A patent/JPH09155616A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307224A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-23 | Incs Inc | 切削加工方法 |
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