加工データ

４． 加工データについて

従来から、５軸加工技術、５軸加工機といえば、航空機の切削加工技術およびその加工 に用いる特殊な高額な工作機械というイメージがあったが、現在では、航空機にとどまら ず、自動車，電子・電気，精密金型と幅広い分野での適用が期待されている。

一例として、ある工作機メーカーのカタログに記載されている日本国内での５軸加工機 の出荷割合を列記すると、自動車関係４割弱、精密部品加工関係１割強、航空機関係１割 強、金型１割弱、産業機械１割強である。

ここで、四国地域の製造業の特徴を考えた場合、四国地域には、部品加工関係の中小企 業が集積している。これら部品加工関係企業の中には、複合加工機を導入して、割り出し 加工を主とした部品加工の高能率化を図ろうとしている企業も多い。また、少数ではある が、既に５軸加工機を積極的に導入して、金型、半導体部品、航空・宇宙関係部品の加工 を手がけている企業も存在する。

本マニュアルは、まずこれらの企業の方々に有効に利用頂くことを目的としている。

これら対象企業の調査や今後の動向予測から、四国地域における５軸加工の当面の対象は、

一般部品加工、精密部品加工および金型加工等が妥当であると考えられる。

これらの加工には、難削材の加工や難加工形状の加工が含まれるため、５軸加工のみな らず、これらの加工データの整備も重要である。また、将来的に５軸加工の普及が進むと、

加工工程の集約化も進み、１台の工作機械で、旋削＋マシニング加工＋研削＋表面処理（レ ーザ焼き入れ）等の一括加工の可能性も考えられる。

そこで本章では、難削材の対象材料として加工頻度が高い下記の材料を取り上げ、関連 する加工形態における加工データを整備した。

対象材料

①ステンレス鋼

②合金工具鋼

③高速度鋼（ハイス）

④チタン

⑤インコネル

⑦その他

加工形態

①穴加工（微細ドリル加工、超硬ドリル加工）

②フラットエンドミル加工

③ボールエンドミル加工

④旋削加工

⑤研削加工

⑥特殊加工（レーザ焼き入れ）

なお、昨今、インターネット上からアクセスできる加工データベースのサイトが開設さ れている。これらのサイトには豊富なデータが公開されており、その利用は５軸加工にお

いても役立つことが多い。下記にその代表的なものを紹介する。

[1]「加工技術データベース」、（独）産業技術総合研究所 http://www.monozukuri.org/db-dmrc/

[2]「溶接・切削・研磨加工技術データベース」、（独）産業技術総合研究所 http://riodb.ibase.aist.go.jp/manufacturing/welcomej.html

[3]「加工技術データファイル」、（財）機械振興協会技術研究所 http://www.mmjp.or.jp/kskmdf/

４ ． １ ． １ 穴 加 工

４ ． １ ． １ 微 細 ド リ ル に よ る 難 削 材 加 工

（ １ ） は じ め に

近 年 ， 産 業 用 部 品 は 高 機 能 の 追 求 の た め ， そ の 形 状 は ま す ま す 複 雑 化 し て い る ． さ ら に ， こ れ ら 部 品 に は 高 精 度 化 も 求 め ら れ て お り ， ワ ン チ ャ ッ ク で 荒 加 工 か ら 仕 上 げ 加 工 ま で 行 え る 5 軸 加 工 の 需 要 が 伸 び て い る ． と こ ろ で ， こ れ ら 高 精 度 ・ 複 雑 形 状 を 有 す る 機 械 部 品 は 表 面 性 状 や 形 状 精 度 が 満 足 す る だ け で は 製 品 と し て 成 り 立 た ず ， 多 く の 場 合 ， 締 結 用 と し て 穴 加 工 や ね じ 加 工 な ど の 追 加 工 が 必 要 と な っ て く る ． ま た ， 機 械 部 品 に 設 け た 穴 は 締 結 用 に と ど ま ら ず ， 例 え ば ， 航 空 機 や 発 電 用 の タ ー ビ ン ブ レ ー ド 等 に お い て は 冷 却 作 用 も 兼 ね ， そ の 穴 径 は ま す ま す 小 さ く な っ て い る ．

微 細 穴 加 工 法 は 多 岐 に わ た る も の の ， 小 径 ド リ ル に よ る 穴 あ け 加 工 は 手 軽 さ と 高 能 率 な た め に 最 も 一 般 的 で あ る ． し か し ， 工 作 機 械 の 最 高 主 軸 回 転 数 ， 高 剛 性 の 工 具 形 状 な ど 様 々 な 課 題 が あ る ． さ ら に ， ア ス ペ ク ト 比 （ 穴 直 径 に 対 す る 穴 深 さ ） が 5 以 上 に な る 深 穴 で は ， 切 り く ず の 排 出 性 が 悪 く ， 工 具 折 損 を 引 き 起 こ し や す い ． 一 般 的 に は ， 不 連 続 な 切 り く ず 生 成 状 態 に な る ド リ ル 形 状 や 加 工 条 件 （ 例 え ば ， 間 欠 送 り ） の 採 用 な ど で 対 応 し て い る が ， 加 工 時 間 の 増 大 ， 不 十 分 な 油 剤 浸 透 な ど の た め に ， 加 工 能 率 ，工 具 コ ス ト な ど に お い て 問 題 を 呈 す る ．特 に ，直 径 が 1mm以 下 の 小 径 ド リ ル で 穴 を あ け る 場 合 ， ド リ ル の 剛 性 が 小 さ く ， 切 り く ず 排 出 性 が 困 難 に な り ， 加 工 面 品 位 の 悪 化 ， 工 具 折 損 な ど を 引 き 起 こ す ．

こ こ で は ， 難 削 材 料 で あ る チ タ ン 合 金 や ス テ ン レ ス 鋼 に 対 す る 直 径 0.2mm 以 下 の 穴 あ け 加 工 に つ い て 取 り 上 げ ， 工 具 保 持 方 式 の 違 い に よ る 振 れ 精 度 ， 被 削 材 や 加 工 条 件 よ る ス ラ ス ト 力 ， 工 具 損 傷 状 態 に つ い て 報 告 す る ．

（ ２ ） 実 験 方 法

（ ２ － １ ） 工 具 の 動 的 振 れ 測 定

工 具 振 れ 精 度 の 測 定 に は 非 接 触 工 具 位 置 測 定 器 （ 大 昭 和 精 機 製 ダ イ ナ ビ ジ ョ ン ） を 用 い た ． 測 定 分 解 能 は 0.1μmで あ る ． 本 測 定 器 を 用 い て ， 各 種 ツ ー リ ン グ に お け る 動 的 振 れ を 測 定 し た ．

（ ２ － ２ ） 難 削 材 料 へ の 小 径 穴 あ け 加 工

実 験 に 使 用 し た ド リ ル は 直 径 0.2mm以 下 で ，す べ て 超 硬 合 金 を 母 材 と し て い る ．次 に ，直 径 0.2mm以 下 の ド リ ル を 使 用 す る に 当 っ て ，十 分 な 周 速 度 と 振 れ 精 度 の 確 保 の た め に ，マ シ ニ ン グ セ ン タ（ 大 隈 豊 和 製 MD-45VA）の 主 軸 に 空 気 静 圧 軸 受 け を 有 す る エ ア タ ー ビ ン ス ピ ン ド ル （ 大 昭 和 精 機 製 RSX） を 取 り 付 け た ． 主 軸 回 転 仕 様 は 公 称 60000min^-1で あ る ． 切 削 油 剤 は 10 倍 の 濃 度 に 希 釈 し た エ マ ル ジ ョ ン タ イ プ の 水 溶 性 を 用 い て ス テ ッ プ 送 り サ イ ク ル に よ る 穴 あ け 加 工 を 行 っ た ． 被 削 材 は ， チ タ ン 合 金 ， 各 種 ス テ ン レ ス 鋼 で あ る ．

直 径 0.2mmの 工 具 で は ， 比 較 的 安 定 し て 加 工 が 行 わ れ た が ， 直 径 0.1mm以 下 で は 工 具 折 損 が 頻 繁 に 生 じ る ．そ こ で ，図 4．1．1－ 1(a)，(b)に 示 す 直 径 0.1mm の ド リ ル

を 用 い て ，被 削 材 や 加 工 条 件 の 違 い に よ る ス ラ ス ト 力 や 工 具 損 傷 状 態 を 検 討 し ，次 に ， 直 径 0.1mm未 満 の 工 具 お け る 穴 あ け 加 工 を 行 っ た ．

(a)コ ー テ ィ ン グ な し (b)ア ル ミ ナ 系 コ ー テ ィ ン グ 図 4． 1． 1－ 1 実 験 に 用 い た 工 具

（ ３ ） 実 験 結 果 お よ び 考 察

（ ３ － １ ） 工 具 の 動 的 振 れ 測 定

表 4． 1． 1－ 1に 動 的 振 れ 測 定 に 用 い た ツ ー リ ン グ の 概 要 お よ び 最 高 回 転 数 で の 動 的 振 れ の ピ ー ク 値 を 示 す ． ま た ，図 4． 1． 1－ 2 に 回 転 数 に 対 す る 動 的 振 れ 量 の ピ ー ク 値 を 示 す ．コ レ ッ ト 方 式 お よ び 焼 き ば め 方 式 で は ，動 的 振 れ 量 は 大 き く ，回 転 数 の 増 加 と と も に そ の ピ ー ク 値 は 大 き く な る ． 一 方 ， エ ア ー タ ー ビ ン ス ピ ン ド ル は ， 他 の ツ ー リ ン グ に 比 べ 動 的 振 れ 量 は 小 さ く ， ま た ， 回 転 数 に よ ら ず ほ ぼ 一 定 の 動 的 振 れ 量 で あ る ．

表 4． 1． 1－ 1 各 種 ツ ー リ ン グ の 動 的 振 れ

ツ ー リ ン グ コ レ ッ ト 方 式 焼 き ば め 方 式 エ ア ー タ ー ビ ン

概 要

測 定 回 転 数 rpm 25,000 25,000 60,000

動 的 振 れ μ m 21.8 13.2 3.2

小 径 ド リ ル に よ る 穴 加 工 で は ， 工 具 振 れ 量 の 悪 化 が 食 い つ き 悪 さ の 要 因 と な る た め ， エ ア ー タ ー ビ ン ス ピ ン ド ル の よ う に 振 れ 精 度 の 良 い ツ ー リ ン グ を 用 い て 加 工 す る 必 要 が あ る と 考 え ら れ る ．

図 4． 1． 1－ 2 各 種 ツ ー リ ン グ の 回 転 数 と 動 的 振 れ 測 定 結 果

（ ３ － ２ ） 難 削 材 料 へ の 小 径 穴 あ け 加 工

図 4． 1． 1－ 3 は 直 径 0.1mmの ノ ン コ ー テ ィ ン グ ド リ ル に よ る 各 種 材 料 の 穴 あ け 加 工 に お け る1穴 目 お よ び5穴 目 で の ス ラ ス ト 波 形 を 示 す ．加 工 条 件 は ，送 り200mm/min， ス テ ッ プ 送 り 量 0.01mmで ，板 厚 0.5mm の 貫 通 穴 あ け 加 工 で あ る ．ス テ ン レ ス 鋼 の ス ラ ス ト 波 形 で は ， す べ て の 被 削 材 に お い て わ ず か 数 穴 で 2 倍 程 度 に 増 加 す る ． 特 に SUS304 は ，他 の ス テ ン レ ス 鋼 に 比 べ ス ラ ス ト 力 は 極 め て 大 き く ，5 穴 加 工 時 点 で そ の ピ ー ク 値 は 2Nを 超 え る ． 一 方 ， チ タ ン 合 金 で は ，1 穴 目 か ら 1.5N 程 度 と 極 め て 大 き い も の の ， 加 工 穴 数 に 対 す る ス ラ ス ト 力 の 増 加 傾 向 は 前 者 に 比 べ て 小 さ い ．

図 4． 1． 1－ 4に 5 穴 加 工 後 の 工 具 先 端 部 の 拡 大 像 を 示 す ． ス テ ン レ ス 鋼 に お い て ， す べ て の 工 具 で チ ゼ ル 部 で の 切 り く ず の 凝 着 が 確 認 で き る ． ま た ， 逃 げ 面 摩 耗 は

SUS410，SUS430，SUS304 の 順 に 大 き く な っ て い る ． チ タ ン 合 金 で は チ ゼ ル 部 で の 凝 着 見 ら れ ず ，逃 げ 面 摩 耗 も 前 者 に 比 べ て 小 さ い ．前 田 ら[1]は SUS304お よ びTi6Al4V の 直 径 6mm の ド リ ル を 用 い た 穴 あ け 加 工 に お い て ，チ タ ン 合 金 の 切 り く ず は 切 り く ず 厚 さ が 薄 く ，螺 旋 状 に 長 く 繋 が っ た 流 れ 型 の 切 り く ず が 排 出 さ れ る の に 対 し ，SUS304 で は 切 り く ず 厚 さ が 厚 く ， 不 規 則 に 分 断 さ れ た 切 り く ず が 排 出 さ れ と 報 告 し て い る ． 分 断 さ れ た 切 り く ず が 穴 底 部 に 残 留 し ， 次 の ス テ ッ プ で 押 し つ ぶ さ れ る こ と に よ り ， 逃 げ 面 で の 切 り く ず の 凝 着 が 進 行 し て い る も の と 思 わ れ る ． 一 方 ， チ タ ン 合 金 で は 切 り く ず 長 さ が 長 い た め に ス ラ ス ト 力 は ス テ ン レ ス 鋼 に 比 べ て 大 き い も の の ， 切 り く ず の 凝 着 性 は 前 者 に 比 べ 少 な く ， 加 工 穴 数 に よ る ス ラ ス ト 力 の 増 加 傾 向 は 少 な い も の と 考 え ら れ る ．

1 穴 目 1 穴 目

5 穴 目 5 穴 目

(a)SUS410 穴 あ け 時 の ス ラ ス ト 波 形 (b) SUS430 穴 あ け 時 の ス ラ ス ト 波 形

1 穴 目 1 穴 目

5 穴 目 5 穴 目

(c) SUS304 穴 あ け 時 の ス ラ ス ト 波 形 (d) Ti6A4V 穴 あ け 時 の ス ラ ス ト 波 形 図 4． 1． 1－ 3 各 種 材 料 の 穴 あ け 加 工 に お け る ス ラ ス ト 波 形

(a) SUS410 (b) SUS430

(c) SUS304 (d) Ti6Al4V

図 4． 1． 1－ 4 各 種 材 料 の 穴 あ け 加 工 に お け る 工 具 損 傷 状 態 1N

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