Dynamometer Endmill
Holder
M/C table X
Y Z
Workpiece 1 Workpiece 2
難削 性金 属 材料 の切 削加 工技 術 の高 度化 に関 する 研 究（ 第 3 報）
― コ ー テ ッ ド 超 硬 エ ン ド ミ ル に よ る 難 削 材 の 効 率 的 切 削 加 工 技 術 の 開 発 ―大 塚 裕 俊 ・ 水 江 宏 ・ 橋 口 智 和 機 械 ・ 金 属 担 当
Study on end milling difficult-to-machine alloys(the 3rd report)
-High efficient machining with coated carbide endmills -Hirotoshi OHTSUKA・ Hiroshi MIZUE・ Tomokazu HASHIGUCHI Mechanics and Materials Engineering Group
要 旨
難 削 性 金 属 材 料 の 切 削 加 工 技 術 の 高 度 化 の た め ， 前 年 度 の エ ン ド ミ ル の 切 れ 刃 形 状 を 改 良 し た 不 等 リ
ー ド エ ン ド ミ ル を 用 い て ， ス テ ン レ ス 鋼 (SUS304)の 切 削 加 工 実 験 を 行 っ た 結 果 ， 等 リ ー ド エ ン ド ミ ル に
比 較 し て 不 等 リ ー ド エ ン ド ミ ル で は 切 削 抵 抗 の 変 動 が 小 さ く 切 削 距 離 が 伸 び る 結 果 が 示 さ れ た ． ま た ，
よ り 加 工 条 件 の 厳 し い ポ ケ ッ ト 形 状 を 対 象 と し た 切 削 加 工 実 験 を 行 っ た 結 果 ， 不 等 リ ー ド エ ン ド ミ ル の
方 が ス テ ン レ ス 鋼 （ SUS304） で は 工 具 寿 命 が 大 幅 に 増 大 し た ．
1. はじめに
ステンレス鋼など難削材は，エンドミル加工におけ
る被削性の向上が常に求められている．今回は，ステン
レス鋼を対象として，前年度に開発されたコーテッド超
硬エンドミル工具をさらに改良した不等リードエンドミ
ルを加工実験に適用する．また加工形状として，直線切
削に加え加工条件の厳しいポケット形状の切削加工も実
施する．
本研究では，被削材の加工効率向上の手段として，
一刃ごとにねじれ角を変化させた不等リードエンドミル
を適用する．昨年度の知見により切れ刃形状を改良した
本工具を用いて比較試験を行い，工具寿命向上について
の有効性を示す．また製品加工で頻出する凹部形状（ポ
ケット形状）について，等リードエンドミルとの比較実
験を行い有効性を検証する．
2. 実験装置と方法
2.1 切削工具と被削材
工具として，ねじれ角が交互に 30°と 32°である直
径 8mm，4 枚刃の(Ti, Al)N コーティングされた超硬ス
トレートエンドミル（不等リードエンドミル：Fig.2）
を用いる（（株）信栄製作所で製作：以下エンドミル
(A)）．これは今回開発された工具である．その比較対
照用として，前回利用した超硬ストレートエンドミル
（ねじれ角がすべて 30°）を用いる（（株）信栄製作
所で製作：以下エンドミル(B)）．なお工具母材は超微
粒子超硬合金であり，従来よりも硬度や耐酸化性が向上
した被膜を用いている．
さ ら に ポ ケ ッ ト 形 状 加 工 で は ， ね じ れ 角 が 交 互 に
36°と 39°である直径 8mm，4 枚刃の(Ti, Al)N コーテ
ィングされた超硬ストレートエンドミル（不等リードエ
ンドミル）を用いる（市販品：以下エンドミル(C)）．
この比較対照用として，材質がほぼ同等の超硬ストレー
トエンドミル（ねじれ角がすべて 45°）を利用する
（市販品：以下エンドミル(D)）．
なお被削材はステンレス鋼 SUS304 を用いる．
2.2 実験装置と手順
Fig.1 に用いる実験装置の概略を示す．上記の材料か
ら作製した被削材 1，2 を立形マシニングセンタ(MC)の
テーブル上に取り付ける．被削材 1 は工具寿命試験（直
線切削およびポケット形状切削）に用いられ，被削材 2
は 3 成分工具動力計上に保持され切削抵抗の測定に用い
られる．切削抵抗の測定は Table 1 右の Rｄ，Adに示さ
れるように，被削材についてエンドミルの軸方向と径方
向に一定の切込み量を与えて XY 平面内での直線端面切
削により行う．工具寿命試験の標準切削条件も Table 1
左に示す．切れ刃や切りくずの外観についても適宜に観
察する．
Fig.1 Setup for experiment
Table 1 Cutting conditions for experiments
Experiment
Cutting conditions
Tool wear experiment (Straight&Concave)
Cutting force measurement
Cutting speed V m/min (Spindlespeed) S min－1
75 3000
75 3000
Feed per tooth fz mm/tooth
0.03, 0.01* (0.08*mm/cycle
Z direction : radius=1*mm)
0.03
Cutting direction Down cut Down cut
Free length of tool mm 32 32
Tool runout ≦ 6μm ≦ 6μm
Radial depth of cut Rｄ mm
0.4 (standard) 0.4
Axial depth of cut Aｄ mm
8 8
Workpiece SUS304(Straight &C
oncave cutting)
SUS304 (Straight
cutting)
Coolant Dry air Dry air
* Cutting conditions for initial helical milling for concave cutting
Table 2 Coated carbide endmills (φ8mm, 4 flutes) used for experiments
Manufacturer
Cutting edge
SHIN-EI
SEISAKUSHO Co., Ltd. (developed
endmill)
OSG
CORPORATION (commercial
product)
Unequal helix angle Endmill(A) 30°, 32° Endmill(C) 36°, 39°
Equal helix angle Endmill(B)
30°
Endmill(D) 45°
Fig.2 Unequal helix angle endmill (Endmill(A))
2.3 実験条件
工具寿命試験（直線切削ないしポケット形状切削）
に用いる切削条件を Table 1 左に示す．直線切削は直線
端面切削の繰り返しにより行うが，ある切削距離ごとに
切削抵抗の測定と切れ刃や切りくずの観察を行う．以上
について開発エンドミル(A)(B)について比較実験を行う．
これに対しポケット形状加工では，*印で示す条件によ
る切削開始時のヘリカル穴加工が必要である．Fig.3 に
ポケット形状加工に用いられる工具パスとその加工状況
を示す．加工順序はまず被削材の中心において深さ 8mm
まで工具をらせん状に振り下ろし，ついで Fig.3 に示す
工具パスと Table 1 左に示す条件で工具を外側にスパイ
ラル状に広げていくことで行う．さらに連続してポケッ
ト形状の加工を行い，定数個の加工終了ごとに切削抵抗
の測定と切れ刃や切りくずの観察を行う．以上を市販エ
ンドミル(C)(D)について行う．Table 2 にエンドミル
(A)～(D)のねじれ角と工具メーカを示す．
Fig.3 Tool paths and milled workpiece used for tool wear experiment (Dimensions of the shape 40× 40×8mm)
3. 実験結果と考察
3.1 直線切削加工
ステンレス鋼 SUS304 は鋼材として広く利用されてい
る．本研究では開発されたエンドミル(A)(B)を用いて直
線切削加工を行い，工具寿命等について比較評価を行っ
た．
不等リードエンドミル(A)の結果については，Fig.4
に見られるように，切削距離の増大とともに工具摩耗が
次第に進展し，切削距離 25m で工具寿命となった．工具
摩耗の特徴は，切れ刃先端形状が逃げ面とすくい面を含
めて面取り状に鈍化していくようにチッピングが起こり
摩耗が進行していく点である．そして切削距離とともに，
切れ刃全面にわたって工具摩耗やチッピングが大きくな
った．そして刃先が赤熱して切れ刃全面への被削材の溶
着が発生し，工具寿命を迎えた．
Fig.4 Photographs of cutting edge (Endmill(A) Workpiece: SUS304)
(a) Side edge (b) Bottom edge (a) ↓
←(b)
100°
30°
32°
19
また切削抵抗の測定値については，切削距離ととも
に被削材に対する法線方向成分 Fx が他成分と比べて切
削距離とともにゆるやかに増大したが，工具寿命に近づ
くにつれ急激に増大していった（Fig.6）．切りくず形
状については，新品工具時は光沢のある細い短冊形状を
呈するが，切削距離の増大とともに，徐々に表面のせん
断による横筋が大きくなっていき，端面にギザギザが発
生していった．さらに切削距離 20m を過ぎると切りくず
が大きく千切れるようになり，工具寿命時には切りくず
の細かい破断やむしれが増大した．切りくずの色も銀色
からやや鈍い色に変化した（Fig.5）．
以上の結果と比較のため，等リードエンドミル(B)
について同じ条件で実験した際の切削抵抗の測定値（法
線方向成分 Fx）の変化を Fig.6 中の○印で示す．これ
によれば，不等リードエンドミル(A)に比べて Fx は切削
開始からやや直線的に増大している．また不等リードエ
ンドミル(A)の切削距離がエンドミル(B) よりも 25%以
上伸びていることがわかる．
Fig.5 Photographs of chip (Endmill(A) Workpiece: SUS304)
Fig.6 Relation between cutting length and cutting force (Endmill(A) Workpiece: SUS304)
Fig.7 は切削抵抗の変動の大きさを評価する指標とし
て，切削抵抗成分 Fx の分散σ2の変化を示したものであ
る．これによれば，不等リードエンドミル(A)の方が工
具寿命時まで低い値で推移していることがわかる．
Fig.7 Relation between cutting length and cutting force (Endmill(A) Workpiece: SUS304)
3.2 ポケット形状切削加工
続い て， エン ド ミル(C)(D) を用 いて ステ ン レス 鋼
SUS304 のポケット形状加工を行い，工具寿命等につい
て比較評価を行った．
不等リードエンドミル(C)の結果については，まず切
れ刃の変化では，Fig.8 に見られるように，切削個数の
増大とともに工具摩耗が次第に進展し，切削個数 60 で
工具寿命となった．
Fig.8 Photographs of cutting edge (Unequal helix Angle Endmill(C) Workpiece: SUS304)
工具摩耗の特徴は，前節と同様に切れ刃先端形状が
逃げ面とすくい面を含めて面取り状に鈍化していくよう
にチッピングが起こり摩耗が進行していく点である．そ
して切削個数増大とともに，切れ刃全体において工具摩
耗やチッピングが大きくなり，刃先が赤熱して切れ刃へ
の被削材の溶着が発生し工具寿命を迎えた．ヘリカル穴
加工によりエンドミル底刃も損傷するが，Fig.9 に示す
ように底刃外周部から摩耗や欠けが切削個数とともに成
長している．
切削抵抗の測定値については，切削個数とともに被
削材に対する法線方向成分 Fx がゆるやかに増大してい
き ， 工 具 寿 命 が 近 づ く と そ の 増 加 率 が 大 き く な っ た
（Fig.11）．
切りくず形状については，当初は銀色の短冊状切り
くずであるが，切削個数 30 を過ぎて切りくずの千切れ
が多くなった．また徐々に表面のせん断による横筋が大
きくなりそこから破断するものが増えていった．工具寿
命時にはほとんど切片状に断裂した切りくずとなり，切
りくずの色も銀色からやや鈍い色に変化した（Fig.10）．
Fig.9 Photographs of cutting edge (Unequal helix Angle Endmill(C) Workpiece: SUS304)
Fig.10 Photographs of chip (Unequal helix Angle Endmill(C) Workpiece: SUS304)
Fig.11 Relation between cutting length and cutting force (Unequal helix Angle Endmill(B) Workpiece: SUS304)
以上の結果と比較のため，等リードエンドミル(D)に
ついて同じ条件で実験した際の切削抵抗の測定値（法線
方向成分 Fx）の変化を Fig.11 中の○印で示す．
これによれば不等リードエンドミル(C)の切削距離が
等リードエンドミル(D)よりも 4 倍程度大きく伸びてい
ることがわかる．また双方とも特徴的な切削抵抗の増加
傾向を示すことがわかる．また前節と同様，その切削抵
抗の変動値についても等リードエンドミル(D) よりも工
具寿命時まで低い値で推移していた．
4. おわりに
開発された不等リードエンドミル等を用いて，切削
加工実験（直線切削およびポケット形状切削）によるス
テンレス鋼 SUS304 の適切な加工条件の研究を行い，次
の結果を得た．
(1) 開発された不等リードエンドミルによる SUS304 の
直線切削では，標準切削条件において切削距離 25m
となり，比較したエンドミルの切削距離 20m に対し
て 25％以上工具寿命が延びた．
(2) 市販の不等リードエンドミルによる SUS304 のポケ
ット形状切削では，標準切削条件において切削個数
60 となり，比較したエンドミルの切削個数 15 に対
して工具寿命が 4 倍程度延びた．
(3) SUS304 の直線切削およびポケット形状切削では，
いずれも切れ刃先端が面取り状に鈍化していく摩耗
形態を示した．切削抵抗の被削材に対する法線方向
成分 Fx が，工具寿命が近づくに従い増加率が大き
くなった．
追 記
本研究は，平成 24 年度の九州各県工業系公設試連携
研究の一環として実施されました．
0
30
45
60
1mm
21
