(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部と非刃部とを備えるエンドミルと、
前記エンドミルの外周部の少なくとも１方向から前記エンドミルの前記非刃部を支持する支持部材と、
を有し、
前記エンドミルの中心軸方向と、前記エンドミルからみた前記支持部材の位置する方向と、のいずれの方向にも垂直な方向における前記支持部材の幅が、前記エンドミルの外径よりも小さいこと
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンドミル加工装置において、
前記エンドミルに切削油剤を供給する切削油剤供給部を有し、
前記支持部材は、
前記切削油剤を介して前記エンドミルの前記非刃部を支持するものであること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンドミル加工装置において、
前記エンドミルに潤滑油を供給する潤滑油供給部を有し、
前記支持部材は、
前記潤滑油供給部から供給される潤滑油を流すための流路と、
前記エンドミルの前記非刃部に潤滑油を供給するための潤滑油供給口と、
を有すること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンドミル加工装置において、
前記支持部材は、
前記潤滑油を介して前記エンドミルの前記非刃部を支持するものであること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項５】
請求項１に記載のエンドミル加工装置において、
前記支持部材は、
前記非刃部に接触した状態で前記エンドミルを支持するものであること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置において、
２以上の前記支持部材を有し、
それぞれの前記支持部材は、互いに異なる方向から前記エンドミルの前記非刃部を支持するものであること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置において、
前記支持部材は、
前記エンドミルの前記非刃部と対面する支持面を有し、
前記支持面は、
円筒内面の少なくとも一部の面を有していること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載のエンドミル加工装置において、
前記支持部材は、
２以上の前記支持面を有すること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置において、
前記支持部材は、
被削材に対して前記エンドミルを進行させる送り方向に対して、前記エンドミルの前方と後方との少なくとも一方の位置に配置されていること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置において、
前記エンドミルの前記刃部は、
不等リードもしくは不等ピッチで形成されていること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置において、
前記エンドミルを把持して回転主軸に結合するためのホルダーに対して、回転しない前記支持部材を保持する軸受を有すること
を特徴とするエンドミル加工装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置を支援するＣＡＭ装置において、
前記エンドミルの形状および前記支持部材の形状を用いて、工程設計もしくは作業設計の支援を行うものであること
を特徴とするＣＡＭ装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置を動作させるためのＮＣプログラムであって、
前記支持部材の形状情報および位置情報と、
被削材の形状情報および位置情報とに基づいて、前記エンドミル加工装置を動作させるものであること
を特徴とするＮＣプログラム。
【請求項１４】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置を動作させるためのＮＣプログラムであって、
前記支持部材と被削材とが干渉しないようにするための補助動作を指令する補助動作指令が含まれていること
を特徴とするＮＣプログラム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンドミル加工装置を動作させるためのＮＣプログラムであって、
被削材に対してアップカットで切削するように、前記エンドミル加工装置を動作させるものであること
を特徴とするＮＣプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の技術分野は、エンドミル加工装置およびＣＡＭ装置およびＮＣプログラムに関する。さらに詳細には、加工時の振動の抑制を図ったエンドミル加工装置およびＣＡＭ装置およびＮＣプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の製造工程には、切削加工が用いられることが多い。例えば、製品の直接加工や、金型の加工等に用いられることがある。このような切削加工を行う際に、工具にびびり振動が発生することがある。このびびり振動は、仕上げ面形状の劣化や工具の破損の原因となる。【０００３】
びびり振動には、強制振動と、自励振動と、の２種類がある。強制振動とは、何らかの強制的な振動原因が機械の振動特性によって拡大される振動である。例えば、エンドミル加工において発生する断続的な切削力等が原因となる。ただし、強制振動をびびり振動に含めない場合もある。自励振動とは、切削プロセス中で振動をフィードバックする閉ループが存在することにより成長し増大する振動である。【０００４】
主な自励振動には、再生型の自励振動と、モードカップリング型の自励振動と、がある。再生型の自励振動は、例えば、一回転前もしくは一刃前の切削時に生じていた振動が加工面の起伏として残留し、その残留形状と現在の振動に起因して切取り厚さが変動することにより生じる。モードカップリング型の自励振動は、例えば、２方向の振動モードが近い共振周波数を有する場合に、それらが連成することにより生じる。このようなびびり振動は、次の表１のようにまとめられる。【０００５】
［表１］
（ａ）強制振動
（ｂ）自励振動
（ｂ−１）再生型の自励振動
（ｂ−２）モードカップリング型の自励振動【０００６】
したがって、びびり振動を抑制するための技術が開発されてきている。例えば、特許文献１には、刃数を奇数とするとともに互いに異なる分割角を設けた不等分割エンドミルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このエンドミルでは、加工面に残留して現在の切取り厚さを変化させる「再生効果」の位相を一定にしないこととしている。そのため、再生型の自励振動を抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載のエンドミルでは、モードカップリング型の自励振動を抑制することは困難である。【０００９】
近年、金型を形成する際に、溝幅に比べて深さの深い溝を形成するというニーズが高まってきている。このような深い溝を形成する場合には、エンドミルの外径に対する突出し長さの比が大きいエンドミル、すなわち細長いエンドミルを用いる必要がある。このような細長いエンドミルを用いた場合には、従来のエンドミルに比べて、自励振動がより生じやすい。【００１０】
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、少なくともモードカップリング型の自励振動を抑制することを図ったエンドミル加工装置およびＣＡＭ装置およびＮＣプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様におけるエンドミル加工装置は、刃部と非刃部とを備えるエンドミルと、エンドミルの外周部の少なくとも１方向からエンドミルの非刃部を支持する支持部材と、を有する。そして、エンドミルの中心軸方向と、エンドミルからみた支持部材の位置する方向と、のいずれの方向にも垂直な方向における支持部材の幅が、エンドミルの外径よりも小さい。【００１２】
このエンドミル加工装置は、エンドミルの非刃部を支持する支持部材を有している。この支持により、モードカップリング型の自励振動の発生を抑制することができる。このため、エンドミルが破損するおそれがほとんどない。また、振動が増大することにより加工精度が低下するおそれもほとんどない。また、支持部材が被削材に接触しにくい。そのため、このエンドミル加工装置は、溝幅に比べて深い溝を形成するのに好適である。【００１３】
第２の態様におけるエンドミル加工装置は、エンドミルに切削油剤を供給する切削油剤供給部を有する。支持部材は、切削油剤を介してエンドミルの非刃部を支持するものである。そのため、支持部材は、エンドミルの非刃部に対して非接触状態でエンドミルの非刃部を支持することができる。このとき、切削油剤の動圧により、エンドミルを支持することとなる。【００１４】
第３の態様におけるエンドミル加工装置は、エンドミルに潤滑油を供給する潤滑油供給部を有する。そして、支持部材は、潤滑油供給部から供給される潤滑油を流すための流路と、エンドミルの非刃部に潤滑油を供給するための潤滑油供給口と、を有する。【００１５】
第４の態様におけるエンドミル加工装置では、支持部材は、潤滑油を介してエンドミルの非刃部を支持するものである。そのため、支持部材は、エンドミルの非刃部に対して非接触状態でエンドミルの非刃部を支持することができる。このとき、潤滑油の動圧により、エンドミルを支持することとなる。なお、この潤滑油は、切削油剤を兼ねていてもよい。【００１６】
第５の態様におけるエンドミル加工装置では、支持部材は、非刃部に接触した状態でエンドミルを支持するものである。【００１７】
第６の態様におけるエンドミル加工装置は、２以上の支持部材を有する。そして、それぞれの支持部材は、互いに異なる方向からエンドミルの非刃部を支持するものである。２以上の支持部材がエンドミルを支持するため、モードカップリング型の自励振動をより抑制することができる。例えば、送り方向の前後に１個ずつ支持部材を設けた場合には、モードカップリング型の自励振動を好適に抑制する。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのそれぞれに支持部材を設けた場合には、モードカップリング型の自励振動のみならず、再生型の自励振動や強制振動も好適に抑制することができる。【００１８】
第７の態様におけるエンドミル加工装置では、支持部材は、エンドミルの非刃部と対面する支持面を有する。そして、支持面は、円筒内面の少なくとも一部の面を有している。そのため、より好適にエンドミルを支持することができる。【００１９】
第８の態様におけるエンドミル加工装置では、支持部材は、２以上の支持面を有する。そのため、より好適にエンドミルを支持することができる。【００２０】
第９の態様におけるエンドミル加工装置では、支持部材は、被削材に対してエンドミルを進行させる送り方向に対して、エンドミルの前方と後方との少なくとも一方の位置に配置されている。そのため、支持部材は、被削材と干渉しにくい。【００２１】
第１０の態様におけるエンドミル加工装置では、エンドミルの刃部は、不等リードもしくは不等ピッチで形成されている。モードカップリング型の自励振動のみならず、再生型の自励振動についても、充分に抑制することができる。このように、振動が成長し増大する自励振動を抑制することができるため、加工精度の向上および工具の耐久性の向上の両方が期待できる。【００２２】
第１１の態様におけるエンドミル加工装置は、エンドミルを把持して回転主軸に結合するためのホルダーに対して、回転しない支持部材を保持する軸受を有する。このため、他の工具に交換する作業を容易に行うことができる。【００２３】
第１２の態様におけるＣＡＭ装置は、上記のエンドミル加工装置を支援するためのものである。このＣＡＭ装置は、エンドミルの形状および支持部材の形状を用いて、工程設計もしくは作業設計の支援を行う。【００２４】
第１３の態様におけるＮＣプログラムは、上記のエンドミル加工装置を動作させるためのものである。そして、このＮＣプログラムは、支持部材の形状情報および位置情報と、被削材の形状情報および位置情報とに基づいて、エンドミル加工装置を動作させるものである。【００２５】
第１４の態様におけるＮＣプログラムは、上記のエンドミル加工装置を動作させるためのものである。そして、このＮＣプログラムは、支持部材と被削材とが干渉しないようにするための補助動作を指令する補助動作指令が含まれている。【００２６】
第１５の態様におけるＮＣプログラムは、被削材に対してアップカットで切削するように、エンドミル加工装置を動作させるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本明細書では、少なくともモードカップリング型の自励振動を抑制することを図ったエンドミル加工装置およびＣＡＭ装置およびＮＣプログラムが提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態に係るエンドミル加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るエンドミル加工装置のエンドミル周辺の構成を示す断面図である。
【図３】図２のＡＡ断面を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るエンドミル加工装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係るエンドミル加工装置の加工方法を説明するための図である。
【図６】図５のＢＢ断面を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例に係る支持部材を示す断面図（その１）である。
【図８】第１の実施形態の変形例に係る支持部材を示す断面図（その２）である。
【図９】第２の実施形態に係るエンドミル加工装置のエンドミル周辺の構成を示す断面図である。
【図１０】図９のＣＣ断面を示す断面図である。
【図１１】第２の実施形態の変形例に係る支持部材を示す断面図（その１）である。
【図１２】第２の実施形態の変形例に係る支持部材を示す断面図（その２）である。
【図１３】第３の実施形態に係るエンドミル加工装置の支持部材を示す断面図である。
【図１４】第３の実施形態の変形例に係るエンドミル加工装置の支持部材を示す断面図である。
【図１５】第４の実施形態に係るエンドミル加工装置の加工方法を示す概念図である。
【図１６】第５の実施形態に係る加工システムを示す概念図である。
【図１７】実験におけるエンドミルとＸ軸およびＹ軸の向きとの関係を示す図である。
【図１８】実験におけるエンドミルの振動数とコンプライアンスとの関係を示すグラフである。
【図１９】等ピッチのエンドミルの安定限界について試験を行った結果を示すグラフである。
【図２０】不等ピッチのエンドミルの安定限界について試験を行った結果を示すグラフである。
【図２１】アップカットとダウンカットとで切削加工の安定性を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、具体的な実施形態について、エンドミル加工装置および加工システムを例に挙げて図を参照しつつ説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
１．エンドミル加工装置
本実施形態のエンドミル加工装置１００を図１に示す。エンドミル加工装置１００は、エンドミル１０と、支持部材２０と、加工ユニット１３０と、筐体１０１と、Ｘ軸モーター１１１と、Ｙ軸モーター１１２と、Ｚ軸モーター１１３と、Ｘ軸センサ１２１と、Ｙ軸センサ１２２と、Ｚ軸センサ１２３と、Ｘ軸送りテーブル１４１と、Ｙ軸送りテーブル１４２と、制御部１５０と、を有している。
【００３１】
エンドミル１０は、実際に加工対象となる被削材を加工するための工具である。エンドミル１０は、被削材を加工する刃部１１と、刃部１１と一体に形成されているとともに刃を形成されていない非刃部１２と、を有している。刃部１１は、非刃部１２より先端側の位置に形成されている。
【００３２】
本実施形態のエンドミル加工装置１００は、細溝加工に適している。そのため、エンドミル１０においては、径Ｄ１に対する突出し長さＬ１が長い。径Ｄ１に対する突出し長さＬ１は、１０以上である。加工時間を考えると、径Ｄ１に対する突出し長さＬ１は、４０以下である。つまり、径Ｄ１に対する突出し長さＬ１は、１０以上４０以下である。好ましくは、１０以上３５以下である。より好ましくは、１５以上３０以下である。このように、エンドミル１０では、径Ｄ１に対して突出し長さＬ１が非常に長い。後述する支持部材２０があるため、このように細長いエンドミル１０は、高い能率および高い加工精度で加工をすることができる。
【００３３】
支持部材２０は、エンドミル１０を支持するための部材である。より具体的には、支持部材２０は、エンドミル１０の非刃部１２に接触することにより、エンドミル１０を支持している。そして、その支持している箇所は、非刃部１２のうちでも刃部１１の側の位置である。エンドミル１０は、主軸とともに回転するが、支持部材２０は、主軸とともに回転しない。すなわち、支持部材２０は、加工ユニット１３０の非回転部分に固定されたままである。支持箇所が非刃部１２であるため、支持部材２０は、エンドミル１０により加工されるおそれはない。ただし、被削材の加工時には、支持部材２０は、回転するエンドミル１０の非刃部１２に、接触することとなる。そのため、エンドミル加工装置１００の使用により、支持部材２０は、摩耗するおそれがある。本実施形態では、支持部材２０を設けているため、後述するようにモードカップリング型の自励振動を抑制することができる。
【００３４】
加工ユニット１３０は、エンドミル１０を保持する主軸を支持するためのエンドミル加工ユニットである。加工ユニット１３０は、Ｚ軸モーター１１３によりＺ軸方向に移動させることのできるものである。加工ユニット１３０については、後に詳しく説明する。
【００３５】
Ｘ軸送りテーブル１４１は、被削材Ｍ１を載置するための台である。Ｘ軸送りテーブル１４１は、Ｘ軸モーター１１１により、Ｘ軸方向に移動することができるようになっている。Ｙ軸送りテーブル１４２は、Ｙ軸モーター１１２により、Ｙ軸方向に移動することができるようになっている。これにより、Ｘ軸送りテーブル１４１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動することができる。
【００３６】
Ｘ軸モーター１１１は、Ｘ軸送りテーブル１４１をＸ軸方向に移動させるためのものである。Ｙ軸モーター１１２は、Ｙ軸送りテーブル１４２をＹ軸方向に移動させるためのものである。Ｚ軸モーター１１３は、加工ユニット１３０をＺ軸方向に移動させるためのものである。これらのモーターにより、エンドミル１０の被削材Ｍ１に対する相対位置を調整することができるようになっている。
【００３７】
図２は、加工ユニット１３０の内部構造を概略的に示す断面図である。加工ユニット１３０は、エンドミル１０と、支持部材２０と、工具ホルダー１３１と、回転主軸１３２と、主軸ベアリング１３３と、ベアリング１３４と、を有している。
【００３８】
工具ホルダー１３１は、エンドミル１０を把持するとともに回転主軸１３２に結合するための工具保持部である。工具ホルダー１３１は、凹部１３１ａを有している。エンドミル１０は、凹部１３１ａに挟まれた状態で保持されている。工具ホルダー１３１がエンドミル１０を保持するための保持機構は、公知技術と同様のものである。また、工具ホルダー１３１は、回転主軸１３２と結合して、回転駆動を受けるようになっている。つまり、工具ホルダー１３１は、エンドミル１０とつれまわって回転することとなる。
【００３９】
主軸ベアリング１３３は、回転主軸１３２を支持するためのベアリングのうちの一つである。そのため、回転主軸１３２からエンドミル１０までにわたって一体に回転する回転体を主軸ベアリング１３３等が支持することとなる。また、ベアリング１３４は、工具ホルダー１３１に対して、支持部材２０を支持するための部材である。ベアリング１３４の内輪は、工具ホルダー１３１に固定されており、ベアリング１３４の外輪は、支持部材２０に固定されている。そのため、工具の交換の際には、エンドミル１０と、支持部材２０と、工具ホルダー１３１と、を一体に交換することとなる。
【００４０】
２．支持部材
ここで、支持部材２０とエンドミル１０との接触箇所について説明する。図３は、図２のＡＡ断面を示す断面図である。ＡＡ断面は、エンドミル１０および支持部材２０の少なくとも一部を含み、エンドミルの回転中心軸に垂直な面である。図３に示すように、支持部材２０は、支持箇所Ｓ１、Ｓ２の２箇所によりエンドミル１０を支持している。支持箇所Ｓ１、Ｓ２は、エンドミル１０の非刃部１２と対面する支持面を有している。また、その支持面は、円筒内面の一部と同じ形状である。その円筒内面の内径は、エンドミル１０の非刃部１２の外径と同じかわずかに大きい程度である。加工時には、支持部材２０の支持箇所Ｓ１は、矢印ｒ１の向きにエンドミル１０を押すこととなる。同様に、支持部材２０の支持箇所Ｓ２は、矢印ｒ２の向きにエンドミル１０を押すこととなる。
【００４１】
図３では、矢印ｒ１、ｒ２は、エンドミル１０の中心Ｏを向いている。しかし、必ずしも、矢印ｒ１、ｒ２が、エンドミル１０の中心Ｏの方向を向いている必要はない。矢印ｒ３は、支持部材２０がエンドミル１０を支持する支持方向である。ここで、支持方向（ｒ３）とは、支持部材２０の中心（Ｏ１）からエンドミル１０の中心（Ｏ）に向かう向きのことをいうこととする。ここで、支持部材２０の中心Ｏ１は、ＡＡ断面において、支持部材２０の重心となる位置である。支持方向ｒ３の向きは、ここでは、エンドミル１０が被削材に対して進む送り方向Ｋ１と一致している。このように、支持方向ｒ３と送り方向Ｋ１とが一致している場合には、支持部材２０を被削材Ｍ１と干渉しないように加工することが容易である。
【００４２】
３．制御系
本実施形態の制御系を図４に示す。図４に示すように、制御部１５０は、ＮＣプログラム格納部１６１と、プログラム解析部１６２と、モーター制御部１７０と、その他の制御部１８０と、を有している。
【００４３】
ＮＣプログラム格納部１６１は、ＮＣプログラムを格納するためのものである。プログラム解析部１６２は、ＮＣプログラム格納部１６１に格納されているＮＣプログラムを解析して、そのプログラムを実行させるためのものである。モーター制御部１７０は、各モーターを制御するためのものである。
【００４４】
モーター制御部１７０は、Ｘ軸制御部１７１と、Ｙ軸制御部１７２と、Ｚ軸制御部１７３と、主軸制御部１７４と、Ｃ軸制御部１７５と、を有している。Ｘ軸制御部１７１は、被削材Ｍ１のＸ軸方向の位置を制御するためのものである。ここで、位置とは、被削材Ｍ１に対するエンドミル１０の相対位置のことをいう。Ｙ軸制御部１７２は、被削材Ｍ１のＹ軸方向の位置を制御するためのものである。Ｚ軸制御部１７３は、被削材Ｍ１のＺ軸方向の位置を制御するためのものである。主軸制御部１７４は、エンドミル１０の主軸の回転を制御するためのものである。Ｃ軸制御部１７５は、支持部材２０と被削材Ｍ１とが干渉しないように被削材Ｍ１の回転位置を制御するためのものである。このＣ軸制御部１７５は、第５の実施形態の変形例で説明する。つまり、本実施形態の必須構成要素ではない。
【００４５】
また、主軸センサ１２４は、主軸の回転を検出するためのものである。Ｃ軸センサ１２５は、Ｃ軸の回転位置を検出するためのものである。主軸モーター１１４は、主軸を回転させるためのものである。Ｃ軸モーター１１５は、被削材Ｍ１の支持部材に対する位置を変更するために利用することができる。入力受付部１９１は、作業者により入力された指示を受け付けるためのものである。その他の各部１９０は、エンドミル加工装置１００が有している上記以外の構成である。
【００４６】
４．加工方法
ここで、本実施形態のエンドミル加工装置１００の加工方法について説明する。図５に示すように、エンドミル１０の送り方向（図５中の矢印Ｋ１）、すなわち、エンドミル１０が被削材Ｍ１に対して相対的に移動する方向をＹ軸の正方向とする。そうすると、支持部材２０は、エンドミル１０からみて−Ｙ軸の方向に配置されている。なお、図６は、図５のＢＢ断面を示す図である。
【００４７】
図３に示すように、支持部材２０における送り方向Ｋ１に垂直な向きの幅Ｄ２は、エンドミル１０の突出し長さＬ１の全長にわたってエンドミル１０の径Ｄ１よりも小さい。そのため、深い溝を形成する場合であっても、支持部材２０が被削材Ｍ１と干渉しにくい。ただし、エンドミル１０の根元部（尾部）付近では、この関係が必ずしも成り立っていなくともよい。このように、エンドミル１０の中心軸方向と、エンドミル１０からみた支持部材２０の位置する方向と、のいずれの方向にも垂直な方向における支持部材２０の幅Ｄ２が、エンドミル１０の外径Ｄ１よりも小さい。ここで、エンドミル１０からみた支持部材２０の位置する方向とは、エンドミル１０の中心（Ｏ）から支持部材２０の中心（Ｏ１）に向かう向きである。
【００４８】
つまり、支持部材２０は、エンドミル１０が支持される非刃部１２の直径より小さい幅を有している（図６参照）。このように、エンドミル１０が被削材Ｍ１を加工している加工期間内に、支持部材２０は、被削材Ｍ１に対してエンドミル１０を進行させる送り方向Ｋ１に対して、エンドミル１０の後方の位置に配置されている。そのため、支持部材２０が、被削材Ｍ１と接触するおそれはほとんどない。エンドミル１０の加工期間内に、支持部材２０がエンドミル１０の送り方向Ｋ１に対して、常に後方に位置するように、被削材Ｍ１の姿勢（Ｃ軸を含む回転位置）を設定しておく必要がある。また、加工していない期間内であっても同様に、支持部材２０を被削材Ｍ１と干渉しない位置に配置してもよい。
【００４９】
なお、図２に示すように、溝の深さが変化するとともに、その溝の底部の傾斜（溝の深さの変化率）が大きい場合、溝の底面と支持部材２０が干渉するおそれがある。そのような場合には、被削材Ｍ１に対してエンドミル１０を前傾させることでこの干渉を回避することができる。具体的には、Ｙ軸のまわりのＢ軸の回転位置を調整する。
【００５０】
５．モードカップリング型の自励振動の抑制
モードカップリング型の自励振動は、Ｘ軸方向の振動と、Ｙ軸方向の振動とが、連成することにより、発生、増大する。そのため、Ｘ軸方向の振動と、Ｙ軸方向の振動との少なくとも一方を抑制すれば、モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。
【００５１】
前述したように、エンドミル１０が被削材Ｍ１を加工している間に、支持部材２０はエンドミル１０の非刃部１２を支持している。そのため、Ｙ軸方向の振動が抑制される。モードカップリング型の自励振動は、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動とが連成しつつ閉ループを構成することにより、指数関数的に増大するおそれのある振動である。そのため、一方の振動、ここではＹ軸方向の振動を抑制すれば、モードカップリング型の自励振動は、指数関数的に増大することを抑制できる。本実施形態では、支持部材２０がＹ軸方向の振動を抑制する。これにより、モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。
【００５２】
本実施形態では、Ｙ軸方向を送り方向としている。ここで、被削材Ｍ１における仕上げ面の精度に影響を与えるのは、Ｘ軸方向の振動である。そのため、Ｙ軸方向の振動を抑制することは、仕上げ面の精度を向上させる上で一見重要ではないようにみえる。しかしながら、そのＹ軸方向の振動を抑制することにより、モードカップリング型の振動成長のループを断ち切ることができるのである。つまり、仕上げ面の精度は向上する。
【００５３】
また、本実施形態では、支持方向（ｒ３）はＹ軸方向である。しかし、Ｘ軸方向の振動が発生すると、支持部材２０は、ｒ１もしくはｒ２の向きにエンドミル１０を押すこととなる。この押圧力のＸ軸成分により、エンドミル１０におけるＸ軸方向の振動は、ある程度抑制される。その結果、Ｘ軸方向の再生型の自励振動および強制振動もある程度抑制される。
【００５４】
６．本実施形態の効果
本実施形態では、エンドミル１０の非刃部１２を支持する支持部材２０をエンドミル加工装置１００に設けることとした。そのため、（ｂ−２）モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。表１に示した自励振動のうち、少なくとも１つを抑制することができる。そのため、エンドミル１０の突出し長さＬ１（図２参照）およびエンドミル１０の刃部１１の長さＬ２を長くとることができる。つまり、従来のエンドミル加工装置に比べて、溝幅に比べて深さの深い溝等を形成することができる。例えば、抜き勾配を必要とする金型を加工する際にも、このような深い溝形状の加工を好適に行うことができる。
【００５５】
また、従来のエンドミル装置に比べて、振動を抑制できるため、加工能率として従来のものに比べて高い値を設定することができる。そのため、エンドミル加工装置１００の加工のサイクルタイムは、従来のものに比べて短い。
【００５６】
７．変形例
７−１．支持部材の接触箇所の数
本実施形態では、２箇所の支持箇所Ｓ１、Ｓ２によりエンドミル１０を支持することとした。しかし、図７に示すように、１箇所の支持箇所Ｓ３でエンドミル１０を支持する支持部材１２０を設けることとしてもよい。図７では、支持箇所Ｓ３は、エンドミル１０の送り方向Ｋ１の真後ろの位置に位置している。また、もちろん、３個以上の支持部材を設けてもよい。
【００５７】
７−２．支持部材の接触箇所の形状
また、支持箇所は、１点でエンドミル１０と接触する必要はない。エンドミル１０の非刃部１２の円柱外面形状に対応した円筒内面形状であってもよい。または、この円筒内面形状のうちの少なくとも一部の円弧面の形状であってもよい。
【００５８】
７−３．支持部材がエンドミルを支持する方向
モードカップリング型の自励振動は、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動とが連成することにより、増大する振動である。本実施形態では、支持部材２０がＹ軸方向からエンドミル１０の非刃部１２を支持することにより、モードカップリング型の自励振動を抑制することとした。しかし、ＸＹ面内の任意の一方向からエンドミル１０の外周部を支持することとしても、モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。その場合の具体例を、図８に示す。また、もちろん、二方向以上の方向からエンドミル１０を支持することとしてもよい。ただし、本実施形態のようにＹ軸方向から支持することとすると、支持部材２０が被削材Ｍ１と干渉しないような制御を容易にすることができる。
【００５９】
７−４．不等リードまたは不等ピッチ
本実施形態のエンドミル加工装置１００は、（ｂ−２）モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。それに加えて、エンドミル１０として、不等リードもしくは不等ピッチのものを用いるとなおよい。（ｂ−１）再生型の自励振動も、抑制することができるからである。
【００６０】
表１に示したびびり振動のうち、振動の振幅が指数関数的に増大するおそれがあるのは、（ｂ−１）再生型の自励振動と、（ｂ−２）モードカップリング型の自励振動と、の２つである。したがって、支持部材２０に加えて、不等リードもしくは不等ピッチを用いることにより、これらの自励振動を抑制することができる。そのため、これらの組み合わせにより、工具の平均寿命は非常に長くなる。また、振動の振幅が指数関数的に増大することがほとんどないため、エンドミル１０の突出し長さＬ１（図２参照）およびエンドミル１０の刃部１１の長さＬ２を長くとっても、安定な切削加工を行うことができる。
【００６１】
また、そのために、制御部１５０は、びびり振動周波数検知部と、刃部情報入力受付部と、算出部と、を有しているとよい。びびり振動周波数検知部は、エンドミル１０のびびり振動周波数を検知する機能を有している。刃部情報入力受付部は、エンドミル１０の刃数や形状など刃部の情報と、設定した軸方向切込み量など加工条件の情報と、の入力を受け付ける。もちろんこの場合には、ユーザーが刃部の情報および加工条件の情報を入力する入力部が、エンドミル加工装置１００に設けられている。そして算出部は、上記のびびり振動周波数と、上記の刃部の情報および加工条件の情報に基づいて、自励振動を適切に抑制することのできる主軸の回転数を算出する。
【００６２】
７−５．エンドミルの角度
本実施形態では、エンドミル１０の被削材Ｍ１に対する送り運動は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（主軸とエンドミルの軸方向）の並進運動を組み合わせたものである。しかし、Ｘ軸まわりの回転軸であるＡ軸や、Ｙ軸まわりの回転軸であるＢ軸のまわりの回転運動を組み合わせてもよい。
【００６３】
７−６．送り方向と支持方向
本実施形態では、エンドミル１０の送り方向Ｋ１と、支持部材２０がエンドミル１０を支持する支持方向ｒ３とが一致することとした。しかし、これらの方向は必ずしも一致している必要はない。モードカップリング型の自励振動を抑制するためには、エンドミル１０が低剛性であるＸ軸方向とＹ軸方向とを含む面内における任意の一つの方向成分の振動を減衰させることができれば十分だからである。したがって、支持部材２０は、任意の１以上の方向からエンドミル１０の非刃部１２を支持することとすればよい。
【００６４】
なお、被削材Ｍ１の溝の深さが変化する場合などには、その深さの変化に従って送り方向Ｋ１も、Ｙ軸方向からＺ軸方向に傾斜することが考えられる。そのような場合にはもちろん、その送り方向Ｋ１と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを含む面内で定義された支持方向ｒ３との間には、少なくともＺ軸方向成分の分だけ差異が生じる。しかし、エンドミル１０におけるＺ軸方向の剛性は高いため、エンドミル１０を支持する必要はない。また、加工方法のところで説明したように、溝の深さの変化の勾配が、エンドミル１０の先端からみて支持部材２０が伸びる方向の勾配に比べて急峻でなければ、溝の底面と支持部材２０とが干渉するおそれはない。逆に、後述するＣＡＤ／ＣＡＭ装置は、この干渉が生じる勾配を超えないように、送り方向Ｋ１の勾配（Ｚ軸方向成分の割合）に制約を設けて工具軌跡を算出することとすればよい。
【００６５】
７−７．エンドミルの被削材に対する相対位置
本実施形態では、エンドミル１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標、すなわち、被削材Ｍ１に対する相対位置を、エンドミル加工装置１００のように調整することとした。しかし、もちろん、エンドミル１０の被削材Ｍ１に対する相対位置をアクチュエーターにより調整する方法は、他にもある。本実施形態は、その一例を示したにすぎず、この場合に限定するものではない。
【００６６】
７−８．変形例の組み合わせ
もちろん、上記の各変形例を自由に組み合わせて用いてよい。
【００６７】
８．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のエンドミル加工装置１００は、エンドミル１０の送り方向Ｋ１に対してエンドミル１０の後方の位置に、支持部材２０を有している。支持部材２０は、エンドミル１０の非刃部１２を支持している。この支持により、エンドミル１０の進行方向もしくは送り方向Ｋ１の振動が抑制される。このように、２方向の振動モードのうち１方向（Ｙ軸方向）の振動モードが抑制される。そのため、モードカップリング型の自励振動は、全体として抑制される。
【００６８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態では、支持部材が、潤滑油供給口を有することに特徴点がある。したがって、その相違点を中心に説明する。
【００６９】
１．エンドミル加工装置
本実施形態のエンドミル加工装置２００を図９に示す。本実施形態のエンドミル加工装置２００は、第１の実施形態で説明した支持部材２０の代わりに、潤滑油供給口２４０を有する支持部材２２０を備えている。支持部材２２０は、流路２３０と、潤滑油供給口２４０と、を有している。流路２３０は、支持部材２２０の内部に設けられている。流路２３０は、潤滑油を流すためのものである。
【００７０】
また、本実施形態のエンドミル加工装置２００は、第１の実施形態のエンドミル加工装置１００の構成に加えて、潤滑油供給部２５０を有している。潤滑油供給部２５０は、支持部材２２０の流路２３０と、潤滑油供給口２４０と連通している。そのため、潤滑油供給部２５０で蓄えられている潤滑油は、流路２３０を通って、潤滑油供給口２４０から送出されることとなる。
【００７１】
２．潤滑油供給口
図１０は、図９のＣＣ断面を示す断面図である。図１０中の矢印は、エンドミル１０の回転方向を表している。図１０に示すように、支持部材２２０の内部には、潤滑油を通すための流路２３０を有している。そして、支持部材２２０におけるエンドミル１０と対面する面２２１に、潤滑油供給口２４０が設けられている。
【００７２】
図１０に示すように、潤滑油供給口２４０から送出された潤滑油は、支持部材２２０におけるエンドミル１０と対面する面２２１のほぼ全体に広がる。この潤滑油は、エンドミル１０の非刃部１２に一旦供給された後、エンドミル１０の外周部を伝ってエンドミル１０の刃部１１に供給されることとなる。
【００７３】
図１０に示すように、エンドミル１０と支持部材２２０との間には潤滑油があるため、回転中には、支持部材２２０とエンドミル１０とはほとんど接触していない。エンドミル１０と面２２１との間の潤滑油の動圧（くさび）効果により、エンドミル１０を支持することとなる。すなわち、支持部材２２０は、潤滑油を介して、エンドミル１０に非接触の状態でエンドミル１０の非刃部１２を支持することとなる。もちろん、この場合であっても、第１の実施形態と同様に、エンドミル１０のＹ軸方向の振動を抑制することができる。したがって、モードカップリング型の自励振動を抑制することができる。
【００７４】
この動圧効果を生むためには、油膜の厚みは、エンドミル１０の非刃部１２の表面粗さ程度以上あればよい。例えば、数μｍ以上である。また、油膜は、一周の回転程度ですぐに無くなるというわけではない。そのため、潤滑油供給口２４０より回転上流側の位置であっても、非接触支持を行うことができる。
【００７５】
３．変形例
３−１．回転上流側に位置する潤滑油供給口
また、エンドミル１０を支持する支持部材として、図１１に示すような支持部材３２０を用いてもよい。支持部材３２０は、エンドミル１０と対面する面３２１に、潤滑油供給口３４０を有している。潤滑油供給口３４０は、支持部材３２０の面３２１におけるエンドミル１０の回転上流側の位置に配置されている。そのため、潤滑油供給口３４０から送出された潤滑油は、エンドミル１０の回転にある程度つれまわって、面３２１に広がる。
【００７６】
３−２．２箇所の潤滑油供給口
また、図１２に示すように、２箇所から潤滑油を送出する支持部材４２０を設けることとしてもよい。その場合には、支持部材４２０は、エンドミル１０と対面する面４２１に、潤滑油供給口４４１、４４２を有している。潤滑油供給口４４１は、エンドミル１０と対面する面４２１におけるエンドミル１０の回転上流側の位置に位置している。潤滑油供給口４４２は、エンドミル１０と対面する面４２１におけるエンドミル１０の回転下流側の位置に位置している。つまり、潤滑油供給口４４２は、潤滑油供給口４４１より、エンドミル１０の回転下流側に位置している。
【００７７】
３−３．潤滑油
潤滑油供給部２５０が供給する潤滑油は、刃部に供給する切削油剤を兼ねていてもよい。
【００７８】
３−４．切削油剤
本実施形態では、支持部材２２０から潤滑油をエンドミル１０に供給することとした。しかし、エンドミル１０の根元側から切削油剤を供給することとしてもよい。その場合には、その切削油剤がエンドミル１０の刃部１１に垂れ落ちる途中で、エンドミル１０の非刃部１２と、支持部材との間に供給されることとなる。そして、その切削油剤の動圧により、エンドミル１０を支持することとなる。この場合、エンドミル加工装置は、もちろん、エンドミル１０に切削油剤を供給する切削油剤供給部を有する。
【００７９】
３−５．その他の変形例
また、第１の実施形態で説明した各変形例を用いることもできる。特に、不等リードもしくは不等ピッチのエンドミルを用いることが好ましい。
【００８０】
４．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のエンドミル加工装置２００は、エンドミル１０の送り方向Ｋ１に対してエンドミル１０の後方の位置に、支持部材２２０を有している。支持部材２２０は、エンドミル１０の非刃部１２を潤滑油を介して支持している。この支持により、支持方向の振動が抑制される。このように、２方向の振動モードのうち１方向（Ｙ軸方向）の振動モードが抑制される。そのため、モードカップリング型の自励振動は、全体として抑制される。
【００８１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態のエンドミル加工装置の機械的構成は、第１の実施形態や第２の実施形態のものと同じである。本実施形態では、加工方法が異なる。したがって、ここでは、その異なる点のみについて説明する。
【００８２】
１．加工方法（ダウンカット）
本実施形態の加工方法は、図１３に示すようなダウンカットを行う場合に用いられる。ダウンカットとは、被削材Ｍ１を削っているときの刃が動く向きと、エンドミル１０の送り方向Ｋ１とが、逆向きになるような加工のことをいう。図１３に示すように、ダウンカットを行う際には、エンドミル１０は、矢印Ｃ１の向きに力を受ける。矢印Ｃ１は、あくまで概念的に描いたものである。実際には、この矢印Ｃ１の向きや大きさは、エンドミル１０の刃の形状や摩耗の程度、回転位置、被削材との摩擦の大きさ等により変化する。ただし、その力の向きは、送り方向Ｋ１に近い向きである。
【００８３】
そのため、このようなダウンカットを行う場合に、図１３に示すように、支持部材５２０は、エンドミル１０の送り方向Ｋ１に対してエンドミル１０の前方の位置に配置されている。矢印Ｃ１の向きの力を支持部材５２０が受けることにより、モードカップリング型の自励振動を抑制するためである。
【００８４】
２．変形例
２−１．２方向に位置する支持部材
図１４に示すように、エンドミル１０の送り方向Ｋ２に対して後方に支持部材５２０を配置するとともに前方に支持部材５３０を配置することとしてもよい。その場合であっても、支持部材５２０、５３０により、モードカップリング型の自励振動を抑制することができることに変わりないからである。このようにすることで、例えば、往復の送り方向で加工を繰り返して加工深さや幅を増していく場合などに、送り方向を反転することに伴って被削材Ｍ１に対する支持部材の配置を１８０度回転させる必要がなくなり、加工時間を短縮することもできる。また、支持部材５２０、５３０は、それぞれ、互いに異なる方向からエンドミル１０の非刃部１２を支持している。また、エンドミル加工装置は、３個以上の支持部材を有することとしてもよい。
【００８５】
２−２．ダウンカット以外の切削工程
本実施形態では、ダウンカットを例に挙げて説明した。しかし、ダウンカット以外の場合であっても、支持部材５２０をエンドミル１０の送り方向Ｋ１に対して前方の位置に配置して加工を行ってもよい。
【００８６】
２−３．その他の変形例
また、第１の実施形態および第２の実施形態で説明したエンドミル加工装置およびこれらの変形例について、もちろん、用いることができる。
【００８７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態のエンドミル加工装置の機械的構成は、第１の実施形態や第２の実施形態のものと同じである。本実施形態では、加工方法が異なる。したがって、ここでは、その異なる点のみについて説明する。
【００８８】
１．加工方法（アップカット）
本実施形態の加工方法では、アップカットにより被削材Ｍ１を加工する。アップカットとは、被削材Ｍ１を削っているときの刃が動く向きと、エンドミル１０の送り方向Ｋ１とが、同じ向きになるような加工のことをいう。つまり、アップカットは、ダウンカットの場合とは逆向きにエンドミル１０の刃を回転させる。もしくは、送り方向Ｋ１をダウンカットとは逆向きにする。
【００８９】
後述するように、アップカットで被削材Ｍ１を加工することにより、再生型の自励振動は抑制される。第１の実施形態および第２の実施形態のエンドミル加工装置は、支持部材（２０等）を有する。そのため、これらのエンドミル加工装置は、モードカップリング型の自励振動を抑制する。そして、アップカットで被削材Ｍ１を加工することにより、モードカップリング型の自励振動を抑制するとともに再生型の自励振動を抑制する。そのため、加工の途中で増大する自励振動を効果的に抑制することができる。したがって、第１の実施形態および第２の実施形態におけるエンドミル加工装置は、自励振動に対する非常に高い安定性を備えている。
【００９０】
図１５は、本実施形態の加工方法を説明するための概念図である。本実施形態では、細溝加工をする際に、常にアップカットで被削材Ｍ１を加工する。図１５に、ｎ回目に加工するエンドミル１０の先端の位置Ｇ１と、ｎ＋１回目に加工するエンドミル１０の先端の位置Ｇ２と、ｎ＋２回目に加工するエンドミル１０の先端の位置Ｇ３と、ｎ＋３回目に加工するエンドミル１０の先端の位置Ｇ４と、を示す。
【００９１】
エンドミル１０の先端は、図１５の紙面と垂直な方向に送り運動を行うとともに矢印Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３の順に移動する。つまり、エンドミル１０の先端は、螺旋を描くように、細溝の奥深くに向かって入りつつ、被削材Ｍ１を加工する。
【００９２】
図１５に示すように、ｎ回目の加工では第１面Ｍ１ａを加工し、ｎ＋１回目の加工では第２面Ｍ１ｂを加工し、ｎ＋２回目の加工では再び第１面Ｍ１ａを加工し、ｎ＋３回目の加工では再び第２面Ｍ１ｂを加工する。そして、ｎ回目の加工からｎ＋１回目の加工に移る際に、エンドミル１０を切込み量Ｅ１だけ細溝の奥に配置する。なお、第１面Ｍ１ａと第２面Ｍ１ｂとは、細溝において向かい合う内側面である。そして、細溝の溝幅Ｗ１は、第１面Ｍ１ａと第２面Ｍ１ｂとの間の距離である。
【００９３】
２．変形例
２−１．らせん状の加工
なお、ここでは、便宜上ｎ回目という表現を用いたが、加工の送り運動中にも切込み深さを連続的に増加してらせん状にエンドミル１０を動かすこととすれば、１回の加工で所望の細溝加工を行うことができる。この加工方法により、常にアップカットで被削材Ｍ１を切削することができる。
【００９４】
２−２．その他の加工
また、第１の実施形態から第３の実施形態までで説明した変形例を適宜用いることができる。
【００９５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態から第４の実施形態までで説明したエンドミル加工装置を有する加工システムについて説明する。
【００９６】
１．システムの構成
本実施形態の全体の構成を図１６に示す。図１６に示すように、加工システム１は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置Ａ１と、ＮＣプログラム作成装置Ａ２と、エンドミル加工装置１００と、を有している。
【００９７】
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置Ａ１は、部品設計や金型設計等を行うＣＡＤ機能部と、これらの３Ｄデータから工程設計を行い、工具軌跡と、切込み量等のＮＣデータを決定するＣＡＭ機能部と、を有している。ＮＣプログラム作成装置Ａ２は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置Ａ１により決定されたＮＣデータから、ＮＣプログラムを作成するための装置である。
【００９８】
２．ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
従来のエンドミルは、回転工具であるため、被削材Ｍ１との干渉を考える際、その掃引形状として、主軸に対して回転対称な形状を取り扱えばよかった。これに対して、第１の実施形態から第４の実施形態までで説明したエンドミル加工装置では、エンドミル１０自体は、主軸に対して回転対称として取り扱えばよいが、支持部材（２０等）は、主軸に対して回転対称として取り扱うことができない。そのため、工具の軌跡を決定するに際して、エンドミル１０の回転対称形状のみならず、支持部材（２０等）の形状についても、被削材Ｍ１に干渉しないように決定する必要がある。
【００９９】
すなわち、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置Ａ１では、加工時においても非加工時においても、工具軌跡を算出する際に、エンドミル１０の回転対称形状と支持部材（２０等）の形状とを合わせた形状が、被削材Ｍ１に干渉しないように、その組み合わされた形状と被削材Ｍ１との間の相対的な位置および姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置およびこれらの軸回りの回転位置）を決定する。ただし、加工時に、エンドミル１０の刃部１１が被削材Ｍ１の被加工部分に干渉することは、当然ながら許される。
【０１００】
そのため、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置Ａ１は、エンドミル１０の形状および支持部材２０の形状を用いて、設計支援を行う。ここでいう設計支援とは、工程設計および作業設計を支援することである。
【０１０１】
３．ＮＣプログラム
エンドミル加工装置１００では、エンドミル１０に対してＹ軸方向もしくは−Ｙ軸方向のいずれかの位置に支持部材２０を配置する。または、Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向の両方に支持部材を配置することとしてもよい。つまり、支持部材２０の形状情報および位置情報と、被削材Ｍ１の形状情報および位置情報とに基づいて、エンドミル加工装置１００を動作させるのである。または、ＮＣプログラムが、支持部材２０が被削材Ｍ１と干渉しないようにするための補助動作を指令する補助動作指令を含んでいてもよい。これにより、これまでの実施形態あるいは変形例で説明してきたモードカップリング型の自励振動を抑制することができる。
【０１０２】
４．変形例
４−１．Ｃ軸モーター
また、工作機械にＣ軸がある場合には、Ｃ軸モーター１１５により、支持部材２０に対する被削材Ｍ１を配置する回転位置を決定するようにすればよい。また、被削材Ｍ１に対する支持部材２０を配置する位置を決定するようにしてもよい。
【０１０３】
４−２．支持部材の配置位置
本実施形態では、前述のように、支持部材２０をエンドミル１０に対してＹ軸方向もしくは−Ｙ軸方向のいずれかの位置に配置することとした。しかし、これ以外に被削材と干渉しない位置がある場合には、その方向に支持部材２０を配置することとしてもよい。
【０１０４】
４−３．加工形状
これまで説明したすべてのエンドミル加工装置は、もちろん、溝形状だけでなく、その他の３次元形状の加工を行うことができる。ただし、加工形状、工具軌跡等に応じて、支持部材を被削材と干渉しないようにする必要がある。
【実施例】
【０１０５】
１．実験条件および解析条件
１−１．実験および解析に用いたエンドミル加工装置
エンドミル加工装置として、図１７に示す支持部材６２０を有するものと、支持部材６２０を有さないものと、を用いた。支持部材６２０がエンドミル１０と接触する箇所の形状は、支持部材２０の場合とほぼ同様である。また、エンドミルとして、等ピッチのボールエンドミルと、不等ピッチのボールエンドミルと、を用いた。これらの組み合わせにより、４種類のエンドミルについて加工および解析を行った。【０１０６】
ここで、エンドミル（１０）の突出し長さ（Ｌ１）は、６０ｍｍであった。エンドミル（１０）の径（Ｄ１）は、６ｍｍであった。刃数は、２であった。不等ピッチのエンドミルにおけるピッチ角度は、１７３．９７８７°と、１８６．０２１３°と、であった。等ピッチのエンドミルにおけるピッチ角度は、もちろん、いずれも１８０°であった。【０１０７】
１−２．軸方向
ここで、本実験において便宜上設定したＸ軸とＹ軸とについて説明する。図１７に示すように、エンドミルの送り方向をＹ軸方向にとる。エンドミルの軸方向をＺ軸方向にとる。そして、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれにも垂直な方向をＸ軸方向にとる。【０１０８】
１−３．被削材等
被削材は、ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４６）であった。切削雰囲気は水溶性切削油であった。【０１０９】
２．実験結果
２−１．コンプライアンス伝達関数（等ピッチのボールエンドミル）
図１８は、等ピッチのエンドミルを取り付けた場合のエンドミル先端におけるコンプライアンスと周波数との関係を示すグラフである。図１８の横軸は、周波数（Ｈｚ）である。図１８の縦軸は、エンドミル先端のコンプライアンス（μｍ／Ｎ）である。ここで、コンプライアンスが小さいほど、エンドミルは振動に対して安定である。【０１１０】
図１８（ａ）は、Ｘ軸方向に加振したときのＸ軸方向の振動特性を表すコンプライアンス伝達関数｜Ｇｘｘ｜である。図１８（ａ）に示すように、コンプライアンス伝達関数｜Ｇｘｘ｜は、支持部材６２０の有無にかかわらず、１３５０Ｈｚ近傍に大きなピークをもつ。このようなピークがあると、エンドミル加工の途中で振動が急激に増大するおそれがある。つまり、びびり振動安定性が低下するおそれがある。また、支持部材６２０を用いた場合のほうが用いなかった場合に比べて、Ｘ軸方向の再生型の自励振動がわずかに小さい。【０１１１】
図１８（ｂ）は、Ｙ軸方向に加振したときのＹ軸方向の振動特性を表すコンプライアンス伝達関数｜Ｇｙｙ｜である。図１８（ｂ）に示すように、支持部材６２０がない場合には、コンプライアンス伝達関数｜Ｇｙｙ｜は、１３５０Ｈｚ近傍に大きなピークをもつ。しかし、支持部材６２０がある場合には、コンプライアンス伝達関数｜Ｇｙｙ｜のピークは、ほぼ消失する。すなわち、支持部材６２０は、エンドミル１０におけるＹ軸方向の振動を抑制する。【０１１２】
以上、説明したように、支持部材６２０は、Ｙ軸方向、すなわち、送り方向の振動を抑制することでモードカップリング型の自励振動を抑制することができる。また、支持部材６２０は、Ｘ軸方向の再生型の自励振動については、わずかに抑制するにとどまる。【０１１３】
２−２．安定限界試験
２−２−１．支持部材を用いた等ピッチのボールエンドミル
図１９は、等ピッチのボールエンドミルを用いるとともに支持部材６２０を適用して、びびり振動の安定限界について試験を行った結果を示すグラフである。図１９（ａ）の横軸は、エンドミルの回転数（回／分）である。図１９（ａ）の縦軸は、切削の深さ、すなわち、軸方向切込み量（ｍｍ）である。軸方向切込み量とは、エンドミルの回転軸の方向の切込み量である。図１のように座標軸をとった場合には、Ｚ軸方向の切込み量である。図１９（ａ）に示す線は、解析モデルによって推定された安定限界を示す線である。例えば、ある回転数のときに安定限界値が０．２ｍｍであったとする。その場合には、その回転数のときには、軸方向切込み量が０．２ｍｍ以下であれば、エンドミル加工装置は、安定な加工を行うことができることを意味する。つまり、この数値が大きいほど、大きな切込みで高能率加工を行うことができる。【０１１４】
図１９（ａ）に示すように、理論的な安定限界の線は、特定の回転数のところで複数のピークをもつ。なお、この安定限界の線は、図１８の測定データに基づいて描いたものである。そのため、この線は、それほどなめらかではない。図１９（ａ）中の「○」印、「△」印、「×」印、「＊」印は、その回転数と軸方向切込み量で切削加工を実施した場合のボールエンドミルの自励振動の有無と大きさを示す。【０１１５】
「○」印は、回転周波数の整数倍（すなわち強制振動）でない周波数の最大成分が１μｍ以下であった場合を示す。「△」印は、回転周波数の整数倍でない周波数の最大成分が１μｍより大きく２μｍ以下であった場合を示す。「×」印は、回転周波数の整数倍でない周波数の最大成分が２μｍより大きく４μｍ以下であった場合を示す。「＊」印は、回転周波数の整数倍でない周波数の最大成分が４μｍより大きかった場合を示す。【０１１６】
図１９（ａ）に示すように、この細長い等ピッチのボールエンドミルを用いるとともに支持部材６２０を適用して加工する場合には、安定して加工できる軸方向切込み量の上限は、およそ０．２ｍｍから０．４ｍｍの間である。【０１１７】
図１９（ｂ）の横軸は、エンドミルの回転数（回／分）である。図１９（ｂ）の縦軸は、びびり振動の周波数（Ｈｚ）である。図１９（ｂ）に示すように、びびり振動の周波数は、図１８における１３５０Ｈｚ程度の共振周波数よりも常に高い。これは、支持部材６２０を用いることにより、カップリングモード型の自励振動が抑制されて、再生型の自励振動が依然として残留していることを意味している。【０１１８】
２−２−２．不等ピッチのボールエンドミル
図２０は、不等ピッチのボールエンドミルを用いた場合の安定限界について試験を行った結果を示すグラフである。図２０（ａ）の横軸は、エンドミルの回転数（回／分）である。図２０（ａ）の縦軸は、軸方向切込み量である。図２０（ａ）は、図１９（ａ）に不等ピッチのボールエンドミルを用いるとともに支持部材６２０を適用した場合の結果を加えたものである。図２０（ａ）に示すように、等ピッチのボールエンドミルを用いるとともに支持部材６２０を適用しない場合には、安定して加工できる軸方向切込み量の上限は、およそ０．０３ｍｍから０．１ｍｍの間である。これに対して、不等ピッチのボールエンドミルを用いるとともに支持部材６２０を適用する場合には、安定して加工できる軸方向切込み量の上限は、およそ０．５ｍｍから２ｍｍの間である。また、エンドミルの回転数が６８００回／分の近傍で、安定して加工できる軸方向切込み量の上限はピークをもつ。【０１１９】
このように、支持部材６２０を用いるとともに不等ピッチのエンドミルを用いることにより、びびり振動を抑制して安定に加工できる軸方向切込み量の限界値、すなわち加工能率の限界は、格段に向上する。なお、支持部材６２０を用いるとともに不等ピッチのエンドミルを用いた場合における軸方向切込み量の限界値の向上は、不等ピッチのエンドミルを用いる効果と、支持部材６２０を用いる効果と、を単に足し合わせたものではない。つまり、不等ピッチのエンドミルを用いる効果と、支持部材６２０を用いる効果と、が合わさることによる相乗効果がある。【０１２０】
図２０（ｂ）の横軸は、エンドミルの回転数（回／分）である。図２０（ｂ）の縦軸は、びびり振動の周波数（Ｈｚ）である。エンドミルの回転数が６８００回／分の近傍で、びびり振動の周波数はピークをもつ。このピークの位置は、図２０（ａ）の場合と同じエンドミルの回転数に位置する。【０１２１】
２−３．アップカット
図２１は、アップカットとダウンカットとで切削加工の安定性を比較するグラフである。図２１の横軸は、形成する溝の溝幅Ｗ１（図１５参照）である。図２１の縦軸は、ｎ＋１回目の切削とｎ回目の切削との間での切込みの深さの差、すなわち、切込み量Ｅ１（図１５参照）である。本実験では、径Ｄ１が６ｍｍのエンドミルを用いているため、６ｍｍより小さい溝を加工することはできない。そのため、図２１では、溝幅Ｗ１を６ｍｍ以上としている。【０１２２】
図２１（ａ）は、アップカットの場合を示すグラフである。図２１（ａ）の実線は、支持部材６２０を用いるとともに等ピッチのエンドミルを用いた結果を示す線である。図２１（ａ）の破線は、支持部材６２０を用いるとともに不等ピッチのエンドミルを用いた結果を示す線である。これらの実線および破線の下側に位置する切込み量Ｅ１を設定すれば、安定な加工をすることができる。【０１２３】
図２１（ａ）に示すように、アップカットで被削材を加工する場合には、支持部材６２０および不等ピッチのエンドミルを用いた場合には、溝幅Ｗ１が７ｍｍ付近にピークを持つ。そのピークの近傍では、切込み量Ｅ１を０．３ｍｍ程度としてよい。その場合でも、安定して加工できる。【０１２４】
一方、支持部材６２０および等ピッチのエンドミルを用いた場合には、切込み量Ｅ１が０．０２ｍｍ程度で自励振動問題が発生する場合がある。【０１２５】
図２１（ｂ）に示すように、ダウンカットで被削材を加工する場合には、支持部材６２０および不等ピッチのエンドミルを用いた場合に安定して加工できる切込み量Ｅ１は、０．０８ｍｍ程度であった。また、支持部材６２０および等ピッチのエンドミルを用いた場合には安定して加工できる切込み量Ｅ１は、０．０２ｍｍ程度であった。ダウンカットを実施する場合には、アップカットのように、ピークをもたない。【０１２６】
以上説明したように、支持部材６２０および不等ピッチのエンドミルを用いることにより、モードカップリング型の自励振動と、再生型の自励振動と、を抑制することができる。そのため、エンドミルの径Ｄ１に対して突出し長さＬ１の大きいエンドミルを用いて、大きな切込み量で高能率に細溝加工を実施することができる。さらに、アップカットの送り方向を選択するとともに、工具径と溝幅を適切に設定すれば、ダウンカットの場合に比べて大きな切込み量で高能率に細溝加工を実施することができる。アップカットの場合には、ダウンカットに比べて切削力の方向が送り方向に近い。そのため、支持部材の効果を十分に得られないＸ軸方向の切削力成分、すなわち加振力が小さくなる。そのため、アップカットのほうがダウンカットに比べて、自励振動が抑制される。
【符号の説明】
【０１２７】
１００、２００…エンドミル加工装置
１０…エンドミル
１１…刃部
１２…非刃部
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０…支持部材
２４０、３４０、４４１、４４２…潤滑油供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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