［研究報告］

振動切削加工技術の基礎的研究 ＊堀田高川昌宏 ＊ ＊ 、池浩之 ＊ ＊＊ 、勝負澤貫仁 ＊ ＊ ＊ 、鈴木一孝 ＊ ＊＊ ＊ 、飯村善行 ＊＊ ＊崇 ＊＊ ＊ ＊ ＊新たに開発される耐摩耗性に優れた新素材を加工するため、工具刃先に超音波振動を付加する振動切削方法を用いて、鋼系高硬度材料及び超硬を被削材とした基礎的な加工実験を行った。その結果、今回設定した切削条件において、切削速度を遅くすると正常な加工は期待できないこと、削り誤差は振動切削を用いた場合小さくなることがわかった。
キーワード：振動切削、超音波振動

Basic Study of the Vibration Cutting
HOTTA Masahiro, IKE Hiroyuki, SHOUBUZAWA Yoshiyuki，
TAKAGAWA Takahito, SUZUKI Kazunori and IIMURA Takashi
We performed basic work experiment, using the way of giving ultrasonic vibration
tool edge, in order to work a new material that have the anti-wearing. As a result, weknew that cutting speed is slow, normal working is impossible, and when vibration
cutting is used, cutting error is loss, in cutting conditions set this time.
k ey words : vibration cutting,cutting , ultrasonic vibration
１

緒は指定粗さ（▽▽▽、Ｒｙが 1.6〜6.3μｍ内にあるこ言

新たに開発される耐摩耗性に優れた新素材を加工と）を満足するため 0.1mm/rev に設定した。そして、するために、新規加工法として、工具刃先を超音波域

触針式表面粗さ測定機（Form Talysulf S5，テーラーの振動数で切削方向に規則的に振動させ断続的に切削ホブソン製）を用いて加工面の表面粗さを、削り始めする超音波振動切削法（以下、振動切削）を提案した。の寸法と削り終わり時の寸法をマイクロメータで測定

この方法は、工具刃先が連続接触することがない一種し、その誤差を削り誤差とした。工具として、通常切の断続切削であるために切削力の低減が期待でき

１）、削ではセラミック工具及びｃＢＮ工具を、振動切削で刃先が欠損することなく安定して加工できるのではな

は超硬工具を使用した。加工条件を表１に示す。

いかと考えられる。本報では、振動切削が通常加工法

本実験として、被削材を超硬に選定し、端面切削をと比べてどの位優位性があるか不明であるため、実際実施した。工具はｃＢＮ工具を用い、切削液として、に切削条件を変更しながら振動切削を実施し、その加鏡面加工機用及び研削加工機用の粘性の低い非水溶性工特性に関する基礎的な評価実験を行ったので、その切削油，難削材加工用のタッピングオイルを使用した。

経過について報告する。

切削速度，送り速度は通常加工の予備実験で実施した結果を基に決定した。表２に加工条件を示す。なお、

２

実験方法

無断変速機能を有する汎用旋盤（昌運製作所製

予備実験，本実験では、工具刃先に超音波振動を付加Ｓする装置として市販の超音波振動切削装置（冨士工業

Ｔ−５）を用いて、予備実験と本実験の２種類を実施（株）製，ＦＵＭ１）を用いた。この装置は振動周波した。予備実験として、被削材を鋼系高硬度材料に選数 27kHz，最大片振幅 12.5μm の性能を有し、切削定し、片持ちによる外周切削を実施した。仕上げ加工

工具として振動用ホーンへの取り付けが容易な市販のに振動切削を適用するため加工条件を検討した結果、スローアウェイチップを用いている。写真１に超音波加工しろをそれぞれ：片側 0.05mm，0.1mm に、送り＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊＊
＊＊＊＊＊

素材再利用による新材料製造技術開発事業
電子機械部（現在 電子機械技術部）
金属材料部（現在 材料技術部）
化学部（現在 材料技術部）
企画情報部

21

岩手県工業技術センター研究報告第１０号（２００３）

振動切削装置を示す。なお、本文中に用いる記号は下更しても、Ｒｙは振動切削よりも小さい値（2〜4μｍ）

記のとおりである。となっている。セラミック工具を用いた場合は、切りｖ：

切削速度（ｍ／ｍｉｎ）

込みを変更したにもかかわらず、切削速度が大きくな

ｆ：送り（ｍｍ／ｒｅｖ）

るについて、値が小さくなっていることがわかる。粗ａ：

切り込み(mm)

さが小さくなった原因の一つとして、焼入鋼を切削し縦方向の最大粗さ（μm）

た際、背分力が大きくなるため２）、その結果バニシ効

Ｒｙ：

果により粗さが小さくなっていると思われる。ところ
で、加工面を観察すると工具刃先が規則正しく転写されているように見えるが、よく観察すると所々組織がむしられた様な痕が見られる。この現象は、切削速度及び切り込みを変更しても同様の現象が観察されることから、工具が加工面を切っている状態ではなくある程度面をこすっているのではないかと推測される。ｃ
ＢＮ工具を用いた場合は、切り込みや切削速度を変更しても、さほど差は見られない。
写 真 ２ に （ ｖ =20m/min ， ｆ =0.1mm/rev ， ａ

写真１
表１

表面粗さRy(μｍ)

0.025mm/回の表面粗さ

超音波振動切削装置
加工条件１

被削材 SKH51(HRC63)
速度10,20,30,40m/min
送り０．１mm/rev
切り込み 0.025mm/回，0.05mm/回，２回仕上切削液 無し通常切削 cBN，セラミックス
工具
振動切削 超硬(JISK10種相当）（いずれもノーズＲ0.8mm)

被削材
速度
送り
切り込み切削液
工具ｃBN

10

セラミック

2030

超硬40

切削速度(m/min)
表面粗さRy(μｍ)

表２1086420

加工条件２Ｇ７０(超硬)5,10,20m/min
0.05,0.1mm/rev
0.010mm/回，２回仕上無し，鏡面加工用油，研削加工用油，
タッピングオイル
振動切削 ｃＢＮ(ノーズＲ0.4)mm)

10864200.05mm/回の表面粗さ
ｃBN

102030
切削速度(m/min)

ｆ＝0.1mm/rev 乾式切削
図１

セラミック

超硬40

被削材：SKH51（HRC63）

切削速度を変化させた場合の表面粗さ=0.025mm／回，超硬工具）の加工条件で振動切削し３実験結果及び考察

３−１た際の加工面を示す。加工面には、工具刃先の送りマ予備実験ークとは別に工具の超音波振動によって生じた振動マ表１の条件で実施したところ、表面粗さＲｙは図１ークが切削方向と垂直に細かな線となって現れている。に示す結果となった。振動切削において、切り込み及また、切削速度が速い程、振動マークが大きくなってび切削速度を変更しても、大きな変化はない。また、いることがわかる。振動装置の仕様からすると、理論Ｒｙが平均約６μｍと通常切削した場合よりも大きい

的には約 12μｍ／回当たりの振動（ｖ=20m/min の場数値を示しているが、指定粗さ（▽▽▽，Ｒｙが 1.6合）をしており、加工面写真から振動ピッチを判断す〜6.3μｍ内にあること）内にあるため、要求条件を満るとほぼ同値に見えるので、振動切削が正常に行われたしている。また、ｃＢＮ工具及びセラミック工具をていたと判断できる。しかし、切削速度が遅くなると、用いて通常切削した場合、切り込み及び切削速度を変振動マークがあまり確認できないので、振動切削が正22振動切削加工技術の基礎的研究常に行われていないと思われる。以上のことから、振速度が大きくなるとセラミック工具及びｃＢＮ工具で動切削を行う場合、切削速度を遅くすると正常な加工は誤差が小さくなっているが、原因が特定できないのができないと考える。

で、今後の検討課題である。
また、加工中の状態を見ると、通常切削の場合、切削熱発生の為、切り屑が若干ではあるが変色し、加工後に加工表面に触ると熱くなっていることがわかる。
しかし、振動切削の場合、切り屑が通常切削の場合よりも変色せず、加工表面も熱くなっていない状態であるため、あまり切削熱が発生していないのではないかと推測される。
理由として、振動切削は断続切削であるため、加工負荷が被削材にかかった時に離れるので、被削材の変形が起きず、また切削熱が発生しても刃先が冷却される

ｖ＝20m/min

ｆ＝0.1mm/rev

ので、被削材も熱くならないと思われる。

a=0.025mm／回，以上、設定した加工条件において、鋼系高硬度材料

被削材：SKH51（HRC63），超硬工具，振動切削
写真２を切削した場合、表面粗さにおいて振動切削は粗さが振動切削時の加工面写真

指定公差内とはいえ通常切削に比べて大きくなってい通常切削と振動切削時との削り誤差（削り始めの寸るため、通常切削に優位性があらわれ、削り誤差では法と削り終わり時との寸法差）を図２に示す。振動切逆に振動切削に優位性があらわれた。理由として、振削において、ａ=0.025mm／回の場合、切削速度が変動切削は断続切削であるため、加工負荷が被削材にか化しても削り誤差はほぼ 1μｍとほぼ差がないが、かった時に離れるので切削力も小さくなり３）、被削材

a=0.05mm／回の場合、切削速度が大きくなるにつれの変形が起きにくいと思われる。
振動切削において、削り誤差が小さいと言うことは、

10864201086420ｃBN

セラミックすることがないことを示しているので、加工時間もトータルとして短縮される方向にある。よって、この加超硬工法は径が小さくかつ高硬度である材料を片持ち支持で加工しなければならない場合には、特に有効であると思われる。
３−２ 本実験
表２の条件で実施したところ、表面粗さＲｙは図４102030
切削速度(m/min)40に示す結果となった。振動切削において、切削速度が8ｆ：0.05mm/rev0.05mm/回の削り誤差
ｃBN

10

セラミック

2030
切削速度(m/min)

ｆ＝0.1mm/rev 乾式切削
図２

通常切削のように指定寸法に仕上げるのに何回も加工0.025mm/回の削り誤差

表面粗さRy（μm）

削り誤差(μｍ)

削り誤差(μｍ)て値が大きくなっている。通常切削の場合、振動切削

超硬ｆ:0.1mm/rev

64205401015
切削速度(m/min)

20ａ＝0.01mm/回，乾式，ｃＢＮ工具（R0.4mm）

被削材：SKH51（HRC63）

図３

加工条件変更による表面粗さ

切削速度を変化させた場合の削り誤差大きくなるにつれて、面粗さが小さくなっている。しと比べて全体的に値が大きくなっているセラミック工かし、送りを変化させた場合、さほど面粗さに変化が具は切削速度が変化しても値に差が見られないが、ｃ見られない。よって、仕上げ面粗さを小さくするため

BN 工具は切削速度が大きくなるにつれて、値が大きには、送りを変更するよりも切削速度を変更した方がくなっている。また、ａ=0.025mm／回の場合、切削より効果が期待できると思われる。

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また、切削速度及び送りを固定した状態で切り込みを変更したところ、表面粗さはａ=0.01mm／回に設定した場合が１番小さかったが、それ程面粗さにさほど変化が見られない。一般的にあまり切り込みを小さくんでしまったのではないか等と考えることができるがすると面粗さがかえって悪くなる傾向があるが、今回現時点では特定できないため、今後の検討課題である。

設定した加工条件では切り込み量が小さいため、多少今回、使用した工具刃先の丸み半径は 0.4mm と小さ変化させても面粗さに変化が現れることが少ないと思いので、それよりも大きい物を使用することにより、われる。

面粗さが小さくなると考えられるので、今後工具刃先

図４に湿式切削（数種類の切削液をかけて切削）との丸み半径を変更する等の検討を加えた実験を行う必

乾式切削（何もかけないで切削）状態での表面粗さを要があると思われる。

示す。結果から言うと、乾式切削の方が湿式切削した４場合よりも粗さが小さくなっている。また、湿式切削

結言状態で比較した場合、粘性が高い切削液（鏡面加工油

今回新たに開発される耐摩耗性に優れた新素材材料＜研削加工油＜タッピングオイル）を使用した方が面を加工するための予備試験として、鋼系高硬度材料及粗さが大きくなっている。一般的に湿式切削した場合、

び超硬を振動切削した場合の加工特性に関する基礎的面粗さが小さくなっており、今回の結果は全く逆となな評価実験を行ったところ、以下のことがわかった。っている。原因として考えられるのが、振動切削は切１）鋼系高硬度材料を切削した場合、表面粗さにおい削力が小さい状態で加工しているため、切削液をかけて、振動切削は切削速度及び切り込みを変更してもさることにより刃先が滑って切り込む場合と切り込まなほど値に差が見られないい場合があるのではないか、振動によって発生した熱２）鋼系高硬度材料を切削した場合、削り誤差においによって液が局所的に蒸発し、そのために深く切り込て、振動切削は通常切削よりも値は小さく、かつ切削ない

12３）超硬を振動切削した場合、乾式切削で切削速度を10ある程度早めに設定した方が表面粗さを小さくする可8能性がある。

6

今後、工具刃先の丸み半径を変更する等の検討を加え4た実験を行うことによって振動切削加工の加工特性を更に把握すると共に、新たに開発される耐摩耗性に優2れた新素材材料の加工について検討を行っていきたい
塗ルイ

文グオ

ュ
ー
シン
ッタ

フジテクノシステム，910(1994)
2) 狩 野 勝 吉 ： 難 削 材 の 切 削 加 工 技 術 , 工 業 調 査

ｖ＝10m/min，ｆ＝0.1mm/rev，ａ＝0.01mm/回，会,213(1991)

ｃＢＮ工具（R0.4mm）
図４献1) 森脇俊道他：超精密生産技術体系第２巻実用技術，

ピリソと考える。

布布塗
ョン油工

放電加工
加電塗（ミス
油乾放布ト）

0式

表面粗さＲｙ(μｍ)

速度及び切り込みを変更してもさほど値に差が見られ

3) 隈部淳一郎：振動切削,実教出版,21(1979)

切削液毎の表面粗さ

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