計測自動制御学会東北支部第 232 回研究集会(2006.11.24)
資料番号 232-4

エンドミル加工による面精度の評価に関する研究
A Study on Accuracy Evaluation of Surface by End Mill Machining○戸井田直仁*，小林義和**，白井健二**，戸澤幸一***○Naohito Toida*，Yoshikazu Kobayashi **，Kenji Shirai **，Kouichi Tozawa****

日本大学大学院，**日本大学，***日産自動車㈱*Graduate School, Nihon University，**Nihon University，***Nissan Motor Corporation
キーワード：表面テクスチャ（Surface texture），機械精度（Machining accuracy），加工（Milling），CAD/CAM，CAT

連絡先：〒963-8642 福島県郡山市田村町徳定字中河原１番地
日本大学大学院 工学研究科 情報工学専攻 生産システム工学研究室

戸井田直仁，℡:(024)956-8824,Fax:(024)956-8863,E-mail:u136114@ushiwaka.ce.nihon-u.ac.jpの問題を解決する必要がある．

１．緒言

本研究においては，フラットエンドミル工

近年，自動車，デジタル機器などの部品の具で加工した表面テクスチャを走査型白色

視覚的な付加価値や機能向上を図るため表光干渉計により高精度に測定し，同時に加工面テクスチャに関する研究が行われているの際に主軸から取得した加工負荷を測定し，

１）．表面テクスチャの加工方法としてはエテクスチャ生成における加工誤差の特徴をッチングによるものが主流であるが，エンド解析した．

ミルを用いて再現性の高い機械加工による表面テクスチャの生成法が注目されている．
しかしながら，この工作機械においては工２．研究の方法

作機械の熱変形，高速回転時の主軸・工具の加工方法と形状精度の評価法を Fig.1 に示

アンバランスおよび切削抵抗による工具のす．まず，フラットエンドミル工具により，変形などの要因が加工精度に影響する．その溝加工する．加工後，走査型白色光干渉計にため高精度な表面テクスチャを生成するたより形状精度を測定し，同時に加工の際に主めには，加工精度を測定・評価して，これら-1-軸から取得した加工負荷を測定した．走査型（３） 形状精度と加工負荷の変動量による白色光干渉計により測定した形状精度の評相関を検証する．

価法は，形状の最大値と最小値の差を形状精３．加工による形状精度の検証度の値とする．検証対象としては，加工部全体，加工部の入口と出口である．加工部の入微細加工における形状精度の解析を目的

口と出口は，その最大値と最小値との差をうに検証実験を行った．フラットエンドミル径ねりとしている．検証実験は，以下の３項目

φ0.5mm により，高精度な仕上げ加工を想定について行った．

して，切り込み深さを微小な切込みに設定し（１） 各種加工条件により加工した形状の加工した．送り速度は 500μm/s，主軸回転形状精度を走査型白色光干渉計によ数は 30000rpm である．材料は鋼材(S50C)をり測定する．

対象に各種加工条件において，加工後の形状精度を走査型白色光干渉計により測定し，実（２） 形状精度と加工負荷の相関を検証す際の値をプロットした．

る．

Fig.2 は，溝加工による形状精度を示す．

フラットエンドミル工具（工具径φ0.5mm）
加工方向

00-2
形状精度 μm

BA0.511.522.533.54.5

この結果から以下のことがわかった．形状精5B度は全ての加工条件において変動している．

-6-8

切り込み深さが大きくなるにつれ，形状精度-10-12

計測位置

0.2

0.3

0.4

0.5-5μm-8-10

うねり（加工部入口）-11

計測位置 mm

4.5

4.64.74.8

大きい値を示している．加工条件 No.3 は，-7

形状精度が大きく変動し，加工部の入口・出-8-9-10うねり（加工部出口）-11

口ともに大きなうねり傾向を示した．

計測位置 mm

送り速度：500μm/s 主軸回転数：30000rpm
0-25

加工方法と形状精度の評価法

Fig.1

0.54.9-6

形状精度μm形状精度

0.1-70工部の入口・出口においては，形状精度より-40-6-9mm

口・出口のうねりも大きいことがわかる．加-4-5が全体的に大きく変動し，同様に加工部の入形状精度

-14

溝加工

形状精度 μm

4A-41

1.522.53

3.5

44.5

切り込み深さ４．加工部の入口・出口と加工負荷の相関の検証（指令値）

形状精度と，加工の際に主軸から取得した

5No.1: 5μm

加工負荷との相関の検証を行った．形状精度

No.2: 10μmの変化が大きい傾向を示した加工条件 No.3-4-6について検証する．Fig.3 に検証対象におけ-8-10

No.3: 15μm-12る形状精度と加工負荷を示す．
Fig.3(a)は，加工部入口における形状精度-14計測位置mmと加工負荷の関係を示す．加工部入口においNo

形状精度 μm

加工部入口 μm

加工部出口 μm11.290.381.1821.440.401.2333.231.543.23

Fig.2

溝加工による形状精度ては，切削量が増加することにより，主軸に対する加工負荷が増大している．また，加工負荷の大きな変動とともに形状の変動が起きている．
Fig.3(b)は，加工部出口における形状精度-2-と加工負荷の関係を示す．加工部出口では，が徐々に撓み始めることを示している．また，切削量の減少とともに加工負荷も徐々に小切削量が増すにつれ，工具も撓み，加工部出さくなっている．また，形状精度と加工負荷口付近まで撓みながら加工されている．出口の変動量は加工部入口より大きいことがわ

においては，切削量が減少するとともに工具かる．形状精度の変動は，加工負荷との相関が撓まずに加工している．そして，切込み深があることを確認した．

さが大きいほど，工具が大きく撓み，同時に加工部の入口・出口のうねりも大きくなる．

５．形状精度の解析

本来であれば，形状精度は入口・出口と形状Fig.2，Fig.3 の測定結果から形状精度に全体の変動量の差が生じないことが望まし関して，以下の３点のことがわかった．

い．したがって，工具が撓んでしまう現状に（１） 加工部の入口・出口は深く切込んでおいては，深く削った場合でも高精度加工をいる．

行う加工方法を検討する必要がある．

（２） 加工負荷の大きな変動により，加工部の入口・出口の形状は深く切り込

６．形状精度と加工負荷の変動量の相関の検証まれている．

形状精度と加工負荷の変動は相関がある．

（３） 形状精度と加工負荷には，相関があ

そのため，形状精度と加工負荷の変動量による．
加工している最中の工具の変化を Fig.4

り，加工部の入口・出口の相関があるかを検に示す．これは形状精度から，加工部入口に証した．加工条件 No.3 を例題として加工し，おいて，アプローチの際には，試料と工具の検証対象別に測定値をプロットした．

関係は垂直であるが，切り込むにつれて工具

Fig.5(a)は，加工部入口の測定結果である．
加工負荷と形状精度の変動量は相関があり，

00.140.02V
形状精度変動量1.53μm

0.10.20.30.4-40.1-60.08-80.06-100.04-120.02

形状精度

加工負荷-14相関係数は 0.59 である．Fig.5(b) は，加工0.5 0.12
加工負荷 V

加工負荷変動量

形状精度 μm-2 0部出口の測定結果である．加工部出口においても同様の傾向を示し，相関係数は 0.65 であり，加工部入口より相関が強いことを確認

0
計測位置 mm0

形状精度 μm-2 4.54.64.7

4.84.90.145 0.12-40.1-60.08-80.06-100.04-12-14

形状精度

加工負荷計測位置(b)
Fig.3

加工方向

溝加工＿加工部入口

加工負荷 V(a)0.02

加工負荷変動量0.03V

形状精度変動量3.18μm0mm

溝加工＿加工部出口

検証対象における形状精度と加工負荷

Fig.4-3-加工している最中の工具の変化

せずに加工した形状精度との比較を行うと形状精度変動量 μm4相関係数：0.59

3.5

ともに，CAM システムとしての汎用性を検証3していく．

2.5
21.5

８．結言

10.5

溝加工_入口フラットエンドミル工具により溝加工し，000.005(a)0.010.015
加工負荷変動量 V

0.02

加工後の形状精度と，加工の際に主軸から取0.025得した加工負荷を解析した結果，以下の結論

溝加工＿加工部入口を得た．
μm3.5

形状精度変動量42.5（１） 加 工部の 入口 ・出口 の形 状精度 は相関係数：0.65

各々の加工負荷との相関があること

3を確認した．

2（２） 形状精度，加工負荷の変動量の関係

1.51において，相関係数が 0.5 以上によ

0.5

溝加工_出口り相関があることを確認した．

000.005(b)
Fig.5

0.010.015
加工負荷変動量 V

0.020.025

今後は，本研究の結果を CAM システムへ導溝加工＿加工部出口入し，加工条件の調整・補正を行い，形状変形状精度と加工負荷の変動量の関係動を抑制するともに，CAM システムの汎用性を検証していく．

できた．Fig.5 より相関係数は 0.5 以上のため，相関がある．また，近似曲線を立てることにより加工条件 No.3 により加工した際，参考文献取得した加工負荷を解析することによって，

１） 戸澤幸一，小林義和，白井健二：機械形状精度の変動量を把握できる．

加工による表面テクスチャリングシス
テムの開発，2004 年度精密工学会北海

７．ＣＡＭによる補正

道支部学術講演会講演論文集(2004)，29

CAM システムより，Fig.5 の結果をデータベースとして格納し，加工条件の補正の自動化を図る．この加工を行う前段階として，試し加工を行い，加工負荷を取得する．取得した加工負荷を Fig.5 の結果を基に解析する
ことにより，形状精度の変動量を把握できる．
加工部の入口・出口の切込み深さをその変動量分，補正する．加工条件の補正を行うこと
により，加工部の入口・出口は深く切込まずに，形状変動を抑制する加工条件を定めることができる．今後，補正した加工条件により加工した形状精度と，同一の加工条件で補正-4-