NACHITECHNICALREPORT

Machining

28B2

Vol.

October/2014■ 新商品・適用事例紹介

びびり振動を抑制して高能率・高品位加工を実現

マシニング事業「GSX MILL VLシリーズ」"GSX MILL VL series"
High Efficiency and High Quality Millingwith Control of Chattering〈キーワード〉びびり振動・VL（Vibration Less）
不等分割／不等リード・加工面品位
高能率加工・GSXⅡコート

ラウンドツール製造所／技術部

柴田 朝子

Asako Shibata

びびり振動を抑制して高能率・高品位加工を実現「GSX MILL VLシリーズ」

要旨

スマートフォンや携帯電 話などの通信 機 器や、テレビ、洗濯機などの家電製品は、私たちの日常生活に必要不可欠なものとなり、毎年新しい機能・コンパ
クトな形状の製品が発売され、そのサイクルは年々短くなっている。また、自動車産業においても、ハイ
ブリッドや電気自動車、クリーンディーゼルなど、環境や燃費を重視したエコカーの開発が目まぐるしくす
すんでいる。このように私たちの生活が、より便利になる一方で、製造現場では、部品の多品種・小ロット化が促進され、生産効率の向上や短納期対応が困難を極めている。その上、部品の軽量化・長寿命化が求められ、被削材の難削化により加工方法の最適化や工具寿命の向上が課題となっている。
NACHIは、高能率加工に適応したエンドミルとして「GSX MILL VL（Vibration Less）」を2010年に発売
し、シリーズ展開をすすめてきた。今年はアルミニウム合金の切削に適した「DLC MILL VL」なども追加
し、シリーズ数は20以上と用途にあわせた最適な選定が可能となっている。

1. エンドミル加工におけるびびり振動※1

エンドミル加工において、びびり振動の発生
は、加工面精度の悪化や、工具の短寿命を招くという問題がある。とくに、高速・高送り・高切
り込み加工や、工具突き出し量の長い状態で加工する場合、びびり振動が発生しやすくなる。
※2※3

びびり振動には、強制びびり振動と自励びびり
振動とがあり、加工中に大きな振動を伴う場合※4の多くが、自励びびりの一つである再生型びびり振動である。

Abstract
The communication devices such as smart phones
and cell phones and household appliances such as
TV and washers have become essential for our daily
lives. Every year the products with new functions andcompact forms have been introduced and the productcycles have become shorter and shorter year afteryear. Also in the automobile industry, the development
is rapidly progressing in the filed of eco-cars such as
hybrid, electric and clean diesel cars that focus on
the environment and fuel efficiency. While our lives
have been filled with much more conveniences, at the
production floor, the production of the parts withmultiple models and with smaller lots is promoted,
making it extremely difficult to improve the production
efficiency and to achieve the short lead time. In addition,
the parts with lightweight and longevity are demanded.
Thus, the optimum milling method of the materials
difficult to mill and the tool longevity are the challenges.
In 2010 NACHI launched the sale of“GSX MILL
VL（Vibration Less）”that is suitable for highly-efficientend milling and has been developing the series sincethat time. This year NACHI is adding the“DLC MILL
VL”that is suitable for milling of aluminum alloy and isproviding more than 20 optimum mill series suitable forvarious usages.

図1に切削加工におけるびびり振動の発生原理を示す。切削加工は、被削材と工具の相対運動により行なわれ、前加工波状面と現加工波状面との位相差により、切取り厚さが周期的に変化する（図1b）。これが切削抵抗の周期的な変動となり、その振幅が一定値を超えると振動が成長し、再生型びびり振動につながる。これを抑制するには、切れ刃の間隔を変えるなどして、切取り厚さの周期性もしくは規則性を変える方法が有効である（図1c）1）。
本稿で紹介する「GSX MILL VLシリーズ」は、※5

不等分割・不等リードを採用し、再生型びびり振動を抑制する効果（防振効果）を有するエンドミル
である。

切取り厚さ

ワーク

現加工波状面
切取り厚さが周期的に変動するb）びびり振動の発生原理
前加工波状面

切取り厚さa）エンドミル切削モデル
現加工波状面
切取り厚さが不規則に変動する
c）びびり振動の抑制原理

図1
1

前加工波状面送り

エンドミル加工におけるびびり振動2.「GSX MILL VLシリーズ」のラインナップ
NACHIの「GSX MILL VLシリーズ」は、ライン切削する被削材にあわせて、鋼用とTi・SUS用

ナップを豊富にとり揃えて、様々な加工に最適な工の2種類の用途から選定することができ、2.5D刃長具を適用することができる。シリーズ構成を表1に、の標準タイプの他に4D刃長のロングタイプ、仕上

外観を図2に示す。

げ加工に適した多刃タイプ、立ち壁などの深彫り加工に適したロングシャンクタイプをラインナップしている。これらのアイテムはスクエア刃とラジ
アス刃をとり揃えている。さらに、2014年には、
穴あけ～溝加工を連続して高能率に加工できる
3枚刃のスロットタイプや、アルミニウム合金の高速切削で抜群の性能を発揮するDLCコーティ
ングを施した「DLC MILL VLシリーズ」もライン
ナップに追加した。

図2 「GSX MILL VLシリーズ」の外観写真
表1 「GSX MILL VLシリーズ」の構成表
形状

刃長

1.5D
標準

鋼用

2.5D

4D

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

GSXVL4-2.5D / GSXVL4-R-2.5D
スクエアφ 6 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

GSXVL4-4D / GSXVL4-R-4D

ー

多刃

ー

ー
GSXVL6-2.5D / GSXVL6-R-2.5D

ロング
シャンク

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 3 ～ 20ー

標準
Ti・SUS用ー

GSXVLLS4-1.5D / GSXVLLS4-R-1.5D
スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

GSXVL4T-2.5D / GSXVL4T-R-2.5D
スクエアφ 6 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

GSXVL4T-4D / GSXVL4T-R-4D

ー

多刃

ー

ー
GSXVL6T-2.5D / GSXVL6T-R-2.5D

ロング
シャンク

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 3 ～ 20ーー

GSXVLLS4T-1.5D / GSXVLLS4T-R-1.5D
スクエアφ 3 ～ 16

スロット

ー

ー
GSXVLSLT3-2.5D

標準
アルミ
ニウム
合金用

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

スクエアφ 3 ～ 20 / ラジアスφ 6 ～ 20

DLCVL4-2.5D / DLCVL4-R-2.5D
スクエアφ 6 ～ 20

DLCVL4-4D / DLCVL4-R-4D

ー

多刃

ー

ー
DLCVL6-2.5D

ロング
シャンク

スクエアφ 3 ～ 20ーー

DLCVLLS4-1.5D

NACHI TECHNICAL REPORT

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Vol.

2

びびり振動を抑制して高能率・高品位加工を実現「GSX MILL VLシリーズ」

3.「GSX MILL VLシリーズ」の特長
1）「GSX MILL VLシリーズ」の形状「GSX MILL VLシリーズ」は、図3に示すようによって、外周刃の分割比を連続的に変化させている。これにより、切削抵抗の周期性が変化し、再生型びびり振動を抑制する。

背分力Fy
［N］

に、不等分割・不等リード形状を採用すること

900

振動幅 従来品の50％以下

600

300
0

加工初期の切削抵抗測定結果を図4に示す。

VL

0

10

20
時間
（秒）

30

40

10

20
時間
（秒）

30

40

従来品は、波形の振幅が大きいことから、加工時に大きな振動が発生していることが分かる。
が確認できる。
ねじれ角は鋼用を約40°、Ti・SUS用を約45°としている。鋼用は切れ刃強度を重視する設計、Ti・SUS用は熱伝導率の低い難削材に対しても

背分力Fy
［N］

「GSX MILL VL」は振幅が小さく、防振効果

900

従来品

600

300
0

0

切削熱の上昇を抑えるため切れ味を重視する設計にして、それぞれの被削性に応じて切れ刃形状を最適化している。

Fx：送り方向分力
Fy：背分力Fz：軸方向分力

Ｚ
（＋）
Ｙ
（＋）
Ｘ
（＋）

2）材料およびコーティング

切削
方向「GSX MILL VLシリーズ」では、鋼用にはコ
バルト含有量の最適化とＷＣ粒径の微細化で抗折力と耐熱衝撃性に優れた（鋼部品のウエット加工にも強い）超微粒系超硬合金を、Ti・SUS
用にはＷＣ粒径の最適化により靭性と硬さをバランスさせ、耐熱合金などの難削材加工時の耐熱性と耐チッピング性に優れる超硬合金を採用した。
防振効果に優れ高負荷な加工条件にも耐えられる「GSX MILL VLシリーズ」のコーティングには、耐熱性、耐摩耗性、耐溶着性を高めたAlCr
系のGSXⅡコーティングを採用した。

図3 「GSX MILL VL」の形状

3

工具：GSX MILL VL ロングシャンク Ti・SUS
寸法
：φ10
被削材
：SUS304
切削条件 ：Vc=63m/min、 Vf=400mm/min
切り込み量：ap10mm、ae2mm
切削油剤 ：水溶性切削油剤

図4

切削抵抗波形また、「DLC MILL VLシリーズ」のコーティング

ティングは摩擦摩耗試験後の膜表面にも凝着がほには、非鉄金属の加工に最適なDLC（Diamond

とんど観察されなかった。実際の切削において

Like Carbon）コーティングを採用した。DLC

もDLCコーティングの耐凝着性能は抜群に優コーティングはその名の通りダイヤモンドにれており、図6はA5052をφ10mmの2枚刃エンド似た特性を持っており、非鉄金属との反応性がミルでドライ加工したときの、DLCエンドミル低いため、アルミニウム合金が膜に凝着しにくと超硬無処理エンドミルの比較である。超硬無い。図5にDLCコーティングの特長を示す。
（図

処理エンドミルでは、切削開始直後にエンドミ5a）摩擦係数のグラフから分かるように、鋼のルに被削材が凝着し折損したのに対してDLC

切削によく用いられるTiN膜や従来の非鉄用

エンドミルでは、切削長17m時点で凝着は軽微でコーティングであるCrN膜の摩擦係数は0.6以あり、継続して切削可能であった。また、加工面上と高い。これに対し、DLCコーティングは摩もむしれの無い美しい面に仕上がっている。

擦係数が0.1程度で、1/6以下と小さく、摺動性

以上、鋼用、Ti・SUS用、アルミニウム合金に優れる。
（図5b）A5052摩擦摩耗試験後の膜用という他に類の無いシリーズ揃えにより、多種表面を見ても、CrN膜表面にピン材質A5052が多様な被削材・加工環境に対応し、幅広い被削

凝着しているのが観察される。一方、DLCコー

材での長寿命化と信頼性を向上させた。

1

凝着

0.8

摩擦係数

TiN
0.6
CrN
0.4

0.2
DLC
0

0

2,000

4,000

6,000

8,000

CrN 膜

摩擦回数
a）SUJ2摩擦摩耗試験b）A5052 摩擦摩耗試験

ピンオンディスク試験 ※6
ピン ：SUJ2
荷重 ：10N ドライ
ディスク：Film/HSS（Ry0.2μm） 試験機 ：CSEM Tribometer
回転数 ：500minー1

図5

ピンオンディスク試験 ※6
ピン ：A5052
荷重 ：4N ドライ
ディスク：Film/HSS（Ry0.2μm） 試験機 ：CSEM Tribometer
回転数 ：1,000minー1

DLCコーティングの特長

むしれの無いきれいな加工面

ワーク 2 ケ（17m）
加工後の刃先DLCミルでの加工

折損

図6

28B2

Vol.

寸法
：φ10
被削材
：A5052
切削条件 ：Vc=314m/min、
Vf=1,000mm/min
切り込み量：ap15mm、ae2.5mm
切削油剤 ：ドライ

溶着軽微

超硬無処理
エンドミルでの加工

NACHI TECHNICAL REPORTDLC コーティング

A5052加工の比較

4

びびり振動を抑制して高能率・高品位加工を実現「GSX MILL VLシリーズ」

4.「GSX MILL VLシリーズ」の加工事例
1）耐熱合金の加工事例

2）加工工程の短縮

図7に「GSX MILL VL多刃Ti・SUSラジアス」

図8に「GSX MILL VL Ti・SUS」φ12によφ12R3による耐熱合金（Inconel718）の側面加る発電部品用ブレード加工の工程短縮事例を

工 事 例 を 示 す。 切 削 速 度41m/min、 送 り 速 度示す。ワーク材質はSUS410Jである。

260mm/min、切り込み量ap15mm、ae0.5mmでの比較事例である。

発電機用のブレードは薄肉のため、びびり振動が発生しやすいのが問題である。他社超硬エ

切 削 長4m時 点 で 他 社 品 は 摩 耗 量 が200μm

ンドミル（等分割・等リード）を用いた現行の以上と大きく、欠損も見られる。一方、「GSX

加工でも、中仕上げでの精度が不十分なため、MILL VL多刃Ti・SUSラジアス」は耐熱合金な中仕上げ＋仕上げ加工の2工程が必要となり、どの熱伝導率の低い被削材に対しても工具損

加工コストやびびり振動による工具の欠損が傷が小さく、摩耗量は100μm以下と微小であ問題となっていた。そこで、「GSX MILL VL

り、継続して加工が可能である。

Ti・SUS」を使用したところ、びびり振動を抑制し一発で要求精度を満足することができ、さらに後工程である磨き工程の時間短縮も達成できた。工具の欠損も無くなり、「工程短縮」＋

切削長4mの摩耗写真と摩耗グラフ
GSX MILL VL 多刃 Ti・SUS ラジアス
レンズ Z20：×50

レンズ Z20：×50

レンズ Z20：×50「工具の長寿命化」という2つの項目を改善できた事例である。

200.00μm

200.00μm

現行
他社超硬エンドミル（等分割・等リード）200.00μm

他社品

中仕上加工 ae=0.5mm
にて実施
仕上加工
0.50mm

0.50mmae=0.05mmにて実施

改善

0.50mmGSX MILL VL Ti・SUS
GSXVL4120T-2.5D
ae=0.5mm
にて実施
不要

工程短縮！

中仕上加工にて、仕上げ面要求精度達成

摩耗大・欠損発生
400

摩耗量
（μm）

コーナー

逃げ面

境界

中仕上げでは精度が悪く仕上げが必要300
200

良好
後工程である磨き工程の時間短縮も達成

上面図
100
0
GSX MILL VL 多刃
Ti・SUS ラジアス

他社品

工具
：GSX MILL VL 多刃 Ti・SUS ラジアス
寸法
：φ12R3
被削材：Inconel718
切削条件 ：Vc=41m/min、Vf=260mm/min
切り込み量：ap15mm、ae0.5mm
切削油剤 ：水溶性切削油剤

図7 「GSX MILL VL 多刃 Ti・SUS ラジアス」加工事例～ InconeI718側面加工～

5（発電部品用ブレードへの側面加工）
工具：GSX MILL VL Ti・SUS
寸法
：φ12
被削材
：SUS410J
切削条件 ：Vc=94m/min、Vf=500mm/min
切り込み量：ap28mm
切削油剤 ：水溶性切削油剤

図8 「GSX MILL VL Ti・SUS」加工事例～発電部品用ブレード加工の工程短縮～

3）穴〜溝の連続加工

4）A5052の立ち壁加工事例

図9に「GSX MILL VLスロット」φ16による

図10に「DLC MILL VLロングシャンク」φ10

S50Cの穴～溝の連続加工事例を示す。切削速度

によるA5052の立ち壁加工事例を示す。切削速度

90m/min、送り速度は穴 加工80mm/min、溝加

251m/min、送り速度2,400mm/min、切り込み

工370mm/min、切り込み量ap16mmでの比 較事

量ap12mm×3pass（軸方向に36mm切り込む）、

例である。

ae2.0mmでの比較事例である。

従来品（スロット）は、まず穴奥で切削抵抗が他社DLCコート品はびびり振動が発生し、加上昇し切りくずが詰まっていることが分かる。また、工面が 悪 化しており、 面 粗さはRz24.2μmと大溝加工時の振幅も2,000N以上と大きく、びびり

きい。これに対し、「ＤＬＣ ＭＩＬＬ ＶＬロング

振動が発生して加工面が荒れている。これに対シャンク」は倒れ、うねりが小さく、加工面粗さもし、「GSX MILL VLスロット」は穴加工時の抵

Rz4.0μmで他社品の1/6以下と良好である。

抗上昇もなく、溝加工時の振幅は200N以下で従来品の1/10以下である。
穴加工時の切りくず詰まりを改善し、溝加工時

他社DLC ロングシャンク

DLC MILL VL ロングシャンクのびびり振動も抑制できたことで、加工能率の向20μm

上・工具の長寿命化・加工ワークの高精度仕上げ

倒れ量
1.9μm
うねり
30.6μmを可能とした。

倒れ量
2.5μm
うねり
37.5μm

うねり穴→溝連続加工時の切削抵抗と加工面（ダウンカット側）
従来品

GSX MILL VL スロット
3,000
穴

溝

0

溝

びびり発生

1,000
0

−2,000−2,000
6

13

20
時間
（秒）

27

−3,000

34

20
10
0
−10
−20

粗さ曲線

(μm)

−1,000−1,000−3,000

穴

2,000
Fz
（Ｎ）

Fz
（Ｎ）

2,000
1,000

0

レンズ Z20：×20

7

14
時間
（秒）

21

28

レンズ Z20：×20

20
10
0
−10
−20

粗さ曲線

(μm)

3,000

0

0.5

1

1.5

2
2.5
(mm)

3

3.5 4

1/6

0

0.5

以下

Ra0.8μm、Rz4.0μm

1

1.5

2
(mm)

「GSX MILL VL スロット」は振動が小さく良好な加工！
！
Fz

Fy
Fx

穴

溝

被削材：S50C

溝加工時にびびり発生

工具：GSX MILL VL スロット
寸法
：φ16
被削材
：S50C
切削条件 ：Vc=90m/min
穴 Vf=80mm/min
溝 Vf=370mm/min
切り込み量：ap16mm
溝長さ：100mm
切削油剤 ：水溶性切削油剤

工具：DLC MILL VL ロングシャンク
寸法
：φ10
被削材
：A5052
切削条件 ：Vc=251m/min、Vf=2,400mm/min
切り込み量：ap12mm×3pass ae2.0mm
切削油剤 ：水溶性切削油剤

3.5 4

36mm(12mmX3pass)

0.20mm3

Ra5.9μm、Rz24.2μm

DLC MILL VL
ロングシャンクで加工精度UP

0.20mm2.52mm

図10 「DLC MILL VL ロングシャンク」加工事例～ A5052立ち壁加工～

図9 「GSX MILL VL スロット」加工事例～穴→溝の連続加工～

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6

5）A5052の高速切削加工事例

他社2枚刃（DLCコート）

DLC MILL VL 多刃図11に「DLC MILL VL多刃」φ10によるA5052
6
3
0
−3
−6

Rz
1.1μm

粗さ曲線

込み量ap15mm、ae1.0mmでの比較事例である。

0

0.5

1

1.5 2 2.5
（mm）

3

3.5

4

生し、加工面が悪化している（Rz6.3μm）。一方、さい。また、送り速度を3,000mm/minまで上げて他社品と同一送り量で加工したところ、びびり振動は発生せず、加工面粗さもRz3.5μmであり、高速・高送りに適した工具であることが分かる。

Rz
3.5μm

粗さ曲線

6
3
0
−3
−6
0

0.5

1

1.5 2 2.5
（mm）

3

3.5

4

DLC MLL VL 多刃で加工能率 UP
加工精度 UP（μm）

加工面 粗さがRz1.1μmと他 社品の1/6程 度と小

Vf＝
3,000
mm/min

Rz
6.3μm

粗さ曲線

同一
送り量

他社DLCコート品（2枚刃）はびびり振動が発「DLC MILL VL多刃」は同一送り速度において

6
3
0
−3
−6
0

（μm）

送り速度1,000mm/minおよび3,000mm/min、切り

Vf＝
1,000
mm/min（μm）の高速切削加工事例を示す。切削速度302m/min、

同一
送り速度

工具
寸法
被削材

0.5

1

1.5 2 2.5
（mm）

3

3.5

4

：DLC MILL VL 多刃 切削条件 ：Vc=302m/min：φ10
切り込み量：ap15mm、ae1.0mm：A5052
切削油剤 ：水溶性切削油剤

図11 「DLC MILL VL 多刃」加工事例～ A5052高速切削～

5.「GSX MILL VLシリーズ」の汎用性
本稿では、製造現場が抱える課題である、高ワーク材質に対し、豊富なラインナップで様々な能 率加 工による製 造リードタイムの 短 縮や、耐加工シーンに対応可能な超硬エンドミルである。

熱 合 金などの難削材の加工に適した工具である

金型加工の他、クーラントが多用される部品加工「GSX MILL VLシリーズ」を紹介した。

など、あらゆるミーリング加工に適用可能である。

「GSX MILL VLシリーズ」は、高速、高能率、

是非、「GSX MILL VLシリーズ」を使用し、その高 精 度 加 工を実 現し、 多様 化する加 工方 法 や効果を実感していただきたい。

用語解説

参考図

※1 びびり振動
切削加工中に生じ、切れ刃や加工面に悪影響をおよぼす振動の総称。

※6 ピンオンディスク試験装置の模式図
荷重※2 強制びびり振動
切削系のどこかに振動源があり、その影響をうけて発生する振動のこと。振動源としては工作機械内部にある駆動装置の振動、フライス加工における断続的な切削力、あるいは工作機械外から伝わってくる振動などである。

R15.0※3 自励びびり振動
特定の振動源がなくても工作機械の動特性と切削過程が重なって、ある条件を満たしたときに発生する。重切削や、高速切削の時に発生しやすい。
※4 再生型びびり振動
一つ前の切削時に生じた振動が加工面の起伏となって残り、その振動が現在の切削の切りとり厚さの変動として再生することによって生じるびびり振動。

ピン

被覆膜

回転方向

R4.0

φ5.0

ディスク

参考文献
１）鈴木教和：「切削加工におけるびびり振動」（後編）
精密工学会誌 Vol.76 No.4 2010 p.406※5 不等リード
隣り合う切れ刃のねじれ角が異なる形状。
（図3に示す形状）

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Vol.28B2

October / 2014

〈発行〉2014 年 10 月 20 日株式会社 不二越 技術開発部
富山市不二越本町 1-1-1 〒 930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213