平成２０年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

マグネシウム合金のエンドミル加工に関する研究（第 3 報）
―切削抵抗を一定化できる円弧型工具パス主体の工具パスパターン開発―大塚裕俊
機械・金属担当

Study on End-milling Magnesium Alloys (the 3rd report)-Development of Trochoid Tool Path Patterns for Constant Cutting ForceHirotoshi OHTSUKA
Mechanics and Materials Engineering Division

要旨マグネシウム合金のエンドミル切削加工について，切削抵抗を一定化することで工具損傷や工具摩耗の進行を防ぎ切削温度の上昇を抑止できるような工具パスの開発を行った．まず円弧型工具パスを主体とし切削関与角が一定値以下になるような工具パスパターンと加工条件を作成できるアルゴリズムを構築した．その工具パスを任意輪郭形状のポケット加工について適用した結果，一般的な材料の場合では工具寿命が従来型の工具パスと比較して伸びることがわかった．

1.

はじめに近年軽量化や強度向上を目的として，マグネシウム合ＳＴＡＲＴ金の利用が増えつつある．マグネシウムは実用金属では最も軽く，強度・剛性・振動吸収性ともに優れた材料であ

最大切削関与角α、半径Ｒの工具中心ＮＣデータと開始点 i=1る．しかしその物 理 的 な性 質 から，比 較 的 低 い温 度 でも発火がおこるため，切削温度上昇による発火・燃焼の危

工具中心パス起点ｉ 法線ベクトルｉv の決定

険 性 を抱 えており，それが加 工 上 の大 きな問 題 となっている．そのためエンドミル切 削 加 工 において，工 具 損 傷や工具摩耗の進行を防ぎ切削温度の上昇を抑止できる

ｉv と工具中心パス始点ｉより円弧軌跡 n=1 計算ような適切な加工技術が求められている．
そこで本研究では２次元の任意加工形状を対象とし，円弧軌跡 n と工具中心ＮＣデータ各点との干渉関係の照合

切 削 抵 抗 の変 動 が小 さくなるよう輪 郭 内 側 部 を円 弧 型
工具 パスによってすべて置 き換えたパスパターンを生 成

円弧軌跡 n+1 以降の繰り返し計算チェックできるアルゴリズムを構 築 する．これをエンドミル加 工 に適用してその有効性を検証する．

2.

干渉関係の照合による円弧ｋの決定と切削関与角チェック

円弧型工具パスの生成アルゴリズム

円弧軌跡ｋの工具経路化（G02，03 変換）処理

これまで凹 部 加 工 のための工 具 パスの生 成 方 法 は，形状 輪郭に対 し内側へ工具 半径だけオフセットすること
・i = i + 1で工具パスを得る方法が主であった．これによれば内側・次の起点への直線移動

コーナ部や狭小部での切削抵抗の増加が避けられず工
具 損 傷 の発 生 等 で問 題 となる．そこで本 研 究 では円 弧
IF ｉ=i last？

型工具パスによるパスパターンの設計を行いこの問題のNo
Yes

解 決 をはかる．この手 法 によれば常 に切 削 関 与 角 が一ＥＮＤ定値以下となるように滑らかな形状で工具パスが隣接配置されるため，急峻な切削抵抗の増加等の問題を除くこFig.1 Algorithm for making trochoid tool pathsとができる．

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平成２０年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

3.

加工データの試作と検証

Table 1 Experimental conditions
Case

Fig.1 に円弧型工具パスを主体とする工具パスパター
ン生成のためのアルゴリズム概要を示す．製品形状の端(A)部より円弧工具パスで穴部を順次広げていくようにして，凹部形状全体を加工することができる．

(B)

ただしオフセット型工具パスと比較して，本手法によれTools and workpiece
Tool:Coated Carbide end mill
φ0.3mm 2 blades
Workpiece:HPM-31(HRC60)
Tool:Coated Carbide ballend mill φ0.2mm 2 blades
Workpiece:HPM-31(HRC60)

Cutting conditions
Spindle speed 30000rpm
Radial depth of cut 30μm
Axial depth of cut 20μm
Feed speed 300mm/min
Spindle speed 30000rpm
Radial depth of cut 20μm
Axial depth of cut 3μm
Feed speed 300mm/min

ば径方向切込み量が一定でなく非切削状態の工具パスが長 いため， 全 工 具 パスが長 くなり加 工 時 間 も 増 大 すTable 2 Experimental results

る．よって有 効 性 の評 価 にあたっては工 具 寿 命 とともにCase

加 工 時 間 等 の生 産 性 についても検 討 しなくてはならな

Trochoid tool path
Data/ layer

い．
(A)

そこで今 回 は，任 意 形 状 の凹 部 の粗 加 工 についてＮ

Cuttingresults

Ｃデータを試作し，従来のオフセット型工具パスとの比較評価を行った．マグネシウム合金へ適用するための予備試 験 としてダイス綱 を被 削 材 として用 い，小 径 の(A)スク

Data/ layer

エアエンドミルおよび(B)ボールエンドミルによる工具寿命(B)

実 験を行った．対応するモデル形 状輪 郭 と試 作 工 具パ

Cuttingresults

スパターンを Fig.2 に示す．モデル(B)は(A)より穴深さが大きいリブ形状である．また実験条件を Table 1 に実験

Offset tool path

Path length 203mm
Cutting time 67sec
NC data volume 34KB

Path length 123mm
Cutting time 24sec
NC data volume 80KB

Cutting length 9865mm(tool breakage)
Cutting layers 49(=1.8 cavities)
Cutting time 29min.14sec.

Cutting length 2988mm(tool breakage)
Cutting layers 24(=0.9 cavities)
Cutting time 11min.10sec.

Cutting length 56mm
Cutting time 13sec
NC data volume 13KB

Cutting length 21mm
Cutting time 6sec
NC data volume 7KB

Cutting length 39200mm(tool breakage)
Cutting layers 700(=1.4 cavities)
Cutting time 218 min.

Cutting length 11550mm(tool breakage)
Cutting layers 550(=1.1 cavities)
Cutting time 87min.

結果を Table 2 に示す．実験ではポケット凹部を工具寿命に達 するまで一 定 の軸 方 向 切 り込 み量 を与えて多層連続加工した．
この実 験 結 果 に示 されるように，円 弧 型 工 具 パスパタ
Endmill diameter = 8mm
Maximum engagement angle = 30°

ーンによるエンドミル切削では工具寿命がある程度延びることがわかった．しかしながらいずれの実 験 でも，工具Fig.3 Trochoid tool path for end milling Mg-alloys

寿命が加工体積にして 1.2～2 倍程度の延びとなり，顕著な差 とはならなかった．また円弧 型工 具パスでは切削工具長の増大のため加工時間が増大するので無駄なパスの省略など短縮化が必要であることが確認できた．さらに実 用 的なソフトウェアとするためにはＣＡＤ輪 郭データ入力などインターフェース整備が必要と考えられる．なお
実際 のマグネシウム合 金 の部 品 加 工 へ適 用した例について工具パスと加工状況を Fig.3～4 に示す．

Fig.4 Outlook of end milling Mg-alloy parts

4.

おわりに(1) 円弧型工具パスを主体とするエンドミル加工用の工←Profile(A)Height = 3.42mm
Width = 3.18mmZ-depth=0.58mm

具パス生成法 のためのソフトを試作した．これを２次
元 輪 郭 形 状 に適 用 して所 望 の工 具 パスを得 ることができた．

Profile(B)→Height = 1.15mm
Width = 0.48mm
Z-depth=1.5mm(2) これを２次元形 状凹部のエンドミル切削に適 用しオ
フセット型工具パスと比較した結果，工具寿命が向上した．よってマグネシウム合金の切削加工への適用 も有 効 と期 待 できるが，ソフトのインターフェース

Fig.2 Profiles and trochoid tool paths for model(A)(B)

整備等が必要である．

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