研 究 ノート

ロータリ切削における表面テクスチャの摩擦低減効果
河田圭一＊１、山田圭二＊２、石川和昌＊１

Friction Reduction Effect of Surface Texture in Rotary Cutting
Keiichi KAWATA ＊ 1 , Keiji YMADA ＊ ２ and Kazumasa ISHIKAWA ＊ １
Research and Development Division, AITEC * 1 * 2
耐熱合金などの難削材の高能率加工が望まれている。そこで、ロータリ切削による切削点への効果的な油剤供給および工具すくい面に設けたテクスチャにより低摩擦化することで、難削材加工における工具の長 寿 命 化 を 目 指 し て い る 。こ の 効 果 を 調 べ る た め 、ナ ノ 秒 レ ー ザ を 用 い て 工 具 す く い 面 上 に 幅 約 2μm、深さ 約 2μm の 溝 を 放 射 状 に 加 工 し た テ ク ス チ ャ 付 き 工 具 を 製 作 し 、ア ル ミ ニ ウ ム 合 金 を 対 象 と し た 駆 動 型 ロータリ切削を実施した。その結果、①テクスチャを付与しない時に比べ摩擦を小さくできる、②テクスチ
ャのピッチは狭いほど摩擦の低減効果は大きいことが分かった。

１．はじめにすることが試みられている 3)4)。しかし、難削材の旋盤加航空機やガスタービンなどで使用されるニッケル基工のような厳しい加工条件下において、テクスチャのみ耐熱合金やステンレス鋼は、難削材料として一般に知らで高い潤滑効果を期待することは難しいと思われる。

れている。これらの材料は炭素鋼やアルミニウム合金なそこで、本研究では、ロータリ切削特有の切れ刃移動どの金属と比較して、切削速度を上げられないことや工を利用した切削点への効果的な油剤供給に加え、工具表具寿命が著しく短いことから、加工能率が非常に悪く、面に設けたテクスチャにより潤滑効果を高めることで低生産コストが下げられないことが課題となっている。被摩擦環境を作り出し、耐熱合金の高能率切削を実現する

削材の高温強度が高い、加工硬化が生じやすい、工具材ことを最終目標としている。本報では、ロータリ切削に料との親和性が高い、熱伝導性が悪いことなどが、加工おけるテクスチャの効果について確認するため、アルミ能率を低くする要因に挙げられる。最近では、難削材用ニウム合金を対象としたロータリ切削を実施した結果にのコーティング工具やセラミック工具が開発され、切削ついて報告する。

速度は速くなってきているが、炭素鋼の加工と比べると２．実験方法依然として加工能率は低い。
一方、工作機械の多軸化が進み、その特徴を利用した実験は、図１に示す複合加工機を用いて、駆動型ロー従来にない加工方法による、高能率化も試みられている。

タリ切削を行った。複合加工機のＢ軸を使用してロータその中に、複合加工機のミーリング軸を利用した駆動型リ工具の軸を割り出した。本実験では、テクスチャを有ロータリ切削がある

1)。ロータリ切削は、円形工具の切するロータリ工具の潤滑特性を調べるためアルミニウムれ刃全周を使用して行われる切削加工であり、摩耗や加工熱が円形工具の全周に分散し、工具寿命が延びる特徴
送り方向がある。このことから、古くから様々な研究が実施され工具回転方向
傾斜角ており、切りくずが排出されるときの摩擦を利用して工具を回転させる従動型のロータリ切削が中心に研究されてきた 2)。一方、駆動型ロータリ切削では、工具の回転をミーリング軸で行えるため、回転数や傾斜角度などを被削材回転方向自由に設定できる特徴がある。

被削材

また、フェムト秒レーザを用いて工具表面に形成したナノメートルから数マイクロメートルの微細なテクスチ
ャの効果により、切りくずとすくい面の間の摩擦を軽減＊

1 基盤技術部（現工業技術部

図１

オフセット角ロータリ工具複合加工機によるロータリ切削の様子

自動車・機械技術室）、＊2 基盤技術部（現尾張繊維工業技術センター機能加工室）

テクスチャあり（30μm）
テクスチャあり（20μm）
テクスチャあり（10μm）
テクスチャなし

250

ロータリ切削の加工条件
200

JIS A6061

被削材

工具材種：超硬合金

工具

切削力 ，N表１

工具直径：10mm

工具回転速度

30～180m/min

切削速度60m/min

送り0.4mm/rev

径方向切り込み

0.5mm

傾斜角30 度

オフセット角8度

切削油剤

MQL（植物油 30mL/h）

150

工具軸

100500050100

150

200

工具回転速度 ，m/min

図２

合金を被削材とした。加工条件を表１に示す。ロータリ
工具は製作を簡便化するため、超硬合金製の丸棒を利用切削力の測定結果0.6した。すくい面となる丸棒の端面は、研削後ダイヤモン

0.5

ドペーストにより鏡面に仕上げた。工具には逃げ面がな
摩擦係数

く、8 度だけ加工点を上方にオフセットすることにより、工具の逃げ角を設定した。これにより、すくい角は－8度となる。

0.40.3

すくい面上（工具端面）のテクスチャは波長 349nm0.2のナノ秒レーザを用いて加工した。テクスチャ形状は幅0.1

約 2μm、深さ約 2μm の溝形状とし、放射状（端面径方

テクスチャなし
テクスチャあり（30μm）
テクスチャあり（20μm）
テクスチャあり（10μm）

0向）にピッチ 10、20、30μm の３種類を加工した。切れ0

刃へのダメージを防ぐため、テクスチャは刃先から50

100

150200

工具回転速度 ，m/min

20μm の位置から中心方向に 0.8mm 加工した。

３．実験結果及び考察

主軸

図３

切りくず－すくい面間の摩擦係数の比較とが分かった。

本実験では、複合加工機の各軸のモータ動力を測定し、その結果から被削材の回転方向に働く切削力（主軸）、お４．結び

よびロータリ工具の回転方向に働く切削力（工具軸）をアルミニウム合金を対象とした駆動型ロータリ切削求めた。図２に各切削力の測定結果を示す。各切削力は、実験を行った結果、工具表面にテクスチャを付与するこどの条件においても工具回転速度が速くなると減少した。とにより工具表面に油剤が保持され、より高い潤滑効果

主軸の切削力は、テクスチャの有無により減少割合が異が期待できることが分かった。また、テクスチャのピッなり、テクスチャのない工具の方が減少割合は大きくな

チは狭いほど摩擦低減効果は大きかった。今後、難削材った。一方、工具軸の切削力はどの回転速度においてもへの適用を検討する。

テクスチャを付与した場合に切削力は小さくなった。ロ

文献

ータリ切削では、摩擦が大きいと切りくずが工具の回転により引張られ、せん断方向が変わるため、主軸の切削

1)力は小さくなる傾向を示す。

2，532 (2008)

測定した切削力と切りくず流出方向から切りくず－すくい面間の摩擦係数を求めた。その結果を図３に示す。

2)
3)

摩擦は小さくなっており油剤の引き込み効果は大きいこ

榎本，杉原：日本機械学會論文集 C 編，74，2315(2008)

お、実験条件範囲では、工具の回転速度が速いほど摩擦は小さくなった。また、テクスチャのピッチは狭いほど

M.C.Shaw, P.A.Smith，N.H.Cook：Transactions ofthe ASME，74，1065(1952)

その結果、テクスチャを付与することにより油剤を引き込みやすくなり、摩擦が小さくなることが分かった。な

H.Nakajima，A.Kato et al.： Journal of Advanced
Mechanical Design，Systems and Manufacturing，

4)

川堰，杉森，森本，森田，堀：精密工学会誌，75，1245(2009)