【情報・生産技術部】

ボールエンドミルによる加工面品位の検討横田

１．

知宏(情報・生産技術部試作加工グループ)

変化させ、工具送り方向を左→右、右→左の 2 通りとして、それぞれの組み合わせを実施した。具体的な傾斜角の設定

はじめに

5 軸加工の特長の一つに、3 軸加工と比べ加工品質を向上させることができる点が挙げられる。ボールエンドミルによる平面加工を行う場合、3 軸制御マシニングセンタで値を表 1 に示す。

はボールエンドミルの中心付近の切れ刃を使って加工することになる。中心付近では切れ刃の周速がゼロに近いた

３．

め、材料を押しつぶすような加工となり良好な面品位を得られない。一方 5 軸制御マシニングセンタでは、工具を傾た面の写真を図 2 に、ピッチとリード角は同じで切込みを0.05 mm として加工した面の写真を図 3 に示す。
切込み 0.3

斜させることによってボールエンドミルの外径に近い部分の切れ刃で加工することができる。このことにより高いmm の場合、チルト角 0°では工具の送り方向によらず白濁した加工面となった。またチルト角 15°、左→右送りの場周速を持った切れ刃で材料を切削することができ、良好な面品位を得ることができる。

合には、不規則な傷が生じた。その他はほぼ傷が発生せず光沢のある加工面であった。一方切込み 0.05 mm では、チ5 軸制御マシニングセンタでは、テーブル傾斜軸（A 軸または B 軸）とテーブル回転軸（C 軸）の組み合わせによ

ルト角 15°、左→右送りの場合でも光沢のある加工面となった。他の条件の加工面は切込み 0.3 mm の場合と大きなり、工具をあらゆる角度に傾斜させることが可能である。
本研究では、ボールエンドミルの傾斜角を変えて平面加工差はなかった。

実験結果

切込み 0.3 mm、ピッチ 0.35 mm、リード角 0°で加工し工具送り方向左→右 右→左を行い、工具傾斜角が加工面品位に及ぼす影響を検討した。
60°

実験方法

チルト角２．

被削材 A5052 に対し、直径 6 mm（R3 mm）2 枚刃のボールエンドミルにより平面加工を行った。切削条件は、主軸回転速度 13,262 min-1、送り速度 1,326 mm/min、切込み45°30°（ap）0.3 mm 及び 0.05 mm、ピッチ（p）0.35 mm 及び 0.15mm の一方向走査線加工とした。工具の傾斜角と送り方向15°の模式図を図 1 に示す。リード角（工具送り方向への傾斜角）を-60°から+60°まで 11 段階に、チルト角（工具送り方0°方向に直角な方向への傾斜角）を 0°から+60°まで 5 段階に
図 2 加工面（ap0.3mm, p0.35mm, リード角 0°）

工具送り方向左→右 右→左60°
チルト角45°30°

図 1 工具傾斜角及び工具送り方向の模式図15°

表 1 傾斜角の設定値0°

設定角度 (°)
リード角
チルト角-60, -35, -20, -10, -5, 0, +5, +10, +20, +35, +60
0, +15, +30, +45, +60

図 3 加工面（ap0.05mm, p0.35mm, リード角 0°）

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KISTEC研究報告2020（2020.8）

【情報・生産技術部】

図 4 に、切込み 0.3 mm、ピッチ 0.35 mm、チルト角 15°４．

考察で加工した面の写真を示す。リード角-5°と-10°の場合に工具送り方向によらず不規則な傷が発生した。特に-10°の場

４．１ 加工面への傷の発生加工面に傷が発生する条件について考察する。ボールエ合は著しく荒れた加工面となった。写真の掲載は省略する
が、チルト角 30°以上の条件では、いずれのリード角の場

ンドミルで被削材を切削する際の工具傾斜角と切込みの関係を図 7 に示す。切込み 0.3 mm の場合、傾斜角 15°で合でも傷はほとんど発生せず光沢のある加工面となった。
図 2 に示した切込み 0.3 mm、ピッチ 0.35 mm、リード角は工具中心が被削材に切り込んだ状態で切削するが、30°以上では工具中心が被削材に接触せずに切削することが0°の加工面のピッチ方向に測定した面粗さ Rz を図 5 に、切込みとリード角は同じでピッチを 0.15 mm とした加工わかる。一方切込み 0.05 mm の場合、傾斜角 15°でも工具中心は被削材に接触しなくなる。今回加工面に傷が発生し面の Rz を図 6 に示す。いずれのピッチ条件でもチルト角0°で Rz が最も小さく、次いでチルト角 30°となった。それたのは、切込み 0.3 mm、チルト角 15°でリード角 0°、-5°、-10°の場合であった（図 2、図 4）。これらはいずれも工具以外の条件では、ピッチ 0.35 mm の場合いずれもほぼ同等、ピッチ 0.15 mm の場合チルト角 15°が最も大きくなった。

中心が被削材に切り込んだ状態で切削する条件である。また、リード角 0°、チルト角 15°でも切込みを 0.05 mm にしいずれの条件も工具送り方向の差はほとんどなかった。

た条件では傷は発生しなかった（図 3）。以上から、工具を傾斜させて加工する際に工具中心が被削材に切り込ん

工具送り方向左→右 右→左だ状態のとき、加工面に傷が発生すると考えられる。このことから、良好な加工面品位を得るためには、工具傾斜角-60°と切込みの関係を考慮し、工具中心が切削に関与しないようにする必要があることがわかった。

-35°
リード角-20°

工具のボール半径を R、切込みを ap、工具傾斜角を θとすると、工具中心がちょうど被削材に接触するときの-10°-5°

ap と θ の関係は次式で表される。
θ = cos-1( 1 – ap / R )+5°+10°①

この関係式で導かれる曲線を図 8 に示す。図にはボール半径 R が 1、3、5 mm の場合を示した。それぞれの曲線が加+20°+35°

工面への傷発生有無の境界線である。つまり、曲線より上の領域で工具傾斜角を設定すれば、傷の発生なく良好な加+60°

図 4 加工面（ap0.3mm, p0.35mm, チルト角 15°）工面を得ることができる。この図は、ツールパス作成時に工具傾斜角を決定するための目安として活用できる。

図 5 加工面粗さ（ap0.3mm, p0.35mm, リード角 0°）

図 7 工具傾斜角と切込み、工具中心位置の関係

傷の発生しない領域

傷の発生する領域

図 6 加工面粗さ（ap0.3mm, p0.15mm, リード角 0°）

KISTEC研究報告2020（2020.8）

図 8 加工面への傷発生有無の境界線56【情報・生産技術部】

４．２

加工面の光沢と加工面粗さの関係なったか光沢のある加工面となったかの差である。加工面加工面の光沢と加工面粗さの関係について考察する。
リード角 0°としてチルト角のみ変化させたとき、チルトの見た目の品位を評価する場合、一般的には光沢のある面のほうが良好と判断されると考えられる。その意味では、

角 0°では白濁した加工面となったが、チルト角 30°以上では光沢のある加工面となった（図 2）。チルト角 15°では 4.1

チルト角 30°以上の加工面が良好と考えることができる。
一方加工面粗さはピッチ 0.35 mm、0.15 mm ともチルトの通り加工面に傷が発生したためここでの考察から除外する。チルト角 0°及び 30°の加工面のマイクロスコープ観

角 0°の場合が最も小さい値となった（図 5、図 6）。ピッチ0.35 mm の理論面粗さは 5 μm、ピッチ 0.15 mm の理論面察像を図 9 に示す。チルト角 0°の場合は工具中心が通過した部分の材料が押しつぶされたような跡となっており、工粗さは 1 μm である。すなわちチルト角 0°の面粗さは、ピッチ 0.35 mm で理論粗さを大きく下回っており、ピッチ具中心通過部とその間で異なる加工面の状態となっている。一方チルト角 30°の場合は規則的な凹凸模様が広がっ0.15 mm でもほぼ理論粗さに近い値となっているということである。図 10 に、ピッチ 0.35 mm でチルト角 0°及びている。この違いが光の反射に影響し、白濁した加工面と30°の加工面の粗さ曲線を示す。チルト角 0°では谷の中央付近がほぼ平坦になっているが、チルト角 30°では谷の中工具送り方向ピッチ方向央付近が最も凹んだ形状となっている。これは、チルト角0°の場合に工具中心付近でボールエンドミルの R 形状通りの切削ができていなかったことを示している。すなわち、工具中心付近の削り残しがあったためにピッチ間の段差が小さくなり、面粗さが小さくなったと考えられる。
チルト角 15°以上の面粗さについては、ピッチ 0.15 mmの条件で差が顕著になっている。チルト角 15°で面粗さが大きいのは 3.1 で考察した加工面の傷発生の影響である。
一方チルト角 30°以上では、チルト角が小さいほど面粗さが小さい傾向が認められる。この理由に関しては考察が十200μm(a) チルト角 0°分にできていないため今後の課題であるが、傷が発生しない傾斜角、すなわち工具中心が切削に関与しない傾斜角の範囲では、傾斜角が小さいほど面粗さは小さくなるのではないかと考えられる。
1 章で述べた通り、3 軸制御マシニングセンタによるボールエンドミルの平面加工（リード角、チルト角とも 0°）では良好な面品位を得られないことは既知であったが、面粗さの点では、リード角、チルト角とも 0°のほうが、工具を傾斜させるより小さくなることが明らかになった。加工
面粗さを重視するか、見た目の面品位を重視するかで加工200μm

方法を変える必要があることがわかった。

(b) チルト角 30°５．

図 9 加工面の観察像（ap0.3mm, p0.35mm, リード角 0°）(µm)

位の関係を検証した。その結果、以下の結論を得た。
1) 工具を傾斜させて加工する際、工具中心が被削材に42切り込んだ状態のとき加工面に傷が発生した。良好な加工面品位を得るためには、工具傾斜角と切込み

0-2-401(µm)2(a) チルト角 0°32)(mm)の関係を考慮する必要があることがわかった。
工具を傾斜させない加工では白濁した加工面となったが、工具を傾斜させた場合光沢のある加工面となった。一方加工面粗さは工具を傾斜させないほうが4小さくなることが明らかになった。加工面粗さを重視するか、見た目の面品位を重視するかで加工方法20を変える必要があることがわかった。

-2-40まとめ

本研究では、5 軸加工の特長である工具傾斜と加工面品

12(b) チルト角 30°

3今後は、工具寿命の観点から工具傾斜角の最適値を検証し、総合的に良好な切削特性を得られる加工条件を明確化(mm)させたい。

図 10 加工面の粗さ曲線（ap0.3mm,p0.35mm,リード角 0°）

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