マシニングセンタによるチタン合金材の高精度加工に関する研究
岡田邦彦

Study on High Pr ecision Cutting of Titanium Alloys by Machining CenterKunihiko OKADA

The preparatory experiments on the advance of machining accuracy with
Latin square L9(34) of experimental design were carried out and following
result was obtained. In case of finish cutting,the method of dry cutting
showed more precise than that of wet cutting.

Keywords:Titanium Alloys,Latin Square,Dry Cutting,Wet Cutting

実験計画法の直交表Ｌ９（３４）を用いて、加工精度向上に関する予備実験を実施した
結果、次のような結果が得られた。仕上げ加工をする場合、乾式切削の方が湿式切削に比べて、より精密な加工が実現できることが示された。

キーワード：チタン合金，直交表，乾式切削，湿式切削

１．緒言

チタン合金(Ｔｉ‑６Ａｌ‑４Ｖの焼きなまし材、難削材料の代表的材料の１つであるチタン合金を

硬度：ＨＲＣ３５)を２２(Ｗ)×１０(Ｄ)×１９．

被削材として、加工性の評価と高精密加工について２(Ｈ)mm の形状に加工した小ブロック（両面研の研究を行っている。今年度と来年度は高精密加工磨）を試験材とした。

を主体として、研究を進める。そのための予備実験（２）工具を実施する。

・φ２０スローアウェイバイト

この対象材を高度に精密な加工を試みる際に、こ・チップノーズＲ：０．８mmの加工に影響すると考えられるファクターとして・工具突き出し量

は、工具材種、切削速度、送り、切削油等が考えら（３）実験装置れる。そこで、実験を行うために、これらの因子を・工作機械

立形マシニングセンター

エンシュウ㈱製

Ｌ９ の直交表に割り付ける。

・寸法測定

そして、一般的な切削加工した時に得た加工数値

３８mm

ＶＭＣ５３０Ⅱ

三次元測定機㈱ニコン製ＴＲＩＳＴＡＴＩＯＮ６００を基に分析を行い、精密加工を実施する時に、最も（４）各因子の割り付けと加工方法影響を受ける重要因子を探求し、高精密加工を遂行するための必須条件を明確にすることを目的とし工具材種、切削速度、送り、切削油の各因子のて、今回の実験を実施する。

水準は表１のように設定する。そして、その因子をＬ ９ の直交表（表２参照）に順次割付ける。信

２．実験方法

号因子Ｍを切込み量にとり、Ｍ１＝０.１、Ｍ２＝０.３、Ｍ３＝０.５mmとし、軸方向の加工量は（１）被削材‑74‑表２０．５mmで、ダウンカットにて、切削実験を実施する。また、誤差因子Ｒは測定個所として、８個所を選ぶ。

表１

因制御因子

信号因子・誤差因子子

A B C D

Ｍ１0.1mm

Ｍ２0.3mm

Ｍ３0.5mm列No

1 2 3 4R１･･R８R１･･R８R１･･R８1

1 1 1 129.86

2

1 2 2 230.46

3

1 3 3 333.43

制御因子とその水準

１２３単位因子ｺｰﾃｨﾝｸﾞ

超硬合ｻｰﾒｯﾄ材

金材

材

SN比(db)水準

A 工具材種直交表と行ごとのＳＮ比−

B 切削速度50

100150m／min

4

2 1 2 332.54

C 送 り

0.05

0.100.15mm／刃

5

2 2 3 136.02

6

2 3 1 234.49

D 切削油ありｴｱｰﾌﾞﾛなし

−(油)

ｰ

7

3 1 3 227.66

8

3 2 1 331.48

9

3 3 2 129.40

３．実験結果切込み量Ｍと実切削量ｙは比例式
ｙ＝βＭで表現することができる。
（β：感度）
従って、実験計画法の公式の表３（Ｓβ−Ｖｅ）１／ｒ
η＝１０ｌｏｇ

要fＳＶ

ρ(％)

A
B
CDe′(゜印)

2222436.02
12.84
3.95
3.92
7.87

18.01
6.42
1.98゜
1.96゜
1.9756.5
15.7−
−27.8

T856.73−

100.0Ｖｅη：ＳＮ比Ｓ β ：信号因子の１次効果の変動
Ｖ ｅ：誤差分散ｒ：有効除数因

分散分析表

を使って実験データから、各行のＳＮ比を求め、まとめた。（表２参照）

次に、水準別にＳＮ比を整理して要因効果をグラフ（図１〜４参照）にして表す。但し、各水準のＳ

表３は、分散分析の結果を示す。分析の結果、各Ｎ比は、合計値である。

因子の中で、変動要因に大きな影響を及ぼす因子は、チタン合金を高精密加工するための最適条件は、切削工具の材種による影響が一番大きい（寄与率５

要因効果グラフから判断すると、各効果グラフ（工６.５％）ことが分かった。そして、その次に影響具材種、切削速度、送り、切削油）のそれぞれのＳを与えるのは、切削速度(同１５.７％)であること

Ｎ比の高いところを選んだＡ ２ 、 Ｂ ２ 、Ｃ ３ 、Ｄ ３ とがわかった。

なる。
‑75‑

ここで注目すべきは、切削油なしの乾式切削加工
110（ドライ加工）の方が切削油ありの湿式切削加工（ウ103.05

エット加工）より、ＳＮが大きいと言う結果が得ら100れたことである。
93.75

このことは、島根県立工業技術センターの佐藤、

9088.54

古屋らが、論文発表した「難削材の高速ドライエンドミル加工（第１報・第２報 ）」の中で、チタン合

80
123水準
図1 A ：工具材種

金の高速ドライ加工（半径方向切込み０.２、送り０.０１mm/刃、切削速度２５１m/min）は、可能との報告がなされている。さらに、エンドミル加工の湿式切削との比較を行った結果、工具摩耗、仕上げ110

面粗さ、加工能率の点から、高速ドライ加工の方に優位性があった、との報告に今回の実験結果が良く

10097.9697.32

与率の大きいＡとＢを使って推定する。

90.0690一致している。最適条件（η １ ）での工程平均を寄η１＝Ａ２＋Ｂ２−Ｔ＝103.05/3＋97.96/3−285.34/980
123＝３５.３０水準

比較条件を工具材種はコーティング材、切削速度

図2 B ：切削速度

は仕上げ加工を想定して、５０m/minを採用した場
合、比較条件のＳＮ比をη ０ とすると推定値は、以110下のようになる。
η０＝Ａ１＋Ｂ１−Ｔ

100＝93.75/3＋90.06/3−285.34/997.11

95.83＝２９.５７92.490

最適条件と比較条件との利得を考えると、⊿η＝３５.３０−２９.５７80
12＝５.７３3水準

これは比較条件での加工に対して、標準偏差で

図3 C ：送り１／１.９３＝０.５倍になることを意味する。即ち、比較条件での加工に比べて、最適条件での加工は、110ばらつきを半分に抑えることができる。

100４．結言

97.45

95.28

92.61

90

予備実験を実施した結果、工具材種は超硬合金材を選定し、切削速度は１００m/min、送りは０.１５mm/刃、切削油なし（乾式切削）での加工において8012水準

3

比較条件に比べて、約２倍の加工精度で加工することが可能であることが、明らかとなった。

図4 D ：切削油

また、注目点は乾式切削の方が、湿式切削に比べて、ワークを高精度に加工することが出来ることで‑76‑ある。そして、このことは、この条件下での切削加工では、工具刃先に大きな影響を与えるような加工熱が、発生してないことに因るものと考えることができる。今回の実験では、交互作用があれば、１列と２列の影響を３列（送り）と４列（切削油）が受ける危険性もあったが、得られた結果と島根県立工業技術センターから公表されている論文の結果とが、一致していることから、現時点では交互作用は無いものと判断している。
今後の課題としては、工具摩耗等の実験を実施し、今回の結果と合わせて高精度加工の条件を見出す。
そして、その条件下で、高精度加工の確認実験を実施する予定である。
５．謝辞
本研究のテーマに関連した論文のご提供を戴いた、島根県立工業技術センターの古屋諭氏に深甚なる謝意を表します。

参考文献（１）松岡，佐藤，古屋，臼杵，難削材料の高速ドライエンドミル加工（第１報 ），精密工学会松江地方学術講演会論文集，１９９９，９．
（２）臼杵，佐藤，古屋，松岡，難削材の高速ドライエンドミル加工（第２報 ），精密工学会中四国・九州支部共催学術講演会論文集，１０３，５−６，２０００．

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