計測自動制御学会東北支部第246回研究集会（2008．11．19）
資料番号246−9

平面加エにおける表面精度の解析に関する研究
AStudyonAnalysisofaSurfaceAccuracybyFlatMachining
O池田直人＊，小林義和榊，白井健二綿，戸澤幸一榊
ONaotoIkeda＊，YbshikazuKobayashi…，KenjiShirai★＼KouichiTbzawa…
＼＊日本大学大学院，＊＊日本大学，冊日産自動車㈱…

℃raduateSchool，NihonUniversity，…NihonUniversity，NissanMotorCo．，Ltd．
キーワード：機能表面（FunctionalSurface），表面精度（Surfaceaccuracy），エンドミル加工（End Mi11ing），
CAD／CAM

連絡先：〒963−8642 福島県郡山市田村町徳定字中河原1番地
日本大学大学院工学研究科情報工学専攻生産システム工学研究室池田直人，
駄：（024）956−8824，Fax：（024）956−8863，E−mail：u146010＠ushiwaka．ce．nihon−U．aCjp

干渉計により測定し、加工面の特徴を解析し1．緒言

近年、自動車、デジタル機器などの部品に／二、おいてエンドミル加工による精度の要求は
2．システム構成

ますます厳しくなってきているl）。一例として、自動車の駆動部分に用いられる無段変速

図1にシステムの基本構成を示す。本シス機（CVT）の金属ベルトのコマは、表面の加テムは微細加工機本体と、これを制御するコ

工精度が1〃m以下の高精度な加工が要求さンピュータによって構成される。本装置は、れている2）。しかしながら、工具から排出さX、Y、Zの3軸から構成されており、主軸のれる切りくずや切削抵抗、被削材に対する工回転数は、主軸制御装置によって制御される具の逃げなどにより、加工面の段差や工具の3）。次に制御用PC（PersonalCornputer）にお姿勢が影響を受ける。そのため高精度なエンける処理の流れを示す。制御用PCには、切ドミル加工においては、加工面を測定・評価

削負荷監視と加工用とのプログラムがある。

して、これらの問題を解決する必要がある。

主軸の負荷電圧は、主軸制御装置からそこで本研究においては、スクエアエンドA／D（Analog／Digital）変換器を介して切削負ミル工具で加工した平面形状を走査型白色荷監視プログラムにより取得される。これを−1−

切削負荷としている。加工用プログラムは、あらかじめ設定された動作データにもとづいて、各種加工条件を入力し、GP−IB（GeneralPurposeInterfaceBus）を介してモータコントローラに制御信号を転送する。

3．実験及び計測・評価方法

3．1 実験条件

図1システム構成国

図2に、今回対象としている被削材形状を示す。また、表1に基本切削条件を示す。．被削材は炭素鋼S50Cである。切削実験は、18mX18mの被削材を直線切削している。
制御条件として、主軸の回転数は30000minlであり、加工ピッチは630〃mである。使用した工具は直径0．9mmのスクエアエンドミ
ルである。刃長は1．2m、刃数は2枚である。
工具材質は超微粒子合金、コーティングはUTCOATを施してある。切削油剤には、難削加工に有効なMSMTP420（株式会社ミスミ製）

表1基本切削条件を用いた。

3．2 計測・評価方法

被削材

炭素鋼（S50C）

主軸回転数

30000min￣l

ピックフィード量630〃m

直線切削により平面加工した被削材を評

スクエアエンドミル

工具

価するため、まず図3に示すように走査型白色干渉計を用いてAからBの範囲までを3mm走査する。次に、走査した加工面を評価する
ため、図4に示す評価方法を用いる。Aから￠0．9mm

刃長1．2m

刃数

2

工具材質

超微粒子合金コーティングUT COAT

切削油剤

MSMTP420

Bまでにおける加工断面の最大値と最小値の差を5ケ所測定し、その最大、最小および平工具径均値を採用した。

︵∈l︶三ぜむA

図3 計測範囲

021Distance（mm）

園4 加工段差の評価方法−2−34．実験結果
34．1 送り速度の変化における加工︵∈ミ︶州立H貞

段差の解析

各種切削条件における加工段差の解析を2行なうため、まず送り速度を変化させた。制御条件として送り速度を1000〃m／s から10000〃m／sまで、1000〃m／s毎の区切りとし、1000 2000 3000 4000 5000 tiOOO TOOO 8000 900010000

軸切込量は30JJmで固定し切削した。

送り速度（〟m／8）

図5に各送り速度における加工段差の変園5 各送り速度における加工段差の変化化を示す。5000〃m／sをピークに徐々に加工2段差は増大し、6000〃m／s以降加工段差は減

▲U8
丘U

O

切削条件に見合わない切削体積が得られな

0︵∈ミ︶㈱餌叫H員〃m／sでピーク値が出た理由は、工具の標準1少し、ほぼ横ばいの状態になっている。5000∧Uかったためである。6000〃m／s以降は標準切4削条件に見合う切削体積が得られたため、加図62030斗切込i（〟m）40

各軸切込主における加工段差の変化

0り速度は1000〃m／sから4000〃m／sまでは平2工段差は小さくなっている。しかしながら送10均的に加工段差は小さいので、この範囲で送0（〉0．4り速度を制御することが最適である。て 0．2
こl

苫 0
望−024．2 軸切込主の変化における加工−0．4

段差の解析

−0．6

送り速度の次に、軸切込量の変化による加工段差の解析を行なった。制御条件として軸切込量は10〃mから50〃mまで、10〃m毎の区切りとし、送り速度は10000〃m／sで固定Cし切削した。

b。−−ユニ＝∂

図5に各軸切込量における加工段差の変CC化を示す。各軸切込量とも加工段差に大きな

図7 エ具の傾きの算出方法

変化は見られない。したがって、軸切込量は加工段差の変化に影響を及ぼさないことが件においてピッチ方向に加工段差が発生す分かる。

ることが分かった。これは、加工時における工具姿勢、すなわち工具の傾きが原因である。

5．エ具姿勢の解析

そこで、前述の加工段差を利用し、工具の傾5．1 エ具姿勢の算出方法

きの角度を算出した。補正方法はまず、任意実験結果で解析したことにより、各種切削条の加工断面の一部を図7 に示すように取りー3一出す。次に加工段差a−bとピッチ方向の送り

表2 各送り速度におけるエ具の傾き変化量cを導出する。そして図に示すように、∂

送り速度＝tanJl（（a−b）／c）を求める2〉。

工具の頼き 0．0721 0．0878 0．0729 0．097 0．2327

（〃鵬）

触）

1三・i≡

5．2 各種切削条件におけるエ具の（〃血s）

工具の侯き 0．1193 0．1268 0．1045 0．1299 0．1451

傾き仮）表2に各送り速度、表3に各軸切込量のそ
表3 各軸切込主におけるエ具の傾き変化

れぞれの工具の傾き変化を示す。加工段差の繍切込量 （川） 10 20 30 40 50 工具の額き （恥） 0．0691 0．0735 0．0715 0．071 0．082

ある一定の数値に基づいて計算を行なっているため、グラフの形状は加工段差と変わりない。しかしながら、図6の算出方法は、工具の傾きを求めているため、単位は「Deg．」

参考文献となっている。これにより、工具姿勢の補正

1）池田直人、小林義和、白井健二、戸澤幸

データとして利用できる。

一：エンドミル加工による表面テクスチ
ャの平面度評価に関する研究、2008年度

6．緒言

精密工学会秋季学術講演会講演論文集

6．1 結論（2008）、155

スクエアエンドミル工具により平面加工

2）池田直人、小林義和、白井健二、戸澤幸

し、加工段差と工具姿勢を解析し、以下の結

一：スクエアエンドミル工具による平面論を得た。

加工の精度評価に関する研究、型技術者（D 種々の加工条件で切削し、加工段差のパ会議2008講演論文集（2008）、146

ターンを見出すことができた。

3）Yoshikazu KOBAYASHI、KenjiSHIRAI、② 工具の傾きを算出し、段差を補正できる

Masaaki SATO、データを蓄積できた。

Kouichi TOZAWA：

Development of Surface TexturingSystembyMechanicalMachining、19th

6．2 今後の課題

ASPE AnnualMeeting（2004）（D 工具の傾き方および擁み方を力学的に解明し、加工段差の推定を行なっていく。

4）NaotoIKEDA、YoshikazuKOBAYASHI、Kenji

また、その推定と実際の加工段差の比較、

SHIRAI、KouichiTOZAWA：ANALYSIS OF

検討を行なう。

SURFACE ACCURACY BY END MILLING, 23rd

ASPE Annual Meeting and 12th

② 補正データをもとに、5軸制御工作機械

ICPE（2008）、594のCAMシステムに適用し、表面精度を向上させる。また、切削加工において加工段差を抑えた表面すなわち鏡面に近い状態を実現させる。

一4−