刃先丸みの影響を考慮したボールエンドミル加工の誤差予測-急速後退機構を用いた傾斜面切削時の工具刃先切込厚さの観測

摘要

多軸制御切削加工機の普及に伴い，自由曲面の加工においても加工面に対する工具姿勢を選択的に設定して仕上げ加工を行うことが一般的になりつつある．一般にボールエンドミルを用いた仕上げ加工においては，加工面に対する工具の相対姿勢，ピックフィード方向·幅，工具1刃あたり送り量，工具回転角位相差等の条件が加工面の性状に大きな影響を与えることが知られている．これらの関係については以前よりさまざまな検討が行われており，高送り時のカッターマークによる表面粗さ生成の幾何的解析や，工具相対姿勢の変更による面性状変化の傾向等が報告されている．ところで，近年の主軸の高速化に伴い，金型等の仕上げ加工においては工具1刃あたりの送り量が非常に小さな切削条件が広く用いられつつある．この種の切削条件では，加工後に残る面の大部分は被削物への工具刃の切込が工具刃先の丸み半径よりも小さい状態で創成される．このとき，工具刃先の逃げによる面全体の目標形状からのずれや，被削物除去状態の遷移による面性状の悪化を予測するためには，弾性変形による工具刃の逃げや加工面誤差の再生といった現象を考慮して工具刃先各部分における切込の状態を推定する必要がある．しかしながら，多軸制御切削加工を対象とした精密な被削物除去深さの解析は未だ行われておらず，工具姿勢の変化が切削抵抗や加工誤差もたらす影響には不明な点が多い．そこで筆者らは，過去にスクエアエンドミル加工の誤差予測で提案した被削物除去モデルを導入し，ボールエンドミルによる仕上げ加工において加工面を工具刃が創成する瞬間の被削物除去深さおよび切削抵抗を推定する手法を提案している．これまでの予測結果では，小径工具を用いた微小送り条件での傾斜面切削においては，被削物に与えられる加工面形状の大半が塑性変形状態に相当する除去状態で創成され，その結果加工誤差が大きく増加する傾向にあると推定されている．そこで本報告では，この種の除去状態の遷移が実際の仕上げ加工において加工面に与える影響を検証するため，工具一刃の通過によって加工面に与えられる切削痕を直接計測する実験方法を開発し，工具切れ刃の各位置と各工具回転角における被削物除去量の変化を推定する．