JP5300939B2 - 仕上加工用工具を用いた加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボールエンドミルによる加工後に必要なみがき工程を廃止又は大幅に低減できる仕上加工用工具及びその工具を用いた加工方法に関する。

一般的に、３次元形状を有する被加工部位の加工には、工具としてボールエンドミルが用いられ、荒切削加工と仕上切削加工の２工程で加工されている。例えば、この被加工部位がプラスチック射出成形用金型の場合には、その表面粗さが成形品に直接転写されるため、成形品に要求される表面粗さと同程度の表面粗さが金型にも要求される。他の金型や加工品にも高精度の表面粗さを要求されるものがある。

プラスチック射出成形用金型の成形面を高精度に鏡面仕上する場合には、従来から砥石を用いた手仕上による方法が多用されている。しかし、この手仕上作業は、作業者の高度な熟練を要すると共に、仕上作業の時間も長くなるという問題があった。この問題に対して、回転軸を備えた砥石などの研削工具を研削装置や工作機械に取り付けて、仕上作業を自動化する方法は種々知られている（例えば、特許文献１参照）。

この研削工具には、円盤状の羽根型工具、コットン繊維に研磨材を混ぜた後に球形に硬め成型したボール型コットン工具、ラバーに研磨材を混ぜた後に球形に硬め成型したボール型ラバー工具、各種ボンド材に砥粒を混ぜた後に球形に焼結成型したボール型砥石などが一般的に用いられている。

また、特許文献２には、ボールエンドミルにおいて、少なくともボール刃の回転中心近傍の切れ刃に対して、研削条痕による切れ刃稜線の凹凸を研磨により減少させ、底面の切削に用いたときに仕上精度が安定し、被切削面を高品位にする仕上用ボールエンドミルが開示されている。

特開２００２−２８３１６９号公報 特開２００１−９６２５号公報

従来の研削工具は、金型の成形面などの仕上作業を削減することができる一定の効果はあるものの、以下の問題点も有している。

羽根型工具は、（１）平面のみがきに限られ、凹凸形状や３次元の自由曲面への対応ができない、（２）研削力（工具のワークへの押し付け量）を考慮したみがき専用の加工プログラムを作成する必要がある、（３）研削力が弱いためにみがきの効率が悪い、という数々の問題点を有している。

ボール型コットン工具、ボール型ラバー工具及びボール型砥石は、凹凸形状や３次元の自由曲面への対応も可能であるが、（１）研削工具の目詰りや形状崩れなどが生じ、ダイヤモンドインプリドレッサー等による研削工具の整形作業が必要となる、（２）研削工具が弾性体で形成されているため、研削力（工具のワークへの押し付け量）を考慮したみがき専用の加工プログラムを作成する必要がある、（３）研削工具の整形作業の度に工具径が減少するため、その都度みがき専用の加工プログラム作成が必要となる、（４）コットン繊維又はラバーが主体のため弾性体工具となっており、研削力が弱いためにみがきの効率が悪い、という数々の問題点を有している。

また、これらの研削工具を用いた研削装置は、仕上作業に用いる工具がラバー砥石などの弾性体工具であり、形状の誤差が大きく、変形し易いから、工具の軌跡を制御する際の制御要素が多くなり、金型の成形面などに要求される加工精度を満たし難いという課題もあった。

一方、ボールエンドミルは、図１４に示すように、切刃部２１とシャンク部２２とからなり、切刃部２１には掬い面２４と逃げ面２５が交差する切削刃２３を有している。この切削刃２３は、掬い面２４からの研削痕と逃げ面２５からの研削痕が交差するから、稜線が鋸の刃のようにギザギザになる。図１５及び図１６で示すボールエンドミルを用いた切削加工では、この切削刃２３の状態が加工面に転写されるため、工具半径とピックフィード量、工具の振れ以外に、切削刃２３の状態が加工面の表面粗さに影響を与えている。

特許文献２に記載の仕上用ボールエンドミルは、切削刃２３の凹凸を研磨により減少させているが、掬い面２４と逃げ面２５が交差する切削刃２３を有するために、掬い面２４の面粗さと逃げ面２５の面粗さの双方の影響を受けて、稜線の精度に限界がある。また、ボールエンドミルは、切削刃２３を有しているから、切削方向によって工具の振れ方にバラつきが生じ、切削刃２３の加工精度と相まって、ピックフィード量を少なくしても目標の表面粗さを満足できないという課題があった。

そこで、本発明は、被加工部位の切削加工を行うマシニングセンタなどの工作機械にそのまま装着でき、短時間の仕上加工で切削加工後の被加工部位の表面粗さを飛躍的に向上することができる仕上加工用工具及びその工具を用いた加工方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するために、被加工部位に対して相対移動して仕上加工を行う仕上加工用工具であって、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持つ所定半径の球面形状に研削形成又は切削形成された１又は２以上の球面加工部を有し、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で形成され、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しないことを特徴とする仕上加工用工具を提供するものである。

また、本発明は、被加工部位に対して相対移動して仕上加工を行う仕上加工用工具であって、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１又は２以上の球面加工部が研削形成又は切削形成され、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で形成され、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しないことを特徴とする仕上加工用工具を提供するものである。

また、本発明は、被加工部位に対して相対移動して仕上加工（但し、旋削加工を除く。）を行う仕上加工用工具であって、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持ち、所定半径の略半球状を成す１の球面加工部が研削形成又は切削形成され、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で形成された仕上加工用工具を提供するものである。
また、本発明は、被加工部位に対して相対移動して仕上加工（但し、旋削加工を除く。）を行う仕上加工用工具であって、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１の球面加工部が研削形成又は切削形成され、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で略半球状に形成された仕上加工用工具を提供するものである。

また、本発明の仕上加工用工具は、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しないことを特徴とする。

また、本発明の仕上加工用工具は、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で形成されている。

また、本発明は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持つ所定半径の球面形状に形成された１又は２以上の球面加工部と、前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部と、を有し、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成され、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しない仕上加工用工具を用いた加工方法であって、被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法を提供するものである。
また、本発明は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１又は２以上の球面加工部が形成され、前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成され、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しない仕上加工用工具を用いた加工方法であって、被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法を提供するものである。
また、本発明は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持ち、所定半径の略半球状を成す１の球面加工部が形成され、前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成された仕上加工用工具を用いた加工方法であって、被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法を提供するものである。
また、本発明は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１の球面加工部が形成され、前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して略半球状に形成された仕上加工用工具を用いた加工方法であって、被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法を提供するものである。

また、本発明の加工方法は、前記ボールエンドミルと略同一半径の前記仕上加工用工具を使用し、前記ボールエンドミルの加工軌跡を用いて前記仕上加工用工具を制御する。

また、本発明の加工方法は、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整して前記仕上加工用工具の前記被加工部位に対する押圧力を制御する。

本発明の仕上加工用工具は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持つ所定半径の球面形状に研削形成又は切削形成された１又は２以上の球面加工部を有する構成により、ボールエンドミル等の切削工具を装着して被加工部位の切削加工を行うマシニングセンタなどの工作機械にそのまま装着することができるから、簡単かつ短時間に被加工部位を仕上加工することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、掬い面と逃げ面が交差するボールエンドミルの切削刃と比較して、球面形状の球面加工部は非常に精度よく研削形成又は切削形成することが可能であるから、被加工部位を球面加工部の押圧回転によって加工したときに、被加工部位の表面粗さを向上することができ、後工程の磨き加工を大幅に削減又は廃止することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１又は２以上の球面加工部が研削形成又は切削形成された構成を有することにより、ボールエンドミル等の切削工具を装着して被加工部位の切削加工を行うマシニングセンタなどの工作機械にそのまま装着することができるから、簡単かつ短時間に被加工部位を仕上加工することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、掬い面と逃げ面が交差するボールエンドミルの切削刃と比較して、球面形状の球面加工部は非常に精度よく研削形成又は切削形成することが可能であるから、被加工部位を球面加工部の押圧回転によって加工したときに、被加工部位の表面粗さを向上することができ、後工程の磨き加工を大幅に削減又は廃止することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、前記工具本体の先端部に略半球状を成す１の球面加工部が研削形成又は切削形成されていることにより、工具本体の先端部全体に非常に精度よく研削形成又は切削形成された球面加工部を有し、被加工部位を球面加工部の押圧回転によって加工したときに、常に球面加工部が被加工部位に押圧されているから、被加工部位の表面粗さを飛躍的に向上することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しないことにより、球面加工部を非常に精度よく研削形成又は切削形成することができ、球面加工部の押圧回転によって加工される被加工部位の表面粗さを更に向上することができる効果がある。

また、本発明の仕上加工用工具は、前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の材質で形成されていることにより、球面加工部で被加工部位の削り残し山（カスプ）を削り取ることができ、被加工部位の表面粗さを更に向上することができる効果がある。

また、本発明の加工方法は、上記何れかの仕上加工用工具を用いた加工方法であって、被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を用いて加工する構成を有することにより、ボールエンドミルを装着して被加工部位の切削加工を行うマシニングセンタなどの工作機械に上記の仕上加工用工具をそのまま装着して被加工部位を仕上加工することができる。また、ボールエンドミルによって切削加工された被加工部位の削り残し山（カスプ）を球面加工部の押圧回転によって加工（例えば削り取り加工）するから、短時間の仕上加工で被加工部位の表面粗さを向上することができ、後工程の磨き加工を大幅に削減又は廃止することができる効果がある。

また、本発明の加工方法は、前記ボールエンドミルと略同一半径の前記仕上加工用工具を使用し、前記ボールエンドミルの加工軌跡を用いて前記仕上加工用工具を制御することにより、本発明の仕上加工用工具による極短時間の加工によって被加工部位の表面粗さを向上させることができるのみならず、工具軌跡に前工程のボールエンドミル仕上切削加工で使用した加工プログラムをそのまま使用することができ、本発明の仕上加工用工具の
ために専用の加工プログラムを作成する必要がないから、金型などの製造工数を大幅に削減することができる効果がある。

また、本発明の加工方法は、前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整して前記仕上加工用工具の前記被加工部位に対する押圧力を制御することにより、被加工部位に対して本発明の仕上加工用工具を一定の力が加わる状態で加工することができ、被加工部位にバニッシング効果を与え、短時間の加工で被加工部位の表面粗さを飛躍的に向上させることができる効果がある。

本発明に係る仕上加工用工具の一実施例を示す側面図。 その工具を用いた加工方法の一実施例を示す側面図。 工具別の加工面状態を比較して示す斜視の写真図。 ボールエンドミル仕上加工のピックフィード方向の加工面粗さを示す図。 ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図。 高精度ボールエンドミル仕上加工のピックフィード方向の加工面粗さを示す図。 高精度ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図。 本発明に係る加工方法のピックフィード方向の加工面粗さを示す図。 本発明に係る加工方法の送り方向の加工面粗さを示す図。 加工方法別の加工面状態を比較して示す斜視の写真図。 ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図。 ボール形状ラバー砥石みがき加工の送り方向の加工面粗さを示す図。 本発明に係る加工方法の送り方向の加工面粗さを示す図。 ボールエンドミルの一形態を示す説明図。 ボールエンドミルを用いた加工方法の一形態を示す側面図。 カスプハイトとボールエンドミルの半径及びピックフィード量の関係を示す断面図。

本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。 本発明に係る仕上加工用工具は、軸線１３回りに回転する工具本体１０の先端部に、軸線１３上に加工中心１４を持つ所定半径の球面形状に研削形成又は切削形成された１又は２以上の球面加工部１１を有する。

［仕上加工用工具］ 図１は、本発明に係る仕上加工用工具の一実施例を示す側面図である。 図１に示す実施例において、工具本体１０は、軸線１３上に加工中心１４を持ち、先端部に研削形成された略半球状を成す球面加工部１１と、この軸線１３を中心とする円柱状のシャンク部１２とを有する。シャンク部１２は、図示しない工作機械の主軸に直接又はチャックホルダ等の保持部を介して取り付けられるから、工具本体１０をマシニングセンタなどの工作機械にそのまま装着することができる。シャンク部１２は、チャックホルダ等に保持される大径部１２ａと、球面加工部１１につながる小径部１２ｂとを有し、小径部１２ｂの半径は球面加工部１１の半径より小径に形成してある。なお、シャンク部１２は、小径部１２ｂの半径を球面加工部１１の半径と同一径に形成してもよく、全体を同一軸径に形成してもよい。

図１に示す実施例において、球面加工部１１は、軸線１３の先端側から側方に向かって０°から９０°まで加工中心１４を中心とする球面が形成された半球形状を成している。球面加工部１１は、同一半径の球面のみによって形成されていることから、高精度の球面形状に研削形成することが容易になり、被加工部位の表面粗さに影響を与える球面加工部１１の表面粗さが向上する。工具本体１０は、旋盤加工など公知の加工方法によって形成することができる。なお、球面加工部１１は、切削加工により工具本体１０の先端部に半球形状を形成してもよい。

図１に示すように、球面加工部１１とシャンク部１２の間には段部を形成し、仕上加工時にシャンク部１２が被加工部位に接触しないようにしている。なお、工具本体１０は、球面加工部１１の上方に球面加工部１１と同一半径で軸線１３を中心とする円柱状加工部を形成してもよい。また、球面加工部１１は、軸線１３の先端側から側方に向かって０°から９０°以上の範囲に加工中心１４を中心とする球面が形成されていることが好ましいが、平面的な被加工部位を加工対象とする場合には、軸線１３の先端側から側方に向かって０°から９０°未満の範囲に球面を形成してもよい。

工具本体１０は、工作機械に装着され、球面加工部１１の押圧回転によってワークＷの被加工部位を加工するから、ワークＷより高硬度の材質で形成される。例えば、金型の仕上加工に用いる工具本体１０は、超硬合金又は高速度工具鋼などの硬質材料によって形成され、硬度（ＨＲＡ）９３以上の硬質材料によって形成されることが好ましい。また、球面加工部１１の表面は、コーティングなどの表面処理を施してもよい。

［仕上加工用工具を用いた加工方法］ 次に、本発明の仕上加工用工具を用いた加工方法について説明する。 図２は、本発明の仕上加工用工具を用いた加工方法の一実施例を示す側面図である。本発明の加工方法は、図２１に示すように、図示しない工作機械にボールエンドミルを装着してワークＷの被加工部位１を仕上切削加工した後に、図２に示すように、工作機械に工具本体１０を装着して被加工部位１を球面加工部１１の押圧回転によって仕上加工する。

また、本発明の加工方法は、仕上加工用工具を制御する専用の加工軌跡を生成してもよい。この場合、球面加工部１１の半径と、仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される被加工部位１からのオフセット量と、を調整して球面加工部１１の被加工部位１に対する押圧力を制御する。加工軌跡は、球面加工部１１の半径に対して、目標の表面粗さとなるようにピックフィード量を決定して生成する。球面加工による被加工部位１の削り残し山の高さ（カスプハイト）ｈは、図１６に示すように、球面加工部１１の半径Ｒとピックフィード量Ｐｆによって幾何学的に定まり、数１式により求まる。カスプハイトｈが目標の表面粗さ以下となるようにピックフィード量を決定する。

また、本発明の加工方法は、仕上加工時のピックフィード量を、ボールエンドミルを用いた仕上切削加工時と同じピックフィード量に設定し、互いに半ピッチずれた加工軌跡を生成してもよい。この加工軌跡は、球面加工部１１を削り残し山に押圧するから、比較的短い仕上加工時間で被加工部位１の表面粗さを向上させることができる。

また、本発明の加工方法は、ボールエンドミルを用いた仕上切削加工の前に、荒切削加工及び中仕上切削加工を行ってもよい。また、仕上加工は、同じ加工軌跡を用いて複数回加工してもよく、半径の異なる複数本の仕上加工用工具を用いて加工してもよい。

出願人は、加工工具別、加工方法別に被加工部位１の表面粗さの比較を行った。

［比較例１］ 表１は、ボールエンドミルの研削精度が加工面の表面粗さに与える影響を比較している。ボールエンドミルには、一般的によく使用される標準工具と、市販品の中で研削精度の高い高精度品と、さらに研削精度を高めた特殊対応品を用い、本発明の仕上加工用工具との比較を行った。

被削材は、ＨＲＣ５０のプラスチック金型用鋼であり、被加工部位１の形状は図３に示す通り半径１１ｍｍのコア形状である。工具には何れも半径２ｍｍの工具を使用し、ピックフィード量０．１ｍｍの走査線加工（湾曲方向の往復加工）とした。工作機械には、当社製ＹＢＭ−６４０Ｖを使用し、ボールエンドミルは回転数２０，０００ｒｐｍ、送り速度１，０００ｍｍ／ｍｉｎで加工（クーラントにオイルミストを使用）し、本発明の仕上加工用工具は回転数１０，０００ｒｐｍ、送り速度１，０００ｍｍ／ｍｉｎで加工（クーラントに水溶性切削水を使用）した。また、各ボールエンドミルの取り代は０．０５ｍｍとなり、本発明の仕上加工用工具の取り代は０．００５ｍｍとなるように、予めボールエンドミルを用いた仕上切削加工を行っている。

工具別の表面粗さは表１に示す通りであり、ピックフィード方向の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、ボールエンドミルでは何れも約０．８μｍであるのに対し、本発明の仕上加工用工具では０．２８μｍとなり、ピックフィード方向の算術平均粗さ（Ｒａ）は、ボールエンドミルでは何れも約０．２μｍであるのに対し、本発明の仕上加工用工具では０．０５μｍとなり、ピックフィード方向の表面粗さが飛躍的に向上している。

送り方向の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、ボールエンドミルでは１．０２〜０．６６μｍであるのに対し、本発明の仕上加工用工具では０．２４μｍとなり、送り方向の算術平均粗さ（Ｒａ）は、ボールエンドミルでは０．１７〜０．１０μｍであるのに対し、本発明の仕上加工用工具では０．０３μｍとなり、送り方向の表面粗さも飛躍的に向上している。

図４〜図９は、加工面粗さの実測データを示している。図４は、ボールエンドミル仕上加工のピックフィード方向の加工面粗さを示す図である。図５は、ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図である。図６は、高精度ボールエンドミル仕上加工のピックフィード方向の加工面粗さを示す図である。図７は、高精度ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図である。図８は、本発明に係る加工方法のピックフィード方向の加工面粗さを示す図である。図９は、本発明に係る加工方法の送り方向の加工面粗さを示す図である。

表１及び図４〜図９に示すように、ボールエンドミルの研削精度が向上した場合に、送り方向の表面粗さは向上しているのに対し、ピックフィード方向の表面粗さには殆ど変化がなかった。一方、本発明の仕上加工用工具を用いた場合には、送り方向とピックフィード方向の双方で表面粗さが飛躍的に向上し、ボールエンドミルを用いた仕上切削加工と同程度の加工時間で磨き加工が不要になる程度まで表面粗さを向上させることが可能になった。

図３は、工具別の加工面状態を比較して示す斜視の写真図である。丸付符号１〜３のボールエンドミルで加工した加工面は送り方向に切削痕が残っているのに対し、丸付符号４の本発明の仕上加工用工具で加工した加工面には切削痕が見られず、光沢がある。本発明の仕上加工用工具を用いた加工方法では、被加工部位１を球面加工部１１の押圧回転によって仕上加工するから、切削加工時の削り残し山を削り取る（削り屑が出る）と同時に、被加工部位１にバニッシング効果を与え、微細な凸部を押しつぶして鏡面に仕上げることが可能になった。

［比較例２］ 表２は、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）が加工面の表面粗さに与える影響を比較している。比較工具には、半径２ｍｍのボールエンドミルと、従来の半径１．５ｍｍのボール形状ラバー砥石（＃３０００）と、半径２ｍｍの本発明の仕上加工用工具（超硬材）とを用い、加工面粗さの比較を行った。

被削材は、ＨＲＣ５０のプラスチック金型用鋼であり、被加工部位１の形状は図１０に示す通りφ７．０ｍｍのキャビティ形状である。加工パス分解能は、ボールエンドミルが０．０４ｍｍ、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）が０．００２５ｍｍ、ボール形状ラバー砥石が０．００２５ｍｍとした。工作機械には、当社製ＹＭＣ−４３０を使用し、ボールエンドミルは回転数２０，０００ｒｐｍ、送り速度５００ｍｍ／ｍｉｎで加工（クーラントに油性を使用）し、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）は回転数１０，０００ｒｐｍ、送り速度３５０ｍｍ／ｍｉｎで加工（クーラントに油性／オイルミストを使用）し、ボール形状ラバー砥石は回転数１０，０００ｒｐｍ、送り速度３５０ｍｍ／ｍｉｎで加工（クーラントにオイルミストを使用）した。また、
予めボールエンドミルを用いた仕上切削加工を行い、特殊工具とラバー砥石は表に記載の切り込み量となるように加工軌跡を生成した。

工具別の表面粗さは表２に示す通りであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、ボールエンドミルでは１．１６７μｍであるのに対し、ラバー砥石では０．７９７μｍとなり、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）では０．３８６μｍ／０．１８４μｍとなった。また、算術平均粗さ（Ｒａ）は、ボールエンドミルでは０．１７９μｍであるのに対し、ラバー砥石では０．１２２μｍとなり、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）では０．０５５μｍ／０．０２８μｍとなり、従来のラバー砥石と比較して特殊工具（本発明の仕上加工用工具）は表面粗さが飛躍的に向上している。

図１１〜図１３は、加工面粗さの実測データを示している。図１１は、ボールエンドミル仕上加工の送り方向の加工面粗さを示す図である。図１２は、ボール形状ラバー砥石みがき加工の送り方向の加工面粗さを示す図である。図１３は、本発明に係る加工方法の送り方向の加工面粗さを示す図である。

表２及び図１１〜図１３に示すように、従来のボール形状ラバー砥石によるみがき加工でも、ボールエンドミルの切削加工と比較して表面粗さが向上している。一方、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）による仕上加工では、従来のラバー砥石によるみがき加工と比較しても表面粗さが飛躍的に向上し、磨き加工が不要になる程度まで表面粗さを向上させることが可能になった。また、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）による仕上加工の加工時間（３２分）は、従来のラバー砥石によるみがき加工の加工時間（５０分）と比較して短く、加工時間においても優れている。また、クーラントが加工面粗さに与える影響については、油性とオイルミストにおいて大きな差は認められない。

図１０は、加工方法別の加工面状態を比較して示す斜視の写真図である。符号Ａのボールエンドミルで加工した加工面は送り方向に切削痕が残っているのに対し、符号Ｄのラバー砥石によるみがき加工した加工面と、符号Ｂ，Ｃの本発明の仕上加工用工具で加工した加工面には切削痕が見られず、光沢がある。符号Ｄの加工面と符号Ｂ，Ｃの加工面を比較すると、本発明の仕上加工用工具で加工した加工面（符号Ｂ，Ｃ）の方が、背景の写り込みが鮮明であり、表面粗さが均一であることがわかる。

［比較例３］ 表３は、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）を用いた加工方法が加工面の表面粗さに与える影響を比較している。比較工具には、半径２ｍｍのボールエンドミルと、従来の半径１．５ｍｍのボール形状ラバー砥石（＃３０００）と、半径２ｍｍの本発明の仕上加工用工具（超硬材）とを用い、加工面粗さの比較を行った。

比較例２と同様に、被削材は、ＨＲＣ５０のプラスチック金型用鋼であり、被加工部位１の形状はφ７．０ｍｍのキャビティ形状である。加工パス分解能は０．０４ｍｍ（ａ，ｃ，ｄ）、専用プログラムの加工パス分解能は０．００２５ｍｍ（ｂ，ｅ）とした。工作機械には、当社製ＹＭＣ−４３０を使用し、その他の加工条件は比較例２と同様である。

工具別・加工方法別の表面粗さは表３に示す通りである。符号ｃは、特殊工具（本発明の仕上加工用工具）を用い、「切削加工の仕上プログラム」を使用して仕上加工を１回行った結果を表しており、ボールエンドミルによる仕上切削加工（符号ａ）よりも表面粗さが向上している。符号ｄは、符号ｃと同条件で仕上加工を２回行った結果を表しており、専用プログラムを使用したラバー砥石によるみがき加工（符号ｂ）と同程度まで表面粗さが向上している。本発明の加工方法は、特殊工具用に専用プログラムを作成することなく切削加工と同一の仕上プログラムを使用した場合でも、適切な切り込み量と回転数で２回程度の「切削加工の仕上軌跡」を実行することにより、従来のみがき加工と同程度の光沢面を得ることができた。また、本発明の加工方法は、従来のみがき加工では必須であった専用プログラムの作成が不要になると共に、加工時間も５０分を要する従来のみがき加工に対して２回加工でも８分と大幅に短縮することができ、金型などの製造工数を大幅に削減することが可能になった。

また、本発明の加工方法は、符号ｅに示すように、仕上加工用の専用プログラムを作成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０６μｍ以下の表面粗さを得ることもでき、従来のみがき加工（符号ｂ：Ｒａが０．１２μｍ）と比較して表面加工粗さを飛躍的に向上させることも可能になった。このように、本発明の加工方法は、目標とする表面粗さに応じて様々な加工方法を選択でき、工数の削減と精度向上の両立が可能になった。

これまで、工具本体１０の先端部に略半球状を成す１の球面加工部１１が研削形成された仕上加工用工具について説明してきたが、本発明の仕上加工用工具は実施例の構成に限定されるものではない。本発明の仕上加工用工具は、工具本体１０の先端部に、軸線１３上に加工中心１４を持つ同一半径の球面形状に研削形成された２以上の球面加工部１１を有していてもよい。この場合、工具本体１０の先端部は、球面加工部１１以外の領域に逃がし部を形成し、球面加工部１１と逃がし部の間には切削刃を形成する稜線を設けない。

また、本発明の仕上加工用工具は、軸線１３回りに回転する工具本体１０の先端部に、軸線１３回りの回転軌跡が略半球状を成す１又は２以上の球面加工部１１が研削形成された構成にしてもよい。この場合、工具本体１０の先端部には、回転方向と交差する方向に溝状の逃がし部を形成している。球面加工部１１は、回転方向に幅を有する球面形状を成し、逃がし部との間には切削刃を形成する稜線を設けない。この構成により、本発明の仕上加工用工具は、仕上加工時に僅かに発生する削り粕を逃がし部から効率よく排出することができる。

１ 被加工部位１０ 工具本体１１ 球面加工部１２ シャンク部１３ 軸線１４ 加工中心２０ ボールエンドミル２１ 切刃部２２ シャンク部２３ 切削刃２４ 掬い面２５ 逃げ面 Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持つ所定半径の球面形状に形成された１又は２以上の球面加工部と、
   前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部と、を有し、
   前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成され、
   前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しない仕上加工用工具を用いた加工方法であって、
   被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、
   前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、
   クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法。
2. 軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１又は２以上の球面加工部が形成され、
   前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、
   前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成され、
   前記球面加工部以外の領域に逃がし部を形成し、前記球面加工部と前記逃がし部の間に切削刃を有しない仕上加工用工具を用いた加工方法であって、
   被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、
   前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、
   クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法。
3. 軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線上に加工中心を持ち、所定半径の略半球状を成す１の球面加工部が形成され、
   前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、
   前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して形成された仕上加工用工具を用いた加工方法であって、
   被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、
   前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、
   クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法。
4. 軸線回りに回転する工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状を成す１の球面加工部が形成され、
   前記工具本体の他端側に、前記軸線を中心とする円柱状のシャンク部を有し、
   前記球面加工部が、被加工部位より高硬度の超硬合金又は高速度工具鋼を研削加工又は切削加工して略半球状に形成された仕上加工用工具を用いた加工方法であって、
   被加工部位を、切削刃を有するボールエンドミルで加工した後に、前記仕上加工用工具を被加工部位に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させ、
   前記仕上加工用工具の半径と、前記仕上加工用工具を制御する加工軌跡を生成する際に設定される前記被加工部位からのオフセット量と、を調整し、
   クーラントを用い、被加工部位に対する前記仕上加工用工具の押圧回転によって、被加工部位の削り残し部に対して削り屑の発生を伴う削り取り加工による自由曲面の仕上加工を行うことを特徴とする加工方法。