加工後のバリは気になりますが、ご安心ください。ここに解決策があります。金属の切断プロセスにはバリの形成が伴うことがよくあります。バリの存在は、ワークの加工精度や表面品質を低下させ、製品の性能に影響を与えるだけでなく、場合によっては事故の原因にもなります。バリの問題は通常、バリ取りによって解決されます。バリ取りは非生産的なプロセスです。-製品コストが増加し、製品の生産サイクルが長くなるだけでなく、不適切なバリ除去は製品全体の廃棄につながり、経済的損失を引き起こす可能性があります。
この記事では、まずエンドミル加工におけるバリの形成に影響を与える主な要因を系統的に分析し、次に構造設計から製造の観点からミリングバリを低減および制御するための方法と技術を検討します。
I. エンドミル加工における主なバリ形態 エンドミル加工時に発生するバリは、切削動作-の刃先のバリ分類体系によれば、主切れ刃の両側のバリ、側縁から切削方向に切り出されるバリ、底刃から切削方向に切り出されるバリ、送り方向にバリが発生する5つの形態に大別されます（図1参照）。
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図1. エンドミル加工時に発生するバリ
一般に、下端の切削方向のバリは他のバリよりも大きく、除去するのが困難です。-したがって、この論文では主な研究対象として下端の切削方向のバリに焦点を当てます。-
エンドミル加工における下端の切削方向のバリは、さまざまなサイズと形状に基づいて、タイプ I バリ（サイズが大きく、除去が難しく、除去にコストがかかる）、タイプ II バリ（サイズが小さく、除去できずに残るか、除去しやすい）、タイプ III バリ、つまりマイナスのバリ（図 2 を参照）の 3 つのタイプに分類できます。
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図 2. フライス加工中の下端の切削方向のバリの種類-
II.エンドミル加工におけるバリの発生に影響を与える主な要因
バリの形成は、非常に複雑な材料の変形プロセスです。ワークの材料特性、形状、表面処理、工具の形状、工具の切削軌跡、工具の摩耗、切削パラメータ、クーラントの使用などの多くの要因がバリの形成に直接影響します。図3にエンドミルのバリに影響を与える要因のフローチャートを示します。特定のミリング条件下では、エンドミリングのバリの形態とサイズは、さまざまな影響要因の複合効果によって決まりますが、要因が異なればバリの形成に与える影響も異なります。
図 3: ミリングバリ形成の原因と影響の制御図-と-
1. ツールの出入り
一般に、工具がワークに抜けるときに発生するバリは、工具がワークに入るときに発生するバリよりも大きくなります。
2. 平面出口角度
平面出口角度は、下端切削方向のバリの形成に大きな影響を与えます。平面出口角度は、切れ刃がワーク端面から出るときの切れ刃上のフライス軸に垂直な点における切削速度の方向（工具速度と送り速度のベクトルの組み合わせ）とワーク端面の方向との間の角度として定義されます。ワーク端面の方向は工具入口点から工具出口方向です。図 5 に示すように、Ψ は平面の出口角度であり、範囲は 0 度 < Ψ 180 度以下です。
実験結果は、バリ高さが切込み深さに応じて変化すること、すなわち、切込み深さが増加するにつれてバリがタイプIバリからタイプIIバリに変化することを示しています。タイプ II のバリを生成するために必要な最小のミリング深さは、通常、限界切込み深さと呼ばれ、dcr で示されます。図6は、アルミニウム合金を加工する際のバリ高さに及ぼす平面切欠き角度と切込み深さの影響を示しています。
図6 バリの種類、平面切り取り角度、切り込み深さ
図 6 からわかるように、平面カットアウト角度が大きくなるほど、限界切込み深さも大きくなります。平面カットアウト角度が 120 度より大きい場合、タイプ I バリのサイズは大きくなり、タイプ II バリに移行するための限界切込み深さも大きくなります。したがって、平面カットアウト角度が小さいほど、タイプ II バリが発生しやすくなります。これは、Ψ が小さいほど、端面サポートの剛性が相対的に高くなり、バリが形成される可能性が低くなるためです。
送り速度の大きさと方向は両方とも、合成速度 v の大きさと方向に一定の影響を及ぼし、それが平面の切り抜き角度とバリの形成に影響を与えます。したがって、送り速度と出口エッジのオフセット角 が大きいほど、Ψ は小さくなり、大きなバリの形成を抑制するのに役立ちます (図 7 を参照)。画像
図 7. バリの形成に対する送り方向の影響
3. 工具先端後退シーケンス (EOS)
エンドミル加工中のバリの大きさは、工具先端の後退順序に大きく依存します。図 8 に示すように、点 A は二次切れ刃上にあり、点 C は一次切れ刃上にあり、点 B は工具先端の頂点です。工具先端が鋭利であると仮定します。つまり、工具先端の半径は無視します。 B-C エッジが最初にワークピースから後退し、続いて A-B エッジが後退すると、チップは加工面にヒンジで固定されます。フライス加工が進むと、切りくずがワークピースから押し出され、切削方向に大きな下端のバリが形成されます。 A-B エッジが最初にワークピースから後退し、続いて B-C エッジが後退すると、チップは移行面にヒンジで固定されてワークピースから切り出され、切削方向に小さな下端のバリが形成されます。
実験により次のことがわかりました。
① バリサイズを順次大きくする刃先後退シーケンスは、ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA となります。
② EOS で得られる結果は同じですが、同じ後退シーケンスでは、延性材料の方が脆性材料よりも大きなバリが生成される点が異なります。工具先端の出口順序は、工具形状だけでなく、送り速度、切込み深さ、ワーク形状、切削条件などの要因にも関係します。バリの形成に影響を与える要因の組み合わせです。
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図 8: ツールチップの出口シーケンスとバリの形成
4. 他の要因の影響
① 加工条件、加工温度、切削環境もバリの発生に一定の影響を与えます。送り速度や切込み深さなどのいくつかの重要な要素の影響は、平面出口角度理論と工具先端出口シーケンスの EOS 理論を通じて反映されますが、ここでは詳しく説明しません。
② ワーク材質の塑性が良いほど、タイプⅠのバリが発生しやすくなります。脆性材料のエンドミル加工では、送り速度または平面出口角度が大きいと、タイプ III バリ (欠陥) の形成が促進されます。
③ ワーク端面と加工面とのなす角度が直角より大きい場合、端面の支持剛性が高まるためバリの発生が抑制されます。
④ フライス液の使用により、工具の寿命が延び、工具の磨耗が減少し、フライス加工プロセスが潤滑され、バリサイズが減少します。
⑤ 工具の摩耗はバリの発生に大きく影響します。工具がある程度摩耗すると工具先端半径が大きくなり、工具退避方向だけでなく工具進入方向にもバリが大きくなります。このメカニズムについてはさらなる調査が必要です。
⑥ 工具の材質などの他の要因もバリの発生に影響します。同じ切削条件下では、ダイヤモンド工具は他の工具よりもバリの発生を抑制する効果が高くなります。
Ⅲ．ミリングのバリ形成を制御するための基本的なアプローチ エンドミリングのバリの形成は、特定のミリングプロセス、ワークピースの構造、工具の形状などのさまざまな要因の影響を受けます。エンドミル加工のバリを減らすには、バリの形成をさまざまな側面から制御し、最小限に抑える必要があります。
1. 合理的な構造設計：バリの発生はワークの構造に大きく影響されます。ワークの構造が異なると、加工後のエッジのバリの形状やサイズが大きく異なります。ワークの材質と表面処理があらかじめ決まっている場合、ワークの形状とエッジがバリの形成を決定する重要な要素となります。
2. 適切な加工順序: 加工順序は、エンドミリングのバリの形状とサイズにも影響します。-。バリの形状やサイズが異なると、バリ取り作業量と関連コストも異なります。したがって、適切な加工順序を選択することは、バリ取りコストを削減する効果的な方法です。
図9：加工順序選択制御方法
図 10a では、平面をフライス加工する前にドリル加工を実行すると、穴の周囲に大きな切削バリが発生しやすくなります。最初に平面をフライス加工してからドリル加工を行うと、穴の周囲に小さなドリル入口バリのみが生成されます。同様に、図 10b では、最初に上面を加工してから凹面輪郭をフライス加工することによって形成されたバリは、最初に凹面輪郭を加工してから平面をフライス加工することによって形成されたバリよりも小さくなります. 3. 工具の後退を回避します
工具の後退を回避することは、切削方向のバリ形成の主な要因であるため、バリの発生を防ぐ効果的な方法です。一般に、フライスがワークから出るときに発生するバリは大きく、フライスがワークに入るときに発生するバリは小さくなります。したがって、加工中はフライス出口をできるだけ避ける必要があります。図 4 に示すように、図 4b を使用して生成されたバリは、図 4a で生成されたバリよりも小さくなります。
4. 適切なツールパスを選択します
前の分析で示されているように、平面カットアウト角度が特定の値より小さい場合、結果として生じるバリのサイズは小さくなります。{0}平面カットアウト角度-は、ミリング幅、送り速度 (大きさと方向)、および回転速度 (大きさと方向) を変更することで変更できます。したがって、タイプ I のバリの形成は、適切なツール パスを選択することで回避できます (図 11 を参照)。
図 10: 制御されたツール パス方法
図 10a は、従来のジグザグのツール パスを示しています。図中の斜線部分は、切削方向に大きなバリが発生する可能性がある箇所を示しています。図 10b では、切削バリの形成を回避できる改良されたツール パスを使用しています。図 11b のツールパスは図 10a のツールパスよりわずかに長く、ミリング時間もわずかに長くかかりますが、追加のバリ取りプロセスの必要がなくなります。対照的に、図 10a では、かなりのバリ取り時間が必要です (バリの形成を表す影の領域はそれほど多くありませんが、実際のバリ取りではバリを含むすべてのエッジを横断する必要があります)。したがって、全体として、バリ制御の点では、図 10b のツールパスが図 10a のツールパスよりも優れています。
5. 適切なフライス加工パラメータの選択
エンドミル加工パラメータ (刃あたりの送り、エンドミル加工幅、エンドミル加工深さ、工具形状など) は、バリの形成に一定の影響を与えます。
エンドミルのバリの形成はさまざまな要因の影響を受けます。主な要因は、工具の出入り、平面の出口角度、工具先端の出口順序、およびフライス加工パラメータです。バリの最終的な形状とサイズは、これらの要因が組み合わさった結果です。
この論文では、ワークピースの構造設計、加工プロセスの配置、フライス加工パラメータ、工具の選択を含むプロセス全体から、フライス加工バリの発生に主に影響を与える要因を分析します。フライスカッターの経路の制御、適切な加工シーケンスの選択、構造設計の改善など、フライスバリを抑制または軽減するための技術、プロセス、および方法を提案します。これらの方法は、バリサイズを積極的に制御し、製品品質を向上させ、コストを削減し、フライス加工における生産サイクルを短縮するための実現可能な技術ソリューションを提供します。
