長尺用木材加工機の設計・試作に関する研究
著者
中島 繁, 田中 秀穂, 友野 春久
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
29
ページ
47-52
別言語のタイトル
Study on designing and manufacturing of a new
type machine on rotary cutting of a long
circular wooden bar
著者
中島 繁, 田中 秀穂, 友野 春久
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
29
ページ
47-52
別言語のタイトル
Study on designing and manufacturing of a new
type machine on rotary cutting of a long
circular wooden bar
長尺用木材加工機の設計・試作に関する研究
中 島 繁 ・ 田 中 秀 穂 ・ 友 野 春 久
（受理昭和62年５月30日）
ＳＴＵＤＹＯＮＤＥＳＩＧＮＩＮＧＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＯＦＡＮＥＷＴＹＰＥＭＡＣＨＩＮＥ ＯＮＲＯＴＡＲＹＣＵＴTＩＮＧＯＦＡＬＯＮＧＣＩＲＣＵＬＡＲＷＯＯＤＥＮＢＡＲ ＳｉｇｅｒｕＮＡＫＡＪＩＭＡ，ＨｉｄｅｈｏＴＡＮＡＫＡａｎｄＨａｒｕｈｉｓａＴＯＭＯＮＯ Anewanddifferenttypemachineinthecuttingmechanism,ａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｕｓｕａｌｔｙｐｅｉｎｔｈe past，wasdesignedandmanufacturedfortherotarycuttingofalongcircularwoodenbar・ TheirregularitiesofamachinedSurface,cuttingefficiencyandtheperformanceofthemachinewere examinedadoptingcutterspeed,ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｕｔｔｅｒｂｌａｄｅｓａｎｄｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅａｓｔｈｅ cuttingfactors・ Itwasfoundthatthecuttingmechanismadoptedinthisnewtypemachinehasahighercutting efficiencyintherotarycuttingalongcircularwoodenbar,anditwasalsofoundthatthesurfacequalties arealsohigherthanthatofamachinedsurfacewiththeusualtypemachineutilizedinthepast． １ ． は じ め に 木材加工においては，金属材料のような塑'性加工が 不可能なため切削加工によって，その用途を拡げ利用 価値を高めている。切削を基礎手段とする木材加工機 のうち，木工旋盤は機械用旋盤と同様，円筒形の工作 物を加工するために利用されている。 土木，建築業界等でよく使用されている測量用ポー ルなどの，いわゆる円筒丸棒は従来，木工旋盤によっ て加工していた。これは旋盤の両端で木材を支持して 行なう取り付け加工であるため，短尺の製品しか加工 できず，加工する木材が長尺になればなるほど，木材 のそりによる変形のために製品精度に難点がある。ま た，木材の取り付け，取りはずしに時間を要し，作業 能率も低い。 近年，一部の測量器製造メーカーにより，長尺角棒 を一回の行程により長尺丸棒の加工を可能にした長尺 用木材加工機が開発された。この機械は，木工旋盤の ように，木材を回転させ（イトに送りと切込みを与え て切削する方法とは異なり，カッタを回転させ送り装 置 に よ り 木 材 に 送 り を 与 え 長 尺 丸 棒 加 工 を 行 な う も の である。 しかし，この長尺用木材加工機に用いられている カッタは，一般には市販されていない特殊なカッタで あるために，製作が困難であり他の工具との互換性も ないという問題点がある。さらに，カッタの摩耗も激 しく，一日に数回の再研磨作業を行なっており生産能 率の低下，また製品の高コスト化の原因となっており 改良の余地がある。 そこで，本報ではこの機械に代わる市販のカッタを 用いた長尺用木材加工機を設計・試作し，カッタの回 転数，木材の送り速度，カッタの刃数を切削要因とし て，製品の表面性状，加工能率を実験的に検討した。 ２．実験装置および方法 ２ ． １ 設 計 ・ 試 作 の 留 意 点 本加工機の設計ならびに試作は，以下に述べること がらに留意しながら行った。 （１）現在，一部の測量器製造メーカーで使用してい る長尺用木材加工機の特長を維持し，さらに性能を向 上 さ せ る 加 工 機 で あ る こ と 。 つ ま り 長 尺 丸 棒 削 り が 可 能であり，加工能率が高く，製品精度が高いこと。図４Externalgear方式 転する２個の平フライスカッタによって丸棒に切削加 工される。このカッタは電動モータからベルトで駆動 され回転数（切削速度）を任意に選ぶことができる。 以上のような構造により，長尺丸棒の加工が可能であ り，切削条件も広範に変化させることができる。 であり，また消費動力が少なく，さらに信頼性が高い こと。 特 に 問 題 と な っ て い る 刃 物 工 具 の カ ッ タ に つ い て は 平フライスカッタ(PlainmillingCutter)が良い結果'） を得ているので，本報でもこのカッタ，ならびに機構 を採用した。平フライスカッタは容易に入手可能であ り再研磨も容易に行えるという利点がある。 ２ ． ３ 実 験 条 件 表１に実験条件を示す。カッタが取り付けてある中 心部の回転パイプは300rpm，400rpmの２段階を用い， 送り速度は４段階に変化させ木材の表面'性状を比較し た。カッタを自転ならびに公転させるためのギア機構 表 １ 実 験 条 件 ２ ． ２ 長 尺 用 木 材 加 工 機 の 構 造 本研究は前述')の丸棒削り機を参考にして，設計・ 試作を行なった。図１に本加工機の全景，図２にその 概略図を示す。この加工機は入口側（図３）と出口側 醗詞財 輸 藩 ， 図 １ 長 尺 用 木 材 加 工 機 の 外 観 はExternalgear方式(図４）とInternalgear方式(図 ５）の２種類を用いた。Externalgear方式とInter‐ nalgear方式とでは，その回転機構の違いによりカツ 野､ 鷺 識 競 溌 一 零 = ＝ 一 妾 ① ①:自動送り装吐 ② ： 木 材 ③:ﾌﾗｲｽｶブﾀ 図 ２ 概 略 図 図 ３ 自 動 送 り 装 置 （ 入 口 側 ） 図５１nternalgear方式
⋮＃Ｉ
鐸 疹 ⋮今 蕊鳶難 偶 ＩｌＩｌＩ伝パイプの い'転数(rpm） カ ッ タ 切削速度〈m/min） 送 り 速 度 (mm/s） 300 400 160〈Externalgear） 254（上Ztemalgear） ２１４〈1‘:xternalgear） 339（Tnternalgeal､） 2.8 器.６ ８．４ 上1．１今
4９ 図'８ タ切削速度も異なりInternalgear方式の方がカッタ 切削速度は大きい。フライスカッタは表２のように刃 数の違う３枚のカッタを用いた（図６)。木材は測量 表 ２ フ ラ イ ス カ ッ タ の 諸 元 200 ｡権数（rpm） 一一ｺ△Ｆ−:300(軟材） 一一公一一:400（軟材） 〃畠、 ：３００（硬材） ミーノ 岳：400（硬材） カッタ：１２枚刃 160 1４０ ノ ノ 鞭側帥帥
ｌ ︵白式︶︵柵哩掛挫︶包幻Ｓ庖慨 180』
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4０ 2０ Ⅱ ２ ４ 6 ８ 1 0 1 2 １ ４ 送り速度（mm/s） 図 ７ 送 り 速 度 と 表 面 の 凸 凹 の 関 係 図 ６ フ ラ イ ス カ ッ タ 用ポールに一般に使用される南洋材のラワン（lauan） を用いた。このラワン材2)は南方地域に産する，ふた ぱがき科の樹木であり,色調が濃く比較的硬いもの(硬 材）と色調が淡く比較的軟らかいもの（軟材）があり， その機械的性質を表３に示す。 回転数（rpm） ２ 中島・田中・友野：長尺用木材加工機の設計・試作に関する研究 ExlernaIgear方式 ノ 2０ ノ − １ ４ ６ ８ １ ０ 1 2 １ ４ 送り速度（mm/s） 送 り 速 度 と 表 面 の 凸 凹 の 関 係 表 ３ ラ ワ ン 材 の 機 械 的 性 質 ノ ＭＯ 160 ノ : 0 】 1０ ／ 〆△ざ
０００２皿８
１ ︵Ｅ１︶︷柵哩糾雌︶ヨ屯ｅ厘脳 ３．実験結果ならびに検討 ３．１Externalgear方式による木材の表面性状 図７，図８，図９に木材の送り速度，カッタの刃数 の違いによる木材表面の凸凹の関係を示す。一般的に 木 材 の 切 削 加 工 に お い て は カ ッ タ の 回 転 数 が 高 い ほ ど，カッタの刃数が多いほど，木材の送り速度が遅い ほど表面性状は良くなる傾向にあるが，本実験条件下 でも同一の傾向を示した。これはカッタ，一刃あたり の切込量の大小によって木材表面の凸凹の大小は説明 できる。また，軟材よりも硬材の方が表面の凸凹は小 さい傾向にある。しかし全般的に製品の表面性状は悪 く，図10のように多数のむしれが発生した製品もあっ た。送り速度が遅い条件下では比較的，表面‘性状の良 い 製 品 が 加 工 で き た が 非 能 率 的 で あ り 実 用 的 で は なヅ
硬材 軟桐 比 重 0．５９ 0.4二 哩縮強きくkq/cni） 400..-427 ４ｚ５∼470 曲げ強き(kq/cⅡi） 800∼957 647∼872 、 U謝枚） すくい角 逃げ角 ねじれ角 外織mnj内径(ｍ） 全長(油） Ａ Ｂ Ｃ ﾕ２ 刀。 8 ． ○ 再踊︺ ６ 。 ６｡ ６｡ r ， 戸 口 』 ｡ 25。 1bｏ 5０ 5０ 5０ 2２ 8０ 8０ 8０△
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式の回転数を高めたことになる。 図11,図12に木材の送り速度と木材表面の凸凹の関 係，図13にカッタの刃数の違いと木材表面の凸凹の関 係を示す。いずれの場合でも前項と同様，カッタの回 転数（切削速度）が高いほど，木材の送り速度が遅い ほど，カッタの刃数が多いほど良好な切削面が得られ ている。図１４にExternalgear方式による木材表面の ０ １ (硬材） ○ 140 図９ 120０帥
０ １ ︵昌迂︶︵綱塵署雑︶ 回転数（rpm） ０ ６ コ屯ｅ腫蝋 一句△一一：300（軟材） 一謹置−−：400（軟材） ←：300（硬材） − 画 一 ： ４ ０ ０ （ 硬 材 ） カ ッ タ ： ８ 枚 刃 Internalgear方式 ２ ４ ６ ８ 送り速度（mm/s） 図 １ ２ 送 り 速 度 と 表 面 の 凸 凹 の 関 係 5０ ０００００４３２１
︵Ｅ辻︶︵洲磨箸騨︶包幻ｅ但淵 2０ H １ ／ 1０ 1 ２ ６ ８ カッタの刃数（枚） カ ッ タ の 刃 数 と 表 面 の 凸 凹 の 関 係 一一一△−−：300（軟材） 一コ幽毎−９４００（硬材） 一 Ｃ ： 3 0 0 （ 硬 材 ） ろ：４００（軟材） 5０￨
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し1審 ０ ２ ４ ６ ８ 送り速度（mm/s） 図 １ １ 送 り 速 度 と 表 面 の 凸 凹 の 関 係 1０ 回転数（rpm） l、 ３．２１nternalgear方式による木材の表面性状 前項で述べたようにExternalgear方式での問題を 克服するために，カッタを回転させるための機構を Internalgear方式に改良した。 表ｌの実験条件でもわかるように，Externalgear 図１０丸棒の表面'性状 い。このむしれの発生はカッタの回転数（切削速度） が低いことに起因する。カッタの回転数を高くするこ とにより，木材の表面’性状の向上が期待できるがＥｘ‐ ternalgear方式ではギアの回転に伴なう遠心力のた めにギアのかみ合わせが悪くなり，騒音や振動が発生 し，これ以上カッタ回転数を高くすることは本実験条 件下では困難であった。 ０００
４３２ｍ
︵ＥＳ︵柵曜卦騨︶包屯ｅ厘附一一△
カッタ：１２枚刃瀞
一一■一一：Externalgear(肱材） 5１ 鯉 方式の方が切削速度が高くなった分，木材の表面性状 が格段に向上しているのがわかる。Externalgear方 式での木材表面の凸凹が，軟材，硬材，含めて標準偏 差値が約25浬ｍから200/４ｍであったのに対し，Inter-nalgear方式では約５βｍから30,αｍ程度までの範囲 内にあり，極めて良好な切削面を得る事ができた。（図 15）また，測量器製造メーカの製品は切削表面の凸凹 が標準偏差値で約38際ｍであるのに対し，本方式では， こ れ を 上 回 る 良 質 の 製 品 の 加 工 が 可 能 で あ る 。 加 工 能 率を向上させるには，木材の送り速度を速くして切削 加工を行なうことは当然であるが，本方式では騒音， 振 動 も 少 な く カ ッ タ の 回 転 数 を さ ら に 高 く す る こ と が 可能であり，送り速度を速くして従来の加工機より， 切削能率の向上も期待できる。 送り速度（ｍｍ/s） ／ 一一口一一:ExternaIgear(､I材）／ ／
