木 材 切 削 に お け る裏 刃(チ ップブ レイ カ)の 影 響

長 崎 大 学 教 育 学 部 自然 科 学 研 究 報 告 第32号169〜200(1981)

木 材 切 削 に お け る裏 刃(チ ップブ レイ カ)の 影 響

一 一 切 削 現 象 の 変 化 ,な らび に工具切 れ 刃面

お よ び 裏 刃 す くい 面 に 加 わ る切 削 抵 抗 の 変 化 ^*1

杉 山 滋 ・田 中 博 二*2・ 松 尾 文 雄*2

長 崎大 学 教 育 学 部 工業 技 術 教 室 (昭 和55年10月31日 受 理)

Effects of Chip Breaker upon Change of Cutting Phenomena, and Cutting Forces acting on Face of Cutting Tool and on Rake

Face of Chip Breaker in Orthogonal Cutting of Wood*1

Shigeru SUGIYAMA, Hiroji TANAKA*2 and Fumio MATSUO*2 Department of Technology, Faculty of Education,

Nagasaki University, Nagasaki 852

(Received Oct. 31, 1980)

Abstract

In the wood cutting process with a tool equipped with a chip breaker, it is important to obtain the optimum conditions of sharpness angle of the chip breaker

(p') and distance between tool edge and chip breaker edge (1,) and to investigate the changes of cutting forces acting on a tool face and on a chip breaker face with

ti' , lc and grain angle (sci) (Fig. 1 ). In order to obtain quantitative information on them, the basic orthogonal cutting tests, in which the materials used were air - dried wood boards of Hinoki (Chamaecyparis obtusa ENDLICHER) , were performed using the conventional tool as shown in Fig. 3 (a) and the same composite tool as used in the previous reports6),7) .

The main results obtained are summarized as follows:

( 1 ) The roughness of machined surface is affected by IV , lc and c9i, as illustrated in Fig. 7 . On the basis of this result (Fig. 7) and the other results

on the cutting phenomena (Photos. 3 — 8 , and Figs. 8 and 9 ), the optimum conditions of the chip breaker are p'-:---- 55° and /, --t--- 0. 4 mm, under cutting angle of the tool

(0) of 35° and depth of cut ( t ) at 0.3 mm.

( 2 ) Although the cutting force acting on the chip breaker face changes with

*1本 研 究 の 概 要 は 第30回 日本 木 材 学 会 大 会(1980年4月 ,京 都)に お い て 発 表 し,そ の 一部 は木 材 学 会 誌 (第26巻6号,p.400〜407(1980))に 発 表 した 。 ま た,本 研 究 は 「木 材 の切 削 機 構 お よ び切 削 抵 抗 の 力 学 的 解 析 」 の準 備 と して 行 った も の で,そ の力 学 的 解析 の た め の 「資 料(そ の3)」 とす る 。

*2エ 業 技 術 教 室 専 攻(昭 和55年 度 卒業 生)

170 杉 山 滋 ・田中博 二 ・松 尾 文 雄

IV and lc, it does so remarkably under the combination of larger angle of IV and smaller value of I. As compared with this, the cutting force acting on the tool face slightly varies with and le (Figs. 10-19) .

( 3 ) The variation of the total cutting force acting on the tool equipped with a chip breaker with co, decreases not only with increase in p' but also with decrease in /, (Figs. 20 and 21) .

1.緒 言

表 面 仕 上 げ を 目 的 と した 鉋 削 加 工 に は,ひ ら削 り と 回 転 削 り と が あ り,前 者 は 仕 上 げ 鉋盤 (ス ー パ サ ー フ ェ サ)に 代 表 され るよ うに,最 も基 本 的 な 直 線 切 削方 式 で あ るが,後 者 は 回転 鉋(自 動 鉋 盤,手 押 し鉋盤 な ど)に 代 表 され るよ うに,最 も広 範 囲 に行 わ れ て い る切 削 方 式 で あ る。 これ らの 切 削 方 式 で は,い ず れ も強 制 切 削 を行 う機 械 加 工 の 場 合 に は,工 具 刃 先 の 剛性 を 高 め る た め,な ら び に 被 削 母材 の 奴逆 目ぼ れ"を 防 止 す る た め に 裏 刃(チ ップ ブ レイ カ)が 装 備 され て い る。

した が って,裏 刃 の セ ッ ト条件 が そ の効 果 を左 右 す るか ら,適 正 条 件 を 明 確 に す るた め,古 来,多 くの努 力 が 払 わ れ,そ の成 果 が報 じ られ て きた1)〜5)。 しか し,こ れ ら は 回 転 鉋 の切 削 を 主 対 象 に 論 じた もの が 多 く,仕 上 げ鉋 盤 な どを 対 象 に して 論 じた例 は 比 較 的 乏 しい 。 刃 先 の 1回 転 中 に お け る繊 維 傾 斜 角(木 材 の繊 維 走行 と 切 削方 向 の 交 差 角 度)の 変 化 が 比 較 的 小 さ い 回転 鉋 の 上 向 き切 削 で は,逆 目の 高 速 切 削 を 中心 に切 込 量 との 関 係 で 論 じ る必 要 が あ るが,設 定 され た 一 定 の切 込 量 で 比 較 的 低 速 切 削 を 行 う仕 上 げ 鉋盤 で は,一 定 材 長 の 切 削 に お い て も繊 維 走 行 の 変 化 が 種 々異 な るか ら,繊 維 傾 斜 角 の変 化 が 比 較 的 小 さい 順 目 ・逆 目切 削 を 中 心 に検 討 す る必 要 が あ ろ う。

いず れ の 場 合 で も,裏 刃 の 装備 は著 しい 切 削 抵 抗 の 増 加 を も た ら す こ と が 報 じ ら れ て い る1)〜5)が,工 具 切 れ 刃 面(す くい面,逃 げ 面 お よ び両 面 の 交 わ る刃 先)お よ び 裏 刃 す くい 面 に加 わ る 切 削 抵 抗 の大 き さな らび に それ らと裏 刃 の セ ッ ト条 件 と の 関係 に つ い て は,測 定 方 法 の 困難 さ が 原 因 して か全 く追 究 され て い な い 。 これ らの面 に 加 わ る切 削 抵 抗 を そ れ ぞ れ 分 離 し て 測 定 で きれ ば,そ れ ぞ れ の 面 へ の 切 削 抵 抗 の集 中 の 程 度 が判 明 し,裏 刃 を 装 備 させ た 工 具 に よ る切 削 機 構 を 考 え る場 合,ま た,こ の 種 の 切 削 工 具 の刃 先 の 剛 性 な らび に刃 先 の摩 耗 な どを 考 え る場 合 で の 一 助 とな り得 る と考 え られ る。

そ こで 本 研 究 で は,仕 上 げ鉋 盤 で 板 材 を 繊 維 走 行 に平 行 に 切 削 加 工 す る場 合 を 対 象 と して, 切 削 現 象 の 変 化,切 削 抵 抗 な どを 観 察,測 定 し,そ れ らの結 果 か ら,裏 刃 の 適 正 セ ッ ト条 件 を 確 め る と と もに,異 方 性 材 料 と して の 木 材 の 繊 維 走 行 や,裏 刃 の セ ッ ト条 件 が 工 具 切 れ 刃 面 お よ び 裏 刃 す くい 面 に 加 わ る切 削 抵 抗 に お よぼ す 影 響 につ い て の 検 討 を 試 み た 。

2.実 験 方 法

既 報6)・7)に お い て 測 定 方 法 な ど を 種 々 検 討 し た 分 割 工 具 を 応 用 し て,裏 刃 す く い 面 お よ び 工 具 切 れ 刃 面 に 加 わ る 切 削 抵 抗 を そ れ ぞ れ 別 々 に 測 定 す る 。 す な わ ち,Fig.1に 示 す よ う に, T、 ナ イ フ が 裏 刃,T,ナ イ フ が 切 れ 刃 と な る よ う に 分 割 工 具 を 構 成 さ せ,そ の と き の 裏 刃 す く

い 面 に 加 わ る 垂 直 力N(B),摩 擦 力F(B)と 工 具 切 れ 刃 面 に 加 わ る 垂 直 力N(K),摩 擦 力F(κ)

木材切削における裏刃（チップブレイカ）の影響 171

をそれぞれ分離して測定することを試みた。なお，分割工具によるF（κ），N（K）の測定方法 は既報6）・7）と同様である。

 分割工具による切削実験に先だち，工具刃先を分割していない，いわゆる通常工具による切 削実験をも行った。同工具による実験では，切削現象（切屑の生成形態，変形状態および流出 状態，ならびに母材加工面のあらさ）の変化の観察を主目的として行ったが，切削抵抗（ある いは切削力）の測定も行った。切削抵抗（あるいは切削力）の測定値は，分割工具による実験 結果を判断する場合の補助として用いた。すなわち，Fhoto．1に示すように，通常工具によ る切削時に，工具切れ刃面および裏刃すくい面の両面によって被削材に加えられる切削力を八 角形弾性リング荷重装置によって，また，裏刃を装備させた工具全体に加わる切削抵抗を片持 梁式荷重測定装置によって，それぞれ測定した。これらの測定値（切削抵抗あるいは切削力）

を，分割工具による切削時に八角形弾性リング荷重装置によって測定される切削力と比較検定 した。両者の間に有意差のないことを確認しながら，分割工具による切削実験を進めた（こ の方法は既報6）〜14）と同様の方法である）。なお，分割工具による切削力は，後述するよう に，工具切れ刃面および裏刃すくい面に加わる切削抵抗をそれぞれ算出するためにも用いら

れる。

 ここで，通常工具による切削実験の方法をFig．2に示す。裏刃を装備させた通常工具に加 わる切削抵抗は，片持梁式荷重測定装置，すなわち工具保持台①の中央部に貼付されたストレ インゲージにより，同部の微小変位として検出される6）・7）。一方，裏刃を装備させた通常工 具②，③によって被削材に加えられる切削力は，八角形弾性リング荷重装置⑦によって検出さ れるが，それと同時に測定される工具全体に加わる切削抵抗とこの切削力とは，統計的に有意

    讐多臨バ㍉鋤・，隔鷲

     『畷    一一一一渥 ㌔ ㌦隔  貼

         e｝

      R㈹   ．Fレ｛ひK，       F曜嚇（＋）

       T2−knife

      ロ        （Cuttingtooけ

       R｛B，璽ノ

。総※勿・一雲馨L號1刷㌔

議滋

      （a）      （b）      Fし⊂眠》⊂一》 （c）

Fig．1．Simplified geometry of chip formation in wood cutting with tool     e⊆luippe（l with a chip breaker，cutting forces acting on face of     cutting tool（T2−knife）an（10n rake face of chip breaker（Tr     knife），and technical terms used for this stu（ly．

 α：clearance angle of T2，βl sharpness angle of T2，θ爬＝α十β）：

 cutting angle of T2，β！ l sharpness angle of T1（edge angle of chip  breaker），θ！（＝β！十θ）：cutting angle of T1（angle made between  rake face of TI an（l machined surface of wokpiece〕，lo：rake face  length of T2（distance between tool edgre and chip breaker edge），IR：

 rake face length of T1（land length gf chip breaker），孟：depth of  cut，￠1：grain angle（angle of grain orientation to machined surface），

 R ＝resultant f』orce of cuttlng force，F∬，Fv ：horjzontal an（1vertical  components of R， F，2〉：frictional an（l normal components of R，

 （frictional and normal forces actlng on faces of TI or T2）、 The  subscripts（K，β，and B・K）in the bracket show the knives of T2，

 T・， an〔1 both TI an（1T2，respectively，

l 72  l';lll i !i ' []If If .[j: ‑̲ . j , ]   :!! 1': 

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lR 

Phot0. I . Expel imcntal apparatus l or  mcasurin< f horizontal and 

¥  e rt ic  1 1 c o m p o rl e ll t s o f  

cutting 1'orcc. 

(1 .: : tool carriagc ol' canti‑1e¥ cr type  f'or measurll  t o componcnts of  cutting rorce, r2JJ : chip breaker, 

" 3* : con¥'entiol'al tool, O̲4 : test  specimcn, O : bracket l'or 1'fxing 

O: ^ocLagonal 

t c s '  ' L s pec I me n , 

elastic‑rir!,  dvnamometer f'or t vo  components ol  cutting force. 

R 

Fig  2. 

tvpe , O 

r̲.3 'J 

c Imen ,  test 

O mo mete r 

Cuttin " nlethod  ith con‑

¥ entlonal tool equippecl  vith  a chip bre ker anc] e¥peri‑

mcntal appar'atus . 

tool carr iag e of canti‑1c¥ er   ) : con¥entlonal tool,  chip breaker, O : test spe‑

O : brackct for fixing  specimen, O : strain  yauge,  octagonal elastic‑r]ng dyna‑

* ' 8., : fced carriage 

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木材切削における裏刃（チップブレイカ）の影響 ¹⁷³

燗 ㈱贈噸

ア Chip breaker with land

Bo［tforfixingち一knife  on to◎巳 body

Rake face

Chip breaker without land

      Rake face

Base forfixing  T2−knife

㊤   o

T◎o屋 body

Chip breaker

（i−knife）

Re巳ief face C◎nventiona［ tooこ

o

Cutti㎎tOoし

（T2−knife）

し．

Bo巳t for xing T2−knife

 on  its base

（a） Conventionaしtool with chip breaker  （b） Comp◎5ite tooI divided into two parts Fig．3。Conventional and composite tOols used for this study。

いる。送り台⑥は昇降自山なテーブル⑦に載せら れ，モータ⑧の駆動によりネジ送り方式で前・後 進する。昇降テーブル⑦をダイヤルゲージ⑤で測 定しつっ上下に移動させ，分割工具①のT，ナイ

フに所定の切込量を与える。そののち，送り台⑥ の移動により切削が行われるしくみである。な お，通常工具による実験においても，上記と同様 の方法によって実験を行った。

 供試材には，熊本人吉産ヒノキ（C加㎜86ッ餌鳩 o伽5αENDLICHER）の四方まさ木取りの角材を 用いた。その角材より板厚9〜12mmの追まさ目 の板材に製材し，気乾状態に調整したのち，同板 材の心材部から試験片を採取した。

 試験片の採取にあたっては，繊維傾斜角ψ1が 200から一20。まで（ただし，Oo＜g1≦200は逆

目切削，一20。≦帖＜00は順目切削，ψ1−ooは木 表面を繊維走行と平行に切削する縦切削をそれぞ れ意味する）の範囲で5。間隔おきに変化する1 組（1切削条件）5個の試験片を採取できるよう

56

OrモO l I 2

 OQOO 1

一

・9 一』轟一一薗

n． ^，・

7

■o薗

8

Fig．4．Cutting metho（1with com−

   posite tool and experimen−

   tal apparatus、

 ①：compositetool，②：base  for fixing composite too1①，

 ③：testspecimen，④：oCtagonal  elastic−ring dynamometer for  measuring two components of  CUttingfOrCe，⑤：dialgaUge，

 ⑥：feedcarrjage，⑦：lifttab！e，

 ⑧lmotor．

注意を払った。また，木理斜交角㌍，（切削面において，切削方向と繊維走行の交差角度）

は，ほとんど0。であった。一方，年輪接触角〜ら（木口断面の年輪と切削面の交差角度）は 25。〜45。の範囲に入るものを採用した。なお，この範囲の輪でも毎回の切削で砂3が微小に 異なるから，ψ、の影響の究明も必要となる（後記参照）。

 試験片の切削幅6は刃先（とくに，分割工具のT2ナイフ）の剛性を保持できる6として，

予備実験の結果により6÷IOmmを採用した。なお，切削実験直前に測定した試験片の気乾容 積重，含水率および年輪幅の平均はそれぞれO．449／cm3，14．1％および1．5mmであった。

 切れ刃となる分割工具のT，ナイフと通常工具はいずれも高速度鋼SKH2で，裏刃となる

174 杉山 滋・田中博一二・松尾文雄

T、ナイフおよび通常工具に装備する裏刃はベアリング鋼SUJ2で（いずれも兼房刃物工業

㈱製），前者の刃先角βは250一定としたが，後者の刃先角βは9．3。〜67。9。（ただし，通常 工具ではβ 一28，00〜70．go）の範囲でそれぞれ6段階に変化させた。すくい面側の裏刃刃先に はランドが設けられ，その長さIRをO．17〜2。44mmの範囲で14段階に変化させた。また，工 具切れ刃刃先と裏刃刃先との間隔1。（分割工具ではT，ナィフのすくい面長さに相当する。

以下では簡単に，裏刃後退量と呼ぶ）を0．16〜1．08mmの範囲で7段階に変化させた。切 削実験は逃げ角αを10。一定とし，切込量孟をO．3mmで二次元低速切削（被削材の送り速 度138．7mm／min）を行った＊3。なお，分割工具による切削実験では診一〇．5mmの切削を

も行った。これは渉一〇．3mmの実験結果，すなわち工具切れ刃面および裏刃すくい面に加わ る切削抵抗の一般的傾向を的確に把握するための補助的な実験繰返しとして用いた。

 以上，述べてきたような実験方法で切削抵抗（あるいは切削力）の測定を中心に，切削実験 を行った。なお，切削抵抗（あるいは切削力）の測定はつぎのようにして行った。一条件ごと に5個の試験片を用い，1個の試験片につき2回，合計IO回の切削を行い，オシログラフに描 かれた抵抗波形のうち，全切削長さの中央部約20mmの間の極大高さの平均を求め，その値 を予めキャリブレイトした荷重に換算し切削幅で除して，切削抵抗（あるいは切削力）とし

た。

3．実験結果および考察

3。1 切削現象の変化におよぽす諸因子の影響（通常工具による検討）

 3．1．1 裏刃を装備させない場合の切削現象

 分割工具による切削実験に先だち，通常工具による切削実験を行い，賦裏刃の効果 に関す る基礎実験を行った（裏刃すくい面による被削材および切屑への圧縮ならびに曲げ作用の結 果，切削現象などに変化をもたらす。この場合，とくに母材加工面に良好な結果をもたらす場 合に，この研究では 裏刃の効果 と呼ぶ）。まず最初に，裏刃を装備させない切削実験と裏 刃を装備させた切削実験とを行い，両者の比較によって賦裏刃の効果 を調べることから着手

した。

 その結果，裏刃を装備させない場合の逆目・順目切削では，切屑は折れ型の変形形態で生成 される。すなわち，逆目切削では，刃先の進行に伴い先割れが斜め下方の被削材内部に進行 し，さらに刃先が進み曲げモーメントが増加して材料強度の限界に達したところで，先割れの 基部から大きく破折され一節の切屑が生成される。したがって，切屑は先太りとなった折れ型 の変形形態となり，母材加工面にはいわゆるく《逆目ぼれ を形成する。順目切削では，刃先前 方に生じた先割れが切削の進行に伴い刃先から斜め上方の繊維走行へと成長し，切屑は先細り となった折れ型の変形形態となる。なお，繊維傾斜角ψ、一〇つの縦切削では，切屑は流れ型に 近い形態を示した。これらの切屑の生成形態の変化の様相および母材加工面のあらさの変化を Photo．2に示す。

 一方，裏刃を装備させた場合，ψ1……ooのいずれの場合の切削でも，裏刃すくい面による被 削材および切屑への著しい圧縮ならびに曲げ作用のために，先割れの発生の余地をなくし，切 屑は著しい縮みを生じて生成される（一例として，後記のPhoto．5参照）。このような璽裏刃

＊3 仕上げ鉋盤では，一般に比較的小さい切込量で三次元切削で行われるが，1・の変化に伴う母材加工面の  あらさおよび切削抵抗などの変化の傾向を的確に把握するため，これらの条件を設定した。

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f 

I 

Without a chip breaker, 

Machined svftace 

Y: :: ‑10e 

t = 0.3 (mm) 

chiP 

*' ;*' ' 

l sO 

tot mat i on 

**  

Naehined 

pl 

(p   :S 10Q 

surface 

ChiP tormation   = 20' 

Photo. 2. Chip formation 

¥i ,'ithout a chip 

･1<(O' : with the grain,  the grain, t : depth of 

and roughness of machined surface by  breaker 

*1 =0  cut . 

or  =arious grain angles (rl)‑

: parallel to the grain, {pl>00 : 

cutting  against 

176 杉山 滋・田中博二・松尾文雄

の効果 は，とくに例＞OOの場合に顕著に現れ，母材加工面には賦逆目ぼれ が形成されな い。しかし，《裏刃の効果 は，後述するように裏刃セット条件によって左右されることにな

る。

3．1．2裏刃刃先のランドの長さ1￡の影響

  逆目ぼれ の防止効果を向上させる一方法として，従来，すくい面側の裏刃刃先にランド が設けられている。このランドの長さ1￡が切削現象の変化および切削抵抗の変化におよぼす 影響を調べてみた。それらの結果のうち，らの変化に伴う切削抵抗の変化の測定例（裏刃刃 先角β 一55．70一定の場合）をFlg．5に示す。Fig。5によれば，裏刃を装備させた工具全体 に加わる切削抵抗の水平分力F∬（8。K）および垂直分力Fv（θ．K）は，娠≧O．8mmの場合はほ ぼ一定値をとるとみなし得るが，1丑一〇．1〜○，5mmの範囲では，一F承β．K），．Fv（β．五）ともに 増加した。しかし，切屑の変形様相（切屑の生成形態，変形状態および流出状態），母材加工 面のあらさは1πの影響が顕著に現れず，ほぼ類似した傾向とみなし得た。

 1丑をある程度小さくすると，つぎのような現象が起ると考えられる。裏刃すくい面に加わ る切削抵抗が裏刃刃先付近に集中し，裏刃すくい面と切屑との接触面積あたりの平均応力が増 大する14）から，工具切れ刃面前方およびその付近の被削材の一部に強い圧縮を与える。この 圧縮作用の結果，先割れ発生直前に切屑の曲げ作用を助長させ被削材の一部を破折させるか否 かが，1￡の影響を検討するうえで重要と考えられ，母材加工面および切屑の変形状態の詳細 な観察が必要となってくる。しかし，電子顕微鏡下で，切屑および母材加工面の詳細な観察結 果を待たなければ，1￡の影響についての深い議論を進めることは難しいと考えられる。した がってこの研究では，切削抵抗の変動が比較的少ない1￡≧2．Ommの裏刃を採用し，以下の 実験（通常工具および分割工具による切削実験）を進めることとした。なお，Fig．5からも明

らかなように，通常工具による切削実験時に測定される工具全体に加わる切削抵抗（片持梁式

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Fig．5． Relation between horizontal an〔i     vertiCal Components of cutting     force an（1 1and length of chip     breaker：（IR）．

 FH（βκ）， Fy（Bκ） ： refer to Fig．1（b）

 and （C）， CUtting COnditiOnS （診， lo， β！

 and￠1： refer to Fig，1（a）） ：オニ0．3  mm，16＝0．30mm，βノ＝55，70，p1＝10Q

 （against the grain）．

Fig．6． Relation between horizontal and     vertical components of cutting     force an（i angle of annual rings     to machined surface（ダ3）。

 FH（B K）， Fy（Bκ） and 〜r1 ： refer to  Fig．1 （b）an（i（c）， cutting con（1itions  ＠，β！，lo an（i JR ：refer to Fig．1（a）） ：

 オ＝O．3mm，βノ＝55．70，lo＝0．68mm，IR＝

 2．44mm．

 〜ρ1＞Oo ： against the grain， 〜01＝0。 ：  parallel to the grain．

木材切削における裏刃（チップブレイカ）の影響 177

荷重測定装置による）と被削材に加えられる切削力（八角形弾性リング荷重装置による）の両 者は，若干の変動はあるが，IBの広い範囲にわたって両者間に有意差がなく，統計的に等し い値とみなすことができる。

3．1．3 年輪接触角ψ，の影響

 既往の研究15）によれば，追まさ目（年輪接触角￠、≠450付近）の切削で著しい切削抵抗の 増加がもたらされることが報じられている。本実験では，￠、を250≦ψ、≦450の範囲に限定

したが，上記のことから，この範囲でも切削抵抗の変動が著しいことが予想される。そこで，

本実験の試験片においても￠、の影響を明確にしておく必要がある。実験は裏刃を一定の条件 で装備し，通常工具による切削実験における切削現象の変化および切削抵抗の変化を測定し，

これらから〜らの影響を判断しようとした。ただし，実験ではψ，の変化に伴う切削現象の変 化および切削抵抗の変化の傾向を的確に把握するため，0。≦〜ρ、≦90。の範囲で行った。ここ で，￠、の変化に伴う切削抵抗の変化の測定例をFig．6に示す。裏刃を装備させた工具全体に 加わる水平分力Fπ（B．κ），垂直分力Fv（B．K）ともにg3−10Q前後で若干大きな値を示す以 外は，ほぼ一定値を示すようである。しかし，切削現象の変化はψ、の影響が顕著に現れず，

ほぼ類似した傾向とみなし得た。したがって，本実験のψ、の範囲では，切削現象の変化にお よぼすψ・の影響はほとんどないと考えられる。

 以上，述べてきた基礎実験の結果を考慮して，裏刃のセット条件（裏刃後退量」。および裏 刃刃先角β ）ならびにψ1の影響についての検討を進める。以下では，切屑の変形様相（切屑 の生成形態，変形状態および流出状態）および母材加工面のあらさなどの観察結果に基づき，

既往の結果とも比較しながら，切削現象の変化などの検討を行い，裏刃の適正セット条件を明 確にする。

3．1．4 裏刃後退量1，の影響

  裏刃の効果 は，裏刃のセット条件（とくに，裏刃後退量1。および裏刃刃先角β ）によ って左右されることは，古くから論じられている1）〜5）。しかし，繊維傾斜角g、の変化によっ てもその効果が異なることが予想されるが，ψ、≦OQの場合については比較的論じられてい ない。良好な加工面を得るには，先割れの発生の余地をなくし，しかも切屑が円滑に流出する ことが必要である。そこでまず最初に，1。の変化に伴う切削現象の変化を観察し，その結果か らく裏刃の効果 を判断しようとした。1，の変化に伴う切屑生成形態の変化の様相をPhoto．3

（a），（b）に示す。同写真は切込量孟一〇．3mm，ψ、一±100，0。の場合および孟一〇．5mm，

卯1−10。の場合の例（いずれの場合も，β 一55．70一定）である。

 Photo．3（a），（b）によれば，いずれのψ、の場合でも裏刃の装備によって先割れの発生が 妨げられ，切屑は裏刃すくい面の圧縮および曲げ作用のために起る被削材の一部（のちに切屑 となるが，切屑の自由表面側）への《圧縮せん断変形 が原因して，著しい縮みを生じて生成 される。とくに，9、＞00の場合にはこの縮みのため切屑の自由表面側（Tight side）に 圧 縮せん断変形跡 が観察された（裏刃すくい面による圧縮および曲げ作用により，切屑の自由 表面側の繊維の一部が切屑母体から分離した状態で，この研究ではこれを 圧縮せん断変形 跡 と呼ぶ）。上記の圧縮および曲げ作用は1。の増加に伴い，当然少なくなるはずであるが，

比較的1。の大きい場合でも疋吐裏刃の効果 が観察された。これはβノが比較的大きい角度で あることに基因するが，β が小さい場合には，後述するように壌刃の効果 は極めて少なく

なる。

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Effect of distance between  (!*･) on chip formation. 

(.1･O‑.) : refer to Photo. 

l (a)) : t=0.3mm, ,'j '=55. 

ic:: O.e4 

tool edge  2, cuttin,** 

7. 

and chip breaker  corlditions ( t and 

edge 

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Photo. 3 (b). 

grair] angle  /3' : refer to 

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ic* O . 55 

ic= O. 94 

Effect of distance between tool edge  edge (lc) on chip formation. 

('.1̲ ‑‑O', : refcr to Photo. 2, cutting  Fig. I (aJ) : t=0.3, O.5 mm, ,j /=55. 

and chip  conditions  7'. 

breaker  (t and 

179 

180 杉山 滋・田中博二・松尾文雄

 また，Photo．3（a），（b）より明らかなように，1。が極めて小さい場合には，裏刃すくい面 による圧縮および曲げ作用のため，切屑は著しく破壊され，その結果，工具切れ刃すくい面上 で円滑な切屑の擦過を妨げることになる。とくにψ、＜ooの場合に，この傾向が顕著であっ た。しかし，1。の増加に伴い，切屑は比較的円滑に流出するが，（ρ、……00によって，切屑の生 成様相が若干異なる。すなわち，既に述べたように，裏刃を装備させた工具による切屑の生成で は，裏刃すくい面による圧縮および曲げ作用のため，切れ刃刃先前方の被削材の一部に 圧縮 せん断変形 が起る。この【狂縮せん断変形 のため，被削材の一部は破折され，著しい縮み を生じて切屑が生成される。ψ1＜ooの場合には，賦圧縮せん断変形 による破折の位置が刃 先に近い切れ刃すくい面上方であるが，1。の増加に伴い切れ刃刃先と裏刃刃先との長さを一節 とする順目切削における折れ型特有の破折の様相が次第に顕著に現れる。￠1＞ooの場合に は，1。の増加に伴い上記で言う《し圧縮せん断変形 による破折の位置が切れ刃刃先前方から裏 刃刃先に近い切れ刃すくい面上方へ変化し，逆目切削における折れ型の様相が次第に顕著に現 れる。なお，ψ1−ooの場合では1。が極めて小さい場合を除いて，切屑の生成様相は比較的 幹、＜ooの場合に類似しているが，破折の跡（【く圧縮せん断変形跡 ）は￠、＜ooの場合より著

しくない。

 つぎに，得られた母材加工面のあらさを観察し，その凹凸の程度から 裏刃の効果 を調 べた。母材加工面のあらさの変化をPhoto．4に示す。同写真は，βノー55．7Q一定で，孟一

〇．3mmの場合の加工面のあらさの一例である。photo．4より明らかなように，￠1＜0。の場 合には，1。が小さいと加工面は粗面を呈するが，1，の増加に伴い加工面は次第に良好となる。

すなわち，順目切削では裏刃を装備させない方が良好な加工面が得られることを意味する

（ψ1−ooの場合も， （、＜ooの場合と同様であった）。それに対して，￠、＞ooの場合には1。

が大きいと加工面は 逆目ぼれ の著しい粗面を呈するが，1，の減少に伴い加工面は次第に 良好となる。しかし，1。が極めて小さいと，前述のように切屑が著しく破壊され，その結果，

切屑の流出が困難となり加工面にもその影響が現れる。この傾向は逆目の小さい角度の場合に 顕著であった。したがって，逆目の小さい角度では上記のことが原因して，逆目の大きい角度 と比較して1。の適正範囲はより狭くなる。すなわち，逆目切削では先割れ発生前に切屑を破 折させる必要があるが，そのためには裏刃を適正範囲にセットしなければならないことがわか る。しかし，￠1の大きさによっても1。の適正範囲が異なる。

3．1．5 繊維傾斜角〜らの影響

 繊維傾斜角￠1の変化に伴う切屑生成形態の変化の様相を「hoto．5（a），（b）に示す。同写 真では裏刃刃先角β一55．7。，切込量孟一〇．3mm，裏刃後退量1・一〇。29およびO．53mm の場合の一例である。Photo．5（a）より明らかなように，1。が小さい場合には，いずれのψ、

においても裏刃すくい面による著しい圧縮および曲げ作用のため，被削材の一部に娘圧縮せん 断変形 が起る。そのため，切屑は切れ刃刃先前方で破折され，しかも著しい縮みを生じて生 成される。とくに，吟＜ooでは上記の作用により切、需は著しく破壊されるが，順目角度が大

きくなるにつれてこの現象が極めて顕著となる。一方，Photo。5（b）より明らかなように，

1，が比較的大きい場合では（ρ1……OOいずれの場合も裏刃すくい面による適度の圧縮および曲 げ作用のため，切屑は切れ刃刃先上方で破折され，しかも比較的円滑に流出する。とくに，1。

の小さい場合（Photo．5（a））と比較して，1・の大きい場合（Photo．5（b））では￠、≦Oo で破折と縮みの様相が，また，ψ1＞ooで切屑の自由表面側の眼圧縮せん断変形 が次第に 顕著となる。

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0.22 

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0.42 

0.53 

0.60 

0.7 1 

0.79 

0.94 

s ‑1 5 o  ^Y:{ 

Cutting  direction  10 mm 

Photo. 4 Effect 

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refcr tl) Fig 

of clistance  roughnc s 

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l (a * : !=0 

b t ‑cen tool ed Te and chip breaker edge  of machined surface. 

to Photo. 2, cutting  3 I lm, fi/=55.7' 

conditlons (t and ,j l 

182  t LJ *r i  IIIllf  f'* J‑e Ci f 

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Y  ²⁰  

Photo. 5 (a). Effect of grain angle ( '1) on chip formation. 

1 = ‑‑̲Oo : refer to Photo. 2, cutting conditions (t, fi/ and lc 

to Fig. I (a)J : t=0.3 mm, P/=55.7', !c=0.29mm. 

ref er 

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Photo. 5 

l  0 " 

Fig, l 

(b). Effect of grain angle ( 1) on chip formation. 

refer to Phot0.2, cutting conditions (t,  / and lc  (a)J : t =0.3mm, /,･=0 53 mm, /3/=55.7‑. 

refer to 

l 84  ^{1 ' l} ' /  1"'  ' Iil [‑fl 1'1;  

ef i 

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5. 

15 

20 

le= O.1 6{ m'  [e   o. 2 2  m)  ie s O.79 (mrn) 

Cutting  direction  10 mm 

Photo  ^6‑

=0 

1 I  (l 

Ef 1'ect oi  grain  rei'er to Photo 

, f :  cl'cr t() Fi  

angle ( "L.) on 

. 2 . Ic  : refer 

l ,  1 ," : !‑

roughne ‑s ot'  to Fig. I (a,, 

a 3 I111 1, , / ̲=̲55 

machined surl'ace. 

cutting conditions 

7 

l++  L)Jl]li  .   7 'i=  J ( f / / 7     jJ ) L,*  ,* ,  +.;1' 185 

1) [.  * (')") k t'rfLi  f'ii   ! J:1' ‑jJ[J l'̲If[1 C/J  3 *..) ***'( Photo 6 i 'T't [ IJ rj‑}'L'f ) ;;+  cj  ')J fL ii '  ^: Photo . 

5 (a) , (b) .L r J/]'f<c) " ) ..1'/1= h' (f'= 55 7 t O 3mm) c L)) fy[j c c' ) 7 ) Photo 6 J  1, IIJ]  )  /J'f̲"J  1)' ' i'‑'̲̲. l, c')/J++'.+'+ !   J.)}j‑(,+(C,:t.  ,<‑ O  )‑   ")̲̲.'J'Llc')/j¥‑‑'̲ f *frjJf lr= c  [Ilfll + [ I t 7;) I   iL  ..̲" Ll     L c/    L !. * '1:H.Ifl[･‑･ [ir  7̲ ) 

If f'l(Jj +'‑".̲  1J ' l"‑  p">0'  c ""<: Jc/L) <JJ "  /J f‑ ' "   I T "J = f "‑‑ " ^{* +,}  /J  ;'J' (', iO I :il'+1'j !'f*" !J[1 Il!flf' ' I J ‑[ilt 7‑ ) 

3. I . 6  !+!: J fJ jlLfl'j p' c)  ": i. ; 

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Photo 7. Ei'fect of  grain angle (" ,)>0  c . : r'cl'cr {o Fi  

edge angle ol' chip breaker (j /, on chip formation. 

) : refcr to Photo. 2, cuttin J̲̲ conditions (t. !c and  l ( 1  = : t=C, 3 I] lll, /, ‑･=0 30 I lll ,  ‑1=]O‑

l 86  ^1*; l  j' } ' ̲; ' Il] Lhf'! 1 ' f L" J'‑L'̲)C'‑jl f: 

2 8.c f 

o 

s  

28.ct 

61.30 

Photo. 8. 

grain 

and ,c'l  lO', 20‑

CUtting direCtion 10 mm 

F‑i 

Effect of edge angle of chip breaker ( ') on roughness of  machined surface. 

angle (', 1)>0') : refer to Photo. 2, cutting conditions ( t , l. 

: refer to Fig. I (a)) : t=0.3 mm, /. =0,17‑0.74 mm, ,'*= 

木材切削における裏刃（チップブレイカ）の影響 187 面には奴逆目ぼれ が減少する。しかし，β を過大にすると裏刃すくい面による著しい圧縮 を受け，その結果，切屑は著しく破壊され切れ刃すくい面上の擦過が極めて困難となる。

 β の変化に伴う母材加工面のあらさの変化の一例（ψ、一100および20。の場合）を PhOtO．8に示す。ψ、≦ooの場合には裏刃を装備させないかあるいは1，を大きくした場合 に良好な加工面が得られる。すなわち，良好な加工面を得るためには，卯、≦ooでは裏刃の作 用は逆効果となる。しかし，ψ、＞O。の場合にはζ《裏刃の効果 は極めて顕著となる。Photo．8 より明らかなように，逆目切削では《裏刃の効果 はβノと1。とに左右される。すなわち，1。

が極めて小さい場合にはβ は比較的小さい場合でも，また，1・が比較的大きい場合にはβ は大きい場合に，いずれも良好な加工面が得られる。また，Photo．8によれば，逆目の小さ い角度では良好な加工面となるためのβ と1。の範囲が極めて狭い範囲に限定されることも わかる。

3．1．7 裏刃の適正セット条件

 前項までは，切屑の生成形態の変化および母材加工面のあらさの変化を中心に，裏刃後退量 1，，繊維傾斜角砂、および裏刃刃先角β の影響について論じてきた。この項では，仕上げ鉋盤 などの切削における裏刃のセット条件について検討を加える。既に述べたように，設定された 一定の切込量で切削を行う仕上げ鉋盤などでは，一定材長の切削においても繊維走行の変化が 種々異なるから，ψ、の変化が比較的小さい順目・逆目切削を中心に検討する必要がある。仕上 げ鉋盤などの切削機械では，材表面を平滑に仕上げることが主目的であるから，まず最初に，

母材加工面のあらさと裏刃のセット条件（1。およびβ ）との関係を明確にする必要がある。

 そこで，前項までの結果を用いて，母材加工面のあらさと裏刃のセット条件との関係を要約 してみた。その結果をFig．7に示す。Fig．7に基づけば，加工面のあらさと裏刃のセット条 件との関係を概ね把握することができる。すなわち，g、≦O。の場合には，1，を比較的大きく β をむしろ小さくした場合に良好な加工面が得られる。それに対して卯、＞0。の場合には，

1。を比較的小さくしたときはβ を小さくしなければならないが，1。を比較的大きくしたとき はβ を大きくした場合に《更逆目ぼれ の防止効果が認められる。いずれのg、の場合でも，

1，を極端に刃先に近接させると，切れ刃刃先前方および上方の被削材の一部を著しく圧縮破

 60

か ンe40

Range of observation    t＝0．3（mm》

 of machined sur督ace

ψ＝0。      絶＝100

       艦3200 603

40i

…

60i 40i

20      20  0   0．5   1。0  0

   Ic mm》

Machined su rface

□：Rough surface 圓：Smooth surface

t＝0．3（mm》

3・＝ 55．7。

     200．5     10   0     0。5     10

1C（mm》    IC《mm》

（a）

0   0．5   1．O   lC（mm》

  （b》

Fig。7， Effect of edge angle of chip breaker（βノ），dista血ce between tool edge     and chip breaker edge （lo）， and grain ang】e （彰，）on roughPess of     machined surface．

 ￠1…ii≡0。  refer to Photo．2，ピ：depth of cu

188 杉山 滋・田中博二・松尾文雄

壊させ，切屑の流出を妨げる結果となり，加工面は粗面を呈する。とくに，〜o、≦0。の場合に この傾向が顕著であった。

 さらにFig．7によれば，逆目の小さい角度では裏刃のセット条件が極めて狭い範囲に限 定されることがわかる。しかし，裏刃のセット条件をこの範囲内の特定の条件に限定すれば，

ψ1…書o。のいずれの場合でも良好な加工面を得ることができることも，Fig．7から明らかであ る。すなわち，〜ρ、……O。いずれの場合もあり得るような仕上げ鉋盤などの切削では，逆目の 小さい角度に適する条件で，しかもψ、≦O。の場合にも適するような条件を選定すれば よいことになる。そのような条件の一つをFig．7の結果を基にしてあげれば，β 毒55。，

1、÷O．4mmである（ただし，切込量オー0．3mmの場合）。なお，これらの結果は逆目切削

を主とした既往の結果1）・4）・5）ともよく一致している。

 前記したように，仕上げ鉋盤などの切削機械では，材表面を平滑に仕上げることが要求され るが，それと同時に切削機械には，切削抵抗の低減，切削工具切れ刃の鋭利性ならびに刃先剛 性の保持も要求され，さらには円滑に切屑を排出するための鉋台の調整（裏刃のセット条件を も含む）も要求されてくる。したがって，単に母材加工面のあらさのみでは，裏刃のセット条 件についての深い議論は困難であると考えられる。そこで，本研究では切屑の変形様相（切屑 の生成形態，変形状態および流出状態）の変化（一例はPhoto．3，5および7に示した）な らびに切削抵抗波形の変動状態などを調べ，それらと裏刃のセット条件との関係について検討 し，それらの結果と加工面のあらさの変化（Fig．7）との関係についての検討も行ってみた

（切削抵抗の変化については次項で詳細に述べる）。

 まず最初に，切屑の変形様相（切屑の生成形態，変形状態および流出状態）と裏刃のセット 条件との関係を要約して示すと，Fig．8のようである。同図では，切屑の変形様相を4〜5 種のタイプに分類して示した。（1）のタイプは，裏刃すくい面による著しい圧縮および曲げ作用 のため，切屑は切れ刃すくい面上で著しく破壊され，そのため切屑の流出が極めて困難となる 場合である。（2）のタイプは裏刃すくい面による著しい圧縮および曲げ作用のため，切屑は著し い縮みを生じてスパイラル状となって生成される。とくに，裏刃すくい面による圧縮および曲 げ作用のため，切屑の自由表面に相当する被削材の一部の娘圧縮せん断変形 が原因して，切

60

ハし

・40

0

20

略＝oo

60 40 20

t需0．3 （mm）      t＝0．3（mm）の68お55．70

略＝100  望器200

       Range of obser vat i on of chip

60 40 20

20 ハむ

  0ぎ

一20

0 0．3 0。6   1C（mm）

0 α3 α6   1C（mm）

   （a》

0 0。3 α6   1C（mm》

＞．．＿．

1（2 ）

0 α3 0β α9   1C《mm）

   （b）

Fig．8． Effect of edge angle of chip breaker（βノ），distance between     tool e（ige and chip breaker edge（Jo），and grain angle（P1）on     deformatjon of chip by cutting with conventional tool equipPed     with a chip breaker．

 （1）〜（4）：various types of chip deformation，〜91……ミ0。：refer to Photo．2．