突切りバイトの刃先形状に関する実験的研究
著者 豊島 敏雄, 湊 喜代士
雑誌名 福井大学工学部研究報告
巻 20
号 2
ページ 219‑226
発行年 1972‑09
URL http://hdl.handle.net/10098/4742
突切りバイトの刃先形状に関する実験的研究
豊 島 敏 雄 ・ 湊
喜 代 士Experimental Re search for the Edge Shape of Cut‑off Tools
Toshio TESHIMA , K i y o s h i MINATO
(Received Apr 15, 1972)
We have c u t t e d t h e workpi
e'ce w i t h v a r i o u s edge shaped c u t ‑ o f f t o o 1 s
,and i n v e s t i g a t e d t h e shape o f c h i p s and remained c o r e s , t h e s u r f a c e roughness , t h e c u t t i n g f o r c
'eand i t s o s c
i1la t i o n .
The main r e s u
1ts o b t a i n e d are as f o l l o w s .
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The ' c h e v r o n shaped t o o 1 which have i n c l i n a t i o n a n g 1 e s ( a b o u t 1 0
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c'a s e .
ii)The o r d i n a r y c u t
‑of f t o o 1 i s n o t good e x c e p t f o r t h e shape o f c h i p s .
1
緒 言 ベットの振り 500111111 両心間距離 1,000111111 切削工具は切削加工において工作機械とともに重要な役割を果たすもので,その工具材質および工具形状 は直接生産加工能率に影響をあたえるものである。
主軸回転数 40"'‑'3,200rpmの18段変速
本研究においては,その最適な工具形状の問題に着 目し,切削加工作業において常に行われる突切り切削 について,突切りパイトの刃先形状を種々に工夫して その切削力,切くず処理,切削抵抗の変動幅,突切り 側面の性状および突切り残り芯の状態などの観点か
ら,最適な工具の刃先形状を見い出して,生産加工技 術の向上に役立てようとするものである。
2 実験装置および方法 2
・
1使 用 機 械。昌運工作所 HB‑500型 高 速 旋 盤
表
ii)切削動力計 昌運工作所KSA‑500型 iii)動歪測定器新興通信 DS6‑RX型 iv)ベン書きレコーダ渡辺祖,JI器WTR211‑3C型
v)万能表面形状測定機小坂研究所SE‑3型 vi)超硬工具研削盤豊和産業BG‑D型 2‑2被 削 材
鉛快削鋼S20CF,S35CF
の 2種類を用いるoそれらの熱処理の方法,化学成分 および硬度を表 1に示す。
2
・
3使 用 工 具i) 工具材種
超硬合金工具 M40(東芝タγガロイTU40) 1
被 削 材 │ 熱 処 理 1 C
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0.271 0叫
0.022I
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243普機械工学科
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工具香号 40 エ 具 番 号 3AL 工具番号 3BL
工 具 番 号 4BL エ異番号 4BOL エ 具 番 号 4 8 1 l
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図 1 バイト刃先形状と寸法
ii) 工具型式および形状
11843‑2 すくい角
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C O一事 前逃げ角5
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l
前逃げ面
j
山型傾斜角 5 0, 100, 300に変化すくい面,前逃げ面の山型に設けるランド幅 0.5111111,形状の詳細は図1に示すo
2 ・ 4
切 削 条 件切削速度 29m/min~107m/min で変化させ る。
送り量 0.075mm/rev
,
0.1125mm/rev,
0.15mm/rev 突切り幅 3mm一定
切削油剤 スピンドル油器60を1. 2~Imin 3 実験結果および考察
3 ・ 1
バイト刃先形状と切削カの関係図1に示す各種刃先形状の突切りパイトにより切削 を行った場合の切削速度と切削力の関係を図2に示 す。主分力は背分力より常に大きし主分力と背分力 とは一般的に同一傾向を示す。すなわち,主分力の大 きいものは背分力も大きいので主として主分力をもっ て,それら各種パイトの切削力を検討することにす
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るo切削力は切削速度により異るがこれについては後 述することにして,いま図2からそれらパイトの主切 削力の平均値の大小の比較を行ないその結果を図3に 示す。
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図3 刃先形状による切削力の比較モデ、ル すくい面のみ山型のパイト(No.2A, No.2 B)は標 準パイト (No.l)や他のいずれの型式のバイトよりも 切削力は大きし山型の傾斜の大きくなるほど切削力
も大きくなる。
前逃げ面のみ山型にしたノミイトでその傾斜角が5 0あ るいは100のものは (No.3A, No.3 B),標準パイト
(No.l )あるいは複合山型バイト,すなわち一般に言 われているクゾフキンパイトの基準型 (No.4D)に比 して,切削力は10%ないし15%小さい。しかし,山型
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140
120
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12020 40 60 20 120 骨l ま 度 (m/min) 切 仲l 法 度 (m/mln) 切 持l ま II. (り仏in)突切り幅 3側 送 り O. 1125 mm/rev すくい角 60 被 削 材 S20CF
逃 げ 角 60 切 削 剤 スピγドル油非601.2 ~ /min 図 2 各種突切りバイト形状による切削速度と切削力
傾斜角を300(No.3
C)
程度に大きくとると,切削力 は標準ノミイト (No.1 ,) クゾフキンパイトの基準型 (No.4 D)とほぼ同じ程度に増加する。また, この 種の前逃げ面のみ山型のパイトにランドを設けたもの (No. 3 AL, No. 3 BL)は主切削力に関してはほとんど 変りなし背分力においてわずかにバイト No.3BLが 小さい程度で,ランドをことさらに付設する根拠は認 められなし、。次に前逃げ面,すくい面ともに山型にした複合山型 パイトすなわちクゾフキγ型について考えるO従来か ら突切りパイトの刃先形状で推奨されているクゾフキ ンパイトの基準型すなわち前逃げ面,すくい面の山型 傾斜角それぞれ300,100のもの (No.4D)は標準パイ
ト〈陥.1)に比べて切削力がいくらか小さい程度で,
他の多くの形状のパイトに比して切削力が大きし切 削力のみの点では優れているとはいえなL、。しかし,
同じクゾフキン型でも前逃げ面,すくい面の山型傾斜 角を少し減らして前逃げ面50または100,すくい面50
(No.4 A, No.4 B)とすると,切削力は小さくなり,
前述の前逃げ面のみ山型傾斜角50または100の形状パ イトと同じ程度で,切削力の点で優れていることがわ かるO この種の複合山型パイトにランドを設けた場合 (No. 4 BLL, No. 4国)L,No.4BL)はかえって切削力 を増す結果となり,ランドを付設しない方がよいこと がわかる。
以上は鉛快削鋼S20CF切削送り速度0.1123伽 /rev の場合であるが,切削送り速度0.075mm/revの場合も,
また鉛快削鋼S35CF,切削送り速度0.15mm/revの場 合も,各種パイト形状による切削速度と切削力の関係 はほぼ上述と同様な結果が認められ,以上により切削 力については次のようにし、L、うるo
。
前逃げ面のみ適当な山型傾斜 (100が最良〉をつ けるか,あるいは複合山型のクゾフキンバイトの基 準型でなく,山型傾斜の少いクゾフキン型が優れて いるといえるD この両者を比べてみると切削速度50 m/minを境にして,それ以下の切削速度のときは 前者が優っていることがわかる。突切り切削におい ては一般的に品物の径が小さい関係上切削速度は一 般に50m/min以下である点,あるいは刃先形成の 難易度の点などを考えあわす時,前者の前逃げ面の み適当な傾斜をもっ山型の方がはるかに優っているといえようo
ii) 標準パイトすなわち一般普通バイトは好ましい形 状とはいえない。
iii)すくい面のみ山型にするのは最も好ましくない形
状である。
次に切削速度40m/minないし50m/min近傍にお いて切削力が最大である。これは構成刃先の影響によ るもので,これについて考察する。切削速度が低速か ら遂次増すにつれて次第に構成刃先は成長増大し,あ る速度域にて最大に発達する。以後なほ切削速度が大 になるにしたがい漸次減少の傾向をたどりついには消 滅する。1加本実験では40m/minないし50m/minの 切削速度の時に最大に生成していることが実験的に観 察し認められる。これは図4に示すように構成刃先が
図4 構成刃先の発生による切削機構上の諸変化 増大生成したことにより,すくい角がパイト本来のす
くい角的からすくい角αに増大変化したことによる 切削力の減少よりも,構成刃先の生成による過切削量
ムtoと構成刃先の刃先が丸味を帯び刃先の鋭利さがな くなったことによる切削力の増大がより一層大きく影 響したためによるものであるとL北、えようo
3
・
2バイト刃先形状と切〈ずの関係自動盤や数値制御工作機械では切くずの処理しやす さが重要な問題となるoそれゆえに切くず処理の観点 から各種パイトの優劣を検討する。各種パイト刃先形 状における各切削速度の切くず形状を図5に示す。
先づ切削速度30m/minないし50m/minの低速域 の場合を考察する。図より明らかなように,ほとんど のパイト形状による切くずは短かく切断し,カールし た渦巻き状の小さな切くずが排出されているoすなわ ち切くず処理しやすい形状を呈しているo例外として 前逃げ面の山型傾斜角が大きいとき,すなわち300の パイト(No.3
C
, No.4C
, No.4 D)は他の形状のバイト に比しやや長く連らなり,らせん状の切くずである。つまり前逃げ面の山型傾斜角が大きいバイトは切くず 処理の観点から不適当であるといえるoまた,この種 バイトは切削速度60m/minないし100m/minの高速 域でもピッチの長いらせん状で,切くず処理上からは 最悪であるといえるo
次に高速域の 60m/minないし 100m/minの場合
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4BLL山且品品目
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1. 図中の記号はパイト刃先形状を示す。
2. 図中の切くず形状は右に示す切削速度に対応するときに発生するものを示す。
3. 実験条件
突切り幅 3111111,すくい角 60,前逃げ角 60 切削送り速度 :0.1125伽 /rev.
被 削 材 : 鉛 快 削 鋼S20CF
切削油剤:スピγドル油需60く1.2t/min)
図 5 各種パイト形状の各切削速度における切くず形状
34¥42 ¥ 53 681851107
について検討する。標準パイト CNo.l入 前 逃 げ 面 の すくい面のみ山型のパイト (No.2A, No.2 B)は 80 み山型のパイト (No.3
A .
No.3B ) .
その型式にラン m/min まではカールした切くず処理しやすい切くずド を設けたパイト (No.3 AL, No. 3 BL)は,渦巻状を であるが 80m/minを越えると渦巻きの径も大きく 呈し,渦巻き径は低速域の場合にくらべると大きくは なり,標準パイトや前逃げ面のみ山型のバイトに比し なっているが,比較的処理しやすい切くずといえるo て切くず処理の上でやや劣る切くず形状になる。複合
山型/ミイト (No.4A, No.4 B)あるいはそれにラγド 力変動幅の平均値の大小の概略的な比較を示したも を設けたノミイト (No.4 BL, No. 4 BOL, No. 4 BLL)で のであるo これによると,すくい面のみ山型パイト は高速域で長いらせん状を呈し処理し難い切くずとな (拘.2A, No.2 B)は標準バイトやその他のいづれの
っているo 型式のバイトよりも変動幅は大きく,特に山型傾斜角
以上を総合して切くず処理上の観点から検討する の大きいほど変動幅も大きし、。この傾向はさきに述べ と,最もよいパイト形状は,標準パイト (No.1)およ た切削力の場合と同様である。標準パイト (No.1)と び前逃げ面のみ山型でその傾斜角5 0もしくは100を設 複合山型クゾプキン基準型 (No.4D)は同程度である けたパイト (No.3A, No.3 B)で,複合山型すなわち が,他の型式に比して変動幅は大きい。前逃げ面のみ クゾフキンパイトは切くず処理上適当でないといえ 山型パイトでは標準バイトよりは変動幅が小さいが,
るo上記のことは他の鉛快削鋼 S35CFの場合,ある 山の傾斜が大きすぎても小さすぎてもよくなしそ いは他の切削送り速度の場合についてもほぼ同じよう の傾斜角100の場合 (No.3B)に変動幅最小で、他のい な傾向が認められるo
3 ・ 3
パイ卜刃先形状と切削力の変動植との関係 切削力の変動幅の大小すなわち切削中の振動は加工 物の精度を減じ仕上げ、面のあらさを増大させ,また 工具寿命を短くする。したがって振動は切削作業の生 産性向上の一つ制約条件となっている口各種刃先形状 バイトにおける切削速度と切削力の変動幅との関係 を図6に示す口図に示す変動幅とは切削力の変動値す なわち切削中の切削力の最大値と最小値との変動す る範囲を示すものである。図7は 図6より得た切削100 ニm調C ) 80
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図7 刃先形状による切削力変動幅の比較モデノレ
。ー一一0・工具番号 1 4A 4B 4C 4D
冊目。
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20
30
20
切 時i 量t ~'I 埠 切 除l 埠 庖 ("Ymin)
突切り幅 3mm 送 り 01125附jrev すくい角 60 被 削 材 S20CF
逃 げ 角 60 切 削 剤 ス ピγドノレ油#601. 2
e .
/min 図6 各種突切りパイト形状による切削力変動幅の状態づれの型式のものより小さい口複合山型パイトは標準 バイトよりは変動幅小さく切削力と同じ挙動すなわち 切削力の大きいものは変動幅も大きい口またいづれの 型式もラγドの有無による判然とした影響は認められ ない。以上より最も切削力の変動幅の小さい刃先形状 は前逃げ面のみ山型でその傾斜角100の場合であると いい得る。
3
・
4バイト刃先形状の突切り側面性状ならびにそ の時の切〈ず形状との関係標準バイト (No.l)および複合山型のクゾフキンパ イトで一般に推奨されている基準型 (No.4D)ならび に前記の切削力,切くず形状,切削力の変動幅の実験 結果より優れた刃先形状と認めらる前逃げ面のみ山型 バイト (No.3A, No.3 B, No.3 C)について被削材を 突切り落とした時の被削材の突切り側面のあらさおよ びその時に生成される切くずを調べる。その状態を図
(HUl5mm) 図は下記条件によって被削材を突切り完了した品物 の突切り最終部分の側面あらさとその時の排出切くず を示す。
突切り幅 3111111 すくい角 60 送り 0.0375111111/rev逃げ角 60
被削材 S20CF 切削剤 スピンドル油辞 突切り始めの被削材の径 24
。 脚
切削速度 20m/min
60 1.2
e .
/min図8 主なパイト刃先形状による突切り側面 のあらさと切くずの形状
225 8に示す。突切り作業はチャックのできるだけ近いと ころでおこなわないとびびりが発生して,切くずはび びりのために細断されて一見好都合のように見受けら れる場合があるが,仕上面のあらさが害されており,
また工具寿命の点からも実用上好ましくないので,本 実験にあたってはこの点とくに留意して慎重に行なっ た。標準パイト (No.l)および前逃げ面の山型傾斜角 の小さいバイト (No.3A, No.3 B)は突切り側面は平 滑で,切くずも小さくカールして処理しやすい形状で ある。これに反して複合山型クゾプキγバイトは上記 2点ともに良好とは言い難い。また前逃げ面のみ山型 の傾斜角の大きいバイトは切削力の場合と同様に好ま
しい刃先形状でなし、。
3
・
5バイト刃先形状と実切り落した時の積り芯の 状態との関係突切り切削が完了したとき,残り芯の全くないのが 最も望ましL、。この問題については刃先形状ばかりで なく,パイト刃先の位置すなわちバイト刃先高さにも 関係する。図9は代表的刃先形状のバイトによるその 状態を示す。残り芯が残るときは出来るだけ落しやす いのがよ1"'0前逃げ面山型傾斜角の比較的小ないバイ
ト(No.3B)は残り芯の径は小さく長さは長いので割
iれ 門
]IiIA ¥工異番号 1 工具番号 3A 工具番号 3B
引 hdh
j ト~'7'~
) )
L 3/~工具番号3C 工具番号 40 上図は下記条件によって被削材を突切り完了した 時に,被削材に残る残り芯の状態で,数値は平均 値を示す。
突切り幅 3棚
送 り 0.0375 被削材 S20CF 突切り始め~ 24111111 被削材の直1主
すくい角 60 逃げ角 60
切削期jスピンドノレ油静60 1.21!/min 突切り始めの 20m/min 削り速度
図9 主なパイト形状による突切り落した時 の残り芯の状態
合取り除きやすい。これに反して前逃げ面の山型傾斜 角の大きいパイト (No.3C)ならびに複合山型クゾフ キン基準バイト (No.4D)は残り芯の径が大きくその 長さは短いので取り除き処理し難い。上記両者の中間 的な存在として標準バイト (No.l)などがあげられ るo
4 結 論
突切りパイトの刃先形状を種々変えて突切り切削を 行ない,切削力,生成される切くず形状,切削力の変 動幅,突切り側面の精度とその時に生成される切くず および突切り完了後の残り芯の状態などを比較検討
し,判明した主な結果は次のとおりである。
i) 前逃げ面のみ比較的小さい山型傾斜角(例えば 100)をもっパイトは前述いづれの観点からしても 最も優れた刃先形状のバイトである。
ii) 普通の標準パイトは切くずの形状および突切り側 面の点などで、は優れたノミイトに属するが,切削力お よひ、切削力の変動幅の点などでは好ましい形状では ない。
iii)複合山型すなわちクゾフキン型はその山型傾斜角 を適当に設けることにより優れたノミイト形状となり うるo しかしこの種パイトの基準型(すくい面,前 逃げ面の山型傾斜角それぞれ100,30りは前述いづ れの点においても好ましい形状とは言い難し、。
iv)すくい面のみ山型傾斜のバイトは切くず形状の点 を除いては最も好ましくない刃先形状のパイトであ るo
v) いづれの刃先形状においてもランドを設けること による利点は少しも見当らない。
vi)鉛快削鋼の突切り切削あるいは溝切り切削におい ては削り速度 40m/minないし 50m/minの速度 域での切削は構成刃先が最大に成長するために不適 当であるo
なお,今後の課題として工具寿命について検討する 必要があるo
参 考 文 献
1) 豊島敏雄,湊喜代土:福井大工報, 19 (1971) 119 2) 大越詳:精密機械, 35 (1969) 352