JP2006142462A - 回転切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】不等ピッチ角の回転切削工具において、全ての切削歯におけるワークに対する切込み量を略等しくする。
【解決手段】歯数がＺとなる回転切削工具１８において、平均ピッチ角３６０°／Ｚをθとし、また、任意の切削歯１２を基準切削歯Ｔ₀として、該基準切削歯Ｔ₀の切削半径を基準切削半径Ｒ₀とする。前記基準切削歯Ｔ₀から反回転方向へｎ番目に位置する切削歯をＴ_nとして、回転中心Ｏに対して基準切削歯Ｔ₀と切削歯Ｔ_nとがなす中心角をΘ_nとする。更に、α_n＝Θ_n−ｎθなる相対角度差α_nを定義する。そして、前記切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nは、前記相対角度差α_nの値に応じて前記基準切削半径Ｒ₀を減少または増減させて決定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転切削工具に関するものであり、更に詳細には、各切削歯を不等ピッチ角で設けた回転切削工具に関するものである。

金属等の被切削物(ワーク)を切断・加工する際に使用される回転切削工具として、例えば、円形の本体外周部分に複数の切削歯が放射状に突出するよう配設された丸鋸が知られている。図５は、従来使用されている丸鋸１０の一部を示す拡大図であって、夫々の切削歯１２が、互いに一定間隔だけ離間した等ピッチ角θで本体外周縁に設けられている。また、前記切削歯１２から丸鋸１０の回転中心Ｏまでの離間距離(切削半径)Ｒ₀は、何れの切削歯１２においても一定となっている。

前記丸鋸１０を使用して切削を行なう場合、前述のように、各切削歯１２は等ピッチ角θで配設されているので、丸鋸１０のワーク１４を切削する相対送材速度(送り速度)を一定とし、かつワーク１４を直線的に切削した場合、各切削歯１２は一定の間隔毎に該ワーク１４を切り込んでいく。すなわち、図６に示すように、歯数Ｚ、回転数Ｎおよびピッチ角θ(平均ピッチ角３６０°／Ｚ)の丸鋸１０が一定の送り速度Ｆで水平方向直線的に移動してワーク１４を切削するとした場合、任意の切削歯Ｔ_nが回転中心Ｏから水平方向に引いた線(以下、切削ラインＬと云う)上にあったときから、該切削歯Ｔ_nから反回転方向に隣接する切削歯Ｔ_n+1が該切削ラインＬ上に到達するときまでに、丸鋸１０が該ワーク１４に送られる量(切削歯Ｔ_n+1の切込み量Ｓ_n+1)は、何れの切削歯１２においても一定となっている。換言すれば、各切削歯１２の切削半径は等しいので、前記切込み量は、１歯当たりの丸鋸１０が移動する距離(送り量)ｌ₀と等しくなっていることから、回転数Ｎおよび送り速度Ｆが一定であれば、前記丸鋸１０における切削歯１２の１歯当たりの切込み量Ｓ₀は一定となり
［式１］Ｓ₀＝ｌ₀＝Ｆ／(Ｎ・Ｚ)
と表される。なお、参考までに、切削歯に超硬合金チップが接合された丸鋸(超硬丸鋸)を用いてワークを切断する場合、一般的に、回転数Ｎ＝５０〜５００ｒｐｍ、送り速度Ｆ＝３００〜１５００ｍｍ／ｍｉｎ、１歯当たりの切込み量Ｓ₀＝０．０３〜０．１２ｍｍとなっている。また、以下の説明では、この切削歯１２を等ピッチ角θで設けた丸鋸１０を基準丸鋸と称し、該丸鋸１０による前記切込み量Ｓ₀および送り量ｌ₀を、基準切込み量および基準送り量と夫々称することにする。

前述の如く丸鋸１０を使用してワーク１４を切削すると、該ワーク１４を切り込んでゆく間隔が周期的になるのであるが、この周期的な切削のために丸鋸１０やワーク１４には共振的な振動が発生しやすい。そして、この振動がワーク加工面での加工品質を低下させたり、極端な場合には切削歯１２が欠損して丸鋸寿命を低下させる等の原因になっていた。

そこで、このような問題に対処すべく開発されたものとして、特許文献１に示す丸鋸が知られている。この丸鋸１６は、図７に示すように、任意の切削歯Ｔ_nのピッチ角θ_nと、切削歯Ｔ_n+1のピッチ角θ_n+1との値を異ならせると共に、全ての切削歯１２における切削半径が、前記基準丸鋸１０と同様、等しく構成されている。すなわち、任意の切削歯Ｔ_nの切込み量Ｓ_nは、そのピッチ角θ_nの関数として
［式２］Ｓ_n＝(Ｆ／Ｎ)・(θ_n／３６０°)
と表され、図８に示すように、前記丸鋸１６はワーク１４を非周期的に切削することになる。従って、特許文献１の丸鋸１６は、従来の丸鋸１０で生じていた共振的な振動が抑制され、切削面の向上を図り得るものである。なお、特許文献１の丸鋸１６は、各切削歯１２の切削半径Ｒ₀が何れも等しいので、任意の切削歯Ｔ_nの送り量ｌ_nは、該切削歯Ｔ_nの切込み量Ｓ_nと同じである。また、以下の説明で、この丸鋸１６を、不等ピッチ丸鋸と称する。
特公昭６０−８１６３号公報

しかしながら、特許文献１に示す不等ピッチ丸鋸１６を用いてワーク１４を切削した場合、新たな別の問題が生じている。前述したように、不等ピッチ丸鋸１６の各切削歯１２における切込み量は異なるので、該切込み量が大きな切削歯１２、すなわちピッチ角の大きい切削歯１２に加わる切削抵抗は増大することになる。従って、ピッチ角の大きい切削歯１２に過度に強い切削抵抗が加わると、該切削歯１２の先端がチッピングしたり、折損したりすることがあった。また、各切削歯１２としてチップを固着した所謂チップソーでは、該チップが大きな切削抵抗によって脱落してしまう欠点が指摘される。また、切削抵抗の増大によりワーク１４の切断箇所のバリが大きくなったり、切断面が粗くなったりして、切断品質が低下する問題も生じてしまう。

そこで、前記不等ピッチ丸鋸１６の送り速度を小さくすることで、切削歯１２に加わる負荷を低減させることも可能であるが、これでは切削効率が低下して、ワーク１４の加工コストが嵩んでしまう。

すなわち本発明は、前述した従来技術に係る回転切削工具が内在している欠点に鑑み開発されたものであって、切削時に共振的な振動の抑制が図られると共に切削歯のチッピングや折損を回避でき、しかも加工効率を低下させることのない回転切削工具を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る回転切削工具は、
円形の本体外周部分に切削歯が放射状に不等ピッチ角で突出し、歯数がＺとなる回転切削工具において、
平均ピッチ角３６０°／Ｚをθとし、
任意の切削歯を基準切削歯Ｔ₀とし、
前記基準切削歯Ｔ₀の切削半径を基準切削半径Ｒ₀とし、
前記基準切削歯Ｔ₀から反回転方向へｎ番目に位置する切削歯をＴ_nとし、
回転中心Ｏに対して前記基準切削歯Ｔ₀と切削歯Ｔ_nとがなす中心角をΘ_nとし、
相対角度差α_nをα_n＝Θ_n−ｎθと定義した際に、
前記切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nを、前記相対角度差α_nの値に応じて前記基準切削半径Ｒ₀に対して減少または増減させることで、
一定の送り速度でかつ直線的にワークを切削した際に、全ての切削歯におけるワークに対する切込み量が略等しくなるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る回転切削工具によれば、各切削歯を不等ピッチ角で設けたことで切削時の共振的な振動が防止されると共に、全ての切削歯における切込み量が略等しくなって、加工効率を低下させることなく、切削歯の先端のチッピング、折損あるいは固着チップの脱落を回避することが可能となる。

次に、本発明に係る回転切削工具につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、実施例では、回転切削工具として丸鋸を使用した場合を示すが、これに限定される訳でなく、種々のフライス等の回転切削工具であってもよい。また、以下の説明において、丸鋸は、送り速度Ｆ、回転数Ｎでワークを直線的に切削するものとする。

実施例に係る丸鋸１８は、図１に示すように、歯数がＺとなる切削歯１２が、円形の本体外周部分に不等ピッチ角で放射状に配設されている。また、各切削歯１２における先端から回転中心Ｏまでの離間距離、すなわち、切削半径が、基準切削歯Ｔ₀の基準切削半径Ｒ₀を基準に増減させて、夫々が異なるように設定されている。以下において、この切削半径の設定方法について説明する。

先ず、図２(ａ)に示すように、基準切削半径Ｒ₀、歯数Ｚ(＝６)、切削歯Ｔ₀を基準切削歯とする基準丸鋸１０を想定して説明を行なう。前述したように、基準丸鋸１０の各切削歯１２の切込み量および送り量は一定であって、Ｓ₀＝ｌ₀である(式１参照)。

また、図２(ｂ)に示すように、基準切削半径Ｒ₀、歯数Ｚ(＝６)で、切削歯Ｔ₀を基準切削歯とする不等ピッチ丸鋸１６を想定する。この不等ピッチ丸鋸１６は、前述したように、任意の切削歯Ｔ_nにおける切込み量Ｓ_nはその送り量ｌ_nに等しく、ピッチ角θ_nの関数で表される。ここで、Ｚ・θ＝３６０°、Ｓ₀＝Ｆ／(Ｎ・Ｚ)を式２に代入して、
［式３］Ｓ_n＝ｌ_n＝Ｓ₀・(θ_n／θ)
となる。ここで、不等ピッチ丸鋸１６の各切削歯１２の切削半径を変更させて、各切削歯１２における切込み量を一定にする(すなわち、各切削歯１２における切込み量が前記基準切込み量Ｓ₀となるよう、各切削歯１２の切削半径を基準切削半径Ｒ₀から増減させる)ことを考える。

前記基準切削歯Ｔ₀から反回転方向に隣接する切削歯Ｔ₁の送り量ｌ₁は、式３より、
［式４］ｌ₁＝ｌ₀・(θ₁／θ)
となる。図２(ｂ)に示すように、不等ピッチ丸鋸１６における切削歯Ｔ₁の送り量ｌ₁は、前記基準送り量ｌ₀よりｌ₀−ｌ₁だけ小さいので、該切削歯Ｔ₁の切削半径を基準切削半径Ｒ₀よりｌ₀−ｌ₁だけ大きくすることで、切削歯Ｔ₁の切込み量Ｓ₁が基準切込み量Ｓ₀と等しくなる。従って、
［式５］Ｒ₁＝Ｒ₀＋ｌ₀−ｌ₁＝Ｒ₀＋ｌ₀・{１−(θ₁／θ)}
となる。ここで、基準送り量ｌ₀は、前記基準切込み量Ｓ₀と等しいので、
［式６］Ｒ₁＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{１−(θ₁／θ)}
と表される。

また、前記不等ピッチ丸鋸１６における切削歯Ｔ₂の切込み量Ｓ₂が前記基準切込み量Ｓ₀と等しくなるには、前記切削ラインＬ上において、初期の基準切削歯Ｔ₀の位置(以下、原点Ｏとする)から距離２Ｓ₀だけ離れた位置(すなわち、基準丸鋸１０の切削歯Ｔ₂が切削する位置)を該切削歯Ｔ₂が切削するよう切削半径Ｒ₂を増減させればよい。すなわち、前記切削歯Ｔ₂が切削ラインＬ上に到達したときに、前記不等ピッチ丸鋸１６はｌ₁＋ｌ₂だけ移動しているので、該切削歯Ｔ₂の切削半径Ｒ₂を、基準切削半径Ｒ₀から２Ｓ₀−(ｌ₁＋ｌ₂)だけ大きくすれば、該切削歯Ｔ₂は原点Ｏから距離２Ｓ₀の位置を切削することとなる。従って、
［式７］Ｒ₂＝Ｒ₀＋２Ｓ₀−(ｌ₁＋ｌ₂)＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{２−((θ₁＋θ₂)／θ)}
となる。

以下同様にして、切削半径Ｒ₃,Ｒ₄,・・・について求めていくと、不等ピッチ丸鋸１６の任意の切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nは、
［式８］Ｒ_n＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{ｎ−((θ₁＋θ₂＋・・・＋θ_n)／θ)}
と表される。ここで、図３に示すように、θ₁＋θ₂＋・・・＋θ_nは、回転中心Ｏに対して基準切削歯Ｔ₀と切削歯Ｔ_nとがなす中心角であるから、これをΘ_nとすると、
［式９］Ｒ_n＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{ｎ−(Θ_n／θ)}
と表すことができる。更に、図３に示すように、Θ_n＝ｎθ＋α_nなる相対角度差α_nを定義し、式９に代入すると、
［式１０］Ｒ_n＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{ｎ−(ｎθ＋α_n)／θ}＝Ｒ₀−(Ｓ₀／θ) α_n
と表すことができる。

このように、前記不等ピッチ丸鋸１６における夫々の切削半径を、基準切削半径Ｒ₀に対して増減させて決定することで、図４に示すように、各切削歯の送り量は異なるものの、夫々の切込み量を基準切込み量Ｓ₀と等しくすることができる。言い換えると、実施例に係る丸鋸１８は、式１０に表されるように、各切削歯１２における切削半径が、前記基準切削半径Ｒ₀を切片とし、−Ｓ₀／θを傾きとする前記相対角度差α_nの一次関数として規定されている。このように切削半径を設定することで、一定の送り速度でかつ直線的にワーク１４を切削した場合に、該ワーク１４に対する切込み量を何れの切削歯においても一定値とすることができる。すなわち、各切削歯を不等ピッチ角で設けていても、前記各切込み量を基準切込み量Ｓ₀とすることができる。従って、実施例に係る丸鋸１８を用いてワーク１４を切削すれば、従来問題となっていた切削時での共振的な振動が抑制されて、切削歯１２の先端のチッピング、折損あるいは固着チップの脱落が生じることがない。

なお、実施例においては、前記丸鋸１８の各切削半径を、前記基準切削半径Ｒ₀を基準に、これを増減させて決定したものであったが、任意の切削歯Ｔ_n-1の切削半径Ｒ_n-1から、反回転方向に隣接する切削歯Ｔ_nの切削半径Ｒ_nを決定することも可能である。すなわち、式８より切削歯Ｔ_n-1の切削半径Ｒ_n-1を求めると、
［式１１］Ｒ_n-1＝Ｒ₀＋Ｓ₀・{(ｎ−１)−((θ₁＋θ₂＋・・・＋θ_n-1)／θ)}
と表される。式８と式１０との差をとると、
［式１２］Ｒ_n−Ｒ_n-1＝Ｓ₀・(θ−θ_n)／θ
となる。従って、任意の切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nは、
［式１３］Ｒ_n＝Ｒ_n-1＋Ｓ₀・(θ−θ_n)／θ
と表すことができる。この式１３より、前記丸鋸１８の各切削歯１２における切削半径を、回転方向に隣接する切削歯１２の切削半径を基準にして決定することができる。勿論、式１３から各切削半径が設定された前記丸鋸１８を用いた場合でも、各切削歯におけるワークに対する切込み量は一定(すなわち、基準切込み量Ｓ₀)となって、上記と同一の効果が得られる。

実施例に係る丸鋸の一部拡大図である。 基準丸鋸および不等ピッチ丸鋸の切削の様子を表す説明図であって、(ａ)は基準丸鋸を示し、(ｂ)は不等ピッチ丸鋸を示している。 実施例に係る丸鋸を示す説明図である。 実施例に係る丸鋸の切削の様子を示す説明図である。 基準丸鋸を示す一部拡大図である。 基準丸鋸が切削する様子を示す説明図である。 不等ピッチ丸鋸を示す一部拡大図である。 不等ピッチ丸鋸が切削する様子を示す説明図である。

符号の説明

１２ 切削歯
１４ ワーク
１８ 丸鋸(回転切削工具)

Claims (2)

1. 円形の本体外周部分に切削歯(12)が放射状に不等ピッチ角で突出し、歯数がＺとなる回転切削工具(18)において、
   平均ピッチ角３６０°／Ｚをθとし、
   任意の切削歯(12)を基準切削歯Ｔ₀とし、
   前記基準切削歯Ｔ₀の切削半径を基準切削半径Ｒ₀とし、
   前記基準切削歯Ｔ₀から反回転方向へｎ番目に位置する切削歯をＴ_nとし、
   回転中心Ｏに対して前記基準切削歯Ｔ₀と切削歯Ｔ_nとがなす中心角をΘ_nとし、
   相対角度差α_nをα_n＝Θ_n−ｎθと定義した際に、
   前記切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nを、前記相対角度差α_nの値に応じて前記基準切削半径Ｒ₀に対して減少または増大させることで、
   一定の送り速度でかつ直線的にワーク(14)を切削した際に、全ての切削歯(12)におけるワーク(14)に対する切込み量が略等しくなるようにした
   ことを特徴とする回転切削工具。
2. 前記回転切削工具(18)における回転数をＮ、送り速度をＦとした場合に、平均的な１歯当たりの切込み量Ｓ₀はＳ₀＝Ｆ／(Ｎ・Ｚ)と表され、前記任意の切削歯Ｔ_nにおける切削半径Ｒ_nは、前記基準切削半径Ｒ₀を切片とし、−Ｓ₀／θを傾きとする前記相対角度差α_nの一次関数Ｒ_n＝Ｒ₀−(Ｓ₀／θ) ・α_nとして規定される請求項１記載の回転切削工具。
   

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