JPH04761B2 - - Google Patents
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Description
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はバイトに係り、特に凸曲線のすくい面
を有する凸曲線切刃を形成しているチツプをシヤ
ンクの前端面に固定したバイトに関する。 （従来の技術） 棒状のシヤンクの先端に超硬やセラミツクのチ
ツプを固定したバイトは、旋盤、中ぐり盤、形削
り盤などの多種類の工作機械に広く用いられてい
る。従来のバイトは第２６図及び第２７図に示さ
れたように、シヤンク１の先端にチツプ２を固定
したものである。第２６図は丸棒状のワーク３の
外周を旋削している状態を示し、また第２７図は
円盤状のワーク３の端面を切削している状態を示
している。なお、図中符号Ｎはワーク３の回転方
向を示し、またｆはバイトの送り方向を示してい
る。 （発明が解決しようとする課題） このような従来のバイトはいずれもチツプ２の
横刃と先刃の間のノーズ４の部分で切削している
ために、ノーズ４の摩耗や欠損が多く、また、チ
ツプの他の大部分は切削に関与しないまま廃棄さ
れることが多く無駄な使い方がされていた。ま
た、切削時のビビリ振動を防止するために、ノー
ズ４の半径は小さく設定されることが多い。その
ために、送り量を増大すると仕上面粗さを害する
し、逆に送り量を小さく設定すると切削能率が低
下することになる。ちなみに、仕上面粗さをH0、
ワーク３の１回転当りの送り量をｆ、ノーズの半
径をｒで表わすと、H0＝f2／8rの関係にある。 さらにまた、チツプ２を超硬合金やサーメツト
やセラミツクスなどの高硬度の材料で構成した場
合には、すくい角を大きくとることができないた
めに切れ味が劣り切削抵抗も増大し微少切込みが
できなかつた。また、切削抵抗が大きいことから
切削熱の発生が多く、そのためバイトやワークの
熱膨張が多く、高い加工精度を得ることが難しか
つた。さらに、ワークを接続切削した場合にはチ
ツプのノーズが欠損しやすく、バリやカエリの発
生も多かつた。 そこで、本発明の目的は、上述した従来のバイ
トが有する欠点を解消し、大きい送り量でも良好
な仕上面が得られると共に切れ味を向上させ、断
続切削でもチツプが欠損することのないバイトを
提供することにある。 〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によるバイト
は前端面から後側にかけて延びる収容部を有する
シヤンクと、外周部に互いに平行な第１および第
２の平面にわたるように凸曲面を保つて形成さ
れ、少なくとも第２の平面側に凸曲線切刃を備え
たすくい面を具備するチツプとを備え、このチツ
プは収容部の底面に第１の平面を当接した状態で
シヤンクの長手方向の軸に直角な仮想面に対して
傾斜している第２の平面による逃げ角を保持する
と共に、凸曲線切刃はワークの被加工面に垂直な
方向からみて凸曲線切刃上の任意の点を通る各接
線の傾きが切削速度方向とその垂線とに囲まれ、
かつ凸曲線切刃のほぼ中点における接線の切削速
度方向側の線分を含む同一象限内にあるように凸
曲線切刃のほぼ中点における接線と、その中点に
おける切削速度方向への垂線とのなす角度を定め
ることを特徴とするものである。 （作用） 本発明の切削機構を図面を参照して説明する。 第９図はチツプ２の凸曲線切刃６ａを角度ｉだ
け傾斜させて、切削速度VWで切削している状態
での諸角度と速度の関係を説明するモデル図であ
り、説明を簡単にするために送りｆは省略し、ワ
ーク３の幅は凸曲線切刃６ａの刃幅よりも狭くし
てある。また、切りくず１６の流出方向を明示す
るために、切りくずはカールせず直線的に流出し
ているものとしている。なお、切りくず１６は凸
曲線切刃６ａの傾斜した方向に流出する。同図に
おいて、Vcは切りくず１６の流出速度、αoは垂
直すくい角、αeは有効すくい角、ηcは切りくず流
出角を表わす。 なお、このモデル図におけるチツプ２は後述の
実施例の輪郭形状がほぼ三角形状をしたチツプで
あり、切削に直接関与する先の凸曲線切刃６ａの
残りの二片は切刃６として形成されている。 一般に、凸曲線切刃６ａが切削速度方向に直角
に交わる垂線ｌに対して角度ｉだけ傾いていると
き、切りくず１６の流出角ηcは切刃に垂直な平面
と、切りくずの流れの方向とのなす角をすくい面
上で測つた値であり、幾何学的関係から次式が得
られる。 sinαe＝sinηcsini ＋cosηccosisinαo ……(1) 上式において、右辺の垂直すくい角αoは切刃と
仕上面に垂直な面内のすくい角であり、バイトの
設計時点で設定し、実際の測定も容易である。左
辺の有効すくい角αeは、第９図に示すように切削
速度VWと切りくず１６の流出速度Vcを含む面内
のすくい角であり、切削機構を支配する最も重要
なすくい角である。上式により、切りくず１６の
流出角ηcが定まれば有効すくい角αeが算出できる
ことになる。切りくず１６の流出角ηcは切削幅に
等しいワーク３の幅ｂと切りくず１６の幅bcの測
定値を次式に代入すれば近似的に求めることがで
きる。 cosηc＝bccosi／ｂ ……(2) 実際に切りくず幅、切削幅、垂直すくい角を測定
し、切りくず流出角を計算した結果、点P0にお
ける角度ｉが60°、垂直すくい角αoが−10°のと
き、切りくず流出角ηcは約50°、切れ味を表わす
有効すくい角αeは約40°であつた。このことは、
バイトのすくい角そのものは大きくない鈍い切刃
であつても、切刃を適切な角度ｉを保つて傾斜さ
せることにより実質的に極めて大きなすくい角と
して切れ味の良い切削作用を行なうことを意味し
ている。実験によれば、角度ｉは30°〜60°の範囲
が望ましい値である。 第９図は傾斜した凸曲線切刃６ａ上の一点P0
に関する切削機構を説明する図であつたが、第１
０図は傾斜した凸曲線切刃６ａ上の各点P0，P1，
P2，P3，P4における切りくず流出角ηc1，ηc2，
ηc3，ηc4を模式的に示す部分斜視説明図であり、
各点の接線の傾きが表わす傾斜角およびすくい角
の差異により、切りくず流出角も微妙に異なつて
おり、このため切りくず内部の応力が分散して切
りくずの幅は広くなる傾向にあり、また切刃形状
が切りくず形状に転写して切りくずの横断面は湾
曲して強固であり、切りくず全体として凸曲線切
刃６ａの傾斜方向へ滑らかに流出するため切刃６
ａに滞留したり付着することがなく、従来のバイ
トに見られるような切りくず付着に起因する摩耗
は抑制され、仕上面は良好に保たれかつ、バイト
の寿命も格段に延びることになる。 第１１図はチツプ２の凸曲線切刃６ａと、切削
速度ならびに送りの方向の関係を示す平面説明図
であり、凸曲線切刃６ａのみ実線で示している。
同図において、切削速度方向がVW1で示した方向
の場合には送りの方向はf1か、それと逆方向の
f1′のいずれでも良く、切削速度方向がVW2で示
した方向の場合には送りはf2か、それの逆方向の
f2′のいずれでも良いので実際に使用するうえで
便利である。また、第１１図において、凸曲線切
刃６ａに作用する切削抵抗の主分力は切削速度方
向と同方向に作用するため、切削速度VW1で示し
た方向のときには主分力は切削速度方向と同方向
に作用するため、切削速度VW1で示した方向のと
きには主分力FPの作用する方向はf2′に一致する。 すなわち、従来のバイトではチツプの厚さの薄
い方向で切削抵抗の主分力を受けていたため、チ
ツプの欠損事故が生じたが、本発明になるバイト
では、第１１図に示したようにチツプの寸法が大
きい方向で主分力FPを受けることになるため、
チツプの強度を大きく向上させることができ、特
に、断続切削中のチツプの欠損をなくすことが可
能である。 次に、凸曲線切刃上の任意の点に与えられる傾
斜角について説明する。 なお、例として全周が凸曲線のすくい面となる
円形チツプをとりあげる。 第１２図は凸曲面のすくい面を有する凸曲線切
刃を備えたチツプ２の切削中の状態を切削速度方
向から描き表わしたものである。凸曲面を有する
凸曲線切刃は必然的にワーク３の被加工面に浅く
接触する点Ａ（切込み端）最も深く接触する点P0
（最深部）浅く接触する点Ｂ（仕上げ端）を持つこ
とになる。切込端Ａおよび仕上げ端Ｂと最深部
P0との間には、チツプの曲率半径に応じて切込
み量に差が生じる。ここで、ｔはワーク３の表面
から最深部P0にかけての垂直距離であつて、切
込み量を示している。 また、切削断面形状は図中斜線部S′として説明
されるが、この形状がどのように定まるかは改め
て説明する。 本発明は凸曲線切刃上の任意の点を通る各接線
の傾きが切削速度方向VWとその垂線ｌとに囲ま
れ、かつ凸曲線切刃の中点P0における接線mpの
切削速度方向側の線分を含む同一象限内にあるこ
とを特徴としている。この点を図を参照して説明
すると、第１３図は同じ円形チツプの切削中の状
態を切削速度方向VWに垂直な方向から描き表わ
したものである。先の切込み端Ａ、最深部P0お
よび仕上げ端Ｂは図のそれぞれの位置に示され
る。最深部P0（切刃の中点）の接線mpの傾きは次
のようになつている。切削方向への垂線ｌを最深
部P0を通して引くと接線mpとの間に角度ipが描
かれる。同様に、切込み端Ａおよび仕上げ端Ｂに
も接線mAおよび接線mBとの間に角度iAおよび角
度iBが描かれる。これらの角度ip，iA，iBが本発明
においては同一象限内にあり、傾きの方向も変わ
らない。先に述べた切削中の状態を示す第１２図
を参照すると、チツプ２の下面は角度ipの接線
mpの垂線ｊに沿つて逃げ角（図示省略）を与え
ると、楕円Ｅとして描かれる。この楕円Ｅとワー
ク３の被加工面との間に囲まれる領域AP0Ｂ（斜
線部S′）が切削断面形状であり、これが切刃上の
点P0を通る垂線ｎに関して非対象な形状となる。
この点の切削機構上に現れる特徴は切刃の傾斜角
が大きい中点P0の左側の部分つまり切込み端Ａ
寄りの部分がワーク３を削り始め、次に傾いた楕
円Ｅの最深部P0（切刃の中点）まで切込みｔをか
け、最後に右側の緩やかな曲線を描く部分、つま
り最深部P0から仕上げ端Ｂにかけての部分で仕
上げ面を生成するという過程が必然的なものとな
る。 本発明の円形チツプの配置に従えば、最深部
P0から切込み端Ａ寄りの部分と、仕上げ端Ｂに
かけての部分とを比較して、曲率半径は仕上げ端
Ｂにかけての部分が明らかに大きくなる。この配
置は仕上げ面の粗さを良好に保つのに重要であ
る。すなわち、既に述べたように、理論仕上げ面
粗さH0は送り量をｆ、ノーズ半径をｒとすると、
H0＝f2／8rで表わされる。計算ならびに実測の結
果、本発明の配置に従うとき、同じ直径を持つも
のであつても、実際上はすくい面を平面状に構成
した円形チツプを用いて最深部P0を通る垂線ｎ
に関して対称な切削断面形状が得られるように配
置したもの（第２８図ａ参照）と比べて、約５倍
の曲率半径の円で近似できる大きなノーズ半径に
相当することが確認されており、粗さも５倍は優
れたものとなる。勿論、凸曲面を持たない短形の
チツプをもつて同じような配置を採る場合（第２
８図ｂ参照）と比べても、この配置は上記式中、
分母のノーズ半径ｒがきわめて小さくなり、切削
断面形状が鋸歯状を呈するために殆ど比較になら
ない程、粗い面となる。 本発明の利点はこれに留らず、曲率半径の大き
い切刃で切削抵抗を分散して受けるために欠損が
生じにくい。すなわち、第２８図ｂのような尖つ
ている切刃はそこに切削抵抗による応力が集中
し、特に断続切削に使用されたとき、簡単に破損
してしまう。また、第２８図ａと比較してもノー
ズ部の強度は格段に本発明の配置のものが優れて
おり、チツプの厚さはそのままでも切削抵抗の作
用方向に実質的な厚みが増して切刃強度の向上を
図ることができる。これはたとえば、工具材料が
希少な金属のタングステン、タンタル、コバルト
を含むようなとき、これらの金属の消費を抑制
し、資源の節約をもたらすことになる。 一方また、凸曲面のすくい面を構成した本発明
は切りくずや構成刃先などが切刃に溶着すること
がなくなるため、溶着摩耗が減つて工具寿命を延
ばすことができる。その結果、仕上げ面粗さも優
れることになる。 さらに、凸曲面のすくい面では、生成した切り
くずがすくい面のカーブに沿うことができず、切
りくずの付着がなくなり、切りくずが円滑に排除
されて仕上げ面が切りくずのために損傷を受ける
ことがなくなる。 また、すくい面に作用する切削抵抗は前記すく
い面が凸曲面であるため、各方向に分散されるこ
とになり、結果的に切刃の強度が平面よりも優れ
ることになり、断続切削でも工具の摩耗や欠損が
減少し、寿命を長くすることができる。加えて、
切刃の強度が向上することから、ダイヤモンドや
セラミツクスなど、非常に硬くて鋭利な工具材種
も使用することが可能となり、より長時間、良好
な仕上げ面粗さを得ることができる。 さらに、切削振動の原因の一つである切りくず
生成時の剪断周波数がすくい面が凸曲面であると
切刃上の各点でずれるため、互いに打ち消し合う
ように機能し、その結果、切削振動が減少するこ
とが確認されている。したがつて、振動に起因す
る工具の摩耗や欠損が減少し、寿命が長くなるほ
か、良好な仕上げ面粗さを得ることができる。 こうした凸曲面のすくい面を構成したときの優
れた効果は本発明に固有のもので、平面のすくい
面を持つ第２８図ａ，ｂのチツプによつては得る
ことができない。 （実施例） 以下、本発明によるバイトの実施例を第１図な
いし第８図を参照して説明する。 第１図ないし第３図は、チツプ２の輪郭形状が
ほぼ三角形状をした例を示しており、チツプ２
は、第３図Ａ，Ｂに示したように、厚さｔを保つ
て互いに平行な上面および下面を形成し、この二
つの面にわたる正三角形５を基準とした凸曲面の
すくい面を有する切刃６，６，６として構成され
ている。また、切刃６は半径Ｒの円弧で形成され
る凸曲線切刃を有する。上記チツプ２の中央には
取付孔７が穿設されている。 上記チツプ２は、第１図および第２図に示され
るように、シヤンク１の前端面を切欠いて形成さ
れる収容部、例えば凹部８内に収容され、凹部８
の底面８ａとの間にはシム９が介挿されている。
上記凹部８の底面８ａと側面８ｂとの境界には逃
がし孔１０が形成されている。上記チツプ２をシ
ヤンク１に対して固定するには、締付けボルト１
１の回動操作によつてロツク位置とアンロツク位
置に動かせるレバー１２を取付孔７に挿入してロ
ツク位置に動かせばよい。また、この取付状態で
チツプ２の切刃６のうち切削に供せられるのは外
側に位置した凸曲線切刃６ａである。 この切刃６の向きは後に第５図を参照して説明
される凸曲線切刃６ａのほぼ中点P0における接
線ｍと、切削速度方向VWに直交する垂線ｌとの
なす角度ｉによつて決められる。第１図に示した
例では、ほぼ正三角形状のチツプ２を正立した状
態で使用しているため角度ｉは60度となつてい
る。また、第２図から明らかなように、凸曲線切
刃６ａの背部のシヤンク１の一部は切りくずを排
出しやすくするための排出ポケツト１３が形成さ
れている。 上記凸曲線切刃６ａには前逃げ角εが付与され
ており、この前逃げ角εは、第１図に示したよう
に、曲率半径Ｒの凸曲線切刃６ａのほぼ中点P0
を通る接線ｍと直交する垂線ｎに沿つて付与する
と、前記中点P0がシヤンク１の最前方に突出す
ることになり切込み深さを大きくとることができ
る。前逃げ角εの値としては3°〜11°の範囲内で
設定すればよい。なお、第２図において、シヤン
ク１の先端に示した破線はシヤンク１の長手方向
の軸と直交する仮想面を示し、実際のチツプ２の
前面は前逃げ角εの影響で傾斜面となつているこ
とがわかる。 第４図は、立旋盤等の工作機械によりリング状
のワーク３の端面１４を上述した本発明によるバ
イトで旋削加工している状態を示している。この
例ではシヤンク１はその長手方向の軸がワーク３
の被削面１４に対してほぼ垂直に位置しており、
チツプ２の凸曲線切刃６ａの中点P0とその周辺
がワーク３の中に切込まれている。この例におけ
る切削中のチツプ２の凸曲線切刃６ａの立体空間
における直交した３つの平面Pxy，Pxz，Pyzへ
投影形状を第５図を参照して説明する。 図中矢印は切削速度方向VWを示している。チ
ツプ２の凸曲線切刃６ａは平面Pxyと平行な切削
面に対して前逃げ角εを保ってほぼ平行に近い状
態となつているため、凸曲線切刃６ａは実質的に
大きな曲線切刃として切削作用を行なうことにな
り、送り量ｆが大きくても仕上面粗さの最大値
H0は極めて微少な平坦に面となる。 第６図は本実施例のバイトを用いて下記切削条
件諸元に基づいて切削した場合における仕上面の
粗さ曲線を示している。
を有する凸曲線切刃を形成しているチツプをシヤ
ンクの前端面に固定したバイトに関する。 （従来の技術） 棒状のシヤンクの先端に超硬やセラミツクのチ
ツプを固定したバイトは、旋盤、中ぐり盤、形削
り盤などの多種類の工作機械に広く用いられてい
る。従来のバイトは第２６図及び第２７図に示さ
れたように、シヤンク１の先端にチツプ２を固定
したものである。第２６図は丸棒状のワーク３の
外周を旋削している状態を示し、また第２７図は
円盤状のワーク３の端面を切削している状態を示
している。なお、図中符号Ｎはワーク３の回転方
向を示し、またｆはバイトの送り方向を示してい
る。 （発明が解決しようとする課題） このような従来のバイトはいずれもチツプ２の
横刃と先刃の間のノーズ４の部分で切削している
ために、ノーズ４の摩耗や欠損が多く、また、チ
ツプの他の大部分は切削に関与しないまま廃棄さ
れることが多く無駄な使い方がされていた。ま
た、切削時のビビリ振動を防止するために、ノー
ズ４の半径は小さく設定されることが多い。その
ために、送り量を増大すると仕上面粗さを害する
し、逆に送り量を小さく設定すると切削能率が低
下することになる。ちなみに、仕上面粗さをH0、
ワーク３の１回転当りの送り量をｆ、ノーズの半
径をｒで表わすと、H0＝f2／8rの関係にある。 さらにまた、チツプ２を超硬合金やサーメツト
やセラミツクスなどの高硬度の材料で構成した場
合には、すくい角を大きくとることができないた
めに切れ味が劣り切削抵抗も増大し微少切込みが
できなかつた。また、切削抵抗が大きいことから
切削熱の発生が多く、そのためバイトやワークの
熱膨張が多く、高い加工精度を得ることが難しか
つた。さらに、ワークを接続切削した場合にはチ
ツプのノーズが欠損しやすく、バリやカエリの発
生も多かつた。 そこで、本発明の目的は、上述した従来のバイ
トが有する欠点を解消し、大きい送り量でも良好
な仕上面が得られると共に切れ味を向上させ、断
続切削でもチツプが欠損することのないバイトを
提供することにある。 〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によるバイト
は前端面から後側にかけて延びる収容部を有する
シヤンクと、外周部に互いに平行な第１および第
２の平面にわたるように凸曲面を保つて形成さ
れ、少なくとも第２の平面側に凸曲線切刃を備え
たすくい面を具備するチツプとを備え、このチツ
プは収容部の底面に第１の平面を当接した状態で
シヤンクの長手方向の軸に直角な仮想面に対して
傾斜している第２の平面による逃げ角を保持する
と共に、凸曲線切刃はワークの被加工面に垂直な
方向からみて凸曲線切刃上の任意の点を通る各接
線の傾きが切削速度方向とその垂線とに囲まれ、
かつ凸曲線切刃のほぼ中点における接線の切削速
度方向側の線分を含む同一象限内にあるように凸
曲線切刃のほぼ中点における接線と、その中点に
おける切削速度方向への垂線とのなす角度を定め
ることを特徴とするものである。 （作用） 本発明の切削機構を図面を参照して説明する。 第９図はチツプ２の凸曲線切刃６ａを角度ｉだ
け傾斜させて、切削速度VWで切削している状態
での諸角度と速度の関係を説明するモデル図であ
り、説明を簡単にするために送りｆは省略し、ワ
ーク３の幅は凸曲線切刃６ａの刃幅よりも狭くし
てある。また、切りくず１６の流出方向を明示す
るために、切りくずはカールせず直線的に流出し
ているものとしている。なお、切りくず１６は凸
曲線切刃６ａの傾斜した方向に流出する。同図に
おいて、Vcは切りくず１６の流出速度、αoは垂
直すくい角、αeは有効すくい角、ηcは切りくず流
出角を表わす。 なお、このモデル図におけるチツプ２は後述の
実施例の輪郭形状がほぼ三角形状をしたチツプで
あり、切削に直接関与する先の凸曲線切刃６ａの
残りの二片は切刃６として形成されている。 一般に、凸曲線切刃６ａが切削速度方向に直角
に交わる垂線ｌに対して角度ｉだけ傾いていると
き、切りくず１６の流出角ηcは切刃に垂直な平面
と、切りくずの流れの方向とのなす角をすくい面
上で測つた値であり、幾何学的関係から次式が得
られる。 sinαe＝sinηcsini ＋cosηccosisinαo ……(1) 上式において、右辺の垂直すくい角αoは切刃と
仕上面に垂直な面内のすくい角であり、バイトの
設計時点で設定し、実際の測定も容易である。左
辺の有効すくい角αeは、第９図に示すように切削
速度VWと切りくず１６の流出速度Vcを含む面内
のすくい角であり、切削機構を支配する最も重要
なすくい角である。上式により、切りくず１６の
流出角ηcが定まれば有効すくい角αeが算出できる
ことになる。切りくず１６の流出角ηcは切削幅に
等しいワーク３の幅ｂと切りくず１６の幅bcの測
定値を次式に代入すれば近似的に求めることがで
きる。 cosηc＝bccosi／ｂ ……(2) 実際に切りくず幅、切削幅、垂直すくい角を測定
し、切りくず流出角を計算した結果、点P0にお
ける角度ｉが60°、垂直すくい角αoが−10°のと
き、切りくず流出角ηcは約50°、切れ味を表わす
有効すくい角αeは約40°であつた。このことは、
バイトのすくい角そのものは大きくない鈍い切刃
であつても、切刃を適切な角度ｉを保つて傾斜さ
せることにより実質的に極めて大きなすくい角と
して切れ味の良い切削作用を行なうことを意味し
ている。実験によれば、角度ｉは30°〜60°の範囲
が望ましい値である。 第９図は傾斜した凸曲線切刃６ａ上の一点P0
に関する切削機構を説明する図であつたが、第１
０図は傾斜した凸曲線切刃６ａ上の各点P0，P1，
P2，P3，P4における切りくず流出角ηc1，ηc2，
ηc3，ηc4を模式的に示す部分斜視説明図であり、
各点の接線の傾きが表わす傾斜角およびすくい角
の差異により、切りくず流出角も微妙に異なつて
おり、このため切りくず内部の応力が分散して切
りくずの幅は広くなる傾向にあり、また切刃形状
が切りくず形状に転写して切りくずの横断面は湾
曲して強固であり、切りくず全体として凸曲線切
刃６ａの傾斜方向へ滑らかに流出するため切刃６
ａに滞留したり付着することがなく、従来のバイ
トに見られるような切りくず付着に起因する摩耗
は抑制され、仕上面は良好に保たれかつ、バイト
の寿命も格段に延びることになる。 第１１図はチツプ２の凸曲線切刃６ａと、切削
速度ならびに送りの方向の関係を示す平面説明図
であり、凸曲線切刃６ａのみ実線で示している。
同図において、切削速度方向がVW1で示した方向
の場合には送りの方向はf1か、それと逆方向の
f1′のいずれでも良く、切削速度方向がVW2で示
した方向の場合には送りはf2か、それの逆方向の
f2′のいずれでも良いので実際に使用するうえで
便利である。また、第１１図において、凸曲線切
刃６ａに作用する切削抵抗の主分力は切削速度方
向と同方向に作用するため、切削速度VW1で示し
た方向のときには主分力は切削速度方向と同方向
に作用するため、切削速度VW1で示した方向のと
きには主分力FPの作用する方向はf2′に一致する。 すなわち、従来のバイトではチツプの厚さの薄
い方向で切削抵抗の主分力を受けていたため、チ
ツプの欠損事故が生じたが、本発明になるバイト
では、第１１図に示したようにチツプの寸法が大
きい方向で主分力FPを受けることになるため、
チツプの強度を大きく向上させることができ、特
に、断続切削中のチツプの欠損をなくすことが可
能である。 次に、凸曲線切刃上の任意の点に与えられる傾
斜角について説明する。 なお、例として全周が凸曲線のすくい面となる
円形チツプをとりあげる。 第１２図は凸曲面のすくい面を有する凸曲線切
刃を備えたチツプ２の切削中の状態を切削速度方
向から描き表わしたものである。凸曲面を有する
凸曲線切刃は必然的にワーク３の被加工面に浅く
接触する点Ａ（切込み端）最も深く接触する点P0
（最深部）浅く接触する点Ｂ（仕上げ端）を持つこ
とになる。切込端Ａおよび仕上げ端Ｂと最深部
P0との間には、チツプの曲率半径に応じて切込
み量に差が生じる。ここで、ｔはワーク３の表面
から最深部P0にかけての垂直距離であつて、切
込み量を示している。 また、切削断面形状は図中斜線部S′として説明
されるが、この形状がどのように定まるかは改め
て説明する。 本発明は凸曲線切刃上の任意の点を通る各接線
の傾きが切削速度方向VWとその垂線ｌとに囲ま
れ、かつ凸曲線切刃の中点P0における接線mpの
切削速度方向側の線分を含む同一象限内にあるこ
とを特徴としている。この点を図を参照して説明
すると、第１３図は同じ円形チツプの切削中の状
態を切削速度方向VWに垂直な方向から描き表わ
したものである。先の切込み端Ａ、最深部P0お
よび仕上げ端Ｂは図のそれぞれの位置に示され
る。最深部P0（切刃の中点）の接線mpの傾きは次
のようになつている。切削方向への垂線ｌを最深
部P0を通して引くと接線mpとの間に角度ipが描
かれる。同様に、切込み端Ａおよび仕上げ端Ｂに
も接線mAおよび接線mBとの間に角度iAおよび角
度iBが描かれる。これらの角度ip，iA，iBが本発明
においては同一象限内にあり、傾きの方向も変わ
らない。先に述べた切削中の状態を示す第１２図
を参照すると、チツプ２の下面は角度ipの接線
mpの垂線ｊに沿つて逃げ角（図示省略）を与え
ると、楕円Ｅとして描かれる。この楕円Ｅとワー
ク３の被加工面との間に囲まれる領域AP0Ｂ（斜
線部S′）が切削断面形状であり、これが切刃上の
点P0を通る垂線ｎに関して非対象な形状となる。
この点の切削機構上に現れる特徴は切刃の傾斜角
が大きい中点P0の左側の部分つまり切込み端Ａ
寄りの部分がワーク３を削り始め、次に傾いた楕
円Ｅの最深部P0（切刃の中点）まで切込みｔをか
け、最後に右側の緩やかな曲線を描く部分、つま
り最深部P0から仕上げ端Ｂにかけての部分で仕
上げ面を生成するという過程が必然的なものとな
る。 本発明の円形チツプの配置に従えば、最深部
P0から切込み端Ａ寄りの部分と、仕上げ端Ｂに
かけての部分とを比較して、曲率半径は仕上げ端
Ｂにかけての部分が明らかに大きくなる。この配
置は仕上げ面の粗さを良好に保つのに重要であ
る。すなわち、既に述べたように、理論仕上げ面
粗さH0は送り量をｆ、ノーズ半径をｒとすると、
H0＝f2／8rで表わされる。計算ならびに実測の結
果、本発明の配置に従うとき、同じ直径を持つも
のであつても、実際上はすくい面を平面状に構成
した円形チツプを用いて最深部P0を通る垂線ｎ
に関して対称な切削断面形状が得られるように配
置したもの（第２８図ａ参照）と比べて、約５倍
の曲率半径の円で近似できる大きなノーズ半径に
相当することが確認されており、粗さも５倍は優
れたものとなる。勿論、凸曲面を持たない短形の
チツプをもつて同じような配置を採る場合（第２
８図ｂ参照）と比べても、この配置は上記式中、
分母のノーズ半径ｒがきわめて小さくなり、切削
断面形状が鋸歯状を呈するために殆ど比較になら
ない程、粗い面となる。 本発明の利点はこれに留らず、曲率半径の大き
い切刃で切削抵抗を分散して受けるために欠損が
生じにくい。すなわち、第２８図ｂのような尖つ
ている切刃はそこに切削抵抗による応力が集中
し、特に断続切削に使用されたとき、簡単に破損
してしまう。また、第２８図ａと比較してもノー
ズ部の強度は格段に本発明の配置のものが優れて
おり、チツプの厚さはそのままでも切削抵抗の作
用方向に実質的な厚みが増して切刃強度の向上を
図ることができる。これはたとえば、工具材料が
希少な金属のタングステン、タンタル、コバルト
を含むようなとき、これらの金属の消費を抑制
し、資源の節約をもたらすことになる。 一方また、凸曲面のすくい面を構成した本発明
は切りくずや構成刃先などが切刃に溶着すること
がなくなるため、溶着摩耗が減つて工具寿命を延
ばすことができる。その結果、仕上げ面粗さも優
れることになる。 さらに、凸曲面のすくい面では、生成した切り
くずがすくい面のカーブに沿うことができず、切
りくずの付着がなくなり、切りくずが円滑に排除
されて仕上げ面が切りくずのために損傷を受ける
ことがなくなる。 また、すくい面に作用する切削抵抗は前記すく
い面が凸曲面であるため、各方向に分散されるこ
とになり、結果的に切刃の強度が平面よりも優れ
ることになり、断続切削でも工具の摩耗や欠損が
減少し、寿命を長くすることができる。加えて、
切刃の強度が向上することから、ダイヤモンドや
セラミツクスなど、非常に硬くて鋭利な工具材種
も使用することが可能となり、より長時間、良好
な仕上げ面粗さを得ることができる。 さらに、切削振動の原因の一つである切りくず
生成時の剪断周波数がすくい面が凸曲面であると
切刃上の各点でずれるため、互いに打ち消し合う
ように機能し、その結果、切削振動が減少するこ
とが確認されている。したがつて、振動に起因す
る工具の摩耗や欠損が減少し、寿命が長くなるほ
か、良好な仕上げ面粗さを得ることができる。 こうした凸曲面のすくい面を構成したときの優
れた効果は本発明に固有のもので、平面のすくい
面を持つ第２８図ａ，ｂのチツプによつては得る
ことができない。 （実施例） 以下、本発明によるバイトの実施例を第１図な
いし第８図を参照して説明する。 第１図ないし第３図は、チツプ２の輪郭形状が
ほぼ三角形状をした例を示しており、チツプ２
は、第３図Ａ，Ｂに示したように、厚さｔを保つ
て互いに平行な上面および下面を形成し、この二
つの面にわたる正三角形５を基準とした凸曲面の
すくい面を有する切刃６，６，６として構成され
ている。また、切刃６は半径Ｒの円弧で形成され
る凸曲線切刃を有する。上記チツプ２の中央には
取付孔７が穿設されている。 上記チツプ２は、第１図および第２図に示され
るように、シヤンク１の前端面を切欠いて形成さ
れる収容部、例えば凹部８内に収容され、凹部８
の底面８ａとの間にはシム９が介挿されている。
上記凹部８の底面８ａと側面８ｂとの境界には逃
がし孔１０が形成されている。上記チツプ２をシ
ヤンク１に対して固定するには、締付けボルト１
１の回動操作によつてロツク位置とアンロツク位
置に動かせるレバー１２を取付孔７に挿入してロ
ツク位置に動かせばよい。また、この取付状態で
チツプ２の切刃６のうち切削に供せられるのは外
側に位置した凸曲線切刃６ａである。 この切刃６の向きは後に第５図を参照して説明
される凸曲線切刃６ａのほぼ中点P0における接
線ｍと、切削速度方向VWに直交する垂線ｌとの
なす角度ｉによつて決められる。第１図に示した
例では、ほぼ正三角形状のチツプ２を正立した状
態で使用しているため角度ｉは60度となつてい
る。また、第２図から明らかなように、凸曲線切
刃６ａの背部のシヤンク１の一部は切りくずを排
出しやすくするための排出ポケツト１３が形成さ
れている。 上記凸曲線切刃６ａには前逃げ角εが付与され
ており、この前逃げ角εは、第１図に示したよう
に、曲率半径Ｒの凸曲線切刃６ａのほぼ中点P0
を通る接線ｍと直交する垂線ｎに沿つて付与する
と、前記中点P0がシヤンク１の最前方に突出す
ることになり切込み深さを大きくとることができ
る。前逃げ角εの値としては3°〜11°の範囲内で
設定すればよい。なお、第２図において、シヤン
ク１の先端に示した破線はシヤンク１の長手方向
の軸と直交する仮想面を示し、実際のチツプ２の
前面は前逃げ角εの影響で傾斜面となつているこ
とがわかる。 第４図は、立旋盤等の工作機械によりリング状
のワーク３の端面１４を上述した本発明によるバ
イトで旋削加工している状態を示している。この
例ではシヤンク１はその長手方向の軸がワーク３
の被削面１４に対してほぼ垂直に位置しており、
チツプ２の凸曲線切刃６ａの中点P0とその周辺
がワーク３の中に切込まれている。この例におけ
る切削中のチツプ２の凸曲線切刃６ａの立体空間
における直交した３つの平面Pxy，Pxz，Pyzへ
投影形状を第５図を参照して説明する。 図中矢印は切削速度方向VWを示している。チ
ツプ２の凸曲線切刃６ａは平面Pxyと平行な切削
面に対して前逃げ角εを保ってほぼ平行に近い状
態となつているため、凸曲線切刃６ａは実質的に
大きな曲線切刃として切削作用を行なうことにな
り、送り量ｆが大きくても仕上面粗さの最大値
H0は極めて微少な平坦に面となる。 第６図は本実施例のバイトを用いて下記切削条
件諸元に基づいて切削した場合における仕上面の
粗さ曲線を示している。
【表】
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、凸曲線のすくい面を有する凸曲線切刃を形成
したチツプを被加工面に対して逃げ角を保持して
シヤンクの前端面の収容部に取付けたから、傾斜
した凸曲線切刃が切削に作用し、送り量を増大さ
せても良好な仕上げ面の仕上げ粗さが得られる。
また、有効すくい角が大きいので、切れ味の良い
切削が行なえバリやカエリの発生が抑制される。
さらに、徐々に切削することができるから、断続
切削にも強く加工した面の温度上昇も少なく加工
能率の向上と同時に加工品質も向上させることが
できる。また、切削主分力をチツプの広い幅方向
で受けられるから、切刃とチツプの強度が向上す
るほか、切削の各方向に対して凸曲線切刃として
作用するため切刃の強度が高く、難削材などの加
工にも十分適用することができる。
ば、凸曲線のすくい面を有する凸曲線切刃を形成
したチツプを被加工面に対して逃げ角を保持して
シヤンクの前端面の収容部に取付けたから、傾斜
した凸曲線切刃が切削に作用し、送り量を増大さ
せても良好な仕上げ面の仕上げ粗さが得られる。
また、有効すくい角が大きいので、切れ味の良い
切削が行なえバリやカエリの発生が抑制される。
さらに、徐々に切削することができるから、断続
切削にも強く加工した面の温度上昇も少なく加工
能率の向上と同時に加工品質も向上させることが
できる。また、切削主分力をチツプの広い幅方向
で受けられるから、切刃とチツプの強度が向上す
るほか、切削の各方向に対して凸曲線切刃として
作用するため切刃の強度が高く、難削材などの加
工にも十分適用することができる。
第１図は本発明の一実施例によるバイトの正面
図、第２図はバイトの要部を示した斜視図、第３
図Ａは本発明に係るチツプを示した平面図、第３
図Ｂはそのチツプの正面図、第４図はバイトを使
って面削りをしている状態を示した斜視図、第５
図は切削状態下のチツプを直交する３つの平面に
投影した状態を示した説明図、第６図は切削面の
仕上粗さを拡大して示した図、第７図は切屑の形
状と着色を示した図、第８図は切削中のチツプと
切りくずの排出状態を示した説明図、第９図は本
発明の切削機構を明示する切削の諸角度と速度の
関係を示したモデム図、第１０図は切りくずの流
出角を説明する図、第１１図は切刃と切削速度、
送りの方向を説明する説明図、第１２図は本発明
による円形チツプを用いたときの切削機構を表わ
す説明図、第１３図は第１２図と同じチツプによ
る切削機構を表わす説明図、第１４図Ａは本発明
の他の実施例に係る四角形状のチツプを示した平
面図、第１４図Ｂはそのチツプの正面図、第１５
図は四角チツプをシヤンクに取付けた正面図、第
１６図はその斜視図、第１７図は他の実施例によ
る四角チツプを示した斜視図、第１８図は四角チ
ツプを取付けたバイトの正面図、第１９図はその
バイトの斜視図、第２０図は刃物台に取付けられ
た本発明によるバイトとワークの状態を示した平
面図、第２１図Ａは他の実施例に係る円形チツプ
を示した平面図、第２１図Ｂはそのチツプの正面
図、第２２図は円形チツプを取付けた切削工具の
正面図、第２３図はそのバイトを示した斜視図、
第２４図は三角チツプを取付けた切削工具の他の
例を示した正面図、第２５図はさらに他の実施例
を示した正面図、第２６図は従来のバイトによる
外周旋削の状態を示した斜視図、第２７図は従来
のバイトによる端面切削の状態を示した斜視図、
第２８図は本発明の切削機構と対比される平面状
のすくい面を有するチツプの切削状態を示す説明
図である。 １……シヤンク、２……チツプ、３……ワー
ク、４……ノーズ、６ａ……凸曲線切刃、７……
取付孔、８……凹部、９……シム、１０……逃が
し孔。
図、第２図はバイトの要部を示した斜視図、第３
図Ａは本発明に係るチツプを示した平面図、第３
図Ｂはそのチツプの正面図、第４図はバイトを使
って面削りをしている状態を示した斜視図、第５
図は切削状態下のチツプを直交する３つの平面に
投影した状態を示した説明図、第６図は切削面の
仕上粗さを拡大して示した図、第７図は切屑の形
状と着色を示した図、第８図は切削中のチツプと
切りくずの排出状態を示した説明図、第９図は本
発明の切削機構を明示する切削の諸角度と速度の
関係を示したモデム図、第１０図は切りくずの流
出角を説明する図、第１１図は切刃と切削速度、
送りの方向を説明する説明図、第１２図は本発明
による円形チツプを用いたときの切削機構を表わ
す説明図、第１３図は第１２図と同じチツプによ
る切削機構を表わす説明図、第１４図Ａは本発明
の他の実施例に係る四角形状のチツプを示した平
面図、第１４図Ｂはそのチツプの正面図、第１５
図は四角チツプをシヤンクに取付けた正面図、第
１６図はその斜視図、第１７図は他の実施例によ
る四角チツプを示した斜視図、第１８図は四角チ
ツプを取付けたバイトの正面図、第１９図はその
バイトの斜視図、第２０図は刃物台に取付けられ
た本発明によるバイトとワークの状態を示した平
面図、第２１図Ａは他の実施例に係る円形チツプ
を示した平面図、第２１図Ｂはそのチツプの正面
図、第２２図は円形チツプを取付けた切削工具の
正面図、第２３図はそのバイトを示した斜視図、
第２４図は三角チツプを取付けた切削工具の他の
例を示した正面図、第２５図はさらに他の実施例
を示した正面図、第２６図は従来のバイトによる
外周旋削の状態を示した斜視図、第２７図は従来
のバイトによる端面切削の状態を示した斜視図、
第２８図は本発明の切削機構と対比される平面状
のすくい面を有するチツプの切削状態を示す説明
図である。 １……シヤンク、２……チツプ、３……ワー
ク、４……ノーズ、６ａ……凸曲線切刃、７……
取付孔、８……凹部、９……シム、１０……逃が
し孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 前端面から後側にかけて延びる収容部を有す
るシヤンクと、外周部に互いに平行な第１および
第２の平面にわたるように凸曲面を保つて形成さ
れ、少なくとも前記第２の平面側に凸曲線切刃を
備えたすくい面を具備するチツプとを備え、前記
チツプは前記収容部の底面に前記第１の平面を当
接した状態で前記シヤンクの長手方向の軸に直角
な仮想面に対して傾斜している前記第２の平面に
よる逃げ角を保持すると共に、前記凸曲線切刃は
ワークの被加工面に垂直な方向からみて前記凸曲
線切刃上の任意の点を通る各接線の傾きが切削速
度方向とその垂線とに囲まれ、かつ該凸曲線切刃
のほぼ中点における接線の切削速度方向側の線分
を含む同一象限内にあるように前記凸曲線切刃の
ほぼ中点における接線と、その中点における切削
速度方向への垂線とのなす角度を定めてなるバイ
ト。 ２ 前記凸曲線切刃のほぼ中点における接線と、
その中点における切削速度方向への垂線とのなす
角度を30°〜60°の範囲に定めたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のバイト。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59073570A JPS60217005A (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 切削工具 |
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