サイドカッター切削動力

質問

機械は使いますが計算が出来ないので分かる方のアドバイスを御願いします。
φ100×20枚×巾12mmのサイドカッターを使い、主軸モータ5.5Kwモータ仕様の横フライスで深さ何?程度切削できるでしょうか。切削条件はカッター回転速度90rpm、送り100mm/minです。アドバイス御願いします。

切削条件を追加します。
材料はS50Cとなります。
また、カッタは千鳥刃ですが平刃の場合では切削深さは変るでしょうか。

回答No.5

noname#230359

実戦は回答（１）で述べたことに尽きるが、また変な回答がくっついてきたから蛇足の再出。

横フライスが切削理論計算が困難な理由について定性的アカデミックな考察。

アーバーの根元はＮＴ４０、ＮＴ５０とかで、立型フライスと変わらない構造。
テーパホルダにフルバックカッタを取付けると側面削りができ、ワーク形状によっては立型より使いやすくなり、切削条件は立型と変わらない。

フルバックなら、機械スピンドルの太い軸受からあまり距離をおかず、→ テーパホルダ → カッタ本体 → 刃先。殆ど細る部分が無く繋がっているから頑丈。

というより、フルバックカッタは80年前にこのような長所に着目し発明された。
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=176822&event=QE0004　

一方、サイドカッタを使うには、アーバーを取付ける。径は１インチ。これが長々と伸びた構造になる。
途中にアーバー受け（補助軸受）を入れることが出来て、そうすると言葉だけは両端支持の構造になるが、如何せん径１インチが脆弱すぎる。
またアーバー受けはカッタに近寄せたいが、カッタ径φ100なら振りが同程度になってしまい、ワーク、取付具と干渉を避けると近寄れない。

以上、横フライスは立フライスと競争する機械ではなく、エンドミルでは難しくなる深溝加工、切削距離が長い（多数個並べ）、ギャングカッタの使い方など、優位性を発揮できる加工で、切削条件はソコソコで良しとすべき。

この構造の弱点をしっかり捉えて、構造解析、振動解析に持込み対策を施して、最適切込み深さの計算式や数字を出すなら確かにアカデミックではあるが・・・やらない出来もしないことは書くべきでない。

なお、回答（１）呈示のサンドビックカタログは大サイズなので、その抄録と思えるものを貼っておきます。
・切削負荷の断続を少なくするには、同時刃当り数を減らしすぎない。あるていど切込も必要。
・アーバー端にフライホイールを使う。大量加工時には一考の価値有り（拙稿にもその記述）

結論。世界リーダー！　サンドビックですら切込値は計算で出してくれてない！

参考URL：

http://www.sandvik.coromant.com/ja-jp/technical_guide/milling/application_overview/slot_and_thread_milling/side_and_face

回答No.4

noname#230359

フライス工具の切削動力は切れ刃の諸元や切削条件によって
大きく異なります。
比切削抵抗は代表的なカッターにおける実験値がベースですし、
計算式が合わないところを機械効率ηなる怪しげな補正係数で
つじつま合わせをしています。

従って、まずは(1)氏が書かれているとおり、試削り(切込み2～3mm
で様子見)で動力の実測値やビビリの有無を確認してから、(2)氏の
計算式に当てはめてみることを推奨いたします。

なお工具はハイスor超硬でも大きく状況が異なります。
汎用機かつ切削速度28m/minですから、ハイスであると思われますが、
計算式は超硬が前提となっていますので、誤差が大きいと推察いたし
ます。

サイドカッターは特に計算が当て嵌まりにくいとの感覚です。

回答No.3

noname#230359

その分野のオーソリティーが陥り易い回答を、また記述していますが、アドバイスは
多角的な見地からの方が質問者には有益と考えアドバイスします。

No.39791　SS400の旋削　では、工具が製作や調整が出来て一人前的な記述をしていますが、
簡単なアカデミック的な考察をしますと、応用が効きます。
ですから、回答(２)さんのような内容での概略確認は重要です。

モータの動力に余裕があり、剛性に関しての問題(ビビリ等)であるなら、応急的な対応で
剛性アップも可能かもしれません。
やはり経験と計算確認を併用しますと、応用の幅がより膨らみます。

これからも、その着眼点を大切にしてくださいな。(URLは参考的なものです)

http://www.hitachi-tool.co.jp/j/products/catalogue/pdf/C.pdf
のカッタ・メタルソーの使用方法　等の内容の方が参考になったかな？

参考URL：

http://www.kyocera.co.jp/prdct/tool/pdf/catalog_cp226.pdf http://www.kyocera.co.jp/prdct/tool/pdf/all/r.pdf

回答No.2

noname#230359

サンドビックのカタログからの丸写しになりますが．．．

計算の都合上、切込み深さを決めて所要動力を計算する方が楽なので
とりあえずそれで勘弁して下さい。
あと切れ刃の状態によって切削抵抗が結構変わりますので注意が必要です。

まずフライス加工時の所要動力は

Pc = ae * ap * Vf * kc / ( 60000000 * η )

　Pc : 所要動力 kW
　ae : 径方向切込み量 mm
　ap : 軸方向切込み量 mm
　Vf : テーブル送り mm/min
　kc : 比切削抵抗 N/mm2
　η : 動力伝達効率

次に比切削抵抗ですが、これは被削材の強度や切屑厚み、刃の切れ味等の影響を受けます。
詳細は省きますが以下のように算出します。

kc = kc1 * hm^(-mc) * (1 - γo/100) * Cw

　kc1 : 切屑厚み1mmの時の比切削抵抗 N/mm2
　hm : 平均切屑厚み mm
mc : 切屑厚みが変化した時の指数
　γo : 有効スクイ角　°
　Cw : 切れ刃の摩耗等による補正

切屑厚みはカッタが食いついてから抜けるまでの間に徐々に変化しますが
それをカッタの接触長さで平均したものが平均切屑厚みです。

hm = 360 * sinκ * ae * fz / { π * Dcap * arccos(1 - 2*ae/Dcap) }

　κ : 切込み角 ° (サイドカッタなら通常は90°）
fz : 刃当たり送り mm
　Dcap : カッタ径 mm

-- ここまでが基本的な計算式です --

まず fz から。
　平刃なら fz = Vf / n / Zc = 100 / 90 / 20 = 0.0556 mm
　千鳥刃は刃数半分と考えれば　100 / 90 / 10 = 0.1111 mm
(多少オーバーラップするので刃数半分まではいかないかも知れませんが)

次に適当に切り込み深さ ae を決めます。例えば 10mmとか。
そこから平均切屑厚みを求める。
sin90° = 1 なので省略すると

　hm = 360 * 10 * 0.0556 / {π * 100 * arccos(1-2*10/100) } = 0.017 (平刃）
　hm = 360 * 10 * 0.1111 / {π * 100 * arccos(1-2*10/100) } = 0.035 (千鳥刃）

次に比切削抵抗ですが、S50Cのkc1とmcはサンドビックのカタログを参照して
　kc1 = 1600, mc=0.25
有効スクイ角は不明なので取り敢えずγo=0°
刃先のシャープさも不明なのでこれも Cw=1.0 としておきます。
（スローアウェイなどでは 1.2～1.3くらい考慮した方が良いでしょう）
（ニック付きなどでは１未満になる事もあります）

　kc = 1600 * 0.017^(-0.25) ≒ 4400 (平刃)
　kc = 1600 * 0.035^(-0.25) ≒ 3700 (千鳥刃)

最後に所要動力ですが、動力伝達効率は仮に 0.7 として

　Pc = 10 * 12 * 100 * 4400 / ( 60000000 * 0.7 ) ≒ 1.3 kW (平刃)
　Pc = 10 * 12 * 100 * 3700 / ( 60000000 * 0.7 ) ≒ 1.1 kW (千鳥刃)

こんな感じでしょうか。
あとはaeを変えて所要動力を計算し直せば、限界切込み量が分かるかと。

ただし仮定の数値が多いので結構な誤差が生じるのではないかと思います。
事前にデータ取って整合性をチェックしておかないと過信は禁物。
また当然ですが動力的に足りてもその他の要因で加工にならない事もあります。

参考URL：

http://www.sandvik.coromant.com/ja-jp/technical_guide/milling/formulas_and_definitions/formulas/pages/default.aspx

回答No.1

noname#230359

計算？　やらないでしょう・・・実習未了モグリくんの屁理屈なら別かも・・・？

この条件表を見て出された回転数と送りではないかと推察。超硬なら回転2.5倍。送り1.5倍程度？
　　http://fukudaseiko.co.jp/product/RCC/SC.htm

　　注):表の切削条件はあくまでも作業に適用できる標準値を表しています。
　　　　使用機械、作業条件により異なりますので適宣調整が必要となります。

なので切込みは、まぁ５?。それでビビリ具合を見て加減。

実習未了モグリくんが回答を頑張ろうとしても
　　http://www.hitachi-tool.co.jp/j/technique/tech_info/tec_info/c37.pdf

　　切込み(d×W)は、基本的には取り代の大きさで決まります。
　　広い幅を切削する場合は、機械の馬力や剛性を考慮に入れて、切込みを小さくします。

天下の日立にも値の出る計算式は無い・・・

＞千鳥刃ですが平刃の場合では切削深さは変るでしょうか

ビビリ具合が違ってくるので、その判断。

横フライスは年代物が多いし、軸受のガタと振れの大小でビビリ具合が異なるから、ある機械はＯＫの条件が別の機械はダメということが有得ます。

お礼

早いご回答、例題でとても助かりました。
参考にして利用致します。
ありがとうございました。