切削加工のスピード

旋盤のような回転機械ではなく、ブローチ盤のような加工機械で金属を加工する際の加工速度を知りたいです。

材料は鋳鉄として

カンナのように削ぎ落とす加工をする場合、

ｔ(mm)：加工の厚み（かんなくずの厚みに相当）
ｗ(cm）：刃の幅
ｆ(kN)：機械の力

に対して、

ｓ：(mm/s)加工スピード（かんなのスピードに相当）

はどうなるのでしょうか。
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例題
厚さ5cmのハート型を作りたい。ハートの周長は20cmとする。このハート型の側面を精密加工したい。鋳物では1mm大きめに作って、ブローチ盤で約1mm削り取る加工をしたい。
機械の力が200kNなら、1個の加工に何秒（または何分）かかるか。0.1mmずつ削ぎ落としていけば10回繰り返せば良いですよね。
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ちなみに、工作機械のHP（http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/kos/broach/0108 …）を参照したんですが、良く理解できませんでした。工学部出身なんですが、機械工学専攻ではなかったもので。
よろしくお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： toro321 回答日時： 2003/09/25 10:11

２．５ａは表面の粗度です。

綺麗に削るか、汚くてもいいかという数値です。

--> 荒取り １回（１～２ｍｍ）＋ 仕上げ（０．０５ｍｍ ）２回 というような加工になるんでしょうか。

ブローチは０．１ｍｍぐらいずつ取っていって、最後の仕上げは、０．０５～０．０１ぐらいの刃の高さになってると思います。加工は一度ですから・・・

--> １本のブローチの刃が３段重ね構造になると思いますが。

重ならないよ。
隣り合わせなんだよ。

No1の補足欄にも書いたURL（http://www.geocities.co.jp/Technopolis/9113/main …）にあるブローチの刃の絵を見ると10数段重ね構造に見えるんですが。多分、今回のような（穴あけじゃなく外から削るタイプの）加工でもその辺の事情（１０数段の刃で1工程で削る）は同じなんですよね。

ブローチはみな同じですよ

それで、刃の幅５ｃｍでFCD800の厚さ５ｃｍのワークを 0.1mm ｘ 10 で削っていこうとすると、刃の移動スピードはどのくらいになるんでしょうか（機械の力は 200kN として）
仮に ブローチの刃の長さが２ｍで 1ｍ/分のスピードだと
1分（4分割しているから 1個の加工に4分）となりますよね。

刃物は4分割ですが、工程は２工程ですね。
１０ｍとして、０．４分ですね。
ただ、２００kNでどれぐらいのスピードが出せるのかは、切削理論の２次元切削の公式に当てはめなければいけません。もちろんロスもありますから。
設計としての腕の見せ所って感じですね。
僕も大学で習ったけど、実践ばかりしてるから覚えがはっきりしてないです。切削加工の本見れば書いてあるはずだけど・・・

FCD８００は、ダクタイルです。
機械的性質としては、柔らかく、折れにくいですね。
切削としてはやりにくい材質と言えるでしょう。
ただ、刃物のもちはいいと思います。

この回答への補足

重ねてのご回答、ありがとうございました。

＞ブローチは０．１ｍｍぐらいずつ取っていって、最後の仕上げは、０．０５～０．０１ぐらいの刃の高さになってると思います。加工は一度ですから・・・

納得です。

＞刃物は4分割ですが、工程は２工程ですね。

なるほど、第１象現と第２象現、第３象現と第４象現を組み合わせるんですね。

＞切削理論の２次元切削の公式に当てはめなければいけません。

このキーワードで検索して（http://www.osakac.ac.jp/labs/hiroaki/images/lect …）など、見てみましたが良く分かりませんでした。WEBではカリキュラムの目次はたくさん見つかるんですが、中身の説明はあまり無いですね。今度本屋で見てみます。

切りくずの断面積（5cm x 0.1mm) ｘ 刃の速度（25m/分） ∝ 機械の力（200kN)
（比例定数は被削材による-->この値を知りたかった）

かなと想像したんですが、どうもそんな単純なものではないみたいですね。機械の力としては余裕があって、「刃の寿命」とか「加工精度」とか「加工時の温度上昇」などを考慮して刃のスピードを調整するのかなと思います。

何回も回答いただきありがとうございました。

御礼の欄は、この質問を締めるときまで、とって置きたいと思います。

補足日時：2003/09/26 00:22

この回答へのお礼

何回も回答いただき、ありがとうございました。

お礼日時：2003/10/06 21:26

No.3 回答者： toro321 回答日時： 2003/09/23 16:18

>でもハート型のような異形外形（「平面とか円筒面とかの回転機械で加工しにくい形」の意味だと思うんですが）では、フライス盤のように回転刃を固定して被削材を複雑に３次元的な移動させると精度もでにくいし、加工時間もかかるので、ブローチのように「荒取りから仕上げまで一気」に加工するような機械が使われるのかと思ったんですが、穴の加工以外に「ハート型を外から削りだす」ような加工にはブローチ盤は使わないのですか。

ハート形の形状切削はマシニングセンターで簡単に加工できます。
ただ、量産向きではありませんね。
全周を一度に削ることは、ブローチにはできません。なぜなら、ワークを固定する治具が作れないからです。
半分づつ加工することになると思いますよ。
単なるカットや、コンロッドなどにように鍋の断面みたいな形状だって加工はできます。

もし、本質問のような加工にブローチ盤が使えるとすると、穴状の加工と違って、刃の方が被削材を囲うような形で、しかもそのサイズは上流（前工程）から下流（後工程）に徐々に小さくなると思うんですが、そのような刃が実現できるんでしょうか。それとも、たとえばハート型の右と左で2回に分けて加工するように、何回かに分けて（「荒取りから仕上げまで」という意味ではなく「ハート型の周囲に沿って加工部分を移動しながら」）加工するのでしょうか。

刃物自体は分割して作れますよ。
ただ、↑にも書いた通りワーク保持が不可能ですよね。

被削材を装置に（位置あわせして）装着するのにはどのくらいの作業時間がかかるのでしょうか。もちろん治具がどれだけきちんと出来てるかにも依存すると思うんですが。

ブローチの場合はほとんど、自動でワーク供給されます。
多分刃が戻る時に、ワークの脱着を始める構造だと思われます。
ほとんどのブローチが油圧で押してますから、戻りが結構遅いんですよね。

上記のような筒状の刃はもっと高価ですよね。いくらぐらいするものなんでしょうか。

４分割して、１つ２０万って感じかな？
まぁ、５セット頼む場合と、１セットじゃかなり違うと思いますが。

またその寿命はどのくらい（何百個～何千個加工すると刃がお釈迦になるとか）なんでしょうか。

これは難しいなぁ～
鉱油の切削油と使って、ワークがFCD４００程度で取りしろ１～２ｍｍ精度が外形で＋－０．１、２．５ａ程度の粗度だと、１万個ぐらいですかね・・・
１０万個持つ場合もあるでしょうね。何千って程度なら、加工方法を少し考えないといけないでしょう。
これだけは、実際の加工してみないと・・・

この回答への補足

＞刃物自体は分割して作れますよ。
ただ、↑にも書いた通りワーク保持が不可能ですよね。

なるほど、分かりました。

＞ほとんどのブローチが油圧で押してますから、戻りが結構遅いんですよね。

そうだったんですか。戻りの間に次のワーク（被削材）は装着できるんですね。

＞鉱油の切削油と使って、ワークがFCD４００程度で取りしろ１～２ｍｍ精度が外形で＋－０．１、２．５ａ程度の粗度だと、１万個ぐらいですかね・・・

すみません。「2.5a」というのが理解できなかったんですが（多分専門の方には常識だと思いますが）、何の数値ですか？
「＋－0.1 というのが表面制度で、2.5a というのが全体の（サイズの）精度」なのかなと推測してるんですが・・・
それと、FCD800の場合は、刃の寿命はどのくらいになるんですか？ 被削材が硬くなるので寿命も半分以下になりそうですが。

＞４分割して、１つ２０万って感じかな？

仮に1万個の寿命なら、刃のコストは80円/個となり、たとえばペーパーウエイトのような商品ならまあ「ちょっと高いかな」っていう感じですね。機械部品用途でFCD800で加工精度がきつくなると、刃の寿命も短くなり、刃そのものの精度要求も厳しくなって、コストが高くなるっていう感じですね。
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ここで、最初の質問に戻りたいと思います。

周長２０ｃｍを４分割してブローチで加工する場合。
--> 刃の長さは５ｃｍ
取りしろ１～２ｍｍ
--> 荒取り １回（１～２ｍｍ）＋ 仕上げ（０．０５ｍｍ ）２回 というような加工になるんでしょうか。
--> １本のブローチの刃が３段重ね構造になると思いますが。
No1の補足欄にも書いたURL（http://www.geocities.co.jp/Technopolis/9113/main …）にあるブローチの刃の絵を見ると10数段重ね構造に見えるんですが。多分、今回のような（穴あけじゃなく外から削るタイプの）加工でもその辺の事情（１０数段の刃で1工程で削る）は同じなんですよね。

それで、刃の幅５ｃｍでFCD800の厚さ５ｃｍのワークを 0.1mm ｘ 10 で削っていこうとすると、刃の移動スピードはどのくらいになるんでしょうか（機械の力は 200kN として）
仮に ブローチの刃の長さが２ｍで 1ｍ/分のスピードだと
1分（4分割しているから 1個の加工に4分）となりますよね。
No.2のご回答に「経験上から言えば、その加工は０．３分ぐらいで終了するでしょうな。 」とありましたが、被削材の指定（FCD800)などを考えると、妥当なせんかなという気がするのですが。

素人の的外れな質問ですが、よろしくお願いします。

補足日時：2003/09/24 00:35

この回答へのお礼

重ねてのご回答ありがとうございます。

素人なもので、ご回答中のキーワードを検索して勉強しながら、理解が深まって来ました。

鋳造データベース（http://unit.aist.go.jp/digital-mfg/db-dmrc/casti …）によると、鋳鉄には、ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄などがあり、「機械的性質(引張り強度、伸び)に優れる」球状黒鉛鋳鉄がさらに化学組成による機械的性質によって等級分けされているんですね。FCD400（これは初耳でした）は「球状黒鉛鋳鉄品　ＪＩＳＧ５５０２」（http://www.nbk-okamoto.co.jp/data/d510.htm）で見ました。FSD800の方が気になってきました。

補足欄に追加の質問を書きましたので、よろしければもう少し教えてください。

お礼日時：2003/09/24 00:35

No.2 回答者： toro321 回答日時： 2003/09/22 10:25

回答から言えば、１０ｍ／分ぐらいでしょう。

ブローチ加工そのものの知識がないようなので・・・補足を。
ブローチはカンナの刃がたくさん付いた刃物です。
その高さ（次の刃の高さが、０．１～０．０１ぐらいになっている）で、荒取りから仕上げまで一気にやってしまいます。
つまり、何度も刃物を通して、削っていくような機械ではないのです。
一度通すと完成します。
で、機械力（刃物を押す力）は切削巾と、被削材、切り込みが関係しますよね＜2次元切削。
で、刃物の刃の高さ（ピッチ）が自動的に決まります。
すると、刃物の長さが決まるから、切削時間が決まるのです。
実際の加工では、刃物は次から次に当りますから、ドンドンドンって音がします。
まぁ、経験上から言えば、その加工は０．３分ぐらいで終了するでしょうな。
ちなみに、ブローチの刃はほとんどが高速度鋼で、超硬はないですよ。ですから、周速は１０ｍ以下に設定されてると思います。
補足ながら、ブローチの刃は10万以上するものも珍しくありません。
不二越はブローチの刃物の大手メーカーです。

この回答へのお礼

素人の、要領を得ない質問に早速回答いただきありがとうございました。
No.1の方とNo.2の方のご回答に対してまとめて補足を書かせていただきますので、よろしければもう少し教えてください。

お礼日時：2003/09/23 00:03

No.1 回答者： he-goshite- 回答日時： 2003/09/22 08:29

>ｓ：(mm/s)加工スピード（かんなのスピードに相当）

一般に，切削速度（刃物と材料の相対速度）は，主として，（順不同ですが）
１．使用する切削機械の性能（どのくらいの速度に切り替えが出来るか）（回転運動か往復運動か）
２．工作物(被削財)の材質…剪断強さなど
３．刃物の材質…いまどきは普通超硬工具だと思いますが
４．送り，切り込み（刃物と材料のあたる断面積に相当＝ｗとｔ？）とのバランス
５．機械のパワー（ｆ？）
６．切削剤（切削液など）…使用するか否か
などによって総合的に決めます（選定します）

普通，数十～数百ｍ/minくらいの値となります。条件によっては，もっと低い値を選ぶこともあります。


それから，話は違いますが，
ブローチ盤は普通，複雑な形状を持った穴などを量産的に加工する場合に用います。
板状物などをハート型などの異形外形に切削加工するのでしたら，フライス盤か，往復直線運動で加工するなら形削盤（シェーパまたはセーパ）などを用いると思います。

>工作機械のHP（http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/kos/broach/0108 …）を参照したんですが、
このページの表では，ブローチ盤の性能として，切削速度は１～１５ｍ/min　となっていいますね。

この回答への補足

No.1の方とNo.2の方のご回答に対する補足です。

No.1＞ブローチ盤は普通，複雑な形状を持った穴などを量産的に加工する場合に用います。
板状物などをハート型などの異形外形に切削加工するのでしたら，フライス盤か，往復直線運動で加工するなら形削盤（シェーパまたはセーパ）などを用いると思います。

そうだったんですか。確かにWEB（http://www.geocities.co.jp/Technopolis/9113/main …）で、ブローチの刃を見ると、（複雑形状の）穴をくりぬくように見えます。でもハート型のような異形外形（「平面とか円筒面とかの回転機械で加工しにくい形」の意味だと思うんですが）では、フライス盤のように回転刃を固定して被削材を複雑に３次元的な移動させると精度もでにくいし、加工時間もかかるので、ブローチのように「荒取りから仕上げまで一気」に加工するような機械が使われるのかと思ったんですが、穴の加工以外に「ハート型を外から削りだす」ような加工にはブローチ盤は使わないのですか。

No.2＞荒取りから仕上げまで一気にやってしまいます。
つまり、何度も刃物を通して、削っていくような機械ではないのです。

もし、本質問のような加工にブローチ盤が使えるとすると、穴状の加工と違って、刃の方が被削材を囲うような形で、しかもそのサイズは上流（前工程）から下流（後工程）に徐々に小さくなると思うんですが、そのような刃が実現できるんでしょうか。それとも、たとえばハート型の右と左で2回に分けて加工するように、何回かに分けて（「荒取りから仕上げまで」という意味ではなく「ハート型の周囲に沿って加工部分を移動しながら」）加工するのでしょうか。

No.2＞まぁ、経験上から言えば、その加工は０．３分ぐらいで終了するでしょうな。

被削材を装置に（位置あわせして）装着するのにはどのくらいの作業時間がかかるのでしょうか。もちろん治具がどれだけきちんと出来てるかにも依存すると思うんですが。

No.2＞補足ながら、ブローチの刃は10万以上するものも珍しくありません。

上記のような筒状の刃はもっと高価ですよね。いくらぐらいするものなんでしょうか。またその寿命はどのくらい（何百個～何千個加工すると刃がお釈迦になるとか）なんでしょうか。

面倒な追加質問で恐縮ですが、よろしくお願いします。

補足日時：2003/09/23 00:03

この回答へのお礼

素人の、要領を得ない質問に早速回答いただきありがとうございました。
No.1の方とNo.2の方のご回答に対してまとめて補足を書かせていただきますので、よろしければもう少し教えてください。

お礼日時：2003/09/23 00:02