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回転数の違いによるツールの抜けようとする力
2023/10/19 11:24
- 回転数の違いによってツールの抜けようとする力はどの程度変化するのかを計算式を使って解説します。
- ツールの回転数と抜けようとする力の関係について詳しく解説します。
- 重さが1kgのツールを10000rpmと20000rpmで回転させたときの抜けようとする力について説明します。
回転数の違いによって変わるツールの抜けようとする…
2015/11/05 01:25
回転数の違いによって変わるツールの抜けようとする力について
BT30番のツール(重さを1kgと仮定)を10000rpmで回転させた時と、20000rpmで回転させた時とでは、ツールの軸から抜けようとする力は、計算上どの程度変わるものなのでしょうか?
導き出せる計算式などは、あるのでしょうか?
わかる方がいましたら、教えていただきたいです。
質問者が選んだベストアンサー
一般的にBT主軸は、高回転速度まで上げると遠心力で主軸のテーパが
弾性変形で開き、クランプ力によりツールがさらに引き込まれます
それゆえ、主軸を停止させるとツールが抜けなく不具合が生じるケース
がたまにあります
一方で、力学的に回転速度とツールを引き抜く力との相関関係はどう
でしょうか
遠心力はツールを引き込む軸力(クランプ力)と直交しているので、
一見するとツールが抜けようとする力にはならないように思えます
そこで、7/24テーパ面に沿った力で考えてみます
7/24よりテーパ面と軸心のなす角度は16.26度
クランプ力Fにおけるテーパ面に沿った引き込み方向の力はFcos16.26°
(クランプ力は機械の仕様書に記載されていなければ、メーカへ
問い合わせるしかありません)
遠心力mrω2におけるテーパ面に沿った抜け方向の力はmrω2sin16.26°
10,000回転と20,000回転では、遠心力は2乗で効いてきますから相当
の違いになります・・・これが計算上の変化です
然しながら遠心力のmはツールの質量では無くアンバランス量ですので、
上記クランプ力と比較しても十分に小さい値になります
従って、10,000-20,000回転の違いにおいて実使用上で工具の引き抜く力
云々を論じても、よほどアンバランス量の大きい工具を用いない限り、
殆ど影響を及ぼさない範疇であると思われます
寧ろ太径のソリッドエンドミルを使用して高負荷加工を行なう際の、軸
方向の引き抜き力の方が圧倒的に大きいとの感覚です
(計算方法は...良く分かりません)
あとは、プロ設計エンジニアの回答者さんへバトンタッチします
因みにBT30主軸の場合、ツールクランプ力は
3,500~4,000Nぐらいと思われます
※回答(3)氏は過去のQAにより、切削加工についての知識は机上の
空論であることが判明しています
本件も不正確な回答につきご注意ください
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回答(2)⇒(3)
?、?ともデタラメ言わないでヨ。
此処はお仕事での疑問に答える場。
遠心力の作用で分かりやすいのが旋盤チャック。
HOWA パワーチャック
http://www.howa.co.jp/products/hydraulic/power_chuck/product01.html
径大なほど遠心力が増え、ワーク把握力を弱めてしまうから最高回転数は下がる。5000 → 2800
剛性を上げると耐性は増すが、重量が増え遠心力も増えてしまい効果は限られる。
次にミーリングチャック。
普通のものは最高回転数を表示しないので、スリムにした高速用と称するタイプ゜
日研 高速回転用ミーリングチャック
http://www.nikken-kosakusho.co.jp/catalogue_pdf/NcTooling_302I_030.pdf
BT30でも短長で違いあり 40000 → 10000.
長いほど負荷に弱くなり、バランスの狂いによる僅かな遠心力でも振動・ビビりの元となるから。
普通のはこの半分位と心得ておけばよい(短く、軽負荷なら20000位は使える)。
最も高速に強いのが 径小+軽い の焼きばめホルダ。
J TOOL
http://www.jtool.com.cn/cpsms/cpsms010.pdf
太いものは 70000で耐トルクが 130 → 120 に低下するが、細いものは耐トルク低いが低下しない。
このように比較し、理解できると、使うだけなら、数式での計算は不要です。
↓の爺は、負荷が増えれば
>抜け易きと云えます
小学生でもわかる当り前をグダグダ文を膨らまし屁理屈言って偉ぶりたいだけ。
オレオレと同じく千人一人も引っ掛からないが、議論の邪魔。
質題の如く考察するのも良しですが、切削する場合の考察も重要では?
切削の考察で、
? 切削代(負荷)が一定で、10000rpmで回転させた時と、20000rpmで回転させた時とでは、
ツール軸の実動力は20000rpm回転の方が倍となり、シャンクホルダへの負荷も2倍となり
テーパー部接触面のへ負荷も2倍となり、滑り易く抜けやすくなります。 ですが、主軸モータ容量一杯の切削条件にする場合は、動力一定での計算となるので、
10000rpm回転×加工負荷トルクα N・m=20000rpm回転×(加工負荷トルクα N・m)
となり、あまり変わりません。
? 切削加工に入る時のシャンクホルダへの衝撃は、スピードと同じ周速度が大きい20000rpm
回転の方が衝撃値が多くなり、シャンクホルダへの負荷も多くなり抜け易くなります。
(自動車の衝突で、スピードが出ている衝突の方が、車体等の損壊が大きいと同じです)
となり、抜け易きと云えます。
資料の3ベージ目にBT40の実例が出てます。
(赤線)2面拘束のBBTではシャンクの相対位置は変わらないが、熱膨張によりZ軸は開く方向の上へ変位。
(黒線)BTは遠心力で機械側シャンクホルダが開き、プルスタッドの引きバネで上に引上げられる分が加算。
1万回転は殆ど差が無いが2万回転では凡そ20μ。
テーパ角によって6.86倍に拡大されてるので径変化では3μほど。
(1)指摘の通り、20000rpmぐらいでは抜けることは無いが、変位が増し、剛性が減り振動しやすくはなります。
エンドミルのホルダは機械側より径が小さく軽く遠心力が弱いため殆ど問題になりません。
計算式は難しいものではないが過信禁物です。構造を単純化し確定して上記実例と参照し確かめるお念仏程度に。。。。
材力の基礎と式の形は知ったほうが誤用は少ないが、自動計算サイトふたつ訪ねると答出る。
遠心理論と遠心力計算
http://www.hitachi-koki.co.jp/himac/support/support.html
内圧・外圧を受ける厚肉円筒の応力・ひずみ・変形
http://engineering-web.com/cylinder_ja/thickCylinderPressure/
此処ではグッチャングッチャン式を弄びたがる爺が出現するが、最近は手抜きなのに偉ぶりは相変わらず。
お礼
2015/11/06 01:07
回答及びサイトを利用し、自分なりに答えを導き出せるように、勉強します。
お礼
2015/11/06 01:02
詳しく説明していただき、有難うございます。
新たな知識を得ることができました。