JP2006281419A - Machining liquid feeder and machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研削盤等の加工装置の工具に、潤滑や冷却、洗浄等を目的とした加工液を供給する加工液供給装置および加工装置に関するものである。 The present invention relates to a machining liquid supply apparatus and a machining apparatus for supplying a machining liquid for lubrication, cooling, cleaning, or the like to a tool of a machining apparatus such as a grinding machine.
図7は、特許文献1に開示された従来の加工液供給装置を示すもので、研削加工機において、タンクに貯められている加工液がポンプにより汲み上げられ、ノズル103を介して、高速で回転する工具101が被加工物Wに接する加工点102に供給される。供給された加工液は図示しないオイルパンで受け、チューブなどを介して再度タンクに戻るサイクルを繰り返す。
FIG. 7 shows a conventional machining fluid supply device disclosed in
また、特許文献2に開示されたように、砥石のドレッシングのための研削液に超音波振動を印加する技術も知られている。
高速で回転する工具は工具周辺の空気を巻き込み、工具表面に空気層が生成される。そのため加工点に加工液を供給しようとしても、加工液が加工点に到達する前に進路が空気層により曲げられてしまい、加工点に加工液を確実に供給することが難しい。加工液が加工点および工具表層に到達しないと、潤滑効果、洗浄効果が発現しにくく、工具表層に削りカスなどが付着して目詰まりが発生する。その結果、研削抵抗が増大して、急激な砥粒の脱落作用が発生し、さらに新しい切れ刃が発刃しても再び目詰まりしてしまうため、加工面の品質を低下させる。 A tool rotating at high speed entrains the air around the tool and creates an air layer on the tool surface. Therefore, even if an attempt is made to supply the machining fluid to the machining point, the path is bent by the air layer before the machining fluid reaches the machining point, and it is difficult to reliably supply the machining fluid to the machining point. If the machining fluid does not reach the machining point and the tool surface layer, the lubrication effect and the cleaning effect are hardly exhibited, and shavings or the like adhere to the tool surface layer and clogging occurs. As a result, the grinding resistance increases, an abrupt dropping action of abrasive grains occurs, and even if a new cutting edge is generated, clogging occurs again, so that the quality of the processed surface is lowered.
また、加工液の冷却効果が作用しないため、熱に弱いボンドの主成分である樹脂が加工中に発生する熱のために軟化しやすくなり、工具の磨耗を促進する結果となる。 In addition, since the cooling effect of the working fluid does not act, the resin that is the main component of the heat-sensitive bond is easily softened due to the heat generated during processing, resulting in the promotion of tool wear.
そこで、加工点に加工液を到達させるために、加工液の水圧を上げて空気層に屈せずに加工点に加工液を到達させることが考えられるが、そのためには大量の加工液を高速に加工点に供給しなければならず、精密な研削加工にはむかない。 Therefore, in order to make the machining fluid reach the machining point, it is conceivable to increase the hydraulic pressure of the machining fluid so that the machining fluid reaches the machining point without bending to the air layer. It must be supplied to the processing point and is not suitable for precise grinding.
特許文献1に開示された方法では、整流板を加工点付近に設け、空気層の流れを変化させて加工液が加工点に流れ込みやすいようにして、整流板付近からノズルにより加工液を工具の回転に連れ沿わせて加工点へ誘導させる。しかしこの手法では加工液が工具と共に加工点に連れ沿うことを期待するのみであるため、確実に加工点へ加工液を供給することができずまた、目詰まり等を防ぐこともできない。
In the method disclosed in
特許文献2に開示された方法は、工具(砥石)の加工点と反対側に加工液溜りを作り、工具と対向する位置に超音波発信器を設置し、超音波振動によるキャビテーション衝撃によって目詰まりを解消するものであるが、キャビテーション現象が発生するKHz域の振動周波数ではエネルギーが小さいため、加工点における潤滑効果や冷却効果を向上させるには至らない。 In the method disclosed in Patent Document 2, a working fluid pool is created on the opposite side of the processing point of the tool (grinding stone), an ultrasonic transmitter is installed at a position facing the tool, and clogging occurs due to cavitation impact caused by ultrasonic vibration. However, since the energy is small at the vibration frequency in the KHz region where the cavitation phenomenon occurs, the lubrication effect and the cooling effect at the processing point cannot be improved.
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、砥石等工具の加工点や工具表層に、潤滑、冷却、洗浄等を目的とした加工液を確実に安定して供給できる加工液供給装置および加工装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and it is possible to reliably stabilize a machining fluid for the purpose of lubrication, cooling, cleaning, or the like on a machining point of a tool such as a grindstone or a tool surface layer. It is an object of the present invention to provide a processing liquid supply device and a processing device that can be supplied.
上記の目的を達成するため、本発明の加工液供給装置は、被加工物を加工する工具に加工液を供給する加工液供給装置において、供給源から供給された加工液を分断して気泡を含有させる加工液分断装置と、気泡を含有する加工液に流動方向の振動を与えて前記工具の加工点に吐出する吐出手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a machining fluid supply device of the present invention is a machining fluid supply device that supplies machining fluid to a tool for machining a workpiece, and divides the machining fluid supplied from a supply source to remove bubbles. And a discharge means for applying a vibration in a flow direction to the processing liquid containing bubbles and discharging the processing liquid to the processing point of the tool.
加工液を細かく分断することで表面張力を低下させるとともに、気泡を含ませた水流の進行方向に振動する重畳波により、加工点や工具表層に加工液を強制的に浸透させる。 The surface tension is reduced by finely dividing the machining liquid, and the machining liquid is forcibly permeated into the machining point and the tool surface layer by a superimposed wave that vibrates in the traveling direction of the water flow including bubbles.
図1に示すように、ワークWと工具である砥石1との間の加工点2に、細かく分断して表面張力を低下させた加工液を吐出手段であるノズル3から供給する。加工液の分断により、加工点2および砥石1の表層への浸透をしやすくする。また、加工液中の空気の含有量を多くすることで、気泡が破裂するエネルギーを利用して、加工液を加工点2に入り込ませることができる。さらに、ノズル3に振動子4および振動子アンプ5を組み合わせて、吐出される加工液の水流の進行方向(流動方向)に1MHz以上の振動を与えることにより、加工液を加工点2に強制的に送り込むことで、加工液を確実に供給することができる。
As shown in FIG. 1, a machining liquid that is finely divided and has a reduced surface tension is supplied from a
また、このように気泡を含有し、しかも重畳波を有する加工液を、工具が被加工物と接触する加工点以外の、工具表層に供給すれば、効率的に目詰まりの解消を行うこともできる。 In addition, clogging can be effectively eliminated by supplying a machining fluid containing bubbles and having superimposed waves to the tool surface layer other than the machining point where the tool contacts the workpiece. it can.
このように、加工点や工具表層に加工液を確実に到達させることで、加工液の潤滑効果、冷却効果、洗浄効果等を効率よく発現させ、工具の目詰まりや工具磨耗を低減させるとともに、安定した高品質な加工が可能となる。 In this way, by ensuring that the machining fluid reaches the machining point and the tool surface layer, the lubrication effect, cooling effect, cleaning effect, etc. of the machining fluid are efficiently expressed, and clogging of the tool and tool wear are reduced. Stable and high quality processing is possible.
図1および図2は実施例1を示す。被加工物Wの材質はアルミ、銅、鉄系などの金属類や石英ガラス、BK7、蛍石などの光学ガラス材料などであり、形状は球面、軸対称非球面、自由曲面などあらゆる形状を対象とする。 1 and 2 show Example 1. FIG. Workpiece W is made of metals such as aluminum, copper, and iron, optical glass materials such as quartz glass, BK7, and fluorite. Shapes are applicable to all shapes including spherical surfaces, axisymmetric aspheric surfaces, and free-form surfaces. And
工具である砥石1は、台金と砥石部からなり、台金はアルミやステンレスで作られており、砥石部はボンドと砥粒とフィラーと空隙部によって構成される。ボンドはレジノイド樹脂、レジノイド樹脂は耐熱性、耐磨耗性に優れたポリイミド等を用いる。砥粒の材料はダイヤモンドやCBNであり、粒径が3μmから50μmである。粒径が小さく、目詰まりがしやすい砥粒の方が本発明の効果が得やすい。また、耐磨耗性および耐熱性を付与するために砥粒の表層にニッケルやコバルトなどの金属メッキ処理を行う場合がある。砥粒の砥石部に占める体積比は25〜50%である。フィラーはセラミックや銅などの微小な金属紛であり、フィラーの砥石部に占める体積比は0〜40%である。空隙部は砥石表層において、削りカスの溜まるポケットとなることや、加工液が空隙部に保持されて加工点2に運ばれ、冷却効果、潤滑効果を効率良く発現させる役割を持つ。空隙部の直径は砥粒径の1/5以下で、砥石部に占める体積比は5%以下である。
A
被加工物Wと砥石1は、加工装置上の異なるステージに配置され、2軸以上のステージ移動による被加工物Wと砥石1の相対移動の軌跡を加工面に転写して加工する。加工装置のステージの制御分解能は10nmであり、フルスケールフィードバック制御により高精度な位置決めが可能である。各軸のステージの真直度はピッチ方向、ヨーイング方向ともに100mm当たり100nm以下である。各軸のステージの最高移動速度は1000mm/min程度である。
The workpiece W and the
加工速度は2000m/min以上であり、例えば工具径が直径150mmであれば、回転数は6000/minである。砥石1は図示しないエアベアリングなどを有する高精度なスピンドルに取り付けられる。
The processing speed is 2000 m / min or more. For example, when the tool diameter is 150 mm, the rotation speed is 6000 / min. The
加工液は主にエマルションタイプを使用し、供給源である加工液タンク6に蓄えられる。例えば、加工液タンク6には200Lの加工液が蓄えられる。加工液タンク6には温調機構があり、設定温度に対して±0.1℃内で制御が可能である。加工液タンク6はポンプ7を有し、ポンプ7によって加工液が加工点2へ輸送される。ポンプ7は10L/min以上の加工液供給能力を持つ。
The working fluid mainly uses an emulsion type and is stored in the
ポンプ7から送られた加工液は加工液分断装置8に入る。図2に示すように、加工液分断装置8は、筒状容器8aの内部に水流を妨げる板8bを羅列し、キャビテーション現象を起こすことで加工液Lを分断し、かつ、空気を混入する。加工液分断装置8内の抵抗により流量が低下するため、加工点2で4L/minの加工液流量が必要な場合、ポンプ7は10L/min以上の供給能力が必要である。また、加工液分断装置8から流出する加工液の流量がポンプ供給量の1/3以下とならないような加工液分断装置8内の抵抗を選定する。
The machining fluid sent from the
加工液分断装置8から流出した加工液は、パイプを通してノズル3に入る。加工液分断装置8からノズル3までのパイプ長さは2m以内が好ましい。ノズル3は加工液の流入口に振動子4を有する。ノズル3の吐出口径はφ2〜7である。ノズル3の吐出口と振動子4は対向するように配置され、振動子4は1〜4MHzで振動し、振動方向はノズル3の吐出口から吐出する加工液の水流の進行方向(流動方向)である。振動出力は10〜100Wであり、加工液をノズル3の流入口から流入させ、ノズル3内を加工液で満たした上で振動子アンプ5をオンにして振動子4を振動させる。
The machining fluid that has flowed out of the machining
このように、ノズル3の吐出口から吐出する加工液の進行方向に1MHz以上の振動を重畳させることにより、同じ流量であっても進行方向のエネルギーが増大し、加工液の加工点2への浸透力が増す。
As described above, by superimposing vibrations of 1 MHz or more in the traveling direction of the machining liquid discharged from the discharge port of the
ノズル3から吐出した加工液は、砥石1の回転に連れ回る方向から加工点2に供給される。ノズル3の吐出口から加工点2までの距離は3cm以内が望ましい。
The machining liquid discharged from the
加工条件は、例えば、被加工物形状が軸対称φ150のガラスであり、正面旋削方式の研削加工であり、砥石径φ150、砥石材質はレジノイドボンドダイヤモンド砥粒、粒度#2000、集中度120、砥石回転数6000/min、ワーク回転数25/min、工具送り速度3mm/min、切り込み量3μmである。 The processing conditions are, for example, glass whose workpiece shape is axisymmetric φ150, and is a face turning grinding method. The grinding stone diameter is φ150, and the grinding stone material is resinoid bond diamond abrasive grain size # 2000, concentration 120, grinding wheel The rotation speed is 6000 / min, the workpiece rotation speed is 25 / min, the tool feed speed is 3 mm / min, and the cutting depth is 3 μm.
本実施例では、加工液を加工点へ確実に到達させることで、加工点での発熱を抑え、砥粒およびボンド材への熱的ダメージを低減し、工具の磨耗を抑制することができる。さらに、加工液の潤滑作用のため砥粒の切れ味が良くなり、表面粗さが向上する。 In this embodiment, by reliably reaching the machining point to the machining point, heat generation at the machining point can be suppressed, thermal damage to the abrasive grains and the bond material can be reduced, and wear of the tool can be suppressed. Furthermore, the sharpness of the abrasive grains is improved due to the lubricating action of the working fluid, and the surface roughness is improved.
図3は実施例2を示すもので、これは、加工液分断装置8を通過した加工液を、振動しない第1の吐出手段であるノズル9と、振動する第2の吐出手段であるノズル3の2系統に分岐して、振動しないノズル9から供給される加工液を第1の部位である加工点2へ供給し、振動するノズル3から吐出される加工液を、工具作用点の回転軌跡上の加工点2に近い第2の部位である工具表層に供給する。砥石1と振動するノズル3の吐出口の間は1〜2cmの間隙とし、吐出方向は工具表層に対して10〜45°の傾斜をもって砥石回転方向に沿う方向とする。
FIG. 3 shows a second embodiment, which is a
本実施例では、振動するノズル3において加工液に重畳された振動と、加工液に含まれる気泡の破裂のエネルギーにより、表面張力の低下した加工液が工具表層の奥まで到達し、削りカスなどを除去して目詰まりを解消する。その結果、目詰まりに起因する砥粒の脱落と発刃の急激な繰り返しがなくなるため加工面の品質が向上する。振動しないノズル9から加工点2へ供給される加工液は、加工液分断装置8による加工液の分断による表面張力の低下および気泡が破裂するエネルギーによって、加工点2へ確実に到達するため、充分な冷却・潤滑作用を得ることができる。
In this embodiment, due to vibration superimposed on the machining fluid in the vibrating
図4は実施例3を示すもので、これは、加工液分断装置8を通過した加工液を2系統に分岐し、各系統とも、振動する吐出手段であるノズル3を用いる。一方のノズル3から吐出される加工液を砥石1の工具作用点の回転軌跡上の加工点に近い工具表層にあてる。他の1系統も振動するノズル3に流入させ、振動を重畳させた加工液を加工点2へ供給する。
FIG. 4 shows a third embodiment, in which the machining fluid that has passed through the machining
図5は実施例4を示す。これは、加工液分断装置8を通過した加工液を振動するノズル3と振動しないノズル9の2系統に分岐し、振動するノズル3の先端に、工具表層から微小距離、例えば0.5mm離れて対向するような形状となっているノズル先端ブロック10を備える。ノズル先端ブロック10は、砥石外周の1/15〜1/20の長さであり、材質は鉄、ステンレス、黄銅などの金属である。ノズル先端ブロック10の設置位置は、工具中心を中心として、加工点2とノズル先端ブロック10とのなす角度が45〜90°であることが望ましい。ノズル先端ブロック10には、振動するノズル3から吐出した加工液が工具表層まで水流が折り曲げられることなく、工具表層に対して10〜45°の傾斜をもって工具回転方向に沿う方向となるような流路が設けられている。
FIG. 5 shows a fourth embodiment. This is because the machining fluid that has passed through the machining
本実施例では、工具表層と微小な間隙で設置したノズル先端ブロックによって、振動するノズルと工具表層の間に加工液を充填させることで振動エネルギーを確実に工具表層に与えることができる。また、ノズル先端ブロックを加工点近くに設置することで工具の回転に連れ回る空気層を断ち切り、より加工点に加工液を供給しやすくする。 In the present embodiment, the vibration energy can be surely given to the tool surface layer by filling the machining liquid between the vibrating nozzle and the tool surface layer by the nozzle tip block installed at a small gap with the tool surface layer. In addition, the nozzle tip block is installed near the machining point to cut off the air layer that rotates with the rotation of the tool, thereby making it easier to supply the machining liquid to the machining point.
図6は実施例5を示す。これは、実施例3と同様に、加工液分断装置8を通過した加工液を2つの振動するノズル3に分岐するもので、砥石1の工具作用点の回転軌跡上の、加工点2に近い工具表層に加工液を吐出しているノズル3の先端に、実施例4と同様のノズル先端ブロック10を設置する。
FIG. 6 shows a fifth embodiment. This is similar to the third embodiment, in which the machining fluid that has passed through the machining
1 砥石
3、9 ノズル
4 振動子
5 振動子アンプ
6 加工液タンク
7 ポンプ
8 加工液分断装置
10 ノズル先端ブロック
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005108150A JP2006281419A (en) | 2005-04-05 | 2005-04-05 | Machining liquid feeder and machining device |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013022717A (en) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Dicing device |
CN103072053A (en) * | 2013-02-27 | 2013-05-01 | 株洲县华西物资机械有限公司 | Processing method for ultra-high strength steel axis parts |
JP5643882B1 (en) * | 2013-08-07 | 2014-12-17 | ウエノテックス株式会社 | Titanium grinding apparatus and grinding method thereof |
JP2020203332A (en) * | 2019-06-14 | 2020-12-24 | 株式会社橋本テクニカル工業 | Grinding liquid supply device, grinding processing system, grinding processing method and cavitation processing module used therein |
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