JP6314636B2 - 切削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工装置に関するものである。

従来、特許文献１には、柱状のワークを円柱軸を中心として回転させるためのワーク回転手段と、回転するワークに接触して切削するための切削手段とを有し、切削手段は、ワークの加工部に噴霧媒体を噴出するための噴霧手段を備える切削加工装置が記載されている。

この従来技術では、ワークが切削される際に、ワークの加工部に噴霧媒体を噴出することができるので、切削する際の摩擦による発熱を抑制できる。その結果、ワークの加工部を冷却して、切削手段の寿命を長くできる。

特開２００１−２８７１０３号公報

しかしながら、上記従来技術では、噴霧手段は、大気に開放された空間に噴霧媒体（クーラント）を噴出するので、噴霧手段から噴出された噴霧媒体がワーク（被削材）の加工部（刃具の刃先）に到達する前に噴霧媒体の圧力が大気圧と同等の圧力に低下してしまう。

そのため、噴霧媒体の圧力が切削圧力よりも低くなってしまうので、噴霧媒体をワークの加工部に確実に供給するのが難しい。そのため、ワークの加工部を十分に冷却するのが難しく、刃具の摩耗を十分に抑制するのが難しいという問題がある。

特に、ワークが高硬度材である場合、切削する際の摩擦による発熱が大きくなるので、上記の問題が顕著になってしまう。

本発明は上記点に鑑みて、刃具の刃先へのクーラントの供給性を向上することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
回転している被削材（１）を旋削加工する刃具（１１）と、
被削材（１）から延びる切り屑（１ａ）を分断するブレーカ（１７）と、
クーラントを吐出するポンプ（１９）とを備え、
ブレーカ（１７）は、ポンプ（１９）から吐出されたクーラントが流れるブレーカ側クーラント流路（１７ａ）と、ブレーカ側クーラント流路（１７ａ）を流れたクーラントを刃具（１１）の刃先（１１ａ）に向けて吐出する吐出口（１７ｂ）とを形成しており、
ブレーカ（１７）は、吐出口（１７ｂ）から吐出されたクーラントの圧力低下を抑制する局所空間（２２）を刃具（１１）と切り屑（１ａ）との間に形成する形状を有しており、
ブレーカ（１７）には、切り屑（１ａ）との間に隙間（Ｃ１）を形成する隙間形成部（１７ｅ）が形成されており、
局所空間（２２）は、隙間（Ｃ１）を通じて外部空間と連通しており、
隙間（Ｃ１）の寸法は、ブレーカ（１７）の取り付け位置によって定まるようになっており、
ブレーカ（１７）の取り付け位置は、局所空間（２２）におけるクーラントの圧力（Ｐ１）が切削圧力を上回るような隙間（Ｃ１）の寸法となる位置とされていることを特徴とする。

これにより、刃具（１１）の刃先（１１ａ）に向けて吐出されたクーラントの圧力低下を抑制できるので、刃具（１１）の刃先（１１ａ）へのクーラントの供給性を向上できる。そのため、刃具（１１）の刃先（１１ａ）を良好に冷却して刃具（１１）の摩耗を抑制できる。

具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、
ブレーカ（１７）には、切り屑（１ａ）との間に隙間（Ｃ１）を形成する隙間形成部（１７ｅ）が形成されており、
局所空間（２２）は、隙間（Ｃ１）を通じて外部空間と連通しており、
隙間（Ｃ１）においてクーラントの粘性による抵抗が発生することによって、局所空間（２２）から外部空間へのクーラントの流出が抑制されるようになっている。これにより、局所空間（２２）でクーラントの圧力が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

一実施形態における切削加工装置の全体構成図である。 一実施形態における切削加工装置の要部断面図である。 一実施形態における刃具、ホルダおよびブレーカの平面図である。 一実施形態におけるブレーカの三面図である。 一実施形態における刃具およびホルダの平面図である。 一実施形態における切削加工方法の工程フロー図である。 一実施形態における加工状態を説明する平面図である。 一実施形態における加工状態を説明する斜視図である。 一実施形態における加工状態を説明する断面図である。 一実施形態における切り屑とブレーカとの間の隙間の寸法と局所空間におけるクーラントの圧力との関係を示すグラフである。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。図１に示すように、切削加工装置１０は、外径旋削加工を行う装置であり、刃具１１、ホルダ１２、送り装置１３、回転装置１４および制御装置１５を備えている。

刃具１１は、刃先１１ａを構成する角形状部を有している。刃具１１のうち刃先１１ａおよびその近傍部位は、被削材１を切削加工（旋削加工）するすくい面を構成している。

本例では、刃具１１の砥粒の材質はＣＢＮ粒子（Ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）であり、刃具１１の結合材の材質はＴｉＣＮ（炭窒化チタン）である。本例では、被削材１は高硬度材である。

刃具１１は、ホルダ１２の先端部に取り付けられている。刃具１１は、ボルト１６によってホルダ１２に固定されている。ホルダ１２は、送り装置１３によって送り駆動される。被削材１は、回転装置１４によって回転軸Ｒ１を中心に回転駆動される。

送り装置１３および回転装置１４の作動は、制御装置１５によって制御される。制御装置１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された加工制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

図２では、切削加工装置１０の要部を、回転軸Ｒ１と略直交する平面で切断した断面図で示している。図２に示すように、ホルダ１２には平面部１２ａが形成されている。刃具１１は、ホルダ１２の平面部１２ａに形成された窪み部１２ｂに嵌まり込むように取り付けられている。刃具１１にも平面部１１ｂが形成されている。刃具１１がホルダ１２に取り付けられた状態では、刃具１１の平面部１２ａは、ホルダ１２の平面部１２ａと同一平面上に位置している。

ホルダ１２にはブレーカ１７が取り付けられている。ブレーカ１７は、刃具１１が被削材１を切削加工する際に切り屑１ａを曲げて被削材１から分断させる役割を果たす。

ブレーカ１７は、刃具１１およびホルダ１２の平面部１２ａ、１１ａに重なり合っている。図１では、ブレーカ１７の図示を省略している。図３に示すように、ブレーカ１７は、ボルト１８によってホルダ１２に固定されている。ブレーカ１７のうち刃具１１の刃先１１ａに対応する部位は角形状になっている。

図２に示すように、ブレーカ１７およびホルダ１２は、クーラント流路１２ｃ、１７ａを形成している。ホルダ１２のクーラント流路１２ｃ（ホルダ側クーラント流路）の入口部は、クーラント配管１８を介してクーラントポンプ１９のクーラント吐出口に接続されている。クーラント配管１８には、クーラントポンプ１９から吐出されたクーラントの圧力を検出する圧力センサ２０が配置されている。

ホルダ１２のクーラント流路１２ｃの出口部は、ホルダ１２の平面部１２ａに開口している。ブレーカ１７のクーラント流路１７ａ（ブレーカ側クーラント流路）の入口部は、ホルダ１２のクーラント流路１２ｃの出口部と対向している。

ブレーカ１７の最先端部には、クーラント吐出口１７ｂが開口している。ブレーカ１７の最先端部は、ブレーカ１７のうち刃具１１の刃先１１ａに最も近い部位である。クーラント吐出口１７ｂは、ブレーカ１７のクーラント流路１７ａのクーラントを吐出する。

ブレーカ１７の最先端部の位置は、刃具１１の刃先１１ａの位置に対して所定距離ずれている。刃具１１の刃先１１ａとブレーカ１７の最先端部との間の距離を調節可能するために、ホルダ１２に対するブレーカ１７の取り付け位置を調節可能になっている。

図２に示すように、ブレーカ１７のクーラント流路１７ａのうちクーラント吐出口１７ｂ側の部位は、ブレーカ１７の底面に形成された溝１７ｃと、刃具１１の平面部１１ｂとの間に形成されている。図４に示すように、ブレーカ１７にはボルト孔１７ｄが形成されている。

図５に示すように、ホルダ１２のうちクーラント流路１２ｃの出口部の外周にはＯリング２１が配置されている。Ｏリング２１は、ホルダ側クーラント流路１２ｃとブレーカ側クーラント流路１７ａとの接続部からのクーラント漏れを防止する。

次に、切削加工装置１０を用いた切削加工方法を図６に基づいて説明する。まず、加工条件に応じて工具セット工程およびポンプセット工程を行う（初期セッティング工程）。

工具セット工程では、刃具１１、ホルダ１２、ブレーカ１７および被削材１をセットする。そして、ホルダ１２に対するブレーカ１７の取り付け位置を調節することによって、刃具１１の刃先１１ａとブレーカ１７の最先端部との間の距離を調節する。ポンプセット工程では、クーラントポンプ１９のクーラント吐出圧力Ｐ１を設定する。

次いで、１サイクル目の加工が行われる。具体的には、制御装置１５が加工プログラムを起動することによって、１サイクル目の加工が開始される。

加工プログラムには、加工条件が予め設定されている。具体的には、加工条件は、切削速度（回転速度）、切削送り速度および切込み量である。加工条件は、被削材１の材質や刃具１１の材質等に応じて選択される。

加工プログラムが起動されると、まずクーラントポンプ１９からクーラントが吐出される。これにより、ブレーカ１７のクーラント吐出口１７ｂから刃具１１の刃先１１ａに向けてクーラントが吐出される。

次いで切削加工（旋削加工）が開始される。具体的には、被削材１が回転装置１４によって回転駆動されるとともにホルダ１２および刃具１１が送り装置１３によって送り駆動される。これにより、被削材１が刃具１１によって切削加工（旋削加工）される。

ホルダ１２および刃具１１が送り装置１３によって所定の位置まで送り駆動されると、１サイクル目の加工が終了される。具体的には、回転装置１４による被削材１の回転駆動が停止されるとともに送り装置１３によるホルダ１２および刃具１１の送り駆動が停止される。次いで、クーラントポンプ１９からのクーラントの吐出が停止される。これにより、１サイクル目の加工が終了する。

次いで、１サイクル目と同様の手順で２サイクル目以降の加工が行われる。所定のサイクルの加工が終了すると、切削加工装置１０を用いた切削加工（旋削加工）が完了する。

図７、図８、図９は加工状態を説明する図である。図７の平面図に示すように、被削材１は切削速度Ｖ１で回転され、刃具１１は切削送り速度Ｖ２で送られて被削材１を切込み量Ａ１で切削する。

これにより、図８の斜視図に示すように、被削材１から切り屑１ａが発生する。切り屑１ａの厚みおよび幅は、切込み量Ａ１に応じて決まる。切り屑１ａは被削材１の回転方向と反対方向（図８では上方向）に延びる。

このとき、図９の断面図（被削材１の回転軸Ｒ１と略直交する平面で切断した断面図）に示すように、ブレーカ１７によって被削材１から分断される前の切り屑１ａと、ブレーカ１７の隙間形成部１７ｅと、刃具１１との間に局所空間２２が形成される。

ブレーカ１７の隙間形成部１７ｅは、切り屑１ａとの間に微少な隙間Ｃ１を形成する。局所空間２２は、微少な隙間Ｃ１を通じて外部空間と連通している。

局所空間２２にはブレーカ１７のクーラント吐出口１７ｂから高圧のクーラントが吐出される。微少な隙間Ｃ１では、クーラントの粘性による抵抗が大きくなる。そのため、局所空間２２のクーラントが隙間Ｃ１を通じて外部空間に流出することを抑制できるので、局所空間２２のクーラントの圧力を高圧に維持できる。その結果、加工先端にクーラントを高圧で供給できるので、刃具１１の刃先１１ａを良好に冷却して摩耗を抑制できる。

切り屑１ａとブレーカ１７との間の隙間Ｃ１の寸法が小さいほど、クーラントの粘性による抵抗が大きくなる。そのため、図１０のグラフに示すように、切り屑１ａとブレーカ１７との間の隙間Ｃ１の寸法が小さいほど、局所空間２２におけるクーラントの圧力Ｐ１の低下を抑制できる。

したがって、局所空間２２におけるクーラントの圧力Ｐ１が切削圧力を上回るように隙間Ｃ１の寸法を小さくすることによって、クーラントを加工先端に確実に供給できる。

本実施形態では、ブレーカ１７は、ポンプ１９から吐出されたクーラントが流れるブレーカ側クーラント流路１７ａと、ブレーカ側クーラント流路１７ａを流れたクーラントを刃具１１の刃先１１ａに向けて吐出する吐出口１７ｂとを形成している。さらに、ブレーカ１７は、刃具１１と切り屑１ａとの間に、吐出口１７ｂから吐出されたクーラントの圧力低下を抑制する局所空間２２を形成する形状を有している。

これによると、刃具１１の刃先１１ａに向けて吐出されたクーラントの圧力低下を抑制できるので、刃具１１の刃先１１ａへのクーラントの供給性を向上できる。そのため、刃具１１の刃先１１ａを良好に冷却して刃具１１の摩耗を抑制できる。

具体的には、ブレーカ１７には、切り屑１ａとの間に隙間Ｃ１を形成する隙間形成部１７ｅが形成されており、隙間Ｃ１においてクーラントの粘性による抵抗が発生することによって、局所空間２２からのクーラントの流出が抑制されるようになっている。これにより、局所空間２２でクーラントの圧力低下を抑制できる。

本実施形態では、吐出口１７ｂは、ブレーカ１７のうち刃先１１ａに最も近い部位に形成されている。これにより、刃具１１の刃先１１ａに向けて吐出されたクーラントの圧力低下を一層抑制できるので、刃具１１の刃先１１ａへのクーラントの供給性を一層向上できる。

本実施形態では、ブレーカ１７のうち刃具１１に重ね合わせられる面に、吐出口１７ｂを形成する溝１７ｃが形成されている。これにより、ブレーカ１７に吐出口１７ｂを形成する構造を簡素化できる。

本実施形態では、ホルダ１２には、ポンプ１９から吐出されたクーラントが流れ、かつブレーカ側クーラント流路１７ａと連通するホルダ側クーラント流路１２ｃが形成されている。これにより、ブレーカ側クーラント流路１７ａにクーラントを供給する構造を簡素化できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では刃具１１が略菱形の板状になっているが、刃具１１は三角形の板状等、種々の形状になっていてもよい。

（２）上記実施形態ではブレーカ１７が略菱形の板状になっているが、ブレーカ１７は三角形の板状等、種々の形状になっていてもよい。

（３）上記実施形態では、被削材１は高硬度材であるが、これに限定されるものではなく、切削加工装置１０は種々の材質の被削材１を切削加工可能である。

１ 被削材
１ａ 切り屑
１１ 刃具
１１ａ 刃先
１２ ホルダ
１２ｃ ホルダ側クーラント流路
１７ ブレーカ
１７ａ ブレーカ側クーラント流路
１７ｂ 吐出口
１７ｃ 溝
１７ｅ 隙間形成部
１９ クーラントポンプ
２２ 局所空間

Claims (5)

1. 回転している被削材（１）を旋削加工する刃具（１１）と、
   前記被削材（１）から延びる切り屑（１ａ）を分断するブレーカ（１７）と、
   クーラントを吐出するポンプ（１９）とを備え、
   前記ブレーカ（１７）は、前記ポンプ（１９）から吐出された前記クーラントが流れるブレーカ側クーラント流路（１７ａ）と、前記ブレーカ側クーラント流路（１７ａ）を流れた前記クーラントを前記刃具（１１）の刃先（１１ａ）に向けて吐出する吐出口（１７ｂ）とを形成しており、
   前記ブレーカ（１７）は、前記吐出口（１７ｂ）から吐出された前記クーラントの圧力低下を抑制する局所空間（２２）を前記刃具（１１）と前記切り屑（１ａ）との間に形成する形状を有しており、
   前記ブレーカ（１７）には、前記切り屑（１ａ）との間に隙間（Ｃ１）を形成する隙間形成部（１７ｅ）が形成されており、
   前記局所空間（２２）は、前記隙間（Ｃ１）を通じて外部空間と連通しており、
   前記隙間（Ｃ１）の寸法は、前記ブレーカ（１７）の取り付け位置によって定まるようになっており、
   前記ブレーカ（１７）の取り付け位置は、前記局所空間（２２）における前記クーラントの圧力（Ｐ１）が切削圧力を上回るような前記隙間（Ｃ１）の寸法となる位置とされていることを特徴とする切削加工装置。
2. 前記隙間（Ｃ１）において前記クーラントの粘性による抵抗が発生することによって、前記局所空間（２２）からの前記クーラントの流出が抑制されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記吐出口（１７ｂ）は、前記ブレーカ（１７）のうち前記刃先（１１ａ）に最も近い部位に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の切削加工装置。
4. 前記ブレーカ（１７）は、前記刃具（１１）に重ね合わせられており、
   前記ブレーカ（１７）のうち前記刃具（１１）に重ね合わせられる面には、前記吐出口（１７ｂ）を形成する溝（１７ｃ）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の切削加工装置。
5. 前記刃具（１１）および前記ブレーカ（１７）が固定されるホルダ（１２）を備え、
   前記ホルダ（１２）には、前記ポンプ（１９）から吐出された前記クーラントが流れ、かつ前記ブレーカ側クーラント流路（１７ａ）と連通するホルダ側クーラント流路（１２ｃ）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の切削加工装置。

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