JPH09168942A - 気泡加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、細かい気泡を含んだ、混入物の少
ない水溶性クーラント液を低圧力、又は、中圧力で噴射
して、飛躍的な冷却性及び潤滑性を発揮するための加工
方法に関するものである。 【構成】水溶性クーラント液の中に細かい気泡を含ませ
て、ノズルから噴射されてワーク又は、刃物に衝突した
ときに気泡が弾け、その気泡の弾ける力、及び、弾ける
方向を利用して冷却と潤滑を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、機械加工のトータル
コスト削減の為、細かい気泡を含んだクーラント液を利
用して高精度、高能率、低いランニングコストを計るた
めの加工方法である。

【０００２】

【従来の技術】従来は、機械加工をすれば、茶色や青く
焼けた切り屑が排出されるのが当然であった。しかし、
その切り屑が、機械、ワークに熱を伝え、高精度加工の
妨げとなっていた。特に、フライス加工の場合などは、
発熱が多く、クーラント液をかけた時などはクーラント
液の飛散が多くスプラッシュガードの設置された機械で
ないとのクーラント液をかけることは避けられてきた。
特に加工するワークの大きい大型の機械などは、工場の
中の環境の悪化を防ぐため、冷却できるほどのクーラン
ト液をかけることはなかった。大型機械の場合には、大
量の切り屑の発生のため、機械の熱変形、ワークの熱変
形も大きく、高精度加工の妨げとなっている。又、加工
するワークも大きいため最終加工精度の確保のため、発
熱の大きな加工を完了後、一度ワークを冷却してから、
最終仕上げ加工をしている。特に、大きなワークを段取
り変えするのは大変である。又、大型機械の場合はスプ
ラッシュガードの設置の困難な場合が多く、中容量以上
又は、高圧力のクーラント液を掛けることは困難な場合
が多い。可能だとしても投資費用が膨大なものとなる。
生産性を向上させるため、空切削時間の短縮は進んでき
ているが、切り屑を出している実切削時間の短縮はあま
り進んでいないのが現状である。しかし、対欠損性の高
い超硬工具で高速重切削が可能となれば著しい生産性の
向上となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、トータルコスト
削減のため、高能率、高精度、段取り回数の削減など要
求されている。その為、無人運転が推進されているが、
切り屑処理、高精度加工、高能率加工等は多少犠牲にさ
れている。理想的には、無人運転の場合にも、高能率、
高精度（ヒズミの少ない加工）（段取り回数の削減）、
切り屑処理の簡便化等が進めば、生産性の著しい向上が
期待できる。又、機械側の自動化が進んでも、クーラン
トノズルの自動化が進まないと、適格な位置に噴射する
ことができない。冷却効果などが期待できないので非効
率的な加工となる。稼働率の向上はあっても、切り屑率
の向上は有り得ない。近年、高速化に向かって次々と高
速用の刃物が開発されているが、破損などの信頼性に欠
ける。高速用の刃物が開発されているが、現状では信頼
性の高いコーテイング超硬工具の使用が主流となってい
る。しかし、切削速度の上限があるため、又、刃物コス
トのため、高速化は困難な状況にある。クーラント液を
高圧力で噴射するためには、それなりの設備が必要とな
る。しかし、低圧力、中圧力で噴射すれば、簡便な設備
で事足りる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】近年、機械加工コスト削
減のため、空切削時間の削減の努力がかなりされている
が、機械加工のトータル時間に占める割合はたかが知れ
ている。機械加工のトータル時間の削減のためには、切
り屑をだしている時間の削減をはからなければならな
い。その為、サーメット、セラミック、その他、高速向
けの刃物を使用して高速化を図っているが、１刃辺りの
送り量の制限もしくは刃物の信頼性、発熱などの問題が
ある。理想的には、対欠損性の高い刃物で高速重切削加
工ができれば、信頼性の向上、生産性の向上がはかれ
る。コーテイング超硬工具で、高速重切削が可能となれ
ば、信頼性、生産性の著しい向上がはかれる。切削熱を
切削点から速やかに除去すれば、比較的硬度の低い超硬
工具の使用が可能となる。超硬工具は、比較的脆性に優
れているので、高い送り速度が可能である。超硬工具を
使用して、高速重切削加工が可能になれば著しい生産性
の向上となる。その為には、切削熱が刃物に蓄積され、
刃物の耐熱温度以上にならないように、殆どの切削熱を
気化熱又はクーラント液で持ち去るようにすれば良い。
高速切削で切り屑に切削熱を流入させて、速やかに除去
すれば良いが、周囲の温度上昇も有り得る。その影響を
無くするためには加工範囲から、潤滑を良くして発生熱
を押さえて、発生した熱を速やかに切削点から除去しな
ければならない。

【０００５】

【作用】水溶性クーラント液の中に強制的に細かい気泡
を含ませ、そのクーラント液をワークと刃物にノズルか
ら噴射する。気泡を含んだクーラント液が、ワークと刃
物に衝突したときに、水溶性クーラント液の中に含まれ
た気泡が炸裂する。気泡が炸裂すると全ての方向に飛び
散る。又、気泡の炸裂するときのエネルギーは大きいの
で、ワークと刃物の接触点の圧力の高い部分への侵入が
可能になる。又、エネルギーも大きいので、速度も速く
なる。その為、低圧力、又は、中圧力で噴射しても抜群
の冷却性と潤滑性を発揮する。ノズル、１分離回収装置
（平成６年 特許願３３２３１４号）、流量タイプのク
ーラントポンプを使用してクーラント液の中に細かい気
泡を含ませる。その気泡を含ませたクーラント液を循環
して、１分離回収装置に流入したときに、混入物をクー
ラント液中より速やかに上方に浮上させる。細かい気泡
がクーラント液の中に含まれているため、クーラント液
の中に浮遊している混入物に細かい気泡が付着し、クー
ラント液上面に浮上しやすくなる。その混入物をローラ
ーで速やかに回収する。その為、分離回収率が向上す
る。混入物の分離回収率が向上するので、クーラント液
の清浄度がよくなる。その為、刃物寿命も増大する。
又、クーラント液の中に混入物が少ないのでゲル状にな
りにくい。細かい気泡が炸裂したときにクーラント液も
微粒子になりやすく、ワークと刃物の間にも侵入しやす
くなる。細かい気泡が炸裂したときに弾かれたクーラン
ト液も微粒子になっているので、水分も気化もしやす
い。

【０００６】

【実施例】大型プラノミラー機で、大きな板材を加工し
た場合、抜群の冷却性、潤滑性が発揮されるので高能
率、高精度、低い段取り回数が実現できる。フルバック
カッターの場合直径が大きいので現状では、多数のノズ
ルで噴射している。しかし、遠心力で吹き飛ばされ、ほ
とんど冷却、潤滑はなされていない。スピンドルスルー
の機械で使用した場合はかなりの成果を上げることがで
きる。しかし、大量に発生する切り屑、大型のワーク、
機械のテーブルの冷却という問題の解決は難しい。大型
プラノミラー機で加工した場合、大直径のフルバックカ
ッターを使用した場合でも４ノズルの形状の工夫により
十分にカバーできる。大型機プラノミラーの場合は、４
ノズルで噴射してから７テーブル上面に流れ、回修用の
８樋、１分離回収装置、２メインタンク、３クーラント
ポンプというループで循環する。その為、循環の時間が
長くなるため、大型機プラノミラーの場合は、ノズルと
１分離回収装置で細かい気泡を安定してクーラント液の
中に作れるようにシステムを組む。４ノズルから噴射す
るときに、空気を巻き込みやすい形状にする。又、１分
離回収装置に流入する時にも、落差を付けて、クーラン
ト液の中に空気の細かい気泡が混入し易すくする。又、
１分離回収装置から２メインタンクに流入するときにも
落差を付けて、クーラント液の中に空気の細かい気泡が
混入し易くする。低圧力、又は、中圧力でノズルから噴
射するため、クーラント液の飛散防止のために特別な設
備の必要が少ない。ノズルから噴射されたクーラント液
に飛散防止のためのノズルからクーラント液を流し当て
る。又は、簡単なカバーで事足りる。細かい気泡を含ん
だクーラント液を噴射すると、冷却性、潤滑性が非常に
良いので、切り屑は銀白色になる。その為、フルバック
カッター、ワーク、機械のテーブルも熱を持たず、温度
的に非常に安定する。例えば、コーテイング超硬工具で
湿式、切削速度２００ｍ／ｍｉｎで切削しているのであ
れば、１分離回収装置とノズルとの組み合わせで、クー
ラント液の中に細かい気泡を含ませて加工すれば、同一
のコーテイング超硬工具で切削速度４００ｍ／ｍｉｎで
も切り屑は銀白色を呈する。１刃当たりの送りは同一の
ため、切削送り速度は２倍になる。又、ある程度の流量
を中圧力でノズルから噴射するので、噴射の位置に多少
ずがあっても効果を発揮する。その為、自動運転の場合
でも、ノズルの噴射範囲を大きく取っておけば調整の必
要性がなくなり、常に安定した潤滑、冷却が行える。
又、エアーと違って、水の流れる音なので苦痛にならな
い。ある程度の量を噴射するので、気化したクーラント
液の飛散も減少でき、環境の悪化も少ない小型機の場合
には、ほとんどの場合ノズルで噴射してから、１分離回
収装置に戻るまでの時間が短いので、細かい気泡をクー
ラント液の中に混入させることは容易である。ノズルか
ら噴射するときに細かい気泡をさほど発生する必要性が
ないため、ノズルの形状が簡単になる。小型のターレッ
トＮＣ旋盤に装着した場合、スプラッシュガード装着機
種の場合クーラント液の飛散に対する装置は不要にな
る。その為、大容量のクーラントポンプを使用すること
が可能である。大流量のクーラントポンプで循環の時間
を短くすれば、常に細かい気泡がクーラント液の中に浮
遊しているいる状態なので、切削においても、１分離回
収装置においても効果を発揮する。１分離回収装置は大
流量であっても十分に処理できる。その為、冷却性能、
潤滑性能の効率が上り切削能率が上がる。例えば、コー
テイング超硬工具で湿式、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎで
切削しているのであれば、１分離回収装置とノズルとの
組み合わせで、クーラント液の中に細かい気泡を含ませ
て加工すれば、同一のコーテイング超硬工具で切削速度
３００ｍ／ｍｉｎでの加工できる。但し、切削速度を上
げると、１回転当たりの送り量が同一でも切り屑の形状
が多少変わるのでチップブレーカーの選定を行わなけれ
ばならない。クーラント液の噴射は低圧力、又は、中圧
力のため、ミスト状になることも少なく、流量があるの
で、ミストをクーラント液の中に取り込んでしまい作業
環境への影響も少ない。又、発生した熱はほとんど水の
気化熱として処理されるので、水溶性クーラント液の成
分の減少は少なく、水又は、希釈倍率の高いクーラント
液の補充で事足りる。

【０００７】

【発明の効果】だから、１分離回収装置、ノズル、流量
タイプのクーラントポンプを組合わせて、細かい気泡を
含んだクーラント液を噴射する加工を行えば、抜群の潤
滑性と冷却性を兼ね備える。その為、刃先の温度上昇を
押さえ、刃先の軟化をふせげる。刃先の硬度低下が無け
れば、切削速度を上げることができる。超硬工具を使用
できるので、重切削もできる。又、高速重切削を行って
も、刃先の痛みは少ない。例え、大流量で流しても液体
の流れる音なので、エアーと違って、作業者もさほど苦
痛とはならない飛散が少ないので、ミストコレクターの
必要性がほとんど無い。切削熱を、水溶性クーラント液
の水分が気化熱として奪い去るので、水溶性クーラント
液の減少分を水のみ、又は、希釈倍率の高いクーラント
液の補充で事足りる。細かい気泡を含んだ油性クーラン
ト液の場合は、冷却性は余り期待できないが、潤滑性は
期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の設置図

【符号の説明】

１は混入物回収タンク ２はメインタンク ３はクーラントポンプ ４はノズル ５はフルバックカッター ６はワーク ７はテーブル ８は樋 ９はクーラント液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気泡を含んだクーラント液を利用する加工
   方法
2. 【請求項２】気泡を含んだクーラント液で混入物を浮上
   させる方法