CN102139387A - 切削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种切削加工方法，不会导致成本升高，也不会对加工时间、加工精度造成影响，并且能够良好地抑制工具的磨损从而延长工具寿命。所述切削加工方法是一边使切削刃(4)为圆形的旋转工具(3)绕轴旋转并供给切削液一边对工件(W)进行切削加工的切削加工方法，其中，使旋转工具(3)朝与切屑(6)的流出方向相同的旋转方向、以切削刃(4)的周向速度超过切屑(6)的流出速度的旋转速度旋转而进行切削加工。由此，利用动压效应减少了旋转工具(3)与切屑(6)之间的直接的固体接触，抑制了旋转工具(3)的磨损。

Description

切削加工方法
技术领域
本发明涉及一边使切削刃为圆形的旋转工具绕轴旋转并供给切削液一边对工件进行切削加工的切削加工方法。
背景技术
在复合机床等中，公知有如下的切削加工方法：使圆形刀头或钻头、立铣刀等旋转工具绕轴旋转并供给切削液，并且使由主轴把持的工件旋转而进行车削加工(专利文献1～3等)。通过以这种方式强制地使工具旋转(主动旋转)，能够使工具的磨损均匀化从而能够延长工具寿命。
并且，作为这种主动旋转型的切削加工方法的应用例，在专利文献4中记载了如下的发明：在切削工具的前刀面(すくい面)设置延伸至刀尖的半径方向部分或者凸起部(lobe)，或者使没有凸起部的切削工具往复运动或偏心运动，由此，在切削区域、工具和切屑之间的界面处形成油或者润滑流体的膜。
专利文献1：日本特开2007-152480号公报
专利文献2：日本特表2007-504011号公报
专利文献3：日本特开昭53-48289号公报
专利文献4：日本特开昭56-45307号公报
在上述现有技术中，专利文献4的技术的由于流体膜的形成而产生的工具寿命的延长效果被认为是最高的。这是因为，通过在工具与切屑之间形成由流体构成的膜，能够防止工具与工件之间的粘合，从而能够抑制磨损。
但是，在专利文献4的技术中，存在如下问题：由于为了形成流体膜而在切削工具形成凸起部、或者使切削工具往复运动或偏心运动，因此需要准备特殊的切削工具，从而导致成本升高，或者因切削工具的多余的运动而使加工时间延长或使加工精度降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种切削加工方法，不会导致成本升高，也不会对加工时间、加工精度造成影响，并且能够良好地抑制工具的磨损从而能够延长工具寿命。
为了达成上述目的，第一方面所记载的发明涉及一种切削加工方法，一边使切削刃为圆形的旋转工具绕轴旋转并供给切削液一边对工件进行切削加工，其特征在于，使旋转工具朝与切屑的流出方向相同的旋转方向、以切削刃的周向速度超过切屑的流出速度的旋转速度旋转而进行切削加工。
为了达成上述目的，第二方面所记载的发明涉及一种切削加工方法，一边使切削刃为圆形的旋转工具绕轴旋转并供给切削液一边对工件进行切削加工，其特征在于，使旋转工具相对于切削方向倾斜预定角度，并且朝与切屑的流出方向相反的旋转方向、以设切削速度为Vw、切削刃的周向速度为Vt时Vt/Vw超过1的旋转速度旋转而进行切削加工。
第三方面所记载的发明的特征在于，在第一方面或第二方面的结构中，在旋转工具的前刀面形成有多条与切削刃的同心圆交叉的方向的槽。
根据第一方面和第二方面所记载的发明，利用动压效应减少了旋转工具与切屑之间的直接的固体接触。因此，抑制了旋转工具的磨损，从而可以期待工具寿命的延长。特别是无需对旋转工具赋予特殊的形状或者多余的运动，仅通过加工条件的设定就能够得到动压效应，因此不仅不会导致成本升高，而且也不会对加工时间和加工精度造成影响。
根据第三方面所记载的发明，在第一方面或第二方面的效果的基础上，能够借助形成于前刀面的槽得到更为良好的动压效应，从而有效地延长了工具寿命。
附图说明
图1是实施方式1的切削加工方法的说明图，左上的图从Z方向进行表示，左下的图从Y方向进行表示，右方的图从X方向进行表示。
图2是从Z方向观察实施方式1的切削部位的放大图。
图3是实施方式1的切削点的放大图。
图4是实施方式2的切削方法的说明图。
图5是从Z方向观察实施方式2的切削部位的放大图。
图6是实施方式3的旋转工具的说明图。
图7是示出实施方式3的速度比与摩擦系数的关系的曲线图。
标号说明
1：主轴；2：工具保持器；3：旋转工具；4：切削刃；5：前刀面；6：切屑；7：槽；W：工件。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1是实施本发明的切削加工方法的加工中心等的主轴末端部分的说明图，标号1为通过马达驱动而旋转的主轴，标号2为工具保持器，在工具保持器2安装有旋转工具3。此处示出如下的插铣加工(突き加工)的例子：使切削刃4(在图2中图示)为圆形的旋转工具3一边旋转一边朝Z-方向移动而将工件W的外表面切削至预定深度，切削之后，使旋转工具3朝Z+方向退避并朝Y+方向移动，然后使旋转工具3再次朝Z-方向进行切削。另外，在旋转工具3设置有未图示的切削液的供给机构，从而能够对工件W与旋转工具3之间供给切削液。
如图2所示，在该插铣加工中，由于切屑6通过旋转工具3的前刀面5受到沿旋转工具3的旋转方向的摩擦力，因此切屑6朝该旋转方向流出。
在本实施方式1中，利用动压效应在旋转工具3与切屑6之间生成由切削液形成的膜，通过防止固体接触来防止磨损。动压效应是指通过向摩擦部引入液体来产生流体压力，由此利用由切削液产生的流体压力而不是固体的接触压力来支承所有载荷。
但是，在该插铣加工中，为了得到动压效应，需要使旋转工具3的切削刃4的周向速度超过切屑6的流出速度。
此处，切屑6的流出速度Vc能够根据由加工条件确定的实际切深t1和实际的切屑厚度t2(在图3中示出)、以及旋转工具3朝Z-方向移动的移动速度(切削速度)Vw通过下式得到。
Vc＝Vw×t2/t1
因此，只要以切削刃4的周向速度Vt大于切屑6的流出速度Vc的方式设定加工条件即可。
这样，根据上述实施方式1的切削加工方法，使旋转工具3朝与切屑6的流出方向相同的旋转方向以切削刃4的周向速度超过切屑6的流出速度的旋转速度旋转而进行切削加工，从而利用动压效应减少旋转工具3与切屑6之间的直接的固体接触。因此，抑制了旋转工具3的磨损，从而能够期待工具寿命的延长。特别是无需对旋转工具3赋予特殊的形状或者多余的运动，仅通过加工条件的设定就能够得到动压效应，因此不仅不会导致成本升高，而且也不会对加工时间和加工精度造成影响。
其次，对其他的实施方式进行说明。另外，对与实施方式1通用的构成部分标以相同标号而省略重复的说明。
[实施方式2]
如图4所示，在本实施方式2中，使旋转工具3的旋转中心轴相对于作为Z方向的切削方向倾斜α°。
如图5所示，当以这种方式使旋转工具3倾斜时，切屑6的流出方向朝Y+侧变化。因此，在本实施方式中，设定为切屑6的流出方向与旋转工具3的旋转方向为相反方向而进行切削加工。由于切屑6在从旋转工具3的前刀面5分离的附近处形成为楔形状，因此，通过使旋转工具3朝与切屑6的流出方向相反的方向旋转，利用由切屑6的卷曲(curl)形成的楔形状将切削液引入，容易产生动压效应。
但是，此处，对于用于得到动压效应的条件，除了需要设定旋转方向之外，还需要使切削刃4的周向速度超过切屑6的流出速度。即，当切削速度为Vw、切削刃4的周向速度为Vt的情况下，由于理想的切屑6的流出速度为Vw，因此为了得到前刀面5上的动压效应，以满足下式的方式设定加工条件即可。
Vt/Vw＞1
这样，在上述实施方式2的切削加工方法中，使旋转工具3相对于切削方向倾斜预定角度，并使旋转工具3朝与切屑6的流出方向相反的旋转方向以设切削速度为Vw、切削刃4的周向速度为Vt时Vt/Vw超过1的旋转速度旋转而进行切削加工，由此，利用动压效应减少了旋转工具3与切屑6之间的直接的固体接触。因而，抑制了旋转工具3的磨损，能够期待工具寿命的延长。此处，也无需对旋转工具3赋予特殊的形状或者多余的运动，仅通过加工条件的设定就能够得到动压效应，因此不仅不会导致成本升高，而且也不会对加工时间和加工精度造成影响。
[实施方式3]
本实施方式3也与实施方式2同样使旋转工具倾斜而进行切削加工，但是，此处，如图6所示，在旋转工具3a的前刀面5的外周侧，通过激光加工以预定间隔在整周范围形成有与切削刃的同心圆交叉的方向、此处为半径方向的槽7、7...。该槽7的宽度为大约3μm，深度为大约2μm，长度为从切削刃开始大约800μm，槽7、7之间的间隔为大约20μm。
通过使用以这种方式在前刀面5形成有槽7的旋转工具3进行切削加工，切削液容易被保持在前刀面5，从而旋转工具3与切屑6之间容易产生动压效应，更为有效地延长了工具寿命。
图7是示出切削速度Vw和切削刃4的周向速度Vt之间的速度比Vt/Vw与前刀面5的摩擦系数之间的关系的曲线图，此处，示出以下述方式进行切削加工的结果：一边使工件W以加工点处的切削速度Vw旋转，一边使图6所示的具有槽7的旋转工具3a和没有槽7的旋转工具3以图4所示的方式倾斜并以周向速度Vt朝与切屑6的流出方向相反的方向旋转，且一边以MQL(Minimun Quantity Lubrication：微量润滑)方式供给切削液一边分别进行切削加工。
由此可以明确，以实线示出的具有槽的旋转工具的摩擦系数比以虚线示出的没有槽的旋转工具的摩擦系数低，由此可知，通过形成槽，动压效应提高。
并且，在该切削实验中，确认了速度比Vt/Vw越是增大则摩擦系数越低、切屑越薄的倾向，但是，在具有槽的旋转工具中，从速度比超过2的附近开始摩擦系数反而稍稍增加。这与从混合润滑状态朝流体润滑状态迁移时观察到的倾向类似。
另外，利用没有槽的旋转工具在不供给切削液的状态下进行切削加工的情况下的摩擦系数是利用具有槽的旋转工具在供给切削液的状态下进行切削加工的情况下的摩擦系数的2～3倍以上，因此能够确认，根据使用本实施方式3的旋转工具进行的切削加工，实现了以往未有过的低摩擦。
这样，在上述实施方式3的切削加工方法中，利用动压效应减少了旋转工具3a与切屑6之间的直接的固体接触，抑制了磨损，从而能够期待工具寿命的延长。特别地，此处，通过在前刀面5形成多条半径方向的槽7，能够得到更为良好的动压效应，从而有效地延长了工具寿命。另外，与实施方式1、2相比较，虽然需要对旋转工具3a赋予槽7，然而由于槽7的赋予作业本身简单易行，因此成本增加少，而且不会对加工时间、加工精度造成影响。
另外，槽的形态不限于在上述实施方式3中提出的数值，能够根据旋转工具的直径等适当变更。并且，所形成的槽的方向也不限于半径方向，只要是与切削刃的同心圆交叉的方向即可，也可以以其他的角度形成。进一步，槽的形成方法也可以是磨削加工、涂覆、模具成型等，并不限定于之前的实施方式中所示的激光加工。
当然，并不限定于利用加工中心进行的插铣加工，例如在专利文献1和2中所示的那样的使用车床、复合机床对圆筒形状的工件进行车削加工的情况下也能够应用本发明。

Claims (3)

1.一种切削加工方法，一边使切削刃为圆形的旋转工具绕轴旋转并供给切削液一边对工件进行切削加工，所述切削加工方法的特征在于，
使所述旋转工具朝与切屑的流出方向相同的旋转方向、以所述切削刃的周向速度超过所述切屑的流出速度的旋转速度旋转而进行切削加工。
2.一种切削加工方法，一边使切削刃为圆形的旋转工具绕轴旋转并供给切削液一边对工件进行切削加工，所述切削加工方法的特征在于，
使所述旋转工具相对于切削方向倾斜预定角度，并且朝与切屑的流出方向相反的旋转方向、以设切削速度为Vw、所述切削刃的周向速度为Vt时Vt/Vw超过1的旋转速度旋转而进行切削加工。
3.根据权利要求1或2所述的切削加工方法，其特征在于，
在所述旋转工具的前刀面形成有多条与切削刃的同心圆交叉的方向的槽。
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