JP2004042209A - 細穴加工方法とその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】油穴付きねじれ工具、例えば油穴付きねじれドリルによる細穴加工において、クーラント液不足を生じることなく加工面の高い面粗度や加工位置度精度を維持させた状態で効率良く加工できるようにした細穴加工方法とその装置を提供する。
【解決手段】主軸の先端部１Ａに装着させた小径の油穴付きねじれドリルＴＤには、上記主軸１の回転時に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃを圧入するとともに、上記油穴付きねじれドリルＴＤの刃先に開口する油孔ｈからワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液Ｃを噴射させ、且つ穴あけ方向に送りをかける細穴加工方法である。
【選択図】 図８
【解決手段】主軸の先端部１Ａに装着させた小径の油穴付きねじれドリルＴＤには、上記主軸１の回転時に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃを圧入するとともに、上記油穴付きねじれドリルＴＤの刃先に開口する油孔ｈからワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液Ｃを噴射させ、且つ穴あけ方向に送りをかける細穴加工方法である。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小径の油穴付きねじれドリル等による細穴加工方法とその装置に係り、特にねじれドリルに対して、超高圧クーラント液を供給することで刃先へのクーラント液供給を可能とし、細穴加工が効率良く実施できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の細穴加工方法は、放電加工機による加工のほか、油孔の明いた小径ガンドリルにクーラント液を供給しながら細穴加工するものが代表的な事例である。その小径ガンドリルの具体的な構成は、ガンドリルにクーラント用通路が形成さたものが使用される。このクーラント用通路のクーラント導入口は、ガンドリルの基端部に形成され、前記クーラント導出口は、ガンドリルの先端部に形成されている。前記クーラント導入口には、クーラント液供給装置から４〜７Ｍｐａ前後に高めた圧力クーラント液が供給され、ガンドリルの先端部に形成されているクーラント導出口から細穴加工面に噴射される。
【０００３】
上記ガンドリルを使用した穴明け装置によると、クーラント液供給装置からの比較的に低い４〜７Ｍｐａ前後の圧力クーラント液でも、細穴加工内の切粉の排出性能が維持される。しかし、下記の諸条件における問題点がある。第１に、通常の油穴付きねじれドリルに比べて、３倍も高価であり、折損によるランニングコストが高く付くこと。第２に、ガンドリルは切刃の溝が真っ直ぐであるから、クーラント液の供給性や切粉の排出性に優れているものの切削性能に劣り、高速送りができないから切削能率が悪いこと。第３に、ガンドリルは切刃の溝が真っ直ぐであるから、大きな切削抵抗を受けて、工具寿命が短い上に、面粗度や加工精度が低いこと。等の課題が多くある。
【０００４】
そこで、上記ガンドリルにおける問題解決のために、油穴付きねじれドリルによる細穴加工の可能性に係る各種加工の試みがなされている。しかし、油穴付きねじれドリルの油穴は、穴径が小さいとともに、長い螺旋経路を成しており、この経路内での圧力損失が大きくなるため、クーラント液供給装置から４〜７Ｍｐａ前後に高めた圧力クーラント液を供給しても、クーラント液が刃先まで供給されないことがある。例え、供給されても非常に弱い圧力クーラントとなる。この現象は、深穴加工・細穴加工に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤のクーラント液を使用時において、その現象が顕徴に現われる。この解決策として、単に、油穴付きねじれドリルに７Ｍｐａ以上に高めた圧力クーラント液を供給する手段を構じただけだと、クーラント液の供給経路に液漏れ等の弊害が発生してしまい、到底実用化することができない。
【０００５】
然るに、細穴加工及びこの深穴加工時において、油穴付きねじれドリルを使用すると、この刃先に、クーラン液の不足を来たして発熱し、切粉の排出性が阻害されて細穴・深穴加工を困難ならしめ、工具破損を早期に招いている。更に、クーラント液の不足は加工精度や加工面の面粗度を招いてしまっているという問題点がある。このため、従来は、油穴付きねじれドリルを使用しての細穴加工及びこの深穴加工は行われていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のガンドリルにおける問題や油穴付きねじれドリルによる細穴加工が持つ各種の問題点に鑑みてなされたもので、油穴付きねじれ工具、例えば油穴付きねじれドリルによる細穴加工において、クーラント液不足を生じることなく加工面の高い面粗度や加工位置度精度を維持させた状態で効率良く加工できるようにした細穴加工方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の細穴加工方法は、主軸の先端部に装着させた小径の油穴付きねじれ工具には、上記主軸の回転時に油穴付きねじれ工具の油穴に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を圧入するとともに、油穴付きねじれ工具の刃先に開口する油穴からワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液を噴射させ、且つ穴あけ方向に送りをかけて穴あけ加工することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２の細穴加工方法は、請求項１記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されるとともに、その先端が逃げ面に開口され、この開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて超高圧クーラント液を噴射させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３の細穴加工方法は、請求項１または２記載の細穴加工方法において、超高圧クーラント液は、不水溶性切削油剤であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４の細穴加工方法は、請求項１または２記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５の細穴加工方法は、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を、油穴付きねじれドリルとしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の細穴加工装置は、主軸の先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を発生させる超高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の細穴加工装置は、請求項６記載の細穴加工装置において、上記送り制御手段は、主軸に装着する油穴付きねじれドリルに対して、主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上記請求項１の細穴加工方法によると、まず、主軸の先端部に装着させた小径の油穴付きねじれ工具の油穴には、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液が圧入される。これで、上記油穴付きねじれ工具の刃先に開口している油穴から、ワ−クの細穴となる穴あけ面に超高圧クーラント液が噴射される。上記超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれ工具を回転させるとともに、穴あけ方向に送りをかて細穴明けが進められる。もし、油穴付きねじれ工具がドリルならば、深い細穴の加工となり、エンドミルであるならば、穴あけ方向に直角な方向に送りを掛けると、細穴溝の加工が進められる。
【００１５】
然るに、超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれ工具で、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴・細穴加工や細穴溝加工が実施できるから、油穴付きねじれ工具の刃先にクーラントが行き渡って発熱を抑制するとともに、切粉の排出性が促進される。この結果、細穴の加工面の面粗度及び加工位置度の精度が改善される。更に、摩擦抵抗の低減により、工具破損が無くなって工具寿命が改善されてランニングコストの低減が図れる。また、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。
【００１６】
上記請求項２の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されその先端が逃げ面に開口されているが、この開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて超高圧クーラント液が噴射されるから、長い螺旋経路を成した経路内での圧力損失の影響を大きく受けない。
【００１７】
然るに、油穴付きねじれ工具において、切粉の排出性が改善されて、クーラント液不足による工具刃先の発熱も少なく細穴加工・深穴加工・細穴溝加工等が円滑に実施でき、工具の寿命延長と加工面の面粗度や加工位置精度の改善が図れる。
【００１８】
上記請求項３の細穴加工方法によると、超高圧クーラント液について、深穴加工・細穴加工・細穴溝加工に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤ができる。これにより、ワークの深穴加工・細穴加工・細穴溝加工等が、加工面の高い面粗度や加工位置精度のもとに効率良く実施される。
【００１９】
上記請求項４の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたから、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善された穴明け加工を可能とする。また、油穴付きねじれ工具のペックフィードにおいて、ガンドリルより約数倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。
【００２０】
上記請求項５の細穴加工方法によると、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を油穴付きねじれドリルとしたから、油穴付きねじれドリルにおいて、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴・細穴加工がガンドリルよりも約１０倍の高速送りが可能となって加工能率が改善される。更に、油穴付きねじれドリルの送りについて、数ミリ前後のペックフィードとすると、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工を可能とする。また、油穴付きねじれドリルのペックフィードにおいても、ガンドリルより約５倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。また、工具刃損してもガンドリルより低価格であり、ランニングコストも低く抑えられる。
【００２１】
上記請求項６の細穴加工装置によると、主軸の先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を発生させる超高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備したものである。
【００２２】
これにより、請求項１〜請求項４の細穴加工方法を円滑に実施させることができる。更に、主軸の回転時に上記油穴付きねじれドリルの油穴に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液が圧入でき、上記油穴付きねじれドリルの刃先に開口している油穴からワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液を噴射させられる。そして、上記超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれドリルを穴あけ方向に送りをかて穴あけ加工を実施させることができる。
【００２３】
上記請求項７の細穴加工装置によると、請求項６記載の細穴加工装置において、請求項５の細穴加工方法である主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせることができる。
【００２４】
これにより、油穴付きねじれドリルにおいて、ペックフィードを行わせても、ガンドリルより約５倍程度の高速送りを可能として加工能率を改善させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る細穴加工装置とその加工方法を、図面に示す実施形態により説明する。図１は細穴加工方法を実施するための細穴加工装置（工作機械）の右側面図、図２は工具ホルダと主軸の断面図、図３は工具ホルダと主軸端との接続状態の断面図、図４は主軸先端面と工具ホルダのフランジ端面との斜視図、図５と図６は工具ホルダの断面図、図７は主軸先端面と工具ホルダのフランジ端面との斜視図、図８は主軸の回転制御及びペックフィードを行う制御手段のブロック線図、図９は連続送りの説明図、図１０はペックフィードの説明図である。図１１と図１２は油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【００２６】
図１と図２において、本発明に係る細穴加工方法を実施する細穴加工装置（工作機械）１００は、一般的なマシニングセンタである。ＨＰは超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）であり、超高圧クーラント液（１０〜１４Ｍｐａ）Ｃを発生させる。この装置は、既に市販されている公知のもので、適宜仕様のものが採用される。上記超高圧クーラント液Ｃは、配管Ｐにより主軸１の中心孔２に挿通したドローイングボルト３の尾端に接続される。ドローイングボルト３のセンター孔３Ａを供給管路とし、途中で主軸１に明けた２本の供給管路６へと移り、主軸先端近くに内蔵した逆止弁Ｖ１，Ｖ２に至る。この逆止弁Ｖ１，Ｖ２は、超高圧クーラント液Ｃの圧力で開口し、圧力の消滅で閉口する。上記逆止弁Ｖ１，Ｖ２の出口側には、管状の２本のクーラント供給接続口８を軸心方向に移動可能に装嵌している。図１において、４は加工エリアで発生したミストの回収管であり、５はミスト吸引機である。
【００２７】
上記クーラント供給接続口８は、図２と図３に示すように、逆止弁Ｖ１，Ｖ２に対面する側に大きな嵌合孔φＤが明けられ、この内孔８ａが嵌合孔φＤと連続している。また、主軸先端面１Ａから外部へ突出する先端側に小さな内孔φｄが明けられている。これにより、クーラント供給接続口８は、この内部に超高圧クーラント液Ｃが供給されると、内孔φｄから外部へ噴出するとともに、大きな嵌合孔φＤで発生する大きな推進力Ｆによりクーラント供給接続口８が主軸先端方向へ移動される。図３と図４に示すように、上記主軸先端面１Ａから覗いている２つのクーラント供給接続口８は、工具ホルダＴＨ１のフランジ端面１０Ａに凹設した２つの対接面（凹面）１０Ｂに推進力Ｆで当接する。工具ホルダＴＨ１も、そのフランジ端面１０Ａを主軸先端面１Ａに密着させて主軸１の穴１Ｃ内に装着される。以上の構成で、工具ホルダＴＨ１のフランジ端面１０Ａに、超高圧クーラント液Ｃのサイドスルー（フランジスルー）２０が形成される。
【００２８】
上記サイドスルー（フランジスルー）２０を備えた工具ホルダＴＨ１は、マシニングセンタにおいて、使用されている通常の工具ホルダと同一規格のものである。即ち、工具ホルダＴＨ１のフランジ１０には、工具交換アームの２つの把持部Ｈに把持されるＶ溝環１０Ｃを備えている。これにより、サイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１は、これを自動工具交換装置の工具マガジン内に混在又は単独に装備される。そして、工具交換された上記サイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１を主軸１への装着時に、主軸先端面１Ａに設けたクーラント供給接続口８とサイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１のフランジ端面に設けた受給接続口１１とが接続される。
【００２９】
上記接続状態は、図２と図３に示すように、主軸１の先端面１Ａにあけたクーラント供給接続口８と、フランジ端面１０Ａに設けた２つの対接面１０Ｂの２つの受給接続口１１が接合してサイドスルー（フランジスルー）２０を形成する。上記工具ホルダＴＨ１の受給接続口１１と繋がる２つの供給通路１３は、図５に示すように、細穴用工具Ｔ１のセンタースルーＳに繋がるクーラント供給通路１５と、工具ホルダ内で接続されている。尚、図５に示す上記工具ホルダＴＨ１は、二面拘束タイプであり、このフランジにおけるフランジ端面１０Ａに、サイドスルー（フランジスルー）２０を形成したものである。更に、図６に示すテーパーシャンク部３１を備えた工具ホルダＴＨ２においても、実施可能である。その詳細構成は、テーパーシャンク部３１以外の構成が二面拘束タイプの工具ホルダＴＨ１と同一につき、同一符号を附して説明を省略する。
【００３０】
更に、上記各工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２において、図７に示すように、主軸先端面１Ａに設けたクーラント供給接続口８の周囲を凹面１Ｂとし、フランジ端面１０Ａに設けた受給接続口１１を平坦面上に開口させた構成に変更しても良い。上記工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２において、対接面から超高圧クーラント液Ｃが漏れたとしても、漏れは凹面１Ｂ又は１０Ｂとの狭い領域内だけの漏れとなり、且つ加圧力Ｆもこの凹面内だけに制限される。このため、主軸先端面１Ａとこれに対面するフランジ端面１０Ａの全周面に、超高圧クーラント液Ｃが漏れ渡って加圧力Ｆが波及することがなく、確実な保持が可能である。
【００３１】
本発明の細穴加工装置１００において、その要部構成となる主軸の回転制御及びペックフィードを行うペックフィード制御手段２００を、図８に示すブロック線図により説明する。まず、主軸先端部１Ａは、油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルＴＤが工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２を介して装着されている。上記油穴付きねじれドリルＴＤは、主軸先端部に装着させた工具ホルダのフランジに油孔を挿通している。これで、上記工具ホルダを装着する主軸との間でフランジの油孔開口部と油孔開口部が着脱可能に接続されている。超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰは、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃを発生させることができ、上記主軸の油孔開口部に連絡するように、主軸内の挿通孔（センタースルー）に接続されている。しかして、図１１と図１２に示すように、ワークＷに正対する油穴付きねじれドリルＴＤの油孔ｈを通して刃先３０に開口する噴射口ｈ１から超高圧クーラント液Ｃが噴射される。
【００３２】
本発明の細穴加工方法に使用される油穴付きねじれドリルＴＤは、その外径φＤがφ１．０前後〜φ２．５前後の外径領域の細い小径ドリルが効果的である。更に、使用されるクーラント液は、粘性が比較的に高い不水溶性切削油剤が最適である。具体的には、カストロール社製の「アイロカット３３４：動粘度９．５ｍｍ２／ｓｅｃ（４０℃）、密度０．８７ｇ／ｍｌ（２０℃）、塩素含有量０％。アイロカット７３４：動粘度１３．７ｍｍ２／ｓｅｃ（４０℃）、密度０．８８ｇ／ｍｌ（２０℃）、塩素含有量０％。その他のアイロカット系の不水溶性切削油剤や他の分類系の切削油」が使用される。更に、一般の切削加工に使用される切削油も使用可能である。
【００３３】
上記油穴付きねじれドリルＴＤを装着する主軸１は、ドライバーＤＤからの指令で起動する主軸モータＭ１により回転駆動される。上記主軸１を自在に承持する主軸頭ＳＨは、軸方向（Ｚ軸方向）に進退制御するＺ軸送り制御手段ＳＺにより、Ｚ軸送りモータＭ２が制御される。上記Ｚ軸送り制御手段ＳＺは、主軸１に装着する油穴付きねじれドリルＴＤに対して、主軸１の回転駆動時にＺ軸方向に連続送り（図９を参照）又は数ミリ前後のペックフィード制御（図１０を参照））を任意に切換えて行なわせる。上記ドライバーＤＤとＺ軸送り制御手段ＳＺとは、ＮＣ制御装置５０により、総括的に制御されるとともに、予め入力されているプログラムにより、自動運転される。尚、油穴付きねじれドリルＴＤは、Ｘ軸方向への送りを、Ｘ軸送り制御手段ＳＸがＸ軸送りモータ（図示なし）の駆動制御で行い、Ｙ軸方向への送りを、Ｙ軸送り制御手段ＳＹがＹ軸送りモータ（図示なし）の駆動制御で行われる。
【００３４】
本発明の細穴加工装置１００は、上記構成からなり、本発明の細穴加工方法について、図８〜図１２により作用を説明する。本発明の細穴加工方法に使用される細穴加工装置１００は、まず、図８に示すように、油穴付きねじれドリルＴＤの油穴ｈに超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰから１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃが供給される。また、油穴付きねじれドリルＴＤを装着する主軸１は、ドライバーＤＤからの指令で起動する主軸モータＭ１により回転駆動される。続いて、主軸１に装着する油穴付きねじれドリルＴＤに対して、Ｚ軸送り制御手段ＳＺがＺ軸送りモータＭ２を駆動制御してＺ軸方向に進退制御することで、ワークＷに対する細穴加工が始まる。上記ワークＷに対する細穴加工は、図９に示すように、主軸１の回転駆動時にＺ軸方向に連続送りして、穴深さＬの細穴が明けられる穴あけ工程制御によって効率良く行われる。また、ドリルＴＤへの切屑の巻付きを防止したい場合は、図１０に示すように、Ｚ軸送り制御手段ＳＺによりＺ軸送りモータＭ２を正逆駆動し、Ｚ軸方向に進退制御させることで数ミリ前後のペックフィードの送り量Ｌ１にてペックフィード制御し、穴深さＬの細穴が明けられる穴あけ工程制御とが任意に切換えて行なれる。
【００３５】
上記油穴付きねじれドリルＴＤによるワークＷに対する細穴加工の詳細作用は、図１１（穴あけの初期）から図１２（穴あけの末期）に示すようにして進められる。高速回転する油穴付きねじれドリルＴＤにおいて、超高圧クーラント液Ｃは、ねじれ溝に沿って明けられた長い螺旋経路の油孔ｈの経路内での圧力損失を起こしつつも、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度まで高められているから、この超高圧クーラント液Ｃが刃先３０の逃げ面に到達する。ここで、超高圧クーラント液Ｃは、逃げ面に明けた開口ｈ１からワークＷの細穴Ｗ１の切削面に向けて強く噴射される。この結果、超高圧クーラント液Ｃは、ワークＷにあけられる細穴Ｗ１の深部まで確実に供給伝達されるから、クーラント液の不足による刃先の発熱とこれに伴なう刃先摩耗や位置精度・面租度の低下を生じさせることがなくなり、効率の良い細穴加工が進められる。更に、油穴付きねじれドリルＴＤの刃先から創出される切粉Ｅは、極めて狭い細穴Ｗ１内に有るものの、１４Ｍｐａ程度まで高めた超高圧クーラント液Ｃにより、確実且つ効率良く細穴外へ排出される。
【００３６】
【実施例】
続いて、上記細穴加工装置１００を使用した細穴加工方法による加工例を、図１３〜図１６により説明する。まず、図１３は従来技術で、通常のクーラント圧力となる「５Ｍｐａ」とした場合の加工データを示し、図１４は本発明の超高圧クーラント液である「１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度」まで高めた場合の加工データを示している。図１３と図１４とはクーラント圧力以外を、同一の加工条件とした。その数値は、使用工具：φ２．４ｘ７５ｘφ３、被削材（ワーク）：ＳＵＳ３０４（ＨＲＢ８０）、切削条件：周速Ｖ＝３５ｍ／ｍｉｎ、送りＦ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、加工深さ３０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝１２．５）、ペック３ｍｍ、クーラント液（切削油材）：アイロカット３３４とした。尚、クーラント圧力が５Ｍｐａの時は、毎分１６５ＣＣの吐出油量となり、クーラント圧力が１４Ｍｐａの時は、毎分３９０ＣＣの吐出油量となった。
【００３７】
上記同一の加工条件において、ワークＷに対して、１〜１５３個の細穴加工を進めながら、プログラム上の位置と実際の位置、内径と真円度、Ｘ軸とＹ軸の「位置のズレ」、位置度、直角度、面租度（Ｒｚ）のデータ取りを行った。このデータによると、面租度（Ｒｚ）は「穴数９５において、４．４７３２。穴数１５３において、５．３１６９」であり、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」の場合の面租度（Ｒｚ）は「穴数９５において、２．６２５６。穴数１５３において、２．６７５７」である。上記データの比較から、クーラント圧力を「１４Ｍｐａ」に高くすると面租度（Ｒｚ）の改善が大幅に行われることが立証されている。更に、Ｘ軸とＹ軸の「位置のズレ」、位置度の改善効果も認められる。
【００３８】
上記「深穴加工での位置度精度」について、図１５に示すように、Ｙ軸における各位置での変化を図表化した。この図表からわかるように、クーラント圧力が「５Ｍｐａ」の場合の「位置度」は、「０．０４８〜０．１６」の範囲に分散しているのに対し、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」の場合の「位置度」は、「０．００〜０．０９８」の範囲に分散している。この図表の比較から、クーラント圧力を「１４Ｍｐａ」に高くすると「位置度」の改善が大幅に行われることが立証されている。
【００３９】
更に、図１６は、使用工具：φ２．４ｘ７５ｘφ３の刃先摩耗状態を、クーラント圧力との関係で対比した外観写真により示している。クーラント圧力が「５Ｍｐａ」で１５０穴目の刃先摩耗量ｍ１に対し、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」で１５０穴目の刃先摩耗量ｍ２の方が、摩耗が微量であることが確認できる。
【００４０】
尚、本発明の細穴加工方法の実施例は、超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａに設定した場合におけるデータの説明であった。しかし、実際に超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａから低下させて行き、１０Ｍｐａ前後の圧力においても、上記作用・効果が維持されていることを確認した。一方、超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａ以上に高めることは、超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰの大型化による設備費の増大と電力量の増大を招き、細穴加工装置１００の実用的・経済的な領域から外れる。更には、小径工具を１４Ｍｐａ以上の超高圧クーラント液では歪ませてしまい、希望する加工精度を保った細穴加工が不可能になる。
【００４１】
処で、本発明の細穴加工方法に使用される工具は、油穴付きねじれドリルＴＤに限定されない。例えば、ワークの深穴加工・細穴加工に止まらず、細穴溝加工を行いたい場合は、図１７に示す油穴付きねじれエンドミルＥＭが、本発明の細穴加工方法に使用できる。この油穴付きねじれエンドミルＥＭは、例えば、３枚の刃を持ち、その軸心方向には３本の通孔ｈがあけられ、先端の逃げ面に開口ｈ１している。上記油穴付きねじれエンドミルＥＭにより、ワークＷに対する細穴Ｗ１の加工に続いて、溝方向の送りをかけて「細穴溝Ｗ２の加工」を行う。この細穴溝加工のはじめの工程となる「細穴加工時」には、外径がφ２．５以下の小径になると、上記油穴付きねじれドリルＴＤと同様な加工条件で加工することで、同様な作用・効果が発揮される。勿論、溝方向の送りの工程においても、同様な作用・効果が発揮される。
【００４２】
以上のように、本発明の細穴加工方法に使用される工具は、油穴付きねじれドリルＴＤや油穴付きねじれエンドミルＥＭが最適な作用・効果を発揮する。しかし、これらの工具に止まらず、その他の類似工具においても同様な作用・効果が期待できる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１によると、高圧クーラント液が噴射された状態において、深穴加工・細穴加工の他に細穴溝加工等が実施できるから、油穴付きねじれ工具の刃先にクーラントが行き渡って発熱が抑制できるとともに、切粉の排出性が促進できる。しかして、油穴付きねじれ工具で、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴加工が可能である。更に、細穴の加工精度や加工面の面粗度が改善され、早期の工具破損が無くなって工具寿命が改善されランニングコストの低減が図れるとともに、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能である。
【００４４】
上記請求項２の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されその先端が逃げ面に開口されこの開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて高圧クーラント液が噴射されるから、長い螺旋経路を成した経路内での圧力損失の影響を大きく受けず、切粉の排出性が改善されて、クーラント不足による工具刃先の発熱も少なく細穴・深穴加工が円滑に実施でき、工具の寿命延長と加工精度や加工面の面粗度の改善ができる。油穴付きねじれ工具において、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴加工が可能である。
【００４５】
上記請求項３の細穴加工方法によると、高圧クーラント液について、深穴加工・細穴加工の他に細穴溝加工等に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤を使用したから、ワークの深穴加工・細穴加工等が高い加工精度や加工面の面粗度のもとに効率良く実施できる。
【００４６】
上記請求項４の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたから、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工を可能にできる。更に、油穴付きねじれ工具のペックフィードによるときも、ガンドリルより約数倍程度の高速送りが可能となり、穴あけ作業効率が改善できる。
【００４７】
上記請求項５の細穴加工方法によると、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を油穴付きねじれドリルとしたから、従来は困難であったＬ／Ｄ＝１０以上の深穴加工・細穴加工が可能である。また、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能である。更に、油穴付きねじれドリルの送りについて、数ミリ前後のペックフィードとすることでワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工が可能である。また、油穴付きねじれドリルのペックフィードにおいて、ガンドリルより約５倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。また、工具刃損してもガンドリルより低価格であり、ランニングコストも低く抑えられる。
【００４８】
上記請求項６の細穴加工装置によると、主軸先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの高圧クーラントを発生させる高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備した。これにより、請求項１〜３項までの細穴加工方法を円滑に実施することができる。更に、上記高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれドリルを穴あけ方向に送りをかて穴あけ加工を実施できる。
【００４９】
上記請求項７の細穴加工装置によると、送り制御手段は、主軸に装着する油穴付きねじれドリルに対して、主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせるから、請求項４の細穴加工方法について、油穴付きねじれドリルのペックフィードにてガンドリルより約５倍程度の高速送りを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の細穴加工方法を実施する工作機械の右側面図である。
【図２】本発明の主軸と工具ホルダの断面図である。
【図３】主軸と工具ホルダとの接続作用の断面図である。
【図４】主軸と工具ホルダとの接続部の斜視図である。
【図５】二面拘束工具ホルダの断面図である。
【図６】テーパーシャンク工具ホルダの断面図である。
【図７】主軸と工具ホルダとの接続部の斜視図である。
【図８】主軸の回転制御及びペックフィード制御手段のブロック線図である。
【図９】油穴付きねじれドリルによる連続送りを示す説明図である。
【図１０】油穴付きねじれドリルによるペックフィードを示す説明図である。
【図１１】油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【図１２】油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【図１３】クーラント圧力とドリルの刃先摩耗の端面・刃先を写真で示す外観図である。
【図１４】細穴加工での低いクーラント圧力と面租度の関係を示す特性図である。
【図１５】細穴加工での高いクーラント圧力と面租度の関係を示す特性図である。
【図１６】深穴加工でのクーラント圧力と位置度精度との関係の精度分布図である。
【図１７】油穴付きねじれエンドミルの外観図である。
【図１８】油穴付きねじれエンドミル細穴溝加工の外観図である。
【符号の説明】
１ 主軸
１Ａ 主軸先端面
１Ｂ 対接面（凹面）
１Ｃ 穴
３ ドローイングボルト
３Ａ センター孔
４ 回収管
５ ミスト吸引機
６ 供給管路
８ クーラント供給接続口
８ａ 内孔
１０ フランジ
１０Ａ フランジ端面
１０Ｂ 対接面（凹面）
１０Ｃ Ｖ溝環
１１ 受給接続口
２０ サイドスルー（フランジスルー）
３０ 刃先
３１ テーパーシャンク部
５０ ＮＣ制御装置
１００ 細穴加工装置（工作機械）
２００ ペックフィード制御手段
Ｃ 超高圧クーラント液
φＤ 嵌合孔
φｄ 内孔
ＤＤ ドライバー
Ｅ 切粉
ＥＭ 油穴付きねじれエンドミル
Ｆ 推進力
Ｌ１ ペックフィードの送り量
Ｌ 穴深さ
Ｍ１ 主軸モータ
Ｍ２ Ｚ軸送りモータ
ｍ１，ｍ２ 刃先摩耗量
ｈ 油孔
ｈ１ 噴射口、開口
ＨＰ 超高圧クーラント発生装置（高圧クーラント液供給手段）
Ｐ 配管
ＳＨ 主軸頭
ＳＸ Ｘ軸送り制御手段
ＳＹ Ｙ軸送り制御手段
ＳＺ Ｚ軸送り制御手段
ＴＤ 油穴付きねじれドリル
ＴＨ１ 二面拘束工具ホルダ
ＴＨ２ テーパーシャンク工具ホルダ
Ｖ１．Ｖ２ 逆止弁
Ｗ ワーク
Ｗ１ 細穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、小径の油穴付きねじれドリル等による細穴加工方法とその装置に係り、特にねじれドリルに対して、超高圧クーラント液を供給することで刃先へのクーラント液供給を可能とし、細穴加工が効率良く実施できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の細穴加工方法は、放電加工機による加工のほか、油孔の明いた小径ガンドリルにクーラント液を供給しながら細穴加工するものが代表的な事例である。その小径ガンドリルの具体的な構成は、ガンドリルにクーラント用通路が形成さたものが使用される。このクーラント用通路のクーラント導入口は、ガンドリルの基端部に形成され、前記クーラント導出口は、ガンドリルの先端部に形成されている。前記クーラント導入口には、クーラント液供給装置から４〜７Ｍｐａ前後に高めた圧力クーラント液が供給され、ガンドリルの先端部に形成されているクーラント導出口から細穴加工面に噴射される。
【０００３】
上記ガンドリルを使用した穴明け装置によると、クーラント液供給装置からの比較的に低い４〜７Ｍｐａ前後の圧力クーラント液でも、細穴加工内の切粉の排出性能が維持される。しかし、下記の諸条件における問題点がある。第１に、通常の油穴付きねじれドリルに比べて、３倍も高価であり、折損によるランニングコストが高く付くこと。第２に、ガンドリルは切刃の溝が真っ直ぐであるから、クーラント液の供給性や切粉の排出性に優れているものの切削性能に劣り、高速送りができないから切削能率が悪いこと。第３に、ガンドリルは切刃の溝が真っ直ぐであるから、大きな切削抵抗を受けて、工具寿命が短い上に、面粗度や加工精度が低いこと。等の課題が多くある。
【０００４】
そこで、上記ガンドリルにおける問題解決のために、油穴付きねじれドリルによる細穴加工の可能性に係る各種加工の試みがなされている。しかし、油穴付きねじれドリルの油穴は、穴径が小さいとともに、長い螺旋経路を成しており、この経路内での圧力損失が大きくなるため、クーラント液供給装置から４〜７Ｍｐａ前後に高めた圧力クーラント液を供給しても、クーラント液が刃先まで供給されないことがある。例え、供給されても非常に弱い圧力クーラントとなる。この現象は、深穴加工・細穴加工に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤のクーラント液を使用時において、その現象が顕徴に現われる。この解決策として、単に、油穴付きねじれドリルに７Ｍｐａ以上に高めた圧力クーラント液を供給する手段を構じただけだと、クーラント液の供給経路に液漏れ等の弊害が発生してしまい、到底実用化することができない。
【０００５】
然るに、細穴加工及びこの深穴加工時において、油穴付きねじれドリルを使用すると、この刃先に、クーラン液の不足を来たして発熱し、切粉の排出性が阻害されて細穴・深穴加工を困難ならしめ、工具破損を早期に招いている。更に、クーラント液の不足は加工精度や加工面の面粗度を招いてしまっているという問題点がある。このため、従来は、油穴付きねじれドリルを使用しての細穴加工及びこの深穴加工は行われていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のガンドリルにおける問題や油穴付きねじれドリルによる細穴加工が持つ各種の問題点に鑑みてなされたもので、油穴付きねじれ工具、例えば油穴付きねじれドリルによる細穴加工において、クーラント液不足を生じることなく加工面の高い面粗度や加工位置度精度を維持させた状態で効率良く加工できるようにした細穴加工方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の細穴加工方法は、主軸の先端部に装着させた小径の油穴付きねじれ工具には、上記主軸の回転時に油穴付きねじれ工具の油穴に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を圧入するとともに、油穴付きねじれ工具の刃先に開口する油穴からワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液を噴射させ、且つ穴あけ方向に送りをかけて穴あけ加工することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２の細穴加工方法は、請求項１記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されるとともに、その先端が逃げ面に開口され、この開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて超高圧クーラント液を噴射させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３の細穴加工方法は、請求項１または２記載の細穴加工方法において、超高圧クーラント液は、不水溶性切削油剤であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４の細穴加工方法は、請求項１または２記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５の細穴加工方法は、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を、油穴付きねじれドリルとしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の細穴加工装置は、主軸の先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を発生させる超高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の細穴加工装置は、請求項６記載の細穴加工装置において、上記送り制御手段は、主軸に装着する油穴付きねじれドリルに対して、主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上記請求項１の細穴加工方法によると、まず、主軸の先端部に装着させた小径の油穴付きねじれ工具の油穴には、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液が圧入される。これで、上記油穴付きねじれ工具の刃先に開口している油穴から、ワ−クの細穴となる穴あけ面に超高圧クーラント液が噴射される。上記超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれ工具を回転させるとともに、穴あけ方向に送りをかて細穴明けが進められる。もし、油穴付きねじれ工具がドリルならば、深い細穴の加工となり、エンドミルであるならば、穴あけ方向に直角な方向に送りを掛けると、細穴溝の加工が進められる。
【００１５】
然るに、超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれ工具で、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴・細穴加工や細穴溝加工が実施できるから、油穴付きねじれ工具の刃先にクーラントが行き渡って発熱を抑制するとともに、切粉の排出性が促進される。この結果、細穴の加工面の面粗度及び加工位置度の精度が改善される。更に、摩擦抵抗の低減により、工具破損が無くなって工具寿命が改善されてランニングコストの低減が図れる。また、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。
【００１６】
上記請求項２の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されその先端が逃げ面に開口されているが、この開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて超高圧クーラント液が噴射されるから、長い螺旋経路を成した経路内での圧力損失の影響を大きく受けない。
【００１７】
然るに、油穴付きねじれ工具において、切粉の排出性が改善されて、クーラント液不足による工具刃先の発熱も少なく細穴加工・深穴加工・細穴溝加工等が円滑に実施でき、工具の寿命延長と加工面の面粗度や加工位置精度の改善が図れる。
【００１８】
上記請求項３の細穴加工方法によると、超高圧クーラント液について、深穴加工・細穴加工・細穴溝加工に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤ができる。これにより、ワークの深穴加工・細穴加工・細穴溝加工等が、加工面の高い面粗度や加工位置精度のもとに効率良く実施される。
【００１９】
上記請求項４の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたから、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善された穴明け加工を可能とする。また、油穴付きねじれ工具のペックフィードにおいて、ガンドリルより約数倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。
【００２０】
上記請求項５の細穴加工方法によると、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を油穴付きねじれドリルとしたから、油穴付きねじれドリルにおいて、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴・細穴加工がガンドリルよりも約１０倍の高速送りが可能となって加工能率が改善される。更に、油穴付きねじれドリルの送りについて、数ミリ前後のペックフィードとすると、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工を可能とする。また、油穴付きねじれドリルのペックフィードにおいても、ガンドリルより約５倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。また、工具刃損してもガンドリルより低価格であり、ランニングコストも低く抑えられる。
【００２１】
上記請求項６の細穴加工装置によると、主軸の先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を発生させる超高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備したものである。
【００２２】
これにより、請求項１〜請求項４の細穴加工方法を円滑に実施させることができる。更に、主軸の回転時に上記油穴付きねじれドリルの油穴に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液が圧入でき、上記油穴付きねじれドリルの刃先に開口している油穴からワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液を噴射させられる。そして、上記超高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれドリルを穴あけ方向に送りをかて穴あけ加工を実施させることができる。
【００２３】
上記請求項７の細穴加工装置によると、請求項６記載の細穴加工装置において、請求項５の細穴加工方法である主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせることができる。
【００２４】
これにより、油穴付きねじれドリルにおいて、ペックフィードを行わせても、ガンドリルより約５倍程度の高速送りを可能として加工能率を改善させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る細穴加工装置とその加工方法を、図面に示す実施形態により説明する。図１は細穴加工方法を実施するための細穴加工装置（工作機械）の右側面図、図２は工具ホルダと主軸の断面図、図３は工具ホルダと主軸端との接続状態の断面図、図４は主軸先端面と工具ホルダのフランジ端面との斜視図、図５と図６は工具ホルダの断面図、図７は主軸先端面と工具ホルダのフランジ端面との斜視図、図８は主軸の回転制御及びペックフィードを行う制御手段のブロック線図、図９は連続送りの説明図、図１０はペックフィードの説明図である。図１１と図１２は油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【００２６】
図１と図２において、本発明に係る細穴加工方法を実施する細穴加工装置（工作機械）１００は、一般的なマシニングセンタである。ＨＰは超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）であり、超高圧クーラント液（１０〜１４Ｍｐａ）Ｃを発生させる。この装置は、既に市販されている公知のもので、適宜仕様のものが採用される。上記超高圧クーラント液Ｃは、配管Ｐにより主軸１の中心孔２に挿通したドローイングボルト３の尾端に接続される。ドローイングボルト３のセンター孔３Ａを供給管路とし、途中で主軸１に明けた２本の供給管路６へと移り、主軸先端近くに内蔵した逆止弁Ｖ１，Ｖ２に至る。この逆止弁Ｖ１，Ｖ２は、超高圧クーラント液Ｃの圧力で開口し、圧力の消滅で閉口する。上記逆止弁Ｖ１，Ｖ２の出口側には、管状の２本のクーラント供給接続口８を軸心方向に移動可能に装嵌している。図１において、４は加工エリアで発生したミストの回収管であり、５はミスト吸引機である。
【００２７】
上記クーラント供給接続口８は、図２と図３に示すように、逆止弁Ｖ１，Ｖ２に対面する側に大きな嵌合孔φＤが明けられ、この内孔８ａが嵌合孔φＤと連続している。また、主軸先端面１Ａから外部へ突出する先端側に小さな内孔φｄが明けられている。これにより、クーラント供給接続口８は、この内部に超高圧クーラント液Ｃが供給されると、内孔φｄから外部へ噴出するとともに、大きな嵌合孔φＤで発生する大きな推進力Ｆによりクーラント供給接続口８が主軸先端方向へ移動される。図３と図４に示すように、上記主軸先端面１Ａから覗いている２つのクーラント供給接続口８は、工具ホルダＴＨ１のフランジ端面１０Ａに凹設した２つの対接面（凹面）１０Ｂに推進力Ｆで当接する。工具ホルダＴＨ１も、そのフランジ端面１０Ａを主軸先端面１Ａに密着させて主軸１の穴１Ｃ内に装着される。以上の構成で、工具ホルダＴＨ１のフランジ端面１０Ａに、超高圧クーラント液Ｃのサイドスルー（フランジスルー）２０が形成される。
【００２８】
上記サイドスルー（フランジスルー）２０を備えた工具ホルダＴＨ１は、マシニングセンタにおいて、使用されている通常の工具ホルダと同一規格のものである。即ち、工具ホルダＴＨ１のフランジ１０には、工具交換アームの２つの把持部Ｈに把持されるＶ溝環１０Ｃを備えている。これにより、サイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１は、これを自動工具交換装置の工具マガジン内に混在又は単独に装備される。そして、工具交換された上記サイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１を主軸１への装着時に、主軸先端面１Ａに設けたクーラント供給接続口８とサイドスルー（フランジスルー）付工具ホルダＴＨ１のフランジ端面に設けた受給接続口１１とが接続される。
【００２９】
上記接続状態は、図２と図３に示すように、主軸１の先端面１Ａにあけたクーラント供給接続口８と、フランジ端面１０Ａに設けた２つの対接面１０Ｂの２つの受給接続口１１が接合してサイドスルー（フランジスルー）２０を形成する。上記工具ホルダＴＨ１の受給接続口１１と繋がる２つの供給通路１３は、図５に示すように、細穴用工具Ｔ１のセンタースルーＳに繋がるクーラント供給通路１５と、工具ホルダ内で接続されている。尚、図５に示す上記工具ホルダＴＨ１は、二面拘束タイプであり、このフランジにおけるフランジ端面１０Ａに、サイドスルー（フランジスルー）２０を形成したものである。更に、図６に示すテーパーシャンク部３１を備えた工具ホルダＴＨ２においても、実施可能である。その詳細構成は、テーパーシャンク部３１以外の構成が二面拘束タイプの工具ホルダＴＨ１と同一につき、同一符号を附して説明を省略する。
【００３０】
更に、上記各工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２において、図７に示すように、主軸先端面１Ａに設けたクーラント供給接続口８の周囲を凹面１Ｂとし、フランジ端面１０Ａに設けた受給接続口１１を平坦面上に開口させた構成に変更しても良い。上記工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２において、対接面から超高圧クーラント液Ｃが漏れたとしても、漏れは凹面１Ｂ又は１０Ｂとの狭い領域内だけの漏れとなり、且つ加圧力Ｆもこの凹面内だけに制限される。このため、主軸先端面１Ａとこれに対面するフランジ端面１０Ａの全周面に、超高圧クーラント液Ｃが漏れ渡って加圧力Ｆが波及することがなく、確実な保持が可能である。
【００３１】
本発明の細穴加工装置１００において、その要部構成となる主軸の回転制御及びペックフィードを行うペックフィード制御手段２００を、図８に示すブロック線図により説明する。まず、主軸先端部１Ａは、油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルＴＤが工具ホルダＴＨ１，ＴＨ２を介して装着されている。上記油穴付きねじれドリルＴＤは、主軸先端部に装着させた工具ホルダのフランジに油孔を挿通している。これで、上記工具ホルダを装着する主軸との間でフランジの油孔開口部と油孔開口部が着脱可能に接続されている。超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰは、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃを発生させることができ、上記主軸の油孔開口部に連絡するように、主軸内の挿通孔（センタースルー）に接続されている。しかして、図１１と図１２に示すように、ワークＷに正対する油穴付きねじれドリルＴＤの油孔ｈを通して刃先３０に開口する噴射口ｈ１から超高圧クーラント液Ｃが噴射される。
【００３２】
本発明の細穴加工方法に使用される油穴付きねじれドリルＴＤは、その外径φＤがφ１．０前後〜φ２．５前後の外径領域の細い小径ドリルが効果的である。更に、使用されるクーラント液は、粘性が比較的に高い不水溶性切削油剤が最適である。具体的には、カストロール社製の「アイロカット３３４：動粘度９．５ｍｍ２／ｓｅｃ（４０℃）、密度０．８７ｇ／ｍｌ（２０℃）、塩素含有量０％。アイロカット７３４：動粘度１３．７ｍｍ２／ｓｅｃ（４０℃）、密度０．８８ｇ／ｍｌ（２０℃）、塩素含有量０％。その他のアイロカット系の不水溶性切削油剤や他の分類系の切削油」が使用される。更に、一般の切削加工に使用される切削油も使用可能である。
【００３３】
上記油穴付きねじれドリルＴＤを装着する主軸１は、ドライバーＤＤからの指令で起動する主軸モータＭ１により回転駆動される。上記主軸１を自在に承持する主軸頭ＳＨは、軸方向（Ｚ軸方向）に進退制御するＺ軸送り制御手段ＳＺにより、Ｚ軸送りモータＭ２が制御される。上記Ｚ軸送り制御手段ＳＺは、主軸１に装着する油穴付きねじれドリルＴＤに対して、主軸１の回転駆動時にＺ軸方向に連続送り（図９を参照）又は数ミリ前後のペックフィード制御（図１０を参照））を任意に切換えて行なわせる。上記ドライバーＤＤとＺ軸送り制御手段ＳＺとは、ＮＣ制御装置５０により、総括的に制御されるとともに、予め入力されているプログラムにより、自動運転される。尚、油穴付きねじれドリルＴＤは、Ｘ軸方向への送りを、Ｘ軸送り制御手段ＳＸがＸ軸送りモータ（図示なし）の駆動制御で行い、Ｙ軸方向への送りを、Ｙ軸送り制御手段ＳＹがＹ軸送りモータ（図示なし）の駆動制御で行われる。
【００３４】
本発明の細穴加工装置１００は、上記構成からなり、本発明の細穴加工方法について、図８〜図１２により作用を説明する。本発明の細穴加工方法に使用される細穴加工装置１００は、まず、図８に示すように、油穴付きねじれドリルＴＤの油穴ｈに超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰから１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液Ｃが供給される。また、油穴付きねじれドリルＴＤを装着する主軸１は、ドライバーＤＤからの指令で起動する主軸モータＭ１により回転駆動される。続いて、主軸１に装着する油穴付きねじれドリルＴＤに対して、Ｚ軸送り制御手段ＳＺがＺ軸送りモータＭ２を駆動制御してＺ軸方向に進退制御することで、ワークＷに対する細穴加工が始まる。上記ワークＷに対する細穴加工は、図９に示すように、主軸１の回転駆動時にＺ軸方向に連続送りして、穴深さＬの細穴が明けられる穴あけ工程制御によって効率良く行われる。また、ドリルＴＤへの切屑の巻付きを防止したい場合は、図１０に示すように、Ｚ軸送り制御手段ＳＺによりＺ軸送りモータＭ２を正逆駆動し、Ｚ軸方向に進退制御させることで数ミリ前後のペックフィードの送り量Ｌ１にてペックフィード制御し、穴深さＬの細穴が明けられる穴あけ工程制御とが任意に切換えて行なれる。
【００３５】
上記油穴付きねじれドリルＴＤによるワークＷに対する細穴加工の詳細作用は、図１１（穴あけの初期）から図１２（穴あけの末期）に示すようにして進められる。高速回転する油穴付きねじれドリルＴＤにおいて、超高圧クーラント液Ｃは、ねじれ溝に沿って明けられた長い螺旋経路の油孔ｈの経路内での圧力損失を起こしつつも、１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度まで高められているから、この超高圧クーラント液Ｃが刃先３０の逃げ面に到達する。ここで、超高圧クーラント液Ｃは、逃げ面に明けた開口ｈ１からワークＷの細穴Ｗ１の切削面に向けて強く噴射される。この結果、超高圧クーラント液Ｃは、ワークＷにあけられる細穴Ｗ１の深部まで確実に供給伝達されるから、クーラント液の不足による刃先の発熱とこれに伴なう刃先摩耗や位置精度・面租度の低下を生じさせることがなくなり、効率の良い細穴加工が進められる。更に、油穴付きねじれドリルＴＤの刃先から創出される切粉Ｅは、極めて狭い細穴Ｗ１内に有るものの、１４Ｍｐａ程度まで高めた超高圧クーラント液Ｃにより、確実且つ効率良く細穴外へ排出される。
【００３６】
【実施例】
続いて、上記細穴加工装置１００を使用した細穴加工方法による加工例を、図１３〜図１６により説明する。まず、図１３は従来技術で、通常のクーラント圧力となる「５Ｍｐａ」とした場合の加工データを示し、図１４は本発明の超高圧クーラント液である「１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度」まで高めた場合の加工データを示している。図１３と図１４とはクーラント圧力以外を、同一の加工条件とした。その数値は、使用工具：φ２．４ｘ７５ｘφ３、被削材（ワーク）：ＳＵＳ３０４（ＨＲＢ８０）、切削条件：周速Ｖ＝３５ｍ／ｍｉｎ、送りＦ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、加工深さ３０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝１２．５）、ペック３ｍｍ、クーラント液（切削油材）：アイロカット３３４とした。尚、クーラント圧力が５Ｍｐａの時は、毎分１６５ＣＣの吐出油量となり、クーラント圧力が１４Ｍｐａの時は、毎分３９０ＣＣの吐出油量となった。
【００３７】
上記同一の加工条件において、ワークＷに対して、１〜１５３個の細穴加工を進めながら、プログラム上の位置と実際の位置、内径と真円度、Ｘ軸とＹ軸の「位置のズレ」、位置度、直角度、面租度（Ｒｚ）のデータ取りを行った。このデータによると、面租度（Ｒｚ）は「穴数９５において、４．４７３２。穴数１５３において、５．３１６９」であり、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」の場合の面租度（Ｒｚ）は「穴数９５において、２．６２５６。穴数１５３において、２．６７５７」である。上記データの比較から、クーラント圧力を「１４Ｍｐａ」に高くすると面租度（Ｒｚ）の改善が大幅に行われることが立証されている。更に、Ｘ軸とＹ軸の「位置のズレ」、位置度の改善効果も認められる。
【００３８】
上記「深穴加工での位置度精度」について、図１５に示すように、Ｙ軸における各位置での変化を図表化した。この図表からわかるように、クーラント圧力が「５Ｍｐａ」の場合の「位置度」は、「０．０４８〜０．１６」の範囲に分散しているのに対し、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」の場合の「位置度」は、「０．００〜０．０９８」の範囲に分散している。この図表の比較から、クーラント圧力を「１４Ｍｐａ」に高くすると「位置度」の改善が大幅に行われることが立証されている。
【００３９】
更に、図１６は、使用工具：φ２．４ｘ７５ｘφ３の刃先摩耗状態を、クーラント圧力との関係で対比した外観写真により示している。クーラント圧力が「５Ｍｐａ」で１５０穴目の刃先摩耗量ｍ１に対し、クーラント圧力が「１４Ｍｐａ」で１５０穴目の刃先摩耗量ｍ２の方が、摩耗が微量であることが確認できる。
【００４０】
尚、本発明の細穴加工方法の実施例は、超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａに設定した場合におけるデータの説明であった。しかし、実際に超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａから低下させて行き、１０Ｍｐａ前後の圧力においても、上記作用・効果が維持されていることを確認した。一方、超高圧クーラント液の圧力を１４Ｍｐａ以上に高めることは、超高圧クーラント発生装置（超高圧クーラント液供給手段）ＨＰの大型化による設備費の増大と電力量の増大を招き、細穴加工装置１００の実用的・経済的な領域から外れる。更には、小径工具を１４Ｍｐａ以上の超高圧クーラント液では歪ませてしまい、希望する加工精度を保った細穴加工が不可能になる。
【００４１】
処で、本発明の細穴加工方法に使用される工具は、油穴付きねじれドリルＴＤに限定されない。例えば、ワークの深穴加工・細穴加工に止まらず、細穴溝加工を行いたい場合は、図１７に示す油穴付きねじれエンドミルＥＭが、本発明の細穴加工方法に使用できる。この油穴付きねじれエンドミルＥＭは、例えば、３枚の刃を持ち、その軸心方向には３本の通孔ｈがあけられ、先端の逃げ面に開口ｈ１している。上記油穴付きねじれエンドミルＥＭにより、ワークＷに対する細穴Ｗ１の加工に続いて、溝方向の送りをかけて「細穴溝Ｗ２の加工」を行う。この細穴溝加工のはじめの工程となる「細穴加工時」には、外径がφ２．５以下の小径になると、上記油穴付きねじれドリルＴＤと同様な加工条件で加工することで、同様な作用・効果が発揮される。勿論、溝方向の送りの工程においても、同様な作用・効果が発揮される。
【００４２】
以上のように、本発明の細穴加工方法に使用される工具は、油穴付きねじれドリルＴＤや油穴付きねじれエンドミルＥＭが最適な作用・効果を発揮する。しかし、これらの工具に止まらず、その他の類似工具においても同様な作用・効果が期待できる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１によると、高圧クーラント液が噴射された状態において、深穴加工・細穴加工の他に細穴溝加工等が実施できるから、油穴付きねじれ工具の刃先にクーラントが行き渡って発熱が抑制できるとともに、切粉の排出性が促進できる。しかして、油穴付きねじれ工具で、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴加工が可能である。更に、細穴の加工精度や加工面の面粗度が改善され、早期の工具破損が無くなって工具寿命が改善されランニングコストの低減が図れるとともに、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能である。
【００４４】
上記請求項２の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されその先端が逃げ面に開口されこの開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて高圧クーラント液が噴射されるから、長い螺旋経路を成した経路内での圧力損失の影響を大きく受けず、切粉の排出性が改善されて、クーラント不足による工具刃先の発熱も少なく細穴・深穴加工が円滑に実施でき、工具の寿命延長と加工精度や加工面の面粗度の改善ができる。油穴付きねじれ工具において、Ｌ／Ｄ＝１０以上の深穴加工が可能である。
【００４５】
上記請求項３の細穴加工方法によると、高圧クーラント液について、深穴加工・細穴加工の他に細穴溝加工等に有効とされる粘性の高い不水溶性切削油剤を使用したから、ワークの深穴加工・細穴加工等が高い加工精度や加工面の面粗度のもとに効率良く実施できる。
【００４６】
上記請求項４の細穴加工方法によると、油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたから、ワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工を可能にできる。更に、油穴付きねじれ工具のペックフィードによるときも、ガンドリルより約数倍程度の高速送りが可能となり、穴あけ作業効率が改善できる。
【００４７】
上記請求項５の細穴加工方法によると、請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法において、油穴付きねじれ工具を油穴付きねじれドリルとしたから、従来は困難であったＬ／Ｄ＝１０以上の深穴加工・細穴加工が可能である。また、ガンドリルよりも約１０倍程度の高速送りが可能である。更に、油穴付きねじれドリルの送りについて、数ミリ前後のペックフィードとすることでワークから削り出される切粉が連続せず、短冊状となって切粉の排出性が改善されて連続した穴明け加工が可能である。また、油穴付きねじれドリルのペックフィードにおいて、ガンドリルより約５倍程度の高速送りが可能となって加工能率が改善される。また、工具刃損してもガンドリルより低価格であり、ランニングコストも低く抑えられる。
【００４８】
上記請求項６の細穴加工装置によると、主軸先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの高圧クーラントを発生させる高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備した。これにより、請求項１〜３項までの細穴加工方法を円滑に実施することができる。更に、上記高圧クーラント液が噴射された状態において、油穴付きねじれドリルを穴あけ方向に送りをかて穴あけ加工を実施できる。
【００４９】
上記請求項７の細穴加工装置によると、送り制御手段は、主軸に装着する油穴付きねじれドリルに対して、主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせるから、請求項４の細穴加工方法について、油穴付きねじれドリルのペックフィードにてガンドリルより約５倍程度の高速送りを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の細穴加工方法を実施する工作機械の右側面図である。
【図２】本発明の主軸と工具ホルダの断面図である。
【図３】主軸と工具ホルダとの接続作用の断面図である。
【図４】主軸と工具ホルダとの接続部の斜視図である。
【図５】二面拘束工具ホルダの断面図である。
【図６】テーパーシャンク工具ホルダの断面図である。
【図７】主軸と工具ホルダとの接続部の斜視図である。
【図８】主軸の回転制御及びペックフィード制御手段のブロック線図である。
【図９】油穴付きねじれドリルによる連続送りを示す説明図である。
【図１０】油穴付きねじれドリルによるペックフィードを示す説明図である。
【図１１】油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【図１２】油穴付きねじれドリルによる細穴加工方法を示す作用断面図である。
【図１３】クーラント圧力とドリルの刃先摩耗の端面・刃先を写真で示す外観図である。
【図１４】細穴加工での低いクーラント圧力と面租度の関係を示す特性図である。
【図１５】細穴加工での高いクーラント圧力と面租度の関係を示す特性図である。
【図１６】深穴加工でのクーラント圧力と位置度精度との関係の精度分布図である。
【図１７】油穴付きねじれエンドミルの外観図である。
【図１８】油穴付きねじれエンドミル細穴溝加工の外観図である。
【符号の説明】
１ 主軸
１Ａ 主軸先端面
１Ｂ 対接面（凹面）
１Ｃ 穴
３ ドローイングボルト
３Ａ センター孔
４ 回収管
５ ミスト吸引機
６ 供給管路
８ クーラント供給接続口
８ａ 内孔
１０ フランジ
１０Ａ フランジ端面
１０Ｂ 対接面（凹面）
１０Ｃ Ｖ溝環
１１ 受給接続口
２０ サイドスルー（フランジスルー）
３０ 刃先
３１ テーパーシャンク部
５０ ＮＣ制御装置
１００ 細穴加工装置（工作機械）
２００ ペックフィード制御手段
Ｃ 超高圧クーラント液
φＤ 嵌合孔
φｄ 内孔
ＤＤ ドライバー
Ｅ 切粉
ＥＭ 油穴付きねじれエンドミル
Ｆ 推進力
Ｌ１ ペックフィードの送り量
Ｌ 穴深さ
Ｍ１ 主軸モータ
Ｍ２ Ｚ軸送りモータ
ｍ１，ｍ２ 刃先摩耗量
ｈ 油孔
ｈ１ 噴射口、開口
ＨＰ 超高圧クーラント発生装置（高圧クーラント液供給手段）
Ｐ 配管
ＳＨ 主軸頭
ＳＸ Ｘ軸送り制御手段
ＳＹ Ｙ軸送り制御手段
ＳＺ Ｚ軸送り制御手段
ＴＤ 油穴付きねじれドリル
ＴＨ１ 二面拘束工具ホルダ
ＴＨ２ テーパーシャンク工具ホルダ
Ｖ１．Ｖ２ 逆止弁
Ｗ ワーク
Ｗ１ 細穴
Claims (7)
- 主軸の先端部に装着させた小径の油穴付きねじれ工具には、上記主軸の回転時に油穴付きねじれ工具の油穴に１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を圧入するとともに、油穴付きねじれ工具の刃先に開口する油穴からワ−ク加工穴内の穴あけ面に超高圧クーラント液を噴射させ、且つ穴あけ方向に送りをかけて穴あけ加工することを特徴とする細穴加工方法。
- 上記油穴付きねじれ工具の油穴は、工具のねじれに沿って挿通されるとともに、その先端が逃げ面に開口され、この開口からワ−ク加工穴内の穴あけ面に向けて超高圧クーラント液を噴射させることを特徴とする請求項１記載の細穴加工方法。
- 上記超高圧クーラント液は、不水溶性切削油剤であることを特徴とする請求項１または２記載の細穴加工方法。
- 上記油穴付きねじれ工具の送りは、数ミリ前後のペックフィードとしたことを特徴とする請求項１または２記載の細穴加工方法。
- 上記油穴付きねじれ工具を、油穴付きねじれドリルとしたことを特徴とする請求項１から４項のいずれか１項記載の細穴加工方法。
- 主軸の先端部に装着され油穴を挿通した小径の油穴付きねじれドリルと、上記油穴付きねじれドリルを主軸先端部に装着させるフランジに油孔を挿通した工具ホルダと、上記工具ホルダを装着するとともにフランジの油孔開口部と接続する油孔開口部を軸端面等に配置した主軸と、上記主軸の油孔開口部に連絡する主軸内の挿通孔に接続し１０Ｍｐａ以上で１４Ｍｐａ程度までの超高圧クーラント液を発生させる超高圧クーラント液供給手段と、上記主軸を回転自在に承持する主軸頭を少なくとも軸方向に進退制御する送り制御手段と、を装備したことを特徴とする細穴加工装置。
- 上記送り制御手段は、主軸に装着する油穴付きねじれドリルに対して、主軸の回転駆動時に軸方向に数ミリ前後のペックフィード制御を行なわせることを特徴とする請求項６記載の細穴加工装置。
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| KR101053191B1 (ko) | 2003-06-03 | 2011-08-01 | 히다치 비아 메카닉스 가부시키가이샤 | 구멍뚫기 가공방법 |
| CN112139577A (zh) * | 2019-06-28 | 2020-12-29 | 株式会社泰珂洛 | 切削工具 |
-
2002
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