JP2005040896A - 工作機械におけるワークの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルミストの使用量を低減して環境負荷の低減とランニングコストを低減し、ワークの加工精度を向上できる工作機械におけるワークの加工方法を提供する。
【解決手段】 オイルミスト供給装置３１によって粒子径が微細な１μｍ以下のオイルミストを発生させ、これを主軸装置１８の内部に形成したオイルミスト供給通路２２から工具２０によって加工されるワークの加工部及び工具の先端に供給する。オイルミストが微細なためその使用量を低減して環境負荷の低減とランニングコストが低減される。ワークの加工部の内面や工具の表面にオイルミストが付着しても液状化が抑制され、ワークから排出される切粉への液状化したオイルの付着も抑制されるので、切粉の排出が円滑に行われる。ワークと工具２０の接触界面のオイル皮膜が薄くなって、切削抵抗が低減され、加工部の冷却作用も向上し、工具２０の滑りも良くなり、ワークの加工精度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械におけるワークの加工方法に関し、さらに詳しくはオイルミスト供給装置からオイルミストを工具によって加工されるワークの加工部に供給して、工具とワークの冷却と潤滑を行うワークの加工方法に関するものである。

一般に、工作機械の主軸装置に装着された工具によってワークを加工する際には、工具によるワークの加工部の冷却と潤滑を行うために、オイルミスト供給ノズルからワークの加工部及び工具先端にオイルミストを供給するようになっている。このオイルミスト供給装置は、オイルの使用量が少なくなるので、環境への負荷を低減する加工方法として利用されている。

ワークの加工部及び工具先端へのオイルミストの供給装置として、工具ホルダ及び切削工具を把持した主軸装置の内部でオイルミストを発生する装置（特許文献１）が提案されている。又、主軸装置の外部でオイルミストを発生する装置（特許文献２，３）も提案されている。この装置は、オイルの貯留用容器にオイルミスト発生器を設け、ワークの加工の際に前記オイルミスト発生器を作動させる。そして、前記貯留用容器からオイルミスト供給管及びオイルミスト供給ノズルを通してオイルミストをワークの加工部及び工具先端に供給するようになっている。
特開２００２−２３９８７０ 特開２０００−２１８４６６ 特開２００２−２２４９３２

前者の主軸装置の内部でオイルミストを発生する装置は、装置が簡単で製造及び組み付け作業が容易となる利点がある。しかし、前者のオイルミスト発生装置は、オイルミスト発生器の構造上、オイルの霧化率が極めて低く、粒子径が不均一で粗いオイルミストを使用することになる。このため、オイルミストの使用量が１時間当たり５０〜７５ｍｌ／ｈ以上必要となり、ランニングコストが増大するという問題があった。

又、前者のオイルミスト発生装置は、オイルミストの粒子が粗いため、ワークの加工時にワークの加工部の内面や工具の表面にオイルミストが多量に付着して液状化され、ワークの切粉にも液状化したオイルが付着して、切粉の排出が妨げられる。又、ワークと工具の接触界面のオイル皮膜が厚くなって、切削抵抗が増大されるとともに、加工部の冷却作用も低下し、工具の滑りも悪くなり、この結果、ワークの加工精度を低下させるという問題があった。

さらに、前者のオイルミスト発生装置は、オイルミストの粒子径が大きいので、主軸及び工具の高速回転によりオイルミストの一部が遠心力により主軸及び工具の通路内部に設けられたオイルミスト供給通路の内周面に付着する。このため、オイルミストの供給が円滑に行われず、オイルミストの粒子径も不均一で、大きくなり易く、前述した液状化を助長するという問題があった。

一方、後者のオイルミストを主軸装置の外部で発生する装置は、粒子径が５〜１００μｍの粗いオイルミストを発生するようにしていたので、前述した問題に加えて、次のような問題があった。即ち、長いオイルミスト供給管の内周面にオイルミストが付着してオイルミストが液状化するので、オイルミストの供給が円滑に行われず、オイルミストの粒子径も不均一で、大きくなる方向に変化して液状化が助長される。このため、主軸装置の内部にオイルミスト供給通路を形成したタイプの工作機械に適用する際には、前記オイルミスト供給通路の構成を特殊なものにする必要があるという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、環境への負荷低減とオイルミストの使用量を低減してランニングコストを低減することができるとともに、ワークの加工精度を向上することができる工作機械におけるワークの加工方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、主軸装置の外部において、オイル及びオイルミストを貯留可能な貯留用容器にオイルミストを発生させるオイルミスト発生器を設け、前記貯留用容器からオイルミスト供給管を通してオイルミスト供給ノズルにオイルミストを供給するようにした工作機械を用いて、前記オイルミスト発生器によって発生する粒子径が１μｍ以下のオイルミストを主軸装置に装着した工具により加工されるワークの加工部及び工具の先端に供給してワークを加工することを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、オイルミストを前記オイルミスト供給管から主軸装置の主軸、工具ホルダ及び工具の内部に形成されたオイルミスト供給通路を通してワークの加工部に供給してワークを加工するようにしたことを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、粒子径が０．７μｍのオイルミストをワークの加工部及び工具の先端に供給してワークを加工することを要旨とする。

請求項１〜３に記載の発明によれば、オイルミスト発生器によって粒子径が１μｍ以下の霧化率が高く微細なオイルミストを発生させ、このオイルミストをワークの加工部及び工具先端に供給するようにした。このため、オイルミストがワークの加工部及び工具先端へ適正に供給され、オイルミストの使用量を低減してランニングコストを低減することができる。

又、請求項１〜３に記載の発明によれば、オイルミストの粒子が微細なため、ワークの加工部の内面や工具の表面にオイルミストが付着しても液状化が阻止され、ワークの切粉への液状化したオイルの付着も抑制されるので、切粉の加工部から下方への排出が円滑に行われる。又、ワークと工具の接触界面のオイル皮膜が薄くなって、切削抵抗が低減されるとともに、加工部の冷却作用も向上し、工具の滑りも良くなり、この結果、ワークの加工精度が向上する。

さらに、請求項１〜３に記載の発明によれば、オイルミストの使用量が低減され、かつ切粉の排出が適正に行われるので、切粉排出用のクーラントの供給装置を小容量化することもできる。

請求項２に記載の発明によれば、オイルミストの粒子径が微細なため、オイルミスト供給配管内及び主軸装置の主軸及び工具に設けられたオイルミスト供給通路の内周面にオイルミストが重力や遠心力により付着するのを抑制することができる。この結果、オイルミストの供給が円滑に行われ、ワークの加工精度を向上することができる。又、標準タイプのクーラント供給通路を用いた主軸装置を用いることもできる。

以下、本発明を具体化した工作機械におけるオイルミスト供給装置の最良の実施形態を図面に従って説明する。
最初に、工作機械の概要を図２に基づいて説明する。ベッド１１の左側上面にはワークＷを支持するためのワークテーブル１２が支持されている。ベッド１１の右側上面にはＺ軸案内レール１３を介してＺ軸サドル１４が図示しないＺ軸駆動機構によって、Ｚ軸（前後；図２の左右）方向の往復動可能に支持されている。前記Ｚ軸サドル１４にはコラム１５が固設され、このコラム１５の前面にはＹ軸案内レール１６を介してＹ軸サドル１７が図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸（上下）方向の往復動可能に装着されている。前記Ｙ軸サドル１７には主軸装置１８が装着されている。

前記主軸装置１８の内部には図１に示すように主軸１９が回転可能に支持され、その先端部には工具２０が工具ホルダ２１を介して取り外し可能に装着されている。前記主軸１９、工具ホルダ２１及び工具２０には、オイルミスト供給通路２２が直列に形成されている。

次に、前記主軸装置１８のオイルミスト供給通路２２に対しオイルミストを供給するためのオイルミスト供給装置３１について説明する。
図２に示すように前記ベッド１１の右端部に装着された貯留用容器３２内には、図１に示すように液状のオイル３３が貯留されている。前記貯留用容器３２の上面にはオイルミスト発生器３４が装設されている。このオイルミスト発生器３４は貯留用容器３２の上面に設置された発生器本体３５を備えており、貯留用容器３２の底部からオイル３３をオイル供給管３６及びプランジャポンプ３７によって前記発生器本体３５にオイルを供給するようになっている。

前記発生器本体３５には圧縮空気供給源３９から圧縮空気供給管４０によって発生器本体３５内に圧縮空気が供給されるようになっている。前記圧縮空気供給管４０には増圧機４１が設けられている。そして、前記プランジャポンプ３７を作動し、オイル供給管３６を通してオイル３３を発生器本体３５に供給するとともに、増圧機４１を作動して圧縮空気供給源３９から発生器本体３５に高い圧力の圧縮空気を供給する。すると、発生器本体３５内においてオイル３３が圧縮空気の噴射による霧吹きの原理によって微細なオイルミスト３３ａとなり、貯留用容器３２のオイルミスト貯留空間４２に貯留されるようになっている。この実施形態では、前記オイルミスト発生器３４によって粒子径が１μｍ以下のオイルミストを発生するようになっている。

前記貯留用容器３２のオイルミスト貯留空間４２と、前記主軸装置１８側のオイルミスト供給通路２２の入口とは、オイルミスト供給管４５によって連通されている。前記オイルミスト供給管４５はベッド１１側に図示しないブラケットを介して取り付けられた固定管４５Ａと、この固定管４５Ａに継手４６を介して直列に接続された可撓管４５Ｂとによって構成されている。前記可撓管４５Ｂの先端部は、前記オイルミスト供給通路２２の入口に対し回転継手４７によって接続されている。そして、前記可撓管４５Ｂによって前記主軸装置１８がＹ軸及びＺ軸方向に往復動されるのを許容するようになっている。前記固定管４５Ａの基端部には電磁開閉弁４８が設けられている。

制御装置５１には工作機械の押しボタン式の電源スイッチ５２のオン信号又はオフ信号が入力されるようになっている。そして、電源スイッチ５２からオン信号が制御装置５１に入力されると、該制御装置５１から前記モータ３８、圧縮空気供給源３９及び増圧機４１に動作信号が出力され、貯留用容器３２内においてオイルミストが生成貯留されるようになっている。反対に、電源スイッチ５２からオフ信号が制御装置５１に入力されると、該制御装置５１から前記モータ３８、圧縮空気供給源３９及び増圧機４１に停止信号が出力され、オイルミストの生成が停止されるようになっている。

次に、前記のように構成した工作機械におけるオイルミスト供給装置の動作について説明する。
図１において、前記電源スイッチ５２がオンされると、前記制御装置５１からモータ３８、圧縮空気供給源３９及び増圧機４１に動作信号が出力されて、前記オイルミスト発生器３４が駆動され、貯留用容器３２内部のオイルミスト貯留空間４２にオイルミストが生成貯留される。その後、図２において、Ｙ軸サドル１７の上下動の後、Ｚ軸サドル１４が前進されて、主軸装置１８が同じ方向に移動され、工具２０によるワークＷの加工が行われる。前記ワークＷの加工作業と同期して、制御装置５１から前記電磁開閉弁４８に動作信号が出力されて、オイルミスト供給管４５が開放される。このため貯留用容器３２内のオイルミスト貯留空間４２に予め貯留されていたオイルミスト３３ａがオイルミスト供給管４５を介して前記主軸装置１８のオイルミスト供給通路２２に供給される。そして、前記工具２０の先端からオイルミスト３３ａがワークの加工部及び工具の先端に噴射され、加工部の冷却と潤滑が行われる。

その後、ワークＷの加工動作が終了して前記Ｚ軸サドル１４がＺ軸方向に後退されると、制御装置５１から前記電磁開閉弁４８に閉鎖動作信号が出力される。このため、前記オイルミスト供給管４５が閉鎖され、オイルミスト貯留空間４２内部のオイルミストの前記主軸装置１８への供給が停止される。

さらに、前記電源スイッチ５２がオフされると、制御装置５１からモータ３８、圧縮空気供給源３９及び増圧機４１に停止信号が出力されて、前記オイルミスト発生器３４によるオイルミストの生成が停止される。

上記実施形態の工作機械におけるオイルミスト供給装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記オイルミスト発生器３４によって粒子径が１μｍ以下の微細なオイルミストを発生するようにした。このため、不均一で霧化率の極めて低い粗いオイルミストを用いるのと比較して、少量のオイルミストで加工部及び工具２０の先端を適正に潤滑・冷却できるとともに、オイルの消費量を低減して、ランニングコストを低減することができる。

又、本発明によるワークの加工方法によれば、加工に使用するオイルミストの粒子が小さいため、オイルミスト供給通路２２を通して工具２０の先端からワークＷの加工部に噴射されるオイルミストがワークの加工面、工具２０の表面及び切粉に付着されて液状化するのを防止することができる。このため、加工部から切粉が速やかに排出される。又、ワークと工具２０の接触界面のオイル皮膜が薄くなって、切削抵抗が低減されるとともに、加工部の冷却作用も向上し、工具２０の滑りも良くなり、この結果、ワークの加工面の加工精度を向上することができる。

（２）上記実施形態では、霧化率の高い微細な均一のオイルミストを発生させるようにしたので、オイルミストが重力あるいは遠心力の影響を受け難くなり、オイルミスト供給管４５及びオイルミスト供給通路２２の内周面にオイルミストが付着して液状化するのを防止することができる。この結果、オイルミストの粒子が小さいままの状態でワークの加工部に供給されるので、前述したオイルミストの液状化を防止して、この点からも前述したワークの加工精度を向上することができる。

（３）上記実施形態では、オイルミストの液状化が阻止されるので、主軸装置１８のオイルミスト供給通路２２の構成を特別な構成とする必要がなく、主軸装置１８の構成を変更しなくても済み、主軸装置１８のイニシャルコストを低減することができる。

（４）上記実施形態では、切粉に液状化したオイルが付着しないので、切粉がドライ状態のままワークの加工部及び工具の先端に付着することなく機外に落下される。このため、切粉の排出用のクーラント装置のクーラントの使用量を低減して、その小容量化を図ることができる。

（５）上記実施形態では、オイルミスト供給管４５及びオイルミスト供給通路２２内に残留するオイルミストを殆どなくすことができ、この結果、工具２０の自動交換作業時において、液状化したオイルの滴下を防止し工作機械が汚損されるのを抑制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では、粒子径が１μｍ以下の微細なオイルミストを発生するようにしたが、この範囲内で粒子径が０．７μｍのオイルミストを発生するようにしてもよい。又、オイルミストの粒子径が０．１〜０．７μｍの範囲にあって、そのピーク値が０．７μｍとなるようにしてもよい。

○ 前記実施形態では、主軸装置１８の内部にオイルミスト供給通路２２を形成してオイルミスト供給ノズルの機能を付与したが、専用に主軸装置１８の近傍に別途配設したオイルミスト供給ノズルを配置するようにしてもよい。

○ 前記実施形態においては、ワークＷに対し工具２０をＺ軸方向及びＹ軸方向の２軸制御にしたが、これに代えて、Ｚ軸方向のみの１軸制御にしたり、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸方向の３軸制御にしたり、Ｚ軸及びＸ軸の２軸制御にしたり、Ｚ軸及びＹ軸の２軸制御にしたりしてもよい。又、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸方向の３軸制御にしたり、ワークテーブル１２と主軸装置１８を、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸方向の３軸のうち少なくともＺ軸方向に相対移動させたりしてもよい。

加工テストとして鋼材のワークを用いるとともに、前記主軸装置１８の工具２０の直径を６．１８ｍｍ、工具２０の切削速度を８９ｍ／ｍｉｎ、送り速度を６９０ｍｍ／ｍｉｎ、ワークの加工深さを１００ｍｍとしたとき、オイルの使用量は単位時間当たり５ｍｌ／ｈとなり、同じ条件下において、主軸装置の内部でオイルミストを発生させた場合に比べ約１０分の１程度の使用量でよいことが分かった。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について追記する。
（技術的思想１）主軸装置の外部に設けられ、かつオイル及びオイルミストを貯留可能な貯留用容器にオイルミストを発生させるオイルミスト発生器を設け、前記貯留用容器からオイルミスト供給管を通してオイルミスト供給ノズルにオイルミストを供給し、噴射されるオイルミストをワークの加工部と工具の先端に供給してワークを加工するようにした工作機械において、
前記オイルミスト発生器は、粒子径が１μｍ以下のオイルミストを発生させ、このオイルミストをワークの加工部と工具の先端に供給してワークを加工するようにしたことを特徴とする工作機械におけるオイルミスト供給装置。

（技術的思想２）技術的思想１において、ベッドの上面にはワークを支持するワーク支持テーブルが装設されるとともに、工具を備えた主軸装置がワークに向かって前後動するＺ軸方向、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の少なくともＺ軸方向に相対移動可能に装着され、前記オイルミスト供給ノズルは、主軸装置に装着された主軸、該主軸に工具ホルダを介して取り付けられた工具と、それらの中心部に貫通して設けられたオイルミスト供給通路とによって構成され、前記貯留用容器からオイルミスト供給ノズルまでの間のオイルミスト供給管の少なくとも一部は、主軸装置の移動を許容するように可撓管により形成され、該可撓管の先端部は前記主軸側に設けたオイルミスト供給通路の入口に回転継手を介して接続されている工作機械におけるオイルミスト供給装置。

この発明を具体化したオイルミスト供給装置の回路図。 工作機械の略体正面図。

符号の説明

Ｗ…ワーク、１８…主軸装置、１９…主軸、２０…工具、２１…工具ホルダ、２２…オイルミスト供給通路、３２…貯留用容器、３３…オイル、３３ａ…オイルミスト、３４…オイルミスト発生器、４５…オイルミスト供給管。

Claims (3)

1. 主軸装置の外部において、オイル及びオイルミストを貯留可能な貯留用容器にオイルミストを発生させるオイルミスト発生器を設け、前記貯留用容器からオイルミスト供給管を通してオイルミスト供給ノズルにオイルミストを供給するようにした工作機械を用いて、
   前記オイルミスト発生器によって発生する粒子径が１μｍ以下のオイルミストを主軸装置に装着した工具により加工されるワークの加工部及び工具の先端に供給してワークを加工することを特徴とする工作機械におけるワークの加工方法。
2. 請求項１において、オイルミストを前記オイルミスト供給管から主軸装置の主軸、工具ホルダ及び工具の内部に形成されたオイルミスト供給通路を通してワークの加工部に供給してワークを加工するようにした工作機械におけるワークの加工方法。
3. 請求項１又は２において、粒子径が０．７μｍのオイルミストをワークの加工部及び工具の先端に供給してワークを加工する工作機械におけるワークの加工方法。

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