JP2006231491A - 切削屑の吸引装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工においてチップにて発生する切削屑を、チップ近傍に散乱させることなく、また詰まることなく他所に除去することができる切削屑の吸引装置を提供する。
【解決手段】チップホルダ１０のチップ１１上面に吸入口２０Ａを有する吸引フード２０を一体的に設け、その吸引フード２０の内側に側壁で囲まれた大小の空間部（小室２１，大室２５）を設け、吸入口２０Ａより吸込まれた切削屑がその側壁２３に衝突するようチップ加工面に略並行に、かつ、かえり側壁２８を構成するように配設し、また、吸引フード２０の下流側部に大小空間部（小室２１，大室２５）からエアを吸引するための吸引ダクト３０を接続させる。これにより切削屑は、四方に飛散することなく吸引フード２０に吸込まれ、吸込まれた切削屑は大小空間部（小室２１，大室２５）の側壁２３に衝突、分断されて切削屑詰まりを起こすことなく吸引ダクト３０に吸引される。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋盤などの工作機械で、ワークを切削加工する際に発生する帯状の切削屑を効率よく吸引して除去するための切削屑の吸引装置に関する。

〔従来の技術〕
旋盤などの工作機械において、例えば、回転電機に使用される回転子（ロータ）の外周や端面を所望の寸法に切削加工をすることがある。図示しない旋盤の主軸先端のチャック治具に取付けられた軟鋼製や銅製のロータが、図示しない送り機構に連結されたチップホルダの先端に取付けた刃具（チップ）の切刃により、ロータの所定の部位を切削加工するようになっている。なお、このチップホルダの先端に取付けた刃具（チップ）の切刃を総称してバイトと呼ぶ。

このとき連続した帯状の切削屑もしくは細断された切削屑が発生し、従来は、これを重力落下によって切削屑を回収する方式が多用されていた。この方式は、加工中に発生した切削屑を重力落下により設備下部に集約する方式であるが、加工中の切削屑の飛散が激しく、以下のような問題を抱えていた。

つまり、ワークチャック治具に切削屑が噛み込むため加工精度が悪化したり、加工部に切削屑が噛み込むため切削屑が溶着したり、飛散した切削屑がワークに付着し後工程へ流出したり、また設備内を清掃するにも手間暇がかかるという問題点である。

このため、これらを防止する目的で、エア負圧源に接続された吸引方式が考えられ、既に、特開平１１−１２３６０２号公報（特許文献１）、特開２００２−１６３０号公報（特許文献２）が出願されている。これらは共に、エア負圧源を有し、特定形状を有するワークに対し、所定の部位を切削するバイトを囲うように吸引円筒部材（吸引ダクト）を配置し、その切削加工部において適度な開口面積を保持して吸入口を形成し、そして、Ｌ型またはストレートにエア負圧源まで配管したもので、その特定形状を有するワーク専用の吸入装置となっている。
特開平１１−１２３６０２号公報 特開２００２−１６３０号公報

上記の公知文献では、発生した切削屑を吸引円筒部材（吸引ダクト）を設けることで上記問題点を解決しようとするが、発生した切削屑を細断する機能を持たないため、旋盤などの連続加工で発生する渦巻状に長く連続した切削屑に対しては、吸引時に円滑な吸引ができず、途中で切削屑詰まりを発生する問題が残っている。また、吸引円筒部材はバイトに比し相当な大きさを有しており、ワークと干渉して加工できない部分が生じるという問題があった。

本発明の目的は、切削加工においてチップにて発生する切削屑を、チップ近傍に散乱させることなく、また詰まることなく他所に除去することができる切削屑の吸引装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の発明では、チップホルダにチップを固定した工作機械で、ワークを切削加工する際に発生する切削屑を、吸引フードを有する吸引機構で吸引して除去する切削屑の吸引装置であって、吸引フードをチップホルダに設置するとともに、吸引フードとチップホルダに取付けたチップの切刃との隙間を一定にしたことを特徴とする切削屑の吸引装置を採用している。

この構成によれば、旋盤加工中（加工の部位に拘らず）常に所定の隙間で切削屑を残らず吸引することができ、切削屑の発生直後の飛散前に吸引するので、飛散に係る問題を解消できる。

〔請求項２の手段〕
請求項１に記載の切削屑の吸引装置において、吸引フードは、チップの切刃から切削される切削屑を吸引する吸引口と、該吸引口から吸い込まれた帯状に連続した切削屑を衝突させ分断する側壁を有する切削屑分断室と、吸引源に連結する吐出口とを備えていることを特徴とする切削屑の吸引装置を採用している。
この構成によれば、衝突する側壁にて分断がはかれ、切削屑詰まりを防止し、確実な切削屑の除去が実現できる。

〔請求項３の手段〕
請求項２に記載の切削屑の吸引装置において、切削屑分断室には、帯状に連続した切削屑または分断された切削屑が吸引口に逆流することを阻止するかえり側壁を有していることを特徴とする切削屑の吸引装置を採用している。
この構成によれば、一度吸引した切削屑は、仮に逆流することが生じても、かえり側壁で止めることができるので、新たに形成される切削屑と絡むことなく、切削屑詰まりを防止することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項２または３に記載の切削屑の吸引装置において、吸引口および側壁に焼入れ処理を行うことを特徴とする切削屑の吸引装置を採用している。
この構成によれば、切削屑が吸込まれる吸引口や衝突して分断する側壁の耐磨耗性が向上できて、吸込エラーや分断エラーを起こすことなく長時間使用が可能な耐久性向上が得られる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、本発明の実施例１について、切削屑の吸引装置の主要部の構成を示した斜視図である。切削屑の吸引装置１は、チップホルダ１０と吸引フード２０と吸引ダクト３０、およびワーク４０からなる。以下これらの構成要素を順に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、切削屑の吸引装置の主要部の平面図と正面図および側面図である。チップホルダ１０は、先端に切削切刃（チップ）１１を配する切削バイトであり、中央に後述する吸引フード２０を保持するインロー溝１２と複数個の取付ねじ１３を有している。また、チップ１１にはワーク４０の材質に合わせた、もしくは切削屑の発生方向を決めるために合わせた、すくい角αが設けてある。

吸引フード２０は、略直方体を呈し、その外形形状はチップホルダ１０先端部の投影形状と一致しており、チップホルダ１０上面と当接する吸引フード２０の下面はチップ１１部の傾斜面に合わせて傾斜面を形成され、互いに隙間なく、接合するように形成されている。

また、吸引フード２０の内部は、図示するように、二つの大小の室（小室２１，大室２５）が形成され、小室２１は、所定の間隔を有し、互いに向い合った側壁２２，２３をやや先細りとなるように設け、所定の高さの上部を有する略直方体の室であり、この小室２１は、その側壁２２，２３が、チップ１１の切刃面１１Ａと略並行であるが、やや後方に広がって、大室２５の側壁２６に連通している。

一方、大室２５はその断面が楕円形もしくは長円形で、高さが小室２１よりも高く形成された滑らかな側壁２６，２７を有する略柱体の室で、大室２５の長手方向は、チップ１１の切刃面１１Ａと交差するようにある所定の角度を有して配置されている。そして、大室２５の長手方向の側壁の略中央に滑らかに外部に開口する孔２９Ａが構成され、吸引フード側面に吐出口２９を形成する。

また、小室２１と大室２５は、互いに連通しており、連通部においては、大室２５の高さが小室２１の高さよりも高いことより、かえり側壁２８を形成し、大小二室を空間的に区分している。

このように小室２１と大室２５とを有する略直方体の吸引フード２０は、その一隅に所定の隙間Ｃ１を形成するように、隅落しが所定の角度βをもって加工され、吸入口２０Ａを構成している。また、吸引フード２０の先端と側端は、チップ１１の先端より僅かな寸法Ｃ２だけオフセットされており、切削加工時に吸引フード２０がワーク４０に干渉することを防いでいる。

そして、吸引フード２０の後端は取付ステム２０Ｂが形成され、取付ステム２０Ｂはチップホルダ１０のインロー溝１２に嵌合され、取付ねじ１３で固定されることにより吸引フード２０とチップホルダ１０は一体化される。

吸引ダクト３０は、フレキシブルな材料もしくは構造（蛇腹）にて形成され、その一端はテーパ状にすぼめられて、吸引フード２０側面の吐出口２９に連結され、他端は図示しない負圧源に連結されている。吸引ダクト３０の内面は、フレキシブルな構成ゆえに凹凸を有するが、この凹凸はさらに滑らかな内筒によって保護され、切削屑が詰まることなく適度な吸引ができるような太さと長さに構成されている。

ワーク４０は、図２に示すように、軟鋼製の電機子や銅製の整流子を組み合わせた回転子（ロータ）が被加工物として例示されている。ワーク４０の一端は、図示しない旋盤等工作機械の回転主軸に構成されたチャックに咥えられ、同軸で回転する。一方、図示しないバイト送り機構部に取付けられたチップホルダ１０が、ワーク４０の所定部位に当接され、切削加工がなされる。

そして、チップ１１のすくい面に案内されて、切削屑がその向きに発生し、そのままチップ１１面上に覆われた吸引フード２０の吸入口２０Ａに入り込むような構成となっている。このとき、ワーク４０の材質や切削条件に従って、切削屑が渦巻状の連続した帯状になったり、細断された切削屑になったり、あるいは粉状の切削屑になったりする場合があり、また切削屑が発生する向きも変わる場合がある。

〔実施例１の作用〕
次に切削屑の吸引装置１の吸引作用について説明する。
図３にワーク４０の端面加工例を示す。旋盤等の工作機械の主軸チャックに咥えられて回転するワーク４０に、バイト送り機構部に取付けたチップ１１を所定の切削代を有するように当接すると、切削加工が開始される。するとチップ１１の送りに連動し、切削屑がチップ１１上の所定の方向に連続して発生する。発生するや否や四方に飛散することなく、そのチップ１１上面に覆われた吸引フード２０の吸入口２０Ａに吸込まれるように連続的に押し込まれて、切削屑の先端は小室２１の側壁２３に衝突する。側壁２３は表面が硬いので、衝突した切削屑は跳ね返り、反対方向に向きを変えるように折れ曲がり、分断する。

分断が生じないときには跳ね返った切削屑は、次の対面の側壁２２に衝突し、同様にこの側壁も硬いので、向きを変えるように折れ曲がり、分断する。このように小室２１に突入する切削屑は、初段の側壁２３で略分断され、できないものは次段の側壁２２で、さらに上下壁でというように残らず分断が可能であり、また、小室２１が後方に広がって構成されていることから切削屑は滑らかに大室２５に吸引される。

また、分断されて大室２５に吸引された切削屑は、大室２５の側壁２７に衝突して跳ね返り、時には吸引気流に逆らって逆方向に向かう切削屑も出現するが、この場合でも小室２１と大室２５とを隔てる壁が大室２５側のかえり側壁２８を構成し、ここで切削屑の逆流を止め、上流側である小室２１の切削屑と接触、干渉することはない。

よって、仮に逆流があっても、またこのかえり側壁２８で跳ね返り、気流に乗って吐出口２９へと吸引される。吸引された分断切削屑は続いて吸引ダクト３０を滑らかに通って、エア負圧源の集屑機に溜まる。

図４は、ワーク４０の円筒面加工例である。旋盤等の工作機械の主軸チャックに咥えられて回転するワーク４０の円筒面に、バイト送り機構部に取付けたチップ１１を所定の切削代を有するように当接すると、切削加工が開始される。

するとチップ１１の送りに連動し、切削屑がチップ１１上の所定の方向に連続して発生する。このとき前述の端面加工と異なって、切削はチップ１１の腹でなく先で行われるため、切削屑の発生する向きが少し変わることがある。この向きは、例えばチップ１１のすくい角αを調整することで、端面加工時の向きと同じにすることは容易であるが、その都度調整をしなくても、端面加工時のすくい角αのままで円筒面加工をしても、切削屑は問題なく吸引フード２０の吸入口２０Ａに突入し、小室２１の側壁２３に衝突する（図３参照）。

しかし、小室２１の側壁２３に衝突しない突入方向の場合がある。この場合においても、切削屑は吸引フード２０の吸入口２０Ａに吸込まれるように連続的に押し込まれて、直接大室２５に滑り込むこととなる。大室２５はその側壁２７の表面が硬く形成されているので、切削屑は衝突した後、向きを変えるように跳ね返り、折れ曲がって分断する。

仮にここで折れ曲がり分断しなくても、つづく側壁２６や上下壁で分断が繰り返される。そして、分断された切削屑は下流へと吸込まれる。この側壁での分断が円滑に行われるよう、大室２５の向い合う側壁２６，２７は、下流側にやや広がった構成となっている。そして、上述した同じ作用をもって、切削屑は集屑機に溜まる。

〔実施例１の効果〕
実施例１による切削屑の吸引装置１は、吸引フード２０をチップホルダ１０に設置して、吸引フード２０とチップ１１の切刃とに吸入口２０Ａを設け、これを一定にしたことを特徴とする切削屑の吸引装置を採用している。
この構成によれば、旋盤加工中（加工の部位に拘らず）常に所定の隙間で切削屑を残らず吸引することができ、切削屑の発生直後の飛散前に吸引するので、飛散に係る諸問題を解消できる。

また、吸引フード２０内部には、側壁２２，２３で囲まれた空間部（小室２１）を設けることで、吸引された切削屑を側壁２３に衝突させ、分断することができるので、吸引部での切削屑の詰まりを防止することができる。
また、チップ１１には、所定のすくい角αを設けてあるので、切削屑の発生方向を設定でき、吸引フード２０内空間部の側壁２３に確実に衝突させることができ、よって、吸引部での切削屑詰まりを防止できる。

また、吸引フード２０内部には、下流側に側壁２６，２７で囲まれた空間部（大室２５）を設け、小室２１と隔壁を構成して連通させ、この隔壁をかえり側壁２８となしているので、一度吸引した切削屑は逆流しても、このかえり側壁２８で混流が止められ、新たに形成される切削屑と絡むことなく、切削屑詰まりを防止することができる。

また、吸引フード２０の吸入口２０Ａや小室２１や大室２５に焼入れ処理を行っているので、壁面は硬く、磨耗性が向上するので、切削屑の衝突による分断効果が向上、持続し、耐詰まり性能と耐久性能の向上が得られる。

即ち、本発明による実施例では、チップホルダ１０のチップ１１上面に吸入口２０Ａを有する吸引フード２０を一体的に設け、その吸引フード２０の内側に側壁で囲まれた大小の空間部を設け、また、吸引フード２０の下流側部に大小空間部（小室２１，大室２５）からエアを吸引するための吸引ダクト３０を接続させているので、これにより切削屑は、四方に飛散することなく吸引フード２０に吸込まれ、吸込まれた切削屑は大小空間部（小室２１，大室２５）の側壁２２，２３，２６，２７に衝突、分断されて切削屑詰まりを起こすことなく吸引ダクト３０に吸引される。

〔変形例〕
小室２１に連通する大室２５は、略長円形の断面を有する柱状空間（室）で、その長円形の長手方向の壁面、即ち吸引フード２０の側壁に吐出口を設け、吸引ダクト３０を水平に配置して、切削屑を吸引する構成となっているが、大室２５の柱状空間の配置は、小室２１同様水平であることに限定されず、その長円形の長手方向を垂直に配しても良く、また、その垂直配置の長円形の長手方向の上方壁面、即ち吸引フード２０の上壁に吐出口２９を設け、吸引ダクト３０を垂直に配置して切削屑を吸引する構成としてもよいし、逆に、下方壁面、即ち吸引フード２０の下方のチップホルダ１０に吐出口２９を設け、吸引ダクト３０を下方垂直に配置して切削屑を吸引する構成としても構わない。

あるいは、下方垂直に吸引ダクト３０を配置するのは同じであるが、チップホルダ１０に吐出口２９を配置するのではなく、吸引フード２０が一体となったチップホルダ１０を裏返しにバイト送り機構部に取付け、ワーク４０の回転も同様逆転させることによって、互いの相対関係を正常に保つことによって、切削屑の重力落下を効果として含める吸引装置であってもよい。

渦巻状に連続した切削屑に限って、小室２１の側壁２３に勢いよく突入し、跳ね返って、所定の大きさに分断されるよう側壁２３の位置や側壁間寸法を決めているが、これに限らず渦巻状ではないが、ある適度な長さに連続した切削屑においても、小室２１の側壁２３に勢いよく衝突させて、所定の大きさに分断させることもできる。また、分断の大きさは、側壁２３の位置や側壁間寸法によって、任意に変更できるものであり、吸引ダクト３０の太さや長さに応じて決めることができる。

また、数ミリの大きさに細断された切削屑の場合や切粉の場合に対しても、本構成はなんら変更することなく、使用しても構わない。つまり、切削屑のパターンに応じ、適正な吸引特性、動力特性を選ぶことができる。

切削屑の吸引装置の主要部の構成を示した斜視図（実施例１）。 （ａ）は、切削屑の吸引装置の主要部の平面図であり、（ｂ）は同正面図であり、（ｃ）は同側面図である（実施例１）。 切削屑の吸引装置の吸引作用を説明する断面図である（実施例１）。 切削屑の吸引装置の吸引作用を説明する断面図である（実施例１）。

符号の説明

１ 切削屑の吸引装置
１０ チップホルダ
１１ チップ
１１Ａ 切刃面
２０ 吸引フード
２０Ａ 吸入口（吸引口）
２１ 小室
２２，２３，２６，２７ 側壁
２５ 大室
２８ かえり側壁
２９ 吐出口
３０ 吸引ダクト
４０ ワーク

Claims (4)

1. チップホルダにチップを固定した工作機械で、ワークを切削加工する際に発生する切削屑を、吸引フードを有する吸引機構で吸引して除去する切削屑の吸引装置であって、
   前記吸引フードをチップホルダに設置するとともに、前記吸引フードと前記チップホルダに取付けたチップの切刃との隙間を一定にしたことを特徴とする切削屑の吸引装置。
2. 請求項１に記載の切削屑の吸引装置において、吸引フードは、前記チップの切刃から切削される切削屑を吸引する吸引口と、該吸引口から吸い込まれた帯状に連続した切削屑を衝突させ分断する側壁を有する切削屑分断室と、吸引源に連結する吐出口とを備えていることを特徴とする切削屑の吸引装置。
3. 請求項２に記載の切削屑の吸引装置において、前記切削屑分断室には、帯状に連続した切削屑または分断された切削屑が前記吸引口に逆流することを阻止するかえり側壁を有していることを特徴とする切削屑の吸引装置。
4. 請求項２または３に記載の切削屑の吸引装置において、前記吸引口および前記側壁に焼入れ処理を行うことを特徴とする切削屑の吸引装置。

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