JP2009297823A - 切屑回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライス加工においてカッタの外周をケーシングで覆い、加工により発生した切屑を切屑排出口から回収する切屑回収装置を、重量面での使用規制を緩和して小型、高速の加工機に採用可能となし、併せて、カッタ交換やケーシング内外の清掃などに関する対応性も良くすることを課題としている。
【解決手段】カッタ１０の外周を覆うケーシング２１を加工機１のコラム２に固定し、このケーシング２１の上部にカッタ出入口を設け、加工機の主軸４に装着されたカッタ１０がワーク側に移動して前記カッタ出入口からケーシング２１に挿入されて加工がなされるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車部品などのフライス加工において、切屑を外部への飛散を防止して回収する切屑回収装置に関する。

自動車部品などのフライス加工では、発生した切屑を加工中に切屑回収装置で回収して周辺への飛散を防止することが行なわれている。そのために採用される切屑回収装置は、下記特許文献１や非特許文献１，２などに開示されている。

これらの特許文献や非特許文献に記載された切屑回収装置は、切屑排出口を備えたケーシングでカッタ（フライスカッタ）の外周を覆い、ワーク加工時に発生する切屑を吸引や圧送の気流を利用して回収する。カッタの回転を利用して気流を用いずに切屑を回収する装置もあるが、気流を利用するものが回収効率に優れる。

なお、特許文献１の切屑回収装置は、ケーシング（スカート部を含むカバー）を工作機械の主軸の非回転部（主軸支持体）に固定している。これに対し、非特許文献１，２の切屑回収装置は、ケーシングを工作機械の主軸に装着されるアーバに固定しており、この点が構造上の相違点となっている。これらの文献が開示している切屑回収装置では、カッタとケーシングの相対位置が固定されたものになる。
特開平１０−１１３８３９号公報 住友電工ハードメタル株式会社カタログ（商品名：クリーンカットシステム） 三菱マテリアルツールズ株式会社カタログ（商品名：Ｑｉｎｇカッタ）

自動車部品は、アルミニウムなどの軽量素材を使用することが増えており、それに伴って使用機械の小型化、高速化も進展する傾向にある。ところが、既存の切屑回収装置は、ケーシングの重量が比較的大きいため、小型、高速の加工機では使用規制を受ける。例えば、ＢＴ３０対応の小型主軸加工機では、工具の重量制限があり、切屑回収装置も含めた重量を要求範囲（装置全体で例えば３ｋｇ以下）に収めることができないことから、品質管理や作業環境の改善などの面で切屑回収装置の使用が望まれているにもかかわらず、その要求を満たせていないのが実情である。直径φ１００ｍｍのカッタを使用する場合を例にとると、カッタ、アーバ、ケーシングの合計重量は６ｋｇ程度になる。しかも、加工機がマシニングセンタの場合、ケーシングとケーシング取付け部との間に介在するベアリング支持ケースも必要であり、その重量がさらに加算される。

また、従来の切屑回収装置のケーシングは、板金成形された円筒状の金属製の周壁と、機械加工された上下の金属製のフランジを溶接するなどして組み合わせて構成されており、形状の制約を受けることから、空気の流れが澱む箇所が内部に生じてそこに切屑が堆積し易く、その堆積によって切屑排出効果の低下が起こる。ところが、ケーシング内の様子が外部から見えないため適切な清掃時期がわからず、切屑の排出状態が悪化した時点で清掃を行なうことになって回収装置の機能が十分に引き出されないこともあった。また、ケーシングが障害物となってカッタ交換の作業性を悪化させ、さらに、清掃の度にケーシングを脱着する必要があり、メンテナンスが面倒になる欠点もあった。

この発明は、切屑回収装置の使用規制を緩和してその切屑回収装置を小型、高速の加工機に採用可能となすこと、及び、カッタ交換やケーシング内外の清掃などに関する対応性も良くすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、カッタの外周を覆う切屑回収装置のケーシングを加工機のコラム（支柱）に固定し、切屑排出口を備えたこのケーシングの上部にカッタ出入口を設け、加工機の主軸に装着されたカッタがワーク側に移動して前記カッタ出入口から前記ケーシングに挿入されるようにした。

この切屑回収装置の好ましい形態を以下に挙げる。
（１）前記ケーシングを、縦断面において、下端から径方向外側に膨らむように湾曲して反り上がり、高さ方向途中から径方向内側に向って巻き戻される形状にし、このケーシングの下端近くに、排出支援用の空気をケーシング内に送り込んで前記切屑排出口に向う気流を発生させる空気吹き込み口を設けたもの。
（２）前記ケーシングを、好ましくは熱硬化性の透明な硬質樹脂で形成したもの。
（３）ケーシングに設けられたカッタ出入口に、カッタの外周との間を閉鎖する封止材を設けたもの。封止材は、植毛の密度を高めた隙間封止用のブラシがよく、このブラシを交換可能に設けると好ましい。

この発明の切屑回収装置は、ケーシングをカッタから分離して加工機のコラムに固定し、カッタがワーク加工位置に移動したときにケーシング上部のカッタ出入口からケーシングに挿入されるようにしたので、ケーシングやケーシング取り付け具の重量が加工機の主軸に加わることがなくなる。そのために、使用規制を受けることがなくなって小型、高速の加工機に待望の切屑回収装置を採用することが可能になる。

また、加工終了後に、加工機の主軸の復帰に伴ってカッタがケーシングから抜き出されるため、ケーシングがカッタ交換の支障となることが無く、カッタ交換の作業性が良くなる。さらに、カッタの抜き出しによりケーシングの内部が開放されるため、内部の清掃も自由に行え、メンテナンスも容易になって切屑の堆積による回収装置の機能低下を回避することができる。

なお、ケーシングを、縦断面において、下端から湾曲して径方向外側に膨らむように反り上がり、高さ方向途中から径方向内側に向って巻き戻される形状（半円に近い形状）にしたものは、ケーシング内での空気の流れの澱みが減少し、切屑の堆積が起こり難くなって切屑の排出性が向上する。また、ケーシングの下端近くに空気吹き込み口を設けてそこから排出支援用の空気をケーシング内に吹き込むものは、切屑排出口に向う気流がケーシング内に発生し、ケーシング内で空気が澱む部分がより少なくなって切屑の排出性がさらに向上する。

また、ケーシングを、透明な硬質樹脂で形成したものは、ケーシング内での切屑の流れなどを外部から観察することができ、ケーシング内に切屑が残留するなどしたときの早期対応が可能になる。樹脂製のケーシングは成形性に優れ、形状設定の自由度も高いため、上記で好ましいとした断面半円状のケーシングも容易に形成することができる。

このほか、ケーシング上部のカッタ出入口に封止材を設けたものは、カッタ出入口とカッタとの間に生じる不可避の隙間が封止材に塞がれてその隙間から切屑や切粉が外部に洩れ出すことが防止される。

また、封止材をブラシで構成したものは、ブラシの毛が容易に変形してケーシングへのカッタの出入りを妨げない。さらに、ブラシの毛が適度の圧力でカッタの外周に接触するので、カッタの回転抵抗を少なくしながら外周の隙間を良好に塞ぐことができる。そのブラシは摩耗するが、着脱自在に装着することで新品との交換による再生が可能である。

以下、添付図面の図１〜図８に基づいて、この発明の切屑回収装置の実施の形態を説明する。図１は、この発明の切屑回収装置を採用した加工機（図のそれは立型のマシニングセンター）を示している。この加工機１は、コラム２に昇降可能に支持される主軸頭３を有し、その主軸頭３に回転駆動源を伴った主軸４が保持されている。５は加工機のベッド、６はサドル、７は加工機のテーブルであり、このテーブル７上の治具８に加工対象のワークＷ（加工物）がセットされる。テーブル７は、水平な面内で直角な２軸方向（いわゆるＸ、Ｙ方向）に移動することができる。
１０は、主軸４のテーパマウント部にアーバ９（図２参照）を介して装着されるカッタ（フライスカッタ）、１１は自動工具交換装置（ＡＴＣ）のタレット、１２は基端部をコラム２に固定した保持アームであり、この保持アーム１２の先端の枠の内側に、この発明の切屑回収装置２０のケーシング２１が取り付けられる。

図１の切屑回収装置２０の詳細を図２〜図６に示す。この切屑回収装置２０は、切屑排出口２２を有するケーシング２１と、保持アーム１２に高さ調整可能に吊るされたケーシング支持枠２４と、排出支援用の空気をケーシング２１内に送り込む空気吹き込み口２５と、その空気吹き込み口２５に圧搾空気を供給する空気供給源（図示省略）と、封止材２６（図７参照）を備えている。

ケーシング２１は、平面視で円環状をなし、上部の開口がカッタ出入口２３となっている。このケーシング２１は、図４に示すように、下端から湾曲して径方向外側に膨らむように反り上がり、その後、最上端から径方向内側に向って下向きに巻き戻される（折り返される）略半円断面の形状を有しており、湾曲した壁面に沿って切屑を巻き上げる効果が得られる。このケーシング２１の周方向途中に、切屑排出口２２が平面視で接線方向に伸び出すように設けられている。また、このケーシング２１の下端近くに、空気吹き込み口２５が、周方向に間隔をあけて複数設けられている（図３及び図５参照）。各空気吹き込み口２５は、吹き込み方向が統一された小孔２５ａをケーシング２１に貫通させてあけ、その小孔２５ａに連通するノズル２５ｂをケーシング２１の外面に固定して作り出されており、空気供給源からの空気供給管（これも図示省略）がノズル２５ｂに接続され、そのノズル２５ｂ経由で供給された空気が小孔２５ａからケーシング２１の内部に吹き込まれるようになっている。

なお、小孔２５ａからの空気の吹き込みは、小孔２５ａに傾斜角θ（図５参照）を付与して若干上向きになされるようにしておくと、切屑が吹き上げられてケーシングの湾曲した壁面に沿って巻き上げられ易くなる。小孔２５ａの水平面を基準にした傾斜角θは５°程度でよい。

ケーシング２１は、透明な硬質樹脂で形成すると、内部の状況を外部から観察することができ、併せて軽量化も図れる。材料の樹脂は、アクリル樹脂でよい。ケーシグ２１には切削熱を受けた直後の切屑が接触することが考えられるので、熱を持った切屑が接触しても溶ける心配のない熱硬化性のアクリル樹脂が好ましい。

封止材２６は、内径側に植毛した環状ブラシを用いており、ケーシング２１とケーシング支持枠２４との間に設けた環状溝２７（図４参照）に交換可能に組み込まれる。

以上の要素を備えた切屑回収装置２０は、ケーシング２１を、加工機の主軸４と同軸上、かつ、加工されるワークＷとの間に若干の隙間ができる高さ位置に固定して使用する。

そのケーシング２１が作業の支障とならない位置で治具８上にワークＷをセットし、次いで、テーブル７をサドル６とテーブル７をスライドさせてワークＷをケーシング２１の直下の加工位置に移動させる。

その後、主軸頭３を下降させて主軸４のテーパマウント部に装着されたカッタ１０をケーシング２１の上部のカッタ出入口２３からケーシング２１に挿入し、適切な位置までカッタが挿入されたら、図７に示すように、カッタ１０の周囲がケーシング２１に覆われた状況下でカッタ１０を回転させてワークＷの加工を行う。その加工に伴って切屑が生成され、その切屑がケーシング２１の切屑排出口２２に移動して回収される。生成された切屑はケーシング２１の湾曲した壁面に沿って巻き上げられて宙に浮き、その間に空気吹き込み口２５からケーシング２１の内部に吹き込まれた排出支援用の気流に乗って流れる。排出支援用の気流は、ケーシングの最上端から径方向内側、かつ、下向きに巻き戻された部分が有効に機能して図７及び図８に矢印で示すような渦流となる。従って、単純気流に比べて切屑の乗りが良くなり、ケーシング内での切屑の堆積が起こり難くなって効率のよい回収がなされる。

また、このとき、封止材２６であるブラシの先端がカッタ１０のボディ外周に接触し、ケーシング２１とカッタ１０間の隙間がブラシに塞がれてその隙間から切屑や切粉がケーシング外に洩れ出すことが防止される。

なお、カッタ１０が高速回転するなどして生成された切屑に大きな飛散力が働くときには、その飛散力を利用して切屑を回収することができる。このときには、切屑搬送用のコンベヤを併用して切屑排出口２２から吐き出される切屑をそのコンベヤで回収部に搬送するとよい。

切屑の回収効率をより高めることが要求されるときには、実施例のように、ケーシング２１内に吹き込まれる排出支援用の空気流を併用して切屑を回収するとよい。空気流は、圧送気流、吸引気流を問わない。吸引気流は、切屑排出口２２にホースを介してバキュームクリーナを接続して発生させることができる。また、圧送気流と吸引気流の双方を併用することもできる。支援用の気流を併用すると、切屑の流れが良くなるため、カッタの回転による切屑の飛散力が弱いときにも安定した回収が望める。

図８は、ケーシング２１の変形例である。この図８のケーシング２１は、空気吹き込み口２５の数を２個にし、さらに、図１〜３では下向きに開口させた切屑排出口２２の終端を、排出口の終端で横向きに開口させている。これからわかるように、空気吹き込み口２５の数や切屑排出口２２の形状などの設定には自由度がある。

この発明の切屑回収装置を採用した加工機の一形態を示す側面図 図１の加工機の切屑回収装置取り付け部を拡大して示す側面図 図２のＡ−Ａ線に沿った平面視断面図 ケーシングの縦断面の一例を示す図 ケーシングにあけた空気吹き込み口の小孔を示す側面図 図５の小孔にノズルを組み合わせた状態を示す側面図 ケーシングにカッタが挿入されて加工がなされるときの断面図 ケーシングの変形例を示す平面図

符号の説明

１ 加工機
２ コラム
３ 主軸頭
４ 主軸
５ ベッド
６ サドル
７ テーブル
８ 治具
９ アーバ
１０ カッタ
１１ 自動工具交換装置のタレット
１２ 保持アーム
２０ 切屑回収装置
２１ ケーシング
２２ 切屑排出口
２３ カッタ出入口
２４ ケーシング支持枠
２５ 空気吹き込み口
２５ａ 小孔
２５ｂ ノズル
２６ 封止材
２７ 環状溝
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 切屑排出口（２２）を備えたケーシング（２１）を有し、そのケーシング（２１）でカッタ（１０）の外周を覆い、当該ケーシング（２１）の内部で発生した切屑をカッタの回転又はケーシング内に生じさせる気流を利用して切屑排出口（２２）に移動させて回収する切屑回収装置において、前記ケーシング（２１）を加工機（１）のコラム（２）に固定し、このケーシング（２１）の上部にカッタ出入口（２３）を設け、加工機の主軸（４）に装着された前記カッタ（１０）がワーク側に移動して前記カッタ出入口（２３）から前記ケーシング（２１）に挿入されるようにしたことを特徴とする切屑回収装置。
2. 前記ケーシング（２１）を、縦断面において、下端から径方向外側に膨らむように湾曲して反り上がり、高さ方向途中から径方向内側に向って巻き戻される形状にし、このケーシング（２１）の下端近くに、排出支援用の空気をケーシング（２１）内に送り込んで前記切屑排出口（２２）に向う気流を発生させる空気吹き込み口（２５）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の切屑回収装置。
3. 前記ケーシング（２１）を、透明な硬質樹脂で形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の切屑回収装置。
4. 前記ケーシング（２１）の前記カッタ出入口（２３）に、カッタ（１０）の外周との間を閉鎖する封止材（２６）を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切屑回収装置。
5. 前記封止材（２６）が、隙間封止用のブラシであり、このブラシを交換可能に設けた請求項４に記載の切屑回収装置。

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