JP2016087738A

JP2016087738A - 熱可塑性樹脂の切削加工装置

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Publication number: JP2016087738A
Application number: JP2014224664A
Authority: JP
Inventors: 拓紀村尾; Hiroki Murao; 豊和廣田; Toyokazu Hirota; 清野　誉晃; Yoshiaki Kiyono; 誉晃清野; 大輔平岡; Daisuke Hiraoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP6365245B2

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂の切削加工で発生する切粉の冷却効率を高め、バリの発生を抑制することができる熱可塑性樹脂の切削加工装置を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなる被削材Ｗを切削する切削工具１１と、被削材Ｗから発生する切粉Ｃを空気Ａとともに吸引する集塵機１５とを備えた熱可塑性樹脂の切削加工装置１である。切削加工装置１は、集塵機１５の吸引口１４ａに、被削材Ｗの被削面Ｗｆを覆うとともに被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄが開放されたフード１３を備える。切削工具１１は、吸引口１４ａに対して一方向Ｄに偏って配置される。空気Ａは、一方向Ｄにおいて切削工具１１の上流側から下流側へ流れて吸引口１４ａに吸引される。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の切削加工装置に関する。

従来から、補強繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化複合材の穴あけに用いる回転切削式の穴あけ工具が知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された穴あけ工具は、本体部の先端に回転中心から外周に至る回転中心対称の切れ刃を有している。また、特許文献１には、発生する切屑を切屑吸引手段で強制的に除去しながら加工を進める穴あけ方法が例示されている。

例えば、特許文献１の図３を参照すると、マシニングセンタの主軸に、工具ホルダを介して穴あけ工具が装着され、加工部を覆うカバーが取り付けられている。切屑吸引手段は、吸引装置とカバーとその両者間を接続するホースとからなる。

カバーは、マシニングセンタに取り付ける固定カバーの下部に軸方向相対スライドが可能な筒状の可動カバーを有している。可動カバーは、工具に先行して被削材の上面に押し当てられ、この状態で主軸がさらに降下して穴あけ工具による穴あけがなされる。したがって、加工中は、常時、加工部がカバーに囲われ、発生した切屑が強制的に吸引除去されることになる。

特開２０１２−２２３８８２号公報

特許文献１では、穴あけ工具の周囲の全体が可動カバーに覆われている。そのため、可動カバーと被削材との間の隙間から吸い込まれた空気は、可動カバーの内周面に沿って穴あけ工具の軸方向に吸引される。この場合、可動カバーの内周面近傍に飛散した切粉を穴あけ工具の軸方向に沿って効率よく吸引することができる。しかし、穴あけ工具の近傍では、十分な空気流を発生させることができず、穴あけ工具と熱可塑性樹との間の摩擦熱によって高温になった切粉が溶融し、バリが発生する虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂の切削加工で発生する切粉の冷却効率を高め、バリの発生を抑制することができる熱可塑性樹脂の切削加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の切削加工装置は、熱可塑性樹脂からなる被削材を切削する切削工具と、前記被削材から発生する切粉を空気とともに吸引する集塵機とを備えた熱可塑性樹脂の切削加工装置であって、前記集塵機の吸引口に、前記被削材の被削面を覆うとともに該被削面に沿う一方向が開放されたフードを備え、前記切削工具は、前記吸引口に対して前記一方向に偏って配置され、前記空気は、前記一方向において前記切削工具の上流側から下流側へ流れて前記吸引口に吸引されることを特徴とする。

本発明の切削加工装置によって熱可塑性樹脂からなる被削材を切削する際には、被削材の被削部から発生する切粉を、例えば、以下の手順で回収することができる。まず、切削工具を被削材の被削部の位置に移動させ、集塵機の吸引口に設けられたフードを被削材の被削面の一部を覆うように配置し、集塵機を作動させる。これにより、集塵機によって吸引口から空気が吸引され、被削材の被削面に沿う一方向が開放されたフードに空気が取り込まれ、被削材の被削面に沿う一方向に大流量の空気流が発生する。

次に、被削材の被削部を、切削工具によって切削する。被削材の切削加工では、切削工具と被削材との間の摩擦によって摩擦熱が発生する。前記特許文献１に記載されたマシニングセンタでは、穴あけ工具の周囲３６０°を覆う可動カバーと被削材との間の隙間から空気を取り入れ、被削材から発生した切粉を可動カバーの内周面に沿って穴あけ工具の軸方向に吸引している。この場合、穴あけ工具の近傍では、被削材の被削面に沿う空気流を発生させることは困難である。そのため、切削加工で発生する熱によって、穴あけ工具の近傍で高温になった切粉が溶融し、加工穴の周囲に堆積してバリが発生する虞がある。

これに対し、本発明の切削加工装置では、集塵機の吸引口に、被削材の被削面を覆うとともに該被削面に沿う一方向が開放されたフードを備え、切削工具は、吸引口に対して前記一方向に偏って配置されている。そのため、集塵機を作動させることで、空気は、前記一方向において切削工具の上流側から下流側へ流れて吸引口に吸引される。すなわち、切削工具の上流側から下流側へ向けて流れる空気に指向性を与え、被削材の被削面に沿う一方向に大流量の空気流を発生させることができる。したがって、切削工具及び被削材の被削部は、切削工具の上流側から下流側へ流れる一方向の強い空気流によって急激に冷却され、切削加工によって被削材の被削部から発生した切粉が、溶融することなく空気とともに集塵機によって吸引される。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、熱可塑性樹脂の切削加工で発生する切粉の冷却効率を高め、バリの発生を抑制することができる熱可塑性樹脂の切削加工装置を提供することができる。

本発明の切削加工装置の一実施形態を示す模式断面図。図１に示す切削加工装置のII−II線に沿う矢視断面図。

以下、図面を参照して本発明の切削加工装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の切削加工装置の一実施形態を示す模式断面図である。図２は、図１に示す切削加工装置のII−II線に沿う矢視断面図である。

本実施形態の切削加工装置１は、熱可塑性樹脂からなる被削材Ｗを切削する切削工具１１と、被削材Ｗから発生する切粉Ｃを空気Ａとともに吸引する集塵機１５と、を備えた熱可塑性樹脂の切削加工装置である。本実施形態の切削加工装置１は、集塵機１５の吸引口１４ａに、被削材Ｗの被削面Ｗｆを覆うとともに被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄが開放されたフード１３を備えること、及び、切削工具１１は、吸引口１４ａに対して一方向Ｄに偏って配置されることを特徴としている。被削材Ｗとしては、例えば、熱可塑ＣＦＲＰ複合材等の繊維強化された熱可塑性樹脂、又は、繊維強化されていない通常の熱可塑性樹脂を用いることができる。

本実施形態の切削工具１１は、例えば、熱可塑性樹脂からなる被削材Ｗに切削穿孔加工を施すドリルである。切削工具１１はドリルに限定されず、例えば、バイト、フライス、エンドミル等、他の切削工具を用いることもできる。切削工具１１は、例えば、加工機１２のチャックに保持されて、加工機１２に固定されている。加工機１２は、例えば、モータや変速機等を備え、切削工具１１を回転させて被削材Ｗの切削を行う。加工機１２は、例えば、フード１３の一部に取り付けることができる。

フード１３は、側壁１３ｃと天板１３ｄとを有し、被削材Ｗに接する底部が開放されるとともに、被削材Ｗに沿う一方向Ｄの片側で側壁１３ｃが開放されて空気入口１３ａが形成された矩形箱型の部材である。天板１３ｄは、側壁１３ｃの上端に連結され、フード１３を被削材Ｗに沿って配置したときに、被削材Ｗに対向する。天板１３ｄには、被削材Ｗに対向する空気出口１３ｂが形成されている。

すなわち、フード１３は、被削材Ｗに沿う一方向Ｄにおいて切削工具１１と対向する空気入口１３ａと、該空気入口１３ａから一方向Ｄに沿って離れた位置で集塵機１５の吸引口１４ａに接続されて被削材Ｗに対向する空気出口１３ｂと、該空気出口１３ｂから空気入口１３ａに向かう一方向Ｄを除いて空気出口１３ｂを囲む側壁１３ｃと、を有している。なお、フード１３の側壁１３ｃは、被削材Ｗに沿う一方向Ｄを除いて、切削工具１１の周囲を囲んでもよい。

また、図２に示すように、フード１３は、側壁１３ｃに貫通孔１３ｅを有していてもよい。本実施形態のフード１３では、被削材Ｗに沿う一方向Ｄにおいて、空気出口１３ｂを挟んで切削工具１１と対向する側壁１３ｃに貫通孔１３ｅが形成されている。本実施形態の貫通孔１３ｅは、空気入口１３ａの開口面に垂直な中心線ＣＬから側方にずれた位置に形成されている。

集塵機１５は、例えば、集塵ダクト１４を備え、集塵ダクト１４の先端に吸引口１４ａが設けられている。集塵機１５の吸引口１４ａは、フード１３の空気出口１３ｂに接続さている。集塵機１５の内部には、例えば、空気ファン１６が配置されている。集塵機１５は、空気ファン１６を回転させることで負圧を生じさせ、フード１３の空気出口１３ｂに接続された吸引口１４ａから、集塵ダクト１４を介して空気Ａとともに被削材Ｗの切削時に発生する切粉Ｃを吸引する。集塵機１５の空気ファン１６の下流側には、排気ダクト１７が連結されている。集塵機１５は、集塵ダクト１４の先端の吸引口１４ａを介して吸引した切粉Ｃを、空気Ａとともに排気ダクト１７を介して外部の集塵容器等に送出する。

以下、本実施形態の切削加工装置１の作用について説明する。

本実施形態の切削加工装置１によって被削材Ｗを切削する際には、被削材Ｗの被削部から発生する切粉Ｃを、例えば、以下の手順で回収することができる。まず、切削工具１１を被削材Ｗの被削部の位置に移動させ、集塵機１５の吸引口１４ａに設けられたフード１３を、被削材Ｗの被削面Ｗｆの少なくとも一部を覆うように被削材Ｗに沿って配置し、集塵機１５を作動させる。これにより、集塵機１５の吸引口１４ａから空気Ａが吸引され、吸引口１４ａに設けられたフード１３の空気入口１３ａから空気Ａが取り込まれる。

ここで、フード１３は、空気入口１３ａによって被削材Ｗの被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄの片側が開放され、その一方向Ｄを除いて側壁１３ｃ及び天板１３ｄによって吸引口１４ａを覆っている。また、切削工具１１は、吸引口１４ａに対して、フード１３の側壁１３ｃが開放された一方向Ｄに離れた位置に偏って配置されている。そのため、空気Ａは、フード１３の側壁１３ｃが開放された一方向Ｄ、すなわち被削材Ｗの被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄに、切削工具１１の上流側から下流側へ流れて吸引口１４ａに吸引される。すなわち、切削工具１１の上流側から下流側へ、被削材Ｗの被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄに、指向性を有する大流量の空気Ａの流れが生成される。

次に、被削材Ｗの被削部を、切削工具１１によって切削する。被削材Ｗの切削加工では、切削工具１１と被削材Ｗとの間の摩擦によって摩擦熱が発生する。そのため、前記特許文献１に記載されているように、穴あけ工具の周囲の可動カバーと被削材との間の隙間から空気を取り入れ、被削材の切削加工で発生した切粉を穴あけ工具の軸方向に吸引するだけでは、穴あけ工具の近傍に強い空気流を発生させることは困難である。したがって、前記特許文献１に記載の穴あけ方法では、切削加工で発生する熱を空気流によって十分に奪うことはできず、穴あけ工具の近傍で高温になった切粉が溶融し、被削材の表裏の加工穴の周囲に堆積してバリが発生する虞がある。被削材の加工穴の周囲にバリが発生すると、機械加工後に手仕上げによるバリ除去が必要になり、工数が増加するなど、後工程に悪影響を及ぼす。

これに対し、本実施形態の切削加工装置１では、前述のように、集塵機１５の吸引口１４ａに、被削材Ｗの被削面Ｗｆを覆うとともに被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄが開放されたフード１３を備え、切削工具１１は、吸引口１４ａに対して一方向Ｄに偏って配置されている。そのため、集塵機１５を作動させることで、空気Ａは、被削面Ｗｆに沿う一方向Ｄにおいて、切削工具１１の上流側から下流側へ流れて吸引口１４ａに吸引される。これにより、被削材Ｗの表面に沿う一方向Ｄに指向性が付与され、切削工具１１の上流側から下流側へ流れる大流量の空気Ａの流れを発生させることができる。

そのため、切削工具１１及び被削材Ｗの被削部は、切削工具１１の上流側から下流側へ一方向Ｄに流れる大流量の空気Ａによって急激に冷却され、切削加工によって被削材Ｗの被削部から発生した切粉Ｃが、溶融することなく空気Ａとともに集塵機１５によって吸引される。したがって、本実施形態の切削加工装置１によれば、熱可塑性樹脂からなる被削材Ｗの切削加工で発生する切粉Ｃの冷却効率を高め、バリの発生を抑制することができる。

すなわち、空冷によって切削工具１１を冷却し、切削工具１１及び被削材Ｗの温度を熱可塑性樹脂の融点以下にすることで、バリの発生を低減することができる。これにより、後工程の負担を軽減し、後工程作業の工数を削減することができる。また、切削加工装置１において、集塵と冷却を同時に行うことができ、設備費を低減することができる。また、周辺環境への粉塵の飛散を防止することができる。また、切削工具１１等の加工治具が冷却されることで、加工治具の寿命を延長することができる。

また、本実施形態のフード１３は、側壁１３ｃに貫通孔１３ｅが形成されている。これにより、フード１３内で渦流を生じさせ、被削材Ｗに沿う一方向Ｄにおいて空気出口１３ｂへ向かって流れる指向性を有する空気流の流量を増大させ、被削材Ｗの切削加工で発生する切粉Ｃの冷却効率を高めることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１切削加工装置、１１切削工具、１３フード、１４ａ吸引口、１５集塵機、Ａ空気、Ｃ切粉、Ｄ一方向、Ｗ被削材、Ｗｆ被削面

Claims

熱可塑性樹脂からなる被削材を切削する切削工具と、前記被削材から発生する切粉を空気とともに吸引する集塵機とを備えた熱可塑性樹脂の切削加工装置であって、
前記集塵機の吸引口に、前記被削材の被削面を覆うとともに該被削面に沿う一方向が開放されたフードを備え、
前記切削工具は、前記吸引口に対して前記一方向に偏って配置され、
前記空気は、前記一方向において前記切削工具の上流側から下流側へ流れて前記吸引口に吸引されることを特徴とする熱可塑性樹脂の切削加工装置。