JP2016215287A

JP2016215287A - 切削加工装置

Info

Publication number: JP2016215287A
Application number: JP2015099641A
Authority: JP
Inventors: 雄平泉谷; Yuhei Izumiya; 博井田; Hiroshi Ida
Original assignee: URANO KK
Current assignee: URANO KK
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-12-22

Abstract

【課題】工具の異常摩耗が発生せず、工具寿命が長くなることができ、クーラント穴付きエンドミル切削工具を用いた難削性金属材料の切削加工装置を提供することにある。【解決手段】図１に示す切削加工装置によるエンドミル切削加工において、切削油剤噴射ノズルから高圧の切削油剤を回転しているクーラント穴付きエンドミル切削工具と難削性金属材料の切削部分に噴射させながら切り屑を吸引除去することを特徴とするクーラント穴付きエンドミル切削工具を用いた難削性金属材料の切削加工装置。【選択図】図１

Description

この発明は、難削性金属材料のエンドミル切削加工技術に係り、切削油剤を高圧噴射する方法において、工具刃先の欠損、チッピング（工具刃先の微小な欠損）の発生を抑制し、工具寿命が長くすることができる切削加工装置に関するものである。

難削性金属材料の切削加工は、高能率化により、切削加工条件が過酷になれば、工具刃先の欠損、チッピング（工具刃先の微小な欠損）が生じるので、多量の切削油剤を工具刃先に噴射しながら切削加工が行われている。

特開２０１０−２８００５１号公報特開２０１０−２６９４３７号公報特開２００８−５０７４１８号公報

難削性金属材料のエンドミル切削加工において、高能率化により、切削加工条件が過酷になれば、工具刃先の欠損、チッピング（工具刃先の微小な欠損）が生じ、工具寿命が短い等、様々な問題がある。
難削性金属材料のエンドミル切削加工において、高品質、高能率、低コストを目標に、エンドミル切削工具への冷却効果及び潤滑効果を目的として、工具刃先に多量の切削油剤が噴射されている。
しかし、多量の切削油剤が噴射されているにもかかわらず、難削性金属材料の切削加工において、切削熱は発熱部の切れ刃と工具すくい面に集中し、局部部的に切削温度を上昇させるため、工具寿命が短い。さらに鋸歯状切り屑を生成し、切れ刃のチッピングや欠損などの異常損傷を進行させる。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、工具刃先の異常な摩耗、チッピング（工具刃先の微小な欠損）が発生せず、工具寿命を長くすることが可能となる難削性金属材料の切削加工装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、難削性金属材料を乗せた工作機械のテーブルと、切削加工始端側の難削性金属材料に切削油剤を噴射する切削油剤噴射ノズルと、難削性金属材料の切削加工を行うクーラント穴付きエンドミル切削工具と、切削加工終端側の切り屑を吸引する吸引用ノズルを備えた切削加工装置である。ここで、難削性金属材料とはチタン合金、ニッケル合金、ステンレス鋼が挙げられる。

以上の記載より明らかなように、請求項１によれば、難削性金属材料を乗せた工作機械のテーブルと、切削加工始端側の難削性金属材料に切削油剤を噴射する切削油剤噴射ノズルと、難削性金属材料の切削加工を行うクーラント穴付きエンドミル切削工具と、切削加工終端側の切り屑を吸引する吸引用ノズルを備えた切削加工装置によって、エンドミル切削工具刃先の摩耗幅が小さく、工具寿命を長くすることが可能である。

この発明を実施するための形態を示すもので、クーラント穴付きエンドミル切削工具を用いたチタン合金の切削加工装置の模式図である。表1は切削加工装置によるクーラント穴付きエンドミル切削工具によるチタン合金の切削加工実験結果の一例である。表２は、切削加工装置によるクーラント穴なしエンドミル切削工具によるチタン合金の切削加工実験結果の一例である。

以下に、この発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は、クーラント穴付きエンドミル切削工具を用いたチタン合金の切削加工装置の模式図である。

図１において、チタン合金１を工作機械のテーブル５に固定し、工作機械の工具ホルダ６において、下向きに固定されたクーラント穴付きエンドミル切削工具２を挟んで、チタン合金１の切削加工始端側に切削油剤噴射ノズル３をチタン合金１に向けて配置し、切削加工終端側に切り屑を吸引除去する吸引用ノズル４が配置している。切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３と切削加工終端側に配置された吸引用ノズル４との間に工作機械の工具ホルダ６に固定されたクーラント穴付きエンドミル切削工具２を切削加工始端側から切削加工終端側に向けて移動自在に配置する。図面において、工作機械は、クーラント穴付きエンドミル切削工具２、工作機械のテーブル５、工作機械の工具ホルダ６から構成され、工作機械の装置本体部分は省略している。

切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３のノズルの先端はクーラント穴付きエンドミル切削工具２に向けて取り付けられている。クーラント穴付きエンドミル切削工具２及び切削油剤噴射ノズル３には切削油剤を貯蔵するタンク等に一端が接続され、図示しないホースの他端側が接続されている。クーラント穴付きエンドミル切削工具２及び切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３は、切削油剤がクーラント圧7MPaで噴射するものである。切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３は、クーラント穴付きエンドミル切削工具２に向けて切削油剤が噴射するものである。

切削加工終端側に配置された吸引用ノズル４は、回転しているクーラント穴付きエンドミル切削工具２、切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３に向けて、吸引装置の吸引条件として、真空圧20.6kPa、風量2.9m³／minで吸引し、切り屑を除去するものである。切削加工終端側に配置された吸引用ノズル４は、吸引装置等に一端が接続され、図示しないホースの他端側が接続されている。

切削加工装置によるクーラント穴付きエンドミル切削工具を用いたチタン合金のエンドミル切削加工実験は、以下のとおりである。なお、クーラント穴なしエンドミル切削工具を用いたチタン合金のエンドミル切削加工実験も同様な方法で行った。
（１）チタン合金１を工作機械のテーブル５に固定する。
（２）工作機械の工具ホルダ６において、下向きに固定されたクーラント穴付きエンドミル切削工具２を所定の回転数に上げ、所定の回転数になったクーラント穴付きエンドミル切削工具２に向けて、切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３から切削油剤がクーラント圧7MPaで噴射する。また、クーラント穴付きエンドミル切削工具２から切削油剤が同時にクーラント圧7MPaで噴射する。
切削加工終端側に配置された吸引用ノズル４は、回転しているクーラント穴付きエンドミル切削工具２、切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３に向けて、吸引装置の吸引条件として、真空圧20.6kPa、風量2.9m³／minで吸引し、切り屑を除去する。なお、切削加工始端側に配置された切削油剤噴射ノズル３の形状は、外径7mm、内径3mm、長さ300mmである。切削加工終端側に配置された吸引用ノズル４の形状は、外径38mm、内径34mm、長さ300mmである。
（３）クーラント穴付きエンドミル切削工具２及び切削加工始端側に配置した切削油剤噴射ノズル３から切削油剤を噴射する。切削油剤噴射ノズル３は、回転しているクーラント穴付きエンドミル切削工具２とチタン合金１の切削部分に切削油剤を噴射し、エンドミル切削加工を行い、切削加工終端側に配置した吸引用ノズル４から切り屑を吸引除去しながらチタン合金１の側面において、エンドミル切削加工を行う。
（４）所定量（切削距離5m）のエンドミル切削加工が終了すれば、クーラント穴付きエンドミル切削工具２の刃先を顕微鏡で摩耗状況を観察した。さらに、評価（表１、表２）において、×印は、工具刃先のチッピング、欠けが生じた場合である。○印は、工具刃先の工具刃先のチッピング、欠けが生じなかった場合である。

チタン合金の実験結果の一例は表１、表２のとおりである。表１、表２中の被削材のチタン合金は、Ti-6％Al-4％V合金の結果の一例である。被削材のチタン合金の形状は、長さ500mmＸ幅200mmＸ高さ200mmである。
表１のクーラント穴付きエンドミル切削工具はAlCrNコーテッド超硬エンドミル切削工具（工具径20mm、4枚刃）を使用した。また表２のクーラント穴なしエンドミル切削工具も同様な形状で実験を行った。チタン合金のエンドミル切削加工において、クーラント穴付きエンドミル切削工具、吸引用ノズル、切削油剤噴射ノズルの組み合わせによる工具摩耗に与える影響について比較検討を行った。

表１、表２のチタン合金の切削加工条件は、切削速度50m／min、送り速度318mm／min、切り込み量2mmで同一の条件で行った。

吸引装置において、上記の切削油剤噴射ノズルと吸引用ノズルの配置の条件で吸引の条件は、真空圧20.6kPa、風量2.9m³／minで行った。なお、吸引装置において、上記の切削油剤噴射ノズルと吸引用ノズルの配置の条件で吸引の条件が、真空圧20.6kPa及び風量2.9m³／minより小さい場合、切り屑の除去が困難であったため、工具の刃先において、良好な結果が得られなかった。さらに、予備実験の結果、上記の切削油剤噴射ノズルと吸引用ノズルの配置の条件で上記の真空圧20.6kPa及び風量2.9m³／min以上の場合、問題なく切り屑の除去が可能であった。上記の真空圧20.6kPa及び風量2.9m³／min以上の場合、工具刃先の摩耗状況は同程度であり、上記の真空圧、風量が工具摩耗に与える影響はなかった。

表１は、クーラント穴付きエンドミル切削工具を使用した場合の工具刃先の結果である。
表中は、クーラント穴付きエンドミル切削工具単独の結果、クーラント穴付きエンドミル切削工具及び吸引用ノズルの組み合わせの結果、クーラント穴付きエンドミル切削工具及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせの結果、クーラント穴付きエンドミル切削工具、吸引用ノズル及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせの結果を示す。

表１の結果からクーラント穴付きエンドミル切削工具、吸引用ノズル及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせにおいて、工具摩耗が抑制され、良好な結果を得ることができた。

表２は、クーラント穴なしエンドミル切削工具を使用した場合の工具刃先の結果である。
表中は、クーラント穴なしエンドミル切削工具単独の結果、エンドミル切削工具及び吸引用ノズルの組み合わせの結果、エンドミル切削工具及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせの結果、エンドミル切削工具、吸引用ノズル及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせの結果を示す。

表２の結果から、クーラント穴なしエンドミル切削工具、吸引用ノズル及び切削油剤噴射ノズルの組み合わせにおいて、チッピング等の発生し、良好な結果を得ることができなかった。

クーラント穴付きエンドミル切削工具及び切削油剤噴射ノズルから高圧で噴射される切削油剤の冷却効果と、高圧で噴射される切削油剤及び吸引装置による切り屑の除去の効果が、工具刃先の摩耗防止において、相乗効果として作用し、工具摩耗が極めて良好な結果を得ることができたと考えられる。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものでなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

本発明は、難削性金属材料のエンドミル切削加工において、工具刃先の異常な摩耗、チッピング（工具刃先の微小な欠損）が発生せず、工具寿命を長くするが可能となる難削性金属材料の切削加工装置を提供するものであり、産業上有用である。

１チタン合金（難削性金属材料の一例）
２クーラント穴付きエンドミル切削工具（切削油剤の貯蔵するタンクに接続）
３切削油剤噴射ノズル（切削油剤の貯蔵するタンクに接続）
４吸引用ノズル（吸引装置に接続）
５工作機械のテーブル
６工作機械の工具ホルダ

Claims

難削性金属材料を乗せた工作機械のテーブルと、切削加工始端側の難削性金属材料に切削油剤を噴射する切削油剤噴射ノズルと、難削性金属材料の切削加工を行うクーラント穴付きエンドミル切削工具と、切削加工終端側の切り屑を吸引する吸引用ノズルを備えた切削加工装置。