JP2017007052A - 切屑除去装置および切屑除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工面上の切屑を効率よく排出する。【解決手段】本発明は、加工物を切削する際に発生する切屑を除去する切屑除去装置であって、加工物の水平面上の一端から他端に向って送風を行う送風手段と、加工装置の切削刃、若しくは切削刃が取り付けられた加工装置の主軸の回転部に取り付けられ、切削時に、加工物の上に滞留する切屑に接触する撹拌子と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、フライス切削等の切削加工において、加工物上に乗った切屑を送風により除去する切屑除去装置および切屑除去方法に関する。

フライス加工で平面切削を行った場合、加工物の水平面上に切屑が滞留する。加工物上の切屑は、切削油剤などの液体により洗い流すのが一般的である。切屑の除去に液体が使用できない環境、例えば、加工物を冷却できない、或いは、液体循環設備を設けることができないといった環境では、切屑を吸引して回収する方法や、圧縮空気噴射ノズルや送風機（ファン、ブロア）を使用して切屑を吹き飛ばす方法が用いられる。なお、液体が使用できない環境としては、熱間でのフライス加工が挙げられる。

特許文献１には、切削刃物の周辺に、吹出口と、この吹出口に送風を行う送風装置を設けた切屑除去装置が開示されている。

また、特許文献２には、加工工具による板材の切削部に向けて圧縮空気噴射ノズルから空気を噴射し、切屑を切削部から排除する切削除去装置が開示されている。

実開平５−４９３０９号公報 実願平５−５６３４５号公報

特許文献１では、送風開始後、一定時間が経過すると、加工物の加工面上に切屑が滞留してしまうという問題がある。また、切削対象が鉄系の材料である場合には、滞留した切屑を飛ばすために非常に大型の送風装置が必要となるが、切屑除去装置を設置する寸法が制約される場合には、大型の送風装置が設置できないという問題もある。

また、特許文献２で提案された方法の場合では、圧縮空気噴射ノズルにより送風を行っているため、吹出口から遠方になると急激に風速が低下して、切屑を飛ばすために必要な風速を得ることが困難である。

本発明は、このような問題に対してなされたものであり、加工面上の切屑を効率よく排出することができる切屑除去装置および切屑除去方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ 加工物を切削する際に発生する切屑を除去する切屑除去装置であって、
加工物上の一端から他端に向って送風を行う送風手段と、
切削刃が取り付けられた加工装置の主軸の回転部に取り付けられ、または、加工装置の切削刃に取り付けられ、切削時に、加工物の上に滞留する切屑に接触する撹拌子と、を有する切屑除去装置。
［２］ 撹拌子は、棒状であり、回転部または切削刃に等間隔に複数取り付けられている［１］に記載の切屑除去装置。
［３］ 撹拌子は、棒状の柄と、柄の先端に取り付けられた切屑接触部とを有している［１］または［２］に記載の切屑除去装置。
［４］ さらに、切削刃が取り付けられた加工装置の主軸の回転部に取り付けられ、または、加工装置の切削刃に取り付けられ、回転部または切削刃が回転することにより回転して風をおこす複数の羽根を有する［１］乃至［３］のうちいずれかに記載の切屑除去装置。
［５］ 加工物を切削する際に発生する切屑を除去する切屑除去方法であって、
送風手段により、加工物上の一端から他端に向って送風を行い、加工物上の大部分の切屑を加工物上から排出し、
加工物上に滞留した一部の切屑には、撹拌子を接触させて、切屑を移動させて、該一部の切屑に前記の送風手段からの風を受けるようにして、該一部の切屑を加工物上から排出する切屑除去方法。

本発明によれば、加工面上の切屑を効率よく排出することができる。

加工物の加工面近傍に切屑が滞留する様子を示す図である。 切屑の滞留が連鎖的に発生する様子を示す図である。 切屑の排出方向と送風手段の風向きが順方向である場合を示す図であり、（ａ）は送風手段から送風を開始した直後の様子を示す図であり、（ｂ）は一定時間経過したときの様子を示す図である。 切屑の排出方向と送風手段の風向きが逆方向である場合を示す図であり、（ａ）は送風手段から送風を開始した直後の様子を示す図であり、（ｂ）は一定時間経過したときの様子を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置の側面図である。 本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置をフライス加工装置の移動方向から見た図である。 本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。 本発明の実施の形態２に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。 本発明の実施の形態３に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

発明者らは、加工面上に切屑が滞留する原因について検討を行った。

図１に示すように、加工物１の加工面に、送風手段３から水平方向に送風を行うと、加工面近傍に境界層２が発生する。境界層２では、送風手段３からの送風の速度が低下しており、切屑１ａが滞留する。図２に示すように、一度切屑１ａが加工物１上に滞留すると、滞留した切屑１ａの風下で風力不足となり、切屑１ａの滞留が連鎖的に起こる。

さらに、別の観点から検討した切屑１ａが滞留する原因を、図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、加工物１を上から見た図である。加工物１は、時計回りに回転する切削刃４によって切削されている。切削刃４によって切削された直後の加工物１の切屑１ａは、紙面左側から右側に排出される。

切屑１ａの排出方向に対して、送風手段３の送風方向が順方向および逆方向とで、切屑１ａが滞留する様子を説明する。なお、切屑１ａは、切削条件により様々な形状となるが、ここでは、切屑１ａの形状は、螺旋形状であるとする。

図３は、送風手段３が切削刃４の左側に配置され、送風手段３の風向きが紙面左側から右側の場合、すなわち、切屑１ａの排出方向と送風手段３の風向きが順方向である場合である。

切屑１ａの排出方向と送風手段３の風向きが順方向である場合には、送風手段３が送風を開始した直後は、図３（ａ）に示すように、切屑１ａが紙面左側から右側へ流れはじめるが、図３（ｂ）に示すように、送風開始後、一定時間が経過すると、切屑１ａは、送風手段３から風を受ける面積が最小の状態、すなわち、切屑１ａの螺旋の中心軸が送風方向に揃った状態で、境界層に滞留する。

図４は、送風手段３が切削刃４の右側に配置され、送風手段３の風向きが紙面右側から左側の場合、すなわち、切屑１ａの排出方向と送風手段３の風向きが逆方向である場合である。

切屑１ａの排出方向と送風手段３の風向きが逆方向である場合、送風手段３が送風を開始した直後は、図４（ａ）に示すように、切屑１ａが紙面右側から左側へ流れはじめる。そして、図４（ｂ）に示すように、送風開始後、一定時間が経過すると、切屑１ａは、送風手段３から風を受ける面積が最小の状態、すなわち、切屑１ａの螺旋の中心軸が送風方向に揃った状態で、境界層に滞留する。

切削時に、切屑１ａが加工物１上に滞留するという問題に対し、発明者らは、加工装置の回転部に、切屑１ａに接触することができる撹拌子を設けることを想到した。発明者らは、この撹拌子を、切削中に切屑１ａに接触させることで、滞留する切屑１ａを強制的に移動させ、境界層２から切屑１ａを排出して、送風手段３の流れ場に入れて、加工物１上から排出できると考えた。

撹拌子は、切削刃による切削を邪魔せずに、切削された切屑１ａに接触することができればどのような形状であってもよいが、例えば、以下の実施の形態１および２に示すものを使用することができる。

［実施の形態１］
図５乃至図８は、実施の形態１に係る切屑除去装置を、門型の汎用のフライス加工装置に設置した例を示している。図５は、本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置の平面図であり、図６は、その側面図であり、図７は、フライス加工装置の移動方向から見た図である。また、図８は、本発明の実施の形態１に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。

フライス加工装置１００は、レール１２上を移動することにより、水平に置かれた加工物１の上方をＸ方向に移動する門型フレーム１３と、門型フレーム１３に設置されＹ方向に移動するクロスヘッド１４と、クロスヘッド１４に設置されＺ方向に移動する主軸１５で構成されている。主軸１５の先端には、切削刃１６が取り付けられている。

実施の形態１に係る切屑除去装置は、送風手段１７と攪拌子１８を有している。

送風手段１７は、門型フレーム１３のＹ方向の一端に固定され、門型フレーム１３のＸ方向の移動に追従して移動する。送風手段１７は、加工物１の上面を、Ｙ方向の一端から他端に向かって水平方向に送風を行うことで、Ｙ方向の一端から他端に向かって切屑１ａを排出する。送風手段１７は、Ｙ方向の一端から他端に向かって切屑１ａを運び出すため、所定の風力が必要となる。例えば、送風手段１７は、送風機（ファン又はブロア）によって構成することができる。一般に、ファンは、圧縮比が１．１以下のものをいい、ブロアは、圧縮比が１．１〜２．０程度のものをいう。

撹拌子１８は、棒状の部材であり、平面視（図５）において、主軸１５から先端が外側に突出するように取り付けられている。撹拌子１８は、回転時の切削刃１６を偏心させることが無いように、２以上の撹拌子１８を主軸１５の回転軸１５ａに等間隔に取り付けることが好ましい。この例では、主軸１５に対し、同一形状の４本の撹拌子１８が主軸１５に等間隔に取り付けられている。撹拌子１８は、回転軸１５ａに取り付けられており、回転軸１５ａが回転することにより回転する。そのため、撹拌子１８を駆動する動力は不要である。

図６および図７に示すように、撹拌子１８は、主軸１５から加工物１に対して垂れ下がるように取り付けられている。撹拌子１８の下端は、切削刃１６の下端よりもやや下方に位置し、切削時に、加工物１の上面を押さえ付けた状態となるように取り付けられている。

撹拌子１８は、切削時に加工物１から受ける反力に耐え、かつ、加工物１の表面に追従するために、高さ方向および平面方向に変形可能な弾性体であることが好ましい。この例では、図８に示すように、剛性にある棒状の柄１８ａの先端に、弾性体からなる球状の切屑接触部１８ｂが取り付けられている。

次に、このように構成された切屑除去装置を用いた切屑除去方法を説明する。切削加工により発生した切屑１ａは、以下の順序で除去される。
（１）大部分の切屑１ａは、送風手段１７からの風力によりＹ方向（図５の紙面下方から上方）に移動し、加工物１の上面から吹き飛ばされる。
（２）切屑１ａの一部は、送風手段１７の風向と切屑１ａの螺旋形状の軸方向が一致したところで送風手段１７からの送風の影響が小さくなり、一度は加工物１の表面に滞留するが、切削刃１６に取り付けた撹拌子１８に接触することにより、螺旋形状の軸方向が、送風手段１７の風向とは異なる方向に回転させられる。
（３）送風手段１７の風向とは異なる方向に回転させられた切屑１ａは、送風手段１７の風力を受けるようになり、送風手段１７の送風によってＹ方向に移動する推進力を受け、加工面から吹き飛ばされる。これにより、加工物１上から、切屑１ａが排出される。

続いて、本発明の効果について説明する。
送風手段１７から送風を行うことにより、大部分の切屑１ａは吹き飛ばされるが、加工物１の上には境界層２（図１）が形成され、この境界層２に、切屑１ａの一部が、切屑１ａの螺旋の中心軸が送風方向に揃った状態で滞留する。本発明では、主軸１５の回転軸１５ａの回転により、撹拌子１８が回転しながら、加工物１上に滞留した切屑１ａに接触する。これにより、切屑１ａの方向が変更され、送風手段１７からの風を受けやすくなり、切屑１ａを境界層２から排出して、加工面から排出することができる。

このように、本発明では、送風手段１７に加えて、撹拌子１８を設置することにより、加工物１上に滞留してしまう切屑１ａに接触して、効率よく境界層２から切屑１ａを排出することができる。これにより、境界層２に滞留した切屑１ａを排出できるような大きな送風手段１７を設ける必要がなく、送風手段１７を小型化でき、低コスト化、コンパクト化することができる。

なお、撹拌子は、切削時に切屑１ａに接触することができれば、撹拌子の形状は、上述のものに限られない。例えば、ある程度の剛性と、切削時に加工物１から受ける反力に耐え、かつ、加工物１の表面に追従できれば、柄１８ａと切屑接触部１８ｂを分けずに、撹拌子１８を一つの部材として構成してもよい。また、撹拌子を棒状とせずに、板状として、任意の傾きで主軸１５に取り付けても良い。

［実施の形態２］
図９は、本発明の実施の形態２に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。なお、撹拌子２０以外の構成については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
実施の形態２では、実施の形態１と同形状の撹拌子２０が、切削刃１６に取り付けられている。このように、撹拌子２０は、切削時に滞留する切屑１ａに接触することができれば、どのような位置に配置してもよい。撹拌子２０は、実施の形態１と同様に、柄２０ａと切屑接触部２０ｂを有している。

［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る切屑除去装置の撹拌子周辺を拡大した図である。実施の形態３では、実施の形態１の撹拌子１８に加え、主軸１５の回転部１５ａに、複数の羽根１９が取り付けられている。羽根１９は、回転部１５ａに等間隔に設けられおり、切削時に、回転部１５ａが回転することにより、鉛直下向きに向う風をおこす。なお、羽根１９の形状、取り付け角度、枚数などは、適宜設定することができる。例えば、隣り合う撹拌子１８の間に、羽根１９を設置すればよい。

このように、実施の形態３では、撹拌子１８に加えて羽根１９を設置することで、羽根１９の回転により発生した風で、さらに境界層２に滞留する切屑１ａを排出させやすくすることができる。

なお、羽根１９は、実施の形態２の切屑除去装置に組み合わせてもよい。すなわち、図９に示される主軸１５の回転部１５ａ若しくは切削刃１６のいずれかに、羽根１９を取り付けることができる。

１ 加工物
１ａ 切屑
２ 境界層
３ 送風手段
４ 切削刃
１２ レール
１３ 門型フレーム
１４ クロスヘッド
１５ 主軸
１５ａ 回転部
１６ 切削刃
１７ 送風手段
１８、２０ 撹拌子
１８ａ、２０ａ 柄
１８ｂ、２０ｂ 切屑接触部
１９ 羽根
１００ フライス加工装置

Claims (5)

1. 加工物を切削する際に発生する切屑を除去する切屑除去装置であって、
   加工物上の一端から他端に向って送風を行う送風手段と、
   切削刃が取り付けられた加工装置の主軸の回転部に取り付けられ、または、加工装置の切削刃に取り付けられ、切削時に、加工物の上に滞留する切屑に接触する撹拌子と、を有する切屑除去装置。
2. 撹拌子は、棒状であり、回転部または切削刃に等間隔に複数取り付けられている請求項１に記載の切屑除去装置。
3. 撹拌子は、棒状の柄と、柄の先端に取り付けられた切屑接触部とを有している請求項１または２に記載の切屑除去装置。
4. さらに、切削刃が取り付けられた加工装置の主軸の回転部に取り付けられ、または、加工装置の切削刃に取り付けられ、回転部または切削刃が回転することにより回転して風をおこす複数の羽根を有する請求項１乃至３のうちいずれかに記載の切屑除去装置。
5. 加工物を切削する際に発生する切屑を除去する切屑除去方法であって、
   送風手段により、加工物上の一端から他端に向って送風を行い、加工物上の大部分の切屑を加工物上から排出し、
   加工物上に滞留した一部の切屑には、撹拌子を接触させて、切屑を移動させて、該一部の切屑に前記の送風手段からの風を受けるようにして、該一部の切屑を加工物上から排出する切屑除去方法。

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