JP2017030083A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
金属やセラミックスの切削加工時に発生する切削屑を冷却水により、分離除去しながら連続的に切削加工するために、切削加工により発生する切削屑を、簡便かつ安価な方法により効率的に分離し、特に浮遊切削屑を含む冷却水を効率的に分離除去することができる切削加工方法を提供する
【解決手段】
加工室内に配置した切削加工を行うブレード・被加工物に冷却水をノズルから噴射して切削屑を洗浄除去するステップと、加工室から排出される切削屑を含む冷却水を貯留し沈降分離するステップと、貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルにポンプにより移送し冷却水を循環するステップとを含む金属やセラミックの切断加工用の切削加工方法において、前記加工室の底面に配置される排水口上に、加工室の底面の全面または一部を覆うようにフィルターを配置し、前記切削屑を含む冷却水を濾過して切削屑を分離除去する。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属やセラミックスなどを冷却水を循環しながら切削加工する切削加工方法に関し、さらに詳しくは金属やセラミックスなどを冷却水を循環しながら切削加工する際に発生する切削屑をフィルターで分離し、連続的に冷却水を循環する切削加工方法に関する。

金属やセラミックスなどの精密切断加工は、一般的に金属・セラミックスなどの被加工物とブレードに冷却水をかけながら切削加工を行う。冷却水はブレードと被加工物の冷却と同時に、切削時に発生する切削屑を被加工物から洗い流す役割を果たしている。通常、切削加工時には高速で回転するブレードに冷却水がかけられるため、冷却水が飛散するので、飛散防止の目的でいわゆる切削装置をカバーする加工室が設けられ、この内部で切削加工を行う仕組みになっている。

また、切削屑を含む冷却水は、加工室から貯液分離槽へと送られ、貯液分離槽内で静置されることにより切削屑が沈降分離して、冷却水は清澄する。ここで、清澄した冷却水はポンプにより、また加工室に搬送されて再度ブレードおよび被加工物の冷却と切削屑を洗浄し分離除去するのに繰り返し使用される。このように、金属やセラミックスなどの切削加工では、冷却水の循環を繰り返すことにより貯液分離槽内に切削屑が徐々にスラリー状に堆積し、貯液分離槽の底に溜まった切削屑を、一旦装置を停止して貯液分離槽を分解し回収し、改めて貯液分離槽をメンテナンスしてから改めて切削加工を行う。

ところで、切削屑の中には、貯液分離槽で沈降しきれず冷却水液面を浮遊したまま循環系へと供給されてしまうものもある。例えば、図１に示すように貯液分離槽が仕切り板で２分割され、仕切り板の中央より上の高さに排出口を設けて、沈降する切削屑と液面に浮遊する切削屑の双方を第１槽に分離・残留させ、冷却水のみ第２槽へ移送する機能を持つ貯液分離槽がある。第２槽は切削屑が分離された冷却水が溜められ、第２槽から循環ポンプで加工室へ冷却水が移送される。しかし、このような仕切り板による分離法では、浮遊する切削屑は完全に第１槽で分離できず、結局のところ第２槽に流入して冷却水循環ポンプやホース、ブレードに冷却水を噴射するノズル等に詰まる等の問題が発生する場合があった。

また、比較的大量の切削加工により発生した切削液を濾過機を使用して濾過して切削液を循環処理するシステムが特許文献１に開示されている。ここでは、工作機械から発生する汚濁液を汚水貯槽に貯め、貯槽から切削液と切削屑を含む切削液をそのまま渦流式ポンプで一時貯水槽に吸い上げて、一時貯水槽を経て濾過機により濾過した清浄液を清浄液貯水槽に貯水し、ここから切削液として工作機械に供給するというものである。このように連続的に切削加工する際に、切削屑が同時に発生ずる金属やセラミックスなどの切削加工において、切削屑を含む冷却水を循環使用するために、切削屑と冷却液との分離に大規模な設備が必要となるという問題があった。

特開２００８−０３６７３４

特に、小規模の試験で金属やセラミックスを切削加工する場合には、このような大規模な設備を設置するわけにはいかず、また、発生する切削屑も、試験内容によっては様々な材料を対象とするため、比重の大きな切削屑から比重の軽い浮遊する切削屑、泡状で浮遊する切削屑など少量でも、様々な切削屑が発生するため、これらにも対応できるように、できる限り簡易な設備、簡便な方法により切削屑を効率的に分離除去することが必要とされていた。

具体的には、貯液分離槽底に溜まった切削屑は、定期的に貯液分離槽を分解して除去し、槽内を洗浄してメンテナンスを行うが、切削屑の中には冷却水に浮遊性の切削屑が微量含まれており、この浮遊性切削屑は貯液分離槽で沈降せず液面に浮遊したまま冷却水循環系に供給され、ポンプ内に蓄積してポンプの能力を低下させたり、循環系内の配管やノズルに詰まって流送できなくなるなどのトラブルを発生させたりする問題があった。一度ポンプや循環系に浮遊切削屑が詰まると、詰りを解消するためには、詰まるたびに装置全体を停止した後、煩雑なメンテナンス作業を行う必要があり、安定して連続的に切削加工を行うことができないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、金属やセラミックスの切削加工時に発生する切削屑を冷却水により、分離除去しながら連続的に切削加工するために、切削加工により発生する切削屑を、切削加工装置に大きな改造を加えることなく簡便かつ安価な方法により効率的に分離し、特に浮遊切削屑を含む冷却水を効率的に分離除去することができる切削加工方法を提供することにある。

本発明の第１の発明は、加工室内に配置した切削加工を行うブレード・被加工物に冷却水をノズルから噴射して切削屑を洗浄除去するステップと、加工室から排出される切削屑を含む冷却水を貯留し沈降分離するステップと、貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルにポンプにより移送し冷却水を循環するステップとを含む金属やセラミックの切断加工用の切削加工方法において、
前記加工室の底面に配置される排水口上に、加工室の底面の全面または一部を覆うようにフィルターを配置して、前記切削屑を含む冷却水を濾過して切削屑を分離除去することを特徴とする切削加工方法が提供される。
また、本発明の第２の発明は、加工室の底面の一部は一段深く加工され、一段下げた底面の全面にフィルターを配置することが好ましい。
また、本発明の第３の発明は、フィルターは、ネット、スポンジ、背に状物質の集合体から選択される一種であることが好ましい。

本発明によれば、循環冷却水中に含まれる浮遊切削屑が、冷却水循環系のポンプや配管、ノズル等に詰まって流送できなくなるトラブルが解消され、煩雑なメンテナンス作業が抑えられ、金属やセラミックスの切削加工を効率的に行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

図１は従来の精密切断加工機の概略図である。金属やセラミックスを切断加工する切削加工装置は、（１）切削加工を行うブレード、被加工物を固定する治具と冷却水のノズルを備えた加工室と（２）加工室から排出される切削屑を含む冷却水を貯留し沈降分離する貯液分離槽と（３）貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルに移送するポンプとを備えている。本発明は、加工室内に配置した切削加工を行うブレード・被加工物に冷却水をノズルから噴射して切削屑を洗浄除去するステップと、加工室から排出される切削屑を含む冷却水を貯留し沈降分離するステップと、貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルにポンプにより移送し冷却水を循環するステップとを含む金属やセラミックの切断加工用の切削加工方法についてなされたものである。

（１）の加工室には、切削加工を行うブレード、被加工物を固定する治具と冷却水のノズルを備えているが、高速で回転するブレードにノズルから冷却水を噴射する際に飛散することから、これらの加工装置を配置する受け台と透明な樹脂製のカバーにより囲われている。高速回転のブレードと被加工物にかれられたに冷却水は加工室内で受けられ、切削屑を含む循環冷却水は、加工室底板から貯液分離槽へと流下するように接続する。加工室から排出される切削屑を含む冷却水は自然に重力で流下させることができるように加工室の下に貯液分離槽を配置するのが好ましい。

（２）の貯液分離槽は、加工室から排出された切削屑を含む冷却水を貯留し、切削屑を沈降分離する時間を確保できる容量とする必要があるが、被加工物の大きさ、硬度、冷却水循環ポンプの循環水速度を適宜調整することができ、加工装置の設置場所、排水処理設備の状況に合わせて設定することができる。

貯液分離槽は、切削屑を効率的に沈降させるために仕切り板により複数の槽に区分けすることで効率よく切削屑を沈降分離することができる。あまり仕切り板の数を増やしてしまうと、分離効率は向上することができるが、沈降した切削屑を回収するメンテナンスがより面倒となるため、２~３区分程度とするのが好ましい。仕切り板の中央部より高い位置に通液口を設けることで、沈降性の切削屑と浮遊性の切削屑をある程度は分離することができるが、特に浮遊性の切削屑は貯液沈降槽を通過してしまうことがある。

（３）の貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルに移送するポンプとしては、特に限定されることはなく、公知の水流ポンプが使用でき、若干の屑やスラリーが混入しても送液が可能な渦巻き流式ポンプが好ましい。清澄した冷却水はポンプにより加工室に供給されて再度ブレードおよび被加工物の冷却に使用される。このポンプと加工室のノズルとの間にチェックフィルターを配置してノズルへのつまりを防止することが好ましい。

加工で冷却水の循環を繰り返すことにより貯留槽内では切削屑が徐々にスラリー状に堆積し、貯液分離槽の底に溜まった切削屑を、一旦装置を停止して貯液分離槽を分解し回収し、貯液分離槽をメンテナンスしてから改めて切削加工を行う。

本発明の実施の一形態は、以下のとおりである。
上記した従来の一般的な切削加工方法に対し、本発明では、加工室における切削屑を含む、特に浮遊性の切削屑を含む冷却水を次の貯液分離槽に排出する際に、簡便かつ安価な方法で効率よく分離して、沈降性切削屑のみを貯液分離槽で沈降分離させることを目的として、加工室から貯液分離槽への排水口を変更することとした。

図２は加工室内の貯留槽へ循環冷却水を供給するための排出口であり、図３はその断面図で冷却水が排出口から浮遊切削屑とともに貯留槽へ流下する様子を示したものである。

発明者は浮遊性切削屑が図３にように加工室から貯液分離槽に移送され、これが原因となってポンプやノズル、フィルターが詰り、切削加工を連続して加工処理できないことを確認し、簡便かつ安価な方法でいかに効率よく浮遊性切削屑を分離できないかを検討し、加工室から貯液分離槽へ通じる排水口に、通水性が良くかつ大面積のフィルターを配置することで、粒径の大きな沈降性の切削屑と粒径は小さいが浮遊性の切削屑とを効率よく付着・凝集・濾過し、粒径の細かくスラリー状で沈降性の切削屑は貯液沈降槽で分離除去できることを見出し本発明を完成した。

図４は加工室内排出口にフィルターを設置した状態を示した図であり、図５はその断面図でフィルターの上面に浮遊切削屑が付着、凝集しており、排出口から貯液分離槽へ流下するのを防止している様子を示している。

本発明の実施の一つの態様として、最も、簡便にフィルターを配置する方法は、図５のように、加工室の底面に対し一部をフィルターで排水口上に配置することで加工室で受け溜められた冷却水中に浮遊する切削屑を冷却水とともに通過させることができ、冷却水の表面を浮遊する切削屑を、付着、凝集し、限定的に捕集することができる。

また、本発明の実施の一つの態様としては、加工室の底面の内、底面に設置されている切削加工を行うブレード、被加工物を固定する治具の底面を除いて全面を、フィルターで覆うように配置することができる。このようにフィルターを設置することで、濾過面積は前記した底面の一部にフィルターを配置する場合より、濾過面積は広くなるため、より効率的であることは言うまでない。フィルターの目詰まりも起きにくくなり、フィルターの交換時期も長くできるため好ましい。但し、フィルターを底面に配置した治具の形状に合わせて、再加工する必要があり、このフィッテイングを上手にしないと濾過もれの原因になりやすい。

また、本発明の実施の一つの態様としては、加工室の底面の排水口の周囲の一部を一段深くするように底面を加工し、その一段下げた部分の全面に隙間なくフィルターを配置することもできる。このフィルターの配置方法は、前記した底面全面より濾過面積は小さいので、フィルターの交換時期は短くなるが、加工した足部に合わせてフィルターを配置できるため、フィルターと底面とのフィッテイングが良くなり、濾過もれしにくくできるメリットがある。また、フィルターの交換も簡単である。

以上のように、本発明の切削加工方法の特徴は、加工室から貯液分離槽に移送される切削屑を含む冷却水を、どのようにフィルターを配置して効率よく濾過分離するように配置して、浮遊性の切削屑を確実に濾過分離するかが重要である。

従ってこれらを満たす条件として、フィルターに求められる条件は、冷却水中に浮遊する切削屑を冷却水とともに通過させるために適切な空孔度（目開き）を有し、かつ、冷却水表面を浮遊する切削屑を効率的に捕集するため、付着しやすい形状を有することにある。

このような条件を満たすフィルターとしては、特に限定されるものではないが、例えばネット、スポンジ、繊維状物質の集合体などがあげられる。

精密切断加工機の概略図 加工室内排出口 加工室内排出口断面 図２のＡ−Ａ断面 加工室内排出口にフィルターを設置した図 加工室内排出口にフィルターを設置した場合の断面 図４のＢ−Ｂ断面

１ ブレード
２ 被切削物
３ カバー
４ 受け皿
５ 排出口
６ 貯留槽
７ ポンプ
８ ノズル
９ フィルター
１０ 冷却水液面浮遊切削屑
１１ 沈殿切削屑
１２ 静澄冷却水
１３ 仕切り板
１４ 第１槽
１５ 第２槽

Claims (3)

1. 加工室内に配置した切削加工を行うブレード・被加工物に冷却水をノズルから噴射して切削屑を洗浄除去するステップと、加工室から排出される切削屑を含む冷却水を貯留し沈降分離するステップと、貯液分離槽で清澄させた冷却水を加工室ノズルにポンプにより移送し冷却水を循環するステップとを含む金属やセラミックの切断加工用の切削加工方法において、
   前記加工室の底面に配置される排水口上に、加工室の底面の全面または一部を覆うようにフィルターを配置して、前記切削屑を含む冷却水を濾過して切削屑を分離除去することを特徴とする切削加工方法
2. 前記加工室の底面の一部は一段深く加工され、一段下げた底面の全面にフィルターを配置することを特徴とする請求項1に記載の切削加工方法
3. 前記フィルターは、ネット、スポンジ、背に状物質の集合体から選択される一種であることを特徴とする請求項1または２に記載の切削加工方法
   
   

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