JP2017196698A

JP2017196698A - 工作機械

Info

Publication number: JP2017196698A
Application number: JP2016089626A
Authority: JP
Inventors: 中村　多喜夫; Takio Nakamura; 多喜夫中村; 広文仲窪; Hirofumi Nakakubo; 昭博後藤; Akihiro Goto; 健作関; Kensaku Seki
Original assignee: OM Ltd
Current assignee: OM Ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Also published as: CN107442791A; US20170312829A1

Abstract

【課題】切削加工中に切削工具に生じる摩擦熱を可及的に低減すると共に、効率良く切削工具を冷却し、切削工具の寿命の延命化を実現可能とすることを目的とする。
【解決手段】ワークＷを切削する切削工具１の先端部に設けられている刃先部２のすくい面３に、流体供給部から供給される流体Ｆを吐出する流体吐出口４が設けられ、この流体吐出口４から、前記すくい面３を圧接摺動する前記ワークＷの切削屑Ｄの前記すくい面３との対向面に向けて前記流体Ｆが吐出される構成とされて、前記流体吐出口４から吐出される流体Ｆにより、前記すくい面３を圧接摺動する前記切削屑Ｄの前記すくい面３に対する圧接力が低減され、前記切削屑Ｄが前記すくい面３を圧接摺動することによって生じる摩擦熱の発生量が低減されるように構成されている工作機械。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋盤や平削盤等の切削加工を行う工作機械に関するものであり、特に、切削加工中の切削工具の摩擦熱による高温化を抑制する機能を有する工作機械に関するものである。

従来、旋盤や平削盤等の工作機械を用いてワークを切削加工（旋削加工）する際、ワークから切り出された切削屑が切削工具の刃先部のすくい面を圧接摺動することによって摩擦熱が発生し、この摩擦熱は切削工具と切削屑とに分配されて伝導し、切削工具に伝導した摩擦熱は、この切削工具、特に刃先部を高温化させ、この高温化により切削工具の刃先部が軟化し、摩耗が促進されて、この切削工具（刃先部）の寿命を短命化させていた。

また更に、近年、ワークの素材にチタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金等の低熱伝導材料が用いられるようになると、切削屑自体も低熱伝導性になり、これにより、切削屑に伝導していた熱量が切削工具側へ伝導し、切削工具への熱流入量が従来の４〜５倍も大きくなって、切削工具の刃先部が溶融するほどの高温状態になり、刃先部の摩耗がより一層促進されて短命化の問題が更に顕著となっている。

そのため、このような切削加工中の切削工具の刃先部の高温化を抑制するため、現状は、切削加工を行う工作機械には、切削加工中の刃先部を冷却して高温化を抑制する刃先部冷却機構が備えられている。

この刃先部冷却機構は、従来、刃先部近傍に設けられたクーラント供給部から刃先部や切削屑に向けてクーラントを注水する湿式のものが一般的であった。

しかしながら、現状の刃先部冷却機構は、摩擦熱が生じる切削工具の刃先部のすくい面を直接冷却しておらず、その結果、冷却効率が低く、切削工具（刃先部）の高温化を十分に抑制することができていないため、刃先部の短命化の問題を完全に解決することができていない。

本発明は、このような現状に鑑みなされたもので、切削加工中に切削工具に生じる摩擦熱を可及的に低減すると共に、効率良く切削工具を冷却し、切削工具の寿命の延命化を実現可能とする画期的な工作機械を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

切削工具１によりワークＷを切削加工する工作機械であって、ワークＷを切削する切削工具１の先端部に設けられている刃先部２のすくい面３に、流体供給部から供給される流体Ｆを吐出する流体吐出口４が設けられ、この流体吐出口４から、前記すくい面３を圧接摺動する前記ワークＷの切削屑Ｄの前記すくい面３との対向面に向けて前記流体Ｆが吐出される構成とされて、前記流体吐出口４から吐出される流体Ｆにより、前記すくい面３を圧接摺動する前記切削屑Ｄの前記すくい面３に対する圧接力が低減され、前記切削屑Ｄが前記すくい面３を圧接摺動することによって生じる摩擦熱の発生量が低減されるように構成されていることを特徴とする工作機械に係るものである。

また、前記流体吐出口４は、回転する前記ワークＷに前記刃先部２の先端部を切り込んで該ワークＷを切削加工する際、このワークＷを切り込む前記刃先部２のすくい面３に沿うようにして前記ワークＷの切削屑Ｄが切り出され、この切り出された切削屑Ｄが圧接摺動する前記すくい面３の前記ワークＷ近傍に設けられて、回転する前記ワークＷより切り出される前記切削屑Ｄの根元で前記流体Ｆが吐出されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械に係るものである。

また、前記流体供給部は、圧送装置が備えられ、この圧送装置により流体Ｆを圧送供給するように構成されて、この流体供給部から圧送供給される流体Ｆが、前記すくい面３に圧接している前記切削屑Ｄをこのすくい面３から浮き上がらせることができる圧力、若しくは前記すくい面３に圧接している前記切削屑Ｄを切断することができる圧力で前記流体吐出口４から吐出されるように構成されていることを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の工作機械に係るものである。

また、前記流体Ｆは、クーラントＦであることを特徴する請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械に係るものである。

また、前記クーラントＦは、強アルカリイオン水Ｆであることを特徴とする請求項４記載の工作機械に係るものである。

また、前記クーラントＦは、空気が混入されていることを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の工作機械に係るものである。

切削工具の刃先部に生じる摩擦熱の発生量が大幅に低減されて、この刃先部の高温化が飛躍的に抑制され、これにより、刃先部の高温化による軟化が抑制されて、この刃先部の摩耗の促進が抑制される。ゆえに、従来に比して、切削工具、特に刃先部の寿命の延命化が図れる実用性に優れた工作機械となる。

本実施例の切削工具を示す説明斜視図である。本実施例の使用状態を示す説明斜視図である。図２の要部説明概略図である。本実施例の効果確認実験結果を示す図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

切削加工中は、切削工具１の刃先部２のすくい面３と、ワークＷから切り出され、刃先部２のすくい面３を圧接摺動する切削屑Ｄとの間に、流体供給部から供給される流体Ｆが吐出され、この吐出された流体Ｆが、例えば、このすくい面３と切削屑Ｄとの間に介在して潤滑剤として作用し、すくい面３と切削屑Ｄとの間に生ずる摩擦力（摩擦抵抗）を低減して、摩擦熱の発生量を低減させる。

これにより、切削工具１の刃先部２の摩擦熱による高温化が抑制され、刃先部２の軟化が抑制されるので、摩耗の促進が抑制されて、切削工具１（刃先部２）の寿命が延命化されることとなる。

また、摩擦熱の発生量が低減されることで、ワークＷへ伝導する熱量も低減されるので、ワークＷの高温化による表面性状の悪化も抑制され、加工精度を悪化させることが無くなり、高精度の切削加工が行なわれることとなる。

また、例えば、流体供給部から高圧流体Ｆが圧送供給されるようにして、この高圧流体Ｆが、すくい面３に圧接している切削屑Ｄをこのすくい面３から浮き上がらせることができる圧力で流体吐出口４から吐出される、若しくは、すくい面３に圧接している切削屑Ｄを切断することができる圧力で流体吐出口４から吐出されるようにすれば、この流体吐出口４から吐出される高圧流体Ｆがすくい面３に圧接する切削屑Ｄを持ち上げて（浮き上がらせて）、少なくともこの流体吐出口４以降、即ち、切削屑Ｄがすくい面３を圧接摺動する圧接摺動部の流体吐出口４より奥側以降のすくい面３（圧接摺動部）での切削屑Ｄの圧接摺動がなくなり、切削屑Ｄのすくい面３を圧接摺動することにより生じる摩擦熱の発生量が可及的に低減され、より一層切削工具１の刃先部２の摩擦熱による高温化が抑制され、切削工具１（刃先部２）の寿命がより一層延命化されることとなる。

また更に、例えば、流体吐出口４から吐出される流体ＦとしてクーラントＦを使用することで、流体吐出口４から吐出されたクーラントＦが摩擦熱によって気化され、この気化熱により刃先部２に対して冷却作用が生じ、刃先部２の高温化が抑制されると共に、刃先部２が冷却されてより一層切削工具１（刃先部２）の高温化が抑制され、より一層の切削工具１の延命化が図られることとなる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、刃物台に交換自在に装着した切削工具１により回転するワークＷを切削加工する旋盤タイプの工作機械であって、ワークＷを切削する切削工具１の先端部に設けられている刃先部２のすくい面３に、流体供給部から供給される流体Ｆを吐出する流体吐出口４が設けられ、この流体吐出口４から、すくい面３を圧接摺動するワークＷの切削屑Ｄのすくい面３との対向面に向けて流体Ｆが吐出される構成とされて、流体吐出口４から吐出される流体Ｆにより、すくい面３を圧接摺動する切削屑Ｄのすくい面３に対する圧接力が低減され、切削屑Ｄの圧接摺動によってすくい面３に生じる摩擦熱の発生量が低減されるように構成されている刃先部高温化抑制機能が備えられた工作機械である。

具体的には、本実施例の切削工具１は、図示するように、刃先部２と、この刃先部２が設けられるシャンク部５とから成り、刃先部２には、すくい面３上に形成された流体吐出口４と連通する刃先部側流路６が設けられ、また、シャンク部５には、刃先部２の刃先部側流路６と連通するシャンク部側流路７が設けられており、この刃先部側流路６とシャンク部側流路７とで形成される流体導入路８を通じて、流体供給部から供給される流体Ｆがすくい面３に設けられた流体吐出口４から吐出されるように構成されている。

より具体的には、流体吐出口４は、回転するワークＷの外周部に刃先部２の先端部を切り込んでこのワークＷを切削加工する際、このワークＷから切り出された切削屑Ｄが圧接摺動する刃先部２のすくい面３のこの刃先部２の耐久性を低下させないできるだけワークＷに近い位置に一つ設けられて、言い換えると、この流体吐出口４は、切削屑Ｄが圧接摺動するすくい面３の切削屑摺動経路の、切削屑Ｄがこのすくい面３に進入してくる進入口にできるだけ近い位置に一つ設けられて、回転するワークＷより切り出される切削屑Ｄの根元で流体Ｆが吐出されるように構成されている。尚、流体吐出口４は、一つに限定せず（一か所に限定せず）複数設けても良い。

また、上述のように構成した切削工具１に流体Ｆを供給する流体供給部は、冷却機能を有するクーラントＦを供給する構成とされ、具体的には、水溶性クーラントＦを供給する構成とされている。

また、本実施例の流体供給部には、圧送手段（ポンプ）が備えられており、この圧送手段により上述した水溶性クーラントＦを切削工具１側へ圧送供給するように構成されている。

具体的には、流体供給部は、この圧送供給する水溶性クーラントＦが流体吐出口４から吐出される際、すくい面３を圧接摺動している切削屑Ｄをこのすくい面３から浮き上がらせることができる数ＭＰａ〜数十ＭＰａの高圧で吐出されるように水溶性クーラントＦを圧送供給する構成とされている。

即ち、本実施例は、ワークＷの切削加工中に、切削工具１の刃先部２のすくい面３の先端部寄りに設けられた流体吐出口４から、切削加工によりワークＷから切り出され、刃先部２のすくい面３を圧接摺動する切削屑Ｄの根元部分のすくい面３との対向面（すくい面３と接している接面）に向けて、数ＭＰａ〜数十ＭＰａの高圧で水溶性クーラントＦを噴出させ、この流体吐出口４から噴出させた水溶性クーラントＦが切削屑Ｄの根元部分から対向面側から押圧することでこの切削屑Ｄを根元付近から浮き上がらせ、切削屑Ｄのすくい面３に対する圧接力を低減させると共に、この切削屑Ｄのすくい面３との接触面積、言い換えると圧接摺動面積（圧接摺動距離）を減少させて、この切削屑Ｄがすくい面３に圧接摺動することで生じる摩擦熱の発生量を抑制して刃先部２の高温化を抑制する構成とされている。

また更に、水溶性クーラントＦは、油性クーラントに比べて動粘性係数が小さいため冷却効率に優れた特性を発揮する。本実施例は、この水溶性クーラントＦの特性を利用し、この水溶性クーラント水Ｆで切削屑Ｄを浮き上がらせることによって、この切削屑Ｄとすくい面３との間に生じた空間部に水溶性クーラントＦが供給され、この水溶性クーラントＦがすくい面３を直接冷却することで効率的に刃先部２（すくい面３）を冷却してこの刃先部２の高温化を抑制する構成とされている。

尚、流体供給部から供給される流体Ｆは、本実施例で挙げた水溶性クーラントＦに限定されるものではなく、例えば、エア（空気）や油性クーラントでも良い。

また、この水溶性クーラントＦとして、より冷却効果の高い強アルカリイオン水を用いる構成としても良い。

また、水溶性クーラントＦや上述した強アルカリイオン水Ｆに空気を混入させ、より一層気化熱冷却機能を向上させて、より一層効率的に刃先部２の冷却が行なわれるように構成しても良い。

また、本実施例は、流体吐出口４からの水溶性クーラントＦの吐出により切削屑Ｄを浮き上がらせる構成とされているが、流体吐出口４から吐出される水溶性クーラントＦをより高圧条件で吐出（噴出）させ、切削屑Ｄを切断するようにしても良い。この切削屑Ｄを切断することで、切削屑Ｄの切削工具１等への絡み付きによる不具合の発生を防止することができる。

次に、上述した本実施例の切削加工における切削工具１（刃先部２）の高温化を抑制する刃先部高温化抑制効果（刃先部冷却効果）を確認する効果確認実験を行ったので、その実験条件及び実験結果について述べる。

本効果確認実験では、切削加工時に切削工具１を冷却しない場合（以下、ドライ方式という。）、切削加工時に切削工具１を従来の冷却方法（外側から水溶性クーラントを注水する方法）で冷却した場合（以下、従来方式という。）、及び切削加工時に切削工具１を実施例の冷却方法で冷却した場合（以下、本実施例という。）の夫々について、切削工具１の刃先部２の温度を測定し、その測定結果を比較して、本実施例の高温化抑制効果（冷却効果）を確認した。

本効果確認実験では、切削加工するワークＷには、難切削材であり切削時に摩擦熱が生じ易いインコネル（具体的には、インコネル７１８）材を用いた。

また、切削工具１は、刃先部２が超硬合金、シャンク部５がクロムモリブデン鋼から成るものを用いた。

また、切削加工条件は、切り込みｔ：１．２ｍｍ、送り速度ｂ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度ｖ：５６ｍ／ｍｉｎとした。

図４は、上記実験条件における本効果確認実験の実験結果である。この図４に示すように、本実施例は、比較条件（ドライ方式、従来方式）に比べて、切削屑Ｄのすくい面３に対する接触面積（摺動圧接面積）が減少すると共に、切削屑Ｄのすくい面３に対する圧接力が低下して、刃先部２への流入熱量が非常に少なくなっている。

これにより、ドライ方式における刃先部２の温度が１２０５Ｋ（９３２℃）、また、従来方式における刃先部２の温度が６０２Ｋ（３２９℃）〜６９１Ｋ（４１８℃）となったのに対し、本実施例における刃先部２の温度は４７４Ｋ（２０１℃）〜５６２Ｋ（２８９℃）と、他に比べて温度が低く、刃先部２の高温化が抑制されていることが確認できる。

このように、本実施例は、切削加工中に切削屑Ｄによって切削工具１（刃先部２のすくい面３）に生じる摩擦熱を可及的に低減すると共に、摩擦熱によって温度が上昇した切削工具１（刃先部２）を効率良く冷却して、この切削工具１（刃先部２）の高温化を抑制して、切削工具１の早期摩耗を防いで、切削工具１、特に刃先部２の寿命の延命化を実現可能とする画期的な工作機械となる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１切削工具
２刃先部
３すくい面
４流体吐出口
Ｄ切削屑
Ｆ流体，クーラント，強アルカリイオン水
Ｗワーク

Claims

切削工具によりワークを切削加工する工作機械であって、ワークを切削する切削工具の先端部に設けられている刃先部のすくい面に、流体供給部から供給される流体を吐出する流体吐出口が設けられ、この流体吐出口から、前記すくい面を圧接摺動する前記ワークの切削屑の前記すくい面との対向面に向けて前記流体が吐出される構成とされて、前記流体吐出口から吐出される流体により、前記すくい面を圧接摺動する前記切削屑の前記すくい面に対する圧接力が低減され、前記切削屑が前記すくい面を圧接摺動することによって生じる摩擦熱の発生量が低減されるように構成されていることを特徴とする工作機械。
前記流体吐出口は、回転する前記ワークに前記刃先部の先端部を切り込んで該ワークを切削加工する際、このワークを切り込む前記刃先部のすくい面に沿うようにして前記ワークの切削屑が切り出され、この切り出された切削屑が圧接摺動する前記すくい面の前記ワーク近傍に設けられて、回転する前記ワークより切り出される前記切削屑の根元で前記流体が吐出されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
前記流体供給部は、圧送装置が備えられ、この圧送装置により流体を圧送供給するように構成されて、この流体供給部から圧送供給される流体が、前記すくい面に圧接している前記切削屑をこのすくい面から浮き上がらせることができる圧力、若しくは前記すくい面に圧接している前記切削屑を切断することができる圧力で前記流体吐出口から吐出されるように構成されていることを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の工作機械。
前記流体は、クーラントであることを特徴する請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
前記クーラントは、強アルカリイオン水であることを特徴とする請求項４記載の工作機械。
前記クーラントは、空気が混入されていることを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の工作機械。