JP2019063973A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続切屑を適切に処理できる切削装置を提供する。【解決手段】本発明の切削装置（Ｓ１）は、被削材を切削する刃先（１１）と刃先の後方へ連なるすくい面（１２）とを有する切削工具（１）と、少なくともすくい面の上方または側方に形成され、被削材から生じた連続切屑を刃先側に設けた導入口（２１）から取込んですくい面の後方側に設けた導出口（２２）まで誘導する誘導路（２０）とを備える。そして誘導路の通路断面積は、導入口から導出口に至るまで一定であるか、または増加している。これにより連続切屑は、誘導路の途中で滞留したり目詰まり等をすることなく、導出口から安定して排出され得る。導入口から導出口へ至る向きに、誘導路内へ加圧流体を供給する流体供給部をさらに備えると好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、連続した切屑を適切に処理できる切削装置に関する。

精度を要求される機械部品等には、鋳物や金属素材などの被削材を切削した切削品が用いられる。切削品の品質や精度等を確保するためには、切削時に被削材から生じる切屑処理が重要となる。切屑処理が不適切であると、所望する表面粗さや精度が得られない加工不良を生じたり、加工効率や工具寿命の低下等を招く。特に、長く繋がった切屑（本明細書では「連続切屑」という。）は、被削材（ワーク）や切削工具（チップ）等に絡んだり、加工点に噛み込んだりして、加工不良等の要因となり易い。

このような連続切屑は、切削加工の一種である旋削加工で発生し易い。そこで旋削加工では、従来から、連続切屑を分断するチップブレーカ（すくい面に施した突起物等）を備えた切削工具（チップ）が用いられている。

しかし、切込み量や送り量が小さい仕上加工時に発生する連続切屑は、薄いためにチップブレーカでは分断され難い。つまり、チップブレーカが有効な加工条件は限られており、高品質または高精度が要求される仕上加工時にチップブレーカは有効ではない。そこで、旋削加工時に生じる切屑を吸引して加工点から除去する切屑処理に関する提案が下記の特許文献でなされている。

特開２００４−５８２４４号公報 特開２０１０−２４７２７１号公報

特許文献１、２は、いずれも切削工具（チップ）の上方に、切屑を捕集・吸引するダクト（切り屑飛散防止カバー、切り屑吸引ホルダ）を設けることを提案している。しかし、特許文献１等は、整流子片と絶縁片が交互に配設された整流子（被削材）を加工する場合のように、そもそも、仕上加工時に自ずと分断された切屑が生じる場合を前提としている。このため、特許文献１、２では、通路面積を途中から縮小しているにも拘わらず、集塵機（吸引ポンプ）に依る回収が可能となっている。

しかし、連続切屑は、通路の途中にある狭い部分で滞留して目詰まりし易く、そこを起点として連続切屑が逆流するおそれもある。従って、特許文献１、２のような装置等では、連続切屑を安定的に排出処理できない。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、連続切屑を的確に排出して、高品質な切削加工を安定して行える切削装置を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、連続切屑の排出に適した新たな誘導路を着想した。この着想を具現化すると共に発展させることによって、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《切削装置》
（１）本発明は、被削材を切削する刃先と該刃先の後方へ連なるすくい面とを有する切削工具と、少なくとも該すくい面の上方または側方に形成され、該被削材から生じた連続切屑を該刃先側に設けた導入口から取込んで該すくい面の後方側に設けた導出口まで誘導する誘導路とを備え、該誘導路の通路断面積は、該導入口から該導出口に至るまで一定であるか、または増加している切削装置である。

（２）本発明の切削装置では、導入口から導出口に至るまで誘導路の通路は一定以上の大きさが確保されている。このため、導入口から取り込まれた連続切屑は、誘導路の途中で滞留したり目詰まり等をすることなく、導出口へ安定して誘導され得る。また、このような誘導路の壁面に接触する高温で軟化状態にある切屑は、排出され易い形状へ矯正等もされ易い。

こうして本発明の切削装置によれば、薄い連続切屑が発生し易い仕上加工時でも、切屑処理が的確になされ、高品質な切削品を安定的に得ることができる。なお、本発明の切削装置は、連続切屑を処理できるため、当然に分断された切屑も処理できる。

《その他》
（１）本明細書では、説明の便宜上、刃先側または導入口側を「先方」、すくい面の後縁側（刃先の反対側）または導出口側を「後方」という。また、切屑の流入側または誘導路の先方側を「上流」、切屑の排出側または誘導路の後方側を「下流」という。また、すくい面を境として「上方」または「下方」といい、すくい面に対して上方側（すくい角が減少する側）の勾配を正勾配（傾斜角度が正数）、その反対側の勾配を負勾配（傾斜角度が負数）とする。

（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

切削装置の一例を示す要部断面図である。 通路断面の様々な形態例を示す図である。 切削装置の他例を示す要部断面図である。 連続切屑が円滑に誘導される範囲を示す図である。

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。方法に関する構成要素も、物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《誘導路》
誘導路は、すくい面の上方、後縁下方または側方に形成される通路であり、刃先で生じた連続切屑を取り込む導入口と、その連続切屑を所定位置で排出する導出口とを有する。本発明の場合、導入口から導出口に至るまでの通路断面積は、一定であるか、（単調）増加している。

（１）一例として、そのような誘導路を有する切削装置Ｓ１を図１に示した。切削装置Ｓ１は、切削工具であるスローアウェイ式のチップ１と、チップ１を取り付けるシャンク３と、チップ１のすくい面１２上からシャンク３の上面上に渡って取り付けられたダクト２とを備える。なお、図１は、チップ１の刃先１１の稜線に垂直な面内で見た断面図である。

ダクト２は、チップ１の刃先１１から僅かに後退した先端側に連続切屑の導入口２１と、後端側に連続切屑の導出口２２とを有する。導入口２１と導出口２２の間はカバー２３で連なっており、カバー２３の内側に通路２０（誘導路）が形成されている。

カバー２３は、上壁２３１と左右の側壁２３２と下壁２３３を有し、図１から明らかなように、通路２０の断面積は導入口２１から導出口２２に向かって単調増加する形状となっている。上壁２３１の勾配（α）は、基準面（すくい面２１）に対して、０°〜４５°さらには１０〜３０°の範囲で調整されると好ましい。なお、下壁２３３は、すくい面１２とシャンク３の各上面で代用してもよい。

通路２０の断面形状は、図２（ａ）（図１のＡ―Ａ断面図）に示すように、矩形状としたが、図２（ｂ）に示すような半円状としても良いし、図２（ｃ）に示すような楕円状としても良い。

（２）他例として、誘導路を有する切削装置Ｓ２を図３に示した。切削装置Ｓ２は、切削工具５と、切削工具５のすくい面５２上から後方へ延びるダクト６（誘導路）とを備える。なお、図３も、切削工具５の刃先５１の稜線に垂直な面内で見た断面図である。

ダクト６は、切削工具５の刃先５１から僅かに後退した先端側に連続切屑の導入口６１と、後端側に連続切屑の導出口６２とを有する。導入口６１と導出口６２の間はカバー６３で連なっており、カバー６３の内側に、断面が矩形状の通路６０（誘導路）が形成されている。

ところで、切削工具５は、すくい面５２の後縁から下方へ傾斜する傾斜面５３を有する。通路６０は、カバー６３の上壁６３１および左右の側壁６３２に加えて、切削工具５のすくい面５２と傾斜面５３を下壁として形成されている。図３から明らかなように、通路６０の断面積も導入口６１から導出口６２に向かって増加する形状となっている。傾斜面５３の勾配（β）は、基準面（すくい面６１）に対して、−４５°〜０°さらには−３０°〜−１０°の範囲で調整されると好ましい。なお、図３には、上壁６３１が基準面（すくい面６１）と平行な場合を示したが、上壁６３１の勾配も図１に示した上壁２３１の勾配と同様に変化させてもよい。

なお、図１または図３では、通路断面積が一定であるか、直線的（一次関数的）に単調増加する場合を例示したが、導入口から導出口にかけて通路断面積が減少しない限り、通路断面積の変化は曲線的でも多段階的でもよく、通路の断面形状自体も、途中で変化してもよい。さらに、誘導路は切削工具等と独立して形成されても良いし、切削工具のすくい面等を利用して形成されてもよい。

（３）図１または図３に示すように、誘導路が上壁または下壁を有する場合、それらの各勾配（α、β）は、すくい面（勾配：０°）を基準として、次のような関係にあると好ましい。
条件ａ：α−β≧０°、条件ｂ：α≦４５°、条件ｃ：β≧−４５°（さらに１０°≧β）

条件ａにより、誘導路の通路断面積を一定または増加傾向にできる。条件ｂにより、切屑の滞留や逆流を回避し易くなる。条件ｃにより、工具（刃先）の強度を確保できる。

そこで誘導路を構成する上壁（面）のすくい面に対する勾配（α）は０°〜４５°さらには１０°〜３０°とすると好ましい。また、誘導路を構成する下壁（面）のすくい面に対する勾配（β）は−４５°〜０°さらには−３０°〜−１０°とすると好ましい。

（４）刃先から誘導路の先端（導入口）までの距離（ｔ）は、１〜１０ｍｍさらには３〜７ｍｍの範囲にあると好ましい。この距離が過小では、切削加工時に被削材等と干渉するおそれがあり、その距離が過大では切屑が導入口へ捕捉される確実性が低下し得る。

また、切屑の捕捉性を確保するため、導入口の開口面積は４〜２２５ｍｍ^２さらには１６〜１００ｍｍ^２であると好ましい。仮に導入口の開口が正方形なら、その一辺は２〜１５ｍｍさらには４〜１０ｍｍ程度とするとよい。

導出口は、連続切屑の排出性と回収性を確保するために、開口面積が導入口に対して１〜３０倍さらには５〜２０倍程度とすると好ましい。

《切削工具》
（１）切削工具は、連続切屑を生じるものであればよく、刃先は直線状でも曲線状でもよい。切削工具は、被削材を回転させつつ切削を行う旋削工具（旋盤用切削工具等）でも良いし、被削材を直線運動させつつ切削を行うシェーパ工具（フライス用切削工具等）でもよい。本明細書では、便宜上、旋削加工を行う場合を主に取り上げて説明している。

（２）すくい面を誘導路の壁面の一部とする場合、誘導路の形態に応じて、すくい面は刃先側から後縁側に向けて拡張する形状であると好ましい。また、すくい面長さが小さいと、工具刃先の強度が低下し易いため、すくい角は−１０°〜４５°（すくい角は、すくい面が被削材から遠ざかる向きが正方向）とするのが好ましい。なお、ここでいうすくい面は、すくい面長さが０．１ｍｍ以上あるものを対象としており、すくい面長さが０．１ｍｍ未満のチャンファー等は対象としていない。

《流体供給部》
導入口から導出口へ至る向きに、誘導路内へ加圧流体を供給する流体供給部を備えると、切屑の形状安定化と排出牲向上を図れて好ましい。加圧される流体は、空気等のガスでも良いし、切削油剤（クーラント液）や切削油剤成分を含んだミスト等でもよい。加圧流体の注入口やノズル等は、上流側（導入口付近の壁面等）に少なくとも一つ以上設けられるとよい。なお、ノズル等の他、流体のタンクや加圧機等も含めて、本発明に係る流体供給部としてもよい。

加圧流体（特に圧縮空気等）が誘導路の内壁面に当たる際に生じる乱流により、誘導路内における切屑の流動性が低下するおそれもある。そこで加圧流体の流線は、誘導路の中心線（例えば、図３に示す中心線ｌ）に沿うようにすると好ましい。

《切屑回収部》
本発明の切削装置は、さらに、導出口から排出された切屑を回収する切屑回収部を備えると好ましい。切屑回収部は、集塵ボックス等の他、回転するブラシ等により切屑を強制的に収集する装置でもよい。

誘導路の断面形状やその断面積を種々変化させて、連続切屑の排出性を実験により確認した。この実験結果に基づいて本発明をより具体的に説明する。

《切削装置》
図３に示した傾斜面５３の勾配（β）に加えて、上壁６３１の勾配（α）と、導入口６１および導出口６２のサイズも種々変化させた実験用の切削装置を多数用意した。このような切削装置を以下の実験に供した。なお、β＜０°のとき、誘導路を構成する通路６０は、すくい面５２の後縁（すくい面５２と傾斜面５３の境界）から通路断面積が拡大するようにした。

《実験》
次のような条件下で旋削加工を行い、誘導路の効果を確認した。
切削工具：超硬工具（直線刃先）、すくい角０°、すくい面長さ：０．１〜３ｍｍ、
被削材：炭素鋼（ＪＩＳ：Ｓ４５Ｃ）、切削幅：２ｍｍ、
切取り厚さ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度：２１２ｍ／ｍｉｎ、
刃先から導入口（先端）までの距離：１〜１０ｍｍ、
導入口のサイズ（高さ、幅）：２〜１５ｍｍ
導出口のサイズ（高さ、幅）：５〜４０ｍｍ
上壁の勾配α：−４５〜４５°、下壁（傾斜面）の勾配β（傾斜面角度）：−４５〜０°

《評価》
多数の実験を繰り返したところ、少なくとも図４に示すような範囲であれば、被削材から生じた連続切屑が途中で滞留等することなく、円滑に導出口から排出されることが確認できた。

Ｓ１ 切削装置
１ チップ（切削工具）
１１ 刃先
１２ すくい面
２ ダクト
２０ 通路（誘導路）
２１ 導入口
２２ 導出口
２３ カバー

Claims (4)

1. 被削材を切削する刃先と該刃先の後方へ連なるすくい面とを有する切削工具と、
   少なくとも該すくい面の上方または側方に形成され、該被削材から生じた連続切屑を該刃先側に設けた導入口から取込んで該すくい面の後方側に設けた導出口まで誘導する誘導路とを備え、
   該誘導路の通路断面積は、該導入口から該導出口に至るまで一定であるか、または増加している切削装置。
2. さらに、前記導入口から前記導出口へ至る向きに、前記誘導路内へ加圧流体を供給する流体供給部を備える請求項１に記載の切削装置。
3. 前記誘導路を構成する上壁の前記すくい面に対する勾配は０°〜４５°であり、
   前記誘導路を構成する下壁の前記すくい面に対する勾配は−４５°〜０°である請求項１または２に記載の切削装置。
4. 前記切削工具は、旋削工具である請求項１〜３のいずれかに記載の切削装置。