JP2894924B2

JP2894924B2 - 切削加工方法および装置

Info

Publication number: JP2894924B2
Application number: JP5132136A
Authority: JP
Inventors: 誠中村
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH06134648A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンドミル、ボールエ
ンドミル、ドリル、フライスカッタ等の切削工具を用い
てワークを加工する切削加工方法およびその加工装置に
関するものである。なお、本発明ではクーラントとは、
切削液、加圧エアー等の冷却作用および切屑排出作用を
行う流体のことを言う。また、切削工具をシャンク部と
切刃部とに分け、それら両部を総称して工具本体とい
う。そして、切刃部を更に実質的に切削作用を行う主切
刃部と、この主切刃部以外の切刃部である第２の切刃部
とに分ける。例えば、エンドミルについて考えると、主
切刃は、工具先端から数えて一重目の切刃のある領域で
ある。

【０００２】

【従来の技術】切削加工は、ワークより硬くて強い工具
に回転力を与えながらワークに押し付けて相対運動を行
わせ、剪断作用により切屑を発生させワークを所望形状
に仕上げるものである。このとき、主に剪断仕事および
切屑と工具との摩擦仕事により切削熱が発生する。この
切削熱は、工具の主切刃部に伝達され工具の寿命を短く
し、また、構成刃先を生成して加工面粗さを悪化させる
等の悪影響を引き起こす。よって、発生した切削熱をい
ち早く確実にクーラントで冷却し、これらの悪影響をな
くす必要がある。これらの問題は、加工するワークが難
切削性の材料（以下、単に難削材と記載する）、つまり
高硬度または高靱性、若くは両方の性質を有する材料、
例えばチタンやAlloy 600 （所謂インコネル（登録商
標））や焼き入れ鋼等の場合に大きくなる。従来技術で
は、研削加工や放電加工でないと、これらの材料を加工
することはできなかった。

【０００３】これらの問題を克服するためには、切屑の
発生するワークの剪断部および切屑と工具のすくい面と
の間の摩擦部に高圧クーラントを噴射し、発生した切削
熱が工具やワークに伝達される前にクーラントで冷却し
て奪取すると共に、切削熱を保有している切屑もクーラ
ントと一緒に吹き飛ばさなければならない。言い換えれ
ば、切削加工部およびその近傍に充分な圧力と流量を有
した高圧クーラントを常時噴射しなければならない。ク
ーラントを切刃部に供給する方法として、次の２つの方
法が周知となっている。第１は、所謂スルースピンドル
クーラントである。この方法では、クーラントが、クー
ラント供給源から工具主軸の後端に供給される。このク
ーラントは、次いで、上記工具主軸と、工具ホルダと、
装着された工具とに設けられたクーラント通路を順次流
通して工具先端から噴出される。他の方法は、スルーツ
ールクーラントである。この方法では、クーラントは、
クーラント供給源から工具主軸の後端からではなく回転
継手を介して工具ホルダ内に供給される。このクーラン
トは、次いで、工具ホルダおよび該工具ホルダに装着さ
れた切削工具に設けられたクーラント通路を順次流通し
て工具先端から噴出される。

【０００４】一方切削工具には、工具後端から先端に向
けて軸線に沿って貫通孔を形成したエンドミル、ボール
エンドミル、ドリル等がある。第１の従来技術として、
この貫通孔を有した切削工具を工具ホルダで把持し、ス
ルースピンドルクーラントまたはスルーツールクーラン
ト手段を用いて切削工具先端部からクーラントを噴出さ
せながら加工を行う切削加工方法および装置がある。第
２の従来技術として、実開平１−１３２３２７号公報に
記載の鋳抜き孔用タップがある。これはタップの内部軸
方向に油孔を貫通すると共に、シャンク外周にタップ溝
に連通する油溝を形成した鋳抜き孔用タップで、止まり
穴のタッピングの場合は、油孔および油溝から供給する
両方のクーラントが潤滑、冷却、切屑排出の作用をす
る。貫通孔のタッピングの場合は、油孔から供給するク
ーラントは、そのままワーク外部へ流出してしまうが、
シャンク外周に設けた油溝からクーラントが供給される
ので潤滑、冷却、切屑排出の作用が効果的に行われる。
第３の従来技術として、実公平４−２７４３号公報に記
載のエンドミルがある。これは当該公報の第１図に示す
如く、エンドミル本体２０の外周後端部に、エンドミル
本体の長手方向に沿って、エンドミル本体の後端側から
切屑排出溝２２まで延びるクーラント供給溝２５を形成
し、エアーや油等をこの溝２５に向けて噴出させるよう
にしたものである。これによって切屑が円滑に排出可能
になる。更に、該エンドミルは、工具先端部に穴がない
ので再研磨も行える。

【０００５】第４の従来技術として、特開平４−２５３
０９号公報に記載の切削方法およびそれに用いる装置が
ある。これは工具の切刃として超微粒子超硬合金製のも
のを用い、高圧水吐出ノズルから切削点に向って吐出圧
１０kg／cm²以上の高圧流体を投射するようにしたもの
である。これにより、切削点が高圧液体によって瞬時に
冷され、切削点での発熱が殆んど工作物および切削工具
切刃内部に伝導しないため、工作物も切刃も熱的ダメー
ジを受けることがないというものである。第５の従来技
術として、実開平４−７３４４０号公報に記載の工作機
械における回転工具の給油装置がある。ただし、該公報
は本願の国内優先権主張の基礎出願日以降に公開された
ので公知資料ではないが、本願の先願に当たるので参考
に述べる。この公報の技術は、工具と共に回転する回転
部材内にクーラントの給油路を形成し、該給油路の出口
側先端を工具の外周に向けて構成したものである。供給
されるクーラントと工具とは同一回転数で回転するの
で、クーラントが回転する工具にはじき飛ばされること
なく充分に注油される。また、クーラントと工具との位
置関係は、Ｘ，Ｙ，Ｚの送り運動を行っても変わること
がなく、常に工具の設定した位置にクーラントが供給さ
れるというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術は、こ
の切削加工部のできるだけ近くにクーラントを供給しよ
うとしたものである。そのとき切削工具内部にクーラン
トが流通する貫通孔を形成しなければならないが、超硬
工具などの場合、この貫通孔の形成が難しい。また、工
具先端中心に切刃があるボールエンドミルやドリルなど
の場合は、その切刃部をよけた逃げ面に貫通孔を開口さ
せる必要から、屈曲したり二股に分岐した貫通孔を形成
する必要があり更に難しい。さらに小径工具の場合は、
貫通孔を形成したため工具の強度が下がり、軸部の切損
や刃先の欠けが生じ易くなる。そして、貫通孔の内径自
体も大きくできず、充分なクーラント流量が確保されな
いという問題点がある。第２の従来技術は、比較的低速
切削を行なうねじ切り作業の工具としてのタップの構成
を開示したものであり、油溝から供給するクーラントは
低圧、少量で、タップの回転に伴なって油溝からはみ出
して、むしろ加工すべき、ねじ部に浸み込んで行く程度
が好ましい。これに対しエンドミル、フライスカッタ、
ドリルなどの切削工具は、比較的高速切削を行う必要か
ら、この従来技術を適用することができない。つまり、
高速で回転するエンドミル等の切削工具の場合は、充分
な圧力、流量の高圧クーラントが切削加工部へ直接的に
噴射されなければならない。よって、この第２の従来技
術をエンドミル、ボールエンドミル、ドリル、フライス
カッタ等の切削工具による加工部へのクーラント供給技
術に適用するには問題がある。

【０００７】第３の従来技術は、凹形状のクーラント供
給溝がシャンク部に最も近い切屑排出溝までしか形成さ
れていないため、クーラントをクーラント供給溝に沿っ
て高圧で噴出させた場合、シャンク部に近い切刃部分で
クーラントがはじかれて工具主切刃部までクーラントが
充分に到達しない不都合がある。エンドミル先端部のみ
を使う比較的浅い溝切り加工、ボールエンドミルやドリ
ルの先端部の切刃を使う加工などの通常よく行われる加
工の場合には、特にこの不都合が顕著となり、切削加工
部の充分な冷却や迅速な切屑排出が行われないという問
題点がある。第４の従来技術は、クーラント吐出ノズル
を用いているので、工具の径、長さに応じて切削加工部
へクーラントが噴射されるように手動または自動でノズ
ルの方向を変える必要がある。また、ノズルとワークと
が干渉したり、段取り作業の障害になったりする不都合
がある。さらに、ワーク形状や加工部位によっては、そ
のワーク形状に妨げられ切削加工部へクーラントが直接
的に噴射されない問題点がある。第５の従来技術は、回
転部材内の給油路出口を工具の外周に向けて形成しなけ
ればならず、工具長、工具径に応じて給油路出口の噴射
角度を変えなければならないという不都合がある。

【０００８】次に、金型等の三次元形状ワークの切削加
工方法について考える。例えば、むく材からポケット加
工を行う場合、先ずドリルで穴加工を行い、その穴をエ
ンドミルでくり広げて所望のポケット形状に仕上げる。
するとドリル加工用およびエンドミル加工用の２種類の
工具やＮＣプログラムを用意しなければならなかった
り、加工途中において工具交換を行わなければならず、
加工能率が悪かった。また、エンドミルだけでポケット
加工等三次元形状ワークの荒加工から仕上げ加工までを
一貫して行う切削加工方法は確立していないのが現状で
ある。従って本発明の主たる目的は、上述の問題を解決
し、すなわち、工具長、工具径によらず、常に充分な圧
力および流量の高圧クーラントが切削加工部へ直接的に
噴出されるようにし、切削熱の迅速な奪取と、切屑の確
実な除去を達成する更に改善された切削加工方法および
装置を提供することである。他の目的は、従来は研削加
工や放電加工でしか加工できなかった高硬度材や高靱性
材でなる難削材のワークを能率よく加工する切削加工方
法および装置を提供することである。更に他の目的は、
金型等の三次元形状ワークを面粗度良好に、加工能率を
上げて加工する切削加工方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の方法では、工具ホルダの工具装着穴に、
切削加工中に発生する熱と切屑とを排除するのに充分な
圧力と流量とを有するクーラントを導入し、次いで、該
クーラントを、前記シャンク部後端からエンドミルの先
端の切刃部のすくい面に、噴流状にかつ直接的に当たる
ようにし、そして、前記エンドミルをワークに対して相
対的に送って前記ワークを所望形状に加工する。

【００１０】本願発明は、工具本体外周にシャンク部の
後端から先端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行に
少なくとも１本の直線状で凹形状のクーラント供給溝を
刻設したねじれ刃を有するエンドミルを工具ホルダに装
着し、前記工具ホルダの切削工具装着孔に高圧クーラン
トを導入し、前記エンドミルのクーラント供給溝内に前
記高圧クーラントを流通させ、前記エンドミル先端の切
刃部のすくい面にクーラントが直接当たるように前記高
圧クーラントを噴出し、前記エンドミルを回転させなが
ら浅切込みで高速相対送りを与え切削加工を行い、切削
加工によって発生する切削熱が前記エンドミルに伝達さ
れる前に切削屑を前記クーラントで吹き飛ばし、前記エ
ンドミルの切刃部の温度上昇を極力押さえてワークをフ
ライス加工する切削加工方法を要旨とする。

【００１１】更に、本願発明は、工具ホルダを装着する
回転主軸と、前記回転主軸とワークテーブルとの間で相
対移動を与える送り装置と、工具本体外周にシャンク部
の後端から先端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行
に少なくとも１本の直線状で凹形状のクーラント供給溝
を刻設したねじれ刃を有するエンドミルと、該エンドミ
ルを装着し、前記クーラント供給溝にクーラントを導入
するクーラント供給孔を有した工具ホルダと、高圧クー
ラントを前記工具ホルダのクーラント供給孔に導入し、
前記高圧クーラントが前記クーラント供給溝を流通して
前記エンドミルの先端の切刃部のすくい面へ直接当たる
ように噴出し、前記送り装置によって浅切込みで高速相
対送りを与え、切削加工を行っているとき、切削加工に
よって発生する切削熱が前記エンドミルに伝達される前
に切削屑を前記クーラントで吹き飛ばし可能にしたクー
ラント供給源と、を具備した切削加工装置を要旨とす
る。

【００１２】更に、本願発明は、工具ホルダを装着する
回転主軸と、前記回転主軸とワークテーブルとの間で相
対移動を与える送り装置と、工具本体外周にシャンク部
の後端から先端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行
に少なくとも１本の直線状で凹形状のクーラント供給溝
を刻設したねじれ刃を有するエンドミルと、該エンドミ
ルを装着し、前記クーラント供給溝にクーラントを導入
するクーラント供給孔を有した工具ホルダと、前記工具
ホルダを装着する回転主軸と、前記工具ホルダを前記回
転主軸に装着するドローバー内に設けられ、前記工具ホ
ルダのクーラント供給孔に接離可能なクーラント供給管
路と、高圧クーラントをクーラント供給孔に導入し、前
記高圧クーラントが前記クーラント供給溝を流通して前
記エンドミルの先端の切刃部のすくい面へ直接当たるよ
うに噴出し、前記送り装置によって浅切込みで高速相対
送りを与え、切削加工を行っているとき、切削加工によ
って発生する切削熱が前記エンドミルに伝達される前に
切削屑を前記クーラントで吹き飛ばし可能にしたクーラ
ント供給源と、を具備した切削加工装置を要旨とする。

【００１３】

【作用】スルースピンドルクーラント装置またはスルー
ツールクーラント装置によって工具ホルダのクーラント
供給孔へ導入された高圧クーラントは、工具ホルダに装
着した切削工具のクーラント供給溝を流通して具先端の
切刃部のすくい面へ噴出する。このとき、クーラント供
給溝は切削工具主切刃部のすくい面に向けて軸線と平行
に形成し開口しているので、クーラントは必ずすくい面
へ直接的に当たるように噴出される。

【００１４】クーラントは、工具ホルダおよび切削工具
と同一速度で回転しながら、しかも遠心力で外周方面へ
飛ばされない充分な圧力、流量を持って噴出されるの
で、切迅速に削加工中、常に切削加工部、特にすくい面
を冷却し、切屑を加工領域から排出する働きをする。ま
た、このときクーラントは切削工具に設けたクーラント
供給溝内を通るので、クーラントがワークに妨げられる
ことなく確実に切削加工部、特にすくい面に噴出され
る。更に、クーラントは切削工具の外周に沿って平行に
噴出するので、工具長や工具径によって噴出角度を変え
る必要がない。

【００１５】

【実施例】本発明の切削加工装置の構成図である図１を
参照すると、工具主軸１は、主軸ハウジング２にベアリ
ング３によって回転自在に支承され、図示しない駆動装
置によって回転される。ハウジング２はベアリング押え
４により閉鎖される。工具ホルダ５は、その後端部に螺
着されたプルスタッド６をドローバー７で引き上げるこ
とにより、工具主軸１の先端テーパ孔に装着される。工
具ホルダ５はキー８により回転方向に位置決めされる。
ドローバー７は、工具主軸１の軸線に沿って延設された
クーラント通路を具備している。該クーラント通路は、
ドローバー７内にパイプ９を挿嵌して構成してもよい。
ドローバー７の先端はプルスタッド６に当接して工具主
軸１と一体的に回転する。パイプ９の後端には流体回転
継手１０が設けられ、クーラント供給源１１から吐出さ
れたクーラントは、パイプ９内に送り込まれるようにな
っている。

【００１６】一方、工具ホルダ５の先端部にはエンドミ
ル１２が着脱自在に装着される。エンドミル１２の工具
本体外周には、後述の凹形状をしたクーラント供給溝１
３が主切刃部直前まで形成されている。プルスタッド
６、工具ホルダ５にはパイプ９と連通する貫通孔が穿設
されており、クーラント供給源１１から吐出されたクー
ラントは、パイプ９、プルスタッド６、工具ホルダ５を
通過し、エンドミル１２のクーラント供給溝１３を流通
して、最終的にエンドミル１２の主切刃部に向けて噴出
されるように構成されている。エンドミル１２を回転さ
せながら、図示しないワークとの間でＸ，Ｙ，Ｚの各軸
方向の相対移動を行い、クーラントを供給してワークを
切削加工する。ここで、工具主軸１の回転軸の方向にＺ
軸を定義し、該Ｚ軸に垂直な方向にＸ軸を、そしてＸお
よびＺ軸に対して垂直な方向にＹ軸を定義する。

【００１７】図２は、本発明に用いるエンドミルの一例
を図示しており、図２（ａ）はエンドミル１２の正面図
であり、図２（ｂ）は図２（ａ）において矢視線Ａ−Ａ
に沿う断面図である。図２のエンドミル１２は、４枚刃
のエンドミルであり、切刃部の外周につる巻き状に延設
された切刃１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと逃げ溝１
５とを有している。シャンク１６の外周には、凹形状の
クーラント供給溝１３がエンドミル１２の後端面１７か
ら軸線と平行に、第２の切刃部を貫通して切刃１４ａ，
１４ｃの最先端部に向けて２本刻設してある。クーラン
ト供給溝１３は、シャンク部に刻設された部分１３ａ、
切刃１４ｃを貫通する部分１３ｂ、切刃１４ｂを貫通す
る部分１３ｃとに分かれているが直線状に連なってお
り、一本の溝とみなすことができる。

【００１８】このクーラント供給溝１３の断面形状は、
図示のように角形状ばかりでなく、半円形状、半楕円形
状等、その他の形状でも良い。そして二本のクーラント
供給溝１３の深さ部の径ｄは、切刃１４の外径Ｄより小
さい。つまり、クーラント供給溝１３は切刃部外周面よ
り、より奥に切込んである。これは、クーラント供給溝
１３が最先端の主切刃に向かって開口する、すなわちク
ーラント供給溝１３の延長線が、必ず工具主切刃部１４
にぶつかるように構成するためである。よって、シャン
ク部の外径が切刃部の外径より大きく形成されているエ
ンドミルについては、深いクーラント供給溝を刻設する
必要がある。なお、クーラント供給溝１３ｂと切刃１４
ｃとの交差部、１３ｃと１４ｂとの交差部などの鋭利な
部分は、面取りを施して切刃の欠けを防止している。

【００１９】次に、図３を参照して、本発明のボールエ
ンドミルについて説明する。図３において図３（ａ）は
ボールエンドミル１２の正面図であり、図３（ｂ）は図
３（ａ）において矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。図
３のボールエンドミルは、４枚刃のボールエンドミルで
あり、一例としてクーラント供給溝１３が４本刻設され
ている。クーラント供給溝１３は、シャンク部１６にシ
ャンク後端面１７からシャンク１６の軸線と平行にかつ
直線状に刻設されており、それぞれの切刃部１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ，１４ｄのすくい面に向って開口されてい
る。このボールエンドミル１２においても、図１のエン
ドミルで説明したように、高圧クーラントがクーラント
供給溝１３を通り、工具切刃部１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄのすくい面に向って噴射される。この高圧ク
ーラントは切刃部の切削による発熱が奪取すると共に、
切刃部に付着しようとする切屑を直撃して飛散させるの
である。従って、クーラント溝１３は前述のエンドミル
で説明したことと同様の作用、効果を有しており、ここ
では重複するので説明を省略する。

【００２０】図４は、本発明のドリルの一例を示してお
り、図４（ａ）はドリル１２の正面図であり、図４
（ｂ）は図４（ａ）の矢視線Ｃ−Ｃに沿う断面図であ
る。既述の工具と同様に、クーラント供給溝１３が、シ
ャンクの後端面１７から軸線と平行でかつ直線状に、途
中で切刃部を貫通してドリル主切刃部１４のすくい面に
向けて開口するように二本刻設されている。なお、図
中、２０の一点鎖線は、ドリルが回転したときの軌跡を
示したものである。

【００２１】図５は、本発明のフライスカッタの一例を
示しており、図５（ａ）はフライスカッタ１２の正面図
であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の矢視線Ｄ−Ｄに沿う
断面図である。図５にはフライスカッタの代表例とし
て、あり溝フライスを示す。シャンク１６には後端面１
７から軸線と平行にかつ直線状に、工具主切刃部１４の
すくい面に向かって五本のクーラント供給溝１３が刻設
されている。この様に構成することにより、クーラント
は必ず切刃部のすくい面に供給される。

【００２２】図６は、本発明のクーラントの作用を示す
説明図であり、エンドミル１２を工具ホルダ５に装着し
た図である。エンドミル１２のシャンク１６が、工具ホ
ルダ５の工具装着孔１８に装着される。クーラント供給
源（図１参照）により加圧されたクーラントが、クーラ
ント供給孔１９を通って工具装着孔１８に流入する。次
いで、該クーラントは、前記二つの凹溝１３を流通して
エンドミル１２先端方向に噴出する。エンドミル１２に
よる加工中は、工具主軸１、工具ホルダ５、エンドミル
１２は共に回転し、内部のクーラントも同じ速さで回転
する。主軸１を高速回転させた場合においても、クーラ
ント供給溝１３から噴出したクーラントが、工具主切刃
部に確実に高圧で噴射される程度の高い圧力（例えば７
０Kg／cm²）でクーラントを供給する。これにより、ク
ーラント供給溝１３から噴出したクーラントは、直接的
に工具主切刃部に当たるようにしてある。クーラント供
給溝１３の断面積は、エンドミル内部に孔をあけるより
も大きくでき、それだけ流量もかせげる。従って、如何
なる場合でも常にクーラントが充分な圧力、流量で工具
主切刃、つまり切削加工部に供給され、迅速に切削熱を
奪熱し切屑を排出できる。エンドミル１２のシャンク部
より先端方向の切刃部全域を使用するような深溝加工や
側面加工の場合は、クーラント供給溝１３ａと１３ｂと
の間、１３ｂと１３ｃとの間の開放部からクーラントが
漏れ出しており、工具先端部ばかりでなく切刃全域にわ
たってクーラントが供給されることになり、あらゆる加
工に対して切削熱の奪熱および切屑排出作用を行えるの
である。

【００２３】図７（ａ）は、本発明の他の実施例を示す
要部構成図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢視線
Ｅ−Ｅに沿う断面図である。図８（ａ）は、本発明の更
に別の実施例を示す要部構成図であり、図８（ｂ）は、
矢視線Ｆ−Ｆに沿う断面図である。図７、８では、図１
の切削加工装置のクーラント供給溝１３を刻設したエン
ドミルの代わりに、テーパチャック式（図７）と、コレ
ットチャック式（図８）の工具ホルダを用いて、クーラ
ント供給溝のない通常のエンドミルが装着される。高圧
クーラント（例えば７０Kg／cm²）はエンドミル外周に
沿って工具先端方向に噴出させる。

【００２４】図７を参照すると、工具ホルダ５は、テー
パ外面２６とネジ部２７とを有する装着部２５を具備し
ており、前記工具装着孔１８が装着部２５を貫通して外
部に開口している。エンドミル１２が、工具装着孔１８
に挿入され、リング２３で緊締することにより固着され
る。リング２３は、テーパ外面と係合するテーパ内面２
８と、装着部のネジ部２７と係合可能なネジ部２９とを
具備している。ネジ部２７、２９を係合させて、リング
２３を装着部２５に締結するとテーパ面２６、２８が係
合し、これによりエンドミル１２が工具装着孔１８内に
固定される。装着部２５に、工具ホルダ５の中心軸と平
行にすり割りを形成して、工具装着孔内の工具を良好に
固定できるようにしてもよい。

【００２５】工具装着孔１８は、プルスタッド６の貫通
孔１９を介してパイプ９と連通されており、クーラント
供給源１１からクーラントを導入可能になっている。工
具装着孔１８の内周面には、該内周面の直径上１８０°
の位置に対向して２本の凹溝２４が設けられており、該
凹溝２４は、工具主軸１および装着されたエンドミル１
２の中心軸と平行に工具ホルダ５の先端面まで延設され
ている。工具装着孔１８にエンドミル１２を挿着する
と、この凹溝２４はエンドミル１２の外周面とによりク
ーラント流通路となり、工具装着孔１８に導入されたク
ーラントは、凹溝２４の出口から、エンドミル１２の外
周に沿ってエンドミル１２の先端方向に噴出する。

【００２６】次に図８を参照すると、エンドミル１２
は、コレットチャックにより、工具ホルダ５に装着され
ている。コレットチャックは、コレット２１とコレット
リング２３とを具備している。コレット２１には、軸線
方向に延設された４つのすり割り２２が、円周方向に等
角度間隔で配設されている。該すり割り２２により、コ
レット２１は４つの部分に分割されるが、それぞれの部
分は連結リング３２により相互に連結されている。コレ
ット２１は、また、コレットリング２３の係合面３１と
係合する係合面３０が形成されている。コレットリング
２３は、コレット２１の係合面３０と係合する係合面３
１と、工具ホルダ５のネジ部２７と係合するネジ部２９
とを具備している。ネジ部２７、２９によりコレットリ
ング２３を工具ホルダ５に螺着すると、係合面３０、３
１が互いに係合して、コレット２１が工具装着孔１８内
に押し込まれ、これによりエンドミル１２が装着される
ようになっている。

【００２７】工具装着孔１８は、プルスタッド６の貫通
孔１９を介してパイプ９のクーラント通路（図１参照）
と連通している。クーラント供給源１１からのクーラン
トは、クーラント通路および貫通孔１９を流通して工具
装着孔１８内に導入される。前記すり割り２２は、連結
リング３２の中央開口部３３を介して工具装着孔１８と
連通している。工具装着孔１８に導入されたクーラント
は、連結リング３２の中央開口部３３を介して、すり割
り２２に流入し、該すり割り２２の出口からエンドミル
１２の外周面に沿って主切刃部に向けて噴射される。噴
出されたクーラントの作用は、図７の場合と同様なので
説明は省く。

【００２８】従来のクーラント吐出ノズルを高速回転す
るエンドミルの外部に設け、該ノズルからクーラントを
エンドミルに向けて噴射する方法があるが、高速で回転
するエンドミルの周囲には、ほぼ等速で回転する空気層
があり、その空気層を打ち破ってエンドミルの切刃部の
すくい面に直接的にクーラントを当てるのは困難であっ
た。つまり、クーラントは、ほとんど空気層ではじき飛
ばされていた。本発明は、エンドミルに形成したクーラ
ント供給溝内にクーラントを流通させた状態で、または
工具ホルダ内部の凹溝やコレットのすり割り部を介して
エンドミル外周に沿ってクーラントを噴出した状態でエ
ンドミルを高速で回転させるので、エンドミル外周を取
り巻く空気層の内部にクーラントがすでに存在すること
になり、空気層を打ち破ることなくエンドミル主切刃部
のすくい面に直接的にクーラントを噴出することができ
るのである。

【００２９】また、クーラントとして切削液などの液体
ばかりでなく、加圧エアーを用い、このエアーを噴出
し、切刃部の冷却および切屑の排出を行わせても良い。
本発明による切削加工方法および装置は、このように構
成したことにより、従来技術の問題点である切削工具に
貫通孔を形成する困難さがなく、しかも小径工具の場合
に貫通孔を設けて工具の強度が不足したり、貫通孔が小
径のため充分なクーラント流量が確保されないというこ
とがなくなった。また、クーラント供給溝または切削工
具外周を流通したクーラントは、必ず切刃部を直撃する
ように噴出される。更に、外部に設けたクーラント吐出
ノズルによるクーラント供給のように、手動または自動
によるノズル角度の調節の必要がなく、しかもワーク形
状や加工部位によっては切削加工部へ直接的にクーラン
トが投射されない、あるいは切削工具外周を、ほぼ等速
で周回する空気層にクーラントがはじき飛ばされるとい
う不都合が解消された。

【００３０】本実施例では、クーラント供給溝または凹
溝を二本形成した場合について述べたが、少なくとも一
本あれば、それなりの効果を発揮する。しかし、クーラ
ント供給溝は工具主切刃の数だけ、それぞれの切刃部に
向けて設けることが最も望ましい。また、他の形式の工
具ホルダを用いても、装着した切削工具外周に沿ってク
ーラントが工具先端方向に噴出される構成ならば良い。
更に、既述の実施例は、スルースピンドルクーラント方
式の場合について説明したが、工具ホルダにクーラント
を導入するスルーツールクーラント方式であっても良い
ことは言うまでもない。

【００３１】次に、図１の切削加工装置の工具ホルダ５
にエンドミルやボールエンドミルを装着して、むく材で
なるワークを加工する場合を考える。Ｚ軸方向にだけ切
込んで行く加工方法は、工具先端の軸心付近に切刃が存
在しなかったり、たとえ切刃が存在していても切削が連
続的に行われるため発熱が大きくなったり、工具摩耗が
早くなったり、切削振動が大きくなる等の異常切削状態
となる。このため通常は、ドリルで下穴をあけてからこ
の下穴をエンドミルやボールエンドミルで繰り広げ、穴
あけ加工やポケット加工を行っている。するとドリルと
エンドミルといった２種類の工具用のＮＣプログラムを
作成しなければならなかったり、加工過程で工具交換を
しなければならなかったり作業能率が悪かった。本発明
では、エンドミルまたはボールエンドミルをＸ軸または
Ｙ軸方向に移動させながらＺ軸方向に切込み、通常の溝
切削と同じ方法で穴あけ加工やポケット加工を行う切削
加工方法も開示している。もちろんこのとき高圧クーラ
ントは前述の方法で切削点に高圧で噴出させている。こ
の切削加工方法によって１種類の工具でむく材のワーク
に穴あけ加工やポケット加工を一気に施すことができ、
加工能率の向上を図ることができる。

【００３２】先ず、図９および図１０を参照して、３次
元形状の切削加工を等高線輪郭加工で行うのと、往復加
工で行うのとどちらが有利かを考える。図９はポケット
加工を等高線輪郭加工で加工する場合の工具経路を図示
しており、Ｚ軸方向の高さが等しい輪郭に沿って工具１
２をＸ−Ｙ平面内で送り、１周回したらＺ軸方向にＸ
軸、Ｙ軸と同時に所定量切込み、つまり傾斜した経路３
６に沿って所定量切込み、その高さの輪郭に沿って工具
１２を再び周回させる切削加工方法である。これに対し
て図１０は、同じ形状のポケット加工を往復加工する場
合の工具経路を図示しており、工具１２のＹ軸方向位置
を固定しておき、Ｘ−Ｚ平面内で工具１２を一端から他
端まで送り、所定量のピックフィード３７をＹ軸方向に
与え、逆方向にＸ−Ｚ平面内で工具を送り切削加工する
方法である。

【００３３】往復加工は、ポケットＰの側面と底面との
コーナ部において工具１２に作用する負荷の大きさと方
向が変化し易く加工が不安定である。また往路または復
路の一つの工具経路において、工具の側面切刃で加工し
たり、底面切刃で加工したりして、加工箇所により切削
速度が変化して面粗度がばらつく。等高線輪郭加工は一
つの周回の工具経路における加工中の負荷の大きさと方
向の変動が小さく比較的安定した加工が行える。また同
一箇所の切刃で加工しており切削速度が一定となり面粗
度が均一である。特に面粗度が要求される仕上げ加工の
場合は、等高線輪郭加工が好ましい。

【００３４】図１１は切削加工中の状態を工具１２の軸
線方向から見た図で、図１１（ａ）はダウンカットを図
１１（ｂ）はアップカットをそれぞれ示している。ダウ
ンカットは工具１２の切刃がワークＷを押し付けながら
切削し進行するのに対し、アップカットは工具１２の切
刃がワークＷをすくい上げながら切削し進行する。ダウ
ンカットは、切刃がワークＷにくい込まず、切込み量相
当が確実に切削でき、面粗度も良好であるのに対し、ア
ップカットは、切刃とワークＷとの間にすべりやくい込
みが生じ易く、加工精度、面粗度が劣ることが知られて
いる。またすべりがあるためダウンカットより発熱が大
きいという欠点もある。このようにダウンカットの方が
優れている点が多く、切削加工はなるべくダウンカット
を維持するのが良い。前述の等高線輪郭加工でもダウン
カットで行うのが良い。

【００３５】ダウンカットまたはアップカットは、ワー
クの側面や、ポケットの内周面加工のように、回転工具
の一方側だけで加工する場合の現象である。溝加工のよ
うに回転工具の二つの側で同時に加工する場合は、ダウ
ンカットとアップカットとが併存しており、通常、仕上
げるべき側がダウンカットになるように工具とワークと
の相対移動を行わせる。後述の工具経路を平面上でうず
巻き状にしてポケット加工を行う場合においても、ポケ
ットの内周面がダウンカットになるように工具とワーク
との相対移動を行うのである。

【００３６】図１２はボールエンドミルによる穴あけ加
工の説明図である。ボールエンドミル１２を回転しなが
らＺ軸方向に切込み、同時にＸ−Ｙ平面内において公転
運動を与える、つまり、回転するボールエンドミルを螺
旋状の経路でむく材のワークＷに切込ませ、ストレート
またはテーパ状の穴４０を加工するものである。ボール
エンドミルはほぼ半球形状の切刃部があり、シャンク部
は切刃部の径より若干細く形成しておき、一旦加工した
面をシャンク部がこすらないようにして穴加工を行う
と、非常に面粗度が良好な加工が行える。通常のスクエ
アエンドミルを用いると、一旦加工した面を上部の切刃
がこすり、面荒れを招く。また熱が工具先端のコーナエ
ッジに集中し加工面粗度が悪くなる。この穴あけ加工
は、ダウンカットとアップカットとが混在する溝加工に
なるが、切刃が加工すべき穴の内周面と接触する部分に
おいてはダウンカットになるようにボールエンドミルと
ワークＷとを相対移動させるのが良い。

【００３７】図１３はボールエンドミル１２を用いたポ
ケット加工の説明図である。むく材のワークＷにポケッ
トＰを加工するのに、ボールエンドミル１２を前述のよ
うにＸまたはＹ軸方向に移動させながらＺ軸方向に切込
み、所定量の切込みに達したらＸ−Ｙ平面内においてう
ず巻き状の工具経路に従ってボールエンドミル１２とワ
ークＷとを相対移動させ、加工すべきポケットＰの寸法
まで加工したらうず巻きの拡大を止め、Ｘ軸、Ｙ軸と同
時にＺ軸方向の切込みを再度与えてうず巻き状工具経路
に沿った相対移動を行わせる。うず巻きを外側から縮小
させる方向に工具経路を形成させても同じである。ポケ
ットＰの内周面と接触する部分においては、ダウンカッ
トになるようにボールエンドミル１２とワークＷとを相
対移動させるのが良いことは言うまでもない。

【００３８】このときボールエンドミル１２の直径をＤ
とすると、１回のＺ軸方向の切込み量は０．１Ｄ以下の
比較的浅い量に抑え、１刃当りの加工体積を少なくして
発熱量を小さく、すなわち確実に冷却できるようにし、
加工能率はボールエンドミルの回転数と送り速度を大き
くしてカバーするような加工方法が好しい。また面粗度
がさほど悪化しないＺ軸方向切込み量とＸまたはＹ軸方
向のピックフィード量（うず巻きのピッチ）との限界の
組み合せが、切込み量０．１Ｄ以下でピックフィード量
Ｄ／２以下である。従来は、Ｚ軸方向の切込み量を０．
２〜０．４Ｄと比較的大きくし、ピックフィード量を
０．１Ｄと比較的小さくする加工方法が主流であった。
１刃当りの加工体積が大きいので発熱量が大きく、工具
寿命が短かくなり、特に高硬度材の加工には不向きであ
る。

【００３９】上記Ｚ軸方向切込み量０．１Ｄ以下、Ｘま
たはＹ軸方向のピックフィード量Ｄ／２以下のボールエ
ンドミル加工は、高圧クーラントを切削点に噴出させて
行う前述の往復加工にも有効である。また高圧クーラン
トを切削点に噴出させながら前述のボールエンドミルに
よる穴あけ加工や、Ｚ軸方向切込み量０．１Ｄ以下、ピ
ックフィード量Ｄ／２以下の加工等を金型鋼や焼入れ鋼
のような高硬度材や高靱性材でなる難削材ワークに施こ
すことができる。従来研削加工や放電加工でしか加工す
ることのできなかったことが、切削加工によって気軽に
達成できるのである。

【００４０】次に、ＮＣプログラムに従って前述の各種
の加工を行うことを考える。穴あけ加工、ポケット加
工、溝加工等比較的単純形状をしており、また繰り返し
使用実行されるので、これに対応するＮＣプログラム
は、前述の加工方法を網羅した形で予め標準化してサブ
プログラム化しておくと良い。図１４を参照して、本発
明のＮＣ制御装置について説明する。ＮＣ制御装置１０
０は、主（メイン）プログラム部１１０と副（サブ）プ
ログラム部１２０と、プログラム実行部１３０と、Ｘ−
Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部１４０と、工具主
軸のＺ軸のためのサーボ制御部１５０と、クーラント制
御部１６０とを具備して構成されている。

【００４１】副プログラム部１２０は、穴あけ加工、ポ
ケット加工、溝加工等の標準的な切削加工に対応する複
数の標準プログラム１２１、１２２、１２３、．．、１
２Ｎを具備している。プログラム実行部１３０において
主プログラム部１１０のプログラムが実行される。そし
て、実施すべき加工に対する標準プログラム１２１、１
２２、１２３、または１２Ｎが適宜に選択される。こう
して主プログラムおよび標準プログラムがプログラム実
行部１３０において実行される。プログラム実行部１３
０から、Ｘ−Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部１４
０と、Ｚ軸のためのサーボ制御部１５０と、クーラント
制御部１６０へ、各々の制御対象のための信号が送信さ
れる。

【００４２】Ｘ−Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部
１４０は、切削工具１２をＸ−Ｙテーブル４２に固定さ
れたワーク（図１４には図示されていない）に対して送
るための送り装置４１に制御信号を送信する。送り装置
４１は、サーボモータとボールネジ（図示せず）とを有
する通常の送り装置により構成される。送り装置４１に
よりＸ−Ｙテーブル４２は、ＸまたはＹ軸の方向に送ら
れ、これにより切削工具１２がワークに対して所定経路
に沿って送られる。Ｚ軸のためのサーボ制御部１５０
は、切削工具１２をＺ軸方向に送るための装置４３に制
御信号を送信する。送り装置４３は、サーボモータとボ
ールネジ（図示せず）とを有する通常の送り装置により
構成される。また、クーラント制御部１６０からクーラ
ント供給源１１に制御信号が送信され、これによりクー
ラント供給源１１が供給するクーラントの圧力と流量と
を制御する。

【００４３】例えばボールエンドミルによる穴あけ加工
の場合、最初に使用工具径、加工すべき穴の内径および
深さを指定しさえすれば、ＮＣプログラムの途中におい
て、穴あけ加工のサブプログラムを呼び出し、工具経路
や切込み量等をいちいち指定しなくても自動的に所望の
穴あけ加工が完了する。すなわち、高圧クーラントが噴
射され、穴あけ加工はボールエンドミルを用い、ワーク
との間で螺旋状にかつダウンカットになるように相対移
動が自動的に行われるのである。同様にポケット加工な
らば、使用工具径、加工すべきポケットの大きさと深さ
を指定しさえすれば、ボールエンドミルとワークとをう
ず巻き状にかつダウンカットになるように相対移動を自
動的に行う。溝加工の場合は、使用工具径、加工すべき
溝幅と溝長さ、溝深さ等を指定しさえすれば、直径Ｄの
ボールエンドミルのＺ軸方向の切込み量０．１Ｄ以下、
必要であればピックフィード量Ｄ／２以下にしてダウン
カットする等の加工条件の設定が自動的に行われる。こ
のサブプログラム化は、ＮＣ装置のマクロプログラム機
能を用いて行うとより好都合である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の切削加工
方法および装置によれば、切削工具のシャンク外周に形
成したクーラント供給溝に流通させた高圧クーラントは
切刃部のすくい面に直接的に当たるように噴出されるの
で、切削加工中、常に充分な圧力、流量の高圧クーラン
トが途中の切刃部やワークの形状に妨げられることなく
確実に切削加工部に供給される。また、工具ホルダ内部
に設けた凹溝やすり割りによって切削工具外周に沿って
噴出させたクーラントも、同様に切削加工部に確実に供
給される。したがって、切削加工部における切削熱の奪
熱や切屑の排出が迅速、確実に行われるので加工能率が
向上し、また切屑の噛みこみがないので高精度な切削加
工が行える。

【００４５】また、奪熱効果が大きいので切削工具の寿
命が伸び、経済的である。また本発明によれば、切削工
具の長さや工具径によりクーラントの噴出位置や角度を
変える必要がないので自動化が達成し易くなった。更に
本発明によれば、回転する切削工具をＸ軸またはＹ軸方
向に移動させながらＺ軸方向の切込みを与える方法や、
等高線輪郭加工の採用、ボールエンドミルとワークとを
螺旋状に、かつ、ダウンカットになるように送る穴あけ
加工方法の採用、ボールエンドミルのＺ軸方向切込み量
は０．１Ｄ以下、ピックフィード量はＤ／２以下となる
加工方法の採用等により、加工能率と面粗度の向上を達
成できた。また金型鋼や焼入れ鋼のような高硬度材また
は高靱性材でなる難削材ワークの切削加工も達成でき
た。更に本発明によれば、標準切削加工パターンをサブ
プログラム化して、面倒なＮＣプログラムの作成を省力
化した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切削加工装置の構成図である。

【図２】本発明によるエンドミルの一例を示す図であ
る。（ａ）は正面図である。（ｂ）は図２（ａ）のＡ−
Ａに沿う断面図である。

【図３】本発明によるボールエンドミルの一例を示す図
である。（ａ）は正面図である。（ｂ）は図３（ａ）の
Ｂ−Ｂに沿う断面図である。

【図４】本発明によるドリルの一例を示す図である。
（ａ）は正面図である。（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃに
沿う断面図である。

【図５】本発明によるフライスカッタの一例を示す図で
ある。（ａ）は正面図ある。（ｂ）は図５（ａ）のＤ−
Ｄに沿う断面図である。

【図６】本発明のクーラントの作用を示す説明図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例を示す図である。（ａ）は
工具ホルダの中心軸に沿う断面図である。（ｂ）は図７
（ａ）のＥ−Ｅに沿う断面図である。

【図８】本発明の別の実施例を示す図である。（ａ）は
工具ホルダの中心軸に沿う断面図である。（ｂ）は図８
（ａ）のＦ−Ｆに沿う断面図である。

【図９】等高線輪郭加工による切削加工方法の説明図で
ある。

【図１０】往復加工による切削加工方法の説明図であ
る。

【図１１】２種類の切削加工方法を対比して示す図であ
る。（ａ）はダウンカットの説明図である。（ｂ）はア
ップカットの説明図である。

【図１２】ボールエンドミルによる穴あけ加工の説明図
である。

【図１３】ボールエンドミルによるポケット加工の説明
図である。

【図１４】本発明のＮＣ制御装置の概略ブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１…工具主軸５…工具ホルダ９…パイプ１０…流体回転継手１１…クーラント供給源１２…エンドミル１３…クーラント供給溝１４…切刃１６…シャンク１８…工具装着孔２１…コレット２２…すり割り２３…リング２４…凹溝Ｗ…ワーク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】工具本体外周にシャンク部の後端から先
端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行に少なくとも
１本の直線状で凹形状のクーラント供給溝を刻設したね
じれ刃を有するエンドミルを工具ホルダに装着し、前記工具ホルダの切削工具装着孔に高圧クーラントを導
入し、前記エンドミルのクーラント供給溝内に前記高圧クーラ
ントを流通させ、前記エンドミル先端の切刃部のすくい面にクーラントが
直接当たるように前記高圧クーラントを噴出し、前記エンドミルを回転させながら浅切込みで高速相対送
りを与え切削加工を行い、切削加工によって発生する切
削熱が前記エンドミルに伝達される前に切削屑を前記ク
ーラントで吹き飛ばし、前記エンドミルの切刃部の温度上昇を極力押さえてワー
クをフライス加工する切削加工方法。
【請求項２】前記エンドミルのＺ軸方向の切込みは、
Ｘ軸またはＹ軸を移動させながら所定量切込むようにし
た請求項１に記載の切削加工方法。
【請求項３】前記エンドミルとワークとの相対送り
は、等高線輪郭加工になるように行う請求項１に記載の
切削加工方法。
【請求項４】前記エンドミルにボールエンドミルを用
い、該ボールエンドミルとワークとに螺旋状にかつダウ
ンカットになるようにＺ軸方向の切込みとＸ軸およびＹ
軸方向の相対送りを与えて穴あけ加工を行う請求項１に
記載の切削加工方法。
【請求項５】前記エンドミルに直径Ｄのボールエンド
ミルを用い、該ボールエンドミルに与えるＺ軸方向の切
込みは０．１Ｄ以下とする請求項１に記載の切削加工方
法。
【請求項６】前記ボールエンドミルとワークとの間の
相対送りのピックフィード量はＤ／２以下とする請求項
５に記載の切削加工方法。
【請求項７】請求項４から６のいずれか１項に記載の
切削加工方法で金型鋼や焼入れ鋼などの難削材を加工す
る切削加工方法。
【請求項８】前記エンドミルはボールエンドミルを用
い、該ボールエンドミルとワークとを螺旋状にかつダウ
ンカットになるように相対移動させる穴あけ加工や、前
記ボールエンドミルとワークとをうず巻き状にかつダウ
ンカットになるように相対移動させるポケット加工など
の標準切削加工パターンをサブプログラムとしてＮＣプ
ログラムを作成し、必要に応じて該サブプログラムを呼
び出してＮＣ加工する請求項１に記載の切削加工方法。
【請求項９】工具ホルダを装着する回転主軸と、前記回転主軸とワークテーブルとの間で相対移動を与え
る送り装置と、工具本体外周にシャンク部の後端から先端の切刃部のす
くい面に向けて軸線と平行に少なくとも１本の直線状で
凹形状のクーラント供給溝を刻設したねじれ刃を有する
エンドミルと、該エンドミルを装着し、前記クーラント供給溝にクーラ
ントを導入するクーラント供給孔を有した工具ホルダ
と、高圧クーラントを前記工具ホルダのクーラント供給孔に
導入し、前記高圧クーラントが前記クーラント供給溝を
流通して前記エンドミルの先端の切刃部のすくい面へ直
接当たるように噴出し、前記送り装置によって浅切込み
で高速相対送りを与え、切削加工を行っているとき、切
削加工によって発生する切削熱が前記エンドミルに伝達
される前に切削屑を前記クーラントで吹き飛ばし可能に
したクーラント供給源と、を具備した切削加工装置。
【請求項１０】工具ホルダを装着する回転主軸と、前記回転主軸とワークテーブルとの間で相対移動を与え
る送り装置と、工具本体外周にシャンク部の後端から先端の切刃部のす
くい面に向けて軸線と平行に少なくとも１本の直線状で
凹形状のクーラント供給溝を刻設したねじれ刃を有する
エンドミルと、該エンドミルを装着し、前記クーラント供給溝にクーラ
ントを導入するクーラント供給孔を有した工具ホルダ
と、前記工具ホルダを装着する回転主軸と、前記工具ホルダ
を前記回転主軸に装着するドローバー内に設けられ、前
記工具ホルダのクーラント供給孔に接離可能なクーラン
ト供給管路と、高圧クーラントをクーラント供給孔に導入し、前記高圧
クーラントが前記クーラント供給溝を流通して前記エン
ドミルの先端の切刃部のすくい面へ直接当たるように噴
出し、前記送り装置によって浅切込みで高速相対送りを
与え、切削加工を行っているとき、切削加工によって発
生する切削熱が前記エンドミルに伝達される前に切削屑
を前記クーラントで吹き飛ばし可能にしたクーラント供
給源と、を具備した切削加工装置。