JP4694856B2

JP4694856B2 - 切削屑除去装置

Info

Publication number: JP4694856B2
Application number: JP2005041044A
Authority: JP
Inventors: 浩一赤澤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006224245A

Description

本発明は、切削屑除去装置に関し、より詳しくは、被加工材に明けられた加工穴内に残存する切削屑や切削油を排出して除去する切削屑除去装置に関するものである。

例えば、旋削加工やフライス加工の場合にあっては、切削屑は決まった一定方向に排出される。そのため、予め排出される位置に設置した吸引ノズルにより切削屑を吸引して回収することを可能ならしめようにした切りくず（以下、切削屑という。）処理装置が実用化されている。以下、この従来例に係る切削屑処理装置を、添付図面を参照しながら説明する。図６は、切削屑処理装置付旋盤の分離装置、フィルタ装置および圧縮成形装置を示す概略図である。

即ち、図示しない吸引ノズルによって吸引された切削屑は、可撓性ホース、継手部材、ホース、および配管等から構成されると共に、切削屑通過センサを備えてなる主吸引通路を介して、後述する構成になる切削屑処理装置６５のサイクロン型の分離装置１４０に導入される。このサイクロン型の分離装置１４０に導入されて吸引空気と分離された切削屑は導入通路１５８を介して圧縮成形装置１６０のハウジング１８０に導入される。

前記圧縮成形装置１６０では、ハウジング１８０の上部に設置された油圧シリンダ１８４により下降される圧縮ラム１８２によって前記ハウジング１８０の底部２１４に堆積した切削屑が圧縮され、ブロック体２１５が成形される。その後、ハウジング１８０の底部２１４を形成する可動部材２２０が、水平配置された油圧シリンダ２２４により退避位置まで退避され、圧縮ラム１８２によりブロック体２１５が底壁上に落下させられる。次いで、油圧シリンダ２２４により可動部材２２０が押出位置へ移動され、ブロック体２１５が排出口２１８から排出されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３３８６８号公報

上記従来例に係る切削屑処理装置によれば、切削屑は取り扱いが容易なブロック体に形成さる。従って、処理のための切削屑の運搬も容易になり、しかも小容積になるから運搬回数も削減され、切削屑の処理作業性が向上するから、極めて有用であると考えられる。
しかしながら、ドリル加工等の穴明け加工により明けられた加工穴の場合には、加工穴から完全に切削屑が排出されることがなく、切削屑は一般に切削油と共に加工穴内に残される。このような加工穴内に残された切削屑を吸引装置で吸引すれば、加工穴の開口近傍の内壁に付着している切削屑を吸引することは可能であったとしても、加工穴の底部に残存している切削屑を吸引により除去することは極めて困難である。特に、穴径Ｄと深さＬとの比（Ｌ／Ｄ）が大きい深さが深い加工穴の場合には、その底部に切削屑が残存する傾向があり、切削屑を除去することができないという問題がある。

従って、本発明の目的は、被加工材に明けられた加工穴内に圧縮空気を噴射することにより、この加工穴内に残存する切削屑や切削油を排出して除去することを可能ならしめる切削屑除去装置を提供することである。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置が採用した手段は、吸引ノズルと、この吸引ノズル内に収納され、この吸引ノズルの外部から連通する空気供給パイプを通して供給される圧縮空気を被加工材の加工穴の底部に向かって噴射し、前記加工穴内に残存する切削屑や切削油を、この加工穴の開口から噴出させる、この加工穴の直径より口径が小寸の噴射ノズルとからなる切削屑除去装置であって、前記噴射ノズルは、その口径が前記加工穴の直径の７０％以下に設定され、その先端が前記吸引ノズルの先端面から０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲に位置するように設定されると共に、その径方向の中心をとおるノズル中心線と、前記加工穴の径方向の中心をとおる穴中心線とのなす角度が２０°以下になるように傾斜設定され、前記噴射ノズルから、前記ノズル中心線の延長線が前記加工穴の開口位置における径方向の中心を中心とする加工穴の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向けて、圧縮空気が噴射可能とされてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る切削屑除去装置では、加工穴の直径より口径が小寸の噴射ノズルから噴射される圧縮空気は加工穴の底部でも十分届く。従って、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置によれば、圧縮空気が噴射ノズルから加工穴の底部に向かって噴射されると、加工穴内に残存する切削屑や切削油が、この加工穴の開口から上方に向かって効果的に排出される。そして、加工穴内の開口から上方に排出された切削屑や切削油を吸引ノズルにより吸引するのであるから、吸引だけによる従来例に係る切削屑処理装置よりも効果的に加工穴内に残存する切削屑を除去することができる。

また、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置では、噴射ノズルは、噴射口の口径が加工穴の口径の７０％以下に設定され、噴射ノズルの先端が前記吸引ノズルの先端面から０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲に位置するように設定されると共に、その径方向の中心をとおるノズル中心線と、加工穴の径方向の中心をとおる穴中心線とのなす角度が２０°以下になるように傾斜設定されている。従って、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置によれば、噴射ノズルから噴射される圧縮空気は加工穴の口径よりも細く、加工穴の底部で跳ね返された圧縮空気の流通路が加工穴内に確保されるため、切削屑や切削油を随伴する空気流は、噴射ノズルから噴射される圧縮空気の流れに対向することなく加工穴の開口方向に向かって流れるから、切削屑や切削油は加工穴から効果的に排出される。

本発明の請求項１に係る切削屑除去装置では、加工穴内に残存する切削屑や切削油を除去するに際しては、前記噴射ノズルから、ノズル中心線の延長線が前記加工穴の開口位置における径方向の中心を中心とする加工穴の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向けて圧縮空気が噴射される。従って、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置によれば、噴射ノズルから噴射される圧縮空気流は加工穴の直径よりも細く、加工穴の底部で跳ね返された圧縮空気の流通路が加工穴内に確保されるために、切削屑や切削油を随伴する空気流は、噴射ノズルから噴射される圧縮空気の流れに対向することなく加工穴の開口方向に向かって流れるから、切削屑や切削油は加工穴から効果的に排出される。なお、本発明の請求項１に係る切削屑除去装置を用いて切削屑や切削油を除去する場合には、加工穴の開口を囲む状態で吸引ノズルの先端面を被加工材の表面に押付けるようにして吸引することにより、より効率的に切削屑や切削油を除去することができる。しかしながら、必ずしも吸引ノズルの先端面を被加工材の表面に押付けなくても、吸引ノズルの先端面と被加工材の表面との間の隙間が数十ｍｍ程度であれば効果を得ることができる。

以下、本発明の切削屑除去方法を実施する本発明の形態に係る切削屑除去装置を、添付図面を順次参照しながら説明する。図１は工具自動交換機能を有し、ＮＣ制御される工作機械の主軸フレームに取着されている切削屑除去装置の模式的構成説明図であり、図２は切削屑除去装置の先端部を模式的に示す断面図であり、図３は噴射ノズルの圧縮空気の噴射方向説明図である。

図１を参照しながら、本発明の形態に係る切削屑除去装置を説明する。即ち、図１に示す符号１０は、工具自動交換機能を有すると共に、ＮＣ制御され、被加工材に穴明け加工をする工作機械である、この工作機械１０の主軸フレーム１１に装着金具１２が取付けられており、この装着金具１２により、後述する構成になる切削屑除去装置１が装着されている。この切削屑除去装置１は、先端面が加工穴２１の開口を囲む状態で被加工材２０の表面に離合自在に押付けられる吸引ノズル２を備えている。

前記吸引ノズル２は、上方に延びる下部真直部と、この下部真直部の上部より斜め上方に延びる傾斜部と、この傾斜部から上方に延び、主軸フレーム１１の側面に沿う上部真直部とからなり、この上部真直部の上端部に、他端側が図示しない切削屑回収手段に連通し、上方より下方に延びる吸引ライン３の下端部（一端側）が第１接手４により着脱自在に接続されている。なお、この第１接手４は、図示しない着脱自在な締結手段により前記主軸フレーム１１に固着されている。

前記吸引ノズル２の内部には加工穴２１の底部に向かって圧縮空気を噴射して、加工穴２１の底部に残存する切削屑や切削油を加工穴２１の開口から排出させる、実質的に垂直な、後述する噴射ノズル５が収容されている。この噴射ノズル５の上端は、横方向に延びて前記吸引ノズル２の下部真直部を貫通する水平部と、この水平部から上方に伸びる垂直部とからなる空気供給パイプ６に連通している。そして、この空気供給パイプ６の上端に、他端が図示しない圧縮空気供給手段に連通し、上方より下方に延びる空気供給ライン７の下端部（一端側）が第２接手８により着脱自在に接続されている。なお、この第２接手８は、前記第１接手４と同様に、図示しない着脱自在な締結手段により前記主軸フレーム１１に固着されている。

この形態に係る切削屑除去装置１の場合には、上記のとおり、吸引ノズル２の端部に第１接手４により他端側が切削屑回収手段に連通する吸引ライン３の一端側が着脱自在に接続され、また前記空気供給パイプ６の端部に第２接手８により他端側が圧縮空気供給手段に連通する空気供給ライン７の一端側が着脱自在に接続されている。従って、この切削屑除去装置１は着脱自在であるから、他の工作機械にも取付けることができ、汎用性の点で優れている。勿論、切削屑除去装置１が工作機械１０の主軸フレーム１１に固定されていても、加工穴２１内に残存する切削屑や切削油を除去するという初期の目的を達成することができる。

前記噴射ノズル５は、後述するように構成されている。即ち、この噴射ノズル５の口径ｄは、加工穴２１の直径Ｄの７０％以下に設定されている。そして、前記吸引ノズル２の先端面と、この噴射ノズル５の先端との間の距離ｔが０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲になるように設定されている。

ところで、前記吸引ノズル２の先端に被加工材２０の表面に押圧されるシールリングを配設することができる。このような構成にして、前記吸引ノズル２の先端を被加工材２０の表面に押付けて使用すれば、シールリングのシール機能によって、切削屑や切削油の吸引時に吸引ノズル２内に大気が流入するようなことがないから、加工穴２１から排出される切削屑２２や切削油をより能率良く吸引することができるという優れた効果を得ることができる。

また、この形態に係る切削屑除去装置１の噴射ノズル５の場合には、上記のとおり、実質的に垂直（傾斜角度０°）になるように設定されているが、ある程度傾斜配設することが肝要である。より詳しくは、切削屑除去装置の先端部を模式的に示す断面図の図４に示すように、噴射ノズル５を、その径方向の中心をとおるノズル中心線Ｌ_ｎｃと、前記加工穴２１の径方向の中心をとおる穴中心線Ｌ_ｈｃとのなす角度θを０〜２０°の範囲になるように傾斜させることにより、切削屑や切削油を加工穴２１から除去する除去性能を向上させることができる。

即ち、噴射ノズルから噴射される圧縮空気の流れ状態を示す図の図５に示すように、噴射ノズル５から噴射された圧縮空気の空気流Ｆａは、加工穴２１の１側の内壁（図における右側）に当たると共に沿って下降し、加工穴２１の底部で跳ね返される。そして、跳ね返された圧縮空気の空気流Ｆａは加工穴２１の他側の内壁（図における左側）に沿って上昇するというように対流するからである。

なお、この形態に係る切削屑除去装置１の場合、噴射ノズル５は、図４、５において示すように、吸引ノズル２の径方向の中心をとおる垂直な中心線より上部側が左側になるように傾斜している。しかしながら、噴射ノズル５の傾斜する向きは、例えば図４、５と逆であっても良く、図４、５における前側であっても良く、また図４、５における後側であっても良い。つまり、噴射ノズル５の上部側は吸引ノズル２の径方向の中心をとおる垂直な中心線に対して何れの方向にずれていても良いのであるから、噴射ノズル５の傾斜する向きは図４、５に示す向きに限定されるものではない。

以下、本発明の形態に係る切削屑除去装置１の作用態様を説明する。即ち、本発明の形態に係る切削屑除去装置１の場合には、上記のとおり、前記噴射ノズル５の口径ｄが前記加工穴２１の直径Ｄの７０％以下に設定されている。また、前記吸引ノズル２の先端面とこの噴射ノズル５の先端との間の距離ｔが０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲に位置するように設定されている。

そして、加工穴２１内に残存する切削屑２２や切削油を除去するために、加工穴２１に圧縮空気を噴射するに際しては、図３に示すように、噴射ノズル５が、そのノズル中心線Ｌ_ｎｃの延長線が加工穴２１の開口位置における径方向の中心を中心とする加工穴２１の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向けられて圧縮空気が噴射される。なお、噴射ノズル５のノズル中心線Ｌ_ｎｃの延長線が加工穴２１の開口位置における径方向の中心点を中心とする加工穴２１の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向くように噴射ノズル５を位置決めする場合には、例えばＮＣ制御される工作機械であれば、ＮＣプログラムで容易に行えるし、手動式であったとしても目視で十分位置決めすることができる。

本発明の形態に係る切削屑除去装置１では、噴射ノズル５から噴射される圧縮空気の空気流Ｆａは加工穴２１の直径Ｄより細いから、加工穴２１の底部で跳ね返された圧縮空気の空気流の流通路が加工穴２１内に確保される。そのため、跳ね返されて切削屑２２や切削油を随伴する圧縮空気の空気流は、噴射ノズル５から噴射される圧縮空気の流れに対向することなく加工穴２１の開口方向に流れるから，切削屑２２や切削油は加工穴２１内から効果的に排出される。そして、圧縮空気の空気流と共に加工穴２１内の開口から上方に排出された切削屑２２や切削油は、吸引ノズル２により吸引される。従って、本発明の形態に係る切削屑除去装置１によれば、吸引だけによる従来例に係る切削屑処理装置よりも効果的に加工穴２１内に残存する切削屑２２や切削油を除去することができる。

以下、本発明の切削屑除去装置に係る実施例を説明する。即ち、本発明の形態に係る項において説明した構成の切削屑除去装置を製作し、噴射ノズルの形状を種々変化させて加工穴内に残存する切削屑や切削油の除去試験を行った。その試験条件は下記表１に示すとおりである。

次に、アルミニウム合金（ＪＩＳＨ４０００，合金番号；５０５２）からなる被加工材の加工穴内に残存する切削屑や切削油の除去試験を具体的に説明する。即ち、噴射ノズルの傾斜角度θを０〜２０°の範囲で種々変更し、噴射ノズルの加工穴の直径Ｄの７０％以下の種々の口径ｄの噴射ノズルを作成し、噴射ノズルの先端と吸引ノズルの先端面との間の距離ｔを０〜１５ｍｍの範囲で種々変更し、ノズル中心線Ｌ_ｎｃの延長線を、加工穴の開口の位置における径方向の種々の位置に向けて圧縮空気を噴射して、加工穴内の切削屑や切削油の除去状況を調べた。また、除去試験に当たっては、吸引ノズルの先端面を、加工穴の開口を囲む状態で被加工材の表面に押付けるようにした。

その結果、噴射ノズルの傾斜角度θを０〜２０°の範囲にし、噴射ノズルの口径を加工穴の口径の７０％以下にし、噴射ノズルの先端が被加工材の表面から０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲にする。そして、ノズル中心線の延長線が前記加工穴の開口位置における径方向の中心を中心とする加工穴の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向けた噴射ノズルから圧縮空気を噴射すれば、加工穴内に残存する切削屑や切削油が効果的に除去されることが判った。

なお、加工穴内に残存する切削屑や切削油を最も効果的に除去することができたのは、下記の場合である。即ち、噴射ノズルの傾斜角度θを１５°にし、噴射ノズルの口径ｄを加工穴の直径Ｄの５０％にし、噴射ノズルの先端と吸引ノズルの先端面との間の距離ｔを５ｍｍとし、そしてノズル中心線Ｌ_ｎｃの延長線を、加工穴の開口の位置における径方向の中心点に合わせた場合である。

因に、噴射ノズルの傾斜角度θを１５°とし、噴射ノズルの口径ｄを加工穴の直径Ｄの５０％とし、噴射ノズルの先端と吸引ノズルの先端面との間の距離ｔを５ｍｍとし、そしてノズル中心線Ｌ_ｎｃの延長線を、加工穴の開口の位置における径方向の中心点に合わせた最も好ましい除去試験における評価結果を、直径が相違する加工穴毎に例示すると、下記表２乃至４に示すとおりである。

下記表２は加工穴の直径Ｄが１０ｍｍの場合をＬ／Ｄの値毎に示し、下記表３は加工穴の直径Ｄが５ｍｍの場合をＬ／Ｄの値毎に示し、また下記表４は加工穴の直径Ｄが３ｍｍの場合をＬ／Ｄの値毎に示したものである。これら表２乃至４においては、表中の二重丸は切削屑や切削油が完全に除去されたことを示し、一重丸は切削屑が除去されているものの切削油が若干残されていることを示している。

上記表２乃至４によれば、加工穴の直径が大きい程、またＬ／Ｄの値が小さい程（加工穴の深さが浅い程）、加工穴から切削屑や切削油が効果的に除去されていることが判る。
そして、本発明に係る切削屑除去装置は、機械加工により被加工材に明けられた加工穴内に残存する切削屑や切削油の除去に極めて有効であることが判る。

なお、以上の実施例においては、本発明に係る切削屑除去装置により、アルミニウム合金（ＪＩＳＨ４０００，合金番号；５０５２）からなる被加工材の加工穴からの切削屑や切削油の除去作業に適用した場合を例として説明した。しかしながら、特にアルミニウム合金の加工穴内に残存する切削屑や、切削油の除去に限らず、種々の金属の加工穴内に残存する切削屑や、切削油の除去に対しても適用することができる。また、上記実施の形態に示した切削屑除去装置は１具体例に過ぎないから、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在である。

本発明の実施の形態に係り、工具自動交換機能を有し、ＮＣ制御される工作機械の主軸フレームに取着されている切削屑除去装置の模式的構成説明図である。本発明の実施の形態に係る切削屑除去装置の先端部を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態に係る切削屑除去装置の噴射ノズルの圧縮空気の噴射方向説明図である。本発明の実施の形態に係り、切削屑除去装置の先端部を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態に係り、噴射ノズルから噴射される圧縮空気の流れ状態を示す図である。従来例に係り、切削屑処理装置付旋盤の分離装置、フィルタ装置および圧縮成形装置を示す概略図である。

１…切削屑除去装置，２…吸引ノズル，３…吸引ライン，４…第１接手
５…噴射ノズル，５ａ…噴射口，６…空気供給パイプ，７…空気供給ライン
８…第２接手，１０…工作機械，１１…主軸フレーム，１２…装着金具
２０…被加工材，２１…加工穴，２２…切削屑
ｄ…噴射ノズルの口径
Ｄ…加工穴の直径
Ｆａ…圧縮空気の空気流
Ｌ_ｈｃ…穴中心線
Ｌ_ｎｃ…ノズル中心線
ｔ…噴射ノズルの先端と吸引ノズルの先端面との間の距離
θ…ノズル中心線と穴中心線とのなす角度（ノズル傾斜角度）

Claims

吸引ノズルと、この吸引ノズル内に収納され、この吸引ノズルの外部から連通する空気供給パイプを通して供給される圧縮空気を被加工材の加工穴の底部に向かって噴射し、前記加工穴内に残存する切削屑や切削油を、この加工穴の開口から噴出させる、この加工穴の直径より口径が小寸の噴射ノズルとからなる切削屑除去装置であって、
前記噴射ノズルは、その口径が前記加工穴の直径の７０％以下に設定され、その先端が前記吸引ノズルの先端面から０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲に位置するように設定されると共に、
その径方向の中心をとおるノズル中心線と、前記加工穴の径方向の中心をとおる穴中心線とのなす角度が２０°以下になるように傾斜設定され、
前記噴射ノズルから、前記ノズル中心線の延長線が前記加工穴の開口位置における径方向の中心を中心とする加工穴の半径の３０％の半径の円内で交差する位置に向けて、圧縮空気が噴射可能とされてなることを特徴とする切削屑除去装置。