JP5664590B2 - 切削加工方法および切削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工方法および切削加工装置に関するものである。

従来の切削加工においては、クーラントを切削工具の切刃部に供給すべく、外部クーラント給油方法や内部クーラント給油方法などがある。

外部クーラント給油方法では、クーラント供給源から吐出されたクーラントが切削工具のリード部分を流通し、切削工具の先端の切刃部に向けて噴出される（例えば特許文献１）。

内部クーラント給油方法では、切削工具内部に形成されたクーラント流通路から高圧でクーラントが噴射され、切削工具の切刃部に供給される。

特許第２５１１３６８号公報

切削加工中、クーラント（切削液）を高い圧力で切刃部の切削点に供給することができれば、クーラントを切刃部の切削点に確実に供給して切削熱や、工具と切りくず・被削材との摩擦力を確実に抑制することができ、ひいては切削工具の寿命を延ばすことができる。

しかしながら、従来の外部クーラント給油方法によると、加工している孔の外部からクーラントを供給するため、直接クーラントを切削工具の切刃部に供給することが出来ない。したがって高圧でクーラントを切刃部に供給することが出来ない。

また、従来の内部クーラント給油方法では、クーラントが高圧で切刃部近傍から噴射されても、切刃部の切削点に到達する前にクーラントの圧力が低下してしまう。

そのため、切刃部の切削点にクーラントを十分に供給しようとすればクーラント供給源のクーラント吐出圧を非常に高圧にしなければならないので、クーラント供給源に特殊な高圧ポンプを用いなければならないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、切刃部の切削点に供給される切削液の圧力を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
切削加工前の形状が、筒部（１ａ）と底部（１ｂ）とを有する有底筒状になっている被切削物（１）を用意し、筒部（１ａ）を底部（１ｂ）の上方側に配置することによって、底部（１ｂ）の上方側に切削液（２１）を溜めるための空間（２０）を被切削物（１）の内部に形成する空間形成工程と、
空間形成工程で形成された空間（２０）に切削液（２１）を溜める貯留工程と、
貯留工程の後において空間（２０）への切削液（２１）の供給が停止された状態で実施され、回転する主軸（１３）に固定された切削工具（１２）を送り駆動部（１４ｂ）によって上方側から底部（１ｂ）へ向かって送ることによって、切削工具（１２）の切刃部（１２ａ）で底部（１ｂ）を孔あけ加工する切削加工工程とを含み、
切削加工工程では、
切削工具（１２）のうち切刃部（１２ａ）よりも外径の大きいフランジ部（１２ｂ）が、空間（２０）に溜められた切削液（２１）に進入することによって、空間（２０）に溜められた切削液（２１）が、筒部（１ａ）の内周面とフランジ部（１２ｂ）との間に設けられた隙間（２２）のみを通じて空間（２０）の外部に向かって流動し、
送り駆動部（１４ｂ）が所定速度以上の送り速度（Ｖ１）で切削工具（１２）を送り駆動することによって、隙間（２２）における切削液（２１）の流動を抑制し、空間（２０）に溜められた切削液（２１）をフランジ部（１２ｂ）で圧縮して所定圧力以上に圧力上昇させることを特徴とする。

これによると、空間（２０）に溜められた切削液（２１）の圧力が上昇する。このため、切刃部（１２ａ）の周囲を高圧の切削液（２１）で満たすことができるので、切刃部（１２ａ）の切削点（１２ｃ）に供給される切削液（２１）の圧力を向上させることができる。
上記目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、
筒部（３ａ）を有する治具（３）を被加工物（２）に取り付ける治具取付行程と、
筒部（３ａ）を被加工物（２）の上方側に配置することによって、被加工物（２）の上方側に切削液（２１）を溜めるための空間（２０）を形成する空間形成工程と、
空間（２０）に切削液（２１）を溜める貯留工程と、
回転する主軸（１３）に固定された切削工具（１２）を送り駆動部（１４ｂ）によって上方側から被加工物（２）へ向かって送ることによって、切削工具（１２）の切刃部（１２ａ）で被加工物（２）の被加工部（２ａ）を切削加工する切削加工工程とを含み、
切削加工工程では、送り駆動部（１４ｂ）は、筒部（１ａ、３ａ）の内周面と切削工具（１２）との間に設けられた隙間（２２）における切削液（２１）の流動が抑制されるような送り速度（Ｖ１）で切削工具（１２）を送り駆動することを特徴とする。
これによると、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明では、
切刃部（１２ａ）と、切刃部（１２ａ）よりも外径の大きいフランジ部（１２ｂ）とを有し、回転する主軸（１３）に固定される切削工具（１２）と、
主軸（１３）および切削工具（１２）を回転駆動する回転駆動部（１４ａ）と、
切削工具（１２）を、切削加工前の形状が、筒部（１ａ）と底部（１ｂ）とを有する有底筒状になっている被切削物（１）のうち筒部（１ａ）の下方側に配置された底部（１ｂ）に向かって送り駆動する送り駆動部（１４ｂ）とを備え、
切刃部（１２ａ）は、底部（１ｂ）を孔あけ加工するものであり、
フランジ部（１２ｂ）は、被切削物（１）の内部の空間（２０）に溜められた切削液（２１）に進入することによって、空間（２０）に溜められた切削液（２１）を、筒部（１ａ）の内周面とフランジ部（１２ｂ）との間に設けられた隙間（２２）のみを通じて空間（２０）の外部に向かって流動させるものであり、
送り駆動部（１４ｂ）が所定速度以上の送り速度（Ｖ１）で切削工具（１２）を送り駆動することによって、隙間（２２）における切削液（２１）の流動を抑制し、空間（２０）に溜められた切削液（２１）をフランジ部（１２ｂ）で圧縮して所定圧力以上に圧力上昇させることを特徴とする。
これによると、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
上記目的を達成するため、請求項５に記載の発明では、
切刃部（１２ａ）を有し、回転する主軸（１３）に固定される切削工具（１２）と、
主軸（１３）および切削工具（１２）を回転駆動する回転駆動部（１４ａ）と、
切削工具（１２）を被切削物（２）の被加工部（２ａ）に向かって送り駆動する送り駆動部（１４ｂ）と、
筒部（３ａ）を有し、被切削物（２）に取り付けられて被切削物（２）の上方側に配置される治具（３）とを備え、
送り駆動部（１４ｂ）は、筒部（１ａ）の内周面と切削工具（１２）との間に設けられた隙間（２２）において、被切削物（２）および治具（３）によって形成された空間（２０）に溜められた切削液（２１）の流動が抑制されるような送り速度（Ｖ１）で切削工具（１２）を被加工部（２ａ）へ向かって送り駆動することを特徴とする。
これによると、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における切削加工装置の全体構成図である。 図１のドリル刃および被切削物の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 第１実施形態による作用効果を説明する図である。 第２実施形態における切削加工装置の要部断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。図１に示すように、切削加工装置１０は、テーブル１１、ドリル刃１２、主軸１３、本体部１４および制御装置１５を備えている。図１中の上下の矢印は、切削加工装置１０の設置状態における上下方向を示している。

テーブル１１は、被切削物１を固定するチャック１１ａを有している。被切削物１は、円筒状の筒部１ａと、筒部１ａの一端側を閉塞する底部１ｂとを有する有底円筒状の部材である。

被切削物１は、底部１ｂが図１の下方側に位置し、筒部１ａの開口部が図１の上方側を向くようにチャック１１ａによって固定され、底部１ｂが被加工部として切削加工される。

被切削物１の内部に形成される空間２０には切削液２１が溜められている。切削液２１としては、油性切削液や水性切削液等の種々の切削液を用いることができる。

ドリル刃１２は、被切削物１に孔を切削加工する切削加工具（切削工具）であり、テーブル１１よりも上方側に配置されている。ドリル刃１２は、全体として円柱状に形成されている。

ドリル刃１２は、その一端側（図１では下端側）に切刃部１２ａを有し、切刃部１２ａよりも他端側（図１では上端側）にフランジ部１２ｂ（圧縮部）を有している。フランジ部１２ｂの外径Ｄは、切刃部１２ａの外径よりも大きくなっている。本例では、フランジ部１２ｂは、ドリル刃１２のシャンク部（図１では上端部）まで形成されている。

主軸１３は、ドリル刃１２を同軸状に固定するホルダ１３ａを有し、ドリル刃１２に回転運動を伝達する。ホルダ１３ａは、ドリル刃１２のシャンク部（図１では上端部）を固定する。

ホルダ１３ａがドリル刃１２を固定した状態においては、ドリル刃１２のフランジ部１２ｂはホルダ１３ａよりも下方側まで延びている。

本体部１４は、主軸１３をその中心軸周りに回転駆動する回転駆動部１４ａと、主軸１３をテーブル１１側へ向かって送り駆動する送り駆動部１４ｂとを有している。回転駆動部１４ａが主軸１３を回転駆動することによってドリル刃１２もその中心軸周りに回転駆動され、送り駆動部１４ｂが主軸１３をテーブル１１側へ向かって送り駆動することによってドリル刃１２もテーブル１１側へ向かって送り駆動される。

制御装置１５は、本体部１４の回転駆動部１４ａおよび送り駆動部１４ｂの作動を制御する制御手段であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

次に、切削加工装置１０の作動を説明する。制御装置１５に切削加工の開始信号が入力されると、制御装置１５は回転駆動部１４ａおよび送り駆動部１４ｂを制御して、主軸１３をその中心軸周りに回転駆動しながらテーブル１１側へ送り駆動する。

これにより、ドリル刃１２がその中心軸周りに回転しながら被切削物１側へ送られるので、ドリル刃１２の切刃部１２ａによって被切削物１の底部１ｂが切削加工される。

このとき、ドリル刃１２のフランジ部１２ｂが、被切削物１内の空間２０に溜められた切削液２１中に進入するので、被切削物１内の空間２０に溜められた切削液２１の圧力が上昇する。

すなわち、ドリル刃１２のフランジ部１２ｂが切削液２１中に進入するにつれて、隙間２２において切削液２１の粘性力が増加するので、隙間２２における切削液２１の流動が抑制される。

このため、被切削物１内の空間２０に溜められた切削液２１が隙間２２を通じて漏れることが抑制されるので、被切削物１内の空間２０に溜められた切削液２１が圧縮され、ひいては切削液２１の圧力が上昇する。

このような切削液２１の圧力上昇値は、図２および図３に示す隙間２２の幅Ｗ１、隙間２２の長さＬ１およびドリル刃１２の送り速度Ｖ１等と相関関係がある。

具体的には、隙間２２の幅Ｗ１が小さいほど圧力上昇値が大きくなり、隙間２２の長さＬ１が大きいほど圧力上昇値が大きくなり、ドリル刃１２の送り速度Ｖ１が大きいほど圧力上昇値が大きくなる。また、切削液２１の粘性係数が大きいほど圧力上昇値が大きくなる。

次に、切削加工装置１０を用いた切削加工方法を説明する。まず、被切削物１をチャック１１ａで固定するセット工程を行う。セット工程では、被切削物１の底部１ｂが下方側に位置し、被切削物１の開口部が上方側を向くように、被切削物１をテーブル１１にセットする。

これにより、切削液２１を溜めることのできる空間２０が形成される。したがって、セット工程は空間形成工程とも表現される。

セット工程の後に、被切削物１内部の空間２０に切削液２１を注入して溜める貯留工程を実施する。貯留工程では、切削液２１の液面が所定の高さ以上となるように切削液２１を溜める。

貯留工程の後に、制御装置１５に切削加工の開始信号を送り、ドリル刃１２で被切削物１の底部１ｂを切削加工する切削加工工程を実施する。切削加工工程では、制御装置１５は回転駆動部１４ａおよび送り駆動部１４ｂを制御して、主軸１３をその中心軸周りに回転駆動しながらチャック１１ａ側へ駆動する。

これにより、ドリル刃１２がその中心軸周りに回転しながら被切削物１側へ送られるので、ドリル刃１２の切刃部１２ａによって被切削物１の底部１ｂが切削加工される。そして、ドリル刃１２が被切削物１に所定の深さの孔を加工し終えたら切削加工工程を終了する。

本実施形態によると、ドリル刃１２を被切削物１の底部１ｂへ向かって送ると、被切削物１の筒部１ａの内周面とドリル刃１２のフランジ部１２ｂの外周面との間に形成される隙間２２において切削液２１の粘性抵抗が上昇して切削液２１の流動が抑制されるので、被切削物１内の空間２０に溜められた切削液２１が圧縮されて圧力が上昇する。

このため、切刃部１２ａの周囲が高圧の切削液で満たされるので、切刃部１２ａに供給される切削液２１の圧力を向上させることができ、ひいては図４中の矢印に示すように切刃部１２ａの切削点１２ｃに切削液２１を良好に供給することができる。その結果、ドリル刃１２の刃具寿命を延長させることができる。

しかも、高圧ポンプを用いることなく切削液２１の圧力を上昇させることができるので、装置構成を簡素化することができ、ひいては装置コストを低減できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、有底円筒状の被加工物１を切削加工する例を示したが、本第２実施形態では、図５に示すように、非円筒状の被切削物２を切削加工する例を示す。

本実施形態では、被切削物２に、円筒状の筒部３ａを有する治具３が取り付けられている。治具３は、被切削物２の被加工部２ａが筒部３ａの内側に位置するように、被切削物２に取り付けられている。

被切削物２および治具３は、被切削物２が下方側に位置し、治具３が上方側を向いて開口するようにチャック１１ａで固定されている。

被切削物２および治具３によって形成される空間２０には切削液２１が溜められている。被切削物２と治具３との間には、液密にシールするためのパッキン４が挟み込まれている。

次に、切削加工装置１０を用いた切削加工方法を説明する。まず、被切削物２に治具３を取り付ける治具取付工程を実施する。

治具取付工程の後に、被切削物２および治具３をチャック１１ａで固定するセット工程を行う。セット工程では、被切削物２が下方側に位置し、治具３が上方側を向いて開口するように、被切削物２および治具３をテーブル１１にセットする。

これにより、被切削物２の上方側に、切削液２１を溜めることのできる空間２０が形成される。したがって、セット工程は空間形成工程とも表現される。

セット工程の後に、被切削物２および治具３によって形成された空間２０に切削液２１を注入して溜める貯留工程を実施する。貯留工程では、切削液２１の液面が所定の高さ以上になるように切削液２１を溜める。

貯留工程の後に、制御装置１５に切削加工の開始信号を送り、ドリル刃１２で被切削物２を切削加工する切削加工工程を実施する。切削加工工程では、制御装置１５は回転駆動部１４ａおよび送り駆動部１４ｂを制御して、主軸１３をその中心軸周りに回転駆動しながらチャック１１ａ側へ駆動する。

これにより、ドリル刃１２がその中心軸周りに回転しながら被切削物２側へ送られるので、ドリル刃１２の切刃部１２ａによって被切削物２の被加工部２ａが切削加工される。そして、ドリル刃１２が被切削物２に所定の深さの孔を加工し終えたら切削加工工程を終了する。

本実施形態によると、ドリル刃１２を被切削物２へ向かって送ると、治具３の内周面とドリル刃１２のフランジ部１２ｂ外周面との間に形成される隙間２２において切削液２１の粘性抵抗が上昇して切削液２１の流動が抑制されるので、被切削物２および治具３によって形成された空間２０に溜められた切削液２１が圧縮されて切削液２１の圧力が上昇する。

このため、上記第１実施形態と同様に、切刃部１２ａの周囲が高圧の切削液で満たされるので、切刃部１２ａの切削点１２ｃに供給される切削液２１の圧力を向上させることができ、ひいては切刃部１２ａの切削点１２ｃに切削液２１を良好に供給することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、切削工具としてドリル刃１２を用いたが、これに限定されることなく、リーマやタップ等の種々の切削工具を用いることができる。

また、上記実施形態では、ドリル刃１２のフランジ部１２ｂがドリル刃１２の上端部（シャンク部）まで形成されているが、フランジ部１２ｂはドリル刃１２の中間部（切刃部１２ａとシャンク部との間の部位）のみに形成されていてもよい。

また、上記実施形態において、切削加工の途中に空間２０の切削液２１を入れ替えるようにしてもよい。例えば、上記第１実施形態において、切削加工の途中にドリル刃１２を上方側に戻してフランジ部１２ｂを被切削物１から上方側に出し、被切削物１の上端開口部から新しい切削液２１を注入して古い切削液２１を排出するようにしてもよい。例えば、上記第２実施形態において、治具３に切削液２１の流入口および流出口を形成し、流入口および流出口を開閉する開閉弁を設け、切削加工時には基本的に開閉弁を閉じておき、時々開閉弁を開けて治具３の流入口から新しい切削液２１を注入し治具３の流入口から古い切削液２１を排出するようにしてもよい。

１ａ 筒部
１ｂ 底部（被加工部）
２１ 切削液
２０ 空間
１２ ドリル刃（切削工具）
１２ａ 切刃部
１２ｂ フランジ部（圧縮部）
１４ａ 回転駆動部
１４ｂ 送り駆動部

Claims (6)

1. 切削加工前の形状が、筒部（１ａ）と底部（１ｂ）とを有する有底筒状になっている被切削物（１）を用意し、前記筒部（１ａ）を前記底部（１ｂ）の上方側に配置することによって、前記底部（１ｂ）の上方側に切削液（２１）を溜めるための空間（２０）を前記被切削物（１）の内部に形成する空間形成工程と、
   前記空間形成工程で形成された前記空間（２０）に前記切削液（２１）を溜める貯留工程と、
   前記貯留工程の後において前記空間（２０）への前記切削液（２１）の供給が停止された状態で実施され、回転する主軸（１３）に固定された切削工具（１２）を送り駆動部（１４ｂ）によって上方側から前記底部（１ｂ）へ向かって送ることによって、前記切削工具（１２）の切刃部（１２ａ）で前記底部（１ｂ）を孔あけ加工する切削加工工程とを含み、
   前記切削加工工程では、
   前記切削工具（１２）のうち前記切刃部（１２ａ）よりも外径の大きいフランジ部（１２ｂ）が、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）に進入することによって、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）が、前記筒部（１ａ）の内周面と前記フランジ部（１２ｂ）との間に設けられた隙間（２２）のみを通じて前記空間（２０）の外部に向かって流動し、
   前記送り駆動部（１４ｂ）が所定速度以上の送り速度（Ｖ１）で前記切削工具（１２）を送り駆動することによって、前記隙間（２２）における前記切削液（２１）の流動を抑制し、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）を前記フランジ部（１２ｂ）で圧縮して所定圧力以上に圧力上昇させることを特徴とする切削加工方法。
2. 筒部（３ａ）を有する治具（３）を被加工物（２）に取り付ける治具取付行程と、
   前記筒部（３ａ）を前記被加工物（２）の上方側に配置することによって、前記被加工物（２）の上方側に切削液（２１）を溜めるための空間（２０）を形成する空間形成工程と、
   前記空間（２０）に前記切削液（２１）を溜める貯留工程と、
   回転する主軸（１３）に固定された切削工具（１２）を送り駆動部（１４ｂ）によって上方側から前記被加工物（２）へ向かって送ることによって、前記切削工具（１２）の切刃部（１２ａ）で前記被加工物（２）の被加工部（２ａ）を切削加工する切削加工工程とを含み、
   前記切削加工工程では、前記送り駆動部（１４ｂ）は、前記筒部（１ａ、３ａ）の内周面と前記切削工具（１２）との間に設けられた隙間（２２）における前記切削液（２１）の流動が抑制されるような送り速度（Ｖ１）で前記切削工具（１２）を送り駆動することを特徴とする切削加工方法。
3. 前記切削工具（１２）として、前記切刃部（１２ａ）よりも外径の大きいフランジ部（１２ｂ）を有するものを用意し、
   前記切削加工工程では、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）を前記フランジ部（１２ｂ）で圧縮することを特徴とする請求項２に記載の切削加工方法。
4. 切刃部（１２ａ）と、前記切刃部（１２ａ）よりも外径の大きいフランジ部（１２ｂ）とを有し、回転する主軸（１３）に固定される切削工具（１２）と、
   前記主軸（１３）および前記切削工具（１２）を回転駆動する回転駆動部（１４ａ）と、
   前記切削工具（１２）を、切削加工前の形状が、筒部（１ａ）と底部（１ｂ）とを有する有底筒状になっている被切削物（１）のうち前記筒部（１ａ）の下方側に配置された前記底部（１ｂ）に向かって送り駆動する送り駆動部（１４ｂ）とを備え、
   前記切刃部（１２ａ）は、前記底部（１ｂ）を孔あけ加工するものであり、
   前記フランジ部（１２ｂ）は、前記被切削物（１）の内部の空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）に進入することによって、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）を、前記筒部（１ａ）の内周面と前記フランジ部（１２ｂ）との間に設けられた隙間（２２）のみを通じて前記空間（２０）の外部に向かって流動させるものであり、
   前記送り駆動部（１４ｂ）が所定速度以上の送り速度（Ｖ１）で前記切削工具（１２）を送り駆動することによって、前記隙間（２２）における前記切削液（２１）の流動を抑制し、前記空間（２０）に溜められた前記切削液（２１）を前記フランジ部（１２ｂ）で圧縮して所定圧力以上に圧力上昇させることを特徴とする切削加工装置。
5. 切刃部（１２ａ）を有し、回転する主軸（１３）に固定される切削工具（１２）と、
   前記主軸（１３）および前記切削工具（１２）を回転駆動する回転駆動部（１４ａ）と、
   前記切削工具（１２）を被切削物（２）の被加工部（２ａ）に向かって送り駆動する送り駆動部（１４ｂ）と、
   筒部（３ａ）を有し、前記被切削物（２）に取り付けられて前記被切削物（２）の上方側に配置される治具（３）とを備え、
   前記送り駆動部（１４ｂ）は、前記筒部（１ａ）の内周面と前記切削工具（１２）との間に設けられた隙間（２２）において、前記被切削物（２）および前記治具（３）によって形成された空間（２０）に溜められた切削液（２１）の流動が抑制されるような送り速度（Ｖ１）で前記切削工具（１２）を前記被加工部（２ａ）へ向かって送り駆動することを特徴とする切削加工装置。
6. 前記切削工具（１２）は、前記切刃部（１２ａ）よりも外径が大きく、前記内周面との間に前記隙間（２２）を形成するフランジ部（１２ｂ）を有していることを特徴とする請求項５に記載の切削加工装置。

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