JP5769155B2

JP5769155B2 - 工作機械の加工装置

Info

Publication number: JP5769155B2
Application number: JP2013078966A
Authority: JP
Inventors: 光作松原; 泰弘八尾
Original assignee: 伊藤　幸男; 伊藤幸男
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: JP2014180744A

Description

本発明は、超高圧クーラント液の直噴冷却の高圧で小物ワークが振動して加工精度を低下させること、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工、加工熱により激しく熱酸化反応して炭化摩耗を起こすダイヤモンド工具、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工等の数々の問題点を、一台の工作機械で実施可能に解消して切換加工できるようにした工作機械の加工装置に関するものである。

近年、切削加工や研削加工分野において、加工材に対して切削液や研削液を外部の噴射ノズルから超高圧クーラント液を噴射冷却させる方式と、工具内や砥石内に明けた噴射孔から加工材の切削面や研削面に向けて切削液や研削液をダイレクトに効率良く噴射する方式が提供されている。更に、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工において、発火を防ぐべく加工点を無酸素状態にした窒素雰囲気で加工する技術や加工点を無酸素状態にする窒素を含んだ泡で包んで加工する加工装置が提供されている。

上記加工工具と被加工物との接触部を泡状の加工液で覆って加工するバブル研削が提供されている。このバブル研削は、ドライ研削、スラッジ吸引、酸素を遮断して酸化を防止できるメリットを持つ。その具体的な公知例の構成の１つは、発泡装置で切削液が泡立てられ、その泡が被加工物に供給され、被加工物と切刃との接触部が泡で覆われた状態で切削が行われる。切削時に発生する粉塵状の切粉が泡に捕捉されて飛散が回避される。泡は液体より滞留性がよく、使用する切削液の量を少なくしてもこれらの間の潤滑性を良好に保つことができコストダウンを図ることができる。また、泡は切刃を急激に冷却することがないため、サーマルクラックの発生を抑制し得、フライスの寿命を長くするものが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

更に、使用量が少なくて済み、かつ、加工工具や被加工物の化学反応を抑制し得る加工液が提供されている。その構成は、加工液の一種である水溶性クーラントから消泡剤を除いたものを、不活性ガスの一種であるアルゴンガスにより泡立て、泡状クーラントとする。この泡状クーラントを被加工物とスローアウェイチップとの加工部位周辺に供給すれば、切削熱により高温となる部分がアルゴンガスにより覆われて酸化等の化学反応が抑制され、スローアウェイチップの寿命が延び、被加工物の加工品質が向上する。また、泡状クーラントは被加工物等に付着して滞留し易いため、少量のクーラントにより潤滑，冷却の目的を達成することができるものである（例えば、特許文献２参照。）。

更に、切削加工や研削加工によって排出される切粉、粉塵などの微粉体を捕捉しながら、それを安全に運搬して回収・処理し、加工工具とその周囲の作業環境を改善可能な微粉体回収装置とその方法が提供されている。その構成は、第一の液体を貯留し不活性ガスを導入して多量の泡を発生させて泡塊を形成させる泡発生部と、この泡発生部に接続されるとともに微粉体を発生する箇所の周囲に設置され泡発生部から供給される泡塊を移動させながら微粉体を捕集して運搬する泡充填部と、この泡充填部に接続され微粉体を捕集した泡塊を導いて消泡させる第二の液体を貯留する微粉体回収部からなるものである（例えば、特許文献３参照。）。

特開平５−１０４３９３号公報特開平５−３２９７４２号公報特開２００３−２３６７３０号公報

上記特開平５−１０４３９３号公報は、加工工具と被加工物との接触部を泡状の加工液で覆い、切削時に発生する粉塵状の切粉を捕捉して飛散回避でき、泡は滞留性がよく、切削液の量も少なく潤滑性を良好に保てる特長を持つ。しかし、発泡装置で切削液を空気と混ぜて泡立たせたものであるから、設備の増大やランニングコストの増大、発泡装置のメンテナンスの増大を招く。そして、切削液と混じり合う気体は酸素を含有する空気であるから、加工点に泡中の酸素が停滞する状態で接触し、加工点の酸化を促すことで加工点の防錆低減、加工点の洗浄不良、加工後の泡と切削屑の分離不良の現象が見られる。更に、マグネシウム加工において、泡内の水と反応して切粉の発火現象を抑制できない。

上記特開平５−３２９７４２号公報は、加工液は水溶性クーラントから消泡剤を除き、これに不活性ガスのアルゴンガスで泡立て、泡状クーラントとした。これにより、泡状クーラントを被加工物とスローアウェイチップとの加工部位周辺に供給すると、切削熱により高温となる部分がアルゴンガスにより覆われて酸化等の化学反応が抑制され、スローアウェイチップの寿命が延び、被加工物の加工品質が向上するという。しかし、発泡装置等の設備が必須で、この設備費の増大とランニングコストの増大、発泡装置のメンテナンスの増大を招く。更に、加工液は水溶性クーラントであるから、不活性ガスのアルゴンガスで泡立させても水溶性クーラントとの混合泡であるから弱酸性に止まり、高い防錆、洗浄、腐敗防止効果が期待できない。更に、マグネシウム加工において、泡内の水と反応して切粉の発火現象を抑制できない。

また、上記特開２００３−２３６７３０号公報は、第一の液体を貯留し不活性ガスを導入して多量の泡と泡塊を形成させる泡発生部と、微粉体を発生する箇所の周囲に設置され泡発生部からの泡塊を移動して微粉体を捕集運搬する泡充填部と、泡充填部に接続され微粉体を捕集した泡塊を導いて消泡する第二の液体を貯留する微粉体回収部とを必要とし、発泡装置となる泡充填部の設備費の増大やランニングコストの増大、発泡装置のメンテナンスの増大を招く。更に、液体との混合泡は弱酸性に止まり、高い防錆、洗浄、腐敗防止効果が期待できない。そして、マグネシウム加工において、泡内の水と反応して切粉の発火現象を抑制できない。

上記公知技術の問題点は、（１）、工具刃先や砥石外周に泡供給するものであるから、砥石内部に目詰まりを引き起こす。（２）、加工点に確実に泡供給でき難く、砥石外周面に対して不活性ガスを含んだ泡で完全包囲でき難い。（３）、砥石移動が激しいと、泡が砥石外周を完全包囲して追随移動出来ず、加工面の冷却と無酸素状態が不完全と成り易い。（４）、研削盤や加工機の機内全体を泡で充満出来ないから加工面の冷却と無酸素状態が不完全と成り易く、研削屑・切削屑の回収処理が不完全となる。（５）、大きな冷却効果は期待できないから、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工には対応できない。更に、加工熱による激しい熱酸化反応して炭化摩耗を起こすダイヤモンド工具の問題。（６）、更に、泡発泡装置のみを備えた単能機であるから、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工等には使用できない。

以上のように、超高圧クーラント液の直噴冷却の高圧で小物ワークが振動して加工精度を低下させること、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工、加工熱による激しい熱酸化反応して炭化摩耗を起こすダイヤモンド工具、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工等の数々の問題点を解決すべく、一台の工作機械を多機能な加工機として使用できないから稼働率の低下とともに、多くの設備機械を持たなければならない。

本発明は、上記各加工技術が持つ問題点に鑑みてなされたもので、一台の工作機械で、小物ワークがクーラント液の水中加工で振動無く加工精度を向上させること、クーラント液の水中加工で加工熱を抑制して熱変位を起こさせないと共に水中で起きるキャビテーションによるエロ−ジョン効果で工具刃先の溶着を防止したアルミニウム加工と、ダイヤモンド工具の水中加工及び泡状体中の不活性ガスによりダイヤモンド工具の熱酸化反応の抑制による炭化摩耗の低減と、マグネシウム加工は加工点に不活性ガスを噴射した無酸素環境とするとともに外周を泡状体で包囲して切粉の発火を完全に防止した安全加工を可能とした。これで、一台の工作機械により多機能の加工が切換実施できて稼働率の向上と設備機械の最小化を図った新規な工作機械の加工装置を提供するものである。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１による工作機械の加工装置は、加工機の基台上に上面が開放した皿型テーブルを搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材をクランプする治具手段を備え、上記皿型テーブルの上方に加工ヘッドを備えた工作機械の加工装置において、第１クーラントタンクからクーラント液を上記皿型テーブル内に充満供給して治具手段にクランプされた加工材を水没させると共に上記皿型テーブル内のクーラント液を上記第１クーラントタンクに回収するクーラント供給排出機構と、不活性ガスと第２クーラントタンクからのクーラント液とを混合した泡状体として上記皿型テーブル内に充満供給して治具手段にクランプされた加工材上を包囲すると共に上記泡状体を上記第２クーラントタンクに回収する泡供給排出機構と、不活性ガスを上記加工ヘッドの刃具と加工材の加工点に向けて噴射する噴射ノズルを設けた不活性ガス噴射手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２による工作機械の加工装置は、請求項１記載の工作機械の加工装置において、上記クーラント供給排出機構は、第１クーラントタンクと第１クーラントポンプ及び上記第１クーラントポンプと皿型テーブル内とを各々繋いだ配管を備え、上記皿型テーブル内の使用済みクーラント液を排出する開閉弁と、上記クーラント液中の切粉を分離する濾過器と、該濾過器から排出されるクーラント液を上記第１クーラントタンクに戻す配管と、を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項３による工作機械の加工装置は、請求項１記載の工作機械の加工装置において、上記泡供給排出機構は、第２クーラントタンクと、該第２クーラントタンクに繋がれた第２クーラントポンプと、不活性ガスのガス供給源とを備え、上記第２クーラントポンプからのクーラント液と上記ガス供給源からの不活性ガスを気化器の原理で機能する混合器で泡状体とし、該泡状体を上記皿型テーブル内に充満供給する配管と、上記皿型テーブル内の使用済み泡状体を排出する開閉弁と、上記泡状体中から切粉を含んだクーラント液と泡を分離する分離器と、該分離器から排出されるクーラント液の切粉を排除する濾過器のクーラント液を上記第２クーラントタンクに戻す配管と、を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項４による工作機械の加工装置は、請求項１記載の工作機械の加工装置において、上記不活性ガス噴射手段は、不活性ガスのガス供給源と開閉弁と配管を介して加工ヘッドの刃具先端部にセンタスルークーラント孔で連絡させると共に、上記加工ヘッドには刃具先端部に上記不活性ガスを噴射する噴射ノズルを設けてなることを特徴とする。

本発明の請求項５による工作機械の加工装置は、請求項１と２と３記載の工作機械の加工装置において、上記クーラント供給排出機構と上記泡供給排出機構とは、上記クーラント供給排出機構の第１クーラントタンクと上記泡供給排出機構の第２クーラントタンク、上記クーラント供給排出機構の濾過器と上記泡供給排出機構の濾過器、上記クーラント供給排出機構の第１クーラントポンプと上記泡供給排出機構の第２クーラントポンプ、とを各々１組とすべく１つの切換弁を介して共通使用形態としたことを特徴とする。

本発明の工作機械の加工装置によると、加工機の基台上に上面が開放した皿型テーブルを搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材をクランプする治具手段を備え、上記基台下部には上記皿型テーブル内にクーラント液を送るクーラント供給排出機構を備えたから、一台の工作機械によりクーラント供給排出機構を機能させれば、クーラント液の水中加工が行われて、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工を始め加工熱を嫌う金属材他の被加工材の発熱を抑制しての精密加工が高能率に実施できる。更に、小物ワークがクーラント液の水中加工で振動無く加工精度を向上できる。クーラント液の水中加工で加工熱を抑制し熱変位を起こさないと共に水中で起きる刃具の高速回転によるキャビテーションによるエロ−ジョン効果で工具刃先の溶着を防止したアルミニウム加工ができ、ダイヤモンド工具の水中加工によりダイヤモンド工具の熱酸化反応の抑制による炭化摩耗の低減ができる。

更に、工作機械の加工装置に備えた上記クーラント供給排出機構は、クーラントタンクとクーラントポンプと、該クーラントポンプと皿型テーブル内とを繋いだ配管を備え上記皿型テーブル内の使用済みクーラント液を排出する開閉弁と、クーラント液中の切粉を分離する濾過器と、該濾過器から排出されるクーラント液を上記クーラントタンクに戻す配管と、を具備したから、クーラント液が常に皿型テーブル内の加工材から発熱する熱エネルギーを効率良く吸収し、小物ワークの振動抑制やアルミニウム加工を始めダイヤモンド工具等の加工熱を嫌う金属材他の工具刃先の発熱を効率良く抑制し、高精密加工が高能率に実施できるとともに、クーラント液が再利用できる。

また、クーラント液に強アルカリ性液を使用すれば、高い防錆・洗浄・腐敗防止効果が得られる。また、天然石鹸系発泡剤水を使用すれば、高い切削屑吸着効果と高い気液分離性により、後処理となる切削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待でき、クーラント液が繰り返し使用できる。

更に、工作機械の加工装置に備えた泡供給排出機構によると、泡状体の泡は、特にダイヤモンド工具（切削及び研削時）の熱酸化反応を防ぎ炭化摩耗を抑制する効果が得られる。また、泡状体の泡のマイクロバブル化により、界面が気相と液相、液相と液相、液相と固相、固相と固相の二相間で形成される。これにより、上記界面間で界面張力により加圧が発生し、気泡の大きさに反比例して気泡に加わる圧力が高まる。この結果、微細気泡は圧力により一層小さくなり、更に圧力が高まって理論上、無限の圧力が得られる。

更に、工作機械の加工装置に備えた泡供給排出機構と不活性ガス供給機構とにより、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工は、マグネシウムの加工点周囲を不活性ガスの注入で泡状体を膨らませて包囲するとともに、マグネシウムや刃具に不活性ガスを的確に噴射充満して風船の様に無酸素空間が膨張される。この結果、膨らんだ泡状体が皿型テーブルとこの上部の加工ヘッドを包み込み、上記無酸素空間内にある加工ヘッドが三方向移動しても泡状体は破れず無抵抗に追従して完全に遮断できる。上記無酸素空間の完璧な遮断保護により、不活性ガスで満たされたマグネシウムの切粉の発火作用を完全に抑制した安全な高能率な実施ができる。

更に、工作機械の加工装置に備えた泡供給排出機構は、クーラントタンクと、該クーラントタンクに繋がれたクーラントポンプと、不活性ガスのガス供給源と、上記クーラントポンプからのクーラント液とガスタンクからの不活性ガスを気化器の原理で機能する混合器で泡状とし、該泡状体を上記皿型テーブル内に供給する配管を備え、上記皿型テーブル内の使用済み泡状体を排出する開閉弁と、泡状体中から切粉を含んだクーラント液と泡を分離する分離器と、上記分離器から排出されるクーラント液から切粉を排除する濾過器のクーラント液を上記クーラントタンクに戻す配管と、を具備したから、泡状体（泡状クーラント液）は、刃具とマグネシウムに供給でき、使用後は、再び濾過されたクーラント液がクーラントタンクに回収でき、繰り返し使用できる。

更に、工作機械の加工装置に備えたクーラント供給排出機と泡供給排出機構は、クーラントタンクと濾過器と切換弁を介したクーラントポンプとを共通使用したから、省スペースに構成出来るとともに、製造コストダウンとメンテナンスの簡易化等多くのメリットを発揮する。

本発明の第１の実施の形態を示し、工作機械の加工装置の全体配管図である。本発明の第１の実施の形態を示し、加工装置で泡状体を生成する配管図である。本発明の第１の実施の形態を示し、泡混合器の断面図である。本発明の第２の実施の形態を示し、工作機械の加工装置の配管図である。

以下、図１乃至図４を参照して本発明の各実施の形態となる工作機械の加工装置を順次に説明する。

本発明の第１の実施の形態となる工作機械の加工装置１０は、その全体構成を図１〜図３に示す。加工機１の基台２上には、上面が開放して内部に液体や泡状体を充填できる有底の皿型テーブル３が搭載されている。上記皿型テーブル内の上面には、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウムＷ１他の加工材Ｗをクランプする治具手段Ｋを備え、上記基台下部には上記皿型テーブル３内にクーラントタンク４からのクーラント液Ｃ１を充満供給し、上記クーラントタンク４へ回収するクーラント供給排出機構２０を備える。また、上記皿型テーブル内には、ガス供給源（ガスタンクや窒素ガス生成装置も含む）５からの不活性ガスＧと、クーラントタンク６からのクーラント液Ｃ２とを混合器７で泡状体Ａとして充満供給し、再び上記クーラントタンク６へ回収する泡供給排出機構３０も具備している。即ち、アルミニウムＷ１の加工材Ｗを水没加工するクーラント供給排出機構２０と、マグネシウムＷ２を無酸素泡加工する泡供給排出機構３０及び不活性ガス供給機構４０とを、加工機１である一台の工作機械に装備している。尚、上記クーラントタンク４と上記クーラントタンク６とは、別物であるから、上記第１クーラントタンク４、上記第２クーラントタンク６のように、識別できる。

以下、アルミニウムＷ１や小物ワークＷ３を水没加工する上記クーラント供給排出機構２０の各構成を説明する。クーラントタンク４と、クーラントポンプＰ１と、該クーラントポンプと皿型テーブル３内とを繋いだ配管Ｐを備え、上記皿型テーブル内の使用済みクーラント液Ｃ１を排出する開閉弁Ｖ１と、クーラント液中の切粉を分離する濾過器１１と、上記濾過器から排出されるクーラント液Ｃ１を上記クーラントタンク４に戻す配管Ｐ３と、を具備している。上記クーラント液Ｃ１は、一般的な物の他、クーラント液に強アルカリ性液を使用すれば、高い防錆・洗浄・腐敗防止効果が得られる。また、天然石鹸系発泡剤水を使用すれば、高い切削屑吸着効果と高い気液分離性により、後処理となる切削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待でき、クーラント液が繰り返し使用できる。

更に、マグネシウムＷ２を無酸素泡加工する上記泡供給排出機構３０及び不活性ガス供給機構４０の各構成を説明する。クーラントタンク６と、該クーラントタンクに繋がれたクーラントポンプＰ２と、不活性ガスＧのガス供給源（ガスタンクや窒素ガス生成装置も含む）５と、上記クーラントポンプからのクーラント液Ｃ２とガス供給源（ガスタンクや窒素ガス生成装置も含む）からの不活性ガスＧを気化器の原理で機能する混合器７で泡状体Ａとし、該泡状体を上記皿型テーブル３内に充満供給する配管Ｐ４と、を備えている。上記不活性ガス供給機構４０は、不活性ガスＧのガス供給源（ガスタンク５叉は窒素ガス生成装置等）５と開閉弁Ｖ４と配管Ｐ６を介して加工機１の加工ヘッドＨの刃具先端部Ｃにセンタスルークーラント孔ＣＳで連絡させると共に、加工ヘッドＨに設置して刃具先端部に不活性ガスＧを噴射する噴射ノズルＮ１を設けてなる。尚、上記クーラントポンプＰ１と上記クーラントポンプＰ２とは、別物であるから、上記第１クーラントポンプＰ１、上記第２クーラントポンプＰ２のように、識別できる。

上記皿型テーブル内の使用済み泡状体Ａは、これを排出する開閉弁Ｖ２と泡状体中から切粉を含んだクーラント液Ｃ２と泡Ａとを分離する分離器８と、上記分離器から排出されるクーラント液Ｃ２から切粉を排除する濾過器１２のクーラント液Ｃ２を上記クーラントタンク６に戻す配管Ｐ５と、により回収処理される。上記クーラント液Ｃ２は、一般的な物の他、クーラント液に強アルカリ性液を使用すれば、高い防錆・洗浄・腐敗防止効果が得られる。また、天然石鹸系発泡剤水を使用すれば、高い切削屑吸着効果と高い気液分離性により、後処理となる切削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待でき、クーラント液が繰り返し使用できる。

上記混合器７は、クーラントポンプからのクーラント液Ｃ２とガス供給源（ガスタンク５叉は窒素ガス生成装置等）５からの不活性ガスＧを気化器の原理で機能して泡状体Ａを生成する。その構成の一つの実施例を図３に示す。勿論、上記実施例に限定されず、各種の方式の混合器が採用できる。上記混合器７には、クーラントタンク６からのクーラント液Ｃ２がクーラントポンプＰ２によって、ノズルＮに導かれる。また、不活性ガスＧはガス供給源（ガスタンク５叉は窒素ガス生成装置等）５から混合器のベンチュリー７Ａの入口側に吹き込まれる。これで、ノズル先端が負圧化して吐出口からクーラント液Ｃ２が泡状体Ａになって筒体７Ｂの下流側へと噴出する。上記泡状体Ａは、配管Ｐ４から皿型テーブル３内へ導かれて図２に示すように、治具手段ＫとマグネシウムＷ２の全体を皿型テーブル３内に充填して包み込む。そして、上記不活性ガス供給機構４０は、不活性ガスＧのガス供給源５から加工機１の加工ヘッドＨの刃具先端部Ｃにセンタスルークーラント孔ＣＳと、加工ヘッドＨに設置して刃具先端部の噴射ノズルＮ１から不活性ガスＧを噴射して、刃具Ｃと治具手段ＫとマグネシウムＷ２の全体を外周の泡状体Ａで密閉して無酸素状態のガス空間ＧＳを形成させ、マグネシウムＷ２の酸化や切粉の燃焼を防御する。

本発明の工作機械の加工装置１０は、上記のように構成されており、アルミニウムの加工材Ｗ１を水没加工するクーラント供給排出機構２０と、マグネシウムの加工材Ｗ２を無酸素泡加工する泡供給排出機構３０の二つの作用を説明する。

先ず、クーラント供給排出機構２０によるアルミニウムＷ１の水没加工は、図１に示すように、加工機１の回転主軸には刃具Ｃが取り付けられており、基台２上に上面が開放した皿型テーブル３を搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材Ｗ（アルミニウムＷ１）が治具手段Ｋに締結される。上記基台下部には上記皿型テーブル３内にクーラント液Ｃ１を送るクーラント供給排出機構２０を具備しているから、クーラントタンク４内のクーラント液Ｃ１がクーラントポンプＰ１により皿型テーブル３内に充満供給される。これにより、アルミニウムＷ１はクーラント液Ｃ１で水没し、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工他において、加工熱を嫌う金属材の発熱を抑制して精密加工が高能率に実施される。更に、小物ワークがクーラント液の水中加工で振動無く加工精度を向上できる。クーラント液の水中加工で加工熱を抑制し熱変位を起こさないと共に水中で起きる刃具の高速回転によるキャビテーションによるエロ−ジョン効果で工具刃先の溶着を防止したアルミニウム加工ができ、ダイヤモンド工具の水中加工によりダイヤモンド工具の熱酸化反応の抑制による炭化摩耗の低減ができる。尚、切粉混じりのクーラント液Ｃ１は、開閉弁Ｖ１からクーラント液中の切粉を分離する濾過器１１に送り込まれ、上記濾過器から排出されたクーラント液Ｃ１が上記クーラントタンク４に戻されてリサイクル使用される。

更に、工作機械の加工装置に備えた上記クーラント供給排出機構は、クーラント液が常に皿型テーブル内の加工材から発熱する熱エネルギーを効率良く吸収し、小物ワークの振動抑制やアルミニウム加工を始めダイヤモンド工具等の加工熱を嫌う金属材他の工具刃先の発熱を効率良く抑制し、高精密加工が高能率に実施できるとともに、クーラント液が再利用できる。

更に、泡状体の泡のマイクロバブル化により、界面が気相と液相、液相と液相、液相と固相、固相と固相の二相間で形成される。これにより、上記界面間で界面張力により加圧が発生し、気泡の大きさに反比例して気泡に加わる圧力が高まる。この結果、微細気泡は圧力により一層小さくなり、更に圧力が高まって理論上、無限の圧力が得られる。

続いて、泡供給排出機構３０と不活性ガス供給機構４０とによるマグネシウムＷ２の無酸素泡加工は、図２に示すように行われる。加工機１の加工ヘッドＨの回転主軸には刃具Ｃが取り付けられており、基台上に上面が開放した皿型テーブル３を搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材Ｗ（マグネシウムＷ２）が治具手段Ｋに締結される。上記基台下部には上記皿型テーブル３内にクーラント液Ｃ２を送る泡供給排出機構３０から、クーラントタンク６に繋がれたクーラントポンプＰ２からのクーラント液Ｃ２と、ガス供給源５からの不活性ガスＧとが気化器の原理で機能する混合器７で泡状体Ａとなる。この泡状体Ａは、上記皿型テーブル内に配管Ｐ４から充満供給される。これと同時に、上記不活性ガス供給機構４０は、不活性ガスＧのガス供給源５から加工機１の加工ヘッドＨの刃具先端部Ｃにセンタスルークーラント孔ＣＳと、加工ヘッドＨに設置して刃具先端部の噴射ノズルＮ１から不活性ガスＧが泡状体Ａ内に噴射される。これで、刃具Ｃと治具手段ＫとマグネシウムＷ２の全体は、皿型テーブル内で外側が泡状体Ａにより密閉され内側に充填される不活性ガスＧが無酸素状態のガス空間ＧＳを形成する。これにより、マグネシウムＷ２の酸化や切粉の燃焼を防御したマグネシウム加工が安全に加工される。更に、上記無酸素空間内にある加工ヘッドが三次元移動しても泡状体は破れず無抵抗に追従して完全に遮断できる。上記無酸素空間の完璧な遮断保護により、不活性ガスで満たされたマグネシウムの切粉の発火作用を完全に抑制した安全な高能率な実施が行われる。

上記泡状体（泡状クーラント液）Ａに、強アルカリ性液を使用すれば、高い防錆・洗浄・腐敗防止効果がある。また、天然石鹸系発泡剤水を使用すれば、高い切削屑吸着効果と高い気液分離性により、後処理となる切削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待でき、クーラント液が繰り返し使用できる。即ち、上記皿型テーブル３内の使用済み泡状体Ａを排出する開閉弁Ｖ２と泡状体中から切粉を含んだクーラント液Ｃ２と泡を分離する分離器８と、上記分離器から排出されるクーラント液から切粉を排除する濾過器１２のクーラント液Ｃ２をクーラントタンク６に戻されてリサイクル使用される。

以上のように、第１の実施の形態となる工作機械の加工装置１０によれば、一台の工作機械に備えクーラント供給排出機構２０と泡供給排出機構３０と不活性ガス供給機構４０を備えており、クーラント供給排出機構２０を機能させれば、アルミニウムＷ１はクーラント液Ｃ１で水没され、加工熱による激しい熱変位を起こすアルミニウム加工は、発熱を抑制されて精密加工が高能率に実施される。ダイヤモンド工具の水中加工によりダイヤモンド工具の熱酸化反応の抑制による炭化摩耗の低減ができる。また、泡供給排出機構３０と不活性ガス供給機構４０を機能させれば、切削加工中に起きる切粉の発火による火災危険を起こすマグネシウム加工が発火作用を完全に抑制した安全な高能率に実施される。

更に、刃具とマグネシウムの全外周面は、皿型テーブル内で外側が泡状体Ａにより密閉され内側に充填される不活性ガスＧが無酸素状態のガス空間ＧＳを形成し、刃具とマグネシウムの冷却及び発火防止と切屑吸着作用が発揮できる。また、クーラント液に強アルカリ性液を使用すれば高い防錆・洗浄・腐敗防止効果が得られる。また、天然石鹸系発泡剤水による高い研削屑吸着効果と、高い気液分離性により、後処理となる切削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待でき、クーラント液が繰り返し使用できる。

更に、本発明は、上記実施例に限定されない。図４に示す第２実施例のように、設計変更しても良い。工作機械の加工装置１００は、加工機１の基台２上に上面が開放した皿型テーブル３を搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材Ｗ（Ｗ１、Ｗ２）をクランプする治具手段Ｋを備えている。上記基台下部には、上記皿型テーブル内にクーラント液Ｃ１を配管Ｐで充満供給するクーラントタンク４とクーラントポンプＰ１と切換弁Ｖ３を備え、更に上記皿型テーブル内のクーラント液Ｃ１は、底部に配置した開閉弁Ｖ１から配管Ｐ３を介して濾過器１１からクーラントタンク４へ回収するクーラント供給排出機構２０を構成する。そして、上記皿型テーブル内に泡状体Ａを供給する構成は、ガスタンク５の不活性ガスＧとクーラントタンク４のクーラント液Ｃ１とは、クーラントポンプＰ１から切換弁Ｖ３を介して混合器７で混合して泡状体Ａとする。この泡状体Ａは配管Ｐ４を介して皿型テーブル３に充満供給すると共に、底部に配置した開閉弁Ｖ２から分離器８と濾過器１１を介してクーラント液Ｃ１のみ配管Ｐ５でクーラントタンク６へ回収する泡供給排出機構３０を構成する。上記クーラントタンク４と濾過器１１と切換弁Ｖ３を介したクーラントポンプＰ１とは、クーラント供給排出機構２０と泡供給排出機構３０と共通使用する構成とした。上記不活性ガス供給機構４０は、不活性ガスＧのガス供給源となるガスタンク５と開閉弁Ｖ４と配管Ｐ６を介して加工ヘッド１の刃具先端部Ｃにセンタスルークーラント孔ＣＳで連絡させると共に、加工ヘッドに設置して刃具先端部に不活性ガスＧを噴射する噴射ノズルＮ１とを、独立して設けてなる。

上記図４に示す第２実施例によると、工作機械の加工装置１００に備えたクーラント供給排出機構２０と泡供給排出機構３０は、クーラントタンク４（６）と濾過器１１（１２）と切換弁Ｖ３を介したクーラントポンプＰ１（Ｐ２）とを共通使用したから、第１実施例と同様の作用効果が得られる他、加工装置１００を省スペースに構成出来るとともに、製造コストダウンとメンテナンスの簡易化等多くのメリットを発揮する。

本発明は、その対象物を工作機械用の加工装置に使用される実施例で説明したものであるが、様々な工作機械、例えば、研削盤やボール盤、フライス盤等のように、アルミニウムやマグネシウムや小物ワーク等を加工する各種加工機に備えた加工装置としての適用が可能である。

１加工機
２基台
３皿型テーブル
４、６クーラントタンク
５ガス供給源
７混合器
７Ａベンチュリー
７Ｂ筒体
８分離器
１０，１００加工装置
１１、１２濾過器
２０クーラント供給排出機構
３０泡供給排出機構
４０不活性ガス供給機構
Ａ泡状体
Ｂ泡
Ｃ刃具
ＣＤダイヤモンド工具
Ｃ１，Ｃ２クーラント液
ＣＳセンタスルークーラント孔
Ｇ不活性ガス
ＧＳ無酸素状態のガス空間
Ｈ加工ヘッド
Ｋ治具手段
Ｎノズル
Ｎ１噴射ノズル
Ｐ、Ｐ３〜Ｐ６配管
Ｐ１、Ｐ２クーラントポンプ
Ｖ１、Ｖ２開閉弁
Ｖ３切換弁
Ｖ４開閉弁
Ｗ加工材
Ｗ１アルミニウム
Ｗ２マグネシウム
Ｗ３小物ワーク

Claims

加工機の基台上に上面が開放した皿型テーブルを搭載し、上記皿型テーブル内の上面には加工材をクランプする治具手段を備え、上記皿型テーブルの上方に加工ヘッドを備えた工作機械の加工装置において、第１クーラントタンクからクーラント液を上記皿型テーブル内に充満供給して治具手段にクランプされた加工材を水没させると共に上記皿型テーブル内のクーラント液を上記第１クーラントタンクに回収するクーラント供給排出機構と、不活性ガスと第２クーラントタンクからのクーラント液とを混合した泡状体として上記皿型テーブル内に充満供給して治具手段にクランプされた加工材上を包囲すると共に上記泡状体を上記第２クーラントタンクに回収する泡供給排出機構と、不活性ガスを上記加工ヘッドの刃具と加工材の加工点に向けて噴射する噴射ノズルを設けた不活性ガス噴射手段と、を具備したことを特徴とする工作機械の加工装置。
上記クーラント供給排出機構は、第１クーラントタンクと第１クーラントポンプ及び上記第１クーラントポンプと皿型テーブル内とを各々繋いだ配管を備え、上記皿型テーブル内の使用済みクーラント液を排出する開閉弁と、上記クーラント液中の切粉を分離する濾過器と、該濾過器から排出されるクーラント液を上記第１クーラントタンクに戻す配管と、を具備したことを特徴とする請求項１記載の工作機械の加工装置。
上記泡供給排出機構は、第２クーラントタンクと、該第２クーラントタンクに繋がれた第２クーラントポンプと、不活性ガスのガス供給源とを備え、上記第２クーラントポンプからのクーラント液と上記ガス供給源からの不活性ガスを気化器の原理で機能する混合器で泡状体とし、該泡状体を上記皿型テーブル内に充満供給する配管と、上記皿型テーブル内の使用済み泡状体を排出する開閉弁と、上記泡状体中から切粉を含んだクーラント液と泡を分離する分離器と、該分離器から排出されるクーラント液の切粉を排除する濾過器のクーラント液を上記第２クーラントタンクに戻す配管と、を具備したことを特徴とする請求項１記載の工作機械の加工装置。
上記不活性ガス噴射手段は、不活性ガスのガス供給源と開閉弁と配管を介して加工ヘッドの刃具先端部にセンタスルークーラント孔で連絡させると共に、上記加工ヘッドには刃具先端部に上記不活性ガスを噴射する噴射ノズルを設けてなることを特徴とする請求項１記載の工作機械の加工装置。
請求項１と２と３記載の工作機械の加工装置において、上記クーラント供給排出機構と上記泡供給排出機構とは、上記クーラント供給排出機構の第１クーラントタンクと上記泡供給排出機構の第２クーラントタンク、上記クーラント供給排出機構の濾過器と上記泡供給排出機構の濾過器、上記クーラント供給排出機構の第１クーラントポンプと上記泡供給排出機構の第２クーラントポンプ、とを各々１組とすべく１つの切換弁を介して共通使用形態としたことを特徴とする工作機械の加工装置。