JP6424582B2 - 切削加工装置および切削加工方法 - Google Patents
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Description
駆動部は、切削工具を回転駆動及び送り駆動する。
空間形成部材は、閉塞空間として、クーラントを貯留し切削加工によって生じた切屑を収容する切削室を切削工具の切刃部の周囲に形成し、駆動部側の端部に切削工具が挿通される工具挿通孔を有し、駆動部と反対側の端部に被切削物が取付けられる。
ここで「閉塞空間」は、高圧クーラントが供給され得る程度の閉塞性を有するものの、厳密な意味では閉塞していない。つまり、非回転体である空間形成部材の工具挿通孔と回転体である切削工具との間には最小限の隙間が必ず存在する。
圧力センサは、切削室、又は切削室と連通している供給通路のクーラントの圧力を検出する。
圧力制御弁は、クーラントの圧力が所定圧以上となったとき開弁し、クーラントの一部を排出する。
制御部は、温度センサ及び圧力センサのセンサ値に基づいてクーラントの流量を制御する。
温度センサは、切削室における切削工具の先端から圧力制御弁に向かうクーラントの流れ内に設置される。
また、圧力制御弁を設け、クーラント流量の増加に伴って圧力が所定の上限値を超えたとき、圧力制御弁によりクーラントの圧力を制御することにより、クーラントの圧力が異常上昇することを回避することができる。
また、少量多品種生産の場合や、工具摩耗の抑制に対する要求が特に高い場合等には、毎加工工程でクーラントの温度及び圧力をモニタしつつ、切削加工を実施してもよい。
本発明の第1実施形態による切削加工装置について、図1を参照して説明する。
切削加工装置101は、高圧ポンプ13、駆動部6、「空間形成部材」としてのボックス2、温度センサ3、圧力センサ4、「圧力制御手段」としての圧力制御弁5、及び制御部18等を備える。また、駆動部6には「切削工具」としてのドリル8が取付けられ、ボックス2には「被切削物」としてのワーク9が取付けられる。
切削加工装置101が高圧のクーラントCを用いる目的は、高圧のクーラントCをドリル8の切刃部82に供給することにより、潤滑性や冷却性を高めてドリル8の摩耗を抑制し、寿命を延ばすためである。ここで「高圧」とは、最も広く解釈すれば、「大気圧より高圧」である。ただし、現実的には5〜20MPaの圧力を用いることが好ましい。
ボックス2は、駆動部6側の端部である上端部21にドリル8が挿通される工具挿通孔23を有し、駆動部6と反対側の端部である下端部22にワーク9が取付けられる。ボックス2の内部には、ワーク9側に開口25を有する切削室24が形成されている。切削室24は、ドリル8の切刃部82の周囲に形成され、クーラントCが貯留される。また、切削加工によって生じた切屑Mが収容される。
切削室24の下部には、加工終了後にクーラントC及び切屑Mを排出するための排出口28が形成されている。加工中、排出口28の出口は排出バルブ15で閉じられている。加工終了後、排出バルブ15を開くと、排出口28は、クーラントCをタンク11に戻すリターン管16と連通する。リターン管16の途中又は出口には、切屑Mを除去する図示しないフィルタが設けられている。
温度センサ3は、ドリル8の切刃部82の温度、又は、切削室24内のクーラントCの温度を検出する。温度センサ3として例えば熱電対等のケーブルを有するセンサを用いる場合には、ドリル8の切刃部82の温度を直接測定することができないため、ドリル8の切刃部82に近い位置でのクーラントCの温度を検出する。或いは、圧力制御弁5と一体に温度センサ3を配置する場合、圧力制御弁5を通過するクーラントCの温度を検出するようにしてもよい。
温度センサ3及び圧力センサ4は、信号線19を介して制御部18と接続されており、検出した温度及び圧力を制御部18に出力する。
圧力制御弁5は、例えば内蔵されたスプリング力と切削室24の圧力による力とのバランスにより、それ自身で開閉可能なものでもよい。或いは、図示のように圧力制御弁5が制御部18と信号線19で接続されている構成では、制御部18からの指令信号によって電磁弁等が開閉するようにしてもよい。
また、制御部18が圧力制御弁5の開閉を制御する構成では、切削室24のクーラントCの圧力が所定の上限値を超えたとき、制御部18は、圧力制御弁5に対し開閉指令信号を出力する。
図2のメインフローチャートに示す例は、制御条件の確立を目的として、加工開始前と加工中との2回、クーラント流量制御を行う方法であり、例えば量産前のテスト加工時における条件出し段階で適用されることを想定している。
S30では、制御部18により、1回目のクーラント流量制御を実行する。クーラント流量制御の詳細については、図3のサブフローチャート、及び図4の説明図を参照する。図4中の(S37)等は、図3のステップに対応する。
S32では、圧力センサ値Psが目標範囲(PL≦Ps≦PH)、且つ、温度センサ値Tsが目標範囲(TL≦Ts≦TH)にあるか否か判定する。S32でYESの場合、S37に移行し、クーラント流量を維持する。S32でNOの場合には、圧力センサ値Psが下限値PLより低い、圧力センサ値Psが上限値PHより高い、温度センサ値Tsが下限値TLより低い、温度センサ値Tsが上限値THより高い、の4通りがあるため、以下のステップで順に場合分けする。
温度センサ値Tsが上限値THより高い場合(S34:YES)には、ドリル8の切刃部82の温度上昇を防止するため、やはりS38にてクーラント流量を増加させることで切刃部82を冷却する。
図3に示すクーラント流量制御のルーチンにおいて、S31が特許請求の範囲に記載の「センサ値取得段階」に相当し、S32〜S38が「クーラント流量制御段階」に相当する。
加工中には、切削時の摩擦熱や切削室24に溜まる切屑Mの影響等により、加工の進行に伴って温度及び圧力が経時的に変化すると考えられる。そのため、このクーラント流量制御のデータに基づき、ドリル8の送り量、又は、加工開始からの経過時間と、クーラントの流量及び圧力との最適な条件パターンを決定することができる。
S8では、ボックス2からワーク9及びドリル8を取り外し、ルーチンが終了する。
一方、多品種少量生産の場合や、工具摩耗の抑制に対する要求が特に高い場合等には、毎加工工程で図2のルーチンを実行してもよい。
以上説明したように、本実施形態による「高圧クーラントCが供給される閉塞空間(切削室24)で切削加工を行う」切削加工装置101、及び、切削加工装置101を用いた切削加工方法によれば、ドリル8の切刃部82、又は切削室24のクーラントCの温度、及び、クーラントCの圧力の変化に応じて、高圧ポンプ13が圧送するクーラントCの流量を制御する。これにより、工具挿通孔23等からのクーラントCの漏れによる圧力低下を反映しつつ、ドリル8の切刃部82を適切な温度に保つことができる。したがって、ドリル8の摩耗を適確に抑制し、寿命を延ばすことができる。
本発明の第2実施形態による切削加工装置について、図5を参照して説明する。
第2実施形態の切削加工装置102は、第1実施形態の切削加工装置101に対し、切削室24のワーク9側の端部22に、ドリル8の外径を案内するガイドブッシュ27を備える点が異なる。
本発明の第3実施形態による切削加工装置について、図6を参照して説明する。
第3実施形態の切削加工装置103は、第1実施形態の切削加工装置101に対し、圧力センサ4が供給管14の途中に設けられている点が異なる。圧力センサ4は、切削室24と連通している供給通路140のクーラントCの圧力を検出する。供給通路140は、特許請求の範囲に記載の「連通空間」に相当する。
このように、切削室24の圧力と同等の圧力を有する連通空間に圧力センサ4を設けてもよい。また、圧力制御弁5も同様に、切削室24と連通する空間に設けてもよい。
本発明の第4実施形態による切削加工装置に用いられる温度センサ及び圧力センサについて図7を参照して説明する。
上記の第1〜第3実施形態では、温度センサ3及び圧力センサ4として、基本的にケーブルを有する有線式のセンサを想定しているため、センサの配置や検出可能位置が制約される。
その他、接触式の温度センサに代えて、光学的に温度検知するセンサを用いてもよい。
本発明の第5実施形態による切削加工装置について、図8を参照して説明する。
上記の第1〜第3実施形態では、「空間形成部材」としてのボックス2の内部であってドリル8の切刃部82の周囲に、クーラントCが貯留される比較的大容積の切削室24が「閉塞空間」として形成されている。
また、過剰なクーラントC、及び切削加工によって生じた切屑Mは、ドリル85の排出通路孔855、及び連通路75を経由し、外部ボックス76に形成された外部貯留室77に排出される。
その他、高圧ポンプ13や制御部18の構成、作用は、第1実施形態と同様である。
(ア)本発明の切削加工装置における「圧力制御手段」は、圧力に応じて又は指令信号によって開閉可能な圧力制御弁5に限らない。例えば、圧力を少しずつ逃がすことが可能な小径のオリフィスを圧力制御手段として用いてもよい。
(エ)本発明の切削加工装置は、ドリル穴加工のような単一工程に適用される以外に、複数の加工工程からなる複合工程への応用も可能である。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。
13・・・高圧ポンプ、 140・・・供給通路(連通空間)、
18・・・制御部、
2、7・・・ボックス(空間形成部材)、
23・・・工具挿通孔、 24・・・切削室(閉塞空間)、
3 ・・・温度センサ、 4 ・・・圧力センサ、
5 ・・・圧力制御弁(圧力制御手段)、
6 ・・・駆動部、
74・・・環状隙間(閉塞空間)、 77・・・外部貯留室(連通空間)、
8 ・・・ドリル(切削工具)、 82・・・切刃部、
9 ・・・ワーク(被切削物)。
Claims (4)
- 閉塞空間(24)において大気圧より高圧のクーラントを切削工具(8)に供給し、被切削物(9)の切削加工を行う切削加工装置(101、102、103)であって、
大気圧より高圧のクーラントを前記閉塞空間に圧送する高圧ポンプ(13)と、
前記切削工具を回転駆動及び送り駆動する駆動部(6)と、
前記閉塞空間として、クーラントを貯留し切削加工によって生じた切屑を収容する切削室(24)を前記切削工具の切刃部の周囲に形成し、前記駆動部側の端部に前記切削工具が挿通される工具挿通孔(23)を有し、前記駆動部と反対側の端部に前記被切削物が取付けられる空間形成部材(2)と、
前記切削室のクーラントの温度を検出する温度センサ(3)と、
前記切削室、又は前記切削室と連通している供給通路(140)のクーラントの圧力を検出する圧力センサ(4)と、
クーラントの圧力が所定圧以上となったとき開弁し、クーラントの一部を排出する圧力制御弁(5)と、
前記温度センサ及び前記圧力センサのセンサ値に基づいてクーラントの流量を制御する制御部(18)と、
を備え、
前記温度センサは、前記切削室における前記切削工具の先端(83)から前記圧力制御弁に向かうクーラントの流れ内に設置されることを特徴とする切削加工装置。 - 前記圧力センサは、前記切削室に設けられることを特徴とする請求項1に記載の切削加工装置。
- 前記切削室の前記被切削物側の端部に、前記切削工具の外径を案内するガイドブッシュ(27)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の切削加工装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の切削加工装置を用いた切削加工方法であって、
前記温度センサ及び前記圧力センサのセンサ値を取得するセンサ値取得段階と、
取得した前記センサ値に基づいてクーラントの流量を制御するクーラント流量制御段階と、
を含むことを特徴とする切削加工方法。
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