JPH0724685A

JPH0724685A - 工作加工方法

Info

Publication number: JPH0724685A
Application number: JP17173893A
Authority: JP
Inventors: Genichi Sato; 嚴一佐藤
Original assignee: KATAYAMA SEISAKUSHO; KATAYAMA SEISAKUSHO KK; SHINNAGOYA KIKAI SHOJI KK
Current assignee: KATAYAMA SEISAKUSHO; KATAYAMA SEISAKUSHO KK; SHINNAGOYA KIKAI SHOJI KK
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1995-01-27
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP2965820B2

Abstract

(57)【要約】【目的】工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することのできる優れた工作加工方法を提供する。【構成】工作物を加工する際、工作物の被加工面に向
かって液体を霧状に噴射する霧状体噴射ノズル１１を設
け、この霧状体噴射ノズル１１における気体噴射部を、
周囲の空気を一端側から随伴吸入して流量を増幅させた
状態で他端側から吐出するよう設定し、上記霧状体を高
推力で被加工面に供給しながら加工するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作物に対し切削加
工や研磨加工等を施す工作加工方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工作物に対し切削加工や研磨
加工を施す場合、工作物と加工工具の衝突によって生じ
る発熱を冷却するために、加工点近傍に向かって注水ノ
ズルを延ばし、この注水ノズルから液かけを行ってい
る。例えば、マシニングセンタ（複合工作機械）では、
図３に示すように、本体１内のスピンドル（図面では見
えない）下端部に工具ホルダ２が装着され、その先端の
工具連結軸３に加工工具４が取り付けられるようになっ
ているが、この加工工具４に向かって、本体１側から注
水ノズル５が延びている。しかし、このマシニングセン
タのように、立型で大型の工作機械で加工を行う場合等
には、加工凹部内に水や切り屑が溜まりやすく、却って
加工性能が悪くなる場合がある。また、超硬合金製の工
具を断続的に工作物に衝突させて切削を行う場合等に
は、切刃が加工点では発熱によって高温になり加工点以
外の個所では液かけによって冷却され、この急激な熱変
化の繰り返しによって欠け（いわゆる「チッピング」現
象）を生じたり割れを生じたりするという問題がある。
また、注水ノズルにより液かけを行う方法では、液が周
囲に飛散し、作業者の衣服が汚れたり、飛散した液によ
って床が滑る等の周辺汚染を引き起こすうえ、回収した
液には切削屑等が混じっているので、そのまま工場外に
排水すると環境汚染につながる。このため、切削屑のみ
を回収して再生利用することが行われているが、上記水
と切削屑とを完全に分離するのは困難で、また非常に手
間がかかるという難点がある。

【０００３】そこで、このような場合には、液を使用せ
ず、空気流だけで加工屑を吹き飛ばすことが行われる
が、空気流だけでは工作物および加工工具に対する冷却
効果および潤滑効果が不充分となり、例えば切削加工に
おいてつぎのような作業上の問題がある。すなわち、
Ｓ４５Ｃのような炭素鋼の切削では、切削熱によって工
作物表面が焼入れしたように硬くなり研磨等の表面仕上
げ作業が困難になる、切削熱を持った切り屑が工作物
表面を被うので、工作物自体が熱せられて膨張し、その
状態で切削すると加工寸法に狂いが生じる、切削熱に
よって工作物表面が溶け、切削工具の切刃に溶けた金属
が付着していわゆる「構成刃先」が形成され仕上がり面
粗度や寸法精度を悪くする、等の問題がある。

【０００４】一方、液をそのままかけるのではなく、霧
状に噴射して工作物および加工工具に潤滑性を与えるこ
とも行われている。この方法によれば、液かけのように
凹部内に水が溜まるという不都合が生じず、ある程度の
冷却効果をあげることができるという利点を有する反
面、噴射される霧状体では切削屑等を除去することがで
きず、その適用範囲が限られるという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の加
工方法では、工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することができず、加工条件に応じて液かけか空気
流か霧状の噴射かを選択し、加工時のデメリットを最小
限に抑えながら加工を行っているにすぎない。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することのできる優れた工作加工方法の提供をその
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の工作加工方法は、工作物を加工する際
に、工作物の被加工面に向かって液体を霧状に噴射する
霧状体噴射ノズルを設け、この霧状体噴射ノズルにおけ
る気体噴射部を、周囲の空気を一端側から随伴吸入して
流量を増幅させた状態で他端側から吐出するよう設定
し、上記霧状体を高推力で被加工面に供給しながら加工
するという構成をとる。

【０００８】

【作用】すなわち、この発明者は、工作物および加工工
具の冷却，加工屑の除去，加工面への潤滑性の付与とい
う３つの課題を同時に満足する加工方法について一連の
研究を重ねた。その結果、液体を霧状に噴射するノズル
を、液体噴射部と気体噴射部からなる霧状体噴射ノズル
とし、上記液体噴射部から霧状体を噴射させるととも
に、上記気体噴射部が上記霧状体噴射ノズルの一端側か
ら周囲の空気を随伴吸入させて、他端側から流量を増幅
させた状態で吐出するようにすると、上記液体噴射部か
ら噴射された霧状体を高推力で被加工面に供給すること
ができることがわかった。そして、これにより、優れた
冷却効果と加工屑除去効果が得られ、しかも被加工面に
対する湿潤効果も充分となることがわかり、この発明に
到達した。

【０００９】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明をマシニングセンタによる
工作加工に適用した場合の装置の一例を示している。こ
のマシニングセンタの基本的な構成は、従来のものと同
一で、本体１内に、高速回転が与えられるスピンドル６
がベアリングを介して保持されており、その下端部に設
けられたテーパ状のチャック部７に、工具ホルダ２の嵌
合用テーパ部２ａが着脱自在に挿入保持されるようにな
っている。そして、この工具ホルダ２の下部の工具連結
軸３には加工工具４が取り付けられている。

【００１１】このマシニングセンタ本体１の下端面から
は、空気供給配管１０が延びており、この空気供給配管
１０には、後述する霧状体噴射ノズル１１が連結されて
いる。そして、上記霧状体噴射ノズル１１の吐出口１４
が、加工工具４の加工面に向かった状態で固定されてい
る。なお、上記霧状体噴射ノズル１１には、霧状にすべ
き液体を導入するための液体供給配管１２が接続されて
いる。

【００１２】上記霧状体噴射ノズル１１としては、例え
ば図２に示すような構造のものが用いられる。この霧状
体噴射ノズル１１は、端部にテーパ状の大きな開口２０
が設けられており、この開口２０の中央部には液体噴射
部１２ａが内向きに取り付けられている。また、気体供
給配管１０より矢印Ｐのように圧搾空気が供給される
と、空気が内側のごく狭い環状の隙間２１から吐出され
てノズル内壁に沿って流れ、上記開口２０の上方にある
空気がこの流れに帯同して開口２０内に随伴吸入され
（破線Ｒで示す）、空気流量が大幅に増幅されるように
なっている。そして、上記液体噴射部１２ａに、液体供
給配管１２から液体が供給され、上記気体供給配管１０
から圧搾空気が供給されることにより、上記液体噴射部
１２ａから吐出口１４に向かって霧状体（一点鎖線Ｓで
示す）が噴射される。その際、上記霧状体は、増幅され
た上記空気流によって吐出口１４から高推力で吐出され
るようになっている。しかも、上記吐出流は、さらに吐
出口１４の周囲の空気をも誘引する（破線Ｔで示す）た
め、一層増幅されるようになっている。

【００１３】したがって、このマシニングセンタによっ
て工作物を加工する場合、上記空気供給配管１０に空気
を供給するとともに、液体供給配管１２に所定の液
（水，オイル，エマルジョン等）を供給すると、上記霧
状体噴射ノズル１１の液体噴射部１２ａから噴射される
霧状体が、圧搾空気と混合した状態で噴射され、さら
に、周囲の空気が上記開口２０からノズル内部に誘引さ
れるため、霧状体が大流量に増幅された状態で、吐出口
１４から吐出される。この吐出された霧状体の流れは、
推力が強く、工作物の被加工面およびこれに圧接される
加工工具４の加工面に強く当たるため、従来のように単
に霧状体をかけるだけの場合と異なり、加工時に生じる
切り屑等を充分に吹き飛ばす力をもっている。このた
め、切り屑等が加工部周辺に溜まることがなく、上記増
幅された大流量の空気が当たることと相俟って、冷却効
果が高い。しかも、吐出された霧状体が工作物および加
工工具４を適度に湿潤させ、潤滑性を高めるので、加工
性能が良好となる。したがって、加工工具４の負担が軽
くなり、また液かけのように急激な冷却を受けないの
で、断続的な熱衝撃がなく、工具寿命が大幅に延びると
いう利点を有する。また、従来のように、注水液が飛散
して作業者の衣服が汚れたり、飛散した液によって床が
滑るといった周辺汚染を招くことがなくなる。そして、
加工条件に応じて、霧状体で吐出させる液体の種類を変
えることができるため、例えば高速切削の場合には液体
として水を用いることにより冷却効果を高め、中・低速
切削の場合には液体として油を用いることにより潤滑効
果を高める、というように使い分けることができる。

【００１４】また、霧状体の特性を生かし、加工面の近
傍にダストコレクター（ダスト吸引装置）を設けること
により、従来の液かけ式では困難であった切削屑と液と
の分離回収が比較的容易に行うことができる。すなわ
ち、霧状体が水の場合、水分は微細な粒子なので、切削
面の熱によってすぐに蒸発し、切削屑と混じることがな
い。したがって、切削屑のみを上記ダストコレクターで
吸引回収することができる。また、霧状体が油の場合に
は、上記ダストコレクターにミストキャッチャーを取り
付け、浮遊する油粒子を上記ミストキャッチャーで凝集
して大粒の油滴にすることにより回収することができ
る。

【００１５】なお、上記実施例において、霧状体噴射ノ
ズル１１から噴射させる霧状体の平均粒子径は、加工条
件にもよるが、通常、５〜２００μｍ程度となるよう設
定することが好適である。そして、霧状体の噴射量は、
通常、上記霧状体噴射ノズル１個あたり連続的に１〜１
００ｃｃ／ｍｉｎ程度に設定することが好ましく、なか
でも、８０ｃｃ／ｍｉｎ以下に設定されることが特に好
適である。すなわち、霧状体の噴射量をあまり多く設定
しすぎると、霧状体の供給過剰となり、液かけ式のよう
に、加工凹部内の液溜まりによる加工性能の低下や、チ
ッピング現象の原因となるうえ、余剰な霧状体による周
辺汚染を引き起こすおそれがあるからである。

【００１６】また、上記実施例において、霧状体噴射ノ
ズル１１による気体の流量増幅量は、上記液体噴射部１
２ａから噴射される霧状体の噴射量や加工条件に応じて
適宜に設定されるが、通常、空気供給配管１０から供給
される空気量の１０〜５０倍程度に設定することが好適
である。そして、特に、吐出口１４から吐出される霧状
体の推力が、上記吐出口１４の端面から２００ｍｍ離れ
た位置で、０．１３ｇ／ｃｍ²以上となるよう設定する
ことが、冷却効果，加工屑除去の観点から好適である。

【００１７】なお、上記実施例では、霧状体噴射ノズル
１１として、１種類の液体のみを導入して霧状化するも
のを用いているが、２種類の液体を個別に導入し、それ
ぞれのノズルから霧状体を噴射することのできる液体噴
射部を用いるようにしてもよい。あるいは、２種類以上
の液体を、混合状態で液体供給配管１２に導入するよう
にしてもよい。これらのノズルを用いると、例えば水粒
子と油粒子（あるいは３種類以上の粒子）とが混在する
霧状体をつくることができ、これを気体噴射部を経由し
て高推力で加工点近傍に供給することができる。そし
て、冷却効果を高めたい場合には、霧状体における水の
配合割合が多くなるよう水と油の供給量を調整し、潤滑
効果を高めたい場合には、油の配合割合が多くなるよう
調整することにより、その加工に最適な環境を簡単につ
くることができる。

【００１８】さらに、この発明は、上記実施例のように
マシニングセンタによる工作加工に限らず、ＮＣ旋盤，
研削盤等、各種の工作機械を用いた工作加工に適用する
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明の工作加工方法
は、霧状体噴射ノズル内の液体噴射部から霧状体を噴射
させるとともに、気体噴射部が上記霧状体噴射ノズルの
一端側から周囲の空気を随伴吸入させて、他端側から流
量を増幅させた状態で吐出することにより、上記液体噴
射部から噴射された霧状体を高推力で工作物の被加工面
に供給しながら工作加工を行うようにしたものである。
したがって、上記工作物被加工面およびこれに圧接され
る加工工具に霧状体が強く当たるため、従来のように単
に霧状体をかけるだけの場合と異なり、加工時に生じる
切り屑等を充分に吹き飛ばす力をもっている。このた
め、切り屑等が加工部周辺に溜まることがなく、上記増
幅された大流量の空気が当たることと相俟って、冷却効
果が高い。しかも、吐出された霧状体が工作物および加
工工具を適度に湿潤させ、潤滑性を高めるので、加工性
能が良好となる。したがって、加工工具の負担が軽くな
り、また、液かけのように急激な冷却を受けないので、
断続的な熱衝撃がなく、工具寿命が大幅に延びるという
利点を有する。そして、加工条件に応じて、霧状体で吐
出させる液体の種類を変えることができるため、例えば
高速切削の場合には液体として水を用いることにより冷
却効果を高め、中・低速切削の場合には液体として油を
用いることにより潤滑効果を高める、というように使い
分けることができる。さらに、水と油等、２種類以上の
液体を同時に噴射して混合霧状体をつくり、これを高推
力で加工点近傍に供給すれば、一層効果的な加工環境を
つくることができる。そして、この場合には、霧状体噴
射ノズルに供給する各液体の供給量を調整することによ
り、目的とする加工に応じた最適な加工環境を簡単につ
くることができる。しかも、霧状体を用いることによ
り、作業環境を清浄に維持し、加工屑の回収，再利用を
容易に行うことができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に用いる装置の一実施例の構成図であ
る。

【図２】上記実施例に用いる霧状体噴射ノズルの説明図
である。

【図３】従来の工作加工における注水方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１霧状体噴射ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作物を加工する際に、工作物の被加工
面に向かって液体を霧状に噴射する霧状体噴射ノズルを
設け、この霧状体噴射ノズルにおける気体噴射部を、周
囲の空気を一端側から随伴吸入して流量を増幅させた状
態で他端側から吐出するよう設定し、上記霧状体を高推
力で被加工面に供給しながら加工することを特徴とする
工作加工方法。
【請求項２】上記霧状体噴射ノズルの他端側から吐出
される霧状体の推力が、霧状体噴射ノズルの吐出端面か
ら２００ｍｍ離れた位置で０．１３ｇ／ｃｍ ²以上とな
るよう設定されている請求項１記載の工作加工方法。
【請求項３】上記霧状体の噴射量が、上記霧状体噴射
ノズル１個あたり連続的に８０ｃｃ／ｍｉｎ以下に設定
されている請求項１または２記載の工作加工方法。