JPH10225814A

JPH10225814A - 切削加工方法

Info

Publication number: JPH10225814A
Application number: JP2354098A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakamura; 誠中村
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】切削工具先端の切刃部のすくい面へ、加工
中、常に充分な圧力、流量の高圧クーラントが直接的に
噴出されるようにして、切削加工部の切削熱の奪熱およ
び切屑の排出を迅速、確実に行う。【解決手段】切削工具１２の工具本体外周に工具先端
の切刃部に向けて軸線と平行に凹形状のクーラント供給
溝１３を形成し、工具ホルダ５に装着した切削工具１２
の後端部に高圧のクーラントを導入し、該クーラントが
クーラント供給溝１３内を流通して工具先端の切刃部の
すくい面に直接当たるように噴出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンドミル、ボー
ルエンドミル、ドリル、フライスカッタ等の切削工具を
用いてワークを加工する切削加工方法およびその加工装
置に関するものである。なお、本発明ではクーラントと
は、切削液、加圧エアー等の冷却作用および切屑排出作
用を行う流体のことを言う。

【０００２】

【従来の技術】切削加工は、ワークより硬くて強い工具
に回転力を与えながらワークに押し付けて相対運動を行
わせ、剪断作用により切屑を発生させワークを所望形状
に仕上げるものである。このとき、主に剪断仕事および
切屑と工具との摩擦仕事により切削熱が発生する。この
切削熱は、工具の主切刃部に伝達され工具の寿命を短く
し、また、構成刃先を生成して加工面粗さを悪化させる
等の悪影響を引き起こす。よって、発生した切削熱をい
ち早く確実にクーラントで冷却し、これらの悪影響をな
くす必要がある。

【０００３】これらの問題は、加工するワークが難切削
性の材料（以下、単に難削材と記載する）、つまり高硬
度または高靱性、若くは両方の性質を有する材料、例え
ばチタンやAlloy 600 （所謂インコネル（登録商標））
や焼き入れ鋼等の場合に大きくなる。従来技術では、研
削加工や放電加工でないと、これらの材料を加工するこ
とはできなかった。

【０００４】これらの問題を克服するためには、切屑の
発生するワークの剪断部および切屑と工具のすくい面と
の間の摩擦部に高圧クーラントを噴射し、発生した切削
熱が工具やワークに伝達される前にクーラントで冷却し
て奪取すると共に、切削熱を保有している切屑もクーラ
ントと一緒に吹き飛ばさなければならない。言い換えれ
ば、切削加工部およびその近傍に充分な圧力と流量を有
した高圧クーラントを常時噴射しなければならない。

【０００５】クーラントを切刃部に供給する方法とし
て、次の２つの方法が周知となっている。第１は、所謂
スルースピンドルクーラントである。この方法では、ク
ーラントが、クーラント供給源から工具主軸の後端に供
給される。このクーラントは、次いで、上記工具主軸
と、工具ホルダと、装着された工具とに設けられたクー
ラント通路を順次流通して工具先端から噴出される。他
の方法は、スルーツールクーラントである。この方法で
は、クーラントは、クーラント供給源から工具主軸の後
端からではなく回転継手を介して工具ホルダ内に供給さ
れる。このクーラントは、次いで、工具ホルダおよび該
工具ホルダに装着された切削工具に設けられたクーラン
ト通路を順次流通して工具先端から噴出される。

【０００６】一方切削工具には、工具後端から先端に向
けて軸線に沿って貫通孔を形成したエンドミル、ボール
エンドミル、ドリル等がある。第１の従来技術として、
この貫通孔を有した切削工具を工具ホルダで把持し、ス
ルースピンドルクーラントまたはスルーツールクーラン
ト手段を用いて切削工具先端部からクーラントを噴出さ
せながら加工を行う切削加工方法および装置がある。

【０００７】第２の従来技術として、実開平１−１３２
３２７号公報に記載の鋳抜き孔用タップがある。これは
タップの内部軸方向に油孔を貫通すると共に、シャンク
外周にタップ溝に連通する油溝を形成した鋳抜き孔用タ
ップで、止まり穴のタッピングの場合は、油孔および油
溝から供給する両方のクーラントが潤滑、冷却、切屑排
出の作用をする。貫通孔のタッピングの場合は、油孔か
ら供給するクーラントは、そのままワーク外部へ流出し
てしまうが、シャンク外周に設けた油溝からクーラント
が供給されるので潤滑、冷却、切屑排出の作用が効果的
に行われる。

【０００８】第３の従来技術として、実公平４−２７４
３号公報に記載のエンドミルがある。これは当該公報の
第１図に示す如く、エンドミル本体２０の外周後端部
に、エンドミル本体の長手方向に沿って、エンドミル本
体の後端側から切屑排出溝２２まで延びるクーラント供
給溝２５を形成し、エアーや油等をこの溝２５に向けて
噴出させるようにしたものである。これによって切屑が
円滑に排出可能になる。更に、該エンドミルは、工具先
端部に穴がないので再研磨も行える。

【０００９】第４の従来技術として、特開平４−２５３
０９号公報に記載の切削方法およびそれに用いる装置が
ある。これは工具の切刃として超微粒子超硬合金製のも
のを用い、高圧水吐出ノズルから切削点に向って吐出圧
１０kg／cm²以上の高圧流体を投射するようにしたもの
である。これにより、切削点が高圧液体によって瞬時に
冷され、切削点での発熱が殆んど工作物および切削工具
切刃内部に伝導しないため、工作物も切刃も熱的ダメー
ジを受けることがないというものである。

【００１０】第５の従来技術として、実開平４−７３４
４０号公報に記載の工作機械における回転工具の給油装
置がある。ただし、該公報は本願の国内優先権主張の基
礎出願日以降に公開されたので公知資料ではないが、本
願の先願に当たるので参考に述べる。この公報の技術
は、工具と共に回転する回転部材内にクーラントの給油
路を形成し、該給油路の出口側先端を工具の外周に向け
て構成したものである。供給されるクーラントと工具と
は同一回転数で回転するので、クーラントが回転する工
具にはじき飛ばされることなく充分に注油される。ま
た、クーラントと工具との位置関係は、Ｘ、Ｙ、Ｚの送
り運動を行っても変わることがなく、常に工具の設定し
た位置にクーラントが供給されるというものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術は、こ
の切削加工部のできるだけ近くにクーラントを供給しよ
うとしたものである。そのとき切削工具内部にクーラン
トが流通する貫通孔を形成しなければならないが、超硬
工具などの場合、この貫通孔の形成が難しい。また、工
具先端中心に切刃があるボールエンドミルやドリルなど
の場合は、その切刃部をよけた逃げ面に貫通孔を開口さ
せる必要から、屈曲したり二股に分岐した貫通孔を形成
する必要があり更に難しい。

【００１２】さらに小径工具の場合は、貫通孔を形成し
たため工具の強度が下がり、軸部の切損や刃先の欠けが
生じ易くなる。そして、貫通孔の内径自体も大きくでき
ず、充分なクーラント流量が確保されないという問題点
がある。第２の従来技術は、比較的低速切削を行なうね
じ切り作業の工具としてのタップの構成を開示したもの
であり、油溝から供給するクーラントは低圧、少量で、
タップの回転に伴なって油溝からはみ出して、むしろ加
工すべき、ねじ部に浸み込んで行く程度が好ましい。

【００１３】これに対しエンドミル、フライスカッタ、
ドリルなどの切削工具は、比較的高速切削を行う必要か
ら、この従来技術を適用することができない。つまり、
高速で回転するエンドミル等の切削工具の場合は、充分
な圧力、流量の高圧クーラントが切削加工部へ直接的に
噴射されなければならない。よって、この第２の従来技
術をエンドミル、ボールエンドミル、ドリル、フライス
カッタ等の切削工具による加工部へのクーラント供給技
術に適用するには問題がある。

【００１４】第３の従来技術は、凹形状のクーラント供
給溝がシャンク部に最も近い切屑排出溝までしか形成さ
れていないため、クーラントをクーラント供給溝に沿っ
て高圧で噴出させた場合、シャンク部に近い切刃部分で
クーラントがはじかれて工具主切刃部までクーラントが
充分に到達しない不都合がある。

【００１５】エンドミル先端部のみを使う比較的浅い溝
切り加工、ボールエンドミルやドリルの先端部の切刃を
使う加工などの通常よく行われる加工の場合には、特に
この不都合が顕著となり、切削加工部の充分な冷却や迅
速な切屑排出が行われないという問題点がある。

【００１６】第４の従来技術は、クーラント吐出ノズル
を用いているので、工具の径、長さに応じて切削加工部
へクーラントが噴射されるように手動または自動でノズ
ルの方向を変える必要がある。また、ノズルとワークと
が干渉したり、段取り作業の障害になったりする不都合
がある。さらに、ワーク形状や加工部位によっては、そ
のワーク形状に妨げられ切削加工部へクーラントが直接
的に噴射されない問題点がある。

【００１７】第５の従来技術は、回転部材内の給油路出
口を工具の外周に向けて形成しなければならず、工具
長、工具径に応じて給油路出口の噴射角度を変えなけれ
ばならないという不都合がある。

【００１８】次に、金型等の三次元形状ワークの切削加
工方法について考える。例えば、むく材からポケット加
工を行う場合、先ずドリルで穴加工を行い、その穴をエ
ンドミルでくり広げて所望のポケット形状に仕上げる。
するとドリル加工用およびエンドミル加工用の２種類の
工具やＮＣプログラムを用意しなければならなかった
り、加工途中において工具交換を行わなければならず、
加工能率が悪かった。また、エンドミルだけでポケット
加工等三次元形状ワークの荒加工から仕上げ加工までを
一貫して行う切削加工方法は確立していないのが現状で
ある。

【００１９】従って本発明の主たる目的は、上述の問題
を解決し、すなわち、工具長、工具径によらず、常に充
分な圧力および流量の高圧クーラントが切削加工部へ直
接的に噴出されるようにし、切削熱の迅速な奪取と、切
屑の確実な除去を達成する更に改善された切削加工方法
および装置を提供することである。他の目的は、従来は
研削加工や放電加工でしか加工できなかった高硬度材や
高靱性材でなる難削材のワークを能率よく加工する切削
加工方法および装置を提供することである。

【００２０】更に他の目的は、金型等の三次元形状ワー
クを面粗度良好に、加工能率を上げて加工する切削加工
方法を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、工具本体外周
にシャンク部の後端から先端の切刃部のすくい面に向け
て軸線と平行に少なくとも１本の直線状で凹形状のクー
ラント供給溝を刻設したエンドミルを工具ホルダに装着
し、前記工具ホルダの切削工具装着孔に高圧クーラント
を導入し、前記エンドミルのクーラント供給溝内に前記
高圧クーラントを流通させ、前記エンドミル先端の切刃
部のすくい面にクーラントが直接当たるように前記高圧
クーラントを噴出し、前記エンドミルを拘束回転させな
がら所定の浅切込みでかつ工具とワークとを高速相対移
動させて切削加工を行い、切削加工によって発生する切
削熱が前記エンドミルに伝達される前に切削屑を前記ク
ーラントで吹き飛ばし、前記エンドミルの切刃部の温度
上昇を極力押さえてワークをフライス加工する切削加工
方法を要旨とする。

【００２２】

【作用】スルースピンドルクーラント装置またはスルー
ツールクーラント装置によって工具ホルダのクーラント
供給孔へ導入された高圧クーラントは、工具ホルダに装
着した切削工具のクーラント供給溝を流通して、工具先
端の切刃部のすくい面へ噴出する。このとき、クーラン
ト供給溝は切削工具主切刃部のすくい面に向けて軸線と
平行に形成し開口しているので、クーラントは必ずすく
い面へ直接的に当たるように噴出される。

【００２３】クーラントは、工具ホルダおよび切削工具
と同一速度で回転しながら、しかも遠心力で外周方面へ
飛ばされない充分な圧力、流量を持って噴出されるの
で、切削加工中、常に切削加工部、特にすくい面を冷却
し、切屑を加工領域から迅速に排出する働きをする。

【００２４】また、このときクーラントは切削工具に設
けたクーラント供給溝内を通るので、クーラントがワー
クに妨げられることなく確実に切削加工部に噴出され
る。更に、クーラントは切削工具の外周に沿って平行に
噴出するので、工具長や工具径によって噴出角度を変え
る必要がない。

【００２５】

【実施例】本発明の切削加工装置の構成図である図１を
参照すると、工具主軸１は、主軸ハウジング２にベアリ
ング３によって回転自在に支承され、図示しない駆動装
置によって回転される。ハウジング２はベアリング押え
４により閉鎖される。工具ホルダ５は、その後端部に螺
着されたプルスタッド６をドローバー７で引き上げるこ
とにより、工具主軸１の先端テーパ孔に装着される。

【００２６】工具ホルダ５はキー８により回転方向に位
置決めされる。ドローバー７は、工具主軸１の軸線に沿
って延設されたクーラント通路を具備している。該クー
ラント通路は、ドローバー７内にパイプ９を挿嵌して構
成してもよい。ドローバー７の先端はプルスタッド６に
当接して工具主軸１と一体的に回転する。パイプ９の後
端には流体回転継手１０が設けられ、クーラント供給源
１１から吐出されたクーラントは、パイプ９内に送り込
まれるようになっている。

【００２７】一方、工具ホルダ５の先端部にはエンドミ
ル１２が着脱自在に装着される。エンドミル１２の工具
本体外周には、後述の凹形状をしたクーラント供給溝１
３が主切刃部直前まで形成されている。プルスタッド
６、工具ホルダ５にはパイプ９と連通する貫通孔が穿設
されており、クーラント供給源１１から吐出されたクー
ラントは、パイプ９、プルスタッド６、工具ホルダ５を
通過し、エンドミル１２のクーラント供給溝１３を流通
して、最終的にエンドミル１２の主切刃部に向けて噴出
されるように構成されている。

【００２８】エンドミル１２を回転させながら、図示し
ないワークとの間でＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の相対移動を
行い、クーラントを供給してワークを切削加工する。こ
こで、工具主軸１の回転軸の方向にＺ軸を定義し、該Ｚ
軸に垂直な方向にＸ軸を、そしてＸおよびＺ軸に対して
垂直な方向にＹ軸を定義する。

【００２９】図２は、本発明に用いるエンドミルの一例
を図示しており、図２（ａ）はエンドミル１２の正面図
であり、図２（ｂ）は図２（ａ）において矢視線Ａ−Ａ
に沿う断面図である。図２のエンドミル１２は、４枚刃
のエンドミルであり、切刃部の外周につる巻き状に延設
された切刃１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと逃げ溝１
５とを有している。シャンク１６の外周には、凹形状の
クーラント供給溝１３がエンドミル１２の後端面１７か
ら軸線と平行に、第２の切刃部を貫通して切刃１４ａ、
１４ｃの最先端部に向けて２本刻設してある。

【００３０】クーラント供給溝１３は、シャンク部に刻
設された部分１３ａ、切刃１４ｃを貫通する部分１３
ｂ、切刃１４ｂを貫通する部分１３ｃとに分かれている
が直線状に連なっており、一本の溝とみなすことができ
る。このクーラント供給溝１３の断面形状は、図示のよ
うに角形状ばかりでなく、半円形状、半楕円形状等、そ
の他の形状でも良い。

【００３１】そして二本のクーラント供給溝１３の深さ
部の径ｄは、切刃１４の外径Ｄより小さい。つまり、ク
ーラント供給溝１３は切刃部外周面より、より奥に切込
んである。これは、クーラント供給溝１３が最先端の主
切刃に向かって開口する、すなわちクーラント供給溝１
３の延長線が、必ず工具主切刃部１４にぶつかるように
構成するためである。よって、シャンク部の外径が切刃
部の外径より大きく形成されているエンドミルについて
は、深いクーラント供給溝を刻設する必要がある。な
お、クーラント供給溝１３ｂと切刃１４ｃとの交差部、
１３ｃと１４ｂとの交差部などの鋭利な部分は、面取り
を施して切刃の欠けを防止している。

【００３２】次に、図３を参照して、本発明のボールエ
ンドミルについて説明する。図３において図３（ａ）は
ボールエンドミル１２の正面図であり、図３（ｂ）は図
３（ａ）において矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。図
３のボールエンドミルは、４枚刃のボールエンドミルで
あり、一例としてクーラント供給溝１３が４本刻設され
ている。クーラント供給溝１３は、シャンク部１６にシ
ャンク後端面１７からシャンク１６の軸線と平行にかつ
直線状に刻設されており、それぞれの切刃部１４ａ、１
４ｂ、１４ｃ、１４ｄのすくい面に向って開口されてい
る。

【００３３】このボールエンドミル１２においても、図
１のエンドミルで説明したように、高圧クーラントがク
ーラント供給溝１３を通り、工具切刃部１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ、１４ｄのすくい面に向って噴射される。こ
の高圧クーラントは切刃部の切削による発熱を奪取する
と共に、切刃部に付着しようとする切屑を直撃して飛散
させるのである。従って、クーラント溝１３は前述のエ
ンドミルで説明したことと同様の作用、効果を有してお
り、ここでは重複するので説明を省略する。

【００３４】図４は、本発明のドリルの一例を示してお
り、図４（ａ）はドリル１２の正面図であり、図４
（ｂ）は図４（ａ）の矢視線Ｃ−Ｃに沿う断面図であ
る。既述の工具と同様に、クーラント供給溝１３が、シ
ャンクの後端面１７から軸線と平行でかつ直線状に、途
中で切刃部を貫通してドリル主切刃部１４のすくい面に
向けて開口するように二本刻設されている。なお、図
中、２０の一点鎖線は、ドリルが回転したときの軌跡を
示したものである。

【００３５】図５は、本発明のフライスカッタの一例を
示しており、図５（ａ）はフライスカッタ１２の正面図
であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の矢視線Ｄ−Ｄに沿う
断面図である。図５にはフライスカッタの代表例とし
て、あり溝フライスを示す。シャンク１６には後端面１
７から軸線と平行にかつ直線状に、工具主切刃部１４の
すくい面に向かって五本のクーラント供給溝１３が刻設
されている。この様に構成することにより、クーラント
は必ず切刃部のすくい面に供給される。

【００３６】図６は、本発明のクーラントの作用を示す
説明図であり、エンドミル１２を工具ホルダ５に装着し
た図である。エンドミル１２のシャンク１６が、工具ホ
ルダ５の工具装着孔１８に装着される。クーラント供給
源（図１参照）により加圧されたクーラントが、クーラ
ント供給孔１９を通って工具装着孔１８に流入する。次
いで、該クーラントは、前記二つの凹溝１３を流通して
エンドミル１２先端方向に噴出する。

【００３７】エンドミル１２による加工中は、工具主軸
１、工具ホルダ５、エンドミル１２は共に回転し、内部
のクーラントも同じ速さで回転する。主軸１を高速回転
させた場合においても、クーラント供給溝１３から噴出
したクーラントが、工具主切刃部に確実に高圧で噴射さ
れる程度の高い圧力（例えば７０Kg／cm²）でクーラン
トを供給する。これにより、クーラント供給溝１３から
噴出したクーラントは、直接的に工具切刃のすくい面に
当たるようにしてある。高圧クーラントを供給すること
により、その圧力で切屑を吹き飛し、工具切刃への伝熱
を防止するのである。更に、図４、５、６から理解され
るように、高圧クーラントはすくい面に衝突するので、
衝突噴流熱伝達作用により、非常に高い熱伝達率を以て
切刃を冷却する。

【００３８】クーラント供給溝１３の断面積は、エンド
ミル内部に孔をあけるよりも大きくでき、それだけ流量
もかせげる。従って、如何なる場合でも常にクーラント
が充分な圧力、流量で工具主切刃、つまり切削加工部に
供給され、迅速に切削熱を奪熱し切屑を排出できる。エ
ンドミル１２のシャンク部より先端方向の切刃部全域を
使用するような深溝加工や側面加工の場合は、クーラン
ト供給溝１３ａと１３ｂとの間、１３ｂと１３ｃとの間
の開放部からクーラントが漏れ出しており、工具先端部
ばかりでなく切刃全域にわたってクーラントが供給され
ることになり、あらゆる加工に対して切削熱の奪熱およ
び切屑排出作用を行えるのである。

【００３９】図７（ａ）は、本発明の他の実施例を示す
要部構成図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢視線
Ｅ−Ｅに沿う断面図である。図８（ａ）は、本発明の更
に別の実施例を示す要部構成図であり、図８（ｂ）は、
矢視線Ｆ−Ｆに沿う断面図である。図７、８では、図１
の切削加工装置のクーラント供給溝１３を刻設したエン
ドミルの代わりに、テーパチャック式（図７）と、コレ
ットチャック式（図８）の工具ホルダを用いて、クーラ
ント供給溝のない通常のエンドミルが装着される。高圧
クーラント（例えば７０Kg／cm²）はエンドミル外周に
沿って工具先端方向に噴出させる。

【００４０】図７を参照すると、工具ホルダ５は、テー
パ外面２６とネジ部２７とを有する装着部２５を具備し
ており、前記工具装着孔１８が装着部２５を貫通して外
部に開口している。エンドミル１２が、工具装着孔１８
に挿入され、リング２３で緊締することにより固着され
る。リング２３は、テーパ外面と係合するテーパ内面２
８と、装着部のネジ部２７と係合可能なネジ部２９とを
具備している。ネジ部２７、２９を係合させて、リング
２３を装着部２５に締結するとテーパ面２６、２８が係
合し、これによりエンドミル１２が工具装着孔１８内に
固定される。装着部２５に、工具ホルダ５の中心軸と平
行にすり割りを形成して、工具装着孔内の工具を良好に
固定できるようにしてもよい。

【００４１】工具装着孔１８は、プルスタッド６の貫通
孔１９を介してパイプ９と連通されており、クーラント
供給源１１からクーラントを導入可能になっている。工
具装着孔１８の内周面には、該内周面の直径上１８０°
の位置に対向して２本の凹溝２４が設けられており、該
凹溝２４は、工具主軸１および装着されたエンドミル１
２の中心軸と平行に工具ホルダ５の先端面まで延設され
ている。工具装着孔１８にエンドミル１２を挿着する
と、この凹溝２４はエンドミル１２の外周面とによりク
ーラント流通路となり、工具装着孔１８に導入されたク
ーラントは、凹溝２４の出口から、エンドミル１２の外
周に沿ってエンドミル１２の先端方向に噴出する。

【００４２】次に図８を参照すると、エンドミル１２
は、コレットチャックにより、工具ホルダ５に装着され
ている。コレットチャックは、コレット２１とコレット
リング２３とを具備している。コレット２１には、軸線
方向に延設された４つのすり割り２２が、円周方向に等
角度間隔で配設されている。該すり割り２２により、コ
レット２１は４つの部分に分割されるが、それぞれの部
分は連結リング３２により相互に連結されている。コレ
ット２１は、また、コレットリング２３の係合面３１と
係合する係合面３０が形成されている。

【００４３】コレットリング２３は、コレット２１の係
合面３０と係合する係合面３１と、工具ホルダ５のネジ
部２７と係合するネジ部２９とを具備している。ネジ部
２７、２９によりコレットリング２３を工具ホルダ５に
螺着すると、係合面３０、３１が互いに係合して、コレ
ット２１が工具装着孔１８内に押し込まれ、これにより
エンドミル１２が装着されるようになっている。

【００４４】工具装着孔１８は、プルスタッド６の貫通
孔１９を介してパイプ９のクーラント通路（図１参照）
と連通している。クーラント供給源１１からのクーラン
トは、クーラント通路および貫通孔１９を流通して工具
装着孔１８内に導入される。前記すり割り２２は、連結
リング３２の中央開口部３３を介して工具装着孔１８と
連通している。工具装着孔１８に導入されたクーラント
は、連結リング３２の中央開口部３３を介して、すり割
り２２に流入し、該すり割り２２の出口からエンドミル
１２の外周面に沿って主切刃部に向けて噴射される。噴
出されたクーラントの作用は、図７の場合と同様なので
説明は省く。

【００４５】従来のクーラント吐出ノズルを高速回転す
るエンドミルの外部に設け、該ノズルからクーラントを
エンドミルに向けて噴射する方法があるが、高速で回転
するエンドミルの周囲には、ほぼ等速で回転する空気層
があり、その空気層を打ち破ってエンドミルの切刃部の
すくい面に直接的にクーラントを当てるのは困難であっ
た。つまり、クーラントは、ほとんど空気層ではじき飛
ばされていた。

【００４６】本発明は、エンドミルに形成したクーラン
ト供給溝内にクーラントを流通させた状態で、または工
具ホルダ内部の凹溝やコレットのすり割り部を介してエ
ンドミル外周に沿ってクーラントを噴出した状態でエン
ドミルを高速で回転させるので、エンドミル外周を取り
巻く空気層の内部にクーラントがすでに存在することに
なり、空気層を打ち破ることなくエンドミル主切刃部の
すくい面に直接的にクーラントを噴出することができる
のである。

【００４７】また、クーラントとして切削液などの液体
ばかりでなく、加圧エアーを用い、このエアーを噴出
し、切刃部の冷却および切屑の排出を行わせても良い。
本発明による切削加工方法および装置は、このように構
成したことにより、従来技術の問題点である切削工具に
貫通孔を形成する困難さがなく、しかも小径工具の場合
に貫通孔を設けて工具の強度が不足したり、貫通孔が小
径のため充分なクーラント流量が確保されないというこ
とがなくなった。また、クーラント供給溝または切削工
具外周を流通したクーラントは、必ず切刃部を直撃する
ように噴出される。

【００４８】更に、外部に設けたクーラント吐出ノズル
によるクーラント供給のように、手動または自動による
ノズル角度の調節の必要がなく、しかもワーク形状や加
工部位によっては切削加工部へ直接的にクーラントが投
射されない、あるいは切削工具外周を、ほぼ等速で周回
する空気層にクーラントがはじき飛ばされるという不都
合が解消された。

【００４９】本実施例では、クーラント供給溝または凹
溝を二本形成した場合について述べたが、少なくとも一
本あれば、それなりの効果を発揮する。しかし、クーラ
ント供給溝は工具主切刃の数だけ、それぞれの切刃部に
向けて設けることが最も望ましい。また、他の形式の工
具ホルダを用いても、装着した切削工具外周に沿ってク
ーラントが工具先端方向に噴出される構成ならば良い。
更に、既述の実施例は、スルースピンドルクーラント方
式の場合について説明したが、工具ホルダにクーラント
を導入するスルーツールクーラント方式であっても良い
ことは言うまでもない。

【００５０】次に、図１の切削加工装置の工具ホルダ５
にエンドミルやボールエンドミルを装着して、むく材で
なるワークを加工する場合を考える。Ｚ軸方向にだけ切
込んで行く加工方法は、工具先端の軸心付近に切刃が存
在しなかったり、たとえ切刃が存在していても切削が連
続的に行われるため発熱が大きくなったり、工具摩耗が
早くなったり、切削振動が大きくなる等の異常切削状態
となる。このため通常は、ドリルで下穴をあけてからこ
の下穴をエンドミルやボールエンドミルで繰り広げ、穴
あけ加工やポケット加工を行っている。するとドリルと
エンドミルといった２種類の工具用のＮＣプログラムを
作成しなければならなかったり、加工過程で工具交換を
しなければならなかったり作業能率が悪かった。本発明
では、エンドミルまたはボールエンドミルをＸ軸または
Ｙ軸方向に移動させながらＺ軸方向に切込み、通常の溝
切削と同じ方法で穴あけ加工やポケット加工を行う切削
加工方法も開示している。もちろんこのとき高圧クーラ
ントは前述の方法で切削点に高圧で噴出させている。こ
の切削加工方法によって１種類の工具でむく材のワーク
に穴あけ加工やポケット加工を一気に施すことができ、
加工能率の向上を図ることができる。

【００５１】先ず、図９および図１０を参照して、３次
元形状の切削加工を等高線輪郭加工で行うのと、往復加
工で行うのとどちらが有利かを考える。図９はポケット
加工を等高線輪郭加工で加工する場合の工具経路を図示
しており、Ｚ軸方向の高さが等しい輪郭に沿って工具１
２をＸ−Ｙ平面内で送り、１周回したらＺ軸方向にＸ
軸、Ｙ軸と同時に所定量切込み、つまり傾斜した経路３
６に沿って所定量切込み、その高さの輪郭に沿って工具
１２を再び周回させる切削加工方法である。これに対し
て図１０は、同じ形状のポケット加工を往復加工する場
合の工具経路を図示しており、工具１２のＹ軸方向位置
を固定しておき、Ｘ−Ｚ平面内で工具１２を一端から他
端まで送り、所定量のピックフィード３７をＹ軸方向に
与え、逆方向にＸ−Ｚ平面内で工具を送り切削加工する
方法である。

【００５２】往復加工は、ポケットＰの側面と底面との
コーナ部において工具１２に作用する負荷の大きさと方
向が変化し易く加工が不安定である。また往路または復
路の一つの工具経路において、工具の側面切刃で加工し
たり、底面切刃で加工したりして、加工箇所により切削
速度が変化して面粗度がばらつく。等高線輪郭加工は一
つの周回の工具経路における加工中の負荷の大きさと方
向の変動が小さく比較的安定した加工が行える。また同
一箇所の切刃で加工しており切削速度が一定となり面粗
度が均一である。特に面粗度が要求される仕上げ加工の
場合は、等高線輪郭加工が好ましい。

【００５３】図１１は切削加工中の状態を工具１２の軸
線方向から見た図で、図１１（ａ）はダウンカットを図
１１（ｂ）はアップカットをそれぞれ示している。ダウ
ンカットは工具１２の切刃がワークＷを押し付けながら
切削し進行するのに対し、アップカットは工具１２の切
刃がワークＷをすくい上げながら切削し進行する。ダウ
ンカットは、切刃がワークＷにくい込まず、切込み量相
当が確実に切削でき、面粗度も良好であるのに対し、ア
ップカットは、切刃とワークＷとの間にすべりやくい込
みが生じ易く、加工精度、面粗度が劣ることが知られて
いる。またすべりがあるためダウンカットより発熱が大
きいという欠点もある。このようにダウンカットの方が
優れている点が多く、切削加工はなるべくダウンカット
を維持するのが良い。前述の等高線輪郭加工でもダウン
カットで行うのが良い。

【００５４】ダウンカットまたはアップカットは、ワー
クの側面や、ポケットの内周面加工のように、回転工具
の一方側だけで加工する場合の現象である。溝加工のよ
うに回転工具の二つの側で同時に加工する場合は、ダウ
ンカットとアップカットとが併存しており、通常、仕上
げるべき側がダウンカットになるように工具とワークと
の相対移動を行わせる。後述の工具経路を平面上でうず
巻き状にしてポケット加工を行う場合においても、ポケ
ットの内周面がダウンカットになるように工具とワーク
との相対移動を行うのである。

【００５５】図１２はボールエンドミルによる穴あけ加
工の説明図である。ボールエンドミル１２を回転しなが
らＺ軸方向に切込み、同時にＸ−Ｙ平面内において公転
運動を与える、つまり、回転するボールエンドミルを螺
旋状の経路でむく材のワークＷに切込ませ、ストレート
またはテーパ状の穴４０を加工するものである。ボール
エンドミルはほぼ半球形状の切刃部があり、シャンク部
は切刃部の径より若干細く形成しておき、一旦加工した
面をシャンク部がこすらないようにして穴加工を行う
と、非常に面粗度が良好な加工が行える。通常のスクエ
アエンドミルを用いると、一旦加工した面を上部の切刃
がこすり、面荒れを招く。また熱が工具先端のコーナエ
ッジに集中し加工面粗度が悪くなる。この穴あけ加工
は、ダウンカットとアップカットとが混在する溝加工に
なるが、切刃が加工すべき穴の内周面と接触する部分に
おいてはダウンカットになるようにボールエンドミルと
ワークＷとを相対移動させるのが良い。

【００５６】図１３はボールエンドミル１２を用いたポ
ケット加工の説明図である。むく材のワークＷにポケッ
トＰを加工するのに、ボールエンドミル１２を前述のよ
うにＸまたはＹ軸方向に移動させながらＺ軸方向に切込
み、所定量の切込みに達したらＸ−Ｙ平面内においてう
ず巻き状の工具経路に従ってボールエンドミル１２とワ
ークＷとを相対移動させ、加工すべきポケットＰの寸法
まで加工したらうず巻きの拡大を止め、Ｘ軸、Ｙ軸と同
時にＺ軸方向の切込みを再度与えてうず巻き状工具経路
に沿った相対移動を行わせる。うず巻きを外側から縮小
させる方向に工具経路を形成させても同じである。ポケ
ットＰの内周面と接触する部分においては、ダウンカッ
トになるようにボールエンドミル１２とワークＷとを相
対移動させるのが良いことは言うまでもない。

【００５７】このときボールエンドミル１２の直径をＤ
とすると、１回のＺ軸方向の切込み量は０．１Ｄ以下の
比較的浅い量に抑え、１刃当りの加工体積を少なくして
発熱量を小さく、すなわち確実に冷却できるようにし、
加工能率はボールエンドミルの回転数と送り速度を大き
くしてカバーするような加工方法が好しい。また面粗度
がさほど悪化しないＺ軸方向切込み量とＸまたはＹ軸方
向のピックフィード量（うず巻きのピッチ）との限界の
組み合せが、切込み量０．１Ｄ以下でピックフィード量
Ｄ／２以下である。

【００５８】従来は、Ｚ軸方向の切込み量を０．２〜
０．４Ｄと比較的大きくし、ピックフィード量を０．１
Ｄと比較的小さくする加工方法が主流であった。１刃当
りの加工体積が大きいので発熱量が大きく、工具寿命が
短かくなり、特に高硬度材の加工には不向きである。

【００５９】上記Ｚ軸方向切込み量０．１Ｄ以下、Ｘま
たはＹ軸方向のピックフィード量Ｄ／２以下のボールエ
ンドミル加工は、高圧クーラントを切削点に噴出させて
行う前述の往復加工にも有効である。また高圧クーラン
トを切削点に噴出させながら前述のボールエンドミルに
よる穴あけ加工や、Ｚ軸方向切込み量０．１Ｄ以下、ピ
ックフィード量Ｄ／２以下の加工等を金型鋼や焼入れ鋼
のような高硬度材や高靱性材でなる難削材ワークに施こ
すことができる。従来研削加工や放電加工でしか加工す
ることのできなかったことが、切削加工によって気軽に
達成できるのである。

【００６０】次に、ＮＣプログラムに従って前述の各種
の加工を行うことを考える。穴あけ加工、ポケット加
工、溝加工等比較的単純形状をしており、また繰り返し
使用実行されるので、これに対応するＮＣプログラム
は、前述の加工方法を網羅した形で予め標準化してサブ
プログラム化しておくと良い。図１４を参照して、本発
明のＮＣ制御装置について説明する。ＮＣ制御装置１０
０は、主（メイン）プログラム部１１０と副（サブ）プ
ログラム部１２０と、プログラム実行部１３０と、Ｘ−
Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部１４０と、工具主
軸のＺ軸のためのサーボ制御部１５０と、クーラント制
御部１６０とを具備して構成されている。

【００６１】副プログラム部１２０は、穴あけ加工、ポ
ケット加工、溝加工等の標準的な切削加工に対応する複
数の標準プログラム１２１、１２２、１２３、．．、１
２Ｎを具備している。プログラム実行部１３０において
主プログラム部１１０のプログラムが実行される。そし
て、実施すべき加工に対する標準プログラム１２１、１
２２、１２３、または１２Ｎが適宜に選択される。こう
して主プログラムおよび標準プログラムがプログラム実
行部１３０において実行される。プログラム実行部１３
０から、Ｘ−Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部１４
０と、Ｚ軸のためのサーボ制御部１５０と、クーラント
制御部１６０へ、各々の制御対象のための信号が送信さ
れる。

【００６２】Ｘ−Ｙテーブル４２のためのサーボ制御部
１４０は、切削工具１２をＸ−Ｙテーブル４２に固定さ
れたワーク（図１４には図示されていない）に対して送
るための送り手段４１に制御信号を送信する。送り装置
４１は、サーボモータとボールネジ（図示せず）とを有
する通常の送り装置により構成される。送り装置４１に
よりＸ−Ｙテーブル４２は、ＸまたはＹ軸の方向に送ら
れ、これにより切削工具１２がワークに対して所定経路
に沿って送られる。

【００６３】Ｚ軸のためのサーボ制御部１５０は、切削
工具１２をＺ軸方向に送るための手段４３に制御信号を
送信する。送り装置４３は、サーボモータとボールネジ
（図示せず）とを有する通常の送り装置により構成され
る。また、クーラント制御部１６０からクーラント供給
源１１に制御信号が送信され、これによりクーラント供
給源１１が供給するクーラントの圧力と流量とを制御す
る。

【００６４】例えばボールエンドミルによる穴あけ加工
の場合、最初に使用工具径、加工すべき穴の内径および
深さを指定しさえすれば、ＮＣプログラムの途中におい
て、穴あけ加工のサブプログラムを呼び出し、工具経路
や切込み量等をいちいち指定しなくても自動的に所望の
穴あけ加工が完了する。すなわち、高圧クーラントが噴
射され、穴あけ加工はボールエンドミルを用い、ワーク
との間で螺旋状にかつダウンカットになるように相対移
動が自動的に行われるのである。同様にポケット加工な
らば、使用工具径、加工すべきポケットの大きさと深さ
を指定しさえすれば、ボールエンドミルとワークとをう
ず巻き状にかつダウンカットになるように相対移動を自
動的に行う。溝加工の場合は、使用工具径、加工すべき
溝幅と溝長さ、溝深さ等を指定しさえすれば、直径Ｄの
ボールエンドミルのＺ軸方向の切込み量０．１Ｄ以下、
必要であればピックフィード量Ｄ／２以下にしてダウン
カットする等の加工条件の設定が自動的に行われる。こ
のサブプログラム化は、ＮＣ装置のマクロプログラム機
能を用いて行うとより好都合である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の切削加工
方法および装置によれば、切削工具のシャンク外周に形
成したクーラント供給溝に流通させた高圧クーラントは
切刃部のすくい面に直接的に当たるように噴出されるの
で、切削加工中、常に充分な圧力、流量の高圧クーラン
トが途中の切刃部やワークの形状に妨げられることなく
確実に切刃のすくい面に供給される。したがって、切削
加工部における切削熱を保有する切屑を迅速かつ確実に
排出され、切削工具が効果的に冷却される。

【００６６】また、奪熱効果が大きいので切削工具の寿
命が伸び、経済的である。また本発明によれば、切削工
具の長さや工具径によりクーラントの噴出位置や角度を
変える必要がないので自動化が達成し易くなった。更に
本発明によれば、回転する切削工具をＸ軸またはＹ軸方
向に移動させながらＺ軸方向の切込みを与える方法や、
等高線輪郭加工の採用、ボールエンドミルとワークとを
螺旋状に、かつ、ダウンカットになるように送る穴あけ
加工方法の採用、ボールエンドミルのＺ軸方向切込み量
は０．１Ｄ以下、ピックフィード量はＤ／２以下となる
加工方法の採用等により、加工能率と面粗度の向上を達
成できた。また金型鋼や焼入れ鋼のような高硬度材また
は高靱性材でなる難削材ワークの切削加工も達成でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切削加工装置の構成図である。

【図２】本発明によるエンドミルの一例を示す図であ
る。（ａ）は正面図である。（ｂ）は図２（ａ）のＡ−
Ａに沿う断面図である。

【図３】本発明によるボールエンドミルの一例を示す図
である。（ａ）は正面図である。（ｂ）は図３（ａ）の
Ｂ−Ｂに沿う断面図である。

【図４】本発明によるドリルの一例を示す図である。
（ａ）は正面図である。（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃに
沿う断面図である。

【図５】本発明によるフライスカッタの一例を示す図で
ある。（ａ）は正面図ある。（ｂ）は図５（ａ）のＤ−
Ｄに沿う断面図である。

【図６】本発明のクーラントの作用を示す説明図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例を示す図である。（ａ）は
工具ホルダの中心軸に沿う断面図である。（ｂ）は図７
（ａ）のＥ−Ｅに沿う断面図である。

【図８】本発明の別の実施例を示す図である。（ａ）は
工具ホルダの中心軸に沿う断面図である。（ｂ）は図８
（ａ）のＦ−Ｆに沿う断面図である。

【図９】等高線輪郭加工による切削加工方法の説明図で
ある。

【図１０】往復加工による切削加工方法の説明図であ
る。

【図１１】２種類の切削加工方法を対比して示す図であ
る。（ａ）はダウンカットの説明図である。（ｂ）はア
ップカットの説明図である。

【図１２】ボールエンドミルによる穴あけ加工の説明図
である。

【図１３】ボールエンドミルによるポケット加工の説明
図である。

【図１４】本発明のＮＣ制御装置の概略ブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１…工具主軸５…工具ホルダ９…パイプ１０…流体回転継手１１…クーラント供給源１２…エンドミル１３…クーラント供給溝１４…切刃１６…シャンク１８…工具装着孔２１…コレット２２…すり割り２３…リング２４…凹溝Ｗ…ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具本体外周にシャンク部の後端から先
端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行に少なくとも
１本の直線状で凹形状のクーラント供給溝を刻設したエ
ンドミルを工具ホルダに装着し、前記工具ホルダの切削工具装着孔に高圧クーラントを導
入し、前記エンドミルのクーラント供給溝内に前記高圧クーラ
ントを流通させ、前記エンドミル先端の切刃部のすくい面にクーラントが
直接当たるように前記高圧クーラントを噴出し、前記エンドミルを高速回転させながら所定の浅切込みで
かつ工具とワークとを高速相対移動させて切削加工を行
い、切削加工によって発生する切削熱が前記エンドミルに伝
達される前に切削屑を前記クーラントで吹き飛ばし、前記エンドミルの切刃部の温度上昇を極力押さえてワー
クをフライス加工する切削加工方法。
【請求項２】前記切削加工のＺ軸方向の切込みは、Ｘ
軸またはＹ軸を移動させながら前記所定の浅切込みで等
高線輪郭または螺旋状加工になるように行う請求項１に
記載の切削加工方法。