JPS60500607A - Machining method and equipment - Google Patents
Machining method and equipmentInfo
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- JPS60500607A JPS60500607A JP59501289A JP50128984A JPS60500607A JP S60500607 A JPS60500607 A JP S60500607A JP 59501289 A JP59501289 A JP 59501289A JP 50128984 A JP50128984 A JP 50128984A JP S60500607 A JPS60500607 A JP S60500607A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 加工方法及び装置 1更豊直1 本発明は機械加工に係わり、更に詳しくは動力レベルを低下させ、工具の寿命お よび効率を高めて旋削、ポーリング、形削りおよびミリングのような金属加工作 業を実施するための改良せる方法および装置に関する。[Detailed description of the invention] Processing method and equipment 1 Soho Nao 1 The present invention relates to machining, and more particularly to reducing power levels and improving tool life. Metalworking operations such as turning, poling, shaping and milling with increased efficiency The present invention relates to an improved method and apparatus for carrying out the work.
カッティング工具は一般に保持具および1つもしくはそれ以上のカッティングイ ンサートを含んでなり、カッティングインサートはそれぞれ1つもしくはそれ以 上の力、ツテイングエッジで終端する1つの面を有する。保持具は所定位置にカ ッティングインサートをクランプするためのソケットを有して形成されており、 旋削、ポーリング、形削りおよびミリングのような金属加工作業においてインサ ートのカッティングエツジが被加工材と係合し、金属チップを除去できるように なっている。チップは複数の金属薄片からなり、これらの金属薄片は被加工材か ら切除されると剪断面に沿って互いに滑動する。チップを構成するこれらの金属 薄片のこのような剪断運動はかなりの量の熱を発生する。事実、チップにおける 剪断面に沿って発生される熱は、インサートのカッティングエツジが被加工材に 接触したときの削摩によって生じる熱よりも一層大きくなり得る。A cutting tool generally includes a holder and one or more cutting tools. each cutting insert having one or more cutting inserts. The upper force has one surface terminating in the cutting edge. The retainer is locked in place. formed with a socket for clamping the fitting insert, Inserts are used in metal processing operations such as turning, polling, shaping and milling. so that the cutting edge of the cutter engages the workpiece and removes metal chips. It has become. The chip consists of multiple metal flakes, and these metal flakes are different from the workpiece material. When they are cut apart, they slide against each other along the shear plane. These metals that make up the chip Such shearing motion of the flakes generates significant amounts of heat. In fact, in chips The heat generated along the shear plane is absorbed by the cutting edge of the insert into the workpiece. The heat generated by abrasion on contact can be even greater.
2 特表昭GO−500GO7(4) 機械工具のカッティングインサートが不具合となる主原因はカッティングインサ ートと被加工材との間の削摩、およびクレータ−発生として知られている問題に よる。2 Special cover Sho GO-500GO7 (4) The main cause of defects in cutting inserts of machine tools is the cutting insert. abrasion between the cutter and the workpiece, a problem known as cratering. evening.
クレータ−発生はチップに生じたすさまじい熱およびこのチップがカッティング インサートと係合することによって起きる。チップを形成する金属が被加工材か ら剪断される際、この金属はインサートの上面と摩擦係合し、成る場合にはイン サートを所定位置に固定している工具保持具のソケット部分とも摩擦係合する。The crater is caused by the tremendous heat generated in the chip and the cutting of this chip. This occurs by engaging the insert. Is the metal that forms the chip the workpiece material? When sheared, this metal frictionally engages the top surface of the insert and, if present, It also frictionally engages the socket portion of the tool holder that secures the seat in place.
多くのインサートは上面にチップ破壊溝を有しており、このチップ破壊溝はチッ プと係合してこれをインサート面の少なくとも一部分および工具保持具のソケッ ト部分にて上方へ引き離すように曲げるために備えられている。しかしながらチ ップ破壊溝を備えていても、カッティングエツジより内側のインサート上面の少 なくとも一部分はチップの最も熱い部分と摩擦係合する。この摩擦係合およびチ ップに生じたすさまじい熱のために、インサートの上面ではその材料が溶融して 運び去られてしまい、インサートに溝やクレータ−か形成されてしまうのである 。これらのクレータ−が−構成る深さに達すると、インサート全体としては被加 工材との削摩のためにそのカッティングエツジおよび側面に沿ってクラックを発 生することになり、これは直ちに不具合に導くのである。近年このクレータ−発 生は、チタニウムのような超硬質合金の開発および多方面での使用によって特に 問題となってきている。Many inserts have a chip break groove on the top surface, and this chip break groove is the insert surface and the socket of the tool holder. It is provided so that it can be bent upwardly at the top part. However, Even if the insert is equipped with a break groove, the small part on the top surface of the insert inside the cutting edge At least a portion is in frictional engagement with the hottest portion of the tip. This frictional engagement and Due to the tremendous heat generated in the top of the insert, the material melts on the top surface of the insert. This results in the formation of grooves and craters in the insert. . When the depth of these craters is reached, the insert as a whole is Cracks develop along the cutting edges and sides due to abrasion with the workpiece. This immediately leads to problems. In recent years, this crater The development of ultra-hard metals such as titanium and their versatile use has made This is becoming a problem.
クレータ−発生および摩耗を避けるためにカッティングインサート−被加工材の 界面、そしてカッティングインサートとチップとの間の冷却および潤滑を行う従 来の試みは、単に僅かな工具寿命および効率の向上を与えただ(プである。従来 技術における1つの方法は、カーバイドスチールのような高強度金属でインサー トを形成することである。カーバイドインサートは非常に硬いが脆く、容易に割 れるので有効性が低い。インサートの潤滑性および強度を向上させるために硬化 セラミックスのような材料が使用されるとともに、カッティングインサートをコ ーティングするための各種の低摩擦被覆が開発されてきた。事実、更に工具寿命 を延ばすために複数のコーティングが施された多くのインサートが現在製造され ている。カッティングインサートのためのより良い材料およびコーティングの開 発は成る程度工具寿命を向上させたが、速度および送り量によって、特にチタニ ウムおよび同様な硬化材料においては、しばしば最も良いカッティングインサー トに取り替えられるべきである。Cutting inserts to avoid cratering and wear interface, and a follower for cooling and lubrication between the cutting insert and the tip. Previous attempts have provided only marginal improvements in tool life and efficiency. One method in technology is to use inserts made of high-strength metals such as carbide steel. The goal is to form a Carbide inserts are very hard but brittle and easily crack. The effectiveness is low. Hardened to improve insert lubricity and strength Materials such as ceramics are used and cutting inserts are Various low friction coatings have been developed for coating. In fact, even tool life Many inserts are now manufactured with multiple coatings to extend the ing. Development of better materials and coatings for cutting inserts Although the tool life has been improved to a certain degree, depending on the speed and feed rate, especially titanium For aluminum and similar hardened materials, the best cutting inserts are often should be replaced by
カッティングインサートの製造において使用されている改良せる材料およびコー ティングに更に加えて、多種ある冷媒のうちの何れか1つの冷媒を低圧な流れと して工具保持具および被加工材にかけるような冷却作業を使用して、カッティン グインサート−被加工材の界面、そしてカッティングインサートとチップとの間 を冷却し潤滑することにより、工具寿命を延ばす試みが行われてきている。典型 的には、カッティング工具および被加工材の上方数α〜土数cm (数インチ) のところにノズルを配置し、このノズルが冷媒の低圧な流れを被加工材、工具保 持具そして発生するチップの上面へ方向決めする。振りかけ冷却として知られる この技術はチップの上面およびカッティングインサートを所定位置に保持するソ ケットのエツジに近い工具保持具部分のみ有効に冷却する。Improved materials and coatings used in the manufacture of cutting inserts In addition to cooling, a low-pressure flow of any one of a wide variety of refrigerants is used. Cutting is performed using cooling operations such as cooling the tool holder and workpiece. Insert-workpiece interface and between cutting insert and tip Attempts have been made to extend tool life by cooling and lubricating the tool. typical Specifically, the number α to the number of cm (several inches) above the cutting tool and workpiece. A nozzle is placed at the Orient to the upper surface of the holder and the resulting chip. known as sprinkle cooling This technique uses a sock to hold the top of the tip and the cutting insert in place. Only the part of the tool holder near the edge of the socket is effectively cooled.
カッティングインサートと接触するチップの下面、および極端に高い熱が実際に 生じるカッティングインサートと被加工材との界面はこの冷媒による影響を受シ ブないで残される。この理由は、最近のミリング機や旋削機の作動速度ではチッ プおよびインサートのカッティングエツジの面積部分において生じる熱がインサ ートのカッティングエツジ付近を流れる以前に冷媒を蒸発させてしまうからであ る。事実、最新のミリング機や旋削機が作動できる送り量および速度は、従来の インサート設計および振りかけ冷却技術による機械加工の限界を遥かに超えてい る。The underside of the tip in contact with the cutting insert, and the extremely high heat actually The resulting interface between the cutting insert and the workpiece is not affected by this coolant. It is left unfilled. The reason for this is that the operating speeds of modern milling and turning machines are The heat generated in the area of the cutting edge of the insert and the insert This is because the refrigerant evaporates before it flows near the cutting edge of the cutter. Ru. In fact, the feed rates and speeds at which modern milling and turning machines can operate are higher than traditional milling and turning machines. Far exceeds the limits of machining through insert design and sprinkling cooling technology. Ru.
ある例では、振りかけ冷却はカッティングインサートの熱損傷を生じる。これは カッティングエツジの直ぐ周囲の非常に熱い部分と工具保持具のソケット内に保 持されているカッティングインサートの冷たい内部との間に非常に大きな温度勾 配が発生ずることに原因する。冷媒は蒸発する以前にカッティングインサート部 分に到達できず、従って工具保持具に保持されているカッティングエツジと反対 側のインサート部分のみ有効に冷却するだけである。カッティングエツジとカッ ティングインサートの残りの部分との間の極めて大きな温度差が熱損傷を生じし めるのである。In some instances, sprinkle cooling results in thermal damage to the cutting insert. this is Store in very hot areas immediately surrounding the cutting edge and in the socket of the tool holder. There is a very large temperature gradient between the cold interior of the cutting insert and the This is caused by the occurrence of The refrigerant enters the cutting insert before it evaporates. opposite to the cutting edge which cannot reach the minute and is therefore held in the tool holder. Only the side inserts are effectively cooled. Cutting edge and cut Extremely large temperature differences between the insert and the rest of the insert can cause thermal damage. It's a matter of time.
従来の冷却方法を改良する1つの方法はピボットに付与された米国特許第2.6 !53.517号に見出せる。One method to improve upon conventional cooling methods is U.S. Patent No. 2.6, issued to Pivot. ! 53.517.
この特許は被加工材と、チップが形成される部分であるインサート側方下側のカ ッティングインサートの後端即ち後縁と、の間の位置に秒速的80TrL(秒速 約260フイート)の速度で冷却液を付与する方法およびソケットを教示してい る。この方法はまた独国特許第3.004,166号に記載されている。この冷 却方法による問題は、カッティ、ングインサートにクレータ−が発生し、温度が 高くなる部分、即ちインサートの上面と発生したチップの下側との間に冷媒が導 かれないことである。カッティングインサートの下側に冷媒を導くことはチップ とカッティングインサートとの間の摩擦係合を殆どまたは全く低減しない。This patent covers the workpiece and the cover on the lower side of the insert where the chip is formed. At a position between the rear end or trailing edge of the fitting insert, there is a teaches a method and socket for applying coolant at a speed of approximately 260 feet). Ru. This method is also described in German Patent No. 3.004,166. this cold The problem with the heating method is that craters form on the cutting insert and the temperature rises. Coolant is introduced between the elevated part, i.e. the top surface of the insert and the bottom side of the generated chip. It is not possible. The tip guides the refrigerant to the underside of the cutting insert. and the cutting insert.
他の方法はリリーに付与された米国特許第4,302.135号に教示されてい る。リリーの回転カッティング工具はシャンク部およびカッティング部を有して 形成されたボデーを含み、シャンク部およびカッティング部を通して長手方向に 孔が延在されていて、シャンク部に入口が、またカッティング部に出口が形成さ れている。カッティング部分の底面には出口半径方向外側へ延在せる間隔を置い た溝が形成されており、これらの溝はカッティングインサートを取付けるための ソケットにて終端している。これらの溝はカッティングインサート内に形成され てインサートのカッティングエツジへ導かれている溝と整合されている。冷媒は 中央通路を通ってポンプ推進され、溝を通って半径方向外側へ方向決めされ、そ の後カッティングインサート内の冷媒が流れる溝に沿って工具ボデーにより半径 方向へ偏向される。Another method is taught in U.S. Pat. No. 4,302.135 to Lilly. Ru. Lily's rotary cutting tool has a shank part and a cutting part. including the formed body and extending longitudinally through the shank and cutting section. The hole is extended, with an inlet in the shank and an outlet in the cutting part. It is. A space is placed on the bottom of the cutting part so that it extends outward in the radial direction of the exit. grooves are formed and these grooves are for mounting cutting inserts. It terminates in a socket. These grooves are formed within the cutting insert is aligned with the groove leading to the cutting edge of the insert. The refrigerant is Pumped through a central passage and directed radially outward through a groove, the After the cutting insert, the tool body creates a radius along the groove in which the coolant flows. deflected in the direction
リリーの回転工具によって、カッティングインサート−被加工材の界面部分へ高 速高圧の冷媒の流れを方向決めする試みがなされた。不幸にして、リリーの特許 に提供された構成ではカッティング作業により生じる強い熱のために冷媒をカッ ティングエツジ−被加工材の界面、或いはその部分のチップへ到達させ得なかっ た。リリーにおいて中央通路からカッティングインサートへ至る冷媒の流れは本 質的に制限されていない。一旦冷媒が中央通路の出口から放出されると、圧力お よび速度が甚だしく低下する。この理由は、リリーの工具のカッティング部分の ベースにおける横断面積が中央孔に比較して大きく、工具により既にカッティン グされた面積部分へ各インサートが回転する際に冷媒の流れが大気解放されるか らである。この圧力および速度のかなりの低下により、リリーにおいて備えられ ている冷媒の流れは、大きな熱が発生されるカッティングエツジ−被加工材の界 面のその面積部分に到達する前に容易に蒸発してしまう。それ故、リリーの発明 は本質的には振りかけ冷却であり、これにおいて達成される冷却はボディーのカ ッティング部分における半径方向溝の端部に直ぐ隣接せるカッティングインサー トの部分、および/またはその位置に達したカッティングエツジ−被加工材の界 面から外方へ進むチップに限られる。Lilly's rotary tool provides high height to the cutting insert-workpiece interface. Attempts have been made to direct the flow of high velocity, high pressure refrigerant. Unfortunately, Lilly's patent The configuration offered in Cutting edge - cannot reach the interface of the workpiece or the chip in that area Ta. In Lilly, the flow of refrigerant from the central passage to the cutting insert is Not qualitatively limited. Once the refrigerant is released from the center passage outlet, the pressure and speed will be significantly reduced. The reason for this is that the cutting part of Lily's tool The cross-sectional area at the base is larger than that of the center hole and has already been cut by the tool. Is the flow of refrigerant released to the atmosphere as each insert rotates into the defined area? It is et al. This significant reduction in pressure and velocity allows for The refrigerant flow that It easily evaporates before reaching that area of the surface. Hence Lily's invention is essentially sprinkle cooling, in which the cooling achieved is based on the cover of the body. Cutting insert immediately adjacent to the end of the radial groove in the cutting section the cutting edge that has reached that point and/or the boundaries of the workpiece. Limited to chips that advance outward from the surface.
上述した従来のカッティングインサートの設計、そして冷却および潤滑の方法、 或いはその他の何れかの知られている方法を使用して低、中または硬質の合金金 属を機械加工する場合は、達成できる機械加工速度は機械工具の許容性能よりも 著しく小さい。例えば、航空機用ジェットエンジンに使用する合金鋼材料を機械 加工するのに使用される通常可能な、工具は、1分間当り16.4am (10 in3)迄切削するのに1回転当り0.0254〜0. 1 27m (0,0 01〜0. 005in)の範囲のチップ荷重で表面速度が1分間当り6〜61 711(20〜200m)にて機械加工可能である。これらの機械加工速度は従 来使用できた工具に関して推奨される典型的な速度であり、このような推奨され る速度から外れた加工はカッティングインサートの強度を遥かに超えた高い荷重 およびひどい劣化が生じることによって、悲劇的な不具合を発生することになる 。このような機械加工の速度は既存のカッティングインサートおよび振りかけ冷 却を使用する場合に理由があると考えられるが、既存の機械工具の性能に対して 更に合致するように改良し、電気化学的エツチングやグラインド加工のようなコ ストが高くなる機械加工の方法を使用しないように改善することが望ましい。The conventional cutting insert design and cooling and lubrication methods described above; or low, medium or hard alloy gold using any other known method When machining metals, the machining speed that can be achieved is higher than the permissible performance of the machine tool. Noticeably small. For example, we can machine alloy steel materials used in aircraft jet engines. Typically capable of tools used to machine 16.4 am per minute (10 0.0254 to 0.025mm per rotation to cut up to 1 27m (0,0 01~0. Surface speed is 6 to 61 per minute with chip load in the range of 0.005 in. 711 (20-200m). These machining speeds These are the typical speeds recommended for tools that have been available in the past; Machining at a speed far beyond the cutting speed will result in a high load that far exceeds the strength of the cutting insert. and severe deterioration, leading to tragic failures. . The speed of such machining is faster than existing cutting inserts and sprinkle cooling. There may be reasons for using the Further improvements are made to match, and processes such as electrochemical etching and grinding are It is desirable to avoid using machining methods that increase costs.
機械加工工具の工業分野で知れわたっている他の問題は、カッティングインサー トおよび保持具の部分からチップを除去することである。好ましくは、チップは 被加工材から剪断されたならば50.8# (2in)もしくはそれ以下の長さ の部片に破断されねばならない。もしチップが破断されずに連続した長居状態に 形成されるならば、チップはカッティングインサート、工具保持具および/また は被加工材の周りに巻きついて工具の損傷を発生したり、またはチップが押しつ けられて束となった部分を掃除するために少なくとも定期的に機械加工の作業を 中断しなければならない。Another problem known in the machining tool industry is cutting inserts. the tip and the retainer. Preferably, the tip is 50.8# (2in) or less if sheared from the workpiece must be broken into pieces. If the chip remains in a continuous state without being broken, Once formed, the chip will fit into the cutting insert, tool holder and/or may wrap around the workpiece and cause damage to the tool, or may cause the insert to become compressed. At least periodically carry out machining operations to clean the parts that have been scraped and bunched up. must be interrupted.
このチップの除去に係わる問題を解決する従来の試みは、チップ破断溝を有する カッティングインサートの様様な設計に限られており、このチップ破断溝とはカ ッティングエツジに直ぐ隣接せるカッティングインサート上面に形成された溝で ある。チップ破断溝は、被加工材から剪断されたチップと係合してこれをカッテ ィングインサートの表面から離れるように上方へ曲げ、これによりチップが破砕 されるようになす。成る種の適用においては成る種のチップ破断溝の設計により 許容できる性能を達成できるが、材料、機械の種類、カッティング深さ、送り量 および速度が相違するような機械加工作業の変化に対しては全ての適用において 有効となるような1つのチップ破断溝の設計は実際に不可能である。このことは 、当工業分野において遭遇する様々な機械加工状態を許容するように意図された 現在使用できる多数のチップ破断溝の設計からも明白である。もしできたとして も特定の適用のために適当なカッティングインサートを選択することは高価とな り、困難な問題を生じる。Previous attempts to solve this chip removal problem have included chip breaking grooves. Limited to various designs of cutting inserts, this chip break groove is A groove formed on the top surface of the cutting insert that is immediately adjacent to the cutting edge. be. The chip breaking groove engages and cuts chips sheared from the workpiece. bending the tip upward away from the surface of the insert, which causes the chip to fracture. Do what you want. Due to the design of the chip breaking groove in the application of Although acceptable performance can be achieved, the material, machine type, cutting depth, and feed rate and for variations in machining operations such as speed differences in all applications. It is practically impossible to design a single chip break groove that would be effective. This thing is , intended to tolerate the variety of machining conditions encountered in the industry. This is evident from the large number of chip break groove designs currently available. If I could Even selecting the appropriate cutting insert for a particular application can be expensive. This creates difficult problems.
λ更囚11 本発明の広義な概念によれば、カッティングインサートの上面と発生するチップ の下面との間にチップの下方から高速度で冷媒を付与して、切削、ポーリング、 旋削、ミリング、溝加工、ねじ切り加工或いはドリル加工のような機械加工作業 を実施するように方法および装置が改良される。λ prisoner 11 According to the broad concept of the invention, the upper surface of the cutting insert and the generated chip Coolant is applied from below the chip at high speed between the bottom surface of the chip and the cutting, poling, Machining operations such as turning, milling, grooving, threading or drilling Methods and apparatus are improved to perform.
本発明の更に特定の概念によれば、機械加工作業の間に生じるチップが効果的に 冷却され、比較的短い長さの部片に被加工材から破砕される一方、機械加工作業 を実行するカッティングインサートの面は潤滑および冷却されるような、被加工 材を機械加工するための方法および装置が提供される。この装置は、少なくとも 1つの解放オリフィスを有して形成さむた前端を有する工具保持具を含んでなる 。工具保持具は、カッティングエツジで終端する面を有するカッティングインサ ートを取りつけるためのソケットを含んでなる。カッティングインサートは回転 する被加工材と係合してチップを形成し、このチップがカッティングインサート の面および解放オリフィスに重なるようになされる。カッティングインサートの 上面およびチップの下面に治って高速度で冷媒を解放オリフィスから噴出させる ための装置が備えられる。According to a more particular concept of the invention, chips generated during machining operations are effectively While the workpiece is cooled and broken into pieces of relatively short length, the machining operation The surface of the cutting insert to be machined is lubricated and cooled. A method and apparatus for machining material is provided. This device has at least a tool holder having a barbed front end formed with one release orifice; . The tool holder is a cutting insert having a surface terminating in a cutting edge. Contains a socket for attaching a seat. Cutting insert rotates The cutting insert engages with the workpiece to form a chip. and the release orifice. cutting insert The top surface and the bottom surface of the chip allow refrigerant to be ejected from the release orifice at high velocity. Equipment will be provided for this purpose.
本発明の装置の更に特定の概念によれば、カッティング作業は予め定めた送り量 および切削深さで実行される。According to a more particular concept of the device of the invention, the cutting operation is carried out by a predetermined feed rate. and depth of cut.
良く知られているように、送り量は被加工材の回転毎に工具保持具によって移動 される距離である。好ましくは、保持具に形成された解放オリフィスがカッティ ングエツジから送り量の約6〜10倍の範囲の距離を隔てられるように、または 被加工材の回転毎の保持具による移動距離の約6〜10倍の範囲の距離を隔てら れるように、カッティングインサートが保持具に取りつけられるのである。解放 オリフィスは断面が円形でも非円形でも良い。As is well known, the feed rate is moved by the tool holder each time the workpiece rotates. distance. Preferably, the release orifice formed in the retainer is so that the distance from the cutting edge is approximately 6 to 10 times the feed rate, or Separate the workpiece by a distance approximately 6 to 10 times the distance moved by the holder each time the workpiece rotates. The cutting insert is attached to the holder so that the cutting insert is attached to the holder. release The orifice may have a circular or non-circular cross section.
もし円形であるならば、カッティングインサートにより切削される深さにほぼ等 しい直径に解放オリフィスが形成されるのが好ましい。非円形であるオリフィス は短い軸長および長い軸長を有する断面に形成される。非円形であるオリフィス の長い軸長寸法はカッティングインサートにより切削される深さにほぼ等しいこ とが好ましい。If it is circular, it will be approximately equal to the depth cut by the cutting insert. Preferably, the release orifice is formed to a desired diameter. Orifice that is non-circular is formed in a cross section with a short axial length and a long axial length. Orifice that is non-circular The long axial length of the cutting insert is approximately equal to the cutting depth. is preferable.
本発明の更に他の概念によれば、工具保持具へ冷媒を送るための手段および工具 保持具を通して冷媒を送り、高速度で解放オリフィスから噴出させるための手段 が提供される。冷媒は一端が保持具に接続され他端が高圧ボ1 ンブに接続された導管により送られる。ポンプおよび導管は秒速6〜61m(2 0〜40フイート)の範囲の速度で冷媒を工具保持具へ送るような寸法とされる のが好ましい。冷媒は工具保持奥内を、一端が導管に接続された主通路、この主 通路と解放オリフィスとの間に配置された中間通路を通して送られる。好ましく は、中間通路の壁面は円錐形となるように主通路から解放オリフィスへ向けてテ ーパーを付形される。中間通路の壁面で形成される解放オリフィスにおける角度 は約20度以下であることが好ましい。解放オリフィスが円形断面であると仮定 すれば、中間通路の長さは解放オリフィスの直径の大体20倍であるのが好まし い。更に、中間通路の壁面は知られている様々な方法の何れかによって高度に研 き上げられる。中間通路に係わる寸法、円錐形および研磨壁面は主通路およ′! j導管内の流速の10倍程度に迄冷媒速一度を主通路および解放オリフィスの間 で増速するのであり、これは以下に詳細に述べるように特定の機械加工条件によ って定められるのである。According to yet another concept of the invention, means and tools for delivering coolant to a tool holder. A means for directing refrigerant through a retainer and ejecting it from a release orifice at high velocity. is provided. One end of the refrigerant is connected to the holder and the other end is connected to the high pressure bottle 1. is sent by a conduit connected to the tube. Pumps and conduits run at speeds of 6 to 61 m/s (2 Dimensioned to deliver coolant to the tool holder at a velocity ranging from 0 to 40 feet) is preferable. The refrigerant is routed inside the tool holding area through a main passage connected to a conduit at one end. is routed through an intermediate passageway disposed between the passageway and the release orifice. preferably The wall of the intermediate passage is tapered from the main passage to the release orifice so that it has a conical shape. The paper is shaped. Angle at the release orifice formed by the wall of the intermediate passage is preferably about 20 degrees or less. Assuming that the release orifice has a circular cross section The length of the intermediate passage is then preferably approximately 20 times the diameter of the release orifice. stomach. Additionally, the walls of the intermediate passageway may be highly polished by any of a variety of known methods. It is lifted up. The dimensions, conical shape and polished wall surface of the intermediate passage are the same as those of the main passage! j Once the refrigerant velocity is increased to about 10 times the flow velocity in the conduit between the main passage and the release orifice. This depends on the specific machining conditions, as detailed below. It is determined that
本発明の更に他の概念によれば、機械加工方法が開示されるのであり、これにお いて高速、高圧の冷媒噴射がカッティングインサートの上面と、このインサート により被加工材から剪断されるチップの下面との間へチップの下方およびチップ により覆われる位置から指向される。According to yet another concept of the present invention, a machining method is disclosed, which includes: A high-velocity, high-pressure refrigerant jet is applied to the top surface of the cutting insert and this insert The lower part of the chip and the lower part of the chip are sheared from the workpiece by Directed from a position covered by.
ここで工具保持具に形成された解放オリフィスはカッティングインサートのカッ ティングエツジに関係して位置2 決めされるのであり、カッティング作業により発生するチップが解放オリフィス の上に重なるよろに位置沖詰六れる。実際には、被加工材によって形成された包 囲空間即ち間隙が解放オリフィス、カッティングインサートの上面、チップおよ び工具保持具の下方の周囲に形成される。解放オリフィスからの高圧且つ高速な 冷媒噴射はこの間隙内に限られ、チップが被加工材から切削される迄のエネルギ ー損失を最小限度とするようになっている。Here the release orifice formed in the tool holder is inserted into the cutter of the cutting insert. Position 2 in relation to the edge The chips generated by the cutting operation are released into the orifice. It is placed in a position that overlaps the top. In reality, the envelope formed by the workpiece The surrounding space or gap is located between the open orifice, the top surface of the cutting insert, the tip and and the lower periphery of the tool holder. High pressure and high velocity from the release orifice The coolant injection is limited to this gap, and the energy required until the chip is cut from the workpiece is reduced. – losses are kept to a minimum.
従来の機械加工工具および冷却技術を上回るいくつかの利点は、高速高圧の冷媒 ジェットが被加工材から形成されつつあるチップの下方の制限された部分即ち間 隙に噴射されるという本発明による機械加工方法によって与えられる。形成され つつあるチップの直ぐ下方の位置で高圧高速に維持することにより、冷媒ジェッ トはカッティングインサートル被加工材の界面における摩削および形成されるチ ップにおける剪断運動で発生する熱バリヤを通過できることが見出されている。Several advantages over traditional machining tools and cooling techniques include high-velocity, high-pressure refrigerant A limited area or space below the chip where the jet is forming from the workpiece. This is provided by the machining method according to the invention in which the gap is injected. formed The refrigerant jet is maintained at high pressure and high speed just below the growing chip. Cutting inserts are caused by abrasion and formed chips at the interface of the workpiece. It has been found that the thermal barrier created by the shearing motion in the cup can be passed through.
チップの下方により与えられる大きな面積空間、そしてチップおよび冷媒の間の 極iな温度差のために、チップおよび冷媒の間に速やかな熱伝達が起こる。チッ プ温度は急激、0.1秒或いはそれ以内、に低下し、セミプラスチックの格子構 造が分断された分子構造として実際に凝固されるものと信じられる。このことは 非常に脆いチップを形成することになり、このチップは通常の格子構造のチップ よりも被加工材から容易に破断できることになる。インサート−被加工材の界面 、およびチップから熱を導く過程において、冷媒は一部が蒸発する。冷媒ジェッ トが本質的に閉じられた間隙内に噴射されるので、解放オリフィスから連続して 噴射される新たな冷媒によって与えられる圧力に加えて、チップの下方には蒸発 した冷媒によってかなりの蒸気圧が発生する。蒸発した冷媒および導管を通じて のライン圧の合成圧力がチップの下方の閉じた間隙内に蓄積され、これがチップ を被加工材から破断するとともにカッティング部分から除去するのである。Larger area space provided below the chip and between the chip and the refrigerant Due to the extreme temperature difference, rapid heat transfer occurs between the chip and the coolant. Tsk The temperature drops rapidly, within 0.1 seconds or less, and the semi-plastic lattice structure It is believed that the structure is actually solidified as a molecular structure in which the structure is fragmented. This thing is This results in the formation of a very brittle chip, which is different from a normal lattice structure chip. This means that it can be easily broken from the workpiece. Insert-workpiece interface , and in the process of conducting heat from the chip, some of the refrigerant evaporates. refrigerant jet is injected into an essentially closed gap, continuously from the release orifice. In addition to the pressure provided by the new refrigerant being injected, evaporation occurs below the chip. The refrigerant generated generates considerable vapor pressure. through evaporated refrigerant and conduits The resultant line pressure of is accumulated in the closed gap below the tip, which The material is broken from the workpiece and removed from the cutting area.
少なくとも成る程度の冷媒ジェットは蒸発しないで、この閉じた間隙内をカッテ ィングインサーl〜の上面に沿って薄いフィルム状に高速度で流れることが見出 されている。冷媒のこの薄いフィルムは2つの働きをなす。まず第一に、この冷 媒フィルムの成る量はカッティングエツジ−被加工材の界面に到達し、カッティ ングエツジおよび被加工材の両者の微視的な不規則な間隙面間を流れる。このこ とが成る程度の潤滑を与え、そこに発生している熱を除去する。第二として、カ ッティングインサートの上面の上のこの薄い冷媒フィルムは形成されるチップに 対して動的流体圧力を作用し、チップをインサートとの接触から外れるように上 方へ押しやる傾向を見せる。At least some of the refrigerant jet cuts through this closed gap without evaporating. It was found that the thin film flows at high speed along the top surface of the cutting insert l~. has been done. This thin film of refrigerant performs two functions. First of all, this cold The amount of media film reaches the cutting edge-workpiece interface and the cutting edge It flows between the microscopically irregular interstitial surfaces of both the edge and the workpiece. this child It provides enough lubrication to remove the heat generated there. Secondly, This thin coolant film on the top surface of the cutting insert is Apply dynamic fluid pressure to the tip to lift it out of contact with the insert. Shows a tendency to push people towards others.
このことがカッティングインサートの摩耗を低減し、チップがインサートと係合 して発生するクレータを低減する。This reduces wear on the cutting insert and allows the tip to engage the insert. and reduce craters that occur.
本発明による方法および装置は、従来の振りかけ冷却技術に対して真の冷却を伴 う機械加工作業を達成するのである。高速高圧冷媒ジェットは発生するチップの 下方の部分に導かれ、本質的にシールされ密閉された間隙内に制限され、これに よりその圧力および速度は最小限の損失で保持される。高速且つ高圧の冷媒ジェ ットをチップの下方でカッティングエツジ−被加工材の界面の直ぐ近くに導くこ とは冷媒ジェットがカッティング部分に生じる蒸気および熱バリヤを通過できる ようになし、これによりカッティングエツジ−被加工材の界面および極度に高い 熱が発生されるチップの有効な冷却が行われるのである。振りかけ冷却はこの蒸 気バリヤを通過できず、それ故にカッティングエツジ−被加工材の界面やチップ に直ぐ近い部分の冷却を達成できない。The method and apparatus according to the invention involves true cooling versus traditional sprinkle cooling techniques. The machining process is accomplished using the same method. High-speed, high-pressure refrigerant jets reduce the amount of chips generated. guided into the lower part and confined within an essentially sealed and closed gap; The pressure and velocity are then maintained with minimal loss. High speed and high pressure refrigerant jet Guide the cutting edge below the tip and close to the cutting edge-workpiece interface. means that the refrigerant jet can pass through the vapor and heat barrier created in the cutting area. This avoids the cutting edge-workpiece interface and extremely high This results in effective cooling of the chip where heat is generated. Sprinkle cooling is done by this steaming. Therefore, the cutting edge-workpiece interface and chips cannot pass through the air barrier. It is not possible to achieve cooling in the immediate vicinity.
図面の説明 この発明の構成、作動および利点は添付図面と関連して以下の説明を考慮するこ とによって更に明白となるであろう。図面において、 第1図は、円筒形のストックピースに切削を行う過程において本発明による回転 保持具を示す、図解の目的のためにかなり誇張して部分的な斜視図:第2図は第 1図に示した回転保持具の部分的斜視図;第3図は切削部分における第1図の拡 大側面図;第3a図はチップを生じるカッティング開始における第1図の拡大側 面図: 第3b図は工具保持具の前端に対して発生せるチップが接触する状態を示す第3 a図に示した側面図:第3C図は発生したチップが工具保持具の上面に沿って移 動する状態を示す第3a図に示した側面図;そして第4図は従来技術の振りかけ 冷却装置の第3図と同様な側面図。Drawing description The structure, operation, and advantages of the present invention may be understood by considering the following description in conjunction with the accompanying drawings. It will become even clearer. In the drawing, FIG. 1 shows the rotation according to the present invention in the process of cutting a cylindrical stock piece. Partial perspective view, heavily exaggerated for illustrative purposes, showing the retainer: FIG. A partial perspective view of the rotary holder shown in Figure 1; Figure 3 is an enlarged view of Figure 1 at the cutting part. Large side view; Figure 3a is an enlarged side of Figure 1 at the beginning of cutting to produce chips. Front view: Figure 3b is a third diagram showing a state in which the chip generated is in contact with the front end of the tool holder. Side view shown in Figure a: Figure 3C shows the generated chips moving along the top surface of the tool holder. The side view shown in Fig. 3a shows the state in which the sprinkler is in motion; and Fig. 4 shows the prior art sprinkling. FIG. 3 is a side view similar to FIG. 3 of the cooling device.
発明の詳細な説明 さて図面を参照すれば、工具保持具10が本発明の方法によって被加工材12を 機械加工するために示されている。被加工材12はチャック(図示せず)に取り つけられており、これは第1図に示す方向へ被加工材12を回転できるようにな っている。工具保持具10は旋削作業用の旋削保持具であるが、本発明による機 械加工方法はその他の作業、例えばミリング、ポーリング、カッティング、溝加 工、ねじ切り加工およびドリル加工に適用でき、ここに示された工具保持具10 は図解のためである。工具保持具10は支持バー14を含み、このバーにはカッ ティングエツジ19で終端する上面17を有するカッティングインサートを受け 入れるためのカットアウト16が形成されている。カッティングインサート18 はクランプ20によりこのカットアウト16内に固定され、こ1.のクランプは 支持バー14のエツジに沿ってインサート18のカッティングエツジ19から間 隔を隔てた位置迄延在している。クランプ20はスクリュー22またはそれ以外 の適当な手段によって支持バー14に@脱可能に固定される。Detailed description of the invention Referring now to the drawings, a tool holder 10 can be used to remove a workpiece 12 according to the method of the present invention. Shown for machining. The workpiece 12 is placed in a chuck (not shown). This allows the workpiece 12 to be rotated in the direction shown in FIG. ing. The tool holder 10 is a turning holder for turning operations, and the tool holder 10 is a turning holder for turning operations. Machining methods can be used for other operations such as milling, polling, cutting, and grooving. The tool holder 10 shown here is applicable to machining, threading and drilling. is for illustration purposes only. The tool holder 10 includes a support bar 14 with a cutter attached to the support bar 14. receives a cutting insert having an upper surface 17 terminating in a cutting edge 19; A cutout 16 is formed for entry. cutting insert 18 is secured within this cutout 16 by a clamp 20, and this 1. The clamp of along the edge of the support bar 14 from the cutting edge 19 of the insert 18. It extends to far away locations. Clamp 20 is screw 22 or other It is removably secured to the support bar 14 by any suitable means.
ボート24がクランプ20のカッティングインサート18と反対側の端部に形成 されており、このボート24は冷媒導管28の一端に接続されているフィッティ ング26を受け入れる。冷媒導管28の他端は以下に詳細を述べる流量および圧 力特性を有する高圧ポンプ30(概略的に示す)に接続されている。解放オリフ ィス32はクランプ20の冷媒導管28と反対側の前@21に形成されている。A boat 24 is formed at the end of the clamp 20 opposite the cutting insert 18. The boat 24 has a fitting connected to one end of the refrigerant conduit 28. 26. The other end of the refrigerant conduit 28 is connected to flow and pressure channels as detailed below. It is connected to a high pressure pump 30 (shown schematically) having a power characteristic. release orif The pipe 32 is formed at the front 21 of the clamp 20 on the opposite side from the refrigerant conduit 28.
図面には1つの解放オリフィス32が示されているが、行われるカッティングに 応じてクランプ20に2つまたはそれ以上の解放オリフィス32が形成され得る ことが予想される。冷媒は冷媒導管28から解放オリフィス32へと、冷媒導管 28の一端に接続された主通路34そしてこの主通路34および解放オリフィス 32の間に形成されている中間通路36を通してクランプ20内を送られる。中 間通路36の内壁面37はまずダイヤモンドペーストでバノ処理され、次に知ら れている蒸着処理によって珪素ガラスのような物質を塗着することで高度に研き 上げられていることが好ましい。中間通路36の内壁面37は約10ミクロンよ りも粗い面であってはならない。Although one release orifice 32 is shown in the drawings, Two or more release orifices 32 may be formed in the clamp 20 accordingly. It is expected that. Refrigerant is passed from the refrigerant conduit 28 to the release orifice 32 through the refrigerant conduit 28. A main passageway 34 connected to one end of 28 and the main passageway 34 and the release orifice. It is passed through the clamp 20 through an intermediate passageway 36 formed between 32 and 32 . During ~ The inner wall surface 37 of the interstitial passage 36 is first treated with diamond paste and then treated with a known It is highly polished by applying a substance such as silicon glass through a vapor deposition process. It is preferable that it be raised. The inner wall surface 37 of the intermediate passage 36 is approximately 10 microns thick. The surface should not be too rough.
ポンプ30、冷媒導管28、そして通路34.36は高速高圧な冷媒ジェットを 発生するような冷媒導管装置を構成し、冷媒ジェットは解放オリフィス32から 噴射される。被加工材を構成する材料の種類による特性、被加工材の回転される 速度および工具保持具10の送り量に応じて特定の圧力および流量を有するポン プ3Qが選定される。特定の適用に関してポンプ30を選定するかの例が以下に 詳しく説明される。冷媒導管28はポンプの流量特性から寸法法めされ、6〜1 2.277L/5(20〜40f/s (フィート7秒))の速度を有してポン プ3oからクランプ20のボート24へ流れる冷媒流を生じるようになされる。Pump 30, refrigerant conduit 28, and passages 34, 36 provide high velocity, high pressure refrigerant jets. A refrigerant conduit arrangement is configured such that the refrigerant jet is emitted from the release orifice 32. Injected. Characteristics depending on the type of material that makes up the workpiece, and the rotation of the workpiece A pump with a specific pressure and flow rate depending on the speed and feed rate of the tool holder 10. 3Q is selected. An example of how to select a pump 30 for a particular application is below. Explained in detail. The refrigerant conduit 28 is sized based on the flow characteristics of the pump, and has a diameter of 6 to 1 Pump with a speed of 2.277L/5 (20-40 f/s (7 seconds)) This is done to create a coolant flow from the pipe 3o to the boat 24 of the clamp 20.
この速度において冷媒は最小限の乱れおよび抵抗による小さな損失のもとに冷媒 導管に沿って流れることが見出されている。本発明の好ましい実施例においては 、クランプ20に形成される主通路34の直径は冷媒導管28の直径に大体等し い。このことは工具保持具10の主通路′36内で冷媒が6〜12.2m/s (20〜40f/s)の速度を維持し、乱れを回避することを確実にする。導管 28や主通路34を円形断面に形成する必要はないが、工具保持具10の機械加 工を容易にするために、また標準の導管やホースを使用可能にできることから、 円形断面が好ましい。At this speed, the refrigerant cools with minimal turbulence and small losses due to resistance. It has been found to flow along conduits. In a preferred embodiment of the invention, , the diameter of the main passageway 34 formed in the clamp 20 is approximately equal to the diameter of the refrigerant conduit 28. stomach. This means that the refrigerant in the main passage '36 of the tool holder 10 is 6 to 12.2 m/s. (20-40 f/s) and ensure to avoid turbulence. conduit 28 and the main passage 34 are not required to have a circular cross section, but machining of the tool holder 10 for ease of construction and the ability to use standard conduits and hoses. A circular cross section is preferred.
中間通路36に入った冷媒は主通路34における6〜12.2m/s <20〜 4.Of/s)の速度カラ典型的には122m/s (400f/s)を超える 速度まで加速され、解放オリフィス32から噴射される冷媒ジェノその内壁面3 7が主通路34から解放オリフィス32迄一定のテーパー付形されるのが好まし い。図面に示したように、主通路34および中間通路36は同じ直線状となされ る。このことは冷媒がかは10に進入するポート24から噴射される解放オリフ ィス32迄直線路を流れるようになす。通路34.36で与えられる直線状の流 体通路は乱れおよび抵抗を最小限にし、これ以外では冷媒の流れの速度が遅くな って解放オリフィス32での所望の速度を得ることが阻害される。解放オリフィ ス32において中間通路の壁面37により形成される鋭角は20度以下とされて 、中間通路36の長さに沿って次第にテーパーをなすようにされることが好まし く、これは冷媒が解放オリフィス32へ向けて加速される際の乱れの防止に役立 つ。冷媒を充分に加速するのを確実化するために、中間通路36は解放オリフィ ス32の直径の20倍にほぼ等しい長さに形成されるのが好ましい。もし解放オ リフィス32が円形断面でないならば、その面積を計算し、次に中間通路36の 長さは同一面積の円形断面の直径の約20倍に作られる。解放オリフィス32の 直径または長軸径は第1図に図解の目的で誇張して示すように被加工材に形成さ れるカッティング深さDにほぼ等しくされるのが好ましい。解放オリフィス32 の全横断面積は特定のカッティング作業に要求される冷媒ジェット38のエネル ギーによって決り、また以下にその例が与えられるのであって、この例では解放 オリフィスの寸法は特定の適用に関して計算されているものである。The refrigerant that has entered the intermediate passage 36 is 6 to 12.2 m/s in the main passage 34 <20 to 4. Of/s) typically exceeds 122 m/s (400 f/s) The refrigerant generator is accelerated to a velocity and injected from the release orifice 32 on its inner wall surface 3. 7 is preferably tapered from the main passage 34 to the release orifice 32. stomach. As shown in the drawings, the main passage 34 and the intermediate passage 36 are of the same straight line. Ru. This means that the refrigerant is injected from port 24 entering the opening 10. The flow should flow in a straight line up to station 32. Straight flow given by passages 34.36 Body passages should be designed to minimize turbulence and resistance, otherwise the refrigerant flow would be slow. This prevents achieving the desired velocity at the release orifice 32. release orifice The acute angle formed by the wall surface 37 of the intermediate passage in the space 32 is 20 degrees or less. , is preferably tapered gradually along the length of the intermediate passageway 36. This helps prevent turbulence as the refrigerant is accelerated toward the release orifice 32. Two. To ensure sufficient acceleration of the refrigerant, the intermediate passage 36 has an open orifice. Preferably, the length is approximately equal to 20 times the diameter of the base 32. If released If the orifice 32 is not circular in cross section, calculate its area and then The length is made to be approximately 20 times the diameter of a circular cross section of the same area. release orifice 32 The diameter or major axis diameter is shown exaggerated in Figure 1 for illustrative purposes. Preferably, the cutting depth D is approximately equal to the cutting depth D. release orifice 32 The total cross-sectional area of the refrigerant jet 38 is determined by the energy of the refrigerant jet 38 required for a particular cutting operation. and an example is given below, in which the release The orifice dimensions are calculated for the particular application.
クランプ20の前端21、および解放オリフィス32はインサート18のカッテ ィングエツジ19から間隙40だけ隔てられており、この間隙は被加工材12が 機械加工される際の送り量に依存する。良く知られているように、図面に示した ように旋削作業における送り量は工具10が被加工材12の各回転につき被加工 材の長手軸線に沿って移動される距離である。本発明の好ましい実施例では、カ ッティングエツジ19と解放オリフィス32との間の距離40は送り量の約6〜 10倍の範囲、即ち被加工材12の各回転につき被加工材の長手軸線に沿って移 動される工具保持具1oまたはインサート18の距離の6〜10倍の範囲とされ る。The front end 21 of the clamp 20 and the release orifice 32 are connected to the cut of the insert 18. The cutting edge 19 is spaced apart from the cutting edge 19 by a gap 40 in which the workpiece 12 is Depends on the feed rate during machining. As is well known, shown in the drawing The feed rate in turning operations is as follows: It is the distance moved along the longitudinal axis of the material. In a preferred embodiment of the invention, the The distance 40 between the cutting edge 19 and the release orifice 32 is approximately 6 to 10 times the range, i.e. for each revolution of the workpiece 12 along the longitudinal axis of the workpiece. The range is 6 to 10 times the distance of the tool holder 1o or insert 18 to be moved. Ru.
本発明の方法による工具保持具10の作動を説明する前に、典型的な機械加工作 業および発生する問題点に係わる概念に注目することが重要である。良く知られ ているように、インサート18のカッティングエツジ19が被加工材12と係合 するとチップ42の形状で金属が切削される。このチップ42は被加工材12に 対して行われるカッティング深さDと等しい幅を有し、チップ42の厚さは工具 保持具1oが被加工材12の各回転につき被加工材に沿って横方向へ移動する距 離に等しい。Before describing the operation of tool holder 10 according to the method of the present invention, a typical machining operation will be described. It is important to focus on the concepts involved in the process and the issues that arise. well known As shown, the cutting edge 19 of the insert 18 engages the workpiece 12. Then, the metal is cut in the shape of the tip 42. This chip 42 is attached to the workpiece 12. The tip 42 has a width equal to the cutting depth D made against the tool. The distance that the holder 1o moves laterally along the workpiece 12 for each rotation of the workpiece 12 equal to distance.
第3b、3C図1最も良く示されているように、チップ42は充分に定義されて いる剪断面44に沿って被加工材12の表面の金属を剪断することで実際に形成 される。As best shown in Figures 3b and 3c, the tip 42 is well defined. It is actually formed by shearing the metal on the surface of the workpiece 12 along the shear plane 44. be done.
チップ42は複数の個々の薄い金属部片46を含んでなり、これらはインサート 18のカッティングエツジ19との係合において被加工材12が回転する際に剪 断面44に沿って互いに滑りを生じる。互いに関するチップ42の薄い部片46 の位置は図面では図解のために誇張されており、実際には本質的に滑らかな面を 呈する。The chip 42 comprises a plurality of individual thin metal pieces 46 that are connected to the insert. When the workpiece 12 rotates in engagement with the cutting edge 19 of 18, shearing occurs. Mutual slippage occurs along the cross section 44. Thin pieces 46 of the chip 42 relative to each other The location of is exaggerated in the drawing for illustration purposes; present.
カッティングエツジ19およびチップ42の下側を取り囲む直ぐ周囲のカッティ ング部分48において生じる熱源は多数ある。熱は削摩、被加工材12とのカッ ティングエツジ19の摩擦接触、インサート18の上面17にチップ42が接触 すること、そしてチップ42の互いに接する部片46が剪断面44に沿って互い に滑動する際に生じる摩擦の結果として熱が発生する。カッティングエツジ19 −被加工材12の界面における温度は816℃(華氏1500度)或いはそれ以 上の温度であり、チップ42を形成する部片46が剪断面44に沿って移動する ことで生じるチップ42の温度はそれが被加工材12から剪断される際にはそれ 以上となるのである。The immediate surrounding cutter surrounding the cutting edge 19 and the underside of the tip 42 There are a number of sources of heat generated in the ring section 48. Heat causes abrasion and cuts with the workpiece 12. Frictional contact of the cutting edge 19, the tip 42 contacts the top surface 17 of the insert 18 and that the abutting portions 46 of the tip 42 are aligned with each other along the shear plane 44. Heat is generated as a result of the friction that occurs when sliding. cutting edge 19 - The temperature at the interface of the workpiece 12 is 816°C (1500°F) or higher. and the piece 46 forming the chip 42 moves along the shear plane 44. The temperature of the chip 42 caused by this decreases when it is sheared from the workpiece 12. That's all.
第4図を参照すれば、振りかけ冷却を使用する典型的な従来技術による工具設計 によって実施される切削作業が図示されている。この従−来技術の設S1によれ ば、チップ50に発生した大きな熱がカッティングインサート51のクレータ− 発生を引き起こし、これが不具合に導くのである。チップ50が被加工材52の 外面から剪断される際、これらはカッティングインサート51の上面に沿って移 動する。チップ50により発生された熱は、カッティングインサート51の上面 との摩擦係合により発生した熱とともに、カッティングインサート51から金属 の一部を溶融して持ち去り、これが凹部即ちクレータ−を形成することになるの である。除去された金属のクレータ−即ちポケットは、カッティングインサート 51と被加工材52との間の削摩接触と組合って最終的にカッティングインサー ト51を不具合にするに充分な大きさになるのである。Referring to Figure 4, a typical prior art tool design using sprinkle cooling A cutting operation carried out by is illustrated. According to this prior art configuration S1 For example, the large heat generated in the tip 50 causes a crater in the cutting insert 51. This causes the occurrence of defects, which leads to problems. The tip 50 is attached to the workpiece 52. When sheared from the outer surface, these are transferred along the top surface of the cutting insert 51. move. The heat generated by the tip 50 is transferred to the upper surface of the cutting insert 51. Along with the heat generated by the frictional engagement with the cutting insert 51, the metal Some of it melts and is carried away, forming a depression or crater. It is. Craters or pockets of metal that are removed are cut into cutting inserts. In combination with the abrasive contact between 51 and the workpiece 52, the cutting insert The size is large enough to cause problems with the port 51.
切削作業のこれらの概念を認識し、とりわけ本発明の主なる目的はカッティング 部分48からできるだけ大量の熱を除去し、またチップ42がカッティングイン サート18の上面17と接触しヶいようになすことである。Recognizing these concepts of cutting operations, the main purpose of the present invention is to Removes as much heat as possible from portion 48 and allows tip 42 to cut in. The upper surface 17 of the seat 18 should be in close contact with the upper surface 17 of the seat 18.
ここに提供された装置および方法によってこれらの目的の達成されることがカッ ティング作業を参照して最も良く説明される。These objectives are likely to be accomplished by the apparatus and methods provided herein. It is best explained with reference to the
さて第3図〜第3C図を参照すれば、本発明の方法によるカッティング作業は以 下のように行われる。ポンプ30が作動され、冷媒ジェット38が解放オリフィ ス32から噴射されると、インサート18のカッティングエツジ19がまず被加 工材12と接触され、予め設定した深さDだけ内方へ移動される。工具保持具1 0は次に予め設定した送り量、即ち被加工材の各回転当りの軸線方向距離につき 被加工材12の長手軸線に沿って軸線方向へ進められる。被加工材12の表面の 金属はカッティングエツジ19により剪断され、チップ42がインサート18の 上面17に沿って移動を開始する(第3a図を参照されたい)。この時、チップ 42はインサート18の上面に接触し、解放オリフィス32から噴射された冷媒 ジェット38がチップ42の前部、その頂面および被加工材12に打ち当る。Now, referring to FIGS. 3 to 3C, the cutting operation according to the method of the present invention is as follows. It is done as below. Pump 30 is activated and refrigerant jet 38 is driven to the open orifice. When sprayed from the base 32, the cutting edge 19 of the insert 18 is first It is brought into contact with the workpiece 12 and moved inward by a preset depth D. Tool holder 1 0 is then the preset feed rate, i.e. per axial distance per each revolution of the workpiece. It is advanced axially along the longitudinal axis of the workpiece 12. of the surface of the workpiece 12 The metal is sheared by the cutting edge 19 and the tip 42 is inserted into the insert 18. Start moving along the top surface 17 (see Figure 3a). At this time, the chip 42 is in contact with the top surface of the insert 18 and the refrigerant injected from the release orifice 32 Jet 38 strikes the front of tip 42, its top surface and workpiece 12.
機械加工作業の過程は第3b図に示す通りである。チップ42はクランプ20の 前端21に突き当たる迄カッティングインサート18の上面17に沿って連続し て進む。第2図に最も良く示しであるように、クランプ20の前端21はテーパ ーを何形され、インサート18の上面17の上に直接クランプされている。クラ ンプ20の前端と接触するや否や、チップ42はクランプ20の角度を付された 面23の上へと上方へ曲げられ、解放オリフィス32と重なる。第3b、3c図 に示すようにチップ42がクランプ20の角度を付された面23と係合すると、 6つの側部即ち壁面を有する実質的にシールされた包囲空間即ち間隙60が解放 オリフィス32の周囲に形成される。間隙62は被加工材12、クランプ20の 角度を付された面23、チップ42の下面41およびインサート18の上面17 により形成される。第3図〜3C図に見られるように、被加工材12は解放オリ フィス32に対向する壁面を形成し、間隙60の頂壁および底壁はそれぞれチッ プ42の下面41およびインサート18の上面により形成され、またクランプ2 0の角度を付された面23は被加工材12の切削部に対向する間隙60の壁面を 形成する。被加工材12から外方へ延在するチップ42のエツジは、チップ42 が一部クランプ20に接すると間隙6oの解放面積部分61を形成し、インサー ト18の上面17から上方へ曲がる(第1図を参照されたい)。しかしながら、 チップ42はインシート18の上面17へ向けて解放面積部分61の方向に捩れ る傾向を示し、解放面積部分61を通る冷媒の損失を最小限にする。チップ42 は被加工材12に未だ取りついている端部43が破断されて以下に述べるように 被加工材12からチップ42を完全に分離する迄はクランプ20の角度を付され た面23に沿って移動する。The machining process is as shown in Figure 3b. The tip 42 is attached to the clamp 20. It continues along the upper surface 17 of the cutting insert 18 until it hits the front end 21. Proceed. As best shown in FIG. 2, the front end 21 of the clamp 20 is tapered. - shaped and clamped directly onto the top surface 17 of the insert 18. Kula Once in contact with the front end of clamp 20, tip 42 is angled into clamp 20. It is bent upwardly onto surface 23 and overlaps release orifice 32 . Figures 3b and 3c When the tip 42 engages the angled surface 23 of the clamp 20 as shown in FIG. A substantially sealed enclosed space or gap 60 having six sides or walls is open. It is formed around the orifice 32. The gap 62 is between the workpiece 12 and the clamp 20. Angled surface 23, lower surface 41 of chip 42 and upper surface 17 of insert 18 formed by. As seen in Figures 3-3C, the workpiece 12 is placed in the release orientation. A wall surface facing the gap 32 is formed, and the top and bottom walls of the gap 60 are each chipped. formed by the lower surface 41 of the clamp 42 and the upper surface of the insert 18; The surface 23 with an angle of 0 forms the wall surface of the gap 60 facing the cutting part of the workpiece 12. Form. The edge of the chip 42 extending outwardly from the workpiece 12 When the insert partially contacts the clamp 20, it forms a release area 61 of the gap 6o, and the insert 18 (see FIG. 1). however, The tip 42 is twisted toward the upper surface 17 of the inseat 18 in the direction of the open area 61. 61, thereby minimizing the loss of refrigerant through the open area 61. chip 42 The end portion 43 still attached to the workpiece 12 is broken, as described below. The angle of the clamp 20 is maintained until the chip 42 is completely separated from the workpiece 12. 23.
デツプ42およびカッティング部分48内のカッティングエツジ19−被加工材 12の界面から熱を効果的に除去するために、高速高圧の冷媒ジェット38がま ず完全に蒸発することなくカッティング部分48へ実際に到達しなければならな いことが見出されている。カッティングエツジ19−被加工材12の界面の潤滑 およびインサート18の上面17とチップ42との間の接触に対する抵抗力の改 善は、カッティング部分48内への高速な冷媒ジェット38の連続せる導入に依 存する。Cutting edge 19 in depth 42 and cutting part 48 - workpiece In order to effectively remove heat from the interface of the It must actually reach the cutting part 48 without completely evaporating. It has been discovered that Lubrication of the cutting edge 19-workpiece 12 interface and improved resistance to contact between the top surface 17 of the insert 18 and the tip 42. The improvement relies on the continuous introduction of high velocity refrigerant jets 38 into the cutting portion 48. Exists.
第3−4図に示すカッティング作業の初期相においては、冷媒ジェット38の圧 力は可なり低下し、これは解放オリフィス32からの排出に直接左右される。こ の理由は、冷媒ジェット38は包囲間隙内で制限されず、大気圧に解放されてい るからである。この段階において、冷媒ジェット38はチップ42の上面に沿っ て主に流れる。しかしチップ42が第3b、30図に示すようにクランプ20の 前端21に接触する迄進むと、解放オリフィス32に重なり、間隙60内をシー ル即ち包囲する。冷媒速度および圧力の成る程度の損失は間隙60の外側へ向か う側部、即ち解放面積部分61により生じるが、解放オリフィス32から噴射さ れた冷媒ジェット38は実質的に間隙6o内で制限される。実際に間隙60はク ランプ20内に閉じた中間通路36の延長部分を形成し、カッティング部分48 内においてチップ42の下方位置で冷媒ジェット38に与えられている速度およ び圧力を保持するようになすのである。In the initial phase of the cutting operation shown in Figure 3-4, the pressure of the refrigerant jet 38 is The force is significantly reduced and is directly dependent on the discharge from the release orifice 32. child The reason is that the refrigerant jet 38 is not restricted within the surrounding gap and is open to atmospheric pressure. This is because that. At this stage, the coolant jet 38 is directed along the top surface of the chip 42. It mainly flows. However, when the tip 42 is removed from the clamp 20 as shown in FIGS. 3b and 30, When it advances until it contacts the front end 21, it overlaps the release orifice 32 and seals within the gap 60. surround. A significant loss in refrigerant velocity and pressure is directed outside the gap 60. is generated by the side, ie, the release area portion 61, but is injected from the release orifice 32. The refrigerant jet 38 is substantially confined within the gap 6o. Actually the gap 60 is closed. The cutting portion 48 forms an extension of the closed intermediate passageway 36 within the lamp 20. The velocity and This is done so that the pressure is maintained.
解放第1,1フイノ32とインサート18のカッティングエツジ19との間の距 離40は上述したように工具保持具10の適正な作業を得るために重要であるこ とが見出されている。解放オリフィス32とカッティングエツジ19との間の距 離40は機械加工作業の送り量の約6〜10倍の範囲、即ち被加工材12の各回 転当りの工具保持具10による軸線方向の移動距離の6〜10倍の範囲であるの が好ましい。経験から、解放オリフィス32がカッティングエツジ19に接近し 過ぎると、冷媒ジェット38はチップ42の下面を押しやることができないと示 されている。チップ42および被加工材12は冷媒ジェット38を偏向するバリ ヤを形成し、チップ42の下側に流れを形成する代わりに乱れを発生する。カッ ティングエツジ19から遠過ぎる位置に解放オリフィス32を位置させることは 、間隙60を形成するのに必要なりランプ20の角度を付された面23に対する 適正なシールを形成させない。冷媒ジェット38はチップ42が形成された初期 にその頂部を少なくとも部分的に冷却することが見出されている。このことはチ ップ42の上面および下面41の間に温度差を生ぜしめ、これがチップ42を上 方へ曲げる傾向を示すのである。もしクランプ20がインサート18のカッティ ングエツジ19から離れ過ぎて位置されると、チップ42はクランプ20の角度 を付された面23に接触する以前にインサート18から離れるように上方へ曲が ってしまう。カッティングエツジ19に対する解放オリフィス32の好ましい位 置決めは詳しく上述したように、チップ42がクランプ20の角度を付された面 23に接触せずにインサート18の而17から上方へ曲がってしまうのを防止す るのである。The distance between the first and first release fins 32 and the cutting edge 19 of the insert 18 As mentioned above, the distance 40 is important for proper operation of the tool holder 10. It has been found that Distance between release orifice 32 and cutting edge 19 The distance 40 is in the range of approximately 6 to 10 times the feed rate of the machining operation, that is, the feed rate of the workpiece 12 is The range is 6 to 10 times the distance traveled in the axial direction by the tool holder 10 during rolling. is preferred. Experience has shown that when the release orifice 32 approaches the cutting edge 19 Once this occurs, the refrigerant jet 38 indicates that it is unable to displace the bottom surface of the chip 42 has been done. The tip 42 and workpiece 12 are provided with a burr that deflects the coolant jet 38. Instead of forming a flow under the tip 42, a turbulence is generated. Cool Positioning the release orifice 32 too far from the cutting edge 19 , necessary to form the gap 60 and relative to the angled surface 23 of the ramp 20. Failure to form a proper seal. Refrigerant jet 38 is initially formed when chip 42 is formed. has been found to at least partially cool its top. This is This creates a temperature difference between the top and bottom surfaces 41 of the chip 42, which causes the chip 42 to It shows a tendency to bend in the opposite direction. If clamp 20 is cutty of insert 18 If the tip 42 is positioned too far from the clamp edge 19, the tip 42 will It bends upward away from the insert 18 before contacting the marked surface 23. That's what happens. Preferred position of release orifice 32 relative to cutting edge 19 The positioning is such that the tip 42 is placed on the angled surface of the clamp 20, as described in detail above. To prevent the insert 18 from bending upward from the insert 17 without contacting the insert 23. It is.
幾つかの利点は、高速高圧の冷媒ジェット38をカッティングインサート18の 上面17とチップ42の下側41との間へ、チップ42の下方の制限された解放 オリフィス32の位置から導くことによって実現される。これらの条件のもとで 、発生される高速冷媒ジェット38は、チップ42の形成およびカッティングエ ツジ19と被加工材12との間の接触により発生する熱でカッティング部分48 内に蒸気バリヤの形成されることが見出されている。チップ42の下方に発生す る熱を低減する1つの利点は、インサート18の溶融がかなり低減されること、 そしてクレータ−発生およびカッティングエツジの削摩がこれにより軽減されて インサートの寿命を延長するということである。Some advantages include the use of high-velocity, high-pressure refrigerant jets 38 in cutting inserts 18. Limited release of the lower part of the chip 42 between the upper surface 17 and the lower side 41 of the chip 42 This is achieved by guiding from the position of the orifice 32. under these conditions , the high-velocity refrigerant jet 38 generated is responsible for the formation of the chip 42 and the cutting edge. The cutting portion 48 is heated by the contact between the edge 19 and the workpiece 12. It has been found that a vapor barrier is formed within. occurs below the chip 42. One advantage of reducing the heat generated is that melting of the insert 18 is significantly reduced; This reduces cratering and cutting edge abrasion. This means extending the life of the insert.
カッティング部分48内でチップ42から熱を導出することで得られる第二の利 点はチップ除去に関係する。A second benefit is obtained by drawing heat away from the tip 42 within the cutting portion 48. The points relate to chip removal.
冷媒ジェット38は間隙60内に制限されるので、非常に熱いチップ42および インサート18と大気温度の冷媒ジェット38との間に効果的な熱伝達が生じる 。間隙60内でチップ42の下面41が大きな面積を与えるので、チップ42の 熱のかなりの低減が非常に短時間で達成されるということが見出された。冷媒ジ ェット38は個々の薄い部片46の間に形成された剪断面44に沿ってチップ4 2内に僅かな距離につき実際に侵入するものと信じられている。チップ42のこ の急速な冷却、0.1秒またはそれ以内で行われると信じられる、はチップ42 の格子構造を分断する。チップ42は機械加工作業の間にその格子構造がセミプ ラスチックとなる迄加熱され、冷媒ジェット38により急激に冷却されるとセミ プラスチックの構造が分断された分子構造として凝固されるものと信じられる。Refrigerant jet 38 is confined within gap 60 so that very hot chips 42 and Effective heat transfer occurs between the insert 18 and the ambient temperature refrigerant jet 38 . Since the lower surface 41 of the chip 42 provides a large area within the gap 60, the lower surface 41 of the chip 42 It has been found that a significant reduction in heat is achieved in a very short time. refrigerant di The jet 38 moves the tip 4 along the shear plane 44 formed between the individual thin pieces 46. It is believed that it actually penetrates within a short distance of 2. Chip 42 saw The rapid cooling of the chip 42, believed to occur in 0.1 seconds or less, is divides the lattice structure of The chip 42 has a semi-prepared lattice structure during machining operations. When heated until it becomes plastic and rapidly cooled by the refrigerant jet 38, it becomes semi-plastic. It is believed that the plastic structure is solidified into fragmented molecular structures.
少なくともカッティング部分48内において分断された分子構造としてチップ4 2が凝固されることは、靭性および曲げ強度がかなり低下された脆い構造を創り 出す。チップ42が脆い状態であると、被加工材12に取りついているチップ4 2の端部43を破壊し、カッティング部分48からチップ42を除去するのに僅 かな力しか必要としない。The tip 4 has a molecular structure divided at least within the cutting portion 48. 2 is solidified, creating a brittle structure with significantly reduced toughness and bending strength. put out. When the chip 42 is in a brittle state, the chip 4 attached to the workpiece 12 2 and remove the tip 42 from the cutting portion 48. It requires only a little force.
チップ42は間隙60内に発生した高圧によって被加工材12から破断されて除 去される。冷媒ジェット38の一部はカッティング部分48内に生じた熱によっ て蒸発する。間隙60が実質的にシールされた空間を形成するので、間隙60内 で蒸発した冷媒ジェット38により高圧が発生され、これがチップ42に対して 付与される。The chip 42 is broken and removed from the workpiece 12 by the high pressure generated within the gap 60. be removed. A portion of the refrigerant jet 38 is caused by the heat generated within the cutting portion 48. and evaporate. Since the gap 60 forms a substantially sealed space, The evaporated refrigerant jet 38 generates high pressure, which is applied to the chip 42. Granted.
更に、シールされている間隙60内に解放オリフィス32から連続して噴射され た新たな冷媒により圧力が付与される。導管圧力および冷媒ジェット38の蒸気 圧の組合った圧力は、チップ42の端部43を被加工材12から折る即ち破断し 且つカッティング部分48からチップ42全体を除去するのに充分である。大半 の適用においては、チップ42の破断は第3b、3Cに示した位置の間をチップ 42が移動する際に達成される。この結果として、比較的短いチップ42が造ら れることになり、これらは圧力によってカッティング部分48からはなれるよう に押しやられる。本発明の特徴は、チップが典型的には短い長さでは破断されず 、長い部分として形成されて工具保持具の周囲に巻きつき、詰まりの問題を引き 起こすような既存装置に勝る重要な利点を提供するのである。Furthermore, the fluid is continuously injected from the release orifice 32 into the sealed gap 60. Pressure is applied by the new refrigerant. Conduit pressure and refrigerant jet 38 vapor The combined pressure causes the end 43 of the tip 42 to break or break from the workpiece 12. and sufficient to remove the entire tip 42 from the cutting portion 48. Most In this application, the breakage of the chip 42 occurs between the positions shown in sections 3b and 3c. 42 is achieved when moving. As a result of this, a relatively short chip 42 is created. These will be released from the cutting part 48 by pressure. be pushed away. A feature of the invention is that the chips typically do not break in short lengths. , formed as long sections that wrap around the tool holder and cause jamming problems. It offers important advantages over existing devices such as
更に他の利点は、チップ42の下方で本質的に閉じた間隙60内に位置された解 放オリフィス32から冷媒ジェット38を導くことによって与えられる。冷媒ジ ェットの少なくとも一部分は、チップ42の前端が第3C図に示すようにインサ ート面17より上方へ持ち上げられるとカッティングインサート18の上面に沿 って移動することが見出されている。冷媒ジェット38の流れ即ち薄いフィルム 層62は流体力学的な流体支持を形成し、これがインサート18の上面17に対 してチップ42が接触しないようになす。フィルム層62により形成された流体 力学的な流体支持はチップ42をインサート18の上面17から離れるように上 方へ押しつけ、これによりクレータ−発生や損傷を生じるような削摩接触を発生 することになる両者間の摩擦接触を回避しまたは少なくとも軽減する。冷媒フィ ルム層62はインサート18の上面17に沿って連続し、インサート18のカッ ティングエツジ19および被加工材12における微視的な表面の乱れを通して流 れ、これがカッティング作業の間の両者間の摩擦接触を軽減するための潤滑を行 うのである。Yet another advantage is that the solution located within the essentially closed gap 60 below the chip 42 This is provided by directing a refrigerant jet 38 from a discharge orifice 32 . refrigerant di At least a portion of the jet is arranged such that the front end of the tip 42 is inserted into the insert as shown in FIG. 3C. When lifted above the cut surface 17, the cutting insert 18 It has been found that this movement occurs. Refrigerant jet 38 flow or thin film Layer 62 forms a hydrodynamic fluid support, which supports top surface 17 of insert 18. to prevent the chips 42 from coming into contact with each other. Fluid formed by film layer 62 Dynamic fluid support moves the tip 42 up and away from the top surface 17 of the insert 18. This creates an abrasive contact that can cause cratering and damage. avoid or at least reduce frictional contact between the two that would otherwise occur. Refrigerant fi The layer 62 is continuous along the top surface 17 of the insert 18 and extends into the cutout of the insert 18. Flow through microscopic surface disturbances in the cutting edge 19 and the workpiece 12. This provides lubrication to reduce frictional contact between the two during cutting operations. It is uno.
フィルム層62により行われる摩擦の低減、および特にその流体力学的な持ち上 げ力はカッティングを行うのに必要な動力を低減させる。良く知られているよう に、カッティングを行うのに必要な動力は被加工材からチップを剪断するのに必 要な力だけではなく、インサートに沿って且つカッティング部から離れるように チップを押しやるのに必要な力を含む。本発明による方法および装置はデツプ4 2を除去するのに必要な力を大幅に低減する。何故ならば、インサート18の上 面17とチップ42との間の摩擦を著しく低減するからである。The reduction of friction provided by the film layer 62 and especially its hydrodynamic lifting The lifting force reduces the power required to perform the cutting. seems to be well known In other words, the power required to perform the cutting is the same as that required to shear the chip from the workpiece. Apply not only the required force, but also along the insert and away from the cutting area. Includes the force required to push the chip away. The method and apparatus according to the invention Significantly reduces the force required to remove 2. Because above insert 18 This is because the friction between the surface 17 and the chip 42 is significantly reduced.
上述したように、本発明による工具保持具10の幾つかの設計概念は、あらゆる 特定な適用における速度および送り蟻、機械加工する材料の種類、機械の馬力お よびその他のファクターを含む様々な変数によって決る。その例が以下に与えら れており、対象とする適用に関しての適当な工具保持具10の設計において如何 にこれらのファクターが考慮されるかを示している。As mentioned above, several design concepts of the tool holder 10 according to the present invention The speed and feed dots in a particular application, the type of material being machined, the horsepower and Depends on a variety of variables, including cost and other factors. An example is given below and how to design a suitable tool holder 10 for the intended application. indicates whether these factors are taken into account.
この例においては、直径が61 cm (2フイート)で剪断強度が35.15 h/m” (50,0OOpsi )のSAF’10208g材よりなるシリン ダーを、1回転当り0.25.m(1回転当り0.011re(I P R) )の送り鼻で、表面が秒速152m(面速度が秒速500フィー1− (SFM ))の速度で且つ5.08m(0,200in)の切削深さで機械加工すること が望まれると仮定する。In this example, the diameter is 61 cm (2 feet) and the shear strength is 35.15. h/m” (50,0OOpsi) cylinder made of SAF’10208g material 0.25 per revolution. m (0.011 re (IP R) per revolution ), the surface speed is 152 m/s (surface speed is 500 feet/s) (SFM )) and a cutting depth of 5.08 m (0,200 in). Assume that is desired.
設訂の過程における最初の段階はカッティングを行うのに必要な馬力を決定する ことである。The first step in the design process is determining the horsepower needed to make the cut. That's true.
HP = VmrHP、、、t (1)ut ここで、1−IP、、、t=SAE1020鋼材を16.4cm3(1立方in ) 機械加工するのに必要な馬力 ■、= 切削金属の体積 オハイオ州シンシナティー、メットカット研究所により発行された゛機械加エデ ータAンドブツク″によれ(ま、SAE1020m材を16.4cm(1立方i n) 機械ハローするのに必要な馬力HPunitは、16.46m3 (1立 方in)当りIHPである。各回転毎に被加工材127)\ら除去する金属の体 積である■□、を決定するために、以下の関係式が使用される: V=DFS (2) r ここで、D=切削深さく5.08m (0,200in))F−送り量 (1回 転当り0.25an)(0,010IPR) S−速度 (表面が秒速15271’L)(500フィートSFM) 式(2)においてVmrの決定した値、そして“′機械力ローデータハンドブッ ク″からの日Pun1tの値を代入することで式(1)を解いて得られるのは: HPo、1 = 12HP 解放オリフィス32を出る冷媒ジェット38に充分な速度が与えられるようにす るには、ジェット38の馬力は材料をカッティングするために必要な馬力よりも 太きくなければならないことが経験的に決定された。安全係数を与えるために、 解放オリフィス32における冷媒シト38の馬力は14l−IPに選定される。HP = VmrHP, t (1) ut Here, 1-IP,,,t=16.4 cm3 (1 cubic inch) of SAE1020 steel material ) Horsepower required for machining ■, = Volume of cutting metal Machined edition published by Metcut Research Institute, Cincinnati, Ohio According to the data book (16.4 cm (1 cubic meter) of SAE1020m material n) The horsepower HPunit required for mechanical harrowing is 16.46m3 (1 cubic meter) The method is IHP per in). Metal body to be removed from workpiece 127) with each rotation To determine the product ■□, the following relation is used: V=DFS (2) r Here, D = Cutting depth 5.08 m (0,200 in)) F - Feed amount (1 time 0.25an) (0,010IPR) S-Speed (Surface 15271’L/sec) (500 feet SFM) In equation (2), the determined value of Vmr and “’ Mechanical Force Raw Data Handbook Solving Equation (1) by substituting the value of day Pun1t from Ku'', we get: HPo, 1 = 12HP Ensure that sufficient velocity is imparted to the refrigerant jet 38 exiting the release orifice 32. The horsepower of the Jet 38 is greater than the horsepower needed to cut the material. It has been determined empirically that it must be thick. To give a safety factor, The horsepower of the refrigerant 38 at the release orifice 32 is selected to be 14 l-IP.
オリフィスの横断面積 解放オリフィス32における冷媒ジェット38の馬力が約141−I Pである と決定することによって、解放オリフィスの横断面積が決定され得る。まず、下 記の関係式を使用してポンプの流量Q、が決定される:ここで、1−(P、。1 =ジエツト馬力(14HP)P −ポンプ圧力(psi ) ME、。mp=ポンプ30の機械効率 この点において、ポンプ30により与えられる圧力が仮定される。1.05に9 lmm (1500psi )の程度のポンプ30が多くの適用に対して適正で あることが見出されており、この例としてこれが使用される。更に、ポンプ30 は約85%の機械効率布すると仮定される。式(3)を解くとその結果は以下の 通りである:Q =51.48j!/分(13,6ガロン/分)解放オリフィス 32の面積A。を決定するために、オリフィス32における抗力による損失を省 略可能と仮定して、ポンプ30の流IQ、およびポンプの圧力Pに関係する式が 導かれた: 上記の結果見出されたQ、およびPの値によって式(4): %式%) 上述したように、解放オリフィス32の幅は被加工材12に機械加工される切削 深さにほぼ等しいことが好ましい。切削深さがここでは5.08m(0,200 in)と仮定されているので、オリフィス32の幅は約5.08m (0,20 0in) であり、ツレ改良すバ約1.17#(0,046in)である。もち ろん、この解は矩形オリフィスを仮定している。一方の軸長寸法が切削深さにほ ぼ等しく、全面積が0.059cm2(0,0092平方in)であるならば、 その他の断面形状のオリフィスが使用できることは理解されねばならない。Orifice cross-sectional area The horsepower of the refrigerant jet 38 at the release orifice 32 is approximately 141-IP. By determining, the cross-sectional area of the release orifice can be determined. First, below The pump flow rate Q, is determined using the following relationship: where 1-(P, .1 = Jet horsepower (14 HP) P - Pump pressure (psi) M.E. mp = mechanical efficiency of pump 30 At this point, the pressure provided by pump 30 is assumed. 1.05 to 9 Pumps of the order of 1500 psi (1500 psi) are adequate for many applications. It has been found that there is, and this is used as an example. Furthermore, the pump 30 is assumed to have a mechanical efficiency distribution of approximately 85%. Solving equation (3), the result is as follows That's right: Q = 51.48j! /min (13,6 gal/min) release orifice Area A of 32. In order to determine Assuming that it is possible, the equations related to the flow IQ of the pump 30 and the pressure P of the pump are Led: Formula (4) using the values of Q and P found as the above results: %formula%) As mentioned above, the width of the release orifice 32 is determined by the width of the cut being machined into the workpiece 12. Preferably, the depth is approximately equal to the depth. The cutting depth here is 5.08 m (0,200 The width of the orifice 32 is approximately 5.08 m (0,20 in). 0 in), and the distortion improvement value is approximately 1.17# (0,046 in). rice cake Of course, this solution assumes a rectangular orifice. The length of one axis is close to the depth of cut. If they are approximately equal and the total area is 0.059 cm2 (0,0092 square inches), then It should be understood that other cross-sectional shapes of orifices can be used.
冷媒導管 ポンプ30の流量を51.48j!/分(13,6ガロン/分)と決定すれば、 冷媒導管28の断面積は下記の関係式から計算できる: ここで、A +−−冷媒導管28の断面積V −冷媒導管28内の速度 ρ =標準の水−油冷媒の密度 上述したように、導管28内の乱れおよび抵抗を軽減するために、これを通る冷 媒の速度は秒速約6〜12、2m (20〜40fps )の範囲でなければな らない。この例の目的としては、速度VC1は9.17T+−/5(30fll S)がここで仮定される。式(5)を解けば:A =0.94cm2 (0,1 45平方in)ト 導管28の基準寸法は標準寸法を許容するために横断面積を多少大きくして12 .7m(1/2in)に選定される。refrigerant conduit The flow rate of pump 30 is 51.48j! / minute (13.6 gallons/minute), The cross-sectional area of the refrigerant conduit 28 can be calculated from the following relation: Here, A + - cross-sectional area of refrigerant conduit 28 V - velocity in refrigerant conduit 28 ρ = density of standard water-oil refrigerant As mentioned above, to reduce turbulence and resistance within conduit 28, cooling is conducted therethrough. The speed of the medium must be in the range of approximately 6 to 12.2 meters per second (20 to 40 fps). No. For the purposes of this example, the speed VC1 is 9.17T+-/5 (30fl S) is assumed here. Solving equation (5): A = 0.94 cm2 (0,1 45 square in) The standard dimensions of the conduit 28 are 12 with a slightly larger cross-sectional area to accommodate the standard dimensions. .. 7m (1/2in) was selected.
上述の例にて選定された材料の種類、速度および送り量、そして切削深さは典型 的な適用例を与えるものである。知られている何れかのカッティングインサート および振りn)け冷却装置を使用せる工具保持具このような速度で実行可能であ る。そのような装置を超えている本発明による方法および装置の利点は、強烈に 生産性を高められるということである。もし例とした速度および送り量で工具保 持具10を稼動すれば、知られている工具保持具およびインサート設言に比べて カッティングインサートの寿命は2〜5倍に延長でき、必要馬力を低減できるこ とが見出されている。このことは、上述したように本発明による摩擦軽減および 熱除去によって、上述で計算した切削を行うのに必要な馬力が実際には14馬力 以下で良いことを意味している。それ故に、必要馬力の軽減および寿命の延長に 加えて、本発明を使用することで機械工具に使用される馬力を切削に必要とされ る馬力にマツチさせることによって生産性が向上されるのである。The material type, speed and feed rate, and depth of cut selected in the example above are typical It provides practical application examples. Any known cutting insert and tool holders that allow the use of swing cooling devices that are capable of running at such speeds. Ru. The advantages of the method and apparatus according to the invention over such apparatus are strongly This means that productivity can be increased. If the speed and feed rate shown in the example When operating the holder 10, compared to known tool holders and insert designs, The life of the cutting insert can be extended by 2 to 5 times and the required horsepower can be reduced. It has been found that This is due to the friction reduction and Due to heat removal, the horsepower required to perform the cut calculated above is actually 14 horsepower. It means that the following is good. Therefore, reducing horsepower requirements and extending service life. In addition, by using the present invention, the horsepower used in machine tools can be reduced from that required for cutting. Productivity is improved by matching the amount of horsepower.
これは前述のように装置をセットアツプし、選定した速度(152m/s (5 00sfm ))でまず稼動し、利用馬力を注目して、機械工具のレート馬力に 達する迄切削速度を増大することで行われる。このようにして、機械の容量以上 が使用でき、生産性がかなり増大される。インサートの寿命は速度の増大により 短縮されるが、材料の切削量はかなり増大するのである。This is done by setting up the device as described above and achieving the selected speed (152 m/s (5 First operate at 00sfm)), pay attention to the horsepower used, and check the rate horsepower of the machine tool. This is done by increasing the cutting speed until the cutting speed is reached. In this way, more than the capacity of the machine can be used, greatly increasing productivity. Insert life increases due to increased speed However, the amount of material removed increases considerably.
本発明は好ましい実施例を参照して説明されたが、当業者には発明の範囲から逸 脱することなく様々な変更ができること、およびこの機素を同等機素で代用でき る゛ことが理解されよう。更に、発明の本質的な範囲から逸脱5 せずにこの発明の教示に対して特定の構成や材料を適用するような多くの変化が 行える。それ故に、本発明を遂行するために最も良い形態と考えられる上述した 特定の実施例にこの発明が限定されないことが意図され、本発明は添付の請求の 範囲に含まれる全ての実施例を包含することが意図される。Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the invention may depart from the scope of the invention. It is possible to make various changes without changing the design, and this element can be substituted with an equivalent element. It will be understood that Furthermore, deviation from the essential scope of the invention5 Many changes may be made to adapt specific configurations and materials to the teachings of this invention without I can do it. Therefore, the above-mentioned method is considered to be the best mode for carrying out the present invention. It is not intended that the invention be limited to particular embodiments, and the invention resides in the claims appended hereto. It is intended to include all embodiments falling within the scope.
第3図 粥3o図 第3b図 第30図Figure 3 Porridge 3o diagram Figure 3b Figure 30
Claims (1)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US47019383A | 1983-02-28 | 1983-02-28 | |
US580730 | 1984-02-23 | ||
US470193 | 1984-02-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60500607A true JPS60500607A (en) | 1985-05-02 |
Family
ID=23866627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59501289A Pending JPS60500607A (en) | 1983-02-28 | 1984-02-28 | Machining method and equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60500607A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015213972A (en) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | 株式会社デンソー | Cutting device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2848790A (en) * | 1953-11-12 | 1958-08-26 | Allegheny Ludlum Steel | Coolant directing cutting tool assembly |
JPS5775905U (en) * | 1980-10-28 | 1982-05-11 |
-
1984
- 1984-02-28 JP JP59501289A patent/JPS60500607A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2848790A (en) * | 1953-11-12 | 1958-08-26 | Allegheny Ludlum Steel | Coolant directing cutting tool assembly |
JPS5775905U (en) * | 1980-10-28 | 1982-05-11 |
Cited By (1)
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JP2015213972A (en) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | 株式会社デンソー | Cutting device |
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