JPWO2016084835A1 - 切削加工装置 - Google Patents

Abstract

保持部に保持され回転する被削材に対して切削工具の刃先を当てて切削を行いつつ、切削に伴う被削材の発熱部をクーラントによって冷却するようにした切削加工装置であって、クーラントを供給するクーラント供給ノズルの噴射口を、刃先に対して被削材の回転方向の後方側に設置するとともに、噴射口から流出したクーラントが刃先よりも切削工具送り方向の前方側に対して供給される位置に配置することで、クーラントが刃先に直接かからないようにした。

Description

本発明は、加工機に取り付けられた被削材の切削加工を行う切削加工装置に関するものである。

従来の例えば旋盤のような工作機械において、切削用工具は被削材を加工する刃先先端で発熱し、高温となることにより工具摩耗の促進あるいは熱膨張による被削材の形状精度悪化の傾向がある。特に難削材あるいは高硬度材を切削する時、あるいは加工能率向上を目的として切削速度が２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削をする時には、刃先先端が非常な高温となる。
従来、クーラントを専用のノズルから工具あるいは被削材に向かって勢いよく供給することで冷却が行なわれているが、長尺の被削材では局所的なクーラント供給では全体が冷えないため、シャワー状にして供給し工具と被削材全体を冷やすようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
また、クーラントの供給が切削領域から外れないように、切屑飛散防止を含めたガードにクーラント吐出口を設けてシャワー状に供給し、工具と被削材全体を冷やすようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

実開平４−１０２７５４号公報（第１頁、図１） 実開平６−７４２５０号公報（第１頁、図１）

難削材あるいは高硬度材の切削あるいは高能率の高速切削には、超硬合金あるいはサーメットなどの耐熱性に優れた切れ刃を使用し、切削速度を速くすることで切削温度を高くし、被削材を軟化させることで加工を行っている。上記特許文献１あるいは特許文献２に記載のように、高温となった刃先に直接クーラントがかかると、熱伝導率の低いこれらの工具は、熱亀裂を生じて境界摩耗が発生し、被削材の表面粗さが悪化するとともに、被削材の軟化を阻害し切削抵抗増大にもつながるという問題があった。
一方、クーラントを供給せずに高速切削を行うと、被削材の熱膨張による変形で形状精度の悪化を招くこととなる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、切れ刃の高温状態を保持しつつ被削材の蓄熱による形状変化を抑えることで、切れ刃の熱亀裂による境界摩耗が抑制されて被削材の表面粗さの悪化を招くことがなく、しかも高速切削を安定して実現することができる切削加工装置を提供することを目的としている。

本発明に係る切削加工装置は、
保持部に保持され回転する被削材に対して切削工具の刃先を当てて切削を行いつつ、被削材をクーラントによって冷却するように設定している切削加工装置であって、前記クーラントを供給するクーラント供給ノズルの噴射口を、前記刃先に対して前記被削材の回転方向の後方側であって、該噴射口から流出したクーラントが前記刃先よりも前記切削工具の送り方向の前方側に供給される位置に配置していることを特徴とするものである。

本発明によれば、クーラント供給ノズルの噴射口を、刃先に対して被削材の回転方向の後方側であって、該噴射口から流出したクーラントが前記刃先よりも前記切削工具の送り方向の前方側に供給される位置に配置していることにより、供給されたクーラントが切削工具の刃先に直接掛ることがなくなるので、被削材を冷却しつつ切削工具の刃先を高温状態に維持して高速切削を安定して実現できる。そのため、被削材の表面粗さの悪化を招くことなく加工精度の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面における構成図である。 本発明の実施の形態２における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面における構成図である。 本発明の実施の形態３における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図５に示された切削加工装置の要部の側面図である。 本発明の実施の形態４における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面における構成図である。 本発明の実施の形態５における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う断面における構成図である。 本発明の実施の形態５における切削加工装置の変形例を概念的に示す要部側面図である。 本発明の実施の形態５における切削加工装置の他の変形例を概念的に示す要部側面図である。 本発明の実施の形態６における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面における構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面における構成図である。図において、切削加工装置１は、ワークである被削材２の一端部を周方向の３か所で把持する把持部１０ａが取り付けられ、図示しない駆動用モータによって回転される保持部としてのチャック１０と、チャック１０と対向する位置に設けられ、被削材２の他端の回転中心を保持する芯押し台１１と、切削加工を行う切削工具１２が装着され、所望の方向に移動制御される刃物台１３と、刃物台１３に取付けられ、被削材２を冷却するための液状のクーラントを収容したタンク（図示省略）から送給されるクーラント１４Ｃを被削材２に噴射するクーラント供給ノズル１４と、を備えている。

クーラント供給ノズル１４の噴射口は、切削工具１２の刃先あるいは切れ刃に対して被削材２の回転方向の後方側（図２の白抜きの矢印の後方側）であって、クーラント供給ノズル１４から流出したクーラント１４Ｃが被削材２の刃先よりも切削工具送り方向の前方側に供給され、刃先に対しては直接、クーラント１４Ｃが掛らない位置に配置される。ここで、被削材２の刃先より切削工具送り方向の前方側とは、図１に示す切削加工装置において、被削材２のうち、切削工具１２の切削位置よりチャック１０側にある領域をいう。すなわち、クーラント１４Ｃは、被削材２が今後、切削工具１２により切削される未加工部分に対して噴射されることとなる。また、クーラント供給ノズル１４から流出したクーラント１４Ｃが、切削工具１２には直接的には掛らないように、クーラント供給ノズルが配置されている。
また、被削材２の中心軸とクーラント供給ノズル１４との角度θ１（図１参照）の範囲は、クーラント供給ノズル１４と把持部１０ａの干渉防止および刃先に直接、クーラント１４Ｃがかからないようにすることから、好ましくは０度から９０度である。
なお、チャック１０は被削材２をチャック１０と芯押し台１１で保持した状態で回転する。また、この例ではチャック１０は図示しない駆動用モータの回転軸に設けられている。また、駆動用モータの制御装置など、その他の構成は従来の切削加工装置と同様であるので説明を省略する。

次に、動作について説明する。切削工具１２は、刃物台１３に固定されており、刃物台１３が移動することで切削工具１２は被削材２に対する切込と送りを与えられ、回転している被削材２の加工が行われる。被削材２を冷却するクーラント供給ノズル１４は、刃物台１３が移動することで、被削材２の未加工部分にクーラント供給ノズル１４も移動し、クーラント１４Ｃにより被削材２の未加工部分の冷却を行うことができる。

そして、図２の白抜きの矢印の方向にチャック１０及び被削材２が回転した状態で切削工具１２が被削材２に切り込んで加工が行われると、高速切削なので被削材は例えば２０００ｒｐｍというような高速で回転しており、クーラント供給ノズル１４から供給されたクーラント１４Ｃは、図２において、被削材２の上面部に流れ落ちて被削材２を冷却する。被削材２が矢印方向に凡そ１８０°程度回転すると、そのほとんどが被削材２の外周面上から遠心力で飛散してしまい、重力でも落下するため、外周面上に付着して切削工具１２の位置にまで到達するクーラント１４Ｃは被削材２の表面を濡らす程度の微量である。よって、切削工具１２の刃先を直接冷却して刃先の温度を下げることなく切削加工が行われる。
また、切削工具１２の刃先が被削材の回転方向前方側（白抜きの矢印の前方側）に配置されているため、言い換えると前記クーラント供給ノズルの噴射口は、被削材の回転方向後方側（白抜きの矢印の後方側）の位置に配置され、飛び散ったクーラント１４Ｃが直接刃先に衝突して刃先を冷却することはないため、この飛び散ったクーラントによる刃先温度への影響はほとんどない。すなわち図２において、クーラント１４Ｃの噴射方向ベクトルと、クーラント供給ノズル１４の中心軸と被削材２との交点における被削材の回転方向ベクトルとのなす角が、後者のベクトルを基準として、被削材の回転方向に０度から９０度の範囲の角度となるようにクーラント供給ノズルの噴射口が配置されている。
つまり、前記クーラント供給ノズル１４の中心軸(すなわちクーラント１４Ｃの噴射方向)と被削材２との交点における（被削材の外径の）接線と、クーラント供給ノズル１４の中心軸との角度θ２（前記接線を基準の０度とした場合の角度。図２参照）の範囲は、好ましくは０度から９０度である。さらに好ましくは、効率的に冷却するためにクーラント１４Ｃが被削材２からはみ出さないようにするため、例えば、被削材２の外径６０ｍｍ、クーラント供給ノズル１４の内径５ｍｍの場合、角度θ２の範囲は５度から９０度である。
そして、被削材の回転中心を中心位置として、クーラント供給ノズル１４の中心軸と被削材２との交点と切削位置との回転方向後方側の角度θ３（前記刃先の取付角度位置を基準の０度とした場合の角度。図２参照）の範囲は、刃先に回り込むクーラントを削減するために、好ましくは０度から１８０度である。さらに好ましくは、クーラント１４Ｃが直接刃先に当たらないようにするため、前記クーラント供給ノズルによりクーラントを供給する被削材上での角度位置は、前記被削材の回転中心を中心位置とし前記刃先の取付位置を起点として、前記被削材の回転方向の後方側であって、被削材の回転速度から定まる回転角度位置とする。被削材の回転速度、言い換えると周速によりクーラントに生じる遠心力が定まるからである。以上から、さらに好ましいθ３の範囲の例としては、例えば被削材２の外径が６０ｍｍ、回転速度が２０００ｒｐｍ、クーラント供給ノズル１４の内径が５ｍｍ、角度θ２が４５度の場合、３度から１８０度が挙げられる。

具体的な実施例で説明する。従来装置を模擬した一般的な刃先にクーラント１４Ｃを直接供給し冷却を行う方法で加工を行うと、２．６ｋｍの切削距離で６．３Ｓ（表面粗さＲｚが６．３μｍ）の被削材の表面粗さを満足できなくなったのに対して、本実施の形態１による切削加工装置を用いて切削を行った場合には、例えば、切削工具１２として超硬工具Ｐ１０種（ＪＩＳ分類記号）を用い、被削材２として構造用炭素鋼であるＳ３５Ｃ（ＪＩＳ分類記号）の切削を速度約４００ｍ／ｍｉｎで行った場合においては、７．３ｋｍの切削距離でも被削材の表面粗さＲｚは４．６μｍとなり、明らかに境界摩耗が抑制され、表面粗さの良好な切削加工品を得ることができた。
なお、本実施の形態１では、切れ刃を高温維持した状態で切削を行うため、切屑も熱を持った状態で排出されることとなるので、クーラント１４Ｃとしては引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。

上記のように、実施の形態１によれば、クーラント供給ノズル１４の噴射口を、切削工具１２の刃先に対して被削材２の回転方向の後方側であって、当該刃先より切削工具送り方向の前方側の部分に配置したことにより、クーラント供給ノズル１４から噴射されたクーラント１４Ｃが被削材２に対しては直接供給され、切削工具１２の刃先に対しては直接掛らない位置に配置されることとなり、被削材２の外周面に供給されたクーラント１４Ｃは、被削材２の回転によって供給された位置から切削工具１２の位置に至るまでの間に、重力と遠心力によって落下あるいは飛ばされ、切削工具１２の刃先に直接かかることがなくなる。従って、刃先を高温状態に維持することができ、しかも被削材２はクーラント１４Ｃによって冷却されて被削材温度も安定化されるので、高速切削を安定して行うことができる。
その結果、加工精度の向上が図れるとともに、工具が急冷されないので境界摩耗を生じず被削材の表面粗さの悪化が発生しない。そして生産性が向上し、加工費用を安価にすることもできるという効果も得られる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面における構成図である。図において、被削材２の下方部には、被削材２の回転軸方向におけるクーラント供給ノズル１４の噴射口に対応する位置に、被削材２に付着しているクーラント１４Ｃを回収するためのクーラント吸引管１５が設置されている。クーラント吸引管１５はノズル状あるいはロート状に上部が末広がりに形成されており、広範囲にクーラント１４Ｃの吸引を行う機能を有している。さらにエアブローノズル１８をクーラント吸引管１５の回転方向後方に取り付けることにより、クーラント１４Ｃを空気のカーテンにより遮断できる。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、クーラント吸引管１５を被削材２の下方（重力方向で被削材の下側の位置。以下同様）に設置することで、切削工具１２へ回り込むクーラント１４Ｃを極力減らし、しかも実施の形態１と同様に切削工具１２の高温を維持した状態で切削加工を行うことが可能となる。そのため、クーラントを直接工具刃先に供給しないことで被削材温度が安定し加工精度の向上が図れるとともに、工具が急冷されないので境界摩耗を生じず被削材の表面粗さの悪化が発生しないなどの効果が得られる。また、エアブローノズル１８を取り付けることで、さらに切削工具１２へ回り込むクーラント１４Ｃを削減することが可能となる。また、この例ではクーラント吸引管１５とエアブローノズル１８の両方を設置しているが、片方のみでもその効果が期待できる。
なお、クーラント吸引管１５は、被削材２の下方に設置したが、切削工具１２の切削領域の近傍に設置することにより、クーラントの回収と切屑の回収を同時に行うことが可能となる。この場合は、クーラントと切屑の分離、または長い切屑を分割もしくは切断する機構などを組み込む必要がある。さらに、エアブローノズル１８を併用する場合は、クーラント吸引管１５の回転方向前方に取り付けることで、空気による切削工具１２の冷却を防止し、切屑を飛散させることなく、回収が可能となる。また、本実施の形態２も実施の形態１と同様に、切れ刃を高温維持した状態で切削を行うことができるため、切屑も熱を持った状態で排出されることとなり、クーラント１４Ｃとしては、引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図６は図５に示された切削加工装置の要部の側面図である。図において、円筒内径加工を行う切削工具１２Ａは、刃物台１３に固定されており、刃物台１３が移動することで切削工具１２Ａは被削材２に対する切込と送りを与えられ、回転している被削材２の内径部２ａの加工が行われる。この刃物台１３には、被削材２を冷却するクーラント供給ノズル１４も備えられており、刃物台１３が移動することで、被削材２の外周面にクーラント供給ノズル１４も移動し、クーラント１４Ｃにより被削材２を外表面側から冷却することができる。

上記のように構成された実施の形態３においては、クーラント１４Ｃは被削材２の外周面に供給され、切削工具１２Ａの刃先には直接接触しないので、切削工具１２Ａの高温を維持した状態で加工を行うことが可能となる。従って、被削材温度が安定し加工精度の向上が図れるとともに、工具が急冷されないので境界摩耗を生じず被削材の表面粗さの悪化は生じない。またクーラント１４Ｃと切削工具１２Ａ、及び図示しない切屑が直接接触しにくい構造となっているが、切屑は高温であるためクーラント１４Ｃには、引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。また、実施の形態２に示すクーラント吸引管１５を設置して、クーラント１４Ｃの回収を行うことも可能である。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面における構成図である。図において、刃物台１３には、加工を行う断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂが固定されており、その断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂには、切削工具の刃物であるインサート１２１が取り付けられている。インサート１２１の逃げ面側には、クーラント噴射口１４ａが開口されている。
断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂには、内部を貫通した管路が設けられており、その管路はホルダを通じて刃先を冷却しないように断熱された状態でクーラント噴射口１４ａに連通している。刃物台１３は、図示されていない工作機本体からクーラント１４Ｃの供給を受け、供給されたクーラント１４Ｃを断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂの前述の管路を経由して、クーラント噴射口１４ａから被削材２に供給する構成となっている。
また、刃物台１３および断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂは、クーラント噴射口１４ａから噴射されるクーラント１４Ｃ（の流れの中心）が、被削材２の刃先より回転方向後方側であって切削工具送り方向の前方側にくるように配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態４においては、刃物台１３が移動することで、断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂとインサート１２１が被削材２に対する切込と送りを与えられ、回転している被削材２の加工が行われる。クーラント噴射口１４ａは、インサート１２１の逃げ面側に開口されており、クーラント噴射口１４ａが断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂに当たらない方向を向いているため、噴射されたクーラント１４Ｃが工具を直接冷却せずに被削材２を冷却することができるので、インサート１２１の先端を高温維持した状態で加工を行うことが可能となる。
そのため、被削材温度が安定し加工精度の向上が図れるとともに、工具が急冷しないので境界摩耗を生じず被削材の表面粗さの悪化が発生しない。また、クーラント噴射口１４ａを工具逃げ面側に設けることにより、被削材の回転によりクーラントを振り切る距離が延びるので、クーラントの飛沫による工具急冷を防止し境界摩耗を防ぐことで、被削材の表面粗さの悪化が、より生じにくい。

なお、本実施の形態４も実施の形態１と同様に、切れ刃を高温維持した状態で切削を行うことができるため、切屑も熱を持った状態で排出されることとなり、クーラント１４Ｃには引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。
また、実施の形態１に示すクーラント供給ノズル１４を設置して、そのクーラント供給ノズル１４からクーラント１４Ｃを同時に供給して加工を行うこと、あるいは実施の形態２に示すクーラント吸引管１５あるいはエアブローノズル１８を設置することも可能である。

実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図１０は図９の一点鎖線で表された部分を含むＸ−Ｘ線に沿う断面における構成図である。図において、刃物台１３には、加工前の切削工具１２の刃先部分を昇温させる外部加熱手段１６として、例えば加熱空気あるいは過熱水蒸気等の加熱流体１６ａを刃先部分に供給するための加熱流体供給ノズル１６Ａが設けられ、さらに加熱流体１６ａを生成するための加熱流体発生装置（図示省略）と、加熱流体１６ａの温度制御装置（図示省略）が設けられている。なお、加熱流体１６ａの温度は、被削材２に２００℃を超える温度を加えると酸化を招く恐れがあるので、２００℃程度までが望ましい。
刃先部分の加熱は加工中にも行うことが可能であるが、切削条件によっては切削工具１２の切削領域が８００℃以上となる場合があり、２００℃の加熱は刃先の冷却を意味するので、加工直前までの加熱が妥当である。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態５においては、切削加工の前に加熱流体供給ノズル１６Ａから切削工具１２の刃先に加熱流体１６ａを噴射させ、予め加工前の刃先を所定の温度に昇温させることで、切削開始時の切削工具１２の急激な昇温の緩和が可能となる。そのため、切削工具１２の寿命を延ばすことが可能となり、また、切削加工の開始直後から精度の高い切削加工ができるという更なる効果が得られる。

図１１は本発明の実施の形態５における切削加工装置の変形例を概念的に示す要部側面図である。なお、この変形例は外部加熱手段１６として、レーザ加熱器１６Ｂを用いるようにしたものである。図において、切削加工装置本体には切削工具１２の刃先部分を臨む位置に設置されたレーザ加熱器１６Ｂが設けられている。
上記のように構成された変形例においては、レーザ加熱器１６Ｂから照射されるレーザ光線Ｌの焦点に切削工具１２を移動させて、工具刃先を昇温してから加工を行うことにより、切削開始時の急激な昇温の緩和が可能である。なおこの例では、刃物台が退避位置で仕上げ切削用の工具交換を行った直後に昇温することを想定しているが、切削中のインターバルで工具を退避させてから後の昇温も可能である。

図１２は本発明の実施の形態５における切削加工装置の他の変形例を概念的に示す要部側面図である。なお、この他の変形例は、外部加熱手段１６として電磁誘導を用いた誘導加熱器１６Ｃを用いるようにしたものである。図において、切削加工装置本体には、加工前の切削工具１２の刃先部分を昇温させるための誘導加熱器１６Ｃが設けられている。
上記のように構成された他の変形例においては、切削加工装置本体に設置された誘導加熱器１６Ｃの近傍に切削工具１２を移動させて、工具刃先を昇温してから加工を行うことにより、切削開始時の急激な昇温の緩和が可能である。この例でも、刃物台が退避位置で仕上げ切削用の工具交換を行った直後に昇温することを想定しているが、切削中のインターバルで工具を退避させてから後の昇温も可能である。

なお、本実施の形態５は、加熱手段を備えているため、引火点が加熱温度よりも低い不水溶性タイプのクーラントを用いる必要があるが、加工に関しては実施の形態１と同様に、切れ刃を高温維持した状態で切削を行うため、切屑も熱を持った状態で排出されることとなり、クーラント１４Ｃには引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。
また、本実施の形態５の構成に実施の形態２に示すクーラント吸引管１５あるいはエアブローノズル１８を設置すること、あるいは実施の形態４に示す断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂを用いて加工を行うことも可能である。さらに実施の形態３に示す円筒内切削加工に本実施の形態５の工具昇温手法を用いて工具刃先の加熱を行うことも可能である。

上記のように実施の形態５によれば、加熱流体供給ノズル１６Ａによる高温流体の供給、あるいはレーザ加熱器１６Ｂ、あるいは誘導加熱器１６Ｃ等の外部加熱手段１６を備え、予め加工前の刃先を所定の温度に昇温させることで、切削時との温度ギャップを少なくし、工具刃先の熱亀裂による被削材の表面粗さの悪化を防止できる。また、切削開始時の切削工具１２の急激な昇温の緩和が可能となる。そのため、切削工具１２の寿命を延ばすことが可能となり、また、切削加工の開始直後から精度の高い切削加工ができるという更なる効果が得られる。
なお、以上においては、外部加熱手段１６としては上述の３種類の外部加熱手段のうち、何れか１種類のものを使用する前提で説明したが、これに限らず、複数種類のものを組み合わせて用いてもよい。

実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６における切削加工装置の要部を概念的に示す上面図、図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面における構成図である。図において、刃物台１３には加工中の切削工具１２の保温を行うための保温装置１７としての液状発泡断熱材噴射装置が備えられている。この液状発泡断熱材噴射装置は、液状発泡断熱材供給ノズル１７Ａを有し、切削加工中に液状発泡断熱材１７ａを切削工具１２の刃先に供給し得るように構成されている。なお、液状発泡断熱材１７ａは、何れも図示省略している泡発生装置でバブリングなどによって生成され、ポンプによって泡送給管を介して、液状発泡断熱材供給ノズル１７Ａに、保温の仕方に応じて連続的にあるいは間欠的に、送られる。その他の構成は実施の形態１と同様である。

液状発泡断熱材１７ａとしては、例えば水で希釈して用いているクーラントの原液を用いることで、クーラント原液に使用されている界面活性剤をバブリングで発泡させて使用することが可能となる。この場合、水で希釈する前のクーラント原液を供給することとなるが、泡としての供給のため使用量が少なく、被削材２を冷却するクーラントと混合しても濃度変動に関しては問題ないが、加工精度維持の点で定期的な濃度測定を行うことが望ましい。しかし泡が残留する可能性があるため、クーラントに消泡剤を混合することがより望ましい。
なお、泡は高温での安定性が悪いので、工具温度を保持するために、加熱媒体と泡を同時に使用する際には、別々のノズルを用いて供給することが望ましい。

上記のように構成された実施の形態６においては、切削加工中に液状発泡断熱材１７ａを切削工具１２の刃先に供給するようにしたことで、被削材２を冷却するクーラント１４Ｃの一部が飛散して切削工具１２の刃先にかかることで切削工具１２が急冷されるのが防止され、加工中の断熱とクーラントの直接冷却を防止することで、工具刃先の熱亀裂による境界摩耗の発生を抑え境界摩耗から工具を守ることが可能で、被削材の表面粗さの悪化を防止できるという更なる効果が得られる。

なお、実施の形態２に示すクーラント吸引管１５あるいはエアブローノズル１８を設置すること、あるいは実施の形態４に示す断熱型クーラント供給孔付きホルダ１２Ｂを用いて加工を行うことも可能である。さらに実施の形態３に示す円筒内切削加工に本実施の形態６の液状発泡断熱材供給ノズルを設置して工具刃先の温度保持を行うことも可能である。

なお、実施の形態５に示す外部加熱手段１６、あるいは実施の形態６に示す保温装置１７は、何れも切削工具１２の温度を所望の範囲に保持する温度保持装置を構成するものであり、外部加熱手段１６はいわば能動的に切削工具１２の温度を上げることができるので、切削加工前に予め昇温できることはもとより、例えば切削加工中にクーラント１４Ｃの一部が刃先に降りかかる等の影響で工具温度が目標値よりも低い場合に、工具温度を昇温させることで温度保持を図ることもできる。一方、保温装置１７は加工中に昇温した切削工具１２の温度をいわば受動的に温度保持するものである。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 切削加工装置、２ 被削材、２ａ 内径部、１０ チャック、１０ａ 把持部、１１ 芯押し台、１２、１２Ａ 切削工具、１２Ｂ 断熱型クーラント供給孔付きホルダ、１２１ インサート、１３ 刃物台、１４ クーラント供給ノズル、１４ａ クーラント噴射口、１４Ｃ クーラント、１５ クーラント吸引管、１６ 外部加熱手段、１６Ａ 加熱流体供給ノズル、１６ａ 加熱流体、１６Ｂ レーザ加熱器、１６Ｃ 誘導加熱器、１７ 保温装置、１７Ａ 液状発泡断熱材供給ノズル、１７ａ 液状発泡断熱材、１８ エアブローノズル、Ｌ レーザ光線

上記のように構成された実施の形態２においては、クーラント吸引管１５を被削材２の下方（重力方向で被削材の下側の位置。以下同様）に設置することで、切削工具１２へ回り込むクーラント１４Ｃを極力減らし、しかも実施の形態１と同様に切削工具１２の高温を維持した状態で切削加工を行うことが可能となる。そのため、クーラントを直接工具刃先に供給しないことで被削材温度が安定し加工精度の向上が図れるとともに、工具が急冷されないので境界摩耗を生じず被削材の表面粗さの悪化が発生しないなどの効果が得られる。また、エアブローノズル１８を取り付けることで、さらに切削工具１２へ回り込むクーラント１４Ｃを削減することが可能となる。また、この例ではクーラント吸引管１５とエアブローノズル１８の両方を設置しているが、片方のみでもその効果が期待できる。
なお、クーラント吸引管１５は、被削材２の下方に設置したが、切削工具１２の切削領域の近傍に設置することにより、クーラントの回収と切屑の回収を同時に行うことが可能となる。この場合は、クーラントと切屑の分離、または長い切屑を分割もしくは切断する機構などを組み込む必要がある。さらに、エアブローノズル１８を併用する場合は、クーラント吸引管１５の回転方向後方に取り付けることで、空気による切削工具１２の冷却を防止し、切屑を飛散させることなく、回収が可能となる。また、本実施の形態２も実施の形態１と同様に、切れ刃を高温維持した状態で切削を行うことができるため、切屑も熱を持った状態で排出されることとなり、クーラント１４Ｃとしては、引火の危険性の無い水溶性タイプを用いる方が望ましい。

Claims (10)

1. 保持部に保持され回転する被削材に対して切削工具の刃先を当てて切削を行いつつ、被削材をクーラントによって冷却するように設定している切削加工装置であって、前記クーラントを供給するクーラント供給ノズルの噴射口を、前記刃先に対して前記被削材の回転方向の後方側であって、該噴射口から流出したクーラントが前記刃先よりも前記切削工具の送り方向の前方側に供給される位置に配置していることを特徴とする切削加工装置。
2. 前記クーラント供給ノズルによりクーラントを供給する被削材上での角度位置は、前記被削材の回転中心を中心位置とし前記刃先の取付位置を起点として、前記被削材の回転方向の後方側であって、被削材の回転速度から定まる回転角度位置であることを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記クーラント供給ノズルの噴射口は、前記切削工具とは断熱した状態で、前記切削工具の逃げ面側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削加工装置。
4. 前記被削材の下側に、前記クーラント供給ノズルから流出され前記被削材の冷却に用いたクーラントの回り込みを防止するクーラント吸引管、またはエアブローノズルを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の切削加工装置。
5. 前記切削工具の温度を保持する温度保持装置を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の切削加工装置。
6. 前記温度保持装置は、前記切削工具を外部より加熱する加熱手段を用いたものであることを特徴とする請求項５に記載の切削加工装置。
7. 前記加熱手段は、前記切削工具に対して、
   加熱した流体を噴射する加熱流体噴射装置、
   レーザビームを照射して加熱するレーザ加熱装置、
   または、電磁誘導による誘導加熱装置、
   を用いたものであることを特徴とする請求項６に記載の切削加工装置。
8. 前記温度保持装置は、切削によって上昇した前記切削工具の温度の低下を抑制する保温装置からなることを特徴とする請求項５に記載の切削加工装置。
9. 前記保温装置は多数の気泡からなる液状発泡断熱材を前記切削工具に噴射する液状発泡断熱材噴射装置を用いたものであることを特徴とする請求項８に記載の切削加工装置。
10. 前記液状発泡断熱材噴射装置は水で希釈して用いるクーラント原液を発泡させる泡発生装置と、この泡発生装置で生成された液状発泡断熱材を前記切削工具に送給する泡送給管を備えることを特徴とする請求項９に記載の切削加工装置。

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