WO2003076129A1 - Dispositif generant des morceaux d'ecoulement turbulent fins - Google Patents

Dispositif generant des morceaux d'ecoulement turbulent fins Download PDF

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WO2003076129A1
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Yoshikazu Nakai
Hiromi Nakai
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Yoshikazu Nakai
Hiromi Nakai
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1038Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality
    • B23Q11/1061Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality using cutting liquids with specially selected composition or state of aggregation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q11/10Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1076Arrangements for cooling or lubricating tools or work with a cutting liquid nozzle specially adaptable to different kinds of machining operations

Definitions

  • the present invention relates to a coolant and fluid supply device for a machine tool such as a cutting machine and a grinding machine, and other machines, and in particular, in the case of a machine tool, to supply a coolant fluid to a contact point between a blade and a workpiece. It is about. Background Art In machining, the major factors for reducing machining time, minimizing machining distortion, and minimizing residual stress in the cutting stress and thermal stress of a workpiece are cutting blades or grinding tools and machining. It is to improve the lubricity of contact with objects, the heat dissipation and cooling of frictional heat, and to suppress the generation of frictional heat.
  • a small amount of coolant is attached to the cutting blade, grinding wheel, and workpiece, and the elastic deformation of the machine tool occurs in the main shearing area of cutting.
  • a small amount of coolant liquid enters the tool cutting area by using both transient vibrations and cutting shear, and is absorbed into the microscopic cracks and voids generated, which lowers the surface energy and prevents re-welding Will be.
  • Such a brittleness effect in the shear region has a great effect on increasing the shear angle, reducing the chip thickness, and reducing the cutting force.
  • a tool since a tool repeatedly and transiently forms a field of elastic deformation, plastic deformation, and shear on the surface of a workpiece, it is effective for each transient field of plastic deformation and shear that the tool contacts. Cooling,
  • the present invention relates to a coolant for a machine tool, which has a favorable adhesive property and forms a film of the coolant against a centrifugal force received from a rotating surface, and adheres to and penetrates a tool or a workpiece. In order to be able to penetrate well into the shear zone, various liquid phase states were experimentally revealed and examined.
  • the coolant liquid is micronized, and fine turbulence is generated in each of the micronized coolant liquids, and the fine particle
  • the coolant turbulent block is supplied to the tool, calculus, or workpiece contact point as it is in a state where it is difficult to adhere to each other. It was found that it was only necessary to supply the adhesion at the contact point of the workpiece. Therefore, if a small amount of coolant liquid is intermittently supplied to the main shearing area of cutting, lubrication is performed for each shear, and vaporized by shearing heat and frictional heat between the cutting tool and chips, and at a certain temperature The assumption holds that the rise will also decrease the surface tension.
  • the thickness of the flowing liquid when the thickness of the flowing liquid is thin, it is hard to be spherical due to surface tension. If the coolant liquid is thick, it becomes spherical due to surface tension, increases its weight, and is blown off against centrifugal force and wind pressure.
  • an object of the present invention is to provide a fine turbulent mass in a state where the respective fine turbulent masses are hardly adhered to each other, adhere to a cutting blade, a grinding wheel, and a shearing region of the cutting, and supply them to a cutting location. It is an object of the present invention to provide an apparatus structure for causing a fluid to be hardly adhered to each other and for the fluid to generate fine turbulent lumps which are thin and adhere to a cutting blade, a grinding wheel, or a cut object.
  • the present invention is a compact and free-form device which achieves the above object and can be connected between a nozzle and a coolant liquid piping system.
  • a return channel for changing the direction of flow and giving impact to the flowing liquid; and d) a channel with dents or irregularities that cause turbulence while repeating slight compression and slight opening.
  • a return channel for changing the direction of flow and impacting the flowing liquid; f) a channel with recesses or irregularities in the channel, or a channel with a different cross-sectional area, or at least one or more A flooded waterway with shields such as cylinders,
  • the coolant flow passes through the outer peripheral spiral water channel, passes through the return water channel, and slightly compresses and slightly compresses the water channel with dents, irregularities, and spirals while mixing a small amount of air from the inlet of the device.
  • the lump is released from the outflow loca via a nozzle, and adheres, supplies, and penetrates the cutting blade, grindstone, and workpiece contact points.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration principle of coolant supply for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a basic example 1 of a coolant turbulent block generator of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a basic example 2 of the coolant turbulent block generator of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a basic example 3 of the coolant turbulent block generator of the present invention.
  • FIG. 5 is a combination of partial cross-sectional views taken along lines A-A, B_B, and C-C of FIG. 4.
  • Figure 6 is a schematic diagram of the channel shape.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a concave or uneven groove shape.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a concave or uneven groove shape.
  • FIG. 9 is a partial view of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic view of the external appearance of the device.
  • Fig. 11 is a schematic plan view (A) and a longitudinal sectional view (B) showing a state in which a workpiece having thin side walls and a bottom wall is cut out as a result of using the microturbulence generator of the present invention. is there.
  • 3 is a water channel for mixing air
  • C 4 is a channel with depressions, bumps or gradual different cross-sectional areas
  • C 5 is a channel for turning back
  • 2 8 is a channel E with a depression or a convex ⁇
  • 2 9 is a frame with depressions, irregularities, helical screws, cross screws, multi-threaded screws, etc.
  • 3 1 is a waterway B with a slight opening
  • 3 2 is a flat channel with depressions or irregularities F
  • 3 4 is a flat channel with depressions or irregularities G
  • 3 6 is a water channel with depressions or irregularities or different cross-sectional areas H
  • 3 7 is at least one protrusion near the cylinder
  • 3 8 is a waterway C with a slight opening
  • FIG. 1 showing a basic configuration of a fine turbulent block generator of the present invention
  • reference numeral 1 denotes a coolant tank
  • 2 denotes a coolant pump.
  • the fine turbulence generator 3 has, for example, a cylindrical shape, and the coolant supplied from the pump 2 passes through the fine turbulence generator 3 from the inlet 13, the cutting blade 9 from the nozzle 6, and the workpiece. This is to attach and supply to 10.
  • the workpiece 10 is cut by the cutting blade 9 on the moving table 11.
  • the coolant liquid is a collection of fine turbulent lumps, and is continuously supplied to the cutting blade 9 and the workpiece 10.
  • the coolant liquid pipe A 4 is an existing coolant liquid pipe
  • the coolant liquid pipe B 5 connects the fine turbulent lump generator 3 and the nozzle 6.
  • FIG. 2 shows in detail the cross-sectional structure in the first embodiment of the device for converting the coolant liquid into a fine turbulent mass.
  • the fine turbulent block generator 3 is installed near the nozzle 6, and is installed in the piping path between the coolant liquid pipe A 4 and the nozzle 6. Nozore 6
  • the coolant flows in from the inlet 13 and supplies a small amount of air from the air inlet 15 to the spiral water channel 14 through the spiral water channel 14.
  • the mixed coolant liquid containing a small amount of air in the return water channel A16 is greatly opened, and collides with the water channel wall, and some bubbles are suddenly crushed to form a fine turbulent mass, which contains finer bubbles. It becomes a fine turbulent mass.
  • the turbulent mass is made more stable and finer by repeating slight compression and slight opening of the water channel A 17 having depressions or irregularities.
  • the bubbles are also rapidly collapsed, and the fine turbulent mass is further refined.
  • the supplied coolant is collected into the coolant tank 1 via the moving table 11 and the bed 12.
  • the coolant discharged from the coolant nozzle entraps air between the nozzle and the cutting blade, grinding wheel, or workpiece, so even if the coolant pressure is lower than the air pressure, Even when the coolant pressure is extremely high, the fine turbulent mass is supplied stably.
  • the coolant liquid flows in from the inlet 13 and a small amount of air is supplied from the air inlet 15 to the water channel 23 for mixing air.
  • the mixed coolant is supplied to the water channel C 24 having a concave or uneven surface or a gradual different cross-sectional area, and the coolant liquid containing air is greatly released in the return water channel C 25, and collides with the water channel wall, and some bubbles are generated. A sharper impact,
  • the fine turbulent block generator 3 of the third embodiment shown in FIG. 4 is, for example, a plate-like shape. While repeating slight compression and slight opening, a small amount of air is supplied from the air inlet 15 through the flat water channel 32 having depressions or irregularities, and is mixed in the return water channel ⁇ 33. Due to the impact of the impact on the wall while being compressed and the sudden collapse of some of the bubbles, a fine turbulent mass containing finer bubbles is formed.
  • the coolant which is supplied to the flat channel G 34 with depressions or undulations, collides with air while containing air in the return channel F 35, and collides with the wall while being compressed. Become.
  • a turbulent mass is made finer by repeating slight compression and slight opening of a flat channel with depressions or irregularities or a channel with different cross-sectional areas.
  • a water channel 36 with a slight compression and a slight opening, forming a fine turbulent mass containing a finer turbulence, with the tip protruding part 31 in Fig. 3 Open channel with slight opening ⁇ 3 1 Inflow.
  • it flows into the water channel C 38 with a slight opening flows into the outlet 22, and is sent out to the coolant pipe ⁇ 5 connected to the nozzle 6, and from the nozzle 6 to the cutting blade 9 and the workpiece 10. Supplied.
  • Air is mixed into the liquid containing fine turbulence to give a slight turbulence, a slight compression, a slight opening, and other fluctuations to form a fine turbulent mass.
  • a small amount of air was mixed when the liquid was in a slightly open state. Immediately after that, a slight compression or collision was applied, and it was found that the state at that time was particularly excellent for grinding and cutting.
  • Small turbulence is generated by further applying slight compression, slight opening, and collision to the fine turbulent mass.
  • the finer turbulent mass and the finer turbulent mass become more difficult to adhere to each other.
  • the fine turbulent masses that are not easily adhered to each other are supplied to the cutting blade, grindstone, and cutting object contact point from the nozzle with slight opening.
  • the thin turbulence in the fine turbulent mass causes the very thin film on the cutting blade, grinding stone, and the cutting object. Sticking. Fine turbulence and fine turbulence are alternate! Since it is in a state that it is difficult to adhere to the cutting edge, the coolant liquid that flows sequentially to the extremely thin film that has once adhered to the cutting blade, grindstone, and workpiece is unlikely to adhere. Very thin films have high adhesion and low mass, so they are less likely to be repelled by centrifugal force, and are supplied to the workpiece contact point even at high speeds.
  • the fluid is thick, it tends to become spherical due to surface tension, but if it is very thin, it penetrates and adheres to the unevenness of the surface roughness of the cutting blade, grindstone, and cutting material by capillary action.
  • the fine turbulent mass that does not easily adhere to the very thin film attached to the surface is blown off by centrifugal force, wind pressure, etc. At that time, the coolant liquid easily adheres to the chips, so that the heat generated by the chips can be suppressed by using vaporization.
  • coolant liquid is supplied using the device structure of the present invention, in the case of aluminum processing, the occurrence of belag that occurs on the flank, in particular, can be significantly suppressed, improving the finished surface of the cut and the precision of the workpiece. It has been confirmed that, since the heat generation of the workpiece can be suppressed, the performance is remarkably high, such as in the case of a thin plate structure.
  • the microturbulence generator of the present invention is not limited to the cylindrical shape A shown in FIG.
  • Replacement form (Rule 26) It can be applied not only to symmetrical shapes such as rectangular parallelepiped, but also to non-axially symmetric shapes such as plate, rod, triangular pyramid, ring, L-shape, etc., and very compact and not only near the cutting point It can also be installed in the coolant pipe line, so that it can be easily mounted on various machines even when there is almost no space near the cutting blade, grinding wheel, or workpiece.
  • two of these devices can be installed in series near the nozzle and near the coolant pump to significantly improve the cutting and grinding properties.
  • the side wall and the bottom wall of the metal work piece 10 shown in FIG. 11 are about 0.5 to 1 mm. It was confirmed that even if a very thin processed product 1OA was machined, the peripheral groove 40 was cut out and taken out as a single unit as in 1OA in Fig. 11, no deformation occurred.
  • the present invention in the configuration as described above, exerts its effect only by installing the device itself in the coolant piping path, and is not subject to the structural limitations of the compactly installed machine.
  • This is a device for producing a fine turbulent mass with excellent lubrication and cooling properties.
  • the processing speed can be increased to about 1.5 to 6 times, especially to 2 to 25 times in the case of end mills.
  • the depth of cut is increased in the grinding process, re-deposition of the chips can be significantly prevented, the clogging of the grinding wheel can be significantly suppressed, and the grinding efficiency can be increased to about 1.3 to 5 times with a large depth of cut. be able to.
  • the workpiece accuracy of the grinding can be suppressed to one third or less.
  • the number of times of dressing the grinding wheel can be reduced. Diamond and borazon stones also have a remarkable effect. Reduces heat generation during cutting and grinding, reduces wear of cutting blades due to heat, and re-melts chips
  • cutting can be typically performed using a mixture of only water and a protective agent as a coolant.

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Description

钥細 微細乱流塊発生装置 【発明の詳細な説明】 微細乱流塊発生装置
技術分野 本発明は、 切削機械及び研削機械等の工作機械、 その他の機械におけるクーラ ント液及び流動液の供給装置、 特に工作機械の場合、 刃物と工作物との接触箇所 へのクーラント液の供給に関するものである。 背景技術 機械加工において、加工時間を短縮し、加工歪を極少にし、工作物の切削応力、 切削熱応力における残留応力を極少にするための大きな要素となるのは切削刃又 は研削工具と工作物との接触潤滑性と、 摩擦熱の放熱、 冷却性を高め、 又、 摩擦 熱の発生を抑えることである。すなわち、切削状態はわずかな表層弱化を与えるこ とにより改善されるという観点から、 微量のクーラント液を切削刃、 研削砥石、 工作物に付着させ、 切削の主せん断領域に、 工作機械の弾性変形と切削のせん断 両方の過渡的振動を利用して微量のクーラント液を工具切削箇所に進入させ、 発 生した微視的亀裂や空隙に吸着させれば、 表面エネルギーを低下させて再溶着を 妨げることになる。このようなせん断域の脆性効果は、せん断角の增大、及び切り 屑厚さの薄少化と切削力の減少に大きな効果を発揮する。一方、工具は工作物表面 に弾性変形と塑性変形とせん断の場を繰り返し過渡的に形成していくものである から、 その工具が接触する塑性変形とせん断の過渡的な場ごとに効果的に冷却、
差替え用紙 (規則 26) 潤滑を行うことはきわめて重要な要素である。
しかしながら従来の工作機械において、 そのような過渡的な場 (工具接触箇所) にノズルから直接供給されるクーラント液は、 回転する工具又は工作物から跳ね 飛ばされ、 工具と工作物表面を皮相的に掠めるだけであるから効果的な冷却、 潤 滑に寄与しているとはいえないものであった。
又、 特に専用機の場合など工具、 トイシ、 治具、 搬送装置、 ロボットアーム等 が混在し、空間がほとんどなレ、。切削箇所へクーラントノズルの接近性をもたせる 事が非常に重要なボイントとなる。その為、切削箇所近傍に装置を設置することは 非常に難しい。装置本体が切削箇所近傍から離れていても効果を発揮する必要が める。 発明の開示 本発明は、 工作機械におけるクーラント液が好ましい付着性を持って、 且つ回 転表面から受ける遠心力に抗してクーラント液を皮膜状して、 工具、 工作物に付 着、浸透し、せん断域によく浸透できるようにするため、種々の液体の相状態を実 験的に現出し、 検討した。
その結果、クーラント液が加工部に確実に供給される為には、クーラント液を微 細塊化して、 それぞれの微細塊ィ匕されたクーラント液の中に微細乱流を発生させ 微細粒塊同士が互いに付着しにくい状態で、 クーラント液微細乱流塊を微細乱流 塊のまま工具、抵石、工作物接触箇所に供給し、又、微量で、 できるだけ厚みの薄 い状態で切削刃、砥石、工作物接触点に付着供給すればよいことを発見した。従つ て、微量のクーラント液を切削の主せん断領域に違続的に供給すれば、せん断ごと の潤滑を行い、 せん断熱及ぴ刃物と切り屑の摩擦熱で気化し、 且つ、 ある程度の 温度上昇により表面張力も減少するであろうという仮定が成り立つ。
又、 流動液に特定方向の回転を与え接触した時点で外周方向に広がりやすいと いう特性をもって、 刃物、 砥石、 工作物等に接触した時点で外周方向に広がり、
差替え用紙 (規則 26) 流動液の厚みが薄くなり、 且つ付着性が増すという特性をもつ。
微細粒塊は微細乱流が入つた状態で工具、工作物接触点に接触すると微細乱流 の働きで張り付く状態となり、付着したクーラント液の厚みは薄くなる。微細乱流 で創生された微細乱流塊と微細乱流塊は互いに付着しにくレヽ状態であり、 ノズル から工具、砥石、工作物接触部に供給された微細乱流塊は、次々と供給される微細 乱流塊に押しつぶされて厚みがより薄くなる。厚みが薄ければ薄い程、工具の回転、 砥石の回転、工作物の回転による風圧で弾き飛ばされることも少なく、質量も小さ くなるので遠心力で弾き飛ばされることも少なくなり、工作物接触箇所への進入 性が増す。又、流動液の厚みが薄レ、と、表面張力で球状にもなりにくい。クーラント 液に厚みがあると表面張力で球状になり、且つ重量が増し遠心力、風圧に負けて弾 き飛ばされる。
従って、本発明の目的は微細乱流塊をそれぞれの微細乱流塊同士が互いに付着 しにくい状態にして、 切削刃、研削砥石、切削のせん断領域に付着させて切削箇所 に供給する為の、 流動液同士が互いに付着しにくく、 且つ流動液が切削刃、 研削 砥石、 切削物に厚みの薄い状態で付着しゃすい微細乱流塊を発生する為の装置構 造を提供することである。
本発明は、 上記の目的を達するため、 且つノズルとクーラント液配管系統の間 にも接続できるコンパクト、且つ、 自由形状の装置であって、
a) 流動液の流入口と、
b) 微量のエアーを混入する為の供給口を有する螺旋水路、 又は窪み又は凸凹設 けた水路と、
c) 流れ方向を変え、 且つ流動液に衝撃を与える為の折り返し用水路と、 d) 軽微な圧縮、軽微な開放を繰り返しながら乱流を起こす窪み又は凸凹を設け た水路と、
e) 流れ方向を変え、 且つ流動液に衝撃を与える為の折り返し用水路と、 f)水路に窪み又は凸凹を設けた水路、又は、異なった断面積を持つ水路、又は、 少 なくとも 1つ以上の円柱等の遮蔽物の乱立した水路と、
g)軽微な開放を伴う水路を流出口手前に持つ、 微細乱流塊発生装置を構成したも
差替え用紙 (規則 26) のである。
上記の構成によれば、クーラント液流は装置の流入口から微量のエアーを混入 しながら外周螺旋水路を通り、折り返し水路を通り、窪み又は凸凹、螺旋のある水 路を軽微な圧縮、軽微な開放を繰り返しながら通り、折り返し水路を通り、窪み又 は凸凹、螺旋のある水路を軽微な圧縮、開放を繰り返しながら通り、軽微な開放を 伴う水路を通り、 互いに付着しにくレ、微細乱流塊を流出ロカ らノズルを経て放出 し、 切削刃、 砥石、 工作物接触箇所に付着、 供給、 浸透させるものである。
図面の簡単な説明 図 1は本発明の工作機械用クーラント液循環供給の構成原理を示す略図であ る。
図 2は本発明のクーラント液微細乱流塊発生装置の基本的実施例 1の断面構造 を示す部分断面図である。
図 3は本発明のクーラント液微細乱流塊発生装置の基本的実施例 2の断面構造 を示す部分断面図である。
図 4は本発明のクーラント液微細乱流塊発生装置の基本的実施例 3の断面構造 を示す部分断面図である。
図 5は図 4の部分斬面 A— A線、 B _ B線、 C - C線線に沿って見た部分断面 図を組み合わせた図である。
図 6は水路形状の模式図である。
図 7は窪み又は凸凹の溝形状の断面模式図である。
図 8は窪み又は凸凹の溝形状の平面模式図である。
図 9は図 4の部分図である。
図 1 0は装置外観形状上の模式図である。
図 1 1は本発明の微細乱流発生装置を用いた結果、 薄い側壁と底壁を持った加 ェ品をくりぬき加工した状態を示す平面略線図 (A)及び縦断面図 (B ) である。
差替え用紙 (規則 26) 符号の簡単な説明 はクーラントタンク
はクーラントポンプ
は微細乱流発生装置
はクーラント液配管 A
はクーラント液配管 B
はノズル
はエアー用配管
はエアー用バルブ
は切削刃
0は被切削物
1は移動テーブル
2はべッド、
3は流入口
4は螺旋水路
5はエアー流入口
6は折り返し用水路 A
7は窪み又は凹凸を有する水路 A
8は折り返し用水路 B
9は窪み又は凹凸を有する水路 B
0は先端突起部分 A
1は軽微な開放を伴う水路 A
2は流出口
3はエアーを混入させる為の水路
4は窪み又は凸凹又は緩やかな異なる断面積を有する水路 C 5は折り返し用水路 C
6は窪み又は凸凹又は断面積の異なる水路 D
差替え用紙 (規則 26) 2 7は折り返し用水路 D
2 8は窪み又は凸囬を有する水路 E
2 9は窪み、 凸凹、 螺旋ネジ、 クロスネジ、 多条ネジ等を有するフレーム 3 0は先端突起部分 B
3 1は軽微な開放を伴う水路 B
3 2は窪み又は凸凹を有する平面水路 F
3 3は折り返し用水路 E
3 4は窪み又は凸凹を有する平面水路 G
3 5は折り返し用水路 F
3 6は窪み又は凸凹有する又は断面積の異なる水路 H
3 7は円柱に近い少なくとも一個以上の突起
3 8は軽微な開放を伴う水路 C
3 9は図 7、 図 8の溝
4 0は周辺の溝
発明を実施する最良の形態 本発明の微細乱流塊発生装置の基本構成を示した図 1において、 1はクーラン トタンク、 2はクーラントポンプである。微細乱流塊発生装置 3は、例えば円筒状 であって、 ポンプ 2から供給されたクーラント液を、 流入口 1 3から微細乱流塊 発生装置 3を通り、 ノズル 6から切削刃 9、 工作物 1 0に付着供給させるもので ある。工作物 1 0は移動テーブル 1 1上において、切削刃 9により切削されるもの である。 クーラント液は微細乱流塊の集まりであって、 切削刃 9、 工作物 1 0に 連続的に付着供給される。クーラント液用配管 A 4は既存のクーラント液配管で あって、 クーラント液用配管 B 5は微細乱流塊発生装置 3とノズル 6を接続する ものである。
図 2はクーラント液を微細乱流塊とする為の装置の基本的実施例 1における断 面構造を詳細に示すものである。この場合、微細乱流塊発生装置 3は、ノズル 6近 傍に設置し、クーラント液配管 A 4とノズル 6の配管経路に設置される。ノズノレ 6
差替え用紙 (規則 26) 近傍に設置できない場合クーラント液配管 B 5で微細乱流塊発生装置 3
6を接続する。
図 2の基本的実施例 1の微細乱流塊発生装置 3は、 クーラント液が流入口 1 3 から流入し、 螺旋水路 1 4でエアー流入口 1 5から微量のエアーを螺旋水路 1 4 に供給混合され、 折り返し用水路 A 1 6で微量のエアーの含まれたクーラント液 は大きく開放され、 水路壁に衝突し一部の気泡が急激につぶれる衝撃により微細 乱流塊になり、より細かい気泡を含んだ微細乱流塊になる。窪み又は凸凹を有する 水路 A 1 7を軽微な圧縮、 軽微な開放を繰り返しながら乱流塊をより安定させ、 より微細化する。折り返し用水路 B 1 8で同様に気泡が急激につぶれ微細乱流塊 がより微細化される。窪み又は凸凹を有する水路 B 1 9、又は窪み又は凸凹又は螺 旋ネジ、 クロス螺旋ネジ、 多条ネジ等を有する水路で軽微な圧縮、 軽微な開放を 伴いながらより微細な乱流を含んだ微細乱流塊になり、 先端突起部分 A 2 0と軽 微な開放を伴う水路 A 2 1で構成された水路に流入する。軽微な開放を伴う水路 A 2 1から流出口 2 2へ流れ込み、 ノズル 6に接続されたクーラント液配管 B 5 へ送り出され、ノズル 6から切削刃 9、被切削物 1 0に付着供給される。通常のク 一ラントシステム同様、 供給されたクーラント液は、 移動テーブル 1 1、 ベッド 1 2を介してクーラントタンク 1へ回収される。
. 又、 微量のエアーを混入できない場合、 例えばエアー圧力よりクーラント液圧 力の方が高い場合などエアーなしでも、 安定して互いに付着しにくい微細乱流塊 を供給できる。又、クーラント液ノズルから吐出されたクーラント液は、ノズルと 切削刃、 研削砥石、 切削物との間でエアーをかみこむので、 エアー圧力よりクー ラント液圧力が低い場合でも、 又、 エアー圧力よりクーラント液圧力が非常に高 圧力吐出の場合でも微細乱流塊は安定して供給される。
図 3の基本的実施例 2の微細乱流塊発生装置 3は、 クーラント液が流入口 1 3 から流入し、 エアー流入口 1 5から微量のエアーがエアーを混入させる為の水路 2 3に供給混合され、 窪み又は凸凹又は緩やかな異なる断面積を有する水路 C 2 4に供給され、 折り返し用水路 C 2 5でエアーの含まれたクーラント液は大きく 開放され、 水路壁に衝突し一部の気泡が急激につぶれる衝撃により、 より微細な
差替え用紙 (規則 26) 気泡を含んだ微細乱流塊になる。窪み又は凸凹又は断面積の異なる水路 D 2 6を 軽微な圧縮、軽微な開放を繰り返しながら微細乱流塊をより微細化する。折り返し 用水路 D 2 7で同様に気泡が急激につぶれ乱流塊がより安定させ、 より微細化す る。窪み又は凸凹を有する水路 E 2 8、又は窪み、 ώ凹、螺旋ネジ、クロスネジ、 多条ネジ等を有するフレーム 2 9と窪み又は凸凹を有する水路 2 8で軽微な圧縮、 軽微な開放を伴いながらより微細な乱流を含んだ微細乱流塊になり、 先端突起部 分 Β 3 0と軽微な開放を伴う開放水路 Β 3 1において構築された開放水路 Β 3 1 に流入する。開放水路 Β 3 1から流出口 2 2へ流れ込み、ノズル 6に接続されたク 一ラント液配管 Β 5へ送り出され、 ノズル 6から切削刃 9、 被切削物 1 0に付着 供給される。
図 4の基本的実施例 3の微細乱流塊発生装置 3は、 例えば板状であって、 クー ラント液が流入口 1 3力、ら流入し、 窪み又は凸凹を有する平面水路 F 3 2で軽微 な圧縮、 軽微な開放繰り返しながら、 エアー流入口 1 5から微量のエアーを、 窪 み又は凸凹を有する平面水路 3 2から供給混合され折り返し用水路 Ε 3 3でエア 一の含まれたクーラント液は圧縮を受けながら壁に種 ί突し一部の気泡が急激につ ぶれる衝撃により、 より微細な気泡を含んだ微細乱流塊になる。 窪みまたは凸凹 を有する平面水路 G 3 4に供給され、 折り返し水路 F 3 5でエアーの含まれたク 一ラント液は圧縮を受けながら壁に衝突し気泡が急激につぶれ、 より微細乱流塊 になる。窪み又は凸凹を有する平面水路又は断面積の異なる水路 Η 3 6を有する 水路を軽微な圧縮、軽微な開放を繰り返しながら乱流塊をより微細化する。又、窪 み又は凸凹を有する平面水路又は断面積の異なる水路 Η 3 6の中に円柱に近い少 なくとも一個以上の突起 3 7を有する水路 3 6、 又は窪み、 凸凹、 螺旋ネジ、 ク ロス螺旋ネジ、 多条ネジ等 3 0を有する水路 3 6で軽微な圧縮、 軽微な開放を伴 いながらより微細な乱流を含んだ微細乱流塊になり、 図 3の先端突起部分 3 1と 軽微な開放を伴う開放水路 Β 3 1流入する。又は、軽微な開放を伴う水路 C 3 8に 流入し、 流出口 2 2へ流れ込み、 ノズル 6に接続されたクーラント液配管 Β 5へ 送り出され、 ノズル 6から切削刃 9、 被切削物 1 0に供給される。
捻りを加える箇所、 又は軽微な圧縮、軽微な開放を加える水路で、微量のエアー
差替え用紙 (規則 26) を混入する。エアーを混入して、微細乱流を含んだ液体に軽微な衝突、軽微な圧縮、 軽微な開放などの変動を与えて、微細乱流塊にする。微量のエアーを液体が軽微な 開放状態のときに混入し、その直後に軽微な圧縮をかける、若しくは衝突を加える、 その時の状態が特に研削、 切削に優れていることを発見した。
微細乱流塊に、さらに軽微な圧縮、軽微な開放、 衝突を加えて微細乱流を発生さ せる。より微細になった微細乱流塊と微細乱流塊は互いに付着しにくい状態にな る。互いに付着しにくい状態の微細乱流塊に軽微な開放を伴ってノズルより切削 刃、 砥石、 切削物接触点に供給する。
互いに付着しにくい状態の微細乱流塊は、切削刃、砥石、 切削物に衝突すると、 微細乱流塊の中の微細乱流の効果により、切削刃、砥石、 切削物に非常に薄い膜と なって張り付く。微細乱流塊と微細乱流塊は互!/、に付着しにくレ、状態になってい る為、一度切削刃、砥石、工作物に付着した非常に薄い膜には順次流れてくるクー ラント液は付着しにくい。非常に薄い膜は、付着性も高く、質量もない為、遠心力で 弾き飛ばされることも少なく、 高速領域でも工作物接触点に供給される。
流動体は、厚みがあると表面張力で球状になろうとするが、非常に厚みが薄いと 切削刃、砥石、 切削物の表面粗さの凸凹に毛管現象で浸透付着する。
表面に付着した非常に薄い膜に、 付着しにくい微細乱流塊は遠心力、 風圧など で弾き飛ばされる。その時、クーラント液は切り屑に付着にも付着しやすいので、 切り屑の発生熱も気化を利用して抑えることができる。
工作物接触点ではせん断ごとの潤滑を行えばよく、工作物接触点には微量のク 一ラント液を供給して、せん断ごとの潤滑を行い、瞬間的切削熱を抑えることがで きる。その微量のクーラント液の気化を利用して発生熱を大幅に奪うことができ る。瞬間的切削発生熱を抑えることで累積発生熱を著しく抑えることができ、切削 刃の熱磨耗を減少させ、 表面エネルギーを減少させ切削加工、 特に研削加工にお いて砥石への微細切り屑の再溶着を防ぎ、 砥石目づまりを抑制し、 切り込みを大 幅に増加しても研削焼けを防止する。ダイアモンド砥石、 ボラゾン砥石にも同様、 著しい効果を示すことが確認された。
又、切削機械の弾性変形と切削のせん断の微細振動で引き起こされる微細な隙
差替え用紙 (規則 26) 間に、毛細管現象で浸透させることができる。毛細管現象で浸透した液体は、せん 断ごとに潤滑と気化蒸発を繰り返す。クーラント原液は粒子が大きい為、浸透しな
V、と思われる。水溶性クーラント液で実験した限りでは、ほとんど水のみの潤滑作 用である。気化した水蒸気は、切削箇所に供給されないクーラント液微細乱流塊の 中に取り込まれ環境に放出されることは少ない。
作用としては、粘性の低い油性のクーラント液でも同様の結果が得られる。 以上述べた本発明の実施例において、確認された効果及び可能性は次のとおり である。
本発明の装置構造を用いてクーラント液供給を行つたならば、アルミ加工の場 合、 特に逃げ面に発生するべラーグの発生を著しく抑えることができ、 切削仕上 げ面、 工作物精度を向上することができ、 工作物の熱の発生を抑制できる為、 薄 板構造物の場合など著し ヽ性能を発揮することが確認された。
本発明の装置構造を用いてクーラント液供給を行ったならば、研削加工時、研削 速度の増加、切り込みの増大、砥石目づまりの減少、砥石ドレッシング回数の削減、 砥石粒脱落の減少等、著し!/、効果が確認された。
平面研削盤テーブル上に 9 0 0 mm X 9 0 0 mm X厚み 5 mmの薄板工作物 を電磁石なしで、 振れ止めの設置だけで研削加工を行った結果、 研削加工中の研 削加工熱による歪も起きず、 又、 切り込みを大きくとっても変形をまったく生じ ない安定した高精度研削加工ができる事が確認された。生産性は 1 . 5〜 5倍、電 磁石を使用しないため不要な力が加わらず、 加工物精度は三分の一以下に製作す ることが出来た。
流動体に高い圧力がかかっていても、 装置を通過した流動体は微細乱流塊とな り、切肖 U、研削加工において機能を果たす流動体になっている。特に、 クリープフ ィ一ド研削、 切り屑の排出性を求められる工具内部給油での深孔加工等において も著しい効果が確認された。但し、クーラント液の圧力がエアー圧力より高くなる 為、 微量のエアーを供給することはできないが、 ノズルから吐出した時に巻き込 まれる微量のエアーで十分な機能を果たす為、微細乱流塊は安定して供給される。 本発明の微細乱流発生装置は、図 1 0の円筒状 Aのみならず、 三角柱又は角柱、
差替え用紙 (規則 26) 直方体等という軸対象形状のみならず、板状、 棒状、 三角錐、環状、 L型等非軸対 象形状、異形状においても実施可能であり、又非常にコンパクト、且つ切削点近傍 のみならず、クーラント液配管経路にも設置できるという特 1"生をもつて、切削刃、 研削砥石、 切削物近傍のスペースがほとんどなくても、 各種機械への装着が簡便 に行える。
又、 より高度な切削性、 研削性を必要とする時は、 本装置をノズル近傍とクー ラントポンプ近傍に 2台直列に設置し、 切削性、 研削性を著しく改善することが できる。
本発明の装置構造を用いてクーラント液供給を行つたならば、工作片のひずみ が極めて少ないため、図 1 1に示す金属工作片 1 0において側壁及び底壁が 0 . 5 〜 l mm程度ときわめて薄い加工品 1 O Aを加工し、周辺の溝 4 0を切り抜き、図 1 1の 1 O Aの如く単体として取り出しても変形をまったく生じないことが確認 された。
産業上の利用可能性 本発明は、以上述べた通りの構成において、装置自体はクーラント液配管経路に 設置するのみで効果を発揮し、且つコンパクトで設置する機械の構造上の制約を 受けない、 潤滑性と冷却性に優れた微細乱流塊を生み出すための装置である。 加工速度は、 1 . 5〜 6倍程度、特にエンドミルの場合には 2〜 2 5倍にまで高 めることができるため、 これに伴う経済効果はきわめて大きくなる。
又、研削加工において切り込みを増大しても、切り屑の再溶着を著しく防ぐこと ができ、 砥石の目づまりを著しく抑える事ができ、 大きい切り込みで研削効率を 1 . 3〜 5倍程度にまで高めることができる。 又、 研削加工の工作物精度も三分 の一以下に抑えることができる。又、 砥石のドレッシング回数も削減できる。 ダイアモンド砥石、 ボラゾン砥石の場合も同様の著しい効果を発揮する。 切削、 研削時の発熱を抑え、 切削刃の熱による磨耗を減少させ、 切り屑の再溶
差替え用紙 (規則 26) 着を防ぐ事により工作物精度を向上させ、 せん断残留応力、 熱による残留応力を 減少させ、 工作物品質、 付加価値を高める。
能率向上、高精度化、工作物の高品質化、 省力化においても計り知れない効果を 提供するものである。又、配管経路にも設置できる簡単な工事であり、投資費用も 軽減される。
又、 クーラント液として典型的には水と防鲭剤のみの混合液を用いて切削する ことが可能である。
差替え用紙 (規則 26)

Claims

3 請求の範囲
1
工作機械のクーラント液供給装置の配管経路に設置することにおいて、 a) 微量のエアーを混合する為の少なくとも 1箇所の水路と、
b)微量のエアーが水路壁に衝突し気泡が急激につぶれる衝撃により、微細乱流塊 にする為の少なくとも 1箇所の水路と、
c)軽微な圧縮、軽微な開放を伴う少なくとも 1箇所の水路を特徴とする微細乱流
2
流動液に微量のエアーを混入し、 少なくとも 1箇所の窪み又は凸凹を有する、 微細乱流塊を発生する為の、 少なくとも 1箇所の水路を有することを特徴とする 微細乱流塊発生装置。
3
流動液に微量のエアーを混入し、 少なくとも 1箇所の螺旋状の水路を有する微 細乱流塊を発生する為の、 少なくとも 1箇所の水路を有することを特徴とする微 細乱流塊発生装置。
4
流動液に微量のエアーを混入し、 エアーの炸裂する衝撃を与えて、 微細乱流塊 を発生する為の、 少なくとも 1箇所の水路を有することを特徴とする微細乱流塊
5
流動液に微量のエアーを混入し、 少なくとも 1箇所に軽微な圧縮、 又は軽微な 開放を加えて、 微細乱流を発生する為の少なくとも 1箇所の断面積の異なる水路 を有することを特徴とする微細乱流塊発生装置。
6
流動液に微量のエアーを混入し、 少なくとも 1箇所に円柱に近い突起を有する 水路を通して、 微細乱流を発生する為の少なくとも 1箇所の水路を有すること を特徴とする微細乱流塊発生装置。
差替え用紙 (規則 26) 7
流動液に微量のエアーを混入し、 少なくとも 1箇所に凸凹、 螺旋ネジ、 クロス 螺旋ネジ、多条ネジ等を有する全周壁からなる少なくとも 1箇所の水路を通して、 微細乱流塊を発生する為の少なくとも 1箇所の水路を有することを特徴とする微 細乱流塊発生装置。
8
流動液流出口手前に軽微な開放を伴う、 少なくとも 1箇所の水路を有する事を 特徴とする装置。
9
請求項 1〜8の少なくともいずれか 1項記載の装置の、 エアーを混入しないこ とを特徴とする、 流動液が高い圧力においても、 又、 通常の圧力においても安定 した微細乱流塊を発生することを特徴とする微細乱流塊装置。
1 0
請求項 1〜 9の少なくともいずれか 1項記載の装置を、 直列、 並列に接続する ことにより切削性能、 研削性能アップ、 或いは、 流動液流量に対応できるフレキ シブル性のある装置。
1 1
流動液の供給箇所近傍のみならず、 流動液配管経路にも設置できる請求項 1.〜 1 0の少なくともいずれか 1項記載の水路を有した切削効率を改善できる装置。
1 2
流動液に特定方向の回転を与え、 刃物、 砥石、 工作物に供給する流動液の供給 方法。
1 3
微細流動液塊の中に特定方向の回転の乱流を発生させ、 流動液を刃物、 砥石、 工作物に流動液を付着供給する供給方法。
差替え用紙 (規則 26) 5
1 4
微細流動液塊の中に特定方向の回転の乱流を発生させ、 且つ互 、に付着しにく い流動液を刃物、 砥石、 工作物に付着供給する供給方法。
差替え用紙(規則 26)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014079743A (ja) * 2012-09-26 2014-05-08 Shibaura Mechatronics Corp 液体処理装置及び液体処理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05104393A (ja) * 1991-10-09 1993-04-27 Toyota Motor Corp 加工方法
JPH0751981A (ja) * 1993-08-13 1995-02-28 Taiho Kogyo Co Ltd 切削加工方法とその装置
EP0881033A1 (en) * 1996-02-15 1998-12-02 Zeta Heiwa Ltd. Method and apparatus for supplying and separating recovering liquid coolant for cutting machines and grinding machines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05104393A (ja) * 1991-10-09 1993-04-27 Toyota Motor Corp 加工方法
JPH0751981A (ja) * 1993-08-13 1995-02-28 Taiho Kogyo Co Ltd 切削加工方法とその装置
EP0881033A1 (en) * 1996-02-15 1998-12-02 Zeta Heiwa Ltd. Method and apparatus for supplying and separating recovering liquid coolant for cutting machines and grinding machines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014079743A (ja) * 2012-09-26 2014-05-08 Shibaura Mechatronics Corp 液体処理装置及び液体処理方法

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