JP2003260627A - 切削加工用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークを精度よく加工することが可能であると
ともに、切削用刃具の寿命を確保することも可能な切削
加工用装置を提供する。 【解決手段】切削部１０は、スピンドル１２と、該スピ
ンドル１２が回転付勢されることに伴って回転動作する
穴付エンドミル１４と、ピストン１６を有するシリンダ
１８と、ピストン１６を変位させる変位手段としての固
定板２０、コイルスプリング２２およびフランジ部材２
４とを備える。なお、シリンダ１８には、該シリンダ１
８内の室２６に切削油を供給するための切削油供給機構
２８が連結されている。ワークを切削加工する際、室２
６に切削油が供給されるとピストン１６が押圧されるこ
とにより、該ピストン１６とともに穴付エンドミル１４
が前進動作する。切削加工途中に切削油の供給が停止さ
れると、コイルスプリング２２の収縮作用下にピストン
１６が後退動作し、その結果、穴付エンドミル１４がワ
ークから離脱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工用装置に
関し、一層詳細には、ワークに対する加工精度を確保す
ることが可能であり、しかも、切削用刃具の寿命を長期
化することも可能な切削加工用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークに対して穴部や溝を加工する場合
には、回転付勢されたドリルやエンドミル等の切削用刃
具によって該ワークに切削加工が施される。この際、ワ
ークと切削用刃具とが互いに摺接し合うこと等により熱
が発生する。この熱を除去しないまま切削加工を続行す
ると、ワークや切削用刃具の温度が上昇し、その結果、
該ワークに変形、表面荒れが生じたり、加工精度が低下
するというような不具合を招く。また、切削用刃具の寿
命が低下してしまう。切り屑が円滑に排出されない場
合、これらの不具合が一層顕著となる。

【０００３】そこで、切削用刃具あるいはワークの切削
箇所には、通常、切削油や圧縮空気等の冷却用媒体が供
給される。これらの冷却用媒体によって熱が速やかに冷
却除去されるので、上記したような不具合を回避するこ
とができる。また、流動する冷却用媒体に切り屑が同伴
されて移動することによって、切削箇所から切り屑が排
出される。すなわち、冷却用媒体は、切り屑を取り除く
作用をも営む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
おいては、生産効率を向上させる観点から加工時間の短
縮化が希求されており、このため、加工速度を高速化す
ることが強く要望されている。その一方で、各種の材料
を金属からセラミックスに代替することが試みられてい
ることから、セラミックス等の難削材に穴部や溝を加工
することが図られている。このような条件下での切削加
工においては、熱の発生量が多くなるので充分に冷却す
ることが困難となる。すなわち、上記したような不具合
を回避することが困難となってしまう。

【０００５】本発明は上記した問題を解決するためにな
されたもので、切削用刃具やワークを速やかに冷却する
ことができ、このためにワークを精度よく加工すること
が可能であるとともに、切削用刃具の寿命を確保するこ
とも可能な切削加工用装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、回転付勢されるスピンドルと、前記ス
ピンドルが回転付勢されることに伴って回転動作する切
削用刃具と、前記スピンドルと前記切削用刃具との間に
介在されたピストンを有するシリンダと、前記ピストン
を前記シリンダの長手方向に沿って変位させるピストン
変位手段と、を具備する切削部を備え、前記切削用刃具
にてワークを切削加工するとき、前記ピストン変位手段
の作用下に前記ピストンが変位することに追従して該切
削用刃具が変位することを特徴とする。

【０００７】すなわち、本発明においては、切削加工途
中でワークから切削加工用刃具が離脱する。この際に切
削加工用刃具およびワークが大気および切削油と熱交換
を行い、これにより該切削加工用刃具およびワークがそ
れぞれ冷却される。換言すれば、上記のような構成とす
ることによって、切削加工用刃具およびワークを効率よ
く冷却することができる。このため、ワークに変形や表
面荒れを生じさせることを回避することができ、しか
も、該ワークに対する加工精度を向上させることができ
る。さらに、切削加工用刃具の寿命を長期化させること
もできる。

【０００８】ピストンを変位させるピストン変位手段の
構成としては、例えば、加圧流体供給機構を使用し、加
圧流体をシリンダに供給するようにすればよい。

【０００９】この場合、加圧流体は、切削用刃具および
ワークを冷却する冷却用媒体であることが好ましい。シ
リンダに供給された冷却用媒体は、ピストンに設けられ
た通路を流通させた後、切削用刃具に設けられた開口か
ら切削箇所等に向けて排出させるようにすればよい。

【００１０】これにより、ピストンを変位させるために
新たな駆動源を組み込むことが不要となる。したがっ
て、装置のランニングコストが高騰することはない。し
かも、装置規模が大きくなることもない。さらに、冷却
用媒体が内部を通過するので、切削加工用刃具を一層効
率よく冷却することもできるという利点がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る切削加工用装
置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１２】本実施の形態に係る切削加工用装置におけ
る切削部の概略縦断面図を図１に示す。この切削加工用
装置における切削部１０は、スピンドル１２と、該スピ
ンドル１２が回転付勢されることに伴って回転動作する
穴付エンドミル１４（切削用刃具）と、ピストン１６を
収容するシリンダ１８と、ピストン１６を図１における
上下方向に変位させるピストン変位手段としての固定板
２０、コイルスプリング２２、フランジ部材２４および
切削油供給機構２８とを有する。なお、切削油供給機構
２８から導出された切削油は、シリンダ１８の内部に画
成された室２６に供給される。

【００１３】穴付エンドミル１４は、図示しないワーク
に対して穴を設けるための刃具であり、ジョイント３０
を介して前記ピストン１６に連結されている。この穴付
エンドミル１４の略中心部には、長手方向に沿って貫通
孔３２が設けられており、該貫通孔３２には、後述する
ように切削油が流通される。

【００１４】ジョイント３０は、円錐台形状下端部３４
と、段付円柱状部３６と、円錐台形状上端部３８とから
なる。このうち、円錐台形状下端部３４および段付円柱
状部３６には、テーパ状取付穴４０が設けられている。
穴付エンドミル１４の上端部には、このテーパ状取付穴
４０の形状に対応する形状のテーパ部が設けられてお
り、該テーパ部がテーパ状取付穴４０に嵌合されること
によって、穴付エンドミル１４がジョイント３０に連結
されている。

【００１５】シリンダ１８を構成するシリンダウォール
４４は、筒状部４６とフランジ部４８とからなり、フラ
ンジ部４８は、図示しないねじによってカバー４９に連
結されている。そして、筒状部４６内には、前記ピスト
ン１６が収容されている。

【００１６】このピストン１６は、円柱状部５０と、大
径部５２と、軸部５４とを有する。そして、円柱状部５
０には、開口側に向かうに従ってテーパ状に拡径したテ
ーパ穴５６が設けられており、前記ジョイント３０にお
ける円錐台形状上端部３８は、このテーパ穴５６に嵌合
されている。また、円柱状部５０とシリンダウォール４
４との間には、シリンダウォール４４が回転動作するこ
とを阻止するためのシールベアリング５８が介装されて
いる。なお、前記室２６は、ピストン１６の大径部５２
と固定板２０とによって画成されており、該室２６のシ
ールは、シールベアリング５８と固定板２０とによって
なされている。

【００１７】軸部５４は、シリンダウォール４４に位置
決め固定された固定板２０の貫通孔を通って、アタッチ
メント６０のプラグ部６２における挿入孔６４に挿入さ
れている。その途中には環状溝６６が設けられており、
この環状溝６６には、有底筒状のキャップ部材６８が嵌
合されている。フランジ部材２４の小径部７０は、ベア
リング７２を介してキャップ部材６８に係止されてい
る。

【００１８】フランジ部材２４にはコイルスプリング２
２の一端部が係止されており、該コイルスプリング２２
の他端部は、ピストン１６における大径部５２の上端面
に着座している。

【００１９】アタッチメント６０のプラグ部６２の挿入
孔６４に挿入された軸部５４の先端部には、スプライン
７３が設けられている。このスプライン７３は、前記挿
入孔６４内に設けられたスプライン溝（図示せず）に嵌
合されている。

【００２０】以上の構成において、軸部５４、円柱状部
５０およびジョイント３０には孔部７４が形成されてお
り、該孔部７４は、前記貫通孔３２に連通している。な
お、孔部７４は、室２６と連通するように、軸部５４の
側周壁部で開口されている。

【００２１】アタッチメント６０は、前記プラグ部６２
と、段付円柱状部７６と、円錐台形状上端部７８とから
なる。上記したように、プラグ部６２の挿入孔６４内に
はピストン１６の軸部５４が挿入されており、挿入孔６
４内のスプライン溝と軸部５４のスプライン７３とが噛
合している。

【００２２】また、円錐台形状上端部７８の外周壁部に
はテーパ部８０が形成されており、このテーパ部８０が
スピンドル１２の先端部に設けられたテーパ穴８２に嵌
合されることによって、アタッチメント６０がスピンド
ル１２に保持されている。

【００２３】スピンドル１２は、カバー４９内に収容さ
れるとともに、図１における上部で図示しない回転付勢
機構に連結されており、該回転付勢機構の作用下に回転
付勢される。なお、スピンドル１２とカバー４９との間
には、カバー４９が回転動作することを阻止するための
ベアリング８４が複数個介装されている。

【００２４】また、前記室２６に切削油を供給するため
の切削油供給機構２８は、タンク８６と、ポンプ８８お
よびソレノイドバルブ９０が介装された送油管９２とを
有し、該送油管９２は、管継手９４を介してシリンダウ
ォール４４の側周壁部に連結されている。

【００２５】本実施の形態に係る切削加工用装置におけ
る切削部１０は、基本的には以上のように構成されるも
のであり、次にその作用効果について説明する。

【００２６】このように構成された切削部１０を備える
切削加工用装置にて、ワークに対して溝を加工する際に
は、まず、図示しない前記回転付勢機構の作用下にスピ
ンドル１２を回転付勢する。これに追従してアタッチメ
ント６０が回転動作すると、上記したようにスプライン
７３とスプライン溝とが噛合されているのでピストン１
６が回転動作し、最終的に穴付エンドミル１４が回転動
作する。なお、シリンダウォール４４とピストン１６に
おける円柱状部５０との間、フランジ部材２４とピスト
ン１６における軸部５４との間、およびスピンドル１２
とカバー４９との間には、それぞれ、シールベアリング
５８、ベアリング７２、８４が介装されているので、シ
リンダウォール４４、フランジ部材２４、コイルスプリ
ング２２およびケース４９が回転動作することはない。

【００２７】次いで、切削油供給機構２８を構成するポ
ンプ８８を付勢するとともに、ソレノイドバルブ９０を
開放して、室２６内に切削油を供給する。供給された切
削油は、孔部７４および貫通孔３２を流通した後、穴付
エンドミル１４の先端開口からワークに向けて排出され
る。

【００２８】室２６が切削油で充填されると、該切削油
によってピストン１６の大径部５２が押圧されるように
なる。これにより、図２に示すように、ピストン１６お
よびフランジ部材２４が下方へ変位し、その結果、コイ
ルスプリング２２が圧縮される。なお、ピストン１６が
下死点に到達した場合であっても、軸部５４が挿入孔６
４から離脱することがないことはいうまでもない。勿
論、スプライン溝は、ピストン１６が下死点に到達した
際にもスプライン７３が噛合するような位置にまで形成
されている。したがって、ピストン１６、ひいては穴付
エンドミル１４が回転動作しなくなることはない。

【００２９】このことから諒解されるように、本実施の
形態においては、ピストン１６を変位させるための駆動
源として切削油が使用される。すなわち、ピストン１６
を変位させるための加圧油や圧縮空気等を別に必要とし
ないので、装置のランニングコストが高騰することもな
い。また、加圧油や圧縮空気を供給するための供給機構
を必要としないので、装置構成が複雑となることも大規
模なものとなることもない。

【００３０】この状態で穴付エンドミル１４をワークに
当接させると、穴付エンドミル１４の刃部によって該ワ
ークに穴部が形成される。次いで、水平方向にワークを
移動させることにより、ワークに溝が加工される。

【００３１】この加工の際、切削油が穴付エンドミル１
４の内部を流通するので、該穴付エンドミル１４が効率
的に冷却される。また、切り屑は、流動する切削油に同
伴されて排出される。

【００３２】ここで、切削加工が施されている最中、ソ
レノイドバルブ９０が周期的に開閉動作する。これに伴
い、切削油の供給・供給停止が繰り返される。

【００３３】ソレノイドバルブ９０が閉止されて切削油
の供給が停止されたとき、室２６内の切削油が流出する
のみであるので、ピストン１６への押圧力が小さくな
り、最終的にコイルスプリング２２の弾発力の方が大き
くなる。このためにコイルスプリング２２が伸張して元
の状態に復元すると、フランジ部材２４が上昇動作し、
これに追従してピストン１６および穴付エンドミル１４
も上昇する。結局、穴付エンドミル１４がワークから一
旦離脱する。

【００３４】そして、この際、上昇動作する穴付エンド
ミル１４に同伴されて切り屑が溝内から排出される。こ
のように、本実施の形態においては、切り屑が速やかに
排出されるので、切り屑が穴付エンドミル１４と摩擦す
ることを回避することができる。したがって、熱の発生
量を抑制することができる。

【００３５】しかも、この場合、穴付エンドミル１４が
ワークから離脱するので、該穴付エンドミル１４がワー
クとの摩擦から解放される。この際には摩擦熱が発生す
ることはなく、かつ熱を帯びた穴付エンドミル１４やワ
ークが大気および切削油と熱交換を行うので、穴付エン
ドミル１４およびワークが著しく温度上昇してしまうこ
とを抑制することもできる。

【００３６】所定時間が経過した後、ソレノイドバルブ
９０が開放されて切削油の供給が再開され、これに追従
してピストン１６が切削油から押圧される。最終的に、
穴付エンドミル１４がワークに摺接し、切削加工が再開
される。

【００３７】このように、本実施の形態によれば、切削
箇所から切り屑が速やかに除去され、かつ穴付エンドミ
ル１４が周期的にワークから離脱するので、穴付エンド
ミル１４やワークを効率的に冷却することができる。こ
のため、ワークに変形、表面荒れが生じることを回避す
ることができるとともに、精度よく加工を行うことがで
きる。しかも、切削用刃具の寿命が長期化する。

【００３８】具体的には、Ｎｉ基合金であるインコネル
７１８Ｃ（商品名）に対して、市販品のＴｉ−Ａｌ−Ｎ
コーティング穴付エンドミル１４を用い、回転数６００
回／分、送り１４０ｍｍ／分とし、かつ１０回転ごと、
２０回転ごと、５０回転ごと、１００回転ごと、または
２００回転ごとに１回、振幅を０．３ｍｍ、０．５ｍｍ
または１．０ｍｍとして該穴付エンドミル１４を上下に
変位させることによって切削加工途中でワークから離脱
させると、図３、図４および図５に示すように、一般的
な切削部を有する切削加工用装置にてワークから離脱さ
せずに切削加工を行った場合に比してＴｉ−Ａｌ−Ｎコ
ーティング穴付エンドミル１４の寿命が著しく長期化す
る。なお、図３〜図５において、縦軸は摩耗量を示し、
１／２００、１／１００、１／５０、１／２０、１／１
０は、それぞれ、２００回転ごと、１００回転ごと、５
０回転ごと、２０回転ごと、または１０回転ごとに１回
穴付エンドミル１４を上下に変位させたことを表す。ま
た、「ＴｉＮ」「Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ」は、それぞれ、Ｔｉ
Ｎコーティング穴付エンドミル１４、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎコ
ーティング穴付エンドミル１４での結果を示す。

【００３９】また、穴付エンドミル１４に代替してＴｉ
Ｎコーティング穴付ドリルをジョイント３０に取り付
け、送り速度５０ｍ／分、１回転当たりの切り込み量ｆ
０．０１５ｍｍの条件下で、ＳＵＪ２（ＪＩＳ規格）に
対して、直径７．８ｍｍの穴を８．０ｍｍにホーニング
加工した場合にも、該穴付ドリルの寿命が長期化するこ
とが認められる。すなわち、加工速度の１／２、１／
５、１／１０、１／２０に１回、振幅を０．１ｍｍ、
０．３ｍｍ、０．５ｍｍまたは１．０ｍｍとして該穴付
ドリルを上下に変位させることによって切削加工途中で
ワークから離脱させる穿孔加工において、穴径が８．０
３ｍｍとなるまでの穴加工数は、図６〜図９にそれぞれ
示すように、一般的な切削部を有する切削加工用装置に
てワークから離脱させずに切削加工を行った場合に比し
て著しく増加する。

【００４０】なお、図６〜図９において、縦軸は穴径を
示し、１／２、１／５、１／１０、１／２０は、加工速
度の１／２、１／５、１／１０、１／２０に１回穴付ド
リルを上下に変位させたことを表す。

【００４１】このように、加工途中で切削用刃具をワー
クから離脱させるようにしたことにより、ワークの加工
精度を向上させることができるとともに、切削用刃具の
長寿命化を図ることができる。

【００４２】なお、上記した実施の形態では、切削用刃
具として穴付エンドミル１４、穴付ドリルを例示して説
明したが、特にこれに限定されるものではなく、リーマ
等であってもよい。

【００４３】また、切削用刃具に切削油を通過させる必
要は特になく、タンク８６から切削箇所に直接供給する
ようにしてもよい。この場合、室２６からタンク８６に
油を戻す油回収経路を設けるようにすればよい。

【００４４】さらに、ソレノイドバルブ９０を開閉する
ことに代替して、メカニカルスイッチをＯＮ／ＯＦＦ制
御することによって切削油の供給・停止を行うようにし
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る切削
加工用装置によれば、切削加工途中で切削加工用刃具を
変位させ、これによりワークから一旦離脱させるように
している。このため、切削加工用刃具とワークとに発生
した熱が効率的に冷却除去されるので、ワークに変形や
表面荒れを生じさせることを回避することができ、しか
も、該ワークに対する加工精度を向上させることができ
る。さらに、切削加工用刃具の寿命を長期化させること
もできるという効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る切削加工用装置を構成する
切削部の概略縦断面図である。

【図２】図１の切削部を構成するピストンが下方に変位
することに伴って穴付エンドミルが下降した状態におけ
る概略縦断面図である。

【図３】様々な回転数ごとに１回、振幅を０．３ｍｍと
してＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルを上下
に変位させながらインコネル７１８Ｃを切削加工した場
合のＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルの寿命
を示すグラフである。

【図４】様々な回転数ごとに１回、振幅を０．５ｍｍと
してＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルを上下
に変位させながらインコネル７１８Ｃを切削加工した場
合のＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルの寿命
を示すグラフである。

【図５】様々な回転数ごとに１回、振幅を１．０ｍｍと
してＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルを上下
に変位させながらインコネル７１８Ｃを切削加工した場
合のＴｉ−Ａｌ−Ｎコーティング穴付エンドミルの寿命
を示すグラフである。

【図６】様々な周期ごとに１回、振幅を０．１ｍｍとし
てＴｉＮコーティング穴付ドリルを上下に変位させなが
らＳＵＪ２を切削加工した際の切削加工穴数と穴径との
関係を示すグラフである。

【図７】様々な周期ごとに１回、振幅を０．３ｍｍとし
てＴｉＮコーティング穴付ドリルを上下に変位させなが
らＳＵＪ２を切削加工した際の切削加工穴数と穴径との
関係を示すグラフである。

【図８】様々な周期ごとに１回、振幅を０．５ｍｍとし
てＴｉＮコーティング穴付ドリルを上下に変位させなが
らＳＵＪ２を切削加工した際の切削加工穴数と穴径との
関係を示すグラフである。

【図９】様々な周期ごとに１回、振幅を１．０ｍｍとし
てＴｉＮコーティング穴付ドリルを上下に変位させなが
らＳＵＪ２を切削加工した際の切削加工穴数と穴径との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…切削部 １２…スピン
ドル １４…穴付エンドミル（切削用刃具） １６…ピスト
ン １８…シリンダ ２０…固定板 ２２…コイルスプリング ２４…フラン
ジ部材 ２６…室 ２８…切削油
供給機構 ４４…シリンダウォール ４９…カバー ７３…スプライン ８６…タンク ８８…ポンプ ９０…ソレノ
イドバルブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転付勢されるスピンドルと、 前記スピンドルが回転付勢されることに伴って回転動作
   する切削用刃具と、 前記スピンドルと前記切削用刃具との間に介在されたピ
   ストンを有するシリンダと、 前記ピストンを前記シリンダの長手方向に沿って変位さ
   せるピストン変位手段と、 を具備する切削部を備え、 前記切削用刃具にてワークを切削加工するとき、前記ピ
   ストン変位手段の作用下に前記ピストンが変位すること
   に追従して該切削用刃具が変位することを特徴とする切
   削加工用装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、前記ピスト
   ン変位手段が加圧流体供給機構を有し、前記加圧流体供
   給機構から加圧流体が前記シリンダに供給されることを
   特徴とする切削加工用装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の装置において、前記加圧流
   体は、前記切削用刃具およびワークを冷却する冷却用媒
   体であり、かつ前記ピストンに設けられた通路を流通し
   た後、前記切削用刃具に設けられた開口から排出される
   ことを特徴とする切削加工用装置。