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技術 切削加工方法

出願人 株式会社牧野フライス製作所
発明者 榎本康司
出願日 1998年10月23日 (22年2ヶ月経過) 出願番号 1998-302709
公開日 2000年5月9日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 2000-126984
状態 拒絶査定
技術分野 工作機械の補助装置
主要キーワード 工具費用 ミスト供給路 不水溶性切削油剤 切り屑除去 ミスト発生器 加工液供給路 湿式加工 購入費用
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年5月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

着火の危険性がなく且つ全ての加工工程に対応できる切削加工方法を提供する。

解決手段

本発明の切削加工方法においては、ワークを加工するときにワーク加工部へ供給される加工液として、重量比で15〜40%の水を含有する水溶性切削油剤ミスト状にしたものと所定の倍率に水で希釈された水溶性切削油剤とが使用され、ワークの加工工程に応じて、その何方か一方のみが切り換えられて使用される。ミスト状にされる加工液の水の含有率を限定することによって、加工液の潤滑性を維持すると共に、ミスト状の加工液の発火の危険性を除去する。また、加工液を切り換えて使用することによって、全ての加工工程に対応することが可能となる。

概要

背景

切削加工においては、一般に、ワークと工具との加工部の潤滑及び冷却、又は切り屑の除去などを目的として、加工液が加工部に供給される。加工部に加工液が供給される場合には、一般的に、多量の加工液を液体状態で加工部へ供給する湿式切削加工方法が多く用いられてきた。

この加工液は、不水溶性切削油剤と、水溶性切削油剤とに大別される。不水溶性切削油剤は水溶性切削油剤に比べ潤滑性に優れている。しかしながら、着火の危険性があるという欠点を有する。水溶性切削油剤は水溶性であるため水等による希釈が容易であり、通常は10〜50倍の所定倍率に希釈して使用するものとされている。このように希釈して使用されるので加工液の費用は相対的に安く済み、着火の危険性が低いという利点を有する。しかしながら、不水溶性切削油剤に比べ潤滑性に劣るという欠点を有する。

近年、加工液の廃液環境汚染を引き起こすことから、加工液の処理が環境保全の観点から問題とされるようになった。加工液の処理が問題となるに伴い、加工液の処理費用は年々上昇してきており、部品加工費用において、加工液関連の費用が工具費用を上回る場合が少なくなくなってきた。また、加工時に多量の加工液が切り屑に付着するため、切り屑の処理や再利用の際の作業性が悪い。以上から、加工時において、加工液の使用量を可能な限り削減することが所望されるようになってきた。

しかしながら、湿式切削加工は、一般に多量の加工液を必要とするので、加工液の購入費用及び処理費用が高くなり、環境問題の観点からも好ましくない。また、加工液の環境及び費用に関する問題を回避するために加工液を一切使わないドライ切削加工方法が用いられることもあるが、加工性能が湿式切削加工に比較して劣り、工具寿命も短くする傾向がある。

加工液の役割の1つである潤滑作用はある種の潤滑油によってしか達成されないが、冷却作用は多量の高圧気体、又は冷却された気体の供給によってもある程度代替可能である。切り屑の除去作用に関しても、気体は液体ほど運動量を持たないので液体に比較して劣るが、ある程度の切り屑除去作用を有する。そこで冷却作用及び切り屑除去作用を空気に担わせ、潤滑作用を必要最小限な量の加工液(潤滑油)で賄う方法が考え出された。この方法の1つが極微量の加工液を含んだ空気を加工部に供給する最少量潤滑(MQL)である。

このような最少量潤滑を利用した切削加工装置が、特許第2687110号公報に開示されている。この切削加工装置においては、主軸内に気体と液体が別々に供給され、主軸の先端又は工具ホルダ内で液体を気体流中に混合させることによってミストを生成させ、このミストを加工部に噴出させる。最少量潤滑によれば、ある加工条件、加工工程では、優れた潤滑作用が提供され、通常の湿式切削と同等あるいはそれ以上の良好な切削状態が達成されることが分かっている。しかし、深い穴の加工などに関しては、加工液が穴の深部浸透しにくいため切削性能が悪化する。

概要

着火の危険性がなく且つ全ての加工工程に対応できる切削加工方法を提供する。

本発明の切削加工方法においては、ワークを加工するときにワーク加工部へ供給される加工液として、重量比で15〜40%の水を含有する水溶性切削油剤をミスト状にしたものと所定の倍率に水で希釈された水溶性切削油剤とが使用され、ワークの加工工程に応じて、その何方か一方のみが切り換えられて使用される。ミスト状にされる加工液の水の含有率を限定することによって、加工液の潤滑性を維持すると共に、ミスト状の加工液の発火の危険性を除去する。また、加工液を切り換えて使用することによって、全ての加工工程に対応することが可能となる。

目的

最少量潤滑切削加工を使用すれば、潤滑性の問題は改善され、さらに優れた切削性能が提供されるが、最少量潤滑は冷却作用に劣るため、重切削や深穴加工には適さず、全ての加工工程には対処できなくなる。さらに、一般的には加工液として不水溶性油剤が使用されるので、ミスト状にしたときに、着火しやすくなり、爆発の危険を伴う。本発明の目的は、着火の危険性がなく且つ全ての加工工程に対応できる切削加工方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

重量比で40%以下の水を含有する水溶性切削油剤でなる加工液ミスト化し、ワークの加工部へ供給して切削加工を行うことを特徴とした切削加工方法

請求項2

重量比で40%以下の水を含有した水溶性切削油剤でなる加工液をミスト化しワークの加工部へ供給して切削加工を行うか、水溶性切削油剤を所定の倍率で水に希釈した加工液を前記ワークの加工部へ供給して湿式の切削加工を行うかを前記ワークの加工工程に応じて選択し、ワークを切削することを特徴とした切削加工方法。

請求項3

前記ミスト化される加工液が、15%以上の水を含有する水溶性切削油剤である請求項1又は2に記載の切削加工方法。

技術分野

0001

本発明は、ワークを加工するときに加工液又は加工液のミストワーク加工部へ供給される切削加工方法に関する。

背景技術

0002

切削加工においては、一般に、ワークと工具との加工部の潤滑及び冷却、又は切り屑の除去などを目的として、加工液が加工部に供給される。加工部に加工液が供給される場合には、一般的に、多量の加工液を液体状態で加工部へ供給する湿式切削加工方法が多く用いられてきた。

0003

この加工液は、不水溶性切削油剤と、水溶性切削油剤とに大別される。不水溶性切削油剤は水溶性切削油剤に比べ潤滑性に優れている。しかしながら、着火の危険性があるという欠点を有する。水溶性切削油剤は水溶性であるため水等による希釈が容易であり、通常は10〜50倍の所定倍率に希釈して使用するものとされている。このように希釈して使用されるので加工液の費用は相対的に安く済み、着火の危険性が低いという利点を有する。しかしながら、不水溶性切削油剤に比べ潤滑性に劣るという欠点を有する。

0004

近年、加工液の廃液環境汚染を引き起こすことから、加工液の処理が環境保全の観点から問題とされるようになった。加工液の処理が問題となるに伴い、加工液の処理費用は年々上昇してきており、部品加工費用において、加工液関連の費用が工具費用を上回る場合が少なくなくなってきた。また、加工時に多量の加工液が切り屑に付着するため、切り屑の処理や再利用の際の作業性が悪い。以上から、加工時において、加工液の使用量を可能な限り削減することが所望されるようになってきた。

0005

しかしながら、湿式切削加工は、一般に多量の加工液を必要とするので、加工液の購入費用及び処理費用が高くなり、環境問題の観点からも好ましくない。また、加工液の環境及び費用に関する問題を回避するために加工液を一切使わないドライ切削加工方法が用いられることもあるが、加工性能が湿式切削加工に比較して劣り、工具寿命も短くする傾向がある。

0006

加工液の役割の1つである潤滑作用はある種の潤滑油によってしか達成されないが、冷却作用は多量の高圧気体、又は冷却された気体の供給によってもある程度代替可能である。切り屑の除去作用に関しても、気体は液体ほど運動量を持たないので液体に比較して劣るが、ある程度の切り屑除去作用を有する。そこで冷却作用及び切り屑除去作用を空気に担わせ、潤滑作用を必要最小限な量の加工液(潤滑油)で賄う方法が考え出された。この方法の1つが極微量の加工液を含んだ空気を加工部に供給する最少量潤滑(MQL)である。

0007

このような最少量潤滑を利用した切削加工装置が、特許第2687110号公報に開示されている。この切削加工装置においては、主軸内に気体と液体が別々に供給され、主軸の先端又は工具ホルダ内で液体を気体流中に混合させることによってミストを生成させ、このミストを加工部に噴出させる。最少量潤滑によれば、ある加工条件、加工工程では、優れた潤滑作用が提供され、通常の湿式切削と同等あるいはそれ以上の良好な切削状態が達成されることが分かっている。しかし、深い穴の加工などに関しては、加工液が穴の深部浸透しにくいため切削性能が悪化する。

発明が解決しようとする課題

0008

全ての加工工程に対処するために湿式切削加工を使用する場合には、加工液を大量に必要とするために、加工液の購入費用及び処理費用がかさむという問題を引き起す。その解決方法の1つとして、水溶性切削油剤を所定の倍率に希釈して使用することが挙げられるが、水溶性切削油剤は潤滑性が不水溶性切削油剤に比較して劣り、工具寿命及び切削性能の低下を招く傾向がある。

0009

最少量潤滑切削加工を使用すれば、潤滑性の問題は改善され、さらに優れた切削性能が提供されるが、最少量潤滑は冷却作用に劣るため、重切削や深穴加工には適さず、全ての加工工程には対処できなくなる。さらに、一般的には加工液として不水溶性油剤が使用されるので、ミスト状にしたときに、着火しやすくなり、爆発の危険を伴う。本発明の目的は、着火の危険性がなく且つ全ての加工工程に対応できる切削加工方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0010

本発明の切削加工方法は、優れた切削性能を提供する最少量潤滑切削加工を利用し、加工液として、潤滑性を有し且つ着火しにくい水溶性切削油剤を使用することを特徴とすると共に、最少量潤滑切削加工と湿式切削加工のいずれも利用可能とさせ、最少量潤滑切削加工と湿式切削加工とを使い分けることを特徴とする。

0011

詳細には、本発明の切削加工方法は、重量比で40%以下の水を含有する水溶性切削油剤でなる加工液をミスト化し、ワークの加工部へ供給して切削加工を行うことを特徴とする。

0012

さらに、本発明の切削加工方法は、重量比で40%以下の水を含有した水溶性切削油剤でなる加工液をミスト化しワークの加工部へ供給して切削加工を行うか、水溶性切削油剤を所定の倍率で水に希釈した加工液を前記ワークの加工部へ供給して湿式の切削加工を行うかを前記ワークの加工工程に応じて選択し、ワークを切削することを特徴とする。

0013

好適には、上記の切削加工方法においてミスト化される加工液が15%以上の水を含有する。

0014

切削性能に優れる最少量潤滑切削加工を主に利用することによって、加工液のワークへの噴射を可及的に低減させ、且つ水溶性切削油剤を使用して濃度をある範囲に保つことで、切削油剤のもつ潤滑作用を維持させ且つ着火による爆発の危険性を除去する。また、湿式切削加工と最少量潤滑切削加工とを使い分けることを可能とさせることで、全ての加工工程に対処することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下で、本発明の切削加工方法が、実施形態に関して、詳細に説明される。図1は、本発明の切削加工方法を使用した切削加工装置の一つの実施形態の線図である。図1を参照すると、本発明の切削加工方法を使用した切削加工装置10は、装置本体20と、装置本体20の加工部へ加工液40を供給するための加工液供給装置30とを備える。

0016

装置本体20は従来の切削加工装置と同様であり、ワーク50を固定するためのテーブル60と、ワーク50を加工するための工具70と、工具70を取り付けるためのホルダ80と、ホルダ80に取り付けられた工具70を回転させてワーク50を加工するための主軸90と、主軸90を回転させるためのモータ等の手段を内部に収納している主軸頭100とを備える。装置本体20はさらに加工部から加工液40が周囲に飛散することを防ぐためのスプラッシュガード110と、加工部に供給された加工液40を回収するためのオイルパン120とによって囲まれている。

0017

加工液供給装置30は、加工液40を装置本体20の加工部へ噴射するためのノズル130と、加工液40をノズル130へ送る加工液供給路140と、切り換え弁150と、加工液40をミスト状にさせる極微量加工液ミスト発生器160と、液状の加工液を入れるための加工液タンク170と、ミスト供給路180と、液体供給路190とを備える。ノズル130と切り換え弁150が加工液供給路140によって、極微量加工液ミスト発生器160と切り換え弁150とがミスト供給路180によって、加工液タンク170と切り換え弁150とが液体供給路190によって、それぞれ接続されている。さらに、オイルパン120と加工液タンク170とが加工液回収路200によって接続されている。また、加工液タンク170と切り換え弁150とを接続する液体供給路190は途中に加工液タンク170から加工液40をくみ上げるためのポンプ210を備える。

0018

装置本体20の加工部へ加工液40を噴射する手段が、主軸90の後部から主軸90、ホルダ80及び工具70の貫通孔内に加工液40を通して工具70の先端開口から噴射させる方式であってもよい。切り換え弁150は、加工の種類、すなわち、最少量潤滑切削加工か湿式切削加工かによって、それぞれミスト状にされた加工液又は液状の加工液のどちらか一方を選択的に加工部へ供給することを可能とさせる。好適には、最少量潤滑切削加工は仕上げ切削等の比較的軽負荷表面加工工程に使用され、加工量が多く、冷却作用が強く要求される荒加工や、ノズル130からのミスト状の加工液がかかりにくい深穴加工等の加工工程の場合には湿式切削加工が使用される。

0019

加工液40の切り換えは、自動で行ってもよく、人間の手によって行ってもよい。自動で行う場合には、例えば装置本体20に設けられたNC装置プログラムから切削の深さ又は切削量制御装置が判断して、制御装置によって加工液40の選択が行われる。制御装置からの信号に基づいて、切り換え弁150はミスト状の加工液又は液状の加工液の何方か一方が加工部へ供給されるように切り換えを行う。

0020

本発明の切削加工方法においては、最少量潤滑切削加工の際には加工液40として、重量比で40%以下の水を含有する水溶性切削油剤が使用される。この最少量潤滑切削加工に使用される加工液が図1の極微量加工液ミスト発生器160に入れられる。水の含有率を40%以下とすることで、水溶性切削油剤の潤滑性が最少量潤滑切削加工においても維持され、切削性能を高く維持することができる。つまり仕上げあらさを良好にし、工具寿命も長くできる。湿式切削加工の際には、加工液40として、従来通りの10倍〜50倍程度に希釈された水溶性切削油剤が使用される。この湿式切削加工に使用される加工液40が図1に示される加工液タンク170に入れられる。湿式切削加工に使用する加工液も水溶性切削油剤であることから、加工液の購入費用を安く抑えることができる。

0021

もともと水溶性切削油剤は不水溶性切削油剤に比べて着火しにくいが、好適には、最少量潤滑切削加工に使用される加工液40、すなわち、水溶性切削油剤が、重量比で15%以上の水を含有するように希釈される。重量比15%以上の水を含有することで水溶性切削油剤は実質的に着火しにくくなることが本願出願人による検討によって見いだされている。

0022

水溶性切削油剤を使用した湿式切削加工と不水溶性切削油剤を使用した最少量潤滑切削加工とを併用した場合には、水溶性切削油剤が入ったタンクに不水溶性切削油剤が混入した場合に、不水溶性切削油剤が液面に浮かび、切削油剤腐敗の原因となるため、分離回収が必要となり、装置が複雑化する。

0023

しかしながら、本発明による切削加工方法によれば、最少量潤滑切削加工と湿式切削加工に同じ水溶性切削油剤が使用されるので、加工部に供給された加工液40が最少量潤滑切削加工と湿式切削加工とで区別して回収される必要がなく、オイルパン120及び加工液回収路200を介して加工液タンク170に一緒に回収されても加工液40が分離することはない。

0024

さらに、通常は、切削性能の高い最少量潤滑切削加工を利用し、同最少量潤滑切削加工では対処できない加工工程については、湿式切削加工を利用することによって、加工性能を向上させ、加工液の使用量を低減させることができ、全ての加工工程に対処することが可能となる。

0025

また、最少量潤滑切削加工は、湿式切削加工と比較して、工具寿命を長くすることが研究により明らかとなっており、本発明の切削加工方法は最少量潤滑切削加工を中心として使用することによって工具寿命を長くする効果も有する。切り屑に関しても、最少量潤滑切削加工によれば、切り屑への切削油剤の付着がほとんどないので、切屑処理が容易で、切り屑の再利用も容易となる。更に、加工中、湿式加工は液体とそのしぶきのためワークの加工状態視認できないが、最少量潤滑切削加工は、視認性が確保される。

発明の効果

0026

以上説明したように、本発明によれば、切削加工の性能を向上させると共に、着火の危険性を無くすことができる。さらに、最少量潤滑切削加工と湿式切削加工をワークの加工工程に応じて使い分けることによって全ての加工工程に対処することが可能となる。その場合、最少量潤滑切削加工にも湿式切削加工にも共に水溶性切削油剤を用いるので、加工液の分離回収の必要がない。

図面の簡単な説明

0027

図1本発明の切削加工方法を使用した切削加工装置の線図である。

--

0028

10…切削加工装置
20…装置本体
30…加工液供給装置
130…ノズル
150…切り換え弁
160…極微量加工液ミスト発生器
170…加工液タンク

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