JPH06304841A

JPH06304841A - 工作加工方法

Info

Publication number: JPH06304841A
Application number: JP9426793A
Authority: JP
Inventors: Genichi Sato; 嚴一佐藤
Original assignee: KATAYAMA SEISAKUSHO KK; SHINNAGOYA KIKAI SHOJI KK
Current assignee: KATAYAMA SEISAKUSHO KK; SHINNAGOYA KIKAI SHOJI KK
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することのできる優れた工作加工方法を提供する。【構成】工作物を加工する際に、工作物の被加工面に
向かって液体を霧状に噴射する噴射ノズル１１を設け、
この噴射ノズル１１と上記工作物被加工面との間に、上
記噴射ノズル１１から吐出される霧状体を一端側から吸
入し周囲の空気を随伴吸入して流量を増幅させた状態で
他端側から吐出する流量増幅ノズル１２を設け、上記流
量増幅ノズル１２の他端側から、上記霧状体を高推力で
被加工面に供給しながら加工するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作物に対し切削加
工や研磨加工等を施す工作加工方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工作物に対し切削加工や研磨
加工を施す場合、工作物と加工工具の衝突によって生じ
る発熱を冷却するために、加工点近傍に向かって注水ノ
ズルを延ばし、この注水ノズルから液かけを行ってい
る。例えば、マシニングセンタ（複合工作機械）では、
図５に示すように、本体１内のスピンドル（図面では見
えない）下端部に工具ホルダ２が装着され、その先端の
工具連結軸３に加工工具４が取り付けられるようになっ
ているが、この加工工具４に向かって、本体１側から注
水ノズル５が延びている。しかし、このマシニングセン
タのように、立型で大型の工作機械で加工を行う場合等
には、加工凹部内に水や切り屑が溜まりやすく、却って
加工性能が悪くなる場合がある。また、超硬合金製の工
具を断続的に工作物に衝突させて切削を行う場合等に
は、切刃が加工点では発熱によって高温になり加工点以
外の個所では液かけによって冷却され、この急激な熱変
化の繰り返しによって欠け（いわゆる「チッピング」現
象）を生じたり割れを生じたりするという問題がある。

【０００３】そこで、このような場合には、液を使用せ
ず、空気流だけで加工屑を吹き飛ばすことが行われる
が、空気流だけでは工作物および加工工具に対する冷却
効果および潤滑効果が不充分となり、例えば切削加工に
おいてつぎのような作業上の問題がある。すなわち、
Ｓ４５Ｃのような炭素鋼の切削では、切削熱によって工
作物表面が焼入れしたように硬くなり研磨等の表面仕上
げ作業が困難になる、切削熱を持った切り屑が工作物
表面を被うので、工作物自体が熱せられて膨張し、その
状態で切削すると加工寸法に狂いが生じる、切削熱に
よって工作物表面が溶け、切削工具の切刃に溶けた金属
が付着していわゆる「構成刃先」が形成され仕上がり面
粗度や寸法精度を悪くする、等の問題がある。

【０００４】一方、液をそのままかけるのではなく、霧
状に噴射して工作物および加工工具に潤滑性を与えるこ
とも行われている。この方法によれば、液かけのように
凹部内に水が溜まるという不都合が生じず、ある程度の
冷却効果をあげることができるという利点を有する反
面、噴射される霧状体では切削屑等を除去することがで
きず、その適用範囲が限られるという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の加
工方法では、工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することができず、加工条件に応じて液かけか空気
流か霧状の噴射かを選択し、加工時のデメリットを最小
限に抑えながら加工を行っているにすぎない。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、工作物および加工工具の冷却，加工屑の除
去，加工面への潤滑性の付与という３つの課題を同時に
満足することのできる優れた工作加工方法の提供をその
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の工作加工方法は、工作物を加工する際
に、工作物の被加工面に向かって液体を霧状に噴射する
噴射ノズルを設け、この噴射ノズルと上記工作物被加工
面との間に、上記噴射ノズルから噴射される霧状体を一
端側から吸入し周囲の空気を随伴吸入して流量を増幅さ
せた状態で他端側から吐出する流量増幅ノズルを設け、
上記流量増幅ノズルの他端側から、上記霧状体を高推力
で被加工面に供給しながら加工するという構成をとる。

【０００８】

【作用】すなわち、この発明者は、工作物および加工工
具の冷却，加工屑の除去，加工面への潤滑性の付与とい
う３つの課題を同時に満足する加工方法について一連の
研究を重ねた。その結果、液体を霧状に噴射するノズル
の下流側に、上記特殊な流量増幅ノズルを設け、この流
量増幅ノズルの一端側から霧状体を吸入させるとともに
周囲の空気を随伴吸入させて、他端側から流量を増幅さ
せた状態で吐出するようにすると、霧状体を高推力で被
加工面に供給することができることがわかった。そし
て、これにより、優れた冷却効果と加工屑除去効果が得
られ、しかも被加工面に対する湿潤効果も充分となるこ
とがわかり、この発明に到達した。

【０００９】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明をマシニングセンタによる
工作加工に適用した場合の装置の一例を示している。こ
のマシニングセンタの基本的な構成は、従来のものと同
一で、本体１内に、高速回転が与えられるスピンドル６
がベアリングを介して保持されており、その下端部に設
けられたテーパ状のチャック部７に、工具ホルダ２の嵌
合用テーパ部２ａが着脱自在に挿入保持されるようにな
っている。そして、この工具ホルダ２の下部の工具連結
軸３には加工工具４が取り付けられている。

【００１１】このマシニングセンタ本体１の下端面から
は、二股に分岐する空気供給配管１０が延びており、一
方の空気供給配管１０ａには、後述する霧状体噴射ノズ
ル１１が連結されており、他方の空気供給配管１０ｂに
は、後述する流量増幅ノズル１２が連結されている。そ
して、上記霧状体噴射ノズル１１が上流側で、上記流量
増幅ノズル１２が下流側になる配置で、両者が、加工工
具４の加工面に向かって同軸的に並べられている。な
お、上記霧状体噴射ノズル１１には、霧状にすべき液体
を導入するための液体供給配管１３が接続されている。

【００１２】上記霧状体噴射ノズル１１としては、例え
ば図２に示すような構造のものが用いられる。この霧状
体噴射ノズル１１は、矢印Ｐのように圧搾空気が供給さ
れると、内部において圧縮ばね１５で保持されているピ
ストン１６が、図面上左側に押されて液体供給配管１３
に連通する液体通路１７が開き、左右に分かれた先端ノ
ズル１８，１９のごく狭い吐出口から、液体が微細な粒
子となって霧状に吐出されるようになっている。

【００１３】一方、上記霧状体噴射ノズル１１の下流側
に配置される流量増幅ノズル１２としては、例えば図３
に示すような構造のものが用いられる。この流量増幅ノ
ズル１２は、空気供給配管１０ｂ側の端部にテーパ状の
大きな開口２０が設けられており、矢印Ｑのように圧搾
空気が供給されると、空気が内側のごく狭い環状の隙間
２１から吐出されてノズル内壁に沿って流れ、上記開口
２０の上方にある空気がこの流れに帯同して開口２０内
に随伴吸入され（破線Ｒで示す）、空気流量が大幅に増
幅した状態で他端開口２２から吐出されるようになって
いる。しかも、上記吐出流は、さらに開口２２の周囲の
空気をも誘引する（破線Ｔで示す）ため、一層増幅され
るようになっている。

【００１４】したがって、このマシニングセンタによっ
て工作物を加工する場合、上記空気供給配管１０ａ，１
０ｂに空気を供給するとともに、液体供給配管１３に所
定の液（水，オイル，エマルジョン等）を供給すると、
上記霧状体噴射ノズル１１から液体が霧状に噴射され、
この霧状体が上記流量増幅ノズル１２の一端開口２０か
ら吸引され、その際に周囲の空気もノズル１２内に誘引
されるため、霧状体が大流量に増幅された状態で、他端
開口２２から吐出される。この吐出された霧状体の流れ
は、推力が強く、工作物の被加工面およびこれに圧接さ
れる加工工具４の加工面に強く当たるため、従来のよう
に単に霧状体をかけるだけの場合と異なり、加工時に生
じる切り屑等を充分に吹き飛ばす力をもっている。この
ため、切り屑等が加工部周辺に溜まることがなく、上記
増幅された大流量の空気が当たることと相俟って、冷却
効果が高い。しかも、吐出された霧状体が工作物および
加工工具４を適度に湿潤させ、潤滑性を高めるので、加
工性能が良好となる。したがって、加工工具４の負担が
軽くなり、また液かけのように急激な冷却を受けないの
で、断続的な熱衝撃がなく、工具寿命が大幅に延びると
いう利点を有する。そして、加工条件に応じて、霧状体
で吐出させる液体の種類を変えることができるため、例
えば高速切削の場合には液体として水を用いることによ
り冷却効果を高め、中・低速切削の場合には液体として
油を用いることにより潤滑効果を高める、というように
使い分けることができる。

【００１５】なお、上記実施例において、霧状体噴射ノ
ズル１１から噴射させる霧状体の平均粒子径は、加工条
件にもよるが、通常、５〜２００μｍ程度となるよう設
定することが好適である。そして、霧状体の噴射量は、
通常、１〜１００ｃｃ／ｍｉｎ程度に設定することが好
適である。

【００１６】また、上記実施例において、流量増幅ノズ
ル１２による流量増幅量は、上記霧状体１１から噴射さ
れる霧状体の噴射量や加工条件に応じて適宜に設定され
るが、通常、空気供給配管１０ｂから供給される空気量
の１０〜５０倍程度に設定することが好適である。そし
て、特に、吐出開口２２から吐出される霧状体の推力
が、上記吐出開口２２の端面から２００ｍｍ離れた位置
で、１０ｇ／ｃｍ²以上となるよう設定することが、冷
却効果，加工屑除去の観点から好適である。

【００１７】なお、上記実施例では、霧状体噴射ノズル
１１として、１種類の液体のみを導入して霧状化するも
のを用いているが、２種類の液体を個別に導入し、左右
のノズル１８，１９（図２参照）からそれぞれ霧状に噴
射することのできるノズルを用いるようにしてもよい。
あるいは、２種類以上の液体を、混合状態で液体供給配
管１３に導入するようにしてもよい。これらのノズルを
用いると、例えば水粒子と油粒子（あるいは３種類以上
の粒子）とが混在する霧状体をつくることができ、これ
を流量増幅ノズル１２を経由して高推力で加工点近傍に
供給することができる。そして、冷却効果を高めたい場
合には、霧状体における水の配合割合が多くなるよう水
と油の供給量を調整し、潤滑効果を高めたい場合には、
油の配合割合が多くなるよう調整することにより、その
加工に最適な環境を簡単につくることができる。

【００１８】また、上記実施例では、流量増幅ノズル１
２として、ノズル中空部に霧状体を随伴吸入するタイプ
のものを用いているが、ノズルは流量を増幅させるよう
なものであればどのようなものであっても差し支えはな
い。例えば図４に示すように、ノズル内に供給された圧
縮空気が、ごく狭い環状の隙間３１からノズル外周面に
沿って流れ（矢印Ｓ）、ノズル上方にある霧状体を、ノ
ズル外周面に沿って随伴流下させることにより、ノズル
下端から増幅させた大風量で吐出するができるようにし
たものを用いてもよい。したがって、この発明におい
て、「霧状体を一端側から吸入し周囲の空気を随伴吸入
する」とは、上記の態様も含める趣旨である。

【００１９】さらに、この発明は、上記実施例のように
マシニングセンタによる工作加工に限らず、ＮＣ旋盤，
研削盤等、各種の工作機械を用いた工作加工に適用する
ことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明の工作加工方法
は、霧状体噴射ノズルから噴射された霧状体を、流量増
幅ノズルの一端側から吸引し、大流量に増幅して他端側
から吐出させることにより、霧状体を高推力で工作物の
被加工面に供給しながら工作加工を行うようにしたもの
である。したがって、上記工作物被加工面およびこれに
圧接される加工工具に霧状体が強く当たるため、従来の
ように単に霧状体をかけるだけの場合と異なり、加工時
に生じる切り屑等を充分に吹き飛ばす力をもっている。
このため、切り屑等が加工部周辺に溜まることがなく、
上記増幅された大流量の空気が当たることと相俟って、
冷却効果が高い。しかも、吐出された霧状体が工作物お
よび加工工具を適度に湿潤させ、潤滑性を高めるので、
加工性能が良好となる。したがって、加工工具の負担が
軽くなり、また液かけのように急激な冷却を受けないの
で、断続的な熱衝撃がなく、工具寿命が大幅に延びると
いう利点を有する。そして、加工条件に応じて、霧状体
で吐出させる液体の種類を変えることができるため、例
えば高速切削の場合には液体として水を用いることによ
り冷却効果を高め、中・低速切削の場合には液体として
油を用いることにより潤滑効果を高める、というように
使い分けることができる。さらに、水と油等、２種類以
上の液体を同時に噴射して混合霧状体をつくり、これを
流量増幅ノズルによって高推力で加工点近傍に供給すれ
ば、一層効果的な加工環境をつくることができる。そし
て、この場合には、霧状体噴射ノズルに供給する各液体
の供給量を調整することにより、目的とする加工に応じ
た最適な加工環境を簡単につくることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に用いる装置の一実施例の構成図であ
る。

【図２】上記実施例に用いる霧状体噴射ノズルの説明図
である。

【図３】上記実施例に用いる流量増幅ノズルの説明図で
ある。

【図４】流量増幅ノズルの他の例の説明図である。

【図５】従来の工作加工における注水方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１霧状体噴射ノズル１２流量増幅ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作物を加工する際に、工作物の被加工
面に向かって液体を霧状に噴射する噴射ノズルを設け、
この噴射ノズルと上記工作物被加工面との間に、上記噴
射ノズルから噴射される霧状体を一端側から吸入し周囲
の空気を随伴吸入して流量を増幅させた状態で他端側か
ら吐出する流量増幅ノズルを設け、上記流量増幅ノズル
の他端側から、上記霧状体を高推力で被加工面に供給し
ながら加工することを特徴とする工作加工方法。
【請求項２】上記流量増幅ノズルの他端側から吐出さ
れる霧状体の推力が、流量増幅ノズルの吐出端面から２
００ｍｍ離れた位置で１０ｇ／ｃｍ²以上となるよう設
定されている請求項１記載の工作加工方法。