JPH0970736A

JPH0970736A - 冷却装置付きｎｃ工作機械

Info

Publication number: JPH0970736A
Application number: JP24706595A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tagami; 政喜田上
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、低熱伝導性の合成樹脂から成る工
作物を切削するバイトの耐久性を向上させる冷却装置付
きＮＣ工作機械を提供する。【解決手段】この冷却装置付きＮＣ工作機械は、低熱
伝導性の合成樹脂から成る工作物４を切削加工するもの
であり、工作物４を取り付けたチャック本体１に対して
相対的に移動可能なベース６上に刃物台８をそれぞれ配
置し、各刃物台８にダイヤモンドバイト１４を含む各種
バイト１５，１６，１７をそれぞれ取り付ける。ダイヤ
モンドバイト１４を取り付けた刃物台８に冷気噴射ノズ
ル５１を設けると共に、主軸台５０に冷気噴射ノズル５
２を設け、ダイヤモンドバイト１４及び工作物４に対し
て冷気を噴き付け、切削加工熱を迅速に奪い、構成刃先
の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作物を切削加工す
るバイトを冷気の噴き付けで冷却する冷却装置付きＮＣ
工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械においては、例えば、ＮＣ
旋盤の場合、工作物に固定した標準座標系を使ってバイ
トの刃先の位置や移動量がプログラミングされ、ＮＣ制
御される。また、材料の無駄を省くために、切削量がで
きるだけ少なくて済むような大きさの工作物が使用され
る。そこで、工作物をＮＣ工作機械に取り付ける際に
は、工作物を所定の位置に正確に位置決めして取り付け
る必要がある。ところで、工作物としてのボールバルブ
用のボールは、単に止水栓としての機能を考えるだけな
らば、外表面さえ精度よく加工すればよく、即ち、外形
の球面精度と面粗度及び前端面と後端面でつくる寸法精
度を考慮すればよい。

【０００３】また、工作物と切削工具は、それらの熱伝
導率が工作物の切削加工に影響を与える。工作物を切削
工具で低速度で切削加工する場合には、工作物と切削工
具には切削加工による発熱が低く、工作物が合成樹脂で
あってもその融点までは上昇せず、工作物の融点を無視
することができる。しかしながら、工作物が合成樹脂等
の低熱伝導性材料である場合には、工作物を切削工具で
切削加工する加工速度が速くなると、切削加工による発
熱が上昇し、工作物或いは切り屑を通じて放熱されず、
切削工具を通じて放熱されることになり、切削工具の切
削先端部の温度が工作物の融点に近づくに従って切削工
具による工作物の切削加工は不可能になり、遂には溶解
して工作物が切削工具に溶着してしまう。

【０００４】工作物を切削工具によって効率良く切削す
るためには、工作物の硬さ、引張強度や延性について適
正に組み合わせられることが必要である。工作物が軟質
で延性を持ち、粘着性がある材料の場合には、切削工具
による工作物の切削加工が困難であるだけでなく、加工
速度の上昇によって切削抵抗が高くなり、強いては切削
温度が上昇し、切削工具への切り屑の溶着が進行して工
作物の切削が不能になる。

【０００５】また、工作物が特殊な延性材料である場合
には、切削工具で工作物を切削した時に、工作物が粘着
性になる傾向がある。工作物の粘着性は、切削工具に対
して有害であるだけでなく、切削工具に対する工作物の
親和性と相互関係にある。即ち、切削工具に対して有害
な親和性の性質の工作物材料が切削工具に粘着する傾向
にあり、温度上昇に伴って切削工具の構成刃先への工作
物の上記材料の溶着が増進され、切削工具の構成刃先に
硬い変質物となって堆積凝着されて刃先が鈍化され、工
作物の切削加工面の仕上がりを粗くする結果となる。切
削工具の刃先は変質物の堆積凝着によって刃先から剥が
れ落ち、元の刃先に代わって新たな構成刃先になるが、
この作用が頻繁に繰り返されると、切削工具の寿命を縮
めてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ボールバル
ブのボールのような工作物の外表面を、高精度に仕上げ
るために、切削工具としてダイヤモンドバイトを用いて
仕上げ加工することが考えられる。工作物の材質がポリ
塩化ビニル等の低熱伝導性の合成樹脂のような場合に
は、切削加工においてダイヤモンドバイトを使用した場
合に、高速回転によって工作物を切削加工すると、切削
加工による熱が発生する。しかしながら、工作物の合成
樹脂が低熱伝導であるため、発生した熱は工作物を通じ
て放熱されず、ダイヤモンドバイトを通じて放熱され
る。そのため、工作物は高温になって溶融され、その溶
融物がダイヤモンドバイトの刃先に凝着し、ダイヤモン
ドバイトの刃先に構成刃先が繰り返し発生し、ダイヤモ
ンドバイトの寿命が極めて短くなり、加工コストが大幅
にアップすることになる。

【０００７】例えば、半導体等の製造装置の洗浄パイプ
ラインに組み込まれて使用されるボールバルブの場合に
は、洗浄液に不純物が混入することが製品への致命傷に
なるので、ボールバルブを硬質のポリ塩化ビニルを用い
て作製している。しかしながら、硬質ポリ塩化ビニルで
あるがため、一般的に使用されるアクリル樹脂に比較し
て軟質であり、その加工面が切削加工に良好とはいえな
い。例えば、ボールバルブのボールの切削条件として、
加工精度即ち要求精度として面粗度を１．５ｓ、真球度
を６０μｍまで要求された時に、ダイヤモンドバイトを
用いて工作物を切削加工する場合に、工作物回転速度を
１５００ｒｐｍ、加工送り速度を０．０５ｍｍ／ｍｉ
ｎ、工作物への切り込み量を０．０５ｍｍとする。この
場合、ダイヤモンドバイトの刃先がＲ２．０であり、刃
先真円度３μｍであるとする。上記の条件で、工作物を
切削加工すると、工作物がアクリル樹脂で作製されてい
る時には、ダイヤモンドバイトの一回の研磨では、７０
００個の切削加工が可能であるが、これに対して、工作
物がポリ塩化ビニルで作製されている場合には、ダイヤ
モンドバイトの一回の研磨では、１５００個の切削加工
で再研磨が必要になり、ダイヤモンドバイトのランニン
グコストが大幅にアップし、採算が取れず、実用上利用
できなくなる。

【０００８】そこで、硬質ポリ塩化ビニル等の低熱伝導
性の合成樹脂から成る工作物を切削加工する場合に、切
削工具としてダイヤモンドバイトを使用し、刃先に構成
刃先の発生頻度を低減し、ダイヤモンドバイトの寿命を
長くするために、如何にすれば良いかの課題がある。

【０００９】上記課題を解決するため、例えば、加工速
度を低下させることが考えられるが、加工速度を低下さ
せると、生産性が低下し、実用上問題がある。又は、ダ
イヤモンドバイトとして、結晶方位を適正に選定して作
製された耐摩耗性で耐久性に富むダイヤモンドバイトが
あるが、該ダイヤモンドバイトの硬度はアップするが、
刃先のアールの輪郭度が円弧にならず、しかも、切削可
能なアールＲの範囲、即ち、ウインドアングルが最大で
１２０°であるので、ボールバルブのボールのような球
面の切削では、１８０°にわたってウインドアングルが
必要になり、採用することができない。或いは、ボール
の硬度を硬い樹脂にするように変更することは、他部品
との関係で勿論できない。

【００１０】又は、高圧クーラント方式で切削加工中の
工作物を冷却することが考えられるが、不純物の混入が
許されないようなボールバルブ等の製品には冷却するの
に冷却液を用いた場合には、工作物に付着した冷却液の
洗浄や乾燥を必要とし、別途の設備が必要になる。その
場合でも、合成樹脂から成るボールバルブ等の製品に対
して、切削表面の面粗度を保つために上記の設備で工作
物に傷等を発生させないようにする必要がある。更に、
旋盤等の切削機械が、ドライカット方式を採用ちている
場合に、ウェットカット方式を採用するためには、機械
の改造が必要になる。

【００１１】

【課題を解決するため手段】この発明は、低熱伝導性材
料から成るボールバルブのボール等の工作物をチャック
爪に位置決めして前記工作物をチャック爪で把持して前
記工作物の外表面の球面を各種バイトで切削加工を行な
った後、仕上げ加工をダイヤモンドバイトで行なうに当
たって、切削熱を速やかに奪ってダイヤモンドバイト及
び工作物を適正な温度条件に維持して切削加工を行い、
ダイヤモンドバイトの耐久性を向上させる冷却装置付き
ＮＣ工作機械に関する。

【００１２】この発明は、主軸台に回転可能に装着され
た主軸、低熱伝導性材料から成る工作物を把持するチャ
ック爪を有する前記主軸に固定されたチャック本体、該
チャック本体に対して移動可能に配置され且つダイヤモ
ンドバイトを含む各種バイトをそれぞれ取り付けた刃物
台、該刃物台が取り付けられ且つ前記チャック本体に対
して相対的に移動可能なベース、及び前記刃物台に設け
られた前記バイトに対して冷気を噴き付ける冷気噴射ノ
ズル、を有することを特徴とする冷却装置付きＮＣ工作
機械に関する。

【００１３】更に、この冷却装置付きＮＣ工作機械にお
いて、前記主軸台には、前記工作物の前記バイトによる
切削領域に対して冷気を噴き付ける冷気噴射ノズルが設
けられている。また、前記工作物を構成する低熱伝導性
材料はポリ塩化ビニルの合成樹脂である。特に、前記冷
気噴射ノズルが取り付けられた前記刃物台には、前記ダ
イヤモンドバイトが取り付けられている。

【００１４】この冷却装置付きＮＣ工作機械は、ダイヤ
モンドバイト等のバイトを取り付けた刃物台に冷気噴射
ノズルを設け、該冷気噴射ノズルから前記バイトに対し
て冷気を噴き付けるので、前記バイト及び工作物の加工
面に噴き付けられた冷気がそれらから切削熱を速やかに
奪って常に良好な温度状態に維持することができ、前記
バイトの刃先には構成刃先が発生し難く、前記バイトの
寿命が延び、耐久性を向上できる。更に、主軸台にも冷
気噴射ノズルを設けて、前記工作物の前記バイトによる
切削領域に対して冷気を噴き付けると、前記バイトと前
記工作物の加工面から切削熱を奪うことが盛んになり、
冷却効果を向上できる。しかも、前記バイトの刃先及び
工作物加工面が冷却されているので、工作物の被削材の
一部が加工硬化によって硬い変質物となって刃先に堆積
凝着する状態が発生せず、構成刃先になる頻度が少なく
なって、常に良好な刃先に維持されて加工が進行するの
で、工作物の加工面の精度が高精度になると共に、前記
バイトの耐久性を向上できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による冷却装置付きＮＣ工作機械の一実施例について説
明する。図１はこの発明による冷却装置付きＮＣ工作機
械の一実施例の刃物台側のベースを示す平面図、図２は
図１のＮＣ工作機械の一実施例のチャック本体を示す平
面図、及び図３は図１におけるＡ矢視図であって位置決
め設定装置に取り付けられた基準金の側面図である。

【００１６】チャック本体１は、主軸台５０に回転可能
に設けられた主軸２に取り付けられ、主軸２の回転に伴
ってチャック本体１も一緒に回転する。チャック本体１
は前面に複数のチャック爪３を有し、チャック爪３によ
って工作物４は把持される。工作物４はポリ塩化ビニル
等の低熱伝導性の合成樹脂で成形された球状体であっ
て、中心部に貫通した中心孔５を有する。工作物４に切
削加工を施すことによって、ボールバルブのボールが製
作される。工作物４は、チャック爪３を中心孔５に挿入
し、各チャック爪３を相互に半径方向に離間させるよう
に拡径することによってチャック本体１に把持される。

【００１７】ベース６は、チャック本体１と対向するよ
うに配置され、Ｘ軸とＺ軸の水平方向に移動できるよう
に配置されている。ベース６は、ＮＣ制御によって水平
面上を主軸２の回転軸方向（Ｚ軸方向）及び該回転軸Ｃ
と直交する方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。ベース
６には、上面に２本の断面Ｔ字状（あり溝状）の長溝７
が形成されている。刃物台８は、ベース６上の適宜位置
に位置決めして固定されるスライドホルダ９を有してい
る。スライドホルダ９は、長溝７に対して摺動可能に構
成され且つボルト１０を締め付けることによってベース
６上に固定される。スライドホルダ９には、シャンクホ
ルダ１１が押さえ板１２を介してボルト１３で締め付け
て固定される。シャンクホルダ１１の先端には、各種バ
イト１４，１５，１６，１７が固定される。この実施例
では、図１において、左から外形部仕上げバイトとして
のダイヤモンドバイト１４、後端面切削バイト１５、前
端面切削バイト１６及び外形部荒加工バイト１７が設け
られている。

【００１８】この冷却装置付きＮＣ工作機械は、特に、
ダイヤモンドバイト１４を取り付けた刃物台８のシャン
クホルダ１１に、ダイヤモンドバイト１４に対して冷気
を噴き付ける冷気噴射ノズル５１が固着具５３によって
取り付けられている。また、主軸台５０には、工作物４
のダイヤモンドバイト１４による切削領域に対して冷気
を噴き付ける冷気噴射ノズル５２が固着具５４によって
取り付けられている。冷気噴射ノズル５１，５２に使用
される冷気は、例えば、工場設備等に設けられている冷
気発生装置から供給でき、例えば、−１５℃程度の冷気
を使用することが好ましい。

【００１９】この冷却装置付きＮＣ工作機械において、
前端面切削バイト１６は工作物４の前端面１８を切削加
工するバイトであり、後端面切削バイト１５は工作物４
の後端面１９を切削加工するバイトであり、外形部荒加
工バイト１７は工作物４の球面２０を荒削りするバイト
であり、ダイヤモンドバイト１４は荒削りした工作物４
の球面２０に仕上げ加工を施すバイトである。ダイヤモ
ンドバイト１４は、先端が半円形状に形成されているダ
イヤモンドカッタ２１が使用される。

【００２０】また、ベース６には、位置決め設定装置２
２が取り付けられている。位置決め設定装置２２は、刃
物台８と同様のスライドホルダ２３を有し、スライドホ
ルダ２３が長溝７に対して摺動可能に構成され且つボル
トを締め付けることによってベース６上の適宜位置に位
置決めして固定される。スライドホルダ２３には基準ア
ーム２４が押さえ板１２を介してボルト１３で締め付け
固定される。基準アーム２４の先端には基準金２５が取
り付けられる。基準金２５は、その前面の長手方向基準
面２６を主軸２の回転軸Ｃと直交する平面に一致させ
て、基準アーム２４の先端にボルト２７で取り付けられ
る。長手方向基準面２６と主軸２の回転軸ＣとでＮＣ制
御の座標が設定される。基準金２５は矩形板の一辺をＵ
字状に切除して二股状腕２８を形成したものである。基
準金２５の背面２９にはＵ字状部分に傾斜面３０が形成
されている。

【００２１】長手基準金２５は、ベース６をＸ軸方向及
びＺ軸方向、即ち水平面上を移動させることにより、チ
ャック本体１の前面と工作物４との間、即ち工作物４の
後側に基準金２５を挿入し、二股状腕２８でチャック爪
３を挟むように配置することができる。また、Ｕ字状部
分の傾斜面３０は、チャック爪３の基部に形成された傾
斜面３１との干渉を避けるために形成されたものであ
る。

【００２２】位置決め設定装置２２の近傍には押付装置
３２が取り付けられている。押付装置３２はスライドホ
ルダ２３にボルト３３で固定されたプッシャー本体３４
と、プッシャー本体３４の先端に取り付けられたプッシ
ャー３５を有している。プッシャー３５は基準金２５に
対向して配置されている。また、プッシャー本体３４に
はエアホース３６が接続されており、エアを供給するこ
とによってプッシャー３５は基準金２５に向けて押し出
され、エアを抜くことによってスプリング（図示省略）
のばね力で元の位置に復帰される。プッシャー３５は工
作物４に押し付けられたときにスプリング３７のばね力
で緩衝されるので、工作物４に無理な力が付与されるこ
とがない。

【００２３】位置決め設定装置２２と各種バイト１４，
１５，１６，１７はベース６に固定されており、水平面
上を両者が一体となって移動できるように構成されてい
るので、基準金２５がチャック本体１の前面と工作物４
との間に配置された状態では、バイト１４，１５，１
６，１７で工作物４を切削することはできない。工作物
４を切削するためには、ベース６を移動させて基準金２
５を工作物４から完全に退避させた後で、バイト１４，
１５，１６，１７を工作物４に近づけるようにしなけれ
ばならない。

【００２４】次に、この冷却装置付きＮＣ工作機械の作
動について説明すると、工作物４をＮＣ工作機械で切削
加工する場合には、チャック本体１への工作物４の取付
けが行われる。チャック本体１への工作物４の取付け動
作は、オートローダ（図示省略）を作動して、例えば、
合成樹脂で成形された工作物４の中心孔５にオートロー
ダの把持爪（図示省略）を挿入して工作物４の一端を把
持する。そこで、オートローダは工作物４の中心孔５の
軸と主軸回転軸Ｃを平行に保った状態で、該主軸回転軸
Ｃの真上に移動する。次いで、オートローダは下降し、
主軸回転軸Ｃと中心孔軸とが略合致する位置まで下降し
たところで停止する。一方、チャック本体１は３個のチ
ャック爪３を互いに接近させて縮径した状態で待機して
いる。そこで、一旦停止したオートローダは次に主軸２
側のチャック本体１に向かってＺ軸方向に前進し、工作
物４の中心孔５に縮径したチャック爪３が挿入される。
工作物４の前進はほぼ把持位置で停止する。次に、チャ
ック爪３が拡径し、各チャック爪３によって工作物４を
緩く把持する。これにより、工作物４はチャック本体１
の各チャック爪３によって仮固定されることになる。オ
ートローダは、把持していた工作物４を外し、主軸２側
からＺ軸方向に後退し、次いで上昇し、主軸回転軸Ｃの
上方に移動して待機する。

【００２５】次に、位置決め設定装置２２を取り付けた
ベース６が主軸２側のチャック爪３に仮固定された工作
物４に向かってＺ軸方向に前進し、続いてＸ軸方向に前
進することによって、図２の鎖線で示すように、基準金
２５がチャック本体１の前面とチャック爪３に仮固定さ
れた工作物４との間に差し込まれる。次いで、基準金２
５が工作物４の後端面１９に近づくＺ軸方向にわずかに
後退して停止する。この位置が工作物４に対して長手方
向の加工基準位置となる。次いで、基準金２５に対向し
て配置された押付装置３２のプッシャー３５が前進し、
工作物４を前端面１８側から押圧して工作物４の後端面
１９を基準金２５の長手方向基準面２６に圧接する。そ
こで、工作物４を緩く把持していたチャック爪３は、更
に拡径して工作物４の正規の把持状態になり、工作物４
はチャック爪３に位置決めして強固に固定される。次い
で、プッシャー３５は、圧縮空気が排出されてリターン
スプリングによってベース６側へ後退して復帰すると共
に、基準金２５は上記移動を辿って工作物４から後退す
る。これによって、工作物４は、チャック本体１に対し
て加工基準位置に正しく設定されたことになる。

【００２６】以上の動作によって、工作物４のチャック
本体１への取付けが完了するので、次に、工作物４に対
する切削加工が開始される。工作物４に対する切削工程
については後述する。工作物４への切削加工が終了する
と、工作物４はチャック本体１から取り外される。工作
物４のチャック本体１からの取外し動作について以下に
説明する。

【００２７】まず、オートローダは、主軸回転軸Ｃの真
上に進行する。ベース６がオートローダの動作エリア外
に退避したことを確認し、オートローダは主軸回転軸Ｃ
の真上から下降してオートローダの把持爪の中心軸が主
軸回転軸Ｃにほぼ合致したところで、オートローダの下
降が停止する。次いで、オートローダは主軸２側の工作
物４へ向かってＺ軸方向に前進し、オートローダの把持
爪が工作物４の中心孔５に挿入される。オートローダの
把持爪が拡径して工作物４を把持する。そこで、チャッ
ク本体１に設けたチャック爪３が縮径され、工作物４の
把持を緩める。オートローダは工作物４を把持したま
ま、主軸２の工作物４からＺ軸方向に後退し、主軸回転
軸Ｃの真上に上昇する。次いで、所定の位置へオートロ
ーダは移動し、切削加工が施されたボール状の工作物４
は回収される。次いで、次に加工される工作物４をオー
トローダは把持し、上記の切削工程が繰り返されること
になる。

【００２８】次に、工作物４をボールバルブのボールと
して切削加工する工程について説明する。工作物４を回
転させながら、ＮＣ制御装置によってベース６をＸ軸方
向及びＺ軸方向に移動させ、バイトを工作物４に押し当
てて切削加工が行われる。最初に、前端面切削バイト１
６を使用して工作物４の前端面１８を切削加工し、次い
で、後端面切削バイト１５を使用して工作物４の後端面
１９を切削加工し、次に、外形部荒加工バイト１７を使
って工作物４の球面２０を荒削りし、最後に、ダイヤモ
ンドバイト１４を使って工作物４の外面を球面２０に仕
上げ加工を施すことによって、ボールを製作することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】この発明による冷却装置付きＮＣ工作機
械は、上記のように構成されているので、次のような効
果を有する。即ち、この冷却装置付きＮＣ工作機械によ
れば、ダイヤモンドバイト等のバイトを取り付けた刃物
台に冷気噴射ノズルを設けと共に、主軸台にも冷気噴射
ノズルを設け、該冷気噴射ノズルからバイト及び工作物
に対して冷気を噴き付けるので、冷気がバイト及び工作
物の加工面から切削熱を速やかに奪って常に良好な温度
状態に維持することができ、バイトの刃先には構成刃先
が発生し難く、バイトの寿命が延び、耐久性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による冷却装置付きＮＣ工作機械の一
実施例の刃物台側を示す平面図である。

【図２】図１の冷却装置付きＮＣ工作機械の一実施例の
チャック本体を示す平面図である。

【図３】図１におけるＡ矢視図であって位置決め設定装
置に取り付けられた基準金の側面図である。

【符号の説明】

１チャック本体２主軸３チャック爪４工作物６ベース８刃物台１４ダイヤモンドバイト１５，１６，１７バイト２２位置決め設定装置２５基準金５０主軸台５１，５２冷気噴射ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸台に回転可能に装着された主軸、低
熱伝導性材料から成る工作物を把持するチャック爪を有
する前記主軸に固定されたチャック本体、該チャック本
体に対して移動可能に配置され且つダイヤモンドバイト
を含む各種バイトをそれぞれ取り付けた刃物台、該刃物
台が取り付けられ且つ前記チャック本体に対して相対的
に移動可能なベース、及び前記刃物台に設けられた前記
バイトに対して冷気を噴き付ける冷気噴射ノズル、を有
することを特徴とする冷却装置付きＮＣ工作機械。
【請求項２】前記主軸台には、前記工作物の前記バイ
トによる切削領域に対して冷気を噴き付ける冷気噴射ノ
ズルが設けられていることを特徴とする請求項１に記載
の冷却装置付きＮＣ工作機械。
【請求項３】前記工作物を構成する低熱伝導性材料は
ポリ塩化ビニルの合成樹脂であることを特徴とする請求
項１又は２に記載の冷却装置付きＮＣ工作機械。
【請求項４】前記冷気噴射ノズルが取り付けられた前
記刃物台には前記ダイヤモンドバイトが取り付けられて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかにに記載
の冷却装置付きＮＣ工作機械。