(57)【要約】【課題】刃先部分を直接冷却でき、熱疲労によるチッピングの発生を抑制できる切削刃具の冷却方法および冷却装置を提供する。【解決手段】ワーク６を切削加工する切削刃具１２の刃先部分にエアを吹き付けて該切削刃具１２を冷却する冷却装置２０において、圧縮エアを発生するエア源２６と、エア源２６からのエアを切削刃具１２の刃先部分に吹き付ける刃物台１１に設けたエアノズル２１と、エア源２６とエアノズル２１との間のエア流路２５に設けた電磁弁２７ａ〜２７ｄと、電磁弁２７ａ〜２７ｄの駆動を制御する制御手段３１とを有し、ワーク６の加工部位の切削条件に応じて制御手段３１により電磁弁２７ａ〜２７ｄの駆動を制御して、エアノズル２１から刃先部分に吹き付けるエア量を調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを切削加工する切削刃具の刃先部分にエアを吹き付けて該切削刃具を冷却する切削刃具の冷却方法において、
上記ワークの加工部位の切削条件に応じて、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整して上記切削刃具の切削加工による刃先温度を平準化することを特徴とする切削刃具の冷却方法。
【請求項２】
ワークを切削加工する切削刃具の刃先部分にエアを吹き付けて該切削刃具を冷却する冷却装置において、
圧縮エアを発生するエア源と、
該エア源からのエアを上記切削刃具の刃先部分に吹き付ける上記切削刃具を保持する刃物台に設けたエアノズルと、
上記エア源と上記エアノズルとの間のエア流路に設けたエア量調整手段と、
上記エア量調整手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
上記ワークの加工部位の切削条件に応じて上記制御手段により上記エア量調整手段の駆動を制御して、上記エアノズルを経て上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整して上記切削刃具の切削加工による刃先温度を平準化することを特徴とする切削刃具の冷却装置。
【請求項３】
上記エア量調整手段は、
上記エア流路に並列に接続した複数の電磁弁を有し、各電磁弁を上記加工部位の切削条件に応じて上記制御手段により選択的に開閉制御して、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整することを特徴とする請求項２に記載の切削刃具の冷却装置。
【請求項４】
上記エア量調整手段は、
上記エア流路に直列に接続した電磁弁を有し、該電磁弁を上記制御手段により所定の周期で開閉制御すると共に、該開閉のデューティ比を上記加工部位の切削条件に応じて制御して、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整することを特徴とする請求項２に記載の切削刃具の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを切削加工する切削刃具をエアにより冷却する切削刃具の冷却方法および冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイト等の切削刃具を用いた切削加工においては、切削熱による刃先の温度上昇を防止するため、刃先部分にクーラント等の切削油を供給して刃先を冷却するようにしている。しかしながら、切削油を使用すると、作業環境の悪化を招くばかりではなく、切削油の管理や使用済み切削油剤の処理などに費用がかかるため、加工コストが上昇することが懸念される。
【０００３】
そこで、近年では、切削油剤に代えてエアを用いて切削刃具を冷却する方法が注目されている。
【０００４】
かかる冷却方法として、例えば、バイトによるワークの切削部位に向けてエアノズルからエアを吹き付けることにより、チップを直接冷却するようにしたものや、バイトの柄の先端部に、エアが一時的に滞留しつつ流通する冷却室を形成すると共に、この冷却室と熱伝導可能に台座を固定し、この台座にチップを固定して冷却室にエアを流通させることにより、台座を介してチップを間接的に冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４７３０４号公報（段落番号０００４、００１１〜００１９、図１、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、切削加工により生じる切削熱は、ワークの加工部位の切削条件、例えば旋盤においては、バイトの送り量、ワークの切り込み量、ワークの回転数等によって種々変化する。
【０００７】
しかしながら、上記従来のエアによる冷却方法にあっては、切削加工時にエアノズルから吹き付けるエア量や、バイト先端部の冷却室に供給するエア量を、切削条件に関係なく、常に一定にしている。
【０００８】
このため、切削条件によっては、刃先に作用する切削熱と冷却による刃先温度との差、すなわち加工時の温度差が大きくなり、その繰り返される温度差によって刃先が熱疲労して、チッピングが生じることが懸念される。また、同一のバイトに着目すると、比較的高い切削熱が発生する切削条件での冷却による刃先温度と、比較的低い切削熱が発生する切削条件での冷却による刃先温度との差、すなわち加工時の刃先温度変化が大きくなり、その繰り返される温度変化によっても同様に刃先が熱疲労して、チッピングが生じることが懸念される。
【０００９】
また、特に、バイト先端部に冷却室を形成してチップを間接的に冷却する場合には、バイト先端部が冷却室により空洞化されているため、十分な強度が保てず、切削力により刃先にビビリ等が生じて、チップの寿命低下を招いたり、チッピングを誘発したりすることが懸念される。また、この冷却方法は、チップの熱を台座を介して冷却室に伝導させることにより、チップを間接的に冷却するため、例えば同一ワークの複数の加工部位を異なる切削条件で連続的に切削加工する場合には、加工部位の切り換わりでの刃先温度の急激な変化に追従できず、所望の冷却効果が得られなくなることが懸念される。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、切削刃具の刃先部分を直接冷却でき、しかも熱疲労によるチッピングの発生が抑制できる切削刃具の冷却方法および冷却装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の切削刃具の冷却方法の発明は、ワークを切削加工する切削刃具の刃先部分にエアを吹き付けて該切削刃具を冷却する切削刃具の冷却方法において、上記ワークの加工部位の切削条件に応じて、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整して上記切削刃具の切削加工による刃先温度を平準化することを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によると、刃先部分にエアを直接吹き付けて冷却するので、切削刃具に何らの細工を施す必要がないと共に、その刃先部分に吹き付けるエア量を、切削加工による刃先温度が平準化するように加工部位の切削条件に応じて調整するので、加工時の温度差や刃先温度変化を小さくでき、熱疲労によるチッピングの発生を抑制することが可能となり、切削刃具の長期に亘る安定した使用が可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の切削刃具の冷却装置の発明は、ワークを切削加工する切削刃具の刃先部分にエアを吹き付けて該切削刃具を冷却する冷却装置において、圧縮エアを発生するエア源と、該エア源からのエアを上記切削刃具の刃先部分に吹き付ける上記切削刃具を保持する刃物台に設けたエアノズルと、上記エア源と上記エアノズルとの間のエア流路に設けたエア量調整手段と、上記エア量調整手段の駆動を制御する制御手段とを有し、上記ワークの加工部位の切削条件に応じて上記制御手段により上記エア量調整手段の駆動を制御して、上記エアノズルを経て上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整して上記切削刃具の切削加工による刃先温度を平準化することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によると、切削刃具を保持する刃物台にエアノズルを設け、このエアノズルとエア源との間のエア流路にエア量調整手段を設けて、このエア量調整手段を切削条件に応じて制御手段により制御する簡単な構成で、切削刃具の切削加工による刃先温度を平準化するように、エアノズルから刃先部分に吹き付けるエア量を調整することができる。これにより請求項１と同様の効果が期待できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２の切削刃具の冷却装置において、上記エア量調整手段は、上記エア流路に並列に接続した複数の電磁弁を有し、各電磁弁を上記加工部位の切削条件に応じて上記制御手段により選択的に開閉制御して、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によると、エア流路に並列に設けた複数の電磁弁を切削条件に応じて制御手段により選択的に開閉制御するので、刃先部分に吹き付けるエア量を簡単に調整することが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２の切削刃具の冷却装置において、上記エア量調整手段は、上記エア流路に直列に接続した電磁弁を有し、この電磁弁を上記制御手段により所定の周期で開閉制御すると共に、該開閉のデューティ比を上記加工部位の切削条件に応じて制御して、上記刃先部分に吹き付けるエア量を調整することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明によると、一つの電磁弁で刃先部分に吹き付けるエア量を調整できるので、装置を簡単かつ安価に構成することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による切削工具の冷却方法および冷却装置の実施の形態を図を参照して説明する。
（第１実施の形態）
本発明による切削刃具の冷却方法および冷却装置の第１実施の形態をターレット形旋盤に適用した場合を例に図１乃至図５を参照して説明する。
【００２０】
図１は全体の概略構成図、図２はターレット刃物台の部分詳細図、図３（ａ）および（ｂ）は切削刃具の切り替え動作の説明図、図４は異なる切削条件の加工部位を有するワークの一例を示す図、図５は本実施の形態による切削条件に応じた電磁弁の制御態様と無冷却時および冷却時の刃先温度との関係を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、ターレット形旋盤１は、ベッド２に設けられた主軸台３およびテールストック４を有している。主軸台３には、回転可能にチャック５が設けられ、このチャック５にワーク６の一端部が芯出しされて保持されるようになっている。また、テールストック４には、チャック５の回転軸方向（Ｘ方向）に進退可能にテールスピンドル７が設けられ、このテールスピンドル７をワーク６の他端面に当接させるようになっている。
【００２２】
また、ベッド２には、Ｘ方向に移動可能にＸ方向スライダ８が設けられており、このＸ方向スライダ８にＸ方向と直交する垂直方向（Ｙ方向）に移動可能にＹ方向スライダ９が設けられ、このＹ方向スライダ９に刃物台であるターレット刃物台１１がＸ方向を中心軸として回動可能に設けられている。
【００２３】
ターレット刃物台１１には、図２に示すように、それぞれ切削刃具である複数、本実施の形態では６個のバイト１２が放射状に着脱自在に保持可能となっており、ターレット刃物台１１を回動させることにより所望のバイト１２を予め設定された所定の使用位置に位置決めできるようになっている。
【００２４】
本実施の形態の冷却装置２０では、ターレット刃物台１１の各バイト保持部の近傍に、当該バイト保持部に保持されるバイト１２の刃先部分、すなわちチップ１２ａに臨ませてエアノズル２１を設ける。また、ターレット刃物台１１の裏面側、すなわちバイト１２を保持する面とは反対側の面には、各エアノズル２１に連通する接続口２２をＸ方向に突出して設ける。
【００２５】
また、ターレット刃物台１１を回動自在に保持するＹ方向スライダ９には、ターレット刃物台１１の接続口２２と着脱可能な流路接続部２３を設け、この流路接続部２３に、所定の使用位置に位置するバイト１２に対応する接続口２２を連結させる。
【００２６】
このため、本実施の形態では、ターレット刃物台１１をＹ方向スライダ９に対してＸ方向に進退可能に設け、所望のバイト１２を所定の使用位置に位置決めする際には、図３（ａ）に示すように、ターレット刃物台１１をＹ方向スライダ９から離間する方向に移動させて、所定の使用位置に位置していたバイト１２に対応する接続口２２を流路接続部２３から離脱させる。その状態で、ターレット刃物台１１を回動させて所望のバイト１２に対応する接続口２２を流路接続部２３に対向させ、かつその状態で、ターレット刃物台１１をＹ方向スライダ９に接近する方向に移動させて、図３（ｂ）に示すように、所望のバイト１２を所定の使用位置に位置決めすると共に、その所望のバイト１２に対応する接続口２２を流路接続部２３に結合させる。
【００２７】
流路接続部２３は、エア流路２５を介して圧縮エアを発生するエア源２６に結合すると共に、これら流路接続部２３とエア源２６との間のエア流路２５には、エア量調整手段として複数個、本実施の形態では４個の電磁弁２７ａ〜２７ｄを並列に接続して設けてある。これら電磁弁２７ａ〜２７ｄを制御手段である制御装置３１により、ワーク６の加工部位の切削条件、本実施の形態では、バイト１２の送り量、バイト１２によるワーク６の切り込み量、およびワーク６の回転数等に応じて選択的に開閉制御する。
【００２８】
なお、電磁弁２７ａ〜２７ｄには、必要に応じて、その入口側または出口側、本実施の形態では出口側に、エア流量を手動により任意に設定するための絞り弁２８ａ〜２８ｄを接続する。また、エア源２６と電磁弁２７ａ〜２７ｄとの間の共通のエア流路２５には、必要に応じて、制御装置３１による冷却制御の有無に応じてエア源２６から電磁弁２７ａ〜２７ｄへのエアの供給をオン・オフするストップ弁２９を接続する。
【００２９】
このようにして、ワーク６の加工にあたっては、例えばその加工部位の切削条件を制御装置３１に予め入力し、ストップ弁２９をオンにした状態で、入力された切削条件に基づいて各バイト１２の切削加工による刃先温度が平準化するように、ワーク６の加工部位の切削条件に応じて制御装置３１により電磁弁２７ａ〜２７ｄを選択的に開閉制御する。これにより流路接続部２３に連結されている接続口２２およびエアノズル２１を経て所定の使用位置にあるバイト１２のチップ１２ａに吹き付けるエア量を調整してチップ１２ａを冷却する。
【００３０】
ここで、切削条件に応じて開閉する電磁弁２７ａ〜２７ｄは、例えばワーク６の本加工に先立って、ストップ弁２９をオフにしてワーク６の加工部位を予め決められた切削条件でバイト１２により無冷却状態でテスト加工し、或いはシミュレーションし、その際の刃先温度を例えば放射温度計により計測して、その計測した刃先温度に基づいて刃先温度が平準化するように、当該切削条件での加工時に流路を開放する電磁弁２７ａ〜２７ｄを予め決定し、その開放する電磁弁２７ａ〜２７ｄの情報を切削条件と対応させて制御装置３１に記憶しておく。
【００３１】
例えば、図４に示すように、ワーク６がそれぞれ異なる４つの切削条件の加工部位Ａ〜Ｄを有する場合には、その各加工部位Ａ〜Ｄを設定された切削条件に従って無冷却でそれぞれテスト加工して、その際の刃先温度を計測し、或いはシミュレーションにより刃先温度を求める。ここで、計測或いはシミュレーションにより求めた各加工部位Ａ〜Ｄでの無冷却時の刃先温度が、例えば図５に示すように、加工部位Ａでは６２０℃、加工部位Ｂでは５５０℃、加工部位Ｃでは４８０℃、加工部位Ｄでは３５０℃となった場合には、同一のバイト１２で加工部位Ａ〜Ｄを切削加工したときに、その刃先温度が平準化するように、刃先温度が高くなる切削条件では吹き付けるエア量を多くして刃先温度を下げ、刃先温度があまり上昇しない切削条件では吹き付けるエア量を少なくあるいはゼロとして刃先温度をあまり下げないように、流路を開放する電磁弁２７ａ〜２７ｄを予め実験或いはシミュレーションにより求めておく。
【００３２】
例えば、図５の場合には、加工部位Ａの切削加工では全ての電磁弁２７ａ〜２７ｄを開として刃先温度が５００℃となるようにする。加工部位Ｂの切削加工では電磁弁２７ａ、２７ｂ、２７ｃを開、電磁弁２７ｄを閉として刃先温度が４８０℃となるようにする。加工部位Ｃの切削加工では同様に電磁弁２７ａ、２７ｂを開、電磁弁２７ｃ、２７ｄを閉として刃先温度が４４０℃となるようにする。加工部位Ｄの切削加工では全ての電磁弁２７ａ〜２７ｄを閉として刃先温度が無冷却時と同じ３５０℃となるようにする。これらの電磁弁２７ａ〜２７ｄの駆動情報を切削条件と対応させて制御装置３１の内蔵メモリあるいは外部メモリに記憶しておく。
【００３３】
このようにして、ワーク６の実際の加工時に、その加工部位Ａ〜Ｄの切削条件に応じて制御装置３１により電磁弁２７ａ〜２７ｄの開閉を制御し、これによりエアノズル２１から吹き付けるエア量を調整してチップ１２ａを冷却すれば、同一のバイト１２を用いて加工部位Ａ〜Ｄを切削加工した時の刃先温度差を、無冷却状態での、６２０−３５０＝２７０（℃）、に対して、５００−３５０＝１５０（℃）、に平準化することができる。
【００３４】
本実施の形態によれば、バイト１２に何らの細工を施すことなく、バイト１２を保持するターレット刃物台１１にエアノズル２１を設けて、エアノズル２１からバイト１２のチップ１２ａにエアを直接吹き付けて冷却するので、バイト１２の強度を十分保つことができる。従って、切削力による刃先のビビリ等の発生が抑制でき、チップ１２ａの寿命低下やチッピングを防止することができると共に、切削条件が異なる複数の加工部位Ａ〜Ｄを連続的に切削加工する場合に、切削条件の切り換わりでの刃先温度の急激な変化に迅速に追従でき、所望の冷却効果を得ることができる。
【００３５】
しかも、エアノズル２１から吹き付けるエア量を、切削加工による刃先温度が平準化するように切削条件に応じて調整するので、刃先に作用する切削熱と冷却による刃先温度との温度差や、同一バイト１２による異なる切削条件での加工時の刃先温度変化を小さくでき、熱疲労によるチッピングの発生を抑制することができ、長期に亘る安定したバイト１２の使用が可能になる。
【００３６】
また、本実施の形態では、エア流路２５に複数の電磁弁２７ａ〜２７ｄを並列に設け、これらを切削条件に応じて制御装置３１により選択的に開閉制御してチップ１２ａに吹き付けるエア量を調整するので、エア量の調整制御が簡単にできる。
【００３７】
（第２実施の形態）
図６および図７は本発明の第２実施の形態を示すもので、図６は冷却装置の要部の構成を示す図であり、図７はその動作を説明するための図である。なお、図６において図１乃至図３と対応する部分には同一符号を付することで該部の詳細な説明を省略する。
【００３８】
図６に示すように、本実施の形態の冷却装置２０は、第１実施の形態の構成における複数の電磁弁２７ａ〜２７ｄに代えて１個の電磁弁２７をエア流路２５に直列に接続し、この電磁弁２７を制御装置３１により、入力された切削条件に基づいて図７に示すように所定の周期Ｔで開閉制御すると共に、その開閉のデューティ比を、各バイト１２の切削加工による刃先温度が平準化するように、ワークの加工部位Ａ〜Ｄの切削条件に応じて制御する。例えば図５の加工部位ＡやＢの切削条件では開時間が長くなるように、また、加工部位ＣやＤの切削条件では開時間が短くなるように制御して、エアノズル２１を経て所定の使用位置にあるバイト１２のチップ１２ａに吹き付けるエア量を調整してチップ１２ａを冷却するようにしたもので、その他の構成は第１実施の形態と同様である。
【００３９】
なお、電磁弁２７には、必要に応じて、その入口側または出口側、本実施の形態では出口側に、エア流量を手動により任意に設定するための絞り弁２８を接続する。
【００４０】
このように、本実施の形態では、一つの電磁弁２７でバイト１２のチップ１２ａに吹き付けるエア量を切削条件に応じて調整するようにしたので、冷却装置２０を簡単かつ安価に構成することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は、ターレット形旋盤に限らず、他の公知の旋盤等の加工機にも適用することができる。また、第２実施の形態では、一つの電磁弁２７を所定の周期Ｔで開閉制御すると共に、その開閉のデューティ比を切削条件に応じて制御するようにしたが、電磁弁２７に代えて、弁開度をモータ等により連続的に調整可能な一つの流量調整弁を用い、その弁開度を切削条件に応じて同様に制御して、刃先温度の平準化を図ることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の切削刃具の冷却方法および冷却装置によれば、刃先部分にエアを直接吹き付けて冷却するようにしたので、切削刃具に何らの細工を施す必要がなく、その強度を十分保つことができる。従って、切削力による刃先のビビリ等の発生が抑制でき、刃先部分の寿命低下やチッピングを防止することができると共に、刃先温度の急激な変化に迅速に追従でき、所望の冷却効果を得ることができる。
【００４３】
しかも、刃先部分に吹き付けるエア量を、切削加工による刃先温度が平準化するように切削条件に応じて調整するようにしたので、刃先に作用する切削熱と冷却による刃先温度との温度差や、同一切削刃具による異なる切削条件での加工時の刃先温度変動を小さくでき、熱疲労によるチッピングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターレット形旋盤に適用した本発明による冷却装置の第１実施の形態の全体の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すターレット刃物台の部分詳細図である。
【図３】同じく、ターレット刃物台による切削刃具の切り替え動作を説明するための図である。
【図４】異なる切削条件の加工部位を有するワークの一例を示す図である。
【図５】第１実施の形態による切削条件に応じた電磁弁の制御態様と無冷却時および冷却時の刃先温度との関係を示す図である。
【図６】本発明による冷却装置の第２実施の形態の要部の構成を示す図である。
【図７】第２実施の形態の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１    ターレット形旋盤
６    ワーク
１１    ターレット刃物台（刃物台）
１２    バイト（切削刃具）
１２ａ  チップ
２０    冷却装置
２１    エアノズル
２５    エア流路
２６    エア源
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ    電磁弁（エア量調整手段）
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ    絞り弁
２９    ストップ弁
３１    制御装置（制御手段）
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ    加工部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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