(57)【要約】      （修正有）【課題】被削材料を切削液に浸漬させた状態で加工する浸漬ミーリング加工において、工具チャックと切削液面との接触を防ぎ、切削液を加工点に的確に浸入させて潤滑と冷却効果を高める加工装置を提供する。【解決手段】数値制御工作機械が有する数値情報と制御機能を用い、工具チャック１２の上下移動に合わせて切削液面３の高さを自動調節する。切削液２に高周波の運動エネルギーを与え、加工点２３に的確に浸入させて刃先の潤滑および冷却を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御工作機械（マシニングセンタ）が有する工具軌跡情報と工具長情報から工具チャックの上下位置を計算し、加工槽内の切削液面の高さを制御して工具チャックと切削液面との接触を防ぎながら、高周波の運動エネルギーを切削液に与えることにより、的確に加工点の潤滑・冷却を達成する浸漬ミーリング加工装置。
【請求項２】
加工槽内に設けたドレインパイプを上下方向に移動することにより、切削液面の高さを制御する、請求項１に記載の浸漬ミーリング加工装置。
【請求項３】
超音波振動子を加工槽の壁面に固定し、この超音波振動子が発生する高周波の運動エネルギーを加工槽内の切削液に与える、請求項１〜２に記載の浸漬ミーリング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被削材料を切削液中に浸漬させ空気を遮断した状態で切削する浸漬ミーリング加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  マグネシウムやチタニウムなど酸化力の強い金属のミーリング加工においては、微細切り屑が切削熱によって発火して火災が発生する危険性がある。発火の危険性を回避するための技術のひとつとして、被削材料を切削液中に浸漬した状態で切削する浸漬ミーリング加工がある。【０００３】  従来の技術として、密閉容器内に切削液を充填した状態で旋削加工を行うものがある。（特許文献１、特許文献２参照）しかしミーリング加工に関しては、工具チャックが切削液に接触しないようにするための切削液面の高さ制御が行われていない。また切削液を微視的な加工点に的確に侵入せるための手段がない。（特許文献３参照）【０００４】
【特許文献１】特許第３３２８３０２号
【特許文献２】特開平０５−１３１３３６号公報
【特許文献３】特開２００５−０２２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ミーリング加工においては、機械テーブルおよび主軸の動作方式が様々であり、密閉容器内での加工が難しい。そのため、切削液面が露出した状態にある。浸漬ミーリング加工では、加工点が常に切削液中に浸漬されなければならないが、加工形状によっては加工点の上下方向の位置が加工の進行とともに変化する。また、複数の工具を交換しながら加工するのが一般的で、工具長（工具チャック端面から工具刃先までの距離）は使用する工具によって異なる。【０００６】  切削液面から加工点までの距離（深さ）が深く、工具長が短い場合は工作機械主軸の工具チャック部まで切削液中に埋没してしまい、切削液を攪拌してしまう。工具チャックの直径は工具に比べてはるかに大きいので、過剰攪拌によって加工槽内に切削液の大きな渦が発生し、切削液が加工槽の外に飛散してしまう。また、切削液に混入した微細な切り屑が工具チャックや機械の主軸テーパーポット部に侵入し，機械精度及び機械寿命の低下の原因となる。これを防ぐには、加工点の上下移動と工具長を考慮して切削液面の高さを調節し，工具チャック部と切削液面の接触を防がなければならない。【０００７】  切削液の最も重要な役割は、潤滑と冷却により加工精度を高め、かつ工具寿命を延長させることである。切削中の切れ刃と被削材料の接触状態には、被削材料の降伏点以上の高い圧力で完全に金属接触している部分と、比較的低い圧力で不完全接触している部分がある。両者の境界は明確ではなく、刃先に近づくほど接触圧力が高く、刃先から離れるほど接触圧力が低い。切削液が浸入するのはこの微視的な不完全接触域である。不完全接触域に浸入させるには、切れ刃と被削材料の隙間に浸入させることが必要である。切削液が隙間に侵入すると不完全接触域に到達し、潤滑と冷却が行われる。工具すくい面における不完全接触域の摩擦係数が減少すると、せん断角が増加して完全接触域が狭くなる。潤滑作用は刃先に生じる溶着物（構成刃先）をなくし仕上げ面あらさを向上させると同時に工具の磨耗を防ぎ、工具寿命が延びる。また、摩擦力とせん断力が減少して発熱量が減少するので、加工歪の発生を抑えることができる。よって、切削液をできるだけ多く不完全接触域に浸入させることが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は数値制御工作機械が有する工具軌跡情報と工具長情報から工具チャックの上下位置を計算し、加工槽内の切削液面の高さを制御して工具チャックと切削液面との接触を防ぐとともに、高周波の運動エネルギーを切削液に与えることにより、加工点の潤滑および冷却を的確に達成することを特徴とした浸漬ミーリング加工装置である。【０００９】  加工点が切削液中にあり、かつ工具チャック部分が切削液に浸からないようにするためには、加工中の工具チャック部分の高さに合わせて切削液面の高さを制御すればよい。ここで、工具移動の左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とすると、切削液面の高さは、加工点のＺ軸方向の位置と工具長によって調節しなくてはならないが、数値制御工作機械を使用したミーリング加工においては、加工点のＺ軸方向の位置と工具長は既知であるから、２つの情報から最適な切削液面高さを算出してプログラムしておけば、数値制御工作機械に備わっている軸制御のうち使用していない１軸を充てて切削液面の高さを制御できる。【００１０】  加工点近傍の微視的な不完全接触域に切削液を浸入させるには、切削液に高周波の振動を与えることが効果的である。切削液に超音波振動子で正と負の圧力を交互にかける。正のときに加圧された切削液は瞬間的に一気に膨張し、切削液中に無数のほぼ真空の泡が発生する。再び加圧された瞬間に泡は弾けるように消滅する（キャビテーション）。このエネルギーによって、切削液が狭い隙間に侵入することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】  加工点が常に切削液中に位置するため、酸化力の強い金属でも発火の危険性がなく安全に切削できる。切削液面を工具の上下動に合わせて制御することにより、切削液の過剰攪拌による飛散や不要部位への混入を防ぎ、切削液の節約及び機械設備の寿命延長が可能になる。超音波振動を与えられた切削液が刃先近傍まで侵入することにより、潤滑と冷却効果が高まる。それにより、仕上げ精度が向上し工具寿命も延長される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下，本発明の実施の形態を図１〜図３に基いて説明する。【００１３】  図１は浸漬ミーリング装置の構造を示す正面図である。工作機械の送りテーブル１４に固定された加工槽１の中に被削材料１３を固定し、工具チャック１２に把握された切削工具１１により加工点２３の切削加工を行う。【００１４】  切削液面３の調節はドレインパイプ９を上下することによって行う。ドレインパイプ９の上下方向の移動は、サーボモータ２１で駆動されるピニオン２０とドレインパイプ９に固定されたラック１９によって行われる。なお、ドレインパイプ９は加工槽１に設けられたガイド２２によって上下にのみ自在に動くようになっている。また、ドレインパイプ９とガイド２２の間はＯリング２５によってシールされていて、切削液２の漏出を防ぐ。【００１５】  切削液２は切削液タンクを兼ねた濾過装置１６より、ポンプ２４によって加工槽１に送られ、溜まっていく。切削液面３がドレインパイプ９の溢れ口１０の位置まで到達すると、切削液２は溢れ口１０より濾過装置１６に流出し、切削液面３は一定の高さに保たれる。ポンプ２４は常時稼動していて、一定の流量を保った状態で切削液２が加工槽１内を回流するようになる。加工中は常にこの回流状態を保つ必要がある。【００１６】  ドレインパイプ９を上下させるサーボモータ２１は、数値制御工作機械に備わっている軸制御機能のうち、使用していない一軸を充てる。例えば、Ｘ軸（左右）、Ｙ軸（前後）、Ｚ軸（上下）とＣ軸（主軸回転角）をもつ数値制御工作機械で、Ｃ軸制御機能が使用されていない場合はＣ軸制御機能をドレインパイプ９の上下方向の制御に使う。上下方向の位置は工具軌跡情報と工具長情報によって決まる。【００１７】  図２において、基準面２６と切削液面３との距離をＨ、工具チャック１２と切削液面３との距離をＨ１、加工プログラムによる加工点２３の基準面２６からの高さをＨ２、工具長をＨ３、とする。基準面２６と切削液面３との距離Ｈは、Ｈ＝Ｈ２＋Ｈ３−Ｈ１で求められる。ここでＨ１は工具チャック１２と切削液面３が接触しないためのクリアランス値であるが、切削液面３は切削液２の回流による波が生じているので、これを考慮した上で最適値を設定する。ここで求めたＨの値が、すなわち基準面２６とドレインパイプ９の溢れ口１０との距離となる。尚、Ｈの値は加工槽１の最大容量時の深さをもって上限とする。この情報をもとに、ドレインパイプ９の上下方向を制御する。【００１８】  加工点の高さＨ２が下がると、これに応じたＨの値によりただちにサーボモータ２１が制御され、ドレインパイプ９が下方に移動する。切削液２は溢れ口１０より流出して切削液面３の高さも下方に移動する。これにより、工具チャック１２と切削液面３との接触が防止される。【００１９】  ポンプより送られてくる切削液２の流量をＱ１、溢れ口１０より流出する切削液２の流量をＱ２とすると、切削液面３の高さに変動がなく回流状態のみにあるときはＱ１＝Ｑ２である。しかし、ドレインパイプ９が下方に移動して切削液２が流出するときはこの他に切削液面３が下がる分の切削液２の流出量Ｑ３が生じる。したがって、ドレインパイプ９はＱ１＋Ｑ３以上の排出能力を持たなければならない��【００２０】  加工点の高さＨ２が上がると、これに応じたＨの値によりただちにサーボモータ２１が制御され、ドレインパイプ９が上方に移動する。溢れ口１０が切削液面３より上方に突き出すこととなり切削液２の回流が一時中断され、ポンプ２４より送られてくる切削液２は加工槽１に溜まっていく。切削液面３の高さが溢れ口１０の位置まで到達すると、再び流出する。これにより、工具チャック１２と切削液面３との接触が防止される。
ポンプ２４は、工具の送り速度に対応できるだけの十分な吐出量が必要である。【００２１】  被削材料を着脱する際には、切削液２を加工槽１から排出しなければならない。その際はドレインパイプ９の溢れ口１０を加工槽１の底部まで下げることで対処する。この方式は、切削液２の流出経路に開閉弁等の障害物がないので、切り屑がつまるという問題が生じない。【００２２】  図１において加工槽１の左右底部には、切削液２を上向きに流出させる上向きノズル５、６が設置されている。切り屑は、上向きノズル５、６から流出する切削液２の運動エネルギーを利用して、上方へと運ばれ、横向きノズル７が作り出す回流に乗って、ドレインパイプ９の溢れ口１０から切削液２とともに搬出され、外部の濾過装置１６に流入する。濾過装置１６で切り屑が濾過された切削液２がポンプ２４によって加工槽１に還流する。【００２３】  図３は加工槽１の構造を示す上面図である。加工槽１は、左右と後方の固定壁１７と、前方の開閉壁１８から構成されている。開閉壁１８は被削材料１３の着脱時に使用する。
開閉の際は切削液２を排出してから行う。加工槽１には、上向きノズル５、６のほかに、切削液を水平方向に流出させる横向きノズル７、８が加工槽１の前後の壁に沿うように設置されており、切削液２を加工槽１の壁に沿って回流させる役割を果たす。加工槽１は、切削液２が回流しやすいよう八角形になっている。切り屑は上向きノズル５、６から流出する切削液２とともに上方へと運ばれ、次いで横向きノズル７、８が作り出す回流に乗って加工槽１の壁沿いに移動し、ドレインパイプ９の溢れ口１０から切削液２とともに加工槽１の外へ排出される。【００２４】  図３で、固定壁１７に設置された超音波振動子４が、切削液２に超音波振動を与える。固定壁１７は剛性を有し、超音波振動子４が発生させる超音波振動を切削液２に確実に与えることが可能である。与えられた超音波振動は、切削液中を伝播して随所にキャビテーションを発生させる。加工点２３近傍において発生したキャビテーション現象によって切削液２は加工点２３の微視的な不完全接触域に的確に侵入する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  浸漬ミーリング加工装置の構造を示す正面図である。
【図２】  切削液面の高さの算出方法を示す図である。
【図３】  加工槽と切削液流出ノズルの位置関係を示す上面図である。
【符号の説明】
【００２６】１  加工槽
２  切削液
３  切削液面
４  超音波振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007216374.tif 000005