(57)【要約】      （修正有）【課題】わずかな消費電力で切削加工点の周囲から切削屑を効果的に排除することができ、ワークに精度の高い切削加工を施すことが可能な切削加工方法を提供する。【解決手段】切削刃５のスクイ面Ｓと隣接する部分にスリット状の開口部１２を形成し内部に吸引路７を形成したボールエンドミル１を用い、吸引路を介して開口部から切削刃の周囲を吸引しながら、予め油剤を塗布したワークの傾斜面の切削加工を行う。開口部から切削刃の周囲の吸引を行った場合には、行わなかった場合に比べて切削動力の減少率が高くなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃を先端に設けた切削工具を利用し、その切削工具をワークに対して相対運動させることによりワークを切削加工する切削加工方法であって、
前記切削工具が、切削刃のスクイ面と隣接する部分にスリット状の開口部を設けるとともに、その開口部と連通した吸引路を内部に形成したものであり、
切削加工点の周囲に油性の切削液を存在させ、吸引路内を負圧にすることにより、切削加工点の周囲の油性の切削液を開口部から吸引しながらワークの切削加工を行うことを特徴とする切削加工方法。
【請求項２】
切削刃を先端に設けた切削工具を利用し、その切削工具をワークに対して相対運動させることによりワークを切削加工する切削加工方法であって、
前記切削工具が、切削刃のスクイ面と隣接する部分にスリット状の開口部を設けるとともに、その開口部と連通した吸引路を内部に形成したものであり、
切削加工点の周囲に水性の切削液を存在させ、吸引路内を負圧にすることにより、切削加工点の周囲の水性の切削液を開口部から吸引しながらワークの切削加工を行うことを特徴とする切削加工方法。
【請求項３】
ワークの切削加工面に予め切削液を塗布することによって、切削加工点の周囲に切削液を存在させることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削刃を有する切削工具を用いて金属等によって形成されたワークを切削加工するための切削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削刃を有する切削工具を用いて金属等からなるワークを切削加工する場合には、ワーク（被加工物）を切削した際に生じる切削屑がワークの表面に堆積すると、その堆積した切削屑を切削刃が噛み込んでしまい、切削刃の欠損やワークの加工精度の悪化を招くことがある。また、切削屑は摩擦によって高温に熱せられるため、ワークの表面に切削屑が堆積すると、切削刃やワークが熱変形を生じて加工精度の悪化を招くことがある。それゆえ、切削加工点（切削刃とワークとの接触部分）に堆積した切削屑を排除する方法として、非特許文献１の如く、切削工具や切削工具を支持したホルダを覆うように大きなカバーを設け、そのカバーの内部を強力な吸引装置によって吸引することにより、切削加工点の周囲から切削屑を吸い取る方法が提案されている。
【０００３】
【非特許文献１】ツールエンジニア２００７年６月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１の如く、切削工具やホルダを覆うカバーの内部を吸引装置によって吸引する方法は、適用可能な工具が限定されるため、マシニングセンタ等の他種類の工具を利用する装置には採用し難い。また、切削工具全体をカバーで覆う必要があるため、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えた工作機械には採用することができない。加えて、遠心力によって切削加工点から飛散してしまった切削屑を回収するためには強力な吸引装置を用いなければならず、消費電力が大きい、という不具合もある。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の切削工具の問題点を解消し、わずかな消費電力で切削加工点の周囲から切削屑を効果的に排除することができ、ワークに精度の高い切削加工を施すことが可能な切削加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる本発明の内、請求項１に記載された発明は、切削刃を先端に設けた切削工具を利用し、その切削工具をワークに対して相対運動させることによりワークを切削加工する切削加工方法であって、前記切削工具が、切削刃のスクイ面と隣接する部分にスリット状の開口部を設けるとともに、その開口部と連通した吸引路を内部に形成したものであり、切削加工点の周囲に油性の切削液を存在させ、吸引路内を負圧にすることにより、切削加工点の周囲の油性の切削液を開口部から吸引しながらワークの切削加工を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、切削刃を先端に設けた切削工具を利用し、その切削工具をワークに対して相対運動させることによりワークを切削加工する切削加工方法であって、前記切削工具が、切削刃のスクイ面と隣接する部分にスリット状の開口部を設けるとともに、その開口部と連通した吸引路を内部に形成したものであり、切削加工点の周囲に水性の切削液を存在させ、吸引路内を負圧にすることにより、切削加工点の周囲の水性の切削液を開口部から吸引しながらワークの切削加工を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１，２に記載された切削加工方法においては、切削加工点の周囲の媒体は、空気に限定されず、空気以外の気体や液体に置き換えることが可能である。また、切削加工点の周囲に存在させる油性あるいは水性の切削液は、ワークに噴霧・塗布することも可能であるし、切削加工中に霧状にして切削加工点に供給することも可能である。
【０００９】
請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、ワークの切削加工面に予め切削液を塗布することによって、切削加工点の周囲に切削液を存在させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の切削加工方法によれば、吸引路を介してスリット状の開口部から切削加工点を吸引し、切削刃のスクイ面に沿った高速の空気流を発生させて、スクイ面における油性の切削液による切削屑の潤滑を促すことによって、切削加工点から切削屑を小さなエネルギーで効率的に排除することができる。また、ＭＱＬ（Minimum Quantity Lubrication；ミスト状にした微量の切削液を切削加工点付近に供給する方法）を利用した場合に、油性の切削液ミストを噴霧するノズルの方向を正確に調整しなくても、切削液による潤滑性能を高く保持することができる。したがって、請求項１の切削加工方法によれば、ワークを高い精度で加工することが可能となる。
【００１１】
請求項２の切削加工方法によれば、吸引路を介してスリット状の開口部から切削加工点を吸引することにより、切削熱によって気化した切削液の蒸気を瞬時に吸い取り、加工点の周囲の蒸気圧を低く保ち、継続的に発生する切削熱（摩擦熱）を効果的に奪うことが可能となるため、切削加工点の周囲の温度上昇を効率良く抑制することができる。また、ＭＱＬを利用した場合に、水性の切削液ミストを噴霧するノズルの方向を正確に調整しなくても、切削加工点の周囲の温度上昇を効率良く抑制することができる。したがって、請求項２の切削加工方法によれば、ワークを高い精度で加工することが可能となる。
【００１２】
請求項３の切削加工方法は、ワークの切削加工面に予め切削液を塗布することによって、切削加工点の周囲に切削液を存在させるものであるので、切削液ミストを噴霧するノズル等を用いる必要がないため、ワークに安価に切削加工を施すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の切削加工方法の一実施形態（切削工具としてボールエンドミルを使用）について、図面にしたがって詳細に説明する。
【００１４】
［ボールエンドミルの構造］
図１〜図３は、それぞれ、ボールエンドミルの正面、左側面、底面を示したものであり、ボールエンドミル１は、金属（超硬合金）製のエンドミル本体２、金属（超硬合金）製のカバー３等によって構成されている。エンドミル本体２は、支軸部４の先端にヘッド部６を一体的に連設したものであり、約９０ｍｍの長さに設計されている。支軸部４は、略１０ｍｍφの略円柱状に形成されており、略中央には略５ｍｍφの円柱状の吸引路（空洞）７が形成されている（したがって、吸引路７の断面積は約１９．６ｍｍ２である）。また、ヘッド部６は、略１０ｍｍφの半円柱の先端に半円球を連ねた形状（釣鐘を縦方向に２分割した如き形状）に形成されている。そして、先端の半円球状の部分には、内側の平坦面と外側の球面との稜線に沿って、円弧状（約１／４の円周状）の切削刃５が形成されており、その内側の平坦な部分がスクイ面Sとなっている。さらに、その切削刃５の基端の高さよりわずかに上方の部分には、半円柱状の吸引溝８が刻設されており、その吸引溝８が、支軸部４に形成された吸引路７と連通した状態になっている。加えて、ヘッド部６の切削刃５形成側と逆側（図１における紙面の奥側）には、カバー３と螺着するためのネジ溝（図示せず）が形成されている。
【００１５】
また、カバー３は、ヘッド部６と同様に、半円柱の先端に半円球を連ねた形状に形成されている（なお、カバーの直径はヘッド部６より若干小さくなっている）。そして、先端側の半球状の部分の内側には、ひと回り小さな半円球状の吸引凹部９が形成されており、その吸引凹部９の基端側に形成された半円柱状の吸引溝１０と連通した状態になっている。さらに、カバー３の先端には、同一幅の円弧状（約１／４の円周状）の切り欠き１１が設けられている。加えて、カバー３の切り欠き１１形成側と逆側（図１における紙面の奥側）には、エンドミル本体２のヘッド部６と螺着するためのネジ孔（図示せず）が穿設されている。
【００１６】
かかるカバー３は、内側の平坦面を、エンドミル本体２のヘッド部６の平坦面と接合させた状態で、ネジ１４を利用してヘッド部６に螺着されている。そして、そのようにカバー３がエンドミル本体２のヘッド部６に螺着された状態においては、カバー３の吸引凹部９と吸引溝１０、および、エンドミル本体２のヘッド部６の吸引溝８と吸引路７が一連の空洞を形成した状態になっている。また、カバー３がエンドミル本体２のヘッド部６に螺着された状態においては、カバー３の先端は、１刃当たりの送り分（すなわち、主軸装置に装着したボールエンドミルの１回転当たりの送り分）だけ切削刃５の先端より上側に位置している。加えて、カバー３がエンドミル本体２のヘッド部６に螺着された状態においては、カバー３の切り欠き１１によって、エンドミル本体２の切削刃５のスクイ面Ｓと隣接するように、円弧状（約１／４の円周状）にカーブしたスリット状（一定幅の帯状）の開口部（面積５ｍｍ２の隙間）１２が形成されている。
【００１７】
上記の如く構成されたボールエンドミル１は、吸引路７内を負圧にする（吸引する）ことで、図４の如く、“切削刃５による加工点の周囲→スリット状の開口部１２→切削刃５のスクイ面Ｓ→吸引路７→ホルダ（図示せず）内の切削屑排出路”という高速の空気流を作り出すことが可能となる。そのため、わずかなエネルギーで加工点から切削屑を効率的に排除することができる（図５参照）。
【００１８】
また、切削刃５のスクイ面Ｓに沿った高速の空気流を発生させることにより、加工点の周囲に常に新たな空気（あるいは、その他の置換媒体）が供給されることにより、加工点の周囲に存在する切削液を効率的に吸引し、加工点に集中させることが可能となり、スクイ面Ｓにおける切削屑の潤滑を促すことができる。加えて、ボールエンドミル１においては、切削熱によって気化した切削液の蒸気が瞬時に吸い取られるため、加工点の周囲の蒸気圧が低く保たれるので、継続的に発生する切削熱を奪う効果が高く保持される。
【００１９】
［ボールエンドミルを用いた切削加工］
上記の如く構成されたボールエンドミル１を用いて金属製のワークの切削加工を行った。ワークの切削加工は、図６に示すように、ボールエンドミル１を装着した主軸装置（図示せず）を利用して、ワークＷに設けられた傾斜面（傾斜角度３０°）Ｆに所定の深さの溝を切削形成することにより行った。また、切削加工は、油性の切削液である油剤を予めワークＷの傾斜面Ｆに塗布した状態で行った。さらに、切削加工においては、ボールエンドミル１を装着した主軸装置に１ｋｗの吸引装置（図示せず）を接続して、ボールエンドミル１内の吸引路７内を吸引した。なお、吸引装置による吸引は、４０リットル／ｍｉｎ．となるように出力を調整した（したがって、計算上では、吸引物が開口部１２を通過する速度は１３３ｍ／ｓｅｃ．となり、吸引路７を通過する速度は、２０ｍ／ｍｉｎ．となる）。そして、上記の如く切削加工を施した後のワークＷの加工状態を目視によって観察した。
【００２０】
また、油剤の潤滑効率を調べるために、切削加工は、振動測定器１３の上にワークＷを載置した状態で行い、油剤がない状態で切削加工（ドライ加工）した場合の動力（振動値）および油剤がある状態で切削加工（ウェット加工）した場合の動力をそれぞれ算出し、下式１によって切削動力減少率（％）を算出した。また、吸引およびカバー装着の効果を確認するために、(ｉ)吸引ありカバーあり、(ii)吸引ありカバーなし、(iii)吸引なしカバーあり、(iv)吸引なしカバーなしの４通りの水準にて切削加工を行った。
切削動力減少率＝（ドライ加工時の動力−ウェット加工時の動力）／ドライ加工時の動力×１００  ・・・式１
【００２１】
上記の如く４通りの水準にて切削加工を行った結果、ボールエンドミル１の先端にカバー３を装着して吸引をしながら切削加工を行った場合には、ワークＷの切削加工面が非常に良好であることが分かった。また、図７は、上記(ｉ)〜(iv)の４通りの水準で切削加工を行った場合の切削動力減少率（％）を示したものであり、ボールエンドミル１の先端にカバー３を装着して吸引をしながら切削加工を行った場合には、他の場合と比較して切削動力減少率（％）が大きく、非常に高い潤滑効率を発現することが分かった。
【００２２】
ボールエンドミル１を用いた上記の切削加工方法は、切削加工点の周囲に油剤を存在させ、吸引路７内を負圧にすることにより、切削加工点の周囲の油剤を開口部１２から吸引しながらワークＷの切削加工を行うものであるので、切削刃５のスクイ面Ｓに沿った高速の空気流を発生させて、スクイ面Ｓにおける油剤による切削屑の潤滑を促すことによって、切削加工点から切削屑を小さなエネルギーで効率的に排除することができる。したがって、上記した切削加工方法によれば、ワークＷを高い精度で加工することが可能となる。
【００２３】
また、上記の切削加工方法は、ワークＷの切削加工面Ｆに予め油剤を塗布することによって、切削加工点の周囲に油剤を存在させるものであるので、切削液ミストを噴霧するノズル等を用いる必要がないため、ワークＷに安価に切削加工を施すことが可能となる。
【００２４】
なお、本発明の切削加工方法の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、切削工具の種類、切削液の種類、切削加工点の周囲に切削液を存在させる方法、吸引装置の出力等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【００２５】
たとえば、本発明の切削加工方法で用いる切削工具は、上記実施形態の如きボールエンドミルに限定されず、その他のエンドミルやドリル等に変更することも可能である。また、金属製のカバーを設けたものに限定されず、セラミックス等の金属以外の材料によって形成されたカバーを設けることも可能である。さらに、本発明の切削加工方法で用いる切削工具は、上記実施形態の如く、半円柱の先端に半円球を連ねた形状のカバーを工具本体の先端に固着させたものに限定されず、必要に応じて工具本体の形状、カバーの形状を変更することができる。
【００２６】
また、本発明の切削加工方法は、上記実施形態の如く、油剤を用いたものに限定されず、水性の切削液を用いたものに変更することができる。場合によって、油性の切削液と水性の切削液とを併用することも可能である。さらに、本発明の切削加工方法は、空気中でワークを切削するものに限定されず、空気を別の気体と置換した雰囲気下でワークを切削するものでも良い。また、切削加工されるワークは金属製のものに限定されず、樹脂製のものやセラミックス等の非金属製のものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の切削加工方法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、各種のワークの切削加工に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ボールエンドミルの正面図である（ａは全体図であり、ｂは先端部分の拡大図である）。
【図２】ボールエンドミルの左側面図である（ａは全体図であり、ｂは先端部分の拡大図である）。
【図３】ボールエンドミルの底面図である。
【図４】スリット状の開口部から空気が吸い込まれる様子を示す説明図である。
【図５】切削加工点の周囲から切削屑が排除される様子を示す説明図である。
【図６】ボールエンドミルを用いた切削加工の様子を示す説明図である。
【図７】ボールエンドミルを用いた切削加工において測定された切削動力減少率を示す図表である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・ボールエンドミル、２・・エンドミル本体、３・・カバー、５・・切削刃、７・・吸引路、８・・吸引溝、９・・吸引凹部、１０・・吸引溝、１２・・開口部、Ｓ・・スクイ面。
【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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