JP5667230B2

JP5667230B2 - 工作機械の切削液管理装置

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Publication number: JP5667230B2
Application number: JP2013053484A
Authority: JP
Inventors: 嘉則星野
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: CN104044010B; DE102014103326B4; DE102014103326A1; US20140271002A1; CN104044010A; JP2014176942A; US9399273B2

Description

本発明は、工作機械の切削液管理装置に関し、特に、熟練作業者の知識に頼ることなく、加工条件（加工物の材質や刃物など）を入力すれば、切削液の最適な濃度を割り出すことができる工作機械の切削液管理装置に関する。

工作機械などの機械には加工時に水溶性の切削液あるいは不水溶性の切削液が供給される。切削液は、切削液タンク内に貯留され、切削液タンクに連結する切削液供給ポンプにより機械側に供給される。使用済みの切削液はワークに付着して機械の外部に持ち去られ、ガードカバー内の機械の周辺に流れ、切削液戻し経路を介して切削液タンクに戻され、再使用される。切削液としては各種の性状のものがあるが、切削液の濃度および切削液の量を管理する必要がある。

特許文献１には、切削油タンク内の油の濃度および油量を所定値に常時保持し、油の正常化を図り、加工精度の安定化を図るため、切削油タンクに係合する濃度計および油面計と、機械の実動時間を計測する時間計測手段と、それらの計測値を基にして切削油タンク内に原油および清浄水を自動供給するコントローラおよび制御装置が開示されている。この技術により、切削油タンク内の油の清浄化，加工精度の向上，機械稼動率の向上，油の寿命向上が図れる。

特許文献２には、クーラント液の液質の劣化による種々の悪影響を防止することができる工作機械及び工作機械のクーラント液監視方法が開示されている。この方法では、ｐＨセンサー、水質硬度センサー、及び濃度センサーにより、切削加工時の冷却や工具交換時の洗浄に用いるクーラント液の液質を検出する。そして、センサーの検出値としきい値とを比較し、検出値が正常範囲内であればＣＲＴで正常表示を行い、検出値が要注意範囲内であればＣＲＴで警告表示を行う。検出値が異常範囲内であれば、機械本体による切削加工を禁止する。

特許文献３は、工作機械等で使用する水溶性切削油の腐敗防止や濃度管理の自動化による品質管理に関するもので、当該文献には、切削油寿命を長く保つことによる費用の節減と、切削液濃度の最適化調整による工具寿命や製品の品質向上を図ることを目的として、タンク内の水溶性切削油はポンプで吸上げられ、サクションフィルター、ラインフィルターにより異物を除去され、加熱器で加熱・昇温され、切削油中に存在する腐敗菌を殺菌したのち、濃度センサーを通過した際、液濃度を計測され、濃度センサで計測された液濃度の割合に応じて制御装置の指令により流量調整弁を作動し、原液ポンプよりくる切削原液又は水ポンプよりくる希釈水の流入量を調整して常に一定濃度の切削液として切削油タンクに戻し、タンクに戻った切削油はポンプを介して工作機械に供給される技術が開示されている。

特許文献４には、工作機械に使用される切削油剤の腐敗防止方法に関するもので、当該文献には、切削油剤の品質や物性を損うことなく切削油剤中に混入している微生物とくに不快臭発生の直接原因となる嫌気性菌を確実に死滅又は増殖を抑制するため、工作機械に、貯留槽、ポンプ、切削剤供給管、切削剤貯留槽、切削剤排出管等よりなる切削剤供給装置により水溶性切削油剤が供給される技術が開示されている。貯留槽には空気供給器より空気が供給され、曝気を行なっている。貯留槽から切削油剤の一部を分取し、懸濁物を固液分離器で分離・除去し、清澄とした切削油剤を調整槽へ供給し、微生物の活性が低減するよう温度及び水素イオン濃度ｐＨを調整する。その後切削油剤は昇圧機で所定圧力に昇圧され加圧処理器へ間欠的に送られ、所定時間保持される。

特許文献５には、工作機械の切削油装置において、長期間使用している間に低下する水溶性切削油の性能を新しい水溶性切削油と同程度に維持するとともに、廃液を発生しない切削油処理方法及び装置が開示されている。当該文献に開示されている装置は、工作機械に付属している主切削油タンク内の水溶性切削油の一部を別のタンクに回収し、水溶性切削油中の油分・腐敗菌および添加剤等を廃液処理微生物や触媒等の切削油分解媒体により分解処理して前記別のタンクに戻す。この分解処理を予め設定した回数だけ行った後、前記別のタンクに戻された処理液に切削油原液を加え、一定の濃度に希釈した新しい水溶性切削油を作り主切削油タンクに戻す。この動作を順次繰り返すことにより主切削油タンク内の水溶性切削油の性能を一定に維持する。

実開平５−１６１１２号公報特開２０１０−１８８４８０号公報実開平６−７５６３８号公報特開平７−１７９８８０号公報特開２０００−７３０８４号公報

切削液の濃度は、加工物の材質や刃物によって最適値がある。しかし、特許文献１〜３には、所定の濃度や油量や時間が規定されているが、例えば、切削液の濃度を、加工物の材質や刃物に合わせてどのように決定するかについて記載されていない。一般に、加工物の材質や刃物に合わせた切削液の濃度に設定することは、熟練作業者の経験によるところが大きく、人によるばらつきも生じる。また、特許文献４と５の技術は、加工における切削液の最適濃度を求めるものではない。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑み、熟練作業者の知識に頼ることなく、加工条件（加工物の材質や刃物など）に応じて、切削液の最適な濃度を割り出すことができる工作機械の切削液管理装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、切削液タンクに切削液の原液を供給する切削液原液供給装置と、前記切削液タンクに供給された前記切削液原液を希釈するための水を供給する水供給装置と、前記切削液タンク内の切削液の濃度を検出する濃度センサーとを備え、前記切削液および前記水の供給量を調整して前記切削液タンク内の切削液の濃度を管理する工作機械の切削液管理装置において、前記工作機械の加工条件を入力する操作部と、前記操作部から入力された加工条件に基づいて切削液の濃度を求める演算部と、前記切削液タンクの切削液の濃度が前記演算部で求められた切削液の濃度になるように前記切削液原液供給装置及び水供給装置の供給量を調節する調節部、とを有することを特徴とする工作機械の切削液管理装置である。
請求項２に係る発明は、前記加工条件は、加工物の材質、加工内容、使用する刃物の何れか１つまたは何れかの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の切削液管理装置である。
請求項３に係る発明は、前記演算部は、前記加工条件に対応付けられた前記切削液の濃度を記憶した記憶部から、前記操作部に入力された加工条件に対応する切削液の濃度を読み出すことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の切削液管理装置である。

本発明により、加工条件に合わせて切削液の濃度を自動的に調節でき、切削液の濃度を管理し、切削液の粘度を濃くすることで刃物とワークとの間の潤滑性がよくなり、切削速度を上げることが可能となる。

工作機械の切削液管理装置を説明するブロック図である。加工条件に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。加工内容に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。加工内容と加工物の材質に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。加工内容と刃物の種類に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。加工条件と切削液の濃度とを対応させたテーブルを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
工作機械の加工液管理装置は、表示装置２を備えた制御装置１、切削液の濃度を計測する濃度センサー３、切削液の液量を計測する液面センサー４を備えている。切削液を貯留する切削液タンク５は、フィルタ６で浄化された切削液を貯留するクリーン槽７とダーティ槽８からなる。切削液タンク５のダーティ槽８には、切削液原液供給装置９から切削液の原液が供給され、水供給装置１０を介して水が供給される。

不要になった切削液はダーティ槽８の下部に設けられた排出バルブ１１を開くことにより、廃液タンク１２に廃液１３として回収される。濃度センサー３はクリーン槽７内に貯留された切削液の濃度を計測する。切削液の液量を計測するため、液面センサー４はクリーン槽７内に貯留された切削液の液面の高さを計測する。

テーブル１７上に載置されたワーク１８は、工作機械の主軸１９に装着された工具２０によって加工される。ポンプ（クーラントポンプ）１４はクリーン槽７に貯留された切削液を汲み上げ、管路１５を介してノズル（クーラントノズル）１６から切削液をワーク１８に向かって放出する。ワーク１８に向かって放出された加工液は、図示省略した管路を経由して切削液タンク５のダーティ槽８に回収される。回収された切削液はフィルタ６で浄化され、クリーン槽７に供給されることで、切削液が循環利用される。

制御装置１は、液面センサー４により検出された液面検出信号を受信し、濃度センサー３により検出された濃度検出信号を受信する。また、制御装置１は、ポンプ（クーラントポンプ）１４を駆動し、クリーン槽７から切削液を汲み上げ、ノズル１６からワーク１８に向かって切削液を放出させる。制御装置１は、図２〜図５に示すフローチャートの処理を実行するソフトウェア（プログラム）を備えており、該ソフトウェア（プログラム）を実行することで、濃度センサー３、液面センサー４からの情報などを元に、切削液タンク内の切削液の濃度が最適な値に保たれるように、切削液原液供給装置９、水供給装置１０を制御し、切削液原液の供給量と水の供給量を調節する。排出バルブ１１も制御装置１により制御され、切削液は切削液タンク５内の切削液がワーク１８の加工に適さなくなった場合、廃液タンク１２に廃液１３として廃棄される。

図２は加工条件に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］加工条件に基づいた切削液の濃度を求める。なお、加工条件は加工プログラムに記述されて指定されたり、あるいは、制御装置１の図示しない入力手段（操作盤）からオペレータが入力したりする。
●［ステップＳＡ０２］濃度センサーから切削液の濃度情報を取得する。
●［ステップＳＡ０３］切削液の濃度を比較し、設定範囲内であればステップＳＡ０２へ戻り、設定範囲外であればステップＳＡ０４へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］切削液の濃度を調節する。具体的には切削液原液供給装置９と水供給装置１０からの切削液タンクへの供給量を調節し、ステップＳＡ０２へ戻る。

図２のフローチャートについて、ステップＳＡ０１の処理として、加工内容によって切削液の濃度を設定する場合を、図３のフローチャートを用いて説明する。図３は加工内容に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］切削液の種類は何かを判断し、不水溶性切削液の場合は希釈の必要がないので処理を終了する。水溶性切削液の場合はステップＳＢ０２へ移行する。
●［ステップＳＢ０２］加工内容を判断し、切削加工の場合はステップＳＢ０３へ移行し、重切削加工の場合はステップＳＢ０４へ移行し、研削加工の場合はステップＳＢ０５へ移行する。
●［ステップＳＢ０３］濃度＝５％以上１２％以下にする（最適には約８％）。
●［ステップＳＢ０４］濃度＝１０％以上１５％以下にする（最適には約１２％）。
●［ステップＳＢ０５］濃度＝５％以上８％以下にする（最適には約６％）。

上述のフローチャートの処理は、切削液の種類が、Ｓｙｎｔｉｌｏ９９１８の場合、切削加工（５〜１２％）、重切削加工（１０〜１５％）、研削加工（５〜８％）など最適な希釈濃度を選択する処理である。そして、希釈濃度によって、水と切削液の原液の配分調整を行う。

図２のフローチャートについて、ステップＳＡ０１の処理として、加工内容および加工物の材質によって切削液の濃度を設定する場合を、図４のフローチャートを用いて説明する。図４は加工内容および加工物の材質に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ０１］切削液の種類は何かを判断し、不水溶性切削液の場合は希釈の必要がないので処理を終了する。水溶性切削液の場合はステップＳＣ０２へ移行する。
●［ステップＳＣ０２］加工内容を判断し、切削加工の場合はステップＳＣ０３へ移行し、重切削加工の場合はステップＳＣ０７へ移行し、研削加工の場合はステップＳＣ１１へ移行する。
●［ステップＳＣ０３］加工物の材質が、（１）アルミ、刃先温度：２００℃〜２５０℃の場合にはステップＳＣ０４へ移行し、（２）炭素鋼、刃先温度：５００℃〜６００℃の場合はステップＳＣ０５へ移行し、（３）ＳＵＳ、刃先温度：６５０℃〜７５０℃の場合はステップＳＣ０６へ移行する。
●［ステップＳＣ０４］濃度＝約５％にする。
●［ステップＳＣ０５］濃度＝約１０％にする。
●［ステップＳＣ０６］濃度＝約１２％にする。
●［ステップＳＣ０７］加工物の材質が、（１）アルミ、刃先温度：２００℃〜２５０℃の場合にはステップＳＣ０８へ移行し、（２）炭素鋼、刃先温度：５００℃〜６００℃の場合はステップＳＣ０９へ移行し、（３）ＳＵＳ、刃先温度：６５０℃〜７５０℃の場合はステップＳＣ１０へ移行する。
●［ステップＳＣ８］濃度＝約１０％にする。
●［ステップＳＣ０９］濃度＝約１３％にする。
●［ステップＳＣ１０］濃度＝約１５％にする。
●［ステップＳＣ１１］加工物の材質が、（１）アルミ、刃先温度：２００℃〜２５０℃の場合にはステップＳＣ１２へ移行し、（２）炭素鋼、刃先温度：５００℃〜６００℃の場合はステップＳＣ１３へ移行し、（３）ＳＵＳ、刃先温度：６５０℃〜７５０℃の場合はステップＳＣ１４へ移行する。
●［ステップＳＣ１２］濃度＝約５％にする。
●［ステップＳＣ１３］濃度＝約６％にする。
●［ステップＳＣ１４］濃度＝約８％にする。

図２のフローチャートについて、ステップＳＡ０１の処理として、加工内容および加工物の材質によって切削液の濃度を設定する場合を、図５のフローチャートを用いて説明する。図５は加工内容および刃物の種類に基づいて切削液の濃度を求める処理を説明するフロー図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＤ０１］切削液の種類は何かを判断し、不水溶性切削液の場合は希釈の必要がないので処理を終了する。水溶性切削液の場合はステップＳＤ０２へ移行する。
●［ステップＳＤ０２］加工内容を判断し、切削加工の場合はステップＳＤ０３へ移行し、重切削加工の場合はステップＳＤ０６へ移行し、研削加工の場合はステップＳＤ０９へ移行する。
●［ステップＳＤ０３］刃物の種類が何かを判断し、ハイス（高速度工具鋼）の場合にはステップＳＤ０４へ移行し、超硬（超硬工具）の場合にはステップＳＤ０５へ移行する。
●［ステップＳＤ０４］濃度＝約５％にする。
●［ステップＳＤ０５］濃度＝約１２％にする。
●［ステップＳＤ０６］刃物の種類が何かを判断し、ハイスの場合にはステップＳＤ０７へ移行し、超硬の場合にはステップＳＤ０８へ移行する。
●［ステップＳＤ０７］濃度＝約１０％にする。
●［ステップＳＤ０８］濃度＝約１２％にする。
●［ステップＳＤ０９］刃物の種類が何かを判断し、ハイスの場合にはステップＳＤ１０へ移行し、超硬の場合にはステップＳＤ１１へ移行する。
●［ステップＳＤ１０］濃度＝約５％にする。
●［ステップＳＤ１１］濃度＝約８％にする。

図６は、加工条件と切削液の濃度とを対応させたテーブルを説明する図である。加工内容、加工物の材質、刃物の材質に対応する切削液の濃度をテーブルデータとして制御装置１に備わったメモリ（図示せず）に予め格納しておく。上述のフローチャートの処理では、加工内容、加工物の材質、刃物の材質に対応する切削液の濃度をメモリから読み出し、読み出した切削液の濃度と濃度センサーで検出した切削液の濃度とを比較する。

オペレータは、制御装置１に備わった操作盤から、加工物の材質（アルミ、鋳物、樹脂など）、刃物の種類（超硬やハイスのエンドミル、ドリル、タップなど）、加工内容（切削加工、重切削加工、研削加工など）のデータを入力することができる。なお、加工物と刃物の組み合わせが相応しくない場合は、警告で報知するようにしてもよい。

本発明の工作機械の切削液管理装置により、人手を介することなく、加工条件に合わせて切削液の濃度を自動的に調節でき、切削液の濃度を管理し、切削液の粘度を濃くすることで刃物とワークとの間の潤滑性がよくなり、切削速度を上げることが可能となる。

１制御装置
２表示装置
３濃度センサー
４液面センサー
５切削液タンク
６フィルタ
７クリーン槽
８ダーティ槽
９切削液原液供給装置
１０水供給装置
１１排出バルブ
１２廃液タンク
１３廃液
１４ポンプ
１５管路
１６ノズル
１７テーブル
１８ワーク
１９主軸
２０工具

Claims

切削液タンクに切削液の原液を供給する切削液原液供給装置と、前記切削液タンクに供給された前記切削液原液を希釈するための水を供給する水供給装置と、前記切削液タンク内の切削液の濃度を検出する濃度センサーとを備え、前記切削液および前記水の供給量を調整して前記切削液タンク内の切削液の濃度を管理する工作機械の切削液管理装置において、
前記工作機械の加工条件を入力する操作部と、
前記操作部から入力された加工条件に基づいて切削液の濃度を求める演算部と、
前記切削液タンクの切削液の濃度が前記演算部で求められた切削液の濃度になるように前記切削液原液供給装置及び水供給装置の供給量を調節する調節部、
とを有することを特徴とする工作機械の切削液管理装置。
前記加工条件は、加工物の材質、加工内容、使用する刃物の何れか１つまたは何れかの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の切削液管理装置。
前記演算部は、前記加工条件に対応付けられた前記切削液の濃度を記憶した記憶部から、前記操作部に入力された加工条件に対応する切削液の濃度を読み出すことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の切削液管理装置。