JPH02274401A - 超音波振動加工装置 - Google Patents
超音波振動加工装置Info
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- JPH02274401A JPH02274401A JP9708689A JP9708689A JPH02274401A JP H02274401 A JPH02274401 A JP H02274401A JP 9708689 A JP9708689 A JP 9708689A JP 9708689 A JP9708689 A JP 9708689A JP H02274401 A JPH02274401 A JP H02274401A
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- Japan
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- cutting
- tip
- tool
- fixing part
- ultrasonic vibration
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- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 89
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005219 brazing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はバイトを超音波振動させて旋削や形削り等の加
工作業を行なう超音波振動加工装置に関するものである
。
工作業を行なう超音波振動加工装置に関するものである
。
従来の技術
近年、バイトを超音波振動させて切削や研削等の加工作
業を行なう装置が開発された。これは、電歪素子等を内
蔵した超音波振動子にバイトを接続して被加工物の接線
方向に超音波振動させ、加工精度を向上させたものであ
る。このようなものとしては本出願人により提案された
特願昭６２−２７９６３７号等に開示されている装置が
存する。
業を行なう装置が開発された。これは、電歪素子等を内
蔵した超音波振動子にバイトを接続して被加工物の接線
方向に超音波振動させ、加工精度を向上させたものであ
る。このようなものとしては本出願人により提案された
特願昭６２−２７９６３７号等に開示されている装置が
存する。
そこで、このような超音波振動加工装置の従来例を第２
図ないし第７図に基づいて説明する。まず、この超音波
振動加工装置である切削装置ｌは。
図ないし第７図に基づいて説明する。まず、この超音波
振動加工装置である切削装置ｌは。
チップ２と、このチップ２が先端部に固定されたバイト
３と、このバイト３が接続された超音波振動子であるた
わみ振動子４とから形成されている。
３と、このバイト３が接続された超音波振動子であるた
わみ振動子４とから形成されている。
ここで、このたわみ振動子４は、ボルト孔５が形成され
たバイト支持材６とボルト７どの間に、電歪素子８、電
極板９，１０、電歪素子１１．共通電極板１２、末端材
１３を順次挟持している。そして、第３図に例示するよ
うに、前記電極板９゜ＩＯは端子部が突出した半円弧状
に形成され、第４図に例示するように、前記電歪素子８
，１１には前記電極板９．１０と導通される電極１４〜
１７が表面に形成されている。また、前記？Ｉｌｔ歪素
子８．１１及び電極板９．ＩＯとボルト７との間には、
円筒状の絶縁部材１８が押入されている。
たバイト支持材６とボルト７どの間に、電歪素子８、電
極板９，１０、電歪素子１１．共通電極板１２、末端材
１３を順次挟持している。そして、第３図に例示するよ
うに、前記電極板９゜ＩＯは端子部が突出した半円弧状
に形成され、第４図に例示するように、前記電歪素子８
，１１には前記電極板９．１０と導通される電極１４〜
１７が表面に形成されている。また、前記？Ｉｌｔ歪素
子８．１１及び電極板９．ＩＯとボルト７との間には、
円筒状の絶縁部材１８が押入されている。
方、前記バイト支持材６の前端部はシャフト状に突設さ
れてネジ１９が形成されており、ここに逆ネジ２０が末
端部に形成された前記バイト３、が、両ネジ２１が形成
された締結具２２により着脱自在に接続されている。
れてネジ１９が形成されており、ここに逆ネジ２０が末
端部に形成された前記バイト３、が、両ネジ２１が形成
された締結具２２により着脱自在に接続されている。
なお、前記バイト支持材６と前記末端材１３との側面に
は、この切削装置１の固定用の円錐穴２３．２４が形成
されている。
は、この切削装置１の固定用の円錐穴２３．２４が形成
されている。
このような構成において、この切削装置１は、共通電極
板１２を基準として電極板９．．１０に所定周波数の逆
相の電圧を印加することにより、第５図（ｂ）に例示す
るようなたわみ振動の振幅分布で共振振動し、チップ２
が大きく振動することになる。そこで、このような状態
でチップ２を被加工物（図示せず）に切り込むことで、
聞書な切削加工を行なえる。
板１２を基準として電極板９．．１０に所定周波数の逆
相の電圧を印加することにより、第５図（ｂ）に例示す
るようなたわみ振動の振幅分布で共振振動し、チップ２
が大きく振動することになる。そこで、このような状態
でチップ２を被加工物（図示せず）に切り込むことで、
聞書な切削加工を行なえる。
なお、上述の切削装置ｌではチップ２が鑞付は等でバイ
ト３に固定されたものを例示したが、このような装置で
は第６図に例示するようなスローアウェイチップ２５が
使用される場合もある。これは、通常はバイト３の切削
部に固着されているチップ２を交換自在にしたもので、
摩耗すると交換する使い捨て式のチップである。そこで
、第７図に例示するように、ボルト挿入穴である取付孔
２６が形成された前記スローアウェイチップ２５は、ネ
ジ孔（図示せず）が形成された専用のバイト２７にチッ
プ固定ボルト２８で固定されることで切削作業に使用さ
れている。
ト３に固定されたものを例示したが、このような装置で
は第６図に例示するようなスローアウェイチップ２５が
使用される場合もある。これは、通常はバイト３の切削
部に固着されているチップ２を交換自在にしたもので、
摩耗すると交換する使い捨て式のチップである。そこで
、第７図に例示するように、ボルト挿入穴である取付孔
２６が形成された前記スローアウェイチップ２５は、ネ
ジ孔（図示せず）が形成された専用のバイト２７にチッ
プ固定ボルト２８で固定されることで切削作業に使用さ
れている。
発明が解決しようとする課麗
だが、第７図（ａ）に例示するように、スローアウェイ
チップ２５は底面でバイト２７に接続されているため、
たわみ振動の重心が下方に移動してスローアウェイチッ
プ２５の刃先の振動方向角θが大きく傾斜することにな
る。この場合、刃先のすくい角を確保するためにはバイ
ト２７のスローアウェイチップ２５を取付ける面を傾斜
させる必要があるが、このようにするとスローアウェイ
チップ２５の刃先の振動方向角Ｏはさらに傾斜すること
になる。
チップ２５は底面でバイト２７に接続されているため、
たわみ振動の重心が下方に移動してスローアウェイチッ
プ２５の刃先の振動方向角θが大きく傾斜することにな
る。この場合、刃先のすくい角を確保するためにはバイ
ト２７のスローアウェイチップ２５を取付ける面を傾斜
させる必要があるが、このようにするとスローアウェイ
チップ２５の刃先の振動方向角Ｏはさらに傾斜すること
になる。
上述のような課題は、例えば、ＴＰＯＴＯ８２０（ＪＩ
Ｓ−８４１２０−１９８５）に代表されるような小型で
軽量なスローアウェイチップを使用した場合は発生しな
いが、切削量を増やすためにＴＰＧＴＩＩＯ２に代表さ
れるような大型のスローアウェイチップを使用した場合
は顕著である。
Ｓ−８４１２０−１９８５）に代表されるような小型で
軽量なスローアウェイチップを使用した場合は発生しな
いが、切削量を増やすためにＴＰＧＴＩＩＯ２に代表さ
れるような大型のスローアウェイチップを使用した場合
は顕著である。
課題を解決するための手段
超音波振動子に支持されるバイトの少なくともチップ固
定部を高密度高剛性材で形成してナツトを固定し、この
バイトにボルト挿入穴を備えたスローアウェイチップを
チップ固定ボルトで取付ける。
定部を高密度高剛性材で形成してナツトを固定し、この
バイトにボルト挿入穴を備えたスローアウェイチップを
チップ固定ボルトで取付ける。
作用
超音波振動子に支持されるバイトの少なくともチップ固
定部を高密度高剛性材で形成してナツトを固定し、この
バイトにボルト押入穴を備えたスローアウェイチップを
チップ固定ボルトで取付けたことにより、刃先から第一
ノードに至る等価質量が大きいために刃先に大きなエネ
ルギを保有させることができ、チップ固定部の剛性が高
いために振動方向の変化量が少ない。
定部を高密度高剛性材で形成してナツトを固定し、この
バイトにボルト押入穴を備えたスローアウェイチップを
チップ固定ボルトで取付けたことにより、刃先から第一
ノードに至る等価質量が大きいために刃先に大きなエネ
ルギを保有させることができ、チップ固定部の剛性が高
いために振動方向の変化量が少ない。
実施例
本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。
なお、本実施例の超音波振動加工装置である切削装置２
９は、前述の取付孔２６を備えたスローアウェイチップ
２５用に形成されている。そこで、この切削装置２９で
は、振動振幅が拡大するよう前縁部にＲが形成されたベ
ース３０の下面に、例えば、高密度高剛性材で形成され
たチップ固定部３１が鑞付は等で一体的に固定されてバ
イト３２が形成されている。そして、このバイト３２の
チップ固定部３１にフランジ付ナツト３３が丸孔３４に
埋込まれて鑞付は等で固定されている。そこで、スロー
アウェイチップ２５がチップ固定部３１に、チップ固定
ボルト２８とフランジ付ナツト３３で固定されている。
９は、前述の取付孔２６を備えたスローアウェイチップ
２５用に形成されている。そこで、この切削装置２９で
は、振動振幅が拡大するよう前縁部にＲが形成されたベ
ース３０の下面に、例えば、高密度高剛性材で形成され
たチップ固定部３１が鑞付は等で一体的に固定されてバ
イト３２が形成されている。そして、このバイト３２の
チップ固定部３１にフランジ付ナツト３３が丸孔３４に
埋込まれて鑞付は等で固定されている。そこで、スロー
アウェイチップ２５がチップ固定部３１に、チップ固定
ボルト２８とフランジ付ナツト３３で固定されている。
なお、この切削装置２９のたわみ振動子４等の構造は前
述の切削装置ｌと同様になっている。
述の切削装置ｌと同様になっている。
このような構成において、この切削装置２９は前述の切
削装置ｌと同様に超音波振動による切削作業を行なう。
削装置ｌと同様に超音波振動による切削作業を行なう。
また、スロー７ウエイチツプ２５はチップ固定部３１に
、このチップ固定部３１に下方から取付けられたフラン
ジ付ナツト３３とチップ固定ボルト２８とで固定されて
おり、チップ固定部３１に加工が非常に困難なネジ孔を
形成することを要しないので装置の生産性が高い。
、このチップ固定部３１に下方から取付けられたフラン
ジ付ナツト３３とチップ固定ボルト２８とで固定されて
おり、チップ固定部３１に加工が非常に困難なネジ孔を
形成することを要しないので装置の生産性が高い。
なお、上述のチップ固定部３１を形成した高密度高剛性
材としては、超硬材などが望ましい。
材としては、超硬材などが望ましい。
ここで、上述のような切削装置２９の超音波振動による
最大切削能力は、刃先から第一ノードＮ１に至る等画質
量ｍと振動速度Ｖとにより決定される。そこで、スロー
アウェイチップ２５の刃先の有するエネルギをＥとする
と、 Ｅ＝ｍＶ”／２ となる。つまり、等画質量ｍや振動速度Ｖが大きくなる
に従って切削量が増大し、この切削量を同一にした場合
は、保有エネルギが大きいので振動の振幅や方向の変化
が小さくなって作業精度が向上することが分かる。
最大切削能力は、刃先から第一ノードＮ１に至る等画質
量ｍと振動速度Ｖとにより決定される。そこで、スロー
アウェイチップ２５の刃先の有するエネルギをＥとする
と、 Ｅ＝ｍＶ”／２ となる。つまり、等画質量ｍや振動速度Ｖが大きくなる
に従って切削量が増大し、この切削量を同一にした場合
は、保有エネルギが大きいので振動の振幅や方向の変化
が小さくなって作業精度が向上することが分かる。
なお１本出願人はステンレス鋼でチップ固定部が一体に
形成されたバイトを従来品の実験材として製作した。そ
こで、スローアウェイチップであるＴ Ｐ Ｇ Ｔ １
１０２０８ （ＪＩＳ−８４１２０−１９８５）を装着
角１２”でボルト止めして刃先の振動を測定したところ
、共振周波数が１９．５（ＫＨｚ）で振動方向角θが２
５°であった。そこで、装置を２５°傾斜させ、振動方
向と切削方向とを一致させて切削作業を行なったところ
、切削のすくい角が−１３゜となって切削抵抗が大きく
切削が良好に行なえなかったため、第６図に例示したよ
うにスローアウェイチップの刃先を１８°に研削して切
削時のすくい角を＋５°とした。そして、被切削物とし
てφ４０（ｍｍ）のＳＫ材を用意し、その回転数を２０
０ （ｒｐｎ＋）、切削送り量を０．１２５ （ｎｕｎ
／ｒｅｖ）とし、徐々に切り込み深さを変化させて加工
限界を測定した。片肉切り込み深さが０．８５（Ｍ）で
超音波振動子入力が６６ （Ｗ）であり、切り込み深さ
を１゜０５（■）まで増大させると超音波振動子入力が
１０５（Ｗ）に上昇してチップの刃先が破損した。
形成されたバイトを従来品の実験材として製作した。そ
こで、スローアウェイチップであるＴ Ｐ Ｇ Ｔ １
１０２０８ （ＪＩＳ−８４１２０−１９８５）を装着
角１２”でボルト止めして刃先の振動を測定したところ
、共振周波数が１９．５（ＫＨｚ）で振動方向角θが２
５°であった。そこで、装置を２５°傾斜させ、振動方
向と切削方向とを一致させて切削作業を行なったところ
、切削のすくい角が−１３゜となって切削抵抗が大きく
切削が良好に行なえなかったため、第６図に例示したよ
うにスローアウェイチップの刃先を１８°に研削して切
削時のすくい角を＋５°とした。そして、被切削物とし
てφ４０（ｍｍ）のＳＫ材を用意し、その回転数を２０
０ （ｒｐｎ＋）、切削送り量を０．１２５ （ｎｕｎ
／ｒｅｖ）とし、徐々に切り込み深さを変化させて加工
限界を測定した。片肉切り込み深さが０．８５（Ｍ）で
超音波振動子入力が６６ （Ｗ）であり、切り込み深さ
を１゜０５（■）まで増大させると超音波振動子入力が
１０５（Ｗ）に上昇してチップの刃先が破損した。
そこで、上述のようにして加工された被切削物の切削面
を観察したところ、片肉切り込み深さが０．６５（ｆｆ
Ｉｍ）の部分から状態が異なっており、途中からチ・ツ
ブ刃先の振動の振幅及び方向が変化したことが分かった
。これは、超音波振動子の駆動能力が大きいにもかかわ
らず、刃先から第一ノードに至る等画質量が小さいので
刃先に大きなエネルギを保有させられなかったためと考
えられる。
を観察したところ、片肉切り込み深さが０．６５（ｆｆ
Ｉｍ）の部分から状態が異なっており、途中からチ・ツ
ブ刃先の振動の振幅及び方向が変化したことが分かった
。これは、超音波振動子の駆動能力が大きいにもかかわ
らず、刃先から第一ノードに至る等画質量が小さいので
刃先に大きなエネルギを保有させられなかったためと考
えられる。
つぎに、本出願人は本発明の実験材として、第１図に例
示したような構造のバイトを、超硬材で形成したチップ
固定部をステンレス鋼で形成したベースに銅箔を介して
鑞付けし、ステンレス製のフランジ付ナツトを埋込んで
製作した（図示せず）。
示したような構造のバイトを、超硬材で形成したチップ
固定部をステンレス鋼で形成したベースに銅箔を介して
鑞付けし、ステンレス製のフランジ付ナツトを埋込んで
製作した（図示せず）。
そこで、上述の実験材と同一のスローアウェイチップを
装着角１２＠でボルト止めして刃先の振動を測定したと
ころ、共振周波数が１９ 、５ （Ｋｔｌｚ）の時に振
動方向角θが８°で振動振幅は１７（μｍ）であった。
装着角１２＠でボルト止めして刃先の振動を測定したと
ころ、共振周波数が１９ 、５ （Ｋｔｌｚ）の時に振
動方向角θが８°で振動振幅は１７（μｍ）であった。
そこで、刃先を研削することなく装置を８″に傾斜させ
て切削作業を行なったところ、切削のすくい角は＋４°
となった。
て切削作業を行なったところ、切削のすくい角は＋４°
となった。
そして、前述の切削装置と同一条件で実験を行なったと
ころ、片肉切り込み深さが１．６５（ｍｍ）でも安定し
た切削が行なえて刃先の破損等も発生しなかった。また
、この時の超音波振動子入力は９４ （Ｗ）であり、刃
先の保有エネルギに余裕があることがうかがわれた。
ころ、片肉切り込み深さが１．６５（ｍｍ）でも安定し
た切削が行なえて刃先の破損等も発生しなかった。また
、この時の超音波振動子入力は９４ （Ｗ）であり、刃
先の保有エネルギに余裕があることがうかがわれた。
なお、上述のような効果は図示したような真剣バイトの
他に片刃バイトなどでも同様に生じる。
他に片刃バイトなどでも同様に生じる。
また、本実施例の切削装置２９ではバイト３２とたわみ
振動子４とを締結具２２で連結するものとしたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、バイトと超音波振
動子とが一体成形された装置や、縦型超音波振動子に駆
動される振動体にバイトを取付けたものなどが考えられ
る。さらに、本実施例の切削装置２９では超硬材で形成
したチップ固定部３１をバイト３２のベースに取付けた
ものを例示したが、本発明はこれに限定されるものでも
なく、全体が高密度高剛性材で製作されたバイト等（図
示せず）の使用も可能である。
振動子４とを締結具２２で連結するものとしたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、バイトと超音波振
動子とが一体成形された装置や、縦型超音波振動子に駆
動される振動体にバイトを取付けたものなどが考えられ
る。さらに、本実施例の切削装置２９では超硬材で形成
したチップ固定部３１をバイト３２のベースに取付けた
ものを例示したが、本発明はこれに限定されるものでも
なく、全体が高密度高剛性材で製作されたバイト等（図
示せず）の使用も可能である。
発明の効果
本発明は上述のように、超音波振動子に支持されるバイ
トの少なくともチップ固定部を高密度高剛性材で形成し
てナツトを固定し、このバイトにボルト挿入穴を備えた
スローアウェイチップをチップ固定ボルトで取付けたこ
とにより、刃先から第一ノードに至る等硬質量が大きい
ために刃先に大きなエネルギを保有させることができる
ので、加工作業の効率が高く、さらに、チップ固定部の
剛性が高いうえに質量も大きいので、振動方向の変化量
が少なくて加工作業の精度が高く、しかも、チップ固定
部にナツトを固定したことにより、高剛性材にネジ孔を
形成することを要しないので、装置の生産性が良好であ
る等の効果を有するものである。
トの少なくともチップ固定部を高密度高剛性材で形成し
てナツトを固定し、このバイトにボルト挿入穴を備えた
スローアウェイチップをチップ固定ボルトで取付けたこ
とにより、刃先から第一ノードに至る等硬質量が大きい
ために刃先に大きなエネルギを保有させることができる
ので、加工作業の効率が高く、さらに、チップ固定部の
剛性が高いうえに質量も大きいので、振動方向の変化量
が少なくて加工作業の精度が高く、しかも、チップ固定
部にナツトを固定したことにより、高剛性材にネジ孔を
形成することを要しないので、装置の生産性が良好であ
る等の効果を有するものである。
第１図は本発明の実施例を示す縦断側面図、第２図は本
出願人により過去に提案された超音波振動加工装置の斜
視図、第３図は′７！極板の斜視図、第４図は電歪素子
の斜視図、第５図は超音波加工装置の振力振幅分布を示
す縦断側面図、第６図（ａ）はスローアウェイチップの
平面図、第６図（ｂ）は側面図、第７図（ａ）、（ｂ）
はバイトの側面図である。 ４・・・超音波振動子、２５・・・スローアウェイチッ
プ、２６・・・ボルト挿入穴、２８・・・チップ固定ボ
ルト、２９・・・超音波加工装置、３１・・・チップ固
定部、３２・・・バイト、３３・・・ナツト 出 願 人 多賀電気株式会社Ｊｊ ナット ！も ６国 ７図
出願人により過去に提案された超音波振動加工装置の斜
視図、第３図は′７！極板の斜視図、第４図は電歪素子
の斜視図、第５図は超音波加工装置の振力振幅分布を示
す縦断側面図、第６図（ａ）はスローアウェイチップの
平面図、第６図（ｂ）は側面図、第７図（ａ）、（ｂ）
はバイトの側面図である。 ４・・・超音波振動子、２５・・・スローアウェイチッ
プ、２６・・・ボルト挿入穴、２８・・・チップ固定ボ
ルト、２９・・・超音波加工装置、３１・・・チップ固
定部、３２・・・バイト、３３・・・ナツト 出 願 人 多賀電気株式会社Ｊｊ ナット ！も ６国 ７図
Claims (1)
- ボルト挿入穴を備えたスローアウェイチップと、少なく
ともチップ固定部が高密度高剛性材で形成されてナット
が固定されたバイトと、このバイトのナットに前記スロ
ーアウェイチップのボルト挿入穴を介してねじ込まれる
チップ固定ボルトと、前記バイトを支持した超音波振動
子とからなることを特徴とする超音波振動加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097086A JPH0694082B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 超音波振動加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097086A JPH0694082B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 超音波振動加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02274401A true JPH02274401A (ja) | 1990-11-08 |
| JPH0694082B2 JPH0694082B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=14182832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1097086A Expired - Lifetime JPH0694082B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 超音波振動加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0694082B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1236527A1 (en) * | 2001-03-02 | 2002-09-04 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Machining method for difficult-to-machine material and machining tool therefor |
| WO2008010414A1 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Konica Minolta Opto, Inc. | Cutting oscillator, oscillating cutting unit, machining apparatus, shaping mold and optical device |
| CN113477958A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-08 | 西安超克能超声技术研究院有限公司 | 可更换刀片式超声车刀 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63191501A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Taga Electric Co Ltd | 超音波振動切削装置 |
-
1989
- 1989-04-17 JP JP1097086A patent/JPH0694082B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Cited By (4)
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