JPS63278751A - 振動加工方法およびその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は切削または研削加工方法に係り、詳しくは被加
工物に振動を与えながら加工する振動加工方法およびそ
の装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えば砥石による研削加工は、砥石切り込みが１
／１００ｓｎ台と小さく、加工物送り速度が１０＋ｓ／
ｓｉｎと比較的速い、いわゆる軽研削加工が一般的であ
った。しかるに近時はクリープフィード加工と称し、砥
石切り込みを１．０＋ａ＋台とし逆に送り速度を１’Ｏ
ｍ＋ｓ／ｗｉｎ台とした深切り込みによる重研削加工が
研究され実用化されてきた。

さらには、砥粒の結合力のきわめて強固な鋳鉄ボンドの
ダイヤモンドまたはＣＢＮ砥石が出現するにおよんで、
軸付ストレート工具による清入れ加工も可能となった。

このような重研削加工の場合、切り込み量が大きくなる
ため、砥石と被剛材の接触面積が増大し、砥石と被剛材
の間の摩擦熱の上昇による砥石および被剛材への影響が
問題となる０例えば鉄系材料では研削焼けを生じ、セラ
ミックス材料では熱応力による破壊を招き、その上砥石
寿命を短くしてしまう、さらには切粉の排出性も低下し
て砥石の目詰まりが発生し易くなり、砥石の性能および
寿命の低下を招く、従って重研削をする場合、いかに研
削ポイントに多量の研削液を供給して串擦温度上昇を防
ぐか、そしていかに切粉の排出性を向上させて砥石目詰
まりを防ぐかによって、加工限界が決まると言っても過
言ではない、また、前述した重研削加工だけに限らず、
小切込で高速送りする高速研削加工等においても同様の
ことが言える。

現在、重研削若しくは高速研削をする場合の砥石と被研
削材との摩擦による発熱を防止するための対策として種
々検討されているが、未だ効果のある技術はなく、その
解決が強く要望されていた。

なお、現状技術として超音波振動加工技術があるが、殆
どが工具を振動させて加工するものである。この超音波
振動加工の振動子として電歪式、磁歪式、機械式、油圧
式等がある。電歪式の場合は小型で超音波加工機に使用
されているが、一定振動数しか得られず振動系（工具）
を共振させるには一定の大きさ、形状にしなければなら
ず、工具はかなり限定されたものとなり、応用範囲が狭
い。

その他の形式の振動子は、装置が大型になりあまり実用
的でなく、いずれも重研削時等における摩擦熱防止の解
決策とはならない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は砥石を用いて被剛材を深切り込みする重研削加
工若しくは高速送りする高速研削加工等を行う場合の前
記のごとき問題点を解決すべくなされたもので、砥石と
被剛材との間に生ずる摩擦熱による温度上昇を防止し、
切粉の排出性を良くし、研削効率良く被剛材を加工する
ことのできる加工方法およびその装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、振動加工方法において工具を共振させるた
めに工具の大きさおよび形状にかなりの制約の伴うこと
に鑑み、被剛材を振動させることを着想すると共に、工
具送り速度との関係で研削中に工具と被削物の間に間隙
が生ずる条件を見出だし、本発明を完成した。

すなわち、本発明の振動加工方法は被削物を加工方向に
振動数ｆ、振幅ａなる振動を与え、工具の送り速度Ｆを
Ｆ＜ａｆを満たす条件にして加工することを要旨とする
。

また本発明方法を実施するための本発明装置は、被削物
を所望の加工速度で切削または研削することのできる加
工装置と、被削物を固定し加工方向に所定の振幅で振動
する振動台と、前記振動台を所望の周波数で振動する振
動手段とを具備したことを要旨とする。

［作用］ 被削物を振動台に固定すると共に振動手段を作動して振
動台を所望の周波数で振動させる。振動台は加工方向に
所定の振幅で振動するので、被削物もこれによって加工
方向に振動する。振動周波数および振幅は加工装置の加
工速度との関係で選ばれる。すなわち、加工装置の工具
送り速度をＦとした場合、振動台の振幅ａおよび周波数
ｒはＦくａｆなる条件を満足するように選ばれる。

次に被削物を所望の加工速度で切削または研削すること
のできる加工装置にて、工具の送り速度ＦをＦ＜ａｆを
満たす条件にして加工すると、工具と被削物の間にｆ回
の微少間隙が作り出されるので、工具と被剛材の間へ切
削液を容易に供給することができ、加工ポイントの温度
上昇が防止され、なおかつ切粉の排出性が向上する。

［実施例］ 本発明の好適な一実施例について以下図面に従って説明
する。

第１図は本発明装置の一実施例の平面図である。

振動台１は外側ブロック１１、中間ブロック１２および
中心ブロック１３からなる。いずれも適度の厚みを有す
る四角形のブロックであって、外側ブロック１１は中心
には四角形の空洞部があり、この空洞部には間隙１４を
保って中間ブロック１２が嵌挿され、この外側ブロック
１１と中間ブロック１２とは、第１図において縦方向の
間隙１４ｍにそれぞれ２個づつ取り付けられたＹ方向板
ばね機１７によって連結されている。このＹ方向板ばね
機構７によって中間ブロック１２は第１図の縦方向つま
りＹ方向に振動する。

また、中間ブロック１２の中心にも四角形の空洞部があ
り、この空洞部に間隙１５を保って中心ブロック１３が
嵌挿され、この中間ブロック１２と中心ブロック１３と
は、第１図において横方向の間隙１５ｂにそれぞれ２個
づつ取り付けられたＸ方向板ばね機構６によって連結さ
れている。このＸ方向板ばね機ＩＩ！６によって中心ブ
ロック１３は第１図の横方向つまりＸ方向に振動する。

外側ブロック１１と中間ブロック１２の間の横方向の間
隙１４ｂには、Ｙ方向圧電アクチュエータ３が嵌着され
、Ｙ方向発振器５が接続されている。また、中間ブロッ
ク１２と中心ブロック１３との間の縦方向の間隙１５ａ
には、Ｘ方向圧電アクチュエータ２が嵌着され、Ｘ方向
発振器４が接続されている。被削物８は中心ブロック１
３に固定される。

本発明装置を使用して切削している状態の側面図を第２
図に示す、工具には軸付砥石９を用い矢印Ａ方向に回転
し、砥石研削方向が矢印Ｂ方向である場合、Ｘ方向アク
チュエータ２またはＹ方向アクチュエータ３により、振
動台１および被削物８を矢印Ｃの方向に振動させる。振
動条件は加工条件により定まり、軸付砥石９の送り速度
Ｆとした場合、Ｆ＜ａｆなる条件を満足するように、発
振モードを変化させて振動数ｒおよび振幅ａを設定する
。この条件を満足すべく研削加工を行う時は、軸付砥石
９と被削物８の間に１回の微少間隙が生じ、研削液が加
工ポイントに十分行き渡り摩擦熱による温度上昇がなく
、かつまた切粉の排出性が極めて良好である。

本発明の効果を確認するため、被削材８に超硬を選び、
軸付砥石９として鋳鉄ボンドダイヤモンド砥石を使用し
、次の条件で実際に研削実験を行った。

切り込み　　　　　　０．１ｍ鎮 工具送り速度Ｆ　　　　４０ｍｍ／悄ｉｎ周波数ｆ　　
　　　　　　１４５Ｈｚ 振幅ａ　　　　　　　　　１０μ− なお、比較のために同じ条件で従来方法による研削実験
も併せて行った。

従来方法による研削では３．７５分間の研削により摩擦
熱が発生し工具が焼き付いて研削不能となった。これに
対し本発明方法による研削では軸付砥石および被削材の
発熱も少なく、良好な研削が可能であった。

次ぎに研削抵抗と砥石の損耗を測定するため、被削材８
に超硬を選び、軸付砥石９に鋳鉄ボンドダイヤモンド砥
石を用い、第３図に示すような方法で研削実験を行った
。第３図において、工具送り速度Ｆ　＝＋　４０　＋ｕ
ａ／　ｓｉｎ、軸付砥石の回転速度Ｓ＝８０００ｆｔＰ
Ｍ、切り込み深さＤ＝０．１ｍｓ、切り込み幅Ｗ＝１０
＋ｅｍとし、振動条件は振幅ａ＝１０μ論、Ｎ０１１は
振動を全く与えず、ＮＯ１２はＸ（工具送り方向に直角
）方向に２８５Ｈ２，Ｎｏ、３はＸ方向ニ１４５Ｈ２，
Ｎｏ、４４ｆＹ（工Ａ送’）方向）に１４５Ｈ２で振動
させて研削し、Ｘ方向およびＹ方向の研削抵抗Ｆｘおよ
びＦｌを測定した。また、研削後の砥石径損失を測定し
た。Ｘ方向の研削抵抗Ｆ、と研削距離の関係を第４図に
、Ｙ方向の研削低抵抗Ｆｖと研削距離の関係を第５図に
示した。

また、砥石径損失は第１表に示した。

第　　　　　１　　　　　表 第４図および第５図から明らかなように、全く振動を与
えないＮｏ、１に比較して振動を与えたＮｏ、２〜４は
研削抵抗が著しく減少した。特に工具送り方向（Ｙ方向
）に振動させたＮｏ、４ではＦＷで３５％、Ｆｖで５０
％の低減が確認された。また、第１表から明らかなよう
に、振動を与えない従来方法のＮｏ、１よりも振動を与
えて研削したＮｏ。

２〜４は砥石径損失が少なく、従来方法に比べ約１．５
倍の寿命向上が確認された。

［発明の効果］ 本発明の振動加工方法は以上説明したように、被削物を
加工方向に振動数ｆ、振幅ａなる振動を与え、工具の送
り速度ＦをＦ＜ａｆを満たす条件にして加工するもので
あり、また本発明の振動加工装置は被削物を所望の加工
速度で切削または研削することのできる加工装置と、被
削物を固定し加工方向に所定の振幅で振動する振動台と
、前記振動台を所望の周波数で振動する振動手段とを具
備したものであって、工具と被削物の間にｆ回の微少間
隙が生じ、研削液が加工ポイントに十分行き渡り摩擦熱
による温度上昇がなく、かつまな切粉の排出性が極めて
良好であるので、研削工具による深切り込み研削の効率
を著しく向上させることができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の平面図、第２図は第１
図の実施例の装置を使用して研削している状態の側面図
、第３図は研削抵抗測定方法を示す斜視図、第４図はＸ
方向の研削抵抗Ｆｘと研削距離との関係を示した図、第
５図はＹ方向の研削低抵抗ＦＹと研削距離との関係を示
した図である。 １・・・振動台、２・・・Ｘ方向圧電アクチュエータ、
３・・・Ｙ方向圧電アクチュエータ、４・・・Ｘ方向発
振器、５・・・Ｙ方向発振器、６・・・Ｘ方向板ばね機
構、７・・・Ｙ方向板ばね機構、８・・・被削物、９・
・・軸付砥石。 第３図 菊４図 ＯＮｏ、　１ ・Ｎ００２ 研削距離（ｍｍ） 研削距離（ｍｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被削物を加工方向に振動数ｆ、振幅ａなる振動を
   与え、工具の送り速度ＦをＦ＜ａｆを満たす条件にして
   加工することを特徴とする振動加工方法。
2. （２）被削物を所望の加工速度で切削または研削するこ
   とのできる加工装置と、被削物を固定し加工方向に所定
   の振幅で振動する振動台と、前記振動台を所望の周波数
   で振動する振動手段とを具備したことを特徴とする振動
   加工装置。