WO1988010174A1

WO1988010174A1 - Dispositif permettant de soumettre a une vibration une piece a usiner destinee a etre rectifiee

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Publication number: WO1988010174A1
Application number: PCT/JP1988/000620
Authority: WO
Inventors: Takeo Nakagawa; Kiyoshi Suzuki; Hitoshi Ohmori
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1988-12-29
Anticipated expiration: 1989-12-24
Also published as: EP0323518A1; DE3879448D1; JPH0722876B2; JPS642852A; KR930002184B1; EP0323518A4; KR890700426A; DE3879448T2; EP0323518B1; US5165205A

Description

明 m 書被削物加振装置技術分野

本発明はたとえばセラミックで代表される硬脆材料の加工に好適な被削物加振装置に関するものである。背景技術 *

各種材料の加工方法として、砥粒を用いて除去加工を行う方法がある。この方法において、ワークは機械テーブル上にバイスゃチャックなどにより固定され、この機械テーブルと、主軸により搭載した高速回転する砥石との相対運動によりワークは表面が仕上げられたり、溝やコアが加工される。

しかし、従来では、機械テーブルは単にワークを保持し、その状態で往復動するか、あるいは回転するた'けであった。従つて、砥石は回転しつつワークに一定荷重で押し付けられるだけであるため、ワークがセラミックスで代表される硬脆材料の場合には加工能率が極端に低くなリ、また加工精度も悪く、複雑, 微細な形状を創成することができなかった。

この対策として、超音波インパクトグラインデイング法が従来より知られている。この方法は、砥石を超音波振動子のホーン先端に取付け、砥石に超音波搌動を付加し、砥粒をワークに衝撃的に叩き込み脆性破壌を促すものである。

しかしながら、この方法は、或る決められた超音波振動周波数で砥石を共振させなければならない。そのため、使用できる砥石の形状や寸法が制限され、一旦アッセンプリした超音波振動ュニットは変更できない。従って、加工法も六あけ等に限定され、カップ状砥石は質量的に装着不可能であるため、広い面の仕上げ加工などは行い得ない。そのうえ、砥石に十分な変位を得るにはホーンを直列に多段に配置することなどが必要となリ、また、工具支持部の剛性を確保するための特別な配慮も払わなければならない。そのため、装置が大型でかつ極めて高価となるという問題があった。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案されたもので、その目的とするところは、工具側の条件の制約をなくし研削盤、マシニングセンタなどの各種回転主軸を有する加工機械の機械テーブルに設置するた'けで、ワークを高能率、高精度に砥粒加工することができる被削物加振装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、放電加工、電解加工などとの複合加工を容易に実施できる被削物加振装置を提供することにある。 . 発明の開示

上記目的を達成するため本発明は、圧電ァクチユエ一タを用い、砥粒加工中のワークに低周波振動を与え、しかもその振動特性を多自由度化し得るようにしたものである。

すなわち本発明は、ワークを砥粒付きの回転工具により加工するに際して用いられるワークテーブル装置であり、ワークを直接かまたは固定治具を介して支持するテーブルと、これと独立し研削盤ゃマシニングセンタで代表される加工機械に備わつたテーブルに着脱可能に据付けられるベースを備えている。そして、前記テーブルはそれぞれが独立した複数個の圧鼋ァクチユエータを介してベースに支持される。言いかえると、圧電ァクチユエ一タはテーブルとベースとで挟持される。前記各圧電ァクチユエータは外部の制御装置に電気的に接続され、この制御装置からの駆動電圧の印加によリ圧鼋ァクチユエ一タは搌幅し、それにより加工中のワークを加振する。

ベースは上面側の開放された箱状体かもしくは盤状体からなつている。ベースが箱状体の場合には、テーブルは平面的に見て箱状体内の中央に配され、テーブルの X方向、 Y方向おょぴ z方向の各面が、それぞれ複数組の庄電ァクチユエ一タにより支持される。この場合には、テーブル従ってこれに支持されるワークを、水平方向および'垂直方向で並進振動させ、あるいは回転搌動させることができる。

ベースが盤状体の場合には、テーブルは盤状体の上に複数個の圧電ァクチユエータで支持される。この場合にはワークに垂直方向での並進振動と回転振動を与えることができる。いずれの場合にも、工具側の制約がないため、加工法の制限が全くなく、工具の周速を機械の限界まであげられる。しかも加工荷重を大幅に低減できるため、加工を大幅に髙能率化できる。さらに振動にょリ砥粒の目詰りを解除あるいは緩和できる前記庄鼋ァクチユエ一タが積層型圧電素子が用いられる。この積層型圧鼋素子は、伸縮方向の少なくとも一端が本体に固着される。他端はテーブルに密着させるかまたは固着される。後者の方式とする場合にはスプリングが用いられ、該スプリングのばね力により積層型圧鼋素子に予圧が与えられる。

制御装置は、少なくとも各圧電ァクチユエータに対するスィツチング回路を備えたエレクトリックデパイスコン卜ローラとこれに耠鼋するパワーアンプと、ノ、。ヮーアンプの出力電圧を所望の圧鼋ァクチユエータに割り当てると共に電圧レベルを制御するコンピュータを備えている。さらに好適には、ノ、。ヮ一アンプに周波数制御用のファンクションジェネレータが接続される図面の簡単な説明

第 1図は本発明に係る被削物加振装置の一実施例を示す平面図、第 2 図はその断面図、第 2 — A図と第 2 — B 図は圧鼋ァクチュエータのべ一スおよびテーブルに対する関係を示す一部切欠側面図、第 3 図は本発明装置の制御系の一例を示す説明図、第 4図は使用状態と制御系を示す説明図、第 5図は本発明の別の使用例と制御系を示す説明図、第 6図は本発明のテーブル加搌制御信号の一例を示す波形図、第 6 — A図は本発明により得られる振動形態を示す説明図、第 7 — A図、第 7 — B 図、第 7 一 C図はファンクションジェネレータを用いた場合の信号波形図、第 8 図は第 7 — A図により得られるテーブル軌道を示す線図、第 9 図は本発明の別の実施例を示す平面図、第 1 0図は同じくその断面図、第 1 1 図は本発明をファインセラミックのコァリングに使用した場合の荷重変化を通常の方法と比較して示すグラフ、第 1 2 図は同じく切込み頓を変えたときの研削面積と荷重との関係を示すグラフ、第 1 3図は本発明をファインセラミックスの表面仕上げに使用.した場合の除去能率を示すグラフである。発明の実施するための最良の形態以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明すると、第 1 図ないし第 5 図は本発明の第 1 の実施例を示している。

本発明による被削物加搌装置は、全体として，第 3 図に示すように装置本体 T と電気的制御装置 Cからなつている。第 1 図と第 2 図は装置本体 T を示しており、 1 はべ一スである。このベース 1 は鋼などの機械的強度の強い材料で作られている。この実施例ではベース 1 は底壁 1 0 とそのまわりに立上る囲壁 1 1 によリ上面の開放された箱状体となっている。ベース 1 の下部外側には座部 1 0 5 が形成され、ここに形成した固定穴 1 0 6や固定溝 1 0 7 とボルトゃクランパによリ所望の加工機械テ —ブル 2 に着脱可能に据付けられるようになつている。「加工機械テーブル J は研削盤テーブル、 N Cテーブル、マシニングセンタテーブルなど加工機械に備えられた固定的なあるいは往復運動あるいは回転運動を行えるテーブルのすべてを含む。

3はワーク Wを支持固定するテーブルであり、ベース 1 と独立しており、銷などの機械的強度の高い材料で作られている。ワーク Wはこのテーブル 3上にたとえばバイス、マグネットチャック、真空チャックなど公知の保持手段 3 0 により固定される。そして、テーブル 3の周縁とベース 1 の囲壁 1 1間には、テーブル 3 の振動を妨げずに加工液の浸入を防ぐため、ゴムやプラスチック類などの可撓性材料からなる防水カバ一 1 6 が張設されている。

この実施例ではテーブル 3はベース 1 の中央位置に配置され、 X方向、 Y方向おょぴ Z方向の各面が、それぞれ複数組の圧鼋ァクチユエ一タ 4 0 1〜 4 1 2 によりベース 1で支持されている。

圧電ァクチユエータはこの実施例では 1 2個用いられており、第 1 図で示すように、 X方向の圧鼋ァクチユエ一タ 4 0 1〜 4 0 4は、それぞれ 2個ずつからなつていて、互いに一定の間隔をおいて囲壁 1 1の左右内面とテーブル 3間に対向状に配されている。 Y方向の圧鼋ァクチユエータ 4 0 5〜 4 0 8も同じぐ、 2個ずつからなつていて、互いに一定間隔をおいて囲壁 1 1内面の上下（第 1 図において）とテーブル 3間に対向状に配されている。 Z方向の庄電ァクチユエ一タ 4 0 9〜 4 1 2 は 4つからなり、底壁 1 0 とテーブル 3 の下面間に等間隔で配されている。前記各庄電ァクチユエータ 4 0 1〜4 1 2 は、加振力が強く、機械的強度も良好で、かつ非共振点で振動可能な特性を持っているものが好適であり、具体的には積層型庄電素子が使用される。この積層型庄電素子は、第 2 — A図や第 2 — B 図に符号 4 0 として示しており、たとえば厚み 0 . I ran以下のように薄く、厚み方向に分極したウェハ状の圧電体セラミックス 4 1 を、その分極方向が一層ごとに対向するように多数枚積層している。このタイプの圧電素子は、小さい印加電圧で大きな差が生じ、また変位応答性や温度安定性にも優れている。第 2 — A図において、 4 2は絶緣被覆、 4 3 は正極のリード、 4 4 は負極のリードである。

各圧電ァクチユエ一タ 4 0 1〜 4 1 2 は、少なくとも伸縮方向の一端をベース 1 に固着させ、他端はテーブル 3 の振動時にも離れないように常時密着させることが必要である。第 1 図と第 2 図の実施例では、各圧電ァクチユエ一タ 4 0 1〜4 1 2 は、伸縮方向の一端が囲壁 1 1 または底壁 1 0 にたとえばエポキシ系などの強力な接着剤 2 1 により接着され、かつ各庄鼋ァクチユエ一タ 4 0 1〜4 1 2 とペアをなす引張リスプリング 5 によりベース 1 とテーブル 3 を連結し、スプリング 5 のばね力によリ対応する庄鼋ァクチユエ一タの端面をテーブル外面と密着させている。第 2 — A図の実施例においては、各圧鼋ァクチユエータを構成する積層型圧電素子 4 0は、中心に貫通穴 4 5 e を傭えた円筒形状.となっており、ベース側の端面が接着剤 2 1 によリ固着されている。また、賞通六 4 5 に対応してテーブル 3 にはめねじ穴 3 0 0 が、ベース 1 には通孔 1 0 0 が形成され、通孔 1 0 0は拡大穴 1 0 1 に通じている。賞通穴 4 5は勿論絶緣体被覆されている。そして、拡大穴 1 0 1 から通孔 1 0 0 および貫通穴 4 5 中にポルト 4 6 が通されている。このボルト 4 6 は先端のねじ部 4 6 0 が前記めねじ穴 3 0 0 にねじ込まれ、拡大穴 1 0 1 に位置する頭部 4 6 1 と拡大穴 1 0 1の底に配したシム 4 . 7 との間にスプリング 4 8 が介寒され、このスプリング 4 8 によりボルト 4 6 を左方に引張り、稜層型圧電秦子 4 0 の端面をテーブル外面 3 0 1 に押圧し、予圧を与えている。この方式はボルト 4 6 のねじ込み量の調整によリ予圧の程度を簡単に変えられる利点がある。

なお、積層型圧鼋素子としてはランジュバン型ピエゾスタツクタイプも使用できる。このタイプは第 2— B図のようにゥェハ状にスライスした圧電体セラミックス 4 1 を積層し、中心に設けた貫通穴 4 5 にボルト 4" 6 を通して上下端を予め一定予圧で固定したものである。このようなタイプのものを使用するときにはスプリングは省略され、伸縮方向一端面から突出するねじ部 4 6 0 をテーブル 3 のめねじ穴 3 0 0 にねじ込み、他端の面から突出するボルト頭部 4 6 1 をベース 1 に形成した穴 1 0 2 にはめ、他端面とボルト頭部を接着剤 2 1で接着すればよいこの場合のテーブル 3の変位は、圧電体セラミックスの伸びと中心のボルト 4 6 a の弾性変形の釣合によリ生ずる。

次に制御装置 Cは、単に圧電ァクチユエータ 4 0 1〜4 1 2 の作動をオン、オフするだけでなく、加工の種類、方法、加工状況等に応じて圧電ァクチユエ一タ 4 0 1〜4 1 2 を選択し、かつ選択したものに同一または異なるレベルの電圧を、時間的に同時かまたは時間差をおいて印加するためのものである。この制御装置 Cは第 3図に示されており、少なくともバイポーラ電源で代表されるハイスピード型,のパワーアンプ 6 と、エレクトリックデバイスコントローラ 7 と、コンピュータ 8 とを傭えている。

エレクトリックデバイスコントローラ 7は、圧電ァクチユエータ 4 0 1〜4 1 2に対するコネクタ 7 0 と、ノヽ⁰ヮーアンプ 6 に対するコネクタ 7 1 とスイッチング回路を備えている。第 3 図ではスィツチング回路は簡易的に 1段の卜ランジスタ Trl 〜 Trl 2だけを示している。第 3図のコネクタ側端子の数字は、 ①が圧電ァクチユエータ 4 0 1、 ②が圧電ァクチユエータ 4 0 2であり、最後の⑬が圧電ァクチユエ一タ 4 1 2に対応している。スイッチング回路のベース側には制御信号入力用のコネクタ 7 2が設けられ、これにコンピュータ 8の D ZAコンパータ 8 1 (第 4図、第 5図参照）が接続されるようになっている。各庄電ァクチユエータ 4 0 1〜4 1 2は正極（または負極）がコモンとされ、このコモンリードと他の極のリード（ 1 2本）が、第 1図と第 2図のようにゴムブッシュ 5 0 を介してベース 1の外方に導出され、前記コネクタ 7 0 に接続される。

コンビュ一タ 8はたとえばマイクロコンピュータないしパーゾナルコンピュータが使用され、 C P Uやメモリを含む本体 8 0に構築したプログラムによりパワーアンプ 6からの出力電圧を信号制御する。すなわち、出力電圧を各圧電ァクチユエ一タ 4 0 1 〜 4 1 2 の全部または特定のものに割当て、またその鼋圧レベルをどの程度にするかを制御する。

なお、好まし.くはパワーアンプ 6 の入力側にファンクションジェネレータ 9 を接続する。このファンクションジェネレータ 9 はパワーアンプ βの出力周波数を制御し、正弦波、鋸波、短形-波など各種バリエーションを作り出す。ファンクションジェネレ:ータを併用した場合、これによる周波数制御と、コンビュータ: - 8 による鼋圧レベルおよび大まかな周波数制御の組合せが可能-になるため、圧電ァクチユエータ 4 0 1 〜 4 1 2 に対する制御信号のフレキシビリティを増すことができる。

本発明装置を実際に使用する場合には、フィードバック制御を行えることが好ましい。そのため、第 1図と第 2図のょぅにベース； Uと：テーブル 3 の間、ことに X方向と Υ方向についてはそれぞれ 2個の圧鼋ァクチユエータの間、 Ζ方向については 4 個の圧電ァクチユエ一タの中央部にそれぞれ振動変位検出計 3 1 たとえば渦電流式変位計が組込まれている。この振動変位検出計 3 1 は第 4 図と第 5 図のごとくアンプ 3 2 を介してコンビュ一タ 8 の入力部 8 2 に接続される。この手段を用いたときにはベース側の圧電ァクチユエ一タの端面とテーブル 3間の振動変位および応答周波数がインプロセスで計測され、かつその情報がコンピュータ 8 の本体 8 0で演算処理され、圧電ァクチュエータ 4 0 1〜4 1 2への印加電圧が補正されるため、加工に適正な振動を得ることができる。

また、他のフィードバック制御要素として、第 4 図や第 5 図のように、ベース 1 の下面と加工機械テーブル 2 の間に、ロードセルなどの研削抵抗（荷重）検出器 1 2 を介在させることが望まれる。この研削抵抗検出器 1 2 も出力部がアンプ 1 3 を介してコンピュータ 8 の入力部 8 2 に接続され、これにより加工中のワーク Wに加わる抵抗（荷重）に応じて最適な圧電ァクチユエータの選択および印加電圧の調整が行われる。

第 5 図は本発明を ¾合研削たとえば放電研削や電解研削に適用する場合に好適な制御形式を示している。この実施例においては、砥石 4 と主軸 4 a との間が絶緣材 3 3で電気的に絶緣され、ワーク Wと固定手段 3 0 との間も絶緣材 3 4で絶縁される。そして、砥石 4 とワーク Wに対する各紿電ブラシ 1 4 a ， 1 4 b の配線は極性切換スィッチ 1 5 を介してパワーアンプ 6 の分岐出力部に接続されている。 1 7 はクーラントノズルである。

第 9 図と第 1 0 図は本発明の他の実施例を示している。この実施例は Z方向振動のみを与えるようにした簡易タイプを示しておリ、ベース 1 は盤状体をなし、下部外側に加工機械テ一ブルに対する座部 1 0 5 を備え、これに固定穴 1 0 6 、固定溝 1 0 7 が設けられている。テーブル 3はベース 1 の上方に位置し、上面に台板 3 a が重合固定されている。この台板 3 a は省略されてもよい。

3個の円筒状圧電ァクチユエータ 4 0 9 〜 4 1 1 が等間隔に配され、それぞれ下端面を接着剤 2 1 によりベース 1 の上面に強固に固定されている。そして上端面はテーブル 3の下面に接し、かつ第 2 — A図で示されるボルト 4 6 とスプリング 4 8 による方式で圧電ァクチユエータ 4 0 9 〜 4 1 1 に予圧が与えられている。防水カバー 1 6 は、この実施例ではベース 1 の上部外周面とテーブル 3 の下部外周面およびそれらの間の空間を囲むように配されている。さらに防水カバー 1 6の両端は 0 リング 1 6 0， 1 6 0 によりシールされ、加工液から圧電ァクチュエータを保護している。ベース 1 の中央には振動変位検出計 3 1 が組込まれ、ベース 1 の底には裏カバー 3 5 が装着されている。

この第 9 図と第 1 0 図に示す装置本体 Tに対する制御装置は第 3図ないし第 5 図に示されるものと基本的に同じであるため、図示と説明は省嗨する。

なお、第 1 図ないし第 3図の実施例において、ベース 1 とテ一ブル 3は平面短形であるが、平面円形としてもよいことは言うまでもない。また、圧電ァクチユエ一タの数も 1 2個に限定されるものでもない。第 9 図と第 1 0 図の実施例も同様に平面短形状としてもよいし、圧電ァクチユエ一タの数を 4個あるいは 5個としてもよい。

本発明装置の使用方法と作用を説明すると、加工にあたっては、装置本体 Tを所望の加工機械テーブル 2 あるいはこれの上に設けた研削抵抗検出器 1 2 の上に載せ、座部 1 0 5 の固定穴 1 0 6や固定溝 1 0 7 を用いて据付ける。パワーアンプ 6 を作動しないときには庄電ァクチユエ一タ 4 0 1 〜 4 1 2 には電圧が印加されないため、ワーク Wを取付けたテーブル 3 は各圧鼋ァクチユエータ 4 0 1 〜 4 1 2 によリベ一ス 1 に静的に支持され、通常のワークテーブルとして機能する。従って、砥石 4 を回転し、これをワーク Wに所要の荷重で押し付けつつ、加工機械テ一ブル 2 を移動させるかまたは砥石 4 を移動させて所要の送りを与えることによリ通常の研削加工が行われる。

パウーアンプ 6 を作動すれば、駆動電圧はエレクトリックデバイスコントローラ 7 を経て圧電ァクチユエータ 4 0 1 〜 4 1 2 に印加され、圧電素子 4 0 1 〜 4 1 2 はひずみ、このひずみがテーブル 3 に機械的に伝播されるためテ一ブル 3 が振動し、ワーク Wも振動する。

そして、これと同時にコンピュータ 8 から制御信号をエレクトリックデバイスコントローラ 7 にインプッ卜する。これにより振動の振幅と方向とが制御される。すなわち、振動の振幅はパワーアンプ側の設定出力に対しコンピュータ 8 から制限信号を送ることで実現され、圧鼋ァクチユエ一タ 4 0 1 〜 4 1 2 に対する印加電圧が変化する。また、振動方向は、コンピュータ 8 から圧電ァクチユエータ 4 0 1 〜 4 1 2のどれに電圧を印加するかの信号を送ることにより自由に設定できる。すなわち、 Z軸方向用の圧鼋ァクチユエータ 4 0 9 〜 4 1 2 に印加すれば背分力方向の振動が得られ、 Y軸方向用の圧鼋ァクチユエ一タ 4 0 5 〜 4 0 8 に印加すれば主分力方向の振動が得られ、 X軸方向用の圧鼋ァクチユエータ 4 0 1 〜 4 0 4 に印加すれば左右方向の振動が得られる。また、異種方向の圧鼋ァクチユエ一タ、たとえば Z方向と； X方向に同時に印加すれば、 2方向以上が複合した複雑な振動が得られる。 '

X方向、 Y方向、 Z方向の圧電ァクチユエータがそれぞれ複数個で 1組となっているため、各組を構成する圧電ァクチユエータを同時に印加すればテーブル 3 に並進振動が得られ、また、各組を構成する庄鼋ァクチユエータを時間差をおいて順次印加すれば、回転振動を含む振動パターンが形成される。これらはいずれもコンピュータ 8 からの制御信号でコントロールされる。

また、上記の振動方向、振動パターンにおいて、圧電ァクチユエータに対する周波数を選定することで振動モードをたとえば厚み縦振動から面積握動まで可変にすることができる。

本発明におけるテーブル 3 の変位制御方式を整理すると、各圧電ァクチユエータ 4 0 1〜 4 1 2 (説明上第 3 図のエミッタ端子符号に置換える）に印加する電圧極性と変位方向、回転方向の関係は下記のようになる

+ X方向並進 ©+,§+, ©-,©-,

+ Y方向並進 ®+,®+,®-,®-,

+ z方向並進

X軸周り正回転 ι+,®-, ©+,§-, Y軸周り正回転

z軸周り正回転 ®-,®+,®+,®-,®-,®+,®+,®- 従って、テーブル 3 を（ X , y , z ) なる座標に移動するには各圧電ァクチユエ一タに対し、

① x， © X , ③ー x， ④ー： x， ⑤ y， ⑥ y , ⑦ ^ y， ⑧ー y

⑨ z , ⑩ z ， ⑪ z ， ⑫ z

に比例した電圧を印加すればよい。

また、テーブル 3 に ( Θ X， Θ y , Θ z ) なる回転をさせるには、

①ー 0 z ， ② 0 z ， ③ θ ζ ， @一 θ ζ ⑤ー ø z ， ⑥ 0 z ， ⑦ θ ζ ， ⑧ー 0 ζ , ⑨ 0 x + 0 y， ⑩ θ + Θ y ,

⑪ X — 0 y， ⑫ー X — 0 y

に比例した電圧を印加すればよい。

そして、これらの並進と回転運動を複合させるには、

① X — 0 z ， ② x + 0 z , ③ー x + 0 z ， ④ー： s — 0 z ， ⑤ y — 0 z ， ⑥ y + 0 z ， ⑦ー y + 0 z ， ®— γ — θ z ， ⑨ z + 0 x + 0 y， ⑩ z — 0 x + 0 y， ⑪ z + 0 x — 6 y に比例した鼋圧を印加すればよい。

ただ、各圧電ァクチユエ一タ 4 0 1〜4 1 2 に印加する電圧は + で振らせるよりも +側または一側にシフトさせて、シフト電圧を中心に振らせる方が制御しやすく、また、圧鼋ァクチユエ一タに予圧を与え易い点からも好ましいといえる。その場合、シフト電圧 V s とすれば、印加電圧は下記のようになる。

① V s + x — 0 z ， ② V s + x + 6 z ， ③ V s — x + 0 z ， ④ V s — x — 0 z ， ⑤ V s + y — 0 z ， ⑥ V s + y + 0 z ， ⑦ V s — y + 0 z ， ⑧ V s — y - 0 z ，

⑨ V s + z + 0 x + 0 y ， ⑩ V s + z — 0 x + 0 y ，

⑪ V s + ζ + θ χ — 0 y ， ⑫ V s + z — θ χ — 0 y

そこで、たとえば振動用テ一ブルを X Y平面内の楕円（長径 A , 短径 B )軌道に沿って鈸進運動させる場合には、時間の関数として、

= Acoswt _t = B sinwt ( w = 2 π /T， Tは一周する周期）なる電圧を印加すればよいことがわかる。その他（ X， y , z , Θ X , Θ y , θ ζ ) を様々な時間の関数とじて与えることによリ圧鼋ァクチユエータの変位の限界内でテ一ブル 3 にあらゆる握動パターンを創生することが可能となる。上記時間数たる制御信号はコンピュータ 8 にソフトウエアとして構築することによリ容易に創成することが可能である。

さらに、ファンクションジェネレータ 9 を併用した場合、これの出力信号を D C—定レベルに固定し、コンピュータ 8 の信号を第 6図のようにすれば、テーブル 3 は前述した X Y平面内の楕円軌道を描く。ここでさらにファンクションジェネレータ 9 の信号周波数や波形を変化させることにより、第 7 図一 A〜第 7 — C図に示すような複雑な波形を容易に得ることが可能である。そのため、これらの複雑な波形により第 8 図のようにテ一ブルを楕円軌道を描かせつつ、その近傍で微少振動を行わせることが可能である。

さらに、第 4 図のように、装置本体 T と研削抵抗検出器 1 2 を組合せるときには、フィードバック方式により、研削の抵抗に応じ、フキシブルな振動による対応が可能となる。

すなわち、たとえば研削抵抗が大きくなると振動振幅が増加するようにコンピュータ 8 にプログラミングすれば、研削抵抗による砥石やワークの逃げから生ずる削り残し量を減少させることができる。また、切込み開始時、あるいは終ァ時の研削抵抗変化を検出することにより、積極的にワークのエッジの面取リ加工を行うことも可能であり、通常では起し易い硬脆材料のチッビングも防ぐことができる。加工中の研削抵抗の変化はストレ一ト型砥石よりもカップ型砥石のような研削面積の変化する面仕上研削加工において効果的である。

また、第 5 図の適用例によれば、テーブル 3 の驄動用電源としてのパワーアンプ 6 を放電 · 電解用の電源として兼用することが可能となる。そのため、何ら特別な電源ユニットを付加する必要がなく、設備コスト、加工コストが節減される。そのうえ、テ一ブル 3 の変位と砥石〜ワーク間の放電 * 電解発生の効果を周期させることも可能となり、通常では実現できない相乗効果を期待することができる。放電研削と電解研削はクーラン卜ノズル 1 7 から供給する加工液により選択される。

なお、この加工において、砥石〜ワーク間に印加する電圧の極性も極性切換スィッチ 1 5 により容易に切換えでき、コンビユータ 8 からの指令による自動切換えも可能である。このため、ワーク側（十）、砥石側（一）により、ワークの高能率除去を、またワーク側（一）、砥石側（+ )により砥石の高能率ドレッシングを行える。また、テーブル 3の複雑な制御にも拘らず、研削抵抗の低減が見られない場合に砥石〜ワーク間の印加電圧極性を自動切換えするよう予めプログラミングすることで、加工を中断せずにインプロセスで自動ドレッシングを行うシーケンスを構成できる。

以上のことから、本発明を利用することによリ次に例示するような特徵ある研削を実現できる。

I . テーブルがバライティ一に富んだ振動を行えるため、ェ具を振動させるよりもワークの微少破碎が促進され、研削抵抗が減少するため、除去量が増加し、研削が高能率化する。

H . 振動により砥石のドレッシングが常時行われるため、砥石の目詰りを解除あるいは緩和することができる。

Iff . ワークの振動方向やパターンの自由度が高く、コント口ールが容易であること、砥石の形状や寸法に制約がないことにより、高精度で複雑な形状の加工が行われる。

IV . 振動の自由度が高いため、砥石の切込み量をワークの材質に特有な塑性破壊領域に設定することが容易となり、研磨面に近い良好な研削面粗さを得ることができる。

V . 砥石側の制約がないため、遊離砥粒を付加した研削加工に適用すれば、被削物の振動により遊離砥粒の微少振動が得られるため、研削面の良好な研磨効果と砥石の適度なドレッシング効果が期待できる。

VI · 放電加工を複舍した研削加工に適用すれば、ワークと砥石間の放電を効果的に促進できると共に、放電が均一化するため、研削面の放電による除去効果と砥石の適度なドレッシング効果が期待できる。

νπ . 電解を複合させた研削加工に適用すれば、搌動にょリ電解液の浸透および流動を促進するため、研削面の研磨効果ならびに砥石の適度なドレッシング効果が期待できる。

. 上記のような特徴が得られるにもかかおらず、構造が単純で、使用搌動周波数も 1 5 0 0 H z以下、ことに 1 5 0 〜 5 0 0 H z程度の低周波でよいため、小型で取扱いの容易な - しかも安価な装置とすることができる。

次に本発明装置の具体的な製作例と使用例を示す。

圧電ァクチユエータとしては、外径 1 8 . 4 mm ^ , 内径 7 臓 Φ 、高さ 1 8 鹂の円筒型積層型庄電素子を用いた。この庄電素子は厚さ 1 0 0 の P Z T系セラミックを 1 Ί 0敉積層している。印加電圧 1 5 0 Vで振幅 1 6 が生じ、 8 0 0 kg f のストールドフォースを発生した。圧縮強度は 6 0 0 0 kg/of、引張強度は 1 0 0 kg/ ²、自己共振周波数は 6 7 KHzの特性を有し、 1 5 0 V印加時のヤング率は 5 * 6 X 1 0 N/m'であった。上記仕様の圧鼋ァクチユエータ 1 2本を第 1図と第 2図に示すようにベースとテーブル間に配置し、ベース側の端部をェポキシ樹脂で接着し、テーブル側の端部を第 2 — A図の方式で密着せた。テ一ブルは幅および長さ 1 0 0 ran、厚さ 2 0 のェ具銷を用いた。装置全高は 8 0腿である。 . 、研削用機械は門型マシニングセンタを用い、これのテーブルに .d—ドセリレを介して装置本体を据{寸けた。砥石は铸鉄ファィバポ:ンドダィャモンド砥石（コアドリル型、 ø 1 0 nm、 # 6 0 / 8 0 )を.使用した。テーブル振動用電源としてハイスピードパヮーーァンプ、ファンクションシンセサイザを使用し、ロードセルの信号をパーソナルコンピュータに取込んだ。

研削実験は、アルミナセラミックス（ 5 0 X 5 0 X 2 0 0 nm、 H V - 1 7 0 0 )をワークとし、垂直方向切込み研削実験（穴深さ 1 0 m)を行った。振動 {寸与は、 Z方向振動とし、 4本の圧鼋ァクチユエータを同時に駆動する最も単鈍な方法とした。砥石'周速は 2 0 0 m/min, 送り速度 1飄 /minとした。比較のため、テーブルに振動を加えない懂用法も同じ条件で行った。その結果を第 1 1 図に示す。慣用法では垂直方向荷重が 1 0 0 kg f にもなるが、本発明によれば印加電圧 1 5 0 V、周波数は 2 0 0 Hz、振幅 1 5 ii rap-p、正弦波において、 3 O kg f すなわち慣用法の約 1 / 3 にまで低減された。これは圧電ァクチユエ一タの強力な振動によリヮ一クの破壊が促進されたためである。

次に送り速度を 2 m/minとし、コアリングの切込み幅を変えて、研削面積と垂直方向荷重の関係を調べた。この結果を第 1 2図に示す。第 1 2 図中、研削面積 1 3 . 7咖²は 1 4面切込み、 2 7 . 4跏²は半面切込み、 5 4 . 8画²は全面切込みである。慣用法では、全面切込みにおいて,荷重が 1 1 O kg f を越えてしまうが、本発明による搌動コアリングでは、どの研削面— 積でも慣用法の 1 / 2〜 1 / 3以下に抑えられている。

なお、コアリング時の送り速度と荷重の関係を調べた。その結果は、僙用法では送り速度 2 nm/minが限界で 4 mm/minではヮ —クが破損したが、本発明では 1 0腿/ minという高速送りでも 4 5 kg f で安定したコアリングを行えることが確認された。

なお、テーブルの耐久性について検討したが、垂直方向荷重 2 5 0 kg f を加えても何ら問題なく振動し、 2 0 0 0 Hzで 8時間の連続搌動を行っても全く問題なかった。

上記のテーブルの耐久性から、次に前記と同じワークに対し、圧力付加方式で仕上加工を行った。砥石は铸鉄ファイバボンド砥石（カップ砥石、 2 0 0、粒度 # 4 0 0 0 )を用い、周速 5 6 9 m/min, 振動条件は前記コアリング時と同じにした。その結果を第 1 3 図に示す。本発明によれば、慣用法の 2倍を越える除去能率が実現できている。これは振動による衝撃と瞬間的な加圧力の上昇効果でセラミックスの脆性破碎が促進されたためである。産業上の利用可能性

本発明の被削物加振装置は、ファインセラミックス、ガラス超硬合金などの硬脆材料、さらにはフェライト、シリコンなどに対する砥粒を用いた加工全般に利用できる。砥粒を用いた加ェには、平面研削、円筒研削、内面研削、ラッピング研磨、自由研削、六研削、溝研削、ねじ研削、歯車研削、切断研削、などを含む。

Claims

. ワークを砥粒付き回転工具により加工するに際して用いられるゥ一クテーブル装置であって、ワークを支持するテープルと、加工機械のテ lisーブルに着脱可能に据付けられるベースとを備え、かつ前記テーブルが複数個の圧鼋ァクチユエ一タを介してベースに支持され、各圧電ァクチユエータが外部の

の

制御装置に電気的に接続され、この制御装置から躯動鼋庄を印加することで、加工中のワークを加振するようになっていることを特徴とする被削物加振装置。

. 電ァクチユエ一タが積層型圧電素子であり、. 伸縮方向の一端がベースに固着され、他端がテーブル表面に接し、かつスプリングでテーブルの振動時にテーブルから離間しないように予圧が与えられている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置。

. 圧電ァクチユエータが円筒状の積層型圧電素子であり、伸縮方向の一端がベースに固着され、かつ積層型圧電素子の中心穴を貫くボルトがテーブルにねじ込まれ、ボルト軸の外周に配したスプリングによリ積層型圧鼋素子の他端がテーブル表面に押圧されている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置。

. 庄電ァクチユエータがランジュバン型ピエゾスタックであり、伸縮方向一端が予圧付与用のボルトによリテ一ブルと結合され、他端がテ一ブルに接着されている請求の範囲第 1 項記载の被削物加'搌装置。

. ベースが上面側の開放された箱状体からなり、下部外側に加工機械のテーブルに据付けるための座部を備え、テーブルは前記箱状体の中央に配され、 X方向、 Y方向および Z方向の各面が、それぞれ複数組の圧鼋ァクチユエータにより支持されている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置。

. ベースが盤状体からなり、下部外側に加工機械のテーブルに据付けるための座部を備え、テーブルは盤状体の上方に位置し、複数痼の圧鼋ァクチユエ一タで支持されている請求の範囲第 1項記載の被削物加搌装置。

. 制御装置が、各圧電ァクチユエ一タに対するスイッチング回路を備えたエレクトリックデバイスコントローラと、これに給電するパワー Tンプと、パワーアンプの出力を所望の圧鼋ァクチユエータに割当てると共に電圧レベルを制御する制御信号を作るコンピュータを備えている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置。

. 制御装置が、各圧鼋ァクチユエータに対するスイッチング回路を傭えたエレクトリックデバイスコントローラと、これに耠電するパワーアンプと、パワーアンプの出力を所望の圧鼋ァクチユエータに割当てると共に鼋圧レベルを制御する制御信号を作るコンピュータと、周波数制御用のファンクションジ Xネレータを備えている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置。

. ベースが研削抵抗検出手段を介して加工機械のテーブルに据付けられ、研削抵抗検出手段はコンピュータに接続され、研削抵抗に応じて圧電ァクチユエ一タに印加する電圧が補正されるようになつている請求の範囲第 1項記載の被削物加振 . ベースが研削抵抗検出手段を介して加工機械のテーブルに据付けられ、研削抵抗検出手段はコンピュータに接続され、研削抵抗に応じて圧電ァクチユエ一タに印加する電圧が補正されるようになっており、かつベースとテーブルの間にはコンピュ一タに接続した変位計が組込まれ、 :れからの振動変位信号により圧電ァクチユエ一タに印加する電圧が補正されるようになっている請求の範囲第 1項記載の被削物加振装置