JP2008100332A - Vibration isolating tool - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、高能率な加工を行うための防振工具に関する。 The present invention relates to a vibration isolating tool for performing highly efficient processing.
特許文献１から４には、切削加工におけるビビリ振動を抑制する防振工具が提案されている。 Patent Documents 1 to 4 propose vibration-proof tools that suppress chatter vibration in cutting.
本願発明は、ビビリ振動抑制効果が高く、しかも簡易な構造による防振工具を提供することである。 The present invention is to provide an anti-vibration tool having a high chatter vibration suppressing effect and a simple structure.
本願発明の防振工具は、工具本体内の中空部に弾性支持された錘を有する防振工具において、該防振工具の工具本体１は、切れ刃を取り付けるための先端部２、中空部３、略球状弾性体４、略円柱形状の錘５を有し、軸方向に伸びる該中空部３には該錘５が該球状弾性体４を介して弾性支持され、該錘５は質量密度１４ｇ／ｃｍ３以上の金属からなることを特徴とする防振工具である。上記の構成を採用することによって、ビビリ振動抑制効果が高く、しかも簡易な構造による防振工具を提供することができる。
The anti-vibration tool of the present invention is an anti-vibration tool having a weight elastically supported by a hollow portion in a tool body. The tool body 1 of the anti-vibration tool includes a
本願発明の防振工具は、球状弾性体の直径をｄ、錘の直径をＤとしたとき、Ｄ／ｄは、１．２≦Ｄ／ｄ≦１．６であることが好ましい。また球状弾性体のバネ定数調整機構を有することが好ましい。 In the vibration isolator of the present invention, D / d is preferably 1.2 ≦ D / d ≦ 1.6, where d is the diameter of the spherical elastic body and D is the diameter of the weight. It is preferable to have a spring constant adjusting mechanism for the spherical elastic body.
本願発明は、ビビリ振動抑制効果が高く、しかも簡易な構造による防振工具を提供することができた。 The present invention can provide an anti-vibration tool having a high chatter vibration suppressing effect and a simple structure.
本願発明は、球状弾性体で錘を支持し、球状弾性体自体の減衰性能を利用している。従って振動を減衰させるためのダンパー油は使用しない簡便な構造を有している。以下に本願発明の構成を説明する。
図１に示すように、工具本体１と、その先端側には正面フライス等の回転工具を取り付けるための先端部２が固定されている。工具本体１と先端部２とで構成される中空部３に略球状弾性体４を介して錘５を取り付け、慣性の大きい錘５から工具ホルダーの振動振幅に比例した反力を与えることによって動吸振器を構成し振動を減衰させる。従って、本願発明は、錘が工具本体に対して相対移動可能なダンパー機構を備えている。更に、工具本体１側の中空部の端面６、先端部２側の中空部の端面７と錘５の両端面８、９に凹部を設ける。錘５及び各々工具本体側中空部、先端部側中空部の夫々相対向する凹部端面６と８、及び凹部端面７と９の間に球状弾性体４を配置している。
本願発明の様に、錘５を球状弾性体４によって支持する方式は、錘及び中空部の工作が容易である。球状弾性体と接する工具本体と錘の端面は、錘と工具本体の軸中心が容易に一致するように、錘及び工具本体の中心部を円錐状の凹部に成形した。この円錐形状は一般に市販されている先端角９０°から１４０°のドリルで加工する事により容易に成形でき、ダンパー油を使用しない為、高度な寸法精度を要求される加工部位が無く安価に提供する事ができる。
In the present invention, the weight is supported by the spherical elastic body, and the damping performance of the spherical elastic body itself is used. Therefore, the damper oil for damping the vibration has a simple structure that does not use it. The configuration of the present invention will be described below.
As shown in FIG. 1, a tool body 1 and a
As in the present invention, the method of supporting the
本願発明の錘５の質量密度を１４ｇ／ｃｍ３以上の金属に規定する。質量密度を１４ｇ／ｃｍ３以上とする理由は、１４ｇ／ｃｍ３未満の金属では所定の防振効果を得ることができないからである。その他の理由としては、１４ｇ／ｃｍ３未満の金属を用いた場合、防振効果を得るために必要な重量を確保しようとすると、略円柱形状をした錘の全長が長くなってしまう。これに伴って中空部長さも長くなることから、工具本体の剛性が低下する不都合を回避するためである。例えばこれを満足する金属は、質量密度１４．９ｇ／ｃｍ３の超硬合金等が挙げられる。より好ましくは質量密度１８ｇ／ｃｍ３の金属を使用することである。この場合は例えば、タングステン系合金（ヘビーメタル）などが挙げられ、好ましい選択である。
本願発明で用いる球状弾性体４は、例えばＪＩＳ Ｋ６３０１規定のスプリング式Ａ型ＪＩＳ硬度計によるゴム硬度Ｈｓ３０〜５０の耐熱性及び耐摩耗性に優れるフッ素系ゴム又はウレタンゴムを使用することが望ましい。この理由は、比較的重量のある錘５を弾性支持するのに好適な剛性と、防振効果を得るために必要な弾性を有しているからである。また、球状弾性体４と工具本体とが接触する端面６、この他の端面７、８、９の表面状態は、滑らかな面とすることが好ましい。球状弾性体及び夫々の端面は潤滑性を有する表面状態とすることがより好ましい。
The mass density of the
As the spherical
球状弾性体の直径をｄ、錘の直径をＤとしたとき、Ｄ／ｄは、１．２≦Ｄ／ｄ≦１．６とすることによって、より優れた防振効果を得ることができ、好ましい。Ｄ／ｄ値が１．２未満の場合、錘の凹部両端面８、９の容積が大きくなることから錘の体積が減少して、有効な防振効果を得ることができない。また、球状弾性体を組み合わせた全長が必要以上に長くなり中空部の長さも増大して工具本体の剛性が低下する不都合がある。Ｄ／ｄ値が１．６を超えて大きい場合は、球状弾性体による錘の安定した弾性支持が困難となり十分な防振効果が得られない。これは、錘支持に必要な球状弾性体の剛性が不足するためである。また錘の振動変位が大きくなって、対向する凹部面による支持部から脱落する恐れがある。更に、錘の振動変位が大きくなると、錘が中空部の内壁と接触する恐れがある。ここで、錘が中空部の内壁と接触するのを回避するために、径方向に適切な間隙を設けることが必要である。例えば、中空部の内径をＧとしたとき、（Ｇ−Ｄ）／２の値は、１．５から２．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。更に、間隙部に適切な潤滑材を用いることによって、錘と球状弾性体との接触抵抗が低減され好ましい。 When the diameter of the spherical elastic body is d and the diameter of the weight is D, D / d is 1.2 ≦ D / d ≦ 1.6. preferable. When the D / d value is less than 1.2, since the volume of the concave end faces 8 and 9 of the weight increases, the volume of the weight decreases and an effective anti-vibration effect cannot be obtained. Further, there is a disadvantage that the total length of the combination of the spherical elastic bodies becomes longer than necessary, the length of the hollow portion is increased, and the rigidity of the tool body is lowered. When the D / d value is larger than 1.6, it is difficult to stably support the weight with the spherical elastic body, and a sufficient vibration-proofing effect cannot be obtained. This is because the rigidity of the spherical elastic body necessary for supporting the weight is insufficient. Further, the vibration displacement of the weight increases, and there is a possibility that the weight will fall off from the support portion by the opposing concave surface. Further, when the vibration displacement of the weight increases, the weight may come into contact with the inner wall of the hollow portion. Here, in order to prevent the weight from coming into contact with the inner wall of the hollow portion, it is necessary to provide an appropriate gap in the radial direction. For example, when the inner diameter of the hollow portion is G, the value of (GD) / 2 is preferably in the range of 1.5 to 2.5 mm. Furthermore, it is preferable to use an appropriate lubricant for the gap portion because the contact resistance between the weight and the spherical elastic body is reduced.
図２に本願発明による別の実施形態の防振工具断面図を示す。工具本体１の先端側には先端部２が固定されている。この先端部２は軸方向の中心部に貫通ネジ穴を有し、ここを通るネジ部材１０の１端面は凹部形状をなし球状弾性体の支持部として機能している。このネジ部材１０は、軸方向に移動することが可能であるため、球状弾性体のバネ定数の調整機構として作用することから、防振効果を調整することが可能である。
ここで、弾性支持部の構造について述べる。工具本体側の端面６及びネジ部材１０の端面１１の凹部形状深さは、軸方向における錘５と工具本体１との間隙及び錘５と先端部２との間隙が１．５から３ｍｍになるように設定することが好ましい。例えば凹部形状の深さは、ｄ値の０．２から０．３倍とすることが好ましい。一方、本願発明を組立の容易さと球状弾性体を安定して支持させる事を目的として、錘の両端面８、９の凹部形状の深さは、ｄ値の０．５から０．６倍とすることが好ましい。
本願発明における別の実施形態の１例を図３に示す。シャンク部材１２にねじ込んで使用される切れ刃部１３の後端面側に中空部を設け、前記の実施形態と同様に球状弾性体４と錘５を中空部３に挿入し、ねじ部材１０を用いて球状弾性体４のバネ定数を調整可能に錘５を支持する形態である。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an anti-vibration tool according to another embodiment of the present invention. A
Here, the structure of the elastic support portion will be described. The recess shape depth of the
An example of another embodiment of the present invention is shown in FIG. A hollow portion is provided on the rear end face side of the
本願発明の工具を作成し、防振効果を確認した。工具寸法である先端工具径：φ５０ｍｍ、工具長さ：４００ｍｍ、中空部長さ：１３０ｍｍ、中空部直径Ｇ：３９ｍｍ、中空部先端位置：工具先端から６０ｍｍ、錘長さ：１１５ｍｍ、錘直径Ｄ：３６ｍｍ、錘材質：質量密度１８ｇ／ｃｍ３の金属材、球状弾性体直径ｄ：２５．４ｍｍ、球状弾性体材質：ゴム硬度５０Ｈｓのフッ素系ゴム、を用いて本発明例１を作製した。優れた防振効果を得るために、上記の数値は、錘寸法については減衰を考慮した１自由度振動系の運動方程式等から算出し、同様に中空部寸法及び球状弾性体寸法を決定した。本発明例２から５は、Ｄ／ｄ値を変化させた。本発明例６から９及び比較例６、７は、錘材質の質量密度を変化させた。錘の質量密度は、複数の質量密度の異なる金属を組み合わせた錘を作成することによって調整した。従来例１２は防振機構無しのものを使用した。
まず、防振効果を確認するために、工具の周波数応答を測定し振動減衰性能を比較した。図４に本発明例１と従来例１２の周波数応答を示す。図４より、縦軸の振幅値を比較すると、本発明例１の振幅のピーク値Ｎ、従来例１２のピーク値Ｍとしたとき、Ｎ／Ｍは２６％であった。振幅のピーク値の比であるＮ／Ｍ値が４５％以下に低減することで防振効果に有効であると判断した。従って、本発明例１は大幅な振動減衰性能を示したといえる。
The tool of the invention of the present application was created and the anti-vibration effect was confirmed. Tool size: tool diameter: 50 mm, tool length: 400 mm, hollow part length: 130 mm, hollow part diameter G: 39 mm, hollow part tip position: 60 mm from the tool tip, weight length: 115 mm, weight diameter D: 36 mm Example 1 of the present invention was prepared using a weight material: a metal material having a mass density of 18 g / cm 3 , a spherical elastic body diameter d: 25.4 mm, and a spherical elastic body material: a fluorine-based rubber having a rubber hardness of 50 Hs. In order to obtain an excellent anti-vibration effect, the above numerical values were calculated from the equation of motion of a one-degree-of-freedom vibration system in consideration of damping for the weight dimensions, and similarly the hollow part dimensions and spherical elastic body dimensions were determined. In Invention Examples 2 to 5, the D / d value was changed. In Invention Examples 6 to 9 and Comparative Examples 6 and 7, the mass density of the weight material was changed. The mass density of the weight was adjusted by creating a weight combining a plurality of metals having different mass densities. The conventional example 12 used the thing without an anti-vibration mechanism.
First, in order to confirm the anti-vibration effect, the frequency response of the tool was measured and the vibration damping performance was compared. FIG. 4 shows the frequency response of Example 1 of the present invention and Conventional Example 12. From the comparison of the amplitude values on the vertical axis shown in FIG. 4, the N / M was 26% when the peak value N of the amplitude of Example 1 of the present invention and the peak value M of Conventional Example 12 were used. The N / M value, which is the ratio of the peak amplitude values, was reduced to 45% or less, and it was determined that the vibration-proofing effect was effective. Therefore, it can be said that Example 1 of the present invention showed significant vibration damping performance.
次に、切削加工を行ったときの切り込み量限界を比較する切削テストをおこなった。切削条件を以下に示す。評価方法は、安定切削状態の軸方向切り込み量の大小で行った。所定の軸方向切り込み量としたとき、安定切削状態のものを○、ビビリ振動が小のものを△、ビビリ振動が大きく切削不可のものを×、これ以上に厳しい条件によって未検討であるものを未、として表した。軸方向切り込み量の限界値を比較した結果を表１に示す。
（切削条件）
使用カッター：ラジアスミル、工具径φ５０ｍｍ
工具長さ：４００ｍｍ
主軸回転数：８００ｍｉｎ−１
一刃当りの送り量：１ｍｍ／刃
半径方向切り込み量：３０ｍｍ
被削材：Ｓ５０Ｃ材
使用機械：縦型マシニングセンター
加工方法：乾式加工
Next, a cutting test was performed to compare the cutting depth limit when cutting was performed. The cutting conditions are shown below. The evaluation method was performed with the amount of axial cutting in a stable cutting state. When a predetermined axial cutting depth is given, ○ for stable cutting conditions, △ for small chatter vibrations, × for chatter vibrations that cannot be cut ×, those that have not been studied under more severe conditions Expressed as not yet. Table 1 shows the result of comparing the limit values of the amount of cut in the axial direction.
(Cutting conditions)
Cutter used: Radius mill, tool diameter 50 mm
Tool length: 400mm
Spindle speed: 800 min -1
Feed per tooth: 1 mm / blade Radial cutting depth: 30 mm
Work material: S50C material Machine: Vertical machining center Processing method: Dry processing
表１の結果より、本発明例１から６は、従来例１２よりも２倍以上の軸方向切り込み量が得られた。本発明例１は、本願発明のベストモードを示す。評価結果は、最も優れていた。本発明例２、３、６から９は、本願発明が規定しているＤ／ｄ値が１．２≦Ｄ／ｄ≦１．６を満たしている例を示す。評価の結果、従来例１２の略１．５倍以上の軸方向切り込み量であった。一方、本発明例４、５は、Ｄ／ｄ値が２、１．１の場合を示すが、本発明例２、３と比較して劣る結果となった。Ｄ／ｄ値が２の場合は、球状弾性体による錘の安定した弾性支持が困難となり十分な防振効果が得られなかった。Ｄ／ｄ値が１．１の場合、錘の凹部両端面の容積が大きくなることから錘の体積が減少して、有効な防振効果を得ることができなかったためである。本発明例６から９はＤ／ｄ値を一定として、錘の質量密度を変化させた場合を示す。錘の質量密度を１４ｇ／ｃｍ３以上とすることによって、有効な防振効果を得ることができた。比較例１０、１１は本願発明が規定している錘の質量密度の範囲外であった。評価の結果、比較例１０は従来例１２と同等であったが、比較例１２は従来例１２よりも劣る結果となった。これは錘の質量密度が小さいため所定の防振効果を得るための重量を確保する事が出来なかったためである。 From the results shown in Table 1, Examples 1 to 6 of the present invention obtained an axial depth of cut more than twice that of Conventional Example 12. Invention Example 1 shows the best mode of the present invention. The evaluation result was the most excellent. Invention Examples 2, 3, 6 to 9 show examples in which the D / d value defined by the present invention satisfies 1.2 ≦ D / d ≦ 1.6. As a result of the evaluation, the axial cut amount was approximately 1.5 times or more that of Conventional Example 12. On the other hand, Examples 4 and 5 of the present invention show cases where the D / d values are 2 and 1.1, but the results are inferior to those of Examples 2 and 3 of the present invention. When the D / d value is 2, stable elastic support of the weight by the spherical elastic body becomes difficult, and a sufficient vibration-proofing effect cannot be obtained. This is because when the D / d value is 1.1, the volume of the both end surfaces of the concave portion of the weight increases, so the volume of the weight decreases, and an effective anti-vibration effect cannot be obtained. Invention Examples 6 to 9 show cases where the mass density of the weight is changed while the D / d value is constant. By setting the mass density of the weight to 14 g / cm 3 or more, an effective vibration isolation effect could be obtained. Comparative Examples 10 and 11 were outside the mass density range defined by the present invention. As a result of the evaluation, Comparative Example 10 was equivalent to Conventional Example 12, but Comparative Example 12 was inferior to Conventional Example 12. This is because the weight for obtaining a predetermined vibration isolating effect could not be secured because the mass density of the weight was small.
１：工具本体
２：先端部
３：中空部
４：球状弾性体
５：錘
６：工具本体側の端面
７：先端部側の端面
８：錘の端面
９：錘の端面
１０：ねじ部材
１１：ねじ部材の端面
１２：シャンク部材
１３：切れ刃部
1: Tool body 2: Tip part 3: Hollow part 4: Spherical elastic body 5: Weight 6: End face on the tool body side 7: End face on the tip part side 8: End face of weight 9: End face of weight 10: Screw member 11: End face of screw member 12: Shank member 13: Cutting edge
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