JPS63216601A - Back component force correcting method for ultrasonic oscillation cutting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate the abnormal oscillation of a cutting tool and improve the finished face of cutting by controlling the vertical position of said cutting tool so that a back component force detecting signal becomes zero at the time of correcting said cutting tool toward the cutting direction. CONSTITUTION:A cutting tool 43 is installed on the output end part of a deflecting oscillator 20 and supported via a cutting feeding mechanism 45 and a vertically feeding mechanism 46. At the time of a cutting condition in which the end of the cutting tool 43 which oscillates at a right angle to the axis of the deflecting oscillator 20 is in contact with a workpiece 42 in the same direction as its tangential direction Pc, the center point 47 of the workpiece 42 is on the axis. And, at the end of the cutting tool 43, the resultant force of a back component force Pt and a tangential direction component force Pc becomes a cutting resistance causing the abnormal oscillation of the cutting tool. Then, by lowering the deflecting oscillator 20 downward by y by means of the feeding mechanism 46 while feeding it by X by means of the feeding mechanism 45, the direction of the resultant force P agrees with the oscillating direction of the cutting tool 43. Accordingly, the back component force Pt is not applied to the cutting edge of the cutting tool 43 eliminating abnormal oscillation and obtaining a good finished surface.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波振動によりバイトを切削方向に振動さ
せて被加工物を切削する超音波振動切削ＮＣ旋盤のよう
な超音波振動切削装置における背分力補正方法に関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a backbone of an ultrasonic vibration cutting device such as an ultrasonic vibration cutting NC lathe that cuts a workpiece by vibrating a cutting tool in the cutting direction using ultrasonic vibrations. This invention relates to a component force correction method.

従来の技術 一般に、旋盤、平削盤又は形削盤などの切削装置におい
ては、超音波振動するバイトにより被加工物の切削加工
を行なうと、切削抵抗が著しく減少してびびりなどの異
常振動がなくなり、被加工物の真円度や表面粗さなどの
加工精度が良好になるとともに、工具の寿命が延び、更
には、難削材の加工が容易になる等の利点を有すること
が知られている。Conventional Technology In general, in cutting machines such as lathes, planing machines, or shaping machines, when cutting a workpiece using an ultrasonic vibrating tool, the cutting resistance is significantly reduced and abnormal vibrations such as chatter occur. It is known that it has advantages such as improving machining accuracy such as roundness and surface roughness of the workpiece, extending tool life, and facilitating machining of difficult-to-cut materials. ing.

第１１図はその一例を示す従来の超音波振動切削装置で
ある。まず、刃物台１に押え板２と締付はボルト３と締
付は治具４とにより曲げ（たわみ）振動するバイトシャ
ンク（バイトホルダー）５が支持されている。ここに、
締付は治具４はバイトシャンク５のノード部分に位置す
るように設定されている。そして、バイトシャンク５の
一方の先端には被加工物６に臨む工具としてのバイト７
が固着されている。又、バイトシャンク５の他端側には
このバイトシャンク５の一点鎖線で図示する振動姿態の
ループ部分に位置させて縦形振動子８と振幅拡大ホーン
９とが接合されている。FIG. 11 shows an example of a conventional ultrasonic vibration cutting device. First, a tool post 1 supports a tool shank (tool holder) 5 which bends (deflects) and vibrates using a presser plate 2, a bolt 3 for tightening, and a jig 4 for tightening. Here,
For tightening, the jig 4 is set to be located at the node portion of the bite shank 5. A cutting tool 7 as a tool facing the workpiece 6 is attached to one end of the cutting tool shank 5.
is fixed. Further, a vertical vibrator 8 and an amplitude expansion horn 9 are connected to the other end of the bite shank 5 at a loop portion of the bite shank 5 in a vibrating state shown by a dashed line.

このように構成された超音波振動切削装置において、縦
形振動子８を超音波発振装置（図示せず）により駆動す
ると、図示する一点鎖線の如くバイトシャンク５が振動
してバイト７の先端は切削方向に超音波振動し、前述し
たような振動切削効果を発揮する。ここで、より具体的
には、被加工物６の切削速度をＶとし、振動するバイト
７の振動周波数をｆ、振幅をａとすると、ｖく２πｆａ
なる条件下でその効果が発揮される。In the ultrasonic vibration cutting device configured as described above, when the vertical vibrator 8 is driven by an ultrasonic oscillator (not shown), the cutting tool shank 5 vibrates as shown by the dashed line in the drawing, and the tip of the cutting tool 7 is cut. It emits ultrasonic vibrations in the same direction, producing the vibration cutting effect described above. More specifically, if the cutting speed of the workpiece 6 is V, the vibration frequency of the vibrating tool 7 is f, and the amplitude is a, then v x 2πfa
Its effectiveness is demonstrated under the following conditions.

これによれば、超音波振動の発生源である縦形振動子８
をバイト７から離れた位置に取付けられるので、汎用の
旋盤に容易に取付けることができるという利点がある。According to this, the vertical vibrator 8 which is the source of ultrasonic vibration
Since it can be mounted at a position away from the cutting tool 7, it has the advantage that it can be easily mounted on a general-purpose lathe.

ところが、第１２図に示すように、バイト７の被加工物
６との接点には、被加工物接線方向の主分力Ｐｃの他に
、バイト７に向かう径方向背分力Ｐｔが発生する。この
結果、これらの合力Ｐがバイト７に作用して有害な異常
振動を発生し、単純な接線方向の振動では良好なる振動
切削効果が得られないことが多い。However, as shown in FIG. 12, at the point of contact between the cutting tool 7 and the workpiece 6, in addition to the principal force Pc in the tangential direction of the workpiece, a radial thrust force Pt directed toward the cutting tool 7 is generated. . As a result, these resultant forces P act on the cutting tool 7 to generate harmful abnormal vibrations, and simple vibrations in the tangential direction often fail to provide good vibration cutting effects.

そこで、例えば特公昭５０−２０２８９号公報に示され
るように、切削抵抗の合力Ｐの方向とバイト７の振動方
向とが一致するようにバイトシャンク５を傾斜させて振
動切削するようにしたものがある。即ち、第１１図に対
応させて第１３図に示すように、刃物台１０と工具台１
１との間に傾斜台１２を設け、接線方向成分Ｐｃと合力
Ｐとのなす角度Ｏだけバイトシャンク５を傾斜させるよ
うにしたものである。このようにバイト７の振動方向を
切削抵抗の合力Ｐ方向に一致させて設ければ、バイト７
の軸線方向に背分力Ｐｔが作用せず、良好なる振動切削
効果が得られることとなる。Therefore, as shown in Japanese Patent Publication No. 50-20289, for example, there is a device in which the cutting tool shank 5 is tilted so that the direction of the resultant force P of the cutting resistance and the vibration direction of the cutting tool 7 coincide with each other for vibration cutting. be. That is, as shown in FIG. 13 corresponding to FIG. 11, the tool rest 10 and the tool rest 1 are
A tilting table 12 is provided between the cutting tool 1 and the cutting tool shank 5 to tilt the bite shank 5 by an angle O formed by the tangential component Pc and the resultant force P. In this way, if the vibration direction of the cutting tool 7 is set to match the direction of the resultant force P of the cutting resistance, the cutting tool 7
Since the thrust force Pt does not act in the axial direction, a good vibration cutting effect can be obtained.

発明が解決しようとする問題点 ところが、径方向の背分力Ｐｔは切削条件、例えば切込
み深さや切削速度の変更や、被加工物の材質の違い変化
などによって変化するものである。Problems to be Solved by the Invention However, the radial thrust force Pt changes depending on cutting conditions, such as changes in depth of cut and cutting speed, and changes in the material of the workpiece.

この結果、切削条件を変更する度に、角度の異なる傾斜
台１２に交換したり、又は角度可変の傾斜台１２を用い
て角度調整をし直さなければならない。従って、多様な
工作物への対応を考えると、角度の設定作業が極めて煩
雑なもの−どなる。As a result, each time the cutting conditions are changed, it is necessary to replace the tilting table 12 with a different angle, or to readjust the angle using a variable-angle tilting table 12. Therefore, when considering how to deal with a variety of workpieces, the work of setting the angle is extremely complicated.

又、背分力ｐｔの検出手段としては、通常は、切削方向
に直角にバイト７に加わる応力を検出すればよいので、
切込み送り機構部に応力センサを設けているものが多い
。しかるに、第１３図に示したような従来方式による場
合、バイト７先端の振動方向に直角方向（即ち、バイト
シャンク５の軸線方向）にバイト７にかかる応力を検出
するためには、切込み送り機構部に設けるのではなく、
バイトシャンク５の軸線方向の応力を測定しなければな
らない。ところが、このようなバイトシャンク５及びそ
の保持機構は超音波振動系を構成しており、このような
部位中に圧力センサを設けるのは困難である。In addition, as a means for detecting the thrust force pt, it is usually sufficient to detect the stress applied to the cutting tool 7 at right angles to the cutting direction.
Many of them are equipped with a stress sensor in the cutting feed mechanism. However, in the case of the conventional method shown in FIG. 13, in order to detect the stress applied to the cutting tool 7 in a direction perpendicular to the vibration direction of the tip of the cutting tool 7 (that is, in the axial direction of the cutting tool shank 5), it is necessary to Rather than setting it up in the department,
The axial stress in the bite shank 5 must be measured. However, such a bite shank 5 and its holding mechanism constitute an ultrasonic vibration system, and it is difficult to provide a pressure sensor in such a portion.

問題点を解決するための手段 超音波振動子と、この超音波振動子によるバイトの切削
動作により発生する背分力を検出する背分力検出手段と
、切込み送り機構と、上下送り機構とを備えた超音波振
動切削装置において、前記切込み送り機構による前記バ
イトの切込み方向への補正時に、その補正とともに前記
背分力検出手段により検出される背分力検出信号が零と
なるように前記上下送り機構により前記バイトの」１下
位置の制御を行なうようにする。Means for solving the problem An ultrasonic vibrator, a back force detecting means for detecting the back force generated by the cutting operation of the cutting tool by the ultrasonic vibrator, a cutting feed mechanism, and a vertical feed mechanism are used. In the ultrasonic vibration cutting device, when the cutting feed mechanism corrects the cutting tool in the cutting direction, the vertical force is adjusted so that the back force detection signal detected by the back force detection means becomes zero along with the correction. The feed mechanism controls the lower position of the cutting tool.

ここに、本明細書においては、［背分力検出信号ｊをバ
イト先端の振動と直角方向にバイトにかかる応力の検出
信号を意味するものと定義する。Here, in this specification, the thrust force detection signal j is defined to mean a detection signal of stress applied to the cutting tool in a direction perpendicular to the vibration of the tip of the cutting tool.

作用 上下送り機構によりバイトを上下方向に移動させること
により、被加工物の接線方向に対するバイトの振動方向
の相対角度は変化する。従って、バイトの切込み方向の
補正を伴うとともに上下位置の制御により、背分力検出
信号が零となった時に切削抵抗の合力とバイトの振動方
向とが一致することになる。この結果、バイトに背分力
が印加されず、異常振動がなくて切削の仕上面が良好な
る状態となる。By moving the cutting tool in the vertical direction using the vertical feed mechanism, the relative angle of the vibration direction of the cutting tool with respect to the tangential direction of the workpiece changes. Therefore, by correcting the cutting direction of the cutting tool and controlling the vertical position, the resultant force of the cutting resistance and the vibration direction of the cutting tool will match when the back force detection signal becomes zero. As a result, no thrust force is applied to the cutting tool, and there is no abnormal vibration, resulting in a good cutting surface finish.

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第９図に基づいて
説明する。まず、本実施例で用いるたわみ振動子２０の
基本的構造及び振動動作について第２図ないし第４図を
参照して説明する。このようなたわみ振動子２０は例え
ば本出願人により既に特願昭６０−２５２５２６号によ
り提案されているものと同等のものである。まず、第３
図に示すように厚み方向に分極された円環状の電歪素子
本体２２が設けられ、この電歪素子本体２２の一面には
絶縁部２３を中心として電極２４．２５が２分割されて
形成され、他面には共通電極２６が全面電極として形成
され、これらにより電歪素子２７が構成されている。こ
のような構成の電歪素子２７を例えば２個用意し、それ
らの絶縁部２３を一致させてＵ字形に形成した第４図の
ような２枚の電極板２８．２９を間にして前記電極２４
゜２５を対向させ、かつ、中心部に絶縁筒３０を挿通す
る。そして、一方の電歪素子２７の共通電極２６面側に
は出力端部３１を細く形成するとともに振動振幅拡大用
のエクスポネンシャル段部３２を形成した金属材３３が
接合されている。又、他方の電歪素子２７の共通電極２
６面側には共通電極板３４が接合され、この共通電極板
３４には金属材３５が接合されている。そして、これら
の部材は締着具としてのボルト３６により一体的に固定
されている。即ち、前記金属材３５には前記ボルト３６
を挿通する孔３７が形成され、前記金属材３３にはボル
ト３６が螺合するねじ部３８が形成されている。このよ
うにして、本実施例で用いる複合振動子構造のたわみ振
動子２０が構成されている。Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. First, the basic structure and vibration operation of the flexible vibrator 20 used in this embodiment will be explained with reference to FIGS. 2 to 4. Such a deflection vibrator 20 is equivalent to that already proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 60-252526. First, the third
As shown in the figure, an annular electrostrictive element main body 22 polarized in the thickness direction is provided, and electrodes 24 and 25 are formed on one surface of the electrostrictive element main body 22 by dividing them into two with the insulating part 23 as the center. A common electrode 26 is formed on the other surface as an entire surface electrode, and these constitute an electrostrictive element 27. For example, two electrostrictive elements 27 having such a configuration are prepared, and the electrodes are placed between two electrode plates 28 and 29 as shown in FIG. 24
25 to face each other, and insert the insulating tube 30 through the center. A metal material 33 is bonded to the surface of the common electrode 26 of one electrostrictive element 27, and has a narrow output end 31 and an exponential step 32 for increasing vibration amplitude. Moreover, the common electrode 2 of the other electrostrictive element 27
A common electrode plate 34 is bonded to the sixth surface side, and a metal material 35 is bonded to this common electrode plate 34. These members are integrally fixed by bolts 36 as fasteners. That is, the bolt 36 is attached to the metal material 35.
A hole 37 is formed through which the metal material 33 is inserted, and a threaded portion 38 into which a bolt 36 is screwed is formed in the metal material 33. In this way, the flexible oscillator 20 having a composite oscillator structure used in this embodiment is constructed.

ここで、このようなたわみ振動子２０の電極２４．２５
や共通電極２６は、電極板２８．２９や共通電極板３４
を介して、例えば後述するような駆動制御回路に接続さ
れて、励振駆動される。Here, the electrodes 24, 25 of such a flexural oscillator 20
The common electrode 26 is connected to the electrode plates 28, 29 and the common electrode plate 34.
For example, it is connected to a drive control circuit as described later, and is excited and driven.

−〇− 即ち、電極板２８．２９と共通電極板３４とに互いに位
相を独立して制御できる駆動電源を接続し、その駆動周
波数を軸方向共振周波数に調整する。その位相差を零に
した時には、同相並列駆動となり、出力端部３１は軸方
向共振振動となって縦形振動子と同様な振動姿態で振動
する。しかるに、一方の電極板２８に対し他方の電極板
２９に印加する駆動電圧の位相を反転、即ち逆相の電圧
を印加すると、出力端部３１は軸に直角で、かつ、電歪
素子２７の分割方向（即ち、第２図図示状態では上下方
向）にたわみ共振振動を行なうことになる。-〇- That is, a driving power source whose phase can be controlled independently of each other is connected to the electrode plates 28, 29 and the common electrode plate 34, and the driving frequency is adjusted to the axial resonance frequency. When the phase difference is reduced to zero, in-phase parallel drive occurs, and the output end 31 becomes axially resonant vibration and vibrates in a vibration state similar to that of a vertical vibrator. However, when the phase of the drive voltage applied to one electrode plate 28 is reversed, that is, when a voltage with an opposite phase is applied, the output end 31 is perpendicular to the axis and the position of the electrostrictive element 27 is Flexural resonance vibration is performed in the dividing direction (that is, in the vertical direction in the state shown in FIG. 2).

これが、本実施例で用いるたわみ振動子２０の動作原理
である。そして、このようなたわみ振動子２０は第１図
及び第５図ないし第７図に示すように上向きに略コ字状
に形成したホルダー２１により支持されている。なお、
これらの図では、前述のような構造のたわみ振動子２０
を略図的に示−１０＝ す。このようなたわみ振動子２ｏは、例えば第６図（ｂ
）に振動変位分布の特性Ａを示すように、その軸方向に
１波長でたわみ共振するように構成されている。そして
、たわみ振動子２ｏには左右両側の４箇所のノード位置
Ｎ　ＩＩ　Ｎ１１Ｉ　ＮＩＺ　Ｎ、′に位置させて円錐
状凹み３９が形成されている。この内、ノード位置ＮＩ
′、Ｎｉ′の円錐状凹み３９に対してはホルダー２１に
固定された２個のとがり先ビン４０が係止し、ノード位
置Ｎ、、Ｎ、の円錐状凹み３９に対してはホルダー２１
に進退自在に取付けられた２本のとがり先ボルト４１の
先端が係止しており、これらのとがり先ボルト４１を締
付けることにより、たわみ振動子２ｏはホルダー２１に
よって左右両側より固定支持されている。This is the operating principle of the flexural vibrator 20 used in this embodiment. The deflection vibrator 20 is supported by a holder 21 which is formed upward in a substantially U-shape as shown in FIGS. 1 and 5 to 7. In addition,
In these figures, a flexural oscillator 20 having a structure as described above is shown.
-10= is schematically shown. Such a deflection vibrator 2o is, for example, shown in FIG.
), the structure is configured to flexurally resonate at one wavelength in the axial direction, as shown by the characteristic A of the vibration displacement distribution. Conical recesses 39 are formed in the deflection vibrator 2o at four node positions N II N11I NIZ N,' on both the left and right sides. Among these, node position NI
Two pointy pins 40 fixed to the holder 21 are engaged with the conical recesses 39 at node positions N, ,N, and the holder 21 is engaged with the conical recesses 39 at node positions N, ,N.
The ends of two pointed bolts 41 attached to the holder 21 so as to move forward and backward are locked, and by tightening these bolts 41, the deflection oscillator 2o is fixedly supported by the holder 21 from both the left and right sides. .

つまり、たわみ振動子２ｏは４箇所のノード位置にて点
当り状態で支持されている。In other words, the deflection vibrator 2o is supported at four node positions in a contact state.

そして、たわみ振動子２ｏは出力端部３１より第１のノ
ード位置ＮｌｌＮ１′　付近までエクスポネンシャル段
部３２を含めて細径形状にステップホーンとして構成さ
れており、出力端部３１でのたわみ振動変位が拡大され
るように設定されている。The deflection oscillator 2o is configured as a step horn with a narrow diameter including an exponential step 32 from the output end 31 to the vicinity of the first node position NllN1', and the deflection vibration at the output end 31 The displacement is set to be magnified.

そして、このようなたわみ振動子２０の出力端部３１に
は被加工物４２の切削加工を行なう工具であるバイト４
３が直接取付けられている。The output end 31 of the deflection vibrator 20 is provided with a cutting tool 4 which is a tool for cutting the workpiece 42.
3 is directly attached.

このように、出力端部３１にバイト４３を取付けたたわ
み振動子２０をホルダー２１に支持させた状態で用い、
このたわみ振動子２０をたわみ振動させると、出力端部
３１のバイト４３は第６図（ａ）に示す状態で上下方向
に大きく共振振動を行なう。よって、矢印方向に回転し
ている被加工物４２にバイト４３の先端を押し当てれば
、被加工物４２の振動切削加工が行なわれることになる
。In this way, the flexible vibrator 20 with the bite 43 attached to the output end 31 is used while being supported by the holder 21,
When the deflection vibrator 20 is deflected and vibrated, the cutting tool 43 of the output end 31 makes a large resonant vibration in the vertical direction in the state shown in FIG. 6(a). Therefore, if the tip of the cutting tool 43 is pressed against the workpiece 42 rotating in the direction of the arrow, vibration cutting of the workpiece 42 will be performed.

又、このようなホルダー２１を含む振動系は、第１図に
示すようにサドル４４に対して切込み送り機構４５と上
下送り機構４６とを介して支持されており、これらの機
構４５．４６により振動系の切込み方向（Ｘ方向）の移
動量及び上下方向（Ｙ方向）の移動量が制御されるよう
に構成されている。Further, as shown in FIG. 1, the vibration system including the holder 21 is supported with respect to the saddle 44 via a cutting feed mechanism 45 and a vertical feed mechanism 46. The vibration system is configured so that the amount of movement in the cutting direction (X direction) and the amount of movement in the vertical direction (Y direction) are controlled.

しかして、本実施例による背分力補正方法について第１
図を参照して説明する。まず、第１図（ａ）は背分力ｐ
ｔの補正を行なう前の状態を示す。Therefore, regarding the thrust force correction method according to the present embodiment, the first
This will be explained with reference to the figures. First, Figure 1(a) shows the thrust force p
The state before correction of t is shown.

即ち、たわみ振動子２０の軸線と直角に振動するバイト
４３の先端が被加工物４２の接線方向Ｐｃと同一方向で
接合して切削加工する状態である。That is, the state is such that the tip of the cutting tool 43, which vibrates perpendicularly to the axis of the deflection vibrator 20, joins and cuts the workpiece 42 in the same direction as the tangential direction Pc.

従って、軸線上に被加工物４２の中心点４７が存在し、
バイト４３の先端は背分力ｐｔと接線方向分力Ｐｃとの
合力Ｐが切削抵抗としてバイト４３の先端に印加される
。この結果、従来例中で説明したように、背分力Ｐｔに
よりバイト４３は軸方向に異常振動し、切削面が荒れる
。がっ、刃先のチッピングが発生して振動切削効果は著
しく減少し、超゛音波振動がかえって有害となる場合も
ある。Therefore, the center point 47 of the workpiece 42 exists on the axis,
A resultant force P of the back force pt and the tangential force Pc is applied to the tip of the cutting tool 43 as cutting resistance. As a result, as explained in the conventional example, the cutting tool 43 abnormally vibrates in the axial direction due to the thrust force Pt, and the cutting surface becomes rough. However, chipping of the cutting edge occurs and the vibration cutting effect is significantly reduced, and the ultrasonic vibration may even be harmful.

しかして、本実施例では、このような状態から第１図（
ｂ）に示すように背分力Ｐｔの補正を行なう。まず、上
下送り機構４６よりたわみ振動子２０を上下Ｙ方向に△
ｙだけ下げるとともに、切込み送り機構４５により切込
みＸ方向にΔＸだけ進ませてバイト４３の刃先を被加工
物４２に接合させた時に、被加工物４２の中心点４７と
切削点を結ぶ角度が同図（ａ）に示すような補正前に対
して合力Ｐの角度θだけ変化したとすると、合力Ｐの方
向とバイト４３の刃先の振動方向とは一致することにな
り、良好なる振動切削効果が得られる。However, in this embodiment, from such a state to Fig. 1 (
The thrust force Pt is corrected as shown in b). First, the deflection vibrator 20 is moved vertically in the Y direction by the vertical feed mechanism 46.
When the cutting edge of the cutting tool 43 is joined to the workpiece 42 by lowering it by y and advancing by ΔX in the depth of cut X direction by the cutting feed mechanism 45, the angle connecting the center point 47 of the workpiece 42 and the cutting point is the same. Assuming that the angle θ of the resultant force P changes from before the correction as shown in Figure (a), the direction of the resultant force P and the vibration direction of the cutting edge of the cutting tool 43 will match, and a good vibration cutting effect will be obtained. can get.

これを背分力Ｐｔの観点から検討すると、背分力補正前
の第１図（ａ）に示す切削状態の時には、バイト４３の
刃先の軸線方向にｐｔなる背分力が印加されていたもの
が、第１図（ｂ）に示す補正後の切削状態では合力Ｐの
方向にバイト４３の刃先の振動方向が一致しているため
、刃先には背分力が印加されない状態となる。Examining this from the perspective of the thrust force Pt, in the cutting state shown in FIG. 1(a) before the thrust force correction, a thrust force of pt was applied in the axial direction of the cutting edge of the cutting tool 43. However, in the corrected cutting state shown in FIG. 1(b), the vibration direction of the cutting edge of the cutting tool 43 coincides with the direction of the resultant force P, so that no thrust force is applied to the cutting edge.

従って、上述した補正動作において、背分力検出手段に
より背分力検出信号を得、この背分力検出信号が零とな
るように、切込み送り機構４５により切込み方向の送り
補正を行ないながら、上下送り機構４６によってバイト
４３の刃先の上下位置を制御すればよいことが判る。Therefore, in the above-mentioned correction operation, the back force detection means obtains a back force detection signal, and the cut feed mechanism 45 performs feed correction in the cutting direction so that the back force detection signal becomes zero. It can be seen that the vertical position of the cutting edge of the cutting tool 43 can be controlled by the feeding mechanism 46.

ここで、被加工物４２の半径をＲとした時、バイト４３
の上下方向の移動量△ｙと切込み方向の移動量ΔＸとの
間には、 Δｘ　＝　Ｒ−√（Ｒ２−△ｙ２ なる関係があるので、上下方向に△ｙだけ移動させる場
合には、常に上式に従い、切込み方向にΔＸだけ変位移
動させる必要がある。Here, when the radius of the workpiece 42 is R, the cutting tool 43
There is a relationship between the vertical movement amount △y and the movement amount ΔX in the cutting direction as follows: Δx = R-√(R2-△y2), so when moving vertically by △y, always According to the above formula, it is necessary to move by ΔX in the cutting direction.

又、切込み方向の移動量ΔＸに対しては、△ｙエフ２Δ
ｘ−Ｒ−ΔＸ２ なる関係に従い、上下方向に△ｙだけ追従させて移動さ
せる必要が有る。又、切込み量の設定に際しても、偏移
角θによる量を補正する。これらはＮＧ装置による計算
制御によれば、簡単に操作することができる。Also, for the amount of movement ΔX in the cutting direction, ΔyF2Δ
According to the relationship: x-R-ΔX2, it is necessary to move it by following Δy in the vertical direction. Also, when setting the depth of cut, the amount based on the deviation angle θ is corrected. These can be easily operated by calculation control using the NG device.

ところで、背分力検出手段としては、抵抗線歪計（スト
レンゲージ）或いは圧電センサなどを切込み送り機構４
５中に設け、たわみ振動子２０の軸線方向応力を検知す
る方式を用いることができるが、本実施例では第８図に
示すような方式を用いる。これによれば、背分力検出の
ためのセンサを別個に設ける必要がなく、たわみ振動子
２０における駆動用電歪素子２７自身を背分力検出セン
サとして用い、電気的差動検出手段により背分力検出信
号を検出するものである。By the way, as a means for detecting back force, a resistance wire strain gauge or a piezoelectric sensor can be used as a means for detecting the thrust force in the cutting feed mechanism 4.
Although a method can be used in which the stress in the axial direction of the deflection oscillator 20 is detected by installing the transducer in the oscillator 20, in this embodiment, a method as shown in FIG. 8 is used. According to this, there is no need to separately provide a sensor for detecting back force, and the drive electrostrictive element 27 itself in the deflection vibrator 20 is used as a back force detection sensor, and the back force is detected by the electrical differential detection means. It detects component force detection signals.

まず、第８図のように、電歪素子２７の分割線を境にし
て厚み方向に対して残留分極の方向を逆向きとさせた電
歪素子２７ａ、２７ｂを持つたわみ振動子２０を用いる
場合には、この第８図に示すような駆動系とともに構成
した背分力検出手段とすればよい。即ち、各々の電極板
２８．２９をたわみ共振周波数の同相電圧で励振させる
ものである。まず、検出トランス４８の１次巻線４９の
両端が電極板２８．２９に接続され、１次巻線４９のセ
ンタータップ５０には駆動電源５１が接続され、この駆
動電源５１の他端が接地されている。First, as shown in FIG. 8, when using a flexible vibrator 20 having electrostrictive elements 27a and 27b in which the direction of residual polarization is opposite to the thickness direction with respect to the dividing line of the electrostrictive element 27 as a boundary. In this case, a thrust force detecting means configured together with a drive system as shown in FIG. 8 may be used. That is, each of the electrode plates 28 and 29 is excited with a common mode voltage at the flexural resonance frequency. First, both ends of the primary winding 49 of the detection transformer 48 are connected to the electrode plate 28.29, a drive power source 51 is connected to the center tap 50 of the primary winding 49, and the other end of the drive power source 51 is grounded. has been done.

一方、２次巻線５２の両端には検出抵抗Ｒｓが接続され
、その一端が接地されている。On the other hand, a detection resistor Rs is connected to both ends of the secondary winding 52, and one end thereof is grounded.

これによれば、周波数をたわみ振動子２０のたわみ共振
点に調節した駆動電源５１からの励振出力が両方の電歪
素子２７ａ、２７ｂに同相で印加されるので、一方の電
歪素子２７ａ又は２７ｂが伸びた時には他方の電歪素子
２７ｂ又は２７ａは縮むことになり、たわみ共振振動を
励起し、バイト４３の刃先が軸線に直角な方向に振動す
る。According to this, the excitation output from the drive power source 51 whose frequency is adjusted to the deflection resonance point of the deflection vibrator 20 is applied to both electrostrictive elements 27a and 27b in the same phase, so that one electrostrictive element 27a or 27b When extended, the other electrostrictive element 27b or 27a contracts, exciting flexural resonance vibration, and the cutting edge of the cutting tool 43 vibrates in a direction perpendicular to the axis.

ここで、加工時に背分力ｐｔが印加され、電歪素子２７
ａ、２７ｂに均等な軸方向振動が感知されると、各々逆
相の電圧を発生するので、差動構成の検出トランス４８
の２次側に設けた検出抵抗Ｒｓの両端に背分力検出信号
として検出電圧Ｅｓが検出される。このような差動構成
の検出トランス４８や検出抵抗Ｒｓ等により背分力検出
手段５３が構成されている。ここに、検出電圧Ｅｓを駆
動電源５１の周波数で同期検波するようにすれば、軸方
向応力の正逆、即ち被加工物４２よりバイト４３の刃先
に向かうか或いは刃先より被加工物４２に向かうかを弁
別することもできる。このようにして、本実施例によれ
ば、たわみ振動子２０の軸線方向の応力（背分力）を検
出電圧Ｅｓによって直接検出することができる。Here, a thrust force pt is applied during processing, and the electrostrictive element 27
When equal axial vibrations are detected in a and 27b, voltages of opposite phases are generated in each of them, so the detection transformer 48 with a differential configuration is activated.
A detection voltage Es is detected as a thrust force detection signal at both ends of a detection resistor Rs provided on the secondary side of the motor. The thrust force detection means 53 is constituted by the detection transformer 48 having such a differential configuration, the detection resistor Rs, and the like. Here, if the detection voltage Es is synchronously detected with the frequency of the drive power source 51, the axial stress is directed in the opposite direction, that is, from the workpiece 42 toward the cutting edge of the cutting tool 43, or from the cutting edge toward the workpiece 42. It is also possible to distinguish between In this way, according to this embodiment, the stress (strain force) in the axial direction of the deflection vibrator 20 can be directly detected using the detection voltage Es.

ところで、このような背分力検出信号とバイト４３の位
置との関係について、第１図（ｂ）を参照して説明する
。図のように角度θで背分力検出信号が零となるように
設定された状態より、上下方向の位置△ｙが少ない状態
（即ち、上にずれた状態）では、バイト４３の刃先に向
かう背分力が印加され、検出信号Ｅｓが＋側となる。逆
に、上下方向の位置△ｙが大きい状態（即ち、下にずれ
た状態）では、バイト４３の刃先が被加工物４２に引か
れる向きの背分力が印加されるので、検出信号Ｅｓとし
ては一側の信号が出ツノされる。従って、検出信号Ｅｓ
が＋側であれば△ｙを大きくし、逆に検出信号Ｅｓが一
側であれば△ｙを小さくするように、上下送り機構４６
によりフィードバック制御するとともに、その上下送り
量に応じた切込み方向位置を切込み送り機構４５によっ
て追従制御し、検出信号Ｅｓが常に零となるように制御
する。これらは、切削加工動作中、連続的に制御される
。By the way, the relationship between such a thrust force detection signal and the position of the cutting tool 43 will be explained with reference to FIG. 1(b). As shown in the figure, when the vertical position △y is smaller than the state where the back force detection signal is set to zero at the angle θ (i.e., shifted upward), the force moves toward the cutting edge of the cutting tool 43. A thrust force is applied, and the detection signal Es becomes positive. On the other hand, when the vertical position Δy is large (that is, it is shifted downward), a back force is applied in the direction in which the cutting edge of the cutting tool 43 is pulled toward the workpiece 42, so that the detection signal Es is The signal on one side is output. Therefore, the detection signal Es
The vertical feed mechanism 46 increases △y if the detection signal Es is on the + side, and decreases △y if the detection signal Es is on one side.
At the same time, the position in the cutting direction corresponding to the vertical feed amount is tracked by the cutting feed mechanism 45, and the detection signal Es is controlled to always be zero. These are continuously controlled during the cutting operation.

以上の説明において、バイト４３の先端はたわみ振動子
２０の軸線と直角に振動するものとして説明したが、先
端の振動は必ずしも直角であるとは限らず、例えばバイ
トの交換や刃先の研ぎ方、形状などによっては僅かにず
れることは多々あり、これは超音波振動の微妙な欠点で
もある。しかるに、本実施例方式によれば、第９図に示
すように、バイト４３の刃先の振動方向が軸線と直角な
方向からずれたとしても、その振動方向が切削抵抗の合
力方向と一致するように制御し得ることは上述してきた
説明からも明かである。即ち、このような場合、被加工
物４２からの背分力Ｐｔを含めた合力Ｐの方向と振動方
向が一致しなければ、軸方向成分がたわみ振動子２０に
印加されるために、検出抵抗Ｒｓの両端の検出信号Ｅｓ
によって振動方向の異常が発見されることになる。即ち
、バイト４３の振動方向の軸線と直角方向からのずれを
含めて、被加工物４２の反作用と一致させ、良好なる振
動切削条件に設定することができる。In the above explanation, the tip of the cutting tool 43 was explained as vibrating at right angles to the axis of the deflection vibrator 20, but the vibration at the tip is not necessarily at right angles. There is often slight deviation depending on the shape, etc., and this is also a subtle drawback of ultrasonic vibration. However, according to the method of this embodiment, even if the direction of vibration of the cutting edge of the cutting tool 43 deviates from the direction perpendicular to the axis, as shown in FIG. It is clear from the above explanation that it is possible to control the That is, in such a case, if the vibration direction does not match the direction of the resultant force P including the thrust force Pt from the workpiece 42, the axial component will be applied to the deflection oscillator 20, so that the detection resistor Detection signal Es at both ends of Rs
An abnormality in the direction of vibration will be discovered. That is, it is possible to set favorable vibration cutting conditions by matching the reaction of the workpiece 42, including the deviation of the vibration direction of the cutting tool 43 from the direction perpendicular to the axis.

つづいて、本発明の第二の実施例を第１０図により説明
する。本実施例で用いる振動子は縦形振動子５４であり
、この縦形振動子５４はその軸方向に１／２波長で共振
するものである。そして、対称的な位置にバイト５５を
固定してなるバイトホルダ５６が縦形振動子５４の振動
ループの位置に設けられ、かつ、先端側には１７２波長
で軸方向に共振する共振体５７とともに中心ボルト（図
示せず）などにより一体的に締着されている。なお、５
８は電歪素子を締着させるためのボルトである。縦形振
動子５４はホルダ５９にそのノード部分でねじ６０など
により固定されている。そして、このホルダ５９は上下
送り機構６１及び切込み送り機構６２により上下方向（
Ｙ方向）及び切込み方向（Ｘ方向）に制御されるように
サドル６３に取付けられている。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The vibrator used in this embodiment is a vertical vibrator 54, and this vertical vibrator 54 resonates at 1/2 wavelength in its axial direction. A tool holder 56 with a tool 55 fixed in a symmetrical position is provided at the position of the vibration loop of the vertical vibrator 54, and a resonator 57 that resonates in the axial direction at 172 wavelengths is located at the center of the tool holder 56. They are integrally fastened with bolts (not shown) or the like. In addition, 5
8 is a bolt for fastening the electrostrictive element. The vertical vibrator 54 is fixed to the holder 59 at its node portion with screws 60 or the like. This holder 59 is moved in the vertical direction (
It is attached to the saddle 63 so as to be controlled in the Y direction) and the cutting direction (X direction).

ここで、このような縦形振動子５４が通常の縦形振動子
と異なる点は、前記実施例の電歪素子の場合と同様に、
２枚設けられた電歪素子６４が直径方向に２分割され、
各々より電極板６５；６６が導出されていることである
。そして、これらの電極板６５．６６は検出トランス６
７の１次巻線６８の両端に接続され、１次巻線６８の中
点タップ６９には駆動電源７０が接続されている。又、
検出トランス６７の２次巻線７１には検出抵抗Ｒ８が接
続され、その一端が接地されている。これらの検出トラ
ンス６７、検出抵抗Ｒｓ”Ｊにより背分力検出手段７２
が構成されている。Here, the difference between such a vertical vibrator 54 and a normal vertical vibrator is that, as in the case of the electrostrictive element in the above embodiment,
The two electrostrictive elements 64 are divided into two in the diameter direction,
Electrode plates 65 and 66 are led out from each. These electrode plates 65 and 66 are connected to the detection transformer 6.
A driving power source 70 is connected to a center tap 69 of the primary winding 68 . or,
A detection resistor R8 is connected to the secondary winding 71 of the detection transformer 67, and one end of the detection resistor R8 is grounded. These detecting transformers 67 and detecting resistors Rs"J provide a thrust force detecting means 72.
is configured.

二のような構成において、駆動電源７０の周波数を縦形
振動子５４の軸方向共振点に合せて駆動すると、共振ル
ープに設けられたバイトホルダ５６とともにバイト５５
は軸方向に強く共振振動する。そこで、被加工物７３を
このバイト５５の先端に接合させると振動切削が行なわ
れることになる。この際、被加工物７３からバイト５５
に向かう背分力が働くと、各々の電歪素子６４には異な
る応力が印加されるために、互いに逆相電圧を発生する
。よって、背分力検出手段７２の検出抵抗Ｒｓの両端に
は背分力検出信号Ｅｓを生ずる。In a configuration like 2, when the frequency of the drive power source 70 is driven to match the axial resonance point of the vertical vibrator 54, the cutting tool 55 and the cutting tool holder 56 provided in the resonance loop are driven.
vibrates strongly in the axial direction. Therefore, when the workpiece 73 is joined to the tip of the cutting tool 55, vibration cutting will be performed. At this time, from the workpiece 73 to the tool 55
When a thrust force toward the electrostrictive elements 64 acts, different stress is applied to each electrostrictive element 64, so that mutually opposite phase voltages are generated. Therefore, a back force detection signal Es is generated at both ends of the detection resistor Rs of the back force detection means 72.

そこで、前記実施例で説明した場合と同様に、この背分
力検出信号Ｅｓが零となるように、上下送り機構６１及
び切込み送り機構６２を制御することにより、効果的な
振動切削動作を行なわせ得る状態とすることができる。Therefore, as in the case explained in the above embodiment, by controlling the vertical feed mechanism 61 and the cutting feed mechanism 62 so that this thrust force detection signal Es becomes zero, an effective vibration cutting operation is performed. It is possible to make it possible to

なお、本実施例においても、背分力検出手段としては、
例えば切込み送り機構６２に設けた応力センサを用いる
ようにしてもよい。更に、上下送り機構はバイト先端と
被加工物の回転中心点との上下相対位置を変化させるも
ので、回転する被加工物を保持する主軸の上下送り機構
によってもよい。In addition, also in this embodiment, as the thrust force detection means,
For example, a stress sensor provided in the cutting feed mechanism 62 may be used. Further, the vertical feed mechanism changes the vertical relative position between the tip of the cutting tool and the rotational center point of the workpiece, and may be a vertical feed mechanism of a main shaft that holds the rotating workpiece.

発明の効果 本発明は、上述したように背分力検出信号が零となって
切削加工時の背分力を含め合力の方向とバイト刃先の振
動方向とを一致させるように、切込み方向送りの制御を
行ないながら上下方向の送りを制御するようにしたので
、円筒切削においては従来のような傾斜角度の設定手段
を含む複雑な機構や、刃先の上下位置を動かさずに傾斜
角度を設定しなければならないという困難かつ煩雑な方
法に比べて、著しく簡素された機構及び方法となり、更
には、切削加工中に切削条件が変化しても、その変化に
応じてリアルタイムで背分力補正を行なうこともでき、
常に切削仕上面が良好となる最良の振動切削効果が得ら
れる状態に制御できるものである。Effects of the Invention As described above, the present invention adjusts the feed direction in the cutting direction so that the back force detection signal becomes zero and the direction of the resultant force including the back force during cutting coincides with the vibration direction of the cutting tool tip. Since the feed in the vertical direction is controlled while performing the control, cylindrical cutting does not require a complicated mechanism that includes a means for setting the inclination angle, or the need to set the inclination angle without moving the vertical position of the cutting edge. This is a significantly simpler mechanism and method compared to the difficult and complicated method that requires You can also
It is possible to control the vibration cutting so that the best vibration cutting effect is always obtained, resulting in a good cutting surface.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図ないし第９図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図（ａ）（ｂ）は補正前・後の状態を示す縦断
側面図、第２図はたわみ振動子の基本的構造を示す断面
図、第３図は電歪素子の斜視図、第４図は電極板の斜視
図、第５図は支持状態を示す概略斜視図、第６図は振動
姿態を含めて示す縦断側面図、第７図は平面図、第８図
は駆動系及び検出系の回路図、第９図は異なる振動方向
状態時を示す概略側面図、第１０図は本発明の第二の実
施例を示す概略側面図、第１１図は従来例を示す側面図
、第１２図は力方向等示す側面図、第１３図はその背分
力補正の従来方式を示す側面図である。 ２０・・・たわみ振動子（超音波振動子）、４２・・・
被加工物、４３・・・バイト、４５・・・切込み送り機
構、４６・・・上下送り機構、５３・・・背分力検出手
段、５４・・・縦形振動子（超音波振動子）、５５・・
・バイト、６１・・・上下送り機構、６２・・・切込み
送り機構、７２・・・背分力検出手段、７３・・・被加
工物、Ｅｓ・・・検出電圧（背分力検出信号） 出　願　人　　　多賀電気株式会社 　９ｑ　− −第ＪＺ断は随５〕 Ｐｃ　　）’ 手続補正帯（自発） 昭和６２年　４月　６日 １、事件の表示 特願昭６２−４８２９０号 ２、発明の名称 超音波振動切削装置における背分力補正方法３、補正を
する者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代　理　人 〒１０７ な　　　　し ６、補正の対象 明細書 特願昭６２−４８２９０号補正書 この出願に関し、明細書中の記載を下記のように補正す
る。 記 ■、特許請求の範囲の記載を別紙のように補正する。 ２、第７頁第２行目の「補正時に、その補正とともに」
を「補正とともに」に補正する。 ３、第７頁第１３行目の「補正を伴うとともに」を「補
正を伴う」に補正する。 ２、特許請求の範囲 １、超音波振動子と、この超音波振動子によるバイトの
切削動作により発生する背分力を検出する背分力検出手
段と、切込み送り機構と、上下送り機構とを備えた超音
波振動切削装置において、前記切込み送り機構による前
記バイトの切込み方向への補正とともに前記背分力検出
手段により検出される背分力検出信号が零となるように
前記上下送り機構により前記バイトの上下位置の制御を
行なうようにしたことを特徴とする超音波振動切削装置
における背分力補正方法。 ２、被加工物の半径をＲとした時、バイトの上下方向の
移動量△ｙと切込み方向の移動量△ｘとの間に、△ｘ＝
Ｒ−ＪＲ２−△ｙ２なる関係を持たせて切込み方向の補
正を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波振動切削装置における背分力補正方法。1 to 9 show a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1(a) and 9(b) are longitudinal sectional side views showing the state before and after correction, and FIG. 2 is a flexural oscillator. FIG. 3 is a perspective view of the electrostrictive element, FIG. 4 is a perspective view of the electrode plate, FIG. 5 is a schematic perspective view showing the supported state, and FIG. 6 is a perspective view of the electrostrictive element, including the vibration state. 7 is a plan view, FIG. 8 is a circuit diagram of the drive system and detection system, FIG. 9 is a schematic side view showing different vibration direction states, and FIG. 10 is a second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a side view showing a conventional example, FIG. 12 is a side view showing the force direction, etc., and FIG. 13 is a side view showing a conventional method for correcting thrust force. 20... Deflection transducer (ultrasonic transducer), 42...
Workpiece, 43... Bit, 45... Cut feed mechanism, 46... Vertical feed mechanism, 53... Back force detection means, 54... Vertical vibrator (ultrasonic vibrator), 55...
- Bit, 61... Vertical feed mechanism, 62... Cut feed mechanism, 72... Back force detection means, 73... Workpiece, Es... Detection voltage (back force detection signal) Applicant: Taga Electric Co., Ltd. 9q - - No. JZ Decision No. 5] Pc)' Procedural Amendment Band (Voluntary) April 6, 1985 1, Indication of Case Patent Application No. 1982-48290 2, Title of the Invention Thrust force correction method in ultrasonic vibration cutting equipment 3, relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant 4, agent 〒107 None 6, amendment to the specification to be amended, Japanese Patent Application No. 1982-48290 This Regarding the application, the description in the specification is amended as follows. (2) The description of the claims shall be amended as shown in the attached sheet. 2. “At the time of amendment, along with the amendment” on page 7, line 2.
to "with correction". 3. On page 7, line 13, "with amendment" is amended to "with amendment". 2. Claim 1: An ultrasonic vibrator, a back force detection means for detecting a back force generated by the cutting operation of a cutting tool by the ultrasonic vibrator, a cutting feed mechanism, and a vertical feed mechanism. In the ultrasonic vibration cutting device, the vertical feed mechanism corrects the cutting tool in the cutting direction, and the vertical feed mechanism corrects the cutting force so that the back force detection signal detected by the back force detection means becomes zero. A method for correcting thrust force in an ultrasonic vibration cutting device, characterized in that the vertical position of a cutting tool is controlled. 2. When the radius of the workpiece is R, between the vertical movement amount △y of the cutting tool and the movement amount △x in the cutting direction, △x=
2. A thrust force correction method in an ultrasonic vibration cutting apparatus according to claim 1, wherein the cutting direction is corrected by giving the following relationship: R-JR2-Δy2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、超音波振動子と、この超音波振動子によるバイトの
切削動作により発生する背分力を検出する背分力検出手
段と、切込み送り機構と、上下送り機構とを備えた超音
波振動切削装置において、前記切込み送り機構による前
記バイトの切込み方向への補正時に、その補正とともに
前記背分力検出手段により検出される背分力検出信号が
零となるように前記上下送り機構により前記バイトの上
下位置の制御を行なうようにしたことを特徴とする超音
波振動切削装置における背分力補正方法。 ２、被加工物の半径をＲとした時、バイトの上下方向の
移動量△ｙと切込み方向の移動量△ｘとの間に、△ｘ＝
Ｒ−√（Ｒ＾２−△ｙ＾２）なる関係を持たせて切込み
方向の補正を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の超音波振動切削装置における背分力補正方法
。[Claims] 1. An ultrasonic vibrator, a back force detection means for detecting a back force generated by the cutting operation of a cutting tool by the ultrasonic vibrator, a cutting feed mechanism, and a vertical feed mechanism. In the ultrasonic vibration cutting device, when the cutting feed mechanism corrects the cutting tool in the cutting direction, the vertical force is adjusted so that the back force detection signal detected by the back force detection means becomes zero along with the correction. A method for correcting thrust force in an ultrasonic vibration cutting device, characterized in that the vertical position of the cutting tool is controlled by a feeding mechanism. 2. When the radius of the workpiece is R, between the vertical movement amount △y of the cutting tool and the movement amount △x in the cutting direction, △x=
A thrust force correction method in an ultrasonic vibration cutting device according to claim 1, characterized in that the cutting direction is corrected by giving the relationship R-√(R^2-△y^2). .