JPS63283802A - 超音波振動切削装置 - Google Patents
超音波振動切削装置Info
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- JPS63283802A JPS63283802A JP62116186A JP11618687A JPS63283802A JP S63283802 A JPS63283802 A JP S63283802A JP 62116186 A JP62116186 A JP 62116186A JP 11618687 A JP11618687 A JP 11618687A JP S63283802 A JPS63283802 A JP S63283802A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23B—TURNING; BORING
- B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
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- B23B29/125—Vibratory toolholders
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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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、超音波振動により切削する旋盤、形削り盤、
平削り盤などに利用される超音波振動切削装置に関する
。
平削り盤などに利用される超音波振動切削装置に関する
。
従来の技術
従来、切削装置に超音波振動を利用することが行われて
いる。例えば、旋盤においては、たわみ振動するバイト
シャンクを用いその先端に取り付けられたバイトを切削
加工物の接線方向に超音波振動させて加工するものであ
り、これにより切削抵抗が著しく減少して加工精度が向
上するなどの大きな振動切削効果を得ることが知られて
いる。
いる。例えば、旋盤においては、たわみ振動するバイト
シャンクを用いその先端に取り付けられたバイトを切削
加工物の接線方向に超音波振動させて加工するものであ
り、これにより切削抵抗が著しく減少して加工精度が向
上するなどの大きな振動切削効果を得ることが知られて
いる。
上述した超音波振動切削装置の一例を第６図に基づいて
説明する。まず、刃物台１の上部には、バイトシャンク
２が締め付は治具３により上下方向から振動のノード部
分（一点鎖線が交差する位置Ｎ１． Ｎ、）に位置させ
て挾持されており、またこのバイトシャンク２の上側に
位置する締め付は治具３の面は押え板４により上側から
押えられボルト５により固定されている。
説明する。まず、刃物台１の上部には、バイトシャンク
２が締め付は治具３により上下方向から振動のノード部
分（一点鎖線が交差する位置Ｎ１． Ｎ、）に位置させ
て挾持されており、またこのバイトシャンク２の上側に
位置する締め付は治具３の面は押え板４により上側から
押えられボルト５により固定されている。
次に、前記バイトシャンク２の片側の先端には被加工物
６に臨む工具としてのバイト７が固着されており、一方
前記バイトシャンク２の他端側にはこのバイトシャンク
２の振動のループ部分（一点鎖線上の位置Ｌ）に位置さ
せて縦形振動子８が振幅拡大ホーン９を介して接合され
ている。
６に臨む工具としてのバイト７が固着されており、一方
前記バイトシャンク２の他端側にはこのバイトシャンク
２の振動のループ部分（一点鎖線上の位置Ｌ）に位置さ
せて縦形振動子８が振幅拡大ホーン９を介して接合され
ている。
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ごとくバイトシャンク２は共
振振動を行いこれによりバイト７の先端は切削方向に超
音波振動し、上述したような振動切削効果を発揮する。
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ごとくバイトシャンク２は共
振振動を行いこれによりバイト７の先端は切削方向に超
音波振動し、上述したような振動切削効果を発揮する。
なお、この場合、被加工物６の切削速度をＶ、バイト７
の振動周波数をｆ、その振幅をａとすると、ｖ ＜ ２
πｆａなる条件を満足した時、その振動切削効果が現れ
る。
の振動周波数をｆ、その振幅をａとすると、ｖ ＜ ２
πｆａなる条件を満足した時、その振動切削効果が現れ
る。
また、超音波振動の発生源である縦形振動子８をバイト
７から離れた位置に設置できるために。
７から離れた位置に設置できるために。
この装置を汎用の旋盤に容易に取り付けることができる
。
。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、上述したような切削装置の場合、縦形振
動子８および拡大ホーン９が加工作業の邪魔になり、ま
たバイトシャンク２の刃物台１への取り付けが憇しいと
いう欠点がある。
動子８および拡大ホーン９が加工作業の邪魔になり、ま
たバイトシャンク２の刃物台１への取り付けが憇しいと
いう欠点がある。
すなわち、締め付は治具３が正しくバイトシャンク２の
ノード部分（位１ｉｆＮ１． Ｎ、）に位置しないと、
エネルギーロスを発生し、バイト７の刃先が正しい振動
方向から外れて前記振動切削効果を減殺するだけでなく
かえって有害な結果をもたらし、これによりバイトシャ
ンク２の交換に煩雑な手間と細心の注意とを必要とする
ことになる。
ノード部分（位１ｉｆＮ１． Ｎ、）に位置しないと、
エネルギーロスを発生し、バイト７の刃先が正しい振動
方向から外れて前記振動切削効果を減殺するだけでなく
かえって有害な結果をもたらし、これによりバイトシャ
ンク２の交換に煩雑な手間と細心の注意とを必要とする
ことになる。
また、バイト７はバイトシャンク２に銀ロウ接合などに
よって固着しなければならず、バイト７の交換には煩雑
な手間が必要となるという加工作業上の問題点がある。
よって固着しなければならず、バイト７の交換には煩雑
な手間が必要となるという加工作業上の問題点がある。
さらに、第７図に示すように、バイト７の被加工物６と
の接点０では、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が発生し、その結果
５合力Ｐがバイト７に作用して有害な異常振動を発生し
十分な振動切削効果が得られないという問題点がある。
の接点０では、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が発生し、その結果
５合力Ｐがバイト７に作用して有害な異常振動を発生し
十分な振動切削効果が得られないという問題点がある。
さらにまた、上述したような従来の超音波振動による切
削装置の場合、その構造上共振周波数は高々３０ＫＨｚ
止まりであり、一般に振動周波数が高くなればなるほど
精密な切削ができることを考慮すると、より一層高い周
波数で大きな出力の切削装置が要望されるようになって
きた。
削装置の場合、その構造上共振周波数は高々３０ＫＨｚ
止まりであり、一般に振動周波数が高くなればなるほど
精密な切削ができることを考慮すると、より一層高い周
波数で大きな出力の切削装置が要望されるようになって
きた。
問題点を解決するための手段
このような問題点を解決するために、振動のループ部分
に位置する上下端部を残してスリットにより分割された
複数の縦振動するユニットからなる幅広振動体の端面に
バイトを取り付けた。
に位置する上下端部を残してスリットにより分割された
複数の縦振動するユニットからなる幅広振動体の端面に
バイトを取り付けた。
作用
これによって、幅広振動体の端面に設けられたバイトに
は、各ユニットごとに発生する共振振動がループ部分に
位置する上下端部を介して合成されて伝わり強い上下振
動が起こるのでより一層大きな出力を取り出すことがで
き、また、その形状の小型化にともなって高い振動周波
数が得られるのでより一層精密な振動切削を行うことが
できる。
は、各ユニットごとに発生する共振振動がループ部分に
位置する上下端部を介して合成されて伝わり強い上下振
動が起こるのでより一層大きな出力を取り出すことがで
き、また、その形状の小型化にともなって高い振動周波
数が得られるのでより一層精密な振動切削を行うことが
できる。
実施例
本発明の第一実施例を第１図に基づいて説明する。まず
、幅広振動体１０は、縦方向に細長く設けられた４本の
平行なスリット１１により分割され各々同期して縦振動
することができる４組のユニット１２と、バイト１３が
銀ロウ接合などにより上部端面に固着された１組のユニ
ット１゛４とにより構成されている。
、幅広振動体１０は、縦方向に細長く設けられた４本の
平行なスリット１１により分割され各々同期して縦振動
することができる４組のユニット１２と、バイト１３が
銀ロウ接合などにより上部端面に固着された１組のユニ
ット１゛４とにより構成されている。
次に、圧電素子１５とステップ部をもつ金属材１６とバ
ックアツプ材１７とによりなる一体型の縦形振動子１８
が、その振動のループ部分（位置Ｌｌ）に位置する所で
ボルトなどにより前記４組のユニット上面に固定されて
いる。
ックアツプ材１７とによりなる一体型の縦形振動子１８
が、その振動のループ部分（位置Ｌｌ）に位置する所で
ボルトなどにより前記４組のユニット上面に固定されて
いる。
このような構成において、各々の縦形振動子１８の電気
端子を並列にして発振器（図示せず）により共振周波数
で圧電素子１５を駆動すると、この圧電素子１５により
発生した振動は金属材１６のステップ部によりその振幅
が拡大され、さらにその振動の振幅は・固定されている
４組のユニット１２にそれぞれ独立して伝わる。その結
果、これらユニット１２の上下端部がこの振動に同期し
て上下方向に振動するようになり、さらに、縦形振動体
１８のバックアツプ材１７の上部端面から幅広振動体１
０のユニット１２の下部端面までを１波長とする共振振
動が発生するようになる。
端子を並列にして発振器（図示せず）により共振周波数
で圧電素子１５を駆動すると、この圧電素子１５により
発生した振動は金属材１６のステップ部によりその振幅
が拡大され、さらにその振動の振幅は・固定されている
４組のユニット１２にそれぞれ独立して伝わる。その結
果、これらユニット１２の上下端部がこの振動に同期し
て上下方向に振動するようになり、さらに、縦形振動体
１８のバックアツプ材１７の上部端面から幅広振動体１
０のユニット１２の下部端面までを１波長とする共振振
動が発生するようになる。
この共振振動はユニット１２の上下端部を振動のループ
部分（位Ｍ Ｌｔ −Ｌｚ ）としその中央部を振動の
ノード部分（位置Ｎ）としているので、幅広振動体１０
全体の振動としては全幅にわたって上下端部は一様に上
下方向にピストン運動する。
部分（位Ｍ Ｌｔ −Ｌｚ ）としその中央部を振動の
ノード部分（位置Ｎ）としているので、幅広振動体１０
全体の振動としては全幅にわたって上下端部は一様に上
下方向にピストン運動する。
従って、幅広振動体１０の端部のユニット１４の上面に
設けられたバイト１３には、各ユニット１２ごとに発生
した共振振動がループ部分に位置する上下端部を介して
一層大きな出力を取り出すことができ、また、高い周波
数が得られるのでバイト１３を矢印方向に回転する被加
工物１９に当接させることによってより一層精密な振動
切削を行うことができる。
設けられたバイト１３には、各ユニット１２ごとに発生
した共振振動がループ部分に位置する上下端部を介して
一層大きな出力を取り出すことができ、また、高い周波
数が得られるのでバイト１３を矢印方向に回転する被加
工物１９に当接させることによってより一層精密な振動
切削を行うことができる。
上記の具体例としては、幅Ｌｏｏｍ麿、高さ３８ｍｍ、
厚さ１６＋ａｍのチタン合金材の幅広共振体と。
厚さ１６＋ａｍのチタン合金材の幅広共振体と。
大径部φ１５ｍ■、小径部φ７ｍｍの振動子にて構成し
た場合、共振周波数が６５ＫＨｚにて、チップ（バイト
を含んで構成されたもの）の振動振幅１０μｍＦ４の時
の最大出力として１５０Ｗが得られた。
た場合、共振周波数が６５ＫＨｚにて、チップ（バイト
を含んで構成されたもの）の振動振幅１０μｍＦ４の時
の最大出力として１５０Ｗが得られた。
次に、本発明の第二実施例を第２図ないし第４図に基づ
いて説明する。この実施例は、上述した第一実施例にお
けるバイト１３が取り付けられた幅広振動体１０の端面
のユニット１４と共振体２６によりチップ２５をその振
動ループにおいて挟持したことに特徴を有するものなの
で、その他の第一実施例と同一の構成１作用の部分につ
いての説明は省略する。
いて説明する。この実施例は、上述した第一実施例にお
けるバイト１３が取り付けられた幅広振動体１０の端面
のユニット１４と共振体２６によりチップ２５をその振
動ループにおいて挟持したことに特徴を有するものなの
で、その他の第一実施例と同一の構成１作用の部分につ
いての説明は省略する。
従来、振動切削用刃物を振動体に取付けるに際してネジ
止めすると、刃物の質量と振動加速度との積の力が接合
面にかかり、振動振幅の小さい場合はともかく、実用域
の振幅においては接合が不安定になって安定した振動を
発生させることができない。そのため、刃物は銀ロウ接
合によってシャンクなどに固着しなければならず、刃物
の互換性が非常に悪い′ものである。このような問題点
を解決したのが本実施例である。
止めすると、刃物の質量と振動加速度との積の力が接合
面にかかり、振動振幅の小さい場合はともかく、実用域
の振幅においては接合が不安定になって安定した振動を
発生させることができない。そのため、刃物は銀ロウ接
合によってシャンクなどに固着しなければならず、刃物
の互換性が非常に悪い′ものである。このような問題点
を解決したのが本実施例である。
まず、幅広振動体１０を固定する振動体ホルダ２０は、
上向きコの字形をした２本の平行な側板２１に８個のネ
ジ穴（図示せず）が設けられており、その底面のベース
プレート２２には４個の穴２３が設けられている。
上向きコの字形をした２本の平行な側板２１に８個のネ
ジ穴（図示せず）が設けられており、その底面のベース
プレート２２には４個の穴２３が設けられている。
次に、前記振動体ホルダ２０によって固定される前記幅
広振動体１０は、４組のユニット１２の側面に円錐状の
凹み２４が各々設けられており、端部のユニット１４の
上面にはチップ２５（バイトを構成するもの）が共振棒
２６により挾持されボルト２７で堅く固定されている。
広振動体１０は、４組のユニット１２の側面に円錐状の
凹み２４が各々設けられており、端部のユニット１４の
上面にはチップ２５（バイトを構成するもの）が共振棒
２６により挾持されボルト２７で堅く固定されている。
近年、このチップ２５の形状はスローアウェイチップの
ものとして、正三角形チップ２８，２９．３０や正四角
形チップ３１の各種形状のものが市販されている。
ものとして、正三角形チップ２８，２９．３０や正四角
形チップ３１の各種形状のものが市販されている。
そこでこの実施例では、前記ユニット１４の形状を前記
チップ２５の形状に応じて変形させた、前記正三角形チ
ップ２８を取り付ける前記ユニット１４と、前記正三角
形チップ２９．３０の取り付は角度を変えた前記ユニッ
ト１４と、前記正四角形チップ３１を取り付ける前記ユ
ニット１４などを設けた。
チップ２５の形状に応じて変形させた、前記正三角形チ
ップ２８を取り付ける前記ユニット１４と、前記正三角
形チップ２９．３０の取り付は角度を変えた前記ユニッ
ト１４と、前記正四角形チップ３１を取り付ける前記ユ
ニット１４などを設けた。
このような構成において、まず、幅広振動体１０はその
ユニット１２の側板２１の凹み２４が振動体ホルダ２０
のネジ穴に螺合するトガリ先ボルト３２と接触し堅く固
定されナツト３３によりロックされることにより振動体
ホルダ２０に固定される。ただし、このユニット１２の
側面の凹みは、振動のノード部分（位置Ｎ）に位置する
ようになっている。また、この振動体ホルダ２０はその
ベースプレート２２の穴２３によりスライドテーブルな
どにボルト（図示せず）で固定される。
ユニット１２の側板２１の凹み２４が振動体ホルダ２０
のネジ穴に螺合するトガリ先ボルト３２と接触し堅く固
定されナツト３３によりロックされることにより振動体
ホルダ２０に固定される。ただし、このユニット１２の
側面の凹みは、振動のノード部分（位置Ｎ）に位置する
ようになっている。また、この振動体ホルダ２０はその
ベースプレート２２の穴２３によりスライドテーブルな
どにボルト（図示せず）で固定される。
次に、幅広振動体１０の端部のユニット１４上面にはチ
ップ２５がこれと一体となってその長さ方向に１／２波
長で共振する共振体２６に挾持されてボルト２７により
堅く固定されている。また、このチップ２５は振動のル
ープ部分（位置Ｌ□）に位置しているのでその両側より
圧着する共振棒２６とユニット１４との振動慣性のため
に一層安定した接合が得られる。
ップ２５がこれと一体となってその長さ方向に１／２波
長で共振する共振体２６に挾持されてボルト２７により
堅く固定されている。また、このチップ２５は振動のル
ープ部分（位置Ｌ□）に位置しているのでその両側より
圧着する共振棒２６とユニット１４との振動慣性のため
に一層安定した接合が得られる。
さらに１幅広振動体１０の端部のユニット１４の形状を
市販のチップ２５の形状に応じて変形することによって
、多種多用なチップ２８，２９゜３０．３１を容易に取
り付けることができしかもこれにより安定した振動切削
を行うことができる。
市販のチップ２５の形状に応じて変形することによって
、多種多用なチップ２８，２９゜３０．３１を容易に取
り付けることができしかもこれにより安定した振動切削
を行うことができる。
上述したような第一実施例および第二実施例では切削加
工時に切削方向に直角に発生する切削抵抗の背分力Ｐｔ
（第７図参照）のために振動切削効果が損われることも
しばしば起こる。そこで、第三実施例として、第５図に
示すように、振動体ホルダ２０の側板２１に傾斜を持た
せて幅広振動体１０を傾斜させて取り付けることによっ
て、切削抵抗の合力Ｐとチップ２５の振動方向とを一致
させ、これによって背分力ｐｔの影響をなくして振動切
削を効率良く行うことができる。
工時に切削方向に直角に発生する切削抵抗の背分力Ｐｔ
（第７図参照）のために振動切削効果が損われることも
しばしば起こる。そこで、第三実施例として、第５図に
示すように、振動体ホルダ２０の側板２１に傾斜を持た
せて幅広振動体１０を傾斜させて取り付けることによっ
て、切削抵抗の合力Ｐとチップ２５の振動方向とを一致
させ、これによって背分力ｐｔの影響をなくして振動切
削を効率良く行うことができる。
発明の効果
本発明は、振動のループ部分に位置する上下端部を残し
てスリットにより分割された複数の縦振動するユニット
からなる幅広振動体の端面にバイトを設けたので、この
バイトには共振振動を行う各ユニットにより一層大きな
出力を取り出すことができさらにその形状の小型化にと
もなって高い周波数を発生させることができるので一層
精密な振動切削を行うことができるのであり、また、チ
ップは共振棒と幅広振動体の端部ユニットの振動ループ
にて挟持されるので、その振動慣性により安定に固定さ
れ、多種多用なチップ形状のものを容易に素早く取り付
けられ常に安定した振動切削が行えるので作業の効率化
を計ることができると云う効果を有するものである。
てスリットにより分割された複数の縦振動するユニット
からなる幅広振動体の端面にバイトを設けたので、この
バイトには共振振動を行う各ユニットにより一層大きな
出力を取り出すことができさらにその形状の小型化にと
もなって高い周波数を発生させることができるので一層
精密な振動切削を行うことができるのであり、また、チ
ップは共振棒と幅広振動体の端部ユニットの振動ループ
にて挟持されるので、その振動慣性により安定に固定さ
れ、多種多用なチップ形状のものを容易に素早く取り付
けられ常に安定した振動切削が行えるので作業の効率化
を計ることができると云う効果を有するものである。
第１図は本発明の第一実施例を示す側面図、第２図は本
発明の第二実施例を示す一部を切り欠いた側面図、第３
図はその振動体ホルダを含めて示す斜視図、第４図は第
２図の端部のユニット形状をチップ形状に応じて変形さ
せた場合の斜視図、第５図は本発明の第三実施例を示す
側面図、第６図は従来例を示す一部を切り欠いた側面図
、第７図は切削加工時の力成分を表す側面図である。 １０・・・幅広振動体、１１・・・スリット、１２，１
４・・・ユニット、１３・・・バイト、１８・・・縦形
振動子、２５．２８，２９，３０，３１・・・チップＪ
−３！ 菌 Ｕ社図 （ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｃｌ、）
発明の第二実施例を示す一部を切り欠いた側面図、第３
図はその振動体ホルダを含めて示す斜視図、第４図は第
２図の端部のユニット形状をチップ形状に応じて変形さ
せた場合の斜視図、第５図は本発明の第三実施例を示す
側面図、第６図は従来例を示す一部を切り欠いた側面図
、第７図は切削加工時の力成分を表す側面図である。 １０・・・幅広振動体、１１・・・スリット、１２，１
４・・・ユニット、１３・・・バイト、１８・・・縦形
振動子、２５．２８，２９，３０，３１・・・チップＪ
−３！ 菌 Ｕ社図 （ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｃｌ、）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、振動のループ部分に位置する上下端部を残してスリ
ットにより分割された複数の縦振動するユニットからな
る幅広振動体の端面にバイトを設けたことを特徴とする
超音波振動切削装置。 ２、振動のループ部分に位置する上下端部を残してスリ
ットにより分割された複数の縦振動するユニットからな
る幅広振動体の端面に一体で縦共振する共振棒により挟
持してバイトを設けたことを特徴とする超音波振動切削
装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116186A JPS63283802A (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 超音波振動切削装置 |
| DE3813176A DE3813176A1 (de) | 1987-05-13 | 1988-04-20 | Ultraschallschwingungs-bearbeitungsvorrichtung |
| US07/185,051 US4856391A (en) | 1987-05-13 | 1988-04-22 | Ultrasonic oscillation machining apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116186A JPS63283802A (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 超音波振動切削装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63283802A true JPS63283802A (ja) | 1988-11-21 |
Family
ID=14680947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116186A Pending JPS63283802A (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 超音波振動切削装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4856391A (ja) |
| JP (1) | JPS63283802A (ja) |
| DE (1) | DE3813176A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112756696A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-05-07 | 上海骄成机电设备有限公司 | 一种超声波裁切装置及超声波裁切方法 |
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1988
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- 1988-04-22 US US07/185,051 patent/US4856391A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3813176A1 (de) | 1988-12-01 |
| US4856391A (en) | 1989-08-15 |
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