DE69923891T2

DE69923891T2 - Elliptische Schwingungsschneidmethode und elliptisches Schwingungsschneidgerät

Info

Publication number: DE69923891T2
Application number: DE1999623891
Authority: DE
Inventors: Makoto C/O Towa Corporation Matsuo; Toshimichi Moriwaki; Eiji Shamoto
Original assignee: Moriwaki Toshimichi Kobe; Shamoto Eiji Takarazuha; Towa Corp
Current assignee: Moriwaki Toshimichi Kobe; Shamoto Eiji Takarazuha; Towa Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: JP4268246B2; JP2000052101A; EP0979700B1; DE69923891D1; EP0979700A2; EP0979700A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen eines Schneidverfahrens mit elliptischen Schwingungen und einer elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung, die ein Schneidwerkzeug in Bezug auf ein Werkstück, beispielsweise ein Stahlprodukt, in relative elliptische Schwingungen versetzt, um das Werkstück mit dem Schneidwerkzeug zu schneiden.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen wird ein Werkstück wie z. B. ein Stahlprodukt durch ein normales Schneidverfahren geschnitten, damit es in eine erforderliche Form bearbeitet wird.
Bei diesem Verfahren wird ein Schneidwerkzeug in Bezug auf das Werkstück in einer konstanten Richtung relativ fortbewegt, wodurch das Werkstück in einem vorgeschriebenen Ausmaß geschnitten wird.
Beim normalen Schneidverfahren ist der Reibwiderstand (Schneidwiderstand) des Werkstücks erhöht, was zu einer geringeren maschinellen Bearbeitungsfähigkeit führt, und daher wird ein Span, der aus dem Werkstück nach vorn ausgeschnitten wird, durch das Schneidwerkzeug gepresst und seine Dicke erhöht.
Wenn ein Eisenmaterial wie z. B. ein Stahlprodukt mit einem Diamantwerkzeug zur Ultrapräzisionsbearbeitung normal geschnitten wird, steht das Diamantwerkzeug regelmäßig mit dem Eisenmaterial in Kontakt, was am Kontaktteil (Reibungs-) Wärme erzeugt und eine Atmosphäre mit hoher Temperatur und hohem Druck schafft. Ferner wird im Eisenmaterial aufgrund der chemischen Affinität zwischen dem Diamantwerkzeug (Kohlenstoff) und dem Eisenmaterial Kohlenstoff verteilt. Somit verschleißt das Diamantwerkzeug so leicht, dass das Eisenmaterial mit dem Diamantwerkzeug nicht ultrapräzise geschnitten werden kann.
In dieser Hinsicht wird das Schneiden mit elliptischen Schwingungen mit einer elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung 51, die in 8 und 9 gezeigt ist, untersucht.
Diese Vorrichtung 51 kann den Schneidwiderstand verringern, die Wärmeleitung zu einem Schneidwerkzeug mittels unstetigem Schneiden verringern, eine Kühlzeit für das Schneidwerkzeug vorsehen und ein Eisenmaterial mit einem Diamantwerkzeug ultrapräzise schneiden.
Die in 8 und 9 gezeigte Vorrichtung 51 umfasst ein Schneidwerkzeug 53, das ein Werkstück 52 wie z. B. ein Stahlprodukt schneidet, einen elliptischen Vibrator 54, der das Schneidwerkzeug 53 in elliptische Schwingungen versetzt, Unterstützungselemente 55a und 55b, die den elliptischen Vibrator 54 unterstützen, und eine Basis 56 zum Aufsetzen der Unterstützungselemente 55a und 55b. Der elliptische Vibrator 54 umfasst einen prismenförmigen Körperabschnitt 57, der an einem zentralen Abschnitt des elliptischen Vibrators 54 vorgesehen ist, und Stufenhornabschnitte 58 von einem einstufigen Horntyp, die jeweils von beiden Enden des prismenförmigen Körperabschnitts 57 vorstehen. Einer der Stufenhornabschnitte 58, der von einem Ende des prismenförmigen Körperabschnitts 57 vorsteht, ist mit einem Montageteil 64 zum Montieren des Schneidwerkzeugs 53 versehen.
Die Vorrichtung 51 umfasst ferner piezoelektrische Elemente 61 und 62, die eine elliptische Schwingung (flexible Schwingung) im elliptischen Vibrator 54 erzeugen, und einen Steuermechanismus 63, der einzeln vorgeschriebene Sinusspannungen in die piezoelektrischen Elemente 61 und 62 eingibt, um dieselben anzusteuern. Horizontale Oberflächen 59 und vertikale Oberflächen 60 auf den Seitenflächen des prismenförmigen Körperabschnitts 57 definieren Montageoberflächen (Ebenen) für die piezoelektrischen Elemente 61 und 62.
Der Steuermechanismus 63 gibt einzeln Sinusspannungen mit derselben Frequenz, die beispielsweise um 90 Grad phasenverschoben sind, in die piezoelektrischen Elemente 61, die an den horizontalen Oberflächen 59 montiert sind, und die piezoelektrischen Elemente 62, die an den vertikalen Oberflächen 60 montiert sind, ein, um dieselben anzusteuern, wodurch eine flexible Schwingung im elliptischen Vibrator 54 in zwei senkrechten Richtungen (in 9 vertikale und horizontale Richtung) erzeugt wird, wobei die Unterstützungselemente 55a und 55b Unterstützungspunkte für die Schwingung bilden. Der elliptische Vibrator 54 kann durch Zusammensetzen der Schwingung in elliptische Schwingungen versetzt werden.
Einer solchen elliptischen Schwingung des elliptischen Vibrators 54 folgend zieht das (die Schneidkante von dem) Schneidwerkzeug 53, das am Montageteil 64 montiert ist, einen Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung nach.
Somit kann die Vorrichtung 51 einen Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen am Werkstück 52 mit dem Schneidwerkzeug 53 durchführen. Mit anderen Worten, die Vorrichtung 51 kann elektrische Energie (Sinusspannung) in mechanische Energie (flexible Schwingung und elliptische Schwingung) mit dem elliptischen Vibrator 54 umwandeln.
Mit Bezug auf 8 liegen drei Schwingungsschleifen im Abstand M zwischen den Unterstützungselementen 55a und 55b.
Wenn ein Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen am vorstehend erwähnten Eisenmaterial mit einem Diamantwerkzeug durchgeführt wird, kann der Schneidwiderstand verringert werden und die Wärmeleitung zum Schneidwerkzeug kann mittels unstetigem Schneiden verringert werden, während eine Kühlzeit für das Schneidwerkzeug vorgesehen werden kann und das Eisenmaterial mit dem Diamantwerkzeug ultrapräzise bearbeitet werden kann.
Wenn der elliptische Vibrator 54 in flexible (elliptische) Schwingungen versetzt wird, stören (hemmen) jedoch Eckenabschnitte des prismenförmigen Körperabschnitts 57 die flexible Schwingung in zwei Richtungen beachtlich, was zu einer beachtlichen Verzerrung führt. Entsprechend dem Ausmaß an Störung durch die Eckenabschnitte wird daher der Energieverlust im elliptischen Vibrator 54 so erhöht, dass es schwierig ist, einen gewünschten Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung zu erhalten.
Mit dem elliptischen Vibrator 54 mit dem prismenförmigen Körperabschnitt 57 kann daher der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung, der vom Schneidwerkzeug 53 nachgezogen wird, nicht vergrößert werden, was nachteiligerweise zu einer geringeren maschinellen Bearbeitungsfähigkeit des mit dem Schneidwerkzeug 53 geschnittenen Werkstücks 52 führt.
Mit anderen Worten, elektrische Energie kann mit dem elliptischen Vibrator 54 mit dem prismenförmigen Körperabschnitt 57 nicht effizient in mechanische Energie umgewandelt werden.
Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, in einer elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung mit einem elliptischen Vibrator einen Aufenthaltsort einer elliptischen Schwingung an der Schneidkante eines Schneidwerkzeugs, das durch den elliptischen Vibrator in elliptische Schwingungen versetzt wird, zu vergrößern und die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit eines mit dem Schneidwerkzeug geschnittenen Werkstücks zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung, die in der Lage ist, elektrische Energie effizient in mechanische Energie umzuwandeln und das Schneiden eines Werkstücks mit elliptischen Schwingungen effizient durchzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine elliptisch schwingende Schneidvorrichtung bereit, die einen elliptischen Vibrator umfasst, um ein Schneidwerkzeug in elliptische Schwingungen zu versetzen, um einen Schneidvorgang auszuführen, während das Schneidwerkzeug in Bezug auf das Werkstück elliptisch schwingt, wobei der elliptische Vibrator einen Körperabschnitt mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit mehreren Antriebselementen zum Antreiben des an dem Körperabschnitt angebrachten elliptischen Vibrators umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsoberfläche einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweist, um die Störung der elliptischen Schwingungen im elliptischen Vibrator zu verringern und um einen Aufenthaltsort der Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs zu vergrößern.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der erfindungsgemäßen elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung ist ein Stufenhornabschnitt im elliptischen Vibrator in einer mehrstufigen Hornform vorgesehen, wodurch der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs vergrößert wird.
Vorzugsweise ist der vorstehend erwähnte Stufenhornabschnitt dadurch gebildet, dass ein Horn aufeinander folgend mit Hörnern mit kleineren Querschnittsflächen als dieses Horn vorgesehen ist.
Der vorstehend erwähnte Stufenhornabschnitt kann in einer zweitstufigen Hornform vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße elliptisch schwingende Schneidvorrichtung kann ferner einen Verfolgungsmechanismus, der die elliptische Schwingung verfolgt, und einen Rückkopplungsmechanismus, der die elliptische Schwingung auf der Grundlage eines Ergebnisses der Verfolgung durch den Verfolgungsmechanismus fein steuert, umfassen.
Ferner kann die erfindungsgemäße elliptisch schwingende Schneidvorrichtung weiterhin ein Unterstützungselement umfassen, das den elliptischen Vibrator in der Position eines Schwingungsknotens unterstützt.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen bereit, das einen elliptischen Vibrator verwendet, um ein Schneidwerkzeug in elliptische Schwingungen zu versetzen, um einen Schneidvorgang auszuführen, während das Schneidwerkzeug in Bezug auf ein Werkstück elliptisch schwingt, wobei der elliptische Vibrator einen Körperabschnitt mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit mehreren Antriebselementen zum Antreiben des an dem Körperabschnitt angebrachten elliptischen Vibrators umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsoberfläche einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweist, um die Störung der elliptischen Schwingungen in dem elliptischen Vibrator zu verringern und einen Aufenthaltsort der Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs zu vergrößern.
Stufenhornabschnitte zum Verstärken der elliptischen Schwingung stehen vorzugsweise einzeln von beiden Enden des vorstehend erwähnten Körperabschnitts vor und jeder Stufenhornabschnitt weist ein großes Horn, das am Körperabschnitt vorgesehen ist, und ein kleines Horn, das am großen Horn vorgesehen ist, auf. Das große Horn und das kleine Horn sind vorzugsweise zylindrisch.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen wird die elliptische Schwingung verfolgt und erfasst und feingesteuert, wodurch der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs stabilisiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Körperabschnitt mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit einem gekrümmten Oberflächenabschnitt, z. B. einem zylindrischen Körperabschnitt, an einem zentralen Teil des elliptischen Vibrators vorgesehen, der an der elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung vorgesehen ist, wobei das Ausmaß der Störung, die auf die elliptische Schwingung des elliptischen Vibrators mit dem Körperabschnitt ausgeübt wird, im Vergleich zu dem Fall der Verwendung des herkömmlichen elliptischen Vibrators mit dem prismenförmigen Körperabschnitt verringert werden kann. Somit kann ein gewünschter Aufenthaltsort leicht erhalten werden und der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung, der von der Schneidkante des Schneidwerkzeugs nachgezogen wird, das an einem Ende des elliptischen Vibrators vorgesehen ist, kann vergrößert werden.
Somit kann elektrische Energie (Sinusspannung) im Vergleich zum Stand der Technik effizienter in mechanische Energie (elliptische Schwingung) umgewandelt werden.
Das Ausmaß an Störung, das auf die elliptische Schwingung ausgeübt wird, kann verringert werden, um leicht einen gewünschten Aufenthaltsort zu erhalten, wodurch eine flexible Schwingung in zwei Richtungen unabhängig (einzeln) rückkopplungsgesteuert werden kann, wenn der elliptische Vibrator mit dem Körperabschnitt in elliptische Schwingungen versetzt wird.
Die vorangehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Vorderseitenansicht, die schematisch eine erfindungsgemäße elliptisch schwingende Schneidvorrichtung zeigt;
2 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Seitenfläche der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt;
3 ist ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen von Schwingungsrichtungen eines Schneidwerkzeugs in der erfindungsgemäßen elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung;
4 ist ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen eines Schneidprinzips im Fall der Erzeugung einer elliptischen Schwingung im Schneidwerkzeug der erfindungsgemäßen elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung;
5 stellt einen Aufenthaltsort einer elliptischen Schwingung dar, die im Schneidwerkzeug der in 1 gezeigten Vorrichtung erzeugt wird;
6 stellt die Beziehung zwischen einem Geschwindigkeitsverhältnis und einem Schneidwiderstand im Fall der Durchführung eines Schneidvorgangs mit elliptischen Schwingungen mit dem Schneidwerkzeug der erfindungsgemäßen elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung dar;
7 stellt die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis und einem Scherwinkel im Fall der Durchführung eines Schneidvorgangs mit elliptischen Schwingungen mit dem Schneidwerkzeug der erfindungsgemäßen elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung dar;
8 ist eine schematische Vorderseitenansicht, die schematisch eine herkömmliche elliptisch schwingende Schneidvorrichtung zeigt;
9 ist eine schematische Seitenansicht, die schematisch eine Seitenfläche der in 8 gezeigten Vorrichtung zeigt; und
10 stellt einen Aufenthaltsort einer elliptischen Schwingung dar, die in einem Schneidwerkzeug in der in 8 gezeigten Vorrichtung erzeugt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 zeigen eine elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in 1 und 2 gezeigte elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 weist ein Schneidwerkzeug 6 zum Schneiden eines Werkstücks 5 wie z. B. eines Stahlprodukts, einen elliptischen Vibrator (Schwingungselement) 2, der das (die Schneidkante von dem) Schneidwerkzeug 6 in elliptische Schwingungen versetzt, Unterstützungselemente 3a und 3b, die den elliptischen Vibrator 2 unterstützen, und eine Basis 4 zum Aufsetzen der Unterstützungselemente 3a und 3b auf. Ein Montageteil 20 zum Montieren des Schneidwerkzeugs 6 ist an einem Ende des elliptischen Vibrators 2 vorgesehen.
Ein zylindrischer Körperabschnitt 7 ist an einem zentralen Teil des elliptischen Vibrators 2 vorgesehen, während Stufenhornabschnitte 8 von einem zweistufigen Horntyp zum Verstärken der elliptischen Schwingung einzeln von beiden Enden des Körperabschnitts 7 vorstehen.
Jeder Stufenhornabschnitt 8 ist durch ein zylindrisches großes Horn 12, das am zylindrischen Körperabschnitt 7 vorgesehen ist, und ein zylindrisches kleines Horn 13, das am großen Horn 12 vorgesehen ist, gebildet. Der Montageteil 20 ist an (dem zylindrischen kleinen Horn 13 von) einem der Stufenhornabschnitte 8 vorgesehen, die am elliptischen Vibrator 2 vorgesehen sind.
Wie in 1 gezeigt, verlaufen die Stufenhornabschnitte 8 (die zylindrischen großen Hörner 12 in 1) einzeln durch die Unterstützungselemente 3a und 3b, so dass der elliptische Vibrator 2 in diesem Zustand unterstützt werden kann. Das Symbol L bezeichnet den Abstand zwischen den Unterstützungselementen 3a und 3b.
Der zylindrische Körperabschnitt 7 des elliptischen Vibrators 2 ist mit einer erforderlichen Anzahl (vier in 1 und 2) von piezoelektrischen Elementen 9 und 10 zum Erzeugen einer elliptischen Schwingung im elliptischen Vibrator 2 versehen. Horizontale Oberflächen 14 und vertikale Oberflächen 15 sind senkrecht an der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 als Montageoberflächen (Ebenen) für die piezoelektrischen Elemente zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10 vorgesehen.
Somit sind die piezoelektrischen Elemente 9 an den horizontalen Oberflächen 14 vorgesehen, während die piezoelektrischen Elemente 10 an den vertikalen Oberflächen 15 vorgesehen sind, wie in 1 und 2 gezeigt.
Um die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 einzeln anzusteuern, ist ein Steuermechanismus 11 zum einzelnen Eingeben von vorgeschriebenen Sinusspannungen in die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 und zum Ansteuern/Steuern derselben vorgesehen. Eine elliptische Schwingung (flexible Schwingung) kann im elliptischen Vibrator 2 erzeugt werden, indem die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 mit dem Steuermechanismus 11 einzeln angesteuert werden.
Der Steuermechanismus 11 gibt einzeln Sinusspannungen mit vorgeschriebenen Frequenzen, vorgeschriebenen Amplituden und vorgeschriebenen Phasen (vorgeschriebene Phasendifferenz) in die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 ein.
In der Vorrichtung 1 bilden der elliptische Vibrator 2, die piezoelektrischen Elemente 9 und 10, der Steuermechanismus 11 und die Unterstützungselemente 3a und 3b eine elliptisch schwingende Einheit, die das Schneidwerkzeug 6 in elliptische Schwingungen versetzt.
Der Steuermechanismus 11 gibt eine vorgeschriebene Sinusspannung in die piezoelektrischen Elemente 9 ein, die an den horizontalen Oberflächen 14 vorgesehen sind, wodurch eine flexible Schwingung im elliptischen Vibrator 2 entlang einer Richtung Y (vertikale Richtung) erzeugt wird, wobei die Unterstützungselemente 3a und 3b Unterstützungspunkte bilden, während eine Sinusspannung mit einer vorgeschriebenen Phasendifferenz (von beispielsweise 90 Grad) bezüglich jener, die in die piezoelektrischen Elemente 9 eingegeben wird, die an den horizontalen Oberflächen 14 vorgesehen sind, in die piezoelektrischen Elemente 10 eingegeben wird, die an den vertikalen Oberflächen 15 vorgesehen sind, wodurch eine flexible Schwingung im elliptischen Vibrator 2 entlang einer Richtung X (horizontale Richtung) erzeugt wird, wobei die Unterstützungselemente 3a und 3b Unterstützungspunkte bilden (siehe 2).
Somit kann eine elliptische Schwingung am Montageteil 20 für den elliptischen Vibrator 2 erzeugt werden, indem die flexible Schwingung durch die piezoelektrischen Elemente 9, die an den horizontalen Oberflächen 14 vorgesehen sind, und jene durch die piezoelektrischen Elemente 10, die an den vertikalen Oberflächen 15 vorgesehen sind, zusammengesetzt werden, während der elliptische Vibrator 2 die elliptische Schwingung auf das Schneidwerkzeug 6 überträgt, so dass die Schneidkante des Schneidwerkzeugs 6 in elliptische Schwingungen versetzt werden kann, während es einen Aufenthaltsort 16 (siehe 2) der elliptischen Schwingung nachzieht (die Schneidkante des Schneidwerkzeugs 6 wird gedreht, während es den Aufenthaltsort 16 der elliptischen Schwingung nachzieht).
Die elliptische Schwingung im elliptischen Vibrator 2 wird zusammengesetzt, indem die flexible Schwingung durch die piezoelektrischen Elemente 9 und jene durch die piezoelektrischen Elemente 10 mechanisch in Resonanz gebracht werden (flexible Schwingung in zwei Richtungen entlang der Richtungen X und Y in dem in 2 gezeigten Beispiel).
In der Vorrichtung 1 gibt der Steuermechanismus 11 einzeln die Sinusspannungen mit einer vorgeschriebenen Phasendifferenz in die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 ein, um dieselben anzusteuern, wodurch eine flexible Schwingung im elliptischen Vibrator 2 entsprechend den piezoelektrischen Elementen 9 bzw. 10 erzeugt wird. Die flexible Schwingung durch die piezoelektrischen Elemente 9 und jene durch die piezoelektrischen Elemente 10 werden zusammengesetzt, wodurch eine elliptische Schwingung im Montageteil 20 für den elliptischen Vibrator 2 erzeugt wird und das Schneidwerkzeug 6 in elliptische Schwingungen versetzt wird, um einen Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen am Werkstück 5 mit dem Schneidwerkzeug 6 durchzuführen.
Mit Bezug auf 1 und 2 sind zwei horizontale Oberflächen 14 und zwei vertikale Oberflächen 15 an der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 als Oberflächen zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10 vorgesehen und die (vier) piezoelektrischen Elemente 9 und 10 sind einzeln an den Oberflächen 14 bzw. 15 vorgesehen.
In diesem Fall versetzen die piezoelektrischen Elemente 9, die an den zwei horizontalen Oberflächen 14 vorgesehen sind (oder die piezoelektrischen Elemente 10, die an den zwei vertikalen Oberflächen 15 vorgesehen sind) den elliptischen Vibrator 2 in derselben Richtung in flexible Schwingungen.
Die Kraft, die den elliptischen Vibrator 2 mit den piezoelektrischen Elementen 9 und 10 in flexible Schwingungen versetzt, ist zu den Montageflächen der piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die am elliptischen Vibrator 2 montiert sind, proportional. Wenn die Flächen der piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die am elliptischen Vibrator 2 montiert sind, vergrößert werden, folgt daher, dass die Kraft, die den elliptischen Vibrator 2 in flexible Schwingungen versetzt, auch vergrößert wird.
Die Positionen der Unterstützungselemente 3a und 3b definieren Knoten (Unterstützungspunkte) der flexiblen Schwingung, die im elliptischen Vibrator 2 erzeugt wird, während das Schneidwerkzeug 6 (der Montageteil 20) beispielsweise in der Position einer Schleife der flexiblen Schwingung vorgesehen ist.
Wie in 3 gezeigt, wird das Werkstück 5 beispielsweise in einer Schneidrichtung A mit einer vorgeschriebenen Schneidgeschwindigkeit (m/min) bewegt, so dass das Werkstück 5 mit dem Schneidwerkzeug 6 geschnitten werden kann.
Wie in 3 gezeigt, weist das Schneidwerkzeug 6 ferner drei Schwingungsrichtungen auf, einschließlich einer Schneidkraftrichtung B, die zur Schneidrichtung A identisch ist, einer Vorschubkraftrichtung C und einer Schubkraftrichtung D.
Wie in 4 gezeigt, wird das Vorderende des Schneidwerkzeugs 6 entlang eines Aufenthaltsorts 17 einer periodischen elliptischen Schwingung in elliptische Schwingungen versetzt, welche durch den elliptischen Vibrator 2 erzeugt werden. Somit schneidet das Schneidwerkzeug 6 das Werkstück 5 in einer vorgeschriebenen Dicke 18 ohne verformten Span.
Die elliptische Schwingung des Schneidwerkzeugs 6 weist Geschwindigkeitskomponenten in der Schneidkraftrichtung B und der Schubkraftrichtung D auf.
Mit Bezug auf 4 wird nun der Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen zum Schneiden des Werkstücks 5 in der vorgeschriebenen Dicke 18 ohne verformten Span mit dem Schneidwerkzeug 6 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, schneidet das Schneidwerkzeug 6 zuerst das Werkstück 5 in der Schneidkraftrichtung B (in 4 nach links) entlang des Aufenthaltsorts 17 der elliptischen Schwingung und wird vom Werkstück 5 in der Schubkraftrichtung D (in 4 nach oben) getrennt.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein aus dem Werkstück 5 ausgeschnittener Span 19 in der Schubkraftrichtung D (in 4 nach oben) mit dem Schneidwerkzeug 6 hochgezogen, so dass er in einer Spanflussrichtung E abfließt, wodurch der Reibwiderstand verringert oder in einen negativen Reibwiderstand umgekehrt wird.
Somit wird der Schneidwiderstand des Werkstücks 5 am Schneidwerkzeug 6 verringert, während die Schneidkraft des Schneidwerkzeugs 6 verringert wird, um die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit zu verbessern.
Dann wird das Schneidwerkzeug 6 vom Span 19 in der Schneidkraftrichtung B (in 4 nach rechts) getrennt und entlang der Schubkraftrichtung D (in 4 nach unten) zum Werkstück 5 hin bewegt.
Folglich kann der Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen am Werkstück 5 durchgeführt werden, indem das Schneidwerkzeug 6 entlang des Aufenthaltsorts 17 der elliptischen Schwingung in periodische Schwingungen versetzt wird.
Der vorstehend erwähnte Schneidvorgang durch elliptische Schwingung weist derartige Vorteile auf, dass im Vergleich zum normalen Schneiden die Dicke des Spans 19 verringert wird, die Verringerung des Schneidwiderstandes und die spiegelartige Oberflächenbearbeitung von gehärtetem Stahl ermöglicht werden, die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs 6 verlängert wird, die Bearbeitungsformgenauigkeit verbessert wird, Grate unterdrückt werden, Rattern verhindert wird und die Schneidwärme verringert wird.
Unter der Annahme, dass die Dicke 18 des unverformten Spans des aus dem Werkstück 5 ausgeschnittenen Teils konstant ist, wird die Menge des aus dem Werkstück 5 geschnittenen/entfernten Teils pro Einheitszeit erhöht, wenn der Aufenthaltsort 17 der elliptischen Schwingung vergrößert wird.
Die Größe des Aufenthaltsorts 17 der elliptischen Schwingung wird durch die Schwingungsgeschwindigkeit (die Länge des Aufenthaltsorts 17 der elliptischen Schwingung, die in einer Minute (m/min) zurückgelegt wird) ausgedrückt.
Das Verhältnis der Schwingungsgeschwindigkeit zur Schneidgeschwindigkeit wird als Geschwindigkeitsverhältnis bezeichnet (Schwingungsgeschwindigkeit/Schneidgeschwindigkeit).
Mit Bezug auf 4 bezeichnet das Symbol θ einen Scherwinkel. Der Scherwinkel θ ist ein Index für die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit des mit dem Schneidwerkzeug 6 geschnittenen Werkstücks 5. Die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit des Werkstücks 5 wird verbessert, wenn der Scherwinkel θ vergrößert wird.
In der elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung 1, die in 1 und 2 gezeigt ist, gibt der Steuermechanismus 11 die Sinusspannungen mit vorgeschriebenen Frequenzen, vorgeschriebenen Phasen und dergleichen in die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 ein, wodurch eine elliptische Schwingung mit einer vorgeschriebenen Frequenz (Zyklus) und einer vorgeschriebenen Schwingungsgeschwindigkeit im Schneidwerkzeug 6 erzeugt werden kann.
Der Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen kann beispielsweise durchgeführt werden, indem die Frequenz der elliptischen Schwingung, die dafür verwendet wird, in einem Ultraschallbereich (einem Schallbereich von beispielsweise mindestens 17 kHz, der für menschliche Ohren nicht hörbar ist) festgelegt wird.
5 bis 7 zeigen die Ergebnisse des Schneidvorgangs mit elliptischen Schwingungen durch die in 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1, während 10 ein Ergebnis eines Schneidvorgangs mit elliptischen Schwingungen durch die in 8 und 9 gezeigte herkömmliche Vorrichtung 51 zeigt.
Mit Bezug auf 5, 6, 7 und 10 wird angenommen, dass die Frequenz der elliptischen Schwingung im Schneidwerkzeug etwa 20 kHz beträgt, die in die piezoelektrischen Elemente eingegebenen Sinusspannungen 200V sind und die Montageflächen der piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die in der in 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verwendet werden, zu jenen der piezoelektrischen Elemente 61 und 62, die in der in 8 und 9 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung 51 verwendet werden, identisch sind. Die piezoelektrischen Elemente 9, 10, 61 und 62 sind jene vom PZT-Typ.
5 zeigt den Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung in der in 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und 10 zeigt den Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung in der in 8 und 9 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung 51.
Der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung gemäß der vorliegenden Erfindung, der in 5 gezeigt ist, ist unter denselben Eingangsspannungen von 200 V größer als jener der elliptischen Schwingung gemäß der herkömmlichen Vorrichtung, der in 10 gezeigt ist, während die Schwingungsgeschwindigkeit in der vorliegenden Erfindung 60 m/min, d. h. etwa zweimal jene von etwa 30 m/min im Stand der Technik, ist.
Somit kann das Ausmaß an Störung bei der elliptischen Schwingung (flexiblen Schwingung) des elliptischen Vibrators 2 verringert werden, um den Energieverlust zu verringern, indem die elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 mit dem elliptischen Vibrator 2, der den zylindrischen Körperabschnitt 7 umfasst, verwendet wird.
Somit kann der Aufenthaltsort 16 der elliptischen Schwingung, der vom Schneidwerkzeug 6 nachgezogen wird, vergrößert werden, während die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit des mit dem Schneidwerkzeug 6 geschnittenen Werkstücks 5 verbessert werden kann.
Der Aufenthaltsort 16 der elliptischen Schwingung wird vergrößert, wodurch die Schwingungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, um die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen, und die Menge an Entfernung pro Einheitszeit kann erhöht werden.
Ferner kann elektrische Energie im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung 51 effizienter in mechanische Energie umgewandelt werden, indem die elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 mit dem elliptischen Vibrator 2, der den zylindrischen Körperabschnitt 7 umfasst, verwendet wird.
Wenn ein Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen an einem Eisenmaterial mit einem Diamantwerkzeug durchgeführt wird, wird der Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen unstetig durchgeführt. Daher kann die Wärmeleitung zum Schneidwerkzeug verringert werden, um die Wärme effizient zu verringern, die in dem Bereich erzeugt wird, in dem das Diamantwerkzeug mit dem Eisenmaterial in Kontakt steht, während Kohlenstoff an einer Diffusion in das Eisenmaterial gehindert werden kann und das Diamantwerkzeug effizient vor einem Verschleiß bewahrt werden kann.
Daher kann die elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1, die in 1 und 2 gezeigt ist, das Eisenmaterial mit dem Diamantwerkzeug ultrapräzise schneiden.
Die elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 mit dem elliptischen Vibrator 2, der den zylindrischen Körperabschnitt 7 umfasst, kann die flexible Schwingung (elliptische Schwingung) vergrößern, wodurch der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung vergrößert werden kann und der Abstand zwischen den Schwingungsknoten im Vibrator 2 vergrößert werden kann.
Daher ist der Abstand L zwischen den Unterstützungselementen 3a und 3b, die in den Positionen der Schwingungsknoten unterstützen, größer (breiter) als der Abstand M zwischen den Unterstützungselementen 55a und 55b der herkömmlichen Vorrichtung 51 (L > M).
Obwohl die Schwingung in der elliptisch schwingenden Schneidvorrichtung 1 im Allgemeinen drei Schleifen aufweist, können fünf Schwingungsschleifen geschaffen werden, indem die Unterstützungselemente 3a und 3b als Unterstützungspunkte für die Schwingungsknoten verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Stufenhornabschnitte 8, die am elliptischen Vibrator 2 vorgesehen sind, durch die zylindrischen großen Hörner 12 und die zylindrischen kleinen Hörner 13 gebildet, so dass der Aufenthaltsort der im zylindrischen Körperabschnitt 7 durch die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 erzeugten elliptischen Schwingung durch die Stufenhornabschnitte 8 vergrößert werden kann.
Mit anderen Worten, jeder Stufenhornabschnitt 8 ist mit dem kleinen Horn 13 mit einem kleinen Querschnittsflächenverhältnis (Querschnittsfläche von kleinem Horn/Querschnittsfläche von großem Horn) bezüglich des großen Horns 12 als Horn der zweiten Stufe für das Horn 12 der ersten Stufe versehen, damit der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung vergrößert werden kann.
Somit ist das Vorderende des Stufenhornabschnitts 8 durch das kleine Horn 13 mit einer kleineren Querschnittsfläche als das zylindrische große Horn 12 gebildet, wodurch das Ausmaß an Störung, das auf die elliptische Schwingung ausgeübt wird, am kleinen Horn 13 im Vergleich zum herkömmlichen einstufigen Hornabschnitt 58 verringert werden kann, um den Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung zu vergrößern.
Der Stufenhornabschnitt 8, der durch das große Horn 12 und das kleine Horn 12 in der vorstehend erwähnten Ausführungsform gebildet ist, kann alternativ in einer erforderlichen mehrstufigen Hornform ausgebildet werden.
Ein Horn der ersten Stufe, das an (jedem Ende von) dem zylindrischen Körperabschnitt 7 des elliptischen Vibrators 2 vorgesehen ist, kann beispielsweise mit einem Horn der zweiten Stufe mit einer kleineren Querschnittsfläche als das Horn der ersten Stufe versehen sein und ein Horn der dritten Stufe mit einer kleineren Querschnittsfläche als das Horn der zweiten Stufe kann ferner vorgesehen sein. Somit kann ein mehrstufiger Hornabschnitt, der hergestellt wird, indem ein einzelnes Horn aufeinander folgend mit weiteren Hörnern mit kleineren Querschnittsflächen als dieses Horn versehen (kontinuierlich versehen) wird, verwendet werden.
Wenn ein einzelnes Horn im Stufenhornabschnitt 8 mit anderen Hörnern mit kleineren Querschnittsflächen als dieses Horn aufeinander folgend versehen wird, kann daher das Ausmaß an Störung, die auf die elliptische Schwingung ausgeübt wird, an dem Horn, das am Vorderende des Stufenhornabschnitts 8 vorgesehen ist, verringert werden, wodurch der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung vergrößert wird.
Obwohl der Stufenhornabschnitt 8 in der vorstehend erwähnten Ausführungsform durch zylindrische Hörner gebildet ist, können die Hörner in einer zweckmäßigen Form, wie beispielsweise einer achteckigen Form, vorgesehen sein.
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis (Schwingungsgeschwindigkeit/Schneidgeschwindigkeit) beim Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen durch die in 1 und 2 gezeigte elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 und dem Schneidwiderstand. Mit Bezug auf 6 wird der Schneidwiderstand verringert, wenn das Geschwindigkeitsverhältnis erhöht wird.
Wenn die Schneidgeschwindigkeit konstant gesetzt wird und die Schwingungsgeschwindigkeit erhöht wird, wird der Schneidwiderstand verringert, während die Kraft, die den aus dem Werkstück 5 mit dem Schneidwerkzeug 6 ausgeschnittenen Span 19 hochzieht, erhöht wird, um den Reibwiderstand zu verringern, wodurch der Schneidwiderstand verringert wird (siehe 4).
7 zeigt die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis (Schwingungsgeschwindigkeit/Schneidgeschwindigkeit) bei der elliptischen Schwingung durch die in 1 und 2 gezeigte elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 und dem Scherwinkel Θ (siehe 4).
Mit Bezug auf 7 wird der Scherwinkel Θ vergrößert, wenn das Geschwindigkeitsverhältnis erhöht wird.
Wenn beispielsweise die Schneidgeschwindigkeit konstant gesetzt wird und die Schwingungsgeschwindigkeit erhöht wird, wird der Scherwinkel Θ vergrößert, während ein Effekt des Abführens des Chips 19 hervorgerufen werden kann, wodurch die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit des mit dem Schneidwerkzeug 6 geschnittenen Werkstücks 5 verbessert wird (siehe 4).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnte Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann nach Bedarf innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abweicht, willkürlich und zweckmäßig modifiziert und ausgewählt werden.
In der vorstehend erwähnten Ausführungsform kann der Montageteil 20 für das Schneidwerkzeug 6 alternativ auf jeder Seite (jedem Stufenhornabschnitt 8) des elliptischen Vibrators 2 vorgesehen sein.
Ferner kann alternativ eine einzelne horizontale Oberfläche 14 und eine einzelne vertikale Oberfläche 15 auf der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 vorgesehen sein, um das piezoelektrische Element 9 (9a) auf der horizontalen Oberfläche 14 vorzusehen und das piezoelektrische Element 10 (10a) auf der vertikalen Oberfläche 15 vorzusehen (zwei piezoelektrische Elemente 9 und 10).
Wenn das an der horizontalen Oberfläche 14 (oder der vertikalen Oberfläche 15) vorgesehene piezoelektrische Element 9a (oder 10a) dieselbe Montagefläche aufweist wie die in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, kann eine Funktion/Wirkung äquivalent zu jener in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform erreicht werden.
Obwohl die horizontalen Oberflächen 14 und die vertikalen Oberflächen 15, die zueinander senkrecht sind, auf der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 des elliptischen Vibrators 2 als Oberflächen zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10 in der vorstehend erwähnten Ausführungsform vorgesehen sind, können mindestens zwei Oberflächen zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die auf der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 vorgesehen sind, auf einen zweckmäßigen Winkel zueinander festgelegt werden.
Somit kann im elliptischen Vibrator 2 eine elliptische Schwingung erzeugt werden, indem die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 einzeln an mindestens zwei Oberflächen zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die auf einen zweckmäßigen Winkel zueinander festgelegt werden, vorgesehen werden.
Wenn die in 1 und 2 gezeigte elliptisch schwingende Schneidvorrichtung 1 für eine elliptische Schwingung angetrieben wird, wird im Schneidwerkzeug 6 (oder im Vibrator 2) durch den Schneidwiderstand Bearbeitungswärme erzeugt. Somit kann das Schneidwerkzeug 6 durch eine Schneidlast verformt werden. Ferner erzeugt der Vibrator 2 selbst aufgrund des Anlegens der Spannungen an die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 Wärme. Somit kann der Aufenthaltsort 16 der elliptischen Schwingung an (der Schneidkante von) dem Schneidwerkzeug 6 mit der Temperatur (z. B. der Raumtemperatur eines Arbeitsraums) um die Vorrichtung 1 erheblich schwanken. Folglich können die Frequenz (z. B. 20 kHz), die Amplitude und die Phase (z. B. 90 Grad) der elliptischen Schwingung (flexiblen Schwingung), die in der Vorrichtung 1 erzeugt werden, instabilisiert werden.
Um die Erzeugung der vorgeschriebenen elliptischen Schwingung in der Vorrichtung 1 vor einer solchen instabilen Frequenz, Amplitude und Phase (nachstehend als Frequenz usw. der elliptischen Schwingung bezeichnet) der elliptischen Schwingung (der vorstehend erwähnten flexiblen Schwingung in zwei Richtungen) zu bewahren, ist ein erforderlicher Detektor (Verfolgungsmechanismus) 21 in einer vorgeschriebenen Position des elliptischen Vibrators 2 vorgesehen, um beispielsweise die Frequenz usw. der elliptischen Schwingung individuell zu erfassen (verfolgen). Außerdem ist ein Rückkopplungsmechanismus 22 zum Empfangen eines numerischen Signals (Erfassungssignals) für die Frequenz usw. der elliptischen Schwingung vom Detektor 21 und zum Übertragen eines Feinsteuersignals (Rückkopplungssteuersignals) zur Feinsteuerung der Frequenz usw. der elliptischen Schwingung zum Steuermechanismus 11 auf der Basis eines Ergebnisses (Verfolgungsergebnisses) der Erfassung des Detektors 21 vorgesehen.
Folglich kann ein vorgeschriebener Aufenthaltsart der elliptischen Schwingung in der Vorrichtung 1 stabil gebildet werden, während der Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen am Werkstück 5 mit dem Schneidwerkzeug 6 stabil durchgeführt werden kann.
Insbesondere werden simultane Resonanzfrequenzen in zwei Richtungen häufig abgelenkt. In diesem Fall kann ein Mechanismus (Mechanismus zur Rückkopplung simultaner Resonanzfrequenzen) zum Verfolgen der simultanen Resonanzfrequenzen in den zwei Richtungen und zur Feinsteuerung derselben für die Vorrichtung 1 verwendet werden.
Obwohl die Montageoberflächen (Ebenen) zum Montieren der piezoelektrischen Elemente 9 und 10 auf der Seitenfläche (gekrümmten Oberfläche) des zylindrischen Körperabschnitts 7 vorgesehen werden, indem der zylindrische Körperabschnitt 7, einschließlich beider axialer Kanten in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, gekerbt wird, können die Montageoberflächen alternativ auf der Seitenfläche des zylindrischen Körperabschnitts 7 nur mit Breiten entsprechend jenen der piezoelektrischen Elemente 9 und 10 ausgebildet werden.
Obwohl die Schneidkante des Schneidwerkzeugs 6 in der Vorrichtung 1 den Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung in der vorstehend erwähnten Ausführungsform nachzieht, umfasst diese Struktur eine solche Struktur, dass die Schneidkante des Schneidwerkzeugs 6 einen Aufenthaltsort einer zwangsläufigen kreisförmigen Schwingung nachzieht, indem die flexible Schwingung in zwei Richtungen im elliptischen Vibrator 2 zusammengesetzt wird.
Obwohl die piezoelektrischen Elemente 9 und 10, die eine elliptische Schwingung im elliptischen Vibrator 2 erzeugen, in der vorstehend erwähnten Ausführungsform vorgesehen sind, können die piezoelektrischen Elemente 9 und 10 gegen magnetostriktive Elemente ausgetauscht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufenthaltsort der elliptischen Schwingung, der vom Schneidwerkzeug nachgezogen wird, das durch den elliptischen Vibrator in elliptische Schwingungen versetzt wird, vergrößert werden und die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit des mit dem Schneidwerkzeug geschnittenen Werkstücks kann in der Schwingungsschneidvorrichtung mit dem elliptischen Vibrator verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine elliptisch schwingende Schneidvorrichtung, die in der Lage ist, elektrische Energie effizient in mechanische Energie umzuwandeln, um einen Schneidvorgang mit elliptischen Schwingungen an einem Werkstück effizient durchzuführen, geschaffen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, ist es natürlich selbstverständlich, dass dasselbe nur zur Erläuterung und als Beispiel dient und nicht als Begrenzung aufgefasst werden soll, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die Bestimmungen der beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung (1), die einen elliptischen Vibrator (2) umfasst, um ein Schneidwerkzeug (6) in elliptische Schwingungen zu versetzen, um einen Schneidvorgang auszuführen, während das Schneidwerkzeug (6) in Bezug auf ein Werkstück (5) elliptisch schwingt, wobei der elliptische Vibrator einen Körperabschnitt (7) mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit mehreren Antriebselementen (9, 10) zum Antreiben des an dem Körperabschnitt (7) angebrachten elliptischen Vibrators umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsoberfläche einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweist, um die Störung der elliptischen Schwingungen im elliptischen Vibrator (2) zu verringern und um einen Aufenthaltsort der elliptischen Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs (6) zu vergrößern.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Körperabschnitt (7) zylindrisch ist.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der von beiden Enden des Körperabschnitts (7) einzeln Stufenhornabschnitte (8), die die elliptischen Schwingungen verstärken, vorstehen und jeder Stufenhornabschnitt (8) ein am Körperabschnitt (7) vorgesehenes großes Horn (12) und ein am großen Horn (12) vorgesehenes kleines Horn (13) besitzt.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das große Horn und das kleine Horn zylindrisch sind.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Verfolgungsmechanismus (21) zum Verfolgen der elliptischen Schwingungen und einen Rückkopplungsmechanismus (22) zur Feinsteuerung der elliptischen Schwingungen auf der Grundlage eines Ergebnisses der Verfolgung durch den Verfolgungsmechanismus (21) umfasst.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein erstes Unterstützungselement (3A) und ein zweites Unterstützungselement (3B) zum Unterstützen des Vibrationswerkzeug-Unterstützungskörpers (2) umfasst, wobei das erste und das zweite Unterstützungselement (3A, 3B) um einen Mittenabstand (L), der dem Abstand zwischen Schwingungsknoten des Vibrationswerkzeug-Unterstützungskörpers (2) entspricht, voneinander beabstandet sind.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 6, wenn abhängig von Anspruch 3, bei der das erste und das zweite Unterstützungselement (3A, 3B) jene Stufenhornabschnitte (8, 12), die einen zweiten Durchmesser besitzen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, unterstützen.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der zylindrische Körperabschnitt vier in Umfangsrichtung beabstandete Umfangsoberflächenabschnitte umfasst, wobei die Vorrichtung ferner vier Antriebselemente (9, 9A; 10, 10A) aufweist, die an den Umfangsoberflächenabschnitten des zylindrischen Körperabschnitts (7), der einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt, befestigt sind, wobei der Winkel-Mittenabstand zwischen benachbarten Antriebselementen 90° beträgt.
Elliptisch schwingende Schneidvorrichtung nach Anspruch 3 oder 8, bei der der zylindrische Körperabschnitt (7) in der äußeren Umfangsoberfläche horizontale und vertikale Oberflächen (14, 15) aufweist, wodurch der Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ist, wobei das erste Antriebselement (9, 9A) an den horizontalen Oberflächen befestigt ist und das zweite Antriebselement (10, 10A) an den vertikalen Oberflächen befestigt ist.
Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen, das einen elliptischen Vibrator (2) verwendet, um ein Schneidwerkzeug (6) in elliptische Schwingungen zu versetzen, um einen Schneidvorgang auszuführen, während das Schneidwerkzeug (6) in Bezug auf ein Werkstück elliptisch schwingt, wobei der elliptische Vibrator einen Körperabschnitt (7) mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit mehreren Antriebselementen (9, 10) zum Antreiben des an dem Körperabschnitt (7) angebrachten elliptischen Vibrators umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsoberfläche einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweist, um die Störung der elliptischen Schwingungen in dem elliptischen Vibrator (2) zu verringern und ei nen Aufenthaltsort der Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs (6) zu vergrößern.
Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen nach Anspruch 10, bei dem der elliptische Vibrator (2) einen Stufenhornabschnitt (8) besitzt, der das Schneidwerkzeug (6) hält, und der Stufenhornabschnitt (8) in einer mehrstufigen Hornform gegeben ist, wodurch ein Aufenthaltsort der elliptischen Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs (6) vergrößert wird.
Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen nach Anspruch 11, bei dem der Stufenhornabschnitt (8) dadurch gebildet ist, dass ein Horn (12) aufeinander folgend mit Hörnern (13) mit kleineren Querschnittsflächen als dieses Horn (12) vorgesehen ist.
Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen nach Anspruch 12, bei dem der Stufenhornabschnitt (8) in einer zweistufigen Hornform gegeben ist.
Verfahren zum Schneiden mit elliptischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die elliptischen Schwingungen verfolgt und feingesteuert werden, wodurch ein Aufenthaltsort der elliptischen Schwingungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeugs (6) stabilisiert wird.