JP2002103102A - Working apparatus and working method - Google Patents

Working apparatus and working method

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JP2002103102A
JP2002103102A JP2000297872A JP2000297872A JP2002103102A JP 2002103102 A JP2002103102 A JP 2002103102A JP 2000297872 A JP2000297872 A JP 2000297872A JP 2000297872 A JP2000297872 A JP 2000297872A JP 2002103102 A JP2002103102 A JP 2002103102A
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JP
Japan
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actuator
temperature
cooling
driving
refrigerant
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JP2000297872A
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Rei Kamei
礼 亀井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a working apparatus and a working method in which working error caused by the thermal displacement of a working tool generated by heat generation associated with the drive of an actuator by performing the working by giving vibration to the working tool by the actuator are reduced, and the working accuracy and productivity are improved. SOLUTION: In performing the worming by giving vibration to the working tool 4 by driving the actuator of two drive systems 2a and 2b orthogonal to each other in a vibration-cutting unit 1, the heat generated by the drive of the actuator is reduced by circulating cooling refrigerant within the drive systems 2a and 2b by a cooling device 24. Temperature change of the drive systems 2a and 2b associated with heat generation by the drive of the actuator is measured by a plurality of temperature sensors 21 and detected by a temperature detector 20, the temperature information is fed back to the cooling device 24 via a control device 23, and the temperature and the flow rate of the refrigerant are controlled to correct the temperature. The working accuracy is improved by reducing the working error caused by the thermal displacement at a position of a blade tip of the working tool 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子や磁歪素
子等のアクチュエータによって加工工具に超音波振動あ
るいは楕円振動等を付与して加工する加工装置および加
工方法に関し、特に、アクチュエータの駆動に伴う発熱
によって生じる加工工具の刃先位置の熱変位による加工
誤差を抑制する加工装置および加工方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for applying ultrasonic vibration or elliptical vibration to a processing tool by using an actuator such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element. The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for suppressing a processing error due to thermal displacement of a cutting edge position of a processing tool caused by heat generation.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電素子、磁歪素子等のアクチュエータ
によって超音波振動あるいは一方向以上の直動振動の組
み合わせによる楕円振動等の運動を加工工具に付与して
加工する振動切削加工法により、難削材の加工を可能に
し、そして、加工工具であるバイトの寿命の向上が図ら
れている。
2. Description of the Related Art Hard-cutting is performed by a vibration cutting method in which an actuator such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element imparts a motion such as an elliptical vibration or the like due to a combination of ultrasonic vibration or linear motion in one or more directions to a processing tool. Work of materials can be performed, and the life of a cutting tool, which is a processing tool, is improved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、光学素子部品の
金型加工に代表されるようにサブミクロン単位での高精
度加工の要求が高まっている。しかし、前述したような
振動切削加工法における振動系は、アクチュエータを数
100Hz以上の周波数で振動させるために、アクチュ
エータは発熱が大きく、そのため、加工工具の刃先位置
に熱変位が生じ、加工精度の劣化を招いていた。また、
発熱が大きすぎると、振動切削加工装置の構造が許容す
る変位量を超え、装置構造を破損する恐れもある。
In recent years, there has been an increasing demand for high-precision processing in sub-micron units, as represented by die processing of optical element parts. However, in the vibration system in the vibration cutting method as described above, since the actuator is vibrated at a frequency of several hundreds Hz or more, the actuator generates a large amount of heat. Deterioration was caused. Also,
If the heat generation is too large, the amount of displacement exceeds the allowable amount of the structure of the vibration cutting device, and the device structure may be damaged.

【0004】そこで、本発明は、前述した従来技術の有
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、アク
チュエータにより加工工具に振動を付与して加工する際
に、アクチュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加
工工具の刃先位置の熱変位による加工誤差を抑制あるい
は低減し、加工精度および生産性を向上させることがで
きる加工装置および加工方法を提供することを目的とす
るものである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and generates heat accompanying the driving of an actuator when machining is performed by applying vibration to a processing tool by the actuator. An object of the present invention is to provide a processing apparatus and a processing method capable of suppressing or reducing a processing error due to a thermal displacement of a cutting edge position of a processing tool caused by the above, and improving processing accuracy and productivity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の加工装置は、アクチュエータによって加工
工具に振動を付与して加工する加工装置において、アク
チュエータの駆動により発生する熱を冷却する冷却手段
を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a machining apparatus according to the present invention is a machining apparatus for imparting vibration to a machining tool by an actuator. Means is provided.

【0006】本発明の加工装置においては、前記冷却手
段は、前記アクチュエータを保持する構造体に設けられ
た冷媒を流すための冷媒流路および冷媒を循環させるた
めの循環手段を具備することが好ましい。
In the processing apparatus of the present invention, it is preferable that the cooling means includes a refrigerant flow path provided in a structure holding the actuator for flowing a refrigerant and a circulating means for circulating the refrigerant. .

【0007】本発明の加工装置においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段により検出された温度情報に基づい
て前記冷却手段を制御する制御手段とをさらに備えてい
ることが好ましい。
In the processing apparatus of the present invention, a temperature detecting means for detecting a temperature change accompanying the driving of the actuator and a control means for controlling the cooling means based on the temperature information detected by the temperature detecting means. It is preferable to further provide.

【0008】本発明の加工装置においては、前記冷却手
段および前記温度検出手段はそれぞれ少なくとも2箇所
以上の部位毎に独立して設けられ、前記制御手段は、前
記温度検出手段により検出される各部位の温度情報に基
づいて各部位に対応する冷却手段をそれぞれ制御するこ
とが好ましい。
In the processing apparatus according to the present invention, the cooling means and the temperature detecting means are provided independently for at least two or more parts, respectively, and the control means controls each part detected by the temperature detecting means. It is preferable to control the cooling means corresponding to each part based on the temperature information.

【0009】本発明の加工装置においては、前記アクチ
ュエータは、圧電素子、磁歪素子等の機能性固体素子、
または電磁力を使用するもので構成することができ、ま
た、アクチュエータおよび/または加工工具を保持する
部材を低熱膨張材で形成することが好ましい。
In the processing apparatus according to the present invention, the actuator includes a functional solid element such as a piezoelectric element and a magnetostrictive element;
Alternatively, it is possible to use a member that uses an electromagnetic force, and it is preferable that the member holding the actuator and / or the processing tool is formed of a low thermal expansion material.

【0010】さらに、本発明の加工方法は、アクチュエ
ータによって加工工具に振動を付与して加工する加工方
法において、アクチュエータを保持する構造体に設けら
れた冷媒流路に温度管理した冷媒を循環させ、アクチュ
エータの駆動により発生する熱を冷却することを特徴と
する。
Further, according to the working method of the present invention, in a working method of working by applying vibration to a working tool by an actuator, a temperature-controlled coolant is circulated through a coolant channel provided in a structure holding the actuator. It is characterized in that heat generated by driving the actuator is cooled.

【0011】本発明の加工方法においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出し、検出された温
度情報に基づいて冷媒の温度や循環流量を制御して、前
記アクチュエータの駆動により発生する熱を冷却するこ
とが好ましい。
In the processing method of the present invention, a temperature change accompanying the driving of the actuator is detected, and the temperature and the circulation flow rate of the refrigerant are controlled based on the detected temperature information, so that the heat generated by driving the actuator is controlled. Is preferably cooled.

【0012】本発明の加工方法においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を少なくとも2箇所以上
の部位で検出し、検出される各部位の温度情報に基づい
て各部位毎に個別に冷媒の温度や循環流量を制御して、
各部位毎に冷却することが好ましい。
In the machining method of the present invention, a temperature change accompanying the driving of the actuator is detected in at least two or more parts, and the temperature of the refrigerant is individually determined for each part based on the detected temperature information of each part. And control the circulation flow rate,
It is preferable to cool each part.

【0013】[0013]

【作用】本発明の加工装置および加工方法によれば、ア
クチュエータにより加工工具に振動を付与して加工する
際に、アクチュエータの駆動に伴う発熱を冷却して温度
補正することにより、さらに、アクチュエータの駆動に
伴う発熱による温度変化を測定し、この測定結果に基づ
いて冷却手段を制御して温度補正を行うことにより、加
工工具の熱変位に伴う加工精度の劣化を低減させ、加工
精度および生産性を向上させる。
According to the processing apparatus and the processing method of the present invention, when vibration is applied to a processing tool by an actuator to perform processing, heat generated by driving the actuator is cooled to correct the temperature. By measuring the temperature change due to the heat generated by the drive and controlling the cooling means based on the measurement result to correct the temperature, the deterioration of the processing accuracy due to the thermal displacement of the processing tool is reduced, and the processing accuracy and productivity are reduced. Improve.

【0014】また、アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも2箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
Further, a temperature change accompanying the driving of the actuator is detected in at least two or more parts, and the temperature and the circulation flow rate of the refrigerant are individually controlled for each part based on the detected temperature information of each part. By cooling and temperature-correcting each part, the temperature distribution can be suppressed, the thermal displacement of the processing tool can be further reduced, and the processing accuracy and productivity can be further improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明の振動切削加工装置の構成
を示す概略図であり、図2は、本発明の振動切削加工装
置における振動切削ユニットの概略図であり、図3は、
本発明の振動切削加工装置における駆動系の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vibration cutting device of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a vibration cutting unit in the vibration cutting device of the present invention, and FIG.
It is the schematic of the drive system in the vibration cutting apparatus of this invention.

【0017】図1に図示する振動切削加工装置は、自由
曲面加工で、0.3μm以下の寸法精度と、0.1μm
以下の表面粗さを得ようとするものであって、10は、
XYテーブルであり、その上面にワーク11を保持する
ワークテーブル12が設置され、ワークテーブル12で
保持するワーク11をXY方向に移動しうるように構成
されており、また、XYテーブル10の上方には、枠体
13に沿ってZ方向に移動可能なZ軸スライダ14が配
設され、このZ軸スライダ14には、下部に加工工具
(バイト)4を備えた振動切削ユニット1が取り付けら
れている。振動切削ユニット1には、Z方向の直動振動
を発生するZ方向の駆動系2aとX方向の直動振動を発
生する駆動系2bの直交する2つの駆動系が設けられて
いる。この構成により、ワーク11の加工時には、XY
テーブル10によりワーク11をXY方向に移動させ、
Z軸スライダ14により振動切削ユニット1をZ方向に
上下動させることによって、3軸制御によりワーク11
と加工工具4の位置制御を行う。
The vibration cutting apparatus shown in FIG. 1 has a dimensional accuracy of 0.3 μm or less and a 0.1 μm
In order to obtain the following surface roughness, 10 is
A work table 12 for holding a work 11 is provided on the upper surface of the XY table, and the work 11 held on the work table 12 is configured to be movable in the XY directions. Is provided with a Z-axis slider 14 that can move in the Z direction along the frame 13, and the Z-axis slider 14 is attached with the vibration cutting unit 1 having a machining tool (bite) 4 at a lower portion. I have. The vibration cutting unit 1 is provided with two orthogonal drive systems: a Z-direction drive system 2a that generates a Z-direction linear vibration and a drive system 2b that generates an X-direction linear motion. With this configuration, when machining the work 11, XY
The work 11 is moved in the XY directions by the table 10,
The vibration cutting unit 1 is moved up and down by the Z-axis slider 14 in the Z direction.
And the position of the machining tool 4 is controlled.

【0018】また、15は、振動切削ユニット1の駆動
系2a、2bを駆動して加工工具4に任意の工具軌跡を
描かせるための発振装置であり、発振装置15から発せ
られる信号は、増幅器16にて増幅されて任意波形をな
す駆動電流として、入力ケーブル17を介して駆動系2
a、2bにそれぞれ供給され、振動切削ユニット1を駆
動させる。20は、温度検出装置であり、振動切削ユニ
ット1の内部に設置した複数の熱電対温度計等の温度セ
ンサー21(図1においては各駆動系2a、2bにそれ
ぞれ3個設けられている)に接続され、温度センサー2
1を介して振動切削ユニット1内部の温度を測定し検出
する。23は制御装置であり、温度検出装置20により
測定され検出される振動切削ユニット1の内部の温度デ
ータに基づいて冷却装置24(24a、24b)を制御
する。冷却装置24(24a、24b)は、振動切削ユ
ニット1の内部を冷却するための冷媒を冷却用配管25
(25a、25b)を介して振動切削ユニット1に供給
して各駆動系2a、2b内を循環させ、振動切削ユニッ
ト1および各駆動系2a、2bを冷却する作用をし、冷
媒の温度や流量は、制御装置23によって、振動切削ユ
ニット1の内部の温度データに基づいて制御調整され
る。冷却用配管25(25a、25b)は、加工装置の
内部を通りZ軸スライダ14から振動切削ユニット1の
駆動系2a、2bへそれぞれ接続され、各駆動系2a、
2bにおいて複数の系統に分岐して設けられている冷媒
流路27(図3においては、3系統とし、それぞれを2
7a、27b、27cとする)にそれぞれ連通されてい
る。
Reference numeral 15 denotes an oscillating device for driving the driving systems 2a and 2b of the vibration cutting unit 1 to draw an arbitrary tool trajectory on the machining tool 4. The signal generated from the oscillating device 15 is an amplifier. As a drive current amplified by 16 and forming an arbitrary waveform, the drive system 2
a and 2b to drive the vibration cutting unit 1. Reference numeral 20 denotes a temperature detecting device, which is provided on a temperature sensor 21 such as a plurality of thermocouple thermometers installed in the vibration cutting unit 1 (three are provided in each of the driving systems 2a and 2b in FIG. 1). Connected and temperature sensor 2
1, the temperature inside the vibration cutting unit 1 is measured and detected. A control device 23 controls the cooling devices 24 (24a, 24b) based on temperature data inside the vibration cutting unit 1 measured and detected by the temperature detection device 20. The cooling device 24 (24a, 24b) supplies a coolant for cooling the inside of the vibration cutting unit 1 to a cooling pipe 25.
(25a, 25b) to supply it to the vibration cutting unit 1 and circulate through each drive system 2a, 2b to cool the vibration cutting unit 1 and each drive system 2a, 2b, and to control the temperature and flow rate of the refrigerant. Is controlled and adjusted by the controller 23 based on the temperature data inside the vibration cutting unit 1. The cooling pipes 25 (25a, 25b) are connected to the drive systems 2a, 2b of the vibration cutting unit 1 from the Z-axis slider 14 through the inside of the processing device, respectively.
2b, a refrigerant flow path 27 branched into a plurality of systems (in FIG. 3, three systems,
7a, 27b, and 27c).

【0019】振動切削ユニット1は、Z方向の直動振動
を発生するZ方向の駆動系2aとX方向の直動振動を発
生する駆動系2bの直交する2つの駆動系を備え、これ
らの駆動系2a、2bは、図2に示すように、それぞれ
弾性ヒンジ6a、6bを介して振動伝達機構3に連結さ
れ、振動伝達機構3の先端部に工具ホルダ5を介して加
工工具4が取り付けられている。直交するZ方向の駆動
系2aとX方向の駆動系2bは、発振装置15からの信
号によって、それぞれ、任意の周波数とストロークで駆
動され、Z方向およびX方向の直動振動をそれぞれ発生
し、これらの直動振動は、弾性ヒンジ6a、6bを介し
て振動伝達機構3に伝達され、振動伝達機構3の先端部
に取り付けられている加工工具4をX−Z平面内で楕円
軌跡を描くように振動させ、この楕円振動により切削加
工を行うように構成されている。
The vibration cutting unit 1 has two orthogonal drive systems, a Z-direction drive system 2a for generating Z-direction linear motion and a drive system 2b for generating X-direction linear motion. As shown in FIG. 2, the systems 2a and 2b are connected to the vibration transmitting mechanism 3 via elastic hinges 6a and 6b, respectively, and the machining tool 4 is attached to the distal end of the vibration transmitting mechanism 3 via the tool holder 5. ing. The orthogonal drive system 2a in the Z direction and the drive system 2b in the X direction are each driven at an arbitrary frequency and stroke by a signal from the oscillation device 15 to generate linear motion in the Z and X directions, respectively. These linear motions are transmitted to the vibration transmission mechanism 3 via the elastic hinges 6a and 6b, and the processing tool 4 attached to the tip of the vibration transmission mechanism 3 draws an elliptical locus in the XZ plane. And the cutting is performed by the elliptical vibration.

【0020】次に、振動切削ユニット1の駆動系2(2
a、2b)について、図3を参照してさらに詳細に説明
する。なお、Z方向の駆動系2aを例にとって説明する
が、X方向の駆動系2bも同様の構造を有している。
Next, the drive system 2 (2
a) and 2b) will be described in more detail with reference to FIG. The drive system 2a in the Z direction will be described as an example, but the drive system 2b in the X direction has the same structure.

【0021】図3において、振動の駆動源としての磁歪
素子からなるアクチュエータ30は、駆動軸ハウジング
32に取り付けられている高い熱伝導性をもつ固定部材
33により保持され、アクチュエータ30に接続された
駆動ロッド31は、Z方向に移動しうるように固定部材
33や駆動軸ハウジング32を貫通して下方に延び、摩
擦による影響がないように弾性ヒンジからなる駆動ロッ
ドガイド34によりガイドされている。また、アクチュ
エータ30と固定部材33の間には熱伝導シート35を
挿入して、アクチュエータ30と固定部材33間に隙間
がないようにする。駆動軸ハウジング32には、アクチ
ュエータ30および固定部材33を包囲するように3系
統の冷媒流路27a、27b、27cがそれぞれ独立し
て形成され、冷媒流路27aと27cはそれぞれ駆動軸
ハウジング32のZ方向の上下の部位に配設され、冷媒
流路27bは固定部材33の側部を取り巻くように配設
され、これらの冷媒流路27a、27b、27cは、そ
れぞれ必要な冷却の程度に応じて別個に冷却用冷媒の流
量を変化させて循環できるように構成され、冷媒流路毎
に適宜の冷却を行うことができる。また、熱電対温度計
等の温度センサー21a、21b、21cは、アクチュ
エータ30の駆動に伴う発熱の程度がアクチュエータ3
0の部位によって異なるために、駆動系2aにおいてア
クチュエータ30の上下の部位および側部の部位の3箇
所の温度を測定しうるように、固定部材33のそれぞれ
の部位に配置されており、これらの温度センサー21
a、21b、21cによってそれぞれの部位の温度を測
定して温度検出装置20により検出される温度情報は、
制御装置23へ送られる。駆動軸ハウジング32は、振
動伝達機構3や工具ホルダ5等とともに主構造体を構成
し、これらは低熱膨張材で形成して、アクチュエータ3
0の発熱の影響を小さくする。
In FIG. 3, an actuator 30 composed of a magnetostrictive element as a drive source of vibration is held by a fixing member 33 having high thermal conductivity attached to a drive shaft housing 32 and connected to the drive 30 connected to the actuator 30. The rod 31 extends downward through the fixed member 33 and the drive shaft housing 32 so as to be movable in the Z direction, and is guided by a drive rod guide 34 made of an elastic hinge so as not to be affected by friction. Further, a heat conductive sheet 35 is inserted between the actuator 30 and the fixing member 33 so that there is no gap between the actuator 30 and the fixing member 33. In the drive shaft housing 32, three systems of refrigerant flow paths 27a, 27b, 27c are formed independently so as to surround the actuator 30 and the fixing member 33, and the refrigerant flow paths 27a and 27c are respectively formed in the drive shaft housing 32. The refrigerant flow paths 27b are disposed at upper and lower portions in the Z direction, and are disposed so as to surround the side portion of the fixing member 33. These refrigerant flow paths 27a, 27b, and 27c are arranged according to the required cooling degree. Thus, the cooling refrigerant can be circulated by changing the flow rate of the cooling refrigerant separately, and appropriate cooling can be performed for each refrigerant flow path. The temperature sensors 21a, 21b and 21c such as thermocouple thermometers indicate that the degree of heat generation accompanying the driving of the
Since the temperature is different depending on the position of the actuator 30, the driving system 2 a is disposed at each position of the fixing member 33 so that the temperature of the upper and lower portions and the side portion of the actuator 30 can be measured. Temperature sensor 21
The temperature information detected by the temperature detection device 20 by measuring the temperature of each part by a, 21b, and 21c is:
It is sent to the control device 23. The drive shaft housing 32 constitutes a main structure together with the vibration transmission mechanism 3, the tool holder 5, and the like.
The effect of heat generation of 0 is reduced.

【0022】本実施例で用いたアクチュエータ30は、
磁歪素子を利用したものであり、発振装置15および増
幅器16から発生された任意波形をもつ電流により駆動
される。なお、アクチュエータとしては、磁歪素子以外
にも圧電素子等の機能性固体素子を用いることもでき、
さらに、電磁力を用いたもの等も用いることもできる。
The actuator 30 used in this embodiment is
It utilizes a magnetostrictive element, and is driven by a current having an arbitrary waveform generated from the oscillation device 15 and the amplifier 16. In addition, as the actuator, a functional solid element such as a piezoelectric element can be used in addition to the magnetostrictive element.
Further, a device using electromagnetic force or the like can also be used.

【0023】以上のように構成される振動切削加工装置
において、ワークの加工に際して、ワーク11はワーク
テーブル12にセットされてXYテーブル10によりX
Y方向に移動され、振動切削ユニット1はZ軸スライダ
14によりZ方向に上下動さされ、ワーク11と加工工
具4は3軸制御により位置制御が行われる。振動切削ユ
ニット1の駆動系2a、2bの内部にそれぞれ設けられ
ているアクチュエータ30は、発振装置15および増幅
器16から発生された任意波形をもつ電流により駆動さ
れ、駆動系2a、2bは、それぞれ、所定の周波数とス
トロークで駆動され、Z方向およびX方向の直動振動を
それぞれ発生する。これらの直動振動は、駆動ロッド3
1および弾性ヒンジ6a、6bを介して振動伝達機構3
に伝達され、振動伝達機構3の先端部に取り付けられて
いる加工工具4をX−Z平面内で楕円軌跡を描くように
振動させ、この楕円振動により切削加工を行う。
In the vibration cutting apparatus configured as described above, when processing a work, the work 11 is set on the work table 12 and the X and Y tables 10
The vibration cutting unit 1 is moved in the Y direction, moved up and down in the Z direction by the Z-axis slider 14, and the position of the workpiece 11 and the processing tool 4 is controlled by three-axis control. The actuators 30 respectively provided inside the drive systems 2a and 2b of the vibration cutting unit 1 are driven by currents having arbitrary waveforms generated from the oscillation device 15 and the amplifier 16, and the drive systems 2a and 2b respectively It is driven at a predetermined frequency and stroke to generate linear motion vibrations in the Z and X directions, respectively. These linear vibrations are generated by the drive rod 3
1 and the vibration transmission mechanism 3 via the elastic hinges 6a and 6b.
And vibrates the machining tool 4 attached to the tip of the vibration transmission mechanism 3 so as to draw an elliptical locus in the XZ plane, and performs cutting by the elliptical vibration.

【0024】このような切削加工に際して、アクチュエ
ータ30を備える駆動系2a、2bが冷却されない場合
には、アクチュエータ30の駆動に伴う発熱により短時
間で数10℃も温度上昇する。この温度上昇によって振
動切削ユニット1の温度も上昇し、振動切削ユニット1
の熱膨張により、加工工具4の刃先位置は熱変位により
数10μmも変位することとなり、高精度の切削加工を
行うことができなくなってしまう。そこで、このような
アクチュエータ30の駆動に伴う発熱による加工工具4
の刃先位置の熱変位を抑制し低減するためにアクチュエ
ータ30の駆動による発熱を冷却することを必要とす
る。しかも、アクチュエータ30の駆動に伴う発熱の程
度はアクチュエータ30の部位によって異なるために、
駆動系2(2a、2b)においてそれぞれ温度センサー
21a、21b、21cが設置された3箇所の部位の温
度を温度検出装置20により測定検出し、その検出され
た温度情報を受けた制御装置23は、その温度情報に基
づいて、冷却装置24(24a、24b)を制御し、そ
れぞれ独立した冷媒流路27a、27b、27cを用い
て必要な冷却の程度に見合った冷却用冷媒の流量に調整
し、各冷媒流路毎に所要流量の冷媒を流して、各部位の
冷却を行う。このように、温度センサー21および温度
検出装置20により、振動切削ユニット1内の温度を測
定し検出して、その温度情報を制御装置23により冷却
装置24(24a、24b)にフィードバックして冷却
用冷媒の温度や流量を制御調整して振動切削ユニット1
内を冷却する。このようにして、温度の上昇を抑制し、
さらには温度分布をなくして、アクチュエータ30の駆
動に伴う発熱によって生じる加工工具4の刃先位置の熱
変位を抑制あるいは低減させることができ、熱変位に伴
う加工精度の劣化を低減できる。
If the driving systems 2a and 2b provided with the actuator 30 are not cooled during such cutting, the temperature rises by several tens of degrees in a short time due to the heat generated by driving the actuator 30. Due to this temperature rise, the temperature of the vibration cutting unit 1 also increases, and the vibration cutting unit 1
Due to the thermal expansion, the position of the cutting edge of the working tool 4 is displaced by several tens of μm due to thermal displacement, so that high-precision cutting cannot be performed. Therefore, the processing tool 4 caused by the heat generated by the driving of the actuator 30
In order to suppress and reduce the thermal displacement of the cutting edge position, it is necessary to cool the heat generated by driving the actuator 30. Moreover, since the degree of heat generation due to the driving of the actuator 30 varies depending on the location of the actuator 30,
In the drive system 2 (2a, 2b), the temperature detecting device 20 measures and detects the temperatures of three locations where the temperature sensors 21a, 21b, 21c are installed, respectively, and the control device 23, which has received the detected temperature information, Based on the temperature information, the cooling device 24 (24a, 24b) is controlled to adjust the flow rate of the cooling refrigerant according to the required degree of cooling using the independent refrigerant flow paths 27a, 27b, 27c. Then, a required flow rate of the refrigerant flows through each of the refrigerant flow paths to cool each part. As described above, the temperature inside the vibration cutting unit 1 is measured and detected by the temperature sensor 21 and the temperature detection device 20, and the temperature information is fed back to the cooling devices 24 (24 a, 24 b) by the control device 23 for cooling. Vibration cutting unit 1 by controlling and adjusting the temperature and flow rate of refrigerant
Cool inside. In this way, the rise in temperature is suppressed,
Furthermore, by eliminating the temperature distribution, it is possible to suppress or reduce the thermal displacement of the cutting edge position of the machining tool 4 caused by the heat generated by driving the actuator 30, and to reduce the deterioration of machining accuracy due to the thermal displacement.

【0025】また、上述した実施例では、温度検出装置
20および制御装置23により、振動切削ユニット1内
の温度を測定しその温度情報をフィードバックして冷却
を行っているが、予め温度変化の履歴が明らかになって
いる駆動条件と同一の条件で振動切削ユニット1を駆動
させる場合、適切な冷却条件を見つけておくことによ
り、温度測定およびフィードバックによる温度制御を行
わずに、一定の条件で冷却することも可能である。
In the above-described embodiment, the temperature in the vibration cutting unit 1 is measured by the temperature detecting device 20 and the control device 23, and the temperature information is fed back to perform cooling. When the vibration cutting unit 1 is driven under the same conditions as the driving conditions for which it has become clear, finding appropriate cooling conditions enables cooling under constant conditions without performing temperature control by temperature measurement and feedback. It is also possible.

【0026】次に、駆動系のアクチュエータの駆動に伴
う温度変化について図4を参照して説明する。図4はア
クチュエータの駆動に伴う発熱の温度変化についての実
験の結果を示し、駆動系の温度変化の実例として、駆動
ロッド31のガイド部分近傍に設置した温度センサー2
1c(図3)によって測定した温度履歴を示す。
Next, a description will be given of a temperature change accompanying the driving of the actuator of the driving system with reference to FIG. FIG. 4 shows the results of an experiment on the temperature change of the heat generation accompanying the driving of the actuator. As an actual example of the temperature change of the drive system, the temperature sensor 2 installed near the guide portion of the drive rod 31 is shown.
1c shows a temperature history measured according to FIG. 3 (FIG. 3).

【0027】駆動条件は、駆動周波数500Hz、駆動
ストローク±10μmである。アクチュエータ30を必
要条件で駆動させるためには数10Wの電力を要するの
に対し、その熱容量は小さく発熱が顕著である。
The driving conditions are a driving frequency of 500 Hz and a driving stroke of ± 10 μm. In order to drive the actuator 30 under necessary conditions, several tens of watts of electric power are required, but its heat capacity is small and heat generation is remarkable.

【0028】図4において、アクチュエータを冷却無し
で駆動させた場合、運転時間にしたがって温度が上昇
し、2時間経過後では40℃以上温度が上昇しており、
その後も温度は上昇し続けている。一方、本発明による
冷却手段を用いて、冷媒流路1系統につき流量1.5L
/min、液温19℃の条件で冷媒を循環させて温度補
正を行った場合には、60分後には温度はほぼ安定して
いることが分かる。この実験結果によれば、駆動系を冷
却することにより、駆動系はアクチュエータの駆動によ
り発熱するとしても温度を安定させることができ、アク
チュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加工工具の
刃先位置の熱変位を低減させることができ、熱変位に伴
う加工誤差を抑制し、加工精度の劣化を低減できること
が分かる。
In FIG. 4, when the actuator is driven without cooling, the temperature rises according to the operation time, and after 2 hours, the temperature rises by 40 ° C. or more.
Since then, the temperature has continued to rise. On the other hand, using the cooling means according to the present invention, a flow rate of 1.5 L
When the temperature was corrected by circulating the refrigerant under the conditions of / min and the liquid temperature of 19 ° C., the temperature was found to be substantially stable after 60 minutes. According to this experimental result, by cooling the drive system, the temperature of the drive system can be stabilized even if the drive system generates heat by driving the actuator, and the thermal displacement of the cutting edge position of the processing tool caused by the heat generated by the drive of the actuator. It can be seen that the machining error due to thermal displacement can be suppressed, and the deterioration of machining accuracy can be reduced.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加工工具に振動を付与して加工する際に、アクチュエー
タの駆動に伴う発熱を冷却して温度補正することによ
り、さらに、アクチュエータの駆動に伴う発熱による温
度変化を測定し、この測定結果に基づいて冷却手段を制
御して温度補正を行うことにより、加工工具の熱変位に
伴う加工精度の劣化を低減させることができ、加工精度
および生産性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention,
When machining by applying vibration to the processing tool, the temperature change due to the heat generated due to the drive of the actuator is measured by cooling the temperature generated by the drive of the actuator and correcting the temperature. By performing the temperature correction by controlling the cooling means, it is possible to reduce the deterioration of the processing accuracy due to the thermal displacement of the processing tool, and it is possible to improve the processing accuracy and the productivity.

【0030】また、アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも2箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
Further, a temperature change accompanying the driving of the actuator is detected in at least two or more parts, and the temperature and circulation flow rate of the refrigerant are individually controlled for each part based on the detected temperature information of each part. By cooling and temperature-correcting each part, the temperature distribution can be suppressed, the thermal displacement of the processing tool can be further reduced, and the processing accuracy and productivity can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の振動切削加工装置の構成を示す概略図
である。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a vibration cutting apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の振動切削加工装置における振動切削ユ
ニットの概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of a vibration cutting unit in the vibration cutting apparatus of the present invention.

【図3】本発明の振動切削加工装置における駆動系の概
略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a drive system in the vibration cutting apparatus of the present invention.

【図4】振動切削加工装置における駆動系のアクチュエ
ータの駆動に伴う発熱による温度履歴を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a temperature history due to heat generated by driving an actuator of a drive system in the vibration cutting apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動切削ユニット 2 駆動系 2a Z方向の駆動系 2b X方向の駆動系 3 振動伝達機構 4 加工工具 5 工具ホルダ 6(a、b) 弾性ヒンジ 10 XYテーブル 11 ワーク 12 ワークテーブル 13 枠体 14 Z軸スライダ 15 発振装置 16 増幅器 17 入力ケーブル 20 温度検出装置 21(a、b、c) 温度センサー 23 制御装置 24(a、b) 冷却装置 25(a、b) 冷却用配管 27(a、b、c) 冷媒流路 30 アクチュエータ 31 駆動ロッド 32 駆動軸ハウジング 33 固定部材 34 駆動ロッドガイド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration cutting unit 2 Drive system 2a Drive system in Z direction 2b Drive system in X direction 3 Vibration transmission mechanism 4 Processing tool 5 Tool holder 6 (a, b) Elastic hinge 10 XY table 11 Work 12 Work table 13 Frame 14 Z Axis slider 15 Oscillator 16 Amplifier 17 Input cable 20 Temperature detector 21 (a, b, c) Temperature sensor 23 Controller 24 (a, b) Cooling device 25 (a, b) Cooling pipe 27 (a, b, c) Refrigerant flow path 30 Actuator 31 Drive rod 32 Drive shaft housing 33 Fixed member 34 Drive rod guide

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アクチュエータによって加工工具に振動
を付与して加工する加工装置において、アクチュエータ
の駆動により発生する熱を冷却する冷却手段を備えてい
ることを特徴とする加工装置。
1. A machining apparatus for machining a machining tool by applying vibration to the machining tool by an actuator, comprising: a cooling unit for cooling heat generated by driving the actuator.
【請求項2】 前記冷却手段は、前記アクチュエータを
保持する構造体に設けられた冷媒を流すための冷媒流路
および冷媒を循環させるための循環手段を具備すること
を特徴とする請求項1記載の加工装置。
2. The cooling device according to claim 1, wherein the cooling means includes a refrigerant flow path provided in a structure holding the actuator for flowing a refrigerant and a circulating means for circulating the refrigerant. Processing equipment.
【請求項3】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検
出された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制
御手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項1
または2記載の加工装置。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising: a temperature detecting unit configured to detect a temperature change caused by driving the actuator; and a control unit configured to control the cooling unit based on temperature information detected by the temperature detecting unit. Claim 1.
Or the processing apparatus according to 2.
【請求項4】 前記冷却手段および前記温度検出手段は
それぞれ少なくとも2箇所以上の部位毎に独立して設け
られ、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出さ
れる各部位の温度情報に基づいて各部位に対応する冷却
手段をそれぞれ制御することを特徴とする請求項3記載
の加工装置。
4. The cooling means and the temperature detecting means are provided independently for at least two or more parts, respectively, and the control means based on temperature information of each part detected by the temperature detecting means. 4. The processing apparatus according to claim 3, wherein each of the cooling means corresponding to each part is controlled.
【請求項5】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁歪
素子等の機能性固体素子、または電磁力を使用するもの
で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれか1項に記載の加工装置。
5. The actuator according to claim 1, wherein the actuator is formed of a functional solid element such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element, or an actuator using an electromagnetic force. Processing equipment.
【請求項6】 アクチュエータおよび/または加工工具
を保持する部材を低熱膨張材で形成することを特徴とす
る請求項1ないし5のいずれか1項に記載の加工装置。
6. The processing apparatus according to claim 1, wherein the member holding the actuator and / or the processing tool is formed of a low thermal expansion material.
【請求項7】 アクチュエータによって加工工具に振動
を付与して加工する加工方法において、アクチュエータ
を保持する構造体に設けられた冷媒流路に温度管理した
冷媒を循環させ、アクチュエータの駆動により発生する
熱を冷却することを特徴とする加工方法。
7. In a machining method for machining by applying vibration to a machining tool with an actuator, a coolant whose temperature is controlled is circulated through a coolant flow path provided in a structure holding the actuator, and heat generated by driving the actuator is provided. Processing method characterized by cooling.
【請求項8】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を検出し、検出された温度情報に基づいて冷媒の温度
や循環流量を制御して、前記アクチュエータの駆動によ
り発生する熱を冷却することを特徴とする請求項7記載
の加工方法。
8. A method according to claim 1, wherein a temperature change associated with driving of said actuator is detected, a temperature of a refrigerant and a circulating flow rate are controlled based on the detected temperature information, and heat generated by driving of said actuator is cooled. The processing method according to claim 7, wherein
【請求項9】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも2箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却することを特
徴とする請求項8記載の加工方法。
9. A temperature change caused by driving the actuator is detected in at least two or more portions, and the temperature and circulation flow rate of the refrigerant are individually controlled for each portion based on the detected temperature information of each portion. 9. The processing method according to claim 8, wherein cooling is performed for each part.
【請求項10】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁
歪素子等の機能性固体素子、または電磁力を使用するも
ので構成されていることを特徴とする請求項7ないし9
のいずれか1項に記載の加工方法。
10. The actuator according to claim 7, wherein the actuator comprises a functional solid element such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element, or an element using electromagnetic force.
The processing method according to any one of the above.
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