JP2002301601A - 加工装置および加工方法 - Google Patents
加工装置および加工方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 切削工具に付与する振動の周波数帯域を変更
するだけで、加工条件設定における自由度が高く、従来
の超音波振動切削加工装置では加工困難であった加工対
象についても加工を可能とし、さらに、該加工装置を使
用する際の生産コストを低減するような加工装置を提供
する。 【解決手段】 加工装置は、切削加工用の切削工具２
と、切削工具２を支持すると同時に該切削工具に対し振
動を付与するアクチュエータ１とを備え、切削工具２が
アクチュエータ１に直に接合されて、振動切削工具ユニ
ットを構成している。アクチュエータ１は、前記振動切
削ユニット系とワーク支持系のそれぞれの機械系共振周
波数よりも高く、超音波帯域よりも低い工具振動数で、
前記系と共振させることなく切削工具２を振動させる。
なお、アクチュエータ１として、圧電素子、磁歪素子又
は超磁歪素子が用いられる。
するだけで、加工条件設定における自由度が高く、従来
の超音波振動切削加工装置では加工困難であった加工対
象についても加工を可能とし、さらに、該加工装置を使
用する際の生産コストを低減するような加工装置を提供
する。 【解決手段】 加工装置は、切削加工用の切削工具２
と、切削工具２を支持すると同時に該切削工具に対し振
動を付与するアクチュエータ１とを備え、切削工具２が
アクチュエータ１に直に接合されて、振動切削工具ユニ
ットを構成している。アクチュエータ１は、前記振動切
削ユニット系とワーク支持系のそれぞれの機械系共振周
波数よりも高く、超音波帯域よりも低い工具振動数で、
前記系と共振させることなく切削工具２を振動させる。
なお、アクチュエータ１として、圧電素子、磁歪素子又
は超磁歪素子が用いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主としてマイクロ
部品などの微細精密部品の加工や光学素子の成形用型の
超精密加工などに用いられる加工装置および加工方法に
関する。
部品などの微細精密部品の加工や光学素子の成形用型の
超精密加工などに用いられる加工装置および加工方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、切削加工するための切削工具と
該切削工具に対し振動を付与して駆動させるためのアク
チュエータ（振動子）とにより構成される振動切削加工
装置は、該アクチュエータ（振動子）として高周波振動
を付与する超音波振動子が用いられている。そして、該
振動子と該切削工具の接合は、該振動子が発生する振動
を切削加工するために十分な振幅まで共振させるように
拡大ホーンを介して接合されている（例えば、特開平５
−２３９０１号公報等参照）。
該切削工具に対し振動を付与して駆動させるためのアク
チュエータ（振動子）とにより構成される振動切削加工
装置は、該アクチュエータ（振動子）として高周波振動
を付与する超音波振動子が用いられている。そして、該
振動子と該切削工具の接合は、該振動子が発生する振動
を切削加工するために十分な振幅まで共振させるように
拡大ホーンを介して接合されている（例えば、特開平５
−２３９０１号公報等参照）。
【０００３】ここで、従来の超音波振動子を用いた振動
切削加工装置の要部である振動切削工具ユニットに関
し、図３を用いて簡単に説明する。
切削加工装置の要部である振動切削工具ユニットに関
し、図３を用いて簡単に説明する。
【０００４】振動切削工具ユニットは、図に示される通
り、切削工具２、該切削工具２を振動させるためのアク
チュエータ（振動子）１、該アクチュエータ１から得ら
れる微小な振幅を切削加工するのに十分な振幅までに拡
大させるための切削工具支持体であるホーン１２、及び
振動子ケース１３を備えている。前記アクチュエータ１
及び前記切削工具２は、前記ホーン１２を介して接合さ
れている。
り、切削工具２、該切削工具２を振動させるためのアク
チュエータ（振動子）１、該アクチュエータ１から得ら
れる微小な振幅を切削加工するのに十分な振幅までに拡
大させるための切削工具支持体であるホーン１２、及び
振動子ケース１３を備えている。前記アクチュエータ１
及び前記切削工具２は、前記ホーン１２を介して接合さ
れている。
【０００５】前記アクチュエータ１は、図示されていな
い高周波電源から高周波電力を供給され、一般的には、
少なくとも２０［ｋＨｚ］の超音波帯域で振動させられ
る。そして、前記切削工具２と前記ホーン１２からなる
系を共振させることにより、付与される振動の微小振幅
を拡大する。切削工具２の振動方向は、図の矢印Ａで示
される通りである。
い高周波電源から高周波電力を供給され、一般的には、
少なくとも２０［ｋＨｚ］の超音波帯域で振動させられ
る。そして、前記切削工具２と前記ホーン１２からなる
系を共振させることにより、付与される振動の微小振幅
を拡大する。切削工具２の振動方向は、図の矢印Ａで示
される通りである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動子
の先に接続されたホーン及び該切削工具から構成される
系を共振させるので、該系全体の剛性も低下し、加工対
象の材質（例えば、硬さなど）に制限が生じるという問
題があった。
の先に接続されたホーン及び該切削工具から構成される
系を共振させるので、該系全体の剛性も低下し、加工対
象の材質（例えば、硬さなど）に制限が生じるという問
題があった。
【０００７】また、振動切削加工時において、切削工具
に対し付与される振動の振動数は、該切削工具及び前記
ホーンにより構成される系の共振周波数とすることか
ら、使用される切削工具により付与される振動数（共振
周波数）が限定される。すなわち、ある振動数で共振さ
せようとする場合、切削工具変更に伴い、該周波数にお
いて該系が共振するようにホーンを設計する必要があっ
た。したがって、同一の切削工具を使用する限り、工具
及びホーンの材質や形状は、唯一に、すなわち、全く同
じものに限定される。また、同一の切削工具を使用する
限り、駆動周波数は、前記共振周波数に限定されてしま
い、工具振動数変更による加工条件の設定ができないと
いう問題があった。
に対し付与される振動の振動数は、該切削工具及び前記
ホーンにより構成される系の共振周波数とすることか
ら、使用される切削工具により付与される振動数（共振
周波数）が限定される。すなわち、ある振動数で共振さ
せようとする場合、切削工具変更に伴い、該周波数にお
いて該系が共振するようにホーンを設計する必要があっ
た。したがって、同一の切削工具を使用する限り、工具
及びホーンの材質や形状は、唯一に、すなわち、全く同
じものに限定される。また、同一の切削工具を使用する
限り、駆動周波数は、前記共振周波数に限定されてしま
い、工具振動数変更による加工条件の設定ができないと
いう問題があった。
【０００８】さらに、従来の振動切削加工装置において
は、切削工具及びホーンにより形成される系の共振周波
数で該切削工具を振動させるため、工具の振動が可能な
許容周波数帯域が共振周波数近辺と非常に狭い。したが
って、周波数設定及び工具・ホーンの調整（形状及び重
量コントロール）が難しいという問題が挙げられる。
は、切削工具及びホーンにより形成される系の共振周波
数で該切削工具を振動させるため、工具の振動が可能な
許容周波数帯域が共振周波数近辺と非常に狭い。したが
って、周波数設定及び工具・ホーンの調整（形状及び重
量コントロール）が難しいという問題が挙げられる。
【０００９】例えば、工具磨耗のため該切削工具を交換
する際に、交換後において形状・材質ともに全く同じも
のを使用した場合においても、わずかな重量バランスか
ら系の共振周波数が変化するため、再度周波数設定の調
整が要求される。そのため、場合によっては、交換前の
周波数とは異なる周波数で該切削工具を振動させること
になり、工具交換前後において、同一条件で加工するこ
とができないという状況を招くこととなる。この場合、
例え形状及び材質ともに同一な切削工具を使用したとし
ても、加工条件が異なるのであるから、工具交換前後に
おいて、厳密には、同じ加工条件を得られないことにな
る。特に、超精密加工を行う場合を想定すると、再現性
が得られない点において前記加工条件の変化は大きな問
題となる恐れがある。
する際に、交換後において形状・材質ともに全く同じも
のを使用した場合においても、わずかな重量バランスか
ら系の共振周波数が変化するため、再度周波数設定の調
整が要求される。そのため、場合によっては、交換前の
周波数とは異なる周波数で該切削工具を振動させること
になり、工具交換前後において、同一条件で加工するこ
とができないという状況を招くこととなる。この場合、
例え形状及び材質ともに同一な切削工具を使用したとし
ても、加工条件が異なるのであるから、工具交換前後に
おいて、厳密には、同じ加工条件を得られないことにな
る。特に、超精密加工を行う場合を想定すると、再現性
が得られない点において前記加工条件の変化は大きな問
題となる恐れがある。
【００１０】以上、従来の振動切削加工における問題点
として切削工具を共振させて振動させることによる課題
について説明したが、この他の問題点として、該切削工
具に振動を付与するための振動子の発熱が挙げられる。
すなわち、従来の振動切削加工装置では、該切削工具を
振動させる周波数帯域が超音波帯域であったため、低周
波で振動させる場合と比較して発熱しやすく、使用時に
は該振動子を冷却する必要があった。
として切削工具を共振させて振動させることによる課題
について説明したが、この他の問題点として、該切削工
具に振動を付与するための振動子の発熱が挙げられる。
すなわち、従来の振動切削加工装置では、該切削工具を
振動させる周波数帯域が超音波帯域であったため、低周
波で振動させる場合と比較して発熱しやすく、使用時に
は該振動子を冷却する必要があった。
【００１１】本発明は、上記問題点を解決し、切削工具
に付与する振動の周波数帯域を変更するだけで、従来の
加工装置と比較して加工条件設定における自由度が高
く、同時に従来の超音波振動切削加工装置では加工困難
であった加工対象についても加工を可能とし、さらに、
該加工装置を使用する際の生産コストを従来と比較して
低減するような加工装置を提供することを目的としてい
る。
に付与する振動の周波数帯域を変更するだけで、従来の
加工装置と比較して加工条件設定における自由度が高
く、同時に従来の超音波振動切削加工装置では加工困難
であった加工対象についても加工を可能とし、さらに、
該加工装置を使用する際の生産コストを従来と比較して
低減するような加工装置を提供することを目的としてい
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の加工装置は、切削加工用の切削工具と、前
記切削工具を支持すると同時に該切削工具に対し振動を
付与するアクチュエータと、前記アクチュエータを支持
するためのアクチュエータ支持治具とを備え、前記切削
工具が前記アクチュエータに直に接合されて、振動切削
工具ユニットを構成していることを特徴とする。
に、本発明の加工装置は、切削加工用の切削工具と、前
記切削工具を支持すると同時に該切削工具に対し振動を
付与するアクチュエータと、前記アクチュエータを支持
するためのアクチュエータ支持治具とを備え、前記切削
工具が前記アクチュエータに直に接合されて、振動切削
工具ユニットを構成していることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の加工装置は、前記アクチュ
エータが、前記振動切削工具ユニット系とワーク支持系
のそれぞれの機械系共振周波数よりも高く、超音波帯域
よりも低い工具振動数で、前記系と共振させることなく
前記切削工具を駆動させることを特徴とする。
エータが、前記振動切削工具ユニット系とワーク支持系
のそれぞれの機械系共振周波数よりも高く、超音波帯域
よりも低い工具振動数で、前記系と共振させることなく
前記切削工具を駆動させることを特徴とする。
【００１４】さらに、本発明の加工装置は、前記アクチ
ュエータが、圧電素子、磁歪素子又は超磁歪素子を用い
ることを特徴とする。
ュエータが、圧電素子、磁歪素子又は超磁歪素子を用い
ることを特徴とする。
【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
の加工方法は、切削工具がアクチュエータに直に接合さ
れている振動切削工具ユニット系とワーク支持系のそれ
ぞれの機械系共振周波数よりも高く、超音波帯域よりも
低い工具振動数で、前記系と共振させることなく、前記
切削工具を前記アクチュエータにより駆動させることを
特徴とする。
の加工方法は、切削工具がアクチュエータに直に接合さ
れている振動切削工具ユニット系とワーク支持系のそれ
ぞれの機械系共振周波数よりも高く、超音波帯域よりも
低い工具振動数で、前記系と共振させることなく、前記
切削工具を前記アクチュエータにより駆動させることを
特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例で
ある加工装置の構成を説明するための図であり、旋削加
工に適用した場合が示されている。
ある加工装置の構成を説明するための図であり、旋削加
工に適用した場合が示されている。
【００１７】本発明における振動切削工具ユニットは、
従来の振動切削工具ユニットと比較して、アクチュエー
タ（振動子）１からの振幅を拡大するホーン１２が構成
要素として含まれていないことを特徴としている。すな
わち、切削工具２は、アクチュエータ（振動子）１に直
接接合されており、該アクチュエータ（振動子）１が発
生する振動を、拡大機構の使用あるいは共振させること
により拡大することなく、切削工具２が直接受けること
により駆動される。この時、切削工具２の振動方向は、
図１の矢印Ａに示される通りである。
従来の振動切削工具ユニットと比較して、アクチュエー
タ（振動子）１からの振幅を拡大するホーン１２が構成
要素として含まれていないことを特徴としている。すな
わち、切削工具２は、アクチュエータ（振動子）１に直
接接合されており、該アクチュエータ（振動子）１が発
生する振動を、拡大機構の使用あるいは共振させること
により拡大することなく、切削工具２が直接受けること
により駆動される。この時、切削工具２の振動方向は、
図１の矢印Ａに示される通りである。
【００１８】アクチュエータ１として、周波数が数［ｋ
Ｈｚ］以下において振幅が１０［μｍ］以上確保できる
圧電素子、磁歪素子又は超磁歪素子が使用される。
Ｈｚ］以下において振幅が１０［μｍ］以上確保できる
圧電素子、磁歪素子又は超磁歪素子が使用される。
【００１９】また、前記切削工具２と前記アクチュエー
タ１は、工具取付ボルト３により接合されて振動切削工
具ユニットを形成しており、該切削工具２は、該アクチ
ュエータ１から取り外せるように構成されている。すな
わち、切削工具２は、アクチュエータ１に対して交換可
能になっている。
タ１は、工具取付ボルト３により接合されて振動切削工
具ユニットを形成しており、該切削工具２は、該アクチ
ュエータ１から取り外せるように構成されている。すな
わち、切削工具２は、アクチュエータ１に対して交換可
能になっている。
【００２０】工具交換の際、上記の通り、切削工具２
は、共振させることなしにアクチュエータ１から直接振
動を付与されるので、共振させるための周波数調整及び
工具形状変更による工具質量調整が不要となる。したが
って、工具交換後においても、工具交換前と同一加工条
件（同一周波数、同一振幅）で加工することができる。
は、共振させることなしにアクチュエータ１から直接振
動を付与されるので、共振させるための周波数調整及び
工具形状変更による工具質量調整が不要となる。したが
って、工具交換後においても、工具交換前と同一加工条
件（同一周波数、同一振幅）で加工することができる。
【００２１】切削工具２及びアクチュエータ１により構
成される振動切削工具ユニットは、アクチュエータ固定
スライダ４上に支持される。該アクチュエータ固定スラ
イダ４の移動を案内するアクチュエータ固定スライダ用
ガイド６は、基盤９上に支持されている。また、ワーク
６は、ワーク取付用主軸７に固定されている。さらに、
該ワーク取付用主軸７は、前記基盤９上に支持されたワ
ーク取付用主軸支持体８に設けられている。
成される振動切削工具ユニットは、アクチュエータ固定
スライダ４上に支持される。該アクチュエータ固定スラ
イダ４の移動を案内するアクチュエータ固定スライダ用
ガイド６は、基盤９上に支持されている。また、ワーク
６は、ワーク取付用主軸７に固定されている。さらに、
該ワーク取付用主軸７は、前記基盤９上に支持されたワ
ーク取付用主軸支持体８に設けられている。
【００２２】振動切削工具ユニットに対し、加工対象と
なるワーク６を、図に示されるように配置することによ
り旋削加工が行われる。このとき、切削工具２の振動方
向（矢印Ａ）に対するワーク６の回転方向は、図の矢印
Ｂで示される方向であり、また、該切削工具２の送り方
向は、該ワーク回転軸方向である。なお、切削工具２の
送りは、アクチュエータ固定スライダ４をアクチュエー
タ固定スライダ用ガイド５上でスライドさせることによ
り行なわれる。
なるワーク６を、図に示されるように配置することによ
り旋削加工が行われる。このとき、切削工具２の振動方
向（矢印Ａ）に対するワーク６の回転方向は、図の矢印
Ｂで示される方向であり、また、該切削工具２の送り方
向は、該ワーク回転軸方向である。なお、切削工具２の
送りは、アクチュエータ固定スライダ４をアクチュエー
タ固定スライダ用ガイド５上でスライドさせることによ
り行なわれる。
【００２３】一般に、振動切削加工を行う際、切削工具
振動振幅をａ［ｍ］、切削工具角振動数をω［ｒａｄ／
ｓ］とするとき、切削速度ν［ｍ／ｓ］がａν［ｍ／
ｓ］になると、切削工具すくい面が常時被加工物および
切りくずと接触してしまい、慣用の切削機構と同じにな
ってしまい、振動切削機構としての機能が完全に消滅す
る。このときの切削速度νｃ［ｍ／ｓ］を臨界切削速度
と呼び、 νｃ＝２πａｆ （∵ω＝２πｆ） で表わされる。さらに、５０〜１００［Ｈｚ］のような
低い周波数帯域においては、臨界切削速度νｃ［ｍ／
ｓ］の約１／５の切削速度で振動切削効果が得られるこ
とが知られている。したがって、本発明の加工装置は、
前記振動切削効果が得られるような切削速度となるよう
に、切削振動振幅ａ［ｍ］および切削工具振動数ｆ［Ｈ
ｚ］を設定することを特徴とする。
振動振幅をａ［ｍ］、切削工具角振動数をω［ｒａｄ／
ｓ］とするとき、切削速度ν［ｍ／ｓ］がａν［ｍ／
ｓ］になると、切削工具すくい面が常時被加工物および
切りくずと接触してしまい、慣用の切削機構と同じにな
ってしまい、振動切削機構としての機能が完全に消滅す
る。このときの切削速度νｃ［ｍ／ｓ］を臨界切削速度
と呼び、 νｃ＝２πａｆ （∵ω＝２πｆ） で表わされる。さらに、５０〜１００［Ｈｚ］のような
低い周波数帯域においては、臨界切削速度νｃ［ｍ／
ｓ］の約１／５の切削速度で振動切削効果が得られるこ
とが知られている。したがって、本発明の加工装置は、
前記振動切削効果が得られるような切削速度となるよう
に、切削振動振幅ａ［ｍ］および切削工具振動数ｆ［Ｈ
ｚ］を設定することを特徴とする。
【００２４】ここで一例を挙げると、切削工具振動振幅
ａが、ａ＝１０［μｍ］、切削工具振動数ｆが、ｆ＝１
［ｋＨｚ］の場合、切削速度νは、約１２［ｍｍ／ｓ］
となるとき振動切削効果が得られる。これにより、ワー
ク６の半径に対し切削速度ν［ｍ／ｓ］となるように、
ワーク６の回転数を設定することで、振動切削効果が得
られる切削加工が実施可能となる。
ａが、ａ＝１０［μｍ］、切削工具振動数ｆが、ｆ＝１
［ｋＨｚ］の場合、切削速度νは、約１２［ｍｍ／ｓ］
となるとき振動切削効果が得られる。これにより、ワー
ク６の半径に対し切削速度ν［ｍ／ｓ］となるように、
ワーク６の回転数を設定することで、振動切削効果が得
られる切削加工が実施可能となる。
【００２５】さらに、上記加工条件において、予め測定
しておいた図１に示される振動切削工具ユニット支持系
およびワーク支持系の機械系共振周波数よりも高い切削
工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定する。ここで、前記機械系
の共振周波数は、一般的に、数１００［Ｈｚ］である。
また、アクチュエータ自体の共振周波数は、数［ｋＨ
ｚ］である。したがって、本実施例における振動切削加
工装置においては、切削工具を数１００［Ｈｚ］〜数
［ｋＨｚ］の周波数帯域の工具周波数で振動させること
が好ましい。これにより、切削工具２は共振することな
く、安定して振動させることができ、工具刃先位置のバ
ラツキにより加工面粗さのバラツキを抑制することがで
きる。
しておいた図１に示される振動切削工具ユニット支持系
およびワーク支持系の機械系共振周波数よりも高い切削
工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定する。ここで、前記機械系
の共振周波数は、一般的に、数１００［Ｈｚ］である。
また、アクチュエータ自体の共振周波数は、数［ｋＨ
ｚ］である。したがって、本実施例における振動切削加
工装置においては、切削工具を数１００［Ｈｚ］〜数
［ｋＨｚ］の周波数帯域の工具周波数で振動させること
が好ましい。これにより、切削工具２は共振することな
く、安定して振動させることができ、工具刃先位置のバ
ラツキにより加工面粗さのバラツキを抑制することがで
きる。
【００２６】また、アクチュエータが切削工具に対し振
動を付与して駆動する際、工具振動数は、超音波帯域
（２０［ｋＨｚ］）よりも低い帯域に属するアクチュエ
ータ自体の共振周波数（数［ｋＨｚ］）よりも低い周波
数である。したがって、本実施例の加工装置において
は、切削工具を共振させることなく切削加工するために
十分な振幅が確保できる。さらに、工具振動数を振動切
削工具ユニット支持系及びワーク支持系のそれぞれの機
械系共振周波数よりも高くすることにより、前記支持系
の共振による該支持系の剛性低下を回避することができ
る。言い換えれば、本実施例の加工装置は、従来の超音
波振動加工装置と比較して、工具剛性を高めることがで
きる。
動を付与して駆動する際、工具振動数は、超音波帯域
（２０［ｋＨｚ］）よりも低い帯域に属するアクチュエ
ータ自体の共振周波数（数［ｋＨｚ］）よりも低い周波
数である。したがって、本実施例の加工装置において
は、切削工具を共振させることなく切削加工するために
十分な振幅が確保できる。さらに、工具振動数を振動切
削工具ユニット支持系及びワーク支持系のそれぞれの機
械系共振周波数よりも高くすることにより、前記支持系
の共振による該支持系の剛性低下を回避することができ
る。言い換えれば、本実施例の加工装置は、従来の超音
波振動加工装置と比較して、工具剛性を高めることがで
きる。
【００２７】上記したように、振動切削効果が得られる
加工条件下において、本発明の加工装置を用いて図１に
示されるような加工を行うことにより、従来加工困難で
あった材質のワークに対しても旋削加工が可能となる。
加工条件下において、本発明の加工装置を用いて図１に
示されるような加工を行うことにより、従来加工困難で
あった材質のワークに対しても旋削加工が可能となる。
【００２８】また、本実施例において、従来の加工装置
のように切削工具２は共振する必要がないことから、加
工条件として選択された工具振動数に従って工具形状や
材質が限定されることがないことから、加工目的に合わ
せた工具形状および材質の選択が自由となる。このよう
に加工条件の自由度が増大する作用の一例として、例え
ば、同じ仕様で作られた工具を使用する限り、工具交換
前後において加工条件を統一化することが可能となる。
すなわち、本実施例の加工装置においては、使用する切
削工具に依存せずに駆動周波数を設定できることから、
工具交換後においても同一加工条件で加工を行うことが
でき、工具交換前後における工具交換が原因で加工結果
に差異が生じることがない。特に、実施される加工が超
精密加工の場合、わずかな加工条件の違いが表面粗さに
効いてくることから、工具交換後も同じ仕様の工具によ
り同じ周波数駆動で加工可能であることは、加工結果の
再現性確保を可能とし、加工結果のバラツキの低減に効
果的である。
のように切削工具２は共振する必要がないことから、加
工条件として選択された工具振動数に従って工具形状や
材質が限定されることがないことから、加工目的に合わ
せた工具形状および材質の選択が自由となる。このよう
に加工条件の自由度が増大する作用の一例として、例え
ば、同じ仕様で作られた工具を使用する限り、工具交換
前後において加工条件を統一化することが可能となる。
すなわち、本実施例の加工装置においては、使用する切
削工具に依存せずに駆動周波数を設定できることから、
工具交換後においても同一加工条件で加工を行うことが
でき、工具交換前後における工具交換が原因で加工結果
に差異が生じることがない。特に、実施される加工が超
精密加工の場合、わずかな加工条件の違いが表面粗さに
効いてくることから、工具交換後も同じ仕様の工具によ
り同じ周波数駆動で加工可能であることは、加工結果の
再現性確保を可能とし、加工結果のバラツキの低減に効
果的である。
【００２９】図２は、本発明の第２の実施例を示してい
る。該図２に示されるように、切削工具ユニットは、ア
クチュエータ固定スライダ４に支持され、矢印Ｄで示さ
れる工具スライド方向（垂直方向）において位置決めが
可能となっている。
る。該図２に示されるように、切削工具ユニットは、ア
クチュエータ固定スライダ４に支持され、矢印Ｄで示さ
れる工具スライド方向（垂直方向）において位置決めが
可能となっている。
【００３０】本実施例においては、加工対象となるワー
ク６は、図２に示されるようにいくつかの面に囲まれた
立体形状のものであり、ワーク固定スライダ１０に支持
されている。そして、振動切削工具ユニットに対し、図
２に示されるようにワーク６を配置することにより加工
を行う。
ク６は、図２に示されるようにいくつかの面に囲まれた
立体形状のものであり、ワーク固定スライダ１０に支持
されている。そして、振動切削工具ユニットに対し、図
２に示されるようにワーク６を配置することにより加工
を行う。
【００３１】切削工具振動に対するワーク６の送り方向
は、図２の矢印Ｃで示す通りである。すなわち、ワーク
６は、ワーク固定スライダ１０およびワーク固定スライ
ダ用ガイド１１により、切削工具２のすくい面に向かっ
ていく方向に送られる。このとき、切削工具ユニットを
前記工具スライド方向に位置決めすることにより、ワー
ク６に対し平面又は曲面又は溝形状の加工が可能とな
る。
は、図２の矢印Ｃで示す通りである。すなわち、ワーク
６は、ワーク固定スライダ１０およびワーク固定スライ
ダ用ガイド１１により、切削工具２のすくい面に向かっ
ていく方向に送られる。このとき、切削工具ユニットを
前記工具スライド方向に位置決めすることにより、ワー
ク６に対し平面又は曲面又は溝形状の加工が可能とな
る。
【００３２】切削速度ν［ｍ／ｓ］に関しては、前記関
係式（νｃ＝２πａｆ）を下に低い振動数で加工する場
合の条件が適応される。したがって、振動切削効果が得
られる切削速度ν［ｍ／ｓ］は、第１の実施例と同様に
臨界切削速度νｃ［ｍ／ｓ］の１／５となる。
係式（νｃ＝２πａｆ）を下に低い振動数で加工する場
合の条件が適応される。したがって、振動切削効果が得
られる切削速度ν［ｍ／ｓ］は、第１の実施例と同様に
臨界切削速度νｃ［ｍ／ｓ］の１／５となる。
【００３３】すなわち、本実施例においても、前記第１
の実施例と同様、振動切削効果が得られるような切削速
度ν［ｍ／ｓ］となるように切削工具振動振幅ａ［ｍ］
および切削工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定することを特徴
とする。このとき、予め測定しておいた図２に示される
振動切削工具ユニット及びワーク支持系の機械系共振周
波数よりも高い切削工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定するこ
とにより、加工面粗さの精度悪化を抑制できるという効
果についても、第１の実施例と同様である。
の実施例と同様、振動切削効果が得られるような切削速
度ν［ｍ／ｓ］となるように切削工具振動振幅ａ［ｍ］
および切削工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定することを特徴
とする。このとき、予め測定しておいた図２に示される
振動切削工具ユニット及びワーク支持系の機械系共振周
波数よりも高い切削工具振動数ｆ［Ｈｚ］を設定するこ
とにより、加工面粗さの精度悪化を抑制できるという効
果についても、第１の実施例と同様である。
【００３４】上述の通り、本発明の第２の実施例におい
ても、平面又は曲面あるいは溝の加工において、本発明
の特徴の一つである振動切削工具ユニットの系の剛性増
大により、従来の加工装置では加工困難であった材質に
対しても加工可能となる。
ても、平面又は曲面あるいは溝の加工において、本発明
の特徴の一つである振動切削工具ユニットの系の剛性増
大により、従来の加工装置では加工困難であった材質に
対しても加工可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上の通り、本発明の加工装置は、切削
工具を、振動切削工具ユニットとワーク支持系の機械系
共振周波数よりも高く、従来の加工装置で用いられてい
た超音波帯域よりも低い工具振動数（数１００［Ｈｚ］
〜数［ｋＨｚ］）で共振させずに振動させることによ
り、切削工具およびアクチュエータ（振動子）により構
成される切削工具ユニットの系の剛性が増大し、従来の
加工装置では加工困難であった材質についても加工可能
となる。
工具を、振動切削工具ユニットとワーク支持系の機械系
共振周波数よりも高く、従来の加工装置で用いられてい
た超音波帯域よりも低い工具振動数（数１００［Ｈｚ］
〜数［ｋＨｚ］）で共振させずに振動させることによ
り、切削工具およびアクチュエータ（振動子）により構
成される切削工具ユニットの系の剛性が増大し、従来の
加工装置では加工困難であった材質についても加工可能
となる。
【００３６】また、本発明の加工装置は、切削工具を共
振させないため、加工目的に対応した工具形状、材質お
よび工具振動数の設定が可能となり、加工条件の自由度
が増える。
振させないため、加工目的に対応した工具形状、材質お
よび工具振動数の設定が可能となり、加工条件の自由度
が増える。
【００３７】さらに、従来の加工装置の比較して、本発
明の加工装置はホーンを必要としないため、少なくとも
ホーン製作費分のコストダウンが図られることから、本
発明の加工装置は、生産コストに関しても有利である。
明の加工装置はホーンを必要としないため、少なくとも
ホーン製作費分のコストダウンが図られることから、本
発明の加工装置は、生産コストに関しても有利である。
【００３８】また、本発明の加工装置は、アクチュエー
タ（振動子）が発生する振動が、従来に比べて低い周波
数帯域であるため、アクチュエータの発熱が抑制され、
切削工具の熱変形を防止することが可能となる。
タ（振動子）が発生する振動が、従来に比べて低い周波
数帯域であるため、アクチュエータの発熱が抑制され、
切削工具の熱変形を防止することが可能となる。
【図１】本発明の振動切削加工装置の第１の実施例を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の振動切削加工装置の第２の実施例を示
す図である。
す図である。
【図３】従来の振動切削加工装置を示す図である。
１ アクチュエータ（振動子） ２ 切削工具 ３ 工具取付ボルト ４ アクチュエータ固定スライダ ５ アクチュエータ固定スライダ用ガイド ６ ワーク（加工対象物） ７ ワーク取付用主軸 ８ 主軸支持体 ９ 基盤 １０ ワーク固定スライダ １１ ワーク固定スライダ用ガイド １２ ホーン １３ ケース Ａ 切削工具振動方向 Ｂ ワーク回転方向 Ｃ ワーク送り方向 Ｄ 工具スライド方向
Claims (5)
- 【請求項１】 切削加工用の切削工具と、 前記切削工具を支持すると同時に該切削工具に対し振動
を付与するアクチュエータと、 前記アクチュエータを支持するためのアクチュエータ支
持治具と、 を備え、 前記切削工具が前記アクチュエータに直に接合されて、
振動切削工具ユニットを構成していることを特徴とする
加工装置。 - 【請求項２】 前記アクチュエータは、前記振動切削工
具ユニット支持系とワーク支持系のそれぞれの機械系共
振周波数よりも高く、超音波帯域よりも低い工具振動数
で、前記系と共振させることなく前記切削工具を駆動さ
せることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。 - 【請求項３】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁歪
素子又は超磁歪素子を用いることを特徴とする請求項１
又は２に記載の加工装置。 - 【請求項４】 切削工具がアクチュエータに直に接合さ
れている振動切削工具ユニット系とワーク支持系のそれ
ぞれの機械系共振周波数よりも高く、超音波帯域よりも
低い工具振動数で、前記系と共振させることなく、前記
切削工具を前記アクチュエータにより駆動させることを
特徴とする加工方法。 - 【請求項５】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁歪
素子又は超磁歪素子を用いることを特徴とする請求項４
に記載の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001107449A JP2002301601A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 加工装置および加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001107449A JP2002301601A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 加工装置および加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002301601A true JP2002301601A (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=18959773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001107449A Pending JP2002301601A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 加工装置および加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002301601A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US10625355B2 (en) | 2014-10-28 | 2020-04-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Numerical control device |
| US20210299756A1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-09-30 | National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System | Cutting apparatus and cutting method |
-
2001
- 2001-04-05 JP JP2001107449A patent/JP2002301601A/ja active Pending
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| WO2016084171A1 (ja) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | 三菱電機株式会社 | 数値制御装置 |
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| WO2016152769A1 (ja) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | シチズンホールディングス株式会社 | 工作機械及びこの工作機械の制御装置 |
| US10414009B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-09-17 | Citizen Watch Co., Ltd | Machine tool and control apparatus of the machine tool |
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| JPWO2021199223A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | ||
| WO2021199223A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 切削装置および切削方法 |
| CN113747989A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-12-03 | 国立大学法人东海国立大学机构 | 切削装置和切削方法 |
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