JP2007223017A - Ultrasonic rotation machining device - Google Patents

Ultrasonic rotation machining device Download PDF

Info

Publication number
JP2007223017A
JP2007223017A JP2006079714A JP2006079714A JP2007223017A JP 2007223017 A JP2007223017 A JP 2007223017A JP 2006079714 A JP2006079714 A JP 2006079714A JP 2006079714 A JP2006079714 A JP 2006079714A JP 2007223017 A JP2007223017 A JP 2007223017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
tool
chuck device
rotary tool
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006079714A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Onishi
一正 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2006079714A priority Critical patent/JP2007223017A/en
Publication of JP2007223017A publication Critical patent/JP2007223017A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic machining machine having a rotating tool having high machining accuracy and high reliability. <P>SOLUTION: The machining device is provided with: a motor 1 for rotating a stainless rotary shaft 2; a bearing 3 for rotatably supporting the rotary shaft 2; and a non-illustrated stainless case for fixing the bearing 3. In the rotary shaft 2, a slip ring 13 fixed to the rotary shaft 2 is provided. A brush 14 for supplying ultrasonic AC power is in contact with the slip ring 13. Ultrasonic AC voltage is applied to the brush 14 by an ultrasonic oscillator 16 through a lead wire 15. By holding an aluminum cylindrical holder 11 in a holding part by a chuck device 5, an end mill to be the rotating tool 6 is fixed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転する工具に超音波振動を与え、加工対象物であるガラス、セラミック、シリコーン、超硬金属などを加工する超音波加工装置に関するものである。  The present invention relates to an ultrasonic processing apparatus that applies ultrasonic vibration to a rotating tool to process glass, ceramic, silicone, cemented carbide, and the like, which are objects to be processed.

最近、いわゆる難加工材料を加工するために超音波振動を工具または、加工対象物に与え加工する方法が多用されるようになってきた。
このような加工方法は、超音波切削加工と呼ばれて、例えば、非特許文献1に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。
Recently, in order to process so-called difficult-to-process materials, a method of applying ultrasonic vibration to a tool or an object to be processed has been frequently used.
Such a processing method is called ultrasonic cutting, and is described in detail in Non-Patent Document 1, for example. Ultrasonic cutting has the advantages that the frictional resistance between the workpiece and the tool is reduced, so that the thermal distortion of the machined surface is reduced, the machining accuracy is increased, and the life of the cutting tool is extended. ing.

超音波研削装置は、非特許文献2に詳しく記載されている。図1に示す超音波研削装置も回転軸を回転させるためのモータがあり、その回転軸にスリップリング、超音波振動子が備えられている。さらに、回転軸にはブースタ、ホーンそして研削工具であるダイヤモンド砥石が接続されている。また回転自在に支持するための軸受が配置されている。また超音波交流電圧を超音波振動子に印加するための超音波発振器とブラシを備えている。
上記の超音波研削装置の概略の運転方法は以下の通りである。まずモータを動作させるとほぼ同時に超音波発振器からブラシを介して回転するスリップリングに超音波交流電圧を印加する。スリップリングに与えられた交流電圧は超音波振動子に印加され、超音波振動子は超音波振動する。この超音波振動が、ブースタそしてホーンを伝播し、そして研削工具であるダイヤモンド砥石に伝播する。
超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成11年8月、p679−684 日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、1993年、p218−229
The ultrasonic grinding apparatus is described in detail in Non-Patent Document 2. The ultrasonic grinding apparatus shown in FIG. 1 also has a motor for rotating a rotary shaft, and a slip ring and an ultrasonic vibrator are provided on the rotary shaft. Further, a booster, a horn, and a diamond grindstone as a grinding tool are connected to the rotating shaft. In addition, a bearing for rotatably supporting is arranged. An ultrasonic oscillator and a brush for applying an ultrasonic alternating voltage to the ultrasonic vibrator are provided.
The general operation method of the above ultrasonic grinding apparatus is as follows. First, when the motor is operated, an ultrasonic alternating voltage is applied from an ultrasonic oscillator to a slip ring that rotates through a brush almost simultaneously. The AC voltage applied to the slip ring is applied to the ultrasonic vibrator, and the ultrasonic vibrator vibrates ultrasonically. This ultrasonic vibration propagates through the booster and horn, and then propagates to the grinding wheel, which is a grinding tool.
Ultrasonic Handbook Editorial Committee, “Ultrasonic Handbook”, Maruzen Co., Ltd., August 1999, p679-684 Japan Electromechanical Industry Association, "Ultrasonic Engineering", Corona Co., Ltd., 1993, p218-229

しかし、回転軸に超音波振動子を取り付けると回転軸が超音波振動するので軸受にも超音波振動が伝播し、軸受は破損の恐れが生ずる。また回転軸および軸受に異常な磨耗が発生し、磨耗が大きくなる恐れがある。さらに、回転軸の直径とほぼ等しい超音波振動子であるランジュバン型超音波振動子を回転軸に接合するため、重量が増加して、回転慣性が大きくなり高速回転には不適な構成になる。さらに、回転軸に接合された超音波振動子の形状の誤差、重量のアンバランスにより回転が不安定になり、回転装置が故障し、加工精度が低下する。
別の問題点として、工具を保持するチャック装置と工具が超音波振動により互いに摩擦し焼き付けが発生する。
さらに、超音波振動により、時としては工具を保持するチャック装置の保持力が小さくなり、加工時に機械的負荷が工具に加わったときに工具が止まってしまう問題点もある。
However, when an ultrasonic vibrator is attached to the rotating shaft, the rotating shaft vibrates ultrasonically, so that the ultrasonic vibration propagates to the bearing and the bearing may be damaged. Also, abnormal wear may occur on the rotating shaft and the bearing, which may increase wear. Furthermore, since a Langevin type ultrasonic transducer, which is an ultrasonic transducer approximately equal to the diameter of the rotating shaft, is joined to the rotating shaft, the weight increases, the rotational inertia increases, and the structure becomes unsuitable for high-speed rotation. Further, the rotation becomes unstable due to the shape error and weight imbalance of the ultrasonic transducer bonded to the rotating shaft, the rotating device breaks down, and the processing accuracy decreases.
As another problem, the chuck device holding the tool and the tool are rubbed with each other by ultrasonic vibration, and seizure occurs.
Furthermore, due to the ultrasonic vibration, the holding force of the chuck device that holds the tool sometimes becomes small, and there is a problem that the tool stops when a mechanical load is applied to the tool during processing.

また、チャック装置を固定端として工具が振動するので、固定端からの工具の長さにより駆動周波数を変化させなければならないが、工具に比較してランジュバン型超音波振動子、回転軸及びホーンの質量が大きいため、主に前記ランジュバン型超音波振動子などの固有振動数でしか効率的に振動を励起することができない。したがって、工具に最適な振動を励起することができないという問題点もある。  In addition, since the tool vibrates with the chuck device as a fixed end, the drive frequency must be changed depending on the length of the tool from the fixed end, but compared with the tool, the Langevin type ultrasonic vibrator, rotating shaft and horn Since the mass is large, vibration can be efficiently excited mainly only at the natural frequency of the Langevin type ultrasonic vibrator. Therefore, there is also a problem that it is impossible to excite vibrations optimal for the tool.

本発明の目的は、高精度および高い信頼性をもつ回転工具を持つ超音波加工装置を提供するものである。  An object of the present invention is to provide an ultrasonic machining apparatus having a rotary tool with high accuracy and high reliability.

本発明は、回転する工具を持つ超音波加工装置において、工具本体に超音波振動子を接合していること、かつ超音波振動子がチャック装置により保持される位置にあることを特徴とするものである。  The present invention is an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, wherein the ultrasonic vibrator is joined to the tool body, and the ultrasonic vibrator is located at a position held by the chuck device. It is.

本発明はまた、前記工具に接合した超音波振動子に電力を印加する電源として、固有振動数を追尾するための共振追尾回路を有している超音波発振回路であるものである。  The present invention is also an ultrasonic oscillation circuit having a resonance tracking circuit for tracking the natural frequency as a power source for applying electric power to the ultrasonic transducer bonded to the tool.

本発明の超音波加工装置は、回転精度が高かく、かつ高速回転が可能であるため、高精度かつ高速加工が可能となる。  Since the ultrasonic processing apparatus of the present invention has high rotational accuracy and can be rotated at high speed, high-accuracy and high-speed processing is possible.

図2は、第1の実施の形態を示す基本的な構成を示す正面図である。ステンレス製の回転軸2を回転させるためのモータ1が備えられている。回転軸2を回転自在に支持するための軸受3があり、さらにこの軸受3を固定するための図示しないステンレスのケースがある。回転軸2には回転軸2に固着されたスリップリング13がある。そして、スリップリング13には超音波交流電力を供給するためのブラシ14が接触している。ブラシ14にはリード線15を通じて超音波発振器16より超音波交流電圧が印加される。そして、チャック装置5により保持部にあるアルミ製の円筒形状のホルダ11を保持することにより回転工具6であるエンドミルを固定する。  FIG. 2 is a front view showing a basic configuration showing the first embodiment. A motor 1 for rotating the stainless steel rotating shaft 2 is provided. There is a bearing 3 for rotatably supporting the rotating shaft 2, and there is a stainless steel case (not shown) for fixing the bearing 3. The rotating shaft 2 has a slip ring 13 fixed to the rotating shaft 2. The slip ring 13 is in contact with a brush 14 for supplying ultrasonic AC power. An ultrasonic AC voltage is applied to the brush 14 from an ultrasonic oscillator 16 through a lead wire 15. And the end mill which is the rotary tool 6 is fixed by hold | maintaining the cylindrical holder 11 made from aluminum in a holding | maintenance part with the chuck | zipper apparatus 5. FIG.

回転工具6の詳細を図3の平面図を用いて説明する。回転工具6は、外径1mmそして長さ50mmの超硬製のエンドミルである。  Details of the rotary tool 6 will be described with reference to the plan view of FIG. The rotary tool 6 is a carbide end mill having an outer diameter of 1 mm and a length of 50 mm.

そして図4の一部断面を示す平面図を用いて説明するが、回転工具6に超音波振動子である円筒状の圧電セラミック12をエポキシ樹脂を用いて接合する。そして、その外側にさらにエポキシ樹脂によりアルマイト加工して絶縁処理したアルミ製の円筒状のホルダ11を接合する。円筒状の圧電セラミック12は半径方向に分極されている。そしてその内面と外面に銀電極が設けられている。円筒状の圧電セラミック12の形状は外径2.0mm、内径1.0mmそして長さ25mmである。  Then, as will be described with reference to a plan view showing a partial cross section of FIG. 4, a cylindrical piezoelectric ceramic 12 that is an ultrasonic vibrator is joined to the rotary tool 6 using an epoxy resin. Then, an aluminum cylindrical holder 11 which is further anodized and insulated by an epoxy resin is joined to the outside thereof. The cylindrical piezoelectric ceramic 12 is polarized in the radial direction. Silver electrodes are provided on the inner and outer surfaces. The cylindrical piezoelectric ceramic 12 has an outer diameter of 2.0 mm, an inner diameter of 1.0 mm, and a length of 25 mm.

また、回転工具6は、刃物を含む工作部9とチャック装置5により保持固定される保持部10に区分する。  The rotary tool 6 is divided into a working part 9 including a blade and a holding part 10 that is held and fixed by the chuck device 5.

そして、チャック装置5により保持部10にある円筒形状のアルミ製のホルダ11を保持する。ここでチャック装置5に保持される保持部10に位置に圧電セラミック12があることが重要である。  Then, the cylindrical aluminum holder 11 in the holding unit 10 is held by the chuck device 5. Here, it is important that the holding portion 10 held by the chuck device 5 has the piezoelectric ceramic 12 at a position.

スリップリング13と円筒状の圧電セラミック12は図示しないリード線により電気的に接続されている。回転工具6の下には、加工対象物7を固定するためのテーブル8と加工対象物7がある。  The slip ring 13 and the cylindrical piezoelectric ceramic 12 are electrically connected by a lead wire (not shown). Below the rotary tool 6 are a table 8 and a workpiece 7 for fixing the workpiece 7.

次にこの超音波加工装置の運転方法を、図2を用いて説明する。まずモータ1の電源をいれ回転軸2を回転させる。次に共振周波数を追尾できる超音波発振器16のスイッチを入れ、ブラシ14、スリップリング13を介して円筒状の圧電セラミック12に工作部が最適な振動モードで振動する固有振動数の超音波交流電圧を印加する。超音波交流電圧を印加することにより、回転工具6のほぼ工作部9だけを効率よく振動させることができる。  Next, the operation method of this ultrasonic processing apparatus will be described with reference to FIG. First, the power of the motor 1 is turned on to rotate the rotating shaft 2. Next, the ultrasonic oscillator 16 capable of tracking the resonance frequency is turned on, and the ultrasonic AC voltage of the natural frequency at which the work part vibrates in the optimum vibration mode on the cylindrical piezoelectric ceramic 12 via the brush 14 and the slip ring 13. Is applied. By applying the ultrasonic alternating voltage, only the working part 9 of the rotary tool 6 can be vibrated efficiently.

チャック装置5が、回転工具6に比較して数倍以上に質量が大きく、チャック装置5の位置が回転工具6を固定する端に相当する場合は、回転工具6は、片側が固定端である棒の縦振動となる。この片側が固定端である棒の縦振動は、非特許文献3に詳しく記載されている。したがって、振動の固定端に相当する回転工具6の保持部10及びチャック装置5は、もちろん振動変位は小さく、ほとんど振動の節になっている。
谷口修、「工業振動学」、株式会社コロナ社、1996年4月15日、p325−359
When the chuck device 5 has a mass several times larger than that of the rotary tool 6 and the position of the chuck device 5 corresponds to an end for fixing the rotary tool 6, the rotary tool 6 has a fixed end on one side. It becomes the longitudinal vibration of the rod. Non-Patent Document 3 describes in detail the longitudinal vibration of a bar whose one side is a fixed end. Therefore, the holding part 10 and the chuck device 5 of the rotary tool 6 corresponding to the fixed end of vibration are of course small in vibration displacement and are almost vibration nodes.
Osamu Taniguchi, “Industrial Vibration”, Corona Inc., April 15, 1996, p325-359

このようにチャック装置5には、ほとんど振動が伝播することがないため振動ロスがほとんどないので小さな電力で必要な大きさの工作部9の振動を励起させることができる。したがって、工作部9の温度の上昇を小さくできるので、加工精度を向上させることができる。  As described above, since the vibration hardly propagates to the chuck device 5, there is almost no vibration loss, so that the vibration of the required working portion 9 can be excited with a small electric power. Therefore, since the temperature rise of the machine part 9 can be reduced, the machining accuracy can be improved.

また、超音波振動は摩擦係数を小さくする作用があるので保持部10またはチャック装置5が振動すると、チャック装置5の回転工具6の保持力が小さくなり、加工対象物7を加工しているときの負荷により回転工具6とチャック装置5の間でスリップし、回転工具6が破損し、加工対象物7が損傷する。本発明の回転工具6は上記のように保持部10またはチャック装置5に振動がほとんど伝播しないので、チャック装置5の回転工具6を保持する力は、小さくなる恐れはほとんどない。  Further, since the ultrasonic vibration has an effect of reducing the friction coefficient, when the holding unit 10 or the chuck device 5 vibrates, the holding force of the rotary tool 6 of the chuck device 5 decreases, and the workpiece 7 is being processed. Slip between the rotary tool 6 and the chuck device 5 due to the load, the rotary tool 6 is broken, and the workpiece 7 is damaged. Since the vibration of the rotating tool 6 of the present invention hardly propagates to the holding unit 10 or the chuck device 5 as described above, the force for holding the rotating tool 6 of the chuck device 5 is hardly feared.

また、当然回転軸2にもほとんど振動が伝播しないので軸受3または回転軸2の振動による損傷の恐れはほとんどない。  Of course, since vibration hardly propagates to the rotating shaft 2, there is almost no risk of damage due to vibration of the bearing 3 or the rotating shaft 2.

上記のように、回転工具6の工作部9だけを振動させることできることにより加工精度の高い、信頼性の高い超音波加工装置を提供できる。  As described above, since only the machine part 9 of the rotary tool 6 can be vibrated, a highly reliable ultrasonic machining apparatus with high machining accuracy can be provided.

ここで、チャック装置5により回転工具6を保持する位置により、回転工具の振動がどのようになるかを、有限要素法を用いて計算した。  Here, how the vibration of the rotary tool is caused by the position where the rotary tool 6 is held by the chuck device 5 was calculated using the finite element method.

図5の断面図に示す回転工具6について計算した。回転工具6は直径5mm、長さ100mmであり、工具鋼製である。超音波振動子は圧電セラミック12であり、外径7mm、内径5mmそして長さ60mmである。そして、圧電セラミックの外側のホルダ11は外径9mm、内径7mmそして長さ60mmである。さらにその外側にチャック装置の一部である部分を外径11mm、内径9mmそして長さ30mmである。そして、外径11mmの外周部の自由度を拘束して計算する。なお、計算時間を短縮するため、円柱の30度モデルとした。  Calculation was performed for the rotary tool 6 shown in the cross-sectional view of FIG. The rotary tool 6 has a diameter of 5 mm and a length of 100 mm, and is made of tool steel. The ultrasonic vibrator is a piezoelectric ceramic 12, and has an outer diameter of 7 mm, an inner diameter of 5 mm, and a length of 60 mm. The outer holder 11 of the piezoelectric ceramic has an outer diameter of 9 mm, an inner diameter of 7 mm, and a length of 60 mm. Further, on the outside, a part which is a part of the chuck device has an outer diameter of 11 mm, an inner diameter of 9 mm and a length of 30 mm. The calculation is performed with the degree of freedom of the outer peripheral portion having an outer diameter of 11 mm being constrained. In order to shorten the calculation time, a 30 degree model of a cylinder was used.

図5(A)は、ホルダ11の上端部をチャック装置5により保持したケースについての概略図であり、そして図6(A)は、有限要素法によりその振動モードを計算した結果である。固有振動数は約21KHzであり、かつホルダ11部はほとんど振動していない。  FIG. 5A is a schematic diagram of a case in which the upper end portion of the holder 11 is held by the chuck device 5, and FIG. 6A is a result of calculating the vibration mode by a finite element method. The natural frequency is about 21 KHz, and the holder 11 hardly vibrates.

図5(B)は、ホルダ11の中央部をチャック装置5により保持したケースについての概略図であり、そして図6(B)は、有限要素法によりその振動モードを計算した結果である。固有振動数は約25KHzであり、かつホルダ11部はほとんど振動していない。  FIG. 5B is a schematic diagram of a case in which the center portion of the holder 11 is held by the chuck device 5, and FIG. 6B is a result of calculating the vibration mode by the finite element method. The natural frequency is about 25 KHz, and the holder 11 hardly vibrates.

図5(C)は、ホルダ11の中央部をチャック装置5により保持したケースについての概略図であり、そして図6(C)は、有限要素法によりその振動モードを計算した結果である。固有振動数は約28KHzであり、かつホルダ11部はほとんど振動していない。  FIG. 5C is a schematic view of a case in which the central portion of the holder 11 is held by the chuck device 5, and FIG. 6C is a result of calculating the vibration mode by the finite element method. The natural frequency is about 28 KHz, and the holder 11 hardly vibrates.

上記のように保持部10のどこをチャック装置5により保持しても、チャック装置5がほぼ固定端となり、工作部が縦振動する振動モードが得られる。そして、チャック装置5により保持される保持部位置により、固有振動数が変化する。また、当然ドリルが消耗して工作部の長さが変化すれば固有振動数も変化する。したがって、この固有振動数を追尾する追尾回路が必要であることがわかる。  As described above, no matter where the holding unit 10 is held by the chuck device 5, the chuck device 5 becomes a substantially fixed end, and a vibration mode in which the machine part vibrates longitudinally is obtained. Then, the natural frequency changes depending on the position of the holding portion held by the chuck device 5. Naturally, if the drill wears out and the length of the work part changes, the natural frequency also changes. Therefore, it can be seen that a tracking circuit for tracking the natural frequency is necessary.

また、回転工具6の別の構成として図7の斜視図に示すものがある。回転工具6は、工作部9、円筒状のステンレスのホルダ11に4個の溝を設け、その溝に圧電セラミック12が接合されている。そして、チャック装置は、ホルダ11を保持する。圧電セラミックからは容易にリード線が出せる。  Another configuration of the rotary tool 6 is shown in the perspective view of FIG. In the rotary tool 6, four grooves are provided in a work part 9 and a cylindrical stainless steel holder 11, and a piezoelectric ceramic 12 is joined to the grooves. The chuck device holds the holder 11. Lead wires can be easily drawn from piezoelectric ceramics.

上記の構成は、回転工具6が大型化した場合は、特に有効である。圧電セラミック12が、大きくなると製造が困難になるし、回転バランスを取るのも困難になる。このような時は、圧電セラミック12を小型化でき、かつ形状が矩形状であるので製造は容易になり、そして回転バランスをとるのは容易になる。さらに回転工具の回転バランスもステンレスを切削することにより容易にできる。  The above configuration is particularly effective when the rotary tool 6 is enlarged. If the piezoelectric ceramic 12 becomes large, it becomes difficult to manufacture and it becomes difficult to balance rotation. In such a case, the piezoelectric ceramic 12 can be miniaturized and the shape is rectangular, so that the manufacture becomes easy and the rotation balance becomes easy. Furthermore, the rotational balance of the rotary tool can be easily made by cutting stainless steel.

図8は、第2の実施の形態を示す基本的な構成を示す一部の断面を含む正面図である。ステンレス製の中空の回転軸2を回転させるための中空のモータ1が備えられている。回転軸2を回転自在に支持するための軸受3があり、さらにこの軸受3を固定するためのステンレスのケース21がある。回転軸2には回転軸2に固着された回転側のロータリートランス4aがある。回転側のロータリートランス4aの近傍には固定側のロータリートランス4bがある。固定側のロータリートランス4bを取付けた固定板は図面を簡略化するために示さない。固定側のロータリートランス4bには、目的とする周波数で電力が効率よく供給できるようにコンデンサ20が直列に接続されている。回転側のロータリートランス4aにも同じ目的でコンデンサを接続できるが、回転バランスを考慮すると回転側に取り付けるのは好ましくない。回転軸2に回転工具6を固定するための保持装置であるチャック装置5がある。そのチャック装置5により本発明の回転工具6を保持する。回転側のロータリートランス4aと、回転工具6に固着した超音波振動子である圧電セラミック12はリード線15により電気的に結合されている。回転工具6の下には、テーブル8に固定された加工対象物7がある。  FIG. 8 is a front view including a partial cross section showing a basic configuration showing the second embodiment. A hollow motor 1 for rotating a stainless steel hollow rotating shaft 2 is provided. There is a bearing 3 for rotatably supporting the rotating shaft 2, and there is a stainless case 21 for fixing the bearing 3. The rotary shaft 2 includes a rotary transformer 4 a on the rotation side fixed to the rotary shaft 2. In the vicinity of the rotary transformer 4a, there is a fixed rotary transformer 4b. A fixing plate to which the rotary transformer 4b on the fixed side is attached is not shown in order to simplify the drawing. A capacitor 20 is connected in series to the fixed-side rotary transformer 4b so that electric power can be efficiently supplied at a target frequency. A capacitor can be connected to the rotary transformer 4a for the same purpose, but it is not preferable to attach it to the rotary side in consideration of the rotation balance. There is a chuck device 5 which is a holding device for fixing the rotary tool 6 to the rotary shaft 2. The chuck device 5 holds the rotary tool 6 of the present invention. The rotary transformer 4 a on the rotation side and the piezoelectric ceramic 12 that is an ultrasonic vibrator fixed to the rotary tool 6 are electrically coupled by a lead wire 15. Below the rotating tool 6 is a workpiece 7 fixed to a table 8.

回転工具6の詳細を図9の斜視図に示す。回転工具6は、チャック装置5に保持される保持部10、そして工作部9で構成されている。工作部9の先端には、砥石が接合されている。砥石は砥粒としてダイヤモンドを結合剤として金属を用いたものである。保持部11はステンレス軸の外側にエポキシ樹脂で接合された円筒状の圧電セラミック12があり、その外側にはさらにステンレス製の円筒型のホルダ11がある。円筒状の圧電セラミック12の外面、内面には銀電極が設けられている。そして分極方向は径方向である。また、ステンレス製のホルダ11と接する外面の電極には、無機材料の絶縁物が薄く焼き付けられている。  The details of the rotary tool 6 are shown in the perspective view of FIG. The rotary tool 6 includes a holding unit 10 held by the chuck device 5 and a work unit 9. A grindstone is joined to the tip of the working unit 9. The grindstone uses diamond as a binder and metal as a binder. The holding part 11 has a cylindrical piezoelectric ceramic 12 bonded to the outside of the stainless steel shaft by an epoxy resin, and further has a cylindrical holder 11 made of stainless steel on the outside thereof. Silver electrodes are provided on the outer and inner surfaces of the cylindrical piezoelectric ceramic 12. The polarization direction is the radial direction. Further, an inorganic insulator is thinly baked on the outer electrode in contact with the stainless steel holder 11.

図10に円筒状の圧電セラミック12とステンレス製の円筒型のホルダ11の断面側面図を示す。円筒型のホルダ11より円筒状の圧電セラミック12の長さが長く、その先端にリード線15がハンダにより接合されている。  FIG. 10 shows a sectional side view of a cylindrical piezoelectric ceramic 12 and a stainless steel cylindrical holder 11. The length of the cylindrical piezoelectric ceramic 12 is longer than that of the cylindrical holder 11, and a lead wire 15 is joined to the tip thereof by soldering.

次にこの超音波加工装置の運転方法を、図8を用いて説明する。まずモータ1の電源をいれ回転軸2を回転させる。次に超音波発振器16のスイッチを入れ、回転側のロータリートランス4a、固定側のロータリートランス4bを介して円筒状の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加する。ほぼ工作部だけ縦振動モードで振動する固有振動数の超音波交流電圧を印加することにより、回転工具6のほぼ工作部9が主に振動する。  Next, the operation method of this ultrasonic processing apparatus will be described with reference to FIG. First, the power of the motor 1 is turned on to rotate the rotating shaft 2. Next, the ultrasonic oscillator 16 is turned on, and an ultrasonic AC voltage is applied to the cylindrical piezoelectric ceramic 12 through the rotary transformer 4a on the rotating side and the rotary transformer 4b on the fixed side. By applying an ultrasonic AC voltage having a natural frequency that vibrates substantially in the longitudinal vibration mode only in the work part, the work part 9 of the rotary tool 6 mainly vibrates.

回転工具の振動モードとしては図5、図6を用いて説明したものと同様であるが、回転工具の先端に砥石である付加質量が接合されているので、固有振動数は低くなる。  The vibration mode of the rotary tool is the same as that described with reference to FIGS. 5 and 6. However, since the additional mass as a grindstone is joined to the tip of the rotary tool, the natural frequency is lowered.

その結果、超音波振動により保持部及びチャック装置は、焼き付き及び保持部及びチャック装置間の摩擦力の低下による回転工具の緩みなどは無い。  As a result, the holding unit and the chuck device are not seized by the ultrasonic vibration, and the rotating tool is not loosened due to a decrease in the frictional force between the holding unit and the chuck device.

上記の加工は超音波切削加工であり、加工対象物と工具との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして、切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。  The above processing is ultrasonic cutting, and the frictional resistance between the object to be processed and the tool is reduced, so the thermal distortion of the processed surface is reduced, the processing accuracy is increased, and the life of the cutting tool is extended. It has the advantages such as.

また、当然回転軸にもほとんど振動が伝播しないので軸受または回転軸の振動による損傷の恐れはほとんどない。  Of course, since vibration hardly propagates to the rotating shaft, there is almost no risk of damage due to vibration of the bearing or the rotating shaft.

上記のように、回転工具の工作部9にだけ振動を励起することができることにより加工精度の高い、信頼性の高い超音波加工装置を提供できる。  As described above, it is possible to provide an ultrasonic machining apparatus with high machining accuracy and high reliability by exciting vibration only to the machine tool 9 of the rotary tool.

回転工具に直接圧電セラミックを接合すると、回転工具の消耗とともに高価な圧電セラミックも廃棄しなければならない。そこで、図11の分解組立図で示す構成を考案した。まず、回転工具であるエンドミルにステンレス製の外周にネジを切った円筒22をエポキシ樹脂を用いて接合する。  When the piezoelectric ceramic is bonded directly to the rotary tool, the expensive piezoelectric ceramic must be discarded as the rotary tool is consumed. Therefore, the structure shown in the exploded view of FIG. 11 was devised. First, an end mill, which is a rotating tool, is joined to a stainless steel-made cylinder 22 having a thread on its outer periphery using an epoxy resin.

一方、内周にネジを切ったステンレス製の円筒23に圧電セラミック12を接合し、さらにその外側にステンレス製の円筒状のホルダ11を接合する。なお、ステンレス製の円筒状のホルダ11と接する圧電セラミックの面には、有機材料により絶縁処理してある。  On the other hand, a piezoelectric ceramic 12 is joined to a stainless steel cylinder 23 whose inner periphery is cut, and a stainless steel cylindrical holder 11 is joined to the outside thereof. The surface of the piezoelectric ceramic in contact with the stainless steel cylindrical holder 11 is insulated with an organic material.

次にステンレス製の円筒状のホルダ11を含む構成に、エンドミルに接合したステンレス製のネジをねじ込み一体化する。図12には一体化した組み立て断面側面図を示す。そしてエンドミルが消耗したら、エンドミルとネジを廃棄し、ステンレス製の円筒状のホルダ11を含む構成は再利用する。このようにすることで、ランニングコストも小さくできる。  Next, a stainless steel screw joined to the end mill is screwed into the structure including the cylindrical holder 11 made of stainless steel. FIG. 12 shows an integrated assembled sectional side view. When the end mill is consumed, the end mill and the screw are discarded, and the configuration including the stainless steel cylindrical holder 11 is reused. By doing so, the running cost can be reduced.

以上の説明で超音波振動子として圧電セラミックを用いたが、たとえば磁歪振動子を用いてもよいことは自明である。  In the above description, the piezoelectric ceramic is used as the ultrasonic vibrator. However, for example, a magnetostrictive vibrator may be used.

本発明の超音波加工装置は、工具を回転させ加工対象物を加工する様々な加工装置に用いることができる。  The ultrasonic processing apparatus of the present invention can be used in various processing apparatuses that process a workpiece by rotating a tool.

従来の超音波研削装置を示す断面平面図である。It is a cross-sectional top view which shows the conventional ultrasonic grinding apparatus. 本発明の第1の実施の形態を示す基本的な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the basic composition which shows the 1st Embodiment of this invention. 回転工具を示す正面図である。It is a front view which shows a rotary tool. 圧電セラミックを接合した回転工具を示す一部断面を含む正面図である。It is a front view including the partial cross section which shows the rotary tool which joined the piezoelectric ceramic. 保持部とチャック装置位置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining a holding | maintenance part and a chuck apparatus position. 図5の構成を有限要素法により振動モードを計算した図である。It is the figure which calculated the vibration mode by the finite element method about the structure of FIG. 回転工具に溝を持つホルダに圧電セラミックを接合した斜視図であるIt is the perspective view which joined the piezoelectric ceramic to the holder which has a slot in a rotary tool. 本発明の第2の実施の形態を示す基本的な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the basic composition which shows the 2nd Embodiment of this invention. 先端に砥石を持つ圧電セラミックを有する回転工具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotary tool which has a piezoelectric ceramic which has a grindstone at the front-end | tip. 図9の圧電セラミックとホルダの詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the piezoelectric ceramic and holder of FIG. 組み立て可能な圧電セラミックを持つ回転工具をしめす分解図である。It is an exploded view showing a rotary tool having a piezoelectric ceramic that can be assembled. 図11の回転工具の断面を示す組立図である。It is an assembly drawing which shows the cross section of the rotary tool of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ
2 回転軸
3 軸受
4 ロータリートランス
5 チャック装置
6 回転工具
7 加工対象物
8 テーブル
9 工作部
10 保持部
11 ホルダ11
12 圧電セラミック
13 スリップリング
14 ブラシ
15 リード線
16 超音波発振器
17 砥石
18 溝
19 超音波振動子
20 コンデンサ
21 ケース
22 外周にネジを切った円筒
23 内周にネジを切った円筒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Rotating shaft 3 Bearing 4 Rotary transformer 5 Chuck device 6 Rotating tool 7 Work object 8 Table 9 Work part 10 Holding part 11 Holder 11
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Piezoelectric ceramic 13 Slip ring 14 Brush 15 Lead wire 16 Ultrasonic oscillator 17 Grinding wheel 18 Groove 19 Ultrasonic vibrator 20 Capacitor 21 Case 22 Cylinder 23 with thread on the outer periphery 23 Cylinder with thread on the inner periphery

Claims (2)

回転する工具を持つ超音波加工装置において、工具本体に超音波振動子を接合していること、かつ前記超音波振動子がチャック装置に把握されている位置にあることを特徴とするものである。  In an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, an ultrasonic vibrator is bonded to a tool body, and the ultrasonic vibrator is in a position grasped by a chuck device. . 前記工具に接合した超音波振動子に電力を印加する電源として、固有振動数を追尾するための共振追尾回路を有している超音波発振回路であることを特徴とするものである。It is an ultrasonic oscillation circuit having a resonance tracking circuit for tracking the natural frequency as a power source for applying electric power to the ultrasonic transducer bonded to the tool.
JP2006079714A 2006-02-22 2006-02-22 Ultrasonic rotation machining device Withdrawn JP2007223017A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006079714A JP2007223017A (en) 2006-02-22 2006-02-22 Ultrasonic rotation machining device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006079714A JP2007223017A (en) 2006-02-22 2006-02-22 Ultrasonic rotation machining device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007223017A true JP2007223017A (en) 2007-09-06

Family

ID=38545292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006079714A Withdrawn JP2007223017A (en) 2006-02-22 2006-02-22 Ultrasonic rotation machining device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007223017A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103522125A (en) * 2012-07-06 2014-01-22 株式会社捷太格特 Dynamic characteristic calculation apparatus and its method for machine tool
JP2014014881A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Jtekt Corp Dynamic characteristic calculation device and method of machine tool
JP2014014882A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Jtekt Corp Dynamic characteristic calculation device and method of machine tool
CN104625172A (en) * 2015-01-09 2015-05-20 天津大学 Supersonic-vibration-assisted micro-milling system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103522125A (en) * 2012-07-06 2014-01-22 株式会社捷太格特 Dynamic characteristic calculation apparatus and its method for machine tool
JP2014014881A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Jtekt Corp Dynamic characteristic calculation device and method of machine tool
JP2014014882A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Jtekt Corp Dynamic characteristic calculation device and method of machine tool
CN104625172A (en) * 2015-01-09 2015-05-20 天津大学 Supersonic-vibration-assisted micro-milling system
CN104625172B (en) * 2015-01-09 2016-09-28 天津大学 Supersonic vibration assists micro-milling system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011088216A (en) Ultrasonic tool holder
JP5020963B2 (en) Disc-shaped cutting tool and cutting device
JP2010240745A (en) Ultrasonic rotary working machine
JPWO2006137453A1 (en) Polishing equipment using ultrasonic vibration
WO2006126298A1 (en) Cutting device with disk-like cutting blade
JP2007125867A (en) Disk-shaped blade and cutting apparatus
JP2008023696A (en) Ultrasonic processing device
JP2008238390A (en) Ultrasonic tool holder
JP5443960B2 (en) Polishing tool
JP2007223017A (en) Ultrasonic rotation machining device
JP2006346848A (en) Ultrasonic wire saw device
JP2009241225A (en) Ultrasonic spindle apparatus
JP2007245325A (en) Ultrasonic grinding device and grindstone for use therein
JP2010194614A (en) Shrinkage fit type ultrasonic tool holder
JP2010042498A (en) Processing method by use of grinding wheel provided with ultrasonic vibration
JP5688342B2 (en) Vibration cutting equipment
JP2009291930A (en) Wire saw apparatus and cutting method using the same
JP2007125682A (en) Cup type grinding wheel and ultrasonic polishing device
JP2010194613A (en) Shrinkage fit type ultrasonic tool holder
JP2008183698A (en) Ultrasonic tool holder
JP2008149441A (en) Ultrasonic tool holder
JP2007130746A (en) Cutting tool and machining device
JP2007021707A (en) Ultrasonic collet
JP2008162004A (en) Tool holder
JP2007144605A (en) Cutting tool and machining device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090512