JP2008194808A - 「超音波加振溶液槽付き機械加工テーブル」 - Google Patents

Abstract

【課題】 切削、研削、放電などの除去加工に於いて、穴・溝・面の性状を高品位に仕上げるための超音波加振溶液槽を具備した機械加工テーブルを提供する。
【解決手段】 被削材を載せるテーブル（符号８）の上に溶液槽を作り、溶液槽の側壁の外側に超音波振動子（符号１）を固着した振動板（符号２）を設置することによって、超音波加振溶液槽を具備したことを特徴とする機械加工テーブルとした。超音波の放射が１面方向（図２）から行われる機械加工テーブル並びに複数面方向から超音波を放射する機械加工テーブルに、液深を最適値に可変できる着脱可能な仕切り板（符号３）および超音波振動放射面と平行で着脱可能且つ超音波が透過可能な薄板（符号１１）を設け、溶液槽に溶液を連続的に供給回収する循環装置と真空吸着が可能なテーブル構造を具備したことを特徴とした機械加工テーブルを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削、研削、放電などの除去加工に於いて、穴・溝・面の性状を高品位に仕上げるための超音波加振溶液槽を具備した機械加工テーブルに関する。

金型等の製造プロセスにとって、機械加工技術の更なる高度化が必須のものとなりつつある実状のなかで、金型キャビティなどの表面性状を鏡面や意匠面として機械加工で仕上げる技術が要求されている。その方策として、工具そのものの開発及び工具の高速回転並びに振れゼロ対応のスピンドルの開発等がおこなわれ、いわゆる高速切削や高速研削として、加工機械の構造と高精度化が進められている。しかしながら、最終仕上げは依然として別工程のラッピングマシンや手仕上げに依存している。
キャビティ表面の最終仕上げを機械化することは、金型等の工期短縮やコスト低減に大きく寄与することになり、金型をはじめとする精密機械加工の分野では製造プロセスの自動化が切実な要求となっている。

発明が解決しようとする課題

従来の加工技術では、加工中の工具刃先の磨耗、更に刃先に対する被削材の切り屑の溶着などによって刃先の切れ具合が変化する不具合のあることは周知の事実である。従って、金型等の製造プロセスの自動化に際して、従来の高速切削や研削の機械装置の性能では、上述の不具合が解決されておらず、平滑、平坦、均一な面の加工が時系列的に一定になるような高品質の製品を安定して製作できない。

ワークに振動を与える超音波振動テーブルは、硬脆性材料の微細な穴・溝加工を超音波振動援用加工法により、工具寿命の延長や加工品質の向上に適合し、ウエハーなど比較的薄いワークの機能部材には充分な効果が得られ多くの実績がある。しかし超音波振動テーブルは金型のような質量の大きいワークを載せると、超音波振動がワークに伝達しない弱点がある。

工具を超音波振動させるスピンドル方式は、長時間運転をする為の、自動工具交換（ＡＴＣ）は使えない。

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、加工溶液中に超音波を放射し、被削物と工具の接する位置にキャビテーションを発生させて、切り屑排泄と工具の洗浄効果さらには工具と被削材の間に起こる摩擦抵抗の低減によって工具刃先の磨耗を少なくし、工具の長寿命化を実現可能にする機械加工テーブルを提供する事を目的としたものである。

課題を解決するための手段

かかる目的を達成するために、本発明にあっては、被削材を載せるテーブル（符号８）の上に溶液槽を作り、溶液槽の側壁の外側に超音波振動子（符号１）を固着した振動板（符号２）を設置することによって、超音波加振溶液槽を具備した機械加工テーブルを提供することができる。

加工点において有効な超音波を発生させるには、超音波振動放射面から加工点までの距離が超音波の減衰と関連して重要である。請求項１に係る発明では、該距離が短い場合すなわち被削材の寸法が小さい場合に、超音波の放射が１面方向（図２）からでも十分有効な効果をもたらす機械加工テーブルを提供したものである。

請求項２乃至３に係る発明では、超音波振動放射面から加工点までの距離が大きい場合すなわち被削材の寸法が大きい場合、一方向からの超音波放射では減衰によって超音波の効果が有効でないために、複数面方向から超音波を放射し、加工点における超音波の効果を有効にすることを特徴とした機械加工テーブルを提供したものである。

本発明は、液中加工に関するものであるが、液中加工において液深には適当な深さがあり、深すぎると高速回転する工具のチャック等が液中に潜り込むことによって液を撥ね飛ばすという欠点があり、浅すぎると超音波が伝達しにくいなどの問題が発生する。請求項４に係る発明は、千差万別の被削材の高さに応じて溶液槽内の液深を最適値に可変できる着脱可能な仕切り板（符号３）を具備した機械加工テーブルを提供したものである。

加工液の液深を最適にするに当たっては、液深が低いために超音波振動放射面の一部が空中に露出してしまい、超音波振動子に対し均一負荷でなくなり、電気的あるいは機械的不具合を生じる危険性がある。請求項５に係る発明は、超音波振動放射面が全面常に溶液に接するようにするため、独立した超音波放射安定化溶液槽（符号５）を成すように超音波振動放射面と平行で着脱可能且つ超音波が透過可能な薄板（符号１１）を具備した機械加工テーブルを提供したものである。これによって超音波振動放射は加工テーブル槽の液深が変化しても安定に行われ、超音波振動は加工テーブル槽の加工点へ阻害されることなく伝達可能である。

請求項６に係る発明は、加工条件を一定に保つべく超音波加振溶液槽内の加工溶液を常に新鮮なものに維持し、液温の上昇を抑えるために、ポンプ、フィルタ、貯液槽、液温コントローラ等からなる加工溶液の循環装置を具備した機械加工テーブルを提供したものである。

請求項７に係る発明は、被削材を真空吸着によって容易に固定できるようにテーブルに真空吸引用の穴および溝を施したことを特徴とする機械加工テーブルを提供したものである。

発明を実施する為の最良の形態

以下、図面を参照にして本発明の実施の形態を説明するに、図１および図２において示される符号１２は、超音波加振溶液槽付き機械加工テーブルである。超音波加振溶液槽付き機械加工テーブルを各種工作機械のテーブルに載せ固定する。超音波加振水槽付きテーブルに被削材を真空吸着で固定する。工作機械のクーラントのノズルを超音波放射安定化槽（符号５）に挿入してクーラントから溶液を入れる、被削材の高さに適合する高さの仕切り板（符号３）を案内ガイド（符号４）に差し込む。水槽内の溶液が符号３の仕切り板をオーバーフローして符号７の層に流れ込み、排出用ドレン（符号９）から排出しクーラントに戻る、供給する溶液の量と排出する溶液の量をバルブ（符号１０）の開口にて調整を行う。
除去加工によって発生する切り屑等々は、加工終了時に水位調整用仕切り板を取り除き、簡易なスキージーなどで排出層の溜まり溝に誘導しドレンから除去する。

ＮＣフライス盤、マシニングセンターＭ／Ｃに類似する加工機に搭載し、平エンドミルやボールエンドミルを用いて、金属の表面仕上げ並びに溝の加工。
「実施例１」

ＮＣフライス盤、マシニングセンターＭ／Ｃに類似する加工機に搭載し、ドリルを用いて、金属の穴あけ加工。
「実施例２」

高速回転のＮＣフライス盤、マシニングセンターＭ／Ｃに類似する加工機に搭載し、電着砥石やＣＶＤダイヤドリルを用いて、硬脆性材料の表面仕上げ加工。
「実施例３」

高速回転のＮＣフライス盤、マシニングセンターＭ／Ｃに類似する加工機に搭載し、電着砥石やＣＶＤダイヤドリルを用いて、硬脆性材料の表面仕上げ及び穴と溝の加工。
「実施例４」

放電加工機に搭載して、ダイヤ砥石を用いて、放電加工後の被加工物の表面改質層の除去加工。

本発明に基づく超音波加振溶液槽付き機械加工テーブルは、既設の汎用機に簡単に搭載することができ、極めて使い勝手の良いものである。液中超音波振動援用加工である本発明は、超音波が溶液内で起こすキャビテーションで工具表面のドレス作用や工具への溶着物の除去、更に加工抵抗の低減等による工具寿命の延長を促し、均一な面性状を長時間維持させる事が出来るため、特に精密金型等の加工分野において製造プロセスの自動化が促進され、工期短縮・コスト低減に大いに寄与するものである。

図１は、超音波加振水槽テーブルを上から観た図と、溶液が満杯な断面を観たものである。 図２は、溶液の高さを低くして溶液が排出層に流れる場合の図である。 図２と同様である。 図４は、超音波の振動の伝達する方向と、発信器との位置関係を表した図である。 図５は水槽の底面を示し、斜線部は、切りくずのたまりみぞを示す。

符号の説明

１・・・超音波振動子
２・・・振動板
３・・・加工液の液深を調整する仕切り板
４・・・３の仕切り板をガイドする案内
５・・・超音波振動放射の安定化溶液槽
６・・・被加工物加工する機械加工テーブル槽
７・・・６の槽からあふれた溶液を排出する槽
８・・・被加工物を載せ固定する吸着テーブル
９・・・溶液排出ドレン
１０・・９の開閉レバー
１１・・超音波振動放射の安定化溶液槽を形成する薄板
１２・・超音波加振水槽本体

Claims (7)

1. 側面に超音波振動子を設けて成る溶液槽を具備する機械加工テーブル。
2. 四角形の複数の側面に各々超音波振動子を設けて成る四角形の溶液槽を具備する機械加工テーブル。
3. 多角形の複数の側面に各々超音波振動子を設けて成る多角形の溶液槽を具備する機械加工テーブル。
4. 溶液槽の内部に、着脱可能な液深調整仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の機械加工テーブル。
5. 側面に超音波振動子を設けて成る溶液槽の内部に、該超音波振動子に対向して着脱可能な薄板を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の機械加工テーブル。
6. 溶液槽に溶液を連続的に供給回収する循環装置を具備したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の機械加工テーブル。
7. 真空吸着が可能なテーブル構造を具備した請求項１乃至６のいずれかに記載の機械加工テーブル。

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