JP2010240745A - Ultrasonic rotary working machine - Google Patents

Ultrasonic rotary working machine Download PDF

Info

Publication number
JP2010240745A
JP2010240745A JP2007233334A JP2007233334A JP2010240745A JP 2010240745 A JP2010240745 A JP 2010240745A JP 2007233334 A JP2007233334 A JP 2007233334A JP 2007233334 A JP2007233334 A JP 2007233334A JP 2010240745 A JP2010240745 A JP 2010240745A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
ultrasonic
rotary tool
chuck
rotary
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Withdrawn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
JP2007233334A
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 JP2007233334A priority Critical patent/JP2010240745A/en
Priority to PCT/JP2008/064550 priority patent/WO2009022712A1/en
Publication of JP2010240745A publication Critical patent/JP2010240745A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/12—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
    • B23B31/20—Longitudinally-split sleeves, e.g. collet chucks
    • B23B31/201—Characterized by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/202—Details of the jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/10—Use of ultrasound

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic rotary working machine with high working accuracy and reliability. <P>SOLUTION: Voltage for exciting ultrasonic vibration of a desired vibration mode on a rotary tool 6 is applied to a cylindrical piezoelectric ceramic 12 joined with the rotary tool 6 to ultrasonically vibrate the rotary tool 6. To prevent the ultrasonic vibration from propagating to other than the rotary tool 6 to the extent possible, a tool holder 9 for carrying the rotary tool 6 is structured to prevent the ultrasonic vibration of the rotary tool 6 from propagating. To do so, numerous holes are made on the tool holder 9, and effects of the holes cause the ultrasonic vibration from the rotary tool 6 to be reflected or refracted, and the vibration to be propagated to a chucking device is reduced. Therefore, the ultrasonic vibration can be efficiently excited on the rotary tool 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,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 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 the rotary shaft is provided with a slip ring and an ultrasonic vibrator. 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. Furthermore, 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、かつ工具がチャック装置に把握されている位置に複数の穴持つ工具ホルダが接合されているものとすることである。  The present invention relates to an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, in which an ultrasonic vibrator is bonded to a tool body, and a tool holder having a plurality of holes is bonded to a position where the tool is grasped by a chuck apparatus. It is supposed to be.

本発明はまた、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、かつ工具がチャック装置に把握されている位置に多孔質の金属材料製の工具ホルダが接合されているものすることである。  The present invention also provides an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, in which an ultrasonic vibrator is joined to a tool body, and a tool made of a porous metal material at a position where the tool is grasped by a chuck apparatus. The holder is to be joined.

本発明はまた、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、チャック装置がコレットチャックであり、コレットに複数の穴持つものとすることである。  The present invention is also directed to an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, wherein an ultrasonic vibrator is joined to the tool body, the chuck device is a collet chuck, and the collet has a plurality of holes. .

本発明はまた、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、チャック装置がコレットチャックであり、コレットの一部が多孔質の金属材料製とするものである。  The present invention also provides an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, wherein an ultrasonic vibrator is joined to a tool body, the chuck device is a collet chuck, and a part of the collet is made of a porous metal material. To do.

本発明はまた、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、チャック装置が焼き嵌め式チャックであり、チャック筒に複数の穴持つものとすることである。  The present invention is also directed to an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, wherein an ultrasonic vibrator is joined to the tool body, the chuck device is a shrink-fit chuck, and the chuck cylinder has a plurality of holes. That is.

本発明はまた、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、チャック装置が焼き嵌め式チャックであり、チャック筒の一部が多孔質の金属材料製とするものである。  The present invention is also directed to an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, wherein an ultrasonic vibrator is joined to the tool body, the chuck device is a shrink-fit chuck, and a part of the chuck cylinder is a porous metal. It is made of material.

図２は、第１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回転軸ハウジング１５がある。回転軸ハウジング１５のさらに外側にはケースがあるがこれは。図面を簡単にするため省略した。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。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はリード線１３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. 2 is a front view including a partial cross section showing the basic configuration of the first 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 rotary shaft 2, and there is a stainless steel rotary shaft housing 15 for fixing the bearing 3. There is a case on the outer side of the rotary shaft housing 15, but this is. Omitted to simplify the drawing. 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. 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 that is an ultrasonic vibrator fixed to the rotary tool 6 are electrically coupled by a lead wire 13. Below the rotating tool 6 is a workpiece 7 fixed to a table 8.

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２ｍｍそして長さ７０ｍｍ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 2 mm and a length of 70 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。また、エポキシ樹脂により円筒状の工具ホルダ９を接合する。工具ホルダ９は、チャック装置５により保持される。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４．０ｍｍ、内径２．０ｍｍ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 as an ultrasonic vibrator is joined to the rotary tool 6 using an epoxy resin. Moreover, the cylindrical tool holder 9 is joined with an epoxy resin. The tool holder 9 is held by the chuck device 5. 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 4.0 mm, an inner diameter of 2.0 mm, and a length of 25 mm.

工具ホルダ９の詳細を図５の平面図と図５のＡ−Ａ線での断面を示す図６を用いて説明する。工具ホルダは、ステンレス製であり、円筒形状の長さ方向に貫通する多数の穴が設けられている。  Details of the tool holder 9 will be described with reference to a plan view of FIG. 5 and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The tool holder is made of stainless steel, and is provided with a large number of holes penetrating in the length direction of the cylindrical shape.

次にこの工具ホルダ９の効果について説明する。回転工具６に接合した円筒状の圧電セラミック１２に回転工具６に所望の振動モードの超音波振動を励起する電圧を印加し、回転工具６を超音波振動させる。この超音波振動を回転工具６以外に可能な限り伝播させないため、回転工具６を保持する工具ホルダ９が、回転工具６の超音波振動を伝播させないことである。そのために、工具ホルダ９に多数の穴１０を設け、この穴１０の効果により、回転工具６よりの超音波振動が反射または屈折して、チャック装置に伝播することが小さくなる。したがって、回転工具６に効率高く超音波振動を励起させることができる。  Next, the effect of the tool holder 9 will be described. A voltage for exciting ultrasonic vibration in a desired vibration mode is applied to the cylindrical piezoelectric ceramic 12 bonded to the rotary tool 6 to cause the rotary tool 6 to ultrasonically vibrate. In order not to propagate this ultrasonic vibration as much as possible except for the rotary tool 6, the tool holder 9 that holds the rotary tool 6 does not propagate the ultrasonic vibration of the rotary tool 6. Therefore, a large number of holes 10 are provided in the tool holder 9, and due to the effect of the holes 10, the ultrasonic vibration from the rotary tool 6 is reflected or refracted and is less propagated to the chuck device. Therefore, it is possible to excite ultrasonic vibration in the rotary tool 6 with high efficiency.

工具ホルダ９に設ける穴１０の形状として、図７の平面図で示す穴１０がスリット状もの、そして図８の平面図で示す６角形状の穴１０がある。穴１０の役割は、超音波振動の伝播を小さくすることであり、回転工具６の形状とチャック装置５の形状などにより様々な形状が用いられる。  As the shape of the hole 10 provided in the tool holder 9, the hole 10 shown in the plan view of FIG. 7 has a slit shape, and there is a hexagonal hole 10 shown in the plan view of FIG. The role of the hole 10 is to reduce the propagation of ultrasonic vibration, and various shapes are used depending on the shape of the rotary tool 6 and the shape of the chuck device 5.

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。次に超音波発振器１４のスイッチを入れ、固定側のロータリートランス４ｂ、回転側のロータリートランス４ａ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。回転工具６の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だけがほぼ振動する。  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 14 is turned on, and an ultrasonic AC voltage is applied to the cylindrical piezoelectric ceramic 12 through the fixed-side rotary transformer 4b and the rotary-side rotary transformer 4a. By applying an ultrasonic alternating voltage having a natural frequency that vibrates in the longitudinal vibration mode of the rotary tool 6, only the rotary tool 6 vibrates substantially.

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.

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回転工具６の振動を励起させることができる。したがって、回転工具６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。  Since the vibration hardly propagates to the chuck device 5, there is almost no vibration loss. Therefore, the vibration of the rotary tool 6 having a required magnitude can be excited with a small electric power. Therefore, since the rise in the temperature of the rotary tool 6 can be reduced, the machining accuracy can be improved.

また、超音波振動は摩擦力を小さくする作用があるのでチャック装置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の間でスリップする虞がある。本発明の回転工具６は上記のようにチャック装置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 frictional force, when the chuck device 5 vibrates, the holding force of the rotary tool 6 of the chuck device 5 is reduced, and it is rotated by a load when the workpiece 7 is processed. There is a risk of slipping between the tool 6 and the chuck device 5. Since the vibration of the rotary tool 6 of the present invention hardly propagates to the chuck device 5 as described above, the force for holding the rotary 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.

また、工具ホルダ９の別の構成として図９の平面図と図９のＡ−Ａ線での断面を示す図１０がある。ここで、図では多孔質を表現するために気孔２１の大きさを誇張している。工具ホルダ９、多孔質のステンレス材料であり、密度が約７．０ｇ／ｃｍ３ある。回転工具６の超音波振動を伝播させないためには気孔率が５パーセント以上であることが必要である。また気孔率が高すぎると機械的強度が小さくなりすぎるので気孔率は、７０パーセント以下が望ましい。したがって多孔質の金属材料の気孔率は、５パーセント以上、７０パーセント以下が望ましい。Another configuration of the tool holder 9 includes a plan view of FIG. 9 and FIG. 10 showing a cross section taken along line AA of FIG. Here, in the drawing, the size of the pores 21 is exaggerated in order to express the porosity. The tool holder 9 is a porous stainless steel material and has a density of about 7.0 g / cm 3 . In order not to propagate the ultrasonic vibration of the rotary tool 6, the porosity needs to be 5% or more. Further, if the porosity is too high, the mechanical strength becomes too small, so the porosity is desirably 70% or less. Therefore, the porosity of the porous metal material is desirably 5% or more and 70% or less.

図１１は、第２の実施の形態を示す基本的な構成であるコレットチャック装置２２の断面図である。加工装置の回転軸に設けられたテーパー状の穴に入れて使用するものである。回転軸に設けられたテーパー状の穴に入れるホルダ部１６には、顎１９そしてマニピュレータ把持用溝２０がある。コレットチャック装置２２のホルダ部１６の先端にコレットホルダ部があり、そしてその中にコレット１７を入れ、そして回転工具６を入れ、コレットナット１８により回転工具６を保持固定する。  FIG. 11 is a cross-sectional view of a collet chuck device 22 that is a basic configuration showing the second embodiment. It is used by inserting into a tapered hole provided on the rotating shaft of the processing apparatus. The holder portion 16 to be inserted into the tapered hole provided on the rotating shaft has a jaw 19 and a manipulator gripping groove 20. There is a collet holder portion at the tip of the holder portion 16 of the collet chuck device 22, and a collet 17 is put therein, and the rotary tool 6 is put therein. The rotary tool 6 is held and fixed by a collet nut 18.

コレット１７の詳細を図１２の斜視図に示す。コレット１７には複数のすり割り２３が設けられている。回転工具６と接触する面の近くに複数の穴１０を同心円状に設ける。これらの穴１０の効果により、回転工具６に接合した圧電セラミックに電圧を印加することにより励起した超音波振動を穴１０より外周にはほとんど伝播させない。  Details of the collet 17 are shown in the perspective view of FIG. The collet 17 is provided with a plurality of slots 23. A plurality of holes 10 are provided concentrically near the surface in contact with the rotary tool 6. Due to the effect of these holes 10, the ultrasonic vibration excited by applying a voltage to the piezoelectric ceramic bonded to the rotary tool 6 is hardly propagated to the outer periphery from the holes 10.

したがって、コレットチャック装置２２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回転工具６の振動を励起させることができる。したがって、回転工具６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。  Therefore, since the vibration hardly propagates to the collet chuck device 22, there is almost no vibration loss. Therefore, the vibration of the rotary tool 6 having a required magnitude can be excited with a small electric power. Therefore, since the rise in the temperature of the rotary tool 6 can be reduced, the machining accuracy can be improved.

上記のようにコレットチャック装置２２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。  Since the vibration hardly propagates to the collet chuck device 22 as described above, the force for holding the rotary 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.

次に、回転工具６がコレット１７に保持される位置により、回転工具６に励起された超音波振動に与える影響を、図１４を用いて考察する。図１４（Ａ）は、コレット１７により保持される位置の後方に圧電セラミック１２がある場合である。この圧電セラミック１２に所望の振動モードを励起する周波数の電圧を印加することにより、回転工具６に所望の振動モードの超音波振動を励起する。回転工具６の超音波振動はコレット１７により小さくなるが、コレット１７に穴１０が設けられていないものに比較して、コレット１７の穴１０の効果により超音波振動の減衰は大幅に小さくなる。  Next, the influence of the position at which the rotary tool 6 is held on the collet 17 on the ultrasonic vibration excited by the rotary tool 6 will be considered with reference to FIG. FIG. 14A shows the case where the piezoelectric ceramic 12 is behind the position held by the collet 17. By applying a voltage having a frequency for exciting a desired vibration mode to the piezoelectric ceramic 12, ultrasonic vibration of a desired vibration mode is excited on the rotary tool 6. Although the ultrasonic vibration of the rotary tool 6 is reduced by the collet 17, the attenuation of the ultrasonic vibration is greatly reduced by the effect of the hole 10 of the collet 17 as compared with the collet 17 in which the hole 10 is not provided.

図１４（Ｂ）は、コレット１７により保持される位置に圧電セラミック１２がある場合である。圧電セラミック１２をコレット１７により損傷を受けないためにステンレス製の円筒カバー２４を圧電セラミック１２に接合する。コレット１７により超音波振動が小さくなるが、図１４（Ａ）に比較して超音波振動の減衰は小さい。  FIG. 14B shows the case where the piezoelectric ceramic 12 is in a position held by the collet 17. A stainless steel cylindrical cover 24 is joined to the piezoelectric ceramic 12 so that the piezoelectric ceramic 12 is not damaged by the collet 17. Although the ultrasonic vibration is reduced by the collet 17, the attenuation of the ultrasonic vibration is small as compared with FIG.

図１４（Ｃ）は、コレット１７により保持される位置より先端部に圧電セラミック１２がある場合である。コレット１２により超音波振動はほとんど影響を受けない。図１４（Ｂ）に比較して超音波振動の減衰は小さい。しかし、回転工具６の先端に圧電セラミック１２を位置させているので、圧電セラミック１２が被加工物の切削物などと接触して、損傷する虞がある。  FIG. 14C shows the case where the piezoelectric ceramic 12 is at the tip from the position held by the collet 17. The collet 12 hardly affects the ultrasonic vibration. Compared with FIG. 14B, the attenuation of the ultrasonic vibration is small. However, since the piezoelectric ceramic 12 is positioned at the tip of the rotary tool 6, there is a risk that the piezoelectric ceramic 12 will come into contact with the cut material of the workpiece and be damaged.

次にコレット１７の回転工具と接触する部分に多孔質のステンレスを用いた例について図１５の平面図と図１５のＡ−Ａ線での断面を示す図１６を用いて説明する。コレットに円筒状の多孔質のステンレスを溶接で一体化する。  Next, an example in which porous stainless steel is used for the portion of the collet 17 that comes into contact with the rotating tool will be described with reference to a plan view of FIG. 15 and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. A cylindrical porous stainless steel is integrated into the collet by welding.

コレットに穴を設けたものに比較して、多孔質のステンレスを用いたものは、小型化が可能である。  Compared with a collet provided with a hole, the one using porous stainless steel can be downsized.

図１６は、第３の実施の形態の焼嵌め式超音波工具ホルダ２５の基本的な構成を示す斜視図である。焼嵌め式超音波工具ホルダ２５は、回転軸に取り付けるテーパー状の鋼製のホルダ部１６があり、そのホルダ部１６の中に顎１９そしてマニピュレータ把持用溝２０がある。ホルダ部１６のテーパー状の部分と同じくホルダ部１６の顎１９の間に回転側のフェライト製のロータリートランス４を配置する。そしてその回転側のロータリートランス４を固定するためにメネジを持つ鋼製の固定リング２６により締め付け固定する。  FIG. 16 is a perspective view showing a basic configuration of a shrink-fit ultrasonic tool holder 25 according to the third embodiment. The shrink-fit ultrasonic tool holder 25 has a tapered steel holder portion 16 attached to a rotating shaft, and a jaw 19 and a manipulator gripping groove 20 are provided in the holder portion 16. The rotary transformer 4 made of ferrite on the rotating side is arranged between the jaws 19 of the holder part 16 in the same manner as the tapered part of the holder part 16. Then, in order to fix the rotary transformer 4 on the rotating side, it is fastened and fixed by a steel fixing ring 26 having a female thread.

焼嵌め式超音波工具ホルダ２５のホルダ部１６の後部に鋼製のプルスタッド２７をネジにより接続している。ランジュバン型の超音波振動子部２８は、鋼製のリアマス、圧電セラミック、鋼製のフロントマスで構成されている。そしてフロントマスの先端にチャック筒２９が一体で製作されている。  A steel pull stud 27 is connected to the rear portion of the holder portion 16 of the shrink-fit ultrasonic tool holder 25 with a screw. The Langevin type ultrasonic transducer section 28 includes a steel rear mass, a piezoelectric ceramic, and a steel front mass. A chuck cylinder 29 is integrally manufactured at the front end of the front mass.

チャック筒２９には、回転工具６と接触する面の近くに複数の穴１０が同心円状に設けられている。これらの穴１０の効果により、超音波振動子部２８で励起した超音波振動を穴１０より外周にはほとんど伝播させない。  A plurality of holes 10 are concentrically provided in the chuck cylinder 29 near the surface in contact with the rotary tool 6. Due to the effect of these holes 10, the ultrasonic vibration excited by the ultrasonic transducer unit 28 is hardly propagated to the outer periphery from the hole 10.

チャック筒２９には、焼嵌めにより回転工具６を固定保持する。誘導加熱装置の加熱コイルの中にチャック筒２９を挿入し、スイッチを入れ電磁誘導によりチャック筒２９を誘導加熱する。そしてチャック筒２９は、加熱されることにより、膨張する。そして膨張したチャック筒２９に回転工具６のシャンク部を挿入して焼き嵌めする。回転工具６の焼嵌めについては、例えば特許文献１および特許文献２に詳しく記述してある。
特開２００２−３５５７２７公報 特開２００２−１２０１１５公報 The rotary tool 6 is fixedly held on the chuck cylinder 29 by shrink fitting. The chuck cylinder 29 is inserted into the heating coil of the induction heating device, the switch is turned on, and the chuck cylinder 29 is induction heated by electromagnetic induction. The chuck cylinder 29 expands when heated. Then, the shank portion of the rotary tool 6 is inserted into the expanded chuck cylinder 29 and shrink-fitted. The shrink fitting of the rotary tool 6 is described in detail in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
JP 2002-355727 A JP 2002-120115 A

焼嵌めによる工具のチャックは、コレットチャックに比較して把握力、精度、剛性、回転バランス等の性能を高めることが可能である。高速回転対応するためには、回転バランスと遠心力により低下する把握力が重要であり、焼嵌め式工具ホルダは、コレットチャックの２〜４倍の把握力を持ち、回転バランスについても締め付け用の部品が無いので、工具の着脱に伴う回転バランスのばらつきが発生しないのである。  The tool chuck by shrink fitting can improve the performance such as grasping force, accuracy, rigidity, rotation balance and the like as compared with the collet chuck. In order to support high-speed rotation, the gripping force that decreases due to the rotational balance and centrifugal force is important. The shrink-fit tool holder has a gripping force that is 2 to 4 times that of the collet chuck. Since there are no parts, there is no variation in rotational balance due to the attachment / detachment of the tool.

さらに、焼嵌め式工具ホルダの利点としては、加工に耐えうる最小限の工具把持部の肉厚と把持長を持つことであり、他の方式の工具ホルダと異なってチャック部の外形形状をある程度自由に設計できることである。そして、加工時の工具ホルダと加工物や治具との干渉を防ぐ最適形状を採用することで他の工具ホルダと比較して剛性が高まり、加工時間の短縮や加工精度の向上を図ることができる。  Furthermore, the advantage of the shrink-fit tool holder is that it has the minimum thickness and gripping length of the tool gripping part that can withstand machining. Unlike other types of tool holders, the outer shape of the chuck part is somewhat It can be designed freely. And, by adopting the optimal shape that prevents interference between the tool holder and workpieces and jigs during machining, rigidity can be increased compared to other tool holders, so that machining time can be shortened and machining accuracy can be improved. it can.

また、チャック筒２９の別の構成を斜視図１７を用いて説明する。チャック筒の外側は、ステンレス製の円筒カバー２４であり、内側はステンレス製の多孔質材料１１である。この多孔質材料１１は密度が約７．０ｇ／ｃｍ３ある。回転工具６の超音波振動を伝播させないためには気孔率が５パーセント以上であることが必要である。また気孔率が高すぎると機械的強度が小さくなりすぎるので気孔率は、７０パーセント以下が望ましい。したがって多孔質の金属材料の気孔率は、５パーセント以上、７０パーセント以下が望ましい。Another configuration of the chuck cylinder 29 will be described with reference to a perspective view 17. The outer side of the chuck cylinder is a cylindrical cover 24 made of stainless steel, and the inner side is a porous material 11 made of stainless steel. This porous material 11 has a density of about 7.0 g / cm 3 . In order not to propagate the ultrasonic vibration of the rotary tool 6, the porosity needs to be 5% or more. Further, if the porosity is too high, the mechanical strength becomes too small, so the porosity is desirably 70% or less. Therefore, the porosity of the porous metal material is desirably 5% or more and 70% or less.

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. 圧電セラミックと工具ホルダ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 and the tool holder. 工具ホルダの詳細を示す平面図である。It is a top view which shows the detail of a tool holder. 図５のＡ−Ａ線での断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the AA of FIG. スリット状の穴を設けた工具ホルダの平面図である。It is a top view of the tool holder which provided the slit-shaped hole. ６角形状の穴を設けた工具ホルダの平面図である。It is a top view of the tool holder which provided the hexagonal hole. 多孔質のステンレスからなる工具ホルダの平面図である。It is a top view of the tool holder which consists of porous stainless steel. 図９のＡ−Ａ線での断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the AA of FIG. 本発明の第２の実施の形態を示す基本的な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the basic composition which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明のコレットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the collet of this invention. 回転工具に装着する工具ホルダの位置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the position of the tool holder with which a rotary tool is mounted | worn. 多孔質ステンレスを一部に使用したコレットを示す平面図である。It is a top view which shows the collet which partially used porous stainless steel. 図１４のＡ−Ａ線での断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section in the AA of FIG. 本発明の第３の実施の形態を示す基本的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the basic composition which shows the 3rd Embodiment of this invention. チャック筒の一部が多孔質材料であることを示す斜視図である。It is a perspective view which shows that a part of chuck cylinder is a porous material.

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 工具ホルダ
１０ 穴
１１ 多孔質材料
１２ 圧電セラミック
１３ リード線
１４ 超音波発振器
１５ 回転軸ハウジング
１６ ホルダ部
１７ コレット
１８ コレットナット
１９ 顎
２０ マニピュレータ把持用溝
２１ 気孔
２２ コレットチャック装置
２３ すり割り
２４ 円筒カバー
２５ 焼嵌め式超音波工具ホルダ
２６ 固定リング
２７ プルスタッド
２８ 超音波振動子部
２９ チャック筒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 Tool holder 10 Hole 11 Porous material 12 Piezoelectric ceramic 13 Lead wire 14 Ultrasonic oscillator 15 Rotating shaft housing 16 Holder part 17 Collet 18 Collet nut 19 Jaw 20 Manipulator gripping groove 21 Pore 22 Collet chuck device 23 Slot 24 Cylindrical cover 25 Shrink-fitting ultrasonic tool holder 26 Fixing ring 27 Pull stud 28 Ultrasonic transducer 29 Chuck cylinder

Claims (6)

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、かつ工具がチャック装置に把握されている位置に複数の穴持つ工具ホルダが接合されていることを特徴とするものである。  In an ultrasonic processing device having a rotating tool, an ultrasonic transducer is bonded to the tool body, and a tool holder having a plurality of holes is bonded at a position where the tool is grasped by the chuck device. It is a feature. 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、かつ工具がチャック装置に把握されている位置に多孔質の金属材料製の工具ホルダが接合されていることを特徴とするものである。  In an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, a tool holder made of a porous metal material is bonded to the position where the ultrasonic vibrator is bonded to the tool body and the tool is grasped by the chuck apparatus. It is characterized by being. 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、チャック装置がコレットチャックであり、コレットに複数の穴持つことを特徴とするものである。  An ultrasonic processing apparatus having a rotating tool is characterized in that an ultrasonic vibrator is joined to a tool body, the chuck device is a collet chuck, and the collet has a plurality of holes. 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、チャック装置がコレットチャックであり、コレットの一部が多孔質の金属材料製であることを特徴とするものである。  In an ultrasonic machining apparatus having a rotating tool, the ultrasonic vibrator is joined to the tool body, the chuck device is a collet chuck, and a part of the collet is made of a porous metal material. To do. 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、チャック装置が焼き嵌め式チャックであり、チャック筒に複数の穴持つことを特徴とするものである。  In an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, the ultrasonic vibrator is joined to the tool body, the chuck device is a shrink-fit chuck, and the chuck cylinder has a plurality of holes. . 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、チャック装置が焼き嵌め式チャックであり、チャック筒の一部が多孔質の金属材料製とすることを特徴とするものである。  In an ultrasonic processing apparatus having a rotating tool, the ultrasonic vibrator is bonded to the tool body, the chuck device is a shrink-fit chuck, and a part of the chuck cylinder is made of a porous metal material. It is characterized by.
JP2007233334A 2007-08-13 2007-08-13 Ultrasonic rotary working machine Withdrawn JP2010240745A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007233334A JP2010240745A (en) 2007-08-13 2007-08-13 Ultrasonic rotary working machine
PCT/JP2008/064550 WO2009022712A1 (en) 2007-08-13 2008-08-13 Cutting or grinding device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007233334A JP2010240745A (en) 2007-08-13 2007-08-13 Ultrasonic rotary working machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010240745A true JP2010240745A (en) 2010-10-28

Family

ID=40350764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007233334A Withdrawn JP2010240745A (en) 2007-08-13 2007-08-13 Ultrasonic rotary working machine

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2010240745A (en)
WO (1) WO2009022712A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104903037A (en) * 2012-12-21 2015-09-09 弗朗茨·海默机械制造两合公司 Pre-loading damping system
JP2016506874A (en) * 2013-02-05 2016-03-07 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Vibration suppression chuck
US20160082521A1 (en) * 2013-06-06 2016-03-24 Bilz Werkzeugfabrik Gmbh & Co. Kg Tool clamping system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011088216A (en) * 2008-02-12 2011-05-06 Uwave:Kk Ultrasonic tool holder
DE102010048638B4 (en) * 2010-07-16 2017-10-05 Sauer Ultrasonic Gmbh Machine tool, workpiece machining process
DE102011003785A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Tool clamping system and machine tool with a tool clamping system
CN104001958A (en) * 2014-05-13 2014-08-27 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 Machining method for deep hole reducing inner cavity
CA2959413A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Edison Welding Institute, Inc. High-speed rotary electrical connector for use in ultrasonically assisted machining
EP3581303A4 (en) * 2017-02-10 2020-12-30 Uwave Co., Ltd. Ultrasonic vibration application tool and ultrasonic processing device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0329053Y2 (en) * 1987-05-29 1991-06-21
DE19926209C1 (en) * 1999-06-09 2001-02-08 Schunk Gmbh & Co Kg Chuck for clamping tools
US20060229004A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-12 Kazumasa Ohnishi Cutting or grinding machine
JP2007021707A (en) * 2005-07-19 2007-02-01 Kazumasa Onishi Ultrasonic collet

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104903037A (en) * 2012-12-21 2015-09-09 弗朗茨·海默机械制造两合公司 Pre-loading damping system
JP2016500345A (en) * 2012-12-21 2016-01-12 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Tool holder with built-in cavity
JP2019063992A (en) * 2012-12-21 2019-04-25 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Tool holder incorporating cavity
JP2021035720A (en) * 2012-12-21 2021-03-04 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Tool holder incorporating cavity
JP7194721B2 (en) 2012-12-21 2022-12-22 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Cavity-incorporated tool holder and method of manufacturing the tool holder
EP2934800B1 (en) * 2012-12-21 2023-05-10 Franz Haimer Maschinenbau KG Tool holder with built-in cavities
JP2016506874A (en) * 2013-02-05 2016-03-07 フランツ ハイマー マシーネンバウ カーゲー Vibration suppression chuck
US20160082521A1 (en) * 2013-06-06 2016-03-24 Bilz Werkzeugfabrik Gmbh & Co. Kg Tool clamping system
US9981319B2 (en) * 2013-06-06 2018-05-29 Bilz Werkzeugfabrik Gmbh & Co. Kg Tool clamping system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009022712A1 (en) 2009-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011088216A (en) Ultrasonic tool holder
JP2010240745A (en) Ultrasonic rotary working machine
JP4856650B2 (en) Cutting or grinding equipment
RU2661136C2 (en) Tool, machine tool and method for machining workpieces
JP5197102B2 (en) Ultrasonic spindle device, tool connecting method of ultrasonic spindle device, tool connecting device, tool connecting method, and tool change system
JP2007125867A (en) Disk-shaped blade and cutting apparatus
JP2008023696A (en) Ultrasonic processing device
JP2008238390A (en) Ultrasonic tool holder
JP2010194614A (en) Shrinkage fit type ultrasonic tool holder
JP2006346848A (en) Ultrasonic wire saw device
JP2011110659A (en) Grinding tool
WO2006114919A1 (en) Cutting or grinding machine
JP2007038620A (en) Disc-like blade and cutting apparatus
JP2010042498A (en) Processing method by use of grinding wheel provided with ultrasonic vibration
JP2007223017A (en) Ultrasonic rotation machining device
JP2010194613A (en) Shrinkage fit type ultrasonic tool holder
JP2018192467A (en) Langevin type ultrasonic oscillator, support method of the same, and ultrasonic application processing method of the same
JP2007021707A (en) Ultrasonic collet
JP4625963B2 (en) Vibration processing equipment and holder
JP2009045725A (en) Shrinkage-fitting type ultrasonic tool holder
JP2007130746A (en) Cutting tool and machining device
JP2008183698A (en) Ultrasonic tool holder
JP2008149441A (en) Ultrasonic tool holder
JP2008162004A (en) Tool holder
JP2007144605A (en) Cutting tool and machining device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20101102