JP2014091211A

JP2014091211A - 作業機械のびびり防止構造

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Publication number: JP2014091211A
Application number: JP2012254669A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Komai; 保宏駒井
Original assignee: NT Engineering KK
Current assignee: NT Engineering KK
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: JP6145915B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、切削方向の振動にも確実に対応することができ、びびりの発生を可及的に抑制して高精度な加工作業を遂行することを可能にする。
【解決手段】びびり防止構造１０は、ツールホルダ２０に対し、ボーリングバー部２２の後端部の外周に固定され、前記ツールホルダ２０と一体に回転されるハウジング部材２６を備える。ハウジング部材２６内に形成される環状ダンパー室３４には、ワークＷの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するリング状フリクションダンパー部３６が、周回移動可能に収容される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転される回転体に装着された加工工具を介してワークに加工処理を施す際に、びびりが発生することを防止するための作業機械のびびり防止構造に関する。

一般的に、加工工具を介してワークに加工処理を施すために、各種の工作機械が使用されている。例えば、ボーリング加工は、中ぐり用バイト（刃先）が設けられたボーリングツールを工作機械の回転主軸（スピンドル）に取り付け、前記ボーリングツールを高速で回転させながら下穴に沿って順次繰り出すことにより、その刃先加工径で所定の位置に高精度な孔部を加工するものである。

通常、ボーリングバーは、いわゆる片持ち方式であり、例えば、コネクティングロッド等のワークの穴加工に使用されるため、比較的長尺で且つ細径に設定されている。加工されるワークをクランプする治具や加工穴の形状の干渉等が懸念されるからである。このため、切削抵抗によってボーリングバーに撓みが発生し易く、びびり（所謂、再生びびりを含む）となって加工に表れてしまう。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている防振ツールホルダが知られている。この防振ツールホルダは、工作機械の工具保持ヘッドに把持されるシャンク部材と、シャンク部材とは別体の部材に形成されてシャンク部材に締結手段により締結されるホルダ本体と、ホルダ本体に固着される切削工具と、ホルダ本体に対して所定の寸法範囲で遊動するように保持される防振部材を備えている。

ホルダ本体にボーリングバーを取り付けるとともに、シャンク部材を回転スピンドルに挿入し、加工物にボーリング加工を施す際、ボーリングバーに発生する振動は、防振部材がこの振動を打ち消す方向に振動することにより抑制される、としている。

特開平１０−１２８６３５号公報

ところで、防振部材は、段付きのボルト穴とボルトの作用により、回転軸に対してラジアル方向のギャップを持っている。このため、防振部材は、ギャップの量だけ、ラジアル方向及び軸方向に対して動くことが可能である。すなわち、特許文献１では、ギャップ分内で防振材が振動をすることができるインパクトダンパーの効果を有している。しかしながら、上記の特許文献１では、切削方向に対して振動の抑制を行うことができないとういう問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、切削方向の振動にも確実に対応することができ、びびりの発生を可及的に抑制して高精度な加工作業を遂行することが可能な作業機械のびびり防止構造を提供することを目的とする。

本発明は、回転される回転体に装着された加工工具を介してワークに加工処理を施す際に、びびりが発生することを防止するための作業機械のびびり防止構造に関するものである。

このびびり防止構造では、回転体の外周に固定され、該回転体と一体に回転されるハウジング部材と、前記ハウジング部材内に形成される環状ダンパー室と、前記環状ダンパー室内に周回移動可能に収容されるとともに、ワークの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するリング状フリクションダンパー部と、を備えている。

また、このびびり防止構造では、回転体は、加工工具が取り付けられるツールホルダ、又は、前記ツールホルダが固定される主軸であることが好ましい。

さらに、このびびり防止構造では、リング状フリクションダンパー部は、ハウジング部材の内壁に吸着されるマグネットを有することが好ましい。

さらにまた、このびびり防止構造では、リング状フリクションダンパー部は、環状ダンパー室の内面との間に隙間を有して収容されるリング体を備えるとともに、前記リング体にマグネットが埋設されることが好ましい。

また、このびびり防止構造では、リング状フリクションダンパー部は、環状ダンパー室の内面との間に隙間を有して収容されるリング体と、前記リング体をハウジング部材の内壁に押圧する弾性部材と、を備えることが好ましい。

本発明に係る作業機械のびびり防止構造では、加工工具によるワークの加工時に、切削方向の振動を含む種々の振動を、フリクションダンパー部の滑り摩擦によって確実に吸収することができ、簡単な構成で、びびりの発生を可及的に抑制することが可能になる。

しかも、ハウジング部材は、内部に環状ダンパー室が形成されるとともに、回転体の外周に固定されている。このため、回転体自体にダンパー室を形成する必要がなく、前記回転体、例えば、加工工具が取り付けられるツールホルダ、又は、前記ツールホルダが固定される主軸を可及的に小型化することができる。さらに、回転体の設計製作に必要な時間及び費用が良好に削減され、経済的である。

本発明の第１の実施形態に係る作業機械のびびり防止構造が組み込まれる工作機械の要部説明図である。前記工作機械を構成するボーリングバー部の先端部断面説明図である。前記びびり防止構造の断面説明図である。振動エネルギーと消散エネルギーとの関係図である。本発明の第２の実施形態に係るびびり防止構造の断面説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る作業機械のびびり防止構造１０は、工作機械１２に組み込まれる。

工作機械１２は、機械主軸頭１４内にベアリング１６を介して回転可能に設けられるスピンドル（主軸）１８と、前記スピンドル１８に着脱自在なツールホルダ２０とを備える。ツールホルダ２０には、ボーリングバー部２２が設けられるとともに、前記ボーリングバー部２２の先端に中ぐり用バイト（加工工具）２４が装着されている（図１及び図２参照）。

びびり防止構造１０は、ツールホルダ２０に対し、ボーリングバー部２２の後端部の外周に固定され、前記ツールホルダ２０と一体に回転されるハウジング部材２６を備える。ハウジング部材２６は、略リング形状を有するとともに、軸方向一端（例えば、先端）には、段部を介して小径部２８が設けられる。

図３に示すように、小径部２８には、径方向に貫通して１以上のねじ孔３０が形成される。ねじ孔３０にねじ込まれる止めねじ３２は、ボーリングバー部２２の外周面に押し付けられることにより、ハウジング部材２６は、前記ボーリングバー部２２の外周に固定される。

ハウジング部材２６内には、環状ダンパー室３４が形成される。環状ダンパー室３４には、ワークＷの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するリング状フリクションダンパー部３６が、周回移動可能に、すなわち、ボーリングバー部２２の外周に沿って周回する方向に移動可能に収容される。

リング状フリクションダンパー部３６は、環状ダンパー室３４の内面との間に隙間を有して収容されるリング体３８と、前記リング体３８に埋設されてハウジング部材２６の第１コンタクト面（内壁）２６ａに吸着される１個又は複数個のマグネット４０とを備える。リング体３８は、ボーリングバー部２２の外周に沿って周回する方向に及び前記ボーリングバー部２２の径方向に移動可能である。ハウジング部材２６には、環状ダンパー室３４を覆って断面Ｌ字状のカバーリング部材４２が取り付けられる。

マグネット４０は、リング体３８の第２コンタクト面３８ａと略同一平面上に配置され、第１コンタクト面２６ａと前記第２コンタクト面３８ａとは、磁力により吸着接触する。第１コンタクト面２６ａは、マグネット４０をスムーズに横滑りさせるために平滑面に構成される。なお、第２コンタクト面３８ａも、平滑面に構成されることが好ましい。

ハウジング部材２６の内径寸法は、取り付けられるボーリングバー部２２の外形寸法よりも少し大きな径に設定される。ハウジング部材２６の内径とボーリングバー部２２の外形との寸法の差（ギャップ）にも起因するが、複数の止めねじ３２を使用することにより、回転軸である前記ボーリングバー部２２に対して前記ハウジング部材２６の内径部が均等な距離を持つように取り付けることが好ましい。

このように構成される第１の実施形態に係るびびり防止構造１０が適用される工作機械１２の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、工作機械１２では、ツールホルダ２０を取り付けたスピンドル１８が回転駆動されるとともに、ワークＷの下穴Ｗａに沿って繰り出される。そして、ツールホルダ２０と一体にボーリングバー部２２がワークＷの下穴Ｗａ側に相対的に移動する。このため、回転するボーリングバー部２２に装着されたバイト２４を介して、下穴Ｗａを構成する内壁面にボーリング加工が施される。

この場合、びびり防止構造１０では、図３に示すように、切削方向（矢印Ｃ方向）の振動、すなわち、ボーリングバー部２２のねじり方向（回転方向又は反回転方向）の振動が発生した場合、質量を有するリング体３８は、慣性力により前記振動と反対方向に移動しようとする。

ここで、振動エネルギ（振幅）が小さいと、マグネット４０による吸着力がリング体３８の慣性力よりも大きくなり、前記リング体３８は、振動と同じ方向に移動することになる。すなわち、図４に示すように、滑りが生じない範囲であるＸｓ点以下の状態となる。

一方、一定以上の振動振幅が発生すると、リング体３８の慣性力が大きくなり、前記リング体３８は、作用する振動とは反対の方向に移動しようとする。すなわち、図４中、Ｘｓ点以上の状態となる。その際、リング体３８の第２コンタクト面３８ａとハウジング部材２６の第１コンタクト面２６ａとは、前記リング体３８に設けられたマグネット４０の磁力によって吸着接触している。

従って、第１コンタクト面２６ａと第２コンタクト面３８ａとの間で、摩擦すべり（横滑り運動）が生じ、その運動エネルギーが吸収散逸させられる。具体的には、熱に変換される。このすべり摩擦によるエネルギー散逸の効果により、振動振幅はそれ以上大きくならず、結果的に、びびり振動が抑制されることになる（図４参照）。

また、ボーリングバー部２２の切り込み方向（軸撓み方向）の振動が発生した場合にも、質量を有するリング体３８の移動作用下に、振動振幅を小さく抑制することができる。

これにより、第１の実施形態では、バイト２４によるワークＷの加工時に、切削方向の振動を含む種々の振動を、リング状フリクションダンパー部３６の滑り摩擦によって確実に吸収することができる。従って、簡単な構成で、びびりの発生を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。

しかも、ハウジング部材２６は、内部に環状ダンパー室３４が形成されるとともに、ボーリングバー部（回転体）２２の外周に固定されている。このため、ボーリングバー部２２の内部にダンパー室を形成する必要がなく、前記ボーリングバー部２２を可及的に小型化することができる。さらに、ボーリングバー部２２の設計製作に必要な時間及び費用が良好に削減され、経済的であるという利点がある。

なお、第１の実施形態では、びびり防止構造１０を構成するリング状フリクションダンパー部３６は、ツールホルダ２０に対し、ボーリングバー部２２の後端部の外周に固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、リング状フリクションダンパー部３６は、ボーリングバー部２２の先端部の外周に固定されてもよく、また、スピンドル１８の先端部や後端部に固定されてもよい。

ハウジング部材２６がスピンドル１８の外周に固定される構造では、前記スピンドル１８を可及的に小型化するとともに、該スピンドル１８を経済的に製造することが可能になる。

さらに、リング状フリクションダンパー部３６では、ハウジング部材２６が１以上の止めねじ３２によりボーリングバー部２２の外周面に固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、ハウジング部材２６をボーリングバー部２２の外周面に圧入する方法、接着剤で固着する方法、サークリップ（止め輪）で取り付ける方法、又はくさび体で取り付ける方法等を採用することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るびびり防止構造５０の要部断面図である。なお、第１の実施形態に係るびびり防止構造１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

びびり防止構造５０は、ハウジング部材２６内の環状ダンパー室３４に、ワークＷの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するリング状フリクションダンパー部５２が、周回移動可能に収容される。リング状フリクションダンパー部５２は、環状ダンパー室３４の内面との間に隙間を有して収容されるリング体５４と、前記リング体５４の第２コンタクト面５４ａとは反対の面５４ｂに配置され、前記リング体５４の前記第２コンタクト面５４ａをハウジング部材２６の第１コンタクト面２６ａに押圧する１以上のコイルスプリング（弾性部材）５６とを備える。

リング体５４の面５４ｂには、所定数の凹部５４ｃが形成されるとともに、各凹部５４ｃには、コイルスプリング５６の一方の端部が収容される。コイルスプリング５６の他方の端部は、摺動板５７を介してカバーリング部材４２の内壁に保持される。コイルスプリング５６は、ハウジング部材２６の第１コンタクト面２６ａとリング体５４の第２コンタクト面５４ａとが互いに摩擦接触するように、押圧力（弾性力）が適切に調整される。摺動板５７は、中空円板状を有し、コイルスプリング５６を介してリング体５４と一体に摺動可能である。

このように構成される第２の実施形態では、ハウジング部材２６の第１コンタクト面２６ａとリング体５４の第２コンタクト面５４ａとが互いに摩擦接触している。このため、切削方向の振動を含む種々の振動を、リング状フリクションダンパー部５２の滑り摩擦によって確実に吸収することができる。従って、簡単な構成で、びびりの発生を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第２の実施形態では、弾性部材としてコイルスプリング５６を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、リング状のゴム部材や樹脂部材等を用いることができる。

また、機械主軸（図示せず）が縦型であり、ツールホルダが先端を下方に向けて配置される場合には、マグネット４０やコイルスプリング５６等を不要にすることも可能である。その際、リング体３８（５４）は、自重によってハウジング部材２６の第１コンタクト面２６ａに摩擦接触するように構成される。

さらに、リング体３８を用いずに、マグネット４０自体が前記リング体３８（５４）として機能するように構成してもよい。さらにまた、質量の異なる多数のリング体３８と吸着力の異なる多数のマグネット４０とを用意し、多種の振動振幅や周波数に対応可能に構成することもできる。

１０、５０…びびり防止構造１２…工作機械
１８…スピンドル２０…ツールホルダ
２２…ボーリングバー部２４…バイト
２６…ハウジング部材２６ａ、３８ａ、５４ａ…コンタクト面
３４…環状ダンパー室３６、５２…リング状フリクションダンパー部
３８、５４…リング体４０……マグネット
４２…カバーリング部材５６…コイルスプリング

Claims

回転される回転体に装着された加工工具を介してワークに加工処理を施す際に、びびりが発生することを防止するための作業機械のびびり防止構造であって、
前記回転体の外周に固定され、該回転体と一体に回転されるハウジング部材と、
前記ハウジング部材内に形成される環状ダンパー室と、
前記環状ダンパー室内に周回移動可能に収容されるとともに、前記ワークの加工時に前記びびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するリング状フリクションダンパー部と、
を備えることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
請求項１記載のびびり防止構造において、前記回転体は、前記加工工具が取り付けられるツールホルダ、又は、前記ツールホルダが固定される主軸であることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
請求項１又は２記載のびびり防止構造において、前記リング状フリクションダンパー部は、前記ハウジング部材の内壁に吸着されるマグネットを有することを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
請求項３記載のびびり防止構造において、前記リング状フリクションダンパー部は、前記環状ダンパー室の内面との間に隙間を有して収容されるリング体を備えるとともに、
前記リング体に前記マグネットが埋設されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
請求項１又は２記載のびびり防止構造において、前記リング状フリクションダンパー部は、前記環状ダンパー室の内面との間に隙間を有して収容されるリング体と、
前記リング体を前記ハウジング部材の内壁に押圧する弾性部材と、
を備えることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。