JP2016524547A - 工具、工作機械、及び工作物の機械加工方法 - Google Patents

工具、工作機械、及び工作物の機械加工方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2016524547A
JP2016524547A JP2016516190A JP2016516190A JP2016524547A JP 2016524547 A JP2016524547 A JP 2016524547A JP 2016516190 A JP2016516190 A JP 2016516190A JP 2016516190 A JP2016516190 A JP 2016516190A JP 2016524547 A JP2016524547 A JP 2016524547A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
vibration
workpiece
machine
tool according
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.)
Granted
Application number
JP2016516190A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6229045B2 (ja
Inventor
フォイヒト,フロリアン
ケテラー,イェンス
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.)
Sauer Ultrasonic GmbH
Original Assignee
Sauer Ultrasonic GmbH
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 Sauer Ultrasonic GmbH filed Critical Sauer Ultrasonic GmbH
Publication of JP2016524547A publication Critical patent/JP2016524547A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6229045B2 publication Critical patent/JP6229045B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B37/00Boring by making use of ultrasonic energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B29/00Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04Tool holders for a single cutting tool
    • B23B29/12Special arrangements on tool holders
    • B23B29/125Vibratory toolholders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B39/00General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B51/00Tools for drilling machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C3/00Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/006Details of the milling cutter body
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/06Face-milling cutters, i.e. having only or primarily a substantially flat cutting surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/16Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/0009Energy-transferring means or control lines for movable machine parts; Control panels or boxes; Control parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2260/00Details of constructional elements
    • B23B2260/108Piezoelectric elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2270/00Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/02Use of a particular power source
    • B23B2270/022Electricity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2270/00Details of milling machines, milling processes or milling tools not otherwise provided for
    • B23C2270/02Use of a particular power source
    • B23C2270/022Electricity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)

Abstract

工具(20)は、回転軸(29)を中心にして工具を回転駆動(27)し、工具を工作物に対して前進(26)させるため、工具を工作機械(1)に接続する、機械側の機械接続部(21)と、工作物を機械加工する、1つ又は複数の切刃(25)を有する工作物側の工具ヘッド(22)であって、直径(D)が20mmよりも大きく、工具(20)の切刃(25)が、回転軸(29)に垂直な範囲の上を移動するように配置される、工具ヘッドと、回転軸(29)を中心にした回転振動(28)へと工具ヘッドを設定するように設計された振動ユニット(23)と、供給エネルギーを無線で受け入れ、電気エネルギーを振動ユニット(23)に供給する動力受入れ手段(24)とを有する。【選択図】図2

Description

切刃が画成された工具を用いたチッピングの手法で工作物に対して作業を行うことが知られている。既知の方法は、穿孔、旋削、フライス削り、及び平削りである。関連する工具は、1つ又は複数の明確に画成され明確に描写可能な切刃を有する。工具、特にその切刃と、工作物とが相対運動(切断運動)することにより、チッピング機械加工が行われる。それは、特定の工具摩耗で特定の除去速度を有し、表面がある程度まで予測可能な性質になる。穿孔の場合、通常は工具が動かされる。旋削の場合、通常は工作物が動かされる。フライス削りの場合、通常は、フライス削り工具又は工作物を並進運動させながら、フライス削り工具が回転する。平削りの場合、工具又は工作物のどちらかが並進させられる。工作物は、それ自体が、記載した工具によって製造される工具であってもよい。
更に、切刃が画成されていない振動工具によって、工作物を機械加工することが知られている。振動工具は粗面を有し、比較的高い周波数(振動数)で、例えば5kHz超、又は10kHz超、又は20kHz超の周波数で研削動作する。振動数が高く、人間の聴力を超えることがあるため、この種の加工は超音波加工と呼ばれる場合が多く、機械は超音波機械と呼ばれる。工具の振動は、並進振動又は回転振動であってもよい。工具は工作物に平行に動き、その結果、研削する手法で材料を除去してもよい。しかしながら、更に、工作物を打抜く手法で動作してもよい。
DE 102008048638 A1は、振動が重畳される穿孔運動を有する切刃が画成された、工具について記載している。
既知の工具の不利な点は、直径が大きい工具が、それらのサイズや質量により、振動動作に容易に使用可能であると見なされないことである。
本発明の目的は、振動動作で良好に使用することができる、比較的大きい直径の工具を提供することである。
この目的は、独立請求項の特徴によって遂行される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を対象とする。
工具は、工具を工作機械と接続する機械側の機械コネクタ(HSK、若しくはカップリングコーン形状のものなど)と、工作物を機械加工する、1つ又は複数の切刃が画成された工作物側の工具ヘッドであって、工具ヘッドの直径が20mmよりも大きく、工具の切刃が、動作中、回転軸に垂直な範囲を覆い、機械加工するように配置されてもよい、工具ヘッドと、工具ヘッドを駆動して回転軸を中心にして回転振動させるように適合された振動ユニットと、無線で供給される動力を受け入れ、電力を振動ユニットに供給する動力受入れ手段とを有する。
旋削振動は直径に応じた振幅を有する。半径が大きいとき、小さい振幅の不利な点は機械的並進によって部分的に均一化される。振幅は、特定の手法で共振効果を使用することで拡大することができる。
動力受入れ手段は、振動ユニット内の1つ若しくは複数の振動駆動部(例えば、圧電素子)と直接又は間接的に接続される、誘導コイルを備えてもよい。それは、リング状であって回転軸に対して同心であってもよく、軸線方向でそれに面する固定コイルと協働するように適合させることができる。工具の並進方向は回転軸に対して垂直(正面フライス)又は平行(ドリル)であってもよい。工具ヘッドの工作物を係合する部分の直径は、25mm超、若しくは30mm超、及び/又は150mm未満、若しくは100mm未満、若しくは80mm未満であってもよい。
工具は、回転軸に沿って延在する細長い振動部を備え、その被動端部に振動ユニットを、その駆動端部に工具ヘッドを、またそれらの2つの端部の間に、機械コネクタに接続される中間部分を有してもよい。
工具は、振動数が振動部のねじり共振振動数又はその倍数であるようにして、寸法決めされ操作されてもよく、被動端部及び/又は駆動端部は、振動極大(アンチノード)周辺の共振波長の±20%、又は±10%、又は±5%の範囲にあってもよく、並びに/あるいは中間部分、特にコネクタへのその付着部は、振動ノード周辺の共振波長の±20%、又は±10%、又は±5%の範囲にあってもよい。
工作機械は、機枠と、その上に取り付けられる、工作物を保持する工作台と、機枠に取り付けられる、上述のような工具を受ける機械スピンドルと、工具の動力受入れ手段に動力を無線で送る動力送出手段と、機械、特にスピンドル及び動力送出手段を動作させるように適合された制御部とを有する。
工作機械を示す概略図である。 工具を示す概略図である。 工具を示す概略図である。 振動挙動を説明する図である。 振動駆動部の一実施形態を示す図である。 工具の更なる実施形態を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して記載する。
図1は、工作機械1を概略的に示す。それは機枠10を備える。動作中、工作物2及び工具20は様々な中間部を通して機枠10に付着される。工具20並びに/あるいは工作物2の並進及び/又は回転位置を静的に調節するため、複数の制御軸13、14が設けられてもよい。工具20を回転させるためのスピンドル12が設けられる。調節軸13は機枠10と工作台11との間に設けられてもよく、及び/又は調節軸14は機枠10と工具20若しくはスピンドル12との間に設けられてもよい。調節軸13の1つ又は複数は、動作中、工作物2に対する工具20の並進又は回転運動も提供してもよい。
一般に、工作機械10は、プロセスパラメータを検出するセンサ3を備えてもよい。センサは、工作機械の全体に分配された1つ又は複数のセンサを含んでもよい。信号は、ワイヤによってコントローラ/フィードバックコントローラ16にフィードバックされ、様々な機械構成要素(軸13、14、スピンドル駆動部12、電源17)を駆動するために、記憶及び/又は出力及び/又は使用される。それに加えて、操作者のための図示されない出力ユニットが設けられてもよい。
工具20は、工作物の機械加工中、回転運動するように電気的に駆動されるフライス、正面フライスであってもよい。ただしドリルであってもよい。
工具2は、迅速かつ自動的に交換できるように、規格化された継手を介して交換可能であってもよい。継手21は、工具側及びスピンドル側の部分が噛合する、通常のコーンカップリング(カップリングコーン、HSK)であってもよい。
図1に示される工作機械は、図2、3、又は6に概略的に示されるような工具と共に動作するように適合される。特に、制御部16は工具を適切に動作させるように適合される。軸13、14の制御、スピンドルの制御などの通常の機能に加えて、これはまた、特に適切な振幅及び/又は適切な周波数及び/又は適切なタイミングの適切な信号を用いて、動力送出手段17を駆動することを伴ってもよい。振幅及び周波数は、工具に応じてコントローラ16に格納されてもよく、又は制御プログラムの一部として格納されてもよい。
図2は、工具20を側面図で概略的に示す。概略的に示されているのは、回転軸29、スピンドル12によって引き起こされる回転27、軸13及び/又は14によって引き起こされる、工作物2に対する工具20の相対運動26、並びに振動駆動部23によって引き起こされる回転振動28(ねじり振動)である。
21は、工作機械1に対する工具の接続を概略的に符号で示している。機械コネクタ21は規格化されてもよい。それは、適切な直径のHSK継手、又はコーンカップリングなどであってもよい。図2は、機械コネクタ21を概略的にのみ示している。
22は、切刃を工作物2に向かって運ぶ工具ヘッドを指す。切刃は、工具ヘッド22内へと固定的に形成されてもよい、又はねじ止め可能な切断インサートなどの交換可能な切断インサートを通して追加されてもよい、画成された切刃25である。Dは工具の直径を指し、工具における直径、即ち径方向で切刃25又は切断インサートの最も外側の部分の一方の側から他方の側へ渡る測定値を言う。直径Dは比較的大きく、20mm超、好ましくは25mm超、又は30mm超である。
工具ヘッドの少なくとも径方向外側部分において、半径が比較的大きいことにより、ねじり振動は許容可能な振幅を有する。質量が大きい大型の工具は十分な振幅で振動することが困難であるという事実は、ねじり振動において、ねじり振動の軸29からの距離が増大するにつれて振幅が増大するという事実と、部分的に同等である。直径Dは、150mm未満又は100mm未満であってもよい。
工具20は、機械コネクタ21が、また場合によっては工具ヘッド25も、それらの間の中間部分よりも大きい直径を有するように、くびれていてもよい。切刃25は、軸29を中心にして回転するとき、好ましくは工具の面範囲(回転軸29に垂直な範囲)を共同して覆う。図2に示されるように、それらは平面範囲内にあってもよい。しかし異なっていてもよい。他の実施形態では、切刃は、(回転軸29に対する)円周面に作用するように形成されてもよい。
23は、工具ヘッドを回転振動(矢印28によって示される)させるように適合された振動ユニットである。それは圧電素子を含んでもよい。それらには交流電気信号が供給される。振動数は、交流電気信号の周波数に直接対応してもよい。
24は、動力受入れ手段を指す。その末端で誘導電圧を発生させ、それにより、振動ユニット23の駆動に必要な電力を供給する、発生した交番磁界によって満たされたリング状の誘導コイルであってもよい。全体的なレイアウトに応じて、動力受入れ手段24のコイルは、振動ユニット23の圧電素子と直接結合されてもよいが、同様に、圧電素子の電源を整形(整流、反転、振幅制御など)する回路素子が間にあってもよい。
図2は、工具が中実のベース体を備えるものと理解されるべきではない。工具は、例えば軸線方向に沿って配置された、複数の個別の部品によって構築されてもよい。個別の部品は次に、例えばねじ止め、はんだ付け、溶接、プレスなどによって、適切に接続される。
図3は、工具が、接続部35を介して機械コネクタと接続されている振動部31〜34を備える、工具の一実施形態の断面図を示す。振動部は、回転軸29にほぼ平行に延在する特定の長さLを有する。振動部は、被動端部31及び駆動端部32と、その間の中間部33、34とを有する。振動駆動部23は被動端部31に設けられる。工具ヘッド22、及び特に切刃25又は切断インサートは、駆動端部32に位置する。中間部分33、34は被動端部31と駆動端部32との間である。それは、振動部31〜34を機械コネクタ21に付着させている接続部分34を含む。付着は堅く、使用中に発生する力を信頼性高く伝達するのに適している。
接続部分34と機械コネクタ21との間の接続部35は、被動端部31及び振動駆動部23を取り囲み、機械コネクタ21から接続部分34に向かって軸線方向で延在する、チューブ状又は円筒状の構造35であってもよい。接続部35は、完全な円筒であって、即ち円周の周りで閉じられてもよく、あるいは開口部を含むか、又は振動部31〜34の接続部分34を機械コネクタ21と接続するいくつかの支柱のみを含んでもよい。
図4は、図3に示される工具の動作モードを概略的に示す。それは、回転軸29に沿った軸方向位置xaを横座標として有し、軸29を中心にしたねじり振動の振幅を縦座標として有する図を示す。振動部31〜34の様々な部分が図中に概略的に描き込まれている。
設計及び動作は、振動部に沿って、ねじり振動の振幅が小さい(約0)振動モード42が確立するようなものであってもよい。かかるノード42の範囲(ねじり振動の最小振幅)に、中間部33、及び特に振動部31〜34の接続部分34が位置してもよい。
中間部33及び特に接続部分34を振動ノード42の範囲内に位置付けることで、振動系の逆動が機械に入り込むことが最小限に抑えられるという利点が得られる。振動部は、その振動が最小限であるところで保持される。その結果、同様に、機械コネクタ21を介して機械1に向かって伝播することがある振動も最小限になるので、機械における不利な相互作用も最小限に抑えられるであろう。
軸方向長さに沿って見ると、ねじり振動は、ねじり振動振幅のノード及びアンチノードによって規定される波長λを有する。図4は、工具の振動部31〜34の長さLが波長λの約半分である、即ちねじり振動のλ/2である、一実施形態を示す。ノード42の左側及び右側には、反対の相で振動するねじりアンチノード41及び43がある。ノード42で交差する2つの対向する曲線は、ねじり振動について記載していることに留意して、エンベロープに類似していると理解されてもよい。
振動部31〜34の被動端部31のアンチノード41の領域には、特に、振動駆動部23が位置付けられてもよい。他方のアンチノード43の領域では、工具ヘッド22が、特に振動部31〜34の駆動端部32が切刃25又は切断インサートと共に存在してもよい。
図4は、ノード42に対するアンチノードの対称的な設計を示す。これは実例であってもよいが、必ずしもこれに似ていなくてもよい。振動ノード及び振動アンチノードがある工具の特定の機械的構造に依存する。換言すれば、波長λは、振動部の長さに沿って一定である必要はなく、長さ当たりの質量、局所的な剛性など、軸方向長さに沿って変化する振動部の性質に応じて変化してもよい。それぞれの基準は、計算可能若しくは数値的にシミュレーション可能であるか、又は経験的に決定されてもよい。したがって、設計はまた、アンチノードの一方が他方のアンチノードよりもノードに近いようなものであってもよい。
図4は、基本波振動における状況を示す。しかしながら、工具20がより高いノード(高調波、他の共振など)で駆動されることも想到できる。また、被動端部31と駆動端部32との間で、横座標29に沿って2つ以上のノードがあってもよい。しかし多くの場合、少なくとも工具ヘッド22は、また特に振動駆動部23も、振動アンチノードに、即ち、ねじり振動の振幅を最適化させるためにノードから約λ/4の変位に位置する。
被動端部31及び/又は駆動端部32あるいは中間部分33、34又は接続部分34の、振動ノード又は振動アンチノードに対する位置決めの指標は、それぞれ局所的な関連するノード又はアンチノードにおける振動数λの最大±20%、若しくは±10%、若しくは±5%の公差に従うと理解することができる。
構造が小さいことも望ましいので、振動部の長さLはλよりも小さく、0.4λ<L<0.5λなどであってもよい。その結果、駆動部分及び被動部分はアンチノードに近いままであり、したがって十分に大きい振幅の領域内にあるので、サイズは振動振幅に対して不釣り合いに大きく減少する。
共振が考慮される限り、アイドリング中(工具が工作物と係合していない)又は荷重下(工具ヘッドで力が働く)で起こる共振であってもよい。工具の振動数及び機械的設計は互いに依存し、共鳴効果が使用される場合、互いに対して調整される。機械駆動は、動力送出手段17を介して工具に適切な周波数を供給するように適合される。しかしながら、同様に、設計は、工具の動力送出手段24において誘導効果を得るために、機械が任意の交番磁界を供給するようなものであってもよい。その結果、圧電駆動部23、41を動作させるための電圧形成は、周波数及び振幅に関して、工具20自体の中に提供される適切な回路を用いて行われてもよい。
図3は、動力受入れ手段23を再度概略的に示す。それは、リング状に形作られてもよく、工具を完全に取り囲んでもよい。動力送出手段17も概略的に示される。それは、軸線方向で動力受入れ手段24から離れていてもよく、薄いスロットによって離間されてもよい。それは、リングセグメントのように形成されてもよく、リングの円周の特定部分のみに沿って、動力受入れ手段24のコイルに面してもよく、工具交換メカニズムが依然として工具を選ぶことができるように、特定部分以外の部分を残してもよい。動力送出手段17は、動力受入れ手段24のコイルを満たし、そこで誘導電圧を発生させる、交番磁界を発生させる。動力送出手段17は機械側で固定的に取り付けられる。
図5は、振動部の被動端部31を通る振動軸29に垂直な断面上で、被動端部31における振動駆動部23の可能な設計を平面図で概略的に示す。41a及び41bは、回転軸29に対して偏心的に取り付けられた振動駆動部であり、それらは圧電素子であってもよい。それらの振動軸は、図示される矢印52に対応する取付け表面51に垂直である。それらそれぞれの一端は取付け表面で取り付けられ、そこでねじによって付勢されてもよい。
圧電素子41の他端(取付け表面51に提供されない方)は、自由に振動してもよく、又はカウンタマス要素42a、42bに付着されてもよい。設計に応じて、もっと小さいかもっと大きくてもよい。図面は個別のカウンタマス要素42a、42bを示す。しかしながら、同様に、軸後方(機械に向かって工作物から離れる)方向で、それらは互いと接続され、やはり、重く堅い構造を備えてもよい。カウンタマス要素42a、42bは浮遊するアバットメントを形成する。その慣性によって、特により高い周波数で十分に有効である。
図5は、2つの圧電素子41a、41bを示しているが、圧電素子はもっと多く(3、4、5、6、又はそれ以上)てもよい。図示されないが、電気配線が動力受入れ手段24から電力を供給する。
図6は、工具の特定の一実施形態を示し、図6Aは側面図、図6Bは一部を切り取った斜視図である。21はHSK継手を示す。24は動力受入れ手段であり、誘導コイルとして形成されると共に、軸線方向反対側に、機械に固定的に付着された対応する動力送出手段17を有する。工具ヘッド22は、複数の切断インサート25を備えるものとして示される。それらは適切な取付け部分に取り付けられてもよい。下方方向で、工具ヘッドは、下方方向でその直径が増加するという点でキノコ状に形成される。61は、工具を釣り合わせるために材料を故意に除去することができる、釣合いリングを符号で示している。
図6の実施形態は、接続部分34が被動端部31と駆動端部32との間で対称的に位置せず、被動端部により接近して位置することを示している。上述したように、これは振動部の個別の部分の寸法決め及び設計に依存する。
図6Bは、振動駆動部23が、振動部の駆動部内にある4つのコンパートメントに対応して円周全体に分配される4つの圧電素子を含む、一実施形態を示す。62は、冷却流体又は潤滑剤を供給してもよい流体誘導装置を符号で示している。
図示される実施形態では、動力受入れ手段24のコイルは最大直径であってもよい。しかしながら、同様に、工具ヘッド22が切刃25と共に最大直径を形成してもよい。上述したように、設計は、工具ヘッドと機械コネクタとの間の直径が比較的小さいように、くびれていてもよい。
工具ヘッドの直径(工作物における有効径)は20mm超であり、25mm超又は30mm超であってもよい。150mm未満又は100mm未満であってもよい。
工具の回転数は、500rpm超、又は1000rpm超、又は2000rpm超であってもよい。30,000rpm未満、又は24,000rpm未満、又は20,000rpm未満であってもよい。
ねじり振動の振動数は、5kHz超、又は10kHz超、又は15kHz超、又は20kHz超であってもよい。100kHz未満、又は80kHz未満、又は60kHz未満であってもよい。
工作物機械加工方法は、20mm超の工作物における有効径を有する工具を提供するステップと、工具をその軸を中心にして回転させるステップと、工具にねじり振動を加えるステップと、工具を工作物に対して前進させるステップとを含む。パラメータは上記明細書に記載したようなものであってもよい。
従来技術に関して、又は本発明に関して本明細書に記載した特徴は、組み合わせが明示的に記載されていない場合であっても、その組み合わせが技術的に可能である限り、互いに組み合わせ可能であると見なされるものとする。また方法ステップの説明も、かかる方法ステップを実施するための手段と見なされるものとし、手段及び構成要素の説明はまた、かかる手段で実施される方法ステップの説明と見なされるものとする。

Claims (19)

  1. 回転軸(29)を中心にして工具を回転駆動(27)し、前記工具を工作物に対して前進(26)させるため、前記工具を工作機械(1)に接続する、機械側の機械コネクタ(21)と、
    工作物を機械加工する、1つ又は複数の切刃を有する工作物側の工具ヘッド(22)であって、直径が20mmよりも大きく、前記工具の前記切刃を、回転軸に垂直に延在する表面を通過するように配置することができる、工具ヘッドと、
    前記回転軸を中心にした前記工具ヘッドの回転振動(28)を誘発するように適合された振動ユニット(23)と、
    動力を無線で受け入れ、電力を前記振動ユニットに供給する動力受入れ手段(24)とを備える、工具(20)。
  2. 前記動力受入れ手段(24)が磁界で満たされたコイルを含み、前記コイルが、前記振動ユニットの1つ若しくは複数の振動駆動部(23)と直接又は間接的に接続される、請求項1に記載の工具。
  3. 前記コイルが、リング状であって前記回転軸(29)に対して同心であると共に、軸線方向で前記コイルに面する固定コイルと協働するように適合される、請求項2に記載の工具。
  4. 前記前進の方向(26)が前記回転軸(29)に垂直である、先行する請求項のいずれか一項に記載の工具。
  5. 前記工具ヘッドのうち前記工作物を係合する部分が、15mm超、若しくは20mm超、若しくは25mm超の直径を有し、ならびに/又は150mm未満、若しくは100mm未満、若しくは80mm未満の直径を有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の工具。
  6. 前記振動ユニット(23)が1つ又は複数の圧電素子(41)を含む、先行する請求項の一項以上に記載の工具。
  7. 前記回転軸(29)に沿って延在すると共に、
    (i)被動端部(31)にある前記振動ユニット(23)と、
    (ii)駆動端部(32)にある前記工具ヘッド(22)と、
    (iii)前記2つの端部の間の中間部分(33、34)とを備える細長い振動部(31〜34)を有し、
    前記中間部分(33、34)が前記機械コネクタ(21)に固定的に付着される、先行する請求項のいずれか一項に記載の工具。
  8. 中間部分及び機械コネクタの前記付着が、
    (i)前記被動端部(31)を取り囲み、
    (ii)一端が前記中間部分(33、34)に接続され、
    (iii)他端が前記機械コネクタ(21)に接続される、チューブ状の構造(35)を含む、請求項7に記載の工具。
  9. 前記被動端部が、並進振動のための、前記回転軸に対して偏心的に取り付けられる、振動軸が前記回転軸(29)に対して円周方向で方向付けられる、1つ又は複数の振動駆動部(41、42)を備える、請求項7又は8に記載の工具。
  10. 圧電素子(41)の一端が前記被動端部(31)で付着表面と接続され、他端が自由であるか又はカウンタマス要素(42)と結合される、請求項6及び請求項9に記載の工具。
  11. (i)振動数が前記振動部(31〜34)のねじり共振周波数又はその倍数であり、
    (ii)前記被動端部及び/又は前記駆動端部が、振動アンチノード(42)付近の共振波長の±20%、又は±10%、又は±5%の範囲であるようにして、
    寸法決めされ操作される、請求項7から10の一項以上に記載の工具。
  12. (i)振動数が前記振動部のねじり共振周波数又はその倍数であり、
    (ii)前記中間部分、及び特に前記接続に向かう接続部分が、振動ノード(41、43)付近の共振波長の±20%、又は±10%、又は±5%の範囲であるようにして、
    寸法決めされ操作される、請求項7から11の一項以上に記載の工具。
  13. 前記工具の外径における円周方向での前記振動振幅が、0.5μm超、又は1μm超、又は2μm超である、先行する請求項の一項以上に記載の工具。
  14. 前記振動数が5kHz超、又は10kHz超、又は15kHz超、又は100kHz未満、又は80kHz未満、又は60kHz未満である、先行する請求項の一項以上に記載の工具。
  15. 前記工具の回転速度が、500rpm超、又は1000rpm超、又は2000rpm超、又は30,000rpm未満、又は24,000rpm未満、又は20,000rpm未満である、先行する請求項のいずれか一項に記載の工具。
  16. 前記工具ヘッド(22)が1つ又は複数の別個の付着可能な切断インサート(25)を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の工具。
  17. 前記機械コネクタ(21)が規格化された接続部を、特に接続コーン又はHSKコネクタを含む、先行する請求項の一項以上に記載の工具。
  18. 機枠(10)と、前記機枠に取り付けられる、工作物(2)を保持する工作台(11)と、前記機枠に取り付けられる、先行する請求項の一項以上に記載の工具(20)を受け入れる工具スピンドル(12)と、前記工具の前記動力受入れ手段(24)に向かって動力を無線で送る動力送出手段(17)と、前記工具を装備した前記工作機械、特に前記スピンドル及び前記動力送出手段を動作させるように適合されたコントローラ(16)とを備える、工作機械(1)。
  19. 20mm超の有効径を有する工具を提供するステップと、前記工具をその回転軸を中心にして回転させるステップと、前記工具においてねじり振動を誘発するステップと、前記工具を前記工作物に対して前進させるステップとを含む、工作物の機械加工方法。
JP2016516190A 2013-05-31 2014-05-30 工具、工作機械、及び工作物の機械加工方法 Active JP6229045B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013210199.6A DE102013210199A1 (de) 2013-05-31 2013-05-31 Werkzeug
DE102013210199.6 2013-05-31
PCT/EP2014/061290 WO2014191566A1 (de) 2013-05-31 2014-05-30 Werkzeug, werkzeugmaschine und werkstückbearbeitungsverfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016524547A true JP2016524547A (ja) 2016-08-18
JP6229045B2 JP6229045B2 (ja) 2017-11-08

Family

ID=50928081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016516190A Active JP6229045B2 (ja) 2013-05-31 2014-05-30 工具、工作機械、及び工作物の機械加工方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9981321B2 (ja)
EP (1) EP3003610B1 (ja)
JP (1) JP6229045B2 (ja)
CN (1) CN105246623B (ja)
DE (1) DE102013210199A1 (ja)
ES (1) ES2924062T3 (ja)
PL (1) PL3003610T3 (ja)
PT (1) PT3003610T (ja)
RU (1) RU2661136C2 (ja)
WO (1) WO2014191566A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022172352A1 (ja) * 2021-02-10 2022-08-18 株式会社新川 超音波ホーン
JP7126013B1 (ja) * 2021-04-26 2022-08-25 Dmg森精機株式会社 工作機械用装置および工作機械

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015218030A1 (de) 2015-09-18 2017-03-23 Sauer Gmbh Kopplungssystem zur Verwendung an einer Spindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine
CN106424787B (zh) * 2016-10-26 2019-01-22 张家港市华扬冶金机械有限公司 一种可拆卸正反两用刀具
TWI666087B (zh) 2017-03-29 2019-07-21 國立中興大學 一種切削刀把
CN106964798A (zh) * 2017-04-26 2017-07-21 刘祥国 一体化振动切削刀具
CN109009331B (zh) * 2018-08-08 2024-02-06 北京安和加利尔科技有限公司 一种超声手术一体刀
CN108908101A (zh) * 2018-09-29 2018-11-30 广州汇专工具有限公司 具有动平衡环的刀具组件
CN109332766B (zh) * 2018-10-31 2020-04-14 湖南工学院 一种机油泵壳体内深孔高效加工系统
CN112719315B (zh) * 2020-12-16 2022-07-01 东莞市光志光电有限公司 胶辊及其加工方法、显示膜及其加工方法
CN113798561B (zh) * 2021-09-02 2023-01-03 上汽通用五菱汽车股份有限公司 铣削加工方法、系统及计算机可读存储介质
CN115500900B (zh) * 2022-09-13 2024-03-19 以诺康医疗科技(苏州)有限公司 一种用于超声手术刀的切削部、过渡部及超声手术刀
CN115815661B (zh) * 2023-02-20 2023-04-28 太原理工大学 一种动平衡可调节的可转位浅孔钻及其动平衡调节组件

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04129610A (ja) * 1990-09-20 1992-04-30 Toyo Electric Mfg Co Ltd 超音波振動付フライス盤
JPH0523901A (ja) * 1991-07-17 1993-02-02 Toshiba Corp 振動切削方法及び切削工具
JPH07299629A (ja) * 1994-05-06 1995-11-14 Nikon Corp 超音波振動切削を用いた溝加工装置
JPH10263911A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Hitachi Ltd 深溝加工用カッター
JP2002346817A (ja) * 2001-05-21 2002-12-04 Masao Murakawa 超音波ミリング装置
JP2004322233A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Nakamura Tome Precision Ind Co Ltd 硬質脆性板の面取加工方法
JP2008110464A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Kazumasa Onishi 超音波研磨装置及びこれに用いる砥石
JP2010194614A (ja) * 2007-07-13 2010-09-09 Kazumasa Onishi 焼嵌め式超音波工具ホルダ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2250814C1 (ru) * 2003-10-02 2005-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" Ультразвуковая колебательная система для размерной обработки
CN2700033Y (zh) * 2004-06-18 2005-05-18 李能效 振动切削台式钻床
JP2008183626A (ja) * 2005-11-25 2008-08-14 Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai 超音波振動切削方法及びそれにより得られる繊維強化樹脂
CN101020244A (zh) * 2007-03-15 2007-08-22 杭州电子科技大学 双刀反向进给超声波扭转振动车铣系统及其方法
JP4553967B2 (ja) * 2008-03-19 2010-09-29 パナソニック株式会社 切削加工装置、加工方法、およびその加工方法で加工した金型
DE102008048638A1 (de) 2008-09-24 2010-03-25 WÜRZ, Raimund Elektrischer Generator und Verfahren zum Betreiben des elektrischen Generators
DE102008052326B4 (de) * 2008-10-20 2013-09-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks
DE102009008227C5 (de) * 2009-02-10 2016-10-13 Sauer Ultrasonic Gmbh Schnittstelle für einen Werkzeugaktor bzw. für ein Werkzeug, insbesondere zum Verbinden mit einer Werkzeugmaschine
FR2944722B1 (fr) * 2009-04-28 2014-10-10 Arts Tete de percage a vibrations axiales
CA2792882C (en) * 2010-03-11 2015-01-27 Edison Welding Institute, Inc. Ultrasonic machining module
DE102010048638B4 (de) * 2010-07-16 2017-10-05 Sauer Ultrasonic Gmbh Werkzeugmaschine, Werkstückbearbeitungsverfahren
DE102011077568B4 (de) * 2011-06-15 2023-12-07 Dmg Mori Ultrasonic Lasertec Gmbh Werkzeugmaschine, Werkstückbearbeitungsverfahren
CN202155586U (zh) * 2011-06-21 2012-03-07 无锡雨田精密工具有限公司 一种球头铣刀
DE102012219254B4 (de) 2012-10-22 2015-01-29 Sauer Ultrasonic Gmbh Versorgungsschaltung, Versorgungssystem, Werkzeugaktor, Werkzeug
US10105836B2 (en) * 2013-01-16 2018-10-23 Mie Electronics Co., Ltd. Processing apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04129610A (ja) * 1990-09-20 1992-04-30 Toyo Electric Mfg Co Ltd 超音波振動付フライス盤
JPH0523901A (ja) * 1991-07-17 1993-02-02 Toshiba Corp 振動切削方法及び切削工具
JPH07299629A (ja) * 1994-05-06 1995-11-14 Nikon Corp 超音波振動切削を用いた溝加工装置
JPH10263911A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Hitachi Ltd 深溝加工用カッター
JP2002346817A (ja) * 2001-05-21 2002-12-04 Masao Murakawa 超音波ミリング装置
JP2004322233A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Nakamura Tome Precision Ind Co Ltd 硬質脆性板の面取加工方法
JP2008110464A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Kazumasa Onishi 超音波研磨装置及びこれに用いる砥石
JP2010194614A (ja) * 2007-07-13 2010-09-09 Kazumasa Onishi 焼嵌め式超音波工具ホルダ

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022172352A1 (ja) * 2021-02-10 2022-08-18 株式会社新川 超音波ホーン
JP7429465B2 (ja) 2021-02-10 2024-02-08 株式会社新川 超音波ホーン
JP7126013B1 (ja) * 2021-04-26 2022-08-25 Dmg森精機株式会社 工作機械用装置および工作機械
WO2022230856A1 (ja) * 2021-04-26 2022-11-03 Dmg森精機株式会社 工作機械用装置および工作機械
JP2022168357A (ja) * 2021-04-26 2022-11-08 Dmg森精機株式会社 工作機械用装置および工作機械

Also Published As

Publication number Publication date
CN105246623B (zh) 2018-04-27
RU2015151033A (ru) 2017-07-06
US20160107244A1 (en) 2016-04-21
CN105246623A (zh) 2016-01-13
JP6229045B2 (ja) 2017-11-08
PL3003610T3 (pl) 2022-09-26
WO2014191566A1 (de) 2014-12-04
RU2661136C2 (ru) 2018-07-11
PT3003610T (pt) 2022-06-28
ES2924062T3 (es) 2022-10-04
US9981321B2 (en) 2018-05-29
DE102013210199A1 (de) 2014-12-04
EP3003610B1 (de) 2022-05-11
EP3003610A1 (de) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6229045B2 (ja) 工具、工作機械、及び工作物の機械加工方法
JP4856650B2 (ja) 切削もしくは研削装置
CN100479957C (zh) 振动头-刀具
JP5918831B2 (ja) 可搬式装置と共に使用するための超音波機械加工用組立体
US9908209B2 (en) Method for machining a workpiece, supply circuit, supply system, tool actuator, tool setup
CN107530853A (zh) 具有主轴轴杆的刀具驱动机及操作方法
JP2011088216A (ja) 超音波工具ホルダ
JP2014523348A (ja) 工作機械、工作物の機械加工方法
CN103052457B (zh) 机床及工件加工方法
JP6389324B2 (ja) 金属加工システムにおける音響振動を遮断する装置
CN110682166B (zh) 一种用于超声振动磨床的超声发生装置
JP2008538727A (ja) 切削もしくは研削装置
CN102554884B (zh) 动力工具
KR20160005038A (ko) 툴에 회전 초음파 진동을 발생하기 위한 디바이스
JP6228011B2 (ja) 質量体の振動運動を発生させるための方法及び装置
JP2007021707A (ja) 超音波コレット
JP6821187B2 (ja) ランジュバン型超音波振動子の支持構造体
JP2008149441A (ja) 超音波工具ホルダ
JP2010194613A (ja) 焼嵌め式超音波工具ホルダ
JP2007144605A (ja) 切削工具および機械加工装置
EP3932594B1 (en) Non-rotating boring tool for internal turning and a boring arrangement comprising such a boring tool
JP2004001107A (ja) 超音波振動工具を備えた工作機械
JP2008200838A (ja) 超音波工具ホルダ
JP2004025374A (ja) 超音波振動工具を備えた工作機械
JP2004181582A (ja) 駆動切削装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170321

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170411

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170808

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170824

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171010

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171016

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6229045

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250