JP2022131687A - Ultrasonic machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、様々な切削工具メーカーが製造・販売している、ISO規格に準じた様々な種類のボーリングバーを取り付けて、切削加工に用いることができる超音波加工装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic processing apparatus that can be used for cutting by attaching various types of boring bars manufactured and sold by various cutting tool manufacturers according to ISO standards.
加工技術の一つとして、超音波振動を応用した超音波加工技術が用いられている。例えば、従来の超音波加工技術として、超音波振動を行う超音波振動部(超音波振動子)に、直に高硬度の刃先をろう付けしたり、インサートチップを搭載して、超音波切削加工を行う技術がある。 As one of the processing techniques, an ultrasonic processing technique that applies ultrasonic vibration is used. For example, as a conventional ultrasonic machining technology, a high-hardness cutting edge is directly brazed to an ultrasonic vibrating part (ultrasonic oscillator) that performs ultrasonic vibration, or an insert tip is mounted to perform ultrasonic cutting. There is technology to do
また、超音波切削加工を行う際、超音波振動部により励起される超音波振動の波長に合わせて、超音波加工装置を設計する技術が知られている。例えば、特許文献1,2には、加工工具をホーン先端に取り付けて片支持した超音波加工装置において、超音波振動子の縦振動と加工工具の半径方向の伸び振動ときれいな共振状態とすることが可能な超音波加工装置が記載されている。
Also, there is known a technique of designing an ultrasonic processing apparatus in accordance with the wavelength of ultrasonic vibration excited by an ultrasonic vibrating portion when ultrasonic cutting is performed. For example, in
しかし特許文献1,2に記載されている超音波加工装置は、加工部品毎に、超音波振動の波長などを計算して切削工具を都度設計・製作する必要がある。また、市販のボーリングバーは、長さが同じであっても、鉄系やステンレス系などの素材により超音波振動が伝わる速さ(伝播速度)が異なるため、波長にもバラつきが生じてしまう。そのため、特許文献1,2に記載されている超音波加工装置を用いた場合、個別に設計製作するために、どうしても製造コストが高くなったり、超音波振動部により励起される超音波振動の周波数に合わせてきれいな共振状態とすることが難しいという問題がある。
However, with the ultrasonic machining apparatuses described in
そこで、本発明は、様々な切削工具メーカーが製造・販売している、ISO規格に準じた様々な種類のボーリングバーを容易に取り付けたり、取り外したりすることができるため、製造コストを抑えることができ、かつ超音波振動部により励起される超音波振動の周波数に合わせてボーリングバーの突き出し長を調整し、最適な共振状態を得ることができるなど、利便性の高い超音波加工装置の提供を目的とする。 Therefore, according to the present invention, it is possible to easily attach and detach various types of boring bars according to ISO standards, which are manufactured and sold by various cutting tool manufacturers, so that manufacturing costs can be reduced. In addition, it is possible to adjust the protruding length of the boring bar according to the frequency of the ultrasonic vibration excited by the ultrasonic vibration part, and to obtain the optimum resonance state. aim.
本発明の超音波加工装置は、挿入口を有する中空の超音波振動部と、超音波振動部と接続される超音波振動子と、挿入口から挿入されたボーリングバーまたはボーリングバーを格納して支持するスリーブを外部から固定するための複数の固定具と、を備え、超音波振動部は、複数の固定具がそれぞれ挿入される複数の孔を有する。 The ultrasonic processing apparatus of the present invention stores a hollow ultrasonic vibrator having an insertion port, an ultrasonic vibrator connected to the ultrasonic vibrator, and a boring bar or a boring bar inserted through the insertion port. and a plurality of fixtures for externally fixing the supporting sleeve, and the ultrasonic vibrator has a plurality of holes into which the plurality of fixtures are respectively inserted.
これにより、挿入口から挿入されたボーリングバーまたはスリーブは、超音波振動部内の任意の位置で、孔を介して外部から固定具により固定される。 As a result, the boring bar or sleeve inserted through the insertion port is externally fixed by the fixture via the hole at an arbitrary position within the ultrasonic vibrator.
また、超音波加工装置は、超音波振動部に設けられた孔と接続される管と、管を介して超音波振動部内に気体を送入する送入装置と、を備えることが望ましい。これにより、送入装置により送出(噴出)された気体が、管および超音波振動部に設けられた孔を介して超音波振動部内に送入される。 Moreover, it is preferable that the ultrasonic processing apparatus includes a pipe connected to the hole provided in the ultrasonic vibration part, and a feeding device for feeding gas into the ultrasonic vibration part via the pipe. As a result, the gas delivered (jetted) by the delivery device is delivered into the ultrasonic vibration section through the pipe and the hole provided in the ultrasonic vibration section.
(1)本発明の超音波加工装置によれば、挿入口を有する中空の超音波振動部と、超音波振動部と接続される超音波振動子と、挿入口から挿入されたボーリングバーまたはボーリングバーを格納して支持するスリーブを外部から固定するための複数の固定具と、を備え、超音波振動部は、複数の固定具がそれぞれ挿入される複数の孔を有する構造により、挿入口から挿入されたボーリングバーまたはスリーブは、超音波振動部内の任意の位置で、孔を介して外部から固定具により固定されるため、様々な切削工具メーカーが製造・販売している、ISO規格に準じた様々な種類のボーリングバーを容易に取り付けたり、取り外したりすることができ、かつ超音波振動部により励起される超音波振動の周波数に合わせてボーリングバーの突き出し長を調整し、最適な共振状態を得ることができる。 (1) According to the ultrasonic processing apparatus of the present invention, a hollow ultrasonic vibrator having an insertion port, an ultrasonic vibrator connected to the ultrasonic vibrator, and a boring bar or boring inserted through the insertion port and a plurality of fixtures for externally fixing the sleeve that stores and supports the bar. The inserted boring bar or sleeve is fixed at an arbitrary position in the ultrasonic vibrator by means of a fixture from the outside through a hole. Various types of boring bars can be easily attached and detached, and the protrusion length of the boring bar can be adjusted according to the frequency of the ultrasonic vibration excited by the ultrasonic vibrating part to achieve the optimum resonance state. can be obtained.
(2)また、超音波加工装置は、超音波振動部に設けられた孔と接続される管と、管を介して超音波振動部内に気体を送入する送入装置と、を備える構造により、送入装置により送出(噴出)された気体が、管および超音波振動部に設けられた孔を介して超音波振動部内に送入されるため、超音波振動部内の温度の上昇を防ぐことができ、さらに、最適な共振状態を維持することができる。 (2) In addition, the ultrasonic processing apparatus has a structure including a pipe connected to a hole provided in the ultrasonic vibration part, and a feeding device for feeding gas into the ultrasonic vibration part through the pipe. , Since the gas delivered (sprayed) by the delivery device is sent into the ultrasonic vibrating part through the holes provided in the pipe and the ultrasonic vibrating part, the temperature rise in the ultrasonic vibrating part can be prevented. and, furthermore, the optimum resonance state can be maintained.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. is not limited to the contents of
[超音波加工装置]
図1は、本発明の実施の形態に係る超音波加工装置の概略斜視図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る超音波加工装置の概略分解図である。超音波加工装置1は、スリーブ10、複数の孔22を有する超音波振動部20、超音波振動子30、ボーリングバーB、バイトシャンク部40、および複数の孔22からそれぞれ挿入される複数の固定具(図示せず)を含む。
また、図4は、本発明の実施の形態に係る超音波発振器および周波数カウンタを説明するための図である。超音波加工装置1は、超音波発振器(超音波電源)60と接続される。
[Ultrasonic processing equipment]
FIG. 1 is a schematic perspective view of an ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the invention. Moreover, FIG. 2 is a schematic exploded view of the ultrasonic processing apparatus according to the embodiment of the present invention. The
Also, FIG. 4 is a diagram for explaining the ultrasonic oscillator and the frequency counter according to the embodiment of the present invention. The
超音波発振器60は、一般電源と接続され、一般電源を高周波電圧に変換して超音波振動子30の圧電素子(ピエゾ素子)に負荷するものである。超音波発振器60から発振される超音波の周波数は適宜調整することができ、例えば、20kHz、30kHz、39.5kHz、40kHz、50kHz、60kHzなどの周波数帯の超音波を発振することができる超音波発振器が市販されている。
The
ここで、超音波とは、気体、液体、個体などの弾性体の密度を粗密波として伝播するエネルギーである。一般的に、高周波領域20kHz以上の周波数を指す。また、超音波発振器60から発振される超音波の周波数は、周波数カウンタ70により計測することができる。また、超音波発振器60は、温度や電源電圧などの変化で微妙に変化する周波数のブレを抑えることができる、周波数自動追尾方式が採用されている。
Here, the ultrasonic wave is energy that propagates the density of elastic bodies such as gases, liquids, and solids as compressional waves. Generally, it refers to a frequency of 20 kHz or higher in the high frequency range. Also, the frequency of the ultrasonic waves oscillated from the
超音波振動子30は、接続口31を介して超音波発振器60と接続される。また、超音波振動部20と接続される。超音波振動部20と超音波振動子30は、取り外し可能な構成となっている。
また、超音波振動子30には圧電素子(ピエゾ素子)が組み込まれており、超音波発振器60から高周波電圧が負荷されると、当該圧電素子(ピエゾ素子)の超微伸縮に変換し、超音波微振動に増幅して超音波振動部20へ超音波振動を伝える。
The
A piezoelectric element (piezo element) is incorporated in the
超音波振動部20は中空であり、ボーリングバーBが挿入される挿入口21を有する。超音波振動部20は、挿入口21から挿入されたボーリングバーBを格納して支持する。また、超音波振動部20には、側面に、挿入されたボーリングバーBを固定するための固定具(図示せず)が挿入される孔22が設けられている。孔22は、超音波振動部20の側面に、ボーリングバーBが挿入される中空部分まで貫通して設けられる。
The
国定具とは、例えばネジなどであり、超音波振動部20内に挿入されたボーリングバーBは、孔22を介して外部から当該ネジなどで押圧されることにより固定される。孔22は、超音波振動部20の側面に複数箇所設けられる。例えば、図3は共振状態に関する説明をするための図であるが、図3に示す例においては、孔22は超音波振動部20の側面に4箇所設けられている。
The setting tool is, for example, a screw or the like, and the boring bar B inserted into the
ボーリングバーBは、先端に刃先(インサートチップ)が設けられた切削加工用の工具である。ボーリングバーBは、例えば、三菱マテリアル株式会社や、京セラ株式会社などが市販(製造・販売)している切削工具であり、そのサイズ(太さ)はISO規格に準じて、6φ、12φ、16φ、または20φなどの種類がある。
例えば、ボーリングバーB1は6φであり、ボーリングバーB2は12φである。
The boring bar B is a cutting tool having a cutting edge (insert tip) at its tip. Boring bar B is, for example, a cutting tool commercially available (manufactured and sold) by Mitsubishi Materials Corporation, Kyocera Corporation, etc. Its size (thickness) is 6φ, 12φ, 16φ according to ISO standards. , or 20φ.
For example, the boring bar B1 is 6φ and the boring bar B2 is 12φ.
ここで、ボーリングバーB1のサイズが、超音波振動部20の挿入口21のサイズ(直径、図2に示す例においては16φ)と異なる場合、当該ボーリングバーを挿入口21から挿入しても、隙間が生じてしまう。このような場合、スリーブ10を用いて、当該隙間を埋める。
Here, if the size of the boring bar B1 is different from the size (diameter, 16φ in the example shown in FIG. A gap will occur. In such cases, the
スリーブ10は中空であり、ボーリングバーB1が挿入される挿入口11を有する(図2参照)。また、スリーブ10は、スリーブ10内に挿入されたボーリングバーB1を外部から固定具(図示せず)により固定する複数の固定孔12を有する。国定具とは、例えばネジなどである。
The
スリーブ10の使用例を説明すると、図2に示す概略分解図の状態から、スリーブ10の挿入口11からスリーブ10内にボーリングバーB1が挿入され、さらに超音波振動部20の挿入口21から超音波振動部20内にスリーブ10が挿入されると、図1に示す概略斜視図の状態となる。この場合、超音波振動部20内に挿入されたスリーブ10は、孔22を介して外部から固定具(図示せず)で押圧されることにより固定される。
2, the boring bar B1 is inserted into the
ここで、スリーブ10のサイズ(太さ)は、挿入口21の直径と同じ(図2に示す例においては16φ)である。つまり、スリーブ10は、挿入口21の直径と、挿入口21に挿入されるボーリングバーBの太さとが異なるために生じる隙間を埋めるためのものであり、挿入口21の直径と同じ太さである。
Here, the size (thickness) of the
バイトシャンク部40は、十分な質量を有し、超音波振動部20を固定するものである。超音波加工装置1を用いて超音波加工を行う際、バイトシャンク部40が固定装置50により固定されて超音波加工が行われる(図6参照)。
The
以上のように本実施の形態に係る超音波加工装置を説明したが、スリーブ10の挿入口11や、超音波振動部20の挿入口21のサイズ(直径)は、ISO規格に合わせて6φ、12φ、16φ、20φ、または市販のボーリングバーのサイズ(太さ)に合わせて、適宜調整することができる。 As described above, the ultrasonic processing apparatus according to the present embodiment has been described. It can be appropriately adjusted according to the size (thickness) of 12φ, 16φ, 20φ, or commercially available boring bars.
[ボーリングバー]
図5は、超音波加工装置で用いられるボーリングバーおよびバイトホルダーの例を説明するための図である。超音波振動部20は、図5(A),(B)に示すような様々な形状のボーリングバーBを、図5(E)に示すように超音波振動部20内に格納して支持することができる。また、超音波振動部20は、図5(C),(D)に示すような、ボーリングバーB(B23,B24)と接続された様々な形状のバイトホルダーHを格納して支持することができる。
[Bowling bar]
FIG. 5 is a diagram for explaining examples of a boring bar and a tool holder used in an ultrasonic processing apparatus. The ultrasonic vibrating
例えば、図5(A)に示すボーリングバーB211は、挿し込み部(超音波振動部20内に挿入される部分)の太さと、それ以外の部分の太さが同じである。一方、図5(B)に示すボーリングバーB22は、挿し込み部の太さよりも、それ以外の部分の太さの方が細くなっている。 For example, the boring bar B211 shown in FIG. 5A has the same thickness of the insertion portion (the portion inserted into the ultrasonic vibrator 20) and the thickness of other portions. On the other hand, in the boring bar B22 shown in FIG. 5(B), the thickness of the other portion is thinner than the thickness of the insertion portion.
また、図5(C),(D)に示すように、バイトホルダーHは、ボーリングバーBと接続して用いることができる。例えば、図5(C)に示すバイトホルダーH1は、ボーリングバーB23と溶接固定され、ボーリングバーB23の差し込み部が超音波振動部20内に挿入されることで用いられる。一方、図5(D)に示すバイトホルダーH2は中空であり、当該中空部分にボーリングバーB24が挿入されて固定される。
Also, as shown in FIGS. 5(C) and (D), the tool holder H can be used by being connected to the boring bar B. FIG. For example, the tool holder H1 shown in FIG. 5(C) is welded and fixed to the boring bar B23, and is used by inserting the insertion portion of the boring bar B23 into the
図5(C),(D)に示すように、バイトホルダーHとボーリングバーBが、面Fで接触していれば、バイトホルダーHの先端(刃先)まで超音波を伝えることができる。 As shown in FIGS. 5(C) and 5(D), if the tool holder H and the boring bar B are in contact with each other at the plane F, ultrasonic waves can be transmitted to the tip of the tool holder H (cutting edge).
なお、図5(E)に示すように、超音波振動部20内に格納されたボーリングバーB等は、任意の位置で孔22から挿入された固定具(図示せず)により、外部から押圧して固定される。そのため、超音波振動部20内の中空部分の一番奥までボーリングバーB等が挿入された場合は、図5(E)に示す4つの孔22を全て利用して固定具で固定することができ、超音波振動部20内の中空部分の真ん中までボーリングバーB等が挿入された場合は、図5(E)に示す4つの孔22のうち左側2つ全て利用して固定具で固定することができる。
As shown in FIG. 5(E), the boring bar B and the like stored in the
つまり、このように、超音波振動部20内の中空部分にボーリングバーB等が挿入される深さ(長さ)を自由に調整することができるため、超音波振動部20の挿入口21からボーリングバーB等が突き出す長さも自由に調整することができる。
なお、この中空部分の深さは、超音波振動子30により励起される超音波振動の波長の1/8波長~1/2波長である。これにより、ボーリングバーB等が突き出す長さを幅広く調整することができ、かつ超音波振動部20からボーリングバーB等が外れたりすることがない、安全で利便性の高い超音波加工装置1を提供することができる。
In other words, since the depth (length) of insertion of the boring bar B or the like into the hollow portion of the ultrasonic vibrating
The depth of this hollow portion is ⅛ wavelength to ½ wavelength of the wavelength of the ultrasonic vibration excited by the
また、本実施の形態において、挿入口11や挿入口21は丸型形状であるが(図2参照)、挿入されるボーリングバーやスリーブの形状に合わせて、四角形や六角形などの多角形、またはそれ以外の形状とすることができる。それに合わせて、スリーブ10の中空部分や超音波振動部20の中空部分も、適宜挿入されるボーリングバーやスリーブの形状に対応する形状とすることができる。
In the present embodiment, the
また、組み立てられた際に、スリーブ10の固定孔12と超音波振動部20の孔22の位置が重なり、固定孔12と孔22が一つの固定具(例えば、ネジ)止められてもよい。つまり、ボーリングバーB1、スリーブ10、および超音波振動部20が、固定孔12および孔22から挿入されたネジにより、互いに固定されてもよい。
Also, when assembled, the positions of the fixing holes 12 of the
また、ボーリングバーBやスリーブ10は円柱状や多角形状としてもよく、一部、例えば超音波振動部20内に挿入される部分の中で、孔22から挿入されたネジにより押圧される部分が平面状になっていてもよい。
Also, the boring bar B and the
[冷却機構]
また、超音波加工装置1は、冷却機構として、孔22に接続される管81と、管81を介して超音波振動部20内に気体を送入する送入装置80を含む(図6参照)。
[Cooling mechanism]
Further, the
管81は、送入装置80から送出(噴出)される気体を超音波振動部20内に送るためのホースである。管81は、複数設けられた孔22のうち、いずれか一つの孔22と接続される。また、管81を複数設けることにより、複数設けられた孔22のそれぞれと接続されてもよい。
図6に示す例において、管81は接続部材(アダプタ)を用いて孔22と接続されている。接続部材は、ねじ込み継手やジョイントナットなど、孔22や管81のサイズや形状、用途などに応じて様々な種類のものを用いることができる。
The
In the example shown in FIG. 6,
送入装置80は、管81を介して超音波振動部20内に気体を送入するための装置である。当該気体は、例えば、常温の空気である。送入装置80により、管81を介して超音波振動部20内に気体が送入されるため、超音波振動部20内が冷却される。送入装置80として、例えば、エアー洗浄ガン(エアークリーニングガン)やその他空気を送出(噴出)する装置を用いることができる。
The
[超音波加工装置の動作]
以下、各図面を参照して、超音波加工装置1の動作について説明する。まず、超音波振動子30は、超音波発振器60から電力(高周波電圧)が供給されるため、超音波振動子30に組み込まれたピエゾ素子に高周波電圧が付加され、ピエゾ素子が超微伸縮に変換され、超音波微振動に増幅されることで、超音波振動が超音波振動部20へと伝えられる。
[Operation of ultrasonic processing device]
The operation of the
本実施の形態において、超音波振動子30により励起される超音波振動の周波数は、超音波加工装置1を用いた加工作業の内容や加工対象に合わせて、20kHz~60kHzから適宜選択することができる。
In the present embodiment, the frequency of the ultrasonic vibration excited by the
超音波振動が伝えられた超音波振動部20は、大きな一次微振動(Z軸方向)と、派生する二次微振動(X軸方向)および三次微振動(Y軸方向)を重畳した複雑な微振動を行う。
The
そして、ボーリングバーBは、超音波振動部20からスリーブ10を介して変位を受け、形状や長さによってZ軸、X軸、Y軸方向を重畳した複雑な軌跡で微振動する。
The boring bar B receives displacement from the
このボーリングバーBの微振動は、ボーリングバーBの刃先の1~25μmの超音波微振動であり、その振動は1秒間に40,000回程度繰り返される。そのため、加工対象の加工面に当該刃先が衝突しても、騒音や塑性変形が起こらず、加工面には複数のクラックが発生する。そして、クラックは加工面を掘り起こし(へき開が発生する)、さらに加工対象に食い込まれつつ、加工対象の加工表面を切粉に分断して超音波微振動による切削加工が行われる。 This micro-vibration of the boring bar B is ultrasonic micro-vibration of 1 to 25 μm of the cutting edge of the boring bar B, and the vibration is repeated about 40,000 times per second. Therefore, even if the cutting edge collides with the machined surface to be machined, noise and plastic deformation do not occur, and a plurality of cracks occur on the machined surface. Then, the crack digs up the processing surface (cleavage occurs), and while being bitten into the processing object, the processing surface of the processing object is divided into chips, and cutting processing is performed by ultrasonic microvibration.
[共振状態]
図3は、共振状態に関する説明をするための図である。図3に示すように、挿入口21から超音波振動部20内にボーリングバーB2が挿入されたとき、ボーリングバーB2が超音波振動部20から突き出した長さ(ボーリングバーB2の突き出し長)L1が、超音波振動子30により励起される超音波振動λの波長の1/2波長(1/2λ)である。また、超音波振動部20の長さは1波長(λ)で、超音波振動部20と超音波振動子30との合計の長さは3/2波長(3/2λ)である。
[Resonance state]
FIG. 3 is a diagram for explaining the resonance state. As shown in FIG. 3, when the boring bar B2 is inserted into the ultrasonic vibrating
図3において、超音波発振器60により発振され、超音波振動子30により励起される超音波振動の周波数は、周波数カウンタ70に示されるように、約40kHzである(図4参照)。なお、周波数カウンタ70は、横河電機株式会社製の「型式:FC-863」であり、超音波発振器60は、デュケイン社(米国)製のものである。
In FIG. 3, the frequency of the ultrasonic vibrations oscillated by the
そして、超音波振動部20の素材のステンレス鋼の超音波の伝播速度は、個体中で約5,180m/sである。そのため、(伝番速度)÷(周波数)の式で求められる波長λは、約129.5mmとなる。つまり、1/2波長(1/2λ)は約64.75cmである。
The propagation speed of ultrasonic waves in stainless steel, which is the material of the
このように、挿入口21から超音波振動部20内にボーリングバーB2が挿入されたとき、ボーリングバーB2の突き出し長L1が、約64.75cmとなるように、超音波振動部20で位置決めがされる。当該位置決めは、突き出し長L1を調整した後、孔22を介してネジなどの固定具が挿入され、ネジ止めされることでボーリングバーB2を外部から押圧して固定することにより行われる。
In this manner, when the boring bar B2 is inserted into the
このような構成により、ボーリングバーB2の先端(加工表面に接する部分)から、その反対方向に位置する超音波振動子30の端部までの長さL2は、波長λの整数倍(2λ)となる。そのため、超音波振動子30のZ軸方向の振動はきれいな共振状態となり、効率的な超音波加工を行うことが可能となる。
With such a configuration, the length L2 from the tip of the boring bar B2 (the portion in contact with the surface to be processed) to the end of the
上述の説明において、超音波振動部20の長さは1波長(λ)としたが、適宜調整することができる。特に、効率的な超音波加工を実現するために、超音波振動部20の長さは1波長(λ)以上とすることが望ましい。
また、上述の説明において、超音波振動部20と超音波振動子30との合計の長さは3/2波長(3/2λ)としたが、こちらも適宜調整することができる。
In the above description, the length of the
Also, in the above description, the total length of the
ここで、市販のボーリングバーを用いる場合、鉄系やステンレス系などの素材により超音波振動が伝わる速さ(伝播速度)が異なるため、波長にもバラつきが生じてしまう。つまり、ボーリングバーによって密度と体積弾性率が異なるため、伝播速度が異なるので、波長(=伝播速度/周波数)もバラついてしまう。例えば、鉄の伝播速度は約5900m/s、銅の伝播速度は約5000m/s、ステンレスは約5600m/sなどである。 Here, when using a commercially available boring bar, the speed (propagation velocity) of ultrasonic vibrations varies depending on the material, such as iron or stainless steel, so that the wavelength also varies. In other words, since the density and bulk modulus differ depending on the boring bar, the propagation speed also differs, so the wavelength (=propagation speed/frequency) also varies. For example, the propagation speed of iron is approximately 5900 m/s, the propagation speed of copper is approximately 5000 m/s, and the speed of stainless steel is approximately 5600 m/s.
そのため、同じ長さの市販のボーリングバーを用いる場合であっても、きれいな共振状態となり得る突き出し長L1は、各ボーリングバーによって異なる。しかし、本発明の超音波加工装置1によれば、上述したように、突き出し長L1を調整することができるため、市販のボーリングバーを用いる場合であっても、最適な共振状態を得ることができる。つまり、ネジなどの固定具の止め外しにより、ISO規格に準じた様々な種類や様々な長さのボーリングバーを、突き出し長L1を調整しつつ容易に取り付けたり、取り外したりすることができる。
Therefore, even when commercially available boring bars of the same length are used, the protrusion length L1 that can achieve a clean resonance state differs depending on each boring bar. However, according to the
よって、本発明の超音波加工装置1は、切削工具メーカーが市販しているボーリングバーであっても利用することができ、かつ最適な共振状態を得ることができるため、きれいな共振状態ではないために生じる仕損じ(不良品)の発生を防ぐことができる。
Therefore, the
また、近年の周波数発振器は、共振状態となっていない場合、制御回路を保護するために(制御回路が発熱して故障しないように)、エラー(警告)を出して発振をストップする機能が備わっている。そのため、共振状態となっていないために、周波数発振器が作動せず、そもそも切削加工が行えないという事態を防ぐことができる。 In addition, recent frequency oscillators are equipped with a function that outputs an error (warning) and stops oscillation in order to protect the control circuit (to prevent the control circuit from overheating and breaking down) when it is not in a resonant state. ing. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the frequency oscillator does not operate due to the non-resonant state, and cutting cannot be performed in the first place.
[従来の製造工程]
このような、ボーリングバーの先端からその反対方向に位置する超音波振動子の端部までの長さを波長λの整数倍(例えば、2λ)とするために、従来の製造工程においては、逐一固有振動数を測定しつつ微調整を行ったり、経験値に頼った調整を行っていた。
[Conventional manufacturing process]
In order to make the length from the tip of the boring bar to the end of the ultrasonic transducer located in the opposite direction an integral multiple of the wavelength λ (for example, 2λ), in the conventional manufacturing process, Fine adjustments were made while measuring the natural frequency, and adjustments were made based on empirical values.
具体的には、まず、ボーリングバーやスリーブのサイズや素材を図面設計し、当該図面に沿ってボーリングバーやスリーブを成形する。そして、一度半製品(プロトタイプ)の時点で、固有振動数を測定し、必要であれば当該半製品を加工して調整する。 Specifically, first, the sizes and materials of the boring bars and sleeves are drawn and designed, and the boring bars and sleeves are molded according to the drawings. Once the semi-finished product (prototype) is produced, the natural frequency is measured, and if necessary, the semi-finished product is processed for adjustment.
その後、焼き入れを行い、ここでも固有振動数を測定し、必要であれば加工を行い、固有振動数を最終調整する。特に、この焼き入れの時点で固有振動数が変化することは事前に分かっていることなので、技術者の経験値に頼り、当該焼き入れによる固有振動数の変化を設計段階で織り込んでおく必要がある。 After that, quenching is performed, the natural frequency is measured here as well, processing is performed if necessary, and the natural frequency is finally adjusted. In particular, it is known in advance that the natural frequency will change at the time of quenching, so it is necessary to rely on the experience of engineers and factor in changes in the natural frequency due to quenching at the design stage. be.
最後に、研削盤による研削(研磨)や、刃先(インサートチップ)の取り付けを行い、固有振動数を測定し、品質の合否判定を行う。つまり、従来の製造工程は、上述したように、熟練の技術者の経験値に頼るものであったり、固有振動数を微調整するための作業が頻繁に必要であったり、また、製造時間や製造コストなどがかかるものであったりと、利便性がよいとは言えない。また、従来の超音波加工装置の多くは、ボーリングバーや周波数振動部などを含めた一体型として製造する、いわゆるオーダーメイド製のものであるため、製造コストが高くなる。 Finally, grinding (polishing) with a grinding machine and attachment of the cutting edge (insert chip) are performed, the natural frequency is measured, and quality judgment is performed. In other words, as described above, the conventional manufacturing process relies on the experience of skilled engineers, frequently requires fine adjustment of the natural frequency, and requires a long manufacturing time. It cannot be said that the convenience is good because the manufacturing cost is high. In addition, many of the conventional ultrasonic processing apparatuses are so-called made-to-order products, which are manufactured as an integrated unit including a boring bar and a frequency vibrating unit, resulting in high manufacturing costs.
それに対し、本発明の超音波加工装置1は、様々な切削工具メーカーが製造・販売している、ISO規格に準じた様々な種類のボーリングバーを容易に取り付けたり、取り外したりすることができるため、製造コストを抑えることができ、かつ超音波振動部20により励起される超音波振動の周波数に合わせてボーリングバーBの突き出し長L1を調整し、最適な共振状態を得ることができるなど、利便性の高いものである。
On the other hand, the
[冷却機構の動作]
また、超音波加工装置1は、上述した管81と送入装置80とにより、切削加工中を行う際、超音波振動部20内に気体が送入されるため、超音波振動部20内の温度の上昇を防ぐことができる(図6参照)。
[Operation of cooling mechanism]
Further, in the
切削加工中、超音波振動部20内は超音波振動により発熱が生じる。発熱が生じ、超音波振動部20内の温度が上昇してしまうと、周波数(共振周波数)のブレが発生し、当該ブレが超音波発振器60で採用されている周波数自動追尾方式の自動追尾領域外となる場合がある。
During cutting, heat is generated in the ultrasonic vibrating
よって、切削加工中に超音波振動部20内に気体を送入し続けることにより、このような発熱を抑え、ボーリングバーBの刃先の超音波振幅を一定範囲内に保ち続けることができる。その結果、きれいな共振状態を維持し続けることができる。
Therefore, by continuing to supply gas into the
以上のように説明した本実施の形態はあくまで一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能である。例えば、孔22は3箇所や5箇所、またはそれ以上設けられてもよい。また、孔22同士の間隔も、適宜調整して設けることができる。
The embodiment described above is merely an example, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, holes 22 may be provided at three, five, or more locations. Also, the intervals between the
本発明は、様々な切削工具メーカーが市販している、ISO規格に準じた様々な種類のボーリングバーの取り替えを容易に行えるため製造コストの低減が図られ、かつ、最適な共振状態を得ることができる利便性の高い超音波加工装置として利用することができるため、産業上有用である。 The present invention enables easy replacement of various types of boring bars conforming to ISO standards, which are commercially available from various cutting tool makers, so that manufacturing costs can be reduced and an optimum resonance state can be obtained. It is industrially useful because it can be used as a highly convenient ultrasonic processing apparatus capable of
1 超音波加工装置
10 スリーブ
11 挿入口
12 固定孔
20 超音波振動部
21 挿入口
22 孔
30 超音波振動子
31 接続口
40 バイトシャンク部
50 固定装置
60 超音波発振器(超音波電源)
70 周波数カウンタ
80 送入装置
81 管
X,Y,Z 方向
B,B1,B2,B211,B212,B22,B23,B24 ボーリングバー
L1 ボーリングバーの突き出し長
L2 長さ
H,H1,H2 バイトホルダー
F 面
1
70
Claims (7)
前記超音波振動部と接続される超音波振動子と、
前記挿入口から挿入されたボーリングバーまたはボーリングバーを格納して支持するスリーブを外部から固定するための複数の固定具と、
を備え、
前記超音波振動部は、前記複数の固定具がそれぞれ挿入される複数の孔を有する超音波加工装置。 a hollow ultrasonic vibrator having an insertion port;
an ultrasonic vibrator connected to the ultrasonic vibrator;
a plurality of fixtures for externally fixing the boring bar inserted through the insertion opening or a sleeve that stores and supports the boring bar;
with
The ultrasonic vibration unit has a plurality of holes into which the plurality of fixtures are respectively inserted.
前記固定具は、前記孔を介して前記超音波振動部内に挿入されたボーリングバーまたはスリーブを外部から押圧して固定するものである請求項1または2に記載の超音波加工装置。 The hole is provided on a side surface of the ultrasonic vibrator,
3. The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the fixture presses and fixes the boring bar or the sleeve inserted into the ultrasonic vibrator through the hole from the outside.
前記管を介して前記超音波振動部内に気体を送入する送入装置と、
を備える請求項1~3のいずれか1項に記載の超音波加工装置。 a tube connected to the hole provided in the ultrasonic vibration unit;
a feeding device for feeding gas into the ultrasonic vibrator through the tube;
The ultrasonic processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, comprising:
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- 2021-02-26 JP JP2021030754A patent/JP2022131687A/en active Pending
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