JP3358500B2 - 振動切削装置 - Google Patents
振動切削装置Info
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- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/22—Cutting tools with chip-breaking equipment
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- B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
- B23B29/12—Special arrangements on tool holders
- B23B29/125—Vibratory toolholders
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
する。詳しくは、起振装置を必要としない受動的な振動
切削装置において、背分力方向の剛性を高めたものであ
る。
に強制的な振動を与えて、切削抵抗を減少させ、加工精
度を向上させる等の効果を上げるものが知られている
(特公平1−92001号公報)。その適用範囲は、ド
リルやミルのように、工作機械の主軸に装着され回転し
て被加工物を切削するもの、旋盤、平削り盤等のように
回転する円柱状の被加工物に切削バイトを押し当てて切
削加工するものがある。
としては、例えば、図6に示す振動切削バイトのよう
に、バイトホルダ01にL字型の切込み02を長さ方向
に入れて二股状とし、一方の二股部分にチップ03を保
持する先端部を構成する一方、切込み02に圧電素子0
4を挿入したものがある。
厚さ方向に振動を生じる。その振動は、バイトホルダ0
1の曲げ剛性k、バイトホルダ01の先端部分の質量m
に応じて、チップ03に伝達される。従って、圧電素子
04に通電して振動させることにより、チップ03を保
持するバイトホルダ01に曲げを生じて、図中矢印で示
す方向にチップ03が振動することとなる。
えることにより、切削抵抗を減少させ、工具寿命が延び
ると共に、切屑を分断して切屑処理も容易になる。しか
し、このような振動切削バイトでは、チップ03に強制
的な振動を与えるために、圧電素子04又は超音波発振
器等の起振装置を必要とし、更に、この圧電素子04等
を電気的に制御する付属機器も必要とする。
切削装置が開発されている(特公平7−24965号公
報)。その構造を振動切削バイトに応用すると、例え
ば、図7に示すものが考えられる。この振動切削バイト
は、バイトホルダ05にL字型の切込み06を長さ方向
に入れて二股状とすると共に一方の二股部分に可動子0
7を挿入し、スプリング08で可動子07を軸方向に押
圧したものである。そして、他方の二股部分にはチップ
09を保持する先端部分を構成し、その先端部分の後面
凹部に可動子07が接触するようになっている。
より、チップ09を保持するバイトホルダ05が撓む一
方、可動子07がスプリング08で押されてバイトホル
ダ05の先端部分と接触することにより振動する。この
振動は、スプリング08のバネ定数k1、バイトホルダ
05の曲げ剛性k2、可動子07の質量m1、バイトホル
ダ05の先端部分の質量m2に応じて、チップ09に伝
達され、チップ09が図中矢印で示すように振動する。
振動を利用する受動的な振動切削バイトでは、接触部が
振動発生源、つまり、非線型振動的な部分であるため、
均一な振動が得られず、また、振動の発生が不安定で耐
久性、経時特性変化に弱いという不都合がある。
方向に振動が発生すると、ビビリ振動となって、直径精
度が悪くなる虞がある。また、図8に示すように、切削
バイトに加わる応力をそれぞれ直交する三つの送り分
力、主分力及び背分力に分解すると、主に背分力方向の
剛性が低いと、ビビリ振動が発生し易く、面粗さが悪く
なることが判ってきた。本発明は、上記従来技術に鑑み
て成されたものであり、受動的な振動切削装置におい
て、背分力方向の剛性を高めることにより、振動切削に
おける表面粗さを良好とすることのできる振動切削装置
を提供することを目的とする。
発明の請求項1に係る振動切削装置は、ワークを切削す
るためのバイトが、該バイトの切り込み方向に直交する
軸に対して、該軸の周方向及び軸方向にそれぞれ弾性変
位可能であり、切削抵抗により上記周方向及び軸方向に
共に振動する振動切削装置において、前記バイトは剛性
を有するバイトホルダ上に固定され、該バイトホルダが
前記軸の周方向及び軸方向にそれぞれ弾性変位可能とな
るよう支持され、前記軸は切削加工機に取り付けられる
工具本体の中心軸であり、前記バイトホルダは前記軸と
同心のホルダ軸に一体に固定され、該ホルダ軸は、ベア
リングを介して前記工具本体に、前記軸の周方向及び軸
方向に摺動自在に支持されることを特徴とする。
る振動切削装置は、請求項1において、前記ホルダ軸は
前記工具本体に対して、弾性手段を介して連結され、該
弾性手段により前記軸の周方向及び軸方向にそれぞれ弾
性変位可能であることを特徴とする。
る振動切削装置は、請求項2において、前記弾性手段
は、前記ホルダ軸が軸の周方向に変位したときは軸方向
に、軸方向に変位したときは周方向に、それぞれ寸度が
変化するよう変形する板バネであることを特徴とする。
る振動切削装置は、請求項3において、前記板バネは、
所定の質量を有し前記軸の周方向及び軸方向に変位可能
なマスを介して前記工具本体と前記ホルダ軸とを連結し
ており、前記工具本体側の板バネと前記ホルダ側の板バ
ネとは、互いに逆方向に傾斜した状態で設けられている
ことを特徴とする。
す実施例を参照して詳細な説明する。
振動切削装置を示す。図1は、本実施例の振動切削装置
の斜視図、図2はその振動切削装置の縦断面図、図3は
図2中のIII−III線断面図、図4(a)は図2中のIV−
IV矢視図、図5(a)は図2中のV−V矢視図である。
本体2内の周面にはバイト8が突出するための窓部2a
が形成される一方、この工具本体2内には、バイト8を
固定するためのバイトホルダ3及びホルダ軸1が挿入さ
れている。バイト軸1は、工具本体2の内側において、
その中心軸Aと同心に支持される筒状体であり、工具本
体2の中心軸Aの周方向及びその中心軸Aの軸方向に弾
性変位可能となっている。
向に貫通して締結されると共にその先端にはバイト8が
取り付けられ、このバイト8が工具本体2の窓部2aか
ら突出している。バイト8の切り込み方向は、バイトホ
ルダ3の軸方向と一致し、このため、バイト8により切
削加工により発生する背分力は、工具本体2の中心軸A
に対し直交する方向に発生し、その送り分力は工具本体
2の中心軸Aに沿って発生し、主分力は、工具本体2の
中心軸回りに沿って発生することになる。
は、主分力方向及び送り分力方向に比べ背分力方向に対
して振動しにくい、つまり、背分力方向の剛性が特に高
い構造となっている。即ち、バイト軸1は、工具本体2
の内側において、その一端側が工具本体2の内周面にベ
アリング9を介して、中心軸Aの周方向及びその中心軸
Aに沿った方向に摺動自在に支持されている。
ス5及びバネ6が軸方向に連結され、更に、取付板7に
て工具本体2の中心軸A回りの周方向及びその中心軸A
に沿った方向に弾性変位可能に結合されている。ここ
で、マス5は、所定の質量を有する円筒形のものであ
り、工具本体2の内周面に対し一定間隔を離して支持さ
れている。
円周方向に90度間隔で配置される四つの板バネ4a,
4b,4c,4dからなり、また、マス5と取付板7と
を連結するバネ6は円周方向に90度間隔で配置される
四つの板バネ6a,6b,6c,6dからなる。各板バ
ネ4a〜4d,6a〜6dは、図4(a)〜(e)、図
5(a)〜(e)に示すように、円周方向に沿って同一
方向に約45°傾けて取り付けられると共に板バネ4a
〜4dと板バネ6a〜6dとではその傾き方向が逆とな
っている。
りバイトホルダ3及びバイト軸1に主分力又は送り分力
が作用すると、その振動は、バネ4、マス5及びバネ6
へ伝達される際、各板バネ4a〜4d,6a〜6dは撓
むことにより、工具本体2の中心軸A回りに捩り振動す
ると同時にその中心軸Aに沿った軸方向に振動すること
になる。
のバネ定数に応じて、マス5の質量、バイト軸1及びバ
イトホルダ3の質量の合計等の条件を組み合わせること
により、各板バネ4a〜4d,6a〜6dの振動に位相
差を生じさせることができ、例えば、その位相差を90
°〜180°として共振状態とすることもできる。
抵抗によりバイトホルダ3及びバイト軸1に主分力又は
送り分力が作用すると、先ず、バネ4が撓んでバイトホ
ルダ3及びバイト軸1が工具本体2の中心軸A回りに捩
り振動すると同時にその中心軸Aに沿った軸方向に振動
し、次いで、その振動がマス5を介してバネ6に伝達さ
れ、バネ6がバネ4に比べて位相が90°〜180°遅
れて撓むことにより更にバイトホルダ3及びバイト軸1
が工具本体2の中心軸A回りに捩り振動するのである。
ルダ3の先端のバイト8が、バイト軸に直交する平面に
おいて8の字を描くように振動することとなり、切削に
より発生する切り屑が短く分断されることになる。この
ように切削時に生じる主分力及び送り分力により、2つ
の方向の振動を組み合わせて発生させるのに対し、背分
力方向については、中心軸Aと直交する方向に弾性変位
を許容するよう弾性手段が設けられておらず、更に、バ
イト軸1がベアリング9、バネ4、マス5及びバネ6に
より両端部で支持される単純支持梁の状態となるため、
剛性が高い構造となっている。
〜4e、6a〜6eを円周方向に四等分位置に配置して
あるため、中心軸A回りの周方向及びその中心軸Aに沿
った方向に弾性変位可能には弾性変位可能であるのに対
し、背分力方向には弾性変位しにくい構造である。この
ように本実施例の振動切削工具は、背分力方向に剛性が
高いため、切削時においてビビリが発生しにくく、面粗
さを良好に保つことが可能となった。
1はその一端側がベアリング9で支持されていたが、背
分力方向の剛性を高めるためには、ホルダ軸1の両端を
それぞれベアリングで保持するようにしても良い。更
に、上記実施例では、バネ4,6は、それぞれ四つの板
バネで構成されていたが、背分力方向の剛性を高めるた
めには、更に板バネを増設するようにしても良い。
たように、まず請求項1の発明によれば、切削抵抗によ
りバイトがその軸の周方向及び軸方向に振動するため、
その振動により切削抵抗を減少させ、加工精度を向上さ
せると共に切り屑を細かく分断できるという効果があ
る。また、これによればバイトの背分力方向の剛性を高
め得るのでビビリ振動を抑制し被加工物の面粗さを良好
なものとすることができる。また請求項1の発明によれ
ば、上記バイトが剛性を有するホルダ上に固定され該バ
イトが上記の2の方向に振動するため、ホルダ自信の撓
みによる振動の乱れを抑制でき、規則的な振動を実現で
きる効果がある。また請求項1の発明によれば、上記ホ
ルダがホルダ軸に固定され、該ホルダ軸がベアリングを
介して工具本体に上記2方向に振動可能なように支持さ
れるので、上記背分力方向の剛性を確実に高め得る効果
がある。また請求項2の発明によれば、上記ホルダ軸が
工具本体に対し弾性手段を介して上記2方向に振動可能
なように連結されるので、バイトが容易に振動でき、か
つバイトの振動が滑らかで規則的なものとなると共に、
騒音も少なくなる効果がある。また請求項3の発明によ
れば、上記弾性手段を板バネとし、かつこの板バネが上
記2方向の振動を相互に変換するように作用するので、
この2方向振動を確実に実現できる効果がある。更に請
求項4の発明によれば、上記板バネが上記2方向に変位
可能なマスを介して工具本体とホルダ軸とを連結してお
り、またこの板バネは工具本体側とホルダ軸側とでは互
いに逆方向に傾斜しているので、上記した請求項3の発
明を容易且つ確実に実現できる効果がある。
図である。
面図である。
中のIII−III線に沿った横断面図である。
削工具の図2中のIV−IV線に沿った矢視図であり、図4
(b)(c)(d)(e)はそれぞれ図4(a)中のb
−b線、c−c線、d−d線、e−e線に沿った板バネ
の矢視図である。
削工具の図2中のV−V線に沿った矢視図であり、図6
(b)(c)(d)(e)はそれぞれ図6(a)中のb
−b線、c−c線、d−d線、e−e線に沿った板バネ
の矢視図である。
図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 ワークを切削するためのバイトが、該バ
イトの切り込み方向に直交する軸に対して、該軸の周方
向及び軸方向にそれぞれ弾性変位可能であり、切削抵抗
により上記周方向及び軸方向に共に振動する振動切削装
置において、前記バイトは剛性を有するバイトホルダ上
に固定され、該バイトホルダが前記軸の周方向及び軸方
向にそれぞれ弾性変位可能となるよう支持され、前記軸
は切削加工機に取り付けられる工具本体の中心軸であ
り、前記バイトホルダは前記軸と同心のホルダ軸に一体
に固定され、該ホルダ軸は、ベアリングを介して前記工
具本体に、前記軸の周方向及び軸方向に摺動自在に支持
されることを特徴とする振動切削装置。 - 【請求項2】 前記ホルダ軸は前記工具本体に対して、
弾性手段を介して連結され、該弾性手段により前記軸の
周方向及び軸方向にそれぞれ弾性変位可能であることを
特徴とする請求項1記載の振動切削装置。 - 【請求項3】 前記弾性手段は、前記ホルダ軸が軸の周
方向に変位したときは軸方向に、軸方向に変位したとき
は周方向に、それぞれ寸度が変化するよう変形する板バ
ネであることを特徴とする請求項2記載の振動切削装
置。 - 【請求項4】 前記板バネは、所定の質量を有し前記軸
の周方向及び軸方向に変位可能なマスを介して前記工具
本体と前記ホルダ軸とを連結しており、前記工具本体側
の板バネと前記ホルダ側の板バネとは、互いに逆方向に
傾斜した状態で設けられていることを特徴とする請求項
3記載の振動切削装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20406797A JP3358500B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 振動切削装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20406797A JP3358500B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 振動切削装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1142501A JPH1142501A (ja) | 1999-02-16 |
JP3358500B2 true JP3358500B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=16484224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20406797A Expired - Fee Related JP3358500B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 振動切削装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3358500B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3702342B2 (ja) | 2002-07-10 | 2005-10-05 | 国立大学法人岐阜大学 | 柔軟な構造を特徴とする切削工具ホルダ及びその使用方法 |
-
1997
- 1997-07-30 JP JP20406797A patent/JP3358500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1142501A (ja) | 1999-02-16 |
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