JP3419836B2 - 回転工具を有する加工装置 - Google Patents
回転工具を有する加工装置Info
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- JP3419836B2 JP3419836B2 JP19545493A JP19545493A JP3419836B2 JP 3419836 B2 JP3419836 B2 JP 3419836B2 JP 19545493 A JP19545493 A JP 19545493A JP 19545493 A JP19545493 A JP 19545493A JP 3419836 B2 JP3419836 B2 JP 3419836B2
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- spindle
- sleeve
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- vibrator
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- Expired - Lifetime
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- Drilling And Boring (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転工具を有する加工
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、円筒穴内面の仕上げ加工では加工
精度を高めるために種々の方法が創案されてきた。例え
ば電解砥粒研磨などである（特開昭６０−３４２２７
号）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、或る種
の用途、例えば内燃機関の燃料噴射ノズルにおけるニー
ドル摺動孔の内面加工などにおいては、極めて高い真円
度と表面の鏡面性とが要求され、その要求に対して、従
来の加工方法は十分に満足すべき成果を提供し得ていな
い。被加工物が真円筒であれば、ホーニング加工等であ
る程度良好な仕上りが得られるが、燃料噴射ノズルの内
面のようにいわゆる袋状の穴になっている場合には、ホ
ーニング加工等が難しいという問題がある。 【０００４】従って、本発明の主たる目的は、極めて高
い加工精度が得られる回転工具を有する加工装置を提供
することにある。 【０００５】さらに、本発明の副なる目的は、切削抵抗
が低く、よって工具の寿命が長い回転工具を有する加工
装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、回転する工具により被加工物の加工を行う装
置において、ハウジングにベアリングを介して支持され
た円筒状のスリーブと、先端に工具が取り付けられ前記
スリーブの内周に対して先端近傍とそれよりも後方で接
触したスピンドルと、スピンドルの後端に設けられ前記
スリーブとスピンドルとの接触点において振幅がゼロと
なり工具先端で振幅が最大となるようにひねり振動を与
える振動子とを備えた加工装置本体と、前記工具に対向
して固定設置された基台にベアリングを介して適度な微
小揺動可能にワークテーブルを支持したワーク保持装置
を備えていることを特徴としている。本発明で「ひねり
振動」とは、工具の回転方向に沿った往復変位振動を意
味する。 【０００７】 【作用】先端に工具１１が取り付けられたスピンドル７
が円筒状のスリーブ５の内周に対して先端近傍とそれよ
りも後方で接触し、そのスピンドル７が前記スリーブ５
とスピンドル７との接触点Ａ，Ｂにおいて振幅がゼロと
なり工具先端で振幅が最大となるように振動子１３でひ
ねり振動される一方、被加工物が前記工具１１に対向し
て固定設置された基台３５に適度な微小揺動可能に支持
されたワークテーブル３９に取り付けられているので、
工具１１に安定して効率よくひねり振動が与えられつ
つ、工具１１と加工物の中心軸が絶えず自動的に調芯さ
れる。したがって、切削抵抗が減少するとともに加工精
度が向上され、ニードル摺動孔の内面加工などにおい
て、極めて高い真円度と表面の鏡面性が得られる。 【０００８】 【実施例】図１は、本発明に係る加工装置の一実施例の
主要部を示す。 【０００９】図１において、符号１は円筒状のハウジン
グを示し、このハウジング１は、これを軸方向に移動さ
せるための機構を含む支持台（図示せず）に取り付けら
れている。このハウジング１内にはベアリング３を介し
て円筒状のスリーブ５が同軸状に嵌装されている。この
スリーブ５はその基端（図中上端）において、これを回
転駆動するための図示しない動力源に結合されている。 【００１０】スリーブ５内にはスリーブ５の内周に対し
て２か所Ａ，Ｂで接触するスピンドル７が同軸状に挿入
されており、このスピンドル７はスピンドル７の抜け止
め用のフランジ９により支持され、上記スリーブ５が回
転するとスピンドル７も一体的に回転する構成である。 【００１１】このスピンドル７の基端（図中上端）には
スタッドボルト１２を用いて振動子１３が一体的に結合
されており、スピンドル７の先端には、例えば円筒内面
加工のために適当な工具１１が取り付けられている。工
具１１としては、被加工物が例えばエンジンの燃料噴射
ノズルのような焼入鋼の場合には、例えば電着ダイヤモ
ンド工具等が装着される。 【００１２】上述の振動子１３は、スピンドル７をその
回転方向に沿って正、逆回転させるためのもの、つまり
スピンドル７をその周方向に沿って往復変位させる（以
下、この明細書ではひねり振動という）ためのものであ
る。この振動子１３には、磁歪振動子、圧電振動子ある
いは電歪振動子などが使用されている。 【００１３】この振動子１３には、リード線１４を介し
て、振動子１３へ供給される駆動信号を受けるための胴
体リング１５がつながれ、この胴体リング１５はスリー
ブ５内の段部５ａに支持されている。このリング１５に
は、ブラシ１７を介して、リード線１９がすべり接触
し、このリード線１９はスリーブ５の内部空間を通って
ハウジング１外へ引き出されて、上記駆動信号を発生す
るための電気装置に接続されている。 【００１４】この電気装置は、発振回路２１、整合回路
２３、増幅回路２５および電力計２７を含み、周波数が
例えば２５ｋＨｚの超音波駆動信号を発生してリード線
１９へ出力する。この駆動信号を受けると、振動子１３
は例えば２５ｋＨｚの超音波ひねり振動をスピンドル７
に与える。超音波ひねり振動の定常波の振幅エンベロー
プは曲線２９のごとくになる。ここで注目すべき点は、
スリーブ５とスピンドル７との接触点、Ａ，Ｂにおいて
その振幅がゼロとなり、工具１１の先端でその振幅が最
大となる点である。 【００１５】この超音波ひねり振動の振幅は、工具１１
の先端面を表した図２に示すように、工具１１の先端に
おいて例えば１０〜２０μｍ程度が適当である。また、
このひねり振動のひねりの回数は、スピンドル７が一回
転する間に例えば６００回ひねる程度であることが望ま
しい。 【００１６】尚、以上の構成において、ハウジング１、
スリーブ５、スピンドル７、並びに工具１１などを冷却
するために、夫々の空隙に図１に示すごとく、冷却用の
空気を導入することは望ましい。 【００１７】図３は、この実施例に用いられる自動調芯
機構を備えたワーク保持装置の主要部を示す。 【００１８】図３において、固定設置された基台３５上
には、ボールベアリング３７を介して適度な微小揺動が
可能な状態で、ワークテーブル３９が支持されている。
このワークテーブル３９上にはワークホルダ４１が置か
れており、このワークホルダ４１内にはワーク（図示せ
ず）が支持される。そして、例えば円筒穴加工を行う際
には、工具１１が下げられた時、工具１１の中心軸とワ
ークの加工されるべき円筒穴の中心軸とが多少ずれてい
ても、ワークテーブル３９の揺動によって被加工物の位
置が自動調整され中心軸が自動的に合わせられる。 【００１９】工具１１は、ワークの円筒穴の直径より例
えば５μｍ程度大きい直径を有し、この工具１１が回転
しながらワークの円筒穴に押し込まれていくことによ
り、ワークの内面加工が行われる。 【００２０】図４は、この実施例により円筒内面仕上げ
加工を行った場合の切削トルクと、従来の超音波ひねり
振動を加えない場合の切削トルクとを比較して示したグ
ラフである。この図から明らかなように、この実施例で
は、切削トルク（切削抵抗）が従来の２分の１程度に低
減している。 【００２１】図５は、実施例により円筒内面仕上げ加工
を行った場合の円筒内面の表面粗さを、工具の送り速度
をパラメータとして示したグラフである。 【００２２】この図よりわかるように、超音波ひねり振
動の振幅が大きくなるほど表面粗さが平滑になり、振幅
が１０〜２０μｍ程度で最も平滑な状態へ収束する。そ
して、工具の送り速度が十分低ければ、表面粗さが０．
２μ程度の鏡面に極めて近い表面状態が得られることが
わかる。 【００２３】また、この実施例の超音波ひねり振動を加
える加工によると、極めて高い真円度も得られる。さら
に、この実施例によれば、スピンドル７が全体として回
転しながら、周方向に往復変位もするので、切粉の排出
が容易になり、工具の寿命が向上する、バリの発生が抑
止される、穴寸法が安定する、工具を調整することなし
に加工できるといった利点が得られる。 【００２４】そして、この実施例によりエンジンの燃料
噴射ノズルを加工した場合には、ノズル内でのニードル
に動きの円滑性が向上し、ノズルの耐久性も向上する。 【００２５】以上、一実施例に基づいて本発明を説明し
たが、これは円筒内面を仕上げるための加工装置への適
用に限定されるものではない。工具を回転させながら切
削する加工装置すべてに適用が可能であり、例えば中ぐ
りバイトや平面研磨機などすべてに適用が可能である。 【００２６】 【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ハウジン
グ１にベアリング３を介して円筒状のスリーブ５を回転
自在に支持させ、そのスリーブ５の先端近傍とそれより
も後方位置でスピンドル７を接触支持させているので、
スリーブ５とスピンドル７が一体的に回転し、ひねり振
動はスリーブ５内でスピンドル７にのみ与えられ、かつ
そのひねり振動がスリーブ５とスピンドル７との接触点
Ａ，Ｂにおいて振幅がゼロとなり工具先端で振幅が最大
となるため、無理なく安定して効率よい回転・ひねり振
動加工を行うことができ、しかも、その際に、被加工物
は、基台３５にベアリングを介して適度な微小揺動可能
にワークテーブル３９を支持したワーク保持装置で保持
されているため、スリーブ５のスピンドル７に対する接
触点Ａ，Ｂに多少誤差があっても、また接触点Ａ，Ｂが
摩耗してスピンドル７と微小な隙間が生じても、被加工
物と工具の軸心を絶えず合致させてひねり振動付加切削
を行うことができるため、これらあいまって加工精度が
向上し、袋孔の内面加工などで極めて高い真円度と鏡面
性を達成できるなどのすぐれた効果が得られる。
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、円筒穴内面の仕上げ加工では加工
精度を高めるために種々の方法が創案されてきた。例え
ば電解砥粒研磨などである（特開昭６０−３４２２７
号）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、或る種
の用途、例えば内燃機関の燃料噴射ノズルにおけるニー
ドル摺動孔の内面加工などにおいては、極めて高い真円
度と表面の鏡面性とが要求され、その要求に対して、従
来の加工方法は十分に満足すべき成果を提供し得ていな
い。被加工物が真円筒であれば、ホーニング加工等であ
る程度良好な仕上りが得られるが、燃料噴射ノズルの内
面のようにいわゆる袋状の穴になっている場合には、ホ
ーニング加工等が難しいという問題がある。 【０００４】従って、本発明の主たる目的は、極めて高
い加工精度が得られる回転工具を有する加工装置を提供
することにある。 【０００５】さらに、本発明の副なる目的は、切削抵抗
が低く、よって工具の寿命が長い回転工具を有する加工
装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、回転する工具により被加工物の加工を行う装
置において、ハウジングにベアリングを介して支持され
た円筒状のスリーブと、先端に工具が取り付けられ前記
スリーブの内周に対して先端近傍とそれよりも後方で接
触したスピンドルと、スピンドルの後端に設けられ前記
スリーブとスピンドルとの接触点において振幅がゼロと
なり工具先端で振幅が最大となるようにひねり振動を与
える振動子とを備えた加工装置本体と、前記工具に対向
して固定設置された基台にベアリングを介して適度な微
小揺動可能にワークテーブルを支持したワーク保持装置
を備えていることを特徴としている。本発明で「ひねり
振動」とは、工具の回転方向に沿った往復変位振動を意
味する。 【０００７】 【作用】先端に工具１１が取り付けられたスピンドル７
が円筒状のスリーブ５の内周に対して先端近傍とそれよ
りも後方で接触し、そのスピンドル７が前記スリーブ５
とスピンドル７との接触点Ａ，Ｂにおいて振幅がゼロと
なり工具先端で振幅が最大となるように振動子１３でひ
ねり振動される一方、被加工物が前記工具１１に対向し
て固定設置された基台３５に適度な微小揺動可能に支持
されたワークテーブル３９に取り付けられているので、
工具１１に安定して効率よくひねり振動が与えられつ
つ、工具１１と加工物の中心軸が絶えず自動的に調芯さ
れる。したがって、切削抵抗が減少するとともに加工精
度が向上され、ニードル摺動孔の内面加工などにおい
て、極めて高い真円度と表面の鏡面性が得られる。 【０００８】 【実施例】図１は、本発明に係る加工装置の一実施例の
主要部を示す。 【０００９】図１において、符号１は円筒状のハウジン
グを示し、このハウジング１は、これを軸方向に移動さ
せるための機構を含む支持台（図示せず）に取り付けら
れている。このハウジング１内にはベアリング３を介し
て円筒状のスリーブ５が同軸状に嵌装されている。この
スリーブ５はその基端（図中上端）において、これを回
転駆動するための図示しない動力源に結合されている。 【００１０】スリーブ５内にはスリーブ５の内周に対し
て２か所Ａ，Ｂで接触するスピンドル７が同軸状に挿入
されており、このスピンドル７はスピンドル７の抜け止
め用のフランジ９により支持され、上記スリーブ５が回
転するとスピンドル７も一体的に回転する構成である。 【００１１】このスピンドル７の基端（図中上端）には
スタッドボルト１２を用いて振動子１３が一体的に結合
されており、スピンドル７の先端には、例えば円筒内面
加工のために適当な工具１１が取り付けられている。工
具１１としては、被加工物が例えばエンジンの燃料噴射
ノズルのような焼入鋼の場合には、例えば電着ダイヤモ
ンド工具等が装着される。 【００１２】上述の振動子１３は、スピンドル７をその
回転方向に沿って正、逆回転させるためのもの、つまり
スピンドル７をその周方向に沿って往復変位させる（以
下、この明細書ではひねり振動という）ためのものであ
る。この振動子１３には、磁歪振動子、圧電振動子ある
いは電歪振動子などが使用されている。 【００１３】この振動子１３には、リード線１４を介し
て、振動子１３へ供給される駆動信号を受けるための胴
体リング１５がつながれ、この胴体リング１５はスリー
ブ５内の段部５ａに支持されている。このリング１５に
は、ブラシ１７を介して、リード線１９がすべり接触
し、このリード線１９はスリーブ５の内部空間を通って
ハウジング１外へ引き出されて、上記駆動信号を発生す
るための電気装置に接続されている。 【００１４】この電気装置は、発振回路２１、整合回路
２３、増幅回路２５および電力計２７を含み、周波数が
例えば２５ｋＨｚの超音波駆動信号を発生してリード線
１９へ出力する。この駆動信号を受けると、振動子１３
は例えば２５ｋＨｚの超音波ひねり振動をスピンドル７
に与える。超音波ひねり振動の定常波の振幅エンベロー
プは曲線２９のごとくになる。ここで注目すべき点は、
スリーブ５とスピンドル７との接触点、Ａ，Ｂにおいて
その振幅がゼロとなり、工具１１の先端でその振幅が最
大となる点である。 【００１５】この超音波ひねり振動の振幅は、工具１１
の先端面を表した図２に示すように、工具１１の先端に
おいて例えば１０〜２０μｍ程度が適当である。また、
このひねり振動のひねりの回数は、スピンドル７が一回
転する間に例えば６００回ひねる程度であることが望ま
しい。 【００１６】尚、以上の構成において、ハウジング１、
スリーブ５、スピンドル７、並びに工具１１などを冷却
するために、夫々の空隙に図１に示すごとく、冷却用の
空気を導入することは望ましい。 【００１７】図３は、この実施例に用いられる自動調芯
機構を備えたワーク保持装置の主要部を示す。 【００１８】図３において、固定設置された基台３５上
には、ボールベアリング３７を介して適度な微小揺動が
可能な状態で、ワークテーブル３９が支持されている。
このワークテーブル３９上にはワークホルダ４１が置か
れており、このワークホルダ４１内にはワーク（図示せ
ず）が支持される。そして、例えば円筒穴加工を行う際
には、工具１１が下げられた時、工具１１の中心軸とワ
ークの加工されるべき円筒穴の中心軸とが多少ずれてい
ても、ワークテーブル３９の揺動によって被加工物の位
置が自動調整され中心軸が自動的に合わせられる。 【００１９】工具１１は、ワークの円筒穴の直径より例
えば５μｍ程度大きい直径を有し、この工具１１が回転
しながらワークの円筒穴に押し込まれていくことによ
り、ワークの内面加工が行われる。 【００２０】図４は、この実施例により円筒内面仕上げ
加工を行った場合の切削トルクと、従来の超音波ひねり
振動を加えない場合の切削トルクとを比較して示したグ
ラフである。この図から明らかなように、この実施例で
は、切削トルク（切削抵抗）が従来の２分の１程度に低
減している。 【００２１】図５は、実施例により円筒内面仕上げ加工
を行った場合の円筒内面の表面粗さを、工具の送り速度
をパラメータとして示したグラフである。 【００２２】この図よりわかるように、超音波ひねり振
動の振幅が大きくなるほど表面粗さが平滑になり、振幅
が１０〜２０μｍ程度で最も平滑な状態へ収束する。そ
して、工具の送り速度が十分低ければ、表面粗さが０．
２μ程度の鏡面に極めて近い表面状態が得られることが
わかる。 【００２３】また、この実施例の超音波ひねり振動を加
える加工によると、極めて高い真円度も得られる。さら
に、この実施例によれば、スピンドル７が全体として回
転しながら、周方向に往復変位もするので、切粉の排出
が容易になり、工具の寿命が向上する、バリの発生が抑
止される、穴寸法が安定する、工具を調整することなし
に加工できるといった利点が得られる。 【００２４】そして、この実施例によりエンジンの燃料
噴射ノズルを加工した場合には、ノズル内でのニードル
に動きの円滑性が向上し、ノズルの耐久性も向上する。 【００２５】以上、一実施例に基づいて本発明を説明し
たが、これは円筒内面を仕上げるための加工装置への適
用に限定されるものではない。工具を回転させながら切
削する加工装置すべてに適用が可能であり、例えば中ぐ
りバイトや平面研磨機などすべてに適用が可能である。 【００２６】 【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ハウジン
グ１にベアリング３を介して円筒状のスリーブ５を回転
自在に支持させ、そのスリーブ５の先端近傍とそれより
も後方位置でスピンドル７を接触支持させているので、
スリーブ５とスピンドル７が一体的に回転し、ひねり振
動はスリーブ５内でスピンドル７にのみ与えられ、かつ
そのひねり振動がスリーブ５とスピンドル７との接触点
Ａ，Ｂにおいて振幅がゼロとなり工具先端で振幅が最大
となるため、無理なく安定して効率よい回転・ひねり振
動加工を行うことができ、しかも、その際に、被加工物
は、基台３５にベアリングを介して適度な微小揺動可能
にワークテーブル３９を支持したワーク保持装置で保持
されているため、スリーブ５のスピンドル７に対する接
触点Ａ，Ｂに多少誤差があっても、また接触点Ａ，Ｂが
摩耗してスピンドル７と微小な隙間が生じても、被加工
物と工具の軸心を絶えず合致させてひねり振動付加切削
を行うことができるため、これらあいまって加工精度が
向上し、袋孔の内面加工などで極めて高い真円度と鏡面
性を達成できるなどのすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転工具を有する加工装置の一実
施例を示す断面図である。 【図２】同実施例の工具先端の平面図である。 【図３】同実施例のワーク保持装置を示す断面図であ
る。 【図４】同実施例で加工した場合の切削トルクと従来の
切削トルクを対比して示す図である。 【図５】同実施例で加工した場合の表面粗さを示す図で
ある。 【符号の説明】 １ ハウジング ５ スリーブ ７ スピンドル １１ 工具 ３５ 基台 ３９ ワークテーブル
施例を示す断面図である。 【図２】同実施例の工具先端の平面図である。 【図３】同実施例のワーク保持装置を示す断面図であ
る。 【図４】同実施例で加工した場合の切削トルクと従来の
切削トルクを対比して示す図である。 【図５】同実施例で加工した場合の表面粗さを示す図で
ある。 【符号の説明】 １ ハウジング ５ スリーブ ７ スピンドル １１ 工具 ３５ 基台 ３９ ワークテーブル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鷺谷 武明
埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号
株式会社ゼクセル 東松山工場内
(56)参考文献 特開 昭58−71003（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−30956（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−16302（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−78250（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B24B 1/04
B23B 37/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】回転する工具により被加工物の加工を行う
装置において、ハウジング１にベアリングを介して支持
された円筒状のスリーブ５と、先端に工具１１が取り付
けられスリーブ５の内周に対して先端近傍とそれよりも
後方で接触したスピンドル７と、スピンドル７の後端に
設けられ前記スリーブ５とスピンドル７との接触点Ａ，
Ｂにおいて振幅がゼロとなり工具先端で振幅が最大とな
るようにひねり振動を与える振動子１３とを備えた加工
装置本体と、前記工具１１に対向して固定設置された基
台３５にベアリングを介して適度な微小揺動可能にワー
クテーブル３９を支持したワーク保持装置とを備えてい
ることを特徴とする回転工具を有する加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19545493A JP3419836B2 (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 回転工具を有する加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19545493A JP3419836B2 (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 回転工具を有する加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0724709A JPH0724709A (ja) | 1995-01-27 |
| JP3419836B2 true JP3419836B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=16341339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19545493A Expired - Lifetime JP3419836B2 (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 回転工具を有する加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3419836B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT410768B (de) * | 2001-02-27 | 2003-07-25 | Herwig Dr Mayer | Vorrichtung an sich drehenden werkzeugen |
| DE102007053350B4 (de) * | 2007-10-30 | 2013-10-10 | Chiron-Werke Gmbh & Co Kg | Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken |
| DE102010030586A1 (de) | 2010-06-28 | 2011-12-29 | Robert Bosch Gmbh | Metallisches Bauteil für Hochdruckanwendungen |
-
1993
- 1993-07-13 JP JP19545493A patent/JP3419836B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0724709A (ja) | 1995-01-27 |
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