JP3688537B2 - 振動バイト及び振動バイトの切削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイトによる旋削加工において軸線回りに回転させられる被削材に対して切刃をその送り方向に加振させつつ切削加工する振動バイト及びその切削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、この種の振動バイトの一例として、特開平８−３００２０７号公報に開示されたものがある。
この振動バイトは工具本体の途中に低剛性部を備えており、この工具本体を加振装置で断続的に加振することで刃部に振動を生じさせ所定周期で切屑を分断させつつ被削材の切削加工を行うというものである。
この振動バイトでは加振切削の際に工具本体のたわみにより刃部の運動が工具本体の工作機械等への被支持部を中心とした円弧運動になる場合がある。その際、低剛性部の形状によっては工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみが顕著になる可能性がある。
そのため、工具本体のたわみの増大によって例えば振動による変位位置での切刃の被削材からの逃げ量が１８μｍ、面粗さが４４μｍになる等加工精度が低下することがある。また送りや切り込み等が大きいと加振による振動の振幅を増大させる必要があり、その場合に刃部の切削抵抗と工具本体への加振により、工具本体が弾性変形する際に、工具本体の形状によって低剛性部への応力集中が増大する可能性があり、工具寿命が低下する。更に低剛性部の形状によってはビビリが発生して加工精度が低下するという問題が生じる。
【０００３】
本発明は、このような課題に鑑みて、加振時の加振方向に略直交する方向のたわみを低減して加工面の面粗さを向上できるようにした振動バイト及びその切削方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、切屑の分断を所定間隔で確実に行うことができるようにした振動バイトを提供することである。
本発明の更に他の目的は、加振停止状態で切削加工する場合にビビリを抑制させるようにした振動バイトの振動切削方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による振動バイトは、刃部とシャンク部とが一体に形成された工具本体の前記刃部の基端側に他の部分に対して相対的に低剛性をなす低剛性部を設け、この工具本体に振動を加える加振装置を備えて前記刃部が加振され押動されることで初期位置と変位位置との間で送り方向に振動する振動バイトにおいて、低剛性部に、加振時に発生する工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを低減するたわみ低減部を備え、前記低剛性部は、前記シャンク部の長手方向に延びるほぼ同一長さの貫通孔が複数個送り方向に配列されていることで仕切られた複数の梁部からなり、前記刃部が押動された際に前記初期位置から前記梁部が湾曲変位することで前記刃部側を変位させて前記変位位置に至るようにされ、前記たわみ低減部は、前記複数の梁部のうちの一部の梁部に相対的に傾斜する他の梁部であって、前記刃部が送り方向に変位する時、前記一部の梁部は前記刃部の先端角部に形成されたノーズを被削材から離れる方向に変位を生じ、前記他の梁部は前記ノーズが被削材に食い付く方向に変位を生じるようにされていることを特徴とする。
加振装置による加振切削の際に工具本体に加振方向に略直交する方向のたわみを生じて刃部が円弧運動を起こすことになるが、その際、たわみ低減部で工具本体のたわみを低減することで刃部の円弧運動を抑制することができ、加工面の面粗さが向上し切屑分断を所定間隔で確実に行うことができる。
【０００５】
そして、低剛性部は複数の梁部からなり、たわみ低減部は複数の梁部のうちの一部の梁部に相対的に傾斜する他の梁部であって、刃部が送り方向に変位する時、一部の梁部は前記ノーズを被削材から離れる方向に変位を生じ、他の梁部はノーズが被削材に食い付く方向に変位を生じるようにされていて、工具本体を加振して振動切削させた際、一部の梁部と他の梁部に加振方向に略直交する方向に互いに反対方向の変位が生じて相殺されることで、低剛性部が変位した時に被削材の加工面からの切刃の逃げ量を低減できて、刃部の運動は平行移動に近くなりたわみを抑制できるから加工面粗さが向上する。
【０００７】
また本発明による振動バイトの切削方法は、前記本発明による振動バイトにより、前記工具本体を加振しつつ前記刃部で切削する際に、加振によって発生する前記工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを、前記たわみ低減部の前記一部の梁部と他の梁部に前記加振方向に略直交する方向に互いに反対方向の前記変位を生じさせることにより相殺して低減させることで前記刃部の円弧運動を低減させるようにしたことを特徴とする
加振による切削の際に工具本体の加振方向に略直交する方向にたわみを生じて刃部が円弧運動を起こすことになるが、その際、工具本体のたわみを低減することで刃部の円弧運動を抑制することができ、これによって面粗さを向上させて加工精度を向上でき応力集中の増大を抑制できて工具寿命を向上できる。
【０００８】
加振停止時に工具本体を刃部の送り方向に押圧することで切削による刃部の振動を低減させるようにしてもよい。
振動バイトを用いて被削材の面取り加工や斜め削り加工などの切削加工を加振させないで行う場合、所定の荷重を送り方向の反対側から工具本体に連続して印加した状態で切削すれば、切削抵抗の送り分力が背圧として工具本体にかかってもこの背圧を所定の荷重で受け止めて支持できるために振動バイトの工具本体がビビリを生じることはなく加工面粗度の良好な切削加工ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面により説明する。図１乃至図４は本発明の第一の実施の形態を示すものであり、図１は実施の形態による振動バイトの概略構成図、図２は振動バイトの低剛性部の応力を示す説明図、図３（ａ）は図１に示す振動バイトで振動切削した際のチップのノーズの円弧運動軌跡を示す図、（ｂ）は被削材の加工面の面粗さを示す断面図、図４はチップのノーズによる振動周期の変位位置で切削した被削材の加工面と初期位置に戻ったノーズを示す要部説明図である。
図１に示す振動バイト２０は、刃部２１とシャンク部２２とが一体形成された工具本体２３を備えている。刃部２１の先端角部に切刃５ａ，５ａで形成されたノーズ５ｂを有するスローアウェイチップ５が装着され、シャンク部２２は例えば断面略四角形をなす略角柱状とされている。尚、振動バイト２０はスローアウェイ式に代えてソリッドタイプでもよいし、ろう付けタイプ等でもよい。
【００１０】
シャンク部２２の長手方向途中には低剛性部２４が設けられており、この低剛性部２４はシャンク部２２の長手方向に延びるほぼ同一長さの貫通孔２５が複数個（図では７個）送り方向Ｄ（シャンク部２２の長手方向に略直交する方向）に配列されていることで仕切られた複数本（図では８本）の梁部２６で構成されている。尚、シャンク部２２の低剛性部２４より基端側領域は図示しない工作機械に把持される被支持部２２ａを構成する。
ここで、貫通孔２５についていえば、送り方向前方の第一貫通孔２５ａはその幅（シャンク部２２の長手方向に直交する方向の幅）が工具本体２３の基端側から先端側に向けて漸次増大するように略々直角三角形状に形成されており、そのために第一貫通孔２５ａを仕切る送り方向両側の側壁をなす第一梁部２６ａと第二梁部２６ｂについて第一梁部２６ａはシャンク部２２の長手方向に概略平行であり、第二梁部２６ｂは第一梁部２６ａに微少角度α（例えばα＝３°）の鋭角を以て基端側で交差するように傾斜している。
【００１１】
そして第二、第三、第四貫通孔２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは同一幅で延在していて略々平行四辺形をなして第二梁部２６ｂとほぼ平行に配列され、これらをそれぞれ仕切る第三、第四、第五梁部２６ｃ，２６ｄ，２６ｅも第二梁部２６ｂと平行に配列されている。
また第五貫通孔２５ｅは工具本体２３の基端側から先端側に向けて漸次幅が減少するように略々逆直角三角形状に形成されており、第五梁部２６ｅと共に第五貫通孔２５ｅを仕切る送り方向後方側の第六梁部２６ｆは第一梁部２６ａと略平行に形成されている。そして第六貫通孔２５ｆ，第七貫通孔２５ｇは同一幅で延在するそれぞれ略々長方形をなして第六梁部２６ｆとほぼ平行に配列され、これらをそれぞれ仕切る第七梁部２６ｇ，第八梁部２６ｈも第六梁部２６ｆと平行に配列されている。
そのため、この低剛性部２４はシャンク部２２の長手方向に略平行な４本の梁部２６ａ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈとこれらに対してシャンク部２２の基端側で交差するように微少角度αで傾斜する４本の梁部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅとで構成されている。
【００１２】
そのため、この低剛性部２４は、後述する油圧シリンダ２８によって刃部２１を押動された際に図１に示す初期位置から第一乃至第八梁部２６ａ〜２６ｈが湾曲変位することで刃部２１側を変位させて変位位置に至ることになり、刃部２１が所定周期で加振され押動されることで初期位置と変位位置との間で送り方向に振動して切刃５ａで振動切削することになる。
尚、第１乃至第八梁部２６ａ〜２６ｈの配列は任意に変更してもよい。
また低剛性部２４を挟む基端側の被支持部２２ａと先端側の刃部２１とは比較的剛性が高く高剛性部を構成する。
【００１３】
次に振動バイト２０の近傍に配設されるタレット１０にはアクチュエータ（加振装置）として例えば油圧シリンダ２８が装着されており、この油圧シリンダ２８には振動バイト２０の送り方向Ｄに延在するピストン２９がその長手方向に進退可能に配設されている。ピストン２９は油圧でその送り方向Ｄの先端側に進出した位置で図１に示す初期位置にある工具本体２３の刃部２１を押動して送り方向先端の変位位置まで押し出し、後退した位置で変位位置の刃部２１を初期位置に戻し初期位置の刃部２１を押圧しない。
この油圧シリンダ２８の作動を制御する油圧回路２７は、例えば三角波（サイン波でもよい）状の波形信号等をなす油圧シリンダ２８の制御信号を発生させる波形発生器１３と、作動油を加圧するための油圧ユニット３０と、波形発生器１３から入力される信号の関数として油の流量または圧力を制御するサーボ弁３１とが備えられ、サーボ弁３１から出力制御される油の油圧（または流量）によって油圧シリンダ２８でピストン２９の作動制御が行われる。
この油圧回路２７によって油圧シリンダ２８のピストン２９を送り方向Ｄに所定間隔で進退制御して振動バイト２０を所定周期で加振制御できると共に、工具本体２３を例えば０．１〜０．４ｍｍの範囲で送り方向に押動する所定の荷重Ｋ１で刃部２１を押圧して背圧（切削時の送り分力）を相殺して切刃５ａで切削加工できるように油圧を制御することができる。
【００１４】
本実施の形態による振動バイト２０は上述のような構成を備えており、次にその作用を図１乃至図４により説明する。
この振動バイト２０を用いて工具本体２３を加振しつつ送って被削材を振動切削する場合、例えば図２で示すようにピストン２９で工具本体２３の刃部２１を送り方向Ｄに所定の負荷Ｋで押圧すると、低剛性部２４で弾性変位して刃部２１が送り方向に変位する。この時、低剛性部２４の梁部２６はシャンク部２２の長手方向と概略平行な四本の梁部２６ａ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈがノーズ５ｂを被削材から離れる方向即ち逃げる方向へ変位Ｓ１を生じ、傾斜配置された他の四本の梁部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅはシャンク部２２の長手方向に近づく方向即ちノーズ５ｂが被削材Ｗに食い付く方向に変位Ｓ２を生じる。
そのため、相反する方向の変位Ｓ１，Ｓ２が互いに相殺され、微少角度αを以て傾斜配置された他の梁部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅが先端側方向に変位することによって刃部２１は微少距離Ｍ（初期位置から変位位置までの距離である振副Ｎを例えば０．４ｍｍ、送りｆ＝０．４ｍｍ／revとするとＭ＝５μｍ程度、仕上げ面粗さ３３μｍ）だけ下方に変位する。そのため、変位位置で微少な食い込みが行われるが、略平行に近い移動となる。
そのため、本実施の形態による振動バイト２０によれば、図３に示すように振動切削時の往復動によるノーズ５ｂの被削材に対する切り込み方向の食い込み量または逃げ量Ｍが抑制されて略平行移動に近くなることで、仕上げ面の面粗さを小さく抑制できることになる。
【００１５】
しかも振動バイト２０の振動によるノーズ５ｂの被削材に対する食い込み量は、無負荷の初期位置を基準として、負荷状態におけるノーズ５ｂの変位位置で最大となって食い込み量Ｍが与えられる。
そのため、初期位置に戻されたノーズ５ｂは被削材Ｗの非切削状態となるために、この位置で切屑は分断されることになる。即ちこの振動バイト２０による振動切削によれば振動の往復１周期毎に切屑が分断された状態になり、切屑排出性が確実に向上する。
【００１６】
次にワークＷの面取り加工や斜め削り加工等を行う場合には、振動バイト２０を油圧シリンダ２８で加振させずに切削加工する。
その際、油圧回路２７を作動させて油圧シリンダ２８のピストン２９を作動させて、振動バイト２０の刃部２１を送り方向Ｄに、ワークＷの切削の際に生じる切削抵抗の送り分力以上の荷重Ｋ１で押圧する。この荷重Ｋ１は切削加工時の切り込み量と送り量によって変動するが、ピストン２９の送り方向Ｄへの振動バイト２０の押動距離にして０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とする。
ここで、押動距離が０．１ｍｍより小さいと切削時に切削抵抗送り分力による背圧で無負荷に近いピストン２９が押されて低剛性部２４が変位して振動バイト２０とピストン２９がビビリ振動を起こしてしまい、また０．４ｍｍを越えると低剛性部２４の第一乃至第六梁部２６ａ〜２６ｆに応力がかかり、第一乃至第六梁部２６ａ〜２６ｆの寿命が短くなるという欠点が生じる。
【００１７】
振動バイト２０を加振させずに切削加工する場合、油圧シリンダ２８のピストン２９で上述した微少の荷重Ｋ１を継続して刃部２１に印加した状態でワークＷの面取り加工や斜め削り加工等を行う。この時切刃５ａで生じる切削抵抗の送り分力は振動バイト２０を介して背圧としてピストン２９に伝達されるが、この背圧はピストン２９に印加されている荷重Ｋ１で相殺され、振動バイト２０はビビリ振動などを生じることなくスムーズにワークＷの切削加工が行われる。
【００１８】
上述のように本実施の形態によれば、振動バイト２０を用いて加振して振動切削する場合に、振動時のノーズ５ｂの逃げ方向の変位を抑制して少ない距離Ｍだけ食い込みさせてほぼ平行に近い移動ができるために、仕上げ面粗さを向上できる上に１周期毎に切屑を確実に分断できて切屑排出性が向上する。
また振動バイト２０を加振させることなく被削材を面取り加工や斜め削り加工する場合に、油圧シリンダ２８のピストン２９で上述した微少の荷重Ｋ１を継続して刃部２１を押圧することで、低剛性部２４があってもビビリ振動などの振動を生じさせることなく切削加工でき加工面粗さを向上できる。
【００１９】
また上述の実施の形態では油圧アクチュエータ２８で振動バイト２０の刃部２１を連続して押圧することとしたが、加振させずに切削する場合には油圧アクチュエータ２８で刃部２１を押圧する構成に代えて、図１で一点鎖線で示すように油圧アクチュエータ２８とは別個の係止部材３３を刃部２１の背面に当接させて支持し、背面から振動バイト２０の背圧を受け止めるようにしてもよい。
この場合でも切削抵抗送り分力による背圧を係止部材３３で受け止めて、振動バイト２０による切削時の振動を防止できる。
【００２０】
次に本発明の第二の実施の形態を図５により説明する。上述の第一の実施の形態と同一または同様の技術については同一の符号を用いて説明する。
図５に示す振動バイト４０において、工具本体２３が刃部２１と棒状のシャンク部２２からなり、刃部２１の先端側角部に切刃５ａ，５ａからなるノーズ５ｂを有するスローアウェイチップ５が装着されている。そしてシャンク部２２の長手方向途中には低剛性部４１が設けられており、その基端側は被支持部２２ａとされている。低剛性部４１は複数の貫通孔４２で分離して形成された２種類の梁部４３で構成されている。
即ちこの低剛性部４１は、送り方向両側には略コの字型の第一貫通孔４２ａと第四貫通孔４２ｄが一対の凸部をそれぞれ外側に向けて形成され、そのために第一貫通孔４２ａと第四貫通孔４２ｄで仕切られる外側の第一梁部４３ａと第五梁部４３ｅは長手方向の両端が貫通孔４２ａ，４２ｄの凸部でえぐられて断面係数の小さい薄肉部４３ａＡ，４３ａＢ、４３ｅＡ，４３ｅＢとされ、中央部が断面係数の比較的大きい厚肉部４３ａＣ、４３ｅＣとされている。
【００２１】
そして各第一貫通孔４２ａと第四貫通孔４２ｄとの間の領域には等間隔で形成された二つの略平行四辺形の第二貫通孔４２ｂ，第三貫通孔４２ｃが形成されており、これらの第一乃至第四貫通孔４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄをそれぞれ仕切る３本の梁部が第二梁部４３ｂ，第三梁部４３ｃ，第四梁部４３ｄとして構成されている。
しかもこれら第二乃至第四梁部４３ｂ〜４３ｄはシャンク部２２の長手方向及び第一及び第五梁部４３ａ，４３ｅに対して微少角度αだけ傾斜して配設されている。第二乃至第四梁部４３ｂ〜４３ｄはシャンク部２２の基端側で第一梁部４３ａと交差するようにそれぞれ傾斜しており、第二乃至第四梁部４３ｂ〜４３ｄは互いに平行に配設されている。
そして例えばタレット１０に装着されたピエゾアクチュエータ（加振装置）１１の先端部１１ａがシャンク部２２の第五梁部４３ｅの肉厚部４３ｅＣを押圧可能に配設されており、ピエゾアクチュエータ１１は増幅器１２を介して波形発生器１３に接続されて構成されている。
【００２２】
本第二の実施の形態による振動バイト４０は上述のように構成されており、振動切削においてはピエゾアクチュエータ１１を所定周期で加振させると低剛性部４１の第五梁部４３ｅの肉厚部４３ｅＣがピエゾアクチュエータ１１の先端部１１ａで間欠的に押動される。
これによって、第一梁部４３ａと第五梁部４３ｅはシャンク部２２の長手方向に対し被削材Ｗから逃げる方向に変位Ｓ１′を生じ、傾斜配置された第二乃至第四梁部４３ｂ〜４３ｄは工具本体２３の先端側に向けて変位Ｓ２′を生じる。
そのため変位Ｓ１′とＳ２′が相殺され、振動で変位する工具本体２３は変位位置での切り込み時にノーズ５ｂが被削材Ｗに食い付く方向に微少距離Ｍだけ変位する。
従って本第二の実施の形態においても、振動バイト４０を用いて振動切削する場合に、ノーズ５ｂの逃げ方向の変位を抑制して食い付き方向に微少変位しほぼ平行に近い移動ができるために仕上げ面粗さを向上できる上に１周期毎に切屑を確実に分断できて切屑排出性が向上するという第一の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
尚、上述した第一及び第二の実施の形態ではいずれの振動バイト２０，４０も加振による振動の変位位置で被削材Ｗに食い込み初期位置に戻った際に切削しない状態となるが、これと異なって第一の実施の形態でも例えば傾斜角α＝２°と小さくしたり、梁部２４，４３の本数を例えば６本と少なくすると、変位位置で食い込むことなく被削材Ｗから逃げるように変位することになる。この場合でも逃げ量Ｍが小さく仕上げ面粗さは従来のものより向上する。
【００２３】
次に本発明の実施例について説明する。
実施例としての振動バイトは第一の実施の形態による振動バイト２０と同一の基本構成を持ち、八本の梁部２６を備えた振動バイトはそのうち４本の梁部がシャンク部２２の長手方向と平行に延び、他の４本の梁部が角度αを以て傾斜している。そして角度α＝３°の振動バイトを実施例１、α＝２°の振動バイトを実施例２とする。
更に六本の梁部２６を備えた３種類の振動バイトを用意し、六本の梁部２６のうち３本の梁部がシャンク部２２の長手方向と平行に延び、他の３本の梁部が角度αを以て傾斜している。そして角度α＝３°の振動バイトを実施例３、α＝２°の振動バイトを実施例４、α＝０°の振動バイト即ち６本の梁部が全てシャンク部と平行とされたものを比較例とする。
尚、各振動バイトは梁部が６本の場合も８本の場合も、低剛性部の断面積の総和を同一として主分力方向の剛性を同一にし、また個々の振動バイトでシャンク部２２の長手方向に平行な梁部と角度αを以て傾斜する梁部との厚み（断面積）の和の比を２：３にそれぞれ設定する。
そして振動バイトに装着するスローアウェイチップ５はＣＶＤコーテッド超硬合金ＵＣ６０１０またはサーメットＮＸ２５２５を用い、被削材としてＳＳ４００を用いた。
また切り込みａｐ＝０．５ｍｍ、送りｆ＝０．４ｍｍ／rev、振動周波数ｆｖ＝２０Ｈｚとして振動バイトの振動波形は送り方向の往工程と復工程で３：１の三角波形を形成するものとして切削試験を行った。
【００２４】
そして振動時のノーズ５ｂの初期位置を基準として変位位置までの移動軌跡を円弧運動量として変位位置での被削材に対する食い込み量（−）または逃げ量（＋）を測定し、加工面の仕上げ面粗さを測定した。この結果は次に示す表１及び図６，７の通りとなった。
【表１】

【００２５】
またスローアウェイチップ５としてＣＶＤコーテッド超硬合金（ＵＣ６０１０）とサーメット（ＮＸ２５２５）の２種類の材質のものを用いて、主軸回転数（rpm）と切削速度（ｍ／min）を表２に示す値まで上昇させつつ切屑分断の切削試験を行った。
【表２】

【００２６】
尚、上の表２中、切屑分断の項で「完全」とは振動の１周期毎に切屑が分断された状態をいい、「２連続多」とは振動の２周期単位で分断された切屑が多かったことを意味し、「３連続多」とは振動の３周期単位で分断された切屑が多かったことを意味し、「５連続多」とは振動の５周期単位で分断された切屑が多かったことを意味する。
表１に示す試験結果から、複数の梁部の一部を他に対して傾斜させた各実施例の方がすべてを平行に配列した比較例よりも仕上げ面粗さが小さく、被削材に対する逃げ量や食い込み量などの変位量絶対値が小さく仕上げ面粗さが向上する。特に食い込みの方が面粗さが良い。そして、各実施例の中でも梁部が６本よりも８本の方が面粗さが小さく、一部の梁部の傾斜角αを３°にしたものの方が２°のものよりも同様に面粗さが小さく良好になる。
【００２７】
また図６及び図７は上述の実施例１乃至４及び比較例などの面粗さの測定結果を示すものであり、各図において縦軸は平均線Ｐを基準として±１０μｍ単位で目盛りが付され、横軸は送りを示すものである。
各図に示す波形の下方に向けた略Ｕ字型波形ｑはチップ５のノーズ５ｂのノーズＲが転写されたものであり、図６（ａ），（ｂ）に示す波形はそれぞれ実施例１，２の面粗さを示すものであり、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は実施例３、実施例４、比較例の面粗さ、図６（ｃ）は振動のない通常切削時の面粗さを示すものである。
図中、図６（ａ），（ｂ）に示す実施例１，２の下方底部の略Ｕ字型波形ｑは−１０μｍ程度で安定しており、特に実施例１の方がより均一で安定した面粗さが得られる。これに対して図７（ａ），（ｂ）に示す実施例３，４は下方底部の略Ｕ字型波形ｑが−１０μｍ〜−１５μｍ程度の範囲に亘って変動するため面粗さが若干低下することを認識でき、比較例に至っては０μｍ〜−２０μｍの大きな範囲となり一層面粗さが悪化する。
また表２に示す試験結果から、複数の梁部の一部を他に対して傾斜させた各実施例の方がすべてを平行に配列した比較例よりも切屑分断が頻繁に行われ、特に梁部が６本よりも８本のものの方が確実に１周期毎に分断できる。
尚、比較例であっても従来技術の振動バイトよりも面粗さを良好であり、これも本発明に含めることができる。
【００２８】
尚、上述の第一及び第二の実施の形態では、振動バイト２０，４０の工具本体２の低剛性部２４，４１を構成する梁部２６，４３を八本、五本としたが、梁部２６，４３の本数は２本以上であれば適宜の本数を採用でき、低剛性部２４，４１の断面係数がその前後のシャンク部２２や刃部２１などの高剛性部より小さければよい。
また各梁部２６，４３はピストン２９やピエゾアクチュエータ１１などの加振装置で断続的に加振された際に発生する応力を低減して梁部の折断（疲労破壊による）を防止するために一本一本の梁部の断面積が小さい方が好ましい。
尚、上述の実施の形態では、低剛性部２４，４１として、一部の梁部２６，４３を工具本体２３の長手方向と平行に配設し他の梁部２６，４３を傾斜させる構成を採用したが、これら一部の梁部２６，４３と他の梁部２６，４３は互いに同数である必要はなく、いずれかが他方より多くてもかまわない。
また工具本体２３の長手方向に対して一部の梁部２６，４３をほぼ平行に配設したが、これに代えて一部の梁部２６，４３と他の梁部２６，４３を工具本体２３の長手方向に対してそれぞれ反対側に微少角度±αづつ傾斜させてもよい。傾斜角度αはそれぞれ相違していても良い。
また工具本体２３の長手方向に対して平行な梁部２６，４３と傾斜した梁部２６，４３の送り方向の配列は実施の形態のものに限定されることなく任意に設定できる。
【００２９】
次に本発明の第三の実施の形態について図８により説明するが、上述の実施の形態と同一または同様の部分または部材には同一の符号を用いてその説明を省略する。図８は振動バイトの概略構成図である。
図８に示す振動バイト５０は、図示しない工作機械のスライドに固定される第一の刃物台を被支持部５２としてその先端に摺動部５３を介して工具本体５４が摺動可能に装着されて構成されている。被支持部５２は例えばＬ字形を形成していて工具本体５４と連結される先端には被支持部５２の本体より小径の軸部５５が形成されている。
被加振部を構成する工具本体５４は例えば頭部５６と刃部５７とで略Ｔ字形に形成され、頭部５６の一端は軸部５５と共に摺動部５３を構成し他端は被押圧面５６ａとされている。被押圧面５６ａを押圧可能な位置に上述の油圧シリンダやアクチュエータ等の加振装置５８が配設されて、被押圧面５６ａを断続的に押圧して工具本体５４を加振するようになっている。刃部５７の先端角部には切刃５ａとノーズ部５ｂを備えたスローアウェイチップ５が装着されている。
【００３０】
摺動部５３において、頭部５６の一端には被支持部５２の軸部５５を挿入させる孔部５９が形成され、軸部５５の外周面には弾性部材として例えばコイルスプリング６０が圧縮可能に装着され、このコイルスプリング６０の一端は軸部５５の基部の肩部５５ａに固着され、他端は孔部５９の底面５９ａに固着されている。そのため、加振装置５８で断続的に押圧された工具本体５４は軸部５５にガイドされてスプリング６０を圧縮する方向に若干変位し、その後の非押圧時にスプリング６０の付勢力で元の位置に戻り、これを繰り返すことで刃部５７の送り方向Ｄに振動する。
工具本体５４が加振装置５８で押圧されない初期位置に戻った状態で軸部５５の先端と孔部５９の底面５９ａとの間に少なくとも振動の振幅に相当する隙間が形成されることになる。
【００３１】
また工具本体５４の頭部５６の上方（刃部５７と反対側）には図示しないスライドに固定される第二の刃物台６２が固定され、第二の刃物台６２の頭部５６側の面６２ａには適宜形状、例えば頭部５６を囲う略筒状の第一及び第二摺動受け部６３ａ，６３ｂが刃部５７との接続部を挟んでその両側に形成されている。この摺動受け部６３ａ，６３ｂの内周面と棒状の頭部５６との間には、例えばボール軸受けなどの軸受け６４，６４が装着され、頭部５６の加振による摺動時のスライド抵抗を小さくしている。
特に工具本体５４の頭部５６と第一及び第二摺動軸受け部６３ａ，６３ｂを刃部５７の送り方向Ｄに配設すれば、加振装置５８による工具本体５４の振動は送り方向にのみ発生することになり、被支持部５２に押圧力が伝達されずに応力が生じないから刃部５７にたわみによる円弧運動が発生するのを防止できる。
【００３２】
本実施の形態による振動バイト５０は上述の構成を備えているから、加振による振動切削に際して加振装置５０を作動させて工具本体５４の頭部５６を断続的に送り方向Ｄに押動すると頭部５６は軸部５５にガイドされつつスプリング６０を圧縮させるように移動して押圧力が吸収され、加振が停止するとスプリング６０の付勢力で頭部５６は初期位置に戻される。この動作を繰り返すことで工具本体５４は断続的に加振され、刃部５７は送り方向Ｄにのみ振動して被削材Ｗを切削加工する。
この場合、被削材Ｗの例えば１回転毎の加振切削に際して、その回における刃部５７のノーズ５ｂが戻った初期位置と前回の振動切削時の変位位置とが重なるように送りを制御すれば、刃部５７が被削材Ｗから逃げなくても１周期毎に切屑を分断できる。
従って、この振動バイト５０の振動によれば、工具本体５４のたわみによる円弧運動を防止できて仕上げ面の面粗さを上述の他の実施の形態と比較しても著しく向上でき、しかも振動の１周期毎に初期位置に戻されたノーズ５ｂは非切削状態となるために切屑は分断され、切屑排出性が確実に向上する。また振動バイト５０の装置全体を従来のものよりも小型化できる。
【００３３】
尚、振動バイト２０，４０，５０はスローアウェイ式に代えてソリッドタイプでもよいし、ろう付けタイプ等でもよい。
また加振装置としてピストン２９やピエゾアクチュエータ１１などに代えて電磁ソレノイドなどの電磁アクチュエータを採用しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による振動バイトは、低剛性部に、加振時に発生する工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを低減するたわみ低減部を備えたので、加振切削の際に工具本体にたわみを生じて刃部が円弧運動を起こすことになっても、工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを低減することで刃部の円弧運動を抑制することができ、面粗さを向上できる。
【００３５】
また低剛性部は複数の梁部からなり、たわみ低減部は複数の梁部のうちの一部の梁部に相対的に傾斜する他の梁部であるから、加振による振動切削の際、一部の梁部と他の梁部に互いに反対方向の変位が働いて相殺されることで低剛性部が変位した時に被削材の加工面からの切刃の逃げ量を低減できて、刃部の運動は平行移動に近くなりたわみを抑制できるから加工面粗さが向上する。
【００３７】
また本発明による振動バイトの切削方法は、前記本発明による振動バイトにより、前記工具本体を加振しつつ刃部で切削する際に、加振によって発生する工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを、前記たわみ低減部の一部の梁部と他の梁部に加振方向に略直交する方向に互いに反対方向の前記変位を生じさせることにより相殺して低減させることで刃部の円弧運動を低減させるようにしたから、加振による切削の際に工具本体の被支持部を中心にたわみを生じて刃部が円弧運動を起こすことになるが、その際、たわみ低減部で工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを低減することで刃部の円弧運動を抑制することができ加工精度が向上する。
【００３８】
加振停止時に工具本体を刃部の送り方向に押圧することで切削による刃部の振動を低減させるようにしたから、振動バイトを用いて面取り加工や斜め削り加工などの切削加工を加振させないで行う場合、所定の荷重を送り方向の反対側から工具本体に連続して印加した状態で切削すれば、切削抵抗の送り分力が背圧として工具本体にかかってもこの背圧を所定の荷重で受け止めて支持できるために振動バイトの工具本体がビビリを生じることはなく加工面粗度の良好な切削加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施の形態による振動バイトの概略構成図である。
【図２】 図１に示す振動バイトの要部構成図である。
【図３】 （ａ）は図１に示す振動バイトで振動切削した際のチップのノーズの円弧運動軌跡を示す図、（ｂ）は被削材の加工面の面粗さを示す断面図である。
【図４】 切刃の刃部による振動周期の変位位置で切削した被削材の加工面と初期位置に戻ったチップのノーズを示す要部説明図である。
【図５】 本発明の第二の実施の形態による振動バイトの概略構成図である。
【図６】 切削試験による被削材の加工面の表面粗さを示す図であって、（ａ）は実施例１の場合、（ｂ）は実施例２の場合、（ｃ）は加振させない通常切削の場合を示す図である。
【図７】 切削試験による被削材の加工面の表面粗さを示す図であって、（ａ）は実施例３の場合、（ｂ）は実施例４の場合、（ｃ）は比較例の場合を示す図である。
【図８】 本発明の第三の実施の形態による振動バイトの概略構成図である。
【符号の説明】
５ａ 切刃
２０，４０，５０ 振動バイト
２１，５７ 刃部
２２ａ，５２ 被支持部
２３，５４ 工具本体
２４，４１ 低剛性部
２６，４３ 梁部
５３ 摺動部

Claims (3)

1. 刃部とシャンク部とが一体に形成された工具本体の前記刃部の基端側に他の部分に対して相対的に低剛性をなす低剛性部を設け、前記工具本体に振動を加える加振装置を備えて前記刃部が加振され押動されることで初期位置と変位位置との間で送り方向に振動する振動バイトにおいて、
   前記低剛性部に、加振時に発生する工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを低減するたわみ低減部を備え、
   前記低剛性部は、前記シャンク部の長手方向に延びるほぼ同一長さの貫通孔が複数個送り方向に配列されていることで仕切られた複数の梁部からなり、前記刃部が押動された際に前記初期位置から前記梁部が湾曲変位することで前記刃部側を変位させて前記変位位置に至るようにされ、
   前記たわみ低減部は、前記複数の梁部のうちの一部の梁部に相対的に傾斜する他の梁部であって、
   前記刃部が送り方向に変位する時、前記一部の梁部は前記刃部の先端角部に形成されたノーズを被削材から離れる方向に変位を生じ、前記他の梁部は前記ノーズが被削材に食い付く方向に変位を生じるようにされていることを特徴とする振動バイト。
2. 請求項１に記載の振動バイトにより、前記工具本体を加振しつつ前記刃部で切削する際に、加振によって発生する前記工具本体の加振方向に略直交する方向のたわみを、前記たわみ低減部の前記一部の梁部と他の梁部に前記加振方向に略直交する方向に互いに反対方向の前記変位を生じさせることにより相殺して低減させることで前記刃部の円弧運動を低減させるようにしたことを特徴とする振動バイトの切削方法。
3. 加振停止時に前記工具本体を前記刃部の送り方向に押圧することで切削による該刃部の振動を低減させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の振動バイトの切削方法。

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