JP4552214B2 - 作業機械のびびり防止構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工工具を介してワークに加工処理を施す際に、びびりが発生することを防止するための作業機械のびびり防止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、加工工具を介してワークに加工処理を施すために、各種の工作機械が使用されている。例えば、ボーリング加工は、中ぐり用バイト（刃先）が設けられたボーリングツールを工作機械の回転主軸（スピンドル）に取り付け、前記ボーリングツールを高速で回転させながら下穴に沿って順次繰り出すことにより、その刃先加工径で所定の位置に高精度な孔部を加工するものである。
【０００３】
図１に示すように、通常のボーリングバー１は、いわゆる片持ち方式であり、その先端に切削工具（刃先）２が設けられるとともに、他端が工作機械の主軸（図示せず）に取り付けられている。そこで、図２に示すように、ボーリングバー１によりワークＷの下穴３を構成する内壁面４にボーリング加工を施すと、このボーリングバー１の刃先２に切削抵抗Ｆがかかり、その大きさによって前記ボーリングバー１がδだけ撓む（図１参照）。この撓み量δは、作用する荷重の大きさとボーリングバー１自体の剛性によって決まってくる。
【０００４】
具体的には、切削抵抗Ｆは、加工されるワークＷの硬さや加工における取り代や一回転当たりの送り量等により決まる。また、ボーリングバー１の剛性は、その材質と長さや径等により異なっている。同じ材質のものであれば、太くて短い方が剛性が高く、長くて細い方が剛性が低くなる。しかしながら、実際上、加工されるワークＷをクランプする治具や加工穴の形状の干渉等により、ボーリングバー１を十分な太さや短い形状に設定することができず、切削抵抗Ｆによって前記ボーリングバー１に撓みが発生してしまう。
【０００５】
ここで、ボーリング加工の切削作業をミクロ的にみれば、主軸の回転と送り作用によって刃先２を強制的にワークＷに食い込ませており、その圧力と温度によって前記ワークＷを連続的に変形させて破断している。このため、加工作業時には、刃先２とワークＷの間で、常に、破断による微細な加工振動が生じている。
この振動や切削抵抗Ｆの変化は、ボーリングバー１への荷重の変化となって表れ、その撓み量δもそれによりわずかに変化することになる。
【０００６】
一方、ボーリングバー１は高剛性を有する弾性体であるので、その切削抵抗Ｆの変化や切削振動を生じさせようとする作用力に対し、それに抵抗して元の状態に復元しようとする力が働き、場合によっては、該力が切削軌跡と共振現象を起こし、このボーリングバー１が振動することになる。このような状態では、図３に特徴的に示すように、ワークＷの内壁面４には、ボーリングバー１の振動に起因する僅かな凹凸面５が形成されてしまう。
【０００７】
さらに、加工に伴うボーリングバー１の撓み変化は、それに作用する切削抵抗Ｆの変化や切削振動がごく微細なものであっても、その前加工の軌跡に沿って加工を継続すると、軌跡振動線とボーリングバーの固有振動特性が共振作用を惹起し、振動が大きく成長する。これにより、図４に示すように、ボーリングバー１の加工による振動６ａが振動６ｂから振動６ｃに増幅していき、結果的に前記ボーリングバー１自体の固有振動数で振動をすることになる。この振動がびびり（所謂、再生びびりを含む）となって加工に表れてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のびびりを押さえるために、従来から種々の方法が採用されている。例えば、ボーリングバー１自体の剛性を上げるため、このボーリングバー１の径を大きくしたり、その突き出し長さを短くしたり、または前記ボーリングバー１の材質を変えることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、ツーリングの設計にあたっては、加工の安定性や加工精度の確保並びにびびり防止等を図るために、ボーリングバー１に最大の剛性を持たせるようにしており、これ以上に剛性を高くすることは相当に困難なものとなってしまう。さらに、ボーリングバー１の剛性に関係する形状と寸法は、加工されるワークＷやそのワークＷを固定する治具等により必然的に決まっており、各々のツーリング設計の段階で行なえる最大限の工夫がなされている。従って、同じ形状のワークＷでは、ボーリングバー１の剛性をさらに上げることは極めて難しい。
【００１０】
そこで、ボーリングバー１による切削の加工条件を変更することが考えられる。例えば、今回の切削が、前回の切削で形成された凹凸加工軌跡の影響を受けないようにする工夫であり、一回転当たりの切削送り量を大きくする方法がある。
すなわち、通常のボーリング加工では、一回転当たりの送り量が相対的に少なく、前回の切削で形成された凹凸軌跡の影響をボーリングバー１が比較的受け易いため、切削送り量を大きして前回の切削軌跡の影響をより受け難くすることにより、びびりの発生を抑えようとするものである。
【００１１】
しかしながら、上記の方法では、びびりが解消したとしても、切削抵抗が大きくなって真円度が悪くなったり、所望の面粗度が得られなかったりするという問題が指摘されている。
【００１２】
また、びびりは、ボーリングバー１等の工具の固有振動特性と主軸の回転数がある条件で合致をした際に生じるので、その合致条件となる主軸の回転数を避けるようにすればびびりは生じない。ところが、主軸の回転数をごくわずかづつ変えていくことにより、びびりが出ない条件を見出さなければならず、その回転数を検出する作業が相当に困難なものとなってしまうという不具合がある。
【００１３】
さらにまた、工具の刃先の形状（例えば、すくい角やブレーカー形状）を変える方法も試みられているが、切削抵抗や切りくずの出方は変わっても、自らの個有振動特性は同じツーリングをしている限りほとんど変わることがなく、びびりも消滅しない場合が多い。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止することができ、高精度な加工作業が効率的に遂行可能な作業機械のびびり防止構造を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
びびりの一つである再生びびりは、前回の加工周回で自らが形成した切削の凹凸軌跡に沿って同様に加工を進めていくに従って、共振作用で振動が徐々に成長していき、最終的に大きな振動が発生し、これがびびりとなって表れるものである。従って、びびりの始まりは、自らが加工中に作り出す小さな振動からであり、この小さな振動をそれが小さなうちに抑制して成長をさせないようにすれば、びびりは生じないことになる。
【００１６】
すなわち、いかにして固有の振動を持続・成長させないようにするかがびびりの有効な防止対策となり、本発明では、ワークの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収消散するフリクションダンパー用マグネットを備えている。
【００１７】
加工工具、例えば、ボーリングバーに加わる力とその変形を、エネルギーとの関係で検証すると、切削抵抗や加工振動でボーリングバーに外力が作用する際、その加えられた力の大きさに対応して前記ボーリングバーが比例的に撓むことになる（フックの法則）。これは、外部より加えられた力のエネルギーが、ボーリングバーを変形させる弾性エネルギーに使われてエネルギーが変換保存されたことになる。そこで、ボーリングバーに加えられる力のエネルギーが、ボーリングバーの撓み変形にだけ使われるとすると、前記加えられる力の大きさは前記ボーリングバーの撓み量の大きさになって表われるだけであり、その力が解除されると該ボーリングバーがただちに元の形状に復帰することになる。
【００１８】
この場合、ボーリングバーにびびりが生じている状態とは、前記ボーリングバーを一定量変形させるエネルギーだけでなく、それを起こす新たなエネルギーが該ボーリングバーに付与され、しかもそれが絶え間なく供給される状態であるといえる。すなわち、ボーリングバーを変形させる以上のエネルギーが、このボーリングバーに絶え間なく供給される状態になった時、始めてびびりが生じることになる。
【００１９】
換言すると、ボーリングバーに新たにエネルギーが付与される時とは、このボーリングバーの振動位相とタイミングを合わせるようにして新たな加振力が加わわった時であるといえる。これは、図５に示すように、ボーリングバー１でワークＷにボーリング加工を施している際、図６に示すように、前記ボーリングバー１が下に向かって動いている時にタイミングよく下向きの新たな力が加わる一方、前記ボーリングバー１が上向きの方向に動いている時にタイミングよく上向きの力が新たに加わわった時である。
【００２０】
これにより、ボーリングバー１が、その切削軌跡にそって加工を進めると、ほぼ同じ振動のタイミングが同じ方向より新たな外力として加わることになり、両方の振動のタイミングが一致して前記ボーリングバー１にエネルギーが徐々に供給蓄積される。従って、ボーリングバー１の振動振幅がだんだんと大きくなり、結果的に共振によるびびりが発生することになる。
【００２１】
そこで、振動をしているボーリングバー１の先端に物体を取付けると、その物体はボーリングバー１の動きと同様な動作を行い、前記ボーリングバー１が振動をすると、その振動に沿って前記物体が同様に振動することになる。この物体をマグネットによりボーリングバー１に取付けるとすると、その物体と前記ボーリングバー１の動きは、マグネットの吸着条件等により変わることになる。
【００２２】
その際、マグネットの吸着力が大変強いと、物体はボーリングバー１と一体的に動くことになる。一方、物体を振動方向に動かすのに十分な吸着力がないとすると、その物体は慣性力によりボーリングバー１の動きに対して横滑りをしながら動くことになる。また、吸着力が大変弱いと、物体はボーリングバー１から飛び出して外れることになる。
【００２３】
そこで、図７（Ａ）に示すように、ボーリングバー１と物体１０との間にマグネット１２を介装するとともに、振動により前記ボーリングバー１と前記物体１０とに互いに横滑り現象が生じるように設定されている。この状態で、図７（Ｂ）に示すように、ボーリングバー１が急に下向き（矢印Ｘ方向）に動こうとすると、物体１０には位置エネルギーが作用するため、前記ボーリングバー１より相対的に見ると、この物体１０は逆の上向き（矢印Ｙ方向）に動くことになる。図７（Ｃ）に示すように、反対に、ボーリングバー１が急に上向きに動こうとすると、同じく物体１０に位置エネルギーが作用して、この物体１０が前記ボーリングバー１に対して相対的に下向きに動くことになる。
【００２４】
このように、加振力が加わった時、ボーリングバー１が動こうとする方向と物体１０が動こうとする方向とが正反対になる。また、力がボーリングバー１に加わるタイミングと、物体１０がそれにより動くタイミングの関係は、ほぼ同じである。
【００２５】
この状態をエネルギー的に見れば、ボーリングバー１の先端に取付けてある物体１０を動かそうとする運動エネルギーは、マグネット１２の付着力による横滑りの摩擦エネルギーに変換消費されたことになる。ここで、エネルギーの消費とは、マグネット１２の横滑りにより熱に変換されたことをいい、これはエネルギー保存の法則に従うものである。すなわち、ボーリングバー１の運動エネルギーは、その先端の物体１０を動かすように働くが、マグネット１２の作用により両者をお互いに横滑りさせ、そこに生じた摩擦で運動エネルギーを吸収散逸させることになる。
【００２６】
この物体１０を制振材としてマグネット１２でボーリングバー１の中に取り付けると、このボーリングバー１の振動する力は、このマグネット１２の摩擦力により消費（吸収）されることになる（図８参照）。これにより、新たにボーリングバー１に付与されるエネルギーが、マグネット１２の摩擦力によって消費吸収され、びびりの発生を有効に阻止することができる。
【００２７】
さらに、図９に示すように、マグネット１２のすべり摩擦による効果は、ある一定以上の振幅を持つ加振力に対してフリクションダンパーが働き始める。すなわち、フリクションダンパーが横滑りを開始するまでには、ある一定以上の振動振幅が必要となる。一方、加振の振幅が大変大きくなり、その振動がすべり摩擦によって消費吸収できなくなると、このすべり摩擦による効果を発揮できない。
しかし、振動はいきなり大きくなるのではなく、始めは徐々に振動が出てきてそれが大きくなるのであるから、図９に示す効果のある摩擦すべりの範囲を必ず通っていくため、その間で効果が発揮されてそれ以上に振動振幅が拡大しないので、びびりは発生しない。
【００２８】
このように、振動振幅とびびりとの関係においては、前記びびりが大変小さな振動より始まっており、その振動に新たな加振振動がタイミングよく加わることでびびりが生じている。このため、振動が生じた初期の段階でそのエネルギーを消費散逸させてしまえば、新たな加振エネルギーがボーリングバー１に入り込むことがなく、連続的なエネルギーの注入が惹起されず、びびりが発生することがない。
【００２９】
上記の説明では、ボーリングバー１の中にマグネット１２を介して物体（フリクションダンパー）１０を取り付ける構造を採用したが、この物体１０自体がマグネット１２であってもよい。また、マグネット１２とボーリングバー１の間に鉄板等の板状の磁性体を介装してもよい。ここで、板状とは、面板状およびリング板状を含むものである。これにより、吸着力に安定性が得られ、また小さな力で横滑りを開始することができる。
【００３０】
ここで、横滑りする物体１０の質量は、振動周波数に応じた質量を有することが必要である。高い周波数では、比較的小さな質量でよい（例えば一グラム以下から数グラム内外）が、低い周波数では、比較的大きな質量（数グラムから数十グラム内外）になる。すなわち、フリクションダンパーの質量の大きさは、振動周波数に反比例するとともに、このフリクションダンパーが効き始める振動振幅は、マグネット１２の強さに反比例する。
【００３１】
このフリクションダンパーの質量と周波数の関係の計算式は、下記の通りである。
【００３２】
Ｘｅｄ＝〔（１＋π／２）×Ｆｓｔ〕÷〔（２πｆ）^２×Ｍ〕
ここで、Ｘｅｄは、滑り出す振幅であり、通常は、０．１μｍ〜０．００１μｍにするのが一般的と思われる。実験で滑り出しの振幅を計算したところ、０．０１μｍ〜０．００８μｍという小さな振幅であった。
【００３３】
Ｆｓｔは、マグネット１２が滑り動きだす力であり、数グラムから数十グラムである。
【００３４】
ｆは振動数であり、ボーリングバー１で５００〜１０，０００Ｈｚ程度であるが、今回実験に使ったものの固有振動数は、１０，０００Ｈｚと大変高い。
【００３５】
Ｍはダンパーの質量であり、ボーリングバー１の先端に内装される物では、数グラム内外となる。
【００３６】
ここで、マグネット１２の摩擦により振動エネルギーを散逸させるには、吸収散逸のための摩擦運動ができるだけ振動の小さい時より起こるようにした方がよい。そのため、ボーリングバー１が振動を開始した直後に、摩擦物体１０も振動を開始するように、マグネット１２の強さやその物体１０の大きさや、あるいは取り付け面等を調整しておく。また、ボーリングバー１を加振するエネルギーが大きい場合は、マグネット１２の吸着力と物体１０の質量が大きくなくては、それ相当の吸着力による摩擦力が発生せず、効果がでないおそれがある。しかし、ほとんどのびびりの例においては、始めはいずれも小さな振動であるため、その振動が小さい内に摩擦による振動の吸収散逸をさせると、その振動が成長することなくびびりが発生することがない。他方、質量を大きくする方法としては、鉛や超硬材等をマグネット１２と張り合わせて使う方法もある。
【００３７】
ここで、ボーリングバー１に供給されるエネルギーと、マグネット１２による摩擦作用により吸収散逸するエネルギーとの関係であるが、これは図９に示されている。すなわち、マグネット１２で付着された物体１０にはポテンシャルエネルギーがあり、ある程度の加振力による振動振幅が働かないとそれ自体が動かない（動かなければ、摩擦減衰は起こらない）。従って、摩擦減衰を生じさせるためには、物体１０が有する（マグネット１２による吸着力を含む）ポテンシャルエネルギー以上の加振力が働かなければならない。
【００３８】
また、摩擦減衰の方式は、ボーリングバー１の振動が一定振幅以上あって始めて前記ボーリングバー１に取り付けられた物体１０が滑り出し、お互いの間に摩擦が生じて減衰効果を発揮するのであるから、前記物体１０が働いている時とは振動がある時である。すなわち、一定以上の振動振幅がないと、物体１０は全く動かないため、摩擦減衰が働く時は振動がある時ともいえる。実験によると、マグネット１２の摩擦吸着力が０．３Ｎで１グラム（ｇｒａｍ）の質量の物体が、１万Ｈｚの固有振動数を持つボーリングバー１内で滑り始める振動振幅は、０．００８ミクロン（μｍ）と大変小さな値である。このように、振動がごく僅かな時よりこの効果が効き始め、それ以上大きく成長しないので、びびりを生じさせることはない。
【００３９】
ところで、ボーリング加工は刃工具を回転させて行うものであり、しかもその回転スピードは相当に速い。このため、遠心力が各部に働くことになる。この遠心力は、当然ボーリングバー１の中に入っているこのフリクションダンパーにも働くことになる。その際、フリクションダンパーが振動をする方向と遠心力が働く方向とが同じ方向になると、場合によっては、このフリクションダンパーが遠心力により振動することができない状態になり、前記フリクションダンパーが加工振動で動かなくなって制振効果が得られないおそれがある。
【００４０】
ここで、ボーリングバー１の振動方向は切削抵抗が働く方向であり、遠心力は回転中心より外に向かって働くので、それら各々の方向を互いに相違させることができる。フリクションダンパーの効果を良好に得るためには、このフリクションダンパーを振動方向には動きかつ遠心力では働かない方向に設定する必要がある。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る作業機械のびびり防止構造２０が適用される工作機械２２の要部説明図である。
【００４２】
この工作機械２２は、ケーシング２４内にベアリング２６を介して回転可能に設けられるスピンドル（主軸）２８と、前記スピンドル２８に着脱自在なボーリングバー３０とを備え、前記ボーリングバー３０の先端に中ぐり用バイト３２が装着されている。
【００４３】
びびり防止構造２０は、ボーリングバー３０の先端、すなわち、びびり発生防止部位に対応して設けられるダンパー室３４と、前記ダンパー室３４内に矢印Ａ方向に移動可能に収容されるとともに、ワークＷの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収するフリクションダンパー用マグネット３６とを備える。マグネット３６は、常に振動をすることになるのでこのマグネット３６の滑り面が摩耗や経年変化に対して強い高性能を有することが望ましい。マグネット３６は、一般的なマグネット以外に、振動に対して強い、例えば、希土類マグネットが使用される。
【００４４】
ダンパー室３４を構成しマグネット３６が吸着配置される取り付け面３８は、前記マグネット３６をスムーズに横滑りさせるために平滑面に構成されており、前記ダンパー室３４の開放側端部には、該ダンパー室３４内に切削屑等が進入することを防止するために、カバー部材４０が装着される。
【００４５】
図１１に示すように、ボーリングバー３０の振動方向は切削抵抗が働く方向（矢印Ａ方向）であり、遠心力の方向は回転中心より外に向かって働く（矢印Ｂ方向）ため、それら各々の方向を互いに相違させている。
【００４６】
このように構成される第１の実施形態に係るびびり防止構造２０が適用される工作機械２２の動作について、以下に説明する。
【００４７】
図１０に示すように、工作機械２２では、ボーリングバー３０を取り付けたスピンドル２８が回転駆動されるとともに、ワークＷの下穴３に沿って繰り出される。そして、ボーリングバー３０がワークＷの下穴３側に相対的に移動する。このため、ボーリングバー３０が回転し、このボーリングバー３０に装着されたバイト３２を介して下穴３を構成する内壁面４にボーリング加工が施される。
【００４８】
その際、びびり防止構造２０では、ボーリングバー３０の先端に設けられたダンパー室３４にマグネット３６が配置されており、振動により前記マグネット３６が前記ボーリングバー３０に対して横滑り現象が生じるように設定されている。このため、図１２に示すように、ボーリングバー３０が急に上向き（矢印Ｃ１方向）に動こうとすると、マグネット３６には位置エネルギーが作用するため、前記ボーリングバー３０より相対的に見ると、このマグネット３６は逆の下向き（矢印Ｃ２方向）に動くことになる。一方、ボーリングバー３０が急に下向き（矢印Ｄ１方向）に動こうとすると、同じくマグネット３６に位置エネルギーが作用して、このマグネット３６が前記ボーリングバー３０に対して相対的に上向き（矢印Ｄ２方向）に動くことになる。
【００４９】
このように、加振力が加わった時、ボーリングバー３０が動こうとする方向とマグネット３６が動こうとする方向とが正反対になる。また、力がボーリングバー３０に加わるタイミングと、マグネット３６がそれにより動くタイミングの関係は、ほぼ同じである。従って、ボーリングバー３０の振動する力（運動エネルギー）は、マグネット３６の付着力による横滑りの摩擦エネルギーに変換消散されることになる（図１３参照）。
【００５０】
これにより、第１の実施形態では、新たにボーリングバー３０に付与されるエネルギーが、マグネット３６の摩擦力によって消費吸収されるため、簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止することができるという効果が得られる。
【００５１】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係るびびり防止構造２０ａが組み込まれるボーリングバー３０ａの要部断面図であり、図１５は、本発明の第３の実施形態に係るびびり防止構造２０ｂが組み込まれるボーリングバー３０ｂの要部断面図であり、図１６は、本発明の第４の実施形態に係るびびり防止構造２０ｃが組み込まれるボーリングバー３０ｃの要部断面図であり、図１７は、本発明の第５の実施形態に係るびびり防止構造２０ｄが組み込まれるボーリングバー３０ｄの要部断面図である。なお、第１の実施形態に係るびびり防止構造２０およびボーリングバー３０と同一の構成要素には同一の参照数字に符号ａ〜ｃを付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図１４に示すように、第２の実施形態に係るびびり防止構造２０ａでは、マグネット３６ａと取り付け面３８ａとの間に板状、例えば、円板状の磁性体、例えば、鉄板４２が介装されている。従って、鉄板４２と取り付け面３８ａとの磁力が、前記鉄板４２とマグネット３６ａとの磁力よりも弱いため、該鉄板４２と前記取り付け面３８ａとの間で滑りが発生する。これにより、マグネット３６ａに滑りによる摩耗が惹起されることがなく、しかも、前記マグネット３６ａの磁力が鉄板４２の厚さを変更することで容易に調整可能になるという効果が得られる。
【００５３】
図１５に示すように、第３の実施形態に係るびびり防止構造２０ｂでは、マグネット３６ｂと取り付け面３８ｂとの間に複数の板状の磁性体、例えば、鉄板４４が積層されている。このため、マグネット３６ｂの磁力を容易に調整可能になる等、第２の実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
図１６に示すように、第４の実施形態に係るびびり防止構造２０ｃでは、ボーリングバー３０ｃの先端側部から開口断面円形状のダンパー室３４ｃが設けられており、このダンパー室３４ｃ内に円柱状のマグネット３６ｃが収容されている。このマグネット３６ｃは、外周面がダンパー室３４ｃの内周面３８ｃに摺接して矢印Ａ方向に摺動可能である。
【００５５】
図１７に示すように、第５の実施形態に係るびびり防止構造２０ｄでは、ボーリングバー３０ｄの先端側部から開口断面円形状のダンパー室３４ｄが設けられるとともに、このダンパー室３４ｄ内に円柱状のマグネット３６ｄを囲繞して鉄製パイプ４６が配設されている。従って、ダンパー室３４ｄ内では、マグネット３６ｄがパイプ４６と一体的に移動し、このマグネット３６ｄのみが摺動することがない。
【００５６】
図１８は、本発明の第６の実施形態に係るびびり防止構造５０が適用される工作機械５２の概略説明図であり、図１９は、前記びびり防止構造５０の一部断面図である。
【００５７】
工作機械５２は、ケーシング５４内にベアリング５６を介して回転可能に設けられるスピンドル（主軸）５８と、前記スピンドル５８に着脱自在なＡＴＣ用ツールホルダ（ホルダ）６０と、前記ツールホルダ６０のミーリングチャック６２に装着されるエンドミル６４とを備え、前記ミーリングチャック６２の先端部にびびり防止構造５０が組み込まれている。ここで、低周波数振動のびびりに対しても、びびり防止構造５０が有効に機能するために、摩擦摺動部材の質量Ｍを大きくすべく、例えば、鉛等の高比重部材７６をマグネット７２に積層してもよい（図１９参照）。
【００５８】
図１９に示すように、びびり防止構造５０は、ミーリングチャック６２の先端部に形成された凹部６６に嵌合するキャップ部材６８を備え、前記キャップ部材６８内にダンパー室７０が設けられる。このダンパー室７０内には、リング状あるいは複数の円柱状のマグネット７２が配設され、このマグネット７２が凹部６６の底壁面７４に吸着されるとともに、前記マグネット７２がエンドミル６４の抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に構成される。
【００５９】
このように構成されるびびり防止構造５０では、マシニングセンターの作用下に工作機械５２を介してワークＷ１にエンドミル加工が施されると、エンドミル６４に振動が生じる場合が多い。その際、びびり防止構造５０を構成するマグネット７２がダンパー室７０内で矢印Ａ方向に摩擦滑りが惹起し、びびりの発生を有効に阻止することができるという効果が得られる。特に、最近のマシニングセンターに求められている高速化からベアリング径が小径化されるとともに、ベアリング与圧が軽くなっており、さらにスピンドル長さＬ１がツーリング長さＬ２に比べて短尺化されるため、再生びびりが発生し易い工作機械５２に好適に用いることが可能になる。
【００６０】
図２０は、本発明の第７の実施形態に係るびびり防止構造８０ａが組み込まれるエンドミル８２ａの概略説明図であり、図２１は、本発明の第８の実施形態に係るびびり防止構造８０ｂが組み込まれるエンドミル８２ｂの概略説明図である。
【００６１】
図２０に示すように、エンドミル８２ａは、比較的大径に構成されており、このエンドミル８２ａの先端には、びびり防止構造８０ａを構成するダンパー室８４ａが形成される。ダンパー室８４ａには、マグネット８６ａが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット８６ａが前記ダンパー室８４ａの底壁面８８ａに吸着保持されている。ダンパー室８４ａの開口側端部には、カバー部材９０ａが装着される。
【００６２】
図２１に示すように、エンドミル８２ｂは、比較的小径に構成されており、このエンドミル８２ｂの後端から先端側に向かってびびり防止構造８０ｂを構成するダンパー室８４ｂが形成される。ダンパー室８４ｂには、マグネット８６ｂが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット８６ｂが前記ダンパー室８４ｂの底壁面８８ｂに吸着保持されている。ダンパー室８４ｂには、カバー部材９０ｂが装着される。
【００６３】
図２２は、本発明の第９の実施形態に係るびびり防止構造１００が組み込まれるフライスカッタ１０２の概略説明図である。このフライスカッタ１０２の先端には、びびり防止構造１００を構成するダンパー室１０４が形成される。ダンパー室１０４には、１つあるいは複数のリング状の鉄板１０５とマグネット１０６が抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、この鉄板１０５が前記マグネット１０６の磁力によって前記ダンパー室１０４の底壁面１０８に吸着保持されている。ダンパー室１０４の開口側端部には、カバー部材１１０が装着される。
【００６４】
図２３は、本発明の第１０の実施形態に係るびびり防止構造１２０ａが組み込まれる研削盤１２２ａの概略説明図であり、図２４は、本発明の第１１の実施形態に係るびびり防止構造１２０ｂが組み込まれる研削盤１２２ｂの概略説明図である。
【００６５】
研削盤１２２ａは、比較的小さな振幅で高い振動周波数を有しており、図２３に示すように、砥石１２４ａの取り付け軸１２６ａの先端には、びびり防止構造１２０ａを構成するダンパー室１２８ａが形成される。ダンパー室１２８ａには、マグネット１３０ａが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット１３０ａが前記ダンパー室１２８ａの底壁面１３２ａに吸着保持されている。ダンパー室１２８ａの開口側端部には、カバー部材１３４ａが装着される。
【００６６】
研削盤１２２ｂは、比較的大きな振幅で低い振動周波数を有しており、図２４に示すように、砥石１２４ｂの取り付け軸１２６ｂと前記砥石１２４ｂとの間に介装される支持部材１３６には、びびり防止構造１２０ｂを構成するダンパー室１２８ｂが前記取り付け軸１２６ｂを囲繞して形成される。ダンパー室１２８ｂには、リング状あるいは複数の円柱状のマグネット１３０ｂが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット１３０ｂが前記ダンパー室１２８ｂの底壁面１３２ｂに吸着保持されている。ダンパー室１２８ｂの開口側端部には、カバー部材１３４ｂが装着される。
【００６７】
図２５は、本発明に関連するびびり防止構造１４０が組み込まれる旋盤１４２の概略説明図である。この旋盤１４２は、刃物台１４４にバイト１４６が取り付けられており、このバイト１４６には、切れ刃１４８に近接してびびり防止構造１４０を構成するダンパー室１５０が形成される。ダンパー室１５０には、円柱状のマグネット１５２が抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット１５２が前記ダンパー室１５０の底壁面１５４に吸着保持されている。ダンパー室１５０の開口側端部には、カバー部材１５６が装着される。
【００６８】
このような構成において、ワークＷ２が、図示しない主軸台に保持されて矢印方向に回転されるとともに、このワークＷ２と刃物台１４４とが相対的に近接する方向に移動する。これにより、ワークＷ２の外周面には、バイト１４６を介して加工作業が施される。その際、バイト１４６の先端側には、びびり防止構造１４０が組み込まれており、前記バイト１４６にびびりが発生することを有効に阻止することができる。
【００６９】
図２６は、本発明に関連するびびり防止構造１６０が組み込まれる治具１６２の概略説明図である。この治具１６２は、例えば、エンドミル１６４を介して加工されるワークＷ３を位置決め保持する第１および第２クランプ機構１６６、１６８を備える。第１クランプ機構１６６は、ワークＷ３の下部１７０ａ側を保持するクランプ爪１７２を備える一方、第２クランプ機構１６８は、前記ワークＷ３の加工部位近傍である上部１７０ｂ側を保持するクランプ爪１７４を備える。
【００７０】
びびり防止構造１６０は、第２クランプ機構１６８を構成するクランプ爪１７４に組み込まれており、前記クランプ爪１７４のワーク支持部と支点部との間には、前記びびり防止構造１６０を構成するダンパー室１７６が形成される。ダンパー室１７６には、円柱状のマグネット１７８が抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット１７８が前記ダンパー室１７６の底壁面１８０に吸着保持されている。ダンパー室１７６の開口側端部には、カバー部材１８２が装着される。
【００７１】
このように構成される治具１６２で保持されたワークＷ３の上部１７０ｂは、そのワークＷ３の形状特性上、十分なクランプ剛性が得られ難い。このため、ワークＷ３の上部１７０ｂの側面をエンドミル１６４で加工すると、このワークＷ３には、矢印Ａ方向に加工振動が惹起され易く、びびりが発生するおそれがある。また、ワークＷ３の形状特性では、このワークＷ３を第２クランプ機構１６８により強固に押し付け保持することができず、前記第２クランプ機構１６８自体にも加工による振動が惹起され易い。
【００７２】
そこで、振動が発生し易い第２クランプ機構１６８を構成するクランプ爪１７４にびびり防止構造１６０を組み込むことにより、ワークＷ３と前記第２クランプ機構１６８の振動を有効に阻止してびびりの発生を可及的に防止することが可能になる。
【００７３】
図２７は、本発明に関連するびびり防止構造１９０の概略説明図である。このびびり防止構造１９０は、治具１９２を介して位置決め保持される鉄等の磁性体ワークＷ４に、例えば、エンドミル１９４を介して加工が施される際、このワークＷ４の振動が発生し易い部位に、直接、装着される離脱可能なケーシング部材１９６を備える。ケーシング部材１９６は、取り付け用マグネット１９８が嵌め込まれる室２００と、ダンパー室２０２とを独立して設けており、前記取り付け用マグネット１９８がワークＷ４に吸着保持される。
【００７４】
ダンパー室２０２には、円柱状のマグネット２０４が抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット２０４が前記ダンパー室２０２の底壁面２０６に吸着保持されている。ダンパー室２０２の開口側端部には、カバー部材２０８が装着される。
【００７５】
ワークＷ４では、切削抵抗が直接作用する部分の肉厚が薄いため、びびりが発生し易くなっており、この部分に対応してびびり防止構造１９０が直接取り付けられる。これにより、ワークＷ４を加工する際に、びびりが生じることがなく、前記ワークＷ４を高精度に加工することができる。なお、振動方向がラジアル状に存在する際には、複数のケーシング部材１９６を使用すればよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明に係る作業機械のびびり防止構造では、加工工具によるワークの加工時に、びびりの要因となる振動エネルギーを、フリクションダンパー用マグネットの滑り摩擦によって確実に吸収することができ、簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 通常のボーリングバーの一部側面図である。
【図２】 前記ボーリングバーによる加工状態の説明図である。
【図３】 加工面とボーリングバーの共振振動に起因する凹凸面の特徴的な説明図である。
【図４】 前記ボーリングバーの加工による振動増幅過程を特徴的に表す概略図である。
【図５】 前記ボーリングバーに作用する加振振動エネルギーと応答振動のタイミングサイクル説明図である。
【図６】 前記ボーリングバーに出入りする切削エネルギーによるボーリングバーの変位と作用する外力との関係図である。
【図７】 ボーリングバーと物体との間にマグネットが介装された際の動作原理の説明図である。
【図８】 前記マグネットが介装された際の変位と消散エネルギーとの関係図である。
【図９】 振動エネルギーと消散エネルギーとの関係図である。
【図１０】 本発明の第１の実施形態に係る作業機械のびびり防止構造が適用される工作機械の要部説明図である。
【図１１】 前記びびり防止構造の断面説明図である。
【図１２】 前記びびり防止構造の動作説明図である。
【図１３】 振動変位と消散エネルギーとの関係図である。
【図１４】 本発明の第２の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。
【図１５】 本発明の第３の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。
【図１６】 本発明の第４の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。
【図１７】 本発明の第５の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。
【図１８】 本発明の第６の実施形態に係るびびり防止構造が適用される工作機械の概略説明図である。
【図１９】 前記びびり防止構造の一部断面図である。
【図２０】 本発明の第７の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるエンドミルの概略説明図である。
【図２１】 本発明の第８の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるエンドミルの概略説明図である。
【図２２】 本発明の第９の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれるフライスカッタの概略説明図である。
【図２３】 本発明の第１０の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれる研削盤の概略説明図である。
【図２４】 本発明の第１１の実施形態に係るびびり防止構造が組み込まれる研削盤の概略説明図である。
【図２５】 本発明に関連するびびり防止構造が組み込まれる旋盤の概略説明図である。
【図２６】 本発明に関連するびびり防止構造が組み込まれる治具の概略説明図である。
【図２７】 本発明に関連するびびり防止構造の概略説明図である。
【符号の説明】
２０、２０ａ〜２０ｄ、５０、８０ａ、８０ｂ、１００、１２０ａ、１２０ｂ、１４０、１６０、１９０．．．びびり防止構造
２２、５２．．．工作機械 ２８、５８．．．スピンドル
１、３０、３０ａ〜３０ｄ．．．ボーリングバー
３２、１４６．．．バイト
３４、３４ａ〜３４ｄ、７０、８４ａ、８４ｂ、１０４、１２８ａ、１２８ｂ、１５０、１７６、２０２．．．ダンパー室
１２、３６、３６ａ〜３６ｄ、７２、８６ａ、８６ｂ、１０６、１３０ａ、１３０ｂ、１５２、１７８、１９８、２０４．．．マグネット
３８、３８ａ〜３８ｄ．．．取り付け面
４０、９０ａ、９０ｂ、１１０、１３４ａ、１３４ｂ、１５６、１８２、２０８．．．カバー部材
４６．．．パイプ ６０．．．ツールホルダ
６２．．．ミーリングチャック ６４、８２ａ、８２ｂ、１６４、１９４．．．エンドミル ６８．．．キャップ部材
７４、８８ａ、８８ｂ、１０８、１３２ａ、１３２ｂ、１５４、１８０、２０６、．．．底壁面
１０２．．．フライスカッタ １２２ａ、１２２ｂ．．．研削盤
１２４ａ、１２４ｂ．．．砥石 １２６ａ、１２６ｂ．．．取り付け軸
１３６．．．支持部材 １４２．．．旋盤
１６２、１９２．．．治具 １６６、１６８．．．クランプ機構
１７２、１７４．．．クランプ爪 １９６．．．ケーシング部材
２００．．．室

Claims (5)

1. 加工工具を介してワークに加工処理を施す際に、共振作用で振動が徐々に成長して再生びびりが発生することを防止するための作業機械のびびり防止構造であって、
   びびり発生防止部位に対応して設けられるダンパー室と、
   前記ダンパー室内に移動可能に収容されるとともに、前記ワークの加工時に前記再生びびりの要因となる振動エネルギーが、規定値以上の大きさになった際、前記振動エネルギーを、横滑り摩擦によって吸収するフリクションダンパー用マグネットと、
   を備え、
   前記加工工具が回転工具を構成するとともに、前記加工工具の振動方向と遠心力の向かう方向とが異なるように設定されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
2. 請求項１記載のびびり防止構造において、前記マグネットと該マグネットの取り付け面との間に、面板状やリング板状を含む板状の磁性体が配設されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
3. 請求項１又は２記載のびびり防止構造において、前記ダンパー室は、前記加工工具に設けられるとともに、
   前記マグネットは、抑制したい前記加工工具の振動方向に対して摩擦すべりを発生する姿勢で前記ダンパー室内に配置されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
4. 請求項１又は２記載のびびり防止構造において、前記ダンパー室は、前記加工工具が固着されるホルダに設けられるとともに、
   前記マグネットは、抑制したい前記加工工具の振動方向に対して摩擦すべりを発生する姿勢で前記ダンパー室内に配置されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のびびり防止構造において、前記マグネットには、高比重部材が積層されることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。

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