JPH0160361B2 - - Google Patents

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JPH0160361B2
JPH0160361B2 JP59110487A JP11048784A JPH0160361B2 JP H0160361 B2 JPH0160361 B2 JP H0160361B2 JP 59110487 A JP59110487 A JP 59110487A JP 11048784 A JP11048784 A JP 11048784A JP H0160361 B2 JPH0160361 B2 JP H0160361B2
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    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、超音波振動するバイトによつて切削
加工する旋盤、平削盤、形削盤等の工作機械への
利用に適した角板形正方共振体共振装置に関する
ものである。
技術的背景およびその問題点 従来、たとえば旋盤における刃物台に固定され
たバイトを切削方向に超音波振動させると、被加
工物にかかる切削抵抗が著しく減少し、これによ
りびびりなどの異常振動がなくなり、被加工物の
真円度や表面あらさなどの加工精度が良好になる
とともに工具の寿命が延び、また、難削材の加工
が容易になるなどの利点があることが知られてい
る。そして、被加工物の切削速度をｖとし、振動
するバイトの周波数をｆとし、その振幅をａとし
たとき、ｖ＜2πfaなる条件を満足することにより
その効果が表われる。
ここで、第８図に基いて代表的な縦形振動系振
動子を利用した曲げ振動バイトホルダーによる切
削方法を説明する。まず、刃物台１に押え板２と
締付ボルト３と締付治具４とにより曲げ振動バイ
トホルダー５が支持されている。このとき、締付
治具４は曲げ振動バイトホルダー５のノード部分
に位置する。そして、曲げ振動バイトホルダー５
の先端には、被加工物６に臨む工具としてのバイ
ト７が固着され、かつ、曲げ振動バイトホルダー
５の一点鎖線で示す振動姿態のループ上に縦形振
動子８と振幅拡大ホーン９とが接合されている。
このような構成において、縦形振動子８を駆動す
ると図示の一点鎖線の如く曲げ振動バイトホルダ
ー５が振動するためにバイト７の先端は切削方向
に超音波振動し、前述のように振動切削効果を発
揮する。
このような構造のものは、縦形振動子８をバイ
トから離れた位置に取付けることができるために
通常の旋盤に容易に取付けることができると云う
利点を有する。しかしながら、縦形振動子８が作
業の邪魔になり、曲げ振動バイトホルダー５の刃
物台１への取付けが非常に難かしいと云う欠点を
有する。すなわち、締付治具４が正しいノードの
位置にないとエネルギーロスを発生させ、また、
バイト７の刃先が有害な振動方向となり、しかも
強固に固定しなければならないため、曲げ振動バ
イトホルダー５の交換には煩雑な手間と細心の注
意とを必要とする。
また、第８図に示すものにおいては、第９図に
示すようにバイト７の被加工物６との接点には、
加工物接線方向の主分Pcの他にバイト７に向う
径方向背分力Ptが発生し、結果としてその合力
Ｐがバイトに作用して有害な異常振動を発生し、
充分な振動切削効果が得られないことがある。こ
のような不都合を解決するものとして特公昭50−
20289号公報に記載されているようにバイト７の
振動方向と合力Ｐとの方向が同一となるように曲
げ振動バイトホルダー５を切削方向に対して傾斜
させて設置することが提案されている。しかしな
がら、傾斜させて取付けるためには、特別な割出
台や傾斜台などを設けなければならず、装置が複
雑になると云う欠点を有する。
発明の目的 本発明は、超音波振動を容易に得ることができ
るとともに工具を設けた場合にはその位置決めや
交換を容易に行なうことができる角板形正方共振
体共振装置を得ることを目的とする。
発明の概要 本発明は、四分割された分割電極を備えその厚
み方向の分極極性を反転させた円環状電歪素子を
形成し、この円環状電歪素子を角板形正方共振体
の面中心点を軸としてその分割中心線を角板形正
方共振体の対角線に一致させて配設するようにし
たので、角板形正方共振体の角部を有効に超音波
振動させることができ、この角部に工具を取付け
れば被加工物の切削または研削時に工具を超音波
振動させることができ、各角部の異なつた工具を
取付け、かつ、角板形正方共振体をタレツト位置
決め機構によつて位置決めするようにすれば、支
持部を固定したまま四種の工具を簡単に使用する
ことができ、タレツト位置決め機構によつて被加
工物に対する工具の傾斜も容易に設定することが
できるように構成したものである。
発明の実施例 本発明の一実施例を第１図ないし第７図に基い
て説明する。まず、正方形状の角板形正方共振体
１０が設けられ、各々の角部１１には工具として
のバイト１２が銀ロウ接合またはボルト等により
固く接合されている。このような角板形正方共振
体１０の両面における面中心点の線上には、電極
板１３をはさんで二枚一組となつた円環状電歪素
子１４が配設されている。これらの円環状電歪素
子１４は、第５図に示すようにチタン酸ジルコン
酸塩などの材料よりなり、両面に設けられた電極
の内、一方の電極１５を周方向に四分割して分割
電極１６とし、その厚み方向の分極を隣り合う電
極毎に極性を交互に反転させて矢印で示すように
その分極方向を処理したものである。そして、分
割電極１６の中心線１７を角板形正方共振体１０
のそれぞれの対角線に一致させて配設する。
このような円環状電歪素子１４の両外側には丸
棒状の柱状ブロツク１８，１９が配設され、ボル
ト２０により全部が一体的に固定されている。そ
して、前記柱状ブロツク１８の端部には外周にＲ
部を残した四角形状のタレツト位置決め機構の一
部となるカム２１が一体的に形成され、他方の柱
状ブロツク１９にも前記カム２１と同形状のカム
２２が一体的に形成されている。また、この柱状
ブロツク１９には前記カム２２のさらに外側に六
角柱状の六角部２３が一体的に形成されている。
ついで、支持部となる軸受体２４が相対向して
設けられている。これらの軸受体２４には前記柱
状ブロツク１８，１９の円形部が回動自在に嵌合
される丸孔を有し、これらの丸孔に達するスリツ
ト２５が一方に形成され、このスリツト２５のあ
る側にそのスリツト２５と直交して前記柱状ブロ
ツク１８，１９を締付固定するための固定ボルト
２６が設けられている。また、一方の軸受体２４
にはＬ形金具２７が固定され、このＬ形金具２７
に設けられたシヤフト２８にタレツト位置決め機
構の一部となるレバー２９を回転自在に取付ける
とともにこのレバー２９を前記カム２２に当接し
引張ばね３０により圧接している。
なお、符号３１は旋盤に取付けられた被加工物
である。
このような構成において、加工前に固定ボルト
２６を緩めてから六角部２３を利用して角板形正
方共振体１０を回して必要とするバイト１２を被
加工物３１に対向させる。このとき、引張ばね３
０により引かれるレバー２９がカム２２に当つて
方向を定めているので、このまま固定ボルト２６
を締め付けて角板形正方共振体１０を固定する。
しかして、電極板１３に電圧を印加した場合に
おける駆動状態を説明する。まず、第７図におい
て、縦方向と横方向とがともに1/2λで共振振動
するように設けられた角板形正方共振体１０にお
いて、その一辺の中央をステツプホーン形縦振動
子３２で駆動すると、その各辺上の振動振幅分布
は一点鎖線で示すように対向辺間で縮小または拡
大し、角部においては動きが零になる。このこと
は、本出願人による出願に係る特開昭58−196874
号においても説明してある。
このような角板形正方共振体１０の振動モード
は、第７図に示す振動モードで共振する周波数よ
り僅かに高い周波数で第６図の一点鎖線で示す振
動振幅分布をもつモードが存在し、各辺の長さが
面の中心点Ｏを通るＸ軸及びＹ軸に対称に伸縮し
て各頂点の変位方向はその対角線に直角になり、
また、振幅は最大となる。そのときの面上各点の
振動変位は図中矢印で示しているようにその変位
方向と大きさが測定される。
ここで、第６図の駆動モードにおいて図の状態
に変位しているときの変位分布を詳細に調べてみ
ると、角AOBと角CODはその角度が縮まり、角
AOCと角BODは拡がつており、このことは前者
と後者とのそれぞれの角度内エリヤにて反対方向
の応力が中心Ｏに向つて増加していることにな
る。したがつて角AOB及び角COD内エリヤはそ
の厚みが増加し、逆に角AOC及び角BOD内エリ
ヤでは減少し、それぞれ中心に向う程、著しくな
る。
このようなことから、第５図に示す円環状電歪
素子１４を角板形正方共振体１０の両面に固着し
て駆動すれば、第６図に示す矢印の変位を角板形
正方共振体１０に与え、これにより、角部１１は
対角線に直交する方向に共振振動するものであ
る。
なお、実施に当つては、第９図に示したよう
に、バイト１２の振動方向は切削力の主成分Pc
と背成分Ptとの合力Ｐに方向を一致させること
が望ましいので、カム２１，２２の方向はこの角
度を考慮して定めておくことが望ましい。
また、実際には、電極板１３へのリード線や電
極ブラシ、リングシユーと共に充電部を切り粉や
切削油などから保護するため、遮蔽カバーを設け
る。
発明の効果 本発明は、上述のように角板形正方共振体の面
中心点を軸としてその分割中心線を角板形正方共
振体の対角線に一致させて円環状電歪素子を形成
し、この円環状電歪素子を角板形正方共振体の面
中心点を軸としてその分割中心線を角板形正方共
振体の対角線に一致させて配設するようにしたの
で、角板形正方共振体の角部を対角線と直交させ
る方向に有効に振動させることができ、角部に工
具を設けることにより超音波振動を伴なう切削、
研削を行なうことができ、円環状電歪素子がスペ
ースを要しないため、操作上の邪魔にならず、各
角部に異なつた工具を取付け、かつ、タレツト位
置決め機構により角度を割り出すことにより、工
具の位置決めが容易で簡単に交換でき、被加工物
に対する工具の傾斜も簡単に設定することができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２
図は縦断側面図、第３図は一部を切欠いた要部の
正面図、第４図は一部の側面図、第５図は円環状
電歪素子の斜視図、第６図および第７図は角板形
正方共振体の変位状態を示す側面図、第８図は従
来の一例を示す側面図、第９図はバイトに加わる
力を示す側面図である。 １０……角板形正方共振体、１１……角部、１
２……バイト（工具）、１４……円環状電歪素子、
１６……分割電極、１７……中心線、１８，１９
……柱状ブロツク、２１〜２２……カム（タレツ
ト位置決め機構）、２４……軸受体（支持部）、２
９……レバー（タレツト位置決め機構）、３１…
…被加工物。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の面の電極を周方向に四分割して隣り合
    う分割電極毎にその厚み方向の分極極性を反転さ
    せた円環状電歪素子を形成し、この円環状電歪素
    子を角板形正方共振体の面中心点を軸としてその
    分割中心線を前記角板形正方共振体の対角線に一
    致させて配設し、前記角板形正方共振体とこの角
    板形正方共振体の両面に位置する円環状電歪素子
    とを柱状ブロツクにより挟持締着し、これらの柱
    状ブロツクを支持部により固定的に支持したこと
    を特徴とする角板形正方共振体共振装置。 ２ 角板形正方共振体の少なくとも一つの角部に
    工具を固定したことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の角板形正方共振体共振装置。 ３ 一方の面の電極を周方向に四分割して隣り合
    う分割電極毎にその厚み方向の分極極性を反転さ
    せた円環状電歪素子を形成し、この円環状電歪素
    子を角板形正方共振体の面中心点を軸としてその
    分割中心線を前記角板形正方共振体の対角線に一
    致させて配設し、前記角板形正方共振体とこの角
    板形正方共振体の両面に位置する円環状電歪素子
    とを柱状ブロツクにより挟持締着し、前記角板形
    正方共振体の各角部に工具を配設固定するととも
    に前記柱状ブロツクをタレツト位置決め機構を介
    して支持部に固定したことを特徴とする角板形正
    方共振体共振装置。 ４ 工具の振動方向が加工抵抗による主分力と背
    分力との合力の方向と一致するようにタレツト位
    置決め機構により角板形正方共振体の位置決めを
    するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第３項記載の角板形正方共振体共振装置。
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