JPH02198705A - 振動切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は切削加工中に生ずる刃物の自動振動を有効に
利用しながらワークを切削加工するようにしたスローア
ウェイチップ利用の振動切削装置に関するものである。

〔従来の技術〕

刃物を用いてワークを切削加工する工作機械として、旋
盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、平削り盤、形削
り盤などがある。

これらの工作機械において、刃物に適当な振動を与えつ
つ切削加工を行なうと切削速度、加工精度の向上、切削
刃物の耐久性の向上などの優れた効果が認められること
が知られている。

上記のように刃物を振動させるための起振装置としては
、発振機よりの周波数で励振された電わい型や磁わい型
の振動子が多く用いられており、その他にも電磁振動型
、電気−油圧型、機械−油圧型などが提案されている。

【発明が解決しようとする課題〕 上記のような従来の刃物の振動手段は複雑な電気回路が
必要なものや油圧シリンダなどの大型で複雑な電気回路
が必要なものや油圧シリンダなどの大型で複雑な機能の
高価な装置を必要とする点で問題がある。

この発明の課題は上記のような従来の振動切削装置の問
題点を解決してきわめて簡単な構成で振動切削が行える
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明はシャンクに後
端を固定した弾性を有するチップホルダの先端に、スロ
ーアウェイチップを取付けた振動切削装置およびシャン
クに後端を固定した弾性を存するチップホルダの先端に
、スローアウェイチップを取付け、上記シャンクの先端
部を上記チップホルダの先端部に接近させて、チップホ
ルダの振動時に、その先端がシャンクの先端部附近に衝
突するようにした振動切削装置を提供する。

さらに、上記チップホルダのシャンクに対する固定位置
を前後方向に自在に調整し得るようにしたものおよびシ
ャンクの先端部附近に中間部の支点を中心に揺動するス
ローアウェイチップを設け、このチップの後部寄りを板
バネによりシャンクの受部に圧着せしめた振動切削装置
を提供し、異常時の圧力検知手段を設けたものも提供す
る。

〔作用〕

この発明は上記の構成であるから、ワークを回転させる
か、固定するか、あるいは直線的に移動させて、スロー
アウェイチップをワークの表面に切込むか、あるいは静
止状態のワークの表面に対してスローアウェイチップを
切込んでこのチップを移動させるか回転させるなどの手
段でワークの切削を開始する。

上記の切削作用において、チップに微小振動が発生する
が、この微小振動がチップホルダに伝達される。

このため、チップもホルダも微小振動して、振動を助長
するので、チップの振幅が増大し、この振動がチップ先
端に逆伝達され、切削性が向上する。

また、チップホルダの振動時にその先端がシャンクの先
端に衝突するようにしたものでは切削時のチップの振動
が衝突によりさらに助長される。

さらに、検知手段を設けたものでは、スローアウェイチ
ップまたはチップホルダが異常に振動したとき、これを
検知して異常信号を発する。

〔実施例〕

第１図、第２図に示す第１の実施例において、１は図示
省略しである旋盤の刃物台に固定したシャンクで、その
前部上部寄りから、前後方向の凹所２を前端から設けて
、この凹所２にチップホルダ３を取付ける。

上記チップホルダ３の中央後部寄りに前後方向の長孔４
を設け、シャンク１を上下に貫通する縦孔に下方から挿
入した固定用ボルト５を前記長孔４に挿入し、シャンク
１上に突出した固定用ボルト５の上端に座金７を介して
ナツト６をねじ込んでホルダ３をシャンク１に固定する
。

上記チップホルダ３の先端には凹部８を設け、この凹部
８にスローアウェイチップ９をクランプボルト１０を用
いて固定する。

つぎに上記実施例の作用を説明すれば、ワーク１１を第
２図の矢印方向に回転させ、チップ９の刃先１２をワー
ク１１に切込むと、刃先は切削抵抗によりシャンク１の
先端とホルダ３の下面の接点ａを支点として下方向に回
される。しかし、ホルダ３の反発力で刃先１２は上方に
押し戻される。

また、切削時において、刃先１２は微小振動しているか
ら、この微小振動がホルダ３に伝達されてホルダ３がた
わみ補振する。この振動が刃先１２に逆伝達されて振動
切削がなされる。

この実施例の場合、ナツト６を弛めることによりチップ
ホルダ３を前後に動かして接点ａと刃先１２の距離を調
節したのちナツト６を締め付けることによりチップ９の
振巾を調節する。

その振動数は数ＫＨｚから２０ＫＨｚ位まで設定するこ
とができる。

第３図、第４図に示す第２の実施例では、シャンク１の
上面前端に凹所１４を設け、この凹所１４の底部上に金
属などの硬質材からなる座板１５を載せる。

この座板１５には前後方向の長孔１６を設け、チップホ
ルダ３の後端の縦孔に座金１７を介して挿入した固定用
ボルト１８を長孔１６を経てシャンク１のネジ孔にねじ
込んでホルダ３を固定する。

この第２実施例の場合も第１の実施例と同じであるが、
振巾の調節はボルト１８を弛めて座板１５を前後に動か
し、座板１５の前端とホルダ３の下面の接点ａと刃先１
２の距離をかえたのち、ボルト１８を締付ける。

なお、ホルダ３は中程を肉薄にすることにより所望の弾
性を得ることができる。

第５図、第６図に示す第３の実施例では、固定用ボルト
１８が貫通した座金７とチップホルダ３の間に仮バネ２
０を介在させる。

また、この例ではスローアウェイチップ９は硬ロウを用
いたロウ付けなどでホルダ３に固定している。ただし、
第１、第２実施例のようなりランプボルトにより固定し
てもよいことは勿論である。

この実施例の場合、シャンク１の先端近くにエアノズル
２１を設ける。

また、このエアノズル２１を圧縮空気源に連通ずる送気
路２２に連通させ、この送気路２２に連通する分岐回路
には、空気圧の変化を検知する圧力スイッチなどの圧力
検知手段を設け、切削加工中に一定圧力の圧縮空気をノ
ズル２１から板バネ２０の下部の間隙すに噴出させてお
く。

この場合、正常な切削が行なわれている間は、間隙すは
正常値で圧縮空気は間隙すの周囲から外部へ放出されて
いるので、送気路中の空気圧も正常値であるが、切削中
に、刃先１２の摩耗などの原因による過負荷が発生する
とチップホルダ３は大きくたわむから、間隙すが正常時
よりも小さくなり、送気路内の空気圧が上昇して圧力検
知手段が作用し、その信号により工作機械を停止させた
り、警報を発したりする。

第７図、第８図は第４の実施例で、この例では複数枚の
板バネ２０を重ねて固定用ボルト１８で凹所１４に固定
し、上端の板バネ２０の先端上にチップ９を固定したも
ので、他は第３の実施例と同じであるから同一の符号を
付けて説明は省略する。

第９図ないし第１２図に示す第５の実施例はチップホル
ダ３の先端部がシャンク１の先端部に衝突するようにし
たものである。

すなわち、この実施例では、シャンク１の前部上側に先
端が開放された角形横断面のガイド溝２５を形成して、
この溝２５にチップホルダ３を装着する。

上記ホルダ３の先端部上にはスローアウェイチップ９を
固定し、ガイド溝２５の底部とホルダ３の後部下側の間
には第１２図のように摺動自在のライナ２６を介在させ
る。

上記溝２５の後端近くにはその底部から下方に貫通する
縦孔２７を設けて、この孔２７に挿入したローラビン２
８の上端を前記チップホルダ３の後部下側の凹孔３０に
係合させ、ビン２８の下端は縦孔２７の下端の雌ネジに
ねじ込んだネジ２９により抜は止めし、このビン２８に
よりホルダ３を前後に動かないように位置決めする。

また、上記ビン２８は前記ライナ２６の後端の切欠３０
′に遊嵌している。

３１は角形のロックリングで、シャンク１の前部および
ライナ２６、チップホルダ３を囲んでうイナ２６ととも
に進退する。

上記ロックリング３１には、その中間部に横向きのスプ
リングピン３２を固定し、このピン３２を第１２図のよ
うにライナ２６の横孔に挿入するとともに、ガイド溝２
５の両側におけるシャンク１に設けた前後方向の長孔３
３を遊嵌せしめて、ロックリング３１を前後にスライド
させると、チップホルダ３をそのままの位置としてライ
ナ２６が長孔３３に沿って前後にスライド構造となす。

３４はロックリング３１の上側に設けたネジ孔にねじ込
んだ締付はネジで、リング３１を所望の位置にスライド
させたのち、このネジ３４を締付けてリング３１とシャ
ンク１およびホルダ３ならびにライナ２６を一体に固定
する。

また、チップホルダ３の前部下面ｅとシャンク１の先端
部上面ｆの間に適度の間隙ｇを設けて切削振動によりホ
ルダ３の下面ｅとシャンク１の先端部上面ｒが衝突する
構造とする。

また、第６図の実施例と同様にノズル２１を設けるが、
このノズル２１の上端に下面ｅが当るようにしてもよい
。

この場合ノズル２１の調整により間隙ｇを調整できる。

この実施例の場合、チップ９の刃先１２の微小振動によ
りホルダ３が振動すると、ホルダ３の下面ｅとシャンク
１の先端の上面ｆが衝突して振動が助長される。

また、この実施例の場合、ロックリング３１の指標３５
とシャンク１の目盛３６によるライナ２６の位置調整に
より、ライナ２６の上面先端ｉと刃先１２の距離の調節
が行える。

第１３図は縦軸にチップホルダの振動数、横軸に同チッ
プのホルダのバネ定数（板厚または支点距離）をとった
グラフで、バネ定数が高くなると振動数も高くなること
がわかる。

第１４図は縦軸にワークの切削面の粗度、横軸に刃先の
振動数をとったグラフで、振動数が大きくなると面粗度
が向上することが分る。第１５図は切削に要するエネル
ギーを示すグラフで、縦軸にエネルギー、横軸に切削時
間を示す。Ｉは従来から慣用しているバイトを振動させ
ない切削法によるもの、■は公知の各種振動発生装置に
より強制的にバイトを振動させ−る強制振動の場合、■
は前記第５の実施例を用いた自励振動の場合を示す。

このグラフの■でわかるようにこの発明装置の場合が最
もエネルギーが小さく、かつ鋭い立ち上りを示す、これ
が切削性を向上させる要因である。

また、前記第５の実施例の場合、ノズル２１からの圧縮
空気の噴出状態の変化により刃先１２の異常を検出する
点は第４の実施例と同じであるが、第３、第４の実施例
などの間隙すに比較して、間隙ｇがより微小なため、正
常切削の場合もノズル２１の出口から噴出する空気量が
変化する。

すなわち、第１６図は第５の実施例の検知エアー圧力の
変化を示すグラフで、縦軸は検知エアー圧力、横軸は左
から右へ時間の経過を示す。

正常時は（イ）のように一定の圧力を保ちながら一定の
範囲で圧力が変化する。

また、刃先１２が摩耗してくるとワークの抵抗が大きく
なり、チップホルダ３が継続して下方に曲り間隙ｇが継
続して小さくなるので、（ロ）のように正常時より高い
圧力の位置で圧力変化が起るのでこの（ロ）の位置で刃
先摩耗の信号を発するようにする。

さらに刃先１２が欠損してチップ９がワークに接触しな
くなると、ノズル２１は全開のままとなり（ハ）のよう
にエアー圧は最低となるので、この状態を検知したとき
欠損の信号を発するようにするとよい。

前記第３、第４の実施例にも上記第５実施例の衝突方式
を実施できる。

第１７図、第１８図に示す第６の実施例ではスローアウ
ェイチップ３８をシーソー状に揺動するように取付ける
。

すなわち、チップ３８の中央に丸棒状のピン３９を取付
け、シャンク１の凹所１４の両側前寄り上部に横方向の
半円状の溝４０を設けて、凹所１４にはめたチップ３８
のピン３９の両端を溝４０にはめ、凹所１４の底面後部
を一段高い受部４１としてチップ３９の後端面を受部４
１上に接触させる。

４２は板バネで、その後部の取付孔に挿入した固定用ボ
ルト１８を座金１７を介し、シャンク１の上面に設けた
ネジ孔にねじ込んで固定する。

また、上記板バネ４２は２枚とし、下部の仮バネ４２に
設けた半球状凹所４３にはめた鋼球４４をチップ３８の
後部上面に圧着させる。

また、ノズル２１はチップ３８の下部の隙間すに対向さ
せる。

この実施例の場合は刃先１２に加わる切削力により刃先
ａが自動振動し、チップ３８の後部の鋼球４４を介して
板バネ４２に伝えられ、この板バネ４２は若干たわみ負
荷の変動に応じて自助振動を補振する。

この振動がチップ３８に逆伝達されて振動切削が行われ
る。

ノズル２１による過負荷の検出作用は他の実施例と同じ
である。

上記第６の実施例にも前記第５実施例の衝突方式を実施
できる。

第１９図ないし第２１図に示す第７の実施例は中ぐり盤
などに用いる中ぐり用のものである。

この場合、シャンク４５は中ぐり盤などの回転主軸に固
定するもので、その先端に固定したチップホルダ４６に
スローアウェイチップ４７を取付ける。

すなわち、丸棒状のシャンク４５の先端から溝４８を形
成し、この溝４８にチップホルダ４６を挿入する。

そして、シャンク４５の溝４８の片側の挿通孔に挿入し
た固定用ボルト４９をホルダ４６に設けた長孔５０に挿
入し、シャンク４５の他方のネジ孔にねじ込んでシャン
ク４５とホルダ４６を一体に結合する。

この実施例では下孔５１をあけたワーク５２を固定し、
工作機械の主軸にシャンク４５を固定して主軸とともに
シャンク４５を回転させるか、あるいはその逆にワーク
５２を回転させ、シャンク４５を刃物台に固定するなど
の方法で第２０図のように孔を切削する。

この場合も他の例と同様にチップ先端の自動振動がチッ
プホルダ４６のたわみで補振され、チップに逆伝達され
て振動切削が行われる。

また、図示はしていないが、この第７の実施例の場゛合
も他の実施例と同様に圧縮空気の圧力変化を利用する刃
物の異常検知装置や第５実施例のような衝突方式を実施
することができる。

なお、切削時の異常の検出は、前記のような空気圧の変
化を利用する方法の他に、チップホルダや板バネの表面
に、ストレインゲージを貼付して、ひずみを電気的に検
出し、このゲージの出力が一定値を越えたとき異常信号
を発するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は上記のようにシャンクに対して弾性を有する
チップホルダを取付け、ホルダにスローアウェイチップ
を取付けて、切削加工時に生じるチップの刃先の微小な
自動振動を受けてチップホルダを赳わませて補振し、こ
の振動を逆にチップの刃先に伝達させるようにしたもの
であるから、チップの刃先をワークに切り込んで、切削
加工を行なっている状態でチップホルダによる補振作用
でチップの振動の振巾が増大し、チップの刃先の振動が
有効に利用されて切削速度を早くでき、仕上げ面の粗度
が小さくなり、寸法精度が向上する。

また、チップホルダの揺動を利用して空気圧を変化させ
るか、あるいはチップホルダのひずみを電気的に検出す
ることにより、刃先の摩耗などの異常を検出する機能を
与えることもできる。

特に、シャンクの先端部を上記チップホルダの先端部に
接近させて、チップホルダの振動時に、その先端がシャ
ンクの先端部附近に衝突するようにしたものでは刃先の
振動がさらに助長されて切味が一層向上する。

さらに、刃先がワークに接触している時間が短いから、
発熱量が少なく、刃物の耐用性も向上する。

また、シャンクの先端部附近に中間部の支点を中心に揺
動するスローアウェイチップを設け、このチップ後部寄
りを仮バネによりシャンクの受部に圧着せしめたものも
同様にスローアウェイチップの自動振動を利用して振動
切削が行え、さらにこの場合もチップの揺動を利用して
空気圧を変化させる方法、あるいは仮バネのたわみを電
気的に検出することにより、刃先の摩耗などの異常を検
出する機能を与えることもできるなどの効果がある。

さらに、特殊な振動機構を用いず、チップホルダ自体を
弾性を有する構造としたので、簡単な構造で所望の振動
効果が得られる。

その他に切削により生じた切屑が綺麗な螺旋状になるの
で切屑の処理が容易となるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の平面図、第２図は同
上の要部縦断側面図、第３図は第２の実施例の平面図、
第４図は同上の要部縦断側面図、第５図は第３の実施例
の平面図、第６図は同じく要部縦断側面図、第７図は第
４の実施例の平面図、第８図は同上の要部縦断側面図、
第９図は第５の実施例の正面図、第１Ｏ図は同上の平面
図、第１１図は同じく側面図、第１２図は同じく要部縦
断側面図、第１３図ないし第１６図は各種の実験結果を
示すグラフ、第１７図は第６の実施例の平面図、第１８
図は同じく要部縦断側面図、第１９図は第７の実施例の
要部縦断側面図、第２０図は同上の使用状態の平面図、
第２１図は同上の正面図である。 １．４５・・・・・・シャンク、 ３．４６・・・・・・チップホルダ、 ５．１８．４９・・・・・・固定用ボルト、９．３８．
４？・・・・・・スローアウェイチップ、１１．５２・
・・・・・ワーク、　　１２・・・・・・刃先、２０．
４２・・・・・・板バネ、　２１・・・・・・エアノズ
ル、２６・・・・・・ライナ、　　　　　２８・・・・
・・ローラピン、３１・・・・・・ロックリング、　　
３Ｓ・・・・・・ピン、４１・・・・・・受部、　　　
　　　ａ・・・・・・接点、ｂ、ｇ・・・・・・間隙。 第１図 第３図 第７図 第９図 第１１図 第８図 第１０図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）シャンクに後端を固定した弾性を有するチップホ
   ルダの先端に、スローアウエイチップを取付けた振動切
   削装置。
2. （２）上記チップホルダのシャンクに対する固定位置を
   前後方向に自在に調整し得るようにした請求項（１）記
   載の振動切削装置。
3. （３）上記チップホルダの振幅が設定値を越えたことを
   検知するようにした検知手段を備えた請求項（１）また
   は（２）記載の振動切削装置。
4. （４）シャンクに後端を固定した弾性を有するチップホ
   ルダの先端に、スローアウエイチップを取付け、上記シ
   ャンクの先端部を上記チップホルダの先端部に接近させ
   て、チップホルダの振動時に、その先端がシャンクの先
   端部附近に衝突するようにした振動切削装置。
5. （５）上記チップホルダのシャンクに対する固定位置を
   前後方向に自在に調整し得るようにした請求項（４）記
   載の振動切削装置。
6. （６）上記チップホルダの振幅が設定値を越えたことを
   検知するようにした検知手段を備えた請求項（４）また
   は（５）記載の振動切削装置。
7. （７）先端にスローアウエイチップを設けた弾性体を有
   するチップホルダ。
8. （８）シャンクの先端部附近に中間部の支点を中心に揺
   動するスローアウエイチップを設け、このチップの後部
   寄りを板バネによりシャンクの受部に圧着せしめた振動
   切削装置。
9. （９）上記スローアウエイチップの振幅が設定値を越え
   たことを検知するようにした検知手段を備えた請求項（
   ８）記載の振動切削装置。
10. （１０）中程位置にチップホルダとの係合ピンを挿入す
    る孔を設けたスローアウエイチップ。