JPH032627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超硬材料から成る工作物又は少なく
とも加工部位が超硬材料から成る工作物を送り運
動を与えることのできる加工工具、特に超音波加
工工具で加工するときに、移動運動を検出する調
整器を用いて工作物に対する加工工具の送り運動
を検出しかつ加工工具を保持する機械部分の追従
運動に変換して工作物を加工する加工方法と加工
装置とに関する。

送り運動を与えることのできる加工工具を工作
物に当接させて加工する場合、特に超音波加工す
る場合に高い精度を得えるためには工作物に対す
る加工工具の当接圧を一定に保つことが必要であ
る。しかしながら加工工具を所定の圧力で工作物
に当接させておいても、加工工具が工作物に侵入
すると当接圧は低下する。したがつて所定の当接
圧が得られるように加工工具は常に後調整されな
ければならない。

本発明の課題は冒頭に述べた形成の装置を改良
して簡単な手段で精確な当接圧が常に得られるよ
うにすることである。

この課題は本発明によれば冒頭に述べた加工方
法において、直線運動可能な主軸として構成され
た機械部分とこの機械部分に不動に結合されたす
べて部材の重量を重力に抗して作用する空気又は
液圧力で相殺し、工作物に対する加工工具の当接
圧を主として前記空気又は液圧力に抗して作用す
る他の液圧力によつて生ぜしめ、後者の空気又は
液圧力を調整器で一定に保つことによつて解決さ
れた。

本発明の方法を実施するために加工装置の特徴
は、超硬材料から成る工作物又は少なくとも加工
部位が超硬材料から成る工作物を送り運動を与え
ることのできる加工工具で加工する加工装置にお
いて、加工工具がサーボ力で移動可能に支承され
た機械部分に保持され、この機械部分と別の機械
部分との間にこれらの機械部分の間の相対運動を
検出する距離信号発生器が設けられており、別の
機械部分がモータで移動可能に機械フレームに支
承されており、超音波加工工具として構成された
加工工具がピストンと結合された主軸として構成
された機械部分に保持されており、ピストンがヘ
ツドとして構成された別の機械部分に不動に結合
された複動式のシリンダ内で移動可能であり、こ
のシリンダの下側のシリンダリング室が主軸と加
工工具との重量を相殺する空気又は液圧力で負荷
されかつ上側のシリンダ室がサーボ力を形成する
空気又は液圧力で負荷されるようになつており、
両方の空気又は液圧力の比がピストン運動を検出
する距離測定器によつて極めて正確に調整可能で
あることである。

本発明の利点は工作物に対する加工工具の当接
圧を簡単な形式で精確に一定に保つことができ、
ひいては高い加工精度を得ることができることで
ある。

本発明の有利な実施例は特許請求の範囲第２項
から第７項までと第９項から第１８項までとに記
載されている。

次に図面につき本発明の実施例を説明する。

略示された超音波加工機械の送りヘツド１には
主軸２が矢印３方向に上下移動可能であるように
支承されている。下方の端部に主軸２は公知の構
造形式の超音波変換器４を保持している。該超音
波変換器４の下には超音波変圧器５が配置されて
おり、該超音波変圧器５は超音波加工工具６と結
合されている。この超音波加工工具６は本発明の
構成では一定の圧力で加工しようとする工作物に
対して押付けられる。この場合には該工作物は例
えば硬度がほぼダイヤモンドの硬度に相当するセ
ラミツクのような超硬材料である。主軸２の移動
可能な支承の摩擦を少なくするためには主軸２と
送りヘツド１との間にボールスリーブ７が設けら
れている。

主軸２の、加工工具６とは反対側の端部には、
液圧式の送り装置が配置されている。該送り装置
８は工作物に加工工具６を一定の圧力で圧着する
ために用いられている。図示の実施例でこの送り
装置８はピストン１０を有している複動式の液圧
シリンダ９である。リング状のシリンダ室１１に
は液圧媒体は第１の接続部１２及び第１の圧力調
整装置４６を介して供給される。第２の接続部１
４及び第２の圧力調整装置４８を介してシリンダ
室１３には圧力がかけられる。シリンダ１１内の
圧力は、ピストン１０を含め主軸２に固定されて
いるすべての部分を含めた主軸２の重量による下
方へ向けられた力が相殺されるような大きな力に
なつている。従つてシリンダ室１３の圧力がなく
なつている状態で加工工具６が加工しようとする
工作物と接触していても該工作物には全く押圧力
がかからない。

所定の押圧力はシリンダ室１３内に液圧媒体を
次に述べるように導入することによつて得られる つまり、液圧式の送り装置がいわゆる「オープ
ンシステム」で働くようになつているとすればシ
リンダ室１３のために所定の圧力を与えることに
よつて、加工工具６の押圧力に完全に一定の値を
与えることができる。

前記加工工具６が加工中に工作物の中に押し込
まれると、主軸２といつしよに同時にピストン１
０も矢印１５の方向で移動する。これに基づいて
シリンダ室１３の容積は拡大し、圧力Ｐ１は低下
する。しかしながら本発明ではこの圧力を一定に
保たれるようにしたいので、このシリンダ室１３
の容積の拡大は阻止されなければならない。

このためには送りヘツド１に検出部材１７を備
えた距離測定装置１６が配置されている。この距
離測定装置１６は誘導式の距離測定装置であると
有利である。検出部材１７の自由端部は例えば超
音波変換器４の上に当接している。はじめにシリ
ンダ室１３の目標容積に相当するゼロ基準点が設
定される。主軸２が矢印１５の方向で移動するや
いなや、距離測定装置１６はその移動距離もしく
は距離値に相応した信号を、後で説明する当接圧
調整装置に与える。この信号の送達は導線１８を
介して行なわれる。

この距離値は殊に他の系統値を考慮して送りモ
ータのための制御信号に変換され、該送りモータ
のための制御信号に変換れ、該送りモータは同様
に矢印１５の方向で、主軸２が加工工具６といつ
しよに下方へ移動した値だけ、送りヘツド１を移
動させる。送りヘツド１が送り装置８のシリンダ
９と不動に結合させていることに基いてシリンダ
室１３の容積は再び目標値に戻される。この結
果、距離測定装置１６においても再びゼロ基準位
置が得られる。

次に第２図のブロツク回路図を用いて、まずシ
リンダ室１３内の容積を一定に保つことで働くい
わゆる「オープンシステム」である当接圧調整装
置を説明する。

ブロツク１９は送り装置８を略示したものであ
る。この送り装置８は距離測定装置１６と前述の
形式で協働する。該距離測定装置１６には検出部
材の当接レベル２０を調整するための装置が属し
ている。超音波変換器４、超音波変成器５及び超
音波加工工具６から成つている振動ユニツト２１
には、加工しようとする工作物に対する当接圧を
一定にした状態で送りが与えられる。この送りは
矢印２２で示されている。

距離測定装置１６は超音波加工工具６がある行
程距離を進むと、主軸２のそのときの絶対位置に
相応した距離値信号２３を復調器２５を有する発
振器２４に送る。該復調器２５からは主軸２の絶
対位置に比した信号２６が比較装置２７に達し、
該比較装置２７自体は主軸の相対距離に比例した
信号を導線４９を介して後続の第１の調整増幅器
３０に送る。比較装置２７は距離測定装置のゼロ
基準点を調整する目標値信号２８を受け取る。こ
の目標値信号２８は調節装置２９から発信され
る。調整された差信号３１は第１の調整増幅器３
０を出て第２の調整増幅器３２に送られる。この
調整増幅器３２にはそのときの加工時期を適正化
する信号３３が送られかつまた懸濁液の供給サイ
クル信号３４が送られる。これらの３つの信号は
いつしよになつて適正化された差信号３５を生ぜ
しめ、この差信号３５は四象限サーボ調整器３６
に送られる。この四象限サーボ調整器３６は導線
３７を介して送りヘツド１のための送りモータ３
８と接続されている。この送りモータ３８は主軸
２及び加工工具６に対して相対的に複動式のシリ
ンダ９の送り運動３９を生ぜしめる。距離測定装
置１６がゼロ基準点に相応した信号を発すると送
り運動３９は終了する。シリンダ９のこの相対運
動はシリンダ室１３内の目標容積の回復をもたら
す。送りモータ３８の運動速度は、相応のタコメ
ータ電圧４１を発するタコメータ４０を介して四
象限サーボ調整器３６に通報される。

シリンダ室１３内では圧力Ｐ１が生ぜしめられ
ているのに対し、シリンダ室１１内の圧力はＰ２
で示されている。シリンダ室１１内の圧力Ｐ２は
概に説明したように加工工具６と移動不能に結合
されているすべての部材の重量を相殺し、従つて
圧力Ｐ１だけが工作物に対して加工工具を当接さ
せる圧力を決定する。

前記のシリンダ室１１内の圧力Ｐ１の直接的な
測定は圧力測定装置５３により行なわれる。この
圧力測定装置５３はそのときの圧力Ｐ１の値を圧
力信号５４として圧力比較装置５５に引き渡し、
該圧力比較装置５５はその圧力Ｐ１を圧力調整器
５６で調整された目標値５７と比較し、両方の値
の差があると、圧力差信号５８を生ぜしめる。該
圧力差信号５８は圧力調整増幅器５９で圧力調節
信号６０に調整され、該圧力調節信号は調節可能
な第２の圧力調整装置を介して圧力Ｐ１の付加的
な微調整を行なう。

加工面の上へより良く懸濁液を供給するために
加工時間中に工具を短時間工作物から持ち上げる
ときには、この過程は二通りの形式で行なうこと
ができる。一方ではロツク装置４４により主軸２
が短時間ロツクされ、同時に送りモータ３８によ
り送りヘツド１が短時間だけ戻されかつ再び接近
させられることで行なわれ、他方では送りヘツド
１が補助ロツク装置４５によりロツクされ、同時
に圧力Ｐ１が調整可能な第２の圧力調整装置４８
により弱められかつ圧力Ｐ２が遮断機構４７を有
するバイパス導管により高められることによつて
前記の戻り運動と再接近運動とが与えられること
で行なわれる。加工過程のための目標条件が再び
適当に調整されると加工過程は続行される。

「クローズシステム」で働く場合には、距離測
定装置のゼロ基準点を成す目標値信２８が比較回
路２７に送られる。この目標値はシリンダ室１３
内でぜしめられる圧縮圧力を決定する。

「クローズシステム」においては調整された差
信号３５は四象限サーボ調整器３６を介してシリ
ンダ室１３内の圧縮圧力を再び目標値にもたらす
かあるいは一定に保つために使用される。「クロ
ーズシステム」と「オープンシステム」との間の
その他の根本的な相違は認められない。

加工面の上に懸濁液がより良く供給されるよう
に加工時間中に工具を工作物から短時間だけ持上
げることは、「クローズシステム」では「オープ
ンシステム」とは異つて次に述べる形式でしか行
なうことができない。すなわち、主軸２がロツク
装置４４により短時間ロツクされ、同時に送りヘ
ツド１に送りモータ３８により戻り運動及び再接
近運動が与えられる。加工過程の続行は加程工程
のための適当な目標条件が再び得られることによ
つて生ぜしめられる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による装置の１つの実施例を示し
たものであつて、第１図は本発明の加工装置の、
加工工具を有しかつ移動可能であるように送りヘ
ツドに支承されている主軸の範囲の概略側面図、
第２図は加工工具の液圧式の当接圧調整装置のブ
ロツク回路図である。 １…送りヘツド、２…主軸、３…矢印、４…超
音波変換器、５…超音波変成器、６…超音波加工
工具、７…ボールスリーブ、８…送り装置、９…
シリンダ、１０…ピストン、１１，１３…シリン
ダ室、１２，１４…接続部、１５…矢印、１６…
距離測定装置、１７…検出部材、１８…導線、１
９…ブロツク、２０…当接レベル、２１…振動ユ
ニツト、２２…矢印、２３…距離値信号、２４…
発振器、２５…復調器、２６…信号、２７…比較
装置、２８…目標値信号、２９…調整装置、３０
…調整増幅器、３１…差信号、３２…調整増幅
器、３３，３４…信号、３５…差信号、３６…四
象限サーボ調整器、３７…導線、３８…送りモー
タ、３９…送り運動、４０…タコメータ、４１…
タコメータ電圧、４２，４３…信号発生器、４４
…ロツク装置、４５…補助ロツク装置、４６，４
８…圧力調整装置、４７…遮断機構、５３…圧力
測定装置、５４…圧力信号、５５…圧力比較装
置、５６…圧力調整器、５７…目標値、５８…圧
力差信号、５９…圧力調整増幅器、６０…圧力調
節信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超硬材料から成る工作物又は少なくとも加工
   部位が超硬材料から成る工作物を、送り運動を加
   えることのできる加工工具で加工するときに、移
   動運動を検出する調整器を用いて工作物に対する
   加工工具の送り運動を検出しかつこの送り運動
   を、加工工具を保持する機械部分の追従運動に変
   換して工作物を加工する加工方法において、直線
   運動可能な主軸２として構成された前記機械部分
   とこの機械部分に不動に結合されたすべての部材
   の重量を重力に抗して作用する空気又は液圧力Ｐ
   ２で相殺し、工作物に対する加工工具６の当接圧
   を前記空気圧又は液圧力Ｐ２に抗して作用する他
   の空気圧又は液圧力Ｐ１によつて生ぜしめ、後者
   の空気圧又は液圧力Ｐ１を前記調整器で一定に保
   つことを特徴とする、工作物の加工方法。 ２ 加工工具６を保持する機械部分２の移動運動
   を距離測定器１６で検出し、その距離測定値を前
   記調整器において、工具の移動により低下した空
   気圧又は液圧力Ｐ１を高める圧力値に変換して実
   際値を目標値に変える、特許請求の範囲第１項記
   載の加工方法。 ３ 距離測定器の距離測定値を比較装置２７にお
   いて距離目標値２８と比較し、この比較装置２７
   において得られた差値４９を１つの調整器３６に
   送り、この調整器３６によつて空気圧又は液圧式
   の送り装置８のシリンダ９又はそれに類似したも
   のを、このシリンダ９又はそれに類似したもの内
   で目標容積が再び得られるように移動させる、特
   許請求の範囲第２項記載の加工方法。 ４ 距離測定器の距離測定値を比較装置２７にお
   いて距離目標値２８と比較し、この比較装置２７
   において得られた差値を１つの調整器３６に送
   り、この調整器３６によつて空気圧又は液圧力の
   送り装置８のシリンダ９又はそれに類似したもの
   を、このシリンダ９又はそれに類似したもの内で
   目標圧が再び得られるように移動させる、特許請
   求の範囲第２項記載の加工方法。 ５ 比較装置２７の差値４９が少なくとも調整区
   間における圧力勾配量と機械的な固有共振を考慮
   して増幅しかつ変成し、調整増幅器３２に適合し
   た差値信号３１を形成する、特許請求の範囲第３
   項又は第４記載の加工方法。 ６ 調整増幅器３２に適合された差値信号３１の
   時関特性を実際の加工期に関連して変化させ、次
   いで加工及び冷却用の懸濁液のサイクル信号３４
   と重畳させ、このようにして形成された適正な差
   信号３５を調整器３６に送る、特許請求の範囲第
   ５項記載の加工方法。 ７ 距離測定器１６の距離値２３で空気圧又は液
   圧式の送り装置８のシリンダ９又はそれに類似し
   たものの目標容積又は目標圧力を一定に保つため
   に送り装置８に直接的に送る、特許請求の範囲第
   ２項記載の加工方法。 ８ 超硬材料から成る工作物又は少なくとも加工
   部位が超硬材料から成る工作物を送り運動を与え
   ることのできる加工工具で加工する加工装置にお
   いて、加工工具６がサーボ力で移動可能に支承さ
   れた機械部分に保持され、この機械部分と別の機
   械部分との間にこれらの機械部分の間の相対運動
   を検出する距離信号発生器１６が設けられてお
   り、別の機械部分がモータ３８で移動可能に機械
   フレームに支承されており、超音波加工工具６と
   して構成された加工工具がピストン１０と結合さ
   れた主軸２として構成された機械部分に保持され
   ており、ピストン１０が送りヘツド１として構成
   された別の機械部分に不動に結合された複動式の
   シリンダ９内で移動可能であり、このシリンダ９
   の下側のシリンダリング室１１が主軸２と加工工
   具との重量を相殺する空気圧又は液圧力Ｐ２で負
   荷されかつ上側のシリンダ室１３がサーボ力を形
   成する空気圧又は液圧力Ｐ１で負荷されるように
   なつており、両方の空気圧又は液圧力の比Ｐ１：
   Ｐ２がピストンの移動を検出する距離測定１６に
   よつて極めて正確に調整可能であることを特徴と
   する、工作物の加工装置。 ９ 主軸２が送りヘツド１又はそれに類似したも
   のにボールスリーブ７を介して案内されている、
   特許請求の範囲第８項記載の加工装置。 １０ 距離測定器１６が発振及び復調器２４，２
   ５と接続されており、この発振及び復調器２４，
   ２５が比較装置２７と接続されており、この比較
   装置２７がサーボ調整器が送りヘツド１又はそれ
   に類似したものの送り運動のための送りモータ３
   ８と接続されており、送りモータ３８がタコメー
   タ４０を介してサーボ調整器３６と接続されてお
   り、比較装置２７が付加的に目標値信号発生器２
   ９と接続されている、特許請求の範囲第８項記載
   の加工装置。 １１ 発振及び復調器２４，２５が出力側に接続
   された第１の調整増幅器３０を有する比較装置２
   ７を介してサーボ調整器３６とを接続されてお
   り、比較装置２７が付加的に目標値発生信号とを
   接続されている、特許請求の範囲第１０項記載の
   加工装置。 １２ 出力側に接続された第１の調整増幅器３０
   を有する比較装置２７が第２の調整増幅器３２を
   介して間接的にサーボ調整器３６と接続され、第
   ２の調整増幅器３２が懸濁液供給キイクルの信号
   発生器４２と加工期を適性化するための信号発生
   器４３と接続されている、特許請求の範囲第１１
   項記載の加工装置。 １３ 主軸２のための制御可能なロツク装置４４
   を有し、懸濁液供給サイクルのための信号発生器
   ４２が一方では第２の調整増幅器３２に接続さ
   れ、他方ではロツク装置４４に接続されている、
   特許請求の範囲第１２項記載の加工装置。 １４ 懸濁液供給サイクルのための信号発生器４
   ２が一方では第２の調整増幅器３２と接続され、
   他方では送りヘツド１のための補助ロツク装置４
   ５に接続されている、特許請求の範囲第１２項記
   載の加工装置。 １５ 補助ロツク装置４５が送りヘツド１のモー
   タのためのブレーキとして構成されている、特許
   請求の範囲第１４項記載の加工装置。 １６ 下側のシリンダ室１１への空気力又は液圧
   媒体の接続部１２が第１の圧力調整装置４６と接
   続されており、この第１の圧力調整装置４６に対
   して並列に遮断機構４７により遮断可能なバイパ
   ス導管が設けられており、遮断機構４７が懸濁液
   供給サイクルのための信号発生器４２と接続され
   ている、特許請求の範囲第１５項記載の加工装
   置。 １７ 上側のシリンダ室１３に対する空気力又は
   液圧媒体の接続部１４が第２の圧力調整装置４８
   と接続されている、特許請求の範囲第１６項記載
   の加工装置。 １８ 圧力測定器５３が上側のシリンダ室１３に
   取付けられており、この圧力測定器５３が圧力比
   較器５５と接続されており、圧力比較器５５が一
   方では圧力目標信号発生器５６と接続されて、他
   方では圧力調整増幅器５９に接続されており、こ
   の圧力調整増幅器５９が圧力調整装置４８と接続
   されている、特許請求の範囲第１７項記載の加工
   装置。