JPH07502459A - 超音波励起されるホーニング工具およびその再調節方法 - 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】 超音波励起されるホーニング工具およびその再調節方法本発明は、自由長か超音 波振動の波長の半分の整数倍に等しく、励起された加工状態で切削剤コーティン グの輪郭かホーニング工具の自由端から見て円錐状範囲とそれに続く円筒状範囲 を有する、超音波励起されて固有振動数で振動するホーニング工具に関する。本 発明は更に、このような工具を摩耗時に再調節するための方法に関する。

このようなホーニング工具は、ＰＣＴ／ＥＰ　９１１０２０６４に記載されてい る。個々の特徴はドイツ連邦共和国特許出願公開第３９１９８９５．２−１４号 公ｆｉｌによって既に知られている。

本発明の課題は、切削能力か一層改善されるように、この種のホーニング工具を 更に改良することである。

定期刊行物の”工場と経営（Ｗｅｒｋｓｔａｔｔ　ｕｎｄ　Ｂｅｔｒｉｅｂ）　 １１８　”　１９８５年、第３９３〜３９５頁、特に第３９４頁の第４１項に記 載されているホーニング工具の場合には、回転運動と軸方向の行程運動からなる ホーニング加工工程に、液圧シリンダで発生する相対振動運動か重ね合わされる 。それによって、前進行程運動時に切削速度か速くなり、後退行程運動時にホー ニング砥石の自己研ぎか行われる。米国特許第２９３９２５０号明細書により、 “共振ホーニングと呼ばれる方法か知られている。この方法は、ホーニング帯片 か送り棒によって半径方向に調節可能であるホーニング工具によって加工を行う 。この送り棒には、それを取り囲むコイルによって磁気ひずみを介して、周期的 な半径方向の送り運動か加えられる。それによって、切削剤コーティングの自己 研ぎか達成される。米国特許第２９３９２５１号明細書により、２０〜ｌ０００ ００Ｈｚの周波数で、すなわち可聴範囲の上方の周波数で工具または工具ホルダ ーを励起し、切削剤コーティングの連続的な自己研ぎを行うことか知られている 。可聴範囲の上方の周波数の選択は、雑音を避けるために行われる。しかし、工 具は固有振動しないで、振動伝達の剛体として作用する。

いわゆる“超音波エロージョン“は技術的には穴の内面の加工に関するものでは なく、超音波励起された加工ヘッドによる穴の形成に関するものである（採寸い ついては、ＶｅｔｔｅｒおよびＡｂｔｈｏｆｆ　、ドイツ技術者協会２．１０８ （１９６６年）第１１号、第４５９〜４６２頁および第５１２〜５１５頁参照） 。この文献から、超音波励起される工具本体の採寸の詳細か推察可能である。し かし、冒頭に述へた種類のホーニング工具の改良については示唆していない。

前記の課題は本発明に従い、超音波励起時に半径方向の振動成分の振幅を考慮し て切削剤コーティングの補正輪郭から加工輪郭が生じるように、静止位置て補正 輪郭か加工輪郭と異なるよう定められていることによって解決される。

本発明の有利な実施形は請求の範囲従属請求項に記載しである。

本発明によって、穴の表面と穴の形状補正を改良することかできる。特に、穴の 形状補正の改良が際立っている。なぜなら、本発明に従って形成された工具によ る加工か、公知の工具の場合よりもきわめて良好な精度と共に大きな切削加工能 力を有するからである。

この高周波ホーニング工具の他の変形例は、非円形の形状の場合にも使用可能で あり、例えば楕円形の穴、トロコイドまたは内歯を加工することかできる。この 工具は、ホーニングの場合に一般的であるような回転はもはや行わないで、非円 形の内側形状部の中に超音波励起されて長手方向に挿入される。

しかし、この出願で詳しく説明する高周波ホーニング工具は、外側輪郭を加工た めにも適している。そのためには鐘形の工具が必要である。この工具は内部に非 円形の輪郭を有し、ダイヤモンドコーティングを内部に備えている。このような 工具は外歯や多角形プロフィルを加工する場合に使用可能である。

次に、本発明の実施例とその有利な実施形を添付の図に基づいて詳しく説明する 。

図１はスピンドル装置に収容された第１の実施例を示す図、図２は、異なる軸や 輪郭と関連して図１の実施例を示す図、図３は他の実施例を図２のように示す図 、図４は池の実施例の再調節装置を示す図、図５は他の実施例を示す図である。

図１はホーニング工具１を示している。このホーニング工具は雄円錐部２によっ て形成されたその上端か音響伝達体４の雌円錐部３内に装着されている。この音 響伝達体はスピンドル装置５の一部である。このスピンドル装置にはケーシング ６か所属している。このケーシング６は歯車７と歯付ヘルド８を介して回転駆動 される。歯車７は回転軸承された軸突き合わせ部９に装着されている。スピンド ル装置は歯付ベルト９の（図示していない）回転駆動装置と共に、垂直ガイ１へ に沿って昇降可能である。従って、ホーニング工具は矢印１０と１１によって示 すように、回転運動と昇降運動を同時に行うことかできる。音響伝達体４の上端 には、２個の振動クォーツ（圧電要素）１２．１３か設けられている。この振動 クォーツには導線１４を介して励起電圧か供給される。この導線はケーシング６ の穴を通って外へ案内され、そこにスリップリングを経て必要な交流電圧か供給 される。振動クォーツの上方には平衡質量１５か設けられている。音響伝達体４ はフランジ１６．１７を備えている。このフランジはケーシング６に嵌め込まれ ている。フランジか図示のように、薄い個所を有するので、音響伝達体は自由に 動くことかできるよう懸吊されている。ホーニング工具ｌはフランジ２１を備え ている。

二のフランジは引抜きのためのおねしを有する。例えば２０〜２４ｋＩ（ｚの超 音波範囲の励起周波数て振動クォーツ１２．１３を励起すると、軸方向の成分と 半径方向の成分を有する超音波振動か発生する。スピンドル装置の右側に、軸方 向の振動成分の振幅ＡＡと、半径方向の振動成分の振幅Ａ、との空間位置か、ス ピンドル装置や工具と比較して記入されている。それによって、音響伝達体４と ホーニング工具に固有振動数の超音波振動か発生する。

すなわち、ホーニング工具１は振動をいわば剛体として伝達しないて、それ自体 か振動し始める。これは、その長さか図示のように、励起される超音波振動の波 長の半分（λ／２）に等しいかあるいは整数倍（ｎ−■、２・・・）に等しいと きに達成される。ホーニング工具１の嵌め込み固定は、軸方向の振動成分の振幅 ＡＡがホーニング工具の固定端部３０、すなわち固定平面Ｅと自由端部４０で、 それぞれ最大であり、半径方向の振動成分子アの振幅Ａｌｌか固定端部３０と自 由端部４０でそれぞれ零になるように行われる。

ホーニング工具ｌはその下側半部の範囲に、すなわちＬ／２の個所と自由端部４ ０の間に、すなわち１／４波長の端範囲に位置し、切削剤コーティング２０を備 えている。

図２はホーニング工具ｌを拡大して示している。切削剤コーティング２゜は加工 状態で、すなわち超音波励起時に、所定の加工輪郭に、を有する。すなわち比較 的に長い円筒状範囲に、と、それに続く円錐状範囲に、を有する。

この加工輪郭ＫＡは図２においてホーニング工具の左外側に記入されている。

この加工輪郭により、工具か工作物の穴に挿入されるときに、工具は先ず最初に 、円錐状範囲ＫＫによって案内され、その後円筒状範囲に、によって、本来の加 工を前進後退工程運動で行う。この加工輪郭ＫＡを超音波励起された運転状態で 得るために、切削剤コーティング２０の輪郭が半径方向の振動成分子アの振幅Ａ ８によって軸線に沿って変化することを考慮しなければならない。加工輪郭ＫＡ は、超音波励起の際に、振動端部の最も外側の包絡線として切削剤コーティング を示している。これは、静止位置て定められた切削剤コーティング２０の輪郭に よって、すなわち“補正輪郭”Ｋｖによって考慮しなければならない。この補正 輪郭Ｋｖは同様に、図２においてホーニング工具１の左側に示しである。この補 正輪郭は、工具長さの半分を示すＬ／２の個所　−この個所て半径方向の振動成 分子、は最大値を有する　−から、範囲に２の端部まで外側へやや増大し、そこ から直線的にしかも加工輪郭ＫＡよりも大きく減少する。補正輪郭Ｋｖと加工輪 郭ＫＡの間における切削剤コーティングの範囲の工具直径の偏差、すなわちＤ　 （Ｋｖ）−Ｄ（ＫＡ）は、はぼΔＤ＝６〜９μｍの範囲にある。この値の半分か 、偏差時に考慮すべき半径方向の最大の振幅Ａ３にほぼ等しい。更に、設計時に 、変形比、すなわち工具形状の変化に基づく、固定個所３０から自由端部４ｏへ の振幅の変化を考慮すべきである。直径Ｄ１を記入した固定個所３９と、切削剤 コーティング２０て被覆したホーニング工具１の部分との間には、移行輪郭）く 。、か生じる。この移行輪郭も変形比や振動挙動に影響を与え、ホーニング工具 ｌの構造的な設計のためのパラメータとして考慮すべきである。いろいろな移行 輪郭に、。か図２においてホーニング工具ｌの右側に記入しである。

ホーニング工具１の自由端部の直径Ｄ２と比較して固定個所の直径り、が大きく なればなるほど、変形比は大きくなる。従って、切削剤コーティング２０の所定 の直径の場合、固定個所の直径Ｄ１をできるだけ大きくする。

このように形成されたホーニング工具ｌか図３に示しである。このホーニ〉グ］ 二具は、音響伝達体４の端部の収容固定かホーニング工具１の雌円錐部２２によ って行わＩ］る点か、図２のホーニング工具と異なっている。この場合、音響伝 達体４の端部は雄円錐部２３を備えている。固定個所３０における軸方向の振動 成分子Ａの振幅ＡＡ６と、自由端部４０の振幅ＡＡ＋が記入されている。従って 、図示した幾何学的の形状の場合、固定個所３０から自由端部４０まて振幅か増 大する。すなわち、ＡＡＯ・Ａ　Ａ　＋の比か記入したように１より大きい。

図４は他の実施例として、切削剤コーティング１２０を備えたホーニング工具１ ００を示している。切削剤コーティング１２０か摩耗する際、再調節か塑性変形 によって行われる。そのために、ホーニング工具１００は、円錐状範囲ｋｇど円 筒状範囲に、の間の移行範囲を含むその最大摩耗の範囲Ｂ。Ｖに、膨らんた内孔 １２＋を備えている。この内孔の軸方向長さのほぼ全体にわたって、内孔１２１ の拡かり部分１２１′か延びている。再調節のために、図示のように、ホーニン グ工具１００を固定円錐部１３０に挿入する。この固定円錐部は支持ホルダー１ ３１に設けられている。そして、内孔１２１の前側の開口１２１″に押圧片１４ ０を挿入する。この抑圧片には、一点鎖線で示しだ液圧プレス装置によって圧力 か加えられる。心棒として形成した押圧片１４０の前側の端部１４０′か、穴１ ２１の開口１２１＃に挿入される。

押圧片１４０は前側の端部１４０′に段状に拡大した円筒状部分１４０＃を備え ている。この円筒状部分１４０″の直径は、ホーニング工具１００の前側端部の 端面全体をカバーしないで、次のように端面をカバーしている。すなわち、液圧 ブレス装置＋４１によって加えられる力かホーニング工具１゜Ｏに問題なく伝達 され、ホーニング工具１００自体にスラスト応力か発生するように端面をカバー している。このスラスト応力は、摩耗を補償するために、半径方向の塑性変形、 ひいてはホーニング工具の拡大によって減少する。

切削剤コーティングを補償するために、更に、入口振幅ＡＡ１１（図３参照）を 大きくすることもてきる。それによって、その他のパラメータか同じである場合 には、これに相応して、範囲Ｂｃｖにおける半径方向の振動成分の振幅か大きく なる。

切削剤コーティングの摩耗の補償の他の方法は、行程運動のパラメータ、特に行 程運動速度（図１の矢印１１方向の往復運動の速度の変化）を変えることにある 。行程運動速度が遅い場合には、行程運動速度が速い場合よりも、比較的に大き な直径増大が達成されることが判った。これは、ゆっくりした運動の場合には、 切削剤コーティングか切削除去を行い、それによって多量の材料除去、しかも深 い削り取り深さが生じることによる。

例えば回転運動しないで非円形の形を加工するために使用されるような工具か図 ５に示しである。この工具は固定円錐部１５０と工具本体＋５１を備えている。

その際、固定円錐部１５０と工具本体１５１の間の移行輪郭はほぼ直角である。

他の移行輪郭は図５において左側の（ａ）に示しである。その際生しる、高さ方 向における振幅か（ｂ）で示しである。この場合にも、図示のように、工具の長 さは励起される超音波振動の波長の半分に等しい。

参照符号リスト １　ホーニング工具 ２　雄円錐部 ３　雌円錐部 ４　音響伝達体 ５　スピンドル装置 ６　ケーシング ８　歯付ヘルド ９　軸突き合わせ部 １０．１１　矢印 １２．１３　振動クォーツ １４　導線 １５　平衡質量 １６．１７　フランジ ２０　切削剤コーティング ２１　ねじを有するｌのフランジ ２２　雌円錐部 ２３　雄円錐部 ３０　固定端部 ４０　口出端部 ＡＡ　軸方向の振幅 Ａ、　半径方向の振幅 ｆＡ　軸方向の振動成分 子、　半径方向の振動成分 Ａ　Ａ　Ｏ固定個所の軸方向の振幅 ＡＡ１　自由端の振幅 ■＜□　２０の輪郭の円筒状範囲 ｋｇ　２０の輪郭の円錐状範囲 に、　加工輪郭 ■＜、　補正輪郭 Ｌ／２　工具長さと波長の半分の長さの個所Ｉ＜、　移行輪郭 １００　ホーニング工具 １２０　切削剤コーティング １２１　膨らんだ内孔 １２１’　＋２１の半径方向に拡かった部分１２ビ　１２１の前側開口 ＢＧＩ　摩耗の大きな範囲 １３０　固定円錐部 ＋３１　支持ホルダー １４０　押圧片 １４０’　１４０の前側端部 １４０’　１４０の円筒部分 ＋４１　液圧ブレス装置 １５０　固定円錐部 １５１　工具本体 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自由長が超音波振動の波長の半分（λ／２）の整数倍（ｎ＝１，２・・・） に等しく、励起された加工状態で切削剤コーティング（２０）の輪郭（ＫＡ）が ホーニング工貝（１）の自由端から見て円錐状範囲（Ｋｋ）とそれに続く円筒状 範囲（ＫＺ）を有する、超音波励起されて固有振動数で振動するホーニング工具 において、超音波励起時に半径方向の振動成分（ｆＲ）の振幅（ＡＲ）を考慮し て切削剤コーティング（２０）の補正輪郭（ＫＶ）から加工輪郭（ＫＡ）が生じ るように、静止位置で補正輪郭（ＫＶ）が加工輪郭（ＫＡ）と異なるよう定めら れていることを特徴とするホーニング工具。 ２．静止位置で補正輪郭（ＫＶ）の直径が、加工状態で円筒状である範囲（ＫＺ ）に沿って自由端部（４０）の方へ３〜１０μｍだけ増大し、それに続く円錐状 範囲（ＫＫ）において直径が加工状態よりも大きく減少することを特徴とする請 求の範囲第１項のホーニング工具。 ３．切削剤コーティング（２０）がホーニング工具（１）の自由端部（４０）か ら１／４の波長の範囲に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項また は第２項のホーニング工具。 ４、ホーニング工具（１）の固定端部（３０）と、切削剤コーティング（２０） を備えたホーニング工具（１）の部分との間に、先細の移行輪郭（ＫＵＥ）が設 けられていることを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれか一つのホーニン グ工具。 ５．自由端部（４０）における軸方向の振動成分の振幅（ＡＡ１）と、固定端部 （３０）における軸方向の振動成分の振幅（ＡＡ０）との振幅比が、１よりも大 きくなるように（ＡＡ１：ＡＡ０＞１）、移行輪郭（ＫｕＥ）が定められている ことを特徴とする請求の範囲第４項のホーニング工貝。 ６．ホーニング工具（１）の固定端部（３０）が、スピンドル装置（５）の音響 伝達体（４）の端部での固定のために、雌円錐部（２２）を備えていることを特 徴とする請求の範囲第１〜５項のいずれか一つのホーニング工具。 ７．ホーニング工具（１）がそれを引き抜くためのおねじ（２１）を有するフラ ンジを備えていることを特徴とする請求の範囲第１〜６項のいずれか一つのホー ニング工具。 ８．ホーニング工具（１００）が、特に円錐状範囲（ＫＫ）と円筒状範囲との間 の移行部を含む最大摩耗範囲（ＢＣＶ）に、膨らんだ内孔（１２１）を備えてい ることを特徴とする請求の範囲第１〜７項のいずれか一つのホーニング工具。 ９．内側輪郭と外側輪郭が非円形であることを特徴とする請求の範囲第１〜８項 のいずれか一つのホーニング工貝。 １０．ホーニング工貝が半径方向に塑性変形されることを特徴とする、摩耗時に 請求の範囲第１〜８項のいずれか一つのホーニング工具を再調節するための方法 。 １１．プレス装置（１４１）によってホーニング工具（１００）に軸方向から圧 力が加えられ、それによってホーニング工貝（１００）が膨らんだ内孔（１２１ ）の範囲において半径方向に塑性変形されることを特徴とする、摩耗時に請求の 範囲第８項のホーニング工具を再調節するための方法。 １２．固定個所における振幅（ＡＡ０）を大きくすることを特徴とする、請求の 範囲第１〜８項のいずれか一つのホーニング工具を再調節するための方法。