JPS5871001A - 超精密旋削方法及び超精密旋削装置 - 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】 旋削加工では、切削工具刃先を縦送ｑＬで得られる工作
物の円筒面、大面を真円度＝０１円筒度＝０、表面粗さ
中０１−と１し、また（切削工具刃先を横送りして得ら
れる・工作物の端面を表面粗さキ０、直角度＝０とし、
さらＫは縦送り量を大きくして得られるねじ面を表面粗
さキ０１．あるいは表面粗さ＝０、真円ｉ＝ｏ、円筒、
度＝、９という超高精度に加工することを理想と゛す暮
。

さて、との旋削加工のなかで主なる作業である円筒加工
方法を工作物の支持方式で分類すれば、 （１）　　工作物の中心を両センタで支持する両センタ
支持方式 （２）　　工作物の外周をチャックするチャック方式に
大別される。

（１）の方法においては、センタとセンタ穴との形状精
度とその面接触状態が加工精度に関係する。最近罠なっ
て、ようや＜Ｋして、センタ穴を精密加工する新しい方
法が創案でき、センタとその形状精度、面精度を誤差ゼ
ロとして面接触させて工作物を振れなく支持するととに
成功した。そして、この剛性のある工作物を振動切削に
よるパルス切削力波形によって旋削加工して、アルミ合
金、銅合金、炭素鋼、ステ／レス鋼、焼入鋼の工作物を
真円度＝０１円筒度＝０に岬精密加工することに成功し
てその成果を発、表した。（精密機械、４．７巻１ｏ号
、　Ｐ、１２５２）。

“　とζろが、この両センタ方式は円筒の外聞面の加工
には適しても中ぐりゃめねじ切りおＸび端面加工などが
できない欠点があって一般的な工作物の支持方式とは云
えない。旋削加工では（２）の工作物の外聞をチャック
するチャック方式がニ般的な支持方式である。すなわち
、旋盤主軸にチャックした工作物を中心軸のまわりに回
転させて、これを切削工具に縦および横送りを与えて旋
削加工することが一般的な旋削加工方法である。

この旋削加工方法において、真円度＝０１円筒度；０、
表面粗さ＝０という理想としている超高精度がえられる
ようにしたのが本発明である。

次に添附図面に従って本発明の詳細な説明する。真円度
＝０、円筒度＝０の理想的な円筒の旋削加工法は、まず
、工作物が１面転したときの工作物形状を真円度＝０の
正円形状とし、工作物の回転を続けてその正円を重ね合
せて円筒度＝０とする考え方を基本としている。

まず、その真円度＝０旋削加工は第１図において、パイ
）１で工作物２を旋削し、斜＃！８で示す部分を削除す
る際に、バイト刃先ＴＡ　　と工作物の回転中心Ｏｗを
不動状態として旋削することＫよって真円度ゼロのプロ
フィル４が得られて実現する。その方法はコンパスの針
を不動にして紙面を押え、鉛筆を半径方向に変動させな
いようにして回転させることによって正円が描ける理論
によって着想される。

工作物の回転中心Ｏｗはころがり軸受を用いている従来
の一般の旋盤ではその軸受の構造から第２図の５で示す
斜線面積をもつ形状の範囲内を振れ廻る。すなわち、コ
ンパスの針が振れ廻わらざるをえない不正円成形機構と
なっている。また、適当な長さに工具台から突出して取
付けられているバイト１では鉛筆に相当するバイト刃先
Ｔムは弾性振動して静止しないので第２図に示すような
ばねＡ１．ダッシュボッ）Ｃ工による振動系のもとに動
的力運動をする。これが従来の切削工具とその刃物台で
ある。一方、工作物もその変動する切削力によって弾性
振動するので第２図に示すようなばねり、ダッシュボッ
トＣａ　Ｋよる振動系を考えねばならない状態で旋削加
工するのが工作物側の特長である。

第２図に真円度、円筒度、表面粗さに関係する水平方向
の挙動を解析するに必要な振動系を示す。

この第２図において、回転中心Ｏｗの振れ回り面積５は
、空気軸受、流体静圧軸受などの非接触形の軸受を使用
することによって皆無とし、第８図に示すように点０と
することができる。

また、一方の工具刃先ＴＡ　の動的挙動を皆無とするに
は、切削工具シャンクの断面積を広くして剛性を大きく
シ、刃先の突出し量を極小にして、これを剛性無限大の
刃物台に・取り付けるこ形状を大型寸法に自由に変えて
剛性の改善が計れるが、図面上でその寸法が決められて
いる工作物の形状は切削性を改善す゛るために自由には
変更できない。

したがつ′て、種々のクリヤランスや剛性を強化して設
定切込み方式の旋削加工を理想状態としても、第３図の
ような工作物−工具振動系が示す状態で超精密旋削を実
現しなければならない。

その具体的方法として従来は高速切、削がなされている
。すなわち、高速切削すると、その切削力波形は、 Ｐｔ＝Ｐｔｍｅａｎ　＋ｐｔｓｉｎωｔ　　−・−−−
・（１）で表わされる波形となる。この（１）式で表わ
される切削力波形が等髄質量Ｍ１水平方向のばね定数４
２．永年方向の減衰粘性係数０２の工作物に作用すると
、真円度、円筒度、表面粗さに直接関係する工作物の水
平方向の動的変位Ｘを求めるための運動方程式は、 Ｍ益や。２合＋％ｘ＝Ｐ１ｍｇａｎ＋ｐ、　ｓｉｎ　ｃ
ａ’ｔ−＊　（２、ｄｔ２　　　　ｄｔ 切削抵抗の角面有振動数ωを工作物水平方向の角面有振
動数ωユよりも大きくしてω）ωユとすると、（２）式
より ・中立　　　　・・・・・（３） ２ すなわち、工作物の変位は上式で示されているように時
間ｔの関係項が消去できて、静止項のみとなってしまう
。この物理的意味を説明すれば、工作物を高速回転させ
て高速切削して、その変動する切削抵抗の平均値を示す
Ｐｔ　　の切削力で工作物を水平方向に押しつけ、工作
、物を”４ｇの量たわませた状態で静止させて旋削加工
することができることを意味している。このとき、非接
触形の軸受を使用しているので工作物の回転中心の振れ
はない状態となり、これを送り量にも変化のない往復台
を利用して旋削することによって真円度＝０、円筒度＝
０、表面粗さ；００超精密旋削が可能となる。

以上のような切削力波形の作用効果に着眼して解析して
みると、空気軸受を利用した旋盤でアルミニウムをダイ
ヤモンドバイトで高速切削してレーザ用鏡面や磁気ドラ
ムなどの高精度加工が可能な理由が明確になる。

ところが工作物材質には、今日、高精度旋削加工に成功
している非鉄、軽金属材料はごく一部の工作物材質で、
このほかにステンレス鋼。

焼入鋼、セラミックスなどの、硬ぜい金属および無機材
料が多数ある。しかるに、周知のごとく、ダイヤモンド
バイトは非鉄金属には使用できても工作物材質の大部分
をしめる炭素鋼やその焼入鋼に対しては使用′できない
。第８図の機構による高速切削法は、ごく一部の工作物
材質に対する超精密切削法であって一般的な超精密切削
方法ではないと指摘される。すなわち、室温ではダイヤ
モンドバイトはいかなる工作物材質よりも硬いのである
が、高速切削することによって発生する高温度における
ダイヤモンドの温度特性が影響して工具損耗が著しく鉄
合金の精密切削には適しないのである。超硬工具を用い
て高速切削する場合でも工具摩耗は著しく進行して精密
切削はできない。その上、それらの材料の切削抵抗は大
きく空気軸受あるいは流体静圧軸受の主軸がもっている
最大の欠点である剛性不足によって工作物をチャックし
た主軸系の動的挙動が激しく切込み方向、送り方向に工
作物および工具が激しく振れ動いて精密旋削は不可能と
なる。

高温の発生は低速切削す−ることによって防ぐことがで
きるが、これではω）ω、の条件は満足されず第８図の
工作物−工具振動系が満足されない。こ゛こにおいて、
低速切削させてもω）ωｎの条件をみたし、しかも焼入
鋼といえどもその切削抵抗を軽減できる方法としては、
やはり本発明者がすでに発表した振動切削（隈部淳一部
著、振動切削−基礎と応用、実数出版社）が唯一の方法
であると思料する。

すなわち、第４図において、切削工具ｌを切削方向に振
動数ｆ１振＠ａで振動１させ、切削速度Ｖを切削工具の
最大振動速度２παｆよりも遅くして、ｖく２παｆと
して切削する。６は切削工具の振動姿態を示す正弦波形
である。このとき、切削工具刃先は工作物回転中心Ｏｗ
　　より片振幅αμ３低くい点に位置づけてセットする
。そして、切削工具が振動してその振動１サイクルごと
の切削時間ｔ、で切りくずを生成する瞬間の刃先位置が
切削抵抗Ｐｃ、Ｐｔ　　が刃先に作用してもこの正弦波
形が乱れることなく、つねに工作物回転中心Ｏｗを通る
直線０１０２上に一致するような強力な超音波振動エネ
ルギーを与えて切削工具を振動させる。

このようにすることによって、例えば、切削工具の一周
期の７．−Ｖ。程度の短い時間の切削時間１ｃ　　時間
作用するパルス切削力波形上なる。この１ｅ　　時間は
、例えば切削工具の振動数を２０．０００　Ｈ２，振幅
を１５４ｍとし、切削速度を８０”／、、ｉｎとすると
、′・２６／２ｏ、。。。秒という極めて短い時間とな
る。こめようＫ＜くルス切削力の作用時間が極めて短い
ために゛大きな特徴が現われ、切削温度を上昇させない
で高速切削したと同じような流れ形の切りくずを生成し
て、非接触形の軸受が持っている剛性不足の最大の欠点
が補強されて、その軸受が有する振れがない最大の長所
が積極的に利用でき画期的な成果がえられる。

すなわち、第４図において、パルス切削力波形Ｐｔ（ｔ
）は、 で表わされる。したがって、（５）式の運動方程式が成
り立つ。

１（ この式から工作物の水平方向の動的変位Ｘは１、＝ム、
立。

Ａ ω製 この（６）式において、ω）ωルとすると、“　・立　
　　　　・・・・・・・　（７）４ （７）式となる。時間の項がなくなり、静的変位となる
ことは高速切削による（３）式、の場合と同様であるが
、工作物を取り付けた主軸系の水平方向ばね定数Ａ２が
ユ倍強くなるという剛性化効果Ｃ が得られ志。これはすなわち、見掛は上は切削抵抗が北
〜ン。も小さくなることを意味している。

従来の周知のいかなる方法を結集しても不可能だった空
気軸受を用いた主軸に焼入鋼をチャックしての精密旋削
がこの振動切削によって始めて可能となると七を意味し
ている。実験してみると、真円度、円筒度、表面粗さを
＃１とんどゼロに近い精度で精密旋削できる画期的効果
がえられることが分った。

振動切削してほとんどゼロに近い精度までになしうるが
、真円度＝０、円筒度＝０精度とならないのは旋盤の据
え付は状態と周辺からの振動による主軸の微少振動、ベ
ルト張力の変動による主軸の微少振動、送り機構から発
生する送り量の微少変化量が影響して、切削工具刃先位
置が不規則にごく微量であるが変動してしまうことが多
いためである。このようなときの、工作物−回転中の切
削工具刃先と工作物表面との位置関係を示す、真円度波
形は第５図のような正同基円７のプロフィルに微少量の
突起部８゜９．１０．１１が点在する形状となる。

その表面粗さ、すなわち、工作物中心軸方向の旋削・表
面の断面形状を示す形状も第６図のような一様な表面粗
さ形状に、ところどころ微少突起部１２，１３．１４が
点在する形状を示す。

この突起量は１μｍ　以内のごくわずかな量である。こ
の微少突起量を削除してしまえば振動旋削して得られて
いる正円基円７の真円度＝０の理想的旋削面が得られる
。そこで、その量に相当する極微少量の切込みを与えて
振動、旋削して仕上げ加工をしようとしても、その切込
み量は第４図に示すような一自由度の振動系が切削力を
受けて安定するまでの変位量に相当して工作物は刃先か
ら逃げるのみで切削工具刃先は安定した切りくず生成作
用よりも工作物表面を強く摩擦する不安定な現象を呈し
、真円度−〇を目的として点在する突起量の高さの所定
量を削除することは不可能となる。すなわち、この微少
量を数回に分割した極微少切込みによる仕上げ切削を幾
たび繰返しても真円度＝０、円筒度＝０、表面粗さに不
揃いのない旋削面、あるいはｎｍａｘ　＝　Ｏの鏡面の
旋削円筒面とすることはできない。

工作物に対して所定量切込んだ位置にある切削工具刃先
点から工作物がその切込み量が減少する方向に逃げない
ようＫするためには、ガイドブツシュなどをおいて工作
物と固体接触させてばね定数４２　　を極大とすればよ
いのであるが、これでは非接触形軸受を使用する意味が
なくなる。

いかなる方法を採用しても設定切込み方式のみによる方
法では真円度＝０、円筒度＝０、表面粗さ＝０という超
高精度の旋削加工は不可能なことが分った。

この設定切込みにかわる一定荷重Ｐを作用させて加工す
る定荷重方式によれば、砥石面と工作物表面とは離れる
ことなくいかなる微少量の加工看でもこれを平滑に削除
することができるようになる。このとき、角形砥石１５
に荷重Ｐを与え工作物を回転しただけでは切削できない
。

そこで、この砥石１５を工作物の軸方向、すなわち、こ
の紙面と垂直方向に振動数１００Ｈｚ　以下、振幅０．
５■程度の振動を与えて加工する超まりを発ゞ生させて
鏡面仕上げすることかできる従来から利用されている超
仕上げ機構の考え方を利用する。すなわち、従来の超仕
上げでは、工作物材質、砥石の種類、振動数ｆ１振腎α
を一定としたとき、加工速度Ｖと荷重Ｐによってその効
果が大きく左右されている。この剛性の低い非接触形軸
受を用いた主軸に取付けた工作物を超仕上げの考え方に
よって高精度加工する際には荷重Ｐを極力小さくしても
加工速度を低くくすることなく能率よく加工できること
が分った。この目的に適合する方法としては、砥石を超
音波振動させて発生する振動応力によって砥石の結合度
いわゆる砥石のかたさが低い、すなわ□ち、軟い砥石に
変化する現象を本発明者が発見しているが、この特性を
利用して、従来の超仕上げでは使用されていない粒度３
０００−６０００の硬度の硬い超音波振動砥石に低荷重
および低振動数を作用させながら精密仕上げする方法が
唯一の方法である。

すなわち、第７図に示すように、砥石１５を１００Ｈｚ
以下の低い振動数ｆおよび０．７５ｍ＋程度の片振幅ａ
で工作物の軸方向である、矢印１７の方向に振動させ、
さらに、同じ振動方向に２０＆Ｈｚ以上の超音波斌の高
い振動数ｆおよび７〜１５μｍ程度の片振幅αの振動を
重畳させながら加工速度Ｖで回転する工作物の振動旋削
面に対して低荷重Ｐで押えつけて定荷重方式によって振
動旋削面を微少精密加工するものである。この方法によ
る特長は、振動応力の附加によってその砥石本来の砥粒
結合力が低下してよりわずかな切削抵抗によっても砥粒
が破砕、脱落するため砥石の切れ味は常に鋭く、荷重を
低く＜シても加工能率を゛低下させないところにある。

また、砥粒も＃　８０００から＃　６０００程度の微粒
が使用できるｉ徴がある。、砥石に超音波振動動旋削面
に生じている表面粗さの不揃い部を削除、あるいはその
粗さの量の範囲内（例えば０．５〜２μｍ）の微少量を
削除する過ｉにのみ使用する。ｉして、一様な切削１面
に切削し終えたところで、超音波振動の附加を停止して
１１低い振動数Ｆと振幅への振動のみとして鏡面加工に
移る。このときも、従来の超仕上げ砥石に比べて結合度
の高い、いわゆる硬い砥石を使用している上に微粒径の
砥粒であるために砥石の目づまりは迅速でかつ平滑とな
一す、鏡面加工が従来の超仕上げに比べてより短時間に
終了する効果がえられる。荷重を軽くした定荷重方式に
よって加工するこの新しい精密仕上げ方法の利点は空気
軸受などの弱い剛性の範囲内で工作物側の振動特性を考
慮する必要をなくして、見掛は上、第８図のように、ば
ね４２　　とダッシュポットＣ２を除去して加工できる
点にある。すなわち、工作物の回転中心の移動量Ｘをｘ
　＝　Ｑとして、砥石５は、前加工の振動切削で成形さ
れて振れなく回転している正円基円に沿ってその旋削面
を゛運動しなから正円基円上に点在する微細量の凹凸部
を削除し、一様な表面粗さ形状あるいは蜆面に加工する
ことができる点にある。

このようにして、いよいよ理想とする第９図に示す真円
度＝０の正円に加工することができる。この要因は空気
軸受のような剛性の低い主軸を使用しても振動切削によ
ってＨＲＣ６０程度の焼入鋼などの硬い材料に対しても
正円基円の下地が成形できる点にある。往復台を縦送り
して振動切削して円筒加工を行い、あるいはみぞ加工を
附加し、またねじ加工を行い、次いで中ぐりを行い、さ
らに横送りして正面切削を実施して、それぞれの加工面
の平行度、直角度、同軸度などの平均的精度をいずれも
ゼロとし、その工作物をチャックしたまま、表面粗さ程
度のばらつきによって現われている該旋削面の表面・形
状を同一往復台を縦送り、あるいは横送りして精ｉ仕上
げ装置による振動砥石によって修整仕上げ加工してしま
うために円筒表面の各点の直径寸法誤差をゼロとし、他
の加工箇所との形状誤差をゼロとしていよいよ円筒面、
みそ面、大面に円筒度＝０という超精密円筒加工が実現
する効果がもたらされる。そして、この効果は超精密旋
削を高速切削のみに依存している従来の旋削法と異なり
、振動切削においても、また新しい超精密仕上げにおい
ても工作物の外周周速度は６０”χ、ユ以下の低い切削
速度において得られるところが特長である。したがって
、本発明によって主軸駆動装置は簡略化され、ベルトの
振動による影響が少なくなる効果も得られ、る。

焼入鋼の加工には従来研削砥石が用いられている。切削
工具に代ってこの研削砥石による加工と比較すると、非
鉄金属に対しては不適当とする工作物材質に制限が生ず
ること、みぞおよびねじ加工や曲面などの同時加工が困
難なことなど加工形状にも制限が生ずるという欠点があ
る。すなわち、砥石外周の砥粒集団の直線切刃群や砥石
端面の直線切刃群によると、工作物の材質と加工形状に
制限が生ずる。

これに対して点に相当する切刃をもつ切削工具を縦、横
送りして、非鉄金属や鉄金属また焼入鋼、あるいは最近
のセラミックス材にいたるまで、あらゆる形状の工作物
の精密切削を可能にするパルス状切削力波形による振動
切削は旋削加工を万能とするもので、さらに最終工程で
その微少の表面形状の凹凸を角形砥石による新しい精密
仕上げ装置を利用して修整して、真円度＝０、円筒度＝
０、表面粗さ±０とし、他の旋削面との形状精度の関係
もその誤差をゼロとして仕上げる本発明は超高精度旋削
加工を可能とする唯一の方法であり、そして、この方法
を実施する本発明の旋盤は理想的な旋盤となる。

第１θ図は本発明方法を実施する旋盤の一実施例平面図
である。工作物形状が直径に比べて短い場合には、該工
作物の一端を、チャックするのみでその外周、端面の旋
削加工ができるが、長さの長い工作物に対しては図示の
ように工作物他端の中心にセンタ穴を設け、これを超精
密加工してデッドセンタで支持して、円筒加工、ねじ切
りなどの旋削作業を行うことができる。−゛・本発明に
おける主軸回転数は低いうえにセンタ穴径は小さいので
その同速度は遅い。従って非接触形軸受の機能を阻害す
ることなく本発明の方法を実施することができる。

旋盤ベッド上に空気軸受によって支えられている主軸を
有する主軸台１８および心押台２１’を設け、主軸端に
はチャック１９を取付け、工作物２０の一端外周をチャ
ーツクし、他端は精密センタ穴加工してセンタｚ２の円
す、い面と一様に均一に固体接触す・るセンタ穴を利用
゛してセンタ２２によって軸径に比較して長さの長い工
作物２０を支持する。また、ベッド上には往復台２８を
取り付ける。この往復台と旋盤ベッドと。

の接触機構は従来の旋盤と同様に固一体接触機構と主・
軸回様に空気あるいは流体の静圧機構による非接触機構
とが使用される。両者、のうちいずれを使用しても切込
み方向の時間的変動をなくし、送り速度に変動のない往
復台送り機構とする。・この往復台ｚ３上には振動切削
装置取付台２４を取りつける。該取付台２４には・超音
波縦振動子８８によって駆動される振動切削・バ、イト
２７を取りつけて、超音波発振機４２−によってバイト
刃先を一振動数ｆ、　＝　２０．＆Ｈｚ　、片振＠、　
ＣＬｌ、＝１５μｍ程度の振動姿態で超音波振動させる
。この振動バイト刃先形状は円筒加工、端面加、工、み
ぞ加工、ねじみぞ加工が実施できる形状として旋削作業
に応じてこれらを交換して使用する。

そして、さらに、同一往復台上の向う刃物台には商用サ
イクルで一定方向に回転する電動機の回転運動をリンー
ク機構あるいはすべり子クランク機構などを利用して往
復運動に変換し、砥石４・０に振動数Ｆ　＝　２５〜５
０　Ｈ２ｓ片振幅Ｎ＝０．２５〜１ｍ程度の゛工作物の
軸方向と同方向の低周波振動を与えることができる従来
と同じ機構による超仕上げ装置８５を取り付ける。この
装置８５に、はさらに２０　ｋＨｚ　〜５０　ｋＨｚ程
度の継電ねいあるいは磁わい・超音波振動子・↓１およ
びその振幅を拡大する縦振動振幅拡大用ホーン８９なら
びに振動子の固有振動数をもつで一共振するアルミニウ
ム裏白げ振動シャンク先端に角形砥石を接着しイなる超
音波振動砥石４０をその振動系に生ずる振動節を利用し
て振動方向が図示のように低同波振動の方向と同方向に
なるように取付治具８８によって固淀する。超音波振動
子 石を振動数ｆ２＝’２０〜５０＆）（、片振幅α２＝５
〜１５μｍ程度で超音波振動させる。

第１１図に示す如くバイト２７はその形状を縦振動子３
３の固着振動数と曲げ共振する形状として、その振動節
を利用して締付金具２６およびボルト２９．８０によっ
てバイトホルダ２５に固定する。バイトホルダ２５は一
動切削装置取付台２４に取りつける。さらにバイト２７
の尾部振動腹には冷却＃ｆｆ８４内に押入され−でいる
縦振動子３８で駆動されて縦振動する縦振動振幅拡大用
ホーン８２の先端を接触させ、該振動系ホーンの振動節
に生ずる振動節を利用して固定治具８１およびホーン先
端ボルトによってホーン先端とバイトとを固定する。こ
のよ−第１２図に示す如く、電動機８６の回転軸の回転
数を所定の振動数となるようにベルトを利用して変速し
、これを装置８５内で低周波振動数の往復運動に変換し
、摩擦少く摺動できる機構をもった加圧機構８７を利用
して砥石４０と工′作物との接触面に軽荷重Ｐをもって
作用さへせうるようにする。　　　５　　　　　　　　
−次に本発明によりて得られる具体的効果の１例を直径
４０１ｍ、長さ１２０■の特殊鋼ＳＫ８を焼入れした焼
入鋼工作物を空気軸受で支えた旋　２盤主軸に、チャッ
ク長さを８０ｍとしてチャックして、突出し長さ９０■
の円筒面を１．真円度＝０１円筒度＝０１表面粗さ＝＝
＋Ｏという高精度に超精密加工する場合によって説明す
る。

まず、振動切削して正円基円を旋削成形する。

主な′る切削条件を次に示す。バイト振動数：１９．８
ｋＨ２１片振幅＝２０μｍ１バイト形状：前切刃角１０
、横切刃角１０．すくい角１０’、バイト材質：超硬Ｋ
ＩＯ１切削速度：　２０ｍ／ｍｉｎ　、切込み：０．０
１■、送り：　０．０２＋ｓＩ／ｒｇｚ＋　、　、Ｘピ
ントル油トマシン油をＪの混合油を切削ｇ剤として使用
する。表面粗さは部分的に幾何学的あらさと等しい１．
７μｍが得′られるが、旋削長さ８０■全長にわたって
測定すると最大値２．１μｍ１最小値１．５μｍ　が得
られる。真円度の測定値は０．４〜０．６　ｐｙｎの範
囲′　　で得られる。真円度のプロフィルは正円基円に
対してところ・どころに突起部が点在する形状となって
いる。

この振動旋削面をチャック状態はそのまま圧して直ちに
角形砥石によって精密仕上げを実施する。砥石の種類：
　ＷＡ　８０００　、　ＲＨ２０、砥石振動数、振幅：
低闇波振動数、振幅Ｆ　＝　９５Ｈｚ。

Ａ＝０．７５ｍｍ、超音波発振機Ａ　＝　２８＋Ｈ（、
ａ、＝７．５μｍ、加工速度：　４Ｑ　ｍ／ｍｉｎ　、
工作液：軽油、砥石圧力’　１．０ｋｙｆ／ｃｄ　ｓ送
り：　０．１　ｖｍ　／ｒｅ　ｖ　。

以上の条件ヤ約５分間仕上げ加工することによって、振
動切削した前加工の表面形状の不揃いが修整され、この
ＷＡ　８０００の砥石による均一な表面粗さに仕上げら
れる。このとき超音波振動を停止して、低同波振動のみ
として約１０分間仕上げ加工することにして、０．１μ
＊　ｆｉ、ｍａｘ以下の錠面をもった真円度＝０、円筒
度＝０の超精密円筒面が得られる。

以上説明したように、空気軸受あるいは流体静圧軸受で
主軸を支持し、旋盤ベッド面に対しても空気あるいは流
体に静圧を与えて往復台を浮かせて支持す石、構造″Ｖ
虫噸會企に振動切削装置。

を取付けて諸論削加工ができるようＫＬ、さらに同一往
復台上に超音波振動砥石を用いた新しい精密仕上げ装置
を取付けて、該旋削面を超精密仕上げ加工する方法とそ
の旋盤こそが２１世紀が期待する精密加工に応え得る唯
一の方法であり唯一の旋盤である。

なお、−主軸の振れを皆無とするために空気軸受あるい
は流体静圧軸受を用いることは超精密加工を実現させる
絶対条件であるが、切削工具刃先が切込み方向、送り方
向にその位置および送り速度に変動が生じなければ往復
台の摺動面は従来の固体接触面としても本発明は完全に
実施され期待する効果が得られる。

また、本発明では超精密加工とは真円度＝０、円筒度＝
０、表′面粗さ中０あるいは表面粗さ＝うに加工するこ
とを目的として１いるものであるが、図面による加工指
定精度がころ力【り軸受の回転精度程度の場合がある。

この場合にはころがり軸受を用いた従来の旋盤が使用で
きて、本発明の旋削方法の実施によって本発明以外の従
来の方法あるいはそのいかなる組合せによる方法よりも
安定した均一な精度となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は旋盤による旋削加工において正円成・形の理論
を説明する説明−１第２図は従来の旋削作業をモデル化
した説明図、第８図は切削工具刃先および工作物の振れ
をなくした状態をモデル化した説明図、第４図は空気軸
受と振動切削を利用して旋削した場合をモデル化した説
明図、第５図は第４図の方法によって加工したときの工
作物を真円度測定機で測定したときの実測波形図、第６
図は第５図の旋削表面を表面粗さ試験機によって測定し
たときの表面粗さを示す図、第７図は角形砥石を低い振
動数と超音波域の高い振動数とを利用して精密仕上げす
る゛状態をモ゛デル化した説明図、第８図は第７図の見
掛上の説明図、第９図は本発明によって得られる真円変
＝００真円度実測波形図１、第１θ図は本発明装置の一
実施例平面図、第１１図は第１０図の振動切削装置平面
図、第１２図は第１０図の砥石仕上げ装置の平面図であ
る。 １８・・・主軸台、１９・・・チャック、ｚ８・・・往
復台、２４・・・振動切削装置取付台、２７・・・振動
切削バイト、８８・・・超音波縦振動子、８５・・・超
仕上げ装量、８９・・・縦振動振巾拡大用ホーン、４０
・・・超音波振動砥石、４１・・・超、音波振動子、４
３・・・超音波発振機。 特許出願人　　隈　部　淳一部 −第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 ７１１ 、第１．２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気軸受あるいは流体静圧軸受によって支持され
   ている振れのない回転主軸と、切削中に設定送り量、切
   込み量に変化を生ぜしめない、ベッド面との摺動面と送
   り機構とを有する旋盤往復台上に切削工具刃先を、振動
   数１１振幅αで切削方向に振動させ、切削速度ＶをＶ＜
   ２πａｆとしてパルス切削力波形を工作物に作用させて
   、振動切削によって所定の形状精度となるようにその輪
   郭を旋削加工した後、該旋削加工の際に生ずる極微少量
   の表面形状の不揃いを該表面粗さ程度のわずかな加工量
   の範囲内÷超音波振動を砥石に与えた振動砥石をさらに
   低周波振動させた砥石に一定荷重を与えて微少切削し、
   次に低周波振動のみの砥石で修整し、平滑化して仕壬げ
   る如く、なした超精密旋削方法。
2. （２）空気軸受あるいは流体静圧軸受によって支持され
   る主軸を有し、往復台上に、磁わ゛いあるいは電わい超
   音波振動子を利用して工具刃先を切削方向に超音波振動
   させる振動切削装置と砥石を超音波振動子を利用して超
   音波振動させながら仕上げ加工する超精密仕上げ装置と
   を取付けた超精密旋削装置。
3. （３）空気軸受あ不いは流体静圧軸受によって支持グ される主軸を有し、空気静圧あるいは流体静圧で支持さ
   ・れて摩擦なくベッド面上を縦送り方向および横送り方
   向に往復する往復台上に一磁わいあるいは電わい超音波
   振動子を利用して工具刃先を切削方向に超音波振動させ
   る振動切削装置と角形砥石を超音波振動子を利用して超
   音波振動させながら仕上げ加工する超精密仕上げ装置と
   を取付けた超精密旋削装置。