JPS61236401A - 超音波横振動リ−ド - Google Patents
超音波横振動リ−ドInfo
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- JPS61236401A JPS61236401A JP7596385A JP7596385A JPS61236401A JP S61236401 A JPS61236401 A JP S61236401A JP 7596385 A JP7596385 A JP 7596385A JP 7596385 A JP7596385 A JP 7596385A JP S61236401 A JPS61236401 A JP S61236401A
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- horizontal vibration
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
- B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
- B23B29/12—Special arrangements on tool holders
- B23B29/125—Vibratory toolholders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turning (AREA)
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。
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〕
本発明は、超音波振動切削または超音波溶接などに用い
る超音波横振動リードに関する。
る超音波横振動リードに関する。
超音波の動力的応用において広く用いられる縦振動ホー
ンに対応し、横振動を伝達する振動伝達体をここでは横
振動リードと呼ぶ。
ンに対応し、横振動を伝達する振動伝達体をここでは横
振動リードと呼ぶ。
一般に旋削作業においては外周、内周、端面、溝、ある
いはねじなど加工部位に適した切削チップを選択するの
で、多種類の切削チップ付きバイトが数多く用いられる
。
いはねじなど加工部位に適した切削チップを選択するの
で、多種類の切削チップ付きバイトが数多く用いられる
。
このバイトを超音波振動させることにより、在来の慣用
旋削に比較して工具寿命を延ばし、正じく所定の幾何学
的形状を創成できる超音波旋削法が実現する。
旋削に比較して工具寿命を延ばし、正じく所定の幾何学
的形状を創成できる超音波旋削法が実現する。
一方、超音波振動の発生手段として、縦振動を利用する
システムが実用されている。超音波旋削においてもこれ
を利用すれば、経済的でかつ実績の裏付けのある高い信
頼性を持つことになる。
システムが実用されている。超音波旋削においてもこれ
を利用すれば、経済的でかつ実績の裏付けのある高い信
頼性を持つことになる。
しかし、縦振動システムの一部である縦振動ホーンがバ
イトシャンクに比較して高価でかつ同程度の大きさを持
つので、各種のバイトシャンクに対し、専用の縦振動ホ
ーンを技術的に確実なろ一部は法などによって結合する
ことは、特殊な場合を除き、経済的に不利で、また、工
具ハンドリング(ストッカーとの関係など)上も問題を
はらむ。
イトシャンクに比較して高価でかつ同程度の大きさを持
つので、各種のバイトシャンクに対し、専用の縦振動ホ
ーンを技術的に確実なろ一部は法などによって結合する
ことは、特殊な場合を除き、経済的に不利で、また、工
具ハンドリング(ストッカーとの関係など)上も問題を
はらむ。
したがって、バイトシャンクに対し、縦振動ホーンを着
脱自在にねじ止めする方法が、第1図と第2図に示すよ
うにすでに公表されている。
脱自在にねじ止めする方法が、第1図と第2図に示すよ
うにすでに公表されている。
(精密機械、48−10.PP60〜64)しかし、同
図に示すバイトシャンクの形では、切削チップの振動振
幅を実用上必要なレベルに高めようとすると、縦振動ホ
ーンとの結合部が発熱する傾向が認められ、これを避け
ようとするとバイトシャンクの形状寸法の決定に細心の
注意が必要となる。これはバイトシャンクの形状寸法を
振動リードとしての適格条件に合致させる必要性を意味
し、専門知識の少ないユーザからみるとどうしても使い
にくい印象をぬぐい去ることができなかった。
図に示すバイトシャンクの形では、切削チップの振動振
幅を実用上必要なレベルに高めようとすると、縦振動ホ
ーンとの結合部が発熱する傾向が認められ、これを避け
ようとするとバイトシャンクの形状寸法の決定に細心の
注意が必要となる。これはバイトシャンクの形状寸法を
振動リードとしての適格条件に合致させる必要性を意味
し、専門知識の少ないユーザからみるとどうしても使い
にくい印象をぬぐい去ることができなかった。
第1図および第2図において、1は縦振動ホーン、2は
横振動リード、3はこの両者を結合するためのボルトで
ある。
横振動リード、3はこの両者を結合するためのボルトで
ある。
横振動リード2は通常四角形断面を持つ。その上面“X
”および下面“Y” (以下表層という)は、弾性変形
の性質から、上下方向の横振動と同時に、長手方向の動
的伸縮を伴い、一方が伸びるとき他方が縮む。
”および下面“Y” (以下表層という)は、弾性変形
の性質から、上下方向の横振動と同時に、長手方向の動
的伸縮を伴い、一方が伸びるとき他方が縮む。
一方、ボルト3の頭部座面とホーン1の端面は、本来そ
の軸に垂直な方向に高い剛性を持ち。
の軸に垂直な方向に高い剛性を持ち。
いずれも横振動リード2の表層に一定の圧力で押し付け
られている。
られている。
そこで、接合面の摩擦力を超えた動的表層応力が横振動
リードに加わると、相互の滑りが生起し、結合部が発熱
する。以上が結合部の発熱の原因である。
リードに加わると、相互の滑りが生起し、結合部が発熱
する。以上が結合部の発熱の原因である。
また1、横振動リードの動的表層応力は、一般に横振動
の変位振幅(以下誤解のない限り振幅と略す)に比例す
る。したがって、上記結合部が発熱することなく実用で
きる結合部の振幅は必然的に制限される。
の変位振幅(以下誤解のない限り振幅と略す)に比例す
る。したがって、上記結合部が発熱することなく実用で
きる結合部の振幅は必然的に制限される。
この値は一般に、切削チップに必要な振幅より小さいに
もかかわらず、第1図に示す横振動リードにおいては、
結合部の振幅が切削チップの振幅より大きくなるように
構成されているのは不合理である。
もかかわらず、第1図に示す横振動リードにおいては、
結合部の振幅が切削チップの振幅より大きくなるように
構成されているのは不合理である。
本発明者らは以上の矛盾を解消するため、横振動リード
2の結合部の動的表層応力を小さくすると同時に、切削
チップ4の振幅を大きくするように、横振動リードの断
面の形状寸法を選ぶことに着目した。
2の結合部の動的表層応力を小さくすると同時に、切削
チップ4の振幅を大きくするように、横振動リードの断
面の形状寸法を選ぶことに着目した。
このため本発明においては、超音波縦振動ホーンと着脱
自在に係合する均一断面入力区分と上記入力区分と一体
でかつ自由端に工具を持つ均一断面出力区分とからなる
横振動リードにおいて、上記出力区分における断面二次
モーメントと回転半径の比を、上記入力区分における断
面二次モーメントと中立面から表層までの距離の比より
小さく選ぶものである。
自在に係合する均一断面入力区分と上記入力区分と一体
でかつ自由端に工具を持つ均一断面出力区分とからなる
横振動リードにおいて、上記出力区分における断面二次
モーメントと回転半径の比を、上記入力区分における断
面二次モーメントと中立面から表層までの距離の比より
小さく選ぶものである。
第3図および第4図に本発明にかかる横振動リードを示
す。図において7は横振動リードで。
す。図において7は横振動リードで。
入力区分5と出力区分6とからなり、縦振動ホーン1が
ボルト3によって横振動変位ループの近傍において、入
力区分5に対し、しっかりと取り付けられる。
ボルト3によって横振動変位ループの近傍において、入
力区分5に対し、しっかりと取り付けられる。
第3図において振幅分布を点線で示すが、第1図の分布
と異なり、入力区分の振幅が出力区分の振幅より小さい
ことが重要である0図において7bが切削チップ4の振
幅、ノaが入力区分の結合部の振幅であり、jbが7.
より大きい。
と異なり、入力区分の振幅が出力区分の振幅より小さい
ことが重要である0図において7bが切削チップ4の振
幅、ノaが入力区分の結合部の振幅であり、jbが7.
より大きい。
第3図においては、縦振動ホーン1との結合部をほぼ横
振動リードの振幅ループに設けである。しかし、この位
置は厳密に振幅ループに一致する必要はない。横振動の
振幅ループから結合部が多、少外れでも、この結果縦振
動ホーン1に重畳される軸直角の振動成分が実用上差し
支えないことが多いし、この振動成分を完全に抑制する
ことは、むしろ困難というのが実情に近い。
振動リードの振幅ループに設けである。しかし、この位
置は厳密に振幅ループに一致する必要はない。横振動の
振幅ループから結合部が多、少外れでも、この結果縦振
動ホーン1に重畳される軸直角の振動成分が実用上差し
支えないことが多いし、この振動成分を完全に抑制する
ことは、むしろ困難というのが実情に近い。
入力区分5と出力区分6の境界、つまり段付部の位置も
ある範囲で自由に選ぶことができる。
ある範囲で自由に選ぶことができる。
材質、入力区分と出力区分の各々の断面形状寸法と軸方
向長さを与えたとき、その横振動リードの共振周波数、
振幅および動的表層応力、動的曲げモーメントの軸上の
分布を求める問題は、かなり複雑で、取扱いの簡単な古
典ビームに限っても見通しの悪い式の羅列に落ち入る心
配が大きい、そこでここでは、その詳細は省略するが、
単純モデルの解析からの推論あるいは伝達マトリックス
法からの推論によって個々の解を求めることが原理的に
可能である。
向長さを与えたとき、その横振動リードの共振周波数、
振幅および動的表層応力、動的曲げモーメントの軸上の
分布を求める問題は、かなり複雑で、取扱いの簡単な古
典ビームに限っても見通しの悪い式の羅列に落ち入る心
配が大きい、そこでここでは、その詳細は省略するが、
単純モデルの解析からの推論あるいは伝達マトリックス
法からの推論によって個々の解を求めることが原理的に
可能である。
本発明の主旨に沿った横振動リードが、結合部の動的表
層応力を低レベルに保ちながら切削チップの振幅を高く
できる理由を次に明らかにする。
層応力を低レベルに保ちながら切削チップの振幅を高く
できる理由を次に明らかにする。
第3図の段付部8の近傍のある瞬間における長手方向の
動的応力の分布を第5図に示すが、上下面に接する薄層
の応力が前述の動的表層応力である。
動的応力の分布を第5図に示すが、上下面に接する薄層
の応力が前述の動的表層応力である。
図は、幅(紙面に垂直)を同じくする矩形断面の横振動
リードの長手方向の振動応力を示すもので、曲げの中立
面9を境にして引張りと圧縮に別れ、その断面上の分布
は、古典ビームの曲げにおける仮定(オイラーベルヌイ
)を満たしている。
リードの長手方向の振動応力を示すもので、曲げの中立
面9を境にして引張りと圧縮に別れ、その断面上の分布
は、古典ビームの曲げにおける仮定(オイラーベルヌイ
)を満たしている。
段付部8を含む長手方向の垂直断面の厚さを限りなく薄
くした極限においては、その薄層の中立面を通り、紙面
に垂直な軸0の周りの慣性モーメントが限りなく小さく
なるので、そのエレメントの及ぼす角追動量も限りなく
小さくなり、動的曲げモーメントが左右で等しくなる。
くした極限においては、その薄層の中立面を通り、紙面
に垂直な軸0の周りの慣性モーメントが限りなく小さく
なるので、そのエレメントの及ぼす角追動量も限りなく
小さくなり、動的曲げモーメントが左右で等しくなる。
いいかえると、段付部において動的曲げモーメントが連
続である。
続である。
一方、動的曲げモーメントをM、動的表層応力を6.断
面二次モーメントを1、回軸半径をに、中立面から表層
までの距離をrとし、入力区分に1出力区分に2の脚筒
を付けるものとしよう。
面二次モーメントを1、回軸半径をに、中立面から表層
までの距離をrとし、入力区分に1出力区分に2の脚筒
を付けるものとしよう。
古典ビームの曲げ理論によると、動的曲げモーメントM
と動的表層応力6の間には次の関係が成立する。
と動的表層応力6の間には次の関係が成立する。
M =−δ (1)上
述のごとく7段付部においてM、=M、である。
述のごとく7段付部においてM、=M、である。
入力区分の段付部の動的表層応力6は、縦振動ホーンと
の結合部の動的表層応力δrに比例するのでに工を入力
区分の振動モードによって定まる定数、K2を段付部か
ら結合部までの距離によって定まる定数として e =K> K 26 r (2)と
なり、これを(1)に代入すると 工 Ml = K1に2□ δr (3)を得る。
の結合部の動的表層応力δrに比例するのでに工を入力
区分の振動モードによって定まる定数、K2を段付部か
ら結合部までの距離によって定まる定数として e =K> K 26 r (2)と
なり、これを(1)に代入すると 工 Ml = K1に2□ δr (3)を得る。
一方、段付部の動的曲げモーメントM2と切削チップの
振動速度振幅v2との間にも一般に比例関係が存在する
。
振動速度振幅v2との間にも一般に比例関係が存在する
。
横振動リードの材質の密度をρ、ギヤング率Eとして、
J司ろ「をC1振動モードによって、定まる定数をに、
と置くと、 M、 = K、paV、二、(4) が成り立つ。
J司ろ「をC1振動モードによって、定まる定数をに、
と置くと、 M、 = K、paV、二、(4) が成り立つ。
M工=M、であるから、(3)、(4) ?1Iii式
より結合部の応力と切削チップの振動速度を結びつける
次の関係を得る。
より結合部の応力と切削チップの振動速度を結びつける
次の関係を得る。
工2
ここで振動速度v2が、切削チップの振幅に比例するこ
とを考慮すれば、出力区分における慣性モーメントと回
転半径の比Iz/ K2を、入力区分における慣性モー
メントと中立面から表層までの距離の比重、/r1より
小さく選ぶことにより、切削チップの振幅を所定の大き
さに維持しつつ、結合部の動的表層応力を希望値以下に
制限することができるのである。
とを考慮すれば、出力区分における慣性モーメントと回
転半径の比Iz/ K2を、入力区分における慣性モー
メントと中立面から表層までの距離の比重、/r1より
小さく選ぶことにより、切削チップの振幅を所定の大き
さに維持しつつ、結合部の動的表層応力を希望値以下に
制限することができるのである。
第4図に超音波振動旋削に用いるバイトシャンクの一実
施例を示す。
施例を示す。
20μp−pでホーン結合部の振幅は6μp−pあり、
約3.3倍の振幅拡大比を持つ。
約3.3倍の振幅拡大比を持つ。
このレベルでねじ結合部の発熱がほとんどなく連続運転
ができた。
ができた。
なお黒い矢印は横振動の変位ノードであり、この点を利
用して刃物台に固定した。
用して刃物台に固定した。
本発明の結果、縦振動ホーンとの結合部で。
発熱なく効率的に縦振動を横振動に変換することができ
るようになった。その結果、縦振動ホーンと横振動リー
ドを着脱自在に結合する必要のある超音波振動切削ある
いは溶接などの分野に、新しく超音波利用の道を拓くこ
とになった。
るようになった。その結果、縦振動ホーンと横振動リー
ドを着脱自在に結合する必要のある超音波振動切削ある
いは溶接などの分野に、新しく超音波利用の道を拓くこ
とになった。
第1図は在来技術の横振動リードと縦振動ホーンの複合
体の正面図 第2図は第1図を右から見た側面図 第3図は本発明にかかる横振動リードと縦振動ホーンの
複合体の正面図 第4図は、第3図を右から見た側面図 第5図は、第3図の8の部分の振動応力を図示した説明
図 第6図は1本発明の一実施例を示す横振動リードを示す
正面図 1・・・ 縦振動ホーン 2・・・ 在来技術の横振動リード 3・・・ 結合用ボルト 4・・・ 切削チップ 5・・・ 本発明にかかる横振動リードの入力区分6・
・・ 本発明にかかる横振動リードの出力区分7・・・
本発明にかかる横振動リード8・・・ 本発明にかか
る横振動リードの入力区分と出力区分の境の段付部 9・・・ 曲げの中立面 ゝ、 第1図 男2図 第3図 男4図 第5図 第6図
体の正面図 第2図は第1図を右から見た側面図 第3図は本発明にかかる横振動リードと縦振動ホーンの
複合体の正面図 第4図は、第3図を右から見た側面図 第5図は、第3図の8の部分の振動応力を図示した説明
図 第6図は1本発明の一実施例を示す横振動リードを示す
正面図 1・・・ 縦振動ホーン 2・・・ 在来技術の横振動リード 3・・・ 結合用ボルト 4・・・ 切削チップ 5・・・ 本発明にかかる横振動リードの入力区分6・
・・ 本発明にかかる横振動リードの出力区分7・・・
本発明にかかる横振動リード8・・・ 本発明にかか
る横振動リードの入力区分と出力区分の境の段付部 9・・・ 曲げの中立面 ゝ、 第1図 男2図 第3図 男4図 第5図 第6図
Claims (1)
- 超音波縦振動ホーンと着脱自在に係合する均一断面入力
区分と、上記入力区分と一体でかつ自由端に工具を持つ
均一断面出力区分とからなり、上記出力区分における断
面二次モーメントと回転半径の比を、上記入力区分にお
ける断面二次モーメントと中立面から表層までの距離の
比より小さくすることを特徴とする超音波横振動リード
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7596385A JPS61236401A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 超音波横振動リ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7596385A JPS61236401A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 超音波横振動リ−ド |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61236401A true JPS61236401A (ja) | 1986-10-21 |
Family
ID=13591379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7596385A Pending JPS61236401A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 超音波横振動リ−ド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61236401A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012095385A3 (de) * | 2011-01-11 | 2012-12-20 | Devad Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer schwingenden bewegung einer masse |
CN109158622A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-08 | 东华理工大学 | 一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置 |
-
1985
- 1985-04-10 JP JP7596385A patent/JPS61236401A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012095385A3 (de) * | 2011-01-11 | 2012-12-20 | Devad Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer schwingenden bewegung einer masse |
CN103402676A (zh) * | 2011-01-11 | 2013-11-20 | 戴维德有限公司 | 用于产生质块的振荡运动的方法和设备 |
JP2014507289A (ja) * | 2011-01-11 | 2014-03-27 | デファート・ゲーエムベーハー | 質量体の振動運動を発生させるための方法及び装置 |
US9505062B2 (en) | 2011-01-11 | 2016-11-29 | Devad Gmbh | Method and device for producing a vibrating motion of a mass |
CN109158622A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-08 | 东华理工大学 | 一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置 |
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