JPS62140701A - Superposed vibration cutting method - Google Patents
Superposed vibration cutting methodInfo
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- JPS62140701A JPS62140701A JP28089685A JP28089685A JPS62140701A JP S62140701 A JPS62140701 A JP S62140701A JP 28089685 A JP28089685 A JP 28089685A JP 28089685 A JP28089685 A JP 28089685A JP S62140701 A JPS62140701 A JP S62140701A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は切り屑を微細化して切削する重畳振動切削方法
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to a superimposed vibration cutting method for cutting fine chips.
(従来技術)
切削工具を切削方向に振動数f、振幅aで振動させ、■
く2πafの切削速度Vで切削し、流れ型の連続した切
り屑を生成するパルス切削力波形によって精密切削する
振動切削方法は本出願人が発明し公知である。(Prior art) A cutting tool is vibrated in the cutting direction at a frequency f and an amplitude a, and
A vibration cutting method in which precise cutting is performed by cutting at a cutting speed V of 2πaf and using a pulsed cutting force waveform that produces continuous flow-shaped chips is invented by the present applicant and is well known.
その後本出願人はさらに切削力を軽減して、超精密切削
を可能とする方法として、上記の連続パルス切削力波形
を規則的に間引きした、断続パルス切削力波形による重
畳振動切削方法を発明した。これは、工具切刃を切削方
向と同方向に可聴波域の低い振動数Fと振@Aおよび超
音波域の高い振動数fと振幅aで振動させ、Vく2πa
fの比較的低い切削速度Vで切削し、断続パルス切削力
波形を作用させて超精密切削するシステムである。Subsequently, the present applicant invented a superimposed vibration cutting method using an intermittent pulse cutting force waveform, in which the above-mentioned continuous pulse cutting force waveform was regularly thinned out, as a method to further reduce the cutting force and enable ultra-precision cutting. . This is done by vibrating the tool cutting edge in the same direction as the cutting direction at a low frequency F and amplitude @A in the audio range and a high frequency f and amplitude a in the ultrasonic range.
This system performs ultra-precision cutting by cutting at a relatively low cutting speed V of f and applying an intermittent pulse cutting force waveform.
(発明が解決しようとする問題点)
しかし乍ら上記従来技術に於ては切削抵抗を充分小さく
することができず、従って高速切削ができず切削時間も
長くなり切削能率を向」二できないという問題点があっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-mentioned conventional technology, it is not possible to sufficiently reduce the cutting force, and therefore high-speed cutting is not possible, cutting time becomes long, and cutting efficiency cannot be improved. There was a problem.
(問題点を解決するための手段)
本発明は前記切削工具を振動させたときの振動速度と切
削速度との関係に着眼してなされたもので、2つの発明
でパルス切削力波形による精密切削方法のすべては究明
・考案され尽されたように考えていたが、その後の研究
によって、切削工具切刃の振動運動軌跡の選定によって
切り屑を寸断してパルス切削力波形を発生させて精密切
削する切削システムがあることが究明された。すなわち
、背分力方向に切削工具切刃を超音波域の高い振動数f
と振幅aで振動させ、切削工具逃げ面が工作物に接触し
ないように例えば200〜300m/+++inの速い
切削速度で切削することによって切り屑が細かく寸断さ
れ、パルス切削力波形が作用して精密切削が実現するこ
とが発明された。さて、超精密切削するためには工作物
に作用する切削力を極力軽減するのが必要条件である。(Means for Solving the Problems) The present invention has been made by focusing on the relationship between the vibration speed and the cutting speed when the cutting tool is vibrated. I thought that all the methods had been investigated, devised, and exhausted, but subsequent research revealed that by selecting the vibration motion locus of the cutting edge of the cutting tool, it was possible to shred chips and generate a pulsed cutting force waveform for precision cutting. It was discovered that there is a cutting system that does this. In other words, the cutting edge of the cutting tool is moved in the direction of the thrust force at a high frequency f in the ultrasonic range.
By vibrating with amplitude a and cutting at a fast cutting speed of, for example, 200 to 300 m/+++in so that the flank surface of the cutting tool does not come into contact with the workpiece, the chips are finely shredded, and the pulsed cutting force waveform acts to cut the chips into precision pieces. It was invented that cutting can be realized. Now, in order to perform ultra-precision cutting, it is necessary to reduce the cutting force acting on the workpiece as much as possible.
切り屑を微細粉砕してこの条件を満足させて工夫・考案
したのが本発明である。The present invention was devised and devised to satisfy this condition by finely pulverizing the chips.
すなわち、切削工具を背分力方向に超音波域の高い振動
数fと振幅aで振動させ、さらに背分力方向にF<fの
振動数Fと振幅Aの振動姿態を重畳して切削速度を例え
ば200〜300m/minで高速切削し、その断続パ
ルス切削力波形によって精密切削する切り屑を粉砕して
重畳振動切削する方法と装置を発明した。前述の重畳振
動切削における20m/min以下の低い切削速度と切
れ型の連続した切り屑に対して、200〜300m/m
in〜500m/minという速い切削速度と粉状ある
いは針状のバラバラの切り屑を生成して切削する点を特
徴とする切削方法である。In other words, the cutting tool is vibrated in the direction of the thrust force at a high frequency f and amplitude a in the ultrasonic range, and the vibration state of the frequency F and the amplitude A where F<f is superimposed in the direction of the thrust force to determine the cutting speed. The inventors have invented a method and apparatus for superimposed vibration cutting by cutting at a high speed of, for example, 200 to 300 m/min, and crushing chips to be precisely cut using the intermittent pulse cutting force waveform. 200 to 300 m/m for the low cutting speed of 20 m/min or less and the continuous chips of the cutting type in the superimposed vibration cutting mentioned above.
This cutting method is characterized by a high cutting speed of 500 m/min to 500 m/min, and cutting by generating loose chips in the form of powder or needles.
(実施例)
本発明の原理を第1図によって説明する。第1図は旋削
加工における工具−工作物振動系を示す。この第1図に
よって背分力によって動きまわる工作物の挙動がわかり
、その解析を進めることによって精密加工技術を創案す
ることができる。第1図において、ばねkおよびダッシ
ュポットCを考慮する必要のない状態とすれば表面粗さ
々0.真円度りO9円筒度た0という超精密円筒加工が
実現する。実際の工作機械はこのkおよびCを無視でき
ない状態で組立てられている。その旋盤を用いて旋削加
工するとき第2図(a)のようにP+psinω。tの
切削力波形が作用すると、工作物の背分力方向の変位X
は、ω。)ω7のときx=Hとなり、工作物の時間的変
動がなくなり静荷重pのみが作用したときの静的変位と
なって精密加工を可能とする。この考え方によるのが慣
用高速切削である。この第2図(a)の波形に対して、
第2図(b)のように、作用時間tc、周期T=1/f
=−≦匹のパルスω
切削力Pが工作物に作用すると、工作物の背分力方向の
変位Xは、ω)ω7のときz = −j−5−LT
’に
となり、工作物の時間的変動がなくなり、静的変位とな
り、しかも第2図(、)のtc/Tにその変位量が激減
し、精密加工を実現させる。(Example) The principle of the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 1 shows a tool-workpiece vibration system in turning processing. Figure 1 shows the behavior of a workpiece that moves around due to thrust force, and by analyzing it, precision machining technology can be devised. In FIG. 1, if we assume that there is no need to consider spring k and dashpot C, the surface roughness will be 0. Ultra-precise cylindrical machining with a roundness of 09 and a cylindrical degree of 0 is achieved. Actual machine tools are assembled in such a way that k and C cannot be ignored. When turning using the lathe, P+psinω as shown in Fig. 2(a). When a cutting force waveform of t is applied, the displacement of the workpiece in the direction of the back force is
Ha, ω. ) When ω7, x=H, and there is no temporal variation of the workpiece, resulting in a static displacement when only the static load p acts, making precision machining possible. Conventional high-speed cutting is based on this concept. For this waveform in Fig. 2(a),
As shown in Fig. 2(b), action time tc, period T = 1/f
=-≦pulses ω When the cutting force P acts on the workpiece, the displacement X of the workpiece in the direction of the back force is ω) When ω7, z = −j−5−LT
', the workpiece no longer changes over time and becomes a static displacement, and the amount of displacement is drastically reduced to tc/T in Figure 2 (,), realizing precision machining.
これが振動切削である。This is vibration cutting.
この第2図(b)の波形による切削方法に続いて第2図
(e)のように連続パルス切削力波形を間引きした断続
パルス切削力波形による切削方法を発明した。この断続
パルス切削力の発生は第2図(b)の作用時間tCのパ
ルスを第2図(c)のようにさらに細分割することと第
2図(d)のように第2図(b)におけるパルスを作用
させたあとのパルスを間引した波形を周期T“をもって
繰返すことなどによって得られる。第2図(c)におい
てこのときの等測的な切削力P′は、切削時間をt′c
とすると、P’ =PXV=となり、工作物の背分力方
向変位ΔxFE、周期T′=江としたとき、ω′〉ω)
ω7においてω′
tc t′cp
Δz=(7x〒)×7となる。すなわち、第2図(c)
の波形とすることによって第2図(b)のt’c
ときの変位の7にその変位を軽減させることができる。Following this cutting method using the waveform of FIG. 2(b), we invented a cutting method using an intermittent pulse cutting force waveform in which the continuous pulse cutting force waveform is thinned out as shown in FIG. 2(e). This intermittent pulse cutting force can be generated by further dividing the pulse of action time tC shown in FIG. 2(b) into smaller parts as shown in FIG. ) is obtained by repeating the waveform obtained by thinning out the pulses after applying the pulses at period T". In Fig. 2(c), the isometric cutting force P' at this time is obtained by t'c
Then, P' = PXV =, and when the displacement of the workpiece in the direction of the thrust force ΔxFE and the period T' = E, ω'〉ω)
At ω7, ω′ tc t′cp Δz=(7x〒)×7. That is, Fig. 2(c)
By setting the waveform to , the displacement can be reduced to 7 of the displacement at t'c in FIG. 2(b).
そして、変位ΔXは第3図(a)のように時間軸に平行
な関係を示し、工作物は振れ動かなくなり、超精密切削
を可能とする。The displacement ΔX exhibits a relationship parallel to the time axis as shown in FIG. 3(a), and the workpiece does not oscillate, making ultra-precision cutting possible.
第2図(d)はω′くωnの場合に多く生ずる。FIG. 2(d) often occurs when ω' is smaller than ωn.
工作物の挙動は第3図(b)のようになる。工作物は図
示のように揺れ動くが、工具刃先は工作物が零点付近に
おいてのみ接触し、あたかも工棒物が静止しているとき
とほぼ同じ状態のときに切り屑を生成する切削機構とな
る。このときtc
の切削力p’−TxPであるため、F−Aのみとして振
動切削してpを直接作用させたときのtc/Tにその変
位量が減少し超精密加工を可能とする。The behavior of the workpiece is as shown in Figure 3(b). Although the workpiece swings as shown, the cutting edge of the tool comes into contact with the workpiece only near the zero point, creating a cutting mechanism that generates chips in almost the same state as when the workpiece is stationary. At this time, since the cutting force of tc is p'-TxP, the amount of displacement is reduced to tc/T when vibration cutting is performed using only FA and p is directly applied, making ultra-precision machining possible.
以下1図示した実施例に基づいて具体的に説明する。第
4図、第5図に於てバイトシャンク1は振動子4および
ホーン5による励振振動数20Kl(zで縦振動し、締
付金具11.12でそのノードを利用して固定し、締付
ボルト13でバイトホルダ1oに固定する。その先端に
取付けられたバイトチップ2は矢印3の方向に振動数f
、振幅aで超音波振動する。そして、ホーン5のノート
端面にバイトホルダ10への取付板6を固定し、この縦
振動系バイトをバイトホルダに固定する。バイ1−ホル
ダ10は1球あるいはころ9で摩擦少く旋盤往復台7上
に取りつけた案内面8上を摺動することができる。旋盤
往復台上には、制御装置18によって駆動されるサーボ
弁17および油圧装置19によって駆動されるアクチュ
エータ16よりなる電気−油圧装置を取付ける。バイト
ホルダ10と電気−油圧装置とを連結し、電気−油圧装
置を駆動することによって、バイト刃先先端を正弦波形
で振動数Fを例えば100七、振幅Aを例えば片振幅0
.1mmで矢印方向20の方向に振動させることができ
る。一方、振動数f=20KIIzの振幅aに対しては
超音波発振機15を操作して最高片振幅30μmが得ら
れる。このようにしてバイ1−シャンクをその軸方向に
ハイ1〜刃先の振動姿態が振動数f、振幅aおよび振動
数F、振幅Aとなるように重畳振動させ、送りS22を
与えて、旋盤主軸チャックに取り付けられて高速回転す
る切削速度Vの工作物21を振動切削する。A detailed explanation will be given below based on an embodiment shown in one figure. In Figures 4 and 5, the bite shank 1 vibrates longitudinally at an excitation frequency of 20Kl (z) by the vibrator 4 and horn 5, and is fixed using the nodes of the clamping fittings 11 and 12, and then tightened. It is fixed to the tool holder 1o with the bolt 13.The tool tip 2 attached to the tip of the tool holder 1o has a vibration frequency f in the direction of the arrow 3.
, ultrasonic vibration with amplitude a. Then, a mounting plate 6 for attaching to the cutting tool holder 10 is fixed to the notebook end surface of the horn 5, and this vertical vibration system cutting tool is fixed to the cutting tool holder. The bi 1-holder 10 can slide on a guide surface 8 mounted on a lathe carriage 7 with little friction using one ball or roller 9. Mounted on the lathe carriage is an electro-hydraulic system consisting of a servo valve 17 driven by a control device 18 and an actuator 16 driven by a hydraulic system 19. By connecting the cutting tool holder 10 and an electro-hydraulic device and driving the electro-hydraulic device, the tip of the cutting tool tip is set to a sinusoidal waveform with a frequency F of, for example, 1007, and an amplitude A of, for example, half amplitude of 0.
.. It can be vibrated in the direction of the arrow 20 by 1 mm. On the other hand, for the amplitude a of the frequency f=20KIIz, the maximum single amplitude of 30 μm is obtained by operating the ultrasonic oscillator 15. In this way, the bi-1 shank is vibrated superimposed in its axial direction so that the vibration state of the cutting edge becomes frequency f, amplitude a and frequency F, amplitude A, feed S22 is applied, and the lathe main shaft A workpiece 21 attached to a chuck and rotating at a high speed at a cutting speed V is subjected to vibration cutting.
第6図はそのときの切削部における回転中心軸に対する
軸直角断面を示す図である。図示のように微細凸凹面の
切削面となる。これを平面展開した図が第7図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross section perpendicular to the rotation center axis of the cutting part at that time. As shown in the figure, the cut surface has minute irregularities. FIG. 7 is a plan view of this.
図においてA=0゜a=Oの慣用切削のときの切刃の運
動軌跡は00′の直線を示す。F−Aのみの場合には曲
線ABCDを示し、工作物が一回転すると、切刃はSだ
け進み、曲線A’ B’ C’ D’に移動し、斜線で
示した面積AA’ BB’ に相当する部分をバイトの
振動1サイクルの周期1/Fの1/2の時間で切り屑と
して生成する。これにf、aを重畳して切削するときは
、面積AA’ BB’を微少面積abCd群で細分割し
てこれを切り屑として生成する切削機構となる。すなわ
ち、慣用切削では00′ と距離Sの平行な直線010
□′との間の面積00′0□O工′に相当する部分を連
続して一様に切削することに対して、F−Aの振動切削
では断続する面積AA’ BB’に分割し、(F−A)
+ (f−a)の振動切削ではこの面積AA’ BB
’ を微少面積abedに小刻みに細分割して切削する
ことを特徴とする。このときの微少面積abcdの切削
時間tcはT = 1/fの1/2の時間となる。パル
ス切削力をPとして本発明における断続パルス切削力波
形23を図示すると、第8図のようになる。In the figure, the motion locus of the cutting edge during conventional cutting where A=0°a=O shows a straight line 00'. In the case of only F-A, curve ABCD is shown, and when the workpiece rotates once, the cutting edge advances by S, moves to curve A'B'C'D', and reaches the area AA'BB' shown by diagonal lines. The corresponding portion is generated as chips in a time period of 1/2 of the period 1/F of one cycle of vibration of the cutting tool. When cutting by superimposing f and a on this, the cutting mechanism becomes a cutting mechanism that subdivides the area AA'BB' into a group of minute areas abCd and generates them as chips. In other words, in conventional cutting, a straight line 010 parallel to 00' and a distance S
In contrast to continuous and uniform cutting of the area corresponding to the area 00'0□O machining' between (F-A)
+ In vibration cutting of (f-a), this area AA' BB
' is characterized by cutting by cutting the area abed by dividing it in small increments. The cutting time tc for the minute area abcd at this time is 1/2 of T=1/f. When the intermittent pulse cutting force waveform 23 in the present invention is illustrated with the pulse cutting force being P, it becomes as shown in FIG.
すなわち、それぞれの切削時間と周期はt。:2o、o
ooXT(S)、T=2oooo(S)、t′c=−x
−(S)l T″=土となる。前述した切+00 2
100削力P“はTPとなって
F−Aのみの振動切削のときの1/2にその変位量が減
少することになる。このとき、tc=−ニーX−LSと
いう極め20.000 2
て短い切削時間で小刻みに切削すると、パルス切削力P
そのものの値が振動系の特性と等測的に摩擦抵抗が激減
することなどの理由によって激減するため、実際にはF
−Aのみのときに比べて1/2〜175程度に工作物の
変位量が激減し、超精密加工を可能とする。That is, each cutting time and period is t. :2o,o
ooXT(S), T=2oooo(S), t'c=-x
−(S)l T″=earth.The above-mentioned cut+00 2
100 cutting force P" becomes TP, and the displacement amount is reduced to 1/2 of that in vibration cutting with only F-A. At this time, the ultimate value of tc = - knee X - LS is 20.000 2 When cutting in small steps with a short cutting time, the pulse cutting force P
In reality, F
-The amount of displacement of the workpiece is drastically reduced to about 1/2 to 175 compared to when only A is used, making ultra-precision machining possible.
本発明の他の実施例を上述の縦振動系バイトによるシス
テムに代って曲げ振動系バイトによる切削システムを第
9図に示して説明する。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, in which a cutting system using a bending vibration type cutting tool is shown in place of the above-mentioned system using a longitudinal vibration type cutting tool.
バイトシャンク25は超音波発振機33によって励振さ
れる、縦振動子29およびホーン28によって励振振動
数20 K Ilzで超音波振動する。The bite shank 25 is ultrasonically vibrated at an excitation frequency of 20 K Ilz by a longitudinal vibrator 29 and a horn 28 which are excited by an ultrasonic oscillator 33 .
高次の曲げ振動姿態を示すシャンクの先端端面に取りつ
けた切刃チップ26は矢印38の方向に超音波振動する
。この曲げ振動バイトシャンクを該シャンクに生ずるノ
ード群のなかの2個所を利用してコ型金具27によって
バイトホルダ32に締付ボルト31を用いて固定する。The cutting tip 26 attached to the distal end face of the shank exhibiting a high-order bending vibration state vibrates ultrasonically in the direction of an arrow 38. This bending vibration cutting tool shank is fixed to the cutting tool holder 32 using a tightening bolt 31 with a U-shaped metal fitting 27 using two locations of a node group formed on the shank.
このバイトホルダに制御装置37によって駆動されるサ
ーボ弁35および油圧装置36によって駆動されるアク
チュエータ34よりなる電気−油圧装置を連結する。こ
の装置を旋盤往復台上に取り付けることによって、送り
S30の方向にバイト刃先を振動数f、振幅a38に振
動数Fおよび振幅A39を重畳させて振動させることが
できる。工作物40を旋盤主軸にチャックして切削速度
v41で回転させて、これを上述の装置で切削する切削
システムによって本発明を実施することができる。An electro-hydraulic system consisting of a servo valve 35 driven by a control device 37 and an actuator 34 driven by a hydraulic system 36 is connected to this tool holder. By attaching this device to the lathe carriage, it is possible to vibrate the tool cutting edge in the direction of the feed S30 with the frequency f and the amplitude A38 superimposed on the frequency F and the amplitude A39. The present invention can be carried out by a cutting system in which the workpiece 40 is chucked onto the main spindle of a lathe, rotated at a cutting speed v41, and then cut by the above-described apparatus.
第10図は切刃直角断面図を示すもので、本発明に使用
するバイトは第6図と同様に逃げ角βを大きくとり、そ
れにともなう刃先機械的強度の低下を防ぐために負のす
くい角αを特に設けて図示のような刃先形状のバイトを
使用することも本発明の実施上の特徴である。Figure 10 shows a cross-sectional view at right angles to the cutting edge, and the cutting tool used in the present invention has a large clearance angle β as in Figure 6, and a negative rake angle α to prevent the mechanical strength of the cutting edge from decreasing accordingly. It is also a practical feature of the present invention to use a cutting tool with a cutting edge shape as shown in the figure.
以上は第2図(d)のときのω〉ω′、ω′くωnの場
合の実施例について説明したが、次に。The above has described the embodiment in the case of ω>ω' and ω'<ωn in FIG. 2(d), but next.
第2図(c)のときのω′〉ω、ω′)ω。の場合の実
施例について説明する。このときの切削方法の電子は、
ある振動数fをもって超音波振動する切削工具刃先を別
のさらに高い振動数f′をもって振動させて切削するこ
とにある。具体的には、上述のように同一工具をfおよ
びf′をもって超音波振動させて切削する方法と、切削
工具をfあるいはf′をもって振動させ、工作物をf′
あるいはfをもって別々に超音波振動させて切削する方
法の2通りに大別される。ω′〉ω, ω′)ω in Fig. 2(c). An example in the case will be described. The electrons of the cutting method at this time are
The purpose of cutting is to vibrate a cutting tool edge which vibrates ultrasonically at a certain frequency f and to vibrate it at a higher frequency f'. Specifically, as described above, there are methods in which the same tool is ultrasonically vibrated at f and f' for cutting, and a cutting tool is vibrated at f or f' and the workpiece is cut at f'.
Alternatively, there are two methods: cutting by ultrasonic vibration separately at f.
ここでは後者による方法について説明する。Here, the latter method will be explained.
バイトシャンク1は超音波発振機15および縦振動子4
とホーン5とによって超音波域の高い振動数で超音波振
動する。その先端に取りつけられている切刃チップ2は
矢印3の方向に振動数f、振幅aをもって超音波振動す
る。この縦振動系バイトシャンクを取り付けたバイトホ
ルダ10を旋盤往復台上に図示のようにして取りつける
。工作物42は超音波発振機49および縦振動子44に
よって駆動される工作物取付治具でもある振幅拡大用ホ
ーン43の先端に取付ける。この工作物を別途に設けた
超音波発振機49を利用して超音波域の高い振動数f′
および振幅a′で矢印45の方向に超音波振動させる。The bite shank 1 includes an ultrasonic oscillator 15 and a longitudinal vibrator 4
and horn 5 cause ultrasonic vibration at a high frequency in the ultrasonic range. The cutting blade tip 2 attached to its tip vibrates ultrasonically in the direction of the arrow 3 with a frequency f and an amplitude a. The tool holder 10 with the vertical vibration system tool shank attached thereto is mounted on a lathe carriage as shown in the figure. The workpiece 42 is attached to the tip of an amplitude enlarging horn 43, which is also a workpiece attachment jig driven by an ultrasonic oscillator 49 and a vertical vibrator 44. A high frequency f' in the ultrasonic range is generated using the ultrasonic oscillator 49 installed separately on this workpiece.
and ultrasonic vibration in the direction of arrow 45 with amplitude a'.
そして、振幅拡大用ホーン43のノードを利用して、こ
の縦振動系工作物を円筒状取付冶具46に固定する。こ
の円筒状取付治具46を旋盤主軸に取付けたチャック4
7にチャックして、矢印48の方向に高速回転させ、切
削速度V、送りSをもって切削することによって本発明
を実施することができる。Then, this longitudinal vibration workpiece is fixed to the cylindrical mounting jig 46 using the node of the amplitude amplifying horn 43. Chuck 4 with this cylindrical mounting jig 46 attached to the lathe main shaft
The present invention can be carried out by chucking the blade at 7, rotating it at high speed in the direction of arrow 48, and cutting at cutting speed V and feed S.
このときの切刃の運動軌跡は第7図と同様になる。第7
図における、v / Fはv/fとなり、v / fは
v / f ’ となる。The locus of movement of the cutting edge at this time is similar to that shown in FIG. 7th
In the figure, v/F becomes v/f, and v/f becomes v/f'.
そして、P’ =−庁−P弁−LPとなり、工作物T’
2
の背分力方向の変位x=2’T”G=÷・条となる。f
’ =60KHz、F=20KI’tzという超音波域
の高い振動数を利用する本発明によって主軸に取りつけ
た工作物振動系のω4=2πX (300〜tooo)
は一般に低いのでω(=2πf)>>ω1の条件を常に
満し、200〜300m/minの高速切削においても
細かく寸断された微細切り屑を生成してパルス切削力を
発生して精密切削が可能となる。このときt、 ’c
=−一り−X −L sという極めて短い切削時間で小
刻みに切削すると、パルス切削力Pそのものの値が振動
系の特性と等測的に摩擦抵抗が激減することなどの要因
によって激減するため、実際には振動数f、振幅aのみ
で振動切削したときの1/2〜115程度に工作物の変
位量が激減し、超精密加工を可能とする。Then, P' = - Agency - P valve - LP, and the workpiece T'
2 displacement in the direction of thrust force x=2'T''G=÷・row.f
ω4 = 2πX (300~toooo) of the workpiece vibration system attached to the spindle according to the present invention, which utilizes high vibration frequencies in the ultrasonic range of ' = 60 KHz and F = 20 KI'tz.
is generally low, so it always satisfies the condition ω (=2πf) >> ω1, and even in high-speed cutting of 200 to 300 m/min, it generates finely chopped fine chips and generates pulsed cutting force, allowing precision cutting. It becomes possible. At this time, t, 'c
= - 1 - In reality, the amount of displacement of the workpiece is drastically reduced to about 1/2 to 115 when vibration cutting is performed using only the frequency f and the amplitude a, making ultra-precision machining possible.
以上、バイトによる円筒表面の加工例と端面加工例によ
って本発明の詳細な説明したが、本発明はこの外にバイ
トによる内面加工、およびその切刃構成がバイトの切刃
構成の連続によると考えられるドリル、リーマ、エンド
ミルに −よる穴加工にも適用される。すなわ
ち、ドリル、リーマ、エンドミルなどの切削工具をその
工具シャンク軸方向に超音波振動または低周波振動、あ
るいは工作物を振動させて重畳し主軸を高速回転させて
重畳振動高速切削することができる。The present invention has been described in detail using examples of machining a cylindrical surface using a cutting tool and examples of end face processing. However, the present invention also includes internal processing using a cutting tool, and its cutting edge configuration is based on the continuity of the cutting edge configuration of the cutting tool. It is also applicable to hole drilling using drills, reamers, and end mills. That is, a cutting tool such as a drill, reamer, or end mill can be superimposed with ultrasonic vibration, low-frequency vibration, or vibrating a workpiece in the axial direction of the tool shank, and the main shaft can be rotated at high speed to perform superimposed vibration high-speed cutting.
さらに、円筒状シャンクの端面および表面に天然ダイヤ
モンド砥粒あるいは人造ダイヤモンド砥粒、ボラゾン砥
粒を固定して形成した固定砥粒による研削工具にも同じ
要領で本発明を適用し、実施することができる。平面加
工への実施は回転する切削・研削工具をその背分力方向
に超音波振動あるいは低周波振動させこれらを重畳させ
ることによって本発明が実施される。Furthermore, the present invention can be applied and implemented in the same manner to a grinding tool using fixed abrasive grains formed by fixing natural diamond abrasive grains, artificial diamond abrasive grains, or borazone abrasive grains to the end face and surface of a cylindrical shank. can. To implement the present invention in planar machining, the present invention is carried out by superimposing ultrasonic vibrations or low frequency vibrations on a rotating cutting/grinding tool in the direction of its back force.
(効 果)
第4図の場合、α=30’ 、β=45’の超硬チップ
を先端に設けたバイトシャンクをバイトシャンクの軸方
向に振動数f =21.7KI(z、振幅a=16μm
で超音波縦振動させ、ステンレスl S U S 30
4、直径40m++、長さ100mの工作物を旋盤主軸
回転数150Or、p、mで回転させ、その背分力方向
の超音波振動となるようにその刃先とセンタバイトとを
一致させて第3図のように取付け、これを電気−油圧装
置を利用して振動数F=50Hz、振幅A =0.2m
+で低周波振動させて切削速度200m/minで回転
するステンレス鋼工作物を送り0.05n+n+/re
v、切込み0 、5 rm 。(Effect) In the case of Fig. 4, a bite shank with a carbide tip of α=30' and β=45' at the tip is vibrated in the axial direction of the bite shank at a frequency f = 21.7KI (z, amplitude a= 16μm
Ultrasonic vertical vibration is applied to the stainless steel L SUS 30.
4. Rotate a workpiece with a diameter of 40 m++ and a length of 100 m at a lathe spindle rotation speed of 150 Or, p, m, and align the cutting edge with the center bite so that the ultrasonic vibration occurs in the direction of the back force. Install it as shown in the figure and use an electro-hydraulic device to generate a vibration frequency F = 50Hz and amplitude A = 0.2m.
Feed a stainless steel workpiece rotating at a cutting speed of 200 m/min with low frequency vibration at 0.05n+n+/re.
v, depth of cut 0, 5 rm.
水溶性切削油剤を使用する切削条件で切削することによ
って、その切削抵抗は普通切削の約115〜1/10に
激減し、普通切削では連続する切り屑が針状のばらばら
な切り屑にその形状が変化して、さらに高温に加熱され
ないために酸化変色がなく、ぼりも少いので切り屑の処
理が容易となり、一方、工具寿命も2倍以上延び、また
、設定どおりの切込みとなり、真円度、円筒度も向上し
、加工時間を著しく短縮して超精密円筒加工を可能なら
しめるという画期的効果をうろことに成功した。By cutting under cutting conditions that use a water-soluble cutting fluid, the cutting force is drastically reduced to approximately 115 to 1/10 of that of normal cutting, and in normal cutting, continuous chips are broken into needle-like discrete chips. There is no oxidative discoloration because the material is not heated to high temperatures, and there is less burr, making it easier to dispose of chips. On the other hand, the tool life is more than doubled, and the cutting depth is exactly as set, making it perfectly round. The company succeeded in achieving the ground-breaking effect of improving the degree of rotation and cylindricity, significantly shortening machining time, and making ultra-precision cylindrical machining possible.
また、一方、最近の新しい素材で難削材の強化プラスチ
ック材やセラミックスの精密円筒加工をも可能とする画
期的効果も得られる。On the other hand, it also has the revolutionary effect of making it possible to precisely machine cylindrical materials such as reinforced plastics and ceramics, which are difficult-to-cut materials using recent new materials.
次に第11図の場合、外径20on、肉厚3mm。Next, in the case of Fig. 11, the outer diameter is 20 on and the wall thickness is 3 mm.
長さ10mmのシリコンナイトライドのセラミックスを
振動数f’ =60KHz、振幅a’ =8prnで超
音波縦振動させ、これを空気軸受を用いた主軸にとりつ
け、直流電動機でベルト駆動して200m/minの高
速切削速度で回転させ、α=30°、β=45°のダイ
ヤモンドバイトを先端に設けたバイトシャンクをバイト
シャンクの軸方向に振動数f=20KHz、振幅a=1
6μmで超音波縦振動させ、送りを0.02mm/re
vとし水溶性切削油剤を用いて本発明の重畳振動高速切
削を実施することによって、切削抵抗を振動数fおよび
振幅aあるいは振動数f′および振幅a′のみの場合の
約115程度に激減させ、ダイヤモンド切刃のチッピン
グ折損を皆無にしてその工具寿命を延ばし、切削時間を
従来の振動切削に比べて約115に短縮することができ
た。A silicon nitride ceramic with a length of 10 mm was subjected to ultrasonic longitudinal vibration at a frequency of f' = 60 KHz and an amplitude of a' = 8 prn, which was attached to a main shaft using an air bearing and driven by a belt using a DC motor at a speed of 200 m/min. A cutting tool was rotated at a high cutting speed of
Ultrasonic longitudinal vibration at 6μm, feed rate 0.02mm/re
By carrying out the superimposed vibration high-speed cutting of the present invention using a water-soluble cutting fluid as V, the cutting resistance can be drastically reduced to about 115 compared to the case of only the frequency f and amplitude a or the frequency f' and amplitude a'. , the tool life was extended by eliminating chipping and breakage of the diamond cutting blade, and the cutting time was reduced to about 115 times compared to conventional vibration cutting.
以上説明したように、切削速度v < 2πafとして
制限があって高速切削ができなかった従来の振動切削に
比べて本発明は200m/min〜300m/min〜
500m/minという高速切削を可能にし、パルス切
削力波形を作用させて精密切削を可能ならしめ、切削時
間を短縮して切削能率を向上させることができるという
効果を有するものである。As explained above, compared to conventional vibration cutting which cannot perform high-speed cutting due to the limitation of cutting speed v < 2πaf, the present invention can cut at a cutting speed of 200 m/min to 300 m/min.
This has the effect of enabling high-speed cutting of 500 m/min, enabling precision cutting by applying a pulsed cutting force waveform, shortening cutting time, and improving cutting efficiency.
第1図は旋削加工におけるバイト−工作物振動系のモデ
ル図、第2図は普通切削の切削力波形と従来の振動切削
のときの連続パルス切削力波形と本発明の実施によって
発生する2種類の断続パルス切削力波形を示す図、第3
図は断続パルス切削力波形が作用したときの工作物の変
位を示す図、第4図は本発明を旋削に実施するときの装
置の上面図、第5図は該装置のバイトシャンク方向の断
面側面図、第6図は本発明を実施して切削中の切刃を含
む工作物軸直角方向断面図、第7図は本発明の実施によ
る切刃の運動軌跡を示し、振動1サイクルで工作物を小
刻みに切削して切り屑を寸断微粉化して切削し第2図(
d)に示した断続パルス切削力波形を作用させて高速切
削する状態を説明する図、第8図はそのときの断続パル
ス切削力波形を示す図、第9図は曲げ振動系バイトで本
発明を実施するときの装置の平面図、第10図はそのと
きの切削面の状態を説明するために示す切刃に直角方向
の断面図、第11図は本発明の他の実施例を示す図で工
作物を縦超音波振動させ、これを高速回転させ、バイト
を背分力方向の該バイトシャンクの縦方向に超音波振動
させて重畳振動高速切剤する装置の上面図である。
1・・・縦超音波振動系バイト
3・・・背分力方向超音波振動f、a
15・・・20k)ヒ超音波発振機
20・・・背分力方向低周波振動F、A23・・・断続
パルス切削力波形
25・・・曲げ振動系バイト
33・・・60に七超音波発振機
41・・・高速切削速度Fig. 1 is a model diagram of the tool-workpiece vibration system in turning processing, and Fig. 2 shows the cutting force waveform in normal cutting, the continuous pulse cutting force waveform in conventional vibration cutting, and the two types generated by implementing the present invention. Figure 3 shows the intermittent pulse cutting force waveform of
The figure shows the displacement of a workpiece when an intermittent pulse cutting force waveform is applied, Figure 4 is a top view of the device when the present invention is applied to turning, and Figure 5 is a cross section of the device in the direction of the bite shank. 6 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis of the workpiece including the cutting blade during cutting by implementing the present invention, and FIG. 7 shows the locus of motion of the cutting blade by implementing the present invention. The material is cut into small pieces and the chips are shredded into fine powder.
Fig. 8 is a diagram showing the intermittent pulse cutting force waveform at that time, and Fig. 9 is a bending vibration type cutting tool according to the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view taken in a direction perpendicular to the cutting edge to explain the state of the cutting surface at that time, and FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view of an apparatus for performing superimposed vibration high-speed cutting by vertically ultrasonically vibrating a workpiece, rotating it at high speed, and ultrasonically vibrating a cutting tool in the longitudinal direction of the cutting tool shank in the direction of the back force. 1...Longitudinal ultrasonic vibration system part-time tool 3...Ultrasonic vibration in the vertical force direction f, a 15...20k) Ultrasonic oscillator 20...Low frequency vibration in the vertical force direction F, A23. ... Intermittent pulse cutting force waveform 25 ... Bending vibration system cutting tool 33 ... 60 and seven ultrasonic oscillators 41 ... High cutting speed
Claims (1)
、更に工具又は工作物の切削方向に異る振動を与えて切
削し、切り屑を寸断微細化する如くなした重畳振動切削
方法。A superimposed vibration cutting method in which a tool or workpiece is ultrasonically vibrated in a direction perpendicular to the cutting direction, and the tool or workpiece is cut by applying different vibrations in the cutting direction to fragment and finely cut chips.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60280896A JPH0649241B2 (en) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | Superposed vibration cutting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60280896A JPH0649241B2 (en) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | Superposed vibration cutting method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62140701A true JPS62140701A (en) | 1987-06-24 |
JPH0649241B2 JPH0649241B2 (en) | 1994-06-29 |
Family
ID=17631450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60280896A Expired - Lifetime JPH0649241B2 (en) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | Superposed vibration cutting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0649241B2 (en) |
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- 1985-12-16 JP JP60280896A patent/JPH0649241B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0649241B2 (en) | 1994-06-29 |
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