JPS6240121B2 - - Google Patents
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- JPS6240121B2 JPS6240121B2 JP57076975A JP7697582A JPS6240121B2 JP S6240121 B2 JPS6240121 B2 JP S6240121B2 JP 57076975 A JP57076975 A JP 57076975A JP 7697582 A JP7697582 A JP 7697582A JP S6240121 B2 JPS6240121 B2 JP S6240121B2
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- cutting
- workpiece
- tool
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Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B25/00—Accessories or auxiliary equipment for turning-machines
- B23B25/02—Arrangements for chip-breaking in turning-machines
Description
新しい工業材料として多くの産業分野で期待さ
れているセラミツクスについては、これを普通炭
素鋼と同様に自由自在に旋削加工できる切削理論
と技術の開発が要請されている。 本発明は、このような要請に応える新しいセラ
ミツクスの精密振動旋削法に関するものである。 セラミツクスのもつ優れた諸特性が、切削加工
における難削材としての要因となつている。硬い
性質は脆性を意味し、硬いという機械的性質がも
たらす切削力の増大によつて、脆いセラミツクス
工作物が巨視的には折損や破損を起こし易くな
り、また微視的には工作物表面に微細クラツクを
発生させることになる。 このセラミツクスの旋削加工では、切削力がわ
ずかでも軽減される方法、また微細クラツクの発
生が他の方法に比べてわずかでも軽減される方法
によつて旋削加工することが肝要となる。しかる
に、周知のように耐熱性に優れるセラミツクスを
高温切削，低温切削しても切削力には変化が見ら
れず、工具形状を変化させてもセラミツクスに対
しては何ら影響を与えない。また、切削油剤の種
類を変えても切削工具の冷却効果のみとなつて、
本質的な切削機構に寄与させてその切削力を軽減
させる効果は得られない。 ここにおいて、切削力そのものを軽減させる方
法に適切な方法が全くないと仮定するならば、こ
の切削力が作用するセラミツクス工作物の剛性、
すなわち、ばね定数を増大させる方法について考
える。すなわち、大きな切削力が作用してもセラ
ミツクス工作物のたわみが少ない切削方法につい
て考える。 いま、第１図のようにして丸棒工作物１をバイ
ト２によつて高速切削する場合を考える。高速切
削の背分力方向切削力波形はPt＋ｐtsinωｔで近
似化して表わされので、 Ｍｄ２ｘ／ｄｔ２＋Ｃｄｘ／ｄｔ＋kx＝Pt＋ｐtsinω
ｔ……(1) Ｍ：旋盤主軸に取り付けた工作物１の特価質量 （kgf−s2／mm） Ｃ：主軸に取り付けた工作物の水平方向の粘性減
衰係数（kgf−ｓ／mm） ｋ：旋盤主軸に取り付けた工作物の水平方向のば
ね定数（kgf／mm） Pt：背分方向力静的切削力成分（kgf） pt：背分力方向動的切削力成分（kgf） ω：切削力の変動角固有振動数（rad／ｓ） ωo：工作物の水平方向角固有振動数（rad／ｓ） ここで、(1)式の運動方程式の解は、ω／ωo≫
１のとき、 ｘ≒Ｐｔ／ｋ となる。すなわち、時間ｔの項がなくなり、ばね
定数ｋで静的切削力Ptを割つた値のｘをもつて変
位することがわかる。すなわち、高速切削した場
合には工作物本来のばね定数ｋで切削力を割つた
値をもつて工作物が変位する。さて次に をもつて表わされる、パルス切削力波形が工作物
に作用する場合を考える。 このときの工作物の運動を表わす運動方程式は
(2)式のようになる。 （tc：バイトの振動一周期ごとの正味切削時間
sT：バイトの振動周期ｓ） (2)式において、ω／ωo≫１のとき、 となる。すなわち、工作物本来のばね定数ｋの値
をＴ／ｔc倍高めることができる。 ここで、第９図のグラフにおいて、ａ＝バイト
の片振幅，ｆ＝バイトの振動数，Ｔ＝バイトの振
動周期（＝１／ｆ），ω＝バイトの角振動数，ｙ
＝バイトの変位，ｖb＝バイトの振動速度，ｖ＝
切削速度，t1＝バイトが原点０から振動を開始し
て、振動方向が切削方向と同方向になり、振動速
度が切削速度と等しくなつて工作物から離れはじ
めるときの原点０からの時間，t2＝振動の方向が
切削方向に向かつて進む方向となり、工作物に接
触しはじめるときの原点０からの時間，ｔc＝バ
イト振動１サイクル中の切削時間，ｌT＝バイト
振動１サイクルで切削方向に切削する長さ，ｖc
＝臨界切削速度とすると、 −ｖ＝ａωcosωt1 sin（２πｔ１／Ｔ）−２πｔ１／Ｔcos（２πｔ１／
Ｔ） ＝sin（２πｔ２／Ｔ）−２πｔ２／Ｔcos（２πｔ
１／Ｔ） ｔｃ／Ｔ＝１＋ｔ１／Ｔ−ｔ２／Ｔ 以上の関係式がなり立つ。これらを数値計算し
て表にすると、表１（次頁）のようになる。 この表１からわかるように、ｔc／Ｔは、ｖ／
ａωすなわちｖ／ｖcの値が1.00から0.217程度ま
でこのｖ／ｖcとほぼ同一の値を示す。 また、振動切削では、一般にｖをｖc／３程度
としており、このあたりではｔc／Ｔ≒ｖ／ｖcと
なつている。つまり、Ｔ／ｔcの値は一般にはｖ
c／ｖの値
れているセラミツクスについては、これを普通炭
素鋼と同様に自由自在に旋削加工できる切削理論
と技術の開発が要請されている。 本発明は、このような要請に応える新しいセラ
ミツクスの精密振動旋削法に関するものである。 セラミツクスのもつ優れた諸特性が、切削加工
における難削材としての要因となつている。硬い
性質は脆性を意味し、硬いという機械的性質がも
たらす切削力の増大によつて、脆いセラミツクス
工作物が巨視的には折損や破損を起こし易くな
り、また微視的には工作物表面に微細クラツクを
発生させることになる。 このセラミツクスの旋削加工では、切削力がわ
ずかでも軽減される方法、また微細クラツクの発
生が他の方法に比べてわずかでも軽減される方法
によつて旋削加工することが肝要となる。しかる
に、周知のように耐熱性に優れるセラミツクスを
高温切削，低温切削しても切削力には変化が見ら
れず、工具形状を変化させてもセラミツクスに対
しては何ら影響を与えない。また、切削油剤の種
類を変えても切削工具の冷却効果のみとなつて、
本質的な切削機構に寄与させてその切削力を軽減
させる効果は得られない。 ここにおいて、切削力そのものを軽減させる方
法に適切な方法が全くないと仮定するならば、こ
の切削力が作用するセラミツクス工作物の剛性、
すなわち、ばね定数を増大させる方法について考
える。すなわち、大きな切削力が作用してもセラ
ミツクス工作物のたわみが少ない切削方法につい
て考える。 いま、第１図のようにして丸棒工作物１をバイ
ト２によつて高速切削する場合を考える。高速切
削の背分力方向切削力波形はPt＋ｐtsinωｔで近
似化して表わされので、 Ｍｄ２ｘ／ｄｔ２＋Ｃｄｘ／ｄｔ＋kx＝Pt＋ｐtsinω
ｔ……(1) Ｍ：旋盤主軸に取り付けた工作物１の特価質量 （kgf−s2／mm） Ｃ：主軸に取り付けた工作物の水平方向の粘性減
衰係数（kgf−ｓ／mm） ｋ：旋盤主軸に取り付けた工作物の水平方向のば
ね定数（kgf／mm） Pt：背分方向力静的切削力成分（kgf） pt：背分力方向動的切削力成分（kgf） ω：切削力の変動角固有振動数（rad／ｓ） ωo：工作物の水平方向角固有振動数（rad／ｓ） ここで、(1)式の運動方程式の解は、ω／ωo≫
１のとき、 ｘ≒Ｐｔ／ｋ となる。すなわち、時間ｔの項がなくなり、ばね
定数ｋで静的切削力Ptを割つた値のｘをもつて変
位することがわかる。すなわち、高速切削した場
合には工作物本来のばね定数ｋで切削力を割つた
値をもつて工作物が変位する。さて次に をもつて表わされる、パルス切削力波形が工作物
に作用する場合を考える。 このときの工作物の運動を表わす運動方程式は
(2)式のようになる。 （tc：バイトの振動一周期ごとの正味切削時間
sT：バイトの振動周期ｓ） (2)式において、ω／ωo≫１のとき、 となる。すなわち、工作物本来のばね定数ｋの値
をＴ／ｔc倍高めることができる。 ここで、第９図のグラフにおいて、ａ＝バイト
の片振幅，ｆ＝バイトの振動数，Ｔ＝バイトの振
動周期（＝１／ｆ），ω＝バイトの角振動数，ｙ
＝バイトの変位，ｖb＝バイトの振動速度，ｖ＝
切削速度，t1＝バイトが原点０から振動を開始し
て、振動方向が切削方向と同方向になり、振動速
度が切削速度と等しくなつて工作物から離れはじ
めるときの原点０からの時間，t2＝振動の方向が
切削方向に向かつて進む方向となり、工作物に接
触しはじめるときの原点０からの時間，ｔc＝バ
イト振動１サイクル中の切削時間，ｌT＝バイト
振動１サイクルで切削方向に切削する長さ，ｖc
＝臨界切削速度とすると、 −ｖ＝ａωcosωt1 sin（２πｔ１／Ｔ）−２πｔ１／Ｔcos（２πｔ１／
Ｔ） ＝sin（２πｔ２／Ｔ）−２πｔ２／Ｔcos（２πｔ
１／Ｔ） ｔｃ／Ｔ＝１＋ｔ１／Ｔ−ｔ２／Ｔ 以上の関係式がなり立つ。これらを数値計算し
て表にすると、表１（次頁）のようになる。 この表１からわかるように、ｔc／Ｔは、ｖ／
ａωすなわちｖ／ｖcの値が1.00から0.217程度ま
でこのｖ／ｖcとほぼ同一の値を示す。 また、振動切削では、一般にｖをｖc／３程度
としており、このあたりではｔc／Ｔ≒ｖ／ｖcと
なつている。つまり、Ｔ／ｔcの値は一般にはｖ
c／ｖの値
【表】
とほぼ等しい。ここでｖは切削速度で、ｖc＝２
πaf（ｆ：バイトの振動数、ａ：バイトの片振
幅）である。 約Ｔ／ｔc≒３〜10の値となる。したがつて、
見掛上ばね定数をパルス切削力が作用する作用時
間ｔcとバイトの振動一周期Ｔとの比倍だけ高め
ることができる。 この効果は、バイトを切削方向、すなわち主分
力方向に振動させて得られる振動切削効果として
既に発表され、実用化もされているところであ
る。セラミツクスを旋削する上には、この運動方
程式の解が示す数学的効果を工学的に利用するこ
とが唯一の方法のように考えられる。 一方、(3)式の分子のPt、すなわち切削力そのも
のを軽減させ、さらに微細クラツクの発生を防止
する新しい方法が本発明によつて創作された。 第２図において、バイト２に切込みt′を与えて
工作物１に対して矢印方向に切削速度ｖをもつて
２次元切削すると、主分力Pcおよび背分力Ptは
図示の方向に働き、合力Ｐが発生し、これが切削
速度ｖの方向に対して−φの負の方向に作用す
る。すなわち、工作物に作用する切削力の合力は
セラミツクス工作物の表面から工作物内部に向か
つて作用し、バイトに作用する切削抵抗の合力は
図示の方向に作用する。 さて、一般のタガネを使用してはつり作業をす
る場合に、工作物内部から表面に向かつてタガネ
をたたいた方が、その抵抗は小さく容易にはつれ
ることは周知のところである。この現象などを参
考として、第３図のように傾斜した方向に示した
切削速度Ｖの方向にバイト２を送ることによつて
切削力は軽減されることがわかる。すなわち、工
作物の内部から工作物表面に向かつて切削するこ
とを繰返せば、特に工作物がセラミツクスのよう
な脆性材料の場合には有効となり、切削力は軽減
されるものと考えられる。切削力Ｐは主分力Pc
および背分力Ptで合成され、その方向は＋φの方
向角を有し、明らかに切削力Ｐを工作物内部より
工作物表面に向かつて作用させることができる。 このような切削方法が、第４図ａ，ｂに示す切
削方法によつて実現される。 すなわち、バイト３を縦超音波振動子４をもつ
て矢印５の方向に振動数ｆ、片振幅ａをもつて振
動させ、また工作物１を回転させて切削速度ｖを
与える。 この一定速度で回転する工作物の切削速度ｖと
バイト刃先の振動による方向が変化する振動速度
とが合成されて、バイト刃先はジグザグに進行し
第３図のように工作物内部から工作物上方に向か
つて切削する運動を繰返すことができるようにな
る。このバイト２に切込み（送り）t′を矢印６の
方向に与えて、パイプ状工作物の端面を２次元切
削する。 このときの切削機構を第５図に示して説明す
る。切削速度ｖと振動数ｆおよび片振幅ａとによ
る振動速度とが合成されて、バイト刃先の運動軌
跡は波形ABCD…を示す。工作物がさらに一回転
して切込み（送り）t′が与えられると、波形
A′B′C′D′……となる。このときのバイト切刃で
切削する部分は斜線で示した近似面積BB′CC′，
DD′EE′……となる。 なお、１回転した後のバイト刃先の運動軌跡が
波形A′B′C′D′……となるのは、旋盤の回転軸の
あそびの範囲内で、バイト刃先に作用する切削抵
抗が小さくなる方向（断続する切りくずを生成す
る方向）へバイト刃先の運動軌跡が移行するため
である。つまり、切削抵抗は、第５図における波
形ABCD……と波形A′B′C′D′……とが同位相にな
る場合（２つの波形が重なる場合）が最大とな
り、前述したように工作物内部から工作物表面に
向かつて切削する場合が、切削力は最も軽減され
て切削抵抗は最小となる。この結果、波形
A′B′C′D′……は必然的に第５図に示した位相に
移行することになる。 図からわかるように、従来の普通の連続した面
積とはならずにこれらを分割した面積として小刻
みに切削することになる。すなわち、切削力をバ
イトの振動一周期の1/2の短い時間だけ作用させ
るパルス切削力波形とすることができ、Ｔ／ｔc
＝２となる。このときの切削力は、第５図に示す
ように、工作物内部より工作物表面に向かつて作
用する。この方向はバイトの振動姿態によつて若
干変化するが、その方向はいずれも工作物内部よ
り表面空間に向かつて作用する。そして、切削力
が軽減される。 この切込み（送り）t′をバイトの片振幅ａに比
べて極小とするのが、本発明の切削法の特色の１
つである。例えばａ＝15μｍとするとt′＝0.5〜
３μｍ程度の値が理想的である。 このようにして切削力Ｐを軽減させることがで
き、その上、微細クラツクの発生については、波
形の例えばB′C′D′で表わされる工作物の凸部分
にその発生を集中させることができる。 この凸部は本発明の切削法の実施によつて規則
的に発生する部分で、その表面あらさは３〜４μ
ｍ程度（ａ＝15μｍとして実験した結果得られた
一数値）を示す。従つて、ラツピング作業などを
行なつて平滑な仕上面にする必要がある。このラ
ツピング工程によつて微細クラツクの発生に伴う
微少凸部群が除去され、平滑な仕上面が得られる
ことになる。 このようにして、微少量の取り代部を加工して
精密仕上加工することを特徴とするラツピング作
業に必要な形状と表面あらさを有する素地に、粗
旋削加工するのに最適な旋削方法が、本発明によ
つて実現されるのである。 この本発明を実施するにあたつて用いられるバ
イト形状には、次のような条件が必要とされる。
第５図において、振動数ｆ、片振幅ａのバイトの
最大振動速度と工作物の切削速度との関係から求
められるバイト逃げ角Θを与える必要がある。す
なわち、Θ＝tan-1２ａｆ／Ｄｎのバイト逃げ角を与え
て工 作物表面とバイト逃げ面とが接触しないようにす
ることが肝要である。ここにおいて、Ｄは工作物
直径、ｎは工作物回転数である。 いま、バイトの逃げ角Θ＝20゜として、ｆ＝
20kHz、ａ＝15μｍ、工作物の直径Ｄ＝40mmとす
ると、ｎ≒2500rpmとなる。そして、このとき切
削速度ｖ≒310m／minとなる。t′＝0.5〜１μｍ
程度の微少の切込み（送り）によつて、例えば水
溶性切削油剤を給油して潤滑を兼ねて切刃の冷却
を行なう。 このように、本発明における切削速度は極めて
高い。また、その切込み（送り）は微少である。
旋盤往復台の送り量が微少でも、その回転数が高
速であるから、その送り速度は早く、ステツクス
リツプを発生させずに、一様な送りをバイトに与
えることができ、一様な切削面に加工することが
できる。 本発明の具体例を第６図に示して説明する。 電わい縦振動子４の振幅を振幅拡大用ホーン７
で拡大して、そのホーン先端に、電わい縦振動子
４の固有振動数ｆで共振する曲げ振動系バイト３
を締付けボルト８によつて固定する。曲げ振動系
バイト３には、多数の振動節が発生する。そのう
ちの２個所の振動節の位置を利用して、両側より
締付金具９，１０を介し、曲げ振動系バイト３を
刃物台１１に締付けボルト１２によつて固定す
る。一方、ホーン７の振動節の位置にホルダ１３
を取り付け、縦振動系ホーンを刃物台に固定す
る。 このようにして安定した例えばｆ＝20kHz、ａ
＝15μｍという超音波振動を、61ト３の先端に設
けた横切刃に与えることができる。 さて、次に重要な点は、図示のような円筒旋削
加工における切刃の振動動方向である。この振動
方向を決めるにあたつては、第４図および第５図
の２次元高速切削の振動方向が基本となる。した
がつて、円筒旋削加工の横切刃が切削する３次元
切削の場合には、矢印５′の方向で示す振動方向
と工作物の回転中心軸と交わる角θを前切刃角η
よりも小さくする。すなわち、前切刃逃げ角は本
発明で限定する逃げ角を与えていないので、前切
刃逃げ面が本発明の切削機構に作用しないように
逃がしておく必要が生じる。この角ηよりも小さ
い角度θの方向に外周から工作部内部に向かつて
横切刃を振動させながら切込みを矢印６′の方向
に与えて本発明を実施する。横逃げ角および前逃
げ角が等しい斜剣バイトおよび先丸刃バイトを使
用する場合には、この角θはゼロ以外の角度なら
ばいずれの角度でも、本発明の切削法は円滑に実
施される。 工作物はダイヤモンドに近い硬さを有するセラ
ミツクスをも対象とするために、ダイヤモンドバ
イトを使用する。そして、Θ＝20゜という大きな
逃げ角を与えるために、約20゜の負のすくい角を
与えてバイト切刃強度を補強する。直径60mm、長
さ100mmの酸化アルミナ工作物に、回転数
2000rpm、送り0.4μＣ／rev、切込み0.5mmを与
え、振動数21.7kHz、振幅15μｍをもつて超音波
振動するバイトを、前切刃角η＝22゜、ノーズ角
88゜、横切刃角70゜として、第６図のように本発
明を実施することにより、セラミツクス工作物を
切損，破損することなく、その表面あらさを４〜
６μｍをもつて、真円度２〜３μｍ程度の加工精
度で旋削加工することに成功した。 なお、この旋削加工では、第７図および第８図
のようにして、正面旋削あるいは中ぐりが実施さ
れる。このときの振動方向はバイトの送り方向と
角θをなす方向に与えられ、バイト逃げ面が切削
面と接触しないようにして、本発明を実施する。
πaf（ｆ：バイトの振動数、ａ：バイトの片振
幅）である。 約Ｔ／ｔc≒３〜10の値となる。したがつて、
見掛上ばね定数をパルス切削力が作用する作用時
間ｔcとバイトの振動一周期Ｔとの比倍だけ高め
ることができる。 この効果は、バイトを切削方向、すなわち主分
力方向に振動させて得られる振動切削効果として
既に発表され、実用化もされているところであ
る。セラミツクスを旋削する上には、この運動方
程式の解が示す数学的効果を工学的に利用するこ
とが唯一の方法のように考えられる。 一方、(3)式の分子のPt、すなわち切削力そのも
のを軽減させ、さらに微細クラツクの発生を防止
する新しい方法が本発明によつて創作された。 第２図において、バイト２に切込みt′を与えて
工作物１に対して矢印方向に切削速度ｖをもつて
２次元切削すると、主分力Pcおよび背分力Ptは
図示の方向に働き、合力Ｐが発生し、これが切削
速度ｖの方向に対して−φの負の方向に作用す
る。すなわち、工作物に作用する切削力の合力は
セラミツクス工作物の表面から工作物内部に向か
つて作用し、バイトに作用する切削抵抗の合力は
図示の方向に作用する。 さて、一般のタガネを使用してはつり作業をす
る場合に、工作物内部から表面に向かつてタガネ
をたたいた方が、その抵抗は小さく容易にはつれ
ることは周知のところである。この現象などを参
考として、第３図のように傾斜した方向に示した
切削速度Ｖの方向にバイト２を送ることによつて
切削力は軽減されることがわかる。すなわち、工
作物の内部から工作物表面に向かつて切削するこ
とを繰返せば、特に工作物がセラミツクスのよう
な脆性材料の場合には有効となり、切削力は軽減
されるものと考えられる。切削力Ｐは主分力Pc
および背分力Ptで合成され、その方向は＋φの方
向角を有し、明らかに切削力Ｐを工作物内部より
工作物表面に向かつて作用させることができる。 このような切削方法が、第４図ａ，ｂに示す切
削方法によつて実現される。 すなわち、バイト３を縦超音波振動子４をもつ
て矢印５の方向に振動数ｆ、片振幅ａをもつて振
動させ、また工作物１を回転させて切削速度ｖを
与える。 この一定速度で回転する工作物の切削速度ｖと
バイト刃先の振動による方向が変化する振動速度
とが合成されて、バイト刃先はジグザグに進行し
第３図のように工作物内部から工作物上方に向か
つて切削する運動を繰返すことができるようにな
る。このバイト２に切込み（送り）t′を矢印６の
方向に与えて、パイプ状工作物の端面を２次元切
削する。 このときの切削機構を第５図に示して説明す
る。切削速度ｖと振動数ｆおよび片振幅ａとによ
る振動速度とが合成されて、バイト刃先の運動軌
跡は波形ABCD…を示す。工作物がさらに一回転
して切込み（送り）t′が与えられると、波形
A′B′C′D′……となる。このときのバイト切刃で
切削する部分は斜線で示した近似面積BB′CC′，
DD′EE′……となる。 なお、１回転した後のバイト刃先の運動軌跡が
波形A′B′C′D′……となるのは、旋盤の回転軸の
あそびの範囲内で、バイト刃先に作用する切削抵
抗が小さくなる方向（断続する切りくずを生成す
る方向）へバイト刃先の運動軌跡が移行するため
である。つまり、切削抵抗は、第５図における波
形ABCD……と波形A′B′C′D′……とが同位相にな
る場合（２つの波形が重なる場合）が最大とな
り、前述したように工作物内部から工作物表面に
向かつて切削する場合が、切削力は最も軽減され
て切削抵抗は最小となる。この結果、波形
A′B′C′D′……は必然的に第５図に示した位相に
移行することになる。 図からわかるように、従来の普通の連続した面
積とはならずにこれらを分割した面積として小刻
みに切削することになる。すなわち、切削力をバ
イトの振動一周期の1/2の短い時間だけ作用させ
るパルス切削力波形とすることができ、Ｔ／ｔc
＝２となる。このときの切削力は、第５図に示す
ように、工作物内部より工作物表面に向かつて作
用する。この方向はバイトの振動姿態によつて若
干変化するが、その方向はいずれも工作物内部よ
り表面空間に向かつて作用する。そして、切削力
が軽減される。 この切込み（送り）t′をバイトの片振幅ａに比
べて極小とするのが、本発明の切削法の特色の１
つである。例えばａ＝15μｍとするとt′＝0.5〜
３μｍ程度の値が理想的である。 このようにして切削力Ｐを軽減させることがで
き、その上、微細クラツクの発生については、波
形の例えばB′C′D′で表わされる工作物の凸部分
にその発生を集中させることができる。 この凸部は本発明の切削法の実施によつて規則
的に発生する部分で、その表面あらさは３〜４μ
ｍ程度（ａ＝15μｍとして実験した結果得られた
一数値）を示す。従つて、ラツピング作業などを
行なつて平滑な仕上面にする必要がある。このラ
ツピング工程によつて微細クラツクの発生に伴う
微少凸部群が除去され、平滑な仕上面が得られる
ことになる。 このようにして、微少量の取り代部を加工して
精密仕上加工することを特徴とするラツピング作
業に必要な形状と表面あらさを有する素地に、粗
旋削加工するのに最適な旋削方法が、本発明によ
つて実現されるのである。 この本発明を実施するにあたつて用いられるバ
イト形状には、次のような条件が必要とされる。
第５図において、振動数ｆ、片振幅ａのバイトの
最大振動速度と工作物の切削速度との関係から求
められるバイト逃げ角Θを与える必要がある。す
なわち、Θ＝tan-1２ａｆ／Ｄｎのバイト逃げ角を与え
て工 作物表面とバイト逃げ面とが接触しないようにす
ることが肝要である。ここにおいて、Ｄは工作物
直径、ｎは工作物回転数である。 いま、バイトの逃げ角Θ＝20゜として、ｆ＝
20kHz、ａ＝15μｍ、工作物の直径Ｄ＝40mmとす
ると、ｎ≒2500rpmとなる。そして、このとき切
削速度ｖ≒310m／minとなる。t′＝0.5〜１μｍ
程度の微少の切込み（送り）によつて、例えば水
溶性切削油剤を給油して潤滑を兼ねて切刃の冷却
を行なう。 このように、本発明における切削速度は極めて
高い。また、その切込み（送り）は微少である。
旋盤往復台の送り量が微少でも、その回転数が高
速であるから、その送り速度は早く、ステツクス
リツプを発生させずに、一様な送りをバイトに与
えることができ、一様な切削面に加工することが
できる。 本発明の具体例を第６図に示して説明する。 電わい縦振動子４の振幅を振幅拡大用ホーン７
で拡大して、そのホーン先端に、電わい縦振動子
４の固有振動数ｆで共振する曲げ振動系バイト３
を締付けボルト８によつて固定する。曲げ振動系
バイト３には、多数の振動節が発生する。そのう
ちの２個所の振動節の位置を利用して、両側より
締付金具９，１０を介し、曲げ振動系バイト３を
刃物台１１に締付けボルト１２によつて固定す
る。一方、ホーン７の振動節の位置にホルダ１３
を取り付け、縦振動系ホーンを刃物台に固定す
る。 このようにして安定した例えばｆ＝20kHz、ａ
＝15μｍという超音波振動を、61ト３の先端に設
けた横切刃に与えることができる。 さて、次に重要な点は、図示のような円筒旋削
加工における切刃の振動動方向である。この振動
方向を決めるにあたつては、第４図および第５図
の２次元高速切削の振動方向が基本となる。した
がつて、円筒旋削加工の横切刃が切削する３次元
切削の場合には、矢印５′の方向で示す振動方向
と工作物の回転中心軸と交わる角θを前切刃角η
よりも小さくする。すなわち、前切刃逃げ角は本
発明で限定する逃げ角を与えていないので、前切
刃逃げ面が本発明の切削機構に作用しないように
逃がしておく必要が生じる。この角ηよりも小さ
い角度θの方向に外周から工作部内部に向かつて
横切刃を振動させながら切込みを矢印６′の方向
に与えて本発明を実施する。横逃げ角および前逃
げ角が等しい斜剣バイトおよび先丸刃バイトを使
用する場合には、この角θはゼロ以外の角度なら
ばいずれの角度でも、本発明の切削法は円滑に実
施される。 工作物はダイヤモンドに近い硬さを有するセラ
ミツクスをも対象とするために、ダイヤモンドバ
イトを使用する。そして、Θ＝20゜という大きな
逃げ角を与えるために、約20゜の負のすくい角を
与えてバイト切刃強度を補強する。直径60mm、長
さ100mmの酸化アルミナ工作物に、回転数
2000rpm、送り0.4μＣ／rev、切込み0.5mmを与
え、振動数21.7kHz、振幅15μｍをもつて超音波
振動するバイトを、前切刃角η＝22゜、ノーズ角
88゜、横切刃角70゜として、第６図のように本発
明を実施することにより、セラミツクス工作物を
切損，破損することなく、その表面あらさを４〜
６μｍをもつて、真円度２〜３μｍ程度の加工精
度で旋削加工することに成功した。 なお、この旋削加工では、第７図および第８図
のようにして、正面旋削あるいは中ぐりが実施さ
れる。このときの振動方向はバイトの送り方向と
角θをなす方向に与えられ、バイト逃げ面が切削
面と接触しないようにして、本発明を実施する。
第１図バイトとセラミツクス工作物との振動系
をモデル化して示した正断面図、第２図は慣用切
削における切削力の合力の方向がセラミツクス工
作物内部に向かうことを示す説明図、第３図は本
発明の実施によつて切削力の合力の方向がセラミ
ツクス工作物内部より上方に向かつて切削力が減
少することを示す説明図、第４図ａ，ｂは本発明
の一実施例を示す側面図および上面図、第５図は
本発明の実施による切削機構の特徴を示す説明
図、第６図は本発明の具体例における旋削装置の
上面断面図、第７図は本発明による正面旋削方法
の説明図、第８図は本発明による中ぐり方法の説
明図、第９図はバイトの運動状態を示すグラフで
ある。 １……セラミツクス工作物、２，３……バイ
ト、４……超音波振動子、５，５……振動方向、
６，６′……送り方向。
をモデル化して示した正断面図、第２図は慣用切
削における切削力の合力の方向がセラミツクス工
作物内部に向かうことを示す説明図、第３図は本
発明の実施によつて切削力の合力の方向がセラミ
ツクス工作物内部より上方に向かつて切削力が減
少することを示す説明図、第４図ａ，ｂは本発明
の一実施例を示す側面図および上面図、第５図は
本発明の実施による切削機構の特徴を示す説明
図、第６図は本発明の具体例における旋削装置の
上面断面図、第７図は本発明による正面旋削方法
の説明図、第８図は本発明による中ぐり方法の説
明図、第９図はバイトの運動状態を示すグラフで
ある。 １……セラミツクス工作物、２，３……バイ
ト、４……超音波振動子、５，５……振動方向、
６，６′……送り方向。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクスを切削すべく、振動数ｆ，振幅
ａのバイトの最大速度と、工作物の直径Ｄおよび
同工作物の回転数ｎによる切削速度とで決まる逃
げ角Θ＝tan-1２ａｆ／Ｄｎをバイトに与え、同バイト
刃先 に、２次元切削においては送り方向と同方向、３
次元切削においては工作物の回転中心軸と交わる
角度θを前切刃角に等しくするかより小さい方向
を与えて同バイトの振動方向が工作物内部に向か
うようにして超音波域の高い振動数で同バイトを
振動させ、バイト逃げ面が切削面と接触しないよ
うな高速切削速度とし、送り量を振幅ａよりも極
小としてパルス切削力の方向を工作物内部に向か
つて作用させながら切削することを特徴とするセ
ラミツクスの精密振動切削法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7697582A JPS58196934A (ja) | 1982-05-08 | 1982-05-08 | セラミツクスの精密振動切削法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7697582A JPS58196934A (ja) | 1982-05-08 | 1982-05-08 | セラミツクスの精密振動切削法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196934A JPS58196934A (ja) | 1983-11-16 |
| JPS6240121B2 true JPS6240121B2 (ja) | 1987-08-26 |
Family
ID=13620781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7697582A Granted JPS58196934A (ja) | 1982-05-08 | 1982-05-08 | セラミツクスの精密振動切削法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58196934A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249847A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-20 | Sekisui Chem Co Ltd | 軒樋吊具 |
| WO2022269751A1 (ja) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | ファナック株式会社 | 工作機械の制御装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SI20048A2 (sl) * | 1999-06-04 | 2000-02-29 | Jože Balič | Naprava za koračno frezanje |
| CN102380626B (zh) * | 2011-08-19 | 2013-01-02 | 清华大学 | 一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构 |
| WO2016027205A1 (en) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | Bharat Forge Limited | An apparatus for and a method of turning difficult-to-cut alloys |
| CN114102050A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-01 | 中国航发南方工业有限公司 | 航空发动机高温合金零件的悬臂安装边的切削方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6147641A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | Toshiba Corp | レジストパタ−ンの形成方法 |
-
1982
- 1982-05-08 JP JP7697582A patent/JPS58196934A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6147641A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | Toshiba Corp | レジストパタ−ンの形成方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0249847A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-20 | Sekisui Chem Co Ltd | 軒樋吊具 |
| WO2022269751A1 (ja) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | ファナック株式会社 | 工作機械の制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58196934A (ja) | 1983-11-16 |
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