WO2006022236A1 - 加振装置 - Google Patents

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WO2006022236A1
WO2006022236A1 PCT/JP2005/015231 JP2005015231W WO2006022236A1 WO 2006022236 A1 WO2006022236 A1 WO 2006022236A1 JP 2005015231 W JP2005015231 W JP 2005015231W WO 2006022236 A1 WO2006022236 A1 WO 2006022236A1
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Mitsuhiro Sanuki
Toshihiro Nishiguchi
Isao Moriguchi
Yasuyoshi Hirooka
Takeshi Matsuura
Original Assignee
Honda Motor Co., Ltd.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/108—Piezoelectric elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S451/00—Abrading
    • Y10S451/91—Ultrasonic

Definitions

  • the present invention relates to a vibration apparatus capable of vibrating a workpiece itself when the workpiece is processed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-80442
  • Patent Document 2 JP-A-9-285896
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 5-138128
  • Patent Document 4 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-25009
  • the present invention eliminates the need for measures such as soundproofing and the like by increasing the rigidity of the device on the processing tool side, and provides sufficient displacement and response speed to the object to be vibrated.
  • the purpose is to be able to perform vibration processing well.
  • the present invention provides a vibration device that vibrates a workpiece, and as the vibration device, first and second support members that support two opposite positions of the workpiece, A moving means for moving the support member on at least one side of the first and second support members between a support position and a disengagement position, and the workpiece is vibrated via the first and second support members.
  • the first and second vibrators that can be applied and driving means for vibrating the first and second vibrators in opposite phases are provided.
  • the first and second vibrators are vibrated through the supporting first and second support members. At this time, the first and second vibrators are vibrated in opposite phases, thereby amplifying the amplitude. Therefore, a sufficient amount of displacement can be given, and efficient machining can be performed while improving the tool life.
  • the first support member or the second support member may be, for example, a clamp member that clamps two opposite positions of the workpiece or a center member that supports the center of the shaft-like workpiece.
  • processing for example, cutting, grinding, drilling, or the like can be applied.
  • the vibrator for example, an electrostrictive element or a magnetostrictive element is suitable.
  • the first and second vibrators piezoelectric elements that generate vibration by expansion and contraction of a material are used. If the piezoelectric element is used in this way, the vibration generating mechanism can be easily configured with a light weight, and the responsiveness can be improved.
  • the work piece is vibrated, and at this time, the first and second vibrators are reversed via first and second support members that support opposite portions of the work piece.
  • the workpiece can be machined while amplifying the amplitude and giving a sufficient amount of displacement, and the tool life can be improved and efficient machining can be achieved.
  • the responsiveness will be better, the tool life will be further improved, the machining efficiency will be improved, the generation of noise etc. can be suppressed, and the force can be reduced easily and lightly. Can be configured.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example in which the vibration exciter according to the present invention is applied to cylindrical grinding.
  • FIG. 3 Comparison of displacement and response characteristics of various actuators that drive each transducer.
  • FIG. 4 Explanatory drawing showing an example of applying this vibrator to drilling.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example in which the vibration exciter according to the present invention is applied to cylindrical grinding
  • FIG. 2 is an explanatory view of a state before supporting a workpiece
  • FIG. 3 is for vibrating a vibrator
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example in which the vibration exciter is applied to drilling.
  • the vibratory apparatus increases the rigidity of the apparatus on the processing tool side, performs a soundproofing treatment, etc. by processing while vibrating the workpiece itself when vibrating the workpiece.
  • the outer surface of cylindrical workpiece W is ground. Has been applied.
  • this grinding apparatus 1 includes a pair of left and right tailstocks 2 and 3 for supporting a cylindrical workpiece W, and a main body housing 5 of each tailstock 2 and 3. 1st, 1st arranged in Two support members 6a and 6b are provided, and the second support member 6b is movable forward and backward toward the first support member 6a side by a hydraulic cylinder 4 as a moving means.
  • a center 7a7b that is rotatably supported by a bearing is provided at the tip of each supporting member 6a, 6b.
  • the centers 7a, 7b are formed in the center holes c on both end surfaces of the cylindrical workpiece W. Engageable.
  • a vibrator holding member 8 is provided on the base end side of the first and second support members 6a and 6b, and the base end side central portion of the first and second support members 6a and 6b is provided. Is provided with a plurality of substantially rectangular parallelepiped piezoelectric elements composed of piezoelectric material force such as ceramics, and the first support member 6a side has a first hole on the first support member 6a side.
  • the second vibrator 11 is provided on the second support member 6b side. The piezoelectric element at the end of each of the vibrators 10 and 11 is held by the vibrator holding member 8.
  • the driving means 12 for supplying electric energy to the first and second vibrators 10 and 11 is a sine wave (a non-inverted signal and an inverted signal that are 180 degrees out of phase with each other via a phase compensation circuit). ) To control the drive, amplify the amplitude in the axial direction, reduce the mass of the cylindrical workpiece W, and stabilize the deflection of the deflection. .
  • a processing tool 13 such as a turret whose rotation is controlled by a control means can be brought into contact with the surface of the workpiece W.
  • the state force shown in FIG. 2 is also driven after the second support member 6b advances and the center holes c at both ends of the cylindrical workpiece W are supported by both centers 7a and 7b. Due to the means 12 and phase compensation circuit, the piezo elements of the first and second vibrators 10 and 11 are 180 degrees out of phase.
  • the drive control is performed to supply a sine wave signal
  • the cylindrical work w starts to vibrate in the axial direction.
  • cutting is performed with the relative slip that occurs only in the rotational direction, and the relative slip also occurs in the force axis direction, resulting in high-efficiency grinding.
  • the load on the processing tool 13 is reduced, resulting in a longer tool life.
  • the piezo element and the magnetostrictive element are excellent in response frequency and have a small amount of displacement! /.
  • the practicality can be sufficiently secured by driving them in opposite phases.
  • the mode of the force calorie taking the case of cylindrical grinding as an example of processing is not limited to this.
  • the drilling force can be as shown in FIG. Ny can also be applied to other processes.
  • both ends of the workpiece W are clamped by the first and second support members 6a and 6b, and at the same time, the first and second vibrators 10 and 11 are given anti-phase vibrations. Drill with drill 14.
  • first and second vibrators 10 and 11 may be magnetostrictive elements instead of piezo elements.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

【課題】　被加工物を振動加工するにあたり、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えて効率よく振動加工が行えるようにする。 【解決手段】　ワークＷの外面を研削するにあたり、ワークＷの対向二箇所を支持する第１、第２支持部材２、３を設け、この第１、第２支持部材２、３のセンタ保持部材６の袋穴６ｈに複数個のピエゾ素子からなる第１、第２振動子１０、１１を配設するとともに、この第１、第２振動子１０、１１を、１８０度位相の異なる正弦波信号で駆動して各センタ保持部材６を前後方向に伸縮させ、変位量を増幅して加工する。また、第２支持部材３を第１支持部材２に対して移動自在にする。

Description

明 細 書
加振装置
技術分野
[0001] 本発明は、被加工物を加工する際、被加工物自体を振動させることのできる加振装 置に関する。
背景技術
[0002] 従来、被加工物の切削加工、ドリル加工、プレス加工等にお!、て、加工具や被カロ ェ物を振動させながら加工するような技術が知られており、例えば被加工物を切削 するブレードに複合的な振動運動を与えてバリ発生の抑制やブレード摩耗等の低減 を図ったダイシング装置 (例えば、特許文献 1参照。）や、プレス加工においてモータ 力 偏心軸を介してプレスヘッドに振動を付与することで、加工精度、加工能率を向 上させるような振動加工装置 (例えば、特許文献 2参照。）等が知られている。
特許文献 1：特開 2003— 80442号公報
特許文献 2：特開平 9 - 285896号公報
[0003] 一方、振動を発生させる手段として、磁歪、電歪による加振装置が種々提案されて おり、例えば振動試験機やマイクロピストン等の分野において、レバーの中央部と端 部に圧電素子を配設し、レバーの支点を回転中心としてレバーを揺動させる加振機 構 (例えば、特許文献 3参照。）や、携帯電話のバイブレータ等の分野において、シ ーソー板の支点軸付近の左右の下方底面に第 1圧電素子、第 2圧電素子を配設し、 これらの圧電素子をお互いに逆位相で駆動することによりシーソー板を支点軸まわり に揺動させるようなシーソー式振動装置 (例えば、特許文献 4参照。）などが知られて いる。
特許文献 3：特開平 5— 138128号公報
特許文献 4：特開 2004 - 25009号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、振動加工で工具寿命向上や加工効率向上等の効果を得つつ加工精度 の向上を図ろうとする場合、例えば変位量を数ミクロン程度のような微小振動とし、ま た高い振動数で加振することにより応答性を良好にする必要があるが、前記特許文 献 1、 2のように加工具側のブレードやプレスヘッドに振動を与えようとすると、加工装 置側がある程度の重量を有する場合、十分な応答性や変位量を与えることができな いという問題がある。また、加工装置側に振動や騒音が発生しがちであり、しかもある 程度の重量を有する装置であると、装置全体の振動や騒音が顕著となり、装置全体 の剛性を高めたり、防音等の対策が必要になる等の問題もあった。
[0005] そこで本発明は、加工具側の装置の剛性を高めたり、防音等の処置等の必要性を 無くし、また、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えることで、効率よく 振動加工が行えるようにすることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 上記目的を達成するため本発明は、被加工物を振動させる加振装置を設け、この 加振装置として、被加工物の対向二箇所を支持する第 1、第 2支持部材と、この第 1、 第 2支持部材の少なくとも一方側の支持部材を支持位置と離脱位置との間で移動さ せる移動手段と、前記第 1、第 2支持部材を介して前記被加工物に振動を与えること のできる第 1、第 2の振動子と、これら第 1、第 2の振動子を逆位相で振動させる駆動 手段を設けた。
[0007] このように、加工具を振動させる代わりに、被加工物を振動させるようにすることで、 例えば加工装置側から振動や騒音が発生せず、また、被加工物の対向二箇所を支 持する第 1、第 2支持部材を介して第 1、第 2の振動子で振動を与え、この際、第 1、 第 2の振動子を逆位相で振動させることにより、振幅が増幅されて十分な変位量を与 えることができ、工具の寿命向上を図りつつ、効率のよい加工が行えるようになる。 ここで、第 1支持部材ゃ第 2支持部材としては、例えば被加工物の対向二箇所をク ランプするクランプ部材でも良ぐまたは軸状の被加工物のセンターを支持するセン ター部材でも良い。そして加工としては、例えば、切削や、研削や、孔明け等が適用 可能であり、また、振動子としては、例えば電歪素子ゃ磁歪素子が好適である。
[0008] また本発明では、前記第 1、第 2の振動子として、材料の伸縮によって振動を発生さ せる圧電素子を使用するようにした。 このように圧電素子を使用すれば、振動発生機構が軽量で且つ簡易に構成でき、 し力も応答性を良好にすることができる。
発明の効果
[0009] 振動加工において、被加工物を振動させるとともに、この際、被加工物の対向ニ箇 所を支持する第 1、第 2支持部材を介して、第 1、第 2の振動子を逆位相で駆動して 被加工物を振動させることにより、振幅を増幅して十分な変位量を与えながら加工で きるようになり、工具の寿命向上と、効率のよい加工が可能となる。また、振動子として 圧電素子を使用すれば、応答性が良好となり、一層の工具寿命の向上や、加工効率 の向上が図られると同時に、騒音等の発生を抑制でき、し力も軽量で簡易に構成で きる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明に係る加振装置を円筒研削加工に適用した例を示す説明図
[図 2]被加工物を支持する前の状態の説明図
[図 3]各振動子を駆動する各種ァクチユエータの変位量と応答性を試験した比較図 [図 4]本加振装置を孔明け加工に適用した例を示す説明図
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図 1は本発明に係る加振装置を円筒研削加工に適用した例を示す説明図、 図 2は被加工物を支持する前の状態の説明図、図 3は振動子を振動させるための各 種ァクチユエータの変位量と応答性の比較図、図 4は本加振装置を孔明け加工に適 用した例を示す説明図である。
[0012] 本発明に係る加振装置は、被加工物を振動加工するにあたり、被加工物自体を微 振動させながら加工することで、加工具側の装置の剛性を高めたり、防音の処置等 の必要性を無くし、また、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えて効 率良 、加工が行えるようにされており、図 1に示す実施例では円筒状ワーク Wの外面 研削に適用している。
[0013] すなわち、図 1に示すように、この研削装置 1は、円筒状ワーク Wを支持するための 左右一対の心押台 2、 3と、各心押台 2、 3の本体ハウジング 5内に配設される第 1、第 2支持部材 6a、 6bを備えており、第 2支持部材 6bは、移動手段としての油圧シリンダ 4により第 1支持部材 6a側に向けて進退動自在にされている。そして、それぞれの支 持部材 6a、 6bの先端部には、軸受で回転自在に支持されるセンタ 7a7bが設けられ ており、このセンタ 7a、 7bが円筒状ワーク Wの両端面のセンタ穴 cに係合可能にされ ている。
[0014] そして、前記第 1、第 2支持部材 6a、 6bの基端側には、振動子保持部材 8が設けら れるとともに、第 1、第 2支持部材 6a、 6bの基端側中央部には、袋穴が設けられてお り、この袋穴に、例えばセラミックス等の圧電材料力 構成される略直方体形状のピ ェゾ素子が複数配列されて、第 1支持部材 6a側では第 1振動子 10とされ、第 2支持 部材 6b側では第 2振動子 11とされている。そして、それぞれの振動子 10、 11の一番 端部のピエゾ素子は前記振動子保持部材 8に保持されている。
[0015] そしてこのピエゾ素子は、両端に電位差をカ卩えると、歪みが生じて前後方向に伸縮 する
圧電効果を有しており、電気エネルギーを機械的仕事に変換できるものである。 このため、ピエゾ素子に駆動電力を供給すると、第 1、第 2振動子 10、 11が前後方 向に振動し、この振動によって第 1、第 2支持部材 6a、 6bも前後に振動するが、振動 子保持部材 8と第 1、第 2支持部材 6a、 6bとの間には、第 1、第 2支持部材 6a、 6bが 前後方向に振動するのを許容するための隙間 sが設けられている。
[0016] また、第 1、第 2振動子 10、 11に電気的エネルギーを供給する駆動手段 12は、位 相補償回路を介してお互いに 180度位相が異なる正弦波 (非反転信号と反転信号） を供給して駆動制御するようにされ、軸方向の振幅の増幅が図られるとともに、円筒 状ワーク Wの質量を緩和できるようにされ、また、振れの変位の安定ィ匕が図られてい る。
[0017] 一方、加工具側の構成としては、例えば制御手段によって回転制御される砲石等 の加工具 13がワーク Wの表面に当接可能にされている。
[0018] 以上のような装置構成において、図 2に示す状態力も第 2支持部材 6bが前進し、円 筒状ワーク Wの両端部のセンタ穴 cを両センタ 7a、 7bで支持した後、駆動手段 12と 位相補償回路により、第 1、第 2振動子 10、 11のピエゾ素子に 180度位相が異なる 正弦波信号を供給するよう駆動制御すると、円筒状ワーク wは軸方向に対して微振 動を始める。その状態で円筒状ワーク Wに加工具 13を押し当てて外面研削すると、 本来、回転方向にのみ発生する相対すべりで切削が行われるところ力 軸方向にも 相対すべりが生じて高能率で研削され、加工具 13の負荷も軽減して、結果としてェ 具寿命の延命化に繋がる。
[0019] ところで、以上のような第 1、第 2振動子 10、 11に微振動を与えるァクチユエータの 具体的構成としては、ピエゾ素子のほかに、例えば、エアシリンダや、油圧シリンダや 、ステップモータやボイスコイルゃ磁歪素子等が適用可能であるため、図 3はこれらァ クチユエータによる変位量と応答性を比較したものである。
[0020] この結果、ピエゾ素子や磁歪素子は応答周波数に優れて 、るが変位量が少な!/、こ とが判るが、被加工物を対向する二箇所で支持する場合、本発明のようにお互いの 逆位相で駆動することにより、実用性は十分確保できることが判った。
そして、ピエゾ素子の場合、特に、電気的エネルギーを機械的仕事に変換するとき の変換効率が大きぐ高速動作であり、発熱、電磁雑音が小さぐ小型軽量であり、保 守整備が簡単である等の種々の特性を有しているため、研削加工ゃ孔明け加工等 に適用すれば好適である。
[0021] ところで、以上の実施例では、加工の例として円筒研削の場合を例にとった力 カロ ェの態様はこれに限られるものではなぐ例えば図 4に示すようなドリル孔明け力卩ェゃ その他の加工にも適用出来、この際、第 1、第 2支持部材 6a、 6bでワーク Wの両端を クランプすると同時に、第 1、第 2振動子 10、 11で逆位相の振動を与え、ドリル 14で 孔明け加工する。
[0022] なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許 請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏す るものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、第 1、第 2振動子 10、 11はピエゾ素子の代わりに、磁歪素子でも良い。 産業上の利用可能性
[0023] 被加工物の対向二箇所を第 1、第 2支持部材で支持して加工する際、第 1、第 2の 振動子により第 1、第 2支持部材を介して被加工物を逆位相で振動させることで、カロ ェ効率の
向上や、工具寿命の延命化を図ることができ、この際、加工具の振動や防音等の問 題を防止出来る。また、振動子として圧電素子を使用すれば、簡素に且つ軽量に構 成できる。

Claims

請求の範囲
[1] 被加工物を振動させる加振装置であって、前記被加工物の対向二箇所を支持する 第 1、第 2支持部材と、この第 1、第 2支持部材の少なくとも一方側の支持部材を支持 位置と離脱位置との間で移動させる移動手段と、前記第 1、第 2支持部材を介して前 記被加工物に振動を与えることのできる第 1、第 2の振動子と、これら第 1、第 2の振 動子を逆位相で振動させる駆動手段を備えたことを特徴とする加振装置。
[2] 前記第 1、第 2の振動子は、材料の伸縮によって振動を発生させる圧電素子であるこ とを特徴とする請求項 1に記載の加振装置。
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