JPH0694082B2

JPH0694082B2 - 超音波振動加工装置

Info

Publication number: JPH0694082B2
Application number: JP1097086A
Authority: JP
Inventors: 晴司浜田
Original assignee: Taga Electric Co Ltd
Current assignee: Taga Electric Co Ltd
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH02274401A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はバイトを超音波振動させて旋削や形削り等の加
工作業を行なう超音波振動加工装置に関するものであ
る。

従来の技術近年、バイトを超音波振動させて切削や研削等の加工作
業を行なう装置が開発された。これは、電歪素子等を内
蔵した超音波振動子にバイトを接続して被加工物の接線
方向に超音波振動させ、加工精度を向上させたものであ
る。このようなものとしては本出願人により提案された
特願昭62−279637号等に開示されている装置が存する。

そこで、このような超音波振動加工装置の従来例を第２
図ないし第７図に基づいて説明する。まず。この超音波
振動加工装置である切削装置１は、チップ２と、このチ
ップ２が先端部に固定されたバイト３と、このバイト３
が接続された超音波振動子であるたわみ振動子４とから
形成されている。ここで、このたわみ振動子４は、ボル
ト孔５が形成されたバイト支持材６とボルト７との間
に、電歪素子８、電極板9,10、電歪素子11、共通電極板
12、末端材13を順次挾持している。そして、第３図に例
示するように、前記電極板9,10は端子部が突出した半円
弧状に形成され、第４図に例示するように、前記電歪素
子8,11には前記電極板9,10と導通される電極14〜17が表
面に形成されている。また、前記電歪素子8,11及び電極
板9,10とボルト７との間には、円筒状の絶縁部材18が挿
入されている。一方、前記バイト支持材６の前端部はシ
ヤフト状に突設されてネジ19が形成されており、ここに
逆ネジ20が末端部に形成された前記バイト３が、両ネジ
21が形成された締結具22により着脱自在に接続されてい
る。

なお、前記バイト支持材６と前記末端材13との側面に
は、この切削装置１の固定用の円錐穴23,24が形成され
ている。

このような構成において、この切削装置１は、共通電極
板12を基準として電極板9,10に所定周波数の逆相の電圧
を印加することにより、第５図（ｂ）に例示するような
たわみ振動の振幅分布で共振振動し、チップ２が大きく
振動することになる。そこで、このような状態でチップ
２を被加工物（図示せず）に切り込むことで、精密な切
削加工を行なえる。

なお、上述の切削装置１ではチップ２が鑞付け等でバイ
ト３に固定されたものを例示したが、このような装置で
は第６図に例示するようなスローアウェイチップ25が使
用される場合もある。これは、通常はバイト３の切削部
に固着されているチップ２を交換自在にしたもので、摩
耗すると交換する使い捨て式のチップである。そこで、
第７図に例示するように、ボルト挿入穴である取付孔26
が形成された前記スローアウェイチップ25は、ネジ孔
（図示せず）が形成された専用のバイト27にチップ固定
ボルト28で固定されることで切削作業に使用されてい
る。

発明が解決しようとする課題だが、、第７図（ａ）に例示するように、スローアウェ
イチップ25は底面でバイト27に接続されているため、た
わみ振動の重心が下方に移動してスローアウェイチップ
25の刃先の振動方向角θが大きく傾斜することになる。
この場合、刃先のすくい角を確保するためにはバイト27
のスローアウェイチップ25を取付ける面を傾斜させる必
要があるが、このようにするとスローアウェイチップ25
の刃先の振動方向角θはさらに傾斜することになる。

上述のような課題は、例えば、TPGT0820（JIS−B4120−
1985）に代表されるような小型で軽量なスローアウェイ
チップを使用した場合は発生しないが、切削量を増やす
ためにTPGT1102に代表されるような大型のスローアウェ
イチップを使用した場合は顕著である。

課題を解決するための手段ボルト挿入穴を備えたスローアウェイチップと、少なく
ともチップ固定部が超硬材で形成されてナットが固定さ
れたバイトと、このバイトのナットに前記スローアウェ
イチップのボルト挿入穴を介してねじ込まれるチップ固
定ボルトと、前記バイトを支持した超音波振動子とから
なる。

作用少なくともチップ固定部が超硬材により形成されている
ため、スローアウェイチップの刃先から第一ノードに至
る等価質量を大きくすることができ、そのため、刃先に
大きなエネルギを保有させることができて加工作業の効
率を高めることができ、また、チップ固定部の剛性が高
い上に質量も大きいために、振動方向の変化量が少なく
て加工作業の精度が高く、しかも、チップ固定部にナッ
トを固定したことにより、超硬材により形成されたチッ
プ固定部にネジ穴を形成することを要しないため、装置
を製作することが容易なものである。

実施例本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。なお、本
実施例の超音波振動加工装置である切削装置29は、前述
の取付孔26を備えたスローアウェイチップ25用に形成さ
れている。そこで、この切削装置29では、振動振幅が拡
大するよう前縁部にＲが形成されたベース30の下面に、
例えば、高密度高剛性材で形成されたチップ固定部31が
鑞付け等で一体的に固定されてバイト32が形成されてい
る。そして、このバイト32のチップ固定部31にフランジ
付ナット33が丸孔34に埋込まれて鑞付け等で固定されて
いる。そこで、スローアウェイチップ25がチップ固定部
31に、チップ固定ボルト28とフランジ付ナット33で固定
されている。なお、この切削装置29のたわみ振動子４等
の構造は前述の切削装置１と同様になっている。

このような構成において、この切削装置29は前述の切削
装置１と同様に超音波振動による切削作業を行なう。ま
た、スローアウェイチップ25はチップ固定部31に、この
チップ固定部31に下方から取付けられたフランジ付ナッ
ト33とチップ固定ボルト28とで固定されており、チップ
固定部31に加工が非常に困難なネジ孔を形成することを
要しないので装置の生産性が高い。

なお、上述のチップ固定部31を形成した高密度高剛性材
としては、超硬材が用いられる。

ここで、上述のような切削装置29の超音波振動による最
大切削能力は、刃先から第一ノードN1に至る等価質量ｍ
と振動速度Ｖとにより決定される。そこで、スローアウ
ェイチップ25の刃先の有するエネルギをＥとすると、Ｅ＝mV²/2 となる。つまり、等価質量ｍや振動速度Ｖが大きくなる
に従って切削量が増大し、この切削量を同一にした場合
は、保有エネルギが大きいので振動の振幅や方向の変化
が小さくなって作業精度が向上することが分かる。

なお、本出願人はステンレス鋼でチップ固定部が一体に
形成されたバイトを従来品の実験材として製作した。そ
こで、スローアウェイチップであるTPGT110208（JIS−B
4120−1985）を装着角12゜でボルト止めして刃先の振動
を測定したところ、共振周波数が19.5（KHz）で振動方
向角θが25゜であった。そこで、装置を25゜傾斜させ、
振動方向と切削方向とを一致させて切削作業を行なった
ところ、切削のすくい角が−13゜となって切削抵抗が大
きく切削が良好に行なえなかったため、第６図に例示し
たようにスローアウェイチップの刃先を18゜に研削して
切削のすくい角を＋５゜とした。そして、被切削物とし
てφ40（mm）のSK材を用意し、その回転数を200（rp
m）、切削送り量を0.125（mm/rev）とし、徐々に切り込
み深さを変化させて加工限界を測定した。片肉切り込み
深さが0.85（mm）で超音波振動子入力が66（Ｗ）であ
り、切り込み深さを1.05（mm）まで増大させると超音波
振動子入力が105（Ｗ）に上昇してチップの刃先が破損
した。

そこで、上述のようにして加工された被切削物の切削面
を観察したところ、片肉切り込み深さが0.65（mm）の部
分から状態が異なっており、途中からチップ刃先の振動
の振幅及び方向が変化したことが分かった。これは、超
音波振動子の駆動能力が大きいにもかかわらず、刃先か
ら第一ノードに至る等価質量が小さいので刃先に大きな
エネルギを保有させられなかったためと考えられる。

つぎに、本出願人は本発明の実験材として、第１図に例
示したような構造のバイトを、超硬材で形成したチップ
固定部をステンレス鋼で形成したベースに銅箔を介して
鑞付けし、ステンレス製のフランジ付ナットを埋込んで
製作した（図示せず）。そこで、上述の実験材と同一の
スローアウェイチップを装着角12゜でボルト止めして刃
先の振動を測定したところ、共振周波数が19.5（KHz）
の時に振動方向角θが８゜で振動振幅は17（μｍ）であ
った。そこで、刃先を研削することなく装置を８゜に傾
斜させて切削作業を行なったところ、切削のすくい角は
＋４゜となった。

そして、前述の切削装置と同一条件で実験を行なったと
ころ、片肉切り込み深さが1.65（mm）でも安定した切削
が行なえて刃先の破損等も発生しなかった。また、この
時の超音波振動子入力は94（Ｗ）であり、刃先の保有エ
ネルギに余裕があることがうかがわれた。

なお、上述のような効果は図示したような真剣バイトの
他に片刃バイトなどでも同様に生じる。また、本実施例
の切削装置29ではバイト32とたわみ振動子４とを締結具
22で連結するものとしたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、バイトと超音波振動子とが一体成形され
た装置や、縦型超音波振動子に駆動される振動体にバイ
トを取付けたものなどが考えられる。さらに、本実施例
の切削装置29では超硬材で形成したチップ固定部31をバ
イト32のベースに取付けたものを例示したが、本発明は
これに限定されるものでもなく、全体が高密度高剛性材
で製作されたバイト等（図示せず）の使用も可能であ
る。

発明の効果本発明は上述のように、ボルト挿入穴を備えたスローア
ウェイチップと、少なくともチップ固定部が超硬材で形
成されてナットが固定されたバイトと、このバイトのナ
ットに前記スローアウェイチップのバイト挿入穴を介し
てねじ込まれるチップ固定ボルトと、前記バイトを支持
した超音波振動子とからなるので、スローアウェイチッ
プの刃先から第一ノードに至る等価質量を大きくするこ
とができ、そのため、刃先に大きなエネルギを保有させ
ることができて加工作業の効率を高めることができ、ま
た、チップ固定部の剛性が高い上に質量も大きいため
に、振動方向の変化量が少なくて加工作業の精度が高
く、しかも、チップ固定部にナットを固定したことによ
り、超硬材で形成されたチップ固定部にネジ穴を形成す
ることを要しないため、装置を製作することが容易であ
る等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断側面図、第２図は本
出願人により過去に提案された超音波振動加工装置の斜
視図、第３図は電極板の斜視図、第４図は電歪素子の斜
視図、第５図は超音波加工装置の振動振幅分布を示す縦
断側面図、第６図（ａ）はスローアウェイチップの平面
図、第６図（ｂ）は側面図、第７図（ａ），（ｂ）はバ
イトの側面図である。４……超音波振動子、25……スローアウェイチップ、26
……ボルト挿入穴、28……チップ固定ボルト、29……超
音波加工装置、31……チップ固定部、32……バイト、33
……ナット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボルト挿入穴を備えたスローアウェイチッ
プと、少なくともチップ固定部が超硬材で形成されてナ
ットが固定されたバイトと、このバイトのナットに前記
スローアウェイチップのボルト挿入穴を介してねじ込ま
れるチップ固定ボルトと、前記バイトを支持した超音波
振動子とからなることを特徴とする超音波振動加工装
置。