JP2008149441A - Ultrasonic tool holder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具を保持する超音波工具ホルダに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic tool holder for holding a tool.
最近、いわゆる難加工材料を加工するために超音波振動を工具または、ワークに与え加工する方法が多用されるようになってきた。このような加工方法は、超音波切削加工と呼ばれて、例えば、非特許文献1に詳しく記載されている。工具としては、旋盤に用いるバイト、フライス盤に用いるエンドミルなどがある。超音波切削加工は、ワークと工具との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。 Recently, in order to process a so-called difficult-to-process material, a method of applying ultrasonic vibration to a tool or a workpiece and processing has been frequently used. Such a processing method is called ultrasonic cutting, and is described in detail in
ここで図1の特許文献1に示す切削工具について詳しく説明する。切削工具は、超音波捻り振動を発生する超音波捻り振動器と、超音波捻り振動器により発生された捻り振動を撓み振動に変換する撓み振動体とを備えている。超音波捻り振動器は、ボルト締めランジュバン型電歪振動子からなり、超音波発振器からの高周波駆動信号により駆動される。 Here, the cutting tool shown in
また、超音波捻り振動器の先端には、超音波捻り振動器より発生した捻り振動の振幅を拡大して、撓み振動体に伝達する振幅拡大用ホーンがねじ止めされており、超音波捻り振動は該ホーンを通過することにより振動振幅が数倍に拡大される。 The tip of the ultrasonic torsional vibrator is screwed with a magnifying horn that expands the amplitude of the torsional vibration generated from the ultrasonic torsional vibrator and transmits it to the flexural vibrator. The vibration amplitude is expanded several times by passing through the horn.
さらに振幅拡大用ホーンの先端には、捻り振動を撓み振動に変換するための撓み振動体が図示しないネジでねじ止めされており、該撓み振動体の先端には切削チップがねじ止めされている。 Further, a bending vibration body for converting torsional vibration into bending vibration is screwed to the tip of the amplitude expanding horn with a screw (not shown), and a cutting tip is screwed to the tip of the bending vibration body. .
そして、これら超音波捻り振動器、振幅拡大用ホーン、撓み振動体、切削チップは、超音波捻り振動器の固有振動数とほぼ同一の振動数で定在波が発生し共振する振動系となっている。 These ultrasonic torsional vibrators, amplitude-amplifying horns, flexural vibrators, and cutting tips are vibration systems that generate and resonate with standing waves at substantially the same frequency as the natural frequency of ultrasonic torsional vibrators. ing.
さらに該捻り振動系は、振幅拡大用ホーンに発生した定在波の節に設けられたフランジによりケースに取付けられている。また、超音波捻り振動器の後方には、該超音波捻り振動器を冷却するファンが設けられている。 Further, the torsional vibration system is attached to the case by a flange provided at a node of a standing wave generated in the amplitude expanding horn. A fan for cooling the ultrasonic torsional vibrator is provided behind the ultrasonic torsional vibrator.
また、このような切削工具を旋盤の刃物台に取り付け、ワークの円周切削加工を行う場合には、該切削工具の取付け手段として防振合金製のバイトホルダーを用いることが好ましいとされている。 Further, when such a cutting tool is attached to a tool post of a lathe and a workpiece is subjected to circumferential cutting, it is preferable to use a vibration-proof alloy tool holder as means for attaching the cutting tool. .
このような構成の切削工具によると、加工中のホルダに発生する振動が、従来の1/10〜1/30に減少し、高精度且つ高能率の切削加工を行うことができ、工具の長寿命化が図られているとされている。 According to the cutting tool having such a configuration, the vibration generated in the holder during processing is reduced to 1/10 to 1/30 of the conventional, and high-precision and high-efficiency cutting can be performed. It is said that the service life has been improved.
また超音波研削装置は、非特許文献2に詳しく記載されている。図1に示す超音波研削装置も回転軸を回転させるためのモータがあり、その回転軸にスリップリング、超音波振動子が備えられている。さらに、回転軸にはブースタ、ホーンそして研削工具であるダイヤモンド砥石が接続されている。また回転自在に支持するための軸受が配置されている。また超音波交流電圧を超音波振動子に印加するための超音波発振器とブラシを備えている。 The ultrasonic grinding apparatus is described in detail in Non-Patent
上記の超音波研削装置の概略の運転方法は以下の通りである。まずモータを動作させるとほぼ同時に超音波発振器からブラシを介して回転するスリップリングに超音波交流電圧を印加する。スリップリングに与えられた交流電圧は超音波振動子に印加され、超音波振動子は超音波振動する。この超音波振動が、ブースタそしてホーンを伝播し、そして研削工具であるダイヤモンド砥石に伝播する。
しかし、図1の旋盤において、工具を保持する保持装置である刃物台と切削工具の一部であるバイトホルダーが超音波振動により互いに摩擦し焼き付けが発生する虞がある。 However, in the lathe of FIG. 1, there is a risk that the tool post, which is a holding device for holding the tool, and the bite holder, which is a part of the cutting tool, are rubbed with each other due to ultrasonic vibration and seizure occurs.
また超音波振動により、バイトホルダーと保持装置である刃物台の摩擦力が小さくなり、加工時に機械的負荷が切削工具の一部であるバイトホルダーに加わったときに保持装置内でバイトホルダーの位置が変化することにより加工精度が悪化する問題点もある。 In addition, the ultrasonic vibration reduces the frictional force between the tool holder and the tool post, which is the holding device, and the position of the tool holder in the holding device when a mechanical load is applied to the tool holder that is part of the cutting tool during processing. There is also a problem in that the machining accuracy deteriorates due to the change of.
さらに、超音波振動子の超音波振動が保持装置である刃物台などに伝播してしまい、切削チップに与える超音波振動が小さくなる。所望の大きさの超音波振動を切削チップに印加するためには、保持装置である刃物台など不要な部分に振動を与えるため不要に大きい超音波交流電力を超音波振動子に与える。このため、超音波振動子は、不要な部分に超音波振動を与える分に相当する余分な発熱があり、切削チップ、保持装置などの温度が上昇する。そのため、加工精度、加工能率及び切削チップの寿命に悪影響を与える。 Further, the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator propagates to a tool post that is a holding device, and the ultrasonic vibration applied to the cutting tip is reduced. In order to apply an ultrasonic vibration of a desired magnitude to the cutting tip, an unnecessary large ultrasonic AC power is applied to the ultrasonic transducer in order to apply vibration to an unnecessary part such as a tool post as a holding device. For this reason, the ultrasonic vibrator generates extra heat corresponding to the amount of ultrasonic vibration applied to unnecessary portions, and the temperature of the cutting tip, the holding device, etc. rises. This adversely affects machining accuracy, machining efficiency, and cutting chip life.
そして、さらに別の問題点としてバイトホルダーの後部に超音波振動子を接合しているため、切削チップに励起できる超音波振動モードが限定される。つまり、所望の振動モードを励起できない虞がある。 As another problem, since the ultrasonic vibrator is bonded to the rear part of the tool holder, the ultrasonic vibration mode that can be excited by the cutting tip is limited. That is, there is a possibility that a desired vibration mode cannot be excited.
図2の超音波研削装置おいては、回転軸に超音波振動子を取り付けると回転軸が超音波振動するので軸受にも超音波振動が伝播し、軸受は破損の恐れが生ずる。また回転軸および軸受に異常な磨耗が発生し、磨耗が大きくなる恐れがある。さらに、回転軸の直径とほぼ等しい超音波振動子であるランジュバン型超音波振動子を回転軸に接合するため、重量が増加して、回転慣性が大きくなり高速回転には不適な構成になる。さらに、回転軸に接合された超音波振動子の形状の誤差、重量のアンバランスにより回転が不安定になり、回転装置が故障し、加工精度が低下する。
別の問題点として、工具を保持するチャック装置と工具が超音波振動により互いに摩擦し焼き付けが発生する。
さらに、超音波振動により、時としては工具を保持するチャック装置の保持力が小さくなり、加工時に機械的負荷が工具に加わったときに工具が止まってしまう問題点もある。In the ultrasonic grinding apparatus of FIG. 2, when an ultrasonic vibrator is attached to the rotating shaft, the rotating shaft vibrates ultrasonically, so that the ultrasonic vibration propagates to the bearing and the bearing may be damaged. Also, abnormal wear may occur on the rotating shaft and the bearing, which may increase wear. Furthermore, since a Langevin type ultrasonic transducer, which is an ultrasonic transducer approximately equal to the diameter of the rotating shaft, is joined to the rotating shaft, the weight increases, the rotational inertia increases, and the structure becomes unsuitable for high speed rotation. Further, the rotation becomes unstable due to the shape error and weight imbalance of the ultrasonic transducer bonded to the rotating shaft, the rotating device breaks down, and the processing accuracy decreases.
Another problem is that the chuck device holding the tool and the tool are rubbed with each other by ultrasonic vibration and seizure occurs.
Furthermore, due to the ultrasonic vibration, the holding force of the chuck device that holds the tool sometimes becomes small, and there is a problem that the tool stops when a mechanical load is applied to the tool during processing.
また、チャック装置を固定端として工具が振動するので、固定端からの工具の長さにより駆動周波数を変化させなければならないが、工具に比較してランジュバン型超音波振動子、回転軸及びホーンの質量が大きいため、主に前記ランジュバン型超音波振動子などの固有振動数でしか効率的に振動を励起することができない。したがって、工具に最適な振動を励起することができないという問題点もある。 In addition, since the tool vibrates with the chuck device as a fixed end, the drive frequency must be changed depending on the length of the tool from the fixed end. However, the Langevin type ultrasonic vibrator, rotating shaft and horn Since the mass is large, vibration can be efficiently excited mainly only at the natural frequency of the Langevin type ultrasonic vibrator. Therefore, there is also a problem that it is impossible to excite vibrations optimal for the tool.
本発明の目的は、高精度および高い信頼性をもつ超音波加工法を提供するものである。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic processing method having high accuracy and high reliability.
本発明は、工具を保持する超音波工具ホルダにおいて、超音波工具ホルダに超音波振動子を接合していること、かつ超音波工具ホルダに工具の中心軸と一致する孔を持ち、その孔の中心部に工具の中心軸と一致する中心軸を持つチャック棒を有するものである。 The present invention relates to an ultrasonic tool holder for holding a tool, wherein an ultrasonic vibrator is joined to the ultrasonic tool holder, and the ultrasonic tool holder has a hole that coincides with the center axis of the tool. It has a chuck bar having a central axis coinciding with the central axis of the tool at the center.
本発明はまた、前記超音波工具ホルダの孔の深さL2が超音波工具ホルダの長さL1の0.2倍以上、0.8倍以下の長さとするものである。また、超音波工具ホルダの孔の直径が超音波工具ホルダの最大直径の0.2倍以上、0.8倍以下とするものである。さらにチャック棒の最大直径が超音波工具ホルダの孔の最大直径の0.2倍以上、0.8倍以下とするものである。 In the present invention, the depth L2 of the hole of the ultrasonic tool holder is 0.2 times or more and 0.8 times or less of the length L1 of the ultrasonic tool holder. Moreover, the diameter of the hole of an ultrasonic tool holder shall be 0.2 times or more and 0.8 times or less of the maximum diameter of an ultrasonic tool holder. Furthermore, the maximum diameter of the chuck bar is 0.2 to 0.8 times the maximum diameter of the hole of the ultrasonic tool holder.
前記超音波工具ホルダに工具を取り付けるための装置を有するものである。 A device for attaching a tool to the ultrasonic tool holder is provided.
本発明の超音波工具ホルダを使用して、旋盤、フライス盤などの機械加工機に用いて超音波加工を行うことにより高精度かつ高速加工を可能となる。 By using the ultrasonic tool holder of the present invention and performing ultrasonic machining on a machining machine such as a lathe or a milling machine, high-precision and high-speed machining can be performed.
図3は、本発明の超音波工具ホルダ1を示す基本的な構成を示す正面図、そして図4は図3のA−A線での断面図である。超音波工具ホルダ1は、ステンレス製の円柱であり、先端部は工具を保持する側である。そしてその裏側には、円柱の中心軸と一致する孔が円柱の長さの半分程度の深さまで設けてある。孔の中心部には超音波工具ホルダ1の中心軸と一致するステンレス製のチャック棒3を孔の底にさらに小さな孔を設け、チャック棒3を入れエポキシ樹脂で接合する。ここでは、エポキシ樹脂を用いて接合したが、溶接でももちろん良い。超音波工具ホルダ1の円柱の外側には、超音波振動子である円筒状の圧電セラミック2を、エポキシ樹脂を用いて接合する。 FIG. 3 is a front view showing a basic configuration of the
超音波工具ホルダ1の構成において、重要な点は超音波工具ホルダ1の長さL1と超音波工具ホルダ1の孔4の深さL2の関係である。超音波工具ホルダ1の孔4の深さL2は超音波工具ホルダ1の長さL1の0.2倍から0.8倍の範囲にあることが望ましい。この深さの孔4の中心部位置の振動は小さく、ほぼ振動の節となっている。この孔4にチャック棒3を接合すると、チャック棒3の拘束位置によらず、ほぼ理想的な振動の節を拘束する構成となる。 In the configuration of the
超音波工具ホルダ1の構成において、重要な点は超音波工具ホルダ1の最大直径D1と超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2の関係である。超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2は超音波工具ホルダ1の最大直径D1の0.2倍から0.8倍の範囲にあることが望ましい。超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2が超音波工具ホルダ1の最大直径D1の0.2倍より小さいと、チャック棒が細くなる過ぎるため、工具を剛性高く保持できない。そして超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2が超音波工具ホルダの最大直径D1の0.8倍より大きいと、超音波工具ホルダ1の肉厚が薄くなりすぎ、所望の振動モードを励起することが困難になる。 In the configuration of the
超音波工具ホルダ1の構成において、重要な点は超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2とチャック棒3の最大直径D3との関係である。チャック棒3の最大直径D3は超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2の0.2倍から0.8倍の範囲にあることが望ましい。チャック棒3の最大直径D3が超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2の0.2倍より小さいと、チャック棒3が細くなる過ぎるため、工具5を剛性高く保持できない。そしてチャック棒3の最大直径D3が超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2の0.8倍より大きいと、チャック棒3に超音波振動が励起される虞が大きい。 In the configuration of the
円筒状の圧電セラミック2は半径方向に分極されている。そしてその内面と外面に銀電極が設けられている。 The cylindrical
次にこの超音波工具ホルダ1の振動モードについて説明する。圧電セラミック2を接合した超音波工具ホルダ1は、ほぼ両端が拘束されない1次の縦振動をする。そして超音波工具ホルダ1の孔底の位置は、ほぼ縦振動の節部になり、その位置にチャック棒3を接合する。したがって、チャック棒3を保持固定しても超音波工具ホルダ1の縦振動は、ほとんど影響されない。 Next, the vibration mode of the
ここで図5を用いて、図4の超音波工具ホルダ1に例えばエンドミルを保持した振動モードについて説明する。チャック棒3のL3の区間を拘束し、圧電セラミック2に超音波工具ホルダ1の縦振動の固有振動数の電圧を印加すると、超音波工具ホルダ1は、チャック棒3の拘束の影響をほとんど受けず縦振動する。超音波工具ホルダ1の端部は、振動の腹部となり、ここに接続したエンドミルも縦振動する。 Here, a vibration mode in which, for example, an end mill is held in the
上記の振動を、有限要素法を用いて計算した結果を図6に示す。計算を簡単にするために対称条件を用いて30度だけ計算した。また、チャック棒3の超音波工具ホルダ1のL3の区間を拘束する。このような条件で計算した超音波工具ホルダ1の振動変位をベクトルにより示す。チャック棒3はほとんど振動していない。そして超音波工具ホルダ1はほぼ両端が自由の1次の縦振動をしている。ただし超音波工具ホルダの中央部が半径方向に変位している。これは超音波工具ホルダ1の孔4の影響により半径方向の剛性が小さいためであると考えられる。エンドミルに相当する工具5も、超音波工具ホルダ1の先端面を支持端としたほぼ1次の縦振動をしている。 FIG. 6 shows the result of calculating the above vibration using the finite element method. In order to simplify the calculation, only 30 degrees was calculated using symmetry conditions. Further, the section L3 of the
以上のように、チャック棒3を拘束してもほとんど超音波工具ホルダ1の縦振動を減衰させない。また、工具5にも所望の縦振動を励起することができる。そして、超音波工具ホルダ1と工具5だけをほぼ振動させるだけなので、不要な振動を機械装置に伝播させない。また、不要な振動を伝播させないため、振動エネルギーを小さくできるので発熱量を小さくでき、加工精度を向上させることができる。さらに供給電力を小さくすることができるので電源を小さくすることができるので設備コストを低減することができる。 As described above, even if the
ここで、本発明の超音波工具ホルダを用いた旋盤の運転方法について図7を用いて説明する。図示しない超音波発振器から高周波電圧を圧電セラミック2に印加する。所望の周波数の高周波電圧を印加することにより工具5の長さ方向に伸縮振動が励起される。これとほぼ同時に図示しないモータを起動し、チャック装置6とこれにより機械的に固定されたワーク7を回転させる。そして、図示しない送りモータを起動し、切削チップ持った工具5をワーク7方向に移動させ、ワーク7の内周部を切削加工する。切削時には切削液を切削部分に供給する。 Here, a lathe operating method using the ultrasonic tool holder of the present invention will be described with reference to FIG. A high frequency voltage is applied to the piezoelectric ceramic 2 from an ultrasonic oscillator (not shown). By applying a high frequency voltage having a desired frequency, stretching vibration is excited in the length direction of the
超音波工具ホルダ1と工具の詳細を図8の側面図を用いて説明する。超音波工具ホルダ1に切削チップ10を持つ工具を図示しないボルトにより接合する。そして、チャック棒3を刃物台9により固定する。 Details of the
上記の構成ではほぼ超音波工具ホルダ1と工具5だけが振動する。旋盤8の刃物台9には、ほとんど振動は伝播しない。したがって、不要な振動を励起する電力を必要としないため、超音波発振器を小型化できることはもちろん、電力投入量が小さいため切削チップ10の温度の上昇も小さくできるので、加工精度、加工速度も高くできる。 In the above configuration, only the
図9は、同じく本発明の超音波工具ホルダ1を用いた超音波研磨装置の基本的な構成を示す一部の断面を含む正面図である。ステンレス製の中空の回転軸11を回転させるための中空のモータ12が備えられている。回転軸11を回転自在に支持するための軸受13があり、さらにこの軸受13を固定するためのステンレスのケース14がある。回転軸11には回転軸11に固着された回転側のロータリートランス15aがある。回転側のロータリートランス15aの近傍には固定側のロータリートランス15bがある。固定側のロータリートランス15bを取付けた固定板は図面を簡略化するために示さない。回転軸11に取り付けた保持装置であるチャック装置6によりチャック棒3を介して超音波工具ホルダ1を固定する。回転側のロータリートランス15aと、超音波工具ホルダ1に固着した超音波振動子である圧電セラミック2はリード線17により電気的に結合されている。超音波工具ホルダ1には、先端に砥石18を持った棒が接合してある。そしてその下には、テーブル19に固定されたワーク7がある。 FIG. 9 is a front view including a partial cross section showing a basic configuration of an ultrasonic polishing apparatus using the
次にこの超音波工具ホルダ1を用いた加工装置の運転方法を、図9を用いて説明する。まずモータ12の電源をいれ回転軸11を回転させる。次に超音波発振器16のスイッチを入れ、回転側のロータリートランス15a、固定側のロータリートランス15bを介して円筒状の圧電セラミック2に超音波交流電圧を印加する。超音波工具ホルダ1が縦振動モードで振動する固有振動数の超音波交流電圧を印加することにより、超音波工具ホルダ1と工具5である軸付の砥石18にだけが主に振動する。 Next, the operating method of the processing apparatus using this
その結果、超音波振動によりチャック装置6は、焼き付き及びチャック装置6の摩擦力の低下による超音波工具ホルダ1の緩みなどは無い。 As a result, the
上記の加工は超音波切削加工であり、ワーク7と工具5との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして、工具5の寿命が長くなるなどの利点を有している。 The above machining is an ultrasonic cutting process, and the frictional resistance between the
また、当然回転軸11にもほとんど振動が伝播しないので軸受13または回転軸11の振動による損傷の恐れはほとんどない。 Of course, vibration hardly propagates to the rotating shaft 11, so there is almost no risk of damage due to vibration of the
上記のように、工具5と超音波工具ホルダ1にだけ振動を励起することができることにより加工精度の高い、信頼性の高い超音波加工を提供できる。 As described above, since vibration can be excited only in the
以上の2例で示したように本発明の超音波工具ホルダ1を用いた超音波加工は、超音波工具ホルダ1と工具5にだけほぼ超音波振動を励起させることができるので、加工精度が高く、工具の寿命が長くなりそして加工速度を高めるなどの利点を有している。 As shown in the above two examples, the ultrasonic machining using the
本発明に用いる工具は、上記のバイト、軸付砥石の他、エンドミル、ナイフ、ドリル、リーマーなどがある。 Tools used in the present invention include end mills, knives, drills, reamers, and the like, in addition to the above-described tool and grindstone with shaft.
図10の正面図、そして図10のA−A線での断面図である図11により別の超音波工具ホルダを示す。このチタン合金製の超音波工具ホルダ1の外側形状は正四角柱である。外側の4面には長方形の圧電セラミック2がエポキシ樹脂により接合されている。そしてステンレス製のチャック棒3は孔4の底の中央部にロウ付けにより取り付けられている。 Another ultrasonic tool holder is shown in FIG. 11 which is a front view of FIG. 10 and a sectional view taken along line AA of FIG. The outer shape of the
図中の矢印は圧電セラミック2の分極方向である。そして超音波工具ホルダ1側をアース側とし、超音波発振器からリード線を通し同じ周波数のsin位相とcos位相の電圧を図に示すように印加する。その結果、工具には中心軸に対して垂直な面に楕円振動を励起することができる。このような振動は例えば、平面を研磨またはラップするのに好適である。 The arrow in the figure is the polarization direction of the
超音波工具ホルダ1の先端面にはチャック装置6であるコレット装置が接合されている。超音波工具ホルダ1とコレット容器21は一体の構成として作成されている。例えば工具5としてエンドミルをコレット20によりコレットネジ22を介して固定する。 A collet device, which is a
図12の正面図、そして図13の側面図で示す別の超音波工具ホルダ1もある。この工具鋼製の超音波工具ホルダ1の外側形状は正六角柱である。外側の6面には長方形の圧電セラミック2がエポキシ樹脂により接合されている。そして工具鋼製のチャック棒3は孔4の底の中央部に溶接により取り付けられている。 There is also another
超音波工具ホルダ1の先端面にはチャック装置6であるドリルチャック装置がネジにより接合されている。例えば工具5としてドリルをドリルチャック装置を用いて固定する。 A drill chuck device, which is the
圧電セラミック2の分極方向は板厚方向である。そして超音波工具ホルダ1側をアース側とし、超音波発振器からリード線を通し電圧を印加する。その結果、工具5に中心軸方向の縦振動を励起することができる。このような振動は例えば、孔加工、切断加工そして溝加工するのに好適である。 The polarization direction of the
図12、図13の構成において超音波工具ホルダ1がステンレス製の正六角柱の最大直径D1が30mm、長さL1が45mm、超音波工具ホルダ1の孔4の最大直径D2が20mm、孔の長さL2が20mm、そしてチャック棒3の最大直径D3が6mm、チャック棒3の長さ60mmを作成した。次に超音波工具ホルダ1の外側表面に6個の幅14mm、長さ20mm、厚さ1mmの厚さ方向に分極された圧電セラミック2をエポキシ樹脂も用いて接合した。なお、超音波工具ホルダ1の孔4は円柱状であり、チャック棒3は丸棒であった。また、超音波工具ホルダ1の先端面の中心に直径10mm、長さ30mmの丸棒を超音波工具ホルダ1と一体で作成した。この丸棒は、工具5であるエンドミルに相当するものとして作成した。 12 and 13, the
次に圧電セラミック2に約35KHz、70V(P−P)の電圧を印加した結果、長さ30mmの工具5に相当する丸棒の先端面での軸方向の振動変位量は約5.6μm(P−P)、同じく工具5に相当する丸棒の先端面近傍の軸と直交する方向の振動変位量は約0.05μm(P−P)であった。 Next, as a result of applying a voltage of about 35 KHz and 70 V (PP) to the
工具5に相当する丸棒にほぼ縦振動だけを十分な大きさで励起することができた。このように本発明の構成は、目的とする振動を得ることができる従来にない構成であることを実証した。 It was possible to excite only a longitudinal vibration in a round bar corresponding to the
以上の超音波工具ホルダ1の外側形状は、円柱、正四角柱および正六角柱で説明したが、超音波工具ホルダの所望の振動モードを得るためには、正三角柱以上の正多角柱および円柱が望ましい。 The outer shape of the
図14の正面図、そして図15は図14のA−A線での断面図で示すさらに別の超音波工具ホルダ1もある。このアルミ合金製の超音波工具ホルダ1の外側形状は円柱である。この超音波工具ホルダ1はチャック棒3と下側の超音波工具ホルダ1aは一体である。上側超音波工具ホルダ1bと下側の超音波工具ホルダ1aにより円環状の圧電セラミック2a、2bをネジにより締め付け一体化する。 There is also another
そして、図16の斜視図に示す矢印で示す分極方向の圧電セラミック2を図14、図15の構成に用いると中心軸方向に振動する縦振動を励起できる。 When the piezoelectric ceramic 2 having the polarization direction indicated by the arrow shown in the perspective view of FIG. 16 is used in the configuration of FIGS. 14 and 15, longitudinal vibration that vibrates in the central axis direction can be excited.
さらに、図17の斜視図に示す矢印で示す分極方向の圧電セラミックを図14、図15の構成に用いると中心軸周りに振動するねじり振動を励起できる。 Further, when a piezoelectric ceramic having a polarization direction indicated by an arrow shown in the perspective view of FIG. 17 is used in the configurations of FIGS. 14 and 15, torsional vibration that vibrates around the central axis can be excited.
ここでねじり振動用の圧電セラミック2の概略の作成方法について説明する。リング状の圧電セラミック2を4分割した形状体を矢印方向に分極する。そしてエポキシ樹脂23によりリング状に接合する。さらにリングの両面を平坦になるように研磨、ラップ加工する。 Here, an outline of a method for producing the
このように圧電セラミック2をネジにより超音波工具ホルダ1に接合することにより、接合の長期信頼性を高めることができる。 Thus, by joining the piezoelectric ceramic 2 to the
本発明の超音波工具ホルダは、多様な機械加工装置に用いて超音波加工することができる。 The ultrasonic tool holder of the present invention can be ultrasonically used in various machining apparatuses.
1 超音波工具ホルダ
2 圧電セラミック
3 チャック棒
4 孔
5 工具
6 チャック装置
7 ワーク
8 旋盤
9 刃物台
10 切削チップ
11 回転軸
12 モータ
13 軸受
14 ケース
15 ロータリートランス
16 超音波発振器
17 リード線
18 砥石
19 テーブル
20 コレット
21 コレット容器
22 コレットネジ
23 エポキシ樹脂DESCRIPTION OF
Claims (5)
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|---|---|---|---|
| JP2006357298A JP2008149441A (en) | 2006-12-18 | 2006-12-18 | Ultrasonic tool holder |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011131342A (en) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Kira Corporation:Kk | Ultrasonic vibration machining device and heat radiating member for tool holder of the same |
| JP2014069274A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fuji Industrial Co Ltd | Torsion vibration device |
| JP2016087789A (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | 東台精機股▲ふん▼有限公司Tongtai Machine & Tool Co.,Ltd. | Machine tool having high-frequency vibration, and control method of detection/feedback signal |
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2006
- 2006-12-18 JP JP2006357298A patent/JP2008149441A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
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