(57)【要約】【課題】コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供するものである。【解決手段】弾性体６の加振部にバイト８とアンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体Ａを固定し、回転させて得られる振動を動力にしてバイト８の刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させる。【選択図】  図４
2004181582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削方向に平行に往復可能な摺動体または弾性体を有するバイトを使用して切削加工を行う駆動装置において、摺動体または弾性体の加振部にバイトとアンバランスウエイトを軸に高速回転可能なスピンドルモータ本体を固定し、前記スピンドルモータを回転させて得られる振動を動力にて、前記バイトの刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させることを特徴とする駆動切削装置。
【請求項２】
任意の圧力と任意の流量からなる圧縮空気のみを動力源としたことを特徴とした請求項１に記載された駆動切削装置。
【請求項３】
一定または複数の圧力設定値と一定または複数の流量設定値からなる圧縮空気を動力源としたことを特徴とした請求項１に記載された駆動切削装置。
【請求項４】
１または複数のバイトを搭載固定したことを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載された駆動切削装置。
【請求項５】
切削方向に平行でない方向に往復可能な摺動体または弾性体を有するバイトを使用して切削加工を行う駆動装置において、摺動体または弾性体の加振部にバイトとアンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体を固定し、前記スピンドルモータを回転させて得られる振動を動力にして前記バイトの刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させることを特徴とした請求項２から４のいずれかに記載された駆動切削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイトによる旋削加工おいて軸線まわりに回転させられる被削材に対して切れ刃をその送り方向に加振させつつ切削加工する振動バイト及びその切削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工具本体の刃部の基端側に被加振部を設け、この被加振部に振動を加える加振装置を備えてなる振動バイトにおいて、工作機械等に支持される被支持部と工具本体の被加振部とが別体に形成され、被支持部に対して被加振部を刃部の送り方向への相対移動を許容する摺動部で連結した振動バイトがある。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１―１３８１０５号公報（第２―５頁、第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、往復微動が可能な低剛性部を設けたバイトの端部をピエゾ部材で押しつけて指令電圧に応じた往復微動をバイトに伝えながら切削加工を行う加振装置及び加振方法では
１、加振装置に合わして専用の制御機器を必要とする。
【０００５】
２、制御機器が比較的に高価である。
【０００６】
３、制御機器を設置する箇所が必要でありスペース確保を要する。
【０００７】
４、スローアウエイタイプやロー付けタイプなど各種のバイトの使用が可能ではあるが低剛性部を設けるためバイト形状は専用化したものとなり汎用性に欠ける。
【０００８】
従って、往復微動をバイト刃先に与えながら切削をおこなうことは可能ではあるが、加振装置を旋盤に搭載する際、制御機器は高価でかつ専用の設置場所が必要であり、必要以上にスペースを要する。また、複数のバイトを使用し加振させるためにはそれぞれバイトと加振装置を設ける必要がある。従って限られたスペースと経費のもとで切り屑を分断させながらの加工を確保しようとすると、バイト加振装置の低価格化とバイトの取り付けスペースを考慮したバイト加振装置の形状の検討を要する問題を抱え、バイトのツーリングスペースや加工部品の低コスト化に制約が生じるなどの問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の駆動切削方法と駆動切削装置は、切削方向に平行に往復可能な摺動体または弾性体を有するバイトを使用して切削加工を行う駆動装置において、摺動体または弾性体の加振部にバイトとアンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体を固定し、前記スピンドルモータを回転させて得られる振動を動力にして、前記バイトの刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させることを特徴とするものである。
【００１０】
アンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体は一般的に使用されているＮＣ旋盤の移動テーブル上に取り付けられるバイトホルダと同等の大きさのものであり前述の摺動体または弾性体に固定し一体化させている。また、摺動体または弾性体は一般に市販されている標準的な各種切削用バイトが容易に脱着可能な形状であり加工部品に合わせて容易にバイトの脱着を行うことができるものである。スピンドルモータも一般に市販されるものであり特に専用の形状は必要でない。
【００１１】
本発明によれば、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の駆動切削装置は、切削方向に平行に往復可能な摺動体または弾性体を有するバイトを使用して切削加工を行う駆動装置において、摺動体または弾性体の加振部にバイトとアンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体を固定し、前記スピンドルモータを回転させて得られる振動を動力にして前記バイトの刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させることを特徴とするものであり、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供でき更に、バイト刃先の微振動の周期をスピンドルモータの回転を変化させることにより変化させ被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することもでき、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うこともできる。
【００１３】
次に、本発明の請求項２に記載された駆動切削装置は、請求項１に記載された駆動切削装置において、スピンドルモータに供給する動力源を任意の圧力と任意の流量からなる圧縮空気のみとしたことを特徴とするものであり、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できる。
【００１４】
更に、バイト刃先の微振動の周期をエアーの圧力と流量をそれぞれ変化させながら被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することもでき、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うこともできる。
【００１５】
つぎに、本発明の請求項３に記載の駆動切削装置は、請求項１に記載された駆動切削装置において、スピンドルモータに供給する動力源を一定または複数の圧力設定値と一定または複数の流量設定値からなる圧縮空気を動力源としたことを特徴とするものであり、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できるとともに、切削箇所の違い、例えば軸線回りで回転するワークの端面部の中心付近と外側において１回転あたりに削り取られる円周上の切り屑の長さ＝２＊π＊ｒ（ｒは半径寸法）の違いが発生するが、その切り屑の長さに合わせて圧力と流量を変化させながらスピンドルモータを回転させることにより伝達されたバイト刃先の振動により所望の長さに切り屑を分断することができる。
【００１６】
また、バイト刃先の微振動の周期をスピンドルモータに供給するエアーの圧力と流量をそれぞれ変化させながら被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することもでき、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うこともできる。
【００１７】
次に、本発明の請求項４に記載の駆動切削装置は、請求項１から３に記載されたいずれかの駆動切削装置において、１または複数のバイトを搭載固定したことを特徴とするものであり、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できるとともに、切削箇所の違い、例えば軸線回りで回転するワークの端面部の中心付近と外側において１回転あたりに削り取られる円周上の切り屑の長さの違いが発生するが、その切り屑の長さに合わせて圧力と流量を変化させながらスピンドルモータを回転させることで伝達されたバイト刃先の振動により所望の長さに切り屑を分断することができる。
【００１８】
また、搭載固定された複数のバイトに対して加工部位ごとにスピンドルモータの回転数を変化させ振動を発生させ伝達されたバイト刃先の振動により所望の長さに切り屑を分断することもできる。
【００１９】
また、バイト刃先の微振動の周期をスピンドルモータに供給するエアーの圧力と流量をそれぞれ変化させながら被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することもでき、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うこともできる。
【００２０】
次に、本発明の請求項５に記載の駆動切削装置は、切削方向に平行でない方向に往復可能な摺動体または弾性体を有するバイトを使用して切削加工を行う駆動装置において、摺動体または弾性体の加振部にバイトとアンバランスウエイトを軸に固定した高速回転可能なスピンドルモータ本体を固定し、前記スピンドルモータを回転させて得られる振動を動力にして前記バイトの刃先部に略平行の往復振幅の振動を発生させることを特徴とした請求項２から４のいずれかに記載された駆動切削装置であり、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できるとともに、切削箇所の違い、例えば軸線回りで回転するワークの端面部の中心付近と外側において１回転あたりに削り取られる円周上の切り屑の長さの違いが発生するが、その切り屑の長さに合わせて圧力と流量を変化させながらスピンドルモータを回転させることにより伝達されたバイト刃先の振動により所望の長さに切り屑を分断することができる。
【００２１】
また、搭載固定された複数のバイトに対して加工部位ごとにスピンドルモータの回転数を変化させ振動を発生させ伝達されたバイト刃先の振動により所望の長さに切り屑を分断することができる。
【００２２】
また、バイト刃先の微振動の周期をスピンドルモータに供給するエアーの圧力と流量をそれぞれ変化させながら被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することもでき、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うこともできる。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本発明の駆動切削装置に必要となるアンバランスウエイトとスピンドルモータにより得られる往復振動の発生の仕組みについて説明する。図１は本発明に使用するスピンドルモータの概略図である。スピンドルモータＡの動力源は特に問わず電気的に駆動させてもよいし、前述したように圧縮空気を利用しても可能である。以下説明においては、より低価格で高速に回転を得られるエアー式のスピンドルモータを採用した例を説明する。
【００２４】
エアーモータ１は圧縮空気が動力源で回転駆動する部分で、スピンドル２はエアーモータ１の回転を受けてアンバランスウエイト３を安定して回転させる。４は保護カバーである。
【００２５】
矢印方向ａから圧縮空気を供給するとエアーモータ１が回転し、スピンドル２が回転する。アンバランスウエイト３は図２に示すように凹穴５が設けられておりスピンドル２に固定させておくことによりスピンドルモータＡは必然的に回転のバランスが崩れてアンバランス状態になる。例えばスピンドルモータに供給するエアーの圧力や流量を増加させていくと回転数が増加し、回転数の周期の１回転あたり１回ずつの周波数でもってスピンドルモータ全体が大きく振動を発生することになる。
【００２６】
従って、この振動の強度以下の剛性を有する物体にスピンドルモータの本体を固定して回転させることによってスピンドルモータの振動の強度以下の剛性を有する物体は回転数の周期の周波数で振動を発生することになる。
【００２７】
実際に使用するスピンドルモータの振動の強度以下の剛性を有する物体としては図３の弾性体６が往復微小運動を安定して得られる。その理由として、例えば２つ以上の物体の滑りを利用したクロスローラテーブルがあるが、往復微小運動を得るための行きと戻りの反転部分で位置を規制する必要が発生する。一般にこのような場合は強制的に往復移動するテーブルの両端にメカ的にストッパを設けることになるが、往復移動量を正確に得ようと金属のストッパを採用すると往復微小運動時に金属同士が激しく衝突する衝撃と金属音が発生して安定した振動波形が得られないことが大きな理由である。
【００２８】
しかしながら、往復微小運動の移動量に比較的精度を要求されない場合においては、ストッパ部分に衝撃吸収材等を付加することによって前述のクロスローラテーブルを使用することができる。
【００２９】
以下に、本発明の請求項１から請求項２に記載された発明の実施の形態について、図１、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。
【００３０】
説明において請求項１から請求項４の実施の形態は重複するため、請求項４に記載された発明の実施の形態について説明して請求項１から請求項３の説明は省略する。なお、前述した実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３１】
図３、図４は本発明の切削装置をあらわす概略図であり、図３は平面図、図４は側面図である。振動方向Ｂはスピンドルモータおよび弾性体およびバイトの刃先の往復振動する方向をあらわしている。固定部品７はスピンドルモータを固定する部品でバイト８と共に弾性変形する弾性体６に固定している。エアーシリンダ９は通常の切削加工時に位置決め用として使用し、バイトホルダ１０はバイト８を装着し、弾性体６に固定されている。
【００３２】
また、弾性体６には振動方向Ｂと垂直な面にストッパ１１が設けられている。それに対する側にはエアーシリンダ９があり、移動軸端にストッパ１２が配置されている。さらに、移動軸端１２の反対側の移動軸にはストッパ１３が取り付けられている。２箇所のストッパの隙間１４と隙間１５にあたる部分であるが隙間１５の方を大きく取っている。
【００３３】
これらの部品が基台１６に固定してある。１７は図示のない例えばくし刃型のＮＣ旋盤の移動テーブルを示しており基台１６が固定され一般的な通常の動作が可能な状態にある。
【００３４】
バイト８に往復振動を発生させるには、スピンドルモータＡにエアー供給方向ａから圧縮空気を供給する。エアーモータ１は回転し、スピンドル２を介してアンバランスウエイト３が回転する。すると前述のようにスピンドルモータＡは振動を発生し、その振動エネルギーは固定された弾性体６に伝わり弾性体６はスピンドルモータＡの振動周波数に同期して振動する。更に、弾性体上に固定されたバイト刃先１９は弾性体６の振動周波数と振幅に一致した振動を得ることになる。
【００３５】
実際に本発明の駆動切削装置により、バイト刃先に発生する振動を利用して一般的なくし刃型ＮＣ旋盤で切り屑を分断させながら加工をおこなう方法を以下説明する。
【００３６】
図４は図示のない旋盤装置により軸中心に回転するワークの外周部を図示のない本発明の駆動切削装置に取り付け振動を発生しながら切削除去をおこなっている状態を表した概略図である。ｄはバイトが進む切削方向をしめし、ｃはワークの回転方向を表し、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎはバイト８が振動しながらワーク２０の表面を通過する軌跡である。
【００３７】
回転するワーク２０に切削方向ｄから往復振動Ｂでバイト８を押しつけつつバイト刃先１９をワーク外周面上のｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎの軌跡を通過させることにより切削除去される切り屑は２１、２２、２３、２４、２５の切り屑の幅の最薄部で分断される。
【００３８】
以上の方法を駆動切削装置に固定したそれぞれのバイトにおいても順次任意のエアー圧力と流量を設定して加工をおこなうことにより切り屑を分断させながら切削加工をおこなうことができる。
【００３９】
前述の駆動切削装置により通常の切削を行う場合について以下説明する。まず、スピンドルモータＡを停止させバイト８の振動を停止させる。この状態でバイト８を所望の切り込みを与えながらワーク２０の外周を切削させた場合、切り込み量が微小で切削時の切削抵抗が微小の場合を除き弾性体６は切削時の切削抵抗で図３、図４において右側に即ち、所望の切り込み量を抑制させられながらの切削状態となる。従って、位置決めを要する場合加工精度の悪化につながる恐れがある。
【００４０】
そこで、本発明の駆動切削装置において、通常の切削加工を成しえる方法を以下に説明する。前述のようにバイト８の振動を止め、次にエアーシリンダ９のエアー供給方向ｂから圧縮空気を入れる。ストッパ１２がストッパ１１に当たり弾性体６を前方に押し出す。押し出す圧力はエアーシリンダ９の能力と供給するエアー圧力で決定する。その後、ストッパ１３が接触し弾性体の位置決めを完了する。各ストッパの間隔は隙間１５の方が隙間１４より大きく取る。
【００４１】
また、弾性体６が振動する際、ストッパ１１とストッパ１２は接触しない隙間１４にしている。
【００４２】
要するに、実際の切削時の切削抵抗より大きな圧力且つ、弾性体６の復元可能な圧力内において、エアーシリンダ９でバイトの後方を支持するだけでよいのである。
【００４３】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の請求項５に記載された発明の実施の形態について、図５を用いて説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４４】
図６は図示のない旋盤装置により軸中心に回転するワークの端面部を図示のない本発明の駆動切削装置に取り付け振動を発生しながら切削除去をおこなっている状態を表した概略図である。ｏはバイトが振動しながら切削方向ｄに移動するときの軌跡である。また、２６のハッチング部は切削加工され除去される部分である。２７バイト刃先がワークに対して最も削り込む量で、２８はバイト刃先がワークに対して最も削り込まない量をあらわしている。
【００４５】
ワーク２０が回転中にバイト８が往復振動Ｂをしながら切削方向ｄで軌跡ｏに沿って切削すると２７の量と２８の量が異なり切り屑の幅の最薄部でワーク２０の回転時の遠心力が付加して切り屑が分断させられながら切削加工される。
【００４６】
また、精密加工部品である流体軸受け部品のスラスト板上の動圧溝の加工やスリーブ上の動圧溝の加工もワークの回転速度と回転位置とスピンドルモータの回転速度を同期させることにより可能である。
【００４７】
また、本発明の駆動切削装置においての通常の切削加工を成しえるためには実施の形態１と同様に、実際の切削時の切削抵抗より大きな圧力且つ、弾性体６の復元可能な圧力内でエアーシリンダ９によりバイトの後方を支持することにより達成できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の駆動切削装置によれば、コンパクト且つ低価格で切り屑を分断させながらの加工を確保できる切削方法と切削装置を提供できる。
【００４９】
また、バイト刃先の微振動の周期をエアーの圧力と流量をそれぞれ変化させ被削材の加工表面に微小の溝を間欠的に削り取りながら切削することができ、精密加工部品である流体軸受けモータの軸受け部分の動圧溝の加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるスピンドルモータの概略図
【図２】本発明の実施の形態におけるアンバランスウエイトを示す図
【図３】本発明の実施の形態における駆動切削装置の平面概略図
【図４】本発明の実施の形態における駆動切削装置の側面概略図
【図５】本発明の実施の形態１におけるワーク側面の加工を表す図
【図６】本発明の実施の形態２におけるワーク端面の加工を表す図
【図７】従来の加工方法における加工装置を表す図
【符号の説明】
１  モータ部
２  スピンドル部
３  アンバランスウエイト
４  カバー
５  凹穴
６  弾性体
７  ホルダ
８  バイト
９  エアーシリンダ
１０  バイトホルダ
１１、１２、１３  ストッパ
１４、１５  隙間
１６  基台
１７  移動テーブル
１８  エアー供給方向
１９  バイト刃先
２０  ワーク
２１、２２、２３、２４、２５  最狭部
２６  切削除去部分
２７  最大切り込み量
２８  最少切り込み量
２９  バイトシャンク
３０  低剛性部
３１  ピエゾ部材
３２  刃物台
３３  電力アンプ
３４  波形発生器
Ａ  スピンドルモータ
Ｂ  往復振動方向
Ｃ  ワーク回転方向
ａ、ｂ、ｃ  エアー供給方向
ｄ  バイト送り方向
ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ  バイトの軌跡
【図１】
2004181582.tif 000003
【図２】
2004181582.tif 000004
【図３】
2004181582.tif 000005
【図４】
2004181582.tif 000006
【図５】
2004181582.tif 000007
【図６】
2004181582.tif 000008
【図７】
2004181582.tif 000009