(57)【要約】【解決手段】  切断工具が工作物に対して案内され、振動が重畳される、工作物の機械加工方法において、その振幅は少なくとも５μｍである。振動する工具の圧電アクチュエータ用の供給回路は、電圧出力において、直流成分および交流成分を有する電圧を発生させる。振動する工具の圧電アクチュエータ用の供給系統は、一次コイルに連結された二次コイルに接続される、上述の供給回路を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断工具を用いて工作物を機械加工する方法であって、前記工具は前記工作物に対して作業移動を行い、前記工具に対して振動が重畳される、工作物の機械加工方法において、
前記振動が、少なくとも５μｍ、好ましくは少なくとも１０、１５、または２０μｍの振幅を有することを特徴とする工作物の機械加工方法。
【請求項２】
切断工具を用いて工作物を機械加工する方法であって、前記工具は前記工作物に対して作業移動を行い、前記工具に対して振動が重畳される、好ましくは請求項１に記載の工作物の機械加工方法において、
前記振動が、５００Ｈｚもしくは８００Ｈｚであり得る下限、および／または１６００Ｈｚもしくは１２００Ｈｚであり得る上限を有する範囲内の動作周波数を有し、前記動作周波数が、振動系統の機械的共振周波数に対して少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％または３０％離調されることを特徴とする工作物の機械加工方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の工作物の機械加工方法において、前記工具が、ドリル、フライス、または旋削工具であり、前記振動が並進振動であり、前記ドリルおよび前記フライスの場合、振動軸が工具軸に対して軸方向で平行であり、前記振動が並進振動および／または回転振動であり、前記旋削工具の場合、振動軸が回転する工作物の径方向に平行であることを特徴とする工作物の機械加工方法。
【請求項４】
交流入力（２１）と、
前記交流入力とコンデンサ（Ｃ１）との接続部にある第１の回路部と、
前記交流入力および前記第１の回路部の直列接続に対して並列である半波整流器（Ｄ１）を有する第２の回路部と、
電圧出力としての前記第２の回路部に沿った電圧のための電圧ピックアップ（２２）とを備えることを特徴とする振動する工具のアクチュエータ用の供給回路（２８）。
【請求項５】
請求項４に記載の供給回路において、前記半波整流器に対して並列である抵抗器（Ｒ１）を備えることを特徴とする供給回路。
【請求項６】
交流入力（２１）と、
前記交流入力に接続されると共に電圧出力（２２）を有し、前記電圧出力において電圧を発生させるため、直流成分（Ｕｄｃ）および交流成分（Ｕａｃ）を有するように設計された電圧発生器とを備えることを特徴とする振動する工具のアクチュエータ用の供給回路（２０）。
【請求項７】
請求項４から６の何れか一項に記載の供給回路において、前記交流入力に接続される二次コイル（Ｌ２、４７）を備えることを特徴とする供給回路。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか一項以上に記載の供給回路において、前記電圧出力における電圧が、
直流電圧成分（Ｕｄｃ）、
および／または、
振幅が好ましくは前記直流成分（Ｕｄｃ）の最大二倍またはそれと同等±８％もしくは±２％である交流成分（Ｕａｃ）を有することを特徴とする供給回路。
【請求項９】
請求項７に記載の供給回路（２８、２９）と、
前記二次コイルに磁気的に連結された一次コイル（Ｌ１）と、
前記一次コイルに対して並列の交流電流源（Ｕ）および第３のコンデンサ（Ｃ３）から成る直列接続部とを備えることを特徴とする振動する工具のアクチュエータ用の供給系統。
【請求項１０】
請求項９に記載の供給系統において、Ｃ３＞１００＊Ｃ１およびＣ１＞４＊Ｃ２が保たれ、Ｃ２が振動駆動部の有効容量であり、ならびに／または、１／２＜Ｌ１／Ｌ２＜２であって、好ましくはＬ１＝Ｌ２±１０％が保たれ得るようにしたことを特徴とする供給系統。
【請求項１１】
機械側部の第１の機械的接続（４４）と、
工具（１０）または後者のための第２の機械的接続（４２）と、
前記第１の接続と前記工具または前記第２の接続との間の電気振動駆動部（４３）と、
請求項４から８のいずれか一項以上に記載の供給回路（２８、２９）と、
前記供給回路と前記振動駆動部との間の電気接続（４９）とを備えることを特徴とする振動する工具のアクチュエータ（４８）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアクチュエータにおいて、
請求項７に記載の供給回路と、
前記二次コイル（Ｌ２）が周りに配置される回転軸とを備え、
前記第１の接続が規格化された接続、特にＨＳＫ接続であり得ることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のアクチュエータにおいて、前記振動駆動部が並進振動を発生させ、圧電駆動部を備えることができることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項以上に記載のアクチュエータにおいて、少なくとも１０μｍ、好ましくは少なくとも１５μｍまたは２０μｍの機械的振動振幅（Ａ）を発生させるように設計することができ、供給電圧の電気的周波数（ｆａ）が、アクチュエータおよび工具から成るシステムの機械的共振周波数に対して、共振周波数（ｆ０）の少なくとも２０％、好ましくは少なくとも３０％離調されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項以上に記載のアクチュエータ（４０）と、
特にドリル（１０）またはフライスまたは旋削工具である、前記アクチュエータに接続される工具（１０、５１）とを備えることを特徴とする工具一式。
【請求項１６】
好ましくは請求項１１から１４のいずれか一項以上に記載のアクチュエータ（４８）、または前記アクチュエータの取付けエリアと、
動作中は前記工作物に面し、ブレードを有さず、丸み付けられるかまたは面取りされた縁部を有する表面（５２）とを備えることを特徴とする工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のプリアンブル部分それぞれによる、工作物の機械加工方法、供給回路、供給系統、工具アクチュエータ、および工具一式に関する。かかる方法は、ＤＥ１０２０１００４８６３８Ａ１によって知られている。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１０２０１００４８６３８Ａ１に記載されている方法の場合、比較的高周波数の振動が工具に重畳される（「超音波」）。工具は、フライス、ドリル、または旋削工具であり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＤＥ１０２０１００４８６３８Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００６／０２２９００４
【特許文献３】ＥＰ１１３７５１１Ｂ１
【特許文献４】ＥＰ１７６２３０５Ａ２
【特許文献５】ＷＯ２００８／１１８４７９
【特許文献６】ＤＥ１０２０１００４８６３６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一部の材料、および工作物機械加工プロセスの他の限界条件の場合、高い振動周波数および比較的小さい振動振幅は、工具の所望の結果に関して特に有効ではないことが示されている。
【０００５】
同様の技術は、ＵＳ２００６／０２２９００４、ＥＰ１１３７５１１Ｂ１、ＥＰ１７６２３０５Ａ２、ＷＯ２００８／１１８４７９、ＤＥ１０２０１００４８６３６Ａ１に見出すことができる。
【０００６】
本発明の目的は、振動する工具を用いて効率的な工作物の機械加工を可能にする、工作物の機械加工方法ならびに工具またはそのアクチュエータを示すことである。さらに、その供給回路が示される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的は独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は本発明の好ましい実施形態を対象としている。
【０００８】
工具が工作物に対する作業移動を行い、工具に対して振動が重畳される、切断工具を用いた工作物の機械加工方法において、振動は、少なくとも５μｍ、好ましくは少なくとも１０、１５、または２０μｍの振幅を有する。
【０００９】
それに加えて、またはその代わりに、振動は、振動系統の機械的共振周波数に対して少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％または３０％離調される、動作周波数を有する。動作周波数は、５００Ｈｚもしくは８００Ｈｚであり得る下限、および／または１６００Ｈｚもしくは１２００Ｈｚであり得る上限を有する範囲内にある。
【００１０】
工具は、ドリル、フライス、または旋削工具であり、振動は並進振動である。ドリルおよびフライスの場合、振動軸は工具軸に対して軸方向で平行であり、旋削工具の場合、回転する工作物の径方向に平行である。
【００１１】
引用される従来技術と比較して、言及される動作周波数は比較的低い。約１ｋＨｚの範囲内にある。逆に振幅は比較的大きい。その上限は、３０μｍまたは５０μｍまたは１００μｍである。上述した値を有して、重畳された振動移動は工作物に対して、また特に様々な機械加工の状況において残っている工作物表面に対して、従来技術においてこれまで一般に使用されていた振動の場合よりもはるかに強い影響を有する。特に、表面は、既知の機械加工方法の場合よりも亀裂が少なく、即ちより平滑に見える。
【００１２】
振動する工具のアクチュエータ用の供給回路は、電圧出力において、直流成分および交流成分を有する出力電圧を発生させる、電圧発生器を有する。
【００１３】
電圧発生器は、交流を受け取ることができ、入力に対して直列に接続されたコンデンサＣ１と、上述した直列接続に対して並列の半波整流器とを有することができる。入力電圧は、配線なしで誘導的に供給される交流電圧とすることができる。
【００１４】
振動する工具のアクチュエータは、機械側の第１の機械的接続と、工具またはそれに対する第２の機械的接続と、第１の接続と工具または第２の接続との間の電気振動駆動部と、供給回路と、供給回路と振動駆動部との間の電気接続とを有する。振動駆動部は、並進振動を発生させることができ、圧電駆動部を有してもよい。
【００１５】
アクチュエータの電気機械的変換器が圧電素子である場合、圧電素子が極性成分であって、ドライバ電圧の逆入力が多量である場合、それらの入力が圧電素子の劣化または破壊に結び付く恐れがあることを考慮しなければならない。したがって、可能であれば、印加電圧の１つの極性のみで圧電素子を動作させること、またはいずれにしても、振幅（量）ができるだけ低いまま（もしくはゼロ）であるような形で、２つの可能な極性のうち一方を制御するのが有利である。
【００１６】
大きい振動振幅の場合のために、交流電圧の比較的高い振幅が望ましい。この接続において、圧電素子に対する損傷またはさらにはその破壊を回避するために、交流成分が所望の振動にしたがって直流成分の周辺で発振する、ドライバ電圧を発生させる。選択された寸法（交流振幅と比較した直流成分）に応じて、圧電素子の極性の反転を低減または回避することができる。
【００１７】
アクチュエータは、実際の工具ヘッド（例えば、ドリル）と工作機械の駆動構成要素との間に位置させることができる。機械は、例えばＨＳＫなどにしたがって、機械に対する機械的接続が標準化されるような形で、標準化された工具を使用するＣＮＣ機械である。工具ヘッド自体に対する第２の機械的接続／コネクタも備えることができ、あるいは工具を、解除可能もしくは解除不能な形で、アクチュエータ自体に事実上しっかりと接続することができる。
【００１８】
アクチュエータに対する供給系統は、上述したような回路を備えることができる。この回路のＡＣ入力は、誘導的に、即ち結果的には、一次コイルに磁気的に連結される二次コイルによって、供給することができる。その結果、供給回路が工具自体に設けられ、工具の作業移動（例えば、ドリルの回転）にしたがって工具とともに移動する。
【００１９】
以下、本発明の個々の実施形態について図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】所望の振動の機械的性質について説明する図である。
【図２】供給回路の回路図である。
【図３】電気信号を示す図である。
【図４】機械内の工具を示す概略図である。
【図５】工具を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の記載において、同じ参照番号は同じ構成要素を表すものとする。特徴は、それらの組み合わせが技術的に不可能または不合理でない限り、明示的に説明されていなくても、互いに組み合わせ可能と見なされるものとする。方法および方法ステップの説明は、それぞれの方法または方法ステップを実施するためのデバイスの説明としても理解されるものとし、その逆も同様である。
【００２２】
図１は、所望の機械的発振の性質を概略的かつ定性的に示す。図１ａは、中立位置（中央位置）の周辺の振動を示す。ドリルの例では、振動はドリル軸に沿った並進である。図示されているのは、正弦状の機械的発振である。しかしながら、発振が正弦状とは別の形態をとることが望ましい場合があり、またはそれが自動的に生じる場合がある。機械的発振は、中立位置の周辺の作業振幅Ａａを有する。この場合、極値は＋Ａａおよび−Ａａによって記述される。振幅Ａａは、少なくとも５μｍ、少なくとも１０μｍ、または少なくとも２０μｍであり得る。その上限は３０または５０または１００μｍであり得る。
【００２３】
従来技術においてこれまで考慮されてこなかった、比較的高い振幅が存在する。しかしながら、本発明者らの調査によって、材料および他の動作パラメータ（回転速度、所望の表面品質、作業速度、コストなど）に応じて、以前は好まれていた比較的低い振幅以外の、特にそれよりも高い振幅が、有利な工作物の機械加工には好都合であり得ることが示されている。それに相応して、記載される動作周波数ｆａは比較的低い。かかる振動する工具は、ドリルの場合、現在の工作物表面に対してますます圧縮力をもって作用するので、このことによって、工具が工作物の機械加工を丁度終了したときに、所望の表面がもたらされることになる。
【００２４】
旋削工具の場合、並進振動の振動軸は、工作物の回転軸に関して径方向の移動成分を有する可能性があるので、ここではやはり、旋削工具は（現在の）工作物表面に対して垂直に、並進方向で振動する。
【００２５】
フライスは、その回転軸に沿って、またはそれに対して直角に、かつ工作物表面に対して垂直に振動させることができる。
【００２６】
図１ａは、周期的な機械的振動１１のサイクル持続時間Ｐを示す。その逆数の値は、動作周波数ｆａとも呼ばれる発振周波数に相当する。一般に、動作周波数は、５ｋＨｚまたは３ｋＨｚまたは２ｋＨｚまたは１．５ｋＨｚの上限を有する範囲内にある。それは、２００Ｈｚまたは５００Ｈｚまたは８００Ｈｚの下限を有する範囲内にある。それは１ｋＨｚ±１０％である。
【００２７】
従来技術に比べて比較的低いかかる周波数は、高い機械加工速度が望ましいとき、工作物を有利に機械加工するのに良好に適していることが判明している。また、低い動作周波数の利点は、例えば送り速度にしたがって調節可能になるように、共振周波数から十分に離れているという事実にある。周波数誤差の場合の望ましくない周波数シフトと同様に、周波数調節が変更された場合の所望の周波数シフトは、振幅に対して小さい影響しか有さない。言及した比較的低い周波数および／または比較的高い振幅は、とくに粗面化プロセスが行われるべきとき、即ち高い切断能力が望ましいときに有利に選択される。
【００２８】
その限りにおいて、工作物における工具の送りにしたがって振動周波数をガイドするステップは、結果として、作業方法の一部である。
【００２９】
図１ｂは周波数条件を示す。図示されているのは、発振するように励起される工具の周波数応答特性１２、即ち、励起周波数ｆに依存する機械的発振振幅Ａである。曲線１２は、１３において、共振に、即ち固有発振成分を有する励起に相当する最大値を有する。従来技術に共通のものとは異なり、励起された振動の振動振幅Ａａができるだけ高いことが望ましい場合であっても、共振周波数ｆ０外で工具を励起するのが好ましく、これは通常、共振周波数での励起に結び付くが、それは周波数応答特性にしたがって、振幅が比較的大きいためである。
【００３０】
しかしながら、この明白な方策に反して、本発明によれば、一般に、工作物が振動する工具によって機械加工されるとき、機械加工工具の励起周波数ｆａは共振周波数外の値であるように選択することができる。寸法決めは、動作周波数ｆａが、振動系統の機械的共振周波数に対して少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％または少なくとも３０％離調されるようなものである。特に、共振周波数ｆ０よりも小さいものであり得る。
【００３１】
振動する工具の共振周波数は、ｆ０＝２ｋＨｚ周辺の範囲で見出すことができる場合が多い。それに比べて、動作周波数ｆａは、５００Ｈｚもしくは８００Ｈｚの下限を有する、かつ／または１６００Ｈｚもしくは１２００Ｈｚの上限を有する範囲内で設定することができる。図１ｂに、下限ｆ１およびｆ２が示され、それぞれ発生した振幅Ａ１およびＡ２の閾値は、これらの下限に相当する。
【００３２】
共振周波数ｆ０に対して動作周波数ｆａが離調される理由は、共振のステップアップ外で、工作物に作用する振幅は、ドライバ周波数の周波数離調からの誤差に対する感度がより低いという事実にある。共振周波数ｆ０の近くでは、特性曲線は比較的急なので、小さい周波数誤差が比較的大きい振幅誤差に結び付き、その結果、工作物の機械加工における予見不能な条件に結び付く。
【００３３】
それに比べて、振幅Ａの周波数応答特性はそれほど急ではないので、共振周波数ｆ０から離れた条件は、周波数誤差に関してそれほど重要ではない。共振周波数から離れる同じ周波数誤差により、共振周波数に近いこの誤差のみよりも小さい振幅誤差が引き起こされる。
【００３４】
ドリルまたはフライスの回転速度は、１０，０００回転／分もしくは１５，０００回転／分である下限、および／または３０，０００回転／分もしくは２５，０００回転／分であり得る上限を有する範囲内である。
【００３５】
図２は、振動駆動部のエネルギー供給回路を示す。圧電素子であるか、またはそれを備えることができる。図４では、４３によって表される。図２の回路図では、そのコンデンサとしての電気的効果にしたがって、それぞれ最下部に示される。
【００３６】
エネルギー供給は無線であるものと仮定している。振動に加えて、工具は従来の作業移動も、例えばドリルの場合は軸を中心とした回転をもたらす。すり接触によって不動部品から可動部品へのエネルギー移動をもたらすことは、既知の技術であった。しかしながら、摩耗に関してこれは不利である。
【００３７】
摩耗を許容することができない場合、一次コイルが１つまたは複数の二次コイルに磁気的に連結される、無線エネルギー移動が選択される。一次コイルには交流電圧が供給され、その結果、二次コイル（１つもしくは複数）内で交流電圧を誘導する交番磁界が発生する。一次コイルは不動であることが意図されるが、二次コイルは工具一式と併せて備えられ、それにしっかりと取り付けることができる。
【００３８】
図２ａは、一次コイル２２に接続される不動の交流電源２１を示す。これらの構成要素は不動である。さらに、工具と共に移動する２つの二次コイル２４ａおよび２４ｂが設けられる。特に、工具が回転駆動されるとそれらが回転する。二次コイルのうち一方２４ｂは全波整流器２５を供給し、その整流出力はコンデンサ２６を用いて平滑化される。このように、脈動する直流電圧が出現する。他方の二次コイル２４ａは、コンデンサ２６で整流され平滑化された出力電圧と直列に接続される、交流電圧を発生させる。このように、直流電圧が出現し、それに対して別個の交流電圧が重畳される。次に、４３によって指定されコンデンサとして表される圧電アクチュエータに適用される。
【００３９】
しかしながら、この回路の場合、二次コイル２４ａおよび２４ｂが遡及的に相互に影響し合い、それによって不定の条件が生じ得るというリスクがある。その限りにおいて、特に、エネルギー供給は誘導的に行われないが、従来のやり方でピックアップすることができる場合、図２ａの回路を用いることができる。
【００４０】
図２ｂは、無線エネルギー移動のための別の回路を示す。不動の交流電源２１と一次コイル２２との間に、直列コンデンサ２３をＤＣブロックとして設けることができる。それは大きな寸法を有し、１ｍＦ超または３ｍＦ超の容量を有することができる。二次側において、２つの回路部の直列接続を供給する二次コイル２４ｃが設けられる。一方の回路部は、半波整流器として使用される従来のダイオード２８である。他方の回路部は、コンデンサ２７であるかまたはそれを備える。ダイオード２８または第１の回路部に対して並列に、抵抗器２９を設けることができる。ダイオードまたは第１の回路部において、ピエゾアクチュエータ４３に対する供給電圧をピックアップすることができる。
【００４１】
半波整流器２８は、二次コイルにおける交流電圧およびダイオードの順方向閾値未満の電圧の半波を遮断するので、通過させることが可能になっていた部分はゼロ付近で対称ではなくなる。したがって、直流成分を含む。キャパシタンスとして作用する圧電駆動部４３は、一方では、交流電圧の一部を依然として通過させることが可能な交流電流インピーダンスとして作用するが、他方では、整流器２８で出力電圧も平滑化するので、ほぼ正弦波状の電圧が整流器に、また圧電駆動部４３自体にも印加される。
【００４２】
半波整流器２８が、単に逆電圧極性を阻害しないだけではなく、順方向では、ダイオードの順電圧を下回る電圧量が、寸法に応じて圧電素子４３自体のインピーダンスによって補償されるという事実は、このインピーダンスが、１／（ｊωｃ）にしたがって有限の交流インピーダンスとして作用するという理由による。適切な寸法決めの場合、合計電圧が出現する可能性があり、その最小値はゼロであり、ダイオード２８の順方向でのその最大値は、交流電圧振幅の２倍にほぼ相当する。
【００４３】
図３は、ダイオード２８または第２の回路部における電圧の可能な時間曲線を示す。時間曲線３１は、ほぼ正弦波状である。時間曲線の対称性によって、直流成分Ｕｄｃは、交流成分Ｕａｃの最大値と最小値のほぼ中間にある。実線はゼロ線を常に上回る行程を示す。破線３１’はゼロ線に達する行程を示す。この行程はまた、ゼロ線の下まで下降し、次に圧電素子の極反転に結び付く場合がある。それらは、反転電圧が量に関して特定の閾値を下回っている限り、重要ではない。このことは、重畳された直流成分Ｕｄｃによって確保される。
【００４４】
図２ｂの回路の利点は、単純な構造を有していること、また、直流電圧Ｕｄｃおよび交流電圧Ｕａｃの両方を発生させるのに必要なのが二次側ピックアップのみであるため、図２ａの回路に見られたような相互作用が生じ得ないことである。
【００４５】
二次コイル（１つもしくは複数）は、好ましくは、工具の回転軸に対して回転対称である。動作中の工具の回転は、コイルにあふれるフローの変化を発生させないか、またはわずかな変化しか発生させないので、回転速度は、二次誘導電圧に対して何ら影響しないか、またはわずかな影響しか有さない。より正確に言えば、二次電圧の周波数および振幅は、その結果、工具の回転速度が影響を及ぼすことなく、一次側における電気値の適切な制御によって調節可能になる。
【００４６】
しかしながら、所望であれば、工具の回転がコイルにあふれる磁束に影響を及ぼすような形で、二次コイルを配列することもでき、その結果、工具の回転が二次電圧に影響を及ぼす。
【００４７】
直流電圧成分Ｕｄｃは、交流成分の振幅Ｕａｃの少なくとも半分である。好ましくは、Ｕａｃの±４％またはＵａｃの±１％振幅に等しい。
【００４８】
振動する工具のアクチュエータに対する供給系統は、上述したような供給回路２８、２９、上述したような１つまたは複数の二次コイル、一次コイル２２、および交流電圧源２１を有する。上述したコンデンサ２３も備えることができる。コンデンサ２３は、コンデンサ２７の値の少なくとも１００倍の値を有することができる。後者は、次いで、その値が圧電駆動部４３の等価容量の少なくとも４倍であるようにして寸法決めすることができる。また、等価容量の２倍もしくは少なくとも３倍、および／または場合によっては最大１０倍もしくは最大２０倍であることもできる。一次コイルは、回転する機械のスピンドル付近に設けることができる。しかしながら、一般に不動である。
【００４９】
図４は、工具のためのアクチュエータ４０を概略的に示す。それは機械側接続部４４を有し、それによって、アクチュエータを工作機械の回転するスピンドル４５に連結することができる。接続は、規格に、例えばＨＳＫに対応する場合がある。さらに、工具が取り付けられる、または工具を取り付けることができる、工具側接続部４２が設けられる。図示されているのは、工具１０をねじ４１によって適所で締結することができる、一実施形態である。工具側接続部４２自体は、同じタイプのものまたは異なるタイプのものに交換することができ、即ち、アクチュエータから解放可能であってアクチュエータに接続可能である。したがって、異なる接続部を備えた工具を使用することができる。
【００５０】
４３は、圧電駆動部として設計することができる振動駆動部を表す。それは、機械側接続部４４と工具側接続部４２との間で有効である。４７は、図２の回路における二次コイル２４を表す。それは、アクチュエータの周面の全体に配列することができる。４８は、図２の２２に相当する一次コイルを表す。４８ａは、機械の不動部品で一次コイルを保持するための保持手段を表す。
【００５１】
供給回路２０はアクチュエータの適切な場所で収容される。不均衡を回避するために、周面の周りに分布させて備えることができ、または釣り合い重りを用いて均衡させる。４７は、ねじ４１によって適所で締結することができる工具１０を伴ったアクチュエータの回転軸である。スピンドル４５も軸４７を中心にして回転する。４９は工作物を表す。４６は工作物テーブルを表す。二次コイル２４は供給回路２０に電気的に接続され、それが次いで、駆動部４３に電気的に接続される。
【００５２】
アクチュエータの機械系統および電気系統は、アクチュエータが機械加工方法に関して上述した量を発生させるような形で設計される。特に、圧電駆動部４３および電気系統は、所望のサイズの振動振幅が生じるような形で設計される。振動周波数は、上述したように、好ましくは一次側の励起周波数を調節することによって調節される。
【００５３】
工具一式は、上述したようなアクチュエータ４０および工具１０を備える。工具１０は、アクチュエータ４０に適切に取り付けられる。図４には、ねじ４１を用いた接続が示されている。工具は、工作物の振動機械加工専用の工具、例えば図示されるような、工具側の研削アタッチメントを備えた中空の円筒状構造体とすることができ、または事実上従来の工具とすることができる。アクチュエータ４０における工具１０の固着は、特殊化または標準化することができる。工具は、好ましくはドリルもしくはフライス、または旋削工具である。
【００５４】
上記に、軸に沿った並進振動について記載してきた。上述したのと同じ考察が、ドリルまたはフライスの、それらの回転軸を中心にした回転振動にも有効である。回転振動については、上述したような周波数の示唆がやはり有効である。振幅データは、工具のそれぞれの最大切断半径におけるデータである。回転振動については、アクチュエータ４０および特に振動駆動部を、図４に示されるものとは異なるように構築することができる。しかしながら、圧電アクチュエータも設けられることがある。供給回路は同じであり得る。
【００５５】
図５は、工作物機械加工のための工具５１を示す。機械加工は、比較的延性の材料、特に金属材料、例えばアルミニウムおよびその合金の工作物における、場合によっては以前に別の方法で機械加工された表面を、圧密成形する（突き固める、「パッティング・ダウン」）ことである。工具は、記載したような構造を有してもよい、振動アクチュエータ４０に接続されるか、またはそれに接続することができる。振動は、工作物表面に垂直な移動成分を有する。それは、上述した限界条件（振動周波数、振幅）にしたがって、工作物表面に垂直な並進振動であり得る。
【００５６】
工具５１は、刃またはブレードを何ら有さない、工作物に面する表面５２を有する。それは、比較的平滑である。それは、工作物に向かう方向で軸５３を中心にして回転対称である。特定の範囲では、半径Ｒを有する球体の表面のセクターとして設計することができ、後方（図４では上方、機械に向かう方向）で、アクチュエータ４０に向かって適切な取付け範囲へと移行することができ、またはアクチュエータに一貫して取り付けることができる。球体の半径は、０．５ｍｍもしくは１ｍｍもしくは２ｍｍの下限、および／または２０ｍｍもしくは１０ｍｍもしくは５ｍｍの上限を有する範囲内にある。表面５２はまた、特定の範囲（図示なし）では平面であることができ、端において適切な面取りを有することができる。
【００５７】
機械加工プロセスの間、工具は振動し、それと係合されている工作物の表面全体にわたって、機械構成要素を用いて案内される。軸５３を中心にして回転することなく動作させることができる。その結果、振動および案内移動が唯一の移動である。
【００５８】
一般に、機械は、記載された量を調節し、工程を実施する制御系統を有する。それはプログラムに応じて動作することができ、また場合によっては、センサ信号にしたがって、閉ループ制御方式または開ループ制御方式で動作することもできる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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