(57)【要約】【課題】広範囲の周波数に対応可能とし、固有振動数再調整を回避することのできる動吸振器を、安価且つ容易に提供する。【解決手段】板バネ１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれ両端がネジ４によってマグネットベース３に固定され、それぞれ剛性Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3を持ち、錘２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれネジ４によって板バネ１ａ，１ｂ，１ｃに固定され、それぞれ質量Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3を持ち、また、板バネ１ａ，１ｂ，１ｃの剛性Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3と錘２ａ，２ｂ，２ｃの質量Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3で決定される固有振動数については、板バネ１ａ及び錘２ａよりなる構造体の固有振動数ｆ1と、板バネ１ｂ及び錘２ｂよりなる構造体の固有振動数ｆ2と、板バネ１ｃ及び錘２ｃよりなる構造体の固有振動数ｆ3との平均値が、対象物の固有振動数ｆ0に一致するように設計することで、広範囲の周波数に対応可能とし、固有振動数再調整を回避することのできる動吸振器を、安価且つ容易に提供する。【選択図】図１
2013167341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の支持部材と、
１対の前記支持部材に両端が固定された複数の板バネと、
複数の前記板バネのそれぞれに固定された錘とを備え、
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の固有振動数がそれぞれ異なるものであることを特徴とする動吸振器。
【請求項２】
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の中の、最大の固有振動数の値と最小の固有振動数の値との間に、対象物の固有振動数の値が存在するように、複数の前記板バネの剛性及び複数の前記錘の質量がそれぞれ設定されることを特徴とする請求項１に記載の動吸振器。
【請求項３】
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の固有振動数の平均値が、対象物の固有振動数の値と一致するように、複数の前記板バネの剛性及び複数の前記錘の質量がそれぞれ設定されることを特徴とする請求項１に記載の動吸振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工時のびびり振動を防止するフレキシブル動吸振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工における重要な課題として、びびり振動の防止が挙げられるが、これには一般的に動吸振器が適用されている。動吸振器とは、固有振動数を対象物と合わせることでびびり振動を抑制する装置である（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の動吸振器は、図４，図５のように、板バネ１１、錘１２、マグネットベース１３及びネジ１４を備える。
【０００４】
板バネ１１は、ネジ１４により、両端がそれぞれ１対のマグネットベース１３に固定されており、錘１２は板バネ１１に固定されており、１対のマグネットベース１３は対象物５に設置されている。
【０００５】
図６は、この動吸振器を対象物に設置した場合とそうでない場合の周波数とコンプライアンスの関係を示している。動吸振器を設置していない（動吸振器なし）グラフ（図６（ａ））を見ると、特定の周波数で対象物のコンプライアンスが急激に高くなる。この部分がびびり振動である。それに対し、動吸振器を設置した（動吸振器あり）グラフ（図６（ｂ）及び（ｃ））は、動吸振器なしのグラフでびびり振動が起きている周波数付近でも、コンプライアンスが然程高くならない。つまり、動吸振器の設置によりびびり振動が抑制されているということを表している。しかし、動吸振器を設置した場合あっても、ミスチューニングのグラフ（図６（ｄ））に示すように、動吸振器の周波数が対象物の周波数と一致していない場合は、びびり振動を抑制することができない（ちなみに、図６（ｅ）は図６（ａ）〜（ｄ）のグラフを１つに纏めて比較しやすくしたものである）。
【０００６】
以下、動吸振器の設計例を、図８のフローチャートを用いて説明する。
【０００７】
ステップＳ２１では、加工対象物のモーダル解析を行い、固有振動数ｆ0とモード質量Ｍ0を求める。
【０００８】
ステップＳ２２では、動吸振器の錘の質量Ｍdと剛性Ｋdの仮設定を行う。このとき、加工対象物のモード質量Ｍ0に対して１０％程度の質量を動吸振器の質量Ｍdとして仮設定する。また、剛性Ｋdは次式により仮設定する。
【０００９】
Ｋd＝Ｍd×（ｆ0／[１＋μ]）2
μ＝Ｍd／Ｍ0
【００１０】
ステップＳ２３では、ステップＳ２２で仮設定した動吸振器を設置した場合の加工対象物の振動応答解析を行い、コンプライアンスＧ（ω）（ω：工具回転数）を求める。
【００１１】
ステップＳ２４では、切削力解析を行い、切削力Ｋf（ω）を求める。
【００１２】
ステップＳ２５では、ステップＳ２３とＳ２４で求めた値を基に、安定限界切削幅ａlimを導出する。安定限界切削幅とは、加工が安定にできる領域と、びびり振動が発生して加工が不安定となる領域との境界の切削幅のことであり、安定限界切削幅ａlimは以下の式により導出される（下記、ＧR（ω）はＧ（ω）の実数部を、ｊは虚数を表す）。
【００１３】
ａlim＝−１／（２Ｋf（ω）・ＧR（ω）・（ｊω））
【００１４】
図９は、工具回転数ωと切削幅ａと安定限界切削幅ａlimの関係を示している。安定限界切削幅ａlimのグラフが２つあるが、下のグラフはコンプライアンスＧ（ω）が高い状態のものであり、上のグラフはコンプライアンスＧ（ω）が低い状態のものである。
【００１５】
図９を見ればわかるように、加工条件がａlimよりも上回ってしまうと不安定領域に入る（びびり振動が発生する）。しかし、コンプライアンスＧ（ω）を下げるとａlimが上がるため、加工条件が安定領域に入ることとなる。
【００１６】
ステップＳ２６では、実際の加工条件である工具回転数ω及び切削幅ａと、ステップＳ２５で導出した安定限界切削幅ａlimから、加工条件が安定領域に入っているか否か判断する。安定領域に入っていなければステップＳ２２へ戻り、コンプライアンスＧ（ω）が下がるように動吸振器の仮設定を変更し、再度ステップＳ２５で安定限界切削幅ａlimを導出する（この場合は、ステップＳ２４を再度行う必要はない）。
【００１７】
ステップＳ２７では、ステップＳ２６において安定領域に入っていると判断した場合、動吸振器の設定（質量Ｍd、剛性Ｋd）を完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第４２８０８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
動吸振器によるびびり振動の抑制においては、びびり振動を起こしている対象の固有振動数と、動吸振器の固有振動数を一致させる必要があり、両者の固有振動数がズレると、動吸振器の効果が得られなくなるため、動吸振器の固有振動数を再調整する手間が生じる。
【００２０】
例えば、ＦＥＭ解析により対象物の固有振動数を予測して動吸振器を設計する場合、解析誤差が固有振動数にズレを生じる一因となる。
【００２１】
また、加工による形状変化で、加工中に対象物の固有振動数が変化する場合、動吸振器の固有振動数は一定のため、両者にズレが生じ、動吸振器の効果を得られなくなる可能性がある。
【００２２】
上述の問題点を解決するため、特許文献１のように、制御装置を設けて固有振動数を可変とし、対象物の固有振動数に対して柔軟に対応することができる動吸振器が考案されているが、これでは大掛かり且つ複雑な装置となってしまう。
【００２３】
そこで本発明では、動吸振器の形状を変更することで、安価且つ容易に上述の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決する第１の発明に係る動吸振器は、
１対の支持部材と、
１対の前記支持部材に両端が固定された複数の板バネと、
複数の前記板バネのそれぞれに固定された錘とを備え、
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の固有振動数がそれぞれ異なるものであることを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第２の発明に係る動吸振器は、
上記課題を解決する第１の発明に係る動吸振器において、
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の中の、最大の固有振動数の値と最小の固有振動数の値との間に、対象物の固有振動数の値が存在するように、複数の前記板バネの剛性及び複数の前記錘の質量がそれぞれ設定されることを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第３の発明に係る動吸振器は、
上記課題を解決する第１の発明に係る動吸振器において、
複数の前記板バネ及び前記錘よりなる構造体の固有振動数の平均値が、対象物の固有振動数の値と一致するように、複数の前記板バネの剛性及び複数の前記錘の質量がそれぞれ設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
上記第１の発明に係る動吸振器によれば、異なる固有振動数を有する動吸振器を複数保有する動吸振器を構成することで、安価且つ容易に広範囲の周波数に対応可能となり、解析誤差や対象物の加工に伴う固有振動数の変化が許容され、動吸振器の固有振動数再調整を回避することができる。
【００２８】
上記第２の発明に係る動吸振器によれば、広範囲の周波数にさらに対応可能となり、解析誤差や対象物の加工に伴う固有振動数の変化が許容され、動吸振器の固有振動数再調整を回避することができる。
【００２９】
上記第３の発明に係る動吸振器によれば、広範囲の周波数にさらに対応可能となり、解析誤差や対象物の加工に伴う固有振動数の変化が許容され、動吸振器の固有振動数再調整を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る動吸振器の概略図である。
【図２】図１におけるＡ‐Ａ矢視図である。
【図３】周波数とコンプライアンスの関係を示したグラフである。（ａ）は動吸振器なしの場合のグラフ、（ｂ）は従来の動吸振器（周波数一致）の場合のグラフ、（ｃ）は実施例１に係る動吸振器（周波数一致）の場合のグラフ、（ｄ）は従来の動吸振器（周波数ズレ）の場合のグラフ、（ｅ）は実施例１に係る動吸振器（周波数ズレ）の場合のグラフ、（ｆ）は（ａ）〜（ｅ）までのグラフを１つに纏めたものである。
【図４】従来の動吸振器の概略図である。
【図５】図４におけるＢ‐Ｂ矢視図である。
【図６】周波数とコンプライアンスの関係を示したグラフである。（ａ）は動吸振器なしの場合のグラフ、（ｂ）及び（ｃ）は動吸振器ありの場合のグラフ、（ｄ）はミスチューニングした動吸振器ありのグラフ、（ｅ）は（ａ）〜（ｄ）のグラフを１つに纏めたものである。
【図７】本発明の実施例１に係る動吸振器の設計例を示したフローチャートである。
【図８】従来の動吸振器の設計例を示したフローチャートである。
【図９】工具回転数、切削幅および安定限界切削幅の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る動吸振器を実施例にて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明の実施例１に係る動吸振器は、図１、図２に示すように、板バネ１ａ，１ｂ，１ｃ、錘２ａ，２ｂ，２ｃ、マグネットベース３及びネジ４を備える。
【００３３】
上述の板バネ１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれ両端がネジ４によって１対のマグネットベース３に固定され、それぞれ剛性Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3を持つ。また、錘２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれネジ４によって板バネ１ａ，１ｂ，１ｃに固定されており、それぞれ質量Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3を持つ。さらに、１対のマグネットベース３は対象物５に設置されている。
【００３４】
また、板バネ１ａ，１ｂ，１ｃの剛性Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3と錘２ａ，２ｂ，２ｃの質量Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3で決定される固有振動数については、板バネ１ａ及び錘２ａよりなる構造体の固有振動数ｆ1と、板バネ１ｂ及び錘２ｂよりなる構造体の固有振動数ｆ2と、板バネ１ｃ及び錘２ｃよりなる構造体の固有振動数ｆ3との平均値が、対象物の固有振動数ｆ0に一致するように設計される。
【００３５】
以下、本発明の実施例１に係る動吸振器の設計例を図７のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
ステップＳ１〜Ｓ７は、従来の動吸振器の設計例におけるステップＳ２１〜Ｓ２７と同様のため省略する。
【００３７】
ステップＳ８では、板バネ及び錘よりなる構造体の分割数ｎの設定を行う。以下に示す説明では、分割数ｎ＝３の場合を示す。また、具体的事例として解析誤差による周波数ズレに対応する動吸振器の設計を前提としている。
【００３８】
ステップＳ９では、分割された板バネ及び錘よりなる構造体の内１組（以下、分割動吸振器１、分割動吸振器２、分割動吸振器３と記載）の、錘による質量を設定する。設定は以下の式に従う（下記、Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3は分割動吸振器１，２，３それぞれの錘の質量を表す）。
【００３９】
Ｍ1＝Ｍ2＝Ｍ3＝Ｍd／３（＝Ｍd／ｎ）
【００４０】
ステップＳ１０では、分割動吸振器の固有振動数を設定する。設定は以下の式に従う（下記、ｆ1，ｆ2，ｆ3は分割動吸振器１，２，３それぞれの固有振動数を、εは解析誤差を表す）。
【００４１】
ｆ1＝（１−ε）ｆ0
ｆ2＝ｆ0
ｆ3＝（１＋ε）ｆ0
【００４２】
ステップＳ１１では、分割動吸振器の、板バネによる剛性を設定する。設定は以下の式に従う（下記、Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3は分割動吸振器１，２，３それぞれの剛性を表す）。
【００４３】
Ｋ1＝Ｍ1×（ｆ1／１＋μ1）2
μ1＝Ｍ1／Ｍ0
Ｋ2＝Ｍ2×（ｆ2／１＋μ2）2
μ2＝Ｍ2／Ｍ0
Ｋ3＝Ｍ3×（ｆ3／１＋μ3）2
μ3＝Ｍ3／Ｍ0
【００４４】
ステップＳ１２では、分割動吸振器の設定（分割動吸振器１の固有振動数ｆ1、質量Ｍ1、剛性Ｋ1、分割動吸振器２の固有振動数ｆ2、質量Ｍ2、剛性Ｋ2、分割動吸振器３の固有振動数ｆ3、質量Ｍ3、剛性Ｋ3）を完了する。
【００４５】
図３は、本発明の実施例１に係る動吸振器（ｎ＝３の場合）と従来の動吸振器それぞれについての、周波数とコンプライアンスの関係を示している。対象物はコンプライアンスが小さいほどびびり振動が起こりにくくなる。従来の動吸振器（周波数一致）のグラフ（図３（ｂ））と、本発明の実施例１に係る動吸振器（周波数一致）のグラフ（図３（ｃ））とを見ると、動吸振器なしのグラフ（図３（ａ））においてコンプライアンスが高くなる（びびり振動が起こりやすくなる）周波数ａ付近では、両者ともコンプライアンスの上昇を抑制しており、その値はほぼ同一であることがわかる。
【００４６】
しかしながら、動吸振器と対象物の固有振動数がズレた場合、従来の動吸振器（周波数ズレ）のグラフ（図３（ｄ））を見ると、周波数ｂにおいてコンプライアンスが上昇してしまう。ところが、本発明の実施例１に係る動吸振器（周波数ズレ）のグラフ（図３（ｅ））を見ると、同じく最もコンプライアンスが上昇する周波数ｂにおいても、コンプライアンスが抑制されている。つまり、動吸振器と対象物の固有振動数がズレた場合も、本発明の実施例１に係る動吸振器は、性能の劣化が抑えられ、広い周波数範囲でびびり振動抑制の効果が得られる（ちなみに、図３（ｆ）は図３（ａ）〜（ｅ）までのグラフを１つに纏めて比較しやすくしたものである）。
【００４７】
上述では、解析誤差による周波数ズレに対応する動吸振器の設計を分割数ｎ＝３とする場合を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。任意の分割数ｎの場合、及び、他の対応事例においても同様に成立することはいうまでもない。また、板バネを固定する支持部材においても、マグネットベースに限定されるものではない。
【００４８】
重要なのは、１対の支持部材に両端が固定された複数の板バネと、複数の板バネのそれぞれに固定された錘が備えられているということであり、分割の大きさに関しても、等分割に限定されるものではない。但し、複数の板バネ及び錘よりなる構造体の固有振動数がそれぞれ異なるものである必要がある。
【００４９】
さらに、複数の板バネ及び錘よりなる構造体の固有振動数の中の、最大の固有振動数の値と最小の固有振動数の値との間に、対象物の固有振動数の値が存在するように、複数の板バネの剛性及び複数の錘の質量を設定すると、高い効果を発揮する。
【００５０】
またさらに、複数の板バネ及び錘よりなる構造体の固有振動数の平均値が、対象物の固有振動数と一致するように、複数の板バネの剛性及び複数の錘の質量を設定すると、より一層の高い効果を発揮する。
【００５１】
このように、本発明の実施例１に係る動吸振器では、異なる固有振動数を有する動吸振器を複数保有する動吸振器を構成することで、従来の動吸振器よりも広範囲の周波数に対応可能な動吸振器を提供できる。
【００５２】
動吸振器の対応可能な周波数範囲が広いため、解析誤差や対象物の加工に伴う固有振動数の変化が許容され、動吸振器の固有振動数再調整を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、切削加工時のびびり振動を防止する動吸振器として好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ  第１の板バネ
１ｂ  第２の板バネ
１ｃ  第３の板バネ
２ａ  第１の錘
２ｂ  第２の錘
２ｃ  第３の錘
３，１３  マグネットベース
４，１４  ネジ
５  （加工）対象物
１１  板バネ
１２  錘
【図１】
2013167341.tif 000003
【図２】
2013167341.tif 000004
【図３】
2013167341.tif 000005
【図４】
2013167341.tif 000006
【図５】
2013167341.tif 000007
【図６】
2013167341.tif 000008
【図７】
2013167341.tif 000009
【図８】
2013167341.tif 000010
【図９】
2013167341.tif 000011