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JP2006326705A - Cutting tools - Google Patents

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JP2006326705A
JP2006326705A JP2005150265A JP2005150265A JP2006326705A JP 2006326705 A JP2006326705 A JP 2006326705A JP 2005150265 A JP2005150265 A JP 2005150265A JP 2005150265 A JP2005150265 A JP 2005150265A JP 2006326705 A JP2006326705 A JP 2006326705A
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JP
Japan
Prior art keywords
tip
vibrating body
cutting
axis direction
vibrating
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005150265A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyori Ohashi
一順 大橋
Kazuhiro Tsuchiya
和博 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005150265A priority Critical patent/JP2006326705A/en
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Abstract

【課題】2つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる切削工具を提供すること。
【解決手段】本発明の切削工具1は、振動体10の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイト101と、X軸方向に振動体10を振動させる第1振動手段と、Y軸方向に振動体10を振動させる第2振動手段とを備え、チップバイト101がほぼ楕円の軌跡に沿って周回する。振動体10にチップバイト101を装着した状態での全体の横断面が、振動体10の中心軸を中心とし、X軸方向に対向しY軸方向に平行な1対の辺と、Y軸方向に対向しX軸方向に平行な1対の辺とからなる略四角形状をなす。これにより、振動体10のX軸方向とY軸方向との共振周波数差が小さくなり、同じ周波数の電圧をX軸、Y軸方向に印可できる。
【選択図】図1
The present invention provides a cutting tool that can easily manage a voltage applied to a piezoelectric actuator in two directions and can reliably circulate a tip tool along an elliptical locus.
A cutting tool 1 according to the present invention is detachably attached to a tip portion of a vibrating body 10 and includes a tip bit 101 for cutting a work material and first vibrating means for vibrating the vibrating body 10 in the X-axis direction. And second vibration means for vibrating the vibrating body 10 in the Y-axis direction, and the tip bite 101 circulates along a substantially elliptical locus. The entire cross section of the vibrating body 10 with the tip bit 101 attached is centered on the central axis of the vibrating body 10, a pair of sides facing the X axis direction and parallel to the Y axis direction, and the Y axis direction. And a substantially quadrangular shape consisting of a pair of sides parallel to the X-axis direction. Thereby, the resonance frequency difference between the X-axis direction and the Y-axis direction of the vibrating body 10 is reduced, and a voltage having the same frequency can be applied in the X-axis and Y-axis directions.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、切削工具に関し、特に楕円振動切削加工に使用される切削工具に関するものである。   The present invention relates to a cutting tool, and more particularly to a cutting tool used for elliptical vibration cutting.

従来、楕円振動子において胴体部を円柱状に構成した楕円振動切削装置が提案されている(特許文献1参照)。従来の楕円振動切削装置では、楕円振動子の円柱状胴体部に設けられた圧電素子(圧電アクチュエータ)に、制御機構から所定の正弦波状の電圧を印加する。これにより、楕円振動子の先端に取り付けられた切削用工具(チップバイト)を楕円振動させて、被削材を切削する。   Conventionally, an elliptical vibration cutting device has been proposed in which the body portion of an elliptical vibrator is formed in a cylindrical shape (see Patent Document 1). In a conventional elliptical vibration cutting device, a predetermined sinusoidal voltage is applied from a control mechanism to a piezoelectric element (piezoelectric actuator) provided on a cylindrical body part of an elliptical vibrator. As a result, the cutting tool (tip tool) attached to the tip of the elliptical vibrator is caused to elliptically vibrate to cut the work material.

しかしながら、特許文献1で示された圧電素子の取り付け方法では、切削用工具の所望の振動を得るために、圧電素子の耐電圧付近まで、圧電素子に入力電圧を印加する必要がある。これにより、圧電素子の過剰な発熱や、楕円振動端子に圧電素子を接着している接着剤の劣化を引き起こす。
そこで、本発明の出願人によって、図9に示すような圧電素子の取り付け方法を工夫した切削工具の振動体5が提案されている。
However, in the method for attaching a piezoelectric element disclosed in Patent Document 1, it is necessary to apply an input voltage to the piezoelectric element up to the vicinity of the withstand voltage of the piezoelectric element in order to obtain a desired vibration of the cutting tool. This causes excessive heat generation of the piezoelectric element and deterioration of the adhesive bonding the piezoelectric element to the elliptical vibration terminal.
Accordingly, the applicant of the present invention has proposed a vibration body 5 for a cutting tool in which a method for attaching a piezoelectric element as shown in FIG. 9 is devised.

図9に示すように、振動体5は、円柱状の第1の部分510と略四角柱状の第2の部分520とを備える。第1の部分510の先端部分には、チップバイト501を取り付けるための切り欠きが形成されている。このような振動体5では、切り欠きが形成されている先端部分およびチップバイト501全体の横断面形状が、振動体5の振動方向であるX軸方向およびY軸方向に対称性をもたないため、振動体5のX軸方向の共振周波数とY軸方向の共振周波数との差が大きくなってしまう。したがって、チップバイト501を所望の軌跡に沿って周回させるためには、第2の部分520のX軸方向に対向する面上の圧電アクチュエータ512X、Y軸方向に対向する面上の圧電アクチュエータ512Yにそれぞれ、異なる周波数の入力電圧を印加する必要がある。しかしながら、このような切削工具では、それぞれの入力電圧の周波数を管理しなければならなかった。そのため、例えば、一方の入力電圧が不適切な周波数であった場合、チップバイト501が楕円振動しなくなるという問題があった。   As shown in FIG. 9, the vibrating body 5 includes a columnar first portion 510 and a substantially quadrangular prism-shaped second portion 520. A notch for attaching the tip bit 501 is formed at the tip portion of the first portion 510. In such a vibrating body 5, the cross-sectional shape of the tip portion where the notch is formed and the entire tip bit 501 has no symmetry in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are the vibration directions of the vibrating body 5. Therefore, the difference between the resonance frequency in the X-axis direction and the resonance frequency in the Y-axis direction of the vibrating body 5 becomes large. Therefore, in order to make the tip bite 501 circulate along a desired locus, the piezoelectric actuator 512X on the surface facing the X-axis direction of the second portion 520 and the piezoelectric actuator 512Y on the surface facing the Y-axis direction are arranged. It is necessary to apply input voltages having different frequencies. However, in such a cutting tool, the frequency of each input voltage has to be managed. Therefore, for example, when one input voltage has an inappropriate frequency, there is a problem that the tip bit 501 does not elliptically vibrate.

特開2000−52101号公報JP 2000-52101 A

そこで本発明は、上記問題を解決するために、2つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、かつチップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる切削工具を提供することにある。   Therefore, the present invention provides a cutting tool that can easily manage the voltage applied to the piezoelectric actuators in two directions and can reliably rotate the tip bite along an elliptical trajectory in order to solve the above problem. There is to do.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の切削工具は、略柱状の振動体と、
前記振動体の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイトと、
前記振動体の中心軸に対して略直角な第1の方向に前記振動体を振動させる第1振動手段と、
前記振動体の中心軸と前記第1の方向とに対して略直角な第2の方向に前記振動体を振動させる第2振動手段とを備え、
前記第1振動手段および前記第2振動手段を作動させることにより、前記チップバイトが略楕円の軌跡に沿って周回する切削工具であって、
前記振動体は、前記振動体に前記チップバイトを装着した状態での前記振動体および前記チップバイト全体における前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなる略四角形状をなす第1の部分と、
前記第1駆動手段および前記第2駆動手段が設けられ、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなり、かつ、前記第1の部分の前記略四角形状よりも大きい略四角形状をなす第2の部分と、
前記第1の部分と前記第2の部分とを連結し、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなる略四角形状をなす第3の部分とからなることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The cutting tool of the present invention comprises a substantially columnar vibrator,
A tip bite that is detachably attached to the tip of the vibrating body and cuts the work material;
First vibrating means for vibrating the vibrating body in a first direction substantially perpendicular to the central axis of the vibrating body;
Second vibration means for vibrating the vibrating body in a second direction substantially perpendicular to the central axis of the vibrating body and the first direction;
A cutting tool in which the tip bite circulates along a substantially elliptical trajectory by operating the first vibrating means and the second vibrating means,
In the vibrating body, a cross section perpendicular to the central axis of the vibrating body and the entire tip bite in a state where the tip bite is attached to the vibrating body is opposed to the first direction with the central axis as a center. And a first portion having a substantially rectangular shape including a pair of sides parallel to the second direction and a pair of sides facing the second direction and parallel to the first direction; ,
The first drive means and the second drive means are provided, and a cross section perpendicular to the central axis has a pair of faces centered on the central axis and facing the first direction and parallel to the second direction. And a pair of sides facing the second direction and parallel to the first direction, and having a substantially quadrangular shape larger than the substantially quadrangular shape of the first portion. 2 part,
The first part and the second part are connected to each other, and a cross section perpendicular to the central axis is centered on the central axis and faces the first direction and is parallel to the second direction. It is characterized by comprising a third portion having a substantially quadrangular shape comprising a pair of sides and a pair of sides facing the second direction and parallel to the first direction.

これにより、振動体およびチップバイト全体における中心軸に垂直な断面形状が、断面の中心を通り第1の方向に平行な線に対し線対称であり、かつ断面の中心を通り第2の方向に平行な線に対し線対称である。振動体の第1の共振周波数および第2の方向の共振周波数は、それぞれ振動体およびチップバイト全体における第1および第2の方向の断面形状に依存するため、振動体の第1の方向の共振周波数と第2の方向の共振周波数との差を小さくできる。これにより、第1振動手段および第2振動手段に、同じ周波数を入力することができるため、2つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、かつチップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。   As a result, the cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the entire vibrator and the chip tool is symmetrical with respect to a line passing through the center of the cross section and parallel to the first direction, and passing through the center of the cross section in the second direction. Axisymmetric with respect to parallel lines. Since the first resonance frequency and the resonance frequency in the second direction of the vibrating body depend on the cross-sectional shapes of the first and second directions in the entire vibrating body and the tip tool, respectively, the resonance in the first direction of the vibrating body The difference between the frequency and the resonance frequency in the second direction can be reduced. As a result, since the same frequency can be input to the first vibrating means and the second vibrating means, it is easy to manage the voltage applied to the piezoelectric actuators in two directions, and the tip bite is surely placed in an elliptical locus. Can be circulated along.

本発明の切削工具では、前記第3の部分の略四角形状は、前記第1の部分の略四角形状より大きく、かつ、前記第2の部分の略四角形状より小さいことが好ましい。
これにより、第3の部分は、第2の部分の振動を増幅させて、第1の部分に伝えることができ、チップバイトの振動の軌跡を所望の大きさにすることができる。
本発明の切削工具では、前記先端部は、前記チップバイトが装着され、前記チップバイトの外形に対応した欠損部を有することが好ましい。
これにより、チップバイトを装着した状態での先端部全体における断面が、第1の方向および第2の方向に対して対称性を有するため、振動体の第1の方向の共振周波数と第2の方向の共振周波数との差を小さくすることができる。
In the cutting tool of the present invention, it is preferable that the substantially square shape of the third portion is larger than the substantially square shape of the first portion and is smaller than the substantially square shape of the second portion.
Accordingly, the third portion can amplify the vibration of the second portion and transmit the amplified vibration to the first portion, and the trajectory of the tip bite vibration can be set to a desired size.
In the cutting tool of the present invention, it is preferable that the tip portion is provided with the tip bite and has a defect portion corresponding to the outer shape of the tip bite.
As a result, the cross-section of the entire tip portion with the tip bite attached is symmetrical with respect to the first direction and the second direction, so that the resonance frequency in the first direction of the vibrator and the second The difference from the direction resonance frequency can be reduced.

本発明の切削工具では、前記先端部には、焼き入れが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを先端部に取り付けて被削物を切削している間に、チップバイトと先端部との硬さの違いによって生じる先端部の経時変形を小さくすることができる。
本発明の切削工具では、前記第2の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
本発明の切削工具では、前記第3の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
In the cutting tool of the present invention, it is preferable that the tip portion is quenched.
Thereby, the time-dependent deformation | transformation of the front-end | tip part which arises by the difference in the hardness of a tip bit | blade and a front-end | tip part can be made small, while attaching a tip bit to a front-end | tip part and cutting a workpiece.
In the cutting tool of the present invention, it is preferable that the second portion is chamfered at a corner portion around the end surface on the tip end side.
As a result, the tip bite can be reliably circulated along an elliptical locus.
In the cutting tool of the present invention, it is preferable that the third portion is chamfered at a corner portion around the end surface on the tip end side.
As a result, the tip bite can be reliably circulated along an elliptical locus.

本発明の切削工具では、前記第3の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第2の部分の略四角形状の大きさから前記第1の部分の略四角形状の大きさまで漸減することが好ましい。
これにより、第3の部分は、第2の部分の振動を拡大して第1の部分に伝えることができ、チップバイトの振動の軌跡を所望の大きさにすることができる。また、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
In the cutting tool of the present invention, the substantially quadrangular shape of the third portion gradually decreases from the substantially quadrangular size of the second portion toward the substantially quadrangular size of the first portion toward the tip portion. It is preferable to do.
As a result, the third portion can enlarge and transmit the vibration of the second portion to the first portion, and the vibration trajectory of the tip bite can be set to a desired size. In addition, the tip bite can be reliably circulated along an elliptical locus.

次に、本発明を実施するための好適な実施形態の図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る切削工具1の全体斜視図、図2は、図1中のA−A線断面図ある。
なお、以下では、図1中に示すような座標軸の方向を用いて説明する。振動体10の中心軸に平行な方向をZ軸方向とし、中心軸に対して直角な第1の方向をX軸方向とし、中心軸と第1の方向とに対して直角な第2の方向をY軸方向とする。
Next, a preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall perspective view of a cutting tool 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In the following description, the directions of the coordinate axes as shown in FIG. 1 are used. The direction parallel to the central axis of the vibrating body 10 is the Z-axis direction, the first direction perpendicular to the central axis is the X-axis direction, and the second direction is perpendicular to the central axis and the first direction. Is the Y-axis direction.

図1に示すように、切削工具1は、振動体10と、この振動体10を振動可能に保持する振動体収容部20とを備える。振動体収容部20は、ハウジング構造になっており、内部に振動体10を収納することができる。振動体収容部20のZ軸方向の端面には、開口201が設けられ、そこから後述する振動体10の第1の部分110および第3の部分130が突出している。   As shown in FIG. 1, the cutting tool 1 includes a vibrating body 10 and a vibrating body housing portion 20 that holds the vibrating body 10 so as to vibrate. The vibrating body accommodating portion 20 has a housing structure and can accommodate the vibrating body 10 therein. An opening 201 is provided on the end surface in the Z-axis direction of the vibrating body housing portion 20, and a first portion 110 and a third portion 130 of the vibrating body 10 to be described later protrude therefrom.

本実施形態では、振動体10は、振動体収容部20の内部で支持されている。
図1および図2に示すように、振動体10を支持するために、振動体収容部20のX軸方向に対向する一対の側面204Xには、それぞれ、長手方向(Z軸方向)に沿って、2つの支持部202aが設けられて(形成されて)いる。振動体収容部20のY軸方向に対向する一対の側面204Yには、一対の側面204Xと略同様に、それぞれ、2つの支持部202cが設けられて(形成されて)いる。
このように、振動体10は、8箇所で支持される。
また、振動体収容部20はその角部に設けられた通孔203を介して、後述する配線124および126を振動体収容部20の外部に延出させることができる。
In the present embodiment, the vibrating body 10 is supported inside the vibrating body housing portion 20.
As shown in FIGS. 1 and 2, in order to support the vibrating body 10, the pair of side surfaces 204 </ b> X facing the X-axis direction of the vibrating body housing portion 20 are respectively along the longitudinal direction (Z-axis direction). Two support portions 202a are provided (formed). Two support portions 202c are provided (formed) on each of the pair of side surfaces 204Y facing the Y-axis direction of the vibrating body accommodating portion 20 in substantially the same manner as the pair of side surfaces 204X.
Thus, the vibrating body 10 is supported at eight places.
In addition, the vibrator housing unit 20 can extend wirings 124 and 126 described later to the outside of the vibrator housing unit 20 through the through holes 203 provided at the corners thereof.

図3は、本実施形態に係るチップバイト101を装着した状態での振動体10の斜視図である。また、図4は、図3に示す振動体10の側面図である。
振動体10は、チップバイト101が着脱自在に装着される第1の部分110と、第1駆動手段および第2駆動手段である圧電アクチュエータ122Xおよび122Yが設けられている第2の部分120と、第1の部分110と第2の部分120とを連結する第3の部分130とで構成されている。振動体10の構成材料ついては、特に制限されないが、例えば、各種金属材料を用いることができる。
FIG. 3 is a perspective view of the vibrating body 10 in a state where the tip bit 101 according to this embodiment is mounted. 4 is a side view of the vibrating body 10 shown in FIG.
The vibrating body 10 includes a first portion 110 to which the tip bit 101 is detachably mounted, a second portion 120 provided with piezoelectric actuators 122X and 122Y as first driving means and second driving means, The first portion 110 and the second portion 120 are connected to each other, and the third portion 130 is connected. The constituent material of the vibrating body 10 is not particularly limited, but for example, various metal materials can be used.

振動体10にチップバイト101を装着した状態での、第1の部分110およびチップバイト101の全体における中心軸に直角な断面(横断面)は、略四角形状となっている。この略四角形状は、それぞれ、X軸方向に対向するとともにY軸方向に平行な一対の辺と、Y軸方向に対向するとともにX軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。   A section (transverse section) perpendicular to the central axis of the first portion 110 and the entire tip bit 101 in a state where the tip bit 101 is attached to the vibrating body 10 is substantially rectangular. Each of the substantially square shapes is formed so as to have a pair of sides facing the X axis direction and parallel to the Y axis direction, and a pair of sides facing the Y axis direction and parallel to the X axis direction. .

第2の部分120の中心軸に直角な断面(横断面)は、略四角形状を有する。この略四角形状は、それぞれ、X軸方向に対向するとともにY軸方向に平行な一対の辺と、Y軸方向に対向するとともにX軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。本実施形態では、第2の部分120のZ軸方向に伸びる4個の角部がそれぞれ面取りされている。   A cross section (transverse cross section) perpendicular to the central axis of the second portion 120 has a substantially quadrangular shape. Each of the substantially square shapes is formed so as to have a pair of sides facing the X axis direction and parallel to the Y axis direction, and a pair of sides facing the Y axis direction and parallel to the X axis direction. . In the present embodiment, four corners extending in the Z-axis direction of the second portion 120 are chamfered.

第3の部分130の中心軸に直角な断面(横断面)は、略四角形状を有する。この略四角形状は、それぞれ、X軸方向に対向するとともにY軸方向に平行な一対の辺と、Y軸方向に対向するとともにX軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。本実施形態では、第3の部分130のZ軸方向に伸びる4個の角部がそれぞれ面取りされている。   A cross section (transverse cross section) perpendicular to the central axis of the third portion 130 has a substantially quadrangular shape. Each of the substantially square shapes is formed so as to have a pair of sides facing the X axis direction and parallel to the Y axis direction, and a pair of sides facing the Y axis direction and parallel to the X axis direction. . In the present embodiment, four corners extending in the Z-axis direction of the third portion 130 are chamfered.

ただ、本実施形態の第1の部分110のZ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、10〜20mm程度とすることができる。また、第2の部分120のZ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、50〜75mm程度とすることができる。また、第3の部分130のZ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、20〜40mm程度とすることができる。   However, the length in the Z-axis direction of the first portion 110 of the present embodiment is not particularly limited, and can be, for example, about 10 to 20 mm. Further, the length of the second portion 120 in the Z-axis direction is not particularly limited, but may be, for example, about 50 to 75 mm. Further, the length of the third portion 130 in the Z-axis direction is not particularly limited, but may be, for example, about 20 to 40 mm.

図5は、図3の振動体10のZ軸の負方向に見た場合の正面図である。
図5に示すように、本実施形態では、第1の部分110の横断面の中心は、第2の部分120の横断面の中心と一致している。また、第1の部分110の横断面の中心は、第3の部分130の横断面の中心と一致している。すなわち、第1の部分110の横断面、第2の部分120の横断面および第3の部分130の横断面は、同一の中心となるように形成されている。
FIG. 5 is a front view of the vibrating body 10 of FIG. 3 when viewed in the negative direction of the Z-axis.
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the center of the cross section of the first portion 110 coincides with the center of the cross section of the second portion 120. The center of the cross section of the first portion 110 coincides with the center of the cross section of the third portion 130. That is, the cross section of the first portion 110, the cross section of the second portion 120, and the cross section of the third portion 130 are formed to have the same center.

また、図3、4および5に示すように、前記第2の部分120の前記先端部側(Z軸方向の正側)の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることによって、面取り部127が形成されている。同様に、前記第3の部分130の前記先端部側(Z軸方向の正側)の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることによって、面取り部137が形成されている。   Further, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, by chamfering a corner portion around the end surface of the second portion 120 on the tip end side (positive side in the Z-axis direction), A chamfered portion 127 is formed. Similarly, a chamfered portion 137 is formed by chamfering a corner portion around the end surface of the third portion 130 on the tip end side (positive side in the Z-axis direction).

本実施形態では、第3の部分130の横断面である略四角形状は、第1の部分110の横断面である略四角形状より大きい。また、第3の部分130の横断面である略四角形状は、第2の部分120の横断面である略四角形状より小さい。
したがって、図3に示すように、振動体10は、二段ステップホーン構造を有する。これにより、第2の部分120で発生した振動を増幅させ、第1の部分110を所望の振幅で振動させることができる。
In the present embodiment, the substantially square shape that is the transverse section of the third portion 130 is larger than the substantially square shape that is the transverse section of the first portion 110. In addition, the substantially square shape that is the transverse section of the third portion 130 is smaller than the substantially square shape that is the transverse section of the second portion 120.
Therefore, as shown in FIG. 3, the vibrating body 10 has a two-step step horn structure. Thereby, the vibration generated in the second portion 120 can be amplified, and the first portion 110 can be vibrated with a desired amplitude.

被削材4(図6参照)を切削するためのチップバイト101は、ダイヤモンドまたはタンガロイ等の硬度の高い材料で構成されたチップ状の切削刃である。チップバイト101の中央には、チップバイト101を第1の部分110の取り付けるための挿通孔101aが形成されている。図4に示すように、チップバイト101を装着するために、第1の部分110の先端部は、チップバイト101の外形に対応した欠損部111を有する。この第1の部分の先端部であって、チップバイト101が取り付けられる部分を取り付け部112(図5参照)とする。   A chip bit 101 for cutting the work material 4 (see FIG. 6) is a chip-shaped cutting blade made of a material having high hardness such as diamond or tungalloy. In the center of the tip bit 101, an insertion hole 101a for attaching the tip bit 101 to the first portion 110 is formed. As shown in FIG. 4, in order to mount the tip bit 101, the tip portion of the first portion 110 has a defective portion 111 corresponding to the outer shape of the tip bit 101. A tip portion of the first portion, to which the tip bit 101 is attached, is referred to as an attachment portion 112 (see FIG. 5).

チップバイト101は、振動体10に着脱自在に装着される。具体的には、取り付け部112には、チップバイト101を取り付け部112に固定するためのネジ孔113が形成されている。ボルト等を前述のチップバイト101の挿通孔を介してネジ孔113と螺合することによって、チップバイト101を第1の部分110に固定することできる。また、図4に示すように、第1の部分の先端部のハッチングされた領域は、例えば、部分焼き入れが施されることによって形成される硬化領域114である。硬化領域114の硬さは、本実施形態ではHv600〜700程度とすることができる。   The tip bit 101 is detachably attached to the vibrating body 10. Specifically, a screw hole 113 for fixing the tip bit 101 to the attachment portion 112 is formed in the attachment portion 112. The tip bit 101 can be fixed to the first portion 110 by screwing a bolt or the like with the screw hole 113 through the insertion hole of the tip bit 101 described above. Moreover, as shown in FIG. 4, the hatched area | region of the front-end | tip part of a 1st part is the hardening area | region 114 formed by performing partial hardening, for example. The hardness of the hardening area | region 114 can be about Hv600-700 in this embodiment.

図3に示すように、X軸方向に対向する面121Xには、振動体10を第1の方向であるX軸方向に振動させる第1振動手段としての圧電アクチュエータ122Xが設けられている。また、Y軸方向に対向する面121Yには、振動体10を第2の方向であるY軸方向に振動させる第2振動手段としての圧電アクチュエータ122Yが設けられている。
圧電アクチュエータ122Xおよび122Yは、接着剤で第2の部分120に貼り付けられている。また、圧電アクチュエータ122Xおよび122Yは、振動体10を振動させた際に、振動の腹となる部分に貼り付けられている。圧電アクチュエータ122Xおよび122Yの角部には、接点123がそれぞれ設けられている。この接点123には、半田付け等によって、配線124(リード線)が電気的に接続されている。
これにより、圧電アクチュエータ122Xおよび122Yに設けられている複数の電極間に、電圧を印加することができる。この配線124は、ツイストペア線になっている。
As illustrated in FIG. 3, a piezoelectric actuator 122 </ b> X serving as a first vibration unit that vibrates the vibrating body 10 in the X-axis direction that is the first direction is provided on the surface 121 </ b> X that faces the X-axis direction. In addition, a piezoelectric actuator 122Y serving as a second vibration unit that vibrates the vibrating body 10 in the Y-axis direction, which is the second direction, is provided on the surface 121Y facing the Y-axis direction.
The piezoelectric actuators 122X and 122Y are attached to the second portion 120 with an adhesive. In addition, the piezoelectric actuators 122X and 122Y are affixed to portions that become antinodes of vibration when the vibrating body 10 is vibrated. Contacts 123 are provided at the corners of the piezoelectric actuators 122X and 122Y, respectively. A wiring 124 (lead wire) is electrically connected to the contact 123 by soldering or the like.
Thereby, a voltage can be applied between the plurality of electrodes provided in the piezoelectric actuators 122X and 122Y. The wiring 124 is a twisted pair wire.

圧電アクチュエータ122Xおよび122Yは、電圧を印加すると圧電アクチュエータ122Xおよび122Yが変形する電歪効果を有する。交流電圧を圧電アクチュエータ122Xおよび122Yに印加することによって、圧電アクチュエータ122Xおよび122Yの連続的な変形が振動として第2の部分に伝達されるようになっている。
圧電アクチュエータ122Xおよび122Yは、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性セラミックスの両面に金属メッキ等により電極膜を形成することによって、製造されている。
The piezoelectric actuators 122X and 122Y have an electrostrictive effect that deforms the piezoelectric actuators 122X and 122Y when a voltage is applied. By applying an AC voltage to the piezoelectric actuators 122X and 122Y, continuous deformation of the piezoelectric actuators 122X and 122Y is transmitted as vibration to the second portion.
The piezoelectric actuators 122X and 122Y are manufactured by forming electrode films on both surfaces of a ferroelectric ceramic such as lead zirconate titanate by metal plating or the like.

X軸方向の正側の面121XおよびY軸方向の正側の面121Yには、それぞれ振動センサ125Xおよび125Yが貼り付けられている。振動センサ125Xおよび125Yの両極からはツイストペア線である配線126が引き出されている。振動センサ125Xおよび125Yは、圧電アクチュエータ122Xおよび122Yと同様の構造を備える。
振動センサ125Xおよび125Yの電歪効果よって、振動センサ125Xおよび125Yを貼り付けた面における機械的な歪みをその歪み量に対応した電圧に変換する。この電圧は、配線126経由して、前述の振動体収容部20の外部へと出力可能となっている。
Vibration sensors 125X and 125Y are attached to the positive surface 121X in the X-axis direction and the positive surface 121Y in the Y-axis direction, respectively. A wiring 126 that is a twisted pair wire is drawn out from both poles of the vibration sensors 125X and 125Y. The vibration sensors 125X and 125Y have the same structure as the piezoelectric actuators 122X and 122Y.
Due to the electrostrictive effect of the vibration sensors 125X and 125Y, the mechanical strain on the surface to which the vibration sensors 125X and 125Y are attached is converted into a voltage corresponding to the amount of strain. This voltage can be output to the outside of the above-described vibrator housing unit 20 via the wiring 126.

図4に示すように、第2の部分120のハッチングされた2つの領域は、振動体10が振動する際に、それぞれ振動の節となる部分である。これらの領域には、X軸方向両側からは前述の支持部202aが当接し、Y方向両側からは支持部202cがそれぞれ当接する。また、この領域は、それぞれ、例えば部分焼き入れ処理によって形成される硬化領域128である。硬化領域128の硬さは、本実施形態ではHv600〜700程度とする。これにより、支持部202aおよび202cが振動体10に食い込むことによって、振動体10の支持部202aおよび202cと当接する部分に凹部が形成されるような変形を防止することできる。   As shown in FIG. 4, the two hatched regions of the second portion 120 are portions that respectively serve as vibration nodes when the vibrating body 10 vibrates. The above-mentioned support portions 202a abut against these regions from both sides in the X axis direction, and the support portions 202c abut from both sides in the Y direction. In addition, each of these regions is a hardened region 128 formed by, for example, a partial quenching process. In the present embodiment, the hardness of the hardened region 128 is about Hv 600 to 700. Thereby, when the support parts 202a and 202c bite into the vibration body 10, the deformation | transformation which a recessed part is formed in the part which contact | abuts the support parts 202a and 202c of the vibration body 10 can be prevented.

上記構成において、圧電アクチュエータ122Xに、所定の周波数1〜500kHz程度の範囲内で例えば、20kHz程度の交流電圧を印可すると、振動体10の支持部202aおよび202cに当接している部分を支点(中心)として、振動体10のX軸方向に撓み振動が発生する。また、圧電アクチュエータ122Yにも同様の周波数の交流電圧を印可すると、振動体10の支持部202aおよび202cに当接している部分を中心として、Y軸方向に撓み振動が発生する。圧電アクチュエータ122Xに印可する電圧と、圧電アクチュエータ122Yに印可する電圧とに、所定の位相差(例えば、π/2)を与えることによって、X軸方向の撓み振動とY軸方向の撓み振動とが合成されて、チップバイト101に楕円(円)振動を発生させることができる。すなわち、第2の部分120の振動の腹で発生する振動は、振動体10の二段ステップホーン構造によって増幅され、第1の部分110から突出するチップバイト101を所望の楕円(円)の軌跡に沿って周回させることができる。   In the above configuration, when an AC voltage of, for example, about 20 kHz is applied to the piezoelectric actuator 122X within a range of a predetermined frequency of about 1 to 500 kHz, a portion that is in contact with the support portions 202a and 202c of the vibrating body 10 is a fulcrum (center). ), Bending vibration is generated in the X-axis direction of the vibrating body 10. Further, when an AC voltage having the same frequency is applied to the piezoelectric actuator 122Y, bending vibration is generated in the Y-axis direction with the portion in contact with the support portions 202a and 202c of the vibrating body 10 as the center. By giving a predetermined phase difference (for example, π / 2) to the voltage applied to the piezoelectric actuator 122X and the voltage applied to the piezoelectric actuator 122Y, the flexural vibration in the X-axis direction and the flexural vibration in the Y-axis direction are generated. By synthesizing, elliptical (circle) vibration can be generated in the chip bit 101. In other words, the vibration generated at the antinode of the vibration of the second portion 120 is amplified by the two-step horn structure of the vibrating body 10, and the tip bit 101 protruding from the first portion 110 is traced to a desired ellipse (circle). Can be circulated along.

本実施形態では、チップバイト101のX軸方向およびY軸方向の振幅は、0.1〜100μm程度であるのが好ましく、1〜10μm程度であることがより好ましい。
本実施形態では、第3の部分130の横断面である略四角形状の大きさが一定である場合について説明したが、これに限られることなく、本発明では、第3の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第2の部分の略四角形状の大きさから前記第1の部分の略四角形状の大きさまで漸減してもよい。
In the present embodiment, the amplitude of the chip bit 101 in the X-axis direction and the Y-axis direction is preferably about 0.1 to 100 μm, and more preferably about 1 to 10 μm.
In the present embodiment, a case has been described in which the size of the substantially square shape that is the cross section of the third portion 130 is constant. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. May gradually decrease from the substantially square size of the second portion toward the tip portion to the substantially square size of the first portion.

次に、本実施形態の切削工具を用いた振動切削加工装置について説明する。
図6は、振動切削加工装置(旋盤装置)の主要部を示す斜視図である。
振動切削加工装置は、被削材4を回転可能にチャッキングする旋盤3と、切削工具1と、切削工具1が固定され、被削材4に対して切削工具1の位置を自由に変えることが可能な切削工具保持部2とを有している。
Next, a vibration cutting apparatus using the cutting tool of this embodiment will be described.
FIG. 6 is a perspective view showing the main part of the vibration cutting device (lathe device).
The vibration cutting apparatus has a lathe 3 that chucks the work material 4 in a rotatable manner, a cutting tool 1, and the cutting tool 1, and can freely change the position of the cutting tool 1 with respect to the work material 4. And a cutting tool holding part 2 capable of

次に、上記振動切削加工装置を用いた本発明の切削方法について説明する。
まず、被削材4を用意する。
この被削材4は、厚さが均一で撓みや傷のないものが好適に用いられる。
被削材4の材料としては、特に限定されないが、例えば、黄銅等の銅、Hv400等のステンレス鋼、鉄、ニッケル、真鍮、アルミニウム、チタン、タングステン、超硬等の各種金属、または、これらを含む合金、セラミックス等が挙げられる。
被削材4は、上記のような材料の中でも特に、黄銅(Bs)、洋白(Ns)が、好ましい。これにより、切削時においては、被削材4の成形の自由度が増す(成形のし易さが向上する)。
この被削材4を旋盤3に取り付ける。
Next, the cutting method of the present invention using the vibration cutting apparatus will be described.
First, the work material 4 is prepared.
As the work material 4, a material having a uniform thickness and free from bending and scratches is preferably used.
The material of the work material 4 is not particularly limited, but for example, copper such as brass, stainless steel such as Hv400, various metals such as iron, nickel, brass, aluminum, titanium, tungsten, carbide, or the like. Examples thereof include alloys and ceramics.
The work material 4 is preferably brass (Bs) or white (Ns) among the above materials. Thereby, at the time of cutting, the freedom degree of shaping | molding of the workpiece 4 increases (easiness of shaping | molding improves).
The work material 4 is attached to the lathe 3.

次に、切削工具1を切削工具保持部2に取り付ける。
次に、被削材4のX軸方向に垂直な面(横断面)の中心周りに被削材4を回転させる。この回転数としては、特に限定されないが、例えば、10〜5000rpm程度が好ましく、50〜1000rpm程度がより好ましい。
Next, the cutting tool 1 is attached to the cutting tool holding part 2.
Next, the work material 4 is rotated around the center of a surface (cross section) perpendicular to the X-axis direction of the work material 4. Although it does not specifically limit as this rotation speed, For example, about 10-5000 rpm is preferable and about 50-1000 rpm is more preferable.

次に、前述の圧電アクチュエータ122Xおよび122Yに電圧を印可しチップバイト101を楕円の軌跡に沿って周回させる。言い換えると、チップバイト101の先端部であり、後述する切削部101bを楕円の軌跡に沿って振動させて、被削材4に対して切削を行う(図7参照)。
本実施形態では、これに限られないが、例えば、被削材4の横断面を外周部から回転の中心に向かって、所定の送り速度で、切削工具保持部2を移動させることによって、切削部101bを移動させて、レコードの再生のようにらせん状に切削を行っていく。
Next, a voltage is applied to the piezoelectric actuators 122X and 122Y described above to cause the tip bite 101 to circulate along an elliptical locus. In other words, a cutting portion 101b, which will be described later, is a tip portion of the tip bit 101 and is vibrated along an elliptical locus to cut the workpiece 4 (see FIG. 7).
In the present embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the cutting tool holding unit 2 is moved at a predetermined feed rate from the outer peripheral portion toward the center of rotation of the workpiece 4 by cutting. The part 101b is moved, and the cutting is performed in a spiral manner like a record reproduction.

切削部101bの振動の振幅(X軸方向)は、0.1〜50μm程度であるのが好ましく、2〜10μm程度であるのがより好ましい。
また、被削材4に対する切削部101bの送り速度は、0.01〜100mm/min程度であるのが好ましく、1〜60mm/min程度であるのがより好ましい。
また、切削部101bの被削材4に対する切込み量(深さ)は、0.1〜100μm程度であるのが好ましく、1〜10μm程度であるのがより好ましい。
The amplitude of vibration (X-axis direction) of the cutting part 101b is preferably about 0.1 to 50 μm, and more preferably about 2 to 10 μm.
Moreover, it is preferable that it is about 0.01-100 mm / min, and, as for the feed rate of the cutting part 101b with respect to the workpiece 4, it is more preferable that it is about 1-60 mm / min.
Moreover, it is preferable that the cutting depth (depth) with respect to the workpiece 4 of the cutting part 101b is about 0.1-100 micrometers, and it is more preferable that it is about 1-10 micrometers.

以下、本実施形態に係る第1の切削動作を具体的に説明する。
図7(A)〜(C)は、本実施形態に係る切削部の第1の動作を示す側面図である。なお以下では、説明の都合上、図7(A)中の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。なお、図7(A)〜(C)は、凹部40を模式的に示す図であり、実際の寸法を反映するものではない。すなわち、凹部40の長さ(左右方向)に対する、凹部40の深さ(上下方向)が実際より大きくなるように示している。
Hereinafter, the 1st cutting operation concerning this embodiment is explained concretely.
7A to 7C are side views showing a first operation of the cutting unit according to this embodiment. Hereinafter, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 7A is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the left side as “left”, and the right side as “right”. 7A to 7C are diagrams schematically showing the recess 40, and do not reflect actual dimensions. That is, the depth (vertical direction) of the concave portion 40 is shown to be larger than the actual depth with respect to the length of the concave portion 40 (horizontal direction).

切削の際には、切削工具1の切削部101bを楕円の軌跡に沿って振動させる。具体的には、前述した圧電アクチュエータ122X、122Yの振動により、切削部101bは、主切削力方向(切削方向)(F)の速度成分と、切屑流出方向(F)の速度成分とを有する動作を行うことになる。これにより、切削方向(F)と切屑流出方向(F)とによって規定される平面内において、切削部101bを楕円の軌跡に沿って振動させるという周期的な動作を行わせることが可能となる。 At the time of cutting, the cutting part 101b of the cutting tool 1 is vibrated along an elliptical locus. Specifically, due to the vibrations of the piezoelectric actuators 122X and 122Y described above, the cutting unit 101b generates a velocity component in the main cutting force direction (cutting direction) (F H ) and a velocity component in the chip discharge direction (F C ). The operation which has is performed. Thereby, it is possible to perform a periodic operation of vibrating the cutting portion 101b along an elliptical trajectory in a plane defined by the cutting direction (F H ) and the chip discharge direction (F C ). Become.

次に、前述した切削部101bを楕円の軌跡に沿って振動させた場合において、被削材4を切削する様子について説明する。
まず、旋盤3が回転することによって、被削材4が図7(A)の右へ移動し、切削部101bが、被削材4に対して離間した状態で振動(移動)して、被削材4のAの位置に到達する。
Next, how the workpiece 4 is cut when the cutting unit 101b described above is vibrated along an elliptical locus will be described.
First, as the lathe 3 rotates, the work material 4 moves to the right in FIG. 7A, and the cutting portion 101b vibrates (moves) in a state of being separated from the work material 4, thereby causing the work piece to move. The position A of the cutting material 4 is reached.

次に、切削部101bが、振動により図7(A)中、楕円の軌跡の矢印に従って移動(周回)することによって切削を行う。このとき、切削部101bが、A点からB点を経てC点へ移動する間に、被削材4が、図7(A)の右方向に移動することによって、被削材4上に凹部40が形成される。
次に、C点において、切削部101bは、被削材4(凹部40)から離れる方向に移動する。
Next, the cutting unit 101b performs cutting by moving (turning) according to an arrow of an elliptical locus in FIG. 7A by vibration. At this time, while the cutting part 101b moves from the point A to the point C through the point B, the work material 4 moves in the right direction in FIG. 40 is formed.
Next, at the point C, the cutting part 101b moves in a direction away from the work material 4 (concave part 40).

次に、D点に達するまで、切削部101bは楕円の軌跡に沿って上に移動し、その後、下に移動して再びA点に達する(図7(C)参照)。
このとき、前回の周回において形成された凹部40の終端45が、切削部101bに接触せずに切削部101bを通過するように、旋盤3の回転速度(被削材4の移動速度)(移動の条件)および切削部101bの振動数、振動振幅(振動の条件)が予め調整(設定)されている。
Next, until the point D is reached, the cutting part 101b moves upward along the locus of the ellipse, and then moves downward to reach point A again (see FIG. 7C).
At this time, the rotational speed of the lathe 3 (moving speed of the work material 4) (moving) so that the terminal end 45 of the recess 40 formed in the previous round passes through the cutting part 101b without contacting the cutting part 101b. And the vibration frequency and vibration amplitude (vibration conditions) of the cutting portion 101b are adjusted (set) in advance.

これにより、C点において、切削部101bが被削材4から離れ、その後、切削部101bが再びA点に移動したときに、被削材4に切削部101bによって切削されない面(部位)44が残る。
なお、凹部40の最大深さは、切削部101bの振動の振幅(楕円の軌跡における長軸の長さ)に対応する。
As a result, at point C, when the cutting portion 101b is separated from the work material 4 and then the cutting portion 101b is moved again to the point A, a surface (part) 44 that is not cut by the cutting portion 101b on the work material 4 is formed. Remain.
The maximum depth of the recess 40 corresponds to the amplitude of vibration of the cutting part 101b (the length of the long axis in the locus of the ellipse).

以上説明したように、この切削方法によれば切削部101bを楕円の軌跡に沿って振動するため、図7(B)に示すように、切削により生じた切屑41を持ち上げる方向に力が働くが、このとき、全体的な切削抵抗が作用する方向が上向き(図7(B)中の矢印の方向)となる。ところで、切削抵抗が作用する方向は、せん断面(最大せん断応力方向)42に対して略45度であるため、せん断面42の面積が小さくなり、せん断されて生じる切りくずの厚さが大幅に薄くなる。また、切削に必要な力は、せん断面の面積に比例するため、飛躍的に切削力(切削に必要な力)を低減させることができる。また、切削部101bが振動することによって、切削時に切削部101bのすくい面(切屑41が上がってくる面)101cに、例えば、潤滑油などを用いて切削を行う場合には、均一に潤滑油が常に供給される。そのため、すくい面101cの摩擦抵抗が低減され全体的に小さい切削抵抗で被削材4を切削することができる。また、潤滑油を用いない切削を行う場合でも、切削部101bが振動することによって、すくい面101cと切屑41との間に生じる摩擦力が切屑41を切屑流出方向(Fc)に引っ張る方向に働く。その結果、見かけ上優れた潤滑効果を得られ、全体的に小さい切削抵抗で被削材4を切削することができる。切削抵抗が小さくなることにより切削工具の温度上昇を防止することができるため、例えば、ダイヤバイト等の低融点の切削工具を用いることができる。したがって、この切削方法によれば、通常の方法では切削できないような硬度Hv400等の材料に対しても、高価な専用機械を用意することなく切削を行うことができるため、コストを削減することができる。   As described above, according to this cutting method, the cutting portion 101b is vibrated along an elliptical trajectory, so that force acts in the direction of lifting the chips 41 generated by cutting as shown in FIG. 7B. At this time, the direction in which the entire cutting force acts is upward (the direction of the arrow in FIG. 7B). By the way, the direction in which the cutting resistance acts is approximately 45 degrees with respect to the shearing surface (maximum shearing stress direction) 42, so the area of the shearing surface 42 is reduced, and the thickness of the chips generated by shearing is greatly increased. getting thin. Moreover, since the force required for cutting is proportional to the area of the shear surface, the cutting force (force required for cutting) can be dramatically reduced. In addition, when the cutting portion 101b vibrates and the rake face (the surface on which the chips 41 rise) 101c of the cutting portion 101b during cutting is cut using, for example, lubricating oil, the lubricating oil is uniformly applied. Is always supplied. Therefore, the frictional resistance of the rake face 101c is reduced, and the workpiece 4 can be cut with a small cutting resistance as a whole. Further, even when cutting is performed without using lubricating oil, the frictional force generated between the rake face 101c and the chips 41 acts in the direction of pulling the chips 41 in the chip outflow direction (Fc) when the cutting portion 101b vibrates. . As a result, an apparently excellent lubricating effect can be obtained, and the workpiece 4 can be cut with a small cutting resistance as a whole. Since the temperature rise of the cutting tool can be prevented by reducing the cutting resistance, for example, a low melting point cutting tool such as a diamond tool can be used. Therefore, according to this cutting method, it is possible to cut a material having a hardness of Hv400 or the like that cannot be cut by a normal method without preparing an expensive dedicated machine, thereby reducing the cost. it can.

また、被削材4上の周方向および半径方向に対して不連続な凹部40を容易かつ確実に形成することができる。その結果、美しい光干渉模様を呈する被削材4が得られる。
また、仕上の精度が非常に高いため、仕上面に対して別途研磨などを行う必要がなく、例えば、光干渉模様を被削材に対して形成することができるため、美的外観に優れた切削加工品および装飾品の製造することができる。
Moreover, the recessed part 40 discontinuous with respect to the circumferential direction and radial direction on the work material 4 can be formed easily and reliably. As a result, the work material 4 exhibiting a beautiful light interference pattern is obtained.
In addition, since the finishing accuracy is very high, it is not necessary to separately polish the finished surface. For example, a light interference pattern can be formed on the work material, so that cutting with excellent aesthetic appearance is possible. Processed and decorative products can be manufactured.

また、切削条件である、主軸回転速度、送り速度、切込み量、振幅、楕円振動方向を変化させることにより、干渉幅や、干渉強度の異なる様々な光干渉模様を作ることができる。
また、被切削面の径が、1mm〜数10cm程度の比較的大きなものに対しても簡易な装置構成で加工することができ、安価に光干渉模様を呈する高級感のある製品を提供することができる。
In addition, by changing the main spindle rotation speed, feed speed, cutting depth, amplitude, and elliptical vibration direction, which are cutting conditions, various optical interference patterns with different interference widths and interference intensities can be created.
Further, it is possible to provide a high-quality product that can be processed with a simple apparatus configuration even for a relatively large one having a diameter of a cut surface of about 1 mm to several tens of centimeters and that exhibits an optical interference pattern at a low cost. Can do.

また、例えば、時計の文字板のような薄板を加工する場合、楕円振動をかけない切削方法では、切削時に生じる背分力により文字板の中央部がたわんでしまい平面度(平坦度)が低くなってしまうため、文字板に所定の切込みが行えないのに対して、楕円振動切削の場合は、前述したように、摩擦抵抗が低減され、この背分力を非常に小さくすることができる(略0にすることができる)ため、容易に平面度を高くすることができるとともに、切削部の振動による凹部の深さも略一定となり、美しい光干渉模様が得られる。   For example, when processing a thin plate such as a dial of a watch, a cutting method that does not apply elliptical vibrations causes the central portion of the dial to bend due to a back force generated during cutting, resulting in low flatness. Therefore, while the predetermined cutting cannot be performed on the dial, in the case of elliptical vibration cutting, as described above, the frictional resistance is reduced, and this back force can be made extremely small ( Therefore, the flatness can be easily increased, and the depth of the concave portion due to the vibration of the cutting portion becomes substantially constant, so that a beautiful light interference pattern can be obtained.

また、このようにして得られた表面には、例えば、Ni、Au等のメッキや、クリアコートを施しても光干渉模様が失われることがないため、得られた基板の耐久性を優れたものとすることができる。
また、本実施形態では、被削材4の表面に対してらせん状に切削を行ったが、本発明では、同心円状に切削を行ってもよい。その場合は、切削部101bを段階的に被削材4の内周側または外周側に移動させる。
In addition, the surface obtained in this manner has excellent durability of the obtained substrate because the light interference pattern is not lost even if, for example, plating of Ni, Au, or clear coating is applied. Can be.
In the present embodiment, the surface of the work material 4 is spirally cut. However, in the present invention, concentric cutting may be performed. In that case, the cutting part 101b is moved to the inner peripheral side or the outer peripheral side of the work material 4 step by step.

次に、本実施形態に係る第2の切削動作について説明する。
図8は、本実施形態に係る切削部の第2の動作を示す側面図である。
以下、第2実施形態の切削方法について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態の切削方法における切削部101bは、主切削力方向(切削方向)(F)の速度成分と、切屑流出方向(背分力方向)(F)の速度成分との双方を有する動作を行うこととなる。このとき、被削材4を、第1実施形態にて前述した送り速度で移動させる。それにより、被削材4の切削された面に凹部40が形成されるとともに切屑41が生成される。チップバイト101は、背分力方向の速度成分を有しているため、図8に示されるように、切削部101bが振動することによって、すくい面101cと切屑41との間に生じる摩擦力が切屑41を切屑流出方向(F)に引っ張る方向に働く。その結果、見かけ上優れた潤滑効果が得られ、被削材4の被削性を飛躍的に向上させることができる。以上のように切屑41を切屑流出方向に導きながら切削を行った後は、チップバイト101は切屑41から離れた状態で再び被削材4に近づく方向に移動する。このような動作が繰り返されることになる。
この切削方法によれば、前述した第1実施形態の切削方法と同様の効果が得られる。
Next, the second cutting operation according to this embodiment will be described.
FIG. 8 is a side view showing a second operation of the cutting unit according to the present embodiment.
Hereinafter, the cutting method of the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
As shown in FIG. 8, the cutting part 101b in the cutting method of the present embodiment has a velocity component in the main cutting force direction (cutting direction) (F H ) and a chip discharge direction (back component force direction) (F V ). The operation having both the velocity component is performed. At this time, the work material 4 is moved at the feed rate described in the first embodiment. Thereby, the recessed part 40 is formed in the cut surface of the work material 4, and the chip 41 is produced | generated. Since the cutting tool 101 has a velocity component in the direction of the back component force, the frictional force generated between the rake face 101c and the chip 41 is generated by the vibration of the cutting part 101b as shown in FIG. It works in the direction of pulling the chip 41 in the chip outflow direction (F V ). As a result, an apparently excellent lubricating effect can be obtained, and the machinability of the work material 4 can be drastically improved. After cutting while guiding the chip 41 in the chip discharge direction as described above, the tip bite 101 moves again in a direction approaching the workpiece 4 while being away from the chip 41. Such an operation is repeated.
According to this cutting method, the same effect as the cutting method of the first embodiment described above can be obtained.

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.振動体の製造
(実施例1)
図3に示す振動体10を作製した。当該振動体のX軸方向とY軸方向との共振周波数差を測定した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Manufacture of vibrator (Example 1)
The vibrating body 10 shown in FIG. 3 was produced. The resonance frequency difference between the X-axis direction and the Y-axis direction of the vibrating body was measured.

振動体10の構成材料および寸法は、以下の通りである。
振動体10の材質:超鋼
振動体10の寸法:
第1の部分 Z軸方向の長さ 15mm、横断面 縦4.2mm×横4.2mm
第2の部分 Z軸方向の長さ 30mm、横断面 縦6.0mm×横6.0mm
第3の部分 Z軸方向の長さ 64mm、横断面 縦8.6mm×横8.6mm
(比較例)
第2の部分120の面取り部127と第3の部分130の面取り部137が形成されていないこと以外は、前記実施例と同様の振動体を作製した。
The constituent materials and dimensions of the vibrating body 10 are as follows.
Material of vibrator 10: Dimensions of super steel vibrator 10:
1st part Z-axis direction length 15mm, transverse section length 4.2mm x width 4.2mm
Second part Length in the Z-axis direction 30 mm, transverse section length 6.0 mm × width 6.0 mm
Third part Length in the Z-axis direction: 64 mm, transverse section: 8.6 mm in length x 8.6 mm in width
(Comparative example)
Except that the chamfered portion 127 of the second portion 120 and the chamfered portion 137 of the third portion 130 were not formed, a vibrating body similar to that of the above example was manufactured.

2.共振周波数の測定
前記実施例1および比較例の振動体に以下の条件で、振動を与えた。
振動の種類:撓み振動
振動モード:4次振動モード
入力電圧の周波数:X軸方向、Y軸方向ともに23.1kHz
2. Measurement of Resonant Frequency Vibration was applied to the vibrating bodies of Example 1 and Comparative Example under the following conditions.
Type of vibration: flexural vibration mode: quaternary vibration mode frequency of input voltage: 23.1 kHz in both X-axis direction and Y-axis direction

3.評価
前記実施例1では、振動体10の共振周波数差が6Hz程度となり、共振周波数差を50Hz以内に収めることができた。その結果、実施例1の振動体10に装着されているチップバイトは楕円運動する。
一方、前記比較例の振動体のX軸方向とY軸方向との共振周波数差が169Hz程度となり、共振周波数差を50Hz以内に収めることが出来なかった。その結果、比較例の振動体に装着されているチップバイトは楕円運動しない。
3. Evaluation In Example 1, the resonance frequency difference of the vibrating body 10 was about 6 Hz, and the resonance frequency difference could be kept within 50 Hz. As a result, the tip bite mounted on the vibrating body 10 of Example 1 moves elliptically.
On the other hand, the resonance frequency difference between the X-axis direction and the Y-axis direction of the vibrating body of the comparative example was about 169 Hz, and the resonance frequency difference could not be kept within 50 Hz. As a result, the tip bite mounted on the vibrating body of the comparative example does not move elliptically.

本発明の切削工具の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view showing an embodiment of a cutting tool of the present invention. 図1のA−A切断面での断面図である。It is sectional drawing in the AA cut surface of FIG. 本実施形態に係るチップバイトを装着した状態での振動体の斜視図である。It is a perspective view of a vibrating body in the state where a tip bit according to this embodiment is mounted. 図3に示す振動体の中心軸方向の正面視図である。FIG. 4 is a front view of the vibrating body shown in FIG. 3 in the central axis direction. 図3に示す振動体の側面図である。FIG. 4 is a side view of the vibrating body shown in FIG. 3. 振動切削加工装置の主要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of a vibration cutting apparatus. 本実施形態に係る切削部の第1の動作を示す側面図である。It is a side view which shows the 1st operation | movement of the cutting part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る切削部の第2の動作を示す側面図である。It is a side view showing the 2nd operation of the cutting part concerning this embodiment. 従来の振動体の斜視図である。It is a perspective view of the conventional vibrating body.

符号の説明Explanation of symbols

1…切削工具 2…切削工具保持部 3…旋盤 4…被削材 5…従来の振動体 10…本実施形態の振動体 20…振動体収容部 40…凹部 41…切屑 42…せん断面 45…終端 101…チップバイト 101a…挿通孔 101b…切削部 101c…すくい面 110…第1の部分 111…欠損部 112…取り付け部 113…ネジ孔 114…硬化領域 120…第2の部分 121X、121Y…面 122X、122Y…圧電アクチュエータ 123…接点 124…配線 125X、125Y…振動センサ 126…配線 127、137…面取り部 128…硬化領域 130…第3の部分 201…開口 202a、202c…支持部 203…通孔 204X、204Y…面 501…チップバイト 510…第1の部分 512X、512Y…圧電アクチュエータ 520…第2の部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cutting tool 2 ... Cutting tool holding | maintenance part 3 ... Lathe 4 ... Work material 5 ... Conventional vibrating body 10 ... Vibrating body of this embodiment 20 ... Vibrating body accommodating part 40 ... Recessed part 41 ... Chip 42 ... Shear surface 45 ... Termination 101 ... Tip bit 101a ... Insertion hole 101b ... Cutting part 101c ... Rake face 110 ... First part 111 ... Defect part 112 ... Attachment part 113 ... Screw hole 114 ... Hardened area 120 ... Second part 121X, 121Y ... Surface 122X, 122Y ... Piezoelectric actuator 123 ... Contact 124 ... Wiring 125X, 125Y ... Vibration sensor 126 ... Wiring 127, 137 ... Chamfered portion 128 ... Curing region 130 ... Third portion 201 ... Opening 202a, 202c ... Supporting portion 203 ... Through hole 204X, 204Y ... surface 501 ... chip bit 510 ... first part 512 , 512Y ... piezoelectric actuator 520 ... the second portion

Claims (7)

略柱状の振動体と、
前記振動体の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイトと、
前記振動体の中心軸に対して略直角な第1の方向に前記振動体を振動させる第1振動手段と、
前記振動体の中心軸と前記第1の方向とに対して略直角な第2の方向に前記振動体を振動させる第2振動手段とを備え、
前記第1振動手段および前記第2振動手段を作動させることにより、前記チップバイトが略楕円の軌跡に沿って周回する切削工具であって、
前記振動体は、前記振動体に前記チップバイトを装着した状態での前記振動体および前記チップバイト全体における前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなる略四角形状をなす第1の部分と、
前記第1駆動手段および前記第2駆動手段が設けられ、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなり、かつ、前記第1の部分の前記略四角形状よりも大きい略四角形状をなす第2の部分と、
前記第1の部分と前記第2の部分とを連結し、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第1の方向に対向するとともに前記第2の方向に平行な1対の辺と、前記第2の方向に対向するとともに前記第1の方向に平行な1対の辺とからなる略四角形状をなす第3の部分とからなることを特徴とする切削工具。
A substantially columnar vibrator,
A tip bite that is detachably attached to the tip of the vibrating body and cuts the work material;
First vibrating means for vibrating the vibrating body in a first direction substantially perpendicular to the central axis of the vibrating body;
Second vibration means for vibrating the vibrating body in a second direction substantially perpendicular to the central axis of the vibrating body and the first direction;
A cutting tool in which the tip bite circulates along a substantially elliptical trajectory by operating the first vibrating means and the second vibrating means,
In the vibrating body, a cross section perpendicular to the central axis of the vibrating body and the entire tip bite in a state where the tip bite is attached to the vibrating body is opposed to the first direction with the central axis as a center. And a first portion having a substantially rectangular shape including a pair of sides parallel to the second direction and a pair of sides facing the second direction and parallel to the first direction; ,
The first drive means and the second drive means are provided, and a cross section perpendicular to the central axis has a pair of faces centered on the central axis and facing the first direction and parallel to the second direction. And a pair of sides facing the second direction and parallel to the first direction, and having a substantially quadrangular shape larger than the substantially quadrangular shape of the first portion. 2 part,
The first part and the second part are connected to each other, and a cross section perpendicular to the central axis is centered on the central axis and faces the first direction and is parallel to the second direction. A cutting tool comprising a pair of sides and a third portion having a substantially rectangular shape including a pair of sides opposed to the second direction and parallel to the first direction.
前記第3の部分の略四角形状は、前記第1の部分の略四角形状より大きく、かつ、前記第2の部分の略四角形状より小さい請求項1に記載の切削工具。   2. The cutting tool according to claim 1, wherein a substantially quadrangular shape of the third portion is larger than a substantially quadrangular shape of the first portion and is smaller than a substantially quadrangular shape of the second portion. 前記先端部は、前記チップバイトが装着され、前記チップバイトの外形に対応した欠損部を有する請求項1または2に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the tip portion is provided with the tip bite and has a defect portion corresponding to an outer shape of the tip bite. 前記先端部には、焼き入れが施されている請求項1ないし3のいずれかに記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the tip portion is quenched. 前記第2の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されている請求項1ないし4のいずれかに記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the second portion is chamfered at a corner portion around an end surface on the tip end side. 前記第3の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されている請求項1ないし5のいずれかに記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 5, wherein the third portion is chamfered at a corner portion around an end surface on the tip end side. 前記第3の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第2の部分の略四角形状の大きさから前記第1の部分の略四角形状の大きさまで漸減する請求項1ないし5のいずれかに記載の切削工具。   6. The substantially quadrangular shape of the third portion gradually decreases from the substantially quadrangular size of the second portion toward the substantially quadrangular size of the first portion toward the tip portion. The cutting tool in any one.
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