油圧送りによる切削工具の振動 堀込

堀 込 泰 雄★

Vibration of Cutting Tool driven by Hydraulic Feed Yasuo Horigome

l.ま え が き

日動工作機械 の送 り故楢には,油圧駆動を用 いることが多い｡送 り速度 を無段に変えられ 複雑な運動を必要 とす る自動機 も比較的容易に設計,製作;す ることがで きる等の利/A.まがあ る か らであろ う｡

しか し切削工 作故概の送 り機構に油圧駆動を用 いた場 合,好 ましくないf)法泉が い くつか/i ず る｡その うち送 り速度 を小 さ くした とき生ず るスティックス リップと.起動時に生ず るジ

ャンピソグ現象については,幾多の詳細な報告がある｡

( 1)( 2)( 3)

た とえ切削 していない状態でスティックス リップが生 じな くとも,抑制中の状態 では振動 が発生 し易いものである｡本文では, 切削｢恒こ生ずる仁

l

2.実験装置お よび実験方法

実験装置 としては,旋盤の送 り用 ラ ックを散 りはず し,ベ ッ ドの前 面に仙圧 シ リソ〆を取 り付けて,往復台を油圧で送 り得 るように仕組 んだ ものを用いた｡仙圧回路は図1に示す ような メータアウ ト回路 と ''ソ

した｡使用機器の主な ものは次の通 りである｡

旋 盤 :ワシ ノ LE‑19J型

シ リ ン ダ :内怪5

0 mm, ロッ ド径2 2. 4 mm

2 3 0m

流蓑制御弁 :圧力補償形,流量調整範囲

0. 1 ‑l l / mi n

使用作動油 :DTE OilLight

以上の実験装置に よ り,主軸を回転 させ,工具を取 り付けた往復台 を抑圧で送 りなが ら工作物 を切削 した｡ 同時に

L.ゝ土工｣ 図

1

図

2

長野工業高等専門学校紀要 ･第

3

3.

3 ‑1

i:時間

S M♪:

k gs 2 / c m qu:

a:

9 8 0 c m/ S2 Me:

γ:

kg/ c m 3

β:油の体積弾性係数

kg/ c m 2

Ps:油圧源の圧力

k g/ c m 2

P:

1 )

kg / c m 2

g♪:

c m 5 / k g

y:

c m 3

y:ピス トン変位

c m

‑5 ‑tc m/ S

価質量

k gs 2 / c m

^1‑^T p +At .

A

1 )

) c m 2

A:

1 )

) c m 2

Fs:静摩擦力

kg fv:

kg fv ‑Fd +c v

c :

k gs / c m

れ る流量

c m 3 / s

fc:

k g

〟:

mm kc ‑ ^{f ik}

^mm

Rp m:

r e v/ mi n R♪

r e v/ s T:

1

間

s

Z:振動周波数

C / S a l:

2打Zr a d / s

3 ‑2 .

) 〃 >

V >O

fp ‑Fd +c v

Mか c v･Fd

As ps IAp‑fc

qp =Av‑( p

‑･Kb )

( 2 )

流量制御弁によ り排出され る流量

q

P

qv =

また切削力

f

f, =kc u

切削厚 さ 〟は,前回の切削工具位置 と現位置 との差 であるので

, ( 4)( 5)

u( i )‑y

i ) ‑y( 卜 T)

V ‑0

As p. ‑Ap‑f

( 5 ) qv

‑( 芳･K b )

fc ‑kct y( i )‑y( i ‑T) J

なお 〃<0の場合も考えられ るが,断続切削のような特別の場合でないと生 じないと思わ れ るので, こゝでは取 り扱わない｡

( 5 )

V

｡V >

,

I

自励振動が発生す る場合が考えられ る｡切削中のスティックス リップの現象を解析す ること は,非常に困難である｡無負荷の状態でスティックス リップが生 じない とき,自励振動の発 生がスティックス リップの発生限界であると考え られ るので, ここでは 自励振動の発生につ いて解析を進めることにす る｡ したがって取 り扱 う方程式 もi)の場合に限定す る｡

今,定常状態を表わす記号に添字 0を付 し, また定常状態 よ りの変化分を表わす記号に

A

V‑v o +At l y=yo +vo i +Ay b=

fc ‑fc o IAfc

これ らを(1)‑(4)式‑代入 し, 定常状態 よりの変化分だけを取 り出 してブTIlック線図を作ると 図

3

3 ‑3 .

図

3 V >

3

M 響 ･ c d # ^･kAy=Afe

Af, ‑k

t ap( i ‑T)‑Ay(

‑読

(8)

,( 9 )

S‑ ) '

a l n 2

AF

aI .2‑ a 1 2 +j2 ( a l n a I AF

( ) ' a ･ ) kc ( e ‑

) AY( J l a ) )

･こ ‑ 2 T h w ル ‑ / M E

荒 (jw)‑‡

図4は,油圧駆動装置の周波数特性的式をべ ク レレ軌跡図に

z D

よって表わ した ものである

.Z. C / S ( wr ad/ s )の振動が持続す る

には

･AFc ･AY･AU

｡ ( 4 )( 5)

9 ‑ 2

^{‑a J T‑2 7 r} _{( 1 ‑ 孟)}

･装

ニ

親 sini‑

2

:

の周波数特性相互関係

また振動発生の判別は次の ように行 う.的, 的 式 と80式 とを同時に満足す るZお よび P を求める. 図

4

α

Z

D

｡ ( 4)

長野工業高等専門学校紀要 ･第

3

i) DE‑

2

ii) DE>去 振巾は刻々増大 し

･V‑

4.

4 ‑1 .

Mb=0･ 2 2 kgs 2 / c m M

‑o･ 1 7 kg s 2 / C ‑

,γ‑0. 8 5

0 1 3 kg/ c m 3 Lc:

‑2 5 0 c m

Ac:

‑冗/4×0. 8 2 c m 2

作動油の体積弾性係数 βお よび配管の圧力膨張係数KJ,は,実険的に求め次の結果を得た.

β‑

1. 5

1 0 4 kg/ c m 2 K♪ ‑0. 7 0 c m ⁵ /kg

･ ･

‑3 4 5 kg / c m

摩擦力は,ピス トン左右の圧力 とピス トン速度を測定することに よって求め, 静摩擦力 :

Fs ‑1 2 0 kg

Fd‑1 1 2 kg

c

‑7 kgs / c m L !

が得 られた｡ しか しながら本実験装置では,切削 していない

1 0 U

状態でスティックス

1 )

か

働 くため Cの値が負になることは, 不適当と考 え た. そ こで

d ゝ6 b

〝 >O

4

生ず る背圧

P

曲線の振巾減衰率に よって こを求めた｡その結果

n

開 腫6

a 4 3 2 I 5 1 0 1

訓

亡≒0. 1 a ･ n ‑2 9. 8 r a d / s zn = a l 〃 / 27 E ‑4. 8 C / S

kg/c

之

次に切削抵抗の送 り分力を各条件で測定 し, kcの値を 求め 図

5

1

また流量制御弁の静特性は別に測定 し,図

5

圧力Pの変動に よる流量変化は,非常に小さい ことがわかる｡

切込量mm kckg/mm

4‑2 .

本実験装置では,切削 していない状態で送 り速度 を小 さ くしても,スティックス リップは 生 じなか った｡切削試験の条件 と実験結果 とを表

2

なお図

6

4 ‑3 .

図

7

,4 ‑1

k/2 kcを表わす直線 も記入 してある｡

実験結果の うち,振動が発生 しているものについて考察 してみ よう

｡No2

N07

l L

e N07

6

｢ ^{l Se} C l

d

N06

長野工業高等専門学校紀要 ･第

3

2

は, 共に

k / 2 kc ‑0. 2 7

Z‑6

Z‑5. 1

6 b

N04

,Z‑6

,A / 2 kc

6

. N06

辛

' 3 1 2三 3 4

‑1SOv6

̲感ぎ 155

l 三三J + R e

ユ5 4

､ J o ○ 4 . 5

& 結 ( j t u )

48

図

7

考え られ る. また図

6

d

P

y

No

,k / 2 kc

1 . 6

Z‑6

,k / 2 kc

一般的には,低速度でスティックス リップを生 じ易いのであるが, 本実験では,

No3

No5

図

8

が表われ てい る｡ この 7‑ クは 1条 のつ る巻線 をな してい る｡

5

論

油圧駆動装置に よ り低速度 の送 りを 行 う場 令, しば しば スティックス リップが生ず る｡ ま た無 負荷 の状態でステ ィックス リップが生 じな くて も,切 削r卜に振動 が発生す るため,工 具毒

.i̲

命 が著 る し く低下 して,その対策 に悩 まさ′れる

ことがある｡本文 では切削小におけ る振動 の発 図8 振動発JE目刺,こおける切削両 /

̲L機構につ いて論 じ,実験 に よ り確めた｡ その結盟,)]

J

(1) 振動の発生

原F J

,3 ‑3

( 2 )

,3 ‑3

( 3 )

当然の ことなが ら,流量 制御弁 とシ リング問の配管は ,可換管は用 いずに, またで きるだ け短 い方 が望 ま しいO

( 4)

終 りに,実臥装置 作成 ,測定方法等 につ いて,本校 の多数 の教官

プ

J

参 考 文 献

1 )

,7‑ 3

8 ‑ 6) ,1 3 3 2 )

,2 9 ‑2 0 6(

8 ‑1 0 ),1 6 1 5 3 )

,3 1 ‑2 2 2(

2 1 2),2 7 5 4 )

, 2‑ 1 ( 1 9 6 8 ),2 6

5 )

,35 ‑ 1 ( 1 9 6 9 ) ) ,8

( 4 4. 9.2 0