专利名称：开孔加工装置及开孔加工方法
技术领域：
本发明涉及将被加工物用超声波等的振动来进行开孔加工的开孔加工装置及开孔加工方法。
背景技术：
以往，对被加工物的开孔通过冲压加工及放电加工来进行。但是，存在用冲压加工孔的精度不好，用放电加工成本高的问题。于是，作为可高精度且廉价地进行开孔的方法，已知有通过超声波振动来进行超声波加工的方法。
例如专利文献1(特开平7-136818号公报)中所公开的，在使用超声波振动来进行开孔的情况下，将工具直接安装于超声波振子单元上，在向工具连续地施加超声波振动的同时进行加工。此外，在专利文献1中公开了通过在超声波振子单元上垂直精度良好地安装工具可进行极微小直径的超声波开孔加工。
如专利文献1所述，由于将工具直接安装于超声波振子上，所以虽然在工具的进给方向上施加纵波超声波振动，但由于连续输入的振动相对于工具的进给速度过快，所以也对工具输入了横波振动。因此，承受该横波振动的工具晃动，接触已钻空的孔的侧壁，从而使孔的侧壁表面损伤。
发明内容
于是，在本发明中，其目的是提供一种可进行高精度的开孔加工的开孔加工装置及开孔加工方法。
本发明的开孔加工装置具备开孔工具、限制该开孔工具的进给方向的导引部、用于向开孔工具施加振动使其跳起的振动体、和在将开孔工具浮动保持于规定位置处的同时产生用于使其在从规定位置发生变位的情况下至少回到接触振动体的位置的恢复力的浮动保持部件。再有，在本发明中，开孔不仅包括通过冲裁加工而形成的通孔，还包括通过挤压加工而形成的有底的盲孔。
作为振动体可使用使超声波振子产生的超声波收敛并从其前端产生超声波振动的扩音器(ホ一ン)、压电元件或与电致伸缩元件的快速变形相伴的惯性力而产生微小振动的压电促动器、用锤击打冲头并利用惯性来经过冲头传递锤的打击力的、所谓锤冲(ハンマ一パンチ)等间接打击工具来施以反复打击等。
根据本发明的开孔加工装置，浮动保持于规定位置处的开孔工具通过来自振动体的振动的施加而跳起并从振动体离开，导引部限制其进给方向，撞击被加工物。这时，由于开孔工具从振动体远离，所以在其进给方向上振动，并对冲撞的被加工物施加进给方向的力，由此进行开孔加工。
此外，冲撞到被加工物的开孔工具通过浮动保持部件的恢复力而至少回到与振动体接触的位置，例如，回到跳起前的原规定位置，并再次承受振动体所施加的振动而跳起。即，开孔工具反复从振动体离开并撞击被加工物，从而反复对被加工物进行开孔加工。
这里，本发明的开孔加工装置理想的是具备将振动体压入开孔工具侧的压入装置的开孔加工装置。这时，开孔工具由于在被压入被加工物侧的同时由振动体施加振动而向被加工物侧跳起，所以到被加工物的到达距离小。因此，开孔工具在以比上述情况小的振幅而在振动体和被加工物之间往返运动的同时逐渐对被加工物进行开孔加工。
根据本发明，在限制进给方向的导引部内将开孔工具浮动保持于规定位置处，通过由振动体向开孔工具施加振动而使其向被加工物跳起来使开孔工具向被加工物撞击，并使已从规定位置变位的开孔工具至少回到接触振动体的位置，从而由开孔工具对被加工物在进给方向上输入振动来进行开孔加工，所以可防止开孔工具的进给方向以外的晃动，从而可进行高精度的开孔加工。
此外，通过在将开孔工具压入被加工物侧的同时使其跳起，开孔工具到被加工物的到达距离变小，在以小振幅在振动体和被加工物之间往返运动的同时逐渐对被加工物进行开孔加工，所以其前端的冲击力减轻。这样，可延长开孔工具的寿命。
图1是表示本发明实施方式的开孔加工装置的概要剖视图。
图2A是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图2B是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图2C是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图2D是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图2E是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图2F是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
图3A是扩大冲头与工件之间的接触部的图，是表示形成有底的盲孔情况的开孔加工工序的图。
图3B是扩大冲头与工件之间的接触部的图，是表示形成有底的盲孔情况的开孔加工工序的图。
图4A是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图4B是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图4C是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图4D是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图4E是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图4F是表示与压入装置的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
图中1-超声波扩音器2-冲头 2a-头部2b-加工部 2c-主体轴部 3-导套3a、3b-导引孔 4-弹性体 5-下模5a-开孔用孔 6-压入装置具体实施方式
图1表示本发明实施方式的开孔加工装置的概要剖视图，图2A-F是表示图1的开孔加工装置的开孔加工工序的图。
如图1所示，本实施方式的开孔加工装置具备作为振动体的超声波扩音器1、作为将作为被加工物的工件W进行开孔加工的开孔工具的冲头2、导引冲头2的进给方向的导套3、作为用于将冲头2在相对于导套3处于浮动状态下保持的浮动保持部件的弹性体4、与冲头2作为一对开孔工具的下模5和将超声波扩音器1压入下模5一侧即工件W侧的压入装置6。
超声波扩音器1使超声波振子(未图示)产生的超声波收敛并从其前端产生超声波振动。超声波扩音器1和冲头2没有固定。因此，如果由超声波扩音器1向冲头(头部2a)施加振动，则冲头2跳起并远离超声波扩音器1而进给。
冲头2具有由超声波扩音器1施加振动的头部2a、与工件W接触并实施开孔加工的加工部2b和连接头部2a和加工部2b的主体轴部2c。冲头2由在其头部2a和导套3之间所设的弹性体4在浮动状态下保持于规定位置(图2A所示位置)处。
如图1所示，冲头2的头部2a的与超声波扩音器1的接触部呈圆弧状面。在超声波扩音器1和冲头2以平面接触的情况下，即使任一面稍倾斜也会引起一端接触，从而冲头2难以向正下方冲出。相反，如果冲头2的头部2a为圆弧状面、较理想的是球面，则冲头2的头部2a和超声波扩音器1总是在靠近冲头2的中心轴上的点接触，从而冲头2易于向正下方冲出。此外，冲头2的加工部2b的前端部的截面形状可以是圆形、翼形、四边形、三角形或椭圆形等任意形状。
弹性体4具有至少回到接触超声波扩音器1的位置、例如图2A所示的规定位置的恢复力，并使从规定位置变位的冲头2通过该恢复力回到规定位置。弹性体4由例如弹簧(板簧、螺旋弹簧、发条、气垫、橡胶)、缓冲器或其组合等构成。
下模5与冲头2一道夹持工件W。下模5具有与冲头2的加工部2b对应的开孔用孔5a和与该开孔用孔5a连接的锥形孔5b。锥形孔5b是向开孔方向、即向从与开孔用孔5a的连接部向下模5的下方(开放侧)扩大的孔。通过该锥形孔5b，加工后产生的加工废屑易于向下方排出，且加工废屑难以堵住孔。
导套3具有用于限制冲头2的进给方向，冲头2的头部2a在其内侧滑动的筒状导引孔3a；和冲头2的加工部2b在其内部滑动的筒状导引孔3b。冲头2通过这些导引孔3a、3b来限制其主体轴部2c的轴向以外的动作。再有，上述弹性体4设于该导引孔3a下端和冲头2的头部2a之间。
再有，冲头2的头部2a、主体轴部2c、加工部2b及导套3的导引孔3a、3b其直径为朝向冲头2的开孔方向直径缩小的带阶梯形状。这是因为在直径最大的冲头2的头部2a和导引孔3a的部分调整嵌合，在加工部2b和导引孔3b的部分设有间隙。加工部2b和导引孔3b的部分设有间隙是为了加工部2b的前端在加工中承受过大应力不会因弯曲和屈曲等变形而破损。
此外，弹性体4以在冲头2的头部2a和主体轴部2c的阶梯部分和导引孔3a、3b的阶梯部分之间夹持的形式被保持。由于成为此类保持状态，所以可用最简单的构造来浮动保持冲头2。再有，虽然未图示，但可在导引孔3a、3b的外侧设置弹性体，浮动保持冲头2。
在上述构成的塑性加工装置中，如果使产生超声波振动的超声波扩音器1如图2A所述般与冲头2的头部2a接触，则从该超声波扩音器1向冲头2施加超声波振动，冲头2从超声波扩音器1离开向工件W跳起。这时，由导套3的导引孔3a、3b来限制冲头2的其头部2a及加工部2b的轴向以外的动作。因此，冲头2不左右振动，向工件W正直进给并到达工件W。
其后，冲头2如图2B所示般通过弹性体4的恢复力向超声波扩音器1跳回，如图2C所示般回到冲头2的初期位置。而且，冲头2再次承受从超声波扩音器施加的超声波振动并向工件W跳起。如果冲头2如图2D所示般到达工件W，则再次通过弹性体4的恢复力向超声波扩音器1跳回。
这样，冲头2重复进行从超声波扩音器1离开并向工件W撞击的动作(参照图2D、E)。这样，工件W通过承受来自冲头2的反复力而进行高精度的开孔加工(参照图2F)。
再有，在上述实施方式中，虽然对作为开孔加工用孔裁加工来形成通孔的实例进行说明，但是也可通过使用该开孔加工装置进行挤压加工来形成有底的盲孔。图3A和图3B是扩大冲头2和工件W的接触部的图，表示形成有底的盲孔的情况下的开孔加工工序。
与上述同样，由超声波扩音器1施加振动，如图3A所示般跳起的冲头2的加工部2b重复向工件W的反复撞击动作，如图3B所示般将工件W向下模5的开孔用孔5a压出。这样，工件W上形成了具有底B的有底盲孔C。
再有，虽然上述实施方式是在开孔加工时不驱动压入装置6，在固定超声波扩音器1的位置的状态下进行开孔加工的例子，但是在开孔加工时可由该压入装置6将超声波扩音器1压入工件W侧并加工。
图4A-F是表示与压入装置6的压入动作相伴的开孔加工工序的图。
该情况下，首先，如图4A、4B所示，由压入装置6将超声波扩音器1及冲头2静态地压入到冲头2的主体轴部2c的前端与工件W上面接触。接着，在由压入装置6压入的同时，由超声波扩音器1向冲头2施加超声波振动(参照图4C)。
这时，冲头2从超声波扩音器1离开并向工件W跳起，通过弹性体4的恢复力向超声波扩音器1跳回并接触超声波扩音器1。虽然冲头2重复该动作来进行对工件W的高精度开孔加工(参照图4D、图4E、图4F)，但由于冲头2在由压入装置6压入工件W侧的同时跳起，所以到工件W的到达距离小。
因此，冲头2以小振幅在超声波扩音器1和工件W之间作往返运动，同时，逐渐对工件W进行开孔加工。这样，由于冲头2的前端的冲击力减轻，所以可延长冲头2的寿命。在工件W是纤维材料、厚材、复合材料等的情况下，理想的是在如此般通过压入装置6将超声波扩音器1压入工件W侧的同时进行加工。
再有，压入装置6的压入速度最理想的是板厚(mm)×0.05～板厚(mm)×5(/秒)左右，即板厚为1mm的情况下为0.05～5mm/秒。此外，超声波振动频率为20～80kHz，最合适的超声波振动频率是40kHz。再有，超声波输出因工件W的材料而变化较大，为50～1000W，例如对于板厚为0.5～1.0mm钢板理想的是500～800W左右，在板厚为0.1mm的箔是200～400W左右。
本发明在工业上的可利用性为本发明可作为利用超声波等的振动来进行被加工物的开孔加工的装置及方法来使用，特别适于进行高精度的开孔加工。
权利要求
1.一种开孔加工装置，其特征在于，具备开孔工具；限制该开孔工具的进给方向的导引部；用于向上述开孔工具施加振动使其跳起的振动体；和在将上述开孔工具浮动保持于规定位置处的同时产生用于使其在从上述规定位置发生变位的情况下至少回到接触上述振动体的位置的恢复力的浮动保持部件。
2.根据权利要求1所述的开孔加工装置，其特征在于上述浮动保持部件是在上述开孔加工工具从上述规定位置变位的情况下使其回到上述规定位置的部件。
3.根据权利要求1所述的开孔加工装置，其特征在于具备将上述振动体压入上述开孔工具侧的压入装置。
4.根据权利要求1所述的开孔加工装置，其特征在于上述振动体是对上述开孔工具反复施加上述振动的部件。
5.根据权利要求2所述的开孔加工装置，其特征在于上述振动体是对上述开孔工具反复施加上述振动的部件。
6.根据权利要求3所述的开孔加工装置，其特征在于上述振动体是对上述开孔工具反复施加上述振动的部件。
7.一种开孔加工方法，其特征在于通过以下步骤对上述被加工物进行开孔加工在限制进给方向的导引部内将开孔工具浮动保持于规定位置；由振动体向上述开孔工具施加振动使其向被加工物跳起；使上述开孔工具撞击上述被加工物；以及使从上述规定位置变位的上述开孔工具至少回到接触上述振动体的位置。
8.根据权利要求7所述的开孔加工方法，其特征在于使从上述规定位置变位的上述开孔工具回到上述规定位置。
9.根据权利要求7所述的开孔加工方法，其特征在于在由振动体向上述开孔工具施加振动使其向被加工物跳起时，使上述开孔工具在压入上述被加工物侧的同时跳起。
10.根据权利要求7所述的开孔加工方法，其特征在于由上述振动体对上述开孔工具反复施加上述振动。
11.根据权利要求8所述的开孔加工方法，其特征在于由上述振动体对上述开孔工具反复施加上述振动。
12.根据权利要求9所述的开孔加工方法，其特征在于由上述振动体对上述开孔工具反复施加上述振动。
全文摘要
本发明涉及一种开孔加工装置及开孔加工方法，通过仅在工件进给方向上输入振动来进行高精度的开孔等开孔加工。该装置包括作为振动体的超声波扩音器(1)、作为对作为被加工物的工件(W)进行开孔加工的开孔工具的冲头(2)、导引冲头(2)的进给方向的导套(3)、作为用于将冲头(2)在相对于导套(3)处于浮动状态下保持的弹性体(4)、和与冲头(2)作为一对开孔工具的下模(5)，在导套(3)内由弹性体(4)浮动保持冲头(2)，并通过超声波扩音器(1)向冲头(2)施加振动以向工件(W)跳起，使冲头(2)向工件(W)撞击，由此进行开孔加工工件(W)。
文档编号B21D28/34GK1871077SQ20048003119
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月14日 优先权日2003年10月22日
发明者竹增光家, 寺岛一树 申请人:株式会社产学连携机构九州, 株式会社电装