CN100479957C - 振动头-刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种带有刀具夹(2)和可插入到刀具安装孔(7)中的刀具头(8)的刀具(1)，其中所述刀具夹在第一端(3)具有用于适应可转动主轴凸起部(5)的刀具夹安装杆(4)并且在第二端、即相对于第一端的一端(6)具有刀具安装孔(7)。为了能够优化工件的加工，在过去已经尝试在机器一侧的主轴上安装振动单元，所以使得组合式刀盘振动。这种目前已知的设计的缺点在于，所有使用的刀具必须与振动单元相符合。根据本发明，该缺点通过如下方法解决，即刀具夹(2)包括振动马达(9)。

Description

振动头-刀具
技术领域
本发明涉及一种带有刀具夹和插入到刀具夹中的组合式刀盘的刀具，其中刀具夹在第一端具有用于适应可转动主轴凸起部的刀具夹安装杆并且在第二端、即相对于第一端的一端具有刀具安装孔。
背景技术
通常情况下，机床具有旋转的主轴，该主轴在其终端具有主轴凸起部，根据待加工的工件和加工形式能够将不同的刀具例如铣头安装到该主轴凸起部中。
为了能够优化工件的加工，在过去已经尝试机器一侧的在主轴上设置振动单元，以便使组合式刀盘振动。这种目前已知的设计的缺点在于，所有使用的刀具必须与振动单元相符合。这种处理方式成本过高并且经常无效果，因为刀具被置于自身的振动状态下，该自振动提高频率和振幅并且产生显著的热量。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种刀具，其总是在一个规定的频率范围内能够特别有效的运行。根据本发明，该任务通过包括振动马达的刀具解决。
此外，优点在于，刀具不再必须利用在机器一侧的振动单元。根据本发明，每个刀具安装一个与其自身相适应的振动马达，所以刀具能够标准化进行生产。振动马达与通常情况下与在刀具外安装的高频发电机共同工作。高频发电机提供频率17kHZ到60kHZ的交流电压，其在大部分情况下与刀具的振动频率相匹配。此外，在纵向波幅为100μm时，其转速能够达到40000转/分。对于不同的使用目的可以选择覆盖不同的频率范围的不同的振动电机。本发明的刀具除本身作为刀具使用外，其也可以作为过程传感器使用并且采集在生产中流程数据。
在第一实施形式中，振动电机通过铁磁系统在振动过程中对刀具夹进行控制。在该实施形式中，刀具夹通过一个固定的电磁场引起振动，同时，极性的转换与使用的交流电压的频率相关。对旋转的刀具的能量的传递在该实施形式中不必要。
优点在于，铁磁系统包括固定安装的励磁线圈和抗扭的在刀具夹上安装的铁磁头。铁磁头由铁磁材料，如铁磁性的陶瓷制成。
振动电机无接触的与励磁线圈共同作用，其显著的优点特别在于无磨损和抵抗性，如对冷却液体的抵抗性。
铁磁头在周向方向通过励磁线圈中心围绕。此外，结果是带有振动电机的固定均匀强度振动的特别均匀的电场。
其优先选择为，在铁磁头和励磁线圈之间安装镀管，同时镀管由陶瓷或炭纤维材料构成。在任何情况下镀管不允许为铁磁材料，以此铁磁头能够位于励磁线圈的电磁场内。
镀管可以相对旋转的刀具固定安装或可供选择的情况下，中心部分同轴镀管式的与刀具夹集成在一起。在第二种实施形式下固定管为固定管套的组成部分并且与其一起转动。
根据第二优先选择的实施形式，振动电机通过压电系统在振动过程中调解刀具夹。在这种情况下电能传递到旋转的刀具并且刀具内在的产生振动。
压电系统包括第一固定线圈和与该线圈隔开的在刀具夹上安装的第二线圈，同时第二线圈与压电执行元件连接。压电执行元件环形的围绕刀具安装孔并且在给出的交流电压下振动幅度为8μm。可以通过多个压电执行元件的互相组合安装来产生较大的振动幅度。
第一固定线圈和第二线圈应当相互分离并且环形的围绕刀具安装孔。在该结构情况下对振动电机的非接触性的激励为可能的。
当压电系统至少包括两个固定安装的炭刷，炭刷与在刀具夹上安装的接触环连接，同时接触环与压电执行元件连接，作为对前面描述的实施形式的可供选择的方式被认为有效的。这种实施形式可以无电流线圈，因为电能通过炭刷和接触环传递到刀具并且在刀具上通过压电执行元件转化为振动。
在所有的实施形式下，存在一个轴向方向的冷却剂通道。这种实施形式能够不只是对刀具进行冷却，同时能够对振动电机进行冷却。
总之，本发明提供了一种带有刀具夹和主轴凸起部以及可插入到刀具安装孔中的刀具头的刀具，其中所述刀具夹在第一端具有用于适应所述可转动主轴凸起部的刀具夹安装杆并且在第二端、即相对于第一端的一端具有刀具安装孔，其中刀具夹和主轴凸起部构成振动马达，其特征在于，振动马达通过压电系统使得刀具夹振动并且压电系统包括第一固定线圈和与该第一固定线圈隔开的且作用在刀具夹上的第二线圈，其中第二线圈与压电执行元件连接。
附图说明
接下来在以下4个附图的基础上详细地描述本发明。图示如下：
图1示出穿过根据带有铁磁系统的第一种实施形式的插入到主轴凸起部中的刀具夹的剖面图；
图2示出穿过根据带有铁磁系统的第二种实施形式刀具的剖面图；
图3示出穿过根据带有压电系统的第三种实施形式的插入到主轴凸起部中的刀具夹的剖面图；
图4示出穿过根据带有压电系统的第四种实施形式的插入到主轴凸起部中的刀具夹的剖面图。
具体实施方式
在图1中以横截面示出在第一实施形式中的刀具夹2，该刀具夹通过其锥形的且设置在上端3上刀具夹安装杆4插入到图中未示出的机床的互补设计的主轴凸起部5中并且确保不会转动。
刀具夹2由两部分组成并且包括支座23和从支座23引出的通过螺母24固定的刀杆主轴20。扭矩从主轴凸起部5传递到为支座23的集成的零件的刀具夹安装杆4上，并且从该刀具保护套传递到刀杆主轴20上。
刀杆主轴20附加地安装在支座23的支架7上，其中轴承作为迷宫式轴承允许刀杆主轴20沿轴向方向上的振动。
在刀杆主轴20上安装有铁磁头25，该铁磁头由插入到刀具夹2的支座23中的镀管12围绕。在该实施形式中镀管12与铁磁头25和刀杆主轴20一起转动。
刀具夹2径向间隔的通过一个固定安装的励磁线圈11围绕，通过该励磁线圈产生电场。励磁线圈11通过带有交流电压的高频发电机15加载，从而产生正负交替的脉动的电磁场。电磁场使铁磁头25和与铁磁头连接的且其上存在有在图1中未示出的组合式刀盘8刀杆主轴20产生振动。铁磁头25和励磁线圈11共同形成振动马达9的铁磁系统10a。
图2所示的组合式刀盘8的冷却剂的供给通过主轴凸起部5在穿过支座23的冷却剂通道19和中空的刀杆主轴20中进行。同样在该处冷却剂通过刀具夹2引导。
图2以剖面图示出根据第二种实施形式的刀具1。刀具1包括刀具夹2，刀具夹2在其下端6处具有作为刀具安装孔7的一个锥形走向的螺孔。设有同样锥形螺纹的组合式刀盘8旋入到刀具安装孔7中。
刀具夹2首先由中间安装的刀杆主轴20组成，刀杆主轴为管形的从图2中不能示出的主轴凸起部5延伸到在终端安装的组合式刀盘8。刀杆主轴20将机床的扭矩传递到组合式刀盘8并且此外持续向组合式刀盘8供给冷却剂。因此刀杆主轴20构成为带有冷却剂通道19的管形。
在刀杆主轴20上抗扭地安装有铁磁头25。已知的轴-套筒-连接方式用作扭转止动器。
铁磁头25为铁磁系统10a的组成部分，该系统此外包括固定安装的励磁线圈11。励磁线圈11绕铁磁头25同轴地设置，其中励磁线圈11的轴向定位与铁磁头25的轴向定位一致。
由碳纤维制成的固定镀管12以与铁磁头25机械的脱离的方式包围该铁磁头。镀管12首要作用为振动马达9与励磁线圈11的电子分离。
镀管12在周向方向上完全围绕铁磁头25并且在其上端21和下端22敞开。在机床运转期间冷却剂从不同的方位和不仅仅通过冷却剂通道19引入到组合式刀盘8上，同样从刀杆主轴20的外壁流下。由于镀管12开放式的设计结构，则能够避免在例如铁磁头25的刀杆主轴20和镀管12之间的环形空间的冷却剂的堵塞。
镀管12的轴向长度设计得比铁磁头25或固定设置的励磁线圈11的轴向伸出长度更长。以此避免，在冷却剂喷溅的情况下导致励磁线圈11和铁磁头25之间的短路。
图3为第三种可供选择的实施形式，在该实施形式中刀具1的振动通过作为振动马达9的压电系统10b来实现。压电系统10b的主要组成部分为第一固定线圈和第二线圈13、14以及在刀具夹上的压电执行元件16。同样在这里，刀具夹2通过刀具夹安装杆4防扭地与主轴凸起部5连接。
刀具夹2的结构不是两部分，而是三部分。除了结构部件支座23和刀杆主轴20之外，根据图3的实施形式还具有与支座23固定连接的第二线圈14。
在主轴凸起部5和第二线圈14之间设置有第一固定线圈13。第一固定线圈13通过连接导线与刀具1外侧安装的高频发电机15连接并且通过该振荡器供应高频电压。
第二线圈14在其圆周方向完全围绕刀具夹2并且与两个相叠地设置在刀具夹2上的压电执行元件16连接。同时，第二线圈14在轴向方向上与压电执行元件16等高。两个线圈13、14相对于刀具夹2相互隔开。
图4示出同样基于压电系统10b的第四个可供选择的实施形式。与前面介绍的实施形式不同的是该处刀具夹2的电流的供给不是非接触式的，而是通过两个炭刷17a、17b和安装在刀具夹2上的接触环18进行。
炭刷17a、17b安装在刀具夹2相对的两侧，其中第一炭刷17a与电压输出端连接并且第二炭刷17b连接到高频发电机15的接地端。每个炭刷17a、17b与各自对应的接触环18接触，其中两个接触环18互相电动地分离。
接触环18在其圆周方向上完全围绕刀具夹2并且与四个相叠设置的压电执行元件16连接。另一方面，16给定振动马达9的频率。
在刀具夹2的第二终端6处可以看见作为刀具安装孔7的锥形孔。刀具安装孔7与在轴向方向上完全穿过刀具夹2的冷却剂通道19连接。
附图标记
1   刀具
2   刀具夹
3   刀具夹的第一端/上端
4   刀具夹安装杆
5   主轴凸起部
6   刀具夹的第二端/下端
7   刀具安装孔
8   组合式刀盘
9   振动马达
10a 铁磁系统
10b 压电系统
11  固定设置的励磁线圈
12  镀管
13  第一固定线圈
14  第二线圈
15  高频发电机
16  压电执行元件
17a 第一炭刷
17b 第二炭刷
18  接触环
19  冷却剂通道
20  刀杆主轴
21  镀管上端
22  镀管下端
23  支座
24  螺母
25  铁磁头

Claims (5)

1.一种带有刀具夹(2)和主轴凸起部(5)以及可插入到刀具安装孔(7)中的刀具头(8)的刀具(1)，其中所述刀具夹在第一端(3)具有用于适应所述可转动主轴凸起部(5)的刀具夹安装杆(4)并且在第二端、即相对于第一端的一端(6)具有刀具安装孔(7)，其中刀具夹(2)和主轴凸起部(5)构成振动马达(9)，其特征在于，振动马达(9)通过压电系统(10b)使得刀具夹(2)振动并且压电系统(10b)包括第一固定线圈(13)和与该第一固定线圈隔开的且作用在刀具夹(2)上的第二线圈(14)，其中第二线圈(14)与压电执行元件(16)连接。
2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，第一固定线圈(13)和第二线圈(14)环形地环绕刀具夹(2)。
3.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，第一固定线圈(13)和第二线圈(14)上下重叠。
4.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，第一固定线圈连接到高频发电机(15)上。
5.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，刀具夹(2)具有一个沿轴向方向形成的冷却剂通道(19)。
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