CN111770821B - 用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀，所述超声波刀具有形成转动轴线(6)的刀头(1)和从所述刀头(1)起始的刀片(2)，所述刀片在由楔角确定的自由面和压力面(3、4)之间构成在直线的切削刃(5)中终结的切削楔，其特征在于，在所述自由面(3)的刀片侧上延伸的转动轴线(6)相对于所述自由面(3)所具有的距离(e)等于或者大于从刀片(2)的重心(S)到所述自由面(3)的距离(s)，并且沿着转动轴线(6)的方向延伸的切削刃(5)与所述转动轴线(6)以最高与刀片厚度(d)相对应的距离(a)延伸。

Description

用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀
技术领域
本发明涉及一种用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀，所述超声波刀具有形成转动轴线的刀头和从所述刀头起始的刀片，所述刀片在由楔角确定的自由面和压力面之间构成在直线的切削刃中终结的切削楔。
背景技术
通常的超声波刀、即借助超声波激发振动的刀具具有能够安装在刀具容纳部中的刀头，并且通过进给装置沿着规定的轮廓形状与轮廓走向相切地运动以便切削板状工件(专利文献US 2008/0083308A1)。刀头在此形成转动轴线，所述转动轴线通过进给方向确定了切削平面，从刀头起始的刀片的切削刃位于所述切削平面中。刀片不仅参照切削平面，也参照与所述切削平面垂直的穿过转动轴线的平面对称地构造，这不仅使得形成了双侧的、朝向彼此倾斜的切削刃，还确保了不受横向振动妨碍的切削刃走向。然而这种已知的超声波刀仅局限性地适用于切削板状工件的边缘倒角，因为在非直线的边缘走向中倒角面也应当由直线的母线确定，所述母线在倾斜角恒定时位于与边缘走向垂直的平面中，并且相对于转动轴线倾斜的切削刃在母线的这些平面之外延伸，这随着板状工件的厚度的增加和边缘走向的曲率半径的减小而变得越来越重要。此外，在切削刃中终结的、由自由面和压力面确定的切削楔也利用自由面构成在楔角的一半中倾斜的挤压面，材料沿着所述挤压面从切削平面被压向工件，从而对于对此敏感的材料、例如具有蜂窝结构或者纤维条的材料，在这些工件的剖切面中出现了缺陷位置。因此，使用单独的刀具用于倒角切削，所述单独的刀具具有单棱的刀片，所述刀片具有两个相互倾斜的、在尖端终结的切削刃，所述刀片的缺点是切削刃不位于待切削的边缘倒角的母线的方向上。
此外已知(DE 35 30 886 A1)，将超声波刀的切削刃安设在刀头的转动轴线上。在这种情况下能够以容易的方式这样引导刀片，使得切削刃与额定切削面的母线重合。如果切削楔由两个倒角构成，则自由面是作用在切削面上的挤压面。对于仅有一个倒角的切削楔，尽管自由面位于切削平面中，但是由于由此导致的刀片的重心的移动，使得出现横向于切削平面的振动，所述振动会不利地影响切削精度，并且在刀片、尤其是例如用于切削板形工件的边缘倒角所需的更长的刀片上产生显著的额外负载。
发明内容
本发明由此所要解决的技术问题在于，这样设计用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀，使得在不必担心切削精度的损失或者刀片过载的情况下也能够将更长的切削刃用于具有弯曲的边缘走向的更厚的工件的倒角切削。
基于前述类型的超声波刀，本发明由此解决所述技术问题，即在自由面的刀片侧上延伸的转动轴线相对于所述自由面所具有的距离等于或者大于从刀片的重心到所述自由面的距离，并且沿着转动轴线的方向延伸的切削刃与所述转动轴线以最多与刀片厚度相对应的距离延伸。
切削楔的自由面的所需的走向产生了参照切削平面非对称的刀片，并由此带来了使刀片激发横向振动的风险。可以如下应对这种危险，即刀头的进给至少近似地沿着垂直于转动轴线、穿过刀片的重心的直线的方向进行。这对于刀片的构造而言意味着刀片的重心与自由面的距离必须等于或小于转动轴线与所述自由面的距离，由此使自由面不会成为突伸超出切削平面的挤压面。转动轴线在此必须在自由面的刀片侧、即朝向工件的自由面的远离所述工件的一侧上延伸。
可以通过控制刀头运动以简单的方式顾及到切割平面相对于转动轴线朝向工件的偏移量，所述偏移量与自由面相对于转动轴线的偏心的走向相关。然而必须限制切削刃和转动轴线之间的距离，以便能够确保简单的刀头控制。在转动轴线与切削刃之间的距离最多为刀片厚度的情况下充分满足了该要求，其中，考虑到了切削刃由于精磨而产生的移动。
由于切削刃沿着刀头的转动轴线的方向延伸并且所述刀头能够在转动轴线横向于进给方向的定向下导引，因此切削刃在边缘走向的弯曲部的区域中沿着确定倒角面的圆锥面的母线的方向定向，这是在用于刀头的控制耗费相对较小的情况下精确地加工板形工件的在弯曲的边缘走向的区域中的倒角面的重要前提。
为了在重量分配方面确保有利的关系，刀片的宽度可以朝向刀片尖端减小，这在刀片的楔角不变的情况下导致朝向刀片尖端变窄的刀片背部。
要求切削刃应当沿着转动轴线的方向延伸并不意味着切削刃必须相对于转动轴线准确地平行定向。切削刃相对于转动轴线围绕与穿过转动轴线和刀片的重心的平面垂直的轴线以最多5°倾斜，所述倾斜在对倒角面的加工所要求的精确度方面是完全允许的并可能在切削力方面带来优势。
附图说明
在附图中示例性地示出了本发明。在附图中：
图1在侧视图中示出了按照本发明的超声波刀，
图2在正视图中示出了所述超声波刀，
图3示出了所述超声波刀的后视图，
图4以更大的尺寸示出了根据图1中的线III-III的剖面，
图5示出了按照本发明的超声波刀的变型实施方案的与图4对应的视图。
具体实施方式
按照本发明的超声波刀具有刀头1，所述刀头具有连接在所述刀头1上的刀片2，所述刀片在自由面3和压力面4之间构成切削楔。自由面3和压力面4在直线的切削刃5中终结。安装在刀具容纳部中的刀头1可以通过所述刀具容纳部转动并且为刀片2构成转动轴线6。
如尤其能够从图2和图4所知的那样，切削刃5和转动轴线6相互间隔距离a地平行地延伸。此外，自由面3参照转动轴线6间隔距离e地偏心地延伸。在进给方向为v时产生的切削面7能够与自由面围成≥0°的自由角，所述切削面7由此同样与转动轴线6保持距离地延伸。如果为超声波刀选择了平行于自由面3延伸的进给方向、即自由面3和切削平面之间的自由角为0°，则在转动轴线6和自由面3之间的距离e大于刀片2的重心S与自由面3之间的距离s的前提下，所述刀片2的重心S位于由进给方向v和转动轴线6确定的用于超声波刀的导引平面8中，从而能够尽可能消除刀片2的干扰的横向振动。如果不需要考虑其他的干扰参数，则在导引平面8与下述平面重叠时产生特别有利的加工条件，所述平面由转动轴线6和与所述转动轴线6垂直的、穿过重心S的直线张开，即所述平面包含重心S。
切削刃5和转动轴线6之间的距离a应当在不会危害到对刀头1的简单的运动控制的情况下顾及到重心S参照切削平面7或者自由面3的位置。出于该原因应当限定切削刃5和转动轴线6之间的距离a并且所述距离最大与刀片厚度d对应。通过这种最大距离a使得能够顾及到之后由于刀片2的精磨产生的切削刃5的移动。
为了在刀片区域中实现有利的质量分布，刀片2的宽度可以朝向刀片尖端9减小。这意味着在刀片2的切削楔的楔角恒定的情况下，刀片背部10如图3所示的那样朝向刀片尖端9变窄。
由于在使用按照图1至图4所示的按照本发明的超声波刀时，自由面3位于切削平面7中并且在直线的切削走向中不会构成挤压面(材料区域沿着所述挤压面从剖切面被压向工件)，因此也不会在剖切面的区域中出现在构成挤压面的情况下能够归咎于这种情况的误差，从而即使工件具有蜂巢结构或者具有带有或者不带有覆盖层的纤维条，仍能够结合相对于转动轴线6以特殊的方式定向的切削刃走向精确的、尽可能无误差地切削板状工件的边缘倒角。
对于在凹形的边缘走向的区域中的倒角切削，尽管位于切削平面7中的自由面3压在锥形的被切削面上，然而剖切面的由此产生的载荷由于相对较小的刀片宽度尤其是在材料具有蜂巢结构或者纤维织物时保持在所述材料的弹性范围中。如果待切削的材料的该弹性变形也应当避免，则这样导引超声波刀的刀片2，使得在自由面3和切削面7之间如图5所示的那样保持相应的自由角。
图5示出了刀片2的用于刀具导引的位置，在所述位置中，刀片2的重心S位于由转动轴线6和进给方向v确定的导引平面8中，以便抑制横向振动。然而与图4相比，自由面3远离与导引平面8平行的切削平面7倾斜，这相当于自由角>0，从而工件的凹形的边缘走向也能够以更小的曲率半径进行加工，而不必忍受弹性范围之外的由自由面3造成的材料挤压。自由面3在此可以形成不同的断面形状并且例如也可以如图5中的点划线所示的那样具有曲率。
在附图中始终与转动轴线6平行地示出切削刃5的走向，然而如果切削刃5仅至少近似地沿转动轴线6的方向延伸，则这并不是必须的。然而必须限制切削刃5相对于转动轴线6的倾斜度，以便当在工件的弯曲的边缘走向的区域中进行倒角切削时能够确保倒角表面尽可能与圆锥形面适配。因此切削刃5与转动轴线6在导引平面8上的法向投影中可以形成至多5°、优选3°的角度。
从以上阐述可知，通过转动轴线6相对于切削刃5、自由面3和刀片2的重心S的按照本发明的位置匹配关系提供了一种超声波刀，如果如下选择进给方向v，即由转动轴线6和垂直于所述转动轴线6的进给方向v张开用于超声波刀的导引平面8，所述导引平面包含刀片2的重心S或者至少在该重心S附近延伸，则所述超声波刀还能够满足在稳定性和切削精度方面的高要求。

Claims (3)

1.一种用于切削板状工件的边缘倒角的超声波刀，所述超声波刀具有形成转动轴线(6)的刀头(1)和从所述刀头(1)起始的刀片(2)，所述刀片在由楔角确定的自由面(3)和压力面(4)之间构成在直线的切削刃(5)中终结的切削楔，其特征在于，在所述自由面(3)的刀片侧上延伸的转动轴线(6)相对于所述自由面(3)所具有的距离(e)等于或者大于从刀片(2)的重心(S)到所述自由面(3)的距离(s)，并且沿着转动轴线(6)的方向延伸的切削刃(5)与所述转动轴线(6)以最高与刀片厚度(d)相对应的距离(a)延伸。
2.根据权利要求1所述的超声波刀，其特征在于，所述刀片(2)的宽度朝向刀片尖端(9)减小。
3.根据权利要求1或2所述的超声波刀，其特征在于，所述切削刃(5)相对于转动轴线(6)围绕与自由面(3)垂直的轴线倾斜最多5°地延伸。
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