DE102004024170B4

DE102004024170B4 - Rotierendes mechatronisches Werkzeugsystem

Info

Publication number: DE102004024170B4
Application number: DE200410024170
Authority: DE
Inventors: Bernd Aschenbach
Original assignee: GFE GES fur FERTIGUNGSTECHNIK; Gfe-Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden/chemnitz Mbh
Current assignee: GFE GES fur FERTIGUNGSTECHNIK; Gfe-Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden/chemnitz Mbh
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2024-05-15
Also published as: DE102004024170A1

Abstract

Rotierend arbeitendes mechatronisches Werkzeugsystem für die Fräs- und Bohrbearbeitung, bei dem das aktive, aus Aufnahmeteil, Schaftteil und Werkzeugkopfteil gebildete Werkzeugelement in seiner relativen Arbeitslage stabilisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaftteil des Werkzeuges eine in direkter Abhängigkeit der beim Zerspanungsprozess sich verändernden dynamischen Eigenschaften gesteuerte Kreiseleinheit integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein rotierendes mechatronisches Werkzeugsystem für die Fräs- und Bohrbearbeitung gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1, bei dem die aktiven Werkzeugelemente in ihrer relativen Arbeitslage stabilisierend wirken.
Es ist bekannt, dass eine der häufigsten Störungen im Zerspanungsprozess, vornehmlich dem des Fräsens, durch fremd- oder selbsterregte Schwingungen, die zu Rattererscheinungen führen, auftreten. Dabei können nicht nur das Werkzeugsystem sondern auch Baugruppen der Maschine oder das Werkstück durch die Eingriffsfrequenz der Fräszähne bzw. der Werkzeugschneiden von Bohrwerkzeugen in Folge kräftebedingter Veränderungen zwischen den Werkzeugschneiden zudem noch in Resonanz geraten, was zu erheblichen Beeinträchtigungen an Werkzeug und Werkstück führen kann.
Um solchen Erscheinungen entgegen zu wirken und auftretende Schwingungen zu unterdrücken, wird in der Praxis überwiegend mit der Veränderung von Technologieparametern wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Spantiefe gearbeitet, um die statischen und dynamischen Eigenschaften des Gesamtsystems zu verändern. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei den spezifisch angelegten werkzeugtechnischen Lösungen zu, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Prozessdynamik haben. Mit solchen Werkzeugen ist es bereits möglich geworden, prozessrelevante Daten wie Zerspanungskräfte und Beschleunigungen zu ermitteln und der weiteren Auswertung und Prozesssteuerung zuzuführen.
Eine andere Möglichkeit, solchen Schwingungserscheinungen zu begegnen und das Auftreten von Schwingungen zu minimieren, besteht darin, werkzeugintegrierte Maßnahmen, wie der Einbau von Dämpfungselementen in Bohrstangen oder Fräswerkzeugen, vorzusehen. Die von der Anmelderin vorausgegangene technische Lösung gemäß der DE-OS 103 40 697 sieht zur besseren Beherrschung und Verringerung der genannten nachteiligen Schwingungserscheinungen eine Einrichtung zum Steuern des dynamischen Verhaltens von rotierenden Zerspanungswerkzeugen vor, mit der unter Anwendung von Schwingungsaufnehmer, Signalverarbeitung, Handlungslogik und Aktorik auf ein geeignetes Dämpfungssystem im Werkzeugschaft Schwingung dämpfend eingewirkt wird.
Aus den genannten Wirkzusammenhängen resultiert die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Sie besteht darin, neue Wege aufzuzeigen, um die beim Spanungsprozess auftretenden störend wirkenden Kräfte und Momente schwingungsdämpfend zu beeinflussen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein rotierendes, mechatronisches Werkzeugsystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, vorzugsweise in den passiven Teil des Werkzeugs, dem Werkzeugschaft, ein durch entsprechende Sensorik steuerbares Kreiselsystem anzuordnen, dessen Drehachse identisch mit der Werkzeugdrehachse gelagert ist, um den beim Spanungsprozess auftretenden Spanungskräften und der hierbei erzeugten Schwingungen dämpfend entgegen zu wirken.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der zugehörigen Zeichnung in stilisierter Form dargestellt und wird nachfolgend kurz beschrieben. Die Zeichnung stellt das Werkzeugsystem mit seiner Aufnahme in einer Maschinenspindel dar.
Das rotierend arbeitende mechatronische Werkzeugsystem umfasst ein in einer Maschinenspindel 1 aufgenommenes Zerspanungswerkzeug, z. B. ein Präzisionswerkzeug, das aus einem Aufnahmeteil 2, einem Schaftteil 3 und einem, die Werkzeugschneiden tragenden Werkzeugkopfteil 4, besteht. Im Schaftteil 3 ist neben einer in bekannter Weise ausgeführte Telemetrieeinheit 5, ein in zentraler Mittellage liegendes Elektronikteil 6 sowie der mit dieser gekoppelte motorische Antriebsteil 7 für eine ebenfalls axiale, anch dem Werkzeugkopfteil hin platzierte, durch eine Sicherheitskupplung 8 mit dem Antriebsteil 7 verbundene Kreiseleinheit 9 angeordnet. Die Kreiseleinheit 9 wird über die Sensorik 10 in Verbindung mit der Steuerungselektronik durch die rotierende Masse des Kreisels eine etwaige Änderung der Winkellage der Drehachse des Zerspanungswerkzeuges schwingungsdämpfend korrigieren.

Claims

Rotierend arbeitendes mechatronisches Werkzeugsystem für die Fräs- und Bohrbearbeitung, bei dem das aktive, aus Aufnahmeteil, Schaftteil und Werkzeugkopfteil gebildete Werkzeugelement in seiner relativen Arbeitslage stabilisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaftteil des Werkzeuges eine in direkter Abhängigkeit der beim Zerspanungsprozess sich verändernden dynamischen Eigenschaften gesteuerte Kreiseleinheit integriert ist.
Rotierend arbeitendes mechatronisches Werkzeugsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente und auch die Steuerelektronik für die Kreiseleinheit ebenfalls im Schaftteil des Werkzeuges angeordnet sind und deren Energieversorgung durch externe Elektronik bewirkt ist.
Rotierend arbeitendes mechatronisches Werkzeugsystem nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Schwingungserfassung bestimmte Sensorik im Werkzeug oder an der Maschinenspindel angeordnet ist.