DE102004056716B4 - Werkzeughalteeinrichtung und Werkzeugmaschine mit einer Werkzeughaltevorrichtung, insbesondere zum Tieflochbohren - Google Patents

Werkzeughalteeinrichtung und Werkzeugmaschine mit einer Werkzeughaltevorrichtung, insbesondere zum Tieflochbohren Download PDF

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Abstract

Werkzeughalteeinrichtung mit einer Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) zum Halten eines Bohrwerkzeugs (a), insbesondere eines konventionellen Bohrers, einem Träger (2), an dem die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) gelagert ist, einem Ultraschallschwingungsgenerator (3) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, die auf die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) aufgebracht wird, wobei die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) in Richtung einer Drehachse (X) des Bohrwerkzeugs (a) schwingbar an dem Träger (2) gelagert ist, die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) einen Werkzeugaufnahmeabschnitt (4), einen Widerlagerabschnitt (5) und einen Verbindungsabschnitt (6) aufweist, der Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) in Richtung der Drehachse (X) von dem Widerlagerabschnitt (5) beabstandet ist, und der Verbindungsabschnitt (6) sich in Richtung der Drehachse (X) erstreckt und den Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) mit dem Widerlagerabschnitt (5) verbindet, und sich der Verbindungsabschnitt (6) durch den Ultraschallgenerator (3) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) zwischen dem Widerlagerabschnitt (5) und einem Lagerabschnitt (7) des Trägers (2) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Werkzeugmaschine mit einer Werkzeughaltevorrichtung, insbesondere zum Tieflochbohren.
  • Das Bohren eines Loches in ein Werkstück gehört zu den spanenden Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden. Bei einem spanenden Verfahren werden vom Werkstück durch das Werkzeug Späne auf mechanischem Wege abgetrennt, um eine bestimmte Werkstückform zu erreichen. Unter Bohren versteht man das Spanen mit ein- oder mehrschneidigem Werkzeug, wobei der Drehbewegung des Bohrwerkzeuges um eine Drehachse eine Vorschubbewegung entlang der Drehachse überlagert wird, und sich so das Bohrwerkzeug in das Werkstück schneidet und eine Bohrung schafft bzw. eine bereits vorhandene Bohrung bearbeitet.
  • Ein Problem des Bohrens besteht darin, die erzeugten Späne aus dem Bohrloch abzutransportieren. Dieses Problem gewinnt an Bedeutung mit der Länge des Bohrlochs. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Span kurzbrüchig ist. Bei schwer spanbaren Werkstoffen läßt sich ein kurzbrüchiger Span jedoch nicht in einfacher Weise erreichen. Weiterhin kann die Spanabfuhr durch die Verwendung eines Kühlmittels oder eine Schmierung verbessert werden.
  • Durch die ständig im Eingriff stehende Werkzeugschneide beim Bohren können bei duktilen Werkstoffen sehr lange Fließspäne entstehen. Diese lassen sich nur schwer vom Werkzeug entfernen und setzen es unter ungünstigen Bedingungen sogar zu. Die Probleme der Spanentfernung nehmen dabei mit zunehmender Bohrlochtiefe zu. Weiterhin stellt die Bearbeitung; insbesondere von schwer spanbaren Materialien, die immer mehr an Bedeutung gewinnen, den Fertigungstechniker vor große Zerspanungsprobleme. Die geforderte Qualität und notwendige Produktivität können durch auftretende erhöhte Zerspankräfte; verbunden mit erhöhtem Werkzeugverschleiß bis hin zum Werkzeugbruch, aber auch ungünstigen Spanbildungsmechanismen meist nicht realisiert werden.
  • Bei besonders tiefen Bohrungen ist es zum Teil notwendig, diese in mehreren Stufen auszuführen, d. h. den Bohrvorgang zu unterbrechen, den Bohrer aus dem Bohrloch zurückzuziehen, um das Bohrloch von Spänen zu reinigen und nachfolgend den Bohrer wieder einzuführen, um den Bohrvorgang fortzusetzen. Eine derartige stufenweise Bohrung erhöht die Bearbeitungszeit jedoch erheblich, so daß eine entsprechende Bohrung hohe Kosten verursacht.
  • Weiterhin sind im Stand der Technik Bearbeitungsverfahren bekannt, bei denen Ultraschallschwingungen der Drehbewegung des Werkzeugs überlagert werden, so daß die Ultraschallschwingung als Schnittbewegung dient. Bei diesen Verfahren werden partikelbestückte Stiftwerkzeuge verwendet, die eine geometrisch unbestimmte Schneide bilden. Diese Werkzeuge benötigen in der Regel speziell angepasste Maschinentechnik und erlauben aufgrund des geringen Materialabtrags gegenüber dem Spanen mit einer geometrisch bestimmten Schneide nur eine geringe Produktivität.
  • Eine Werkzeughalteeinrichtung mit einer Bohrwerkzeughaltevorrichtung zum Halten eines Bohrwerkzeugs der gattungsgemäßen Art ist aus der Druckschrift US 3,614,484 bekannt. Diese bekannte Werkzeughalteeinrichtung für ein Bohrwerkzeug ist als eigenständiges Modul ausgeführt und wird an einer konventionellen Bohrmaschine angebracht. Diese Halteeinrichtung umfaßt ein Hülsenelement, an dem ein Bohrer befestigt wird. In dieses Hülsenelement erstreckt sich ein Wellenabschnitt, der mit der Bohrspindel der Bohrmaschine koaxial verbunden wird. Der Wellenabschnitt ist mit dem Hülsenelement durch einen dünnen Flansch verbunden, der sich radial nach innen, vom Hülsenelement ausgehend, im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse erstreckt. Ein Stirnabschnitt des Wellenabschnitts liegt an dem Flanschabschnitt an und wird durch eine der Drehachse koaxial angeordnete Schraube gesichert. Eine Verbindung zwischen dem Hülsenelement und dem Wellenabschnitt erfolgt durch gegenüberliegende radiale Verschraubungen. Diese Verschraubung ist beabstandet von dem Stirnabschnitt des Wellenabschnitts angeordnet, wobei diese Verschraubung bezüglich der axialen Erstreckung des Wellenabschnitts zwischen dem Stirnabschnitt und den Piezoaktoatoren angeordnet ist. Diese Piezoaktoatoren sind auf dem Hülsenelement gelagert und mit diesem durch eine Überwurfmutter verspannt. Die spezielle Verbindung des Wellenabschnitts mit dem Hülsenelement durch den Flansch sowie die radiale Verschraubung erlaubt es, eine Drehbewegung von der Bohrspindel auf den Bohrer zu übertragen, wobei das Hülsen element, welches den Bohrer halt, in axialer Richtung schwingen kann. Durch die Piezoaktoatoren wird eine Ultraschallschwingung in axialer Richtung aufgebracht, wobei diese Piezoaktoatoren im Wesentlichen in dem Hülsenelement, d. h. in dem schwingenden Teil integriert sind, und so eine Schwingung im Resonanzbereich der Einrichtung entsteht.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeughalteeinrichtung der eingangs genannten Art sowie eine Werkzugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei auf einfache und kostengünstige Weise eine hohe Bohrleistung erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Werkzeughalteeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Weiterhin wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Werkzeughalteeinrichtung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Werkzeughalteeinrichtung.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Werkzeughalteeinrichtung. Diese Werkzeughalteeinrichtung weist einen Spindelbefestigungsabschnitt 9 auf, der in üblicher Weise zur Befestigung an einem Spindelantrieb eines Bearbeitungszentrums (nicht gezeigt) ausgebildet ist. Dieser Spindelbefestigungsabschnitt 9 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse X ausgebildet. Dieser Spindelbefestigungsabschnitt 9 ist an einem Gehäuseabschnitt 8 befestigt bzw. ausgebildet. Der Gehäuseabschnitt 8 des Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und symmetrisch bezüglich der Drehachse X angeordnet. In diesem Gehäuseabschnitt 8 ist ein Ultraschallschwingungsgenerator 3 sowie ein Teil einer Bohr werkzeughaltevorrichtung 1 aufgenommen, wie dies nachfolgend noch im Detail erläutert wird. Der Gehäuseabschnitt 8 wird durch einen Deckel 7 verschlossen, wie dies in 1 gezeigt ist. Der Spindelbefestigungsabschnitt 9, der Gehäuseabschnitt 8 sowie der als Deckel ausgebildete Lagerabschnitt 7 bilden einen Träger 2, an dem die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 gelagert ist.
  • Die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 umfaßt einen Werkzeugaufnahmeabschnitt 4, einen Widerlagerabschnitt 5 und einen Verbindungsabschnitt 6, der den Widerlagerabschnitt 5 mit dem Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 verbindet. Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls symmetrisch zu der Drehachse X ausgebildet und weist einen Basisabschnitt und einen Vorsprungsabschnitt auf, wie dies in 1 gezeigt ist. Die beiden Abschnitte des Werkzeugaufnahmeabschnitts 4 sind jeweils im zylindrisch ausgebildet, wobei der Vorsprungsabschnitt eine Öffnung koaxial zu der Drehachse X aufweist, in der ein Bohrwerkzeug a eingesetzt werden kann. Der Basisabschnitt des Werkzeughalteabschnitts 4 ist an dem Lagerdeckel 7 gelagert.
  • Der Verbindungsabschnitt 6 erstreckt sich in eine Öffnung des Werkzeughalteabschnitts 4, wobei dieser Verbindungsabschnitt 6 ebenfalls im wesentlichen zylindrisch und koaxial zu der Drehachse X ausgebildet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Widerlagerabschnitt 5 scheibenförmig und integral mit dem Verbindungsabschnitt 6 ausgebildet und ebenfalls symmetrisch zu der Drehachse X. Dieser Widerlagerabschnitt 5 erstreckt sich in radialer Richtung bezüglich der Drehachse X, wobei zwischen dem Widerlagerabschnitt 5 und dem Lagerdeckel 7 der Ultraschallschwingungsgenerator 3 angeordnet ist.
  • Der in 1 gezeigte Ultraschallschwingungsgenerator 3 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und koaxial zu der Drehachse X angeordnet, wobei sich der Verbindungsabschnitt 6 durch eine zentrale Öffnung des Ultraschallschwingungsgenerators 3 erstreckt. Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 wird, wie in 1 gezeigt, durch den Widerlagerabschnitt 5 an dem Lagerdeckel 7 festgehalten.
  • Die Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist mit einer Kühlmitteleinrichtung versehen, die einen Kühlmittelkanal 10 umfaßt, der koaxial zu der Drehachse X angeordnet ist. Dieser Kühlmittelkanal 10 wird zumindest teilweise durch eine Hülse bestimmt, die sich durch den Spindelaufnahmeabschnitt 9, den Widerlagerabschnitt 5 in den Verbindungsabschnitt 6 erstreckt, so daß unter Druck stehendes Kühlmittel zu dem Teil des Kühlmittelkanals zugeführt werden kann, der direkt in dem Verbindungsabschnitt 6 ausgebildet ist und sich in Richtung zu dem Bohrwerkzeug a erstreckt. Ausgehend von dem Kühlmittelkanal 10 wird das Kühlmittel in bekannter Weise (nicht im Detail dargestellt) zu dem Bohrwerkzeug a und der Bearbeitungsstelle zugeführt.
  • Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 ist als piezokeramischer Schwinger ausgebildet und erzeugt eine Ultraschallschwingung, im wesentlichen in Richtung der Drehachse X.
  • In der Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, kann mit einem konventionellen Bohrer als Bohrwerkzeug a verwendet werden und ist insbesondere für das Tieflochbohren einsetzbar. Dabei wird, wie beim konventionellen Bohren, der Drehbewegung des Bohrwerkzeugs eine Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse X überlagert. Dieser Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse wird eine Ultraschallschwingung überlagert. Dabei ist die Amplitude der Schwingung im wesentlichen in Richtung der Drehachse X gerichtet und die Schwingung wird in entsprechender Weise durch den Ultraschallschwingungsgenerator 3 erzeugt und direkt in die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 eingekoppelt.
  • Die Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist für das ultraschallunterstützte Bohren bzw. Tiefbohren einsetzbar, wobei die Drehbewegung mit Drehzahlen bis zu 10.000 U/min ausgeführt wird und die innere Kühlmittelzufuhr durch hohe Drücke bis 150 bar erfolgt bzw. erfolgen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Wirkprinzip des konventionellen Bohrens bzw. des Tieflochbohrens mit der Ultraschallschwingung als zusätzliches Wirkprinzip überlagert. Das Bohrwerkzeug wird dabei zusätzlich zu seiner Rotation in axiale Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen erfolgen dabei mit einer Frequenz im Ultraschallbereich, d. h. mit Frequenzen größer als 16 KHz.
  • Bei dem Bohrverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Vorschubbewegung die orthogonal zu der Schneidrichtung ist, durch eine axial gerichtete Schwingung im Bohrer überlagert. Somit werden die Schneidkanten (geometrisch bestimmte Schneide) des Bohrwerkzeugs a durch die axiale Schwingung in Vorschubrichtung bewegt, so daß sich die axiale Schwingung und die Vorschubbewegung addieren. Auf diese Weise überlagern sich beide Geschwindigkeiten. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird eine maximale Schwingungsgeschwindigkeit bis zu 150 m/min erzeugt, wobei eine relativ kleine Amplitude von 10 μm und eine Frequenz im Bereich von 40 KHz verwendet wird.
  • Es ist offensichtlich, daß die Schnittgeschwindigkeit an der Schneidkante mit dem Werkzeugradius abnimmt. Die Schnittgeschwindigkeit ist tangential zum Werkzeug, insbesondere zur Schneidkante gerichtet, so daß die Schnittgeschwindigkeit auf der Drehachse X Null ist. Die überlagerte Ultraschallschwingung jedoch ist unabhängig von dem Werkzeugradius und somit konstant über den ganzen Bereich der Schneidkante. Daraus ergibt sich eine Schnittgeschwindigkeit auf der Drehachse X und eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit in Bereichen radial beabstandet von der Drehachse X.
  • Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Bohrwerkzeugs a gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Ultraschallwellenlänge. Dadurch ergibt sich, daß sich an beiden Enden des Werkzeugs ein lokales Amplitudenmaximum ergibt, so daß die Zerspanung verbessert ist. Der Bohrvorgang wird dabei unter Resonanzbedingungen durchgeführt. In praktischen Fallen lässt sich dies Resonanzbedingung nicht immer exakt erreichen, doch es ist vorteilhaft, die Bohrbearbeitung nahe der genannten Resonanzbedingung durchzuführen.
  • Durch die Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein ultraschallunterstütztes Bohren an einer konventionellen Werkzeugmaschine durchzuführen, wobei die Werkzeughalteeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel auf die Bohrspindel der Werkzeugmaschine aufgesetzt wird. Die Energieversorgung und Steuerung des Ultraschallgenerators hat dabei über entsprechende Schleifkontakte Erfolg.
  • Weiterhin schafft die Werkzeughalteeinrichtung bzw. das Bohrverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, tiefe Bohrungen mit speziellen Tiefbohrwerkzeugen wie Einlippenbohrer unter der Nutzung des zusätzlichen Wirkmechanismus des Ultraschalls bei Einhaltung der erforderlichen hohen Kühlschmierstoffdrücke von bis zu 150 bar zu realisieren. Dabei können auch die erforderlichen hohen Drehzahlen, insbesondere für das Arbeiten mit kleinen Bohrungsdurchmessern, realisiert werden.
  • Das erste Ausführungsbeispiel beschreibt ein Modul zur Ergänzung der konventionellen Maschinentechnik, wodurch ein wirtschaftliches und kostengünstiges Bearbeitungsverfahren geschaffen wird. Durch die Überlagerung der konventionellen mechanischen Zerspanung mit der Ultraschallschwingung treten in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften der zu spanenden Materialien eine Verbesserung des Spanbruches und Spanabtransportes, eine Verringerung der Vorschubkräfte und/oder der Bearbeitungstemperaturen, eine Standzeiterhöhung der Bohrwerkzeuge und vermindertes Werkzeugversagen, eine Verbesserung der Prozeßstabilität und Oberflächenqualität und eine Verminderung der Gratbildung, insbesondere beim Bohreraustritt auf.
  • In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Werkzeughalteeinrichtung gezeigt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist in seinen wesentlichen Elementen identisch mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, so daß nachfolgend nur die wesentlichen Unterschiede beschrieben werden.
  • Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Bohrwerkzeug a eine, zur Drehachse X koaxiale Öffnung auf, in die ein Vorsprungsabschnitt der Halteeinrichtung 1 aufgenommen ist.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine maximale Schwingungsgeschwindigkeit von 50 bis 80 m/min erzeugt, wobei eine relativ kleine Amplitude von 5 bis 10 μm und eine Frequenz von 25 KHz verwendet wird.
  • Die Ausführungsbeispiele zeigen eine Werkzeughalteeinrichtung mit einer Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 zum Halten eines Bohrwerkzeugs a, insbesondere eines konventionellen Bohrers, einem Träger 2, an dem die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 gelagert ist, und einem Ultraschallschwingungsgenerator 3 zum Erzeugen einer Ultra schallschwingung, die auf die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 aufgebracht wird, wobei die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 in Richtung einer Drehachse X des Bohrwerkzeugs a schwingbar an dem Träger 2 gelagert ist.
  • Die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 weist einen Werkzeugaufnahmeabschnitt 4, einen Widerlagerabschnitt 5 und einen Verbindungsabschnitt 6 auf. Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 ist in Richtung der Drehachse X von dem Widerlagerabschnitt 5 beabstandet. Der Verbindungsabschnitt 6 erstreckt sich in Richtung der Drehachse X und verbindet den Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 mit dem Widerlagerabschnitt 5, wobei sich der Verbindungsabschnitt 6 durch den Ultraschallgenerator 3 erstreckt. Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 ist zwischen dem Widerlagerabschnitt 5 und einem Lagerabschnitt 7 des Trägers 2 angeordnet ist. Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4, der Verbindungsabschnitt 6 und der Widerlagerabschnitt 5 sind symmetrisch bezüglich der Drehachse X ausgebildet.
  • Eine Kühlmittelzufuhreinrichtung ist vorgesehen, die einen Kühlmittelzufuhrkanal 10 aufweist, der sich durch den Widerlagerabschnitt 5, den Verbindungsabschnitt 6 und den Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 erstreckt. Der Kühlmittelzufuhrkanal 10 ist koaxial zu der Drehachse X angeordnet.
  • Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 weist eine Werkzeugaufnahmeöffnung auf, in die das Bohrwerkzeug a drehfest und unverschiebbar einsetzbar ist.
  • Alternativ weist der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 einen Werkzeugbefestigungsvorsprung auf, der in eine Öffnung des Bohrwerkzeugs a drehfest und unverschiebbar einsetzbar ist.
  • Der Träger 2 weist einen Gehäuseabschnitt 8 auf, und der Ultraschallschwingungsgenerator 3 in dem Gehäuseabschnitt 8 aufgenommen ist. Weiterhin weist der Träger 2 einen Spindelbefestigungsabschnitt 9 auf.
  • Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 ist ein piezokeramischer Schwingungsgenerator. Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 erzeugt eine Ultraschallschwingung. Die Bohrerlänge entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der halben Ultraschallwellen länge. Der Ultraschallschwingungsgenerator 3 ist zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung mit einer Amplitude in Richtung der Drehachse X vorgesehen. Insbesondere ist der Ultraschallschwingungsgenerator 3 zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung mit einer maximalen Schwingungsgeschwindigkeit von 50 m/min bis 150 m/min und einer Amplitude von 5 μm bis 10 μm bei einer Frequenz von 20 bis 40 KHz vorgesehen.
  • Die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 ist für ein Bohrwerkzeug mit einem Radius bis zu 5 mm und einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 45 vorgesehen ist.
  • Ausführungsbeispiele können mit einer konventionellen Werkzeugmaschine, insbesondere zum Tieflochbohren, verwendet werden. Die Werkzeugmaschine weist auf eine Werkzeughalteeinrichtung mit einer Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 zum Halten eines Bohrwerkzeugs a, einen Träger 2, an dem die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 gelagert ist, eine erste Antriebseinrichtung zum Drehen der Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 um eine Drehachse X, und eine zweiten Antriebseinrichtung zum Verschieben der Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 in Richtung der Drehachse X. Weiterhin ist ein Ultraschallschwingungsgenerator 3 zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, die auf die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 aufgebracht wird angeordnet, wobei die Bohrwerkzeughaltevorrichtung 1 in Richtung der Drehachse X schwingbar an dem Träger 2 gelagert ist.
  • Weiterhin zeigen die Ausführungsbeispiele ein Bohrverfahren, insbesondere zum Tieflochbohren, wobei ein Bohrwerkzeug a um eine Drehachse X drehend angetrieben wird, und in Richtung der Drehachse X in ein Werkstück verschoben wird, und eine Ultraschallschwingung erzeugt wird, die auf das Bohrwerkzeug a in Richtung der Drehachse X aufgebracht wird. Die Ultraschallschwingung und die Verschiebung des Bohrwerkzeugs a in Richtung der Drehachse X werden überlagert.
  • Ein ganzzahliges Vielfaches der halben Ultraschallwellenlänge der Ultraschallschwingung entspricht einer Bohrerlänge. Die Ultraschallschwingung wird mit einer Amplitude in Richtung der Drehachse X erzeugt. Die Ultraschallschwingung weist eine maximale Schwingungsgeschwindigkeit von 50 m/min bis 150 m/min und einer Amplitude von 5 μm bis 10 μm bei einer Frequenz von 20 bis 40 KHz auf.
  • Das Bohrwerkzeug weist einen Radius bis zu 5 mm und einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 45 auf.
  • In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4, der Deckel 7, der Gehäuseabschnitt 8 und der Spindelbefestigungsabschnitt 9 als einzelne Elemente ausgebildet, die miteinander verbunden sind. Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen können der Werkzeugaufnahmeabschnitt 4 und der Deckel 7 und/oder der Gehäuseabschnitt 8 und der Spindelbefestigungsabschnitt 9 auch integral ausgeführt sein.

Claims (14)

  1. Werkzeughalteeinrichtung mit einer Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) zum Halten eines Bohrwerkzeugs (a), insbesondere eines konventionellen Bohrers, einem Träger (2), an dem die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) gelagert ist, einem Ultraschallschwingungsgenerator (3) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, die auf die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) aufgebracht wird, wobei die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) in Richtung einer Drehachse (X) des Bohrwerkzeugs (a) schwingbar an dem Träger (2) gelagert ist, die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) einen Werkzeugaufnahmeabschnitt (4), einen Widerlagerabschnitt (5) und einen Verbindungsabschnitt (6) aufweist, der Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) in Richtung der Drehachse (X) von dem Widerlagerabschnitt (5) beabstandet ist, und der Verbindungsabschnitt (6) sich in Richtung der Drehachse (X) erstreckt und den Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) mit dem Widerlagerabschnitt (5) verbindet, und sich der Verbindungsabschnitt (6) durch den Ultraschallgenerator (3) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) zwischen dem Widerlagerabschnitt (5) und einem Lagerabschnitt (7) des Trägers (2) angeordnet ist.
  2. Werkzeughalteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmeabschnitt (4), der Verbindungsabschnitt (6) und der Widerlagerabschnitt (5) symmetrisch bezüglich der Drehachse (X) ausgebildet sind.
  3. Werkzeughalteeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlmittelzufuhreinrichtung vorgesehen ist, die einen Kühlmittelzufuhrkanal (10) aufweist, der sich durch den Widerlagerabschnitt (5), den Verbindungsabschnitt (6) und den Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) erstreckt.
  4. Werkzeughalteeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzufuhrkanal (10) koaxial zu der Drehachse (X) angeordnet ist.
  5. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) eine Werkzeugaufnahmeöffnung aufweist, in die das Bohrwerkzeug (a) drehfest und unverschiebbar einsetzbar ist.
  6. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmeabschnitt (4) einen Werkzeugbefestigungsvorsprung aufweist, der in eine Öffnung des Bohrwerkzeugs (a) drehfest und unverschiebbar einsetzbar ist.
  7. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) einen Gehäuseabschnitt (8) aufweist, und der Ultraschallschwingungsgenerator (3) in dem Gehäuseabschnitt (8) aufgenommen ist.
  8. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) einen Spindelbefestigungsabschnitt (9) aufweist.
  9. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) ein piezokeramischer Schwingungsgenerator ist.
  10. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) eine Ultraschallschwingung erzeugt, wobei die Bohrerlänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Ultraschallwellenlänge entspricht.
  11. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung mit einer Amplitude in Richtung der Drehachse (X) vorgesehen ist.
  12. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungsgenerator (3) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung mit einer maximalen Schwingungsgeschwindigkeit von 50 m/min bis 150 m/min und einer Amplitude von 5 μm bis 10 μm bei einer Frequenz von 20 bis 40 KHz vorgesehen ist.
  13. Werkzeughalteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrwerkzeughaltevorrichtung (1) für ein Bohrwerkzeug mit einem Radius bis zu 5 mm und einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von bis zu 45 vorgesehen ist.
  14. Werkzeugmaschine, insbesondere zum Tieflochbohren, mit: einer Werkzeughalteeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, einer ersten Antriebseinrichtung zum Drehen der Werkzeughalteeinrichtung um die Drehachse (X), und einer zweiten Antriebseinrichtung zum Verschieben der Werkzeughalteeinrichtung in Richtung der Drehachse (X).
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