DE102006005092A1

DE102006005092A1 - Einrichtung zur Werkzeugdämpfung

Info

Publication number: DE102006005092A1
Application number: DE200610005092
Authority: DE
Inventors: Bernd Aschenbach
Original assignee: FERTIGUNGSTECHNIK und ENTWICKL; Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Entwicklung Ev
Current assignee: FERTIGUNGSTECHNIK und ENTWICKL; Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Entwicklung Ev
Priority date: 2006-02-04
Filing date: 2006-02-04
Publication date: 2007-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Torsions- und Radialschwingungen an spanabhebenden und rundlaufend arbeitenden Werkzeugen, insbesondere an Fräsköpfen relativ größeren Durchmessers. Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, schnell umlaufende Zerspanungswerkzeuge, insbesondere Fräsköpfe, hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens zu verbessern, wobei die Entstehung und die Übertragung von durch den Bearbeitungsprozess verursachten Werkzeugsschwingungen unterdrückt und verringert werden sollen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Verwendung von Torsions- bzw. Radialschwingungsdämpfern, die in zylindrischen oder tonnenförmig ausgeführten, kammerartigen Ausnehmungen einer Dämpfungseinheit angeordnet und unter dem Einfluss von Drehzahl bzw. Drehfrequenz radial bzw. axial frei beweglich gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Torsions- und Radialschwingungen an spanabhebenden und rundlaufend arbeitenden Werkzeugen, insbesondere an Fräsköpfen relativ größeren Durchmessers. Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit spanabhebenden Werkzeugen treten beim Bearbeitungsvorgang verschiedenartig verursachte Vibrationen am Werkzeug und auch an der Bearbeitungsmaschine auf, welche sich über die Werkzeughalterung auf die Maschinenteile übertragen und zu verschiedenen Schädigungen an Maschine und Werkstück führen können.
Zur Verringerung des Entstehens und zur Unterdrückung solcher unerwünschten Schwingungen sind bei verschiedenen Werkzeugarten, z. B. bei langauskragenden Bohrstangen, Schwingungstilger eingebaut worden, mit denen die entstandenen, durch die Spanabnahme verursachten Werkzeugschwingungen reduziert und die am Werkzeug zur Wirkung gelangten Schwingungskräfte vermieden werden.
Als Schwingungstilger kommen dabei sowohl mechanisch als auch hydraulisch arbeitende Wirkelemente zum Einsatz. Bei mechanisch wirkenden Vibrations- bzw. Schwingungsdämpfern hat sich vor allem der Einbau von Elementen aus Schwermetallen bewährt, mit denen auf die Entstehung und Größe der Schwingungsamplitude hingewirkt werden konnte.
Bei Fräswerkzeugen, insbesondere größerer Abmessungen, haben bislang die Probleme der Vibrationsdämpfung aus verschiedenen Gründen keine nennenswerte Bedeutung gefunden, weil die Werkzeugmasse und die danach stabil genug ausgelegte Werkzeugaufnahme keine den Bearbeitungsprozess beeinträchtigenden Auswirkungen zeigten. Anders bei solchen Werkzeugen, wie relativ groß ausgelegten Fräsköpfen und/oder solchen, mit denen der Bearbeitungsprozess mit schnell umlaufenden Werkzeugen durchgeführt wird. Dort nehmen die hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten und natürlich die Bearbeitungsparameter der Spanabnahme auf das Erscheinungsbild des Schwingungs- bzw. Vibrationsverhalten unverkennbar großen Einfluss. Die damit auftretenden Nachteile, wie vorzeitiger Werkzeugverschleiß und Beeinträchtigung der Werkstückoberflächenqualität, liegen auf der Hand.
Es wird daher seit geraumer Zeit schon mit mehr oder weniger sichtbarem Erfolg daran gearbeitet, den Bearbeitungsprozess unter den Bedingungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung durch die bessere Beherrschung des Schwingungsverhaltens der Werkzeuge zu qualifizieren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, schnellumlaufende Zerspanungswerkzeuge, insbesondere Fräsköpfe, hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens zu verbessern, wobei die Entstehung und die Übertragung von durch den Bearbeitungsprozess verursachten Werkzeugschwingungen unterdrückt und verringert werden sollen. Vor allem wird angestrebt, die negativen Auswirkungen auf das Ergebnis der spanabtragenden Bearbeitung zu verringern.
Diese Aufgabe wird an einem vorzugsweise für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bestimmten Fräskopf dadurch gelöst, dass in den Werkzeugschaft der Einbau von Zentriefugalpendeltilgern vorgesehen wurde, in der Art und Form, wie das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 dargestellt worden ist.
Dabei kommen bedarfsweise Torsionsschwingungsdämpfer und auch kombiniert arbeitende Torsions- und Radialschwingungsdämpfer zum Einsatz.
Die zugehörige Zeichnung stellt in
1 einen Fräskopf mit angebauter Dämpfungseinheit zur Reduzierung bzw. Dämpfung von Torsionsschwingungen unter Verwendung zylindrischer Tilgerelemente in und entlang eines zylindrischen Hohlraumes und in
2 einen Fräskopf analog 1, jedoch mit einer Dämpfungseinheit für Radialschwingungen, unter Verwendung von kugelförmigen Tilgerelementen in und entlang von tonnenförmigen Hohlräumen
dar.
Nach 1 ist zwischen dem mehr oder weniger auskragenden Einspannschaft 1 und dem Schneidenteil 2 eine ggf. noch axial verstell- und einrichtbare Dämpfungseinheit 3 angeordnet, die auf dem Einspannschaft 1 mit prinzipiell bekannten Mitteln fest arretierbar ist.
Die zweckdienend hier als Ringkörper ausgeführte Dämpfungseinheit 3 trägt, wie die 2 ebenfalls veranschaulicht, mehrere zur Mittenlängsachse des Werkzeuges liegende, jeweils unwuchtneutral angeordnete Längsbohrungen von gleicher oder unterschiedlicher Größe, in denen Tilgerelemente 4 von zylindrischer Form radial freibeweglich angeordnet sind. Die Tilgerelemente 4 bestehen zweckdienend aus Schwermetall und vermögen infolge ihrer relativ großen Masse, das durch das Frequenzspektrum geprägte Erscheinungsbild von Torsionsschwingungen zu beeinflussen und die bei verschiedenen Drehfrequenzen auftretenden Torsionsschwingungen zu reduzieren bzw. zu dämpfen.
Die Tilgerelemente 4 können hierbei zur Beeinflussung jeweils zweier Frequenzbereiche mit unterschiedlich bemessener Masse ausgestattet sein. In der 2 ist andeutungsweise dargestellt, welche Position die Tilgerelemente 4 während der Arbeit des Werkzeuges einnehmen können. Die möglichen Stellungen der Tilgerelemente 4 sind dort strichliniiert eingezeichnet.
Nach 3 und 4 können die Tilgerelemente 4 als Kugelkörper ausgeführt sein. Zur Dämpfung sowohl von Torsionsschwingungen als auch zur Dämpfung von Radialschwingungen sind diese jeweils in einem axial orientierten tonnenförmigen Hohlraum 5 der Dämpfungseinheit 6 angeordnet und vermögen sich dort in den in der Zeichnung der 3 und 4 durch Pfeile angedeuteten Positionen zunächst frei zu bewegen, bis sich innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches der schwingungsdämpfende Effekt eingestellt hat und das Erscheinungsbild der Werkzeugschwingungen bestimmt.
Wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, werden bei diesen Lösungsvorschlägen, anders als beim Stand der Technik, zugleich zwei Frequenzbereiche erfasst, was sich in verschiedener Hinsicht als vorteilhaft darstellt.

Claims

Einrichtung zur Werkzeugdämpfung, insbesondere an mehrschneidigen Fräsköpfen mit in den Werkzeugkörper integrierter, nach dem Grundprinzip eines Zentrifugalpendelpilgers arbeitenden Einrichtung für das Dämpfen von Vibration bzw. Schwingungen, gekennzeichnet durch die Verwendung von Torsions- bzw. Radialschwingungsdämpfern (4), die in zylindrischen oder tonnenförmig ausgeführten, kammerartigen Ausnehmungen einer Dämpfungseinheit (3) angeordnet und unter dem Einfluss von Drehzahl bzw. Drehfrequenz radial bzw. axial frei beweglich gehalten sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgerelemente jeweils zentrisch in der Dämpfungseinheit (3), unwuchtneutral zueinander angeordnet und mit unterschiedlicher Masse ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (3) am Einspannschaft 1 des Werkzeuggrundkörpers axial einstellbar und über elastisch wirkende Dämpfungspuffer befestigt ist.