DE102008052326B4 - Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks - Google Patents

Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks Download PDF

Info

Publication number
DE102008052326B4
DE102008052326B4 DE102008052326A DE102008052326A DE102008052326B4 DE 102008052326 B4 DE102008052326 B4 DE 102008052326B4 DE 102008052326 A DE102008052326 A DE 102008052326A DE 102008052326 A DE102008052326 A DE 102008052326A DE 102008052326 B4 DE102008052326 B4 DE 102008052326B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tool
tool holder
piezoelectric shear
shear transducer
bearing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102008052326A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102008052326A1 (de
Inventor
Hans-Jürgen Roscher
Anett Rennau
Andrea Stoll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102008052326A priority Critical patent/DE102008052326B4/de
Publication of DE102008052326A1 publication Critical patent/DE102008052326A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102008052326B4 publication Critical patent/DE102008052326B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B06B1/0618—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B47/00—Constructional features of components specially designed for boring or drilling machines; Accessories therefor
    • B23B47/34—Arrangements for removing chips out of the holes made; Chip- breaking arrangements attached to the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B45/00—Means for securing grinding wheels on rotary arbors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/108—Piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/10—Use of ultrasound

Abstract

Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugaufnahmeelement (2) zum Lager des Werkzeugs, das sich in Richtung einer Hauptachse (10) des Werkzeugshalters (2) erstreckt, und
einen piezoelektrischen Scherwandler (3) zum Erzeugen einer Ultraschalltorsionsschwingung in dem Werkzeugaufnahmeelement (2) um die Hauptachse (10), wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) eine erste Fläche (3a) und eine zweite Fläche (3b), die der ersten Fläche (3a) gegenüberliegt, aufweist, und eine Lagerfläche (2a) des Werkzeugsaufnahmeelements (2) direkt an der ersten Fläche (3a) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) gelagert ist, und mit
einem Lagerelement (8) mit einer ersten Fläche (8a), wobei die zweite Fläche (3b) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) direkt an der ersten Fläche (8a) des Lagerelements (8) gelagert ist, und das Lagerelement (8) eine zweite Fläche (8b) aufweist, die der ersten Fläche (8a) des Lagerelements (8) gegenüberliegt, wobei eine Gegenmasse (7) an der zweiten Fläche (8b) des Lagerelements (8) gelagert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugaufnahmeelement zum Lagern des Werkzeugs, das sich in Richtung einer Hauptachse des Werkzeughalters erstreckt, eine entsprechende Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine.
  • Um bestimmte Eigenschaften verschiedener Materialien zu nutzen nimmt die Bedeutung der Bearbeitung von auch schwer zerspanbaren Materialien immer mehr zu. Bei derartigen Materialien können bei der herkömmlichen spanenden Bearbeitung wie z. B. Bohren oder Drehen lange Fließspäne entstehen. Diese lassen sich nur schwer vom Werkzeug entfernen und setzen dieses unter ungünstigen Bedingungen sogar zu. Bei besonderen Verfahren wie z. B. dem Tieflochbohren kommt dem Problem der Spanentfernung mit zunehmender Bohrlochtiefe besondere Bedeutung zu. Die spanende Bearbeitung bestimmter Materialien ist mit herkömmlichen Verfahren somit besonders aufwändig und kostenintensiv. Für bestimmte Materialien lässt sich somit eine hohe Fertigungsqualität und hohe Produktivität meist nicht realisieren.
  • Um bei der spanenden Bearbeitung die Spanbrucheigenschaften zu verbessern und die Zerspankräfte zu reduzieren wurde eine ultraschallgestützte Bearbeitung vorgeschlagen. Hierbei werden Ultraschallschwingungen zusätzlich zum konventionellen Bearbeitungsprozess eingeleitet und regen das Werkzeug zu Schwingungen in Richtung der Werkzeugachse bzw. in Richtung der Vorschubbewegung des Werkzeugs an. Hierzu wurde insbesondere das ultraschallunterstützte Bohren vorgeschlagen, bei dem eine Ultraschallschwingung in Bohrrichtung überlagert wird.
  • Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Ultraschallschwingung als Schnittbewegung zu verwenden, wobei noch zusätzlich eine Rotationsbewegung überlagert ist. Diese Rotationsbewegung dient im Wesentlichen dem Spanabtransport. Bei derartigen Verfahren wird beispielsweise ein partikelbestücktes Stiftwerkzeug mit geometrisch unbestimmter Schneide verwendet und dieses Werkzeug über das Werkstück geführt. Bei diesen Verfahren ist es nachteilig, dass eine besondere Werkzeugmaschine zur Durchführung konzipiert werden muss und aufgrund des geringen Materialabtrags keine hohe Schnittleistung erreicht werden kann.
  • Aus der Druckschrift DE 41 04 350 A1 ist beispielsweise eine Ultraschallbearbeitungsmaschine bekannt, bei der ein Bearbeitungskopf am Ende einer Hauptwelle befestigt ist. An dem Bearbeitungskopf ist ein piezoelektrischer Wandler angeordnet, wobei am Ende des Bearbeitungskopfes ein Werkzeug befestigt ist. Dieses Werkzeug wird zunächst gedreht und auf das Werkstück gepresst, wodurch ein Bohrvorgang eingeleitet wird. Nachdem eine Bohrung einer vorgegebenen Tiefe erzeugt wurde, wird das Werkzeug zum weiteren Eindringen in das Werkstück in Ultraschallschwingung versetzt. Diese Ultraschallschwingung liefert die nötige Schnittkraft, wobei das bekannte Verfahren im Besonderen zum Bohren kleiner Löcher in Keramik oder ähnlichem geeignet ist.
  • Aus der Druckschrift DE 101 08 575 A1 eine Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung mit einem vorderen Körper und einem hinteren Körper bekannt. Der vordere Körper ist aus mehreren Teilen aufgebaut, wobei an einem Endabschnitt ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Bohrer oder dergleichen. befestigt ist. Der vordere Körper ist über einen Flansch an einer Werkzeugmaschine gelagert. Der hintere Körper, der über einen Bolzen an dem vorderen Körper festgespannt ist, weist piezoelektrische Elemente auf, die zusammen mit Elektrodenplatten durch einen Bolzen zusammengeklemmt sind. Diese piezoelektrischen Elemente bilden einen Ultraschallwandler vom Langevin-Typ, wobei dieser Ultraschallwandler axialsymmetrisch zu dem vorderen Körper aufgebaut ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks der eingangs genannten Art anzugeben, wobei in einfacher Weise eine hohe Produktivität insbesondere für schwer zerspanbare Materialien erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt. Es wird somit offenbart ein Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugaufnahmeelement zum Lagern des Werkzeugs, das sich in Richtung einer Hauptachse des Werkzeugshalters erstreckt, und einem piezoelektrischen Scherwandler zum Erzeugen einer Ultraschalltorsionsschwingung in dem Werkzeugaufnahmeelement um die Hauptachse.
  • Der piezoelektrische Scherwandler weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt, wobei eine Lagerfläche des Werkzeugsaufnahmeelements direkt an der ersten Fläche des piezoelektrischen Scherwandlers gelagert ist.
  • Werkzeughalter weist ein Lagerelement mit einer ersten Fläche auf, wobei die zweite Fläche des piezoelektrischen Scherwandlers direkt an der ersten Fläche des Lagerelements gelagert ist.
  • Das Lagerelement weist eine zweite Fläche auf, die der ersten Fläche des Lagerelements gegenüberliegt, wobei eine Gegenmasse an der zweiten Fläche des Lagerelements gelagert ist.
  • Das Lagerelement ist an einem Gehäuse des Werkzeughalters gelagert.
  • Das Werkzeugaufnahmeelement, der piezoelektrische Scherwandler und die Gegenmasse sind lösbar an dem Lagerelement gelagert.
  • Die Flächen des Werkzeugaufnahmeelements, des piezoelektrischen Scherwandlers, der Gegenmasse und des Lagerelements erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse und das Werkzeugaufnahmeelement, der piezoelektrische Scherwandler und die Gegenmasse sind in Richtung der Hauptachse gegen das Lagerelement vorgespannt, um einen reibschlüssigen Kontakt zwischen den Flächen des Werkzeugaufnahmeelements des piezoelektrischen Scherwandlers des Lagerelements und der Gegenmasse zu schaffen.
  • Das Lagerelement ist plattenförmig ausgebildet. Das Lagerelement ist in einem Torsionsschwingungsknoten angeordnet.
  • Der piezoelektrische Scherwandler ist mehrschichtig ausgebildet.
  • Der piezoelektrische Scherwandler ist mehrschichtig mit einer geraden Anzahl von Schichten ausgebildet.
  • Der piezoelektrische Scherwandler ist mehrschichtig senkrecht zur Hauptachse ausgebildet.
  • Der piezoelektrische Scherwandler ist konzentrisch zur Hauptachse ausgebildet.
  • Der piezoelektrische Scherwandler ist konzentrisch zur Hauptachse mit einer ungeraden Anzahl von Elementen ausgebildet.
  • Die Elemente des piezoelektrischen Scherwandlers sind konzentrisch symmetrisch zur Hauptachse angeordnet.
  • Werkzeughalter weist eine Werkzeugmaschinenaufnahme zum Lagern des Werkzeughalters an einer Werkzeugmaschine auf.
  • Die Werkzeugmaschinenaufnahme weist eine Antriebseinrichtung auf zum Antreiben des Werkzeughalters um die Hauptachse.
  • Werkzeughalter weist eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des piezoelektrischen Scherwandlers auf, wobei eine Torsionsfrequenz gemäß der Resonanz des Werkzeughalters erzeugt wird.
  • In bevorzugter Weise ist der piezoelektrische Scherwandler ein piezokeramischer Scherwandler.
  • Weiterhin wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem vorgenannten Werkzeughalter sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer derartigen Werkzeugmaschine. Es wird somit offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine, die einen Werkzeughalter, aufweist, wobei einer Schneidbewegung des Werkzeugs eine Ultraschalltorsionsschwingung um eine Hauptachse des Werkzeughalters überlagert wird.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In der Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Ausführungsform eines Werkzeughalters mit einem Werkzeugaufnahmeelement und einer Werkzeugmaschinenaufnahme,
  • 2a eine Ausführungsform eines Werkzeughalters mit einem Werkzeugaufnahmeelement ohne Gehäuse,
  • 2b eine Schnittansicht senkrecht zur Hauptachse durch die Ebne des piezoelektrischen Scherwandlers.
  • Der in der 1 gezeigte Werkzeughalter weist ein Werkzeughalteelement 2 zum Lagern eines (nicht gezeigten) Werkzeugs auf. Das Werkzeug wird an dem Werkzeugaufnahmeelement derart gelagert, dass es sich in Richtung der Hauptachse 10 erstreckt. Der Werkzeughalter umfasst weiterhin ein Gehäuse 9 und eine Werkzeugmaschinenaufnahme 6. Die Werkzeugmaschinenaufnahme 6 dient zum Verbinden des Werkzeughalters 2 an einer (nicht gezeigten) Werkzeugmaschine, wobei eine Antriebseinrichtung beispielsweise in Form einer Antriebsspindel vorgesehen ist und den gesamten Werkzeughalter drehend um die Hauptachse 10 antreibt. Hierzu wird beispielsweise ein Bohrer konzentrisch zu der Hauptachse 10 an dem Werkzeugaufnahmeelement 2 gelagert und über die Werkzeugmaschinenaufnahme 6 drehend zur Schneidbearbeitung (Bohren) angetrieben.
  • An dem Werkzeughalter ist ein plattenförmiges Lagerelement 8 vorgesehen, das jeweils zwei gegenüberliegende Flächen 8a und 8b aufweist. Auf einer entsprechenden ersten Fläche 8a des Lagerelements ist ein piezoelektrischer Scherwandler 3 als Schwingungs-Aktor gelagert. In der Ausführungsform ist der piezoelektrische Scherwandler ein piezokeramischer Scherwandler.
  • In Richtung der Hauptachse 10 ist auf einer gegenüberliegenden Fläche des piezoelektrischen Scherwandlers 3 das Werkzeugaufnahmeelement 2 gelagert. Zum Massenausgleich des piezoelektrischen Scherwandlers 3 und des Werkzeugaufnahmeelements 2 ist eine Gegenmasse 7 vorgesehen.
  • Wie in der 1 gezeigt, ist das Lagerelement 8 zwischen dem Werkzeugaufnahmeelement 2 und dem piezoelektrischen Scherwandler 3 auf der einen Seite und der Gegenmasse 7 auf der anderen Seite angeordnet. Die Gegenmasse 7, der piezoelektrische Scherwandler 3 und das Werkzeugaufnahmeelement 2 werden in Richtung der Hauptachse 10 gegen die genannten Flächen des plattenförmigen Lagerelements vorgespannt, so dass eine reibschlüssige Verbindung zwischen den anliegenden Flächen entsteht. Eine derartige Vorspannung wird beispielsweise durch die Verwendung einer mechanischen Vorspanneinrichtung 5 in Form einer Durchgangsschraube realisiert.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gegenmasse 7 in dem Gehäuse 9 aufgenommen, wobei das Werkzeugaufnahmeelement 2 und der piezoelektrische Scherwandler 3 von dem Gehäuse 9 vorsteht.
  • Der piezoelektrische Scherwandler erfährt durch die elektrische Anregung durch eine Elektrode 4 eine Scherdeformation, d. h. dass Grund- und Deckfläche des Wandlers quer zueinander verschoben werden. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Herstellung des Wandlers die Polarisationsrichtung senkrecht zur Ansteuerung (Richtung des anregenden elektrischen Feldes) eingestellt wird.
  • Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die Deckfläche des piezoelektrischen Scherwandlers 3 als die gezeigte erste Fläche 3a ausgebildet, wobei eine Lagerfläche 2a des Werkzeugaufnahmeelements 2 direkt an der ersten Fläche 3a des piezoelektrischen Scherwandlers 3 gelagert ist. Die Grundfläche des piezoelektrischen Scherwandlers 3 ist als zweite Fläche 3b dargestellt und direkt an der ersten Fläche 8a des Lagerelements gelagert.
  • Bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Scherwandlers 3 über die Elektrode 4 wird durch den Scherwandler 3 eine Torsionsschwingung erzeugt, diese Torsionsschwingung erfolgt um die Hauptachse 10 und wird bei der Verwendung des Werkzeughalters mit beispielsweise einem Bohrer der Schneidbewegung des Bohrers durch den Antrieb über die Werkzeugsmaschine überlagert.
  • Durch das gezeigte Ausführungsbeispiels wird ein Werkzeughalter geschaffen, bei dem mit minimal zusätzlichem Aufwand eine Torsionsschwingung in der Bearbeitungszone erzeugt wird, wodurch die Spanentfernung verbessert, die Schnittkraft reduziert und die Oberflächenrauhigkeit verbessert wird. Der Werkzeughalter kann als Modul an einer konventionellen Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der piezoelektrische Scherwandler 3 in dem Werkzeughalter integriert und es wird auf einfache Weise eine Torsionsschwingung erzeugt. Die Einkopplung dieser Torsionsschwingung erfolgt direkt in das Werkzeugaufnahmeelement 2. Das plattenförmige Lagerelement 8 ist bei der gezeigten Ausführungsform in einem Torsionsschwingungsknoten angeordnet, so dass keine Einkopplung der Ultraschallschwingung über das Gehäuse 9 in die Werkzeugmaschine erfolgt.
  • Der piezoelektrische Scherwandler 3 ist mehrschichtig und konzentrisch zur Hauptachse ausgebildet. Bei der Übereinanderschichtung der Wandler ist die Schwingungsrichtung der Scherdeformation zu beachten. Die Wandler werden so angeordnet, dass sich die Schwingungskomponenten der Einzelwandler in Torsionsrichtung vorzeichenrichtig addieren.
  • Gemäß der Ausführungsform werden die Elemente des Werkzeughalters und die Torsionsfrequenz zur Ansteuerung des Scherwandlers im Hinblick auf einen Betrieb in Eigenresonanz aufeinander abgestimmt.
  • Die Ausführungsform offenbart einen Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugaufnahmeelement 2 zum Lagern des Werkzeugs, das sich in Richtung einer Hauptachse 10 des Werkzeugshalters 2 erstreckt, und einem piezoelektrischen Scherwandler 3 zum Erzeugen einer Ultraschalltorsionsschwingung in dem Werkzeugaufnahmeelement 2 um die Hauptachse 10. Der piezoelektrische Scherwandler 3 weist eine erste Fläche 3a und eine zweite Fläche 3b auf, die der ersten Fläche 3a, bezogen auf die Hauptachse 10, gegenüberliegt. Eine Lagerfläche 2a des Werkzeugsaufnahmeelements 2 ist direkt an der ersten Fläche 3a des piezoelektrischen Scherwandlers 3 gelagert.
  • Ein Lagerelement 8 ist an einem Gehäuse 9 des Werkzeughalters gelagert. Das Lagerelement 8 ist plattenförmig ausgebildet. Das Werkzeugaufnahmeelement 2, der piezoelektrische Scherwandler 3 und die Gegenmasse 7 sind lösbar an dem Lagerelement 8 gelagert. Das Lagerelement 8 ist mit einer ersten Fläche 8a direkt an der zweiten Fläche 3b des piezoelektrischen Scherwandlers 3 gelagert ist. Das Lagerelement 8 weist eine zweiten Fläche 8b auf, die der ersten Fläche 8a des Lagerelements 8, bezogen auf die Hauptachse 10, gegenüberliegt. Eine Gegenmasse 7 ist an der zweiten Fläche 8b des Lagerelements 8 gelagert.
  • Gemäß der Ausführungsform erstrecken sich die Flächen 2a, 3a, 3b, 8a, 8b, 7a des Werkzeugaufnahmeelements 2 des piezoelektrischen Scherwandlers 3 der Gegenmasse 7 und des Lagerelements 8 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 10. Das Werkzeugaufnahmeelement 2 der piezoelektrische Scherwandler 3 und die Gegenmasse 7 sind in Richtung der Hauptachse 10 gegen das Lagerelement 8 vorgespannt, um einen reibschlüssigen Kontakt zwischen den Flächen 2a, 3a, 3b, 8a, 8b, 7a des Werkzeugaufnahmeelements 2 des piezoelektrischen Scherwandlers 3 des Lagerelements 8 und der Gegenmasse 7 zu schaffen. Das Lagerelement 8 ist in einem Torsionsschwingungsknoten angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der piezoelektrische Scherwandler 3 mehrschichtig ausgebildet. Der piezoelektrische Scherwandler ist insbesondere mehrschichtig mit einer geraden Anzahl von Schichten, beispeisweise paarweise, ausgebildet. Der piezoelektrische Scherwandler 3 mehrschichtig senkrecht zur Hauptachse 10 ausgebildet.
  • Die 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform bei welcher der piezoelektrische Scherwandler 3 konzentrisch zur Hauptachse 10 ausgebildet ist. Wie in der 2b gezeigt, ist der piezoelektrische Scherwandler 3 konzentrisch zur Hauptachse 10 mit einer ungeraden Anzahl von Elementen, beispeisweise mindestens drei, ausgebildet. Elemente des piezoelektrischen Scherwandlers 3 konzentrisch symmetrisch zur Hauptachse 10 angeordnet, d. h. in 120° Teilung bei drei Elementen.
  • Gemäß der Ausführungsform ist eine Werkzeugmaschinenaufnahme 6 zum Lagern des Werkzeughalters 2 an einer Werkzeugmaschine ausgebildet. Die Werkzeugmaschinenaufnahme 6 weist eine Antriebseinrichtung auf zum Antreiben des Werkzeughalters um die Hauptachse 10.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der piezoelektrische Scherwandler 3 ein piezokeramischer Scherwandler.
  • Gemäß der Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des piezoelektrischen Scherwandlers 3 vorgesehen, wobei eine Torsionsfrequenz gemäß der Resonanz des Werkzeughalters erzeugt wird. Gemäß der Ansteuerung wird einer Schneidbewegung des Werkzeugs eine Ultraschalltorsionsschwingung um eine Hauptachse 10 des Werkzeughalters 2 überlagert.

Claims (18)

  1. Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugaufnahmeelement (2) zum Lager des Werkzeugs, das sich in Richtung einer Hauptachse (10) des Werkzeugshalters (2) erstreckt, und einen piezoelektrischen Scherwandler (3) zum Erzeugen einer Ultraschalltorsionsschwingung in dem Werkzeugaufnahmeelement (2) um die Hauptachse (10), wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) eine erste Fläche (3a) und eine zweite Fläche (3b), die der ersten Fläche (3a) gegenüberliegt, aufweist, und eine Lagerfläche (2a) des Werkzeugsaufnahmeelements (2) direkt an der ersten Fläche (3a) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) gelagert ist, und mit einem Lagerelement (8) mit einer ersten Fläche (8a), wobei die zweite Fläche (3b) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) direkt an der ersten Fläche (8a) des Lagerelements (8) gelagert ist, und das Lagerelement (8) eine zweite Fläche (8b) aufweist, die der ersten Fläche (8a) des Lagerelements (8) gegenüberliegt, wobei eine Gegenmasse (7) an der zweiten Fläche (8b) des Lagerelements (8) gelagert ist.
  2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, wobei das Lagerelement (8) an einem Gehäuse (9) des Werkzeughalters gelagert ist.
  3. Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkzeugaufnahmeelement (2), der piezoelektrische Scherwandler (3) und die Gegenmasse (7) lösbar an dem Lagerelement (8) gelagert sind.
  4. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Flächen (2a, 3a, 3b, 8a, 8b, 7a) des Werkzeugaufnahmeelements (2) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) der Gegenmasse (7) und des Lagerelements (8) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (10) erstrecken und das Werkzeugaufnahmeelement (2) der piezoelektrische Scherwandler (3) und die Gegenmasse (7) in Richtung der Hauptachse (10) gegen das Lagerelement vorgespannt sind, um einen reibschlüssigen Kontakt zwischen den Flächen (2a, 3a, 3b, 8a, 8b, 7a) des Werkzeugaufnahmeelements (2) des piezoelektrischen Scherwandlers (3) des Lagerelements (8) und der Gegenmasse (7) zu schaffen.
  5. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lagerelement (8) plattenförmig ausgebildet ist.
  6. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lagerelement (8) in einem Torsionsschwingungsknoten angeordnet ist.
  7. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) mehrschichtig ausgebildet ist.
  8. Werkzeughalter nach Anspruch 7, wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) mehrschichtig mit einer geraden Anzahl von Schichten ausgebildet ist.
  9. Werkzeughalter nach Anspruch 7 oder 8, wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) mehrschichtig senkrecht zur Hauptachse (10) ausgebildet ist.
  10. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) konzentrisch zur Hauptachse (10) ausgebildet ist.
  11. Werkzeughalter nach Ansprüche 10, wobei der piezoelektrische Scherwandler (3) konzentrisch zur Hauptachse (10) mit einer ungeraden Anzahl von Elementen ausgebildet ist.
  12. Werkzeughalter nach Ansprüche 11, wobei die Elemente des piezoelektrischen Scherwandlers (3) konzentrisch symmetrisch zur Hauptachse (10) angeordnet sind.
  13. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Werkzeugmaschinenaufnahme (6) zum Lager des Werkzeughalters (2) an einer Werkzeugmaschine.
  14. Werkzeughalter nach Anspruch 13, wobei die Werkzeugmaschinenaufnahme (6) eine Antriebseinrichtung aufweist zum Antreiben des Werkzeughalters um die Hauptachse (10).
  15. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des piezoelektrischen Scherwandlers (3), wobei eine Torsionsfrequenz gemäß der Resonanz des Werkzeughalters erzeugt wird.
  16. Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der piezoelektrische Scherwandler ein piezokeramischer Scherwandler ist.
  17. Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks, wobei die Werkzeugmaschine einen Werkzeughalter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
  18. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine, die einen Werkzeughalter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist, wobei einer Schneidbewegung des Werkzeugs eine Ultraschalltorsionsschwingung um eine Hauptachse (10) des Werkzeughalters (2) überlagert wird.
DE102008052326A 2008-10-20 2008-10-20 Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks Active DE102008052326B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008052326A DE102008052326B4 (de) 2008-10-20 2008-10-20 Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008052326A DE102008052326B4 (de) 2008-10-20 2008-10-20 Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008052326A1 DE102008052326A1 (de) 2010-04-22
DE102008052326B4 true DE102008052326B4 (de) 2013-09-19

Family

ID=42035013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008052326A Active DE102008052326B4 (de) 2008-10-20 2008-10-20 Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008052326B4 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013103843A1 (de) * 2013-04-16 2014-10-16 Audi Ag Verfahren zur Herstellung einer Werkstückoberfläche
DE102013007957B3 (de) * 2013-05-08 2014-10-30 Technische Universität München Vorrichtung zur Erzeugung einer rotatorischen Ultraschallschwingung an einem Werkzeug
DE102013210199A1 (de) * 2013-05-31 2014-12-04 Sauer Ultrasonic Gmbh Werkzeug
RU2548344C2 (ru) * 2013-06-27 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для ультразвуковой обработки
DE102015109882A1 (de) 2015-06-19 2016-12-22 Technische Universität München Fügewerkzeug

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB713339A (en) * 1951-07-17 1954-08-11 Nat Res Dev Improvements in and relating to piezo-electric transducers
JPS62292306A (ja) * 1986-06-11 1987-12-19 Junichiro Kumabe 精密振動穴加工方法
DE4104350A1 (de) * 1990-02-14 1991-08-22 Brother Ind Ltd Ultraschall-maschine und ultraschall-bearbeitungsverfahren
JPH07108401A (ja) * 1993-10-12 1995-04-25 Nikon Corp 超音波ねじり振動を用いた振動切削ユニット
JPH07164217A (ja) * 1993-12-15 1995-06-27 Nikon Corp 超音波振動切削工具及び超音波振動切削加工装置
DE10108575A1 (de) * 2000-02-24 2001-08-30 Fuji Ultrasonic Engineering Co Ultraschallschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
AT410768B (de) * 2001-02-27 2003-07-25 Herwig Dr Mayer Vorrichtung an sich drehenden werkzeugen
EP1958719A1 (de) * 2005-11-25 2008-08-20 Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion Ultraschallschwingungsbearbeitungsverfahren und durch das verfahren hergestellter faserverstärkter harz

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB713339A (en) * 1951-07-17 1954-08-11 Nat Res Dev Improvements in and relating to piezo-electric transducers
JPS62292306A (ja) * 1986-06-11 1987-12-19 Junichiro Kumabe 精密振動穴加工方法
DE4104350A1 (de) * 1990-02-14 1991-08-22 Brother Ind Ltd Ultraschall-maschine und ultraschall-bearbeitungsverfahren
JPH07108401A (ja) * 1993-10-12 1995-04-25 Nikon Corp 超音波ねじり振動を用いた振動切削ユニット
JPH07164217A (ja) * 1993-12-15 1995-06-27 Nikon Corp 超音波振動切削工具及び超音波振動切削加工装置
DE10108575A1 (de) * 2000-02-24 2001-08-30 Fuji Ultrasonic Engineering Co Ultraschallschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
AT410768B (de) * 2001-02-27 2003-07-25 Herwig Dr Mayer Vorrichtung an sich drehenden werkzeugen
EP1958719A1 (de) * 2005-11-25 2008-08-20 Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion Ultraschallschwingungsbearbeitungsverfahren und durch das verfahren hergestellter faserverstärkter harz

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008052326A1 (de) 2010-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1669148B1 (de) Werkzeugeinheit zur ultraschallunterstützten rotativen Bearbeitung
DE102008052326B4 (de) Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks
DE102006016290A1 (de) Mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug
DE102006007787A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenförmigen Ausnehmung in einem Werkstück
DE102008056682B4 (de) Fräs- und Entgratwerkzeug
EP1612018B1 (de) Werkzeug zur Bearbeitung eines mineralischen Untergrundes
EP2509747B1 (de) Elektrodenschleifvorrichtung
EP2995417B1 (de) Vorrichtung zur montage mindestens eines eine ausnehmung für eine welle aufweisenden funktionselements
DE102020108067A1 (de) Dehnspannhülse und Dehnspannfutter
DE102013007957B3 (de) Vorrichtung zur Erzeugung einer rotatorischen Ultraschallschwingung an einem Werkzeug
EP2509746B1 (de) Anordnung zum schleifen von elektroden und schleifscheibe
DE102018216339A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung von Werkstücken mittels Rührreibschweißen
DE102020208876A1 (de) Aktor, Werkzeugmaschine und Verfahren zum spanenden Bearbeiten
DE102008032280B4 (de) Werkzeug
CH699038B1 (de) Werkzeugmaschine.
EP3720651B1 (de) Werkzeugmaschine und bearbeitungswerkzeug dafür
EP2177296A1 (de) Dehnspanneinrichtung
EP3670046A1 (de) Mitnehmereinrichtung
DE102013215258A1 (de) Modulares schaftwerkzeug
DE2016787A1 (de) Bearbeitungsverfahren und Vorrichtung zu seiner Anwendung
DE102016107244A1 (de) Hydraulische Dehnspanneinrichtung
DE2632663A1 (de) Verfahren und werkzeug zum herstellen von runden loechern
DE102023207042A1 (de) Werkzeugspannfutter für ein rotierendes Werkzeug
EP4029636A1 (de) Werkzeuggrundkörper und zerspanungswerkzeug
WO2020035230A1 (de) Gewindefräswerkzeug

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative
R020 Patent grant now final

Effective date: 20131220

R084 Declaration of willingness to licence