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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter, insbesondere einen Werkzeughalter für die Ultraschallbearbeitung.
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Bei einer herkömmlichen Ultraschall-Bearbeitungsmaschine ist eine Überschall-Vibrationseinheit so auf einer rotierenden Hauptwelle montiert, dass die von der Ultraschallwelle erzeugte Hochfrequenz-Vibration über einen Werkzeughalter auf ein Werkzeug übertragen wird, wodurch das Werkzeug sowohl die Hochgeschwindigkeitsrotation als auch die Ultraschall-Hochfrequenzvibration für verschiedene Schleif- und Schneidvorgänge erfüllt, insbesondere für die Präzisionsbearbeitung von harten und spröden Materialien.
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Bei der Bearbeitung mit einer Ultraschall-Bearbeitungsmaschine schwingt die Schneidefläche des Bearbeitungswerkzeugs kontinuierlich mit hoher Frequenz und trennt die Schneidspäne, wodurch die nachteiligen Auswirkungen, die durch die hohe Temperatur und den hohen Druck zwischen den Schneidspänen und der Schneidefläche des Bearbeitungswerkzeugs verursacht werden, erheblich verbessert werden. Darüber hinaus wird eine unebene Oberflächenstruktur verhindert, der Schnittwiderstand und die Bearbeitungsbelastung verringert, die Spanabfuhr effektiv verbessert und die Schnittarbeit auf der bearbeiteten Oberfläche effektiv verbessert.
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Wenn die Ultraschall-Bearbeitungsmaschine in Betrieb ist, wird die Vibration von der Ultraschall-Vibrationseinheit erzeugt und über den Werkzeughalter zur Werkzeugnase übertragen, um eine Ultraschall-Hochfrequenz-Vibrationsbearbeitung an einem Werkstück durchzuführen. Zusätzlich zu der Ultraschall-Hochfrequenzvibration arbeiten die verschiedenen Komponenten der Ultraschall-Bearbeitungsmaschine während des Ultraschall-Bearbeitungsvorgangs in Kontakt miteinander, wodurch unvermeidlich unerwartete Vibrationen erzeugt werden. Diese unerwartete Vibration und die Ultraschall-Hochfrequenzvibration stören sich gegenseitig, was wiederum den Bearbeitungsvorgang beeinflusst und die Produktgenauigkeit negativ beeinflusst.
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Bei länglichen Werkzeughaltern oder bei Kombinationswerkzeughaltern, wie jene, die aus
US 1 520 528 A ,
US 2 716 030 A und
US 8 821 084 B2 bekannt sind, treten oft Probleme bezüglich der Materialsteifigkeit und der Präzision des Werkzeughalters auf, wenn ein hohes Schlankheitsverhältnis (L/D) angewendet wird, was zu einer schlechten Bearbeitungsqualität oder einer Bearbeitungsunfähigkeit führt. Dies sind die Probleme, die derzeit bei Bearbeitungsmaschinen auftreten. Wenn der oben genannte Werkzeughalter bei einer Ultraschallbearbeitungsmaschine verwendet wird, wird die Situation, in der sich die Ultraschallschwingung und die unerwartete Schwingung gegenseitig stören, schlimmer, da der Übertragungsweg der Ultraschall-Hochfrequenzschwingungsquelle verlängert wird. Der Werkzeughalter wird durch hochfrequente Ultraschallschwingungen beeinflusst, was zu einer gekoppelten Schwingung führt. Außerdem ist es schwierig, die maximale Amplitudenpunktposition verschiedener Vibrationsfrequenzen an der Werkzeugspitzenposition zu steuern, was zu einer unerwünschten Schneidleistung führt, wie zum Beispiel einer schlechten Werkstückoberfläche und einem unerwünschten Überschreiten der Toleranzen bei bearbeiteten Werkstücken. Ferner kann Verschleiß an Maschinen und Werkzeugen auftreten, wobei im schlimmsten Fall irreparable Schäden verursacht werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die obengenannten Probleme zu verringern oder zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter bereit, bei dem der Übertragungsweg der Ultraschall-HochfrequenzSchwingungsquelle effektiv verkürzt werden kann, wobei vermieden wird, dass der Werkzeughalter durch hochfrequente Ultraschallschwingungen beeinträchtigt wird und unerwartete Vibrationen erzeugt werden, und wobei die überragende Oberflächengüte und die hohe Bearbeitungspräzision des Werkstücks erhalten bleiben.
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Der erfindungsgemäße Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter kann die Steifigkeit des Werkzeughalters verbessern und Probleme mit hohem Schlankheitsgrad bzw. aufgrund der Verlängerung vermeiden, die zu einer Verringerung der Steifigkeit und einer Zunahme von seitlichem Ausweichen führt. Erfindungsgemäß kann das Schlankheitsverhältnis verkürzt werden. Wie in 3 gezeigt ist, wird das Schlankheitsverhältnis (L1/D) des Werkzeughalters (ohne Ultraschallschwingungseinheit) auf das Schlankheitsverhältnis (L/D) des Werkzeughalters (mit Ultraschallschwingungseinheit) reduziert. Zur gleichen Zeit kann die Länge des Werkzeughalters kontinuierlich verlängert werden und das Schlankheitsverhältnis wird auf einem festen Wert von L/D gehalten, wobei diese nicht auf die Länge von L1 beschränkt ist.
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Der erfindungsgemäße Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter ist insbesondere zur Verwendung in einem länglichen Werkzeughalter oder einem Kombinationswerkzeughalter geeignet.
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Gemäß der Erfindung wird ein Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter bereitgestellt, der in einer Bearbeitungsmaschine verwendet wird, die eine Stromquelle durch eine Spindel liefert, wobei der Werkzeughalter aufweist: einen Schaft, der in der Spindel aufgenommenen ist, wobei eine leitfähige Scheibe an dem Schaft angeordnet und elektrisch mit der Spindel verbunden ist, um den Strom zur leitfähigen Scheibe zu leiten; eine Werkzeugaufnahme, die mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung versehen ist, die einen Teil eines Werkzeugs aufnehmen und befestigen kann; und eine Ultraschallschwingungseinheit, die in der Werkzeugaufnahme befestigt ist, wobei die Ultraschallschwingungseinheit elektrisch mit der leitfähigen Scheibe verbunden ist, um die elektrische Energie zu empfangen und eine Hochfrequenzschwingung zu erzeugen, wobei die Hochfrequenzschwingung über die Werkzeugaufnahmebohrung an das Werkzeug übertragbar ist.
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Gemäß der Erfindung kann die Werkzeugaufnahme ferner aufweisen: ein Spannfutter, in dem die Werkzeugaufnahmebohrung ausgebildet und das mit einer Mehrzahl von Axialrillen versehen ist, die parallel zueinander verlaufen und an einem Ende offen sind, wobei eine Vielzahl von elastischen Klauenteilen zwischen den mehreren Axialrillen angeordnet ist; und ein Verriegelungselement, wobei, wenn das Verriegelungselement verriegelt ist, die elastischen Klauenteile vorgespannt und elastisch verformt sind, um das im Inneren des Spannfutters montierte Werkzeug festzuklemmen.
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Gemäß der Erfindung kann der Schaft innen mit einem mit der Werkzeugaufnahme kommunizierenden Kabelführungsloch versehen sein, wobei die leitfähige Scheibe über ein Kabel, das durch das Kabelführungsloch verläuft, elektrisch mit der Ultraschallschwingungseinheit verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung kann ferner ein Verlängerungshülsenmodul vorgesehen sein, das zwischen dem Schaft und der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung kann das Verlängerungshülsenmodul dergestalt ein Modul-Steckerteil und ein Modul-Buchsenteil aufweisen, dass die Verlängerungshülsenmodule Ende an Ende verbunden sein können.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalters,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt A aus 1 und
- 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalters.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, wird ein erfindungsgemäßer Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter in einer Bearbeitungsmaschine verwendet, die eine Stromquelle durch eine Spindel (nicht gezeigt) liefert. Der Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter weist auf: einen Schaft 10, der in der Spindel aufgenommenen ist, wobei eine leitfähige Scheibe 11 an dem Schaft 10 angeordnet und elektrisch mit der Spindel verbunden ist, um den Strom zur leitfähigen Scheibe 11 zu leiten; eine Werkzeugaufnahme 20, die mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung 21 versehen ist, die einen Teil eines Werkzeugs (nicht gezeigt, z. B. eines Werkzeuggriffs) aufnehmen und befestigen kann; und eine Ultraschallschwingungseinheit 30, die in der Werkzeugaufnahme 20 befestigt ist, wobei die Ultraschallschwingungseinheit 30 elektrisch mit der leitfähigen Scheibe 11 verbunden ist, um die elektrische Energie zu empfangen und eine Hochfrequenzschwingung zu erzeugen, wobei die Hochfrequenzschwingung über die Werkzeugaufnahmebohrung 21 an das Werkzeug übertragbar ist. Die obige Konfiguration kann den Übertragungsweg der Ultraschall-Hochfrequenzschwingungsquelle effektiv verkürzen.
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Der Schaft 10 weist einen Konusabschnitt 15 auf, der so konfiguriert ist, dass er in einer Spindel einer Bearbeitungsmaschine aufgenommen werden kann, so dass der Werkzeughalter und die Spindel miteinander fluchten und axial fest miteinander verbunden sind. Die äußere Konfiguration des Schaftes 10 ist so konfiguriert, dass der Werkzeughalter in einem automatisierten Werkzeugwechselsystem verwendet werden kann.
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Die Werkzeugaufnahme 20 kann im Wesentlichen ein zylindrisches Bauteil sein und weist ein Spannfutter 22 auf. Die Werkzeugaufnahmebohrung 21 ist im Inneren des Spannfutters 22 ausgebildet. Das Spannfutter 22 ist mit einer Mehrzahl von Axialrillen 23 versehen, die parallel zueinander verlaufen und an einem Ende offen sind. Eine Vielzahl von elastischen Klauenteilen 24 ist zwischen den mehreren Axialrillen 23 angeordnet. Ein Verriegelungselement 25 ist an dem äußeren Abschnitt des Spannfutters 22 angeordnet. Wenn das Verriegelungselement 25 verriegelt ist, werden die elastischen Klauenteile 24 vorgespannt und elastisch verformt, um das im Inneren des Spannfutters 22 montierte Werkzeug festzuklemmen. Die oben beschriebene Art zum Einspannen des Werkzeugs durch das Spannfutter 22 ist nicht die einzige Option. Der Fachmann sollte in der Lage sein, andere Methoden zum Einspannen von Werkzeugen zu verwenden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalters ist der Schaft 10 innen mit einem mit der Werkzeugaufnahme 20 kommunizierenden Kabelführungsloch 12 versehen. Die leitfähige Scheibe 11 ist über ein Kabel 13, das durch das Kabelführungsloch 12 verläuft, elektrisch mit der Ultraschallschwingungseinheit 30 verbunden. Zwischen der leitfähigen Scheibe 11 und der Spindel der Bearbeitungsmaschine kann eine kontaktlose leitende Verbindung verwendet werden, beispielsweise eine elektromagnetische Induktion usw. Natürlich kann zwischen der leitfähigen Scheibe 11 und der Spindel der Bearbeitungsmaschine auch eine kontaktleitende Verbindung von zwei Elektroden verwendet werden, wobei die elektrische Energie der Stromquelle der leitfähigen Scheibe 11 als Kohlebürste zugeführt werden kann, was hier nicht näher beschrieben wird.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallbearbeitungswerkzeughalters. Zwischen dem Schaft 10 und der Werkzeugaufnahme 20 ist ferner mindestens ein Verlängerungshülsenmodul 40 vorgesehen, das ein Modul-Steckerteil 41 und ein Modul-Buchsenteil 42 aufweist. Der Schaft 10 weist einen Schaft-Steckerteil 14 auf, wobei die Werkzeugaufnahme 20 mit einem entsprechenden Schaft-Buchsenteil 26 versehen ist. Über das Verlängerungshülsenmodul 40 sind der Schaft 10 und die Werkzeugaufnahme 20 miteinander verbunden. Die Verlängerungshülsenmodule 40 können Ende an Ende verbunden sein. Abhängig von den Verarbeitungsanforderungen wird die Anzahl der zu verwendenden Verlängerungshülsenmodule 40 gewählt, um die Länge des Werkzeughalters einzustellen.
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Bei dem durch die Erfindung bereitgestellten Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter ist die Ultraschallschwingungseinheit 30 in der Werkzeugaufnahme 20 zum Fixieren des Werkzeugs angeordnet, wobei der Übertragungsweg der Ultraschall-HochfrequenzSchwingungsquelle effektiv verkürzt werden kann. Damit wird verhindert, dass der Werkzeughalter durch hochfrequente Ultraschallschwingungen beeinträchtigt wird und unerwartete Vibrationen erzeugt werden. Gleichzeitig wird das Problem der unzureichenden Steifigkeit gelöst, die durch den herkömmlichen Werkzeughalter mit der hohen Schlankheit nicht lösbar ist. Ferner bleiben die überragende Oberflächengüte und die hohe Bearbeitungspräzision des Werkstücks erhalten. Insbesondere für längliche Werkzeughalter oder Kombinationswerkzeughalter mit verlängerter Länge ist der erfindungsgemäße Ultraschallbearbeitungswerkzeughalter geeignet.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung für einen Fachmann in naheliegender Weise ergeben, sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 1520528 A [0005]
- US 2716030 A [0005]
- US 8821084 B2 [0005]
