DE102023207042A1

DE102023207042A1 - Tool chuck for a rotating tool

Info

Publication number: DE102023207042A1
Application number: DE102023207042.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Müller; Philipp Esch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2023-07-25
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugspannfutter für ein rotierendes Werkzeug, das eine Spindelschnittstelle zum Andocken des Werkzeugspannfutters an eine Maschinenspindel, eine Werkzeugschnittstelle zur Aufnahme des rotierenden Werkzeugs und ein Verbindungselement, das die Werkzeugschnittstelle und die Spindelschnittstelle miteinander verbindet, aufweist. Dabei umfasst das Verbindungselement einen Aktuator, mit dem eine rotatorische Schwingung der Werkzeugschnittstelle relativ zu der Spindelschnittstelle erzeugbar ist.The invention relates to a tool chuck for a rotating tool, which has a spindle interface for docking the tool chuck to a machine spindle, a tool interface for receiving the rotating tool and a connecting element that connects the tool interface and the spindle interface to one another. The connecting element comprises an actuator with which a rotational oscillation of the tool interface relative to the spindle interface can be generated.

Description

Bei der mechanischen Bearbeitung (Zerspanung) von metallischen Werkstoffen findet der Materialabtrag in Form von definierten Spänen statt. Innerhalb der Zerspanstelle entstehen aufgrund der hohen Umformgrade und Umformgeschwindigkeit hohe Temperaturen, die den Werkstückwerkstoff erweichen und verformbar machen. Diese als Duktilität bezeichnete Eigenschaft führt zu nachteilig langen Spänen, die die Bearbeitung negativ beeinträchtigen. Lange Späne können mit dem Werkzeug verklemmen oder sich um dieses schlingen. In Konsequenz muss der Prozess gestoppt werden oder bei einem Werkzeugbruch das Werkzeug getauscht werden.During the mechanical processing (machining) of metallic materials, the material is removed in the form of defined chips. Due to the high degrees of deformation and the deformation speed, high temperatures arise within the machining point, which soften the workpiece material and make it deformable. This property, known as ductility, leads to disadvantageously long chips that negatively affect machining. Long chips can jam or wrap around the tool. As a result, the process must be stopped or the tool must be replaced if the tool breaks.

Um gezielt einen Spanbruch zu erzeugen, kann das Werkzeug im Prozess kurz zurückgezogen werden. Durch diesen Freilauf wird die Null-Spanungsdicke erreicht, sodass keine Stofftrennung mehr stattfindet. Die Spanerzeugung wird also kurz durch Umkehr der Vorschubrichtung und Rückhub unterbrochen. Das Verfahren wird auch Spechten oder Spechtbohren genannt. Steuerungsseitig sind entsprechende Programmmakros notwendig, welche diesen Vorgang entsprechend parametrieren. Nachteilig ist, dass der Prozess hierdurch länger dauert und das Werkzeug mehrfach erneut die Bohrstelle ansetzt. Nachstehend ist ein Beispiel benannt, wie ein entsprechendes Bohrmakro aufgebaut ist.

G83 X Y L R Q P F
X Y : Location of the hole
L : Number of holes to repeat is G91 (incremental mode) is used
R : Position of the R plane
Q: Peck amount
P : Dwell at the last peck in seconds
F : Feed Rate
Z : Target depth
G83 X-0.5 Y-1.0 Z-3.5 Q0.375 R0.1 F48.
Quelle: Programming Efficient Peck Drilling Cycle |HSM Machining (zero-divide.net)

In order to specifically create a chip break, the tool can be briefly withdrawn during the process. This freewheel achieves zero chip thickness so that material separation no longer occurs. The chip production is therefore briefly interrupted by reversing the feed direction and return stroke. The process is also called woodpeckering or woodpecker drilling. Appropriate program macros are required on the control side, which parameterize this process accordingly. The disadvantage is that the process takes longer and the tool repeats the drilling point several times. Below is an example of how a corresponding drilling macro is structured.

G83 XYLRQPF
XY: Location of the hole
L : Number of holes to repeat is G91 (incremental mode) is used
R : Position of the R plane
Q: Peck amount
P : Dwell at the last peck in seconds
F: Feed rate
Z: Target depth
G83 X-0.5 Y-1.0 Z-3.5 Q0.375 R0.1 F48.
Source: Programming Efficient Peck Drilling Cycle | HSM Machining (zero-divide.net)

Die Spechtbearbeitung erfüllt den gleichen Zweck wie die beschriebene Erfindung, kann aber dadurch abgegrenzt werden, dass der Spanbruch nicht durch ein funktionales Werkzeugfutter, sondern über die Prozessführung insbesondere der Bewegung der Vorschubachsen erreicht wird.Woodpecker machining fulfills the same purpose as the invention described, but can be differentiated in that the chip breakage is not achieved through a functional tool chuck, but through the process control, in particular the movement of the feed axes.

Alternativ zu einem angepassten NC-Programm konnte eine Veröffentlichung recherchiert werden, welche durch die Veränderung der Motorströme zum Antrieb der Spindel eine der Drehbewegung überlagerte Rotationsschwingung erzeugt. Durch das überlagerte Vor- und Zurückdrehen kann ebenfalls die Spanungsdicke beeinflusst werden. Die Veröffentlichung DE 10 2020 000 401 A1 lehrt die „Aktive Modulation der Speiseströme von Antrieben zur Unterstützung von Zerspanungsprozessen durch Mikroschwingungen“ welche durch eine Drossel zwischen Frequenzumrichter und Motor realisiert werden und durch diese der Spanbruch unterstützt bzw. erleichtert wird. Ähnlich funktioniert auch das Prinzip der Ultraschallüberlagerung, allerdings können beide Prinzipien von der vorgeschlagenen Erfindung dahingehend abgegrenzt werden, dass es sich um Spindelnahe bzw. Spindelintegrierte Lösungen handelt, wohingegen die beschriebene Lösung ein funktionales Spannfutter beschreibt. Beispielhaft legt CN103706835 A und CN202185610 U eine extern an der Bohrspindel montierte Vorrichtung offen, welche Schwingungen über das Gehäuse in den Prozess einleitet.As an alternative to an adapted NC program, a publication could be researched which produces a rotational oscillation superimposed on the rotational movement by changing the motor currents to drive the spindle. The chip thickness can also be influenced by the superimposed turning back and forth. The publication DE 10 2020 000 401 A1 teaches “Active modulation of the supply currents of drives to support machining processes through micro-vibrations”, which are implemented by a choke between the frequency converter and the motor and which support or facilitate chip breaking. The principle of ultrasonic superimposition also works in a similar way, but both principles can be differentiated from the proposed invention in that they are spindle-near or spindle-integrated solutions, whereas the solution described describes a functional chuck. Sets an example CN103706835 A and CN202185610 U A device mounted externally on the drilling spindle is open, which introduces vibrations into the process via the housing.

Lösungen, die der Erfindung am nächsten kommen werden nachfolgend beschrieben. Die Patentfamilien CN113118518 A (vergleiche 1), CN107866585 A und CN205798540 U lehren den Aufbau eines mechanischen Werkzeugfutters in mehrteiliger Ausführung und mit einem seitlichen Stator. Der Aufbau erlaubt eine Überlagerung der linearen Vorschubbewegung mit kleinen Vibrationen, die entweder über Kugellager oder Federn im Halter selbst erzeugt werden. Der Stator ist notwendig, um aus der Drehbewegung der Spindel eine Vibration zu erzeugen, in dem das Futter über eine vom Stator gehaltene Nocke läuft.Solutions that come closest to the invention are described below. The patent families CN113118518 A (compare 1 ), CN107866585 A and CN205798540 U teach the construction of a multi-part mechanical tool chuck with a side stator. The design allows the linear feed movement to be superimposed with small vibrations, which are generated either via ball bearings or springs in the holder itself. The stator is necessary to generate a vibration from the rotation of the spindle by running the chuck over a cam held by the stator.

Im Unterschied zu den vorgenannten Druckschriften findet erfindungsgemäß die Schwingungsüberlagerung nicht axial sondern rotatorisch statt. Zum anderen ist der Aufbau nicht an einen äußeren Stator gebunden. Die Erzeugung der Schwingung erfolgt wie nachfolgend beschrieben auf dem Weg einer internen Aktorik.In contrast to the aforementioned documents, according to the invention the vibration superimposition does not take place axially but rotationally. On the other hand, the structure is not tied to an external stator. The vibration is generated using internal actuators as described below.

Auch die Veröffentlichung US2453136 A (vergleiche 2) offenbart einen Mechanismus zur axialen Schwingungsüberlagerung, welche ebenfalls einen Stator erfordert.Also the publication US2453136 A (compare 2 ) discloses a mechanism for axial vibration superposition, which also requires a stator.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere eine Vorrichtung anzugeben, mit der gezielt ein Spanbruch zur Vermeidung nachteilig langer Späne erzeugt werden kann, ohne dass hierfür ein Stator oder ein externer Aufbau erforderlich wäre.The object of the present invention is to overcome the problems of the prior art and in particular to provide a device with which chip breakage can be specifically produced in order to avoid disadvantageously long chips, without the need for a stator or an external structure.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Werkzeug Spannfutter nach Anspruch 1 und das Werkzeug nach Anspruch 16. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugspannfutters an.The task is solved by the tool chuck according to claim 1 and the tool according to claim 16. The dependent claims specify advantageous developments of the tool chuck according to the invention.

Erfindungsgemäß wird ein Werkzeugspannfutter für rotierendes Werkzeug angegeben. Vorzugsweise ist das Werkzeug ein Werkzeug zur mechanischen Bearbeitung, beispielsweise zur Zerspanung von Werkstoffen. Derartige Werkzeuge können grundsätzlich allen Arten von Bearbeitungszentren, wie zum Beispiel Fräsbearbeitungszentren oder auch Bohrmaschinen sein.According to the invention, a tool chuck for rotating tools is specified. The tool is preferably a tool for mechanical processing, for example for cutting materials. Such tools can basically be all types of machining centers, such as milling machining centers or drilling machines.

Das Werkzeugspannfutter weist erfindungsgemäß eine Spindelschnittstelle zum Andocken des Werkzeugspannfutters an eine Maschinenspindel auf. Die Maschinenspindel kann dabei die Spindel einer Maschine sein, die durch die Maschine zur Rotation angetrieben wird. Zum Beispiel kann die Spindel eine Welle einer Maschine sein, die durch einen Antrieb der Maschine zur Rotation angetrieben wird. Die Spindel ist normalerweise dafür vorgesehen, dass ein Werkzeug an ihr befestigt wird.According to the invention, the tool chuck has a spindle interface for docking the tool chuck to a machine spindle. The machine spindle can be the spindle of a machine that is driven to rotate by the machine. For example, the spindle may be a shaft of a machine that is driven to rotate by a drive of the machine. The spindle is usually designed to have a tool attached to it.

Das erfindungsgemäße Werkzeugspannfutter weist außerdem eine Werkzeugschnittstelle zur Aufnahme des rotierenden Werkzeugs auf. Die Werkzeugschnittstelle kann hierfür Befestigungsmittel aufweisen, an denen das Werkzeug befestigbar ist. Für die Spindelschnittstelle und die Werkzeugschnittstelle ist normalerweise eine Rotationsachse vorgesehen. Vorzugsweise sind die Rotationsachse der Spindelschnittstelle und der Werkzeugschnittstelle koaxial. Befestigungsmittel der Werkzeugschnittstelle, mit denen das Werkzeug an der Werkzeugschnittstelle befestigbar ist, können vorteilhaft jene sein, die das Werkzeugspannfutter der Maschinenspindel aufweist, in oder an dem die Spindelschnittstelle befestigbar ist. Auf diese Weise kann das Werkzeugspannfutter bei einer bestehenden Maschine einfach zwischen das vorhandene Werkzeugspannfutter der Maschinenspindel und das vorhandene rotierende Werkzeug eingesetzt werden. Die Spindelschnittstelle und die Werkzeugschnittstelle können also komplementär sein. Das Werkzeugspannfutter lässt sich aber natürlich in anderen Ausgestaltungen auch zwischen eine vorhandene Maschine und ein vorhandenes Werkzeug einsetzen, wenn Spindelschnittstelle und Werkzeugspannfutter nicht komplementär sind. Hierfür können dann vorzugsweise entsprechende Adapter vorgesehen werden.The tool chuck according to the invention also has a tool interface for receiving the rotating tool. For this purpose, the tool interface can have fastening means to which the tool can be attached. A rotation axis is usually provided for the spindle interface and the tool interface. Preferably, the axis of rotation of the spindle interface and the tool interface are coaxial. Fastening means of the tool interface, with which the tool can be fastened to the tool interface, can advantageously be those which the tool chuck of the machine spindle has, in or on which the spindle interface can be fastened. In this way, the tool chuck on an existing machine can easily be inserted between the existing tool chuck of the machine spindle and the existing rotating tool. The spindle interface and the tool interface can therefore be complementary. The tool chuck can of course also be used in other configurations between an existing machine and an existing tool if the spindle interface and tool chuck are not complementary. Appropriate adapters can then preferably be provided for this purpose.

Erfindungsgemäß weist das Werkzeugspannfutter außerdem ein Verbindungselement auf, das die Werkzeugschnittstelle und die Spindelschnittstelle miteinander verbindet. Vorzugsweise bilden die Spindelschnittstelle, das Verbindungselement und die Werkzeugschnittstelle eine Einheit. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Spindelschnittstelle fest mit dem Verbindungselement, vorzugsweise auch fest mit einem Gehäuse des Verbindungselementes verbunden ist, so dass das Gehäuse des Verbindungselementes fest gegenüber der Spindelschnittstelle ist. Auf diese Weise ist das Verbindungselement zusammen mit der Spindelschnittstelle durch die Maschine als Ganzes drehbar. Dass das Verbindungselement als Ganzes drehbar ist, bedeutet dabei, dass eine Drehung der Spindelschnittstelle zu einer parallelen Bewegung aller Komponenten des Verbindungselementes führt, wobei dieser Bewegung Bewegungen einzelner der Komponenten gegenüber der Spindelschnittstelle und/oder dem Gehäuse überlagert werden können.According to the invention, the tool chuck also has a connecting element that connects the tool interface and the spindle interface to one another. The spindle interface, the connecting element and the tool interface preferably form a unit. In particular, it is advantageous if the spindle interface is firmly connected to the connecting element, preferably also firmly connected to a housing of the connecting element, so that the housing of the connecting element is fixed relative to the spindle interface. In this way, the connecting element together with the spindle interface can be rotated through the machine as a whole. The fact that the connecting element as a whole is rotatable means that a rotation of the spindle interface leads to a parallel movement of all components of the connecting element, whereby movements of individual components relative to the spindle interface and/or the housing can be superimposed on this movement.

Weist das Verbindungselement ein Gehäuse auf, so kann dies als Bezugsrahmen für diese Bewegung angesehen werden. Bewegt sich also die Spindelschnittstelle, so kann sich das Gehäuse fest mit der Spindelschnittstelle mitbewegen. Andere Komponenten des Verbindungselementes können sich, wenn sie in Ruhe gegenüber der Spindelschnittstelle sind, in gleicher Weise mit der Spindelschnittstelle und dem Gehäuse mitbewegen. Sie können und sollen teilweise erfindungsgemäß aber gegenüber dem Gehäuse beweglich sein. Diese Bewegung überlagert sich dann der durch die Spindelschnittstelle aufgeprägten Bewegung.If the connecting element has a housing, this can be viewed as a frame of reference for this movement. So if the spindle interface moves, the housing can move firmly with the spindle interface. Other components of the connecting element, if they are at rest relative to the spindle interface, can move in the same way with the spindle interface and the housing. According to the invention, they can and should partly be movable relative to the housing. This movement is then superimposed on the movement imposed by the spindle interface.

Erfindungsgemäß weist das Verbindungselement außerdem einen Aktuator auf, mit dem eine rotatorische Schwingung der Werkzeugschnittstelle relativ zur Spindelschnittstelle erzeugbar ist. Unter einer rotatorischen Schwingung oder einer Drehschwingung wird dabei eine periodische Drehbewegung um eine Drehachse der Werkzeugschnittstelle verstanden. Diese Drehachse der Werkzeugschnittstelle ist dabei jene Achse, um die sich das Werkzeug zur bestimmungsgemäßen Bearbeitung eines Werkstücks dreht. Eine rotatorische Schwingung bedeutet also, dass die Werkzeugschnittstelle sich periodisch in einem Winkelbereich um diese Drehachse hin und her bewegt. Ein bestimmter Punkt der Werkzeugschnittstelle, der zur Drehachse einen nicht verschwindenden Abstand hat, verändert also seine Winkelposition um die Drehachse periodisch, der Winkel ist also eine periodische Funktion der Zeit, wenn das Werkzeugspannfutter als Ganzes in Ruhe betrachtet wird.According to the invention, the connecting element also has an actuator with which a rotational oscillation of the tool interface relative to the spindle interface can be generated. A rotary oscillation or torsional oscillation is understood to mean a periodic rotational movement about an axis of rotation of the tool interface. This axis of rotation of the tool interface is the axis around which the tool rotates for the intended processing of a workpiece. A rotational oscillation means that the tool interface periodically moves back and forth in an angular range around this axis of rotation. A specific point on the tool interface, which has a non-vanishing distance from the axis of rotation, changes its angular position about the axis of rotation periodically; the angle is therefore a periodic function of time when the tool chuck as a whole is viewed at rest.

Ein maximaler Winkelbereich, den ein solcher Punkt im Verlauf einer Periode durchläuft, soll dabei als Amplitude oder auch Winkelamplitude bezeichnet werden, und eine Anzahl an Schwingungen pro Zeiteinheit als Frequenz der rotatorischen Schwingung.A maximum angular range through which such a point passes over the course of a period is referred to as the amplitude or angular amplitude, and a number of oscillations per unit of time as the frequency of the rotational oscillation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Aktuator regelbar sein. Ist beispielsweise der Aktuator ein Luftmotor, so kann dieser über eine innere Luftzufuhr des Bearbeitungszentrums, beispielsweise aktiviert über einen M-Befehl, angetrieben werden. Durch den Druck der zugeführten Luft kann die Drehzahl des Luftmotors eingestellt werden.In an advantageous embodiment, the actuator can be controllable. If, for example, the actuator is an air motor, it can be driven via an internal air supply of the machining center, for example activated via an M command. The speed of the air motor can be adjusted by the pressure of the air supplied.

Vorteilhafterweise ist der Aktuator gegenüber der Spindelschnittstelle fest. Das bedeutet, dass der Aktuator sich mit der Spindelschnittstelle mitbewegt. Hat der Aktuator einen Stator, so ist vorzugsweise der Stator fest gegenüber der Spindelschnittstelle, während ein Rotor des Aktuators gegenüber dem Stator und damit gegenüber der Spindelschnittstelle beweglich sein kann. Man würde in dieser Situation den Aktuator als Ganzes dennoch als fest gegenüber der Spindelschnittstelle ansehen.Advantageously, the actuator is fixed relative to the spindle interface. This means that the actuator moves with the spindle interface. If the actuator has a stator, the stator is preferably fixed relative to the spindle interface, while a rotor of the actuator can be movable relative to the stator and thus relative to the spindle interface. In this situation, the actuator as a whole would still be considered fixed to the spindle interface.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Werkzeugspannfutter ein mechanisches Getriebe aufweisen. Das mechanische Getriebe kann dabei eine Exzenterwelle aufweisen. Vorzugsweise ist das Getriebe mit dem Aktuator antreibbar und durch das Getriebe die rotatorische Schwingung erzeugbar. Die rotatorische Schwingung ist auf diese Weise einer Drehung der Spindelschnittstelle überlagerbar. Vorteilhafterweise weist das Verbindungselement das Getriebe auf.In an advantageous embodiment, the tool chuck can have a mechanical transmission. The mechanical transmission can have an eccentric shaft. Preferably, the transmission can be driven by the actuator and the rotational vibration can be generated by the transmission. In this way, the rotational oscillation can be superimposed on a rotation of the spindle interface. Advantageously, the connecting element has the gear.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Verbindungselement ein erstes Zahnrad aufweisen, das um eine zu einer Drehachse der Spindelschnittstelle konzentrische erste Zahnraddrehachse drehbar ist. Als Drehachse der Spindelschnittstelle soll dabei jene Drehachse bezeichnet werden, um welche die Spindelschnittstelle und damit vorteilhafterweise das Werkzeugspannfutter als Ganzes gedreht werden, wenn sie mit einer Maschinenspindel verbunden sind und die Maschinenspindel sich dreht. Die erste Zahnraddrehachse ist dabei konzentrisch zu dieser Drehachse, liegt also auf einer Verlängerung der Drehachse. Es sei angemerkt, dass hier als Achsen mathematische Graden bezeichnet werden, um die die jeweilige Drehung erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, the connecting element can have a first gear that is rotatable about a first gear rotation axis that is concentric with a rotation axis of the spindle interface. The axis of rotation of the spindle interface is the axis of rotation around which the spindle interface and thus advantageously the tool chuck as a whole are rotated when they are connected to a machine spindle and the machine spindle rotates. The first gear axis of rotation is concentric to this axis of rotation, i.e. lies on an extension of the axis of rotation. It should be noted that axes are referred to here as mathematical degrees around which the respective rotation takes place.

In dieser Ausgestaltung kann das erste Zahnrad durch den Aktuator antreibbar sein. Hierzu kann es beispielsweise mit einer Antriebswelle des Aktuators verbunden sein. Der Aktuator kann vorzugsweise ein Drehantrieb sein, der dann das erste Zahnrad um seine Drehachse dreht.In this embodiment, the first gear can be driven by the actuator. For this purpose, it can be connected, for example, to a drive shaft of the actuator. The actuator can preferably be a rotary drive, which then rotates the first gear about its axis of rotation.

In dieser vorteilhaften Ausgestaltung kann außerdem das Verbindungselement ein zweites Zahnrad aufweisen, das mit dem ersten Zahnrad im Eingriff ist und durch dieses antreibbar ist. Das zweite Zahnrad ist dabei um eine Zahnraddrehachse des zweiten Zahnrads drehbar, die im Folgenden als zweite Zahnraddrehachse bezeichnet werden soll. Vorteilhafterweise ist die zweite Zahnraddrehachse parallel zur ersten Zahnraddrehachse. Das zweite Zahnrad kann dabei eine exzentrische Welle aufweisen, die sich mit ihrer Wellenachse parallel zur zweiten Zahnraddrehachse erstreckt und die gegenüber der zweiten Zahnraddrehachse um eine Distanz größer als Null versetzt ist. Die exzentrische Welle kann beispielsweise zylinderförmig sein, wobei die Zylinderachse sich parallel zur zweiten Zahnraddrehachse erstreckt und gegenüber dieser um eine Distanz größer als Null beabstandet ist.In this advantageous embodiment, the connecting element can also have a second gear that is in engagement with the first gear and can be driven by it. The second gear is rotatable about a gear rotation axis of the second gear, which will be referred to below as the second gear rotation axis. Advantageously, the second gear rotation axis is parallel to the first gear rotation axis. The second gear can have an eccentric shaft, which extends with its shaft axis parallel to the second gear rotation axis and which is offset from the second gear rotation axis by a distance greater than zero. The eccentric shaft can be cylindrical, for example, with the cylinder axis extending parallel to the second gear rotation axis and being spaced from it by a distance greater than zero.

Darüber hinaus kann das Verbindungselement in dieser Ausgestaltung eine Verbindungsmaske aufweisen, die um eine zur ersten Zahnradachse konzentrische Verbindungsmaskenachse drehbar ist. Es kann dann die exzentrische Welle in der Verbindungsmaske gelagert sein. Wird nun das zweite Zahnrad angetrieben, so bewegt sich die exzentrische Welle um die zweite Zahnraddrehachse und nimmt dabei die Verbindungsmaske mit. Auf diese Weise wird die Verbindungsmaske zu einer Schwingung um die Verbindungsmaskenachse angeregt. Die Verbindungsmaske kann vorteilhafterweise kreisscheibenförmig sein, dies ist jedoch nicht wesentlich. Für die Funktion kommt es letztlich nur darauf an, dass die exzentrische Welle in oder an der Verbindungsmaske lagerbar ist und dass eine Bewegung der Verbindungsmaske durch die Bewegung der exzentrischen Welle auf die Verbindungsmaskendrehachse übertragbar ist. Es könnte alternativ beispielsweise zur Lagerung auch ein Vorsprung der Verbindungsmaske in die exzentrische Welle eingreifen.In addition, the connecting element in this embodiment can have a connecting mask that is rotatable about a connecting mask axis that is concentric with the first gear axis. The eccentric shaft can then be mounted in the connection mask. If the second gear is now driven, the eccentric shaft moves around the second gear axis of rotation, taking the connection mask with it. In this way, the connection mask is excited to oscillate about the connection mask axis. The connection mask can advantageously be circular disk-shaped, but this is not essential. Ultimately, all that matters for the function is that the eccentric shaft can be stored in or on the connection mask and that a movement of the connection mask can be transferred to the connection mask rotation axis through the movement of the eccentric shaft. Alternatively, for storage purposes, a projection of the connection mask could also engage in the eccentric shaft.

Vorzugsweise ist die exzentrische Welle in oder an der Verbindungsmaske im Wesentlichen ohne Spiel gelagert. Das heißt, dass vorzugsweise die exzentrische Welle auf ihrem gesamten Umfang oder zumindest in Umfangsrichtung an einer Innenwand der Aufnahme der Verbindungsmaske anliegt, in die die exzentrische Welle eingreift. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Verbindungsmaske und damit letztlich die Werkzeugschnittstelle eine harmonische Bewegung, also eine Sinus- bzw. Cosinus-Bewegung ausführen.Preferably, the eccentric shaft is mounted in or on the connecting mask with essentially no play. This means that the eccentric shaft preferably rests over its entire circumference or at least in the circumferential direction on an inner wall of the receptacle of the connection mask, into which the eccentric shaft engages. This can ensure that the connection mask and ultimately the tool interface execute a harmonious movement, i.e. a sine or cosine movement.

In dieser Ausgestaltung kann die Verbindungsmaske mit der Werkzeugschnittstelle gekoppelt sein, vorzugsweise fest gekoppelt sein, so dass die Werkzeugschnittstelle durch die Verbindungsmaske mit der rotatorischen Schwingung beaufschlagbar ist.In this embodiment, the connection mask can be coupled to the tool interface, preferably permanently coupled, so that the tool interface can be subjected to the rotational vibration through the connection mask.

Der Antrieb kann in dieser Ausgestaltung dann wie folgt erfolgen. Eine Werkzeugspindel regt die Spindelschnittstelle zur Drehung an, wodurch das Werkzeugspannfutter als Ganzes gedreht wird. Innerhalb des Verbindungselements kann der Aktuator das erste Zahnrad zur Drehung antreiben, durch welches wiederum das zweite Zahnrad zur Drehung um die zweite Zahnraddrehachse angetrieben wird. Hierdurch umläuft die exzentrische Welle die zweite Zahnraddrehachse. Da die exzentrische Welle in dieser Ausgestaltung in oder an der Verbindungsmaske gelagert ist, nimmt die exzentrische Welle die Verbindungsmaske bei ihrer Drehung mit. Hierdurch wird die Verbindungsmaske mit einer rotatorischen Schwingung beaufschlagt, die dann auf die Werkzeugschnittstelle übertragen wird. Diese rotatorische Schwingung überlagert die Drehung, die durch die Maschinenspindel bewirkt wird.In this embodiment, the drive can then take place as follows. A tool spindle stimulates the spindle interface to rotate, thereby rotating the tool chuck as a whole. Within the connecting element, the actuator can drive the first gear to rotate, which in turn drives the second gear to rotate about the second gear rotation axis. As a result, the eccentric shaft rotates around the second gear axis of rotation. Since the eccentric shaft is mounted in or on the connecting mask in this embodiment, the eccentric shaft takes the connecting mask with it during its rotation. As a result, the connection mask is subjected to a rotational vibration, which is then transmitted to the tool interface. This rotational oscillation superimposes the rotation caused by the machine spindle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Amplitude und/oder eine Frequenz der rotatorischen Schwingung einstellbar sein. Zur Einstellung der Amplitude kann beispielsweise in der vorangegangenen beschriebenen Ausgestaltung die Exzentrizität der exzentrischen Welle verändert werden. Wird die rotatorische Schwingung durch einen Aktuator erzeugt, der selbst eine Schwingung erzeugen kann, so kann die Amplitude auch durch diesen Aktuator eingestellt werden.In an advantageous embodiment of the invention, an amplitude and/or a frequency of the rotational oscillation can be adjustable. To adjust the amplitude, for example, the eccentricity of the eccentric shaft can be changed in the previously described embodiment. If the rotational oscillation is generated by an actuator that can itself generate an oscillation, the amplitude can also be adjusted by this actuator.

Eine Einstellung der Frequenz ist in der vorgenannten Ausgestaltung beispielsweise durch Veränderung der Drehfrequenz des Aktuators möglich. Je höher die Drehfrequenz ist, desto höher wäre in dieser Ausgestaltung die Frequenz der Drehschwingung. Bei einem Aktuator, der selbst die Drehschwingung erzeugt, könnte die Frequenz auch direkt mittels des Aktuators eingestellt werden.In the aforementioned embodiment, the frequency can be adjusted, for example, by changing the rotation frequency of the actuator. The higher the rotational frequency, the higher the frequency of the torsional vibration would be in this embodiment. In the case of an actuator that itself generates the torsional vibration, the frequency could also be adjusted directly using the actuator.

Vorzugsweise ist die rotatorische Schwingung eine Vor- und Rückbewegung in Richtung um eine Drehachse der Spindelschnittstelle.Preferably, the rotational oscillation is a back and forth movement in a direction about an axis of rotation of the spindle interface.

Vorzugsweise kann die Amplitude ≥ 0,01 mm, vorzugsweise ≥ 0,05 mm, vorzugsweise ≥ 0,1 mm und/oder ≤ 0,3 mm, vorzugsweise ≤ 0,2 mm, vorzugsweise ≤ 0,15 mm sein.Preferably, the amplitude can be ≥ 0.01 mm, preferably ≥ 0.05 mm, preferably ≥ 0.1 mm and/or ≤ 0.3 mm, preferably ≤ 0.2 mm, preferably ≤ 0.15 mm.

Vorteilhafterweise kann ein Verhältnis einer Drehzahl des Aktuators zu einer Frequenz der rotatorischen Schwingung zwischen 3:1 und 1:3 liegen.Advantageously, a ratio of a speed of the actuator to a frequency of the rotary oscillation can be between 3:1 and 1:3.

Vorteilhafterweise kann die Frequenz der rotatorischen Schwingung ≥ 10 Hz, vorzugsweise ≥ 21 Hz, vorzugsweise ≥ 50 Hz und/oder ≤ 2000 Hz, vorzugsweise ≤ 191 Hz, vorzugsweise ≤ 120 Hz sein. Durch diese Werte lassen sich geeignete Spangrößen einstellen.Advantageously, the frequency of the rotational oscillation can be ≥ 10 Hz, preferably ≥ 21 Hz, preferably ≥ 50 Hz and/or ≤ 2000 Hz, preferably ≤ 191 Hz, preferably ≤ 120 Hz. These values can be used to set suitable chip sizes.

Vorzugsweise ist die Werkzeugschnittstelle eingerichtet, so dass darin ein rotierendes Werkzeug mechanisch fest aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann die Werkzeugschnittstelle ein Werkzeugspannfutter aufweisen, mit dem eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugspannfutter und dem rotierenden Werkzeug herstellbar ist.Preferably, the tool interface is set up so that a rotating tool can be held mechanically firmly therein. For example, the tool interface can have a tool chuck with which a non-positive connection can be established between the tool chuck and the rotating tool.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Aktuator in das Verbindungselement integriert sein und/oder mit diesem in Wirkbeziehung stehen.In an advantageous embodiment, the actuator can be integrated into the connecting element and/or be in an operative relationship with it.

Vorteilhafterweise kann die durch den Aktuator erzeugbare rotatorische Schwingung dimensionierbar sein und/oder in Form einer Vor- und Rückbewegung in Richtung einer Drehrichtung der Maschinenspindel erfolgen.Advantageously, the rotary vibration that can be generated by the actuator can be dimensionable and/or can take place in the form of a back and forth movement in the direction of a direction of rotation of the machine spindle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Spindelschnittstelle einen Hohlkegel und/oder einen Steilkegel aufweisen, über die das Werkzeugspannfutter an der Maschinenspindel befestigbar ist.In an advantageous embodiment, the spindle interface can have a hollow cone and/or a steep cone, via which the tool chuck can be attached to the machine spindle.

Die Werkzeugschnittstelle kann vorteilhafterweise eine Spannzange und/oder einen Weldon umfassen.The tool interface can advantageously comprise a collet and/or a Weldon.

Für den Aktuator kommen grundsätzlich vor allem Drehantriebe in Frage. Besonders vorteilhaft kann der Aktuator ein Druckluftmotor, ein Hydraulik-Motor und/oder ein Elektromotor sein.Rotary drives are generally suitable for the actuator. The actuator can be particularly advantageously a compressed air motor, a hydraulic motor and/or an electric motor.

Werkzeuge, die mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugspannfutter antreibbar sind, können optional im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Generell eignet sich das Werkzeugspannfutter besonders vorteilhaft für Werkzeuge, die im Normalbetrieb drehend betrieben werden.Tools that can be driven with the tool chuck according to the invention can optionally be designed to be essentially rotationally symmetrical. In general, the tool chuck is particularly suitable for tools that rotate during normal operation.

Erfindungsgemäß kann ein Werkzeugspannfutter optional auch so ausgestaltet sein, dass das Werkzeugspannfutter ein Werkzeugspannfutter für ein rotierendes Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Schwingungsaktuator zur aktiven Steuerung des Spanabbruchverhaltens zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ist, wobei das Werkzeugspannfutter eine Spindelschnittstelle zum Andocken des Werkzeugspannfutters an die Maschinenspindel, eine Werkzeugschnittstelle zur Aufnahme des rotierenden Werkzeugs und ein Verbindungselement zwischen Spindelschnittstelle und Werkzeugschnittstelle aufweist, wobei das Verbindungselement einen regelbaren Aktuator umfasst, mit dem eine die Drehung der Maschinenspindel überlagernde rotatorische Schwingung erzeugbar ist. Dieses Werkzeugspannfutter kann vorteilhaft das vorstehend beschriebene Werkzeugspannfutter mit den dort beschriebenen Eigenschaften sein.According to the invention, a tool chuck can optionally also be designed such that the tool chuck is a tool chuck for a rotating tool for machining workpieces with a vibration actuator for actively controlling the chip breaking behavior between the tool and the workpiece, the tool chuck having a spindle interface for docking the tool chuck the machine spindle, a tool interface for receiving the rotating tool and a connecting element between the spindle interface and the tool interface, the connecting element comprising a controllable actuator with which a rotary oscillation superimposed on the rotation of the machine spindle can be generated. This tool chuck can advantageously be the tool chuck described above with the properties described there.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Werkzeug zur Spanung und Bearbeitung von Werkstücken angegeben, das ein Werkzeugspannfutter wie vorstehend beschrieben aufweist.According to the invention, a tool for clamping and machining workpieces is also specified, which has a tool chuck as described above.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft beschrieben werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können auch unabhängig vom konkreten Beispiel redigiert sein und unter den Beispielen kombiniert werden.The invention will be described below by way of example using a few figures. The same reference numbers indicate the same or corresponding features. The features described in the examples can also be edited independently of the specific example and combined among the examples.

Es zeigt

1 und 2 Lösungen des Standes der Technik,
3 eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugspannfutters,
4 eine Innenansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugspannfutters,
5 eine mathematische Darstellung eine Bedingung für ein Übersetzungsverhältnis,
6 eine Innenansicht eines Getriebes zur Erzeugung einer rotatorischen Schwingung, und
7 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugspannfutters.

It shows

1 and 2 State of the art solutions,
3 an external view of a tool chuck according to the invention,
4 an interior view of a tool chuck according to the invention,
5 a mathematical representation of a condition for a gear ratio,
6 an interior view of a gearbox for generating a rotational vibration, and
7 a schematic view of a tool chuck according to the invention.

Die Erfindung kann zusammenfassend vom recherchierten Stand der Technik in folgenden Punkten eindeutig abgegrenzt werden:

• Schwingung erfolgt in Überlagerung zur Rotation
• Schwingung wird vorzugsweise im Haltergehäuse erzeugt und erfordert keinen Stator oder externen Aufbau.

In summary, the invention can be clearly distinguished from the researched prior art in the following points:

• Vibration occurs in superposition to rotation
• Vibration is preferably generated in the holder housing and does not require a stator or external structure.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend noch näher beschrieben:

Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein funktionales Werkzeugspannfutter vor, welches durch einen internen Antrieb eine der Spindeldrehung überlagerte rotatorische Schwingung überlagern kann. Abgrenzend zu den bisherigen und vorstehend aufgezeigten Lösungen des Standes der Technik, wird die Drehbewegung hierbei nicht mit der Vorschubbewegung überlagert, sondern mit der Spindelrotation, also der Schnittbewegung. Die 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Halters. Es gibt eine Spindelschnittstelle 1 (z. B. HSK, SK, etc.), eine Werkzeugschnittstelle 3 (z.B. Weldon, ER-Spannzange, etc.) und ein Verbindungselement 2 (nachfolgend auch „verbindender Mittelteil“ genannt), innerhalb dessen die Aktorik integriert ist.

The present invention is described in more detail below:

The solution according to the invention provides a functional tool chuck which can superimpose a rotational vibration superimposed on the spindle rotation by means of an internal drive. In contrast to the previous solutions of the prior art shown above, the rotary movement is not superimposed on the feed movement, but rather on the spindle rotation, i.e. the cutting movement. The 3 shows the basic structure of the holder according to the invention. There is a spindle interface 1 (e.g. HSK, SK, etc.), a tool interface 3 (e.g. Weldon, ER collet, etc.) and a connecting element 2 (hereinafter also referred to as the “connecting middle part”), within which the actuators is integrated.

Die Werkzeugschnittstelle 3 führt durch die integrierte Aktorik eine zur Spindelschnittstelle 1 relative Torsionsschwingung mit kleinen Hüben aus. Diese konzentrischen Vor- und Rückschwingungen können in ihrer Höhe z. B. über die Wellenexzentrizität eingestellt werden. Im aktuellen Beispiel (Ref. ) liegt der Versatz bei 0,1 mm.The tool interface 3 carries out a torsional oscillation with small strokes relative to the spindle interface 1 through the integrated actuators. The height of these concentric forward and backward oscillations can be, for example, B. can be adjusted via the shaft eccentricity. In the current example (Ref. ), the offset is 0.1 mm.

Der Antrieb kann im vorliegendem Fall z. B. medienbasiert erfolgen. Dies ist beispielhaft in 4 gezeigt. Es können z. B. sowohl Luft- als auch Flüssigmedien eingesetzt werden. Alternativ können auch elektrische Antriebe zum Einsatz kommen, bspw. über einen Akkubetrieb oder externer Stromversorgung mittels HSKi-Schnittstellen. Die vorgestellte Lösung beschreibt die Antriebsweise eines Druckluftmotors, da diese Technologie häufig bereits installiert und damit nutzbar istIn this case, the drive can z. B. be media-based. This is exemplified in 4 shown. It can e.g. B. both air and liquid media can be used. Alternatively, electric drives can also be used, for example via battery operation or external power supply using HSKi interfaces. The solution presented describes how a compressed air motor is driven, as this technology is often already installed and can therefore be used

Unabhängig vom Antrieb kann die Funktionsweise wie folgt beschrieben werden. Die Werkzeugspindel bzw. Maschinenspindel führt die grundsätzliche Dreh- und Schnittbewegung aus. Gemäß einer Ausführungsform wird interne Druckluft in den Werkzeughalter eingespeist und treibt einen Druckluftmotor an. Das System arbeitet z. B. insbesondere mit den gängigen Druckluftbedingungen von 4-8 bar. Der Motor 4 treibt eine werkzeugseitige abgehende Welle mit Zahnrad an, welches wiederum auf ein dem Umfang näheres Zahnrad übersetzt. Dieses Zahnrad ist mit einer gelagerten Welle verbunden, welche im werkzeugnäheren Abschnitt (nach linke Bildhälfte) eine definierte Exzentrizität aufweist. Die Wellenexzentrizität ist in eine zum Halter konzentrische und gelagerte Maske 9 gesteckt, welche mit der vorderen werkzeughaltenden Schnittstelle 3 verbunden ist. Die rotatorische Drehbewegung des Motors übersetzt sich hierdurch in eine kurzhubige Vor- und Rückstellung des drehbar gelagerten Futterteils. Die Druckluft kann optional nach dem Motor weiter durch das Futter bis hin zum Werkzeug geleitet werden und kann dort noch zur Kühl- oder Schmierung eingesetzt werden.Regardless of the drive, the functionality can be described as follows. The tool spindle or machine spindle carries out the basic turning and cutting movements. According to one embodiment, internal compressed air is fed into the tool holder and drives a compressed air motor. The system works e.g. B. especially with the common compressed air conditions of 4-8 bar. The motor 4 drives a tool-side outgoing shaft with a gear, which in turn translates to a gear that is closer to the circumference. This gear is connected to a mounted shaft, which has a defined eccentricity in the section closer to the tool (to the left half of the picture). The shaft eccentricity is inserted into a mask 9 which is concentric and mounted to the holder and which is connected to the front tool-holding interface 3. The rotational movement of the motor is translated into a short-stroke forward and backward position of the rotatably mounted chuck part. The compressed air can optionally be routed after the motor through the chuck to the tool, where it can still be used for cooling or lubrication.

Zwischen dem Wellenversatz und der dadurch realisierten Winkelbewegung kann folgender mathematischer Zusammenhang aufgestellt werden, siehe auch 5. Bei kleinen Hüben Teilkreisdurchmesser: R Winkelversatz: α Exzentrizität: x Teilkreisdurchmesser: R Winkelversatz: α Exzentrizität: x $x = R * \sqrt{{(sin α)}^{2} - {(1 - cos α)}^{2}}$

Annäherung bei kleinen Hüben:

α = {sin}^{- 1} \frac{x}{R}

The following mathematical relationship can be established between the shaft offset and the resulting angular movement, see also 5 . With small strokes

Pitch circle diameter: R Angular offset: α Eccentricity: x Pitch circle diameter: R Angular offset: α Eccentricity: x

x = R * \sqrt{{(sin α)}^{2} - {(1 - cos α)}^{2}}

Approximation for small strokes:

α = {sin}^{- 1} \frac{x}{R}

Den zur Ausführung der rotatorischen Schwingung erforderlichen Wellenversatz (Exzentrizität) zeigt 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Versatz mit 0,1 mm bemaßt. In Abhängigkeit der Lage der Welle (Teilkreisdurchmesser) und den Erfordernissen aus dem Prozess kann dieser Versatz angepasst werden. Aus fertigungstechnischer Sicht sind kleine Hübe zu bevorzugen, technologisch umsetzbar sind hingegen auch große Schwingungshübe. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf ein Maß festzulegen, sondern erlaubt hier vorzugsweise die notwendige Einstellbarkeit.Shows the shaft offset (eccentricity) required to carry out the rotational oscillation 6 . In the present exemplary embodiment, this offset is dimensioned at 0.1 mm. This offset can be adjusted depending on the position of the shaft (pitch circle diameter) and the requirements of the process. From a manufacturing perspective, small strokes are preferable, but large vibration strokes are also technologically feasible. The present invention is therefore not to be limited to one dimension, but preferably allows the necessary adjustability.

7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Werkzeugspannfutter für ein rotierendes Werkzeug. Das Werkzeugspannfutter weist eine Spindelschnittstelle 1 zum Andocken des Werkzeugspannfutters an eine Maschinenspindel auf, eine Werkzeugschnittstelle 3 zur Aufnahme eines rotierenden Werkzeugs und ein Verbindungselement 2, das die Werkzeugschnittstelle und die Spindelschnittstelle 1 miteinander verbindet. Das Verbindungselement 2 weist einen Aktuator 4 auf, mit dem eine rotatorische Schwingung der Werkzeugschnittstelle 3 relativ zu der Spindelschnittstelle 1 erzeugbar ist. Im gezeigten Beispiel ist der Aktuator 4 in einem Gehäuse 5 des Verbindungselements 2 angeordnet und fest gegenüber der Spindelschnittstelle 1. Wird also die Spindelschnittstelle 1 gedreht, so dreht sich der Aktuator 4 mit. 7 shows schematically a tool chuck according to the invention for a rotating tool. The tool chuck has a spindle interface 1 for docking the tool chuck to a machine spindle, a tool interface 3 for receiving a rotating tool and a connecting element 2 that connects the tool interface and the spindle interface 1 to one another. The connecting element 2 has an actuator 4 with which a rotational oscillation of the tool interface 3 relative to the spindle interface 1 can be generated. In the example shown, the actuator 4 is arranged in a housing 5 of the connecting element 2 and is fixed relative to the spindle interface 1. If the spindle interface 1 is rotated, the actuator 4 rotates with it.

Im gezeigten Beispiel umfasst das Verbindungselement 2 ein erstes Zahnrad 6, das um eine zu einer Drehachse der Spindelschnittstelle 1 konzentrische erste Zahnraddrehachse 6a drehbar ist, und das durch den Aktuator 4 antreibbar ist. Das Verbindungselement 2 weist außerdem ein zweites Zahnrad 7 auf, das mit dem ersten Zahnrad 6 im Eingriff ist und durch dieses antreibbar ist. Das zweite Zahnrad 7 ist um eine zweite Zahnraddrehachse 7a drehbar.In the example shown, the connecting element 2 comprises a first gear 6, which is rotatable about a first gear rotation axis 6a that is concentric with a rotation axis of the spindle interface 1, and which can be driven by the actuator 4. The connecting element 2 also has a second gear 7, which is in engagement with the first gear 6 and can be driven by it. The second gear 7 is rotatable about a second gear rotation axis 7a.

Mit dem zweiten Zahnrad 7 verbunden ist eine exzentrische Welle 8, die sich parallel zu der zweiten Zahnraddrehachse 7a erstreckt und gegenüber der zweiten Zahnraddrehachse um eine Distanz größer als Null versetzt ist. Das Verbindungselement 2 weist darüber hinaus außerdem eine Verbindungsmaske 9 auf, die um eine zur ersten Zahnraddrehachse 6a konzentrische Verbindungsmaskendrehachse 9a drehbar ist. Die exzentrische Welle 8 ist in der Verbindungsmaske 9 gelagert, so dass eine Drehung des Zahnrads 7 zu einer Kreisbewegung der exzentrischen Welle 8 um die zweite Zahnraddrehachse 7a führt und dies zu einer rotatorischen Schwingung der Verbindungsmaske 9 um die Verbindungsmaskendrehachse 9a führt. Die Verbindungsmaske 9 ist mit der Werkzeugschnittstelle 3 gekoppelt, so dass die Werkzeugschnittstelle 3 durch die Verbindungsmaske 9 mit der rotatorischen Schwingung beaufschlagbar ist.Connected to the second gear 7 is an eccentric shaft 8, which extends parallel to the second gear rotation axis 7a and is offset from the second gear rotation axis by a distance greater than zero. The connecting element 2 also has a connecting mask 9, which is rotatable about a connecting mask rotation axis 9a that is concentric with the first gear rotation axis 6a. The eccentric shaft 8 is mounted in the connection mask 9, so that a rotation of the gear 7 leads to a circular movement of the eccentric shaft 8 about the second gear rotation axis 7a and this leads to a rotational oscillation of the connection mask 9 about the connection mask rotation axis 9a. The connection mask 9 is coupled to the tool interface 3, so that the tool interface 3 can be subjected to the rotational vibration through the connection mask 9.

Der Aktuator 4 kann im gezeigten Beispiel regelbar sein, wobei insbesondere eine Amplitude und/oder eine Frequenz der rotatorischen Schwingung durch Regelung des Aktuators 4 eingestellt werden können.The actuator 4 can be controllable in the example shown, whereby in particular an amplitude and/or a frequency of the rotary oscillation can be adjusted by controlling the actuator 4.

Die Werkzeugschnittstelle 3 erlaubt im gezeigten Beispiel eine mechanisch feste Aufnahme eines rotierenden Werkzeugs. Hierzu kann die Werkzeugschnittstelle 3 zum Beispiel am Werkzeugspannfutter ein Weldon aufweisen, mit dem eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugspannfutter und dem rotierenden Werkzeug herstellbar ist. Der Aktuator 4 ist im gezeigten Beispiel in das Verbindungselement 2 integriert und steht mit diesem in Wirkbeziehung.In the example shown, the tool interface 3 allows a mechanically fixed recording of a rotating tool. For this purpose, the tool interface 3 can, for example, have a Weldon on the tool chuck, with which a non-positive connection can be established between the tool chuck and the rotating tool. In the example shown, the actuator 4 is integrated into the connecting element 2 and is operatively connected to it.

Die durch den Aktuator erzeugte rotatorische Schwingung kann im gezeigten Beispiel dimensionierbar sein und erfolgt in Form einer Vor- und Rückbewegung in Richtung der Drehrichtung der Maschinenspindel. Die Spindelschnittstelle 1 kann beispielsweise einen Hohlkegel und/oder einen Steilkegel umfassen. Die Werkzeugschnittstelle 3 kann beispielsweise eine Spannzange und/oder einen Weldon umfassen. Der Aktor kann beispielsweise ein Druckmotor, ein Hydraulikmotor oder ein Elektromotor sein. Das rotierende Werkzeug kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein.The rotary vibration generated by the actuator can be dimensionable in the example shown and takes place in the form of a back and forth movement in the direction of rotation of the machine spindle. The spindle interface 1 can, for example, comprise a hollow cone and/or a steep cone. The tool interface 3 can include, for example, a collet and/or a Weldon. The actuator can be, for example, a pressure motor, a hydraulic motor or an electric motor. The rotating tool can, for example, be designed to be rotationally symmetrical.

Die vorstehend beschriebene Erfindung weist insbesondere die nachfolgenden Wirkungen und Vorteile auf:

Gezielte Verbesserung des Spanbruchverhaltens bei der mechanischen Bearbeitung. Das Schneidwerkzeug (bspw. Bohrer) wird mit einer Rotationsschwingung überlagert. Hierdurch wird die Spanungsdicke variiert und der erleichterte Spanbruch initiiert. Verkürzte Späne können einfach und ohne Verklemmen aus der Spanstelle entfernt werden.

The invention described above has in particular the following effects and advantages:

Targeted improvement of chip breaking behavior during mechanical processing. The cutting tool (e.g. drill) is superimposed with a rotational vibration. This varies the chip thickness and facilitates chip breaking. Shortened chips can be easily removed from the chip point without jamming.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für alle mechanischen Bearbeitungen mit rotierenden Werkzeugen, insbesondere mit im Wesentlichen rotationssymmetrischen Werkzeugen, insbesondere für die Bohrbearbeitung.The solution according to the invention is suitable for all mechanical processing with rotating tools, in particular with essentially rotationally symmetrical tools, in particular for drilling.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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CN 103706835 A [0005]
CN 202185610 U [0005]
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Claims

Tool chuck for a rotating tool, the tool chuck a spindle interface for docking the tool chuck to a machine spindle, a tool interface for receiving the rotating tool, and a connecting element that connects the tool interface and the spindle interface to one another, having, wherein the connecting element comprises an actuator with which a rotational oscillation of the tool interface relative to the spindle interface can be generated.

Tool chuck according to the preceding claim, wherein the actuator is controllable.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the actuator is fixed relative to the spindle interface.

Tool chuck according to one of the preceding claims, comprising a mechanical transmission with an eccentric shaft, the transmission being drivable with the actuator, and the rotational oscillation being able to be generated with the transmission, the rotational oscillation being superimposed on a rotation of the spindle interface.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the connecting element has a first gear which is rotatable about a first gear rotation axis concentric to a rotation axis of the spindle interface and which can be driven by the actuator, wherein the connecting element also has a second gear which is in engagement with the first gear and can be driven by it, wherein the second gear has an eccentric shaft which extends parallel to a gear rotation axis of the second gear, called a second gear rotation axis, and which is offset from the second gear rotation axis by a distance greater than zero, the connecting element further comprising a connection mask which is by a the connecting mask axis concentric to the first gear rotation axis can be rotated, wherein the eccentric shaft is mounted in the connection mask, and wherein the connection mask is coupled to the tool interface, so that the tool interface can be subjected to the rotary vibration through the connection mask.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein an amplitude and/or a frequency of the rotary oscillation is adjustable and/or wherein the rotary oscillation is a back and forth movement in the direction of a direction of rotation of the spindle interface.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the rotary vibration has an amplitude of greater than or equal to 0.01 mm, preferably greater than or equal to 0.05 mm, preferably greater than or equal to 0.1 mm and/or less than or equal to 0.3 mm, preferably less than or equal to 0.2 mm, preferably less than or equal to 0.15 mm and/or wherein a ratio of the speed of the actuator to a frequency of the rotary oscillation is between 3:1 and 1:3 and/or wherein a frequency of rotary oscillation greater than or equal to 10 Hz, preferably greater than or equal to 21 Hz, preferably greater than or equal to 50 Hz and/or less than or equal to 2000 Hz, preferably less than or equal to 191 Hz, preferably less than or equal to 120 Hz.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein a mechanically fixed recording of a rotating tool can take place by means of the tool interface, the tool interface preferably having a tool chuck and a non-positive connection between the tool chuck and the rotating tool can be produced.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the actuator is integrated into the connecting element and/or is operatively related to it.

Tool interface according to one of the preceding claims, wherein the rotary vibration that can be generated by the actuator can be dimensioned and/or takes place in the form of a back and forth movement in the direction of a direction of rotation of the machine spindle.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the spindle interface comprises a hollow taper and/or a steep taper.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the tool interface comprises a collet and/or a Weldon.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the actuator is a compressed air motor, a hydraulic motor or an electric motor.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the rotating Tool is essentially rotationally symmetrical.

Tool chuck according to one of the preceding claims, wherein the tool chuck is a tool chuck for a rotating tool for machining workpieces with a vibration actuator for actively controlling the chip breaking behavior between the tool and the workpiece, wherein the connecting element connects the tool interface and the spindle interface by being arranged between the spindle interface and the tool interface, and wherein the actuator is a controllable actuator with which the rotary oscillation can be generated as a rotary oscillation superimposed on the rotation of the machine spindle.

Tool for machining workpieces comprising a tool chuck according to one of the preceding claims.