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TECHNISCHES FELD
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Werkzeugs, das beim maschinell spanenden Bearbeiten einer Kurbelwelle verwendet wird, und insbesondere eine Werkzeugaufnahme für eine Kurbelwellenfräse, die mit einem Werkzeugadapter zur Aufnahme des Werkzeugs ausgestattet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Üblicherweise wird eine Kurbelwellenfräse für ein maschinell spanendes Bearbeiten einer Kurbelwelle, die eine Komponente eines Motors eines Automobils oder dergleichen ist, verwendet. Eine Kurbelwelleninnenfräse umfasst zum Beispiel eine drehbar angetriebene Werkzeugtrommel, an der ein Werkzeug des Innenschneidentyps mit einer Mehrzahl von Schneidspitzen, die an der inneren Umfangsfläche eines ringförmigen Werkzeugkörpers ausgebildet sind, der durch eine Werkzeugadapter montiert ist, angeordnet (vgl.
JP 2000 -
117525 A ).
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In der vorstehend beschriebenen Kurbelwelleninnenfräse, mit einer Kurbelwelle, die durch den inneren Umfang des Werkzeugs verläuft, wird die Werkzeugtrommel rotierend angetrieben, um das Werkzeug während einer Kombination einer horizontalen Verschiebebewegung und einer vertikalen Schwenkbewegung, die verursacht, dass das Werkzeug um die Kurbelwelle rotiert, anzutreiben. Auf diese Weise wird eine spanend maschinelle Bearbeitung an einem Lagerteil oder einem Wellenzapfenteil einer Kurbelwelle durchgeführt.
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Die spanend maschinell zu bearbeitende Kurbelwelle umfasst ein Paar axial beabstandeter Arme, die den Lagerteil abstützen, und jeder Arm des Paars an Armen ist einstückig mit einem radial auswärts hervorstehenden Gegengewicht ausgebildet. Wenn der Lagerteil oder der Kurbelzapfenteil einer spanend maschinellen Bearbeitung unterliegt, bewegt sich das Werkzeug für die spanend maschinelle Bearbeitung in einem engen Raum zwischen den Armen oder dem Gegengewicht.
Um zu verhindern, dass das Werkzeug während der spanend maschinellen Bearbeitung wackelt, weist der Werkzeugadapter eine solch hohe Steifigkeit auf, um sicher das Werkzeug zu stützen, und weist daher selber keine Funktion zur Schwingungsabsorption auf.
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Aus dem vorstehenden Grund kann die Schwingung des Werkzeugs während der spanend maschinellen Bearbeitung nicht minimiert werden, wodurch eine fehlerhafte spanend maschinell bearbeitete Oberfläche und Geräusche verursacht werden. Demnach muss eine spanend maschinelle Bearbeitung unter einer reduzierten Last durchgeführt werden, die zum Beispiel durch Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit erreicht wird. Dementsprechend ist die spanend maschinelle Bearbeitungseffizienz in problematischer Weise reduziert.
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Aus der
JP 2000-308941 A ist eine NC-Fräsmaschine bekannt, bei welcher der einen Schaftfräser aufnehmende Werkzeugadapter einen frei schwingungsfähigen Teil umfasst, der ausgebildet ist zu schwingen, wenn der Schaftfräser während der Bearbeitung schwingt., wobei die Schwingung des schwingungsfähigen Teils durch ein elastisches Element gedämpft wird, welches aus einem organischen Polymerharz bestehen kann.
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Aus der
JP 2012-196729 A ist die Verwendung eines viskoelastischen Dämpfermaterials zum Zwecke einer Schwingungsdämpfung bei Fräswerkzeugen bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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In Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Werkzeugaufnahme für eine Kurbelwellefräse bereitzustellen, die Schwingungen eines Werkzeugs während der maschinell spanenden Bearbeitung minimiert.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, umfasst eine Werkzeugaufnahme für eine Kurbelwellenfräse gemäß der vorliegenden Erfindung einen Werkzeugadapter zur Aufnahme eines Werkzeugs zur maschinell spanenden Bearbeitung einer Kurbelwelle, wobei der Werkzeugadapter einen frei schwingungsfähigen Teil umfasst, der ausgebildet ist zu schwingen, wenn das Werkzeug während der maschinell spanenden Bearbeitung der Kurbelwelle schwingt, und wobei die Schwingung des schwingungsfähigen Teils durch ein viskoelastisches Element gedämpft wird, wobei der Werkzeugadapter eine integrale Kombination einer ringförmigen Frontplatte, an welche das Werkzeug lösbar durch Verbindung montiert ist, und eines koaxial zu der ringförmigen Platte liegenden zylindrischen Teils ist und der schwingungsfähige Teil durch ein Paar umfänglich beabstandete Schlitze, die in den zylindrischen Teil entlang einer Axialrichtung geschnitten sind, definiert ist, und ein Ende, das durch die ringförmige Frontplatte fixiert ist, und ein anderes Ende zum Zulassen freier Schwingungen aufweist.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der Werkzeugaufnahme der vorliegenden Erfindung für die Kurbelwellenfräse schwingt der schwingungsfähige Teil, der an dem Werkzeugadapter ausgebildet ist, wenn das Werkzeug während der spanend maschinellen Bearbeitung vibriert. Schwingungsenergie des schwingungsfähigen Teils wird durch das viskoelastische Element aufgenommen, sodass die jeweiligen Schwingungen des Werkzeugs und des Werkzeugadapters in ihrer Gesamtheit gedämpft werden (Schwingungsmodendämpfungstheorie), wodurch die Schwingungen des Werkzeugs während der spanend maschinellen Bearbeitung minimiert werden.
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Ein Anwenden der Struktur gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vereinfacht eine Ausbildung des schwingungsfähigen Teils auf dem Werkzeugadapter, ohne die Festigkeit des Werkzeugs zu beeinflussen.
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Figurenliste
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- 1 stellt schematisch die Struktur einer Kurbelwellenfräse, die mit einer Werkzeugaufnahme gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ausgestattet ist, dar.
- 2(a) bis 2(c) stellen die Werkzeugaufnahme dar, mit 2(a), die eine Frontansicht ist, 2(b), die eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-O-A der
- 2(a) ist und 2 (c), die eine teilweise Explosionsdarstellung, von dem Pfeil B der 2(a) betrachtet, ist.
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BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Ein konkretes exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Werkzeugaufnahme für eine Kurbelwellenfräse gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht.
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Kurzbeschreibung der Kurbelwellenfräse
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Die in 1 gezeigte Kurbelwellenfräse ist ausgebildet ein Bett 2, das sich entlang einer Z-Achse erstreckt, zwei Werkstückspindelstöcke 3, die einander gegenüberliegend auf dem Bett 2 angeordnet sind, und Spannfutter 5, die auf den jeweiligen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Werkzeugspindelstöcke zur Aufnahme des Werkstücks (Kurbelwelle) W ausgebildet sind, zu umfassen.
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Ein Werkzeug 6 des Innenschneidentyps weist einen inneren Umfang 6a auf, der das Einfahren des Spannfutters 5 erlaubt, und ist über einen Werkzeugadapter 7, der das Werkzeug 6 hält, an einer Werkzeugtrommel 9, die rotierbar in einem Werkzeuggehäuse 8 enthalten ist, montiert. In jeder der Werkzeugeinheiten 4 wird das Werkzeug 6 durch den Werkzeugadapter 7 rotiert, wenn die Werkzeugtrommel 9 rotierend und durch einen Werkzeugrotationsantriebsmechanismus, der nicht dargestellt ist, angetrieben wird. Die Werkzeugeinheiten 4 sind jeweils mit einem Verschiebemechanismus (weggelassen in der Zeichnung) zum Verschieben des Werkzeuggehäuses 8 entlang einer horizontalen Y-Achse orthogonal zu der horizontalen Z-Achse und einem Schwenkmechanismus (weggelassen in der Zeichnung) zum Verschwenken des Werkzeuggehäuses 8 um eine Spindel entlang der X-Achse ausgebildet. Eine Kombination einer horizontalen Verschiebebewegung und einer vertikalen Schwenkbewegung des Werkzeuggehäuses 8 bringt das Werkzeug 6 dazu, um die Kurbelwelle W zu kreisen, während die Werkzeugtrommel 9 rotiert und angetrieben wird, um das Werkzeug 6 zu rotieren. Auf diese Weise wird eine spanend maschinelle Bearbeitung eines Lagerteils oder Kurbelzapfenteils der Kurbelwelle W durchgeführt.
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Beschreibung des Werkzeugs
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Wie in 2(a) gezeigt, ist das Werkzeug 6 durch Montieren der erforderlichen austauschbaren Schneidplattenspitzen 11 (nachfolgend einfach als Spitzen 11 bezeichnet) an dem inneren Umfang eines ringförmigen Werkzeugkörpers 10 ausgebildet. An dem Werkzeug bilden die jeweiligen Kanten der Spitzen 11 eine Schneidklinge aus und eine Mehrzahl von Spitzen 11 ist kombiniert, um so teilend ein Scheiden des Schneidezielbereichs des Werkstücks W durchzuführen
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Der Werkzeugkörper 10 ist mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 12 ausgebildet, die umfänglich mit einer vorbestimmten Neigung angeordnet sind, um entlang eines äußeren Durchmessers des Werkzeugkörpers 10 zur Verbindung mit dem Werkzeugadapter 7 hervorzustehen. Jeder der Vorsprünge 12 weist die Form eines Schlüssels, wie eines Schlüssels mit konischer Kerbverzahnung, auf, dessen Breite sich in einer Werkzeugeinsatzrichtung vorwärts mit Bezug auf den Werkzeugadapter reduziert, wodurch eine hohe Genauigkeit der Verbindung mit dem Werkzeugadapter 7 sichergestellt wird. Jeder zweite Vorsprung 12 ist in Werkzeugeinsatzrichtung betrachtet an seiner hinteren Oberfläche mit einer halbmondförmigen Sitznut 13 ausgebildet.
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Beschreibung des Werkzeugadapters
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Wie in 2(b) gezeigt, ist der Werkzeugadapter eine integrale Kombination einer ringförmigen Frontplatte 7a, an die das Werkzeug 6 lösbar durch Verbindung angebracht ist, und eines zu der ringförmigen Frontplatte 7a koaxialen zylindrischen Teils 7b .
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Wie in 2(a) gezeigt, ist die ringförmige Frontplatte 7a auf ihrer inneren Umfangsfläche mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 14 ausgestattet, die mit derselben Neigung, wie die vorstehend beschriebenen Vorsprünge 12, angeordnet sind und die der Zahl der Vorsprünge 12 entspricht. Jede der Ausnehmungen 14 weist die Form eines Schlüssels auf, sodass jedem der Vorsprünge 12 des Werkzeugs 6 eine konische Kerbverzahnung entspricht. Die ringförmige Frontplatte 7a weist an ihrer hinteren Oberfläche, in einer Werkzeugeinsatzrichtung betrachtet, rotierbar eingebettete Klemmen 15 auf, die jeweils in der Umgebung jeder zweiten Ausnehmungen 14, die jedem vorstehend erwähnten zweiten Vorsprung entspricht und eine halbmondförmige Form aufweist, sodass eine Scheibe teilweise ausgeschnitten ist. Ein Klemmbolzen 16 ist in die ringförmige Frontplatte 7a geschraubt, um durch einen Rotationsmittelpunkt der Klemme 15 zu verlaufen. Wenn der Klemmbolzen 16 gelöst ist, ist die Klemme 15 auf dem Klemmbolzen 16 rotierbar. Wenn der Klemmbolzen 16 befestigt ist, ist die Klemme 15 fest an der ringförmigen Frontplatte 7a befestigt.
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Beschreibung der Montage des Werkzeugs und des Werkzeugadapter
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Die Vorsprünge 12 des Werkzeugs 6 werden in die jeweiligen Ausnehmungen 14 der ringförmigen Frontplatte 7a des Werkzeugadapter 7 zur jeweiligen konischen Aufnahme zwischen dem Werkzeug 6 und dem Werkzeugadapter 7 derart aufgenommen, dass jeder zweite Vorsprung 12 mit einer Sitznut 13 ausgebildet ist, die mit jeder der zweiten Ausnehmungen 14 mit der darauf angeordneten Klemme 15 ausgerichtet ist. Das Werkzeug 6 ist dadurch präzise an dem Werkzeugadapter mit hoher Genauigkeit durch Wirkung des Konusaufnahmeteils zentriert.
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Mit der Konusaufnahme die zwischen dem Werkzeug 6 und dem Werkzeugadapter 7 geschaffen ist, wird die Klemme 15 in die Sitznut 13 eingesetzt, um den Klemmbolzen 16 rotiert und verriegelt, und der Klemmbolzen 16 wird danach festgezogen, wodurch das Werkzeug 6 an dem Werkzeugadapter 7 fixiert wird.
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Beschreibung der schwingungsfähigen Teile
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Wie in 2(a) gezeigt, ist der Werkzeugadapter 7 mit einer Mehrzahl von frei schwingungsfähigen Teilen 20 (vier schwingungsfähige Teile in dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel) entlang seines Umfangs equiangulär beanstandet.
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Der Werkzeugadapter 7 ist an der Werkzeugtrommel 9 an den Bolzenmontageteilen (durch Bolzen 35) montiert, die umfänglich angeordnet sind, um die schwingungsfähigen Teile 20 eines zylindrischen Teils 7b zu umgehen.
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Wie in 2(a) und 2(c) gezeigt, ist jeder der schwingungsfähigen Teile 20 mit einem Paar Rundlöcher 21 ausgebildet, die umfänglich in einem vorbestimmten Intervall voneinander an einer Grenze zwischen der ringförmigen Frontplatte 7a und dem zylindrischen Teil 7b beanstandet sind. Beginnend an jeweiligen Rundlöchern 21 sind ein Paar Schlitze 22 in den zylindrischen Teil 7B entlang einer Axialrichtung geschnitten, um umfänglich mit einem vorbestimmten Intervall voneinander beanstandet zu sein. Der schwingungsfähige Teil 20 weist ein Ende auf, das an der ringförmigen Frontplatte 7a befestigt ist, und das andere Teil führt freie Schwingungen durch. Die Ausbildung der schwingungsfähigen Teile 20 auf dem Werkzeugadapter 7 ist dadurch vereinfacht, ohne die Festigkeit des Werkzeugs 6 (oder des Werkzeugkörpers 10) zu beeinflussen.
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Beschreibung der viskoelastischen Elemente
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Eine Halteplatte 31 ist über einen Abstandshalter 30 an einer Rückseite jedes der schwingungsfähigen Teile 20 durch Bolzen 32 befestigt und ein viskoelastisches Element 33 mit der Form einer flachen Scheibe ist an der Halteplatte 31 befestigt, um mit einer Endseite der Werkzeugtrommel 9 kontaktierbar zu sein.
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Es sei hier angemerkt, dass das viskoelastische Element 33 ein Federelement, ein Dämpferelement und eine nichtlineare Federkonstante aufweist. Mit anderen Worten, die Federkonstante des viskoelastischen Elements 33 variiert in Abhängigkeit von der Größe der Last, wenn das viskoelastische Element unter einer Last deformiert wird. Beispiele des viskoelastische Elements 33 umfassen Gummi und dergleichen.
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Es sei auch angemerkt, dass durch Dickeneinstellung des Abstandshalters 30 die Druckkraft des viskoelastischen Elements 33 hinsichtlich der Endfläche der Werkzeugtrommel 9, eine anfängliche zulässige Deformation des viskoelastischen Elements 33 und dergleichen eingestellt werden.
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In der vorstehend beschriebenen Kurbelwellenfräse 1, mit dem Werkstück W, das ausgebildet ist, den Inneren Umfang des Werkzeugs zu durchdringen, bewirkt die Kombination der horizontalen Verschiebebewegung und der vertikalen Schwenkbewegung, dass das Werkzeug um das Werkstück W rotiert, während die Werkzeugtrommel 9 rotierend angetrieben wird, um das Werkzeug 6 zu rotieren, wobei der Lagerteil oder der Kurbelzapfenteil des Werkstücks W spanend maschinell bearbeitet wird. Das Werkzeug 6 ist relativ dünn und führt daher leicht Strukturschwingen durch, sodass es Fälle gibt, in denen das Werkzeug 6 während der spanenden maschinellen Bearbeitung schwingt.
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Beschreibung der funktionalen Effekte
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In der Werkzeugaufnahme der Kurbelwellenfräse gemäß dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel schwingen die schwingungsfähigen Teile 20, die auf dem Werkzeugadapter 7 ausgebildet sind, wenn das Werkzeug 6 während der maschinellen spanenden Bearbeitung vibriert, und Schwingungsenergien der schwingungsfähigen Teile 20 werden durch die entsprechenden viskoelastischen Elemente 33 aufgenommen, sodass die jeweiligen Schwingungen des Werkzeugs 6 und des Werkzeugadapter 7 in ihrer Gesamtheit gedämpft werden (Schwingungsmodendämpfungstheorie).
Folglich wird die Schwingung des Werkzeugs 6 während der spanend maschinellen Bearbeitung minimiert. Dadurch wird die Notwendigkeit eines maschinell spannenden Bearbeitens unter reduzierter Last, zum Beispiel durch Reduzieren der Schnittgeschwindigkeit zum Vorbeugen einer fehlerhaften spanend maschinell bearbeiteten Oberfläche, Geräuschen und dergleichen, die durch die Vibration des Werkzeugs 6 während der spanend maschinellen Bearbeitung auftreten, eliminiert, eine spanend maschinelle Bearbeitung unter einer erhöhten Last erreicht und die spanend maschinelle Bearbeitungseffizienz verbessert.
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Die Werkzeugaufnahme für die Kurbelwellenfräse gemäß der vorliegenden Erfindung wurde basierend auf dem vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Struktur, die in dem vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde beschränkt.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Eine Werkzeugaufnahme für eine Kurbelwellenfräse gemäß der vorliegenden Erfindung weist als Charakteristik eine Minimierung von Schwingungen eines Werkzeugs während spanend maschineller Bearbeitung auf und ist daher geeignet zum Aufnehmen des Werkzeugs während eine spanend maschinelle Bearbeitung an einer Kurbelwelle durchgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwellenfräse
- 6
- Werkzeug
- 7
- Werkzeugadapter
- 7a
- ringförmige Frontplatte
- 7b
- zylindrischer Teil
- 20
- schwingungsfähiger Teil
- 22
- Schlitz
- 33
- viskoelastisches Element
