DE1238311B

DE1238311B - Damping arrangement for tools or their carriers or for workpieces or their carriers

Info

Publication number: DE1238311B
Application number: DE1963H0050211
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Juergen Korner; Dr-Ing Theodor Stoeferle
Original assignee: KARL HUELLER GmbH
Current assignee: KARL HUELLER GmbH
Priority date: 1963-09-07
Filing date: 1963-09-07
Publication date: 1967-04-06
Also published as: CH431199A; GB1051548A

Description

DEUTSCHES WPWQSV PATENTAMTGERMAN WPWQSV PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 49 a-57German class: 49 a-57

Nummer: 1238311Number: 1238311

Aktenzeichen: H 502111 b/49 aFile number: H 502111 b / 49 a

1238 311 Anmeldetag: 7. September 19631238 311 Filing date: September 7, 1963

Auslegetag: 6. April 1967Opened on: April 6, 1967

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung für Werkzeuge oder deren Träger bzw. für Werkstücke oder deren Träger, die an einem Aufnahmeglied einer Werkzeugmaschine durch Festspannmittel dauerhaft, vorzugsweise lösbar befestigt sind.The invention relates to a damping arrangement for tools or their carriers or for workpieces or their carrier, which is attached to a receiving member of a machine tool by means of clamping means are permanently, preferably releasably attached.

Der Arbeitsbereich von im Einsatz Arbeitsdrücken unterliegenden Werkzeugen oder deren Trägern bzw. Werkstücken oder deren Trägern ist von deren eine ratterfreie Bearbeitung gewährleistenden Steifigkeit abhängig. Um nun beispielsweise bei Bohrstangen befriedigende Arbeitsergebnisse zu erzielen, wird üblicherweise deren Länge als ein Vierfaches des Durchmessers gewählt. Bei derartigen Werkzeugträgern wurden nun bereits Wege beschritten, um die statische bzw. dynamische Steifigkeit zu erhöhen und dadurch das Verhältnis von Trägerlänge zu Trägerdurchmesser im Interesse eines größeren Arbeitsbereiches wesentlich zu verändern, doch konnten bis jetzt keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden.The working area of tools exposed to working pressures or their carriers or Workpieces or their carriers depends on their rigidity, which guarantees chatter-free machining addicted. In order to achieve satisfactory work results with boring bars, for example usually their length is chosen as four times the diameter. With such tool carriers Ways have already been taken to increase the static or dynamic rigidity and thereby the ratio of beam length to beam diameter in the interest of a larger working area to change significantly, but so far no satisfactory results have been obtained.

Zu diesem Zweck wurden beispielsweise solche Träger aus einem hochwertigen, einen hohen Dehnungs- bzw. Elastizitätsmodul aufweisenden Material, beispielsweise Wolframkarbid, hergestellt, oder man hat dieses Ziel durch den Einschluß einer fliegenden Masse. (Energietilger) im Träger zu erreichen versucht. Bei all diesen Maßnahmen konnten jedoch nur Verbesserungen bis maximal 50% erreicht werden.For this purpose, for example, such carriers were made of a high quality, high elongation or material having modulus of elasticity, for example tungsten carbide, or one has this goal by enclosing a flying mass. (Energy absorber) in the carrier tries. In all of these measures, however, improvements of up to a maximum of 50% were achieved will.

Es wurde nun gefunden, daß sich selbsterregte Schwingungen bei den eingangs erwähnten Körpern in vielen Fällen ausschalten lassen bzw. sich deren dynamische Steifigkeit wesentlich erhöhen läßt, wenn zwischen dem Werkzeug oder dessen Träger bzw. Werkstück oder dessen Träger und dem Aufnahmeglied an allen Druckübertragüngsstellen ein hochdämpfendes Dämpfungsglied angeordnet und durch die Festspannmittel zwischen diesen Teilen festspannbar ist. Durch die Anordnung eines solchen Dämpfungsgliedes besteht somit zwischen dem schwingungsfähigen System, beispielsweise einer Bohrstange oder einer fliegend gelagerten Spindel, und seinem Aufnahmeglied keine unmittelbare Verbindung mehr, wodurch zwar die statische Steifigkeit (Federkonstante) verringert, jedoch eine wesentliche Erhöhung der dynamischen Steifigkeit erreicht wird. Die Stabilitätsgrenze erfährt dadurch eine derartige Verschiebung, daß in einem erheblich erweiterten Arbeitsbereich selbsterregte Schwingungen vermieden werden.It has now been found that self-excited vibrations in the bodies mentioned at the beginning can be switched off in many cases or their dynamic rigidity can be increased significantly if a highly damping device is installed between the tool or its support or workpiece or its support and the receiving member at all pressure transmission points Arranged attenuator and can be clamped between these parts by the clamping means. The arrangement of such a damping element means that there is no longer any direct connection between the oscillatory system, for example a boring bar or a cantilevered spindle, and its receiving element, whereby the static stiffness (spring constant) is reduced, but a substantial increase in the dynamic stiffness is achieved. The stability limit experiences such a shift that self-excited vibrations are avoided in a considerably expanded working range.

Für das Dämpfungsglied wird man zweckmäßigerweise ein derartiges Material wählen, daß eine sich durch das Verhältnis der dynamischen Steifigkeit des Dämpfungsanordnung für Werkzeuge oder deren Träger bzw. für Werkstücke oder deren TrägerFor the attenuator one will expediently choose such a material that a by the ratio of the dynamic stiffness of the damping arrangement for tools or their Carrier or for workpieces or their carriers

Anmelder:Applicant:

Karl Hüller G. m. b. H.,
Ludwigsburg (Württ), Grönerstr. 7Karl Hüller G. mb H.,
Ludwigsburg (Württ), Grönerstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Jürgen Körner, Hochberg;Dipl.-Ing. Jürgen Körner, Hochberg;

Dr.-Ing. Theodor Stöferle, Ludwigsburg (Württ.)Dr.-Ing. Theodor Stöferle, Ludwigsburg (Württ.)

Werkzeuges oder dessen Trägers bzw. des Werkstückes oder dessen Trägers zusammen mit dem Dämpfungsglied zu der dynamischen Steifigkeit des Werkzeuges oder dessen Trägers bzw. des Werkstückes oder dessen Trägers ohne Dämpfungsglied ergebende dynamische Versteifung im Bereich von 1: 50 liegt, vorzugsweise zwischen 1:10 und 1: 30. Hierbei ist stets an den Bereich in oder in der Nähe der Resonanz gedacht.Tool or its carrier or the workpiece or its carrier together with the Attenuator for the dynamic rigidity of the tool or its support or the workpiece or its support without attenuator resulting in dynamic stiffening in the range of 1:50 is, preferably between 1:10 and 1:30. The area in or close by is always here thought of the response.

Erfindungsgemäß wird als Material für das Dämpfungsglied ein Kunststoff gewählt, dessen Dispersionsbereich vorzugsweise im Bereich der für im Einsatz befindliche Werkzeuge oder Werkstücke üblichen Temperatur liegt. Zweckmäßigerweise kann als geeigneter Kunststoff Polyvinylchlorid, vorzugsweise weichgemachtes Polyvinylchlorid, dienen. Dieses Material des Dämpfungsgliedes wird so gewählt, daß sich ein Verhältnis der mechanischen Verlustfaktoren (Materialdämpfung) des als schwingungsfähigen Systems wirkenden Werkzeuges oder -Stückes bzw. Trägers desselben zum Dämpfungsglied vorzugsweise über 1:10 ergibt. Als mechanischer Verlustfaktor gilt das Verhältnis der Dämpfungssteifigkeit zur Federsteifigkeit bei den betreffenden Frequenzen. Er ist also eine Funktion der Frequenz.According to the invention, a plastic is selected as the material for the attenuator, the dispersion range of which is preferably in the range of that for use tools or workpieces located at the usual temperature. Appropriately can be considered more suitable Plastic polyvinyl chloride, preferably plasticized polyvinyl chloride, are used. This The material of the attenuator is chosen so that there is a ratio of the mechanical loss factors (Material damping) of the tool or piece or tool acting as an oscillating system Carrier of the same to the attenuator is preferably about 1:10. As a mechanical loss factor the ratio of damping stiffness to spring stiffness applies at the relevant frequencies. He is therefore a function of frequency.

Während die Materialdämpfung von Stahl oder Gußeisen od. dgl. außerordentlich gering ist und aus diesen Metallen bestehende Körper wie Werkzeuge oder deren Träger bzw. Werkstücke oder deren Träger im Einsatz Resonanzüberhöhungen um den Faktor 50 bis 1000 aufweisen können, wird durch die erfindungsgemäße Verwendung und Anordnung von vorzugsweise weichgemachtem Polyvinylchlorid eine Erhöhimg der dynamischen Steifigkeit mindestens um den Faktor 10 bzw. um einen größerenWhile the material damping of steel or cast iron or the like is extremely low and off these metals existing bodies such as tools or their carriers or workpieces or their Carriers in use can have resonance peaks by a factor of 50 to 1000, is due to the inventive use and arrangement of preferably plasticized polyvinyl chloride an increase in dynamic stiffness by at least a factor of 10 or by a larger one

709 548/104709 548/104

Faktor erreicht. Eine derartige Erhöhung der dynamischen Steifigkeit, die also vom Dämpfungsverhältnis des verwendeten Kunststoffes zu dem betreffenden schwingungsfähigen System aus Stahl, Gußeisen od. dgl. abhängt, gestattet es, z. B. bei einer Bohrstange das Längen-Durchmesser-Verhältnis so zu verändern, daß die Länge der Bohrstange das Achtbis Zehnfache ihres Durchmessers betragen kann.Factor achieved. Such an increase in dynamic stiffness, i.e. that of the damping ratio of the plastic used to the relevant vibratory system made of steel, cast iron Od. Like. Depends, it allows z. B. to change the length-to-diameter ratio of a boring bar in such a way that that the length of the drill rod can be eight to ten times its diameter.

Hierbei ist zu beachten, daß bei dem als Dämpfungsglied verwendeten Kunststoff die Materialdämpfung nicht so hoch gewählt wird, daß insbesondere weichgemachter Kunststoff, vorzugsweise weichgemachtes Polyvinylchlorid, in festgespanntem Zustand zu stark fließt, wodurch zwangläufig ein unzulässiges Abweichen beispielsweise des betreffenden Werkzeuges oder dessen Trägers aus der eingestellten Arbeitslage und somit unzulässige Maßabweichungen an der Bearbeitungsfläche die Folge sind.It should be noted that in the case of the plastic used as the damping element, the material damping is not chosen so high that in particular plasticized plastic, preferably plasticized Polyvinyl chloride, when clamped, flows too strongly, which inevitably leads to an impermissible Deviation, for example, of the tool in question or its carrier from the set one Working position and thus impermissible dimensional deviations on the processing surface are the result.

Bei der Wahl eines geeigneten Kunststoffes, beispielsweise bei in geeignetem Maß weichgemachtem Polyvinylchlorid, läßt sich nun für die optimale Einstellung der dynamischen Steifigkeit bei einem bestimmten Dämpfungsverhältnis die notwendige statische Steifigkeit des Dämpfungsgliedes durch Veränderung des Festspanndruckes erzielen. Durch diese Maßnahme wird somit eine Veränderung der geometrischen Form des Dämpfungsgliedes in dessen noch elastischem Bereich erfolgen. Zur Erhöhung der dynamischen Steifigkeit können dabei ein einziges Dämpfungsglied oder eine Mehrzahl von Dämpfungsgliedern vorgesehen sein, wobei es zweckmäßig ist, zwischen dem schwingungsfähigen System und dem Aufnahmeglied mindestens zwei Dämpfungsglieder anzuordnen, die zweckmäßig unter sich gleich ausgebildet sind. In letzterem Fall, d. h. bei Verwendung einer Vielzahl von Dämpfungsgliedern, wird man vorteilhaft eine Festspannvorrichtung verwenden, die im Winkelabstand angeordnete, entsprechenden Dämpfungsgliedern zugeordnete Festspannelemente hat, die durch Verdrehen in ihrer Fest-Spannwirkung veränderbar sind. Durch die Anordnung mehrerer solcher Festspannelemente lassen sich entweder alle Dämpfungsglieder gemeinsam in gleichem Maß in ihrer Vorspannung verändern, wobei dann ausschließlich eine Veränderung der dynamisehen Steifigkeit eintreten wird, oder es können die Dämpfungsglieder einzeln bzw. teilweise eine Veränderung in ihrer Vorspannung erfahren, so daß sich das betreffende schwingungsfähige System, beispielsweise eine Bohrstange, ohne wesentliche Herab-Setzung der dynamischen Versteifung um geringe Beträge in einer Richtung ablenken und so eine Feinzustellung der Bohrstange bzw. des von ihr getragenen Werkzeuges erzielen läßt. Diese Feinzustellung kann beispielsweise über einen Exzenter mit einer geeichten Skala erfolgen, so daß der gewünschte Betrag der Zustellung direkt einstellbar ist. Mit genügender Übersetzung sind hierbei Zustellungen von 0,001 mm erreichbar.When choosing a suitable plastic, for example polyvinyl chloride plasticized to a suitable degree, the necessary static rigidity of the damping element can now be achieved by changing the clamping pressure for the optimal setting of the dynamic rigidity at a certain damping ratio. As a result of this measure , a change in the geometric shape of the damping element will take place in its still elastic region. To increase the dynamic rigidity, a single damping member or a plurality of damping members can be provided, it being useful to arrange at least two damping members between the vibratory system and the receiving member, which are expediently designed identically. In the latter case, ie when USAGE dung a plurality of attenuators, it is advantageously a tightening device USAGE the ones arranged in the angular distance corresponding attenuators associated clamping elements has, which are variable by rotating in its fixed clamping effect. By arranging several such clamping elements, either all damping elements can be changed in their bias to the same extent, in which case only a change in the dynamic stiffness will occur, or the damping elements can individually or partially experience a change in their bias, so that the respective oscillatory system, such as a boring bar, deflect without substantial reduction of the dynamic stiffening downgrades by small amounts in one direction and can thus achieve a fine feed of the drill rod or the tool carried by it. This fine infeed can be done, for example, via an eccentric with a calibrated scale, so that the desired amount of infeed can be set directly . With a sufficient translation, infeeds of 0.001 mm can be achieved.

In der Zeichnung ist zur Veranschaulichung der Erfindung ein erfindungsgemäß ausgebildeter Werkzeugträger beispielsweise in Form einer Bohrstange dargestellt. Es zeigtTo illustrate the invention, the drawing shows a tool carrier designed according to the invention for example shown in the form of a boring bar. It shows

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine an einem Aufnahmeglied einer Werkzeugmaschine befestigte Bohrstange, F i g. 1 is a plan view of a boring bar attached to a receiving member of a machine tool;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, F i g. 3 einen Teilschnitt nach Linie 3-3 der F i g. 1.FIG. 2 shows a section along line 2-2 of FIG. 1, FIG . 3 shows a partial section along line 3-3 of FIG . 1.

Die als Ganzes mit 10 bezeichnete Bohrstange weist einen Befestigungsfiansch 12 auf, mit dessen Hilfe diese an dem als Ganzes mit 14 bezeichneten Aufnahmeglied befestigbar ist. Letzteres weist eine an einer strichpunktiert angedeuteten Maschinenspindel 16 abnehmbar befestigte Trägerplatte 18 auf, die an ihrer zugänglichen Stirnseite einen zentralen Ringbund 20 hat.The drill rod designated as a whole by 10 has a fastening flange 12 , with the aid of which it can be fastened to the receiving member designated as a whole by 14. The latter has a carrier plate 18 which is detachably fastened to a machine spindle 16, indicated by dash-dotted lines, and which has a central annular collar 20 on its accessible end face.

Gegenüber diesem Ringbund ist der Befestigungsflansch 12 der Bohrstange vorgesehen; zwischen beiden Teilen ist eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen, aus Kunststoff bestehenden Dämpfungsgliedern, die mit 22 bezeichnet sind, angeordnet. Gehalten wird die Bohrstange an der Trägerplatte 18 mit Hilfe eines Ringstückes 24, das von der Bohrstangenseite her auf den Befestigungsflansch 12 wirkt, wobei gleichfalls zwischen diesen Teilen eine Mehrzahl von Dämpfungsgliedern 26 vorgesehen ist.Opposite this annular collar, the fastening flange 12 of the drill rod is provided; A plurality of plastic damping elements according to the invention, which are designated by 22, are arranged between the two parts. The boring bar is held on the support plate 18 by means of an annular piece 24, which acts on the Bohrstangenseite forth on the mounting flange 12, wherein a plurality of damping members 26 is provided also between these parts.

Zur Befestigung des Ringstückes 24 dient eine Festspannvorrichtung, die als Ganzes' mit 28 bezeichnete, beispielsweise im Winkelabstand von 90° voneinander angeordnete Festspannelemente aufweist.For fastening the ring piece 24 , a clamping device is used, which as a whole has clamping elements designated as 28 , for example at an angular distance of 90 ° from one another.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Dämpfungsglieder kreiszylindrisch bzw. tablettenförmig ausgebildet und in gleichem Winkelabstand voneinander und zu den Festspannelementen um 45° versetzt angeordnet. Zur Anordnung der Dämpfungsglieder sind sowohl an den beiden Stirnseiten des Befestigungsflansches 12 der Bohrstange als auch an den benachbarten Stirnseiten des Ringbundes 20 bzw. des Ringstückes 24 entsprechende zylindrische Ausnehmungen vorgesehen, in welche die Dämpfungsglieder eingreifen. Hierdurch ist zugleich eine Zentrierung der Bohrstange auf der Trägerplatte sichergestellt.In the present embodiment, the individual damping members are circular-cylindrical or tablet-shaped and are arranged at the same angular distance from one another and offset by 45 ° from the clamping elements. For the arrangement of the damping members, corresponding cylindrical recesses are provided both on the two end faces of the fastening flange 12 of the drill rod and on the adjacent end faces of the annular collar 20 or the annular piece 24 , into which the damping members engage. This also ensures that the boring bar is centered on the carrier plate.

Die Festspannelemente 28 sind gemäß F i g. 3 durch Schrauben gebildet, die mit ihrem Kopf 30 auf einer Innenringschulter 32 des Ringstückes 24 aufliegen. Der Schraubenschaft 34 dieser Schrauben durchdringt das Ringstück vorzugsweise mit Spiel und durchgreift eine im Befestigungsflansch vorgesehene Ausnehmung 36, ohne die Innenwand dieser Ausnehmung zu berühren. Mit ihrem Gewinde ist die Schraube in einem Gewindeloch 38 der Trägerplatte verschraubt. Lediglich eines dieser Festspannelemente und vorzugsweise das in Richtung des von der Bohrstange 10 getragenen, strichpunktiert angedeuteten Werkzeuges 41 angeordnete weist an seinem Kopf 30 noch einen angeformten Bund 42 auf, der an seiner Stirnseite mit einer Skala 44 versehen ist und dem an der Abdeckhaube 46 eine Orientierungsmarke 48 zugeordnet ist. The clamping elements 28 are shown in FIG. 3 formed by screws which rest with their head 30 on an inner ring shoulder 32 of the ring piece 24. The screw shaft 34 of these screws penetrates the ring piece, preferably with play, and passes through a recess 36 provided in the fastening flange without touching the inner wall of this recess. The screw is screwed with its thread in a threaded hole 38 of the carrier plate. Only one of these clamping elements and preferably that arranged in the direction of the tool 41 carried by the drill rod 10 , indicated by dash-dotted lines, has an integrally formed collar 42 on its head 30 , which is provided with a scale 44 on its end face and the one on the cover 46 with a Orientation mark 48 is assigned.

Durch die berührungsfreie Anordnung der Festspannelemente der Festspannvorrichtung im Befestigungsflansch der Bohrstange sowie durch die Anordnung einer Mehrzahl von Dämpfungsgliedern zwischen den dem Befestigungsflansch gegenüberliegenden Teilen und durch entsprechende Einstellung der Festspannelemente kann die statische Steifigkeit der Dämpfungsglieder zur gewünschten dynamischen Steifigkeit der Bohrstange entsprechend eingestellt werden.Due to the non-contact arrangement of the clamping elements of the clamping device in the mounting flange the drill rod and by the arrangement of a plurality of damping members between the opposite of the mounting flange The static stiffness can be divided and adjusted by adjusting the clamping elements accordingly the attenuators adjusted accordingly to the desired dynamic rigidity of the boring bar will.

Um bei dieser Anordnung zugleich eine Feinzustellung der Bohrstange bzw. des von ihr getragenen Werkzeuges zu erreichen, braucht lediglich die mit der Skala 44 versehene Schraube verdreht zu werden, wodurch die Dämpfungsglieder mehr oder weniger einseitig zusammengedrückt und dadurchIn order to achieve a fine adjustment of the boring bar or the tool carried by it at the same time with this arrangement, only the screw provided with the scale 44 needs to be turned, whereby the damping members are more or less compressed on one side and thereby

Claims

a corresponding tilting of the drill rod is achieved. When the tool is advanced in this way, the scale 44 is used for orientation. The covering hood 46 protects the above-described parts, which are used for fastening, damping and fine feed, from soiling and damage. It is sealed against the drill rod with the aid of an annular seal 50 and is attached to the carrier plate 18. IO patent claims:

1. Damping arrangement for tools or their carriers or for workpieces or their Carriers that are permanently attached to a receiving element of a machine tool by means of are preferably releasably attached, characterized in that between the tool or its carrier or workpiece or its carrier and the receiving member at all ao Pressure transmission points arranged a high damping damping element and through the clamping means can be clamped between these parts.

2. Damping arrangement according to claim 1, characterized by such a material for the damping element (22, 26) that a by the ratio of the dynamic rigidity of the tool or its carrier (10) or the workpiece or its carrier together with the damping element ( 22, 26) is in the range of 1:50, preferably between 1:10 and 1:30, in relation to the dynamic rigidity of these parts without a damping element.

3. Damping arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a plastic is used as the material for the damping element (22, 26) , the dispersion area of which is

preferably in the range of the usual temperature for tools or workpieces in use lies.

4. damping arrangement according to claim 3, characterized in that the plastic is polyvinyl chloride, preferably plasticized polyvinyl chloride, is provided.

5. Damping arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the damping element (22, 26) has a ratio of the mechanical loss factors (material damping) of the tool or its carrier (10) or of the workpiece or its carrier to the damping element (22, 26) , which is in the range between 1: 5 and 1: 200, preferably over 1:10.

6. Damping arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the static rigidity of the damping element (22, 26) can be changed by changing the clamping pressure.

7. Damping arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two damping members (22, 26) are arranged between the tool or its carrier (10) or the workpiece or its carrier and the receiving member (14).

8. Damping arrangement according to claim 7, characterized in that when using a plurality of damping members (22, 26) these are formed the same among themselves.

9. Damping arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping means arranged at an angular distance, corresponding damping members (22, 26) have associated clamping elements (34) which can be changed in their clamping effect by rotation.

1 sheet of drawings