DE1938535B2

DE1938535B2 - Stabförmiger Werkzeughalter

Info

Publication number: DE1938535B2
Application number: DE1938535A
Authority: DE
Inventors: Hans Kristian Sandvika Holmen (Norwegen)
Original assignee: SELSKAPET FOR INDUSTRIELL OG TEKNISK FORSKNING VED NTH (SINTEF) TRONDHEIM (NORWEGEN)
Current assignee: SELSKAPET FOR INDUSTRIELL OG TEKNISK FORSKNING VED NTH (SINTEF) TRONDHEIM (NORWEGEN)
Priority date: 1968-07-29
Filing date: 1969-07-29
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE1938535C3; DE1938535A1; SE339378B; FR2014766A1; GB1263950A; NO118637B; US3598498A

Description

Die Erfiuuung betrifft einen stabförmigen Werkzeughalter wie Bohrstange od. dgl., mit einer eine nahezu konische Grundform aufweisenden Dämpfungsmasse, die in einer axial verlaufenden, ebenfalls eine nahezu konische Grundform aufweisenden Bohrung durch wenigstens ein Federelement gehalten und wenigstens teilweise von einem Dämpfungsfluid umgeben ist, das den Zwischenraum zwischen der Dämpfungsmasse und der Bohrung ausfüllt.

Bei einem nach der US-PS 3230833 bekannten Werkzeughalter dieser Art ist die Dämpfung des zu haltenden Wei '^eugs nicht einstellbar. Dies gilt auch für einen ähnlichen Werkzeughalter nach der US-PS 2591 115.

Aufgabe der ErVindung ist es, "inen Werkzeughalter der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem die jeweils günstigste Dämpfung des zu haltenden Werkzeugs einzustellen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Werkzeughalter dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse in der Bohrung axial verschiebbar ist.

Durch axiales Verschieben kann die wirksame Schicht des Dämpfungsfluids in ihrer Stärke verändert und damit die Dämpfung des zu haltenden Werkzeugs in einfacher Weise eingestellt werden.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht einer Werkzeugspannhülse bzw. eines Werkzeughalters mit einer Dämpfungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 veranschaulicht in einem schematischen und vereinfachten Schnittbild entsprechend Fig. 1 einige bedeutsame Beziehungen in den Abmessungen hin sichtlich des Einstellbereiches der Einrichtung;

Fig. 3 zeigt in einer Axialschnittansicht eine Einzelheit der Anordnung am rechten Ende der Einrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. J zeigt eine weitere Ausführungsforin der in Fig. 3 bereits in einer Ausführungsform dargestellten Anordnung;

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der inFig. I eingetragenen Linie C-C.

Fig. 6 zeigt in einer Axialschnittansicht eine Einzelheit in dem in Fig. 1 mit Ü bezeichneten Bereich;

Fig. 7 zeigt schematisch und vereinfacht ein Ersatzschwingsystem;

Fig. 8 veranschaulicht die möglichen Auslenkungsformen der Umlauferzeugenden einer Dämpfungsmasse;

Fig. 9 zeigt in einer Teilschnittansicht eine bevorzugte weitere Ausführungsfonn der Dämpfungseinrichtung.

Einer der wichtigsten Gründe für das Entstehen von sich selbst erzeugenden Vibrationen liegt darin, daß die dem Bearbeitungswerkzeugsystem anhaftende Dämpfung zu klein ist. Diese Dämpfung kann verbessert werden, indem ein Dämpfungsteil in das System eingeführt wird. Die Schwierigkeit dabei besteht jedoch darin, daß in vielen Fällen kein Element vorhanden ist, an welchem das freie Ende des Dämpfungsteiles in dem jeweiligen System befestigt werden kann, wie im Falle einer langen und dünnen Bohrspindel. Die betreffende Bohrspindel kann daher relativ leicht angeregt werden, um transversale Biegeschwingungen niedriger Frequenz auszuführen.

Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht

>o darin, ein Dämpfungsglied mit einer zusätzlichen Masse zu befestigen, die in bezug auf das zu dämpfende System verschoben werden kann. Um dieses Verfahren der Dämpfung näher zu erläutern, sei zunächst auf Fig. 7 der Zeichnungen näher eingegangen.

Eine zusätzliche Masse bzw. eine Dämpfungsmasse m2 ist hier in einem gesonderten Schwingsystem enthalten, das in bezug auf die Werte des Hauptsystems (ml, kl) abgestimmt sein kann. Zum Zwecke der Er-

«) läuterung sei angenommen, daß die dem Hauptsystem innewohnende Dämpfung beseitigt ist, da diese Dämpfung im Vergleich zu der Dämpfungskonstante /2 des zusätzlichen Massensystems vernachlässigbar ist.

i) Durch genaue Wahl der Parameter, d. h. der Federkonstante /c2 und der Dämpfungskonstante/2 relativ zu dem Verhältnis zwischen den Massen rn 1 und m 2 tritt zwischen den Massen ml und m 2 eine relative Bewegung auf. Diese Bewegung ,'ührt in dem Dämpfungsteil bzw. -glied eine Arbeit aus. Dabei wird in dem System Energie verbraucht, was bedeutet, daß die Schwingungen oder Vibrationen gedämpft sind. Die optimale Dämpfung des Systems wird bei denjenigen Werten der Parameter erzielt, die zu maxima-

4Ί len Werten der Arbeit pro Zeiteinheit führen.

Durch eine Änderung der Ersatzindöäu bzw. Federkonstante der Werkzeugspannhülse, wie z. B. durch Ändern der effektiven Länge der Hülse, führt eine kontinuierliche oder plötzliche Änderung der Masse

■ti des Werkzeugs, wie z. B. die Abnutzung einer Schleifscheibe oder der Austausch eines Werkzeugs, dazu, ('aß sich die Werte der Parameter m I und k 1 ändern. Aus Vorstehendem dürfte ersichtlich sein, daß eine derartige Änderung zuzulassen ist, da die Einstellung

r, der Parameter /2 und kl zur Erzielung einer optimalen Dämpfungswirkung führt.

Bei den in Fig. I bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist eine Werkzeugspannhülse bzw. ein stabförmiger Werkzeughalter in Form einer Bohrstange 1

mi dargestellt, die an ihrem linken Ende festgeklemmt ist. Die Werkzeugspannhülse 1 weist ein Dämpfungsglied bzw. eine Dämpfungsmasse 2, eine Bohrung 6 zur Aufnahme der Dämpfungsmasse, einen Federstab bzw. ein Federelement 4, eine als Träger bzw. Trag-

t,-, anordnung für den Federstab wirkende axial verstellbare Hülse 5, ein zum Beispiel durch öl gebildetes Dämpfungsmedium bzw. -fluid 3 und ein verschließbares Loch 7 zur Messung der Federkonstante des Sy-

stems und zur Einführung des Dämpfungsmediums auf.

Diese Ausführungsform enthält ferner einen Hohlgewindestift 10 mit einer konkav gekrümmten Kugeloberfläche, die an einem Ende die Dämpfungsmasse 2 in bezug auf den Endteil 11 des Federstabes aufzunehmen und auszurichten imstande ist. Ferner ist ein drehbarer Knopf 12 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Federstab 4 in der Hülse 5 bewegbar ist. Daneben ist ein zweiter drehbarer Knopf 13 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Hülse 5 in der Werkzeugspannhülse 1 bewegbar ist. Eine Anzahl von Hilfsfedern 14 hält die Dämpfungsmasse in ihrem Ausgleichszustand. Ferner wird die Dämpfungsmasse durch diese Federn während der Rotationsbewegungen geführt, ohne dabei in einem nennenswerten Ausmaß die Federkraft in der Hauptfeder, dem Federelement 4 zu stören. Die Hilfs- oder Führungsfedern 14 gemäß Fig. 5 und 6 können z. B. an die Stelle einer mittig angeordneten Feder treten.

Die dargestellten Betätigungsknöpie 12 und 13 können mit Skaleneinteilungen versehen sein, mit deren Hilfe die axiale Lage der Dämpfungsma^se in der Bohrung bzw. die Dämpfungskonstante und die überstehende Länge des Federstabes bzw. die Federkonstante angezeigt wird.

Auf Grund der Tatsache, daß sich eine Volumenänderung ergibt, wenn der Federstab in die Bohrung mehr oder weniger weit hineingeführt wird, ibt in dem Verschlußdeckel 15 (siehe Fig. 3) eine Ausnehmung 8 vorgesehen, in welcher ein Ausdehnungsbehälter 9 enthalten ist. Bei diesem Behälter 9 kann es sich z. B. um einen mit Luft gefüllten Behalter aus einem Kunststoff handeln. Dieser Ausdehnungsbehälter kann entsprechend den Volumenänderungen zusammengedrückt und auseinandergezogen werden. Die Volumenänderungen gehen unter anderem auf die Bewegungen der Hülse 5 und des Federelementes 4zurück. Eine von der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsfoi/n abweichende Ausführungsform des Ausdehnungsbehälters ist in Fig. 4 verdeutlicht. Gemäß Fig. 4 ist die Ausnehmung 8 durch einen Zylinder 128 ersetzt, in welchem ein Kolben 129 sich zwischen dem Dämpfungsmedium und der Atmosphäre befindet. Die Verbindung zu der Atmosphäre erfolgt durch eine Schraube 127, die in ein Loch eingeschraubt ist.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß die freie Länge L des Federstabes einen Änderungsbereich von Δ L1 besitzt und daß zur Einstellung der Dämpfungskonstante ein Einstelibereich von ALI vorhanden ist. Diese Werte sind durcii die Wahl der Abmessungen der Dämpfungsmasse und der Bohrung festgelegt.

Eine gemäß Fig. 8 modifizierte Umlauferzeugendc. die der durch die gestrichelte Linie α bezeichneten Kurve folgt, tritt in dem Fall auf, daß die Bohrung in der Werkzeugspannhülse nahezu die gleiche Form besitzt. Befindet sich die Dämpfungsmasse in der Nähe ihrer linken Endstellung und erfährt sie eine weitere Axialverschiebung, so führt dies zu einer erhöhten Empfindlichkeit auf Änderungen in der mittleren Abstandsbreite im Vergleich zu dem Fall, daß die Dämpfungsmasse sich in der Nähe ihrer rechten Endstellung befindet. Demgemäß tritt in dem Fall, daß die Umlauferzeugende der gestrichelten Linie γ folgt, die gegenteilige Wirkung auf.

Folgt die Umlauferz, ugende der stark ausgezogenen Linie ß, so führt dies zu einer linearen Beziehung zwischen der Abstandsbreite und der Axialverschiebung. Die stufenweise geradlinig verlaufende Urr.-lauferzeugende kann unter Erzielung der oben erläuterten nicht linearen Wirkung zu einer Wellenform ausgeglättet werden.

Es dürfte ersichtlich sein, daß die oben erläuterte Ausführungsform auch dann zufriedenstellend arbeiten kann, wenn jegliche Einstellmöglichkeiten für die Federkonstante fehlen, d. h. dann, wenn die Hülse S nicht verschiebbar ist. Diese Modifikation ist besonders von Bedeutung bei einer gemäß Fig. 8 abgeänderten Umlauferzeugenden.

In den Fällen, in denen es besonders praktisch ist, können die Hülse 5 und das Federelement 4 durch den Verschlußdeckel 15 nach außen herausgeführt sein, so daß die Knöpfe 12 und 13 an den freien Enden der Werkzeugspannhülse vorgesehen sind. Es dürfte ferner ersichtlich sein, daß die Ausführungsform gemäß Fig. ' und 2 ferner mit einem Federstab versehen sein kann, der an beiden Enden f'..-2geklemmt ist. In einem derartigen Fall wird die Anordnung jedoch etwas komplizierter als bei der als Alisführungsbeispiel dargestellten Anordnung. Im Hinblick auf die miteinander zusammenhängenden Kegelformen der Dämpfungsrpisse und der Bohrung dürfte einzusehen sein, daß anstelle der obenerwähnten Wellenform auch andere Modifikationen bzw. Auslenkungen möglich sind. So kann z. B. der Grad der Konizität der Dämpfungsmasse und der Bohrung unterschiedlich gewählt sein.

Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform des Werkzeughalters ist in Fig. 9 dargestellt. Wie bei der in Fig. 1 bis 6 dargestellten Anordnung ist auch hier eine Werkzeugspannhülse 21 vorgesehen, die an ihrem linken Ende festgeklemmt werden kann. Diese Spannhülse weist eine Bohrung 20 zur Aufnahme des Dämpfungsteiles bzw. der Dämpfungsmasse 22 auf. Die Bohrung und die Dämpfungsmasse btsitzet weitgehend konische Form. Die Dämpfungsmasse ist dabei in der Bohrung axial verstellbar, wie nachstehend noc.i näher ersichtlich werden wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzen die Federelemente die Form von Gummischeiben 24 und 25; sie berühren jeweils eine Stirnfläche der Dämpfungsmasse 22, die mit gesonderten Endstücken 30 und 31 versehen sein kann, welche ggf. eine zylindrische Form besitzen. Zum Zwecke des Festklemmens der Gummischeiben sind weitere Klemmscheiben 28 und 29 vorgesehen, die an einer Schraube bzw. an einem Stab 26 und an einem dazu konzentrisch verlaufenden Hohlstab 27 befestigt sind. Diese Stäbe erstrecken sich nach außen zu Betätigungsknöpfen 37. und "*3 hin. Auf diese Weise ist eine unabhängige. Einstellung der Federkonstanie und der Dämpfungskonstante in entsprechender Weise möglich, wie es in Verbindung mit Fig. 1 bis 6 erläutert worden ist.

Die Dämpfungskonstante wird durch axiale Verschiebung der Dainpfungsmasse 22 in der Bohrung 20 so eingestellt, daß der mit dem Dämpfungsmedium ausgefüllte Zwischenraum 23 geändert wird. Dies erfolgt mit Hilfe des Knopfes 33, der an e:nen äußeren Endteil der Werkzeugspannhülse 21 aufgeschraubt ist und der über ein Zapfenteil 36 mit dem Hohlstab bzw. mit der Hohlstange 27 verbunden ist. Die Federkonstante wird durch stärkeres oder schwächeres Zusammendrücken der Gummischeiben 24 und 25 zwischen den Stirnflächen der Dämpfungsmasse und den ent-

sprechenden Klemmscheiben 29 und 28 eingestellt. Dies erfolgt von Hand durch Drehung der Stäbe bzw. Stangen 26 und 27. Der Knopf 32 ist dabei mit dem Zapfenteil 36 schraubbar verbunden.

Die Bohrung 20 besitzt vorzugsweise einen zylindrischenTeil 34 und einen weiteren zylindrischen Teil 35, und zwar im Bereich der jeweiligen Gummischeibe 24 bzw. 25. Auf diese Weise beeinflußt die axiale Verschiebung der Dämpfungsmasse nicht gleichzeitig die F'ederkonstantc. Der zylindrische Teil 35 am linken Finde ist in einem besonderen lindteil 21 ei vorgesehen, das in den übrigen Teil der Werkzeugspannhülse eingeschraubt ist und das unter anderem dazu dient die Werkzeugspannhülse zu tragen.

Als Ausdchnungscinrichtung ist bei dieser Aiisführungsform eine Anzahl von scheibenförmigen EiIcmentcn 38 aus Porengummi vorgesehen. Diese schei-

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Hohlraum 37 in der Werkzeugspannhülse konzentrisch zur Bohrung 20 und zu den Stangen 26 und 27 angeordnet.

Die Stangen bzw. Stäbe 26 und 27 sind hauptsächlich deshalb vorgesehen, um die gewünschte axiale Einstellung der Dämpfungsmasse 22 und das Zusammendrücken der Gummischeiben 24 und 25 zu bewirken. Die Stangen bzw. Stäbe stellen für sich nicht irgendein Teil der F-edcrelemente dar. welche clic Federkonstante festlegen. F^:erner sind die betreffenden Stangen nicht deshalb allein erforderlich, um möglichen axialen Kräften in der Dämpfungsmasse widerstehen zu können, da die Gummischeiben vorzugsweise an der Bohrung 22 mit einem hinreichend hohen Druck anliegen, um die Dämpfungsmasse an der Ausführung einer axialen Gleitbewegung in der Bohrung zu hindern.

Die obenerwähnte Maßnahme bringt unter anderem den Vorteil mit sich, daß die Klemmscheibe!) und ggf. die Dämpfungsmasse konische Oberflächen besitzen, die an der jeweils benachbarten Gummischeibi· anliegen, so daß eine axiale Verschiebung der jeweiligen Klemmscheibe zu der Gummischeihc hin eine gewisse radiale Ausdehnungsbewegung der jew( iligen

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W It IMtIIl.-,1111.Il'V Mtl VWII Uli.

In ilen oben betrachteten Zeichnungen sind die Ar! und die Befestigung des jeweiligen Werkzeugs nicht näher dargestellt, da eine universelle Lösung ilei Dämpfung von Transversalschwingungen in langen und dünnen Spannhülsen bzw. Werkzeughaltern aufgezeigt werden soll, die an einem Linde festgeklemmt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Stabförmiger Werkzeughalter wie Bohrstange od. dgl., mit einer eine nahezu konische Grundform aufweisenden Dämpfungsmasse, die in einer axial verlaufenden, ebenfalls eine nahezu konische Grundform aufweisenden Bohrung durch wenigstens ein Federelement gehalten und wenigstens teilweise von einem Dämpfungsfluid umgeben ist, das den Zwischenraum zwischen der Dämpfungsmasse und der Bohrung ausfüllt, dadurch gekennzeichne t, daß die Dämpfungsmasse (2; 22) in der Bohrung (6; 20) axial verschiebbar ist.