DE19728268A1

DE19728268A1 - Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE19728268A1
Application number: DE19728268A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kimura; Yasuhiro Fukuyoshi; Satoshi Asakura; Noboru Aoyama
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-01-08
Also published as: JPH1015701A; KR100333831B1; KR980008402A; US5911802A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug, das bei einer Drehungsarbeit mit einem Schneidwerkzeug eine Schnittkante vorschiebt, während dieses in ihrer Vorschubrichtung an einem sich um eine Achse drehenden Werkstück vibriert, zum Schneiden des Werkstückes.

Stand der Technik

Bei einem Drehen eines äußeren Umfangs eines Werkstückes mit einem herkömmlichen Schneidwerkzeug wird ein Schneidwerkzeughauptkörper 1 in einer konstanten Geschwindigkeit in einer Vorschubrichtung F parallel zu einer Achse O weiter bewegt, während ein Werkstück W um die Achse O in einer Drehungsrichtung C gedreht wird, wie in Fig. 9 gezeigt, und die äußere Umfangsfläche des Werkstückes W wird durch eine Schnittkante 2 geschnitten, die an dem Kopf des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 angebracht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausmaß an Bewegung der Schnittkante 2 in der Vorschubrichtung F während einer Drehung des Werkstückes W ein Vorschub f, und der Ort L₀ (geometrischer Ort) der Schnittkante 2 auf der äußeren Umfangsfläche des Werkstückes W wird zu einer in einem bestimmten Winkel gedrehten Spirale.

Deshalb kann der Vorschub f auch als der Abstand zwischen den Spiralen in der Vorschubrichtung F betrachtet werden, der durch den Ort L der Schnittkante 2 auf der äußeren Umfangsfläche des Werkstückes W gezeichnet wird.

Entsprechend dem Drehen mit solch einem herkömmlichen Schneidwerkzeug aber, da der Ort L der Schnittkante 2 wie oben beschrieben zu einer Spirale mit einem bestimmten Winkel wird, wird ständig Späneabfall hergestellt und mit der Schnittkante 2 ausgegeben. Solche kontinuierlich hergestellten Späne sind unerwünscht, da sie sich selbst um das Werkstück W und den Schneidwerkzeughauptkörper 1 winden oder in einem Drehbankfutter so gefangen werden, daß sie mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, so daß sie in einen glatten Schneidvorgang eingreifen können oder eine bearbeitete Fläche des Werkstückes W und die Schnittkante 2 beschädigen.

Um daher solche Unannehmlichkeiten durch ein Ermöglichen der Trennung oder des Abbrechens der durch die Schnittkante 2 hergestellten Späne auszuschalten, wurde ein Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug vorgeschlagen, in dem eine Schnittkante 2 eines Schneidwerkzeuges in der Vorschubrichtung F weiterbewegt wird, während diese mit hoher Geschwindigkeit in einer Achsen-0-Richtung eines Werkstückes W zum Schneiden des Werkstückes W vibriert wird.

Fig. 10 und 11 zeigen ein Beispiel eines solchen Schneidverfahrens durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug. Die Schnittkante 2 wird zusammen mit dem Schneidwerkzeughauptkörper 1 in der Vorschubrichtung F weiterbewegt, während diese in der Achsennullrichtung des Werkstückes W für eine bestimmte Dauer vibriert wird.

Im übrigen kann als eine Einrichtung zum Vibrieren des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 bei solch einem vibrierenden Schneidwerkzeug z. B. eine Einrichtung zum schwingenden Unterstützen des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 an einem mittleren Abschnitt des Schneidwerkzeughauptkörpers angewendet werden, wobei ein durch einen Motor gedrehter Nocken usw. zum Anliegen an das hintere Ende des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 in der Achsen-0-Richtung gebracht wird, und ein vibrierendes Schneidwerkzeug, wie z. B. in der durch die Anmelderin bereits veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 7-108670 beschrieben, bei dem der Schneidwerkzeughauptkörper 1 mit einem elastisch deformierbaren Bereich geringer Festigkeit versehen ist, wobei ein Abschnitt vor dem Bereich geringer Festigkeit diskontinuierlich in die Achsen-0-Richtung durch einen direkt wirkendes Betätigungsorgan gedrückt wird, um die Schnittkante 2 am Kopf des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 zu vibrieren.

In dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel ist der Schneidwerkzeughauptkörper 1 einer sinuswellenförmigen Schwingung oder Vibration unterworfen, wie in Fig. 11 gezeigt, wodurch der Ort L der Schnittkante 2, wenn ein Ort der Schnittkante 2 im schwingungsfreien Zustand L₀ ist, sich spiralförmig um den Ort L₀ erstreckt, während dieser sich wellenförmig in der Achsennullrichtung bewegt.

Wenn jedoch die Amplitude a der Schwingung < f/2 ist, wie in Fig. 11 gezeigt, und die durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellte Beziehung erfüllt ist, wenn eine Drehungsdauer des Werkstückes W T ist und eine Schwingungsdauer des Schneidwerkzeughauptkörpers 1, d. h. der Schnittkante 2, t_total ist, sind eine Position A, in die sich die Schnittkante 2 am weitesten in der Vorschubrichtung F bewegt (im folgenden als vordere Endposition bezeichnet), und eine Position B, in die sich die Schnittkante 2 am weitesten entgegen der Vorschubrichtung F bewegt (im folgenden als hintere Endposition bezeichnet), nahe zueinander in der Achsen-0- Richtung in dem Bereich zwischen zwei Spiralorten L der Schnittkante 2 in der Achsen-0-Richtung gelegen:

2T = t_total × N (1)

wobei N eine ungerade Zahl von 1 oder größer als 1 ist.

Das heißt, die hintere Endposition B ist in bezug auf eine bestimmte vordere Endposition A an dem Ort L in einer Position gelegen, die die Schnittkante erreicht hat, nachdem diese in der der Drehungsrichtung C des Werkstückes W entgegengesetzten Richtung umgelaufen ist entlang des Ortes L von der vorderen Endposition A, und daher wird der Abstand in der Achsen-0-Richtung zwischen den durch den Ort L der Schnittkante 2 gezeichneten Spiralen eng in einem Abschnitt, in dem die vordere Endposition A und die hintere Endposition B nahe aneinanderliegen. Gleichzeitig wird die Breite der durch die Schnittkante 2 hergestellten Späne ebenfalls eng in diesem Abschnitt, so daß diese wahrscheinlich gebrochen werden. Im übrigen zeigen Fig. 10 und 11 das Beispiel eines Falles, in dem N = 5 ist.

Darüber hinaus zeigt Fig. 12 einen Fall, in dem die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante 2 gleich = f/2 und N = 5 ist. In diesem Fall stimmt die vordere Endposition A mit der hinteren Endposition B überein, so daß die Späne vollständig getrennt werden.

Wenn im übrigen der oben beschriebene Ausdruck (1) erfüllt ist, ist umgekehrt an dem Ort L der Schnittkante 2 die vordere Endposition A in einer Position gelegen, die die Schnittkante 2 nach einem Umlaufen in der der Drehungsrichtung C des Werkstückes W entgegengesetzten Richtung entlang des Ortes L von einer bestimmten hinteren Endposition B erreicht, und der Abstand zwischen den durch den Ort L gezogenen Spiralen in der Vorschubrichtung F nimmt in diesem Abschnitt ein Maximum ein. Hier ist, wie oben beschrieben, der Vorschub f der Schnittkante 2 der Abstand zwischen den Orten L in der Vorschubrichtung F. Wenn so der maximale Wert des Vorschubes f der maximale Vorschub f_max ist, entspricht der maximale Vorschub f_max im obigen Fall einer Strecke in der Vorschubrichtung F zwischen der hinteren Endposition B und der vorderen Position A, auf der der Abstand zwischen den durch den Ort L gezeichneten Spiralen maximal ist. Wenn a < f/2, f_max = f + 2a und a = f/2 ist, so daß die Späne vollständig getrennt werden, ist f_max = 2f.

Auf der anderen Seite ist es jedoch allgemein bekannt, daß sich die Oberflächenrauhigkeit des Werkstückes W bei dem Drehungsvorgang mit dem Schneidwerkzeug verschlechtert, wie der Vorschub f zunimmt. Zum Beispiel wird die maximale Höhe R_max der Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks W in der Achsen-0- Richtung (Seitenrauhigkeit) durch den folgenden Ausdruck (2) geeignet dargestellt:

R_max = f²/8R (2)

wobei R der Radius der Schnittkante 2 ist.

Das bedeutet, daß die Oberflächenrauhigkeit R_max des Werkstückes W proportional zum Quadrat des Vorschubes f ist. Wenn deshalb f_max = 2f ist, so daß die Späne durch das vibrierende Schneidwerkzeug wie oben beschrieben vollständig getrennt werden, vergrößert sich z. B. die Oberflächenrauhigkeit R_max vierfach, wobei der Vorschubbetrag keine Schwingung des Schneidwerkzeugs in einem Abschnitt verursacht, in dem der Abstand zwischen den Orten L in der Vorschubrichtung F ein Maximum einnimmt, so daß eine beachtliche Verschlechterung der bearbeiteten Oberflächenrauhigkeit verursacht wird.

Darüber hinaus nimmt der Vorschub f der Schnittkante 2 tatsächlich allmählich bis zum maximalen Vorschub f_max an einem Abschnitt an dem Ort L zu, an dem sich die Schnittkante 2 von der hinteren Position B zu der vorderen Endposition A bewegt.

Während jedoch der Vorschub f der Schnittkante 2 örtlich zunimmt, nimmt der auf die Schnittkante 2 wirkende Schneidwiderstand an dem Abschnitt ebenfalls zu. Wenn daher der maximale Vorschub f_max groß ist, tritt das Problem auf, daß die Schnittkante 2 aufgrund des gesteigerten Schneidwiderstandes wahrscheinlich beschädigt oder angeschlagen wird.

Die vorliegende Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Umständen gemacht und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug zu schaffen, das eine Verschlechterung der bearbeiteten Oberflächenrauhigkeit eines Werkstückes hemmen und einen Schneidwiderstand steigern kann, indem dieses einen wirksamen Betrieb durch Verwenden eines vibrierenden Schneidwerkzeuges zum Brechen oder Trennen von Spänen ermöglicht.

Um die obigen Probleme und die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen, ist ein Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug umfassend das Weiterbewegen einer an den Kopf eines Schneidwerkzeughauptkörpers angebrachten Schnittkante zum Schneiden oder Fräsen des Werkstückes vorgesehen, während diese in ihrer Vorschubrichtung an einem Werkstück vibriert, das sich um eine Achse dreht, wobei die Schwingung oder Vibration der Schnittkante so gesteuert wird, daß der folgende Ausdruck (3) und t_d ≠ t_u erfüllt sind, wenn eine Drehungsdauer des Werkstückes T, eine Schwingungsdauer der Schnittkante t_total ist, und wenn weiterhin die Zeit, die von der Schnittkante benötigt wird, um sich von einer weitesten Position in der Vorschubrichtung zu einer weitesten Position in der der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung zu bewegen, t_d und die benötigte Zeit zum Bewegen von der weitesten Position in die der Vorschubrichtung entgegengesetzte Richtung zu einer nächsten weitesten Position in der Vorschubrichtung während der Schwingungsdauer der Schnittkante 2 t_u ist:

T ≈ t_total × n + t_d (3)

wobei n gleich 0 oder eine positive ganze Zahl ist.

Entsprechend der herkömmlichen sinusförmigen Schwingung der Schnittkante, wird hier die Zeit t_d, die die Schnittkante benötigt, um sich entlang ihres Ortes L von der vorderen Endposition A zu der hinteren Endposition B zu bewegen, gleich der Zeit t_u sein, die zum Bewegen von der hinteren Endposition B zu der vorderen Endposition A benötigt wird. Um deshalb Späne zu brechen oder zu trennen, wenn die hintere Endposition B so gesetzt ist, daß diese in einer Position gelegen ist, die die Schnittkante nach einem Umlaufen in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung entlang des Ortes L von einer bestimmten vorderen Endposition A in der Nähe zu oder in Übereinstimmung mit der vorderen Endposition in der Vorschubrichtung F erreicht, d. h. so daß der obige Ausdruck (1) erfüllt ist, ist die vordere Endposition A immer in der Vorschubrichtung F der hinteren Endposition B in einer Position gelegen, die die Schnittkante nach einem nächsten Umlaufen in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung von der hinteren Endposition B erreicht, so daß der Abstand zwischen den Spiralorten L ein Maximum erreicht, wie oben beschrieben, in einem Abschnitt zwischen dieser hinteren Endposition B und dieser vorderen Endposition A. Dies ist auch für andere Wellenformen erfüllt und nicht nur auf die sinusförmige Wellenform beschränkt, wenn t_d = t_u erfüllt ist.

Da aber bei einem Schneidverfahren nach der vorliegenden Erfindung die Zeit t_d, die die Schnittkante benötigt, um sich von der vorderen Endposition A zu der hinteren Endposition B zu bewegen, und die Zeit t_u, die zum Bewegen von der hinteren Endposition B zu der vorderen Endposition A benötigt wird, auf t_d ≠ t_u gesetzt sind, d. h. ungleich sind, um die hintere Endposition B so zu setzen, daß diese in einer Position gelegen ist, die die Schnittkante nach einem Umlaufen in der Werkstückdrehungsrichtung C von einer bestimmten vorderen Endposition A erreicht zum Brechen oder Trennen von Spänen, kann die durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellte Beziehung erfüllt sein:

T = t_total × n + t_d (4)

wobei n gleich 0 oder eine positive ganze Zahl ist.

In diesem Fall ist es jedoch aus dem Ausdruck (4) ersichtlich, daß die Drehungsdauer T des Werkstückes und die Zeit t_d länger als n-mal die Schwingungsdauer t_total der Schnittkante ist, wobei t_d die Zeit ist, die die Schnittkante benötigt, um von der vorderen Endposition A zu der hinteren Endposition B zurückzukehren. Daher ist im Unterschied zum herkömmlichen Schneidverfahren die vordere Endposition A nicht in einer Position gelegen, die die Schnittkante nach einem Umlaufen in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung entlang des Ortes L von einer bestimmten hinteren Endposition B erreicht.

Gleichzeitig ist ein maximaler Wert einer Strecke in der Vorschubrichtung F der durch den Ort L der Schnittkante gezeichneten Spirale, d. h. ein maximaler Vorschub f_max, ebenfalls geringer als die herkömmliche Strecke zwischen der hinteren Endposition B und der vorderen Endposition A, so daß die Oberflächenrauhigkeit R_max basierend auf dem obigen Ausdruck (2) verringert und eine Zunahme des auf die Schnittkante wirkenden Schneidwiderstandes gehemmt werden kann.

Um ein Brechen der Späne zu erleichtern oder zu ermöglichen, können enge Abschnitte in den Spänen geformt werden, indem die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante auf a < f/2 gesetzt wird, wie oben beschrieben, um die vordere Endposition A an dem Ort L nahe an die hintere Endposition B zu bringen, die nach einem Umlaufen in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung in der Vorschubrichtung F erreicht wird, oder indem diese vordere Endposition A und die hintere Endposition B nahe aneinander in einer Umfangsrichtung des Werkstückes gebracht werden. In diesem Fall muß der Ausdruck (4) nicht streng eingehalten werden. Dies ist erfüllt, wenn die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante ausreichend groß ist, wenn das Werkstück W aus einem relativ spröden Material besteht, und Späne können sogar gebrochen werden, wenn diese nicht sehr angeschärft sind, und wenn wenigstens ein Berg und Tal der Schwingungswellenform der Schnittkante flach ist, wie später beschrieben wird.

Daher wird der Ausdruck (3) anstelle des Ausdruckes (4) bei der vorliegenden Erfindung angenommen. Sogar wenn im übrigen der Ausdruck (4) nicht streng eingehalten werden muß, wie oben beschrieben, kann die Schwingung der Schnittkante vorzugsweise so gesteuert werden, daß der folgende Ausdruck erfüllt ist: T - 0,3t_total t_total × n + t_d T + 0,3t_total, d. h., daß die rechte Seite des Ausdruckes (3) t_total × n + t_d in den Bereich von T - 0,3t_total bis T + 0,3 t_total fällt. Dies ist der Fall, da eine Zunahme in der Differenz zwischen der rechten Seite t_total × n + t_d und der Drehungsdauer T des Werkstückes W bis zu solch einem Ausmaß eines Überschreitens des obigen Bereiches den Abstand zwischen der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B in der Umfangsrichtung des Werkstückes W übermäßig zu sehr steigert und die Breite des engen Abschnittes vergrößert, wo die Späne hergestellt werden, so daß ein Brechen der Späne manchmal schwierig wird.

Zwischenzeitlich kann eine im wesentlichen dreiecksförmige Wellenform als Schwingungswellenform der Schnittkante angenommen werden. Wenn solch eine Wellenform angenommen wird, wird der Ort L der Schnittkante in einem Winkel an der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B gebogen, so daß ähnliche gewinkelte Abschnitte an den engen Abschnitten der Späne gebildet werden, wodurch ein eindeutiges Brechen der Späne ermöglicht wird.

Darüber hinaus kann ebenfalls eine im wesentlichen gekrümmte Wellenform als Schwingungswellenform für die Schnittkante angenommen werden. In diesem Fall wird die Schnittkante nicht übermäßig belastet, da die Geschwindigkeit der vibrierenden Schnittkante sich sanft ändert. Daher kann sicherer verhindert werden, daß die Schnittkante angeschlagen wird, und die Schwingung kann mit relativer Leichtigkeit gesteuert werden.

Sogar in einem Fall, in dem diese Wellenformen oder andere Wellenformen durch ein Verwenden der Schwingungswellenform angewendet werden, in der wenigstens ein Berg und Tal der Schwingungswellenform flach ist, nimmt der durch die Schnittkante gezeichnete Ort L solch eine Form an, daß sich die vordere Endposition A und die hintere Endposition B in der Umfangsrichtung des Werkstückes W erstrecken. Dies vergrößert den Abschnitt, in dem die vordere Endposition A nahe an die hintere Endposition B herankommt oder mit dieser übereinstimmt, die nach einem Umlaufen von der vorderen Endposition A in der der Drehungsrichtung C des Werkstückes W entgegengesetzten Richtung erreicht wird. Sogar wenn der Ausdruck (4) aufgrund einer geringfügigen Abweichung in der Drehungszahl des Werkstückes W nicht streng erfüllt ist, können daher die Späne gebrochen oder getrennt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm einer Schwingungswellenform einer Schnittkante nach dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer Schwingungswellenform einer Schnittkante nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 3;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 zeigt ein Diagramm einer Schwingungswellenform einer Schnittkante nach dem dritten Ausführungsbeispiel in Fig. 5;

Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 zeigt ein Diagramm einer Schwingungswellenform einer Schnittkante nach dem vierten Ausführungsbeispiel in Fig. 7;

Fig. 9 zeigt ein Diagramm eines Schnittzustandes bei nicht vibrierender Schnittkante;

Fig. 10 zeigt ein Diagramm eines herkömmlichen Schneidverfahrens mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug, in welchem eine sinusförmige Wellenform als eine Schwingungswellenform angewendet ist, und eine Amplitude a in bezug auf einen Vorschub f < f/2 gesetzt ist;

Fig. 11 zeigt ein Diagramm einer Schwingungswellenform, die auf die Schnittkante bei dem herkömmlichen Verfahren mit dem vibrierenden Schneidwerkzeug in Fig. 10 angewendet wird;

Fig. 12 zeigt ein Diagramm eines herkömmlichen Schneidverfahrens mit dem vibrierenden Schneidwerkzeug, in welchem eine sinusförmige Wellenform als eine Schwingungswellenform angewendet ist, und die Amplitude a in bezug auf den Vorschub f auf a = f/2 gesetzt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, in dem die vorliegenden Erfindung auf ein Schneiden oder Fräsen eines Außenumfangs eines Werkstückes W angewendet wird. In den Zeichnungen werden gleiche Komponenten, die denen eines herkömmlichen Schneidverfahrens durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt, entsprechen, durch gleiche Bezugsziffern angezeigt, um die Erläuterung zu vereinfachen.

Bei dem ersten und anderen im folgenden beschriebenen Beispielen, ähnlich zu dem oben beschriebenen vibrierenden Schneidwerkzeug, kann eine Einrichtung zum schwingenden Unterstützen des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 an einem mittleren Abschnitt des Schneidwerkzeughauptkörpers als eine Einrichtung zum Vibrieren des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 angewendet werden, wobei ein durch einen Motor gedrehter Nocken oder dergleichen zum Anliegen an das hintere Ende des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 in der Achsennullrichtung gebracht wird, oder ein vibrierendes Schneidwerkzeug, wie z. B. in der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-108670 beschrieben, bei dem der Schneidwerkzeughauptkörper 1 mit einem elastisch deformierbaren Bereich geringer Festigkeit versehen ist, mit einem Abschnitt vor dem Bereich geringer Festigkeit, der intermittierend in die Achsennullrichtung durch ein direkt wirkendes Betätigungsorgan gepreßt wird, um die Schnittkante 2 am Kopf des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 zu vibrieren, kann als eine Einrichtung zum Vibrieren des Schneidwerkzeughauptkörpers 1 angewendet werden.

Nach dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Schwingungswellenform der Schnittkante 2 eine dreiecksförmige Wellenform auf, wie in Fig. 2 gezeigt, und die Amplitude a der Schwingung ist auf a = f/2 gesetzt. Während der Schwingungsdauer t_total der Schnittkante 2 wird die von der Schnittkante 2 benötigte Zeit t_d, um diese von der vorderen Endposition A, in der die Schnittkante 2 am weitesten in der Vorschubrichtung F bewegt ist, zu der hinteren Endposition B zu bewegen, in der die Schnittkante 2 am weitesten entgegen der Vorschubrichtung F bewegt ist, auf T/40 in bezug auf die Drehungsdauer T des Werkstücks W gesetzt, und die benötigte Zeit t_u, um die Schnittkante von der hinteren Endposition B zu der nächsten vorderen Endposition A zu bewegen, wird auf 3 × T/10 gesetzt. Deshalb wird t_d < t_u gesetzt, d. h. t_d ≠ t_u und der Ausdruck (4), d. h. T = t_total × n + t_d ist erfüllt, wenn n = 3 ist.

Der Ort L auf der Außenumfangsfläche des Werkstücks W, der durch die Schnittkante 2 gezeichnet wird, die wie oben beschrieben vibriert wird, wird sich während seiner Drehungsdauer t_total derart bewegen, daß dieser sich behutsam in der Vorschubrichtung F von der hinteren Endposition B in der der Drehungsrichtung C des Werkstücks W entgegengesetzten Richtung erstreckt, um die vordere Endposition A zu erreichen, und biegt an der vorderen Endposition A ab und erstreckt sich dann in der zu der Vorschubrichtung F entgegengesetzten Richtung in einem steilen Winkel, um die hintere Endposition B zu erreichen, wie in Fig. 1 gezeigt. Des weiteren nimmt der Ort L die Form von Spiralen in der Vorschubrichtung F entlang eines Ortes L₀ ein, der im schwingungsfreien Zustand aufgezeichnet wird, wenn er sich in der zur Drehrichtung C des Werkstücks entgegengesetzten Richtung bewegt, während eine Bewegung in der Vorschubrichtung F und der der Vorschubrichtung F entgegengesetzten Richtung wiederholt wird.

An dem Ort L bewegt sich die Schnittkante 2 dreimal in der Vorschubrichtung F und viermal in der der Vorschubrichtung F entgegengesetzten Richtung, während sie von einer bestimmten vorderen Endposition A in der der Drehungsrichtung C des Werkstückes entgegengesetzten Richtung umläuft. Daher ist in einer Position, die die Schnittkante 2 nach einem Umlaufen von der vorderen Endposition A erreicht, eine hintere Endposition B gelegen, die die Schnittkante nach ihrer vierten Bewegung in der der Vorschubrichtung F entgegengesetzten Richtung erreicht. Darüber hinaus sind die vordere Endposition A und die hintere Endposition B in Übereinstimmung mit der Vorschubrichtung F und der Drehrichtung C des Werkstückes W angeordnet, da die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante 2 gleich zu der Hälfte (1/2) des Vorschubs f pro Runde (Umlauf) der Schnittkante 2 ist. Deshalb werden Späne, die mit der wie oben beschriebenen vibrierenden Schnittkante hergestellt werden, zumindest in drei Bereiche getrennt in der Position, in der die vordere Endposition A mit der hinteren Endposition B während einer Runde des Werkstückes W übereinstimmt.

Wenn die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante 2 auf < f/2 gesetzt ist, stimmen die vordere Endposition A und die hintere Endposition B, die nach einem Umlaufen erreicht werden, nicht überein, aber kommen in der Vorschubrichtung F nahe aneinander heran, wodurch enge Abschnitte in den Spänen gebildet werden und ein Auseinanderbrechen der Späne an diesen Stellen ermöglicht wird.

Andererseits entspricht an dem Ort L eine Position, die nach einem Umlaufen in der der Drehrichtung C des Werkstücks entgegengesetzten Richtung von einer bestimmten hinteren Endposition B erreicht wird, einer Position auf dem Weg des Ortes L von der hinteren Endposition B zu der vorderen Endposition A. Die Position ist weiter entfernt als die vordere Endposition A entgegen der Vorschubrichtung F gelegen und im Unterschied zu dem herkömmlichen Verfahren ist die vordere Endposition A nicht in der Vorschubrichtung F der hinteren Endposition B gelegen.

Deshalb wird der maximale Vorschub f_max zu diesem Zeitpunkt f_max < f + 2a, und bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem a = f/2 beträgt, wird f_max < 2f, so daß der maximale Vorschub f_max in bezug auf f_max = 2f bei dem herkömmlichen Verfahren verringert werden kann, wobei eine sinusförmige Wellenform angewendet wird.

Wenn eine Schwingungswellenform der Schnittkante 2 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dreiecksförmige Wellenform aufweist, erfüllt der maximale Vorschub f_max den folgenden Ausdruck (5):

f_max = t_total × f/max(t_u, t_d) (5)

wobei max(t_u, t_d) einen größeren Wert von t_u oder t_d darstellt.

Deshalb nimmt der maximale Vorschub f_max ab, wenn die Differenz zwischen t_d und t_u zunimmt.

Wenn z. B. t_d/t_u auf zwei oder mehr, oder ½ oder weniger gesetzt wird, wird der maximale Vorschub f_max f_max 1,5f, sogar wenn a auf a = f/2 gesetzt wird, so daß die Späne wie oben beschrieben getrennt werden, und eine Zunahme des maximalen Vorschubs f_max aufgrund der Schwingung, wobei ein normaler Vorschub f ausgeschlossen wird, wird im Vergleich zu der sinusförmigen Wellenform, bei der f_max = 2f ist, um die Hälfte verringert, so daß eine erhebliche Verringerung in dem maximalen Vorschub f_max erzielt werden kann. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist max(t_u, t_d) = t_u, da t_d = T/40 und t_u = 3T/10 ist, so daß der maximale Vorschub f_max weiter auf f_max ≈ 1,08f abnimmt.

Da die Oberflächenrauhigkeit R_max des Werkstücks W proportional zum Quadrat des Vorschubs gemäß dem Ausdruck (2) ist, nimmt die Oberflächenrauhigkeit R_max jedoch proportional mit ihrem Quadrat durch Verringern des maximalen Vorschubs f_max ab, wie oben bei einem Schneidvorgang mit dem vibrierenden Schneidwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Wenn deshalb eine herkömmliche Schwingung mit t_d = t_u in bezug auf den Vorschub f angewendet wird, wobei keine Schwingung verursacht wird, verschlechtert sich die Oberflächenrauhigkeit R_max des Werkstückes W bis zu viermal, während die Verschlechterung auf das 2,25fache verzögert wird, wenn t_d/t_u auf 2 oder mehr, oder auf ½ oder weniger gesetzt wird, wie oben beschrieben, und weiterhin auf das zu 1,17fache nach dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß die Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max bis zu einem solchen Ausmaß gehemmt werden kann, daß die Oberflächenrauhigkeit ungefähr die gleiche wie bei nicht verursachter oder vorhandener Vibration ist, während sicher eine Trennung der Späne erzielt wird.

Des weiteren wird, während der maximale Vorschub f_max verringert wird, ein maximaler Schnittwiderstandswert, der auf eine Bewegung der Schnittkante 2 in der Vorschubrichtung F zunimmt, ebenfalls verringert. Deshalb kann nach diesem Ausführungsbeispiel eine Situation verhindert werden, in der die Schnittkante 2 aufgrund der Zunahme des Schnittwiderstandes beschädigt oder angeschlagen wird.

Gemäß einem Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug nach dem ersten Ausführungsbeispiel, kann die Zunahme des maximalen Vorschubs f_max während der Herstellung von Spänen gehemmt werden, um diese durch Vibrieren der Schnittkante 2 vollständig zu trennen. Deshalb kann eine Situation verhindert werden, in der sich die hergestellten Späne um das Werkstück W und den Schneidwerkzeughauptkörper 1 wickeln oder in einer Spannvorrichtung einer Drehbank gefangen werden, so daß diese sich mit hoher Geschwindigkeit drehen und dabei in einen glatten Schneidvorgang eingreifen und die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks W und die Schnittkante 2 durch die Späne beschädigt werden. Auf diese Weise wird eine wirksame Bearbeitung der Späne vereinfacht. Darüber hinaus wird eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max des Werkstücks W verhindert, so daß eine bearbeitete Oberflächenrauhigkeit verbessert werden kann, wobei eine Beschädigung der Schnittkante 2 verhindert werden kann, so daß die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges verlängert wird.

Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel ist mit dem ersten Ausführungsbeispiel darin vergleichbar, daß eine Schwingungswellenform der Schnittkante 2 eine dreiecksförmige Wellenform aufweist, und die Amplitude a auf a = f/2 gesetzt ist, wie in Fig. 4 gezeigt. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Zeit t_d, die die Schnittkante 2 benötigt, um sich von der vorderen Endposition A zu der hinteren Endposition B zu bewegen, auf t_d = 19T/60 gesetzt, und die zum Bewegen von der hinteren Endposition B zu der vorderen Endposition A benötigte Zeit t_u ist auf t_u = T/40 gesetzt.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bedeutet das, daß t_d und t_u als t_d ≠ t_u gesetzt werden, indem diese als t_d < t_u gesetzt werden, und der Ausdruck (4) ist erfüllt, wenn n = 2 ist.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel zeichnet die Schnittkante 2, die wie oben beschrieben vibriert wird, einen Ort L in der der Drehrichtung C des Werkstückes entgegengesetzten Richtung, wobei diese die Bewegung so wiederholt, daß sie die vordere Endposition A von der hinteren Endposition B in einem steilen Winkel erreicht und sich nach einem Abbiegen an der vorderen Endposition A sanft zu der hinteren Endposition B erstreckt, wie in Fig. 3 gezeigt.

Da die Amplitude a = f/2 ist und der Ausdruck (4) ebenfalls nach dem zweiten Ausführungsbeispiel erfüllt ist, stimmt die Lage der hinteren Endposition B mit der der vorderen Endposition A in einer Position überein, die die Schnittkante 2 nach dem Umlaufen in der zur Drehrichtung C des Werkstückes entgegengesetzten Richtung von der vorderen Endposition A erreicht, wodurch Späne abgetrennt werden.

Da die Schwingungswellenform der Schnittkante 2 auch beim zweiten Ausführungsbeispiel eine dreiecksförmige Wellenform aufweist, beträgt der maximale Vorschub f_max der Schnittkante f_max ≈ 1,08f, wenn max(t_u, t_d) = t_d in dem obigen Ausdruck (5) ist, der der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels ist. Deshalb kann beim zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max des Werkstückes aufgrund der Schwingung der Schnittkante 2 gehemmt werden, während die Späne sicher abgetrennt werden, und die Zunahme des auf die Schnittkante 2 wirkenden Schnittwiderstandes kann gehemmt werden.

Wenn die Schwingungswellenform der Schnittkante 2 die dreiecksförmige Wellenform wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel aufweist, wechselt der mit der Schnittkante 2 gezeichnete Ort L so seine Orientierung, daß dieser an der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B in einem stumpfen Winkel abbiegt, wodurch die Späne in einer an der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B abgebogenen Form hergestellt werden.

Sogar wenn a < f/2 ist, so daß enge Abschnitte in den Spänen gebildet werden, als auch bei a = f/2, so daß die Späne vollständig getrennt werden, werden die engen Abschnitte deshalb zwischen der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B gebildet, wo die Späne in einer gebogenen Form gebildet werden, wobei ein Abbrechen der Späne von den gebogenen Abschnitten erleichtert werden kann, so daß eine bessere Bearbeitung der Späne erzielt wird.

Fig. 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beim dritten Ausführungsbeispiel wird für die Schwingungswellenform der Schnittkante 2 eine gekrümmte Wellenform angenommen, wie in Fig. 6 gezeigt, während bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die dreiecksförmige Wellenform angenommen wird. Beim dritten Ausführungsbeispiel wird jedoch die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante 2 auch auf a = f/2 gesetzt, so daß die Späne vollständig getrennt werden. Dabei werden t_d und t_u ungleich gesetzt, indem diese als t_d < t_u gesetzt werden, und der Ausdruck (4) ist erfüllt, wenn n = 3 ist. Die hintere Endposition B ist in einer Position gelegen, die nach einem Umlaufen in der der Drehrichtung C des Werkstückes entgegengesetzten Richtung von einer bestimmten vorderen Endposition A, an dem Ort L der Schnittkante 2 in Übereinstimmung mit der vorderen Endposition A erreicht wird.

Nach dem dritten Ausführungsbeispiel wird deshalb der maximale Vorschub f_max durch Setzen von t_d ≠ t_u gehemmt, während die Späne sicher getrennt werden, um deren wirksame Bearbeitung zu erzielen, wodurch eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max verhindert werden kann, so daß eine ausgezeichnet bearbeitete Oberfläche geschaffen wird. Des weiteren kann verhindert werden, daß die Schnittkante 2 beschädigt wird, so daß die Werkzeuglebensdauer erhöht wird.

Durch ein Annehmen der gekrümmten Wellenform nach dem dritten Ausführungsbeispiel, wird des weiteren die Geschwindigkeit und die Orientierung der Bewegung der vibrierenden Schnittkante 2 sanft geändert, so daß keine übermäßige Last auf die Schnittkante 2 gelegt wird. Deshalb kann eine Situation, in der die Schnittkante 2 beschädigt oder angeschlagen wird, sicherer verhindert werden, verbunden mit der Tatsache, daß die Zunahme des auf die Schnittkante 2 wirkenden Schnittwiderstandes durch Steuern des maximalen Vorschubs f_max begrenzt werden kann, wodurch eine weitere Steigerung der Werkzeuglebensdauer erzielt wird.

Da die Geschwindigkeit und die Orientierung der Schnittkante 2 darüber hinaus wie oben beschrieben sanft geändert wird, kann die Schwingung der Schnittkante 2 entsprechend der jeweiligen Verwendung und mit Genauigkeit gesteuert werden. Deshalb bietet das dritte Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß eine Trennung oder ein Abbrechen an der Schnittkante sicherer ermöglicht wird, und eine Verbesserung der bearbeiteten Oberflächenrauhigkeit erzielt werden kann.

Als nächstes zeigen Fig. 7 und 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungswellenform der Schnittkante 2 eine solche Wellenform aufweist, daß Berg (Maximum) und Tal (Minimum) der Wellenform parallel zur Zeitachse verlaufen, d. h. Berg und Tal an ihrer Spitze flach sind.

Da die Schnittkante 2 an Berg und Tal der Wellenform nicht vibriert oder schwingt, erstreckt sich deshalb der durch die Schnittkante 2 gezeichnete Ort L an ihrer vorderen Endposition A und die hintere Endposition B parallel zu dem Ort L₀, der entlang der Drehrichtung C des Werkstückes gezeichnet wird, wenn keine Schwingung verursacht wird.

Bei der Schwingungswellenform nach dem vierten Ausführungsbeispiel weisen die Abschnitte zwischen Berg und Tal eine dreiecksförmige Wellenform auf, die ähnlich der Schwingungswellenform nach dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist. Deshalb nimmt die Schwingungswellenform nach dem vierten Ausführungsbeispiel die Gesamtform eines ungleichseitigen Trapezes an.

Nach dem vierten Ausführungsbeispiel sind t_d und t_u auch ungleich gesetzt, indem diese als t_u < t_d gesetzt werden, und der Ausdruck (4) ist bei n = 3 erfüllt. Nach dem vierten Ausführungsbeispiel ist aber die Zeit t_d, die die Schnittkante 2 benötigt, um sich von der vorderen Endposition A zu der hinteren Endposition B während der Schwingungsdauer t_total zu bewegen, als die Zeit zwischen einem Mittelpunkt eines flachen Abschnittes des Berges (Scheitels) und einem Mittelpunkt eines flachen Abschnittes des Tales der Wellenform genommen. Die Zeit t_u, die die Schnittkante 2 benötigt, um sich von der hinteren Endposition B zu der vorderen Endposition A zu bewegen, ist als eine Zeit zwischen einem Mittelpunkt eines flachen Abschnittes des Tales und einem Mittelpunkt eines flachen Abschnittes des Berges genommen, wie in Fig. 8 gezeigt.

Weiterhin ist die Amplitude a nach dem vierten Ausführungsbeispiel auf a < f/2 gesetzt, und daher sind die vordere Endposition A an dem Ort L und die hintere Endposition B, die in einer Position liegt, die nach einem Umlaufen von der vorderen Endposition A in der der Drehrichtung C des Werkstückes entgegengesetzten Richtung erreicht wird, nebeneinander oder nahe aneinander in der Vorschubrichtung F angeordnet.

Bei dem Schneidverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel sind t_d und t_u als t_d ≠ t_u gesetzt und der Ausdruck (4) ist erfüllt. Auf diese Weise können enge, mit der Schnittkante 2 hergestellte Abschnitte in Spänen gebildet werden, um das Abbrechen der Späne zu erleichtern, so daß eine wirksame Bearbeitung der Späne erzielt wird. Des weiteren kann eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max und eine Zunahme des Schnittwiderstandes durch Steuerung des maximalen Vorschubs f_max verhindert werden, so daß eine ausgezeichnet bearbeitete Oberflächenrauhigkeit geschaffen und die Lebensdauer des Werkzeuges verlängert wird.

Darüber hinaus sind nach dem vierten Ausführungsbeispiel Berg und Tal der Schwingungswellenform der Schnittkante wie oben beschrieben flach ausgebildet, wodurch die vordere Endposition A und die hintere Endposition B entlang der Werkstückdrehungsrichtung C an dem Ort L der Schnittkante 2 erstreckt werden. Aus diesem Grund kann der Abschnitt, in dem die vordere Endposition A und die hintere Endposition B in der Vorschubrichtung F nahe aneinander herankommen, über eine längere Strecke entlang der Werkstückdrehungsrichtung C eingehalten werden. Wenn die Drehungszahl des Werkstückes W mehr oder weniger variiert, um die vordere Endposition A und die hintere Endposition B in der Werkstückdrehungsrichtung C zu verschieben, können die engen Abschnitte sicher in den Spänen gebildet werden, so daß deren Abbrechen ermöglicht wird.

Obwohl sowohl Berg und Tal der Schwingungswellenform der Schnittkante 2 flach sind nach dem vierten Ausführungsbeispiel, können die engen Abschnitte sicher in den Spänen gebildet werden, wenn eine von ihnen flach ist und die andere die dreiecksförmige, in den Fig. 2 und 4 gezeigte Wellenform aufweist, oder die gekrümmte, in Fig. 6 gezeigte Wellenform. Des weiteren kann die Zeit, die durch die flachen Abschnitte der Wellenberge und Täler der Schwingungswellenform der Schnittkante 2 dargestellt wird, an einem Wellenberg und -tal ungleich zu einem anderen Wellenberg und -tal gesetzt werden.

Obwohl die Amplitude a der Schwingung auf a < f/2 gesetzt ist, so daß die engen Abschnitte in den Spänen gebildet werden können, ist es nach dem vierten Ausführungsbeispiel natürlich, daß die Späne vollständig abgetrennt hergestellt werden, wenn a = f/2 ist.

Im übrigen ist ein Fall, in dem der Ausdruck (4) vollständig erfüllt ist, im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Sogar wenn der Ausdruck (4) nicht streng erfüllt ist, kommen die vordere Endposition A und die hintere Endposition B, die nach einem Umlaufen von der vorderen Endposition A in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung erreicht wird, in der Umfangsrichtung des Werkstücks W nahe aneinander heran, wenn der Unterschied oder Fehler zwischen der rechten und der linken Seite des Ausdrucks (4) nicht so groß ist. Auf diese Weise können die engen Abschnitte in den Spänen gebildet werden, so daß das Abbrechen der Späne ermöglicht wird.

Dies ist der Fall, wenn die Amplitude a der Schwingung der Schnittkante 2 ausreichend groß ist, wenn das Werkstück W aus einem relativ spröden Material besteht, und die Späne können sogar gebrochen werden, wenn diese nicht sehr angeschärft sind, und wenn Wellental und Wellenberg der Schwingungswellenform der Schnittkante 2 flach sind, wie nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Wenn z. B. die Amplitude a der Schnittkante 2 auf a <f/2 gesetzt ist, ist die vordere Endposition A in einer Position gelegen, die weiter in der Vorschubrichtung F liegt als die hintere Endposition B, die nach einem Umlaufen in der der Werkstückdrehungsrichtung C entgegengesetzten Richtung erreicht wird. Sogar wenn diese beiden Positionen nicht streng in der Vorschubrichtung F übereinstimmen, kann eine Trennung und ein Abbrechen der Späne ermöglicht werden.

Wenn jedoch der Unterschied zwischen der rechten Seite und der linken Seite im Ausdruck (4) zu groß wird, verschieben sich die vordere Endposition A und die hintere Endposition B, die in einer Position gelegen wird, die nach einem Umlaufen von der vorderen Endposition A entlang des (geometrischen) Ortes L erreicht wird, deutlich in Umfangsrichtung des Werkstückes W, so daß die engen Abschnitte der Späne aufgeweitet werden könnten, wodurch deren Brechen verhindert und auf deren ausreichende Bearbeitung eingewirkt wird. Wenn weiterhin der Unterschied zwischen t_d und t_u gering ist, z. B. beim Verschieben der vorderen Endposition A und der hinteren Endposition B, die nahe aneinanderkommen sollten, könnte die vordere Endposition A nahe einer Position gelegen sein, die nach einem Umlaufen von der hinteren Endposition B erreicht wird. In einem solchen Fall kann die Zunahme des maximalen Vorschubs f_max nicht ausreichend gesteuert werden, was zu einer Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit R_max führt.

Um eine solche Situation zu verhindern, kann die Schwingung der Schnittkante 2 vorzugsweise so gesteuert werden, obwohl der Ausdruck (4) nicht streng eingehalten werden muß, daß der Unterschied zwischen der rechten Seite und der linken Seite des Ausdrucks (4) innerhalb eines Bereiches von + 0,3 t_total fällt, d. h. daß der folgende Ausdruck erfüllt ist:

T - 0,3 t_total t_total × n + t_d T + 0,3 t_total.

Obwohl beim ersten bis vierten Ausführungsbeispiel ein Fall beschrieben wurde, in dem die vorliegende Erfindung auf ein Schneiden oder Fräsen am Außenumfang des Werkstückes W angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung auf der anderen Seite nicht darauf beschränkt.

Zum Beispiel kann in dem Fall einer Endflächenschneidearbeit umfassend das Vorschieben einer Schnittkante in einer radialen Richtung in bezug auf eine Achse eines Werkstückes W gegen das Werkstück W, das um die Achse gedreht wird, um die Endfläche des Werkstückes zu schneiden, durch Vorschieben der Schnittkante in ihrer Vorschubrichtung, d. h. der radialen Richtung des Werkstückes W während eines wie oben beschriebenen Steuerns und Vibrierens, die bearbeitete Oberflächenrauhigkeit verbessert werden, wobei eine wirksame Trennung der Späne erzielt wird. Darüber hinaus kann bei einer Bohrarbeit umfassend das Einfügen eines Bohrwerkzeuges in ein in einem Werkstück W vorgearbeitetes Loch, um die innere Umfangsfläche des vorgearbeiteten Loches zu schneiden oder zu fräsen, bei einer Nutungsarbeit umfassend das Vorschieben eines Nutungswerkzeuges gegen die äußere Umfangsfläche eines Werkstückes W in dessen radialer Richtung, um eine ringförmige Vertiefung zu bilden, und bei einer Abschneidearbeit umfassend das Vorschieben eines Abschneidewerkzeuges von der äußeren Umfangsfläche des Werkstückes W bis zum Erreichen einer Drehachse, um das Werkstück W zu schneiden, ein ähnlicher Vorteil durch Steuern und Vibrieren der Schnittkante in der Vorschubrichtung erzielt werden.

Aber bei einer Arbeit umfassend das Vorschieben der Schnittkante in der radialen Richtung in bezug auf die Achse des Werkstückes W, wie z. B. bei einer Endflächenschneidearbeit, einer Nutungsarbeit und einer Abschneidearbeit, nimmt die Schnittgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes W an der Stelle der Schnittkante) so ab wie ein Abstand zwischen der Achse des Werkstückes W und der Schnittkante abnimmt. Um dies zu vermeiden, wird die Drehgeschwindigkeit des Werkstückes W manchmal als Antwort auf einen Vorschub des Schneidwerkzeuges geändert, um eine Steuerung zum Aufrechterhalten der konstanten Schnittgeschwindigkeit zu bewirken (Steuerung zum Aufrechterhalten der konstanten Umfangsgeschwindigkeit).

Wenn jedoch eine solche Steuerung bewirkt wird, ändert sich die Drehungsdauer T des Werkstückes W wie sich die Drehungsgeschwindigkeit des Werkstückes ändert, so daß der Ausdruck (3) oder der Ausdruck (4) nicht eingehalten wird. In einem solchen Fall kann die Steuerung so bewirkt werden, daß der Ausdruck (4) durch Ändern der Schwingungsdauer t_total der Schnittkante 2 in Übereinstimmung oder synchron mit den Änderungen der Drehgeschwindigkeit und der Rotationsdauer T des Werkstückes W eingehalten werden kann.

Nach einem Schneidverfahren durch ein Vibrieren des Schneidwerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wenn eine Schwingungsdauer der Schnittkante t_total, und weiterhin die Zeit, die die Schnittkante benötigt, um sich von einer weitesten Position in der Vorschubrichtung zu einer weitesten Position in der der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung zu bewegen, t_d ist, und die Zeit, die die Schnittkante benötigt, um sich von der weitesten Position in der der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung zu einer nächsten weitesten Position in der Vorschubrichtung zu bewegen, t_u ist, ist die Schwingung der Schnittkante so gesteuert, daß die Drehungsdauer T des Werkstückes im wesentlichen gleich zu t_total × n + t_d ist (wobei n gleich 0 oder eine ganze positive Zahl ist) und t_d ungleich zu t_u ist, wodurch eine maximale Entfernung des Ortes, der Spiralen in der Vorschubrichtung zeichnet, d. h. ein maximaler Vorschub kurzgeschlossen werden kann, während eine sichere Trennung und ein Abbrechen der Späne ermöglicht wird.

Deshalb kann eine Situation, in der langgestreckte Späne in einem Werkstück, einem Schneidwerkzeug oder einem Drehbankfutter gefangen werden, so daß diese in einen glatten Schneidvorgang eingreifen, und in der eine bearbeitete Oberfläche des Werkstückes und einer Schnittkante durch die Späne verletzt werden, verhindert werden, wodurch eine wirksame Bearbeitung der Späne ermöglicht wird. Darüber hinaus kann eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit des Werkstückes verhindert werden, wodurch eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit erzielt wird, und eine Zunahme des auf die Schnittkante wirkenden Schnittwiderstandes kann begrenzt werden, um eine Beschädigung oder ein Abschlagen der Schnittkante zu verhindern, wodurch es möglich wird, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.

Bezugszeichenliste

1 Schneidwerkzeughauptkörper
2 Schnittkante
W Werkstück
C Drehungsrichtung des Werkstücks
O Drehungsachse des Werkstücks
F Vorschubrichtung
f Vorschub
f_max maximaler Vorschub
T Drehungsdauer des Werkstücks W
L durch die Schnittkante gezeichneter Ort auf der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks
L₀ (geometrischer) Ort bei nicht vibrierender Schnittkante
A Position, in der die Schnittkante am weitesten in der Vorschubrichtung F bewegt ist, während der Schwingungsdauer der Schnittkante (vordere Endposition)
B Position, in der die Schnittkante am weitesten entgegen der Vorschubrichtung F bewegt ist, während der Schwingungsdauer der Schnittkante (hintere Endposition)
t_total Schwingungsdauer der Schnittkante
a Schwingungsamplitude der Schnittkante
t_d Zeit, die die Schnittkante benötigt, um sich von einer vorderen Endposition A zu einer hinteren Endposition B während einer Schwingungsperiode der Schnittkante zu bewegen
t_u Zeit, die die Schnittkante benötigt, um sich von einer hinteren Endposition B zu einer vorderen Endposition A während der Schwingungsperiode der Schnittkante zu bewegen.

Claims

1. Schneidverfahren mit einem vibrierenden Schneidwerkzeug umfassend das Vorschieben einer Schnittkante, die an einem Schneidwerkzeughauptkörper angebracht ist, während die Schnittkante in ihrer Vorschubrichtung an einem sich um eine Achse drehenden Werkstück vibriert, zum Schneiden des Werkstückes
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung der Schnittkante so gesteuert wird, daß die folgenden Ausdrücke erfüllt sind, wenn eine Drehungsdauer des Werkstückes T, eine Schwingungsdauer der Schnittkante t_total ist, und weiterhin die Zeit, die die Schnittkante benötigt, um sich von einer weitesten Position in der Vorschubrichtung zu einer weitesten Position in der der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung zu bewegen, t_d und die benötigte Zeit zum Bewegen von der weitesten Position in der der Vorschubrichtung entgegengesetzte Richtung zu einer nächsten weitesten Position in der Vorschubrichtung t_u ist, während der Schwingungsdauer der Schnittkante: T ≈ t_total × n + t_dwobei n gleich 0 oder eine positive ganze Zahl ist; undt_d ≠ t_u.

2. Schneidverfahren durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung der Schnittkante so gesteuert wird, daß der folgende Ausdruck erfüllt ist: T - 0,3 t_total t_total × n + t_d T + 0,3 t_total (3).

3. Schneidverfahren durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungswellenform der Schnittkante im wesentlichen eine dreiecksförmige Wellenform aufweist.

4. Schneidverfahren durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungswellenform der Schnittkante im wesentlichen eine gekrümmte Wellenform aufweist.

5. Schneidverfahren durch ein vibrierendes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungswellenform der Schnittkante eine solche Wellenform aufweist, daß wenigstens ein Berg und Tal der Wellenform flach ist.