DE2016787A1

DE2016787A1 - Bearbeitungsverfahren und Vorrichtung zu seiner Anwendung

Info

Publication number: DE2016787A1
Application number: DE19702016787
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1970-10-15
Also published as: DE2016787B2; FR2043051A5; CH507061A; DE2016787C3; FR2043052A5; DE2016786A1

Description

Maurice Engelmann, 2732 Reconvilier (Schweiz)

"Bearbeitungsverfahren und Vorrichtung zu seiner Anwendung"

Ein erster Gegenstand der Erfindung besteht aus einem Bearbeitungsver« fahren, bei dem ein Teil eines Werkzeuges mit einem Werkstück in Verbindung gebracht wird, um letzteres zu verformen.

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf einer Beobachtung, wonach die Übertragung von periodischen Impulsen auf das Werkstück, die die Tendenz haben, es mit einer hohen Frequenz vibrieren zu lassen, zur Wirkung hat, dass die Arbeitsbedingungen des Werkzeuges sehr bemerkenswert verbessert werden.

Gemäss diesem Verfahren tendieren die fraglichen Impulse dahin, auf den genannten Werkzeugteil eine Vibration zu übertragen, deren Frequenz in einem bestimmten Verhältnis mit einer Eigenvibrationsfrequenz dieses Werkzeugteiles steht»

Das Patent hat weiterhin eine Vorrichtung zur Anwendung des genannten Verfahrens zum Gegenstand.

Um das gewollte Verhältnis zwischen der Frequenz der auf das Werkzeug übertragenen Impulse und der Eigenfrequenz des Werkzeuges herzustellen, umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Sonde, die die Eigenvibration des Werkzeugteiles feststellt, das mit dem in Arbeit befindlichen Werkstück im Laufe der Bearbeitungsphase in Kontakt kommt, wobei die Sonde einen Generator steuert, der die auf diesen Werkzeugteil zu übertragenden Impulse herstellt.

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Weitere Merkmale und Vorteile, der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin ist:

Fig. 1 eine Schnitt ansieht des ersten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 2 eine Aufrissansicht des analogen Teils des zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung mit einem Stichel 1 verbunden, der eine Schneidkante 2 aufweist. In beiden Fällen ist der genannte Stichel 1 auf einem Werkzeugträger 3, 3a in üblicher Weise befestigt. Weiterhin sind es bei beiden Fällen die Vibrationen des Teiles la, der sich frei vom Werkzeugträger 3, 3a zur Schneidkante 2 hin erstreckt, die aufgefangen werden, wobei auf diesen Teil auch die periodischen Impulse über« tragen werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel hat man angenommen, dass die Schneid« kante 2 bestimmt war zum Drehen einer zylindrischen Fläche am (nicht dar« gestellten) Werkstück. Die Wirkung des letzteren auf den Stichel 1, die resultiert aus dem Widerstand, den es ihm entgegensetzt, hat zur Wirkung, dass der Teil la vibriert, indem die Kante 2 in einer zu ihr senkrechten Richtung verschoben wird, und zwar in einer dazu senkrechten Richtung in einer Ebene, die eine Tangente zur Oberfläche ist, die von der genannten Kante 2 bearbeitet wird.

Die Vibrationsbewegung, die das Teil in der Weise dem Werkzeug überträgt, ist selbstverständlich von sehr geringer Amplitude. Seine Frequenz ist ohne gemeinsamen Nenner mit der Geschwindigkeit der Drehung des Werkstücks; sie ist sehr viel höher, um jedes Resonanzphänomen des Werkstücks auf das Werkzeug zu vermeiden. Wenn letzteres normal schneidet, und wenn die Arbeitsbedingungen ordnungsgemäss sind, hat das Werkstück durch seine

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ständige Wirkung auf das Werkzeug dennoch zur Wirkung, die Eigenvibration des letzteren auf einer genau festgesetzten, sehr kleinen Amplitude zu halten.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine Sonde auf. Diese besteht aus einem Elektromagneten 5, der durch magnetostrictive Wirkung arbeitet. Mit diesem Ziel ist der Kern des Elektromagneten 5 in enger Verbindung mit dem Teil la des Stichels 1 angeordnet. Die Vibration, die das Werkstück auf den genannten Teil la des Werkzeuges während der Bearbeitungsphase übertragt, hat also zur Wirkung, den magnetischen Fluss in dem Kern des Elektromagneten 5 zu verändern. Die Änderungen des Flusses induzieren ihrerseits eine Spannung in der Wicklung 8 des genannten Elektromagneten, die zur Amplitude der Vibrationen des Teils la des Werkzeuges proportional ist.

Die Kontrolleinrichtung umfasst ausserdem Antriebs-Elektromagneten 4, die mit einem Aufnahme-Elektromagnet 5 verbunden sind. Zweck der Elektromagneten 4 ist die Übertragung der periodischen Impulse auf den Teil la des Werkzeuges. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen dienen diese Impulse zur Aufrechterhaltung der Eigenvibration des Teils la, die vom Elektromagneten 5 aufgenommen wird.

Die Kerne 6 der Elektromagneten 4 befinden sich ebenfalls in engem Kontakt mit dem Teil la des Stichels. Die Elektromagneten 4, mit dem Werkzeug· träger 3 fest verbunden, sowie der Elektromagnet 5 sind mit dem Werkzeugträger in der Weise verbunden, dass der Kern 7 des Aufnahme-Elektromagneten 5 in den Kreisen der Steuereinrichtung der Elektromagneten 4 und 5 Impulse erzeugt, die letzterer verstärkt und auf die Wicklungen 9 der Antriebselektromagneten 4 mit einer Phasenverschiebung von 180 überträgt, so dass die Kerne 6 der genannten Elektromagnete 4 die Eigenvibration des Teils la des Stichels bei einer bestimmten, jedoch natürlich schwachen, i Amplitude halten.

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Die Frequenz der so aufrecht erhaltenen Vibration kann die Grundfrequenz der Eigenvibration des Teils la des Werkzeuges oder eine harmonische Frequenz sein.

Damit ein entsprechender Kontakt zwischen den Kernen 6 und dem Stichel 1 sichergestellt wird, werden die genannten Kerne 6 jeweils mit einer Plat" te 10 verbunden, die der Wirkung einer Feder 11 unterliegt und deren Lage dank eines Schraubdeckels 12 eingestellt werden kann.

Die Vorrichtung mit den Elektromagneten 4, 5 wird vorzugsweise zu dem Zeitpunkt eingeschaltet, an dem der Stichel 1 in Betrieb genommen wird.

Die beschriebene Anordnung könnte auch in dem Fall Verwendung finden, bei dem der Stichel 1 dazu bestimmt wäre, nicht eine zylindrische Fläche am Werkstück, sondern eine ebene zu bearbeiten. In diesem Fall wäre die Schneidkante des Stichels 1 eine Seitenkante 2a.

Die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist analog zu der des ersten Ausführungsbeispiels. Sie weist ebenfalls einen Aufnahme·· Elektromagneten 5a und einen Antriebs-Elektromagneten 4a auf, die zueinander in der gleichen Weise geschaltet werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall verschiebt also die Quervibration, die dem Teil la des Werkzeuges übertragen wird, die Schneidkante 2 dieses Werkzeuges nicht mehr in einer senkrechten Richtung, sondern in einer zu der der genannten Kante parallelen.

Die so einem Werkzeug verliehenen Vibrationen können eine Ultraschall-Frequenz haben. Versuche haben gezeigt, dass durch Erregung eines Stichels mit solchen Frequenzen dieser eine beträchtlich verbesserte Schneidwirkung hatte. Die Abnutzung des Werkzeuges ist langsamer. Die Bearbeitung ist leichter und erlaubt es, grössere Schritte einzustellen. Schliesslich bewirkt die dem Werkzeug verliehene Vibration einen Bruch der Späne und vermeidet !

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' dementsprechend die Bildung von langen Spänen, die sich um die Werkzeuge ι oder um das Werkstück wickeln.

Es ist nicht unerlässlich, das Werkzeug 1 in der Weise vibrieren zu lassen, dass seine Schneidkante 2 in eine bestimmte Richtung bewegt wird. Man könnte ebenfalls das genannte Werkzeug gleichzeitig in den beiden beschriebenen Richtungen vibrieren lassen.

Die beschriebene Vorrichtung kann auch mit anderen Werkzeugen als mit Sticheln verbunden werden. Im Falle einer Bohrerspitze, eines Bohrers oder einer Gesenkvorrichtung wird die Vibrationsbewegung, die dem Werkzeug übermittelt wird, nicht mehr quer verlaufen, sondern längs. Im Falle einer Reibahle könnte man auch eine Vibrationsbewegung in der Weise erteilen, dass eine Winkelvers chi ebung um die Längsachse stattfindet. Zwei oder mehrere Vibrationsbewegungen könnten auch überlagert werden unter der Voraussetzung, dass die mit dem Werkstück in Kontakt kommenden Tei« Ie des Werkzeuges sich nach tangenten Flächen der Oberfläche des vom Werk»· zeug bearbeiteten Werkstücks verschieben.

Statt eines Steuerteils mit Magneten 4, 5; 4a, 5a, das so angeordnet ist, dass eine Phasenverschiebung von 180 zwischen den von den Elektromagneten 5, 5a aufgefangenen Vibrationen und den Impulsen, die von den Elektromagneten zum Antrieb 4, 4a abgegeben werden, hergestellt wird, könnte die Vorrichtung im Gegensatz dazu so angeordnet sein, dass Impulse abgegeben werden, die mit den aufgefangenen Vibrationen phasengleich sind. In diesem Fall hätten die Impulse nicht mehr zur Wirkung, die Vibration an einer Eigenfrequenz zu halten, die zu dem Teil des Werkzeugs gehört, der mit dem Werkstück in Verbindung kommt. Die Antriebs-Elektromagneten 4, 4a hätten im Gegenteil die Tendenz zur Neutralisierung sämtlicher Vibrationen dieses Werkzeugteils, die vom Werkstück bewirkt werden. Mit anderen Worten hätte die beschriebene Vorrichtung dann zur Wirkung, das Werkzeug zu stabilisieren, wobei praktisch sämtliche Vibrationen desselben |

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vermieden werden. Eine solche Anordnung könnte beispielsweise dann inte« ressant sein, wenn es sich um völlig polierte Flächen handeln soll.

Das Verhältnis zwischen der Frequenz der Vibration, die dem Werkzeug verliehen wird und seiner Eigenfrequenz könnte auch durch die Steuereinrichtung mit den Elektromagneten 4, 5; 4a, 5a in der Weise bestimmt wer« den, dass die verliehene Vibration eine leicht verschiedene Frequenz von der der Eigenvibration des Werkzeuges oder einer harmonischen Frequenz letzterer Frequenz aufweist. In diesem Fall hätte die dem Werkzeug verliehene Vibration zur Wirkung, sich mit der Eigenvibration des Werkzeuges zu kombinieren, wobei ein Schlagphänomen mit geringerer Frequenz auftreten würde als die der beiden Vibrationen, die zu diesem Phänomen führen. Dank einer solchen Anordnung wäre es möglich, das Werkzeug mit einer schwächeren Energiequelle vibrieren zu lassen als die, die man verwenden müsste, wenn die Vibration mit der Schlagfrequenz direkt bewirkt worden wäre, ohne die Eigenfrequenz des Werkzeuges mit Hilfe einer Sonde aufzufangen.

Schliesslich könnte man statt der Auffangung der Eigenvibration des Werkzeuges und der Übertragung auf dasselbe von Impulsen über magnetostriktive Wirkungen auch mit piezoelektrischem Effekt arbeiten.

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Claims

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Patentansprüche:

ϊ 1, J Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Teil eines Werkzeuges

mit einem Werkstück zu dessen Bearbeitung in Berührung kommt, da« durch gekennzeichnet, dass periodische Impulse auf diesen Werkzeugteil übertragen werden, während er mit dem Werkstück in Verbindung ist, wobei diese Impulse die Tendenz haben, es in eine Vibration zu versetzen, deren Frequenz in einem bestimmten Verhältnis zur Eigenvibrationsfrequenz des genannten Werkzeugteiles steht,
2. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sonde, die die Eigenvibration des Werkzeugteiles registriert, der mit dem Werkstück in Kontakt kommt, und zwar während der Bearbeitungsphase und die einen Impulsgenerator steuert, der den genannten Werkzeugteil versorgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Sonde aus einem Empfangs-Elektromagneten besteht, der die Eigenvibration des genannten Werkzeugteils durch magnetostriktiven Effekt registriert·
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Antriebs-Elektromagneten, der mit dem Aufnahme-Elektromagneten in der Weise verbunden ist, dass durch magnetostriktiven Effekt Impulse auf den genannten Werkzeugteil übertragen werden, die geeignet sind, die Vibration auf einer Eigen-, Grund- oder harmonischen Frequenz zu halten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Formung der genannten Werkstücke verwendete Werkzeug ein Stichel ist und dadurch, dass die genannten Elektromagneten eine Eigenvibration dieses Stichels in der Weise unterhalten, dass seine Schneidkante

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in einer zur Oberfläche des von diesem Stichel bearbeiteten Werkstücks ' tangential verlaufenden Ebene bewegt wird, wobei die Verschiebungen der genannten Kante geradlinig verlaufen - entweder parallel oder senkrecht zu der genannten Kante - bzw. kombiniert werden, wobei Komponenten in diesen beiden Richtungen gegeben sind,
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Formung der genannten Werkstücke verwendete Werkzeug eine

B ohr er spitze, ein Bohrer oder eine Gesenkvorrichtung ist und dadurch,
dass die genannten Elektromagneten eine Eigenfrequenz dieses Werkzeugs parallel zu seiner Längsachse unterhalten,
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Formung der genannten Werkstücke verwendete Werkzeug eine Reibahle ist und dadurch, dass die genannten Elektromagneten eine Eigen« vibration dieser Reibahle in der Weise unterhalten, dass sie in Winkelrichtung um ihre Längsachse verschoben wird.

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