DE2016787C3

DE2016787C3 - Werkzeughalter

Info

Publication number: DE2016787C3
Application number: DE19702016787
Authority: DE
Inventors: Maurice Reconvilier Bern Engelmann (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2043051A5; DE2016787B2; FR2043052A5; DE2016786A1; DE2016787A1; CH507061A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeughalter mit einem Impulsgenerator, der dem Werkzeug mindestens während seiner Arbeit periodische Impulse mit Überschallfrequenz erteilt.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art hängt die Arbeitsfrequenz des Impulsgenerators meistens in keiner Weise vom Werkzeug ab, das in eine erzwungene Schwingung versetzt wird, was bekanntlich viel Energie und entsprechend aufwendige und sperrige Mittel, um diese Energie aufzubringen, erfordert (deutsche Patentschrift 91:> 769).

Es sind zwar auch Vorrichtung! bekannt, bei denen dieser Aufwand verringert ist, indem der mechanisch schwingende Toil zur Eigen- oder einer Obcrfrcquen/ erregt wird. Bei diesen bekannten Vorrichtungen muß die Eigenfrequenz des betreffenden Teils zuerst ermittelt werden, und es sind ferner zur Einstellung der Frequenz des Generators Mittel vorgesehen, die ihrerseits aufwendig und sperrig sind (USA.-Patentschrift 2 553 251).

Bei vielen Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehautomaten, ist der Raum um das in Arbeit befindliche Werkstück schon so dicht besetzt, daß diese bekannten Impulsgeneratoren nicht auch noch darin untergebracht werden können.

Es sind zwar auch bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen der Impulsgenerator nicht unmittelbar auf das Werkzeug, sondern auf den Werkzeugträger einwirkt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen muß der Impulsgenerator jedoch eine größere Masse in Schwingung versetzen und entsprechend kräftig sein, was wiederum einen größeren Aufwand erfordert. Darüber hinaus kann mit letzteren Vorrichtungen keine Überschallgeschwindigkeit erzeugt werden (USA.-Patentschrift 3 056 320).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Werkzeughalters mit· einem Impulsgenerator, dei ..iiscn «r kleinen Raumbedarf hat. daß er auf bestehenden Maschinen ohne einschneidenden Umbau noch angeordnet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Werkzeughalter der eingangs ge-S nannten Art erfindungsgemäß in einer Sonde, die auf dem Werkzeughalter in an sich bekannter Weise angeordnet ist, den mit den Werkstücken in Kontakt kommenden Werkzeugteil abtastet, dessen während der Arbeit des Werkzeuges entstehenden Eigenschwingung erfaßt und den .Impulsgenerator steuert, indem sie ihn dem Werkzeugteil Impulse mit der Frequenz dieser Eigenschwingung oder einer Oberschwingung erteilen läßt.

Im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen wer-

¹S den Sonden zui Erfassung von Schwingungen zwar schon verwendet. Diese auf dem Maschinengestell in der Nähe der Arbeitsstelle angeordneten Sonden sollen sämtliche Schwingungen während eines Arbeitszyklus erfassen und aufspeichern. Diese bekannten

^ao Sonden haben jedoch mehr eine Überwachungs- ais eine Steuerungsaufgabe zu erfüllen, indem sie die Maschine anhalten, falls während eines Arbeitszyklus plötzlich ein Gesamtschwingungsbild entsteht, das vom vorangehenden grundsätzlich abweicht (USA.-

*5 Patentschrift 3 095 532).

Da beim erfindungsgemäßen Werkzeughalter der Impulsgenerator unmittelbar auf das Werkzeug einwirkt, hat er die kleinstmögliche Masse in Schwingung zu versetzen. Dank der Resonanz ist ferner zur Erregung der mechanischen Schwingung nur eine kleine Energie erforderlich. Schließlich erübrigen sich aufwendige Einstellmittel der Schwingungsfrequenz wegen der Sonde, die allein den Impulsgenerator in Schwingung zur gewünschten Frequenz zu setzen vor mag.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in zwei Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigt Fig. I eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiols. und

Fig. 2 eine Aufrißansicht des analogen Teils des zweiten Ausfuhrungsbeispiels.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung mit einem Werkzeug 1 verbunden, das eine Schneidkante 2 aufweist und das auf einem Werk zeugtrüger 3, 3a in üblicher Weise befestigt ist. Weilerhin sind es bei beiden Fällen die ^λ ihrationen des Werkzeugleils la, der sich frei vom Werkzeugträger 3, 3a zur Schneidkante 2 hin erstreckt, die aufgefangen werden, wobei auf diesen Teil auch die periodischen Impulse übei tragen werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel soll die Schneidkante 2 zum Drehen einer zylindrischen Fläche am (nicht dargestellten) Werkstuck bestimmt sein, dessen Wirkung auf das Werkzeug l.die aus dem Widerstand resultiert, den es ihm entgegensetzt, zur Folge hat, daß der Werkzeugteil la vibriert, so da3 die Schneidkante 2 in einer zu ihr senkrechten Richtung verschoben wird, und zwar in einer zu der zubearbeitenden Fläche langentialen Ebene.

Diese Vibrationsbewegung ist von sehr geringer Amplitude. Seine Frequenz ist ohne gemeinsamen Nenner mit der Umdrehungszahl des Werkstücks; sie ist sehr viel höher, um jede Resonanz des Werkstücks auf das Werkzeug zu vermeiden. Wenn dieses normal schneidet, und wenn die Arbeitsbedingungen ordnungsgemäß sind, so hat die ständige Einwirkung des Werkstücksauf das Werkzeug dennoch zur Folge, daß

dip Eigenvibration des letzteren auf einer genau festgesetzten, sehr kleinen Amplitude gehalten wird.

Der erfindungsgemäße Werkzeughalter weist eine Sonde 5 auf. Diese besteht aus einem Elektromagneten, der durch magnetostriktive Wirkung arbeitet. Hierzu ist der Kern des Elektromagneten in enger Verbindung mit dem Werkzeugteil la des Werkzeuge s 1 angeordnet. Die Vibration, die das Werkstück auf den Werkzeugteil la während der Bearbeitungsphase überträgt, hat also zur Wirkung, daß der magnetische Fluß im Kern des Elektromagneten verändert wird. Die Änderungen des Flusses induzieren ihrerseits eine Spannung in der Wicklung 8 des Elektromagneten der Sonde 5, die zur Amplitude der Vibrationen des Werkzeugteüs la proportional ist.

Die Impulseinrichtung umfaßt außerdem einen Impulsgenerator mit Elektromagneten 4, die mit dem Elektromagneten der Sonde 5 verbunden sind. Zweck der Elektromagnete des Impulsgenerators 4 ist die Übertragung periodischer Impulse auf den Werkzeugteil la. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen dienen diese Impulse zur Aufrechterhaltung der Eigenvibration des Werkzeugteüs la, die vom Elektromagneten der Sonde 5 erfaßt wird.

Die Kerne oder Elektromagneten des Impulsgenerators 4 befinden sich ebenfalls in engem Kontakt mit dem Werkzeugteil la. Die Elektromagnete des Impulsgenerators 4, mit dem Werkzeugträger 3 fest verbunden sowie der Elektromagnet der Sonde S sind mit dem Werkzeugträger in der Weise verbunden, daß der Kern 7 des Aufnahme-Elektromagneten der Sonde 5 in der Steuereinrichtung der Elektromagnete des Impulsgenerators 4 Impulse erzeugt, die verstärkt auf die Wicklungen 9 der Elektromagneten des Impulsgenerators 4 mit einer Phasenverschiebung von 180⁰C übertragen werden, so daß die Kerne 6 der Elektromagnete des Impulsgenerators 4 die Eigenvibration des Werkzeugteüs la bei einer bestimmten, jedoch sehr kleinen Amplitude halten.

Die Frequenz der so aufrechterhaltenen Vibration kann die Grundfrequenz der Eigenvibralion des Werk/eugteils la oder eine harmonische Frequenz sein.

Damit ein entsprechender Kontakt zwischen den Kernen 6 und dem Werkzeug 1 sichergestellt wird, werden die Kerne 6 jeweils mit einer Platte 10 verbunden, die der Wirkung einer Feder 11 unterließt und deren Lag^ mittels eines Schraubdeckels 12 eingestellt werden kann.

Die Impulsvorrichtung wird vorzugsweise zu dem Zeitpunkt eingeschaltet, an dem das Werkzeug 1 in Betrieb genommen wird

Die bcM-hriebene Anordnung könnte auch in dem Fall Verwendung finden, daß vom Werkzeug 1 nicht eine zylindrische Fläche am Werkstück, sondern eine ebene zu bearbeiten ist. In diesem Fall wäre die Schneidkante des Werkzeuges 1 eine Seitenkante la.

Die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist analog zu der des ersten Ausführungsbeispiels. Sie weist ebenfalls eine Sonde Sa mit einem Aufnahme-Elektromagneten und einem Impulsgenerator 4a mit auf, die zueinander in der gleichen Weise geschaltet werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall verschiebt also die Quervibration, die dem Werkzeugteil la übertragen wird, die Schneidkante 2 dieses Werkzeuges nicht mehr in einer senkrechter* 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 Werkzeuges mit solchen Frequenzen dieses eine beträchtlich verbesserte Schneidwirkung hat. Die Abnutzung des Werkzeuges ist geringer. Die Bearbeitung fat leichter und erlaubt es, größere Vorschübe einzustellen.

ι» Schließlich bewirkt die dem Werkzeug verliehene Vibration einen Bruch der Späne und vermeidet dementsprechend die Bildung von langen Spänen, die sich um die Werkzeuge oder um das Werkstück wickeln.

>5 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 las-

ao sen.

Die beschriebene Vorrichtung kann auch mit anderen Werkzeugen als mit Dreh- bzw. Schneidwerkzeugen verbunden werden. Im Falle von umlaufenden Werkzeugen z. B. eines Bohrers oder einer Gesenk -

»5 vorrichtung 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 Winkelverschiebung um die Längsachse stattfindet. Zwei oder mehrere Vibrationsbewegungen könnten auch überlagert werden unter der Voraussetzung, daß die mit dem Werkstück in Kontakt kommenden Teile des Werkzeuges sich nach tangenten Flächen der Oberfläche des vom Werkzeug bearbeitenden Werkstücks verschieben.

Statt eines Steuerteils mit dem eine Phasenverschiebung von 180° zwischen den von den Elektromagneten der Sonde 5,5a aufgefangenen Vibrationen und den Impulsen, die von den Elektromagneten des Impulsgenerators 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 die Wirkung, die Vibration an einer Eigenfrequenz zu hallen, die zu dem Werkzeugteil gehört, der mit dem Werkstuck in Verbindung kommt. Die Flektromannete des Impulsgenerators 4, 4a hätten im Gegenteil die lcndenz zur Neutralisicrung sämtlicher Vibrationen dieses Werkzeugteils, die vom Werkstück bewirkt werden, so daß das Werkzeug stabilisiert wird und praktisch sämtliche Vibrationen desselben vermieden werden. Eine solche Anordnung könnte beispielsweise dann interessant sein, wenn es sich um polieite Fl.ichen handeln soll.

Das Verhältnis zwischen der Frequenz der Vibration, die dem Werkzeug verliehen wird und seiner Eigenfrequenz könnte auch durch die Steuereinrichtung in der Weise bestimmt werden, daß die verliehene Vibration eine leicht verschiedene Frequenz von der der Eigenvibration des Werkzeuges oder einer harmonischen Frequenz letzterer Frequenzaufweist. In diesem Fall hütte 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 Werk-

zeug mit einer sehwächeren 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 de Eigenvibration des Werkzeuges und der Übertragun auf dasselbe von Impulsen über magnetostriktiv Wirkungen auch mit piezoelektrischem Effekt arbc ten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeughalter mit einem Impulsgenerator, der dem Werkzeug mindestens während seiner Arbeit periodische Impulse mit Überschallfrequenz erteilt, gekennzeichnet durch eine Sonde (5), die auf dem Werkzeughalter (3) in an sich bekannter Weise angeordnet ist, den mit den Werkstücken in Kontakt kommenden Werkzeugteil (la) abtastet, dessen während der Arbeit des Werkzeuges entstehende Eigenschwingung erfaßt und den Impulsgenerator (4) steuert, indem sie ihn dem Werkzeugteil (la) Impulse mit der Frequenz dieser Eigenschwingung oder einer Oberschwingung erteilen läßt.

2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (5) mit dem Impulsgenerator (4) derart gekuppelt ist, daß dieser dem Werkzeugteil (la) Impulse erteilt, die gegenüber der vom Werkstück erregten Schwingung eine genaue Phasenverschiebung aufweisen.