DE2117305C3

DE2117305C3 - Werkzeughalter zur Schwingzerspanung mit einem einen Schneidkörper aufweisenden Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE2117305C3
Application number: DE2117305A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Takaokashi Toyama Kitamura; Junichiro Tokio Kumabe; Osamu Tokio Taniguchi
Original assignee: RIKAGAKU KENKYUSHO SAITAMA (JAPAN)
Current assignee: RIKAGAKU KENKYUSHO SAITAMA (JAPAN)
Priority date: 1970-04-08
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1974-12-19
Also published as: JPS5020289B1; US3739665A; DE2117305B2; DE2117305A1

Description

3 4

Schneidwerkzeug bewirkt. Wenn ein derartiges üb- Neigungswinkel θ der geneigten

liches Schwingzerspanen zum zweidimensionalen Zer- Einspannvorrichtung 8 und damit ^

spänen eines Werkstückes H angewendet wird, werden des Schneidwerkzeuges 10

ein Hauptschnittdruck P_e und ein Rückdruck P_t Schwingungsfrequenz 21,1 kHz

erzeugt Die Resultierende P aus dca Drücken P_e und 5 Amplitude *■> μΐη

Pt wirkt auf den Schneidkörper 5. Durch die Schwin- Schnittgeschwindigkeit 30 m/min

gungsenergje des vertikal schwingenden, magnetischen Schnittiefe 1 P™¹

Vibrators 3 kann der Hauptschnittdruck P_c kompen- Vorschub °'¹⁵ n"¹¹

siert werden. Angesichts des Rückdrucks P₁ ist jedoch

zwischen den Haltebolzen 6 und dem biegeschwin- io Die so erhaltene Schnittfläche hat eine sehr hohe

gungsfähigen Schneidwetkzeug 1 ein Spiel vorhanden, theoretische Glätte und zeigt keine Rattermarken,

so daß die Schneide des Werkzeugkörpers 5 eine Bei diesem Anwendungsbeispiel hat es sich gezeigt,

Querschwingung durchführt, die dem Spiel propor- daß bei einer Zunahme des Neigungswinkels θ von

tional isL Es ist ferner ein Biegemoment wirksam, das 0° die Ratterwirkvng allmählich abnimmt. Bei θ = 8

bewirkt, daß die Mittelachse 12 des vertikal schwin- 15 wurde nur eine geringfügige Ratterwirkung beobachtet,

genden Systems gebogen wird. Infolgedessen wird die In dem vorstehend angegebenen Beispiel kann man

genannte Ouerschwingung durch eine Längsschwin- auf Grund des Rückdrucks Pt und des Hauptschnitt-

gung des Werkzeuges 1 überlagert, so daß sich die drucks P_c für Θ den Wert von 10° berechnen, bei

Schneide des Werkzeuges 1 im Kreis bewegt. Infolge- dem keine Ratterwirkung auftritt. Es hat sich ferner

dessen wird auf die Schneidenflanke eine Schlagkraft 20 gezeigt, daß die Ratterwirkung bei einem Wert von Θ

ausgeübt, so daß die Schneide schneller abgenutzt im Bereich von 15 bis 20° wieder auftritt,

wird. Diese übliche Schwingzerspanung führt zu Mit dem Winkel θ verändert sich auch der Grad

keinem genügenden, befriedigenden Vorteil, und die der Abnutzung des Werkzeuges, und zwar gleichsinnig

Schwingung kann den Schneidvorgang oft sogar be- mit der Ratterwirkung. Bei θ = 10, d. h., wenn die

einträchtigen. 25 Resultierende aus dem Hauptschnittdruck und dem

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Werkzeug- RückJruck rechtwinklig zur Mittelachse des biegehalter an einer Tisch- bzw. Schnell-Hobelmaschine. schwingungsfähigep Werkzeuges ist, erfährt das Werk-Entsprechende Teile sind in F i g. 2 mit denselben zeug die kleinste Abnutzung. Es hat sich gezeigt, daß Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Mit 13 ist ein unter diesen Bedingungen die Standzeit des Werk-Ständer mit geneigter Aufnahmefläche für den Halter 30 Zeuges zwei- bis dreimal länger ist als beim üblichen bezeichnet. schwingungsfreien Schneiden.

Die Wirkungsweise des in F i g. 2 gezeigten Werk- F i g. 3 zeigt eine Drehmaschine mit einem erfinzeughalters ist wie folgt: Der Ständer 13 ist auf einem dungsgemäßen Werkzeughalter zur Durchführung der Werkzeugsupport 7 angeordnet und weist eine ge- Schwingzerspanung. Der Werkzeughalter für die neigte Aufspannfläche für den Werkzeughalter auf. 35 Drehmaschine gemäß F i g. 3 hat ähnliche Konstruk-Entsprechend ist auch das Schneidwerkzeug geneigt. tionsmerkmale und Vorteile wie der für die Hobel-Im vorliegenden Fall kann der richtige Neigungs- maschine gemäß F i g. 2. Nachstehend wird ein Anwinkel der Einspannvorrichtung 8 mit Hilfe folgender Wendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeug-Gleichung berechnet werden: halters an einer Drehmaschine beschrieben.

P ⁴°

tan© --.

Pe B e i s ρ i e 1 2

Das heißt, daß das biegeschwingungsfähige Werkzeug 1 zum Schwingschneiden eine solche Neigung 45 Zerspanen mit einer Drehmaschine gemäß F i g. 3. besitzt, daß die Resultierende P aus dem Hauptschnitt-

druck und dem Rückdruck im wesentlichen recht- Günstige Zerspanungsbedingungen zum Zerspanen

winklig zur Mittelachse 14 der Schwingung des biege- von nichtrostendem Stahl SUS 27 werden mit folschwingungsfähigen Werkzeuges 1 ist. Infolgedessen genden Werten erzielt:

hat die Resultierende P aus dem Hauptschnittdruck 50

und dem Rückdruck dieselbe Richtung wie die Schwin- Neigungswinkel Θ 15°

gung des Schneidkörpers 5. Daher kann das Werkzeug Vorschub 0,10 mm/U

während des Schneidens zu jeder Zeit Schwingungen Schnittiefe 1,5 mm

ausführen, selbst wenn die die Schwingungen ver- Schnittgeschwindigkeit 30 m/min

ursachende Kraft der Resultierenden P entgegenwirkt. 55 Schwingungsfrequenz 22,1 kHz

Dadurch wird die Standzeit des Werkzeuges verlängert Amplitude 15 μιη

und ein Schwingschneiden unter gleichbleibenden Be- Schwingungsleistung 500 W

dingungen und ohne Erzeugung von Rattermarken in

der Schnittfläche ermöglicht. Es wurde eine sehr glatte Schnittfläche ohne Ratter-

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Werkzeug- 60 marken erzielt. Die Standzeit des Werkzeuges war halters gehen aus der nachstehenden Beschreibung von 1.5- bis 3mal langer als beim Arbeiten mit Θ = 0, 5, Anwendungsbeispielen hervor. 10, 20 und 30°.

BeisDiell Fig. 4 zeigt eine Bohrmaschine mit einem erfin-

^p dungsgemäßen Werkzeughalter zur Durchführung der

Schwingschneiden mit der in F i g. 2 gezeigten _6s Schwingzerspanung. Diese in F i g. 4 gezeigte Ma-Tisch- oder Schnell-Hobelmaschine. schine hat ähnliche Konstruktionsmerkmale und Vor-

Günstige Zerspanungsbedingungen zum Zerspanen teile wie die Hobelmaschine nach F i g. 2 und die von Gußeisen werden mit folgenden Werten erzieh · Drehmaschine nach F i g. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

gungen in Längsrichtung des Werkzeughalters ausPatentanspruch: führen, so daß es auf das Werkstück aufstößt, was zu

einem erhöhten Verschleiß des Werkzeugs führt und

Werkzeughalter zur Schwingzerspanung mit den Schneidvorgang beeinträchtigen kann,
einem einen Schneidkörper aufweisenden Schneid- 5 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen werkzeug, an dessen dem Schneidkörper entgegen- Werkzeughalter zur Schwingzerspanung mit einem gesetzten Ende ein Schwingungserreger angreift, Schneidwerkzeug zu schaffen, dessen Standzeit bei der Ultraschallschwingungen auf das Schneid- einem zügigen und gleichbleibenden Schwingschneidwerkzeug im wesentlichen quer zu seiner Mittel- Vorgang verlängert ist.

linie und in Richtung der Arbeitsbewegung über- io Diese Aufgabe wird bei einen Werkzeughalter der trägt, wobei der Schneidkörper und der Schwin- eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gungserreger jeweils in Schwingungsbäuchen des gelöst, daß das biegeschwingungsfähige Schneidwerk-Schneidwerkzeuges angeordnet sind, und das zeug gegenüber der Schnittrichtung so geneigt ist, daß Schneidwerkzeug von in den Schwingungsknoten die Mittelachse des Schneidwerkzeugs rechtwinklig zur angeordneten Haltebolzen im Werkzeughalter be- 15 Resultierenden P aus dem Hauptschnittdruck P_c und festigt ist, dadurch gekennzeichnet, dem Rückdruck P_t ist. Bei dem erfindungsgemäßen daß das biegeschwingungsfähige Schneidwerkzeug Werkzeughalter decken sich die Richtungen der (1) gegenüber der Schnittrichtung so geneigt ist, Resultierenden aus dem Hauptschnittdruck und dem daß die Mittelachse (14) des Schneidwerkzeuges (1) Rückdruck mit den Schwingungen des Werkzeugs, rechtwinklig zur Resultierenden P aus dem Haupt- 20 Die Lebensdauer des Werkzeugs herabsetzende Stöße schnittdruck P_c und dem Rückdruck Pt ist. gegen das Werkstück werden dadurch vermieden. Die

' gesamte Schwingungsenergie wird aufgewendet, um Späne von dem Werkstück abzuheben, ohne dabei

unnötige Schwingungen auf das Werkstück im ganzen

as zu übertragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter zur stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In

Schwingzerspanung mit einem einen Schneidkörper der Zeichnung zeigt

aufweisenden Schneidwerkzeug, an dessen dem F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht Schneidkörper entgegengesetzten Ende ein Schwin- 30 eines bekannten Werkzeughalters einer Drehmaschine gungserreger angreift, der Ultraschallschwingungen zur Durchführung einer üblichen Schwingzerspanung, auf das Schneidwerkzeug im wesentlichen quer zu F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht seiner Mittellinie und in Richtung der Arbeitsbewegung eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters einer Tischüberträgt, wobei der Schneidkörper und der Schwin- bzw. Schnell-Hobehi.aschine,

gungserreger jeweils in Schwingungsbäuchen des 35 F i g. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht Schneidwerkzeugs angeordnet sind und das Schneid- eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters einer Drehwerkzeug von in den Schwingungsknoten angeordneten maschine und

Haltebolzen im Werkzeughalter befestigt ist. Derartige F i g. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht Schneidwerkzeuge können in spanabhebenden Werk- eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters einer Bohrzeugmaschinen, Hobelmaschinen, Drehmaschinen oder ♦<> maschine.

Bohrmaschinen, verwendet werden. F i g. 1 zeigt einen bekannten Werkzeughalter mit Durch die Verwendung von schwingzerspanenden einem in Biegeschwingungen zu versetzenden Schneid-Schneidwerkzeugen läßt sich die Zerspanungsleistung werkzeug 1, einen vertikal schwingenden magnetischen von spanabhebenden Werkzeugmaschinen, wie Tisch- Vibrator 3, einen Trichter 4 zur Amplitudenverstär-Hobelmaschinen, Schnell-Hobelmaschinen, Drehbän- 45 kung, einen Schneidkörper 5 und den das Schneidken und Bohrmaschinen, verbessern. Es ist bekannt, werkzeug 1 tragenden Werkzeughalter. Haltebolzen 6 daß das Schwingschneiden derart ausgeführt werden durchsetzen den Schaft des Schneidwerkzeuges 1 und muß, daß die Schneide des spanabhebenden Werk- greifen an ihm an, doch ist zwischen jedem Haltezeugs in der Schnittrichtung schwingt, wobei folgende bolzen 6 und dem Schneidwerkzeug I ein Spiel vor-Ungleichheitsbedingung erfüllt sein muß: 50 banden. Die H?itebolzen 6 sind von einer am Support 7 w ■) f befestigten Einspannvorrichtung 8 aufgenommen, in ^{71 a}?' der Klemmschrauben 10 angeordnet sind, die auf eine

Dabei ist Widerlagerplatte 9 aufdrücken. Das Werkstück ist mit

., _e . . . . . ,. . . 11 bezeichnet. Der Werkzeughalter ist so ausgebildet,

V = Schnittgeschwindigkeit, „ _{daß dem} Schneidwerkzeug eine eindimensionale Biege-

' _ _Ä ^re(*rt^nZi' schwingung erteilt werden kann, die durch die strich-

o - Amplitude. _{Hnjerte Ljnje 2 angedeutct ist Der} vertikal schwin-

Bei der praktischen Durchführung der Schwing- gende, magnetische Vibrator 3 und der Trichter 4 zum

lerspanung können verschiedene Schwingungsformen Verstärken der Schwingungsamplitude sind mit dem

angewendet werden, z. B. Biegeschwingungen, Dreh- 60 hinteren Ende la des Werkzeuges 1 an einem Schwin-

schwingungen, vertikale Schwingungen und aus diesen gungsbauch verbunden. Das schneidende andere Ende

Schwingungsformen zusammengesetzte Schwingungen. des Werkzeuges 1 liegt ebenfalls an einem Schwin-

Ein magnetostriktiver Vibrator zum Schwingantrieb gungsbauch. Das Werkzeug 1 ist durch die an Schwin-

von Schneidwerkzeugen, der Schwingungen im Ultra- gungsknoten des Werkzeuges 1, der Widerlagerplatte 9

schallbereich erzeugt, ist beispielsweise aus der USA.- 65 und der Klemmschrauben 10 angeordneten Halte-

Patentschrift 2 553 251 bekannt. bolzen 6 mit der Einspannvorrichtung 8 des Werk-

Bei bekannten Werkzeughaltern für die Schwing- zeugsupports 7 verbunden. Die Schwingschneidezerspanung kann das Schneidwerkzeug auch Schwin- bewegung wird durch das biegeschwingungsfähige