DE2329234C3 - Einseitig von einer Einspannstelle auskragender schaftartiger Träger für ein Bohrwerkzeug o.dgl - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen einseitig von einer Einspannstelle auskragenden schaftartigen Träger für ein Bohrwerkzeug od. dgl., der aus mindestens zwei aneinandergesetzten Teilen hergestellt ist, die aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul und unterschiedlicher Dichte bestehen, wobei die Unterschiede mindestens einem Faktor 1,5 entsprechen. Ein solcher Werkzeugträger ist bekannt (US-PS 28 42 014).

Bei dieser bekannten Ausbildung sind die Teile aus dem Werkstoff größeren Elastizitätsmoduls und größerer Dichte in längs des Schafts verlaufenden und gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Nuten eingelagert und erstrecken sich über eine im Vergleich zu ihren Querabmessungen große Länge. Bezweckt wird mit dieser Ausbildung eine Erhöhung der Steifigkeit des Werkzeugträgers, wobei die Teile größeren Elastizitätsmoduls einfach als Versteifungseinlagen wirken. Eine weitere Ausführungsform dieser bekannten Lösung ist es, den Teil mit größeren Elastizitätsmodul als Rohr auszubilden und auf den Werkzeugträger aufzuschieben und zu befestigen.

Nachteilig bei der bekannten Ausbildung ist, daß dort, wo der Werkzeugträger durch das Verstärkungsteil armiert ist, auch die Masse pro Längeneinheit entsprechend größer ist, was für die Vibrationsfestigkeit jedoch unerwünscht ist. Besonders bei langen und im Durchmesser begrenzten Werkzeugträgern, wie sie z. B. zum Ausdrehen von tiefen Öffnungen kleinen Durchmessers benötigt werden, kommt es zu Vibrationen infolge unzureichender dynamischer Steifigkeit. Die Folge hiervon sind geringere Zerspanungsieistung, größerer Verschleiß, schlechtere Maßgenauigkeit der Bearbeitung und Oberflächengüte der bearbeiteten Fläche.

Es ist bekannt, daß die Vibrationsfestigkeit eines einseitig frei auskragenden Werkzeugträgers groß ist, wenn er eine höhere Frequenz der Eigenschwingungen als die der Erregerschwingungen aufweist. Während sich eine Erhöhung der Steifigkeit des Trägers im Sinne einer Erhöhung seiner Eigenfrequenz auswirkt, so wirkt sich umgekehrt eine Erhöhung der Masse pro Längeneinheit, insbesondere im Bereich des freien Endes, im Sinne einer Erniedrigung der Eigenfrequenz aus. Eine Erhöhung der Steifigkeit durch Anbringung von Versteifungselementen, bei der auf dem größten Teil der Länge eine entsprechende Erhöhung der Masse pro Längeneinheit in Kauf genommen werden muß, führt damit nicht zu befriedigenden Verhältnissen bezüglich der Vibrationsfestigkeit.

Nachteilig ist die größere Dichte des Werkzeugträgers auch, wenn dieser umlaufend betrieben wird, z. B., wenn er zum Ausdrehen einer Bohrung exzentrisch in das Futter eingesetzt ist. Die durch die größere Masse auftretenden größeren Zentrifugalkräfte können dann zu einer Verringerung der Drehzahl zwingen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kostengünstigen Werkzeugträger großer Steifigkeit und Vibrationsfestigkeit zu schaffen.

Ausgehend von einer Ausbildung der eingangs genannten Art, wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die aneinandergesetzten Teile einander in Richtung der Längsachse des schaftartigen Trägers folgen, wobei der mit dem höheren Elastizitätsmodul und der höheren Dichte der Einspannstelle und der mit dem niedrigerem Elastizitätsmodul und der niedrigeren Dichte dem Werkzeug zugewandt ist und die Länge der aneinandergesetzten Teile jeweils 40 bis 60% der Gesamtlänge des schaftartigen Trägers beträgt.

Der Erfindung liegt damit die Erkenntnis zugrunde, daß bei größerer Steifigkeit des Trägers auf dem zur Einspannstelle hin gelegenen Abschnitt dort die größere Masse pro Längeneinheit in Kauf genommen werden kann, während die geringere Dichte auf dem zum Werkzeug hin gelegenen Abschnitt dessen vergleichsweise hohe Eigenfrequenz zur Folge hat, während dort die Steifigkeit reduziert sein darf, wobei eine derartige Verteilung der Werkstoffe hintereinander dann einen insgesamt den Anforderungen vorteilhaft im Sinne der gewünschten Vibrationsfestigkeit entsprechenden Werkzeugträger ergibt, wenn die Stoßstelle zwischen den aneinandergesetzten Teilen zwischen 40 bis 60% der Gesamtlänge liegt.

Die geringere Dichte in dem zum Werkzeug hin gelegenen Abschnitt ergibt auch vorteilhaftere Verhältnisse bei Verwendung eines Schwingungsdämpfers darin, da dessen Masse zu der des Trägers ebenfalls geringer sein kann, um gleiche Dämpfungswirkungen zu erzielen, was bei etwa umlaufenden Träger wegen der geringen Zentrifugalkräfte höhere Drehzahlen erlaubt.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Werkzeugträgers wird die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächengüte der bearbeiteten Fläche erhöht; es kann mit größerer Zerspanungsleistung gearbeitet werden, und es können Nebenzeiten dadurch verringert werden, daß auch tiefe Öffnungen mit einer Werkzeugaufspannung bearbeitet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausbohrdorn, der in der Ausbohrmaschinenspindel eingespannt ist und um die Spindelachse rotiert,

F i g. 2 einen Ausbohrdorn, der exzentrisch in den Ausbohrkopf eingespannt ist und mit einer vorgegebenen Verschiebung in bezug auf die Spindelachse rotiert, und

F i g. 3 einen Ausbohrdorn mit eingebautem Vibrationsdämpfer für eine Drehmaschine.

Bekanntlich wird ein einseitig von einer Einspannstelle auskragende schaftartige Träger eines Werkzeuges

während des Betriebs durch eine Querkraft beansprucht, welche am Werkzeug angreift, das am freien Dornende befestigt ist Das Biegemoment, durch welches der Dorn beansprucht wird, ist gleich dem Produkt aus Querkraft und Abstand von dem betrachteten Dornquerschnitts bis zur Kraftangriffsstelle. Das Moment erreicht seinen. Höchstwert an der Einspannstelle, wo der erwähnte Abstand maximal ist An der Angriffsstelle der Querkraft ist das Moment gleich Null.

Die Frequenz der Eigenschwingungen des fliegenden Doms ist

M '

■5

Wobei K = Dornsteifigkeit und M = wirksame Masse, d. h. die Masse, welche auf das freie Ende reduziert und gleich 0,23 der Gesamtmasse des Donw ist Die Größe der wirksamen Masse wird in der Hauptsache durch den Dorn teil bestimmt, der sich an das freie Ende anschließt, wc die Schwingungsamplituden am größten sind. Der Dornteil an der Einspannstelle, wo die Schwingungsamplituden bedeutend geringer sind, hat wenig Einfluß auf die Größe der wirksamen Masse. Deshalb wird, selbst wenn dieser Teil aus einem Werkstoff mit größerci Dichte hergestellt wird, die Frequenz tier Eigenschwingungen nicht wesentlich vermindert

Die Werkstoffe der erwähnten Teile können beispielsweise folgendermaßen kombiniert werden: Stahl + Aluminium- oder Titanlegierung; Werkzeug-Hartmetaii + Stahl; Molybdän + Aluminium usw. (in allen Fällen ist zuerst der Werkstoff des Dornteils angegeben, der sich an die Einspannstelle anschließt). Die Werte sowohl der Elastizitätsmodule als euch der Dichten der beiden Werkstoffe stehen in einem "Verhältnis zueinander, das mindestens gleich 1,5 ist.

Neben der genannten Werkstoffwahl hängt die optimale Wirksamkeit von der richtigen Wahl der Längen der zu verbindenden Teile ab. Es wurde festgestellt, daß die optimale Größe des Verhältnisses der erwähnten Längen mit der Werkstoffkombination im Zusammenhang steht und ungefähr 0,4... 0,6 befragen soll.

Der Ausbohrdorn in F i g. 1 besteht aus einem genormten Kegelschaft 1 und einem Körper, dessen freies Ende einen Meißel 2 trägt, welcher durch Schrauben 3 befestigt ist. Schaft 1 und Dornkörper sind zusammengesetzt und durch ein ausreichend zuverlässiges Verfahren verbunden. Der Dorn ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus am Schaft 1 sich anschließendem Körperteil 4, welcher aus einem Werkstoff mit (zumindest l,5mal) höherem Elastizitätsmodul hergestellt ist, und aus Körperteil 5, welcher den Meißel trägt und aus einem Werkstoff mit (zumindest l,5mal) geringerer Dichte hergestellt ist. Das Verhältnis der Länge des Teils 4 zu der des Teils 5 beträgt erfindungsgemäß 0,4... 0,6. Beide Teile sind durch Gewinde 6 verbunden, doch kann natürlich auch ein beliebiges anderes, ausreichend zuverlässiges Verbindungsverfahren angewendet werden.

Der auf F i g. 2 abgebildete Dorn besteht aus Dornkörperteil 7, der sich am Schaft 8 des Futters (letzteres selbst ist nicht abgebildet) anschließt, und Körperteil 9, welcher sich an den Meißelkopf anschließt, sowie aus Meißelkopf 10 mit angelötetem Meißel 11. Der Körperteil 7 ist aus einem Werkstoff mit (zumindest l,5mal) höherem Elastizitätsmodul und der Teil 9 aus einem Werkstoff mit (zumindest l,5mal) geringerer Dichte hergestellt Die Verbindung 12 der beiden Teile wurde unter Vorspannung erzeugt (auch eine beliebige andere zuverlässige Verbindung ist möglich). Das Verhältnis der Länge des Teils 7 zu der des Teils 9 ist gleich 0,4... 0,6.

Der auf Fig.3 abgebildete Dorn besteht aus Meißelkopf 13, sich an ihm anschließendem Körperteil 14 und Körperteil 15, der in einen Halter 16 eingesetzt ist. Letzterer hat rechteckigen Querschnitt und wird mit Hilfe der Schrauben 17 im Meißelhalter 18 der Drehmaschine eingespannt Im Meißelkopf 13 ist durch Schrauben 19 ein Meißel 20 befestigt Der Meißelkopf 13 ist mitteis einer Gewindeverbindung 21 am Körperteil 14 befestigt, der aus einem Werkstoff hergestellt ist welcher eine zumindest l,5mal geringere Dichte als der Werkstoff des Teils 15 hat.

Der erwähnte Te·! 14 besitzt einen inneren zylindrischen Hohlraum 22, in den mit einem Luftspalt »a« da« träge Ausgleichsgewicht eines Vibrationsdämpfers 23 eingesetzt ist Der Körperteil 15 ist aus einem Werkstoff hergestellt welcher einen zumindest l,5mal höheren Elastizitätsmodul als der Werkstoff des Teils 14 hat und eine Durchgangsöffnung besitzt Das Verhältnis der Länge des Teils 14 zu der des Teils 15, wenn der Dorn maximal aus dem Halter herausgeschoben ist, soll 0,4 ... 0,6 betragen. Die Teile 14 und 15 sind mittels eines Stabs 24 verbunden, welcher einen Kopf 25 hat, sowie durch Scheiben 26. 27 und eine Bohrung im Teil 15 geführt ist. Dieser Stab ist in den Teil 14 eingeschraubt. Der Teil 15 ist sehr einfach und erfordert keine komplizierte spanende Bearbeitung, was in den Fällen wichtig ist wenn er aus einem schwer zu bearbeitenden Werkstoff wie Werkzeug-Hartmetaii hergestellt wird.

Beim Betnebseinsatz wird der Schaft 1 des Dorns (Fig. 1) in die genormte kegelige Bohrung der Maschinenspindel (letztere ist auf der Zeichnung durch die Einspannung 28 gekennzeichnet) eingesetzt. Beim Ausbohren rotiert der Dorn um die Spir.cH^hse, welche mit der Dornachse 29 zusammenfällt. Der für die erforderliche Schnittiefe nötige Vorschub wird durch Verschieben des Meißels 2 erzeugt.

Der Dorn nach Fig.2 sitzt in einem (nicht abgebildeten) Ausbohrkopf, dessen Schaft 8 in die genormte Maschinenspindelbohrung (letztere ist auf der Zeichnung durch die Einspannung 30 gekennzeichnet) eingesetzt ist. Die Achse 31 des Dorns ist in bezug auf die Drehachse 32 der Spindel mit dem Ausbohrkopf um ein gefordertes Maß »«< verschoben.

Der Dorn nach F i g. 3 ist während des Zerspanungsvorgangs unbeweglich. Das auszubohrende Werkstück, welches in der (nicht abgebildeten) Drehmaschinenspindel eingespannt ist, rotiert. Die Ausladung des Dorns ist veränderlich. Bei stillstehender Maschine kann der Dorn längs der Achse des Halters 16 verschoben werden, wonach er mittels der Schrauben 17 in der erforderlichen Stellung eingespannt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. f S

   Patentanspruch:

   J. Einseitig von einer Einspannstelle auskragender „ - schaftartiger Träger für ein Bohrwerkzeug od. dgl., ,der aus mindestens zwei aneinandergesetzten Teilen hergestellt ist, die aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul und unterschiedlicher Dichte bestehen, wobei die Unterschiede mindestens einem Faktor 1,5 entsprechen, ^"dadurch gekennzeichnet, daß dieaneinan- *"dergesetzten Teile (4, 5; 7, 9; 15, 14) einander in -.Richtung der Längsachse des schaftartigen Trägers folgen, wobei der mit dem höheren Elastizitätsmodul und der höheren Dichte (4,7,15) der Einspannstelle *(28; 8; 18) und der mit dem niedrigerem Elastizitäts-Ί modul und der niedrigeren Dichte dem Werkzeug (2; 11; 20) zugewandt ist und die Länge der aneinandergesetzten Teile (4,5; 7,9; 15,14) jeweils 40 bis 60% der Gesamtlänge des schaftartigen Trägers beträgt.