DE3813176A1

DE3813176A1 - Ultraschallschwingungs-bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3813176A1
Application number: DE3813176A
Authority: DE
Inventors: Shoji Mishiro
Original assignee: Taga Electric Co Ltd
Current assignee: Taga Electric Co Ltd
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1988-12-01
Also published as: US4856391A; JPS63283802A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung für den Einsatz in Drehmaschinen, Stoßmaschinen und Hobelmaschinen, in denen Ultraschallschwingungen zur Bearbeitung der Werkstücke genutzt werden. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung des genannten Typs mit senkrechter Anordnung des Ultraschallschwingungselements.

Es gibt bereits Bearbeitungsmaschinen, die als Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtungen bezeichnet werden und die Ultraschallschwingungen zur Bearbeitung von Werkstücken nutzen. Unter den Drehmaschinen, zum Beispiel, gibt es einen Typ, bei dem ein Messerhalter am Ende eines Messerhalterschaftes angebracht ist, der eine Biegungsschwingung vollführt und den Messerhalter an einem Werkstück Ultraschallschwingungen in Tangentialrichtung ausführen läßt, um das Werkstück zu bearbeiten. Es ist bekannt, daß sich durch die Anordnung des oben genannten Typs eine Schwingungsbearbeitungswirkung erreichen läßt, die den Bearbeitungswiderstand deutlich reduziert und die Maßgenauigkeit verbessert.

Ein Beispiel einer solchen oben genannten Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Abb. 1 beschrieben. Als erstes wird ein Messerhalterschaft 2, der als ein Schwingungskörper dient, in den oberen Teil einer Werkzeugauflage 1 mit Hilfe einer Spannvorrichtung 3 sicher befestigt. Die Einspannrichtung der Spannvorrichtung 3 ist senkrecht, während die Einspannpositionen an den Schwingungsknoten (Positionen N ₁ und N ₂, an denen sich die beiden lang und kurz gestrichelten Linien schneiden) liegen. Gleichzeitig wird der über dem Messerhalterschaft 2 liegende Teil der Spannvorrichtung 3 von oben durch ein Halteblech 4 gehalten und mit Schrauben 5 gesichert.

Entsprechend wird ein Messerhalter 7, der als ein Werkzeug dient und dem Werkstück 6 gegenüberliegt, innig am Ende einer Seite des Messerhalterschaftes 2 befestigt. Der Messerhalter 7 wird zum Beispiel mit Silber hart am Messerhalterschaft 2 angelötet. Fernerhin wird ein senkrechtes Ultraschallschwingungselement 8 sicher am anderen Ende des Messerhalterschafts 2 in einem Wellenbauch von Messerhalterschaft 2 (Position L auf einer der lang oder kurz gestrichelten Linien) mit Hilfe eines Schwingungsamplituden-Verstärkungsrüssels 9 sehr innig befestigt. Das senkrechte Ultraschallschwingungselement 8 ist so ausgelegt, daß die Ultraschallschwingungen in seiner Achsrichtung erzeugt werden. Der Schwingungsamplituden-Verstärkungsrüssel 9 dient dazu, die Intensität der Ultraschallschwingungen des Ultraschallschwingungselements 8 zu vergrößern.

Mit einer Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung der oben beschriebenen Konstruktion führt der Messerhalterschaft 2 Resonanzschwingungen aus, wie sie durch die lang und kurz gestrichelten Linien in Abb. 1 angedeutet werden, wenn das senkrechte Ultraschallschwingungselement 8 von einer nicht in der Abbildung gezeigten Ultraschallschwingungsvorrichtung aktiviert wird. Als eine Folge davon wird die Spitze von Messerhalter 7 in Tangentialrichtung zu Werkstück 6 oszilliert, so daß es eine Schwingungsbearbeitungswirkung zur Bearbeitung von Werkstück 6 zeigt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Schwingungsbearbeitungswirkung wirksam wird, wenn die Bedingung v < 2π fa erfüllt ist, wobei v die Werkstückbearbeitungsgeschwindigkeit darstellt, f die Schwingungsfrequenz von Messerhalter 7 ist und a die Intensität der Schwingungen bedeutet.

Es folgt eine Beschreibung von Problemen, die mit einer solchen, oben beschriebenen, herkömmlichen Anordnung auftauchen.

Erstens hat die herkömmliche Anordnung einen Nachteil, der darin liegt, daß bei einem geforderten hohen Grad an Bearbeitungsgenauigkeit eine Bearbeitung, die einen bestimmten höheren Genauigkeitsgrad übersteigt, nicht erwartet werden kann. Bei einer Bearbeitungsvorrichtung, die Ultraschallschwingungen verwendet, wird der Bearbeitungswiderstand deutlich reduziert und die Genauigkeit der Bearbeitung wie oben beschrieben verbessert. Weil durch Erhöhung der Schwingungsfrequenz ein höherer Grad an Genauigkeit erreicht wird, muß die Schwingungsfrequenz erhöht werden, um einen höheren Grad an Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck ließe sich das Schwingungssystem einschließlich des senkrechten Ultraschallschwingungselements 8 und des Messerhalterschaftes 2 in seiner Größe reduzieren. Wenn allerdings das Ultraschallschwingungselement 8 in seiner Größe reduziert wird, dann verringert sich entsprechend auch dessen Ausgangsleistung, und selbst wenn Hilfsmaßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel die Bereitstellung des Schwingungsamplituden- Verstärkungsrüssels 9, ließe sich keine ausreichende Schwingungsbearbeitungswirkung erzielen. Besonders im Falle einer Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung wie sie in Abb. 1 gezeigt wird, ist es schwer, die Resonanzfrequenz über 30 kHz hinaus anzuheben.

Zweitens hat die herkömmliche Anordnung einen Nachteil, der darin liegt, daß die Anbringung des Messerhalterschaftes 2 an der Werkzeugauflage 1 Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere wenn die Spannvorrichtung 3 nicht korrekt für das Einspannen an den Schwingungsknoten (N ₁ und N ₂) von Messerhalterschaft 2 positioniert ist, tritt ein Energieverlust auf und die Spitze des Messers von Messerhalter 7 wird möglicherweise aus der korrekten Schwingungsrichtung verschoben, so daß nicht nur die Schwingungsbearbeitungswirkung reduziert wird, sondern auch Schäden die Folge sein können.

Demzufolge muß der Messerhalterschaft 2 besonders präzise in der Spannvorrichtung 3 angebracht werden, wobei bei einem Wechsel des Messerhalterschaftes 2 die Handhabung äußerst kompliziert ist und äußerste Vorsicht geboten ist.

Drittens hat die herkömmliche Anordnung einen Nachteil, der darin liegt, daß bei Verwendung von verschieden großen Messerhaltern 7 die Handhabung zum Wechseln der Messerhalter 7 kompliziert ist. Insbesondere aufgrund der Silberhartanlötung oder ähnlicher Befestigungsweise von Messerhalter 7 an den Messerhalterschaft 2 erfordert die Verwendung eines anderen Typs von Messerhalter 7 die Neuanbringung des gesamten Messerhalterschaftes 2 mit Hilfe der Spannvorrichtung 3.

Ziele und Zusammenfassung der Erfindung Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, mit der Bearbeitungen mit höherem Genauigkeitsgrad möglich ist.

Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Schwingungskörper ohne weiteres an einem Schwingungskörperhalter angebracht werden kann.

Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Schwingungskörper mit hoher Genauigkeit an einem Schwingungskörperhalter angebracht werden kann.

Das vierte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein unkompliziertes Auswechselverfahren möglich ist, wenn ein Messerhalter eines anderen Typs verwendet werden soll.

Das fünfte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Messerhalter nicht durch die Schwingungen der Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung in seiner Stellung verschoben wird.

Um diese Ziele mit Hilfe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfaßt eine Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung einen breiten Schwingungskörper, der durch einen oder mehr gebildete Schlitze im genannten breiten Schwingungskörper in mehrere Einheiten mit gegenüberliegenden Abschnitten unterteilt ist, mehrere senkrechte Ultraschallschwingungselemente, die an einer Fläche der genannten einzelnen Einheiten des genannten breiten Schwingungskörpers befestigt sind, um senkrechte Schwingungen solch einer Frequenz zu erzeugen, daß die genannten gegenüberliegenden Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers in den Schwingungsbäuchen des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert sind, und einen Messerhalter an einem der genannten Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers, der an einem der Schwingungsbäuche des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert ist. Bei der Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung werden die Resonanzschwingungen, die in den einzelnen Einheiten erzeugt werden, an einen Messerhalter übertragen, der an einem Schwingungsbauch positioniert ist, so daß im Messerhalter starke Schwingungen erzeugt werden. Es kann somit eine große Ausgangsleistung erreicht werden, die die Größenreduzierung der einzelnen Einheiten ermöglicht, so daß sich eine hohe Schwingungsfrequenz erreichen läßt. Entsprechend ermöglichen derartige hochfrequente Schwingungen eine genaue Schwingungsbearbeitung.

Fernerhin werden an den Schwingungsknoten des genannten breiten Schwingungskörpers mehrere Vertiefungen vorgesehen und der breite Schwingungskörper wird in einem Schwingungskörperhalter mit mehreren Befestigungselementen gehalten die für Paßeingriff an den Positionen mit der genannten Vertiefungen vorgesehen sind und eine Festspannkraft in Richtung der genannten Vertiefungen anlegen, so daß sich der breite Schwingungskörper auf eine einfache Weise am Schwingungskörperhalter befestigen läßt, weil die Befestigungsposition im voraus durch die Vertiefungen festgelegt ist.

Zusätzlich ist der Messerhalter abnehmbar am genannten breiten Schwingungskörper mit Hilfe einer Resonanzstange befestigt ist, die senkrecht in einer integralen Beziehung zum genannten breiten Schwingungskörper mitschwingt und den genannten Messerhalter einspannt, so daß selbst bei abnehmbarer Anbringungsmethode des Messerhalters der Messerhalter aufgrund der Schwingungsträgheit der Resonanzstange in einem stabilem Zustand gesichert ist. Entsprechend läßt sich ein rascher und problemloser Wechsel verschiedener Typen von Messerhaltern vornehmen.

Es zeigen:

Abb. 1 zeigt einen Seitenaufriß, teilweise gestrichelt, einer herkömmlichen Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung.

Abb. 2 zeigt einen Seitenaufriß einer Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Schwingungsart dieser Vorrichtung.

Abb. 3 zeigt einen Seitenaufriß, teilweise gestrichelt, einer Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Schwingungsart dieser Vorrichtung.

Abb. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung aus Abb. 3, einschließlich eines Schwingungskörperhalters.

Abb. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines konkreten Beispiels der Form einer Bearbeitungseinheit und der Form einer Spitze.

Abb. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines anderen Beispiels der Form einer Bearbeitungseinheit und der Form einer Spitze.

Abb. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines wieder anderen Beispiels der Form einer Bearbeitungseinheit und der Form einer Spitze.

Abb. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines noch wieder anderen Beispiels der Form einer Bearbeitungseinheit und der Form einer Spitze.

Abb. 9 zeigt einen Seitenaufriß der Kräftekomponenten, die bei der Bearbeitung durch eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten.

Abb. 10 zeigt einen Seitenaufriß der Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der vorzugsweisen Ausführungsformen Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf (a) und (b) der Abbildung 2 beschrieben. Die Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform enthält normalerweise vier senkrechte Ultraschallschwingungselemente 11 und einen Messerhalter 12, die alle an einem breiten Schwingungskörper 10 befestigt sind.

Es folgt eine Beschreibung des breiten Schwingungskörpers 10. Der breite Schwingungskörper 10 enthält ein Schwingungserzeugungsglied 13 in Form eines Spats aus einem Metallwerkstoff. Das Schwingungserzeugungsglied 13 besitzt bis zu vier Schlitze 14 der gleichen Form und der gleichen Größe parallel zueinander, die, mit Ausnahme der oberen und unteren Abschnitte der Schlitze 14, durch die gegenüberliegenden Seitenflächen dieses Glieds hindurchgehen. Das Schwingungserzeugungsglied 13 umfaßt somit den breiten Schwingungskörper 10, der durch die Schlitze 14 in fünf Einheiten 15 unterteilt ist. Diese Einheiten 15 werden hier in zwei weitere Gruppen unterteilt, nämlich in die Resonanzeinheiten 15 a, an denen die senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 angebracht sind, und in eine Bearbeitungseinheit 15 b, an der der Messerhalter 12 befestigt ist. Die Bearbeitungseinheit 15 b ist eine Einheit 15, die an einer definierten Position lokalisiert ist, an der sie einem weiter unten beschriebenen Werkstück 16 auf dem breiten Schwingungskörper 10 gegenüberliegt, während die Resonanzeinheiten 15 a Einheiten 15 sind, die an anderen als der definierten Position lokalisiert sind. Jedes der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 ist so konstruiert, daß ein Paar piezoelektrischer Elemente 17 in integraler Beziehung eingespannt und an einem Metallglied 18 und einem Hilfsglied 19 befestigt ist. Das Metallglied 18 hat einen Stufenabschnitt 18 a. Jedes der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 solch einer wie oben beschriebenen Struktur verfügt über einen Ausgangsabschnitt 11 a, der an der jeweiligen dazu entsprechenden oberen Fläche der Resonanzeinheiten 15 a anliegt und an dieser mit einer Schraube oder ähnlichem befestigt ist.

Der Messerhalter 12 besitzt eine Struktur, die ein einheitliches Glied als eine Spitze bildet. Der Messerhalter 12 ist mit Silber sicher an der oberen Fläche der Bearbeitungseinheit 15 b hart angelötet oder auf ähnliche Weise innig befestigt.

Die Länge jedes der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 so gestaltet, daß sie, wie in (b) von Abb. 2 gezeigt, gleich einer halben Wellenlänge in ihrer Achsrichtung ist. Die Resonanzeinheiten 15 a, die von den senkrechten Ultraschallschwingungselementen 11 eine Resonanzschwingung erfahren, sind so ausgelegt, daß sie mit einer halben Wellenlänge in den Achsrichtungen der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 mitschwingen können. Fernerhin ist der gesamte breite Schwingungskörper 10 so konstruiert, daß dessen gegenüberliegende Abschnitte an den Schwingungsbäuchen (L ₁ und L ₂) des Schwingungskörpers 10 positioniert werden können und der Mittelabschnitt des breiten Schwingungskörpers 10 am Schwingungsknoten (N) des Schwingungskörpers 10 positioniert werden kann.

Mit der Ultraschallschwingungs- Bearbeitungsvorrichtung einer solchen wie oben beschriebenen Konstruktion werden senkrechte Schwingungen in den senkrechten Ultraschallschwingungselementen 11 erzeugt, wenn nicht in der Abbildung gezeigte elektrische Anschlüsse der individuellen senkrechten Ultraschallschwingungselemente parallel geschlossen werden und die piezoelektrischen Elemente 17 von einem nicht in der Abbildung gezeigten Schwingungserzeuger mit einer Resonanzfrequenz erregt werden. Dadurch verstärken die Stufenabschnitte 18 a der Metallglieder 18 die Schwingungsamplitude der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11. Die auf diese Weise in den senkrechten Ultraschallschwingungselementen 11 erzeugten senkrechten Schwingungen werden unabhängig von den vier Resonanzeinheiten 15 a übertragen, an denen die Ausgangsabschnitte lla der senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 angebracht sind. Demzufolge werden die oberen und unteren Abschnitte der Resonanzeinheiten 15 a in Auf- und Abwärtsrichtungen synchron mit den übertragenen Schwingungen oszilliert, und die Schwingungen der Resonanzeinheiten 15 a werden auf die Bearbeitungseinheit 15 b übertragen. Entsprechend führt der an der oberen Fläche der Bearbeitungseinheit 15 b innig befestigte Messerhalter 12 Ultraschallschwingungen aus, und während der Messerhalter 12 das in Pfeilrichtung drehende Werkstück 16 berührt, erfolgt eine Schwingungsbearbeitung.

Die vom Messerhalter 12 ausgeführten Schwingungen setzen sich zusammen aus den Schwingungen, die von den vier senkrechten Ultraschallschwingungselementen 11 erzeugt werden, die eine hohe Ausgangsleistung haben. Deshalb ist es selbst bei einer Reduzierung der Größe der individuellen senkrechten Ultraschallschwingungselemente 11 zwecks Anhebung der Resonanzfrequenz der Resonanzeinheiten 15 a möglich, an der Spitze des Messerhalters 12 eine ausreichende Ausgangsleistung zu erhalten. Entsprechend ermöglicht sich eine Anhebung der Resonanzfrequenz von Messerhalter 12 durch einfache Verbesserung der Resonanzfrequenz der Resonanzeinheiten 15 a, was zu einer gesteigerten Bearbeitungsgenauigkeit für Werkstück 16 beiträgt.

Währenddessen werden als Folge der Schwingungserzeugung Resonanzschwingungen erzeugt, deren Wellenlänge durch eine obere Fläche des Hilfsglieds 19 des senkrechten Ultraschallschwingungselements 11 und durch eine untere Fläche des breiten Schwingungskörpers 10 definiert wird. Diese Resonanzschwingungen haben Schwingungsbäuche (L ₁ und L ₂) an den oberen und unteren Abschnitten des breiten Schwingungskörpers 10 und einen Schwingungsknoten (N) am mittleren Abschnitt des breiten Schwingungskörpers 10. Somit werden, was die Schwingungen des breiten Schwingungskörpers 10 anbelangt, die oberen und unteren Abschnitte des breiten Schwingungskörpers gleichmäßig in Auf- und Abwärtsrichtungen oszilliert, so daß eine Abweichung der am Messerhalter 12 auftretenden Schwingungen verhindert wird. Weil der Messerhalter 12 an einem der Schwingungsbäuche (L ₁) positioniert ist, an der die Schwingung ihre größte Ausdehnung zeigt, wird die Ausgangsleistung an der Spitze von Messerhalter 12 weiterhin gesteigert.

Es folgt die Beschreibung der Ergebnisse einer Untersuchung. Ein breiter Schwingungskörper 10 wurde mit Hilfe eines Schwingungserzeugungsglieds 13 aus Titanlegierung mit einer Breite von 100 mm, einer Höhe von 38 mm und einer Stärke von 16 mm, und mit Hilfe von senkrechten Ultraschallschwingungselementen 11 mit einem Durchmesser von 7 mm an deren Stufenabschnitt 18 a und einem Durchmesser von 15 mm an deren anderen Abschnitt konsturiert. Die Resultate: Die Resonanzfrequenz betrug 65 kHz; die Schwingungsamplitude an der Spitze einschließlich Messerhalter 12 betrug 10 um^p-p; und die Ausgangsleistung betrug max. 150 W.

Es folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen 3 bis 5. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugsnummern des ersten Ausführungsbeispiels gekennzeichnet; eine überlappende Beschreibung wird im folgenden vermieden (dies gilt ebenfalls für die nachfolgenden Ausführungsformen).

Für die Anbringung eines Messers zur Schwingungsbearbeitung an einen Schwingungskörper läßt sich eine Konstruktion empfehlen, bei der eine Verschraubung eine abnehmbare Befestigung des Messers am Schwingungskörper zuläßt. Dies soll ein rasches Anbringen des jeweils am besten für eine bestimmte Bearbeitungaufgabe geeigneten Messers ermöglichen. Allerdings wird bei Anwendung einer solchen Konstruktion eine Kraft auf die Berührungsflächen von Messer und Schwingungskörper angelegt, die gleich dem Produkt von Messermasse und Schwingungsbeschleunigung ist. Entsprechend wird, unter Außerachtlassung von Fällen mit kleiner Schwingungsamplitude, die Verbindung zwischen Messer und Schwingungskörper bei Schwingungsamplituden innerhalb eines praktischen Bereichs unstabil, und demzufolge läßt sich eine stabilisierte Schwingungsbearbeitung nicht erreichen. Das Messer muß deshalb durch Silberhartanlötung oder ähnlichem innig mit dem Schwingungskörper verbunden werden, was das Wechseln des gesamten Schwingungskörpers notwendig macht, wenn das Messer ausgetauscht werden soll. Hinzu kommt, damit der Schwingungskörper auf dem Halter für das Wechseln des Schwingungskörpers getragen werden kann, müssen die Knotenpunkte des Schwingungskörpers präzise auf dem Halter unterstützt sein. Dies soll einen Energieverlust und außergewöhnliche Schwingungen am Messerabschnitt verhindern. Der Auswechselvorgang für den Schwingungskörper ist deshalb mit ziemlichen Problemen verbunden und erfordert ein Höchstmaß an Umsicht, während ein präzise Positionierung des Schwingungskörpers weiterhin schwierig bleibt. Diese Probleme werden von der im folgenden beschriebenen, vorliegenden Ausführungsform gelöst.

Die Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform umfaßt einen Schwingungskörperhalter 20, an dem der breite Schwingungskörper 10 sicher befestigt wird. Der Schwingungskörperhalter 20 umfaßt eine Grundplatte 22 und ein Paar Seitenplatten 21, die senkrecht und aufrecht in einem festen Abstand zueinander auf der Grundplatte stehen. Jede dieser Seitenplatten 21 verfügt über acht nicht in der Abbildung gezeigte Gewindebohrungen, und eine konische Spitzschraube 32 wird in jede dieser Gewindebohrungen der Seitenplatten 21 des Schwingungskörperhalters 20 eingeschraubt. Auf die konischen Spitzschrauben 32 wird eine Sicherungsmutter 33 geschraubt, um Befestigungselemente zu dienen. Die konischen Spitzschrauben 32 sind Schrauben mit einer kegelförmig zusammenlaufenden Spitze. Erwähnenswert ist, daß die Grundplatte 22 des Schwingungskörperhalters 20 mehrere Bohrungen 23 besitzt, um eine Verschraubung an einen Schlitten oder ähnliches zu ermöglichen.

Als nächstes befinden sich konische Vertiefungen 24 an den gegenüberliegenden Seiten der individuellen Resonanzeinheiten 15 a des breiten Schwingungskörpers 10, der durch den Schwingungskörperhalter 20 in Stellung gehalten wird. Wie in (b) von Abb. 3 gezeigt, befinden sich alle Vertiefungen 24 an den Schwingungsknoten (N) des breiten Schwingungskörpers 10. Hier werden die konischen Spitzschrauben 32, die auf dem Schwingungskörperhalter 20 vorgesehen sind, derart positioniert, daß deren Spitzen in die einzelnen Vertiefungen 24 einpassen. Die konischen Spitzschrauben 32 werden fest angezogen, bis sie in den Vertiefungen 24 sitzen, und dann mit den Sicherungsmuttern 33 gesichert, so daß der breite Schwingungskörper 10 im Schwingungskörperhalter 20 gehalten wird. Die konischen Spitzschrauben 32 und die Vertiefungen 24 sind darüber hinaus so geformt, daß sie miteinander auch unter Punkt- Berührungs-Bedingungen befestigt werden können.

Eine Bearbeitungseinheit 15 b des breiten Schwingungskörpers 10 ist unterdessen so konstruiert, daß der Messerhalter 12 auf ihm abnehmbar angebracht werden kann. Insbesondere ist diese Konstruktion folgendermaßen, daß der Messerhalter 12 als eine Spitze 25 ausgelegt ist, und die Spitze 25 wird mit Hilfe einer Resonanzstange 26 an der oberen Fläche der Bearbeitungseinheit 15 b eingespannt und mit einer Schraube 27 sicher verschraubt. Hierbei wird die Spitze 25 im Schwingungsbauch (L ₁) positioniert. Unterdessen ist die Konstruktion darüber hinaus so ausgelegt, daß die Resonanzstange 26 mit einer halben Wellenlänge in Längsrichtung mitschwingt, und zwar in Reaktion zu den Schwingungen des breiten Schwingungskörpers 10. Fernerhin sind in den letzten Jahren Spitzen verschiedener Formen, wie reguläre Dreieckspitzen 28, 29 und 30 und reguläre Rechteckspitzen 31 als Wegwerfspitzen für Spitze 25 auf den Markt gekommen. Dementsprechend variiert die Form der Bearbeitungseinheit 15 b der vorliegenden Ausführungsform entsprechend der Form der Spitze. Konkrete Beispiele werden in den Abbildungen 5 bis 8 gezeigt. Abb. 5 zeigt eine Form der Bearbeitungseinheit 15 b bei der eine reguläre Dreieckspitze 28 angebracht ist; die Abbildungen 6 und 7 zeigen

Formen der Bearbeitungseinheit 15 b, bei der reguläre Dreieckspitzen 29 und 30 in unterschiedlichen Befestigungswinkeln angebracht sind; Abb. 8 zeigt eine Form der Bearbeitungseinheit 15 b bei der eine reguläre Rechteckspitze 31 angebracht ist.

Mit solch einer Konstruktion wie oben beschrieben wird erstens das Auswechseln von Messerhalter 12 ausgesprochen einfach. Insbesondere die Spitze 25, die als Messerhalter 12 ausgelegt ist, ist dank der Schwingungsträgheit der Resonanzstange 26 und der Bearbeitungseinheit 15 b, die die Spitze 25 zwischen sich einspannen, in stabiler Weise mit der Bearbeitungseinheit 15 b verbunden. Dementsprechend entsteht selbst bei einer Konstruktion mit abnehmbarer Anbringung von Messerhalter 12 auf dem breiten Schwingungskörper 10 insofern kein Nachteil, als die Schwingungsbearbeitungswirkung nicht nachläßt. Entsprechend wird zum Wechseln des Messerhalters 12 ein mühseliger Anbau oder Abbau des breiten Schwingungskörpers 10 auf oder vom Schwingungskörperhalter 20 überflüssig, und es können verschiedene Arten von Bearbeitungen, die das Wechseln des Messerhalters 12 erfordern, problemlos und rasch ausgeführt werden.

Zweitens wird das Anbauen und Abbauen des breiten Schwingungskörpers 10 auf oder vom Schwingungskörperhalter 20 vereinfacht. Insbesondere wird diese Arbeit durch das Einpassen der konischen Spitzschrauben des Schwingungskörperhalters 20 in die Vertiefungen 24 des breiten Schwingungskörpers 10 ausgeführt. Entsprechend wird die Befestigungsposition des breiten Schwingungskörpers 10 auf dem Schwingungskörperhalter 20 im voraus bestimmt, so daß die Vorgänge problemlos und rasch erfolgen können. Weil die konischen Spitzschrauben 32 und die Vertiefungen 24 miteinander durch eine Punkt-Berührungs-Bedingung in deutlichem Kontakt miteinander stehen, wird die Positionierung darüber hinaus präzise und die Befestigung des breiten Schwingungskörpers 10 sicher.

Es folgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen 9 bis 10. Wenn ein Messerhalter 12 im rechten Winkel mit einem Werkstück 16 in Berührung tritt, wie es in der ersten und zweiten Ausführungsform wie oben beschrieben vorkommt, wird die Schwingungsbearbeitungswirkung oft verschlechtert aufgrund einer Rückkomponente der Kraft Pt eines Bearbeitungswiderstands, die im rechten Winkel zur Bearbeitungsrichtung während der Bearbeitung erzeugt wird. Insbesondere an einem Berührungspunkt 0 zwischen Messerhalter 12 und Werkstück 16 wird eine radiale Rückkomponente der Kraft Pt erzeugt, die in die Richtung des Messerhalters 12 geleitet wird, zusätzlich zu einer Hauptkomponente Pc in Tangentialrichtung des Werkstücks 16. Als Folge davon wirkt die daraus resultierende Kraft P, die um einen Winkel R aus der Richtung der Hauptkomponente der Kraft Pc versetzt wird, auf den Messerhalter 12 und verursacht nachteilige, außergewöhnliche Schwingungen, so daß sich eine ausreichende Bearbeitungswirkung nicht erreichen läßt. Aus diesem Grunde wird in der vorliegenden Ausführungsform ein breiter Schwingungskörper 10 in geneigtem Zustand an einer Seitenplatte 21 eines Schwingungskörperhalters 20 angebracht, so daß der Berührungswinkel des Messerhalters 12 mit dem Werkstück 16 wie in Abb. 10 geneigt werden kann. Der Neigungswinkel ist hier gleich dem Winkel R der Versetzung, der aus der Hauptkomponente der Kraft Pc resultierenden Kraft P. Somit deckt sich die Richtung der resultierenden Kraft P des Bearbeitungswiderstands mit der Schwingungsrichtung einer Spitze 25, so daß der Einfluß der Rückkomponente der Kraft Pt aufgehoben wird. Als Resultat ist eine wirkungsvolle Schwingungsbearbeitung gegeben.

Claims

1. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bestehend aus:
einem breiten Schwingungskörper, der durch einen oder mehr im genannten Schwingungskörper geformte Schlitze in mehrere Einheiten mit gegenüberliegenden Abschnitten unterteilt ist;
mehreren senkrechten
Ultraschallschwingungselementen, die an einer Fläche der genannten individuellen Einheiten des genannten breiten Schwingungskörpers angebracht sind, um senkrechte Schwingungen einer solchen Frequenz zu erzeugen, daß die genannten gegenüberliegenden Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers in den Schwingungsbäuchen des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert sind; und
einem Messerhalter an einem der genannten Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers, der an einem der Schwingungsbäuche des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert ist.

2. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der genannte breite Schwingungskörper über bis zu vier in ihm gebildete Schlitze verfügt, um bis zu fünf Einheiten zu definieren.

3. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der Mittelabschnitt jedes der genannten Einheiten des genannten breiten Schwingungskörpers an einem Schwingungsknoten des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert ist.

4. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, in der der Abstand zwischen gegenüberliegenden Abschnitten der genannten Einheiten des genannten breiten Schwingungskörpers gleich einer Wellenlänge ist.

5. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der genannte Messerhalter sicher am genannten breiten Schwingungskörper angebracht ist.

6. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der genannte Messerhalter abnehmbar am genannten breiten Schwingungskörper mit Hilfe einer Resonanzstange angebracht ist, die senkrecht in einer integralen Beziehung mit dem genannten breiten Schwingungskörper mitschwingt und den genannten Messerhalter einspannt.

7. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, in der die genannte Resonanzstange mit dem genannten Messerhalter am genannten breiten Schwingungskörper verschraubt ist.

8. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, in der die Länge der genannten Resonanzstange so gewählt ist, daß die Resonanzstange mit einer halben Wellenlänge mitschwingt.

9. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung bestehend aus:
einem breiten Schwingungskörper, der durch einen oder mehr im genannten Schwingungskörper geformte Schlitze in mehrere Einheiten mit gegenüberliegenden Abschnitten unterteilt ist;
mehreren senkrechten Ultraschallschwingungselementen, die an einer Fläche der genannten individuellen Einheiten des genannten breiten Schwingungskörpers angebracht sind, um senkrechte Schwingungen einer solchen Frequenz zu erzeugen, daß die genannten gegenüberliegenden Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers in den Schwingungsbäuchen des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert sind;
einem Messerhalter an einem der genannten Abschnitte des genannten breiten Schwingungskörpers, der an einem der Schwingungsbäuche des genannten breiten Schwingungskörpers positioniert ist;
mehreren Vertiefungen, die an den Schwingungsknoten des genannten breiten Schwingungskörpers vorgesehen sind; und
einem Schwingungskörperhalter, einschließlich mehrerer Befestigungselemente, die für die Befestigung an den Positionen der genannten Vertiefungen vorgesehen sind, und die eine Festziehkraft in Richtung der genannten Vertiefungen anlegen.

10. Eine Ultraschallschwingungs-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, in der die genannten Vertiefungen in konischer Form ausgeführt sind, während die Spitzen der genannten Befestigungselemente in einer Weise zugespitzt sind, daß die genannten Spitzen der genannten Befestigungselemente in die genannten Vertiefungen eingepaßt werden können.