WO2018024277A1

WO2018024277A1 - Werkzeughalteeinrichtung und verfahren zum bohren

Info

Publication number: WO2018024277A1
Application number: PCT/DE2017/100487
Authority: WO
Inventors: Andreas Burkard; Holger PÄTZOLD
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2018-02-08
Also published as: DE102016214498A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeughalteeinrichtung mit einer Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines um eine Drehachse der Werkzeughaltevorrichtung drehbaren Werkzeuges (16), insbesondere eines Bohrwerkzeuges, einem Aktor (14) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, wobei die Ultraschallschwingung auf die Werkzeughaltevorrichtung übertragbar ist, wobei der Aktor (14) über Daten mit mindestens einem Parameter von einer Wirkstelle zwischen dem Werkzeug (16) und eines zu bearbeitenden Werkstücks nachregelbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bohren eines Werkstückes, insbesondere zum Tieflochbohren, wobei ein Werkzeug (18) um eine Drehachse drehend in ein Werkstück verschoben wird, wobei eine Ultraschallschwingung erzeugt wird und auf das Werkzeug (18) in Richtung der Drehachse aufgebracht wird, wobei Daten umfassend mindestens einen Parameter an einer Wirkstelle zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug (18) an einen Ultraschallgenerator (26) eines Aktors (14) übermittelt werden, wobei durch die Daten eine Anpassung einer Spannung an dem Ultraschallgenerator (26) geregelt wird. Durch die Erfindung kann eine Werkzeughalteeinrichtung (10) baulich und/oder funktional verbessert werden. Insbesondere kann durch das Verfahren bei einem Werkstück, das mit Hilfe des Werkzeugs (16) auf der Werkzeughalteeinrichtung (10) bearbeitet wurde eine Gratbildung verringert beziehungsweise vermieden werden und ein Spanabbruch bei langspanenden Werkstoffen, beispielsweise bei Aluminium, soll ermöglicht werden.

Description

Werkzeughalteeinrichtung und Verfahren zum Bohren

Die Erfindung betrifft eine Werkzeughalteeinrichtung, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine, mit einer Werkzeughalteeinrichtung, sowie ein Verfahren zum Bohren, insbesondere zum Tieflochbohren.

Das Bohren eines Loches in ein Werkstück gehört zu den spanenden Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden. Bei einem spanenden Verfahren werden vom Werkstück durch das Werkzeug Späne auf mechanischem Wege abgetrennt, um eine bestimmte Werkstückform zu erreichen. Unter Bohren versteht man das Spanen mit ein- oder mehrschneidigem Werkzeug, bei der die Drehbewegung des Bohrwerkzeuges um eine Drehachse mit einer Vorschubbewegung entlang der Drehachse überlagert wird, so dass sich das Bohrwerkzeug in das Werkstück schneidet und eine Bohrung schafft, beziehungsweise eine bereits vorhandene Bohrung bearbeitet.

Bei der Herstellung tiefer Bohrungen können häufig Spänestaus auftreten. Durch eine ungünstige Spanbildung, sowie die damit verbundene Beeinträchtigung von Bohrungsqualität und Werkzeugverschleiß, wird die Produktivität negativ beeinflusst.

Weiterhin besteht beim Bohren das Problem die erzeugten Späne aus dem Bohrloch abzutransportieren. Dieses Problem gewinnt mit der Länge des Bohrlochs an Bedeutung. Durch die ständig im Eingriff stehende Werkzeugschneide beim Bohren können bei duktilen Werkstoffen sehr lange Fließspäne entstehen. Diese lassen sich nur schwer vom Werkzeug entfernen und setzen es bei ungünstigen Bedingungen sogar zu. Die Probleme der Spanentfernung nehmen dabei mit zunehmender Bohrlochtiefe zu. Weiterhin stellt die Bearbeitung von insbesondere schwer spanbaren Materialien, die immer mehr an Bedeutung gewinnen, den Fertigungstechniker vor große Zerspanungsprobleme. Die geforderte Qualität und notwendige Produktivität können durch auftretende erhöhte Zerspankräfte, meist in Verbindung mit erhöhtem Werk- zeugverschleiß bis hin zum Werkzeugbruch, aber auch bei ungünstigen Spanbildungsmechanismen, meist nicht realisiert werden.

Bei besonders tiefen Bohrungen ist es zum Teil notwendig diese in mehreren Stufen auszuführen, das heißt den Bohrvorgang zu unterbrechen und den Bohrer aus dem Bohrloch zurück zu ziehen, um das Bohrloch von Spänen zu reinigen und nachfolgend den Bohrer wieder einzuführen, um den Bohrvorgang fortzusetzen. Eine derartige stufenweise Bohrung erhöht jedoch erheblich den Bearbeitungsaufwand und die Bearbeitungszeit, so dass eine entsprechende Bohrung einen höheren Bearbeitungsaufwand und höhere Kosten verursacht.

Weiterhin sind im Stand der Technik Bearbeitungsverfahren bekannt bei denen Ultraschallschwingungen auf das Werkzeug übertragen werden. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2004 056 716 eine Werkzeughalteeinrichtung bei dem ein Ultraschallgenerator eingebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Werkzeughalteeinrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Insbesondere soll durch die Werkzeughalteeinrichtung bei einem Werkstück, das mit Hilfe des Werkzeugs auf dem Werkzeughalteeinrichtung bearbeitet wurde, eine Gratbildung verringert beziehungsweise vermieden werden und ein Spanabbruch bei langspanenden Werkstoffen, beispielsweise bei Aluminium, ermöglicht werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Werkzeughalteeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Die Erfindung betrifft eine Werkzeughalteeinrichtung mit einer Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines um eine Drehachse der Werkzeughaltevorrichtung drehbaren Werkzeuges, insbesondere eines Bohrwerkzeuges, einem Aktor zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, wobei die Ultraschallschwingung auf die Werkzeughaltevorrichtung übertragbar ist, wobei der Aktor über Daten mit mindestens einem Parameter von einer Wirkstelle zwischen dem Werkzeug und eines zu bearbeitenden Werkstücks nachregelbar ist.

Mit Hilfe der Werkzeughalteeinrichtung können insbesondere bei der Herstellung tiefer Bohrungen Spänestaus vermieden werden, so dass die damit sonst üblichen Beeinträchtigungen von Bohrqualität und Werkzeugverschleiß vermieden werden können. Insbesondere kann die Spanform beeinflusst und die Oberflächenrauheit sowie der Grat am Bohrungsende verringert werden und auch ein Hängenbleiben von Bohrkappen am Werkstück kann verringert oder vermieden werden. Insbesondere kann eine Gratbildung beim Durchdringen von Bohrungen bei Brücken zur Ventilbetätigung bei Mehrventilmotoren vermieden oder verringert werden. Weiterhin kann mit Hilfe einer derart ausgestalteten Werkzeughalteeinrichtung auch ein Spanabbruch bei lang spanenden Werkstoffen, beispielsweise ein Aluminiumwerkstoff, erzeugt werden.

Dadurch können Wirrspäne vermieden werden, welche sich sonst in der Bohrung verklemmen können. Auf diese Weise können Sichtkontrollen und eine nachgeschaltete Hochdruckwäsche entfallen, wodurch sich die Herstellungszeit und die Herstellungskosten verringern können.

Eine Belastung des Bohrwerkzeuges kann mit größer werdender Bohrtiefe durch die Ultraschallschwingungen des Aktors reduziert werden. Durch eine Ultraschallüberlagerung können durch einen Einsatz der Werkzeughalteeinrichtung eine Streubreite des Drehmoments beziehungsweise einer Vorschubkraft einer konventionellen Bohrbearbeitung wesentlich minimiert werden. Insbesondere kann die Werkzeughaltevorrichtung derart ausgebildet sein, dass diese als eine modulare Einheit in einer konventionellen Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine, verwendet werden kann.

Der Aktor kann dabei einen piezo-keramischen Erreger, insbesondere ein Piezoele- ment, umfassen, welcher zwischen Bohrwerkzeug und einer Schnittstelle, insbesondere eine Spindelaufnahme, zu einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine zum Tiefbohren, integriert worden ist. Das Werkzeug, insbesondere ein Bohrwerkzeug, kann durch den piezo-keramischen Erreger mit Hilfe von Ultraschallschwingungen angeregt werden. Die Anregung des Bohr- werkzeugs kann Longitudinalschwingungen und damit Schwingamplituden an der Werkzeugschneide erzeugen.

Mit Hilfe einer Datenrückkopplung kann eine Leistung an einer Wirkstelle zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück nachgeregelt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass Daten von mindestens einem Parameter erfasst werden und über die Datenrückkopplung an Ultraschallgenerator des Aktors übertragen werden, so dass die Spannung des Ultraschallgenerators entsprechend angepasst werden kann.

Dadurch können Veränderungen der Leistung beim Bohren, beispielsweise durch Materialunterschiede oder durch den Austritt des Bohrers aus dem Material, ausgeglichen werden.

Dadurch kann eine Werkzeughalteeinrichtung baulich und/oder funktional verbessert werden. Insbesondere kann durch die Werkzeughalteeinrichtung bei einem Werkstück, das mit Hilfe des Werkzeugs auf dem Werkzeughalteeinrichtung bearbeitet wurde, eine Gratbildung verringert beziehungsweise vermieden werden und ein Spanabbruch bei langspanenden Werkstoffen, beispielsweise bei Aluminium, kann ermöglicht werden.

Es ist bevorzugt, dass der Aktor einen Ultraschallgenerator und ein resonantes Schwingungssystem umfasst, wobei das resonante Schwingungssystem mindestens eine aktive Piezoscheibe und mindestens eine passive Piezoscheibe umfasst. Durch die Verwendung einer passiven Piezoscheibe und einer aktiven Piezoscheibe können Daten über mindestens einen Parameter erzeugt werden.

Vorzugsweise umfasst der mindestens eine Parameter ein Delta zwischen einer Leistung der aktiven Piezoscheibe zur passiven Piezoscheibe. Dabei kann beispielsweise das Delta der Leistung der aktiven Piezoscheibe zur passiven Piezoscheibe gemessen werden und eine Abweichung kann durch Anpassung der Spannung geregelt werden. Auf diese Weise kann einfach mindestens ein Parameter für die Daten bestimmt werden. ln einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der mindestens eine Parameter weiterhin einen Widerstand, eine Leistung und/oder eine Phasenverschiebung des resonanten Schwingsystems. Daten können zur Nachregelung verwendet werden.

Es ist bevorzugt, dass die Daten von einer mit dem resonanten Schwingungssystem verbundenen Schwingungssystem-Datenübertragungseinheit übertragbar sind. Insbesondere kann die Schwingungssystem-Datenübertragungseinheit die Daten an eine Ultraschallgenerator-Empfangseinheit übertragen werden, so dass auf Basis der empfangenen Daten die Spannung des Ultraschallgenerators geregelt werden kann.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine zum Tieflochbohren, mit einer Werkzeughalteeinrichtung, welche wie vorstehend ausgebildet und/oder weitergebildet sein kann, einer Antriebseinrichtung zum Drehen der Werkzeughalteeinrichtung um die Drehachse, und einer zweiten Antriebseinrichtung zum Verschieben der Werkzeughalteeinrichtung in Richtung der Drehachse.

Durch die Werkzeughalteeinrichtung in der Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken kann bei einer Bearbeitung des Werkstücks mit Hilfe des Werkzeugs auf der Werkzeughalteeinrichtung eine Gratbildung verringert beziehungsweise vermieden werden und ein Spanabbruch bei langspanenden Werkstoffen, beispielsweise bei Aluminium, kann ermöglicht werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bohren eines Werkstückes, insbesondere zum Tieflochbohren, wobei ein Werkzeug um eine Drehachse drehend in ein Werkstück verschoben wird, wobei eine Ultraschallschwingung erzeugt wird und auf das Werkzeug in Richtung der Drehachse aufgebracht wird, wobei Daten umfassend mindestens einen Parameter an einer Wirkstelle zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug an einen Ultraschallgenerator einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine übermittelt werden, wobei durch die Daten eine Anpassung einer Spannung an dem Ultraschallgenerator geregelt wird. Durch das Verfahren kann bei einem Werkstück eine Gratbildung verringert beziehungsweise vermieden werden und ein Spanabbruch bei langspanenden Werkstoffen, beispielsweise bei Aluminium, ermöglicht werden.

Es ist bevorzugt, dass die Parameter mindestens eine Erfassung einer Veränderung der Leistungen beim Bohren des Werkstücks umfassen. Dadurch können Daten zur Verfügung gestellt werden, um eine Spannung eines Ultraschallgenerators zu regeln.

Vorzugsweise umfasst die Veränderung einen Widerstand, eine Leistung und/oder eine Phasenverschiebung.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 a) eine Seitenansicht einer teilweise geschnittenen Werkzeughalteeinrichtung;

Fig. 1 b) eine perspektivische Ansicht der Werkzeughalteeinrichtung der Fig. 1 a),

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Datenübertragung in einem Aktor der Werkzeughalteeinrichtung der Fig. 1 a);

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Draufsicht eines Werkzeugwechselsystems;

Figs. 4a), b) Bilder einer Oberfläche einer Bohrung;

Figs.5a), b) Bilder eines Grats an den Bohrungen der Figs. 4a), b);

Figs. 6a), b) Bilder von Bohrkappen in den Bohrungen der Figs. 4a), b);

Figs. 7a), b), c) Bilder verschiedener Ergebnisse eines Vergleichs unterschiedlicher Bohrvorgänge an einem Werkstück; Figs. 8 a), b) Bilder von Spänen; Figs. 9 a), b), c) Bilder von Spänen.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen Begriffe/Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 a) zeigt eine Seitenansicht einer Werkzeughalteeinrichtung 10. Die Werkzeughalteeinrichtung 10 umfasst eine Schnittstelle 12, insbesondere eine Spindelschnittstelle, zu einem nicht dargestellten Werkzeugwechselsystem für eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, einem Aktor 14 zur Gewährleistung eines Spanabbruchs während eines Bearbeitungsvorgangs und ein Werkzeug 16. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 16 ein Bohrer.

Der Aktor 14 umfasst einen integrierten Aktuator 18 zur Energieübertragung, insbesondere zur Erzeugung und Übertragung von Ultraschall, und eine integrierte Rückmeldung 20 zur Datenübertragung für die ermittelten Daten während eines Bearbeitungsvorgangs eines Werkstücks.

In Fig. 1 b) ist eine perspektivische Ansicht der Werkzeughalteeinrichtung der Fig. 1 a) dargestellt.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Datenübertragung in dem Aktor 14 der Werkzeughalteeinrichtung 10 dargestellt. Zur Datenübertragung ist ein erster Bereich 22 für die Spannungstransformation zuständig, welcher als Stator agiert, und ein zweiter Bereich 24 für die Schwingungswandlung zuständig, welcher als Rotor agiert. Der erste Bereich 22 umfasst einen Ultraschallgenerator 26. Der Ultraschallgenerator 26 wird mit 24V Gleichstrom versorgt und überträgt induktiv den Strom an ein reso- nantes Schwingungssystem 28. Das resonante Schwingungssystem 28 ist ein Piezoe- lement in Form mindestens einer aktiven Piezoscheibe und mindestens einer passiven Piezoscheibe. Durch das Piezoelement wird eine Datenrückkopplung des Werkzeugs 16 ermöglicht. Während eines Bearbeitungsvorgangs eines Werkstücks wird das Delta zwischen der aktiven Piezoscheibe und der passiven Piezoscheibe gemes- sen und bei Abweichung wird der Ultraschallgenerator 26 durch Anpassung der Spannung geregelt. Hierdurch können Veränderungen der Leistung beim Bearbeiten des Werkstücks, beispielsweise beim Bohren, durch beispielsweise aufgrund von Materialunterschiede oder Austritt des Bohrers aus dem Material, ausgeglichen werden.

Eine Anpassung der Spannung des Ultraschallgenerators 26 erfolgt durch eine Datenübertragung zwischen dem resonanten Schwingungssystem 28 und dem Ultraschallgenerator 26. Eine Schwingungssystems-Datenübertragungseinheit 30 wertet den Widerstand beziehungsweise die Leistung und/oder die Phasenverschiebung des resonanten Schwingungssystems 28 aus. Die Daten werden zur Nachregelung über eine Schnittstelle an eine Ultraschallgenerator-Datenempfangseinheit 32 übertragen. Die Ultraschallgenerator-Datenempfangseinheit 32 leitet die Daten an den Ultraschallgenerator 26 weiter, so dass die Spannung des Ultraschallgenerators 26 entsprechend den Daten von dem resonanten Schwingungssystem 28 geregelt werden kann.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein automatisches Werkzeugwechselsystem 34 dargestellt. Das automatische Werkzeugwechselsystem weist mehrere Halter 36 auf, welche jeweils mit einer Schnittstelle^ unterschiedlicher Werkzeughalteeinrichtung verbunden werden. In Fig. 3 ist erkennbar, dass nur der mittlere Halter 36 mit einer Werkzeughalteeinrichtung 10 verbunden ist. Weiterhin ist erkennbar, dass ein Segment 38 einen Segmentwinkel für die Energieübertragung von 1 10° aufweist. Weiterhin ist erkennbar, dass in dem Segment 38 zwei Bereiche 40, 42 unterschiedlich schraffiert sind. Der erste Bereich 40 stellt die verfügbare Fläche für einen Werkzeughalteeinrichtung mit einem Aktordurchmesser von 85mm dar. Der zweite Bereich 42 stellt die verfügbare Fläche für einen Werkzeughalteeinrichtung mit einem Aktordurchmesser von 160 mm dar.

Fig. 4a) und Fig. 4b) zeigen jeweils Bohrungen in einer Zentralventilschraube.

Fig. 4a) zeigt die Oberfläche einer Bohrung in einer Zentralventilschraube. Die Bohrung wurde mit einer Werkzeughalteeinrichtung ohne einen Ultraschallgenerator gebohrt. Fig. 4b) zeigt eine Oberfläche einer Bohrung in einer Zentralventilschraube. Die Bohrung wurde mit einer Werkzeughalteeinrichtung mit einem Ultraschallgenerator und einer Datenübertragung zur Regelung des Ultraschallgenerators gebohrt.

Bei einem Vergleich Oberfläche der Bohrung der Fig. 4a) mit der Oberfläche der Bohrung der Fig. 4b) ist erkennbar, dass die Bearbeitungsspuren an der Oberfläche unterschiedlich sind.

In Fig. 5a) ist der Grat an der Bohrung der Fig. 4a) dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Grat in Fig. 5a) durchgehend ist.

In Fig. 5b) ist der Grat an der Bohrung der Fig. 4b) dargestellt. Im Gegensatz zur Fig. 5a) weist der Grat in Fig. 5b) eine periodische Zackenform auf.

Fig. 6a) zeigt die Bohrkappen in der Bohrung der Fig. 4a) und Fig. 6b) zeigt die Bohrkappen in der Bohrung der Fig. 4b).

In den nachfolgenden Figuren werden die Unterschiede zwischen Bohrungen an Mul- ti-Air-Brücken zwischen einer konventionellen Bearbeitungsmethode ohne Regelung des Ultraschallgenerators durch das resonante Schwingungssystem und einer Bearbeitungsmethode mit einem geregelten Ultraschallgenerator aufgezeigt.

In den Fig. 7a,), b), c) und 8 wurde dabei ein Variable Valve Activation, abgekürzt WA, -Block für einen Small Generator Engine, abgekürzt SGE, bearbeitet.

In Fig. 7a) ist das Ergebnis einer Gratbildung mit der Toleranz T97 und einem Bohrungsdurchmesser von 6mm zwischen einem Bereich 44 und einem Bereich 46 dargestellt. In dem Bereich 44 wurde eine Werkzeughalteeinrichtung mit einem geregelten Ultraschallgenerator verwendet. Der Vorschub war ein Serien-Serienvorschub, der Bohreraustritt war in der Gusshaut, die Auskraglänge beträgt 101 mm, das Werkzeug war am Standmengenende angeordnet. Die Frequenz des Ultraschalls war 26,35kHz und die Leistung P betrug 1 19 W. Die Grathöhe beträgt im Mittel 0,101 mm und maximal 0, 130mm. Im Bereich 46 wurden zur Kontrolle die Bohrungen mit einem konventionellen Werkzeughalteeinrichtung ohne Regelung des Ultraschallgenerators durch das resonante Schwingungssystem gebohrt. Dabei wurden die gleichen Bearbeitungsbedingungen wie im Bereich 44 verwendet. Die Grathöhe beträgt hierbei im Mittel 0,105mm und maximal 0, 145mm. Die Bohrungen in beiden Bereichen 44, 46 haben alle einen festen Ringgrat im Toleranzbereich und einzelne Bohrkappen sind locker. Jedoch ist es mit Hilfe des Ultraschallgenerators und der Regelung des Ultraschallgenerators mit Hilfe der Daten vom resonanten Schwingungssystem möglich die Grathöhe zu reduzieren.

In Fig. 7b) ist das Ergebnis einer Gratbildung mit der Toleranz T97 und einem Bohrungsdurchmesser von 6mm zwischen einem Bereich 48 und einem Bereich 50 dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 7a) wurde bei den Bearbeitungsbedingungen die Auskraglänge auf 85 mm. In dem Bereich 48 wurde eine Werkzeughalteeinrichtung mit einem Ultraschallgenerator verwendet. Die Frequenz des Ultraschalls war 26,45kHz und die Leistung P betrug 126 W. Die Grathöhe beträgt im Mittel 0,106 mm und maximal 0, 15mm. Im Bereich 50 wurden zur Kontrolle die Bohrungen mit einem konventionellen Werkzeughalteeinrichtung ohne Regelung des Ultraschallgenerators durch das resonante Schwingungssystem gebohrt. Die Grathöhe beträgt hierbei im Mittel 0, 1 15mm und maximal 0, 16mm. Die Bohrungen haben alle einen festen Ringgrat im Toleranzbereich und die Erhöhung der Auskraglänge führt zu weniger Bohrkappen.

In Fig. 7c) ist das Ergebnis einer Gratbildung mit der Toleranz T97 und einem Bohrungsdurchmesser von 6mm zwischen einem Bereich 52 und einem Bereich 54 dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 7a) und Fig. 7b) betrug im Bereich 52 bei den Bearbeitungsbedingungen die Auskraglänge auf 101 mm und im Bereich 54 betrug die Auskraglänge 85mm. Weiterhin wurde sowohl im Bereich 52 als auch im Bereich 54 eine Werkzeughalteeinrichtung mit einem Ultraschallgenerator verwendet. In dem Bereich 52 beträgt die Auskraglänge 101 mm und die Leistung P 167W. Die Grathöhe beträgt im Mittel 0, 108 mm und maximal 0, 148mm. Im Bereich 54 wurden zur Kontrolle die Bohrungen mit einer Auskraglänge 85mm gebohrt. Die Leistung P des Ultraschallgenerators betrug 158W. Die Grathöhe beträgt hierbei im Mittel 0,105mm und maximal 0, 150mm. Die Bohrungen haben alle einen festen Ringgrat im Toleranzbereich. Es besteht kein Unterschied in der Gratausbildung bei Variationen der Auskraglänge. Es gibt keine Bohrkappen mit erhöhten Ultraschallleistungen, insbesondere mit erhöhten Schwingamplituden. Weiterhin ist die Spanform durch den Einsatz des Ultraschalls zu steuern. In Fig. 8 ist erkennbar, dass mit Hilfe des Ultraschalls eine Spanform entsteht, die gut abfließen kann. In Fig. 8 ist das Ergebnis der Spanbildung mit einer Toleranz T97 und einem Bohrdurchmesser 6mm für eine WA eines SGE dargestellt. Für die Fertigung wird der Serien-Vorschub verwendet, der Bohrungsaustritt erfolgt in der Gusshaut.

Die Auskraglänge variiert und das Werkzeug ist am Standmengenende angeordnet. In Fig. 8 a) sind Späne einer konventionellen Werkzeughalteeinrichtung ohne Regelung des Ultraschallgenerators dargestellt. In Fig. 8b) sind Späne mit einer Ultraschall- Überlagerung, also mit einem geregelten Ultraschallgenerator, dargestellt. Zusam- mengefasst kann festgestellt werden, dass unter allen getesteten Bedingungen bei einem durch das resonante Schwingungssystem geregelten Ultraschallgenerator flache gerade Späne entstehen. Dadurch verringert sich die Häckchenbildung auf der Spanoberfläche.

Hinsichtlich des Spanabbruchs werden Spiral- und Fließspäne unterbunden. Der Spanabbruch wird gezielt eingestellt. Gebrochene Späne sind die Basis für eine gezielte Abführung aus der Bohrung während des Fertigungsprozesses.

In Fig. 9a), b), c) sind die Ergebnisse der Spanbildung mit der Toleranz T61 und einem Bohrungsdurchmesser 12mm für einen WA-Block aus Aluminium für ein Fire System abgebildet. Die Bearbeitungsbedingungen umfassen dabei einen Serien- Vorschub, die Leistung des Ultraschallgenerators variiert und das Werkzeug ist arbeitsscharf.

In Fig. 9a) sind die Späne einer konventionellen Werkzeughalteeinrichtung ohne Regelung des Ultraschallgenerators durch das resonante Schwingungssystem abgebildet. Die Späne umfassen Spiralspanstücke und konische Schraubenspäne. Die Längen betragen zwischen 5mm und 40mm.

In Fig. 9b) sind Späne eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeughalteeinrichtung mit einem durch das resonante Schwingungssystem geregelten Ultraschallgenerators dargestellt. Die Frequenz f des Ultraschalls beträgt 28,6 kHz. Die Leistung P beträgt 160W und die Anregung des Werkzeugs erzeugt Longitudinalschwingungen A und Schwingamplituden an der Werkzeugschneide von 9,4pm. Die Späne weisen die Formen von Bröckelspänen, Spiralspanstücken und vereinzelt von Schraubenspänen auf. Die Länge der Späne beträgt zwischen 3mm und 30mm.

In Fig. 9c) sind Späne eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Werkzeughalteeinrichtung mit einem durch das resonante Schwingungssystem geregelten Ultraschallgenerators dargestellt. Die Frequenz f des Ultraschalls beträgt 28,6 kHz. Die Leistung P beträgt 220W und die Anregung des Werkzeugs erzeugt Longitudinalschwingungen und Schwingamplituden A an der Werkzeugschneide von 10pm. Die Späne weisen die Formen von Bröckelspänen, Spiralspanstücken und von Schraubenspänen auf. Die Länge der Späne beträgt zwischen 3mm und 45mm.

Bezuqszeichenliste Werkzeughalteeinrichtung

Schnittstelle

Aktor

Werkzeug

Aktuator

integrierte Rückmeldung

erster Bereich

zweiter Bereich

Ultraschallgenerator

resonantes Schwingungssystem

Schwingungssystem-Datenübertragungseinheit Ultraschallgenerator-Datenempfangseinheit automatisches Werkzeugwechselsystem Halter

Segment

erster Bereich

zweiter Bereich

Bereich

Claims

Patentansprüche

Werkzeughalteeinnchtung mit einer Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines um eine Drehachse der Werkzeughaltevorrichtung drehbaren Werkzeuges (16), insbesondere eines Bohrwerkzeuges, einem Aktor (14) zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung, wobei die Ultraschallschwingung auf die Werkzeughaltevorrichtung übertragbar ist, wobei der Aktor (14) über Daten mit mindestens einem Parameter von einer Wirkstelle zwischen dem Werkzeug (16) und eines zu bearbeitenden Werkstücks nachregelbar ist.

Werkzeughalteeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (14) einen Ultraschallgenerator (26) und ein resonantes Schwingungssystem (28) umfasst, wobei das resonante Schwingungssystem (28) mindestens eine aktive Piezoscheibe und mindestens eine passive Piezo- scheibe umfasst.

Werkzeughalteeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter ein Delta zwischen einer Leistung der aktiven Piezoscheibe zur passiven Piezoscheibe umfasst.

Werkzeughaltevorrichtung nach 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet dass der mindestens eine Parameter weiterhin einen Widerstand, eine Leistung und/oder eine Phasenverschiebung des resonanten Schwingsystems (28) umfasst.

Werkzeughaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten von einem mit dem resonanten Schwingungssystem (30) verbundenen Schwingungssystem- Datenübertragungseinheit (30) übertragbar sind.

Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Werkzeugmaschine zum Tieflochbohren, mit einer Werkzeughalteeinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, einer Antriebseinrichtung zum Drehen der Werkzeughalteeinrichtung um die Drehachse, und einer zweiten Antriebseinrichtung zum Verschieben der Werkzeughalteeinrichtung in Richtung der Drehachse.

7. Verfahren zum Bohren eines Werkstückes, insbesondere zum Tieflochbohren, wobei ein Werkzeug (18) um eine Drehachse drehend in ein Werkstück verschoben wird, wobei eine Ultraschallschwingung erzeugt wird und auf das Werkzeug (18) in Richtung der Drehachse aufgebracht wird, wobei Daten umfassend mindestens einen Parameter an einer Wirkstelle zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug (18) an einen Ultraschallgenerator (26) eines Aktors (14) übermittelt werden, wobei durch die Daten eine Anpassung einer Spannung an dem Ultraschallgenerator (26) geregelt wird.

8. Verfahren zum Bohren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter mindestens eine Erfassung einer Veränderung der Leistungen beim Bohren des Werkstücks umfassen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung einen Widerstand, eine Leistung und/oder eine Phasenverschiebung umfassen.