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Dokumentenidentifikation DE69110019T2 18.01.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0489359
Titel Vibrationscheidwerkzeug.
Anmelder Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd., Osaka, JP
Erfinder Najima, Kozo, c/o Nippon Pneumatic Manufact, Osaka, JP;
Tsuyuguchi, Hirohumi, c/o Nippon Pneumatic Manufac, Osaka, JP;
Aoki, Tsutomu, c/o Nippon Pneumatic Manufact., Osaka, JP;
Wakano, Fukuo, c/o Nippon Pneumatic Manufact., Osaka, JP;
Ida, Masahiro, c/o Nippon Pneumatic Manufact., Osaka, JP
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69110019
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.11.1991
EP-Aktenzeichen 911203941
EP-Offenlegungsdatum 10.06.1992
EP date of grant 24.05.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.1996
IPC-Hauptklasse B23B 31/20
IPC-Nebenklasse B23B 47/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, das die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 aufweist. Ein solches Werkzeug kann einem rotierenden Schneideinsatz, wie einem Bohrer, einem Schaftfräser oder einem Gewindebohrer Vibrationen zum wirksameren Schneiden verleihen.

Figur 7 zeigt, wie ein Werkstück a mit einer Schneide eines herkömmlichen Schneidwerkzeuges geschnitten wird; b ist eine Schneidkante, die sich in der Figur nach links bewegt; c bezeichnet ein durch Schneiden erzeugten Span.

Der Span c besteht aus kleinen Blöcken c', die durch Druck und Scherung an der Schneidkante b entstehen, die sich unter wiederholtem Drücken und Scheren, intermittierend vorund rückwärts bewegt, wie durch den Pfeil angedeutet.

Die durch eine solche Vor- und Rückwärtsbewegung erzeugte Schwingung ist eine selbsterregte Schwingung. Solche Schwingungen haben im allgemeinen eine mikroskopisch kleine Amplitude, aber diese Art des Schneidens kann als Vibrationsschneiden in einem weiten Sinne betrachtet werden. Wenn ihre Amplitude eine bestimmte Größe erreicht aufgrund von Änderungen der Schneidbedingungen, wird sie als Rattern bezeichnet.

Figur 8-I zeigt eine Kurve, die durch das oben beschriebene herkömmliche Schneidwerkzeug erzeugte Wellenformen der Schwingungsamplitude darstellt, die sehr unregelmäßig ist. In den Abschnitten, wo die Amplitude klein ist, kann sich die Schneidkante leicht aufheizen, während in den Abschnitten, wo sie groß ist, das Werkstück dazu neigt, stark zerkratzt zu werden. Dies verschlechtert die Oberflächenrauhheit.

Um deshalb die Schwingungsamplitude, wenn sie nachteilig groß ist, zu verringern, wurde eine Werkzeugbefestigungsstruktur mit möglichst hoher Steifigkeit verwendet.

Je höher aber die Steifigkeit der Werkzeugbefestigungsstruktur ist, desto geringer wird die Schwingungsamplitude in den Abschnitten der Kurve sein, wo die Amplitude klein ist. Dies kann eine anwachsende Temperatur der Späne oder der Schneidkante oder das Anwachsen des Schneidenansatzes verursachen und damit eine Verschlechterung der Schneidfähigkeit der Schneide.

Um die Schneidfähigkeit zu verbessern, ist es daher notwendig, die Schwingung zu vergleichmäßigen, unter Verringerung der größeren Amplituden und gleichzeitiger Vergrößerung der kleineren, wie durch die Kurve in Figur 8-II dargestellt.

Bei einem bekannten Vibrationsschneidwerkzeug wird eine externe Schwingungsquelle verwendet, um die Schneidkante erzwungenermaßen in Schwingung zu versetzen und dadurch eine gleichförmige Schwingungskurve, wie in Figur 8-II gezeigt, zu erhalten.

Diese Art von Schneidwerkzeugen mit einer Quelle für erzwungene Schwingungen haben eine ausgezeichnete Schneidfähigkeit. Viele dieser Schneidwerkzeuge verwenden als Schwingungsgenerator elektrostriktive oder magnetostriktive Schwingungselemente, die durch einen Oszillator angeregt werden. Andere verwenden Schwingungselemente von elektromagnetischen, elektrohydraulischen oder mechanisch-hydraulischen Typ. Einige davon benötigen komplizierte, elektrische Schaltungen oder Mechanismen. Andere benötigen große und kostspielige, hydraulische Zylinder um eine Werkbank in Schwingung zu versetzen. Alle nutzen sie Resonanz aus, um eine geeignete Schwingungsamplitude der Schneidkante zu erzielen. Deshalb können sie nur in einem begrenzten Frequenzbereich betrieben werden. Das macht es schwierig, Veränderungen der Schneidbedingungen zu bewältigen.

In EP-A-0 292 651 ist ein Schneidwerkzeug gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 offenbart. In dem Schneidwerkzeug sind zwei unterschiedliche Arten von Federn vorgesehen, von denen die einen in axialer Richtung und die anderen in radialer Richtung wirken.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, das, im Gegensatz zu den unregelmäßigen Schwingungen an der Schneidkante, wie in Figur 8-I gezeigt, Schwingungen an der Schneidkante mit gleichförmiger Amplitude, wie in Figur 8-II gezeigt, erzielt, unabhängig von Veränderungen der Schneidbedingungen, ohne Verwendung eines komplizierten und kostspieligen Generators für erzwungene Schwingungen, der nur innerhalb eines vorgegebenen Bereichs betrieben werden kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist gemäß der Erfindung ein Vibrationsschneidwerkzeug gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Es kann z.B. ein Einstellring vorgesehen werden, um die Spannkraft der Federn einzustellen.

Um einen Schneidvorgang zu starten, wird die an die Antriebsspindel der Werkzeugmaschine befestigte Eingangswelle gedreht und zusammen mit der Antriebsspindel vorwärts bewegt, um die an die Schneidenbefestigungswelle der Ausgangswelle befestigte Schneide gegen das Werkstück zu drükken.

Während dieses Schneidvorgangs entstehen an der Schneidkante unregelmäßige, mikroskopische Schwingungen durch die es zu Schwankungen der Schneidkraft kommt.

Bei einem Schneidwerkzeug nach dem Stand der Technik, bei dem die Eingangs- und die Ausgangswelle direkt miteinander verbunden sind, ist eine solche Schwingung der Schneidkante extrem unregelmäßig, wie durch die Amplitudenschwankungskurve der in Figur 8-I dargestellt. Im Gegensatz dazu ist bei einem nach der vorliegenden Erfindung ausgebildetem Werkzeug, bei dem die Eingangswelle und die Ausgangswelle innerhalb eines vorgegebenen begrenzten Bereichs relativ zueinander beweglich sind, die Amplitude ausgeglichen, wie in Figur 8-II gezeigt. In Figur 8-I und 8-II stellt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse die Amplitude dar.

Wenn die Schneide in das Werkstück schneidet, wird das Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle über die beweglichen Elemente übertragen, die durch die Federn in die Vertiefungen in der Eingangswelle gedrückt werden.

Solange die Schwankung der Schneidkraft klein ist, ist die Torsionssteifigkeit für die Drehmomentübertragung klein, da sie hauptsächlich durch die Federn bestimmt wird. Dadurch kann die Schneidkante verhältnismäßig frei schwingen und die Schwingungsamplitude ist groß, verglichen mit einem herkömmlichen Schneidwerkzeugtyp.

Wenn die Schwankung der Schneidkraft anwächst und dadurch die Federn in einem größeren Ausmaß zusammengedrückt werden, werden die beweglichen Elemente verschoben, bis sie an die Anschlagselemente anstoßen. Dann wird die Ausgangswelle unabhängig von den Federn direkt von der Eingangswelle gedreht. Dadurch nimmt die Torsionssteifigkeit zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu bis zu einem Wert nahe dem Wert, der bei einem herkömmlichen Schneidwerkzeug erzielt wird, wodurch die Schwingungsamplitude der Schneidkante unterdrückt wird.

Die Schwingungsamplitude der Schneidkante wird dort groß gehalten, wo sie einem herkömmlichen Schneidwerkzeug klein ist, und wird dort klein gehalten, wo sie bei einem herkömmlichen Werkzeug groß ist. Das hat zur Folge, daß die Schwingungsamplitude im Ganzen vergleichmäßigt wird, wie in Figur 8-II gezeigt.

Bei einem Werkzeug gemäß der Erfindung sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle in Umfangsrichtung beweglich miteinander gekoppelt. Bewegliche Elemente sind zwischen den in der Eingangs- oder Ausgangswelle geformten Vertiefungen und den in der anderen Welle geformten Löchern gelagert. Das Drehmoment wird übertragen, indem die beweglichen Elemente mit Federn gegen die Vertiefungen gedrückt werden. Die Bewegung der beweglichen Elemente ist nur in Umfangsrichtung und in einer Richtung, in der die Federn gespannt sind, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches begrenzt. Gegenüber den unregelmäßigen Schwingungen, die an der Schneidkante eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs entstehen, wächst in dieser Anordnung die Amplitude überall dort an, wo sie klein ist, da in diesem Teil die Torsionssteifigkeit zur Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle hauptsächlich durch die Federn bestimmt wird. Dadurch wird die Schwingung an der Schneidkante nicht so stark eingeschränkt und daher groß gehalten. Andererseits wird in den Teilen, wo die Amplitude groß ist, die Amplitude der Schneidkante unterdrückt, da die Bewegung der beweglichen Elemente begrenzt ist und dadurch die Torsionssteifigkeit zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle anwächst. Das hat zur Folge, daß die Amplitude an der Schneidkante im Ganzen ausgeglichen wird. Das macht es auch möglich, die Schwankungen der Schneidkraft zu verringern.

Dadurch kann die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehzahl beim Schneiden, verglichen mit einem herkömmlichen Schneidwerkzeug, erhöht werden. Dies trägt zu einer erhöhten Produktivität, einer besseren Oberflächenglätte des Werkstücks nach dem Schneiden und einer langen Lebensdauer des Werkzeugs bei.

Ferner sind, verglichen mit einem Schneidwerkzeug, das eine Quelle für erzwungene Schwingungen verwendet, keine komplizierten, großen und kostspieligen Vorrichtungen notwendig. Seine äußere Erscheinung unterscheidet sich nicht von einem einstückigen Schneidwerkzeug nach dem Stand der Technik. Dadurch fällt Einstellung und Handhabung leicht.

Es hat auch verschiedene andere Vorteile, einschließlich dem, daß es in einem großen Frequenzbereich verwendet werden kann.

Andere Merkmale und Aufgaben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Figur 1 ist eine Seitenansicht eines vertikalen Schnittes einer Ausführungsform des Schneidwerkzeugs gemäß der Erfindung;

Figur 2 ist eine Seitenansicht eines vertikalen Schnittes eines Teils derselben, die das Stadium zeigt, in dem die Drehkraft klein ist;

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Figur 1;

Figur 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Figur 1;

Figur 5 ist eine Frontansicht des Ringes;

Figur 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht desselben, die die Funktion der beweglichen Elemente zeigt;

Figur 7 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Schneidkante, die ihr Betriebsstadium zeigt;

die Figuren 8-I und 8-II zeigen Wellenformen von Schwingungen an den entsprechenden Schneidkanten;

Figur 9 ist eine Seitenansicht eines teilweise senkrechten Schnittes einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

die Figuren 10A bis 10C und 11a bis 11C sind vergrößerte Schnittansichten der schwingenden Einheiten in den entsprechenden Ausführungsformen, die deren Funktion zeigen.

Bei den Ausführungsformen, die in den Figuren 1 bis 6 gezeigt sind, bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Eingangswelle und 2 eine Ausgangswelle. Die Eingangswelle 1 hat an ihrem hinteren Teil einen geraden Schaftabschnitt 3 und ist mit einem Flansch 4 an seiner Vorderseite einstückig geformt.

Die Eingangswelle 1 hat eine Zentralbohrung 5, in der ein Flansch 6 mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist, der auf der Rückseite der Ausgangswelle 2 drehbar gelagert ist. Der Flansch 6 ist auf seiner Rückseite mit einem gestuften Abschnitt 7 kleinen Durchmessers versehen.

Auf der Innenwand der Zentralbohrung 5 ist an ihrem mittleren Abschnitt eine Einkragung 9 ausgebildet. Außerhalb der Einkragung 9 ist ein Axiallager 10 angebracht. An seinem hinteren Ende ist ein Anschlagbolzen 11 mit einem Kopf großen Durchmessers vorgesehen, der auf dem Axiallager 10 gelagert ist. Der Bolzen 11 erstreckt sich drehbar durch die Einkragung 9 und ist in einen Schaft 6 mit schmalem Durchmesser geschraubt.

Eine Anzahl von Stahlkugeln 13 sind zwischen dem gestuften Abschnitt 7 mit schmalem Durchmesser und der Vorderseite der Einkragung 9 gelagert.

Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, ist der Flansch 4 auf seiner Vorderseite mit einer Vielzahl von Vertiefungen 15 ausgebildet, die entlang eines Kreises konzentrisch um den Mittelpunkt der Eingangswelle angeordnet sind.

Ferner ist der Flansch 4 auf seiner inneren Vorderseite mit einer sich über seinen gesamten Umfang erstreckenden Vertiefung 17 ausgebildet. Eine Anzahl von Stahlkugeln 20 sind in einer Vertiefung 17 angeordnet, die in einer Auskragung 19 um eine hintere Stirnfläche eines Abschnitts 16 mit großem Durchmesser im inneren Teil der Ausgangswelle 2 geformt ist.

Wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, ist die Ausgangswelle 2 in dem Abschnitt mit großem Durchmesser 16 mit einer Vielzahl von axialen Durchgangslöchern 21 und Gewindebohrungen 22 ausgebildet, die auf einem Kreis konzentrisch um den Mittelpunkt der Ausgangswelle angeordnet sind. Die Durchgangslöcher 21 und die Gewindebohrungen 22 stehen den in den Flansch 4 geformten Vertiefungen 15 gegenüber. Die Gewindebohrungen 22 sind in einem Verhältnis von einer zu einer Vielzahl von Durchgangslöchern 21 vorgesehen.

Ein bewegliches Element 23 in Form einer Stahlkugel ist in jedes der Durchgangslöcher 21 und der Gewindebohrungen 22 an deren hinteren Ende eingepaßt. Die beweglichen Elemente 21 sind teilweise in die Vertiefungen 15 des Flansches 4 eingefügt.

In jedem Loch 21 ist eine Feder 26 gelagert, während eine Einstellschraube 27 als Anschlagselement in die Gewindebohrungen 22 geschraubt ist. Zwischen dem hinteren Ende der Einstellschraube 27 und jedem beweglichen Element 23 ist ein kleiner Spalt definiert. Der Spalt kann reguliert werden durch Einstellung der Position der Einstellschraube 27. Ferner wird in das vordere Ende jeder Gewindebohrung 22 eine Einstellschraube 30 mit einem Rollenstift 29 geschraubt. Die Stifte 29 ragen über die vordere Oberfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 16 hinaus.

Ein Ring 31 ist verschiebbar an die Vorderseite des Abschnitts mit großem Durchmesser 16 der Ausgangswelle 2 angepaßt. Er hat Löcher 32, in die die Rollenstifte 29 passen (vgl. Figur 5).

Wie in Figur 5 gezeigt, ist der Ring 31 an seiner vorderen Stirnseite mit einer Vielzahl von bogenförmigen Rillen 33 ausgebildet, die konzentrisch um den Mittelpunkt des Rings angeordnet sind. Wie in Figur 6 gezeigt, hat jede Rille 33 einen keilförmigen Boden, so daß sie von einem Ende zum anderen tiefer wird und auch einen bogenförmigen Querschnitt hat.

Ein Einstellring 34 ist auf der Vorderseite des Rings 31 befestigt. Auf seiner Rückseite ist er mit einer Vielzahl von Vertiefungen 36 ausgebildet, um die Stahlkugeln 35 aufzunehmen. Der Ring 34 ist an seinem hinteren Abschnitt entlang der äußeren Kante mit einer die Außenfläche des Rings 31 umschließenden Einfassung einstückig geformt (vgl. Figur 1). Der Abschnitt mit großem Durchmesser 16 ist am vorderen Abschnitt davon, entlang der äußeren Kante mit einem gestuften Abschnitt 39 ausgebildet, um das hintere Ende der Einfassung 37 des Rings 34 aufzunehmen.

Der Einstellring 34 ist mit einer Vielzahl von radialen Gewindebohrungen 40 ausgebildet, um die Einstellschrauben 41 im Gewinde aufzunehmen, deren inneres Ende von einer aus der Vielzahl der einfassenden Vertiefungen 42 umfaßt ist, die in die Außenfläche der Ausgangswelle 2 geformt sind. Dadurch ist der Ring 34 an die Ausgangswelle gekoppelt.

Die Ausgangswelle 2 ist an ihrem vorderen Ende mit einem Schneidenbefestigungsabschnitt 46 versehene der an seiner Außenfläche mit einem Außengewinde 43 versehen ist und mit einer konzentrischen, sich nach vorne weitenden, keilförmigen Öffnung 44 ausgebildet ist.

In der keilförmigen Öffnung 44 ist ein Einsatz 51 gelagert und mit einer in das Außengewinde 43 eingreifenden Befestigungsschraube 54 in Position gehalten.

Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform. Die Einstellschrauben 27 haben an ihrer Spitze einen gewindelosen Schaft und sind mit ihren Gewindeabschnitten in Gewindebohrungen geschraubt, die in einen an der Ausgangswelle 2 befestigten Aufnahmering 28 geformt sind. Jede Vertiefung 15 im Flansch 4 hat einen konischen Querschnitt. Im übrigen gleicht diese Ausführungsform der ersten, in Figur 1 gezeigten Ausführungsform. Deshalb sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht mehr beschrieben.

Es folgt nun die Beschreibung einer Vibrationseinheit, die das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Figur 1,6,9,10 und 11 enthält. Sie weist die in den Flansch 4 der Eingangswelle 1 geformten Vertiefungen 15 auf, die in den Abschnitt mit großem Durchmesser 16 der Ausgangswelle 2 geformten Durchgangslöcher 21 und die Gewindebohrungen 22, in die Vertiefungen 15 an der Vorderseite, entweder der Durchgangslöcher 21 oder der Gewindebohrungen 22, lose eingepaßte bewegliche Elemente 23, die Federn 26 und die Einstellsschrauben 27 und 30.

Es folgt nun die Beschreibung der Arbeitsweise der Ausführungsformen. Die Eingangswelle 1 ist am geraden Schaftabschnitt 3 an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt.

Ein Schneideinsatz 55 wie z.B. ein Bohrer ist an dem Schneidenbefestigungsabschnitt 46 der Ausgangswelle 2 durch das Futter 51 und dgl. befestigt.

Zuerst werden, wie in den Figuren 10A und 11A gezeigt, die beweglichen Elemente 23 durch Federn 26 gegen die Wand der Vertiefungen 15 im Flansch 4 gedrückt und damit die Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 2 miteinander gekoppelt. Dadurch wird die Drehung der Eingangswelle 1 auf die Eingangswelle 2 übertragen und der Schneidevorgang beginnt.

Wenn in diesem Stadium der Schneidevorgang beginnt und angenommen wird, daß der Flansch 4 mit der Eingangswelle 1 geimeinsam in der Richtung des Pfeils, wie in der Vibrationseinheit der Figuren 10 und 11 gezeigt, rotiert, da die beweglichen Elemente 23 durch die Federn 26 gedrückt, sowohl mit der Eingangswelle 1 als auch mit der Ausgangswelle 2 in Berührung stehen, wie in den Figuren 10B und 10C und 11B und 11C gezeigt, wird die Drehkraft von der Eingangswelle 1 auf die Ausgangswelle 2 übertragen.

Sobald die Kante des Schneideinsatzes 55 in das Werkstück schneidet, treten an dessen Kante unregelmäßige mikroskopische Schwingungen auf. Diese Schwingungen werden an der Schneidkante durch die Ausgangswelle 2 auf die Vibrationseinheit übertragen und veranlassen die beweglichen Elemente 23, sich wiederholt mikroskopisch vor- und rückwärts zu bewegen, wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt. Eine solche wiederholte Bewegung, d.h. Schwingung, setzt sich zusammen hauptsächlich aus einer mikroskopischen Rollschwingung, und die beweglichen Elemente 23 bleiben dabei immer in Berührung mit den gebogenen oder geraden Oberflächen der Vertiefungen 15. Die Schwingungsamplitude der beweglichen Elemente 23 trägt nicht mehr als einige 10 um. Die beweglichen Elemente 23 bewegen sich niemals derart, daß sie zurückprallen oder einige Millimeter aus den Vertiefungen 15 springen. Die Einstellschrauben 27 lassen als Anschläge eine solche Bewegung nicht zu.

Während die beweglichen Elemente 23 gegen die inneren Oberflächen der Durchgangslöcher 21 an ihren Enden gedrückt werden, wie oben beschrieben, sind die Federn 26 zusammengedrückt. Solange die Schneidkraft klein ist wie in den Figuren 10B und 11B gezeigt, ist die Torsionssteifigkeit der das Drehmoment übertragenden Vibrationseinheit größtenteils durch die Federn 26 bestimmt und dadurch verhältnismäßig klein. Da in diesem Stadium die Schwingung der Schneidkante nicht so stark begrenzt ist, wird die Amplitude der Schwingung an der Schneidkante groß gehalten innerhalb des Bereiches, in dem die Schneidwirkung groß ist, verglichen mit einem Schneidwerkzeug herkömmlichen, einstückigen Typs.

Wenn die Schneidkraft an der Schneidkante anwächst und dadurch die Federn 26 in einem größeren Ausmaß zusammengedrückt werden, wie in den Figuren 10B und 11C gezeigt, verändert sich die relative Position der beweglichen Elemente 23. Dies verändert auch das Verhältnis der Drehkraf tübertragung zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2. Denn die beweglichen Elemente 23 liegen an den inneren Oberflächen der Durchgangslöcher 21 und an den Stirnflächen der Einstellschrauben 27 an. Dadurch ist die Ausgangswelle 2 über die beweglichen Elemente 23 direkt an die Eingangswelle 1 angekoppelt und von ihr angetrieben, unabhängig von den Federn 26. Dadurch wächst die gesamte Torsionssteifigkeit der Vibrationseinheit auf eine Größe an, der nahe dem mit einem herkömmlichen Schneidwerkzeug erzieltem Wert liegt. Das hat zur Folge, daß die Amplitude der Schwingungen an der Schneidkante verringert oder in einen Bereich begrenzt wird, in dem die Schneidwirkung groß gehalten wird.

Dadurch wird jede übermäßige Amplitude an der Schneidkante unterdrückt während Schwingungen mit kleineren Amplituden größer werden, als bei einem herkömmlichen, einstückigen Schneidwerkzeug. Dadurch wird die Schwingungsamplitude ausgeglichen, wie in Figur 8-II gezeigt.

Es wurde die Arbeitsweise der Ausführungsform von Figur 9 mit Bezug auf die Figuren 10 und 11 beschrieben. Die Arbeitsweise der ersten in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen ist der Arbeitsweise der Ausführungsform von Figur 9 ähnlich.

D.h., solange die Schneidkraft klein ist, bleibt der Spalt zwischen dem beweglichen Element 23 und der Einstellschraube 27 (vgl. Figur 6) aufrechterhalten, und sie liegen nicht aneinander an. Dadurch wird die Torsionssteifigkeit der die Drehkraft übertragenden Vibrationseinheit hauptsächlich durch die Federn 26 bestimmt, so daß die Amplitude der Schwingung an der Schneidkante verhältnismäßis groß ist.

Wenn die Schneidkraft der Schneidkante anwächst und die Federn 26 in einem größeren Ausmaß zusammengedrückt werden, stoßen die beweglichen Elemente 23 an die Enden der Einstellschrauben 27 in den Gewindebohrungen 22 an. Dadurch ist die Ausgangswelle 2 über die beweglichen Elemente 23 direkt mit der Eingangswelle gekoppelt, so daß die gesamte Torsionssteifigkeit der Vibrationseinheit anwächst und dadurch die Amplitude der Schwingungen an der Schneidkante begrenzt wird.

Um die durch die Federn 26 auf die beweglichen Elemente 23 ausgeübte Spannkraft zu verändern, wird nach Lockerung der Einstellschrauben 41 im Einstellring 34 der Ring 34 relativ zur Ausgangswelle 2 gedreht. Die zusammen mit dem Ring 34 rollbaren Kugeln 35 bewegen sich in die Rillen 33, so daß sich die Ringe 31 axial wie in Figur 2 gezeigt, bewegen, die Spannkraft der Federn 26 verändert.

Der Spalt zwischen den beweglichen Elementen 23 und den Einstellschrauben 27 kann durch Bewegen der Einstellschrauben 27 in den Gewindebohrungen 22 oder den Durchgangslöchern 21 eingestellt werden.

Nach Einstellung der Position der Einstellschrauben 27 und der Kraft der Federn 26, werden die Einstellschrauben 41 im Eingriff mit den entsprechenden Vertiefungen befestigt. Dadurch kann die Amplitude und die Frequenz der Schwingungen an der Schneidkante auf Werte wirksamen Schneidens eingestellt werden.

In der oben genannten Ausführungsform ist die gezeigte Vibrationseinheit axial angeordnet. D.h. die Vertiefungen 15 sind in den Stirnflächen der Eingangswelle 1 geformt, und die beweglichen Elemente 23 werden durch die Federn 26 gespannt, in die Ausgangswelle 2 geformten axialen Durchgangslöcher 21 eingelegt, die mit Einstellschrauben 27 in die Durchgangslöcher 21 oder die Gewindebohrungen 22 eingefügt sind. Eine radial angeordnete Vibrationseinheit ist jedoch in gleicher Weise effektiv. Z.B. können die Vertiefungen 15 in der äußeren Oberfläche der Ausgangswelle 2 geformt sein. In diesem Fall sind die Durchgangslöcher 21 oder die Gewindebohrungen 22 in radialer Richtung in die Eingangswelle 1 geformt. Die Federn 26 sind in den Durchgangslöcher 21 gelagert, um die beweglichen Elemente 23 gegen die Wand der Vertiefungen 15 zu drücken. Die Einstellschrauben 27 sind natürlich in die radialen Durchgangslöcher 21 oder die Gewindebohrungen 22 eingefügt.

Ferner können die Vertiefungen 15 und die Federn 26 umgekehrt. angeordnet sein als in der Anordnung der Ausführung der Figur 1. D.h. erstere können in der Ausgangswelle 2 vorgesehen werden und letztere in der Eingangswelle 1.


Anspruch[de]

1. Vibrationsschneidwerkzeug mit einer Eingangswelle (1), die durch die Abtriebspindel einer Werkzeugmaschine angetrieben ist, einer Ausgangswelle (2) mit einem daran befestigten Schneidelement, Mitteln zum Koppeln der Eingangswelle mit der Ausgangswelle derart, daß zwischen diesen eine begrenzte Bewegbarkeit in Umfangsrichtung besteht, wobei von der Eingangswelle (l) und der Ausgangswelle (2) die eine mit Vertiefungen (15) und die andere mit Löchern (21, 22) an den Vertiefungen (15) gegenüberliegenden Stellen ausgebildet ist, wobei bewegliche Elemente (23) teilweise in den Vertiefungen (15) und teilweise in den Löchern (21) gelagert sind und Federn (26) mindestens in einigen der Löcher (21) angeordnet sind, um mindestens einige der beweglichen Elemente (23) gegen die Vertiefungen (15) zu drücken, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen jedem beweglichen Element (23) und der zugeordneten Vertiefung (15) oder der Umfangsfläche des zugeordneten Loches ein erster Spalt von vorgegebener Breite in Umfangsrichtung definiert ist, wobei der erste Spalt die Bewegung jedes bewegten Elements (23) in Umfangsrichtung begrenzt, und daß Anschlagelemente (27, 30, 29) in mindestens einigen der Löcher (22) so angeordnet sind, daß ein zweiter Spalt von vorgegebener Breite zwischen dem Anschlagelement (27, 30, 29) und einigen der beweglichen Elemente (23) definiert ist, um die Bewegung des entsprechenden beweglichen Elementes (23) von der Vertiefung (26) weg zu begrenzen.

2. Vibrationsschneidwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner einen die Federn (26) abstützenden, zurückziehbaren Ring (31) und einen an der Vorderseite des zurückziebaren Rings (31) vorgesehenen Einstellring (34) aufweist, um die axiale Position des zurückziehbaren Rings (31) einzustellen.

3. Vibrationsschneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Position der Anschlagelemente (27, 30, 29) relativ zum jeweiligen beweglichen Element (23) einstellbar ist, um den Betrag des ersten Spaltes zwischen dem beweglichen Element (23) und den Anschlagelementen (27, 30, 29) einzustellen.







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