DE9212079U1 - Ultraschallerregter Antriebskopf für Bearbeitungswerkzeuge - Google Patents

Description

Anmelder:

Kopp Verfahrenstechnik GmbH
Beim Hammerschmid 1

7970 Leutkirch

2348 001 04.09.1992 F/Cd (92/47)

Titel: Ultraschallerregter Antriebskopf für Bearbeitungswerkzeuge

&igr; Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
ultraschallerregten Antriebskopf für rotierende und mit
axialer Hubbewegung angetriebene Bearbeitungswerkzeuge, wie
Bohr-, Entgrat-, Reib- und Dornhonwerkzeuge, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 92/07686 ist ein Dornhonwerkzeug dieser Art bekannt geworden. Dieses bekannte Bearbeitungswerkzeug ist speziell im Hinblick auf eine Dornhonmaschine konstruiert und damit nur an einer hierfür modifizierten Dornhonmaschine einsetzbar. Dieses Bearbeitungswerkzeug ist mit der betreffenden Dornhonmaschine
fest verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen ultraschallerregten Arbeitskopf für Bearbeitungswerkzeuge der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei anderen, ebenfalls mit einer rotierenden und axialen Hubbewegung arbeitenden, spanabhebenden Werkzeugmaschinen einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem ultraschallerregten Antriebskopf für Bearbeitungswerkzeuge der eingangs genannten Art die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es erstmals möglich, ultraschallerregte Bearbeitungswerkzeuge auch in anderen spanabhebenden Bereichen als dem reinen Dornhonen anzuwenden, also bspw. auch für das Bohren, Entgraten und Reiben nutzbar zu machen. Der erfindungsgemäße Antriebskopf ist derart ausgebildet, daß er selbst in die Werkzeugaufnahmen einer jeden Werkzeugmaschine paßt und daß in seine eigene Werkzeugaufnahme auch Bearbeitungswerkzeuge, wie Bohr-, Entgrat- und Reibwerkzeuge mit unterschiedlichem Bearbeitungsdurchmesser auswechselbar eingesetzt werden können. Ein und derselbe Antriebskopf ist somit für die verschiedenen spanabhebenden Bearbeitungsvorgänge auswechselbar verwendbar. Desweiteren können im Antriebskopf ohne weiteres die genannten verschiedenen Bearbeitungswerkzeuge eingesetzt werden, da das separate Bauteil anders als,der Schallübertrager in bekannter

-J-

Weise hierfür ausgebildet werden kann.

Als eine zweckmäßige Ausführung bei der Halterung der Werkzeugaufnahrae sind die Merkmale gemäß Anspruch 2 vorgesehen, d.h. das Werkzeugaufnahmebauteil wird mit eingespannt.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung im Bereich der Zuführung der elektrischen Energie zum Ultraschall-Schwingungserzeuger ergibt sich durch die Merkmale gemäß Anspruch 3.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 ist eine optimale Erzeugung einer kurzhubigen mechanischen Schwingung erreicht.

Bspw. ist es möglich, den Ultraschall-Schwingungserzeuger jeweils in den Schwingungsknotenbereichen in zwei Ebenen im Gehäuse aufzuhängen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt sich jedoch eine kurzbauende Ausführung des Arbeitskopfes durch die mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 versehenen Maßnahmen.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 ist eine sichere axiale Halterung und eine drehfeste Verbindung des Ultraschall-Schwingungserzeugers gegenüber dem Gehäuse erreicht.

Mit den Maßnahmen gemäß den Merkmalen nach Anspruch 7 und/oder

Anspruch 8 ist ebenfalls eine kurzbauende Anordnung erreicht, da Schutzring und Zentrierring nicht axial hintereinander angeordnet werden müssen, sondern an Ort und Stelle austauschbar gegeneinander gehalten sind. Der Schutzring dient zur Verhinderung einer Verschmutzung des Innenraumes des Gehäuses während des Betriebes und der Zentrierring dient dazu, während des Werkzeugwechsels Querbewegungen des Ultraschallübertragers zu verhindern, was sonst die Gefahr von Schrägstellungen des Schallübertragers gegenüber der Spannschraubenachse bzw. der Antriebskopfachse mit sich bringen könnte.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen ultraschallerregten Antriebskopf für Bearbeitungswerkzeuge gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, wobei im Bereich der Werkzeugaufnahme der linke Teilschnitt den Betriebszustand und der rechte Teilschnitt den Zustand bei Werkzeugwechsel darstellt.

Der erfindungsgemäße ultraschallerregte Antriebskopf 10 ist für den auswechselbaren Einsatz einer Vielzahl ultraschallerregter Werkzeuge nicht nur auf dem Gebiet des Dornhonens, sondern auch bei anderen Zerspanungsvorgängen, wie

Bohren und Reiben vorgesehen. Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße Antriebskopf 10 dient zum auswechselbaren Einsetzen in Maschinen zum Bohren und/oder Entgraten und/oder Reiben und/oder Dornhonen und ist in auswechselbarer Weise mit verschiedenen Werkzeugen unterschiedlichen Durchmessers, wie Bohrwerkzeugen, Entgratwerkzeugen, Reibwerkzeugen bzw. Dornhonwerkzeugen bestückbar.

Der ultraschallerregte Antriebskopf 10 besitzt ein an beiden axialen Enden offenes, rotationssymmetrisches Gehäuse 11, in dessen Hohlraum 12 eine Schwingungserzeugereinheit 15 mit einem Ultraschallschwingungserreger 13 und einen aus dessen vorderem Ende herausragenden Schallübertrager 14 aufgenommen und gehalten ist. An seinem hinteren Ende ist das Gehäuse 11 mit dem vorderen Flansch 16 eines Antriebsschaftes 17 drehfest verbunden, welcher Antriebsschaft 17 dem Flansch 16 abgewandt mit einem konischen Einspannende 18 versehen ist. Dieser sogenannte Einspannkonus 18 ist in bei Werkzeugen für Werkzeugmaschinen in üblicher Weise ausgebildet, so daß er in entsprechenden, hier nicht dargestellten Werkzeugaufnahmen von Werkzeugmaschinen zum Bohren, Entgraten, Reiben und/oder Dornhonen einspannbar ist. Durch die betreffende Werkzeugmaschine wird der Antriebskopf gemäß Pfeil A rotierend angetrieben und gemäß Doppelpfeil B axial bewegt.

Der Ultraschall-Schwingungserreger 13 der Schwingungserzeugereinheit 15 ist durch zwei mal zwei

piezoelektrische Elemente (Schwingquarze) 21 bis 24 gebildet, die jeweils paarweise parallelgeschaltet sind und die innerhalb eines Paares gegengerichtet angeordnet sind. Zwischen den piezoelektrischen Elementen 21 bis 24 und endseitig dieser Elemente sind elektrische Anschluß- bzw. Kontaktbleche 25 bzw. 26 angeordnet. Die scheibenförmig ausgebildeten piezoelektrischen Elemente 21 bis 24 sind zwischen einer mit einer zentrischen Bohrung versehenen Endmasse 29 und dem Schallübertrager 14 unter Zwischenfügen eines hinteren Ringes 27 und eines vorderen Ringes 28 angeordnet. Der Schallübertrager 14, der bspw. aus Titan ist, besitzt einen zylindrischen Schallübertrager- bzw. Grundkörper 31, dessen hinteres Ende über einen dünnwandigen Kragen 32 und einen Haltenring 33 aufweisende Fesselungsmittel einstückig und federnd elastisch verbunden ist. Der Haltering 33 liegt in axialer Richtung gesehen vor dem Verbindungsende des Schallübertragerkörpers 31 mit dem Kragen 32. Der Haltering ist an einem Innenumfangsberexch des Gehäuses 11 einerseits durch mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete und von außerhalb des Gehäuses 11 einsteckbare Stifte 34 und andererseits in axialer Richtung sowohl durch einen Anschlagbund 36 am Gehäuse 11 als auch durch einen von der vorderen Öffnungsseite her in das Gehäuse 11 einschraubbaren Spannring 37 gehalten. Der Haltering 33 des Schallübertragers 14 ist auf diese Weise mit dem Gehäuse 11 sowohl drehfest als auch in axialer Richtung fest verbunden. Der zylindrische Grundkörper 31 des Schallübertragers 14 ist in einem vorderen

Bereich mit einer Konusaufnahme 38 versehen, in die der Außenkonus 41 einer Werkzeugaufnahme 42 einsteckbar und befestigbar ist. Die Befestigung erfolgt über eine Spannschraube 43, die die Endmasse 29, den hinteren Ring 27, die piezoelelektrischen Elemente 21 bis 24, den vorderen Ring 28 und den hinteren Bereich des Schallübertragers 14 durchdringt und mit ihrem Außengewindeende in ein Innengewinde 44 innerhalb des Außenkonus 41 der Werkzeugaufnahme 42 eingeschraubt ist. Dabei liegt der Kopf 46 der Spannschraube 43 an der Endmasse 29 an, so daß auf diese Weise der Ultraschall-Schwingungserreger 13 und der Schallübertrager 14 mit der Werkzeugaufnahme 42 zusammengespannt sind. Eine axiale Führung der zusammengespannten Einheit 15 ergibt sich durch entsprechende Anpassung von Außßndurchmesser der Spannschraube 43 und Innendurchmesser der Bohrung im Bereich der Endmasse 29 und des hinteren Bereichs des Schallübertragers 14. Die Werkzeugaufnahme 42 besitzt zwischen dem Außenkonus 41 und einem aus dem Schallübertrager 14 herausragenden vorderen Aufnahmebereich bzw. -konus 48 einen Bund 49, mit dem die Werkzeugaufnahme 42 durch die Spannschraube 43 an die Ringstirnfläche des Schallübertragers 14 angedrückt wird.

Auf diese Weise ist die den Ultraschall-Schwingungserreger 13 und den Schallübertrager 14 beinhaltende Schwingungseinheit 15 derart im Gehäuse 11 gehalten bzw. gelagert, daß sie dem axialen Vorschub gemäß Pfeil B überlagert in axialer Richtung hochfrequent schwingen kann. Diese kurzhubige hochfrequente

Schwingung (Oszillation) ist der Art, daß der Schwingungsknoten in dem eine geschwächte Verbindung zwischen Haltring 33 und zylindrischem Grundkörper 31 des Schallübertragers 14 darstellenden Kragen 32 liegt.

Es ist auch möglich, die Ultraschall-Schwingungseinheit 15, statt sie in einer einzigen Ebene im Gehäuse 11 zu lagern, in zwei Ebenen im Gehäuse 11 und dabei ebenfalls in den Schwingungsknotenbereichen aufzuhängen, d.h. mit zwei in entsprechendem Abstand angeordneten Fesselungsmitteln zu versehen.

Der Antriebsschaft 17 ist in einem Bereich zwischen seinem Flansch 16 und dem konischen Einspannende (Anschlußkegel) von einer im Schnitt stufenartig vergrößerten Haube 56 überdeckt, die gegenüber dem Antriebsschaft 17 stillsteht, d.h. nicht rotiert. Die Haube 56 ist mit einem hinteren Ringteil 57 am entsprechenden Schaftbereich 51 drehbar gelagert und zwischen einer vorderen Schulter 52 des Antriebsschaftes 17 und einer hinteren axial gehaltenen Lagerscheibe 53 axial festgehalten. Ein

I 4

durchmesservergrößerter Zylinderteil 58 der Haube 56 übergreift den von vorn mit einer Sacklochbohrung versehenen vorderen Bereich 54 des Antriebsschaftes 17. An diesem vorderen Bereich 54 sind außenumfangsseitig Schleifringe 61 und 62 befestigt, die mit am Zylinderteil 58 radial angeordneten Schleifern 63 und 64 elektrisch kontaktieren.

Über diese Anordnung aus Schleifern 63 und 64 und Schleifringen 61 und 62 wird der Ultraschall-Schwingungserreger 13 mit hochfrequenter Wechselspannung versorgt, wobei die Zuführung von Leitungen von den Schleifringen 61 und 62 zum Ultraschall-Schwingungserreger über eine Bohrung 65 im Flansch 16 des Antriebsschaftes 17 erfolgt.

Zur Kühlung der piezoelektrischen Elemente 21 bis 24 des Ultraschall-Schwingungserzeugers 13 wird über einen Drucklaufanschluß 67 am Ringteil 57 der Haube 56, einen inneren Verteilerring 68 und am Schaftbereich 51 über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete schräge Bohrungen 69 der Sacklochbohrung des vorderen Bereichs 54 des Antriebsschaftes 17 Kühlluft zugeführt, die innerhalb des Gehäuses 11 über den Ultraschall-Schwingungserzeuger 13 streicht und über vordere Bohrungen im Gehäuse 11 nach außen entweicht.

Die mit dem Ultraschall-Schwingserreger 13 schwingend verbundene Werkzeugaufnahme 42 ist an ihrem dem Außenkonus abgewandten zylindrischen Bereich 48 mit einem Innenkonus 72 zur Steckaufnahme eines Werkzeugs, wie eines Bohrers, eines Reibwerkzeuges und/oder eines Dornhonwerkzeuges, und an ihrem Außenumfang mit einem Außengewinde 73 versehen. Über das Außengewinde 73 wird eine Überwurfmutter geschraubt, so daß das mit einem Bund versehene Werkzeug mit seinem Außenkonus in

den Innenkonus 72 gedrückt werden kann. Nach fester, reibschlüssiger Einsteckverbindung eines Werkzeugs in die Werkzeugaufnähme 42 wird die Überwurfmutter wieder entfernt. Um bei einem Werkzeugwechsel an der Werkzeugaufnahme 42 zu vermeiden, daß radiale Kräfte auf den Schallübertrager 14 übertragen werden, wird zuvor, wie aus dem rechten Teilschnitt des vorderen Bereichs des Antriebskopfes 10 ersichtlich ist, ein Zentrierring 76 zwischen Schallübertrager 14 und Spannring 37 eingesetzt. Der Zentrier- bzw. Arretierring 76 hat an seinem in Einbringrichtung vorderen Bereich eine außenumfangsseitige Paßfläche, die mit einer entsprechenden Innenpaßflache 77 am Spannring 37 zusammenwirkt. Der Zentrierring 76 wird mit seinem an einem mittleren Bereich vorgesehen Außengewinde in ein entsprechendes Innengewinde am Spannring 37 eingeschraubt. Ein mit einer Rändelung versehener Bund 79 des Zentrierrings 76 ist innenumfangsseitig mit einem Konus 81 versehen, der mit einem entsprechenden Konus am Spannring 37 derart zusammenwirkt, daß der Schallübertrager 14 zentriert gehalten ist. Ist der Werkzeugwechsel erfolgt, wird der Zentrierring 76 wieder entfernt und für den Betrieb statt dessen auf das Innengewinde des Spannrings 37 ein mit einem Außengewinde und einem Bund versehener Schutzring 83 geschraubt. Der Schutzring 83 besitzt eine zylindrische Innenumfangsflache, die die oszillierende Bewegung des Schallübertragers 14 nicht behindert.

Claims (8)

- Il - Schutzansprüche

1. Ultraschallerregter Antriebskopf (10) für rotierend und mit axialer Hubbewegung angetriebene Bearbeitungswerkzeuge, wie Bohr-, Entgrat-, Reib- und Dornhonwerkzeuge, mit einer einen Ultraschallschwingungserreger (13), einen Schallübertrager (14) und eine Werkzeugaufnahme (42) aufweisende Schwingungserzeugereinheit (15), die in einem rotierend antriebbaren Gehäuse (11) durch Fesselungsmittel derart aufgehängt ist, daß die Einheit (15) die Ultraschallschwingung relativ zum Gehäuse (11) ausführen kann, während das Gehäuse (11) die Schwingung nicht mit ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) mit dem einen Flanschende (16) eines Antriebsschaftes (17) drehfest verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem Einspannaußenkonus (18) zum auswechselbaren Einspannen in die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine versehen ist, und daß die Werkzeugaufnahme des Antriebskopfes (10) als separates Bauteil (42) in den Schallübertragungskörper (31) des Schallübertagers (14) eingesetzt ist.

2. Antriebskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugaufnahmebauteil (42) zusammen mit dem Schallübertragungskörper (31) und dem Ultraschall-Schwingungserreger (13) über eine Spannschraube (43) verspannt ^i st.

3. Antriebskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschaft (17) in einem Bereich zwischen Einspannkonus (18) und Flanschende (16) von einer nicht rotierenden Haube (56) überdeckt ist, und daß in dem dadurch gebildeten Raum eine Schleifer-Schleifring-Anordnung (61-64) zum Zuführen elektrischer Energie zum Ultraschall-Schwingungserreger(13) angeordnet ist.

4. Antriebskopf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Schwingungserreger (13) aus zwei Paaren gegeneinandergesetzter piezoelektrischer Elemente (21 bis 24), die jeweils von elektrischen Kontaktblechen (25,26) abgedeckt sind, aufgebaut ist.

5. Antriebskopf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Schwingungserzeuger (13) in einer einzigen Ebene im Gehäuse (11) aufgehängt ist, wobei sein Schallübertragungskörper (31) über einen dünnwandigen, einen oberen Bereich des Schallübertragungskörpers (31) umgebenden Kragen (32) mit einem Haltering (33) einstückig verbunden ist.

6. Antriebskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (33) zwischen einem Gehäusebund (36) und

einem von vorne in das Gehäuse (11) einschraubbaren Spannring (37) axial und von in das Gehäuse (11) radial eingebrachten Stiften (34) drehfest mit dem Gehäuse (11) gehalten ist.

7. Antriebskopf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gehäuse (11) von dessen vorderem Ende her ein Schutzring (83) für den Betrieb oder ein Zentrierring (76) bei Werkzeugwechsel verbindbar ist, wobei der Zentrierring (76) eine innere, den Schallübertragungskörper (31) haltende Zentrierfläche (81) aufweist.

8. Antriebskopf nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (83) bzw. der Zentrierring (76) in den Spannring (37) einschraubbar ist, wobei der Spannring (37) an einem hinteren Bereich mit einer inneren Passung (77) versehen ist.