刀具、機床和工件加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種刀具、機床和工件加工方法。
【背景技術】
[0002]使用帶有明確切削刃的刀具對工件進行切削加工已為人所知。其中最常見的工藝有鉆削、車削、銑削和刨削。該技術所使用的刀具有一個或幾個輪廓清楚明確的、可清晰描述的切削刀口。所述切削加工是通過刀具、尤其其切削刃與工件之間的相對運動(切削運動)而實現的。該加工在一定的刀具磨損下以一定的切削功率進行，并且加工出具有在一定范圍內可預測的特性的工件表面。鉆削中，通常是移動刀具，而車削是移動工件。銑削中，通常是銑刀在轉動的同時其自身或者該工件進行移動。刨削中，可以讓刀具或者工件移動。所述工件自身也可以是一個刀具，其由所描述的刀具加工生產而成。
[0003]除此以外，被人已知的還有使用不帶明確切削刃的振動刀具對工件進行加工。所述振動刀具為粗糙的、進行研磨式工作并且以相對高頻進行振動(振動運動)，例如以高于5kHz或高于10kHz或高于20kHz的頻率振動。由于如此的高振動頻率可能超出了人類的聽覺范圍，所以此類加工通常稱為超聲波加工，此類機床稱為超聲波加工機。所述刀具的振動可以是平移式或旋轉式振動。該刀具可以沿工件表面平行移動，然后以類似銼削的方式去除材料。但它也可以以相沖撞的方式作用于工件上。
[0004]DE 102008048638 A1描述了一些帶有明確切削刃的刀具，這些刀具的旋轉運動被疊加了一個旋轉式振動。
[0005]現有已知刀具的一個缺點是，大直徑刀具由于它們的大小和重量而被認為不能充分應用于振動運作中。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種相對大直徑的刀具，其可合理應用于振動運作中。
[0007]該目的通過獨立權利要求的特征而得以實現。從屬權利要求旨在本發明的優選實施例。
[0008]一種刀具具有一個機器側機器接口(例如HSK接口、斜錐型接口)用于將該刀具連接到機床、一個帶有一個或多個明確切削刃的工件側刀頭用于加工工件，其中所述刀頭的直徑大于20mm，并且所述刀具的切削刃可以布置成以使得其在運作中在與旋轉軸相垂直的平面內覆蓋式行進、一個振動單元其設計成適于所述刀頭繞所述旋轉軸做旋轉振動、和一個能量接收裝置用于接收無線供給的能量并向振動單元提供電力。
[0009]所述旋轉振動具有取決于直徑的振幅。對于大直徑設備，其小振幅的缺點便通過大圓周的幾何轉化而初步得以補償。通過一定方式利用共振效應，可以使該振幅進一步增大。
[0010]所述能量接收裝置可以包括與一個電感線圈，其與所述振動單元中的一個或多個振動驅動機構(例如壓電元件)直接或間接連接。它可設為環形并與所述旋轉軸同心，用于和一個在旋轉軸方向上與其相對而設的靜止線圈一起作用。
[0011]所述刀具的進給方向可以為垂直(端面銑刀)或并行(鉆頭)于所述旋轉軸。所述刀頭上與工件卡合的部分可具有大于25毫米或大于30毫米的直徑、和/或小于150毫米或小于100毫米或小于80毫米的直徑。
[0012]所述刀具可以具有一個細長的沿所述旋轉軸延伸的振動部分，該振動部分在驅動端具有所述振動單元，在輸出端具有所述刀頭，在這兩端之間具有一個與所述機器接口相連的中間區域。
[0013]所述刀具的尺寸和運作方式可以設為:使所述振動頻率等于所述振動部分的扭轉共振頻率或其倍數，其中所述驅動端和/或所述輸出端設置在以振蕩波腹為中心、共振波長的±20%或±10%或±5%為半徑的范圍內，和/或所述中間區域以及尤其用于連接的其緊固區域設在繞一振蕩節點為中心、距離該中心為共振波長的±20%或±10%或±5%的這樣一個范圍內。
[0014]—種機床具有機架、其上設有工件臺用于固定工件、機架上所設的刀具架如上所述用于接連刀具、能量發送裝置用于將能量無線傳輸到能量接收裝置、和用于運行所述配備該刀具的機床、尤其所述刀架和能量發送裝置的控制裝置。
[0015]以下將參照附圖對本發明的實施方案進行描述。附圖顯示了:
【附圖說明】
[0016]圖1示意顯示一種機床外觀，
[0017]圖2示意顯示一種刀具，
[0018]圖3不意顯不一種刀具，
[0019]圖4振蕩特性圖解，
[0020]圖5顯不一種實施例中的振蕩驅動，和
[0021]圖6顯示刀具的其他實施例。
【具體實施方式】
[0022]圖1示意展示了一臺機床1。它包括機架10。在使用時，通過不同的中間體在機架10上一側固定工件2、另一側固定刀具20。可設多個調整軸13、14用于靜態調節刀具20和/或工件2的平移和/或旋轉位置。此外，還可設有一個用于刀具20的主軸12，用于使該刀具進行旋轉運動。可以在機架10和工具臺11之間設置調整軸13，和/或在機架10和刀具20或主軸12之間設置調整軸14。所述調整軸13中的一個或多個在運行中也可以執行刀具20的相對工件2的平移或旋轉進給運動。
[0023]通常，機床10可以包括傳感系統3，其用于檢測工藝參數。該傳感系統可以包括分布在機床上的一個或多個傳感器。通過導線可將信號反饋給控制/調節裝置16并記錄在那里和/或進行輸出和/或自身用于控制各種機床組件(軸13、14，主軸驅動12，電源17)。此外，還可包括一個圖中并未畫出的用于操作人員的輸出單元。
[0024]刀具20可以為銑刀、尤其是端銑刀，其在工件加工中由電驅動進行旋轉運動。然而，它也可以為鉆頭。
[0025]刀具2可通過標準化的聯軸器21進行更換，這樣從而它可以快速地、并且如果必要的話還可自動地進行替換。所述連軸器21可以是與對應的刀具側和主軸側的接口相耦合的常規錐形耦合器(斜錐型、HSK型)。
[0026]圖1中所示意展示的機床適于使用，如圖2、3或6所示意展示的，刀具進行工作。尤其，控制裝置16可設計成使得適合進行刀具運作。除了常規功能，例如調整軸13，14的控制、主軸12的控制，這還可以包括使用適當信號尤其適當幅度和/或適當頻率和/或適當時間對能量發送裝置17進行適當控制。幅度和頻率可以根據刀具寄存在控制裝置16中或者被存儲作為控制程序的一部分。
[0027]圖2示意展示了一種刀具20的側視圖。圖中示意性表示的有旋轉軸29、由主軸12引起的刀具的旋轉運動27、由調整軸13和/或14引起的刀具20的相對工件2的進給運動26、和由振動驅動器23產生的旋轉振動28 (扭轉振動)。
[0028]21示意象征刀具到機床1的接口。該機床接口 21可以被標準化配置。它可以是匹配直徑的HSK接口或者斜錐接口或者類似物。圖2僅僅示意性指出了機床接口 21。
[0029]22表示刀頭，其設有朝向工件2的刀口。所述刀口為輪廓明確的切削刀刃25，其可固定形成于刀頭22上或者通過可更換的刀片插件裝配而成，諸如螺旋固定型刀片插件或可轉位刀片。D表示刀具的直徑，其中這里指的是對工件的有效直徑，也就是說最后還要加上切削刀刃25或刀片插件的徑向最外部分的大小。所述直徑D相對較大，其大于20毫米，優選大于25毫米或大于30毫米。
[0030]由于該相對較大的半徑，使得所述扭轉振動至少在刀頭的徑向外部區域具有一個可接受的振幅。事實上大型刀具只是在難激發帶有滿意振幅的振動方面有缺陷，而這個將通過激勵扭轉振動、通過使振幅隨著與扭轉振動軸29距離的增加而變大的方法來初步得到補償。所述直徑D可以選擇小于150毫米或小于100毫米。
[0031]刀具20可以以這樣一種方式進行裝備:機床接口 21和必要的話刀頭25具有大于處在它們之間的區域的直徑。在繞軸2