DE202010008061U1 - Machine tool with damping - Google Patents
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Abstract
Werkzeugmaschine für die Bohr- oder Fräsbearbeitung eines Werkstücks,
mit einem Werkzeug, welches Schneiden aufweist,
und mit einem das Werkzeug tragenden sowie einen Sockel aufweisenden Maschinengestell,
wobei das Werkzeug im Maschinengestell sowohl drehbeweglich als auch ortsbeweglich gelagert ist,
und wobei mehrere Bauteile der Werkzeugmaschine relativ zueinander beweglich sind und durch Schnittstellen voneinander getrennt sind,
wobei Halte- und Stützkräfte einen Kraftfluss von den Schneiden bis in den Sockel bewirken,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Kraftfluss zwischen dem Sockel und den Schneiden wenigstens ein aus einem Kohlefaserwerkstoff bestehender, Kraft aufnehmender Schwingungsdämpfer vorgesehen ist.Machine tool for the drilling or milling of a workpiece,
with a tool that has cutting,
and with a machine frame carrying the tool and having a base,
wherein the tool is mounted both rotatably and movably in the machine frame,
and wherein a plurality of components of the machine tool are movable relative to one another and are separated from one another by interfaces,
wherein holding and supporting forces cause a flow of force from the cutting to the base,
characterized,
at least one force-absorbing vibration damper consisting of a carbon fiber material is provided in the power flow between the base and the cutting edges.
Description
Die Neuerung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Innovation relates to a machine tool according to the preamble of Claim 1.
Derartige Werkzeugmaschinen werden umgangssprachlich häufig verallgemeinert einfach als „Werkzeug” bezeichnet, beispielsweise als Bohrwerkzeug oder als Fräswerkzeug. Im Rahmen des vorliegenden Vorschlages wird jedoch die gesamte Maschine als Werkzeugmaschine bezeichnet, und als Werkzeug wird vielmehr das die Schneiden aufweisende Bauteil bezeichnet, welches üblicherweise auswechselbar an der Werkzeugmaschine gehalten ist.such Machine tools are commonly colloquially common referred to as "tool", for example as a drilling tool or as a milling tool. As part of the present However, the proposal is the entire machine as a machine tool referred to, and as a tool is rather the cutting having Part called, which is usually interchangeable is held on the machine tool.
Bei Werkzeugmaschinen für die Bohr- oder Fräsbearbeitung ist insbesondere die so genannte schwere Zerspanung problematisch. Unter den Begriff der schweren Zerspanung fällt die Fräs- oder Bohrbearbeitung mit geringen Schneideingriffsfrequenzen, hohen Antriebsmomenten; bei der Bearbeitung von Werkstücken, die hoch legiert sind, beispielsweise hoch legierte Stähle und andere Metalle bis hin zu Titanwerkstoffen.at Machine tools for the drilling or milling In particular, so-called heavy machining is problematic. The term "heavy machining" covers the milling or drilling process with low cutting engagement frequencies. high drive torques; when machining workpieces that are highly alloyed, for example, high alloyed steels and other metals to titanium materials.
Gattungsgemäße Werkzeugmaschinen sind üblicherweise aus Metallguss gefertigt, und zwar in schwerster Ausführung, um den hohen Energieimpulsen zu begegnen, welche die geringen Schneideingriffsfrequenzen in Abhängigkeit der zu bearbeitenden Werkstoffe erzeugen. Die hohen Energieimpulse werden von den Schneiden, an denen sie entstehen, weiter in die nachfolgenden Bauteile der Werkzeugmaschine geleitet, die beispielsweise Fräs- oder Bohrspindeln und deren Lagerungen, der gesamte Bohr- bzw. Fräskopf und der ihn tragende, in der Praxis häufig als Z-Schieber bezeichnete Schlitten, sowie weitere angeschlossene Bauteile, wie beispielsweise andere Schlitten, beispielsweise in Form eines Kreuzschlittens, der abgesehen von der bereits erwähnten Z-Achse, in welcher der Z-Schieber beweglich ist, die Beweglichkeit des Werkzeugs an der Werkzeugmaschine in X- und Y-Richtung ermöglicht.Generic machine tools are common made of cast metal, in the heaviest execution, to to counter the high energy pulses, which are the low cutting engagement frequencies dependent on produce the materials to be processed. The high energy pulses They are further in the from the edges, at which they arise passed downstream components of the machine tool, for example, milling or Drill spindles and their bearings, the entire drilling or milling head and the carriage carrying it, often referred to as a Z-slider in practice, and other connected components, such as others Carriage, for example in the form of a cross slide, apart from the already mentioned Z-axis, in which the Z-slider is movable, the mobility allows the tool on the machine tool in the X and Y directions.
Die Summe der Energieimpulse, die zum größten Teil als harmonische Vibrationen auftreten, führt zu Anregungen der Maschinenstruktur und deren sämtlicher Bauteile. Diese Schwingungen wirken sich in Wechselwirkung auf den Bearbeitungsprozess des Werkstücks negativ aus. Die Folge sind Ratterschwingungen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks und daraus resultierende Rattermarken auf der Werkstückoberfläche sowie andere negative Oberflächenergebnisse des Werkstückes, wie beispielsweise Welligkeiten oder Rauhigkeiten.The Sum of energy pulses, for the most part as harmonic vibrations occur, leads to suggestions of the machine structure and all its components. These vibrations interact negatively on the machining process of the workpiece negatively out. The result is chatter vibrations of the tool and / or the workpiece and resulting chatter marks on the workpiece surface as well as other negative surface results of the workpiece, such as ripples or roughness.
Abgesehen von diesen negativen Auswirkungen auf das Werkstück führen diese Energieimpulse auch zu einem deutlich vorzeitigen Verschleiß der Schneiden, so dass die Werkzeuge eine vergleichsweise kurze Standzeit aufweisen.apart These energy effects also result from these negative effects on the workpiece to a much premature wear of the cutting, so that the Tools have a relatively short life.
Die Energieimpulse werden dadurch in der Maschinenstruktur aufgenommen, dass diese möglichst schwer ausgestaltet wird. Innerhalb dieser Maschinenstrukturen auftretende und von den Schneiden aus weitergeleitete Vibrationen bzw. Energieimpulse können durch Hydrostatik-Führungssysteme gedämpft werden. Dabei ist nachteilig, dass sowohl die schwere Maschinenstruktur grundsätzlich teuer und aufwendig ist, und insbesondere auch die ggf. eingesetzten hydrostatischen Führungssysteme teuer sind.The Energy pulses are thereby absorbed in the machine structure, that this possible is made difficult. Occurring within these machine structures and from the cutting forwarded vibrations or energy pulses can be damped by hydrostatic guiding systems. It is disadvantageous that both the heavy machine structure in principle expensive and expensive, and in particular also the possibly used hydrostatic guidance systems are expensive.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Werkzeugmaschine dahingehend zu verbessern, dass diese vergleichsweise leichtgewichtig und preisgünstig ausgeführt werden kann.Of the Innovation is the object of a generic machine tool to improve that they are relatively lightweight and reasonably priced accomplished can be.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a machine tool having the features of the claim 1 solved.
Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, einen Schwingungsdämpfer aus einem Kohlefaserwerkstoff zu verwenden. Dabei wird dieser Schwingungsdämpfer nicht etwa außen an den ohnehin vorhandenen Bauteilen der Werkzeugmaschine angebracht, zur Vergrößerung der Masse dieser Bauteile, um auf diese Weise die Eigenfrequenz der Bauteile zu reduzieren und auftretende Schwingungen zu dämpfen, sondern vielmehr ist vorschlagsgemäß vorgesehen, den Schwingungsdämpfer in dem Kraftfluss anzuordnen, also ein Kraft aufnehmendes Bauteil in Form dieses Schwingungsdämpfers auszugestalten.The Innovation beats in other words, a vibration damper made of a carbon fiber material to use. This vibration damper is not on the outside of the Any existing components of the machine tool attached to the Magnification of the Mass of these components, in order in this way the natural frequency of the components to reduce and dampening occurring vibrations, but rather is as proposed, the vibration damper to arrange in the power flow, so a force receiving component in the form of this vibration damper embody.
Vorschlagsgemäß werden zwei Effekte erzielt: Einerseits sind Kohlefaserwerkstoffe, beispielsweise in Form von so genanntem CFK, als Leichtbau-Werkstoffe bekannt, so dass bereits durch diese Verwendung Gewicht der Werkzeugmaschine eingespart werden kann. Dies wäre jedoch im Sinne der herkömmlichen Konstruktionskriterien für gattungsgemäße Werkzeugmaschinen nachteilig. Überraschend wird durch die Verwendung des aus Kohlefaserwerkstoff bestehenden Schwingungsdämpfers jedoch auch ein Dämpfungsverhalten des entsprechenden Bauteils bewirkt, welches weit über dem Schwingungsdämpfungsverhalten von Stahl liegt, so dass durch die Zwischenschaltung des vorschlagsgemäßen Schwingungsdämpfers im Kraftfluss erheblich reduzierte Energieimpulse weitergeleitet werden und von dem Maschinengestell der Werkzeugmaschine aufgenommen werden müssen. Dementsprechend kann die Grundkonstruktion der Werkzeugmaschine deutlich leichter als herkömmlich ausgelegt werden.According to the proposal, two effects are achieved: On the one hand carbon fiber materials, for example in the form of so-called CFRP, known as lightweight materials, so that even by this use weight of the machine tool can be saved. However, this would be disadvantageous in the sense of the conventional design criteria for generic machine tools. Surprisingly, however, a damping behavior of the corresponding component is caused by the use of the carbon fiber material of the corresponding component, which is far above the vibration damping behavior of steel, so that significantly reduced energy pulses are passed through the interposition of the proposed vibration damper in the power flow and absorbed by the machine frame of the machine tool Need to become. Accordingly, the basic construction of the machine tool can be significantly lighter than conventional be placed.
Vorteilhaft kann der vorschlagsgemäße Schwingungsdämpfer im Bereich einer Schnittstelle vorgesehen werden, wo zwei Bauteile der Werkzeugmaschine aneinander grenzen. Auf diese Weise können herkömmliche Bauteile verwendet werden, wo es sich beispielsweise um Zukaufteile handelt, so dass preisgünstige und handelsübliche Zukaufteile verwendet werden können. Der Maschinenhersteller jedoch kann seine Grundkonstruktion der Werkzeugmaschine vorschlagsgemäß preisgünstiger und leichtgewichtiger ausgestalten, da die Schwingungsdämpfung im Bereich der Schnittstelle erfolgt, wo beispielsweise ein handelsübliches Zukaufteil an die übrige Maschinenkonstruktion grenzt.Advantageous can the proposed vibration damper in Be provided area of an interface, where two components border the machine tool. In this way, conventional Components are used, where there are, for example, purchased parts so that is inexpensive and commercial Purchased parts can be used. The machine manufacturer however can its basic construction of the Machine tool according to the proposal cheaper and lighter designed, since the vibration damping in Area of the interface is where, for example, a commercial Purchased part to the rest Machine construction is limited.
Vorteilhaft kann auch ein großvolumiger Schwingungsdämpfer möglichst leichtgewichtig und preisgünstig dadurch ausgestaltet werden, dass er nicht vollständig aus dem Kohlefaserwerkstoff besteht, sondern vielmehr zwei Außenflächen aufweist, die aus dem Kohlefaserwerkstoff bestehen, wobei zwischen diesen beiden Außenflächen ein Leichtbauwerkstoff vorgesehen ist, der Hohlräume aufweist, beispielsweise eine Wabenstruktur, ein Schaum o. dgl. Dadurch, dass ein Kohlefaserwerkstoff verwendet wird, kann auch bei lediglich zwei Außenflächen, beispielsweise in Form eines Gehäuses, eine hochfeste und sehr steife Konstruktion des Schwingungsdämpfers ermöglicht werden, so dass beispielsweise ein geschlossenes Gehäuse aus CFK vorgesehen sein kann, welches mit einem Schaum und/oder einer Wabenkonstruktion ausgefüllt ist. Oder es kann der Schwingungsdämpfer als eine Sandwichkonstruktion ausgestaltet sein, bei denen eine obere und eine untere Schicht aus einem Kohlefaserwerkstoff vorgesehen sind, wobei zwischen diesen Schichten, ggf. an den Rändern offen, der mit Hohlräumen versehene Leichtbauwerkstoff vorgesehen ist.Advantageous also a large-volume vibration damper possible lightweight and affordable be designed so that it is not completely out the carbon fiber material, but rather has two outer surfaces, the consist of the carbon fiber material, between these two Outer surfaces Lightweight material is provided which has cavities, for example a honeycomb structure, a foam o. The like. In that a carbon fiber material can be used, even with only two outer surfaces, for example in shape a case, a high-strength and very rigid construction of the shock absorber are made possible so that, for example, be provided a closed housing made of CFRP can, which with a foam and / or a honeycomb construction filled out is. Or it can be the vibration damper as a sandwich construction be configured in which an upper and a lower layer are provided of a carbon fiber material, wherein between these Layers, possibly at the edges open, with cavities Provided lightweight construction material is provided.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, die auftretenden Energieimpulse möglichst nah an ihrem Entstehungsort, nämlich im Bereich des Schneideingriffs, zu reduzieren bzw. zu bedämpfen.Advantageous can be provided, the energy pulses occurring as possible close to their place of origin, namely in the area of the cutting engagement, to reduce or dampen.
Daher kann vorteilhaft vorgesehen sein, den Schwingungsdämpfer als Grundkörper eines Werkzeugkopfes auszugestalten, wobei dieser Werkzeugkopf die Schneiden aufweist. Beispielsweise bei einem Fräswerkzeug kann vorgesehen sein, diesen Grund körper etwa scheibenartig auszugestalten und die Schneiden mittels Schneidkassetten auswechselbar in diesem Grundkörper zu montieren. Somit findet eine Dämpfung der Vibrationen noch im rotierenden Werkzeugkopf selbst statt, so dass dementsprechend die komplette übrige Maschinenstruktur einer vergleichsweise geringfügigen, nämlich stark reduzierten Vibrationsbelastung ausgesetzt ist und dementsprechend eine Wechselwirkung zwischen diesen Vibrationen und dem Werkstück entsprechend reduziert ist.Therefore can be advantageously provided, the vibration damper than body to design a tool head, said tool head the Cutting has. For example, in a milling tool can be provided this reason body to design something like a disk and the cutting by means of cutting cassettes interchangeable in this body to assemble. Thus, there is still a damping of the vibrations in the rotating tool head itself, so that accordingly the complete rest Machine structure of a comparatively slight, namely greatly reduced vibration load is exposed and, accordingly, an interaction between this vibration and the workpiece is reduced accordingly.
Dem Verlauf des Kraftflusses weiter folgend, ausgehend von den Schneiden, kann vorteilhaft vorgesehen sein, den Schwingungsdämpfer als Gehäuse einer Spindel auszugestalten, beispielsweise der Bohr- bzw. Frässpindel, die den erwähnten, die Schneiden aufweisenden Grundkörper des Werkzeugkopfes in Drehung versetzt.the Course of the power flow continues following, starting from the cutting, can be advantageously provided, the vibration damper than casing to design a spindle, for example, the drilling or milling spindle, who mentioned the the cutter having basic body of the tool head in Rotation offset.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, den Schwingungsdämpfer als Spindelhalterung einer Bohr- oder Frässpindel auszugestalten.Advantageous can be provided, the vibration damper as a spindle holder a drilling or milling spindle embody.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Halterung einer Bohr- oder Frässpindel ihrerseits schwingungsgedämpft gelagert ist, so dass die entsprechende Lagerung in Form des vorschlagsgemäßen Schwingungsdämpfers ausgestaltet sein kann.Advantageous can be provided that the holder of a drilling or milling spindle in turn vibration damped is stored, so that the corresponding storage designed in the form of the proposed vibration damper can be.
Vorteilhaft kann der gesamte Bohr- oder Fräskopf, der den Grundkörper mit den Schneiden, die Spindel sowie die Spindelhalterung umfasst, schwingungsgedämpft gelagert sein, indem die entsprechende Lagerung des Bohr- oder Fräskopfes in der Art eines vorschlagsgemäßen Schwingungsdämpfers ausgestaltet ist.Advantageous can the entire drilling or milling head, the main body comprising the cutting edges, the spindle and the spindle holder, vibration-damped be stored by the appropriate storage of the drill or milling head designed in the manner of a proposed vibration damper is.
Vorteilhaft können axial bewegliche Schlitten entsprechend dem vorliegenden Vorschlag schwingungsgedämpft gelagert sein, indem die entsprechenden Lagerungen bzw. Führungen eines axial beweglichen Schlittens als Schwingungsdämpfer ausgestal tet sind. Dabei kann es sich um die Lagerung bzw. Führung im Bereich des so genannten Kreuzschlittens halten, der für zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Bewegungsrichtungen die Verschiebbarkeit des Werkzeugs ermöglicht, oder um den so genannten Z-Schieber der orthogonal zu beiden Bewegungsrichtungen des Kreuzschlittens eine derartige Bewegung ermöglicht und den Werkzeugkopf trägt.Advantageous can axially movable carriage according to the present proposal vibration-damped be stored by the appropriate bearings or guides an axially movable carriage as a vibration damper ausgestal tet are. This can be the storage or guidance in the area of the so-called Holding cross slide, which for two orthogonally aligned directions of movement the Displaceability of the tool allows, or the so-called Z-slide orthogonal to both directions of movement of the cross slide allows such a movement and carries the tool head.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, an mehreren Stellen vorschlagsgemäße Schwingungsdämpfer anzuordnen, so dass eine besonders effektive Bedämpfung erfolgt und die Maschinenstruktur dementsprechend frei von Schwingungen gehalten wird und somit besonders leichtgewichtig und preisgünstig ausgestaltet werden kann.Especially can be advantageously provided to arrange at several points proposed vibration damper, so that a particularly effective damping takes place and the machine structure Accordingly, it is kept free of vibrations and thus particularly lightweight and affordable can be configured.
Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert.One embodiment the innovation is based on the purely schematic representation below explained in more detail.
In
der Zeichnung ist mit
Der
Kreuzschlitten
Am
unteren Ende des Z-Schiebers
Innerhalb
des Werkzeugkopfes
Die
Lagerung
Vorschlagsgemäß werden die Energien, die aus den Zahneingriffen impulsartig resultieren, durch die Kohlenfaserstoff-Schwingungsdämpfer reduziert, so dass die Eigenfrequenzen der Werkzeugstruktur nicht mehr mit so starken Resonanzschwingungen erregt werden und dementsprechend deren Wegamplituden stark gemindert werden.According to the proposal the energies which result impulsively from the teeth interventions, reduced by the carbon fiber vibration damper, so that the natural frequencies of the tool structure are no longer with so strong resonance vibrations are excited and accordingly their Wegamplituden be greatly reduced.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE202010008061U DE202010008061U1 (en) | 2010-03-12 | 2010-07-13 | Machine tool with damping |
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---|---|---|---|
DE202010000373 | 2010-03-12 | ||
DE202010000373.3 | 2010-03-12 | ||
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013109947A1 (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-12 | Fischer Fortuna Gmbh | spindle |
CN107127587A (en) * | 2016-02-26 | 2017-09-05 | 德克尔马霍普夫龙滕有限公司 | For the machining cell of lathe and the lathe with this machining cell |
WO2021005172A1 (en) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | Gkn Aerospace Sweden Ab | Damper for a milling machine |
-
2010
- 2010-07-13 DE DE202010008061U patent/DE202010008061U1/en not_active Expired - Lifetime
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