Claims (4)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Werkzeug zur Ultraschallbearbeitung von Werkstük-ken, mit einer lösbar an einer Sonotrode (1) befestigten Werkzeugkrone (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkrone (2) über einen selbsthemmenden Konus (3,4)1. Tool for ultrasonic machining of workpieces, with a tool crown (2) detachably attached to a sonotrode (1), characterized in that the tool crown (2) has a self-locking cone (3,4)
oder einen selbsthemmenden Keil (3', 4') mit der Sonotrode (1) verbunden ist.or a self-locking wedge (3', 4') is connected to the sonotrode (1).
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel des Konus oder des Keils etwa 1:50 beträgt.2. Tool according to claim 1, characterized in that the opening angle of the cone or the wedge is about 1:50.
3. Werkzeugkrone zur Verwendung in einem Werkzeug gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine konische oder keilförmige Sitzfläche (4,4') zur Verbindung mit der Sonotrode aufweist.3. Tool head for use in a tool according to claim 1 or 2, characterized in that it has a conical or wedge-shaped seat (4, 4') for connection to the sonotrode.
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Im Artikel «Ultrasonic Machining of Intractable Materials» von A.I. Markov, publiziert durch Iliffe Books Ltd., Dorset House, Stamford Street, London S.E 1 (1966) sind mehrere Möglichkeiten dargestellt, wie eine Werkzeugkrone lösbar mit einer Sonotrode verbunden werden kann. Demnach ist es bekannt, die Werkzeugkrone auf die Sonotrode aufzuschrauben. Dabei kann jedoch eine exakte Ausrichtung der Werkzeugkrone nicht gewährleistet werden, so dass nach jedem Wechsel der Werkzeugkrone justiert werden muss. Ausserdem eignet sich diese Verbindungsart nicht für grosse Massen der Werkzeugkrone. Weichlotverbindungen haben im allgemeinen dieselben Nachteile wie Schraubverbindungen. Vorwiegend werden Hartlotverbindungen verwendet, welche sich für hohe Belastungen, also hohe Schwingungsamplituden eignen. Die Werkzeugkrone kann sich beim Hartlöten verziehen, so dass es meist nötig ist, die Werkzeugkrone nach dem Hartlöten spanabhebend zu bearbeiten. Weiterhin ist aus dem erwähnten Artikel eine Heiss-Press-Verbindung zwischen Werkzeugkrone und Sonotrode bekannt. Diese Verbindungsart hat dieselben Nachteile wie das Hartlöten. Schliesslich ist es bekannt, die Werkzeugkrone mit einer Überwurfmutter zu befestigen. Dabei ist es schwierig, einen zuverlässigen akustischen Kontakt herzustellen. Die relativ grosse Masse der Überwurfmutter führt zu Verlusten, so dass sich diese Befestigung nur für kleine Durchmesser eignet.In the article "Ultrasonic Machining of Intractable Materials" by A.I. Markov, published by Iliffe Books Ltd., Dorset House, Stamford Street, London S.E 1 (1966) shows several ways in which a tool bit can be detachably connected to a sonotrode. Accordingly, it is known to screw the tool crown onto the sonotrode. However, an exact alignment of the tool crown cannot be guaranteed, so that the tool crown has to be adjusted after each change. In addition, this type of connection is not suitable for large masses of the tool crown. Soft solder connections generally have the same disadvantages as screw connections. Predominantly hard-soldered connections are used, which are suitable for high loads, i.e. high vibration amplitudes. The tool crown can warp during brazing, so that it is usually necessary to machine the tool crown after brazing. Furthermore, a hot-press connection between the tool crown and the sonotrode is known from the article mentioned. This type of connection has the same disadvantages as brazing. Finally, it is known to attach the tool crown with a union nut. It is difficult to establish a reliable acoustic contact. The relatively large mass of the union nut leads to losses, so that this attachment is only suitable for small diameters.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine lösbare Verbindung zwischen Sonotrode und Werkzeugkrone anzugeben, die obige Nachteile nicht aufweist, die also leicht auswechselbar ist, und bei welcher das Werkzeug nach dem Auswechseln weder justiert noch nachbearbeitet werden muss. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is to specify a detachable connection between the sonotrode and the tool crown which does not have the above disadvantages, which is therefore easily exchangeable and in which the tool does not have to be adjusted or reworked after it has been exchanged. This object is achieved with the characterizing features of claim 1.
Von Bohrmaschinen ist es an sich bekannt, die Bohrer mit der Welle durch einen selbsthemmenden Konus zu verbinden. Bei dieser Anwendung wirken jedoch die Axialkräfte stets in Spannrichtung. Es wurde bisher nicht für möglich gehalten, dass sich diese Befestigungsart auch für Ultraschallwerkzeuge eignet, bei welchen die erheblichen axialen Beschleunigungskräfte, die meist ein Vielfaches der mittleren axialen Kraft auf das Werkstück betragen, in Löserichtung ebenso hoch sind wie in Anzugsrichtung. In Versuchen wurde jedoch überraschend festgestellt, dass sich die Konusverbindung auch unter den ganz anderen Betriebsbedingungen bei der Ultraschallbearbeitung von Werkstücken eignet, wenn die durch die Verbindung entstehenden Reibungskräfte und die Masse der Werkzeugkrone in angemessenem Verhältnis zueinander stehen.It is known per se from drills to connect the drills to the shaft by means of a self-locking cone. In this application, however, the axial forces always act in the clamping direction. It was previously not considered possible that this type of fastening is also suitable for ultrasonic tools, in which the considerable axial acceleration forces, which are usually many times the average axial force on the workpiece, are just as high in the loosening direction as in the tightening direction. In experiments, however, it was surprisingly found that the cone connection is also suitable under the completely different operating conditions in the ultrasonic machining of workpieces if the frictional forces generated by the connection and the mass of the tool crown are in an appropriate relationship to one another.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing.
Darin zeigt:It shows:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,1 shows a first exemplary embodiment,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein zweites Beispiel,2 shows an axial section through a second example,
Fig. 3 und Fig. 4 einen Axialschnitt und eine Stirnansicht eines dritten Beispiels, undFigures 3 and 4 show an axial section and a front view of a third example, and
Fig. 5 und Fig. 6 Grundriss und Aufriss eines vierten Ausführungsbeispiels.Fig. 5 and Fig. 6 plan and elevation of a fourth embodiment.
Das Ultraschallbearbeitungswerkzeug nach Fig. 1 besteht aus einer Sonotrode 1 und einer Werkzeugkrone 2. Die Sonotrode 1 ist im Betrieb mittels eines Gewindezapfens 5 auf einen Verstärker aufgeschraubt, welcher mit einem piezoelektrischen Wandler zur Erzeugung einer Ultraschall-Longitudinalschwingung verbunden ist. Die ebene Fläche 6 überträgt dabei die Schwingung auf die Sonotrode 1. Die Sonotrode 1 ist gegen ihr freies Ende veijüngt, sodass die Schwingungsamplitude am freien Ende grösser ist, als an der Verbindungsfläche 6. Das freie Ende der Sonotrode 1 hat einen flachen Aussenkonus 3 von z.B. einem Öffnungswinkel von 1:50.1 consists of a sonotrode 1 and a tool crown 2. During operation, the sonotrode 1 is screwed onto an amplifier by means of a threaded pin 5, which is connected to a piezoelectric transducer for generating an ultrasonic longitudinal vibration. The flat surface 6 transmits the vibration to the sonotrode 1. The sonotrode 1 tapers towards its free end, so that the vibration amplitude at the free end is greater than at the connecting surface 6. The free end of the sonotrode 1 has a flat outer cone 3 of e.g. an opening angle of 1:50.
Die Werkzeugkrone 2 hat einen entsprechenden Innenkonus 4, mit welchem die Werkzeugkrone auf den Konus 3 aufgepresst wird. Der konische Sitz ist selbsthemmend. Die Werkzeugkrone 2 besteht aus einem verdickten Sitzteil 10 und einem hülsenförmigen Bearbeitungsteil 9 mit einer ebenen Stirnfläche 8.The tool crown 2 has a corresponding inner cone 4 with which the tool crown is pressed onto the cone 3 . The conical seat is self-locking. The tool crown 2 consists of a thickened seat part 10 and a sleeve-shaped machining part 9 with a flat end face 8.
Die Werkzeugkrone 2 kann z. B. mittels einer zentralen, in die Sonotrode 1 eingeschraubten Schraube auf den Konus 3 aufgepresst werden. Die Sonotrode 1 weist dazu ebene Schlüsselflächen 7 und eine axiale Gewindebohrung 11 auf. Zur Demontage kann ein Werkzeug die obere Stirnfläche der Werkzeugkrone 2 von aussen hintergreifen und z. B. durch eine an der unteren Stirnfläche der Sonotrode 1 anliegende Schraube in Abziehrichtung gespannt werden.The tool crown 2 can, for. B. be pressed onto the cone 3 by means of a central screw screwed into the sonotrode 1 . For this purpose, the sonotrode 1 has flat wrench flats 7 and an axial threaded bore 11 . For disassembly, a tool can reach behind the upper face of the tool crown 2 from the outside and z. B. be clamped by a screw applied to the lower end face of the sonotrode 1 in the removal direction.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 eignet sich vor allem für kleine Werkzeugkronendurchmesser. Hier hat die Sonotrode 1 einen Innenkonus 3 und die Werkzeugkrone 2 einen entsprechenden Aussenkonus The embodiment according to FIG. 2 is particularly suitable for small tool crown diameters. Here the sonotrode 1 has an inner cone 3 and the tool crown 2 has a corresponding outer cone
4. Die Sonotrode 1 hat hier eine durchgehende Längsbohrung 12, durch welche die Werkzeugkrone 2 mittels eines Dorns demontiert werden kann. Zur Montage der Sonotrode 1 am Verstärker weist sie oben ein Innengewinde 5 auf. Im übrigen entspricht die Aus-führungsform nach Fig. 2 jener nach Fig. 1.4. The sonotrode 1 has a continuous longitudinal bore 12 through which the tool head 2 can be dismantled using a mandrel. For mounting the sonotrode 1 on the amplifier, it has an internal thread 5 at the top. For the rest, the embodiment according to FIG. 2 corresponds to that according to FIG. 1.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist die Sonotrode 1 zylindrisch. An ihrer Stirnseite (Fig. 4) sind sechs konische Bohrungen 3 zur Aufnahme von Werkzeugkronen 2 gemäss Fig. 2 angeordnet. Die konischen Bohrungen 3 sind über Kanäle 15 mit einer zentralen Bohrung 16 verbunden, welche mit einem Anschluss 17 kommuniziert. Dadurch kann während der Bearbeitung die Schleifmittelemulsion durch die hohlen Werkzeugkronen 2 abgesaugt werden. Diese Absaugung kann auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 vorgesehen werden.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the sonotrode 1 is cylindrical. Six conical bores 3 for receiving tool crowns 2 according to FIG. 2 are arranged on its end face (FIG. 4). The conical bores 3 are connected via channels 15 to a central bore 16 which communicates with a connection 17 . As a result, the abrasive emulsion can be sucked out through the hollow tool crowns 2 during machining. This suction can also be provided in the embodiments according to FIGS.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist die Werkzeugkrone 2 eine ebene Platte. Der Sitz 3' in der Sonotrode 1 für die Aufnahme der Werkzeugkrone 2 ist keilförmig, wobei die Keilflächen wiederum im Verhältnis 1:50 gegeneinander geneigt sind. Der Keil ist damit selbsthemmend. Die Werkzeugkrone 2 hat an ihrem oberen Ende entsprechende Keilflächen 4'. Die Sonotrode 1 ist gegen ihr freies Ende hin keilförmig verjüngt.In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the tool crown 2 is a flat plate. The seat 3' in the sonotrode 1 for accommodating the tool crown 2 is wedge-shaped, the wedge surfaces in turn being inclined towards one another at a ratio of 1:50. The wedge is thus self-locking. The tool crown 2 has corresponding wedge surfaces 4' at its upper end. The sonotrode 1 tapers in a wedge shape towards its free end.
Als Werkstoff für die Sonotrode 1 eignet sich beispielsweise ein Stahl hoher Wechselfestigkeit. Für die Werkzeugkronen 2 kann ein gewöhnlicher Baustahl 60—2 verwendet werden.A steel with high fatigue strength, for example, is suitable as the material for the sonotrode 1 . For the tool crowns 2, ordinary structural steel 60-2 can be used.
22
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
5555
6060
6565
SS
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings