工件加工方法、供电电路、供电系统、刀具致动器、刀具装配的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述的工件加工方法、供电电路、供电系统、刀具致动器和刀具装配。DE 10 2010 048 638 Al中已知这样的一个方法。
【背景技术】
[0002]DE 10 2010 048 638 Al中所描述的方法将一个较高频的振动叠加给刀具(“超声波”)。该刀具可以是铣刀、钻头或者车刀。
[0003]然而，人们意识到对于某些材料和工件加工其他边界条件而言，所用的高频振动频率和相对较小的振动振幅在刀具上不是特别有效地达到所期望的效果。
[0004]相似技术可在US 2006/0229004，EP 1137511 BI，EP 1762305 A2，WO 2008/118479，DE 10 2010 048 636 Al 中找到。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种工件加工方法和一种刀具及用于其上的致动器，其能够通过振动的刀具进行有效的工件加工。除此以外，还提供一种用于该目的的供电电路。
[0006]这些目的是通过独立专利权利要求的技术特征而实现的。从属权利要求旨在本发明的优选实施方案。
[0007]在一种通过切削刀具加工工件的方法中，其中所述刀具相对工件做叠加了振动的加工运动，所述振动具有至少为5 μm，优选地至少为10、15或20 μπι的振幅。
[0008]所述振动在此之上附加地或者取而代之地具有一个相对于该振动系统的机械共振频率失谐至少10%、优选至少20%或30%的工作频率。所述工作频率可以位于一个下限为500Hz或800Hz和/或上限为1600Hz或1200Hz的范围内。
[0009]所述刀具可以是钻头、铣刀或者车刀，和所述振动可以是平移振动，其中对于钻头和铣刀，其振动轴是轴向平行于刀具轴线的；而对于车刀，该振动轴是平行于自转的工件的径向方向的。
[0010]与已知的现有技术相比较，这里所描述的工作频率相对较小。它可处于IkHz范围内。而振幅却相反比较大。其上限可以是30 μπι或50 μπι或100 μπι。通过采用所述这些值，该叠加的振动运动在不同加工环境中对工件、尤其对工件剩余表面的作用跟迄今为止现有技术中通常使用的振动的相比明显加强。尤其是，跟已知的现有加工方法相比剩余表面看起来纹路较少，也就是更光滑。
[0011]一种用于振动刀具致动器的供电电路具有一个电压发生器，其在电压输出端生成一个带有直流分量和交流分量的输出电压。
[0012]所述电压发生器可以接收交流电，可以包括一个与输入端串联的电容器Cl和一个平行于所述串联电路的半波整流器。其输入电压可以是以电感无线方式提供的交流电压。
[0013]一种振动的刀具的致动器，其具有机器侧第一机械接口、刀具或用于连接刀具的第二机械接口、在所述第一接口和刀具或第二接口之间的电振动驱动器、供电电路、以及供电电路和振动驱动器之间的电连接。所述振动驱动器可以产生平移振动和可以包括压电驱动器。
[0014]当该致动器的机电转换器是压电元件时，应注意的是压电元件为带有极性的装配件，当其数量增多时，其中驱动电压的错误极性连接可能会导致削弱或毁坏。因此，以下做法是有益的:尽可能的只在施加电压的一个极性下运作压电元件，或者无论如何这样来控制两个可能极性中的一个:以使得振幅(大小)保持尽可能低(或零)。
[0015]对于大的振动振幅就希望有相对高的交流电压幅值。这里为了避免压电元件的损伤或者完全毁坏可以生成一个这样的驱动电压，其中与所期望的振动对应的交流分量绕一直流分量振荡。根据规格选择(直流分量相较于交流幅值)，就可以减少或避免压电元件反向极性连接。
[0016]所述致动器可以位于所述固有的刀具头(如钻头)和机床的驱动组件之间。所述机床可以是一台数控机床，其以这样方式使用标准化刀具:它们接机床的机械接口是标准化的，如按照HSK或诸如此类标准。也可以提供一个第二机械连接/接口用于连接刀具头自身，或者所述刀具或多或少可以与该致动器可拆卸或不可拆卸地固定连接。
[0017]用于该致动器的供电系统可以包括一个如上所述的电路。其交流电输入端可被以电感方式供应，即最终通过一个与初级线圈磁耦合的次级线圈来供应。所述供电电路可设置于刀具自身内并且按照其加工运动(例如钻头的转动)随其一起运动。
[0018]以下将参照本发明各实施方案的附图进行说明。
【附图说明】
[0019]附图展示了:
[0020]图1:图表用于说明所期望的振动的机械性能，
[0021]图2:—种供电电路的电路图，
[0022]图3:—种电信号，
[0023]图4:一种机床内的刀具的示意图，和
[0024]图5:—种刀具。
【具体实施方式】
[0025]在下面的说明中，同一数字应表示相同的部件。当未明确声明时，特征也应被视为是互相可结合的，只要其组合在技术上不是不可能的或不合理的。对方法和工艺步骤的描述也被理解为是对实现各方法和工艺步骤的设备的描述，反之亦然。
[0026]图1示意性地和定性地显示了所期望的机械振荡的特性。图1a显示了一个绕O位置(中间位置)的振动。例如钻头，所述振动可为沿钻轴的平移式振动。图中所显示的是一个正弦波形的机械振荡。然而，它也可以按照需要或者由于自身形成而采取不同于正弦波的其它振荡波形。所述机械振荡具有一个绕中间位置的工作振幅Aa。其极值则描述为+Aa和Aa.该振幅Aa可以取至少5 μ m、至少10 μ m或至少20 μ m。它的上限可以是30或50 或 100 μ m。
[0027]这些都是迄今为止现有技术中没有想到的相对较高振幅。而本发明发明人的研宄显示，根据材料和其它操作参数(转速、表面质量期望值、加工速度、成本等等)不同于迄今偏爱的相对较小的振幅的、尤其比之更大的振幅可有利于工件加工并带有一定优势。这与所述相对较低的工作频率fa相符。一种此类振动的刀具，在其为钻的情况下对当前工件表面进行加强的挤压作用，从而使得当刀具结束加工工件后，其恰恰留下所期望的表面。
[0028]在车刀情况下，平移振动的振动轴可以具有一个相对于工件旋转轴径向的运动分量，从而使得同样该车刀垂直于(当前)工件表面平移振动。
[0029]铣刀可以沿其旋转轴或与之正交地并且垂直于工件表面来进行振动。
[0030]图1a显示了一种周期性机械振荡11的一个周期P。它倒数值对应振荡频率，也标记为工作频率fa。一般情况下，该工作频率可以在一个上限为5kHz或3kHz或2kHz或1.5kHz的范围内。它可以在一个下限为200Hz或500Hz或800Hz的范围内。它可以取IkHz ±10 %。
[0031]事实表明，当需要快速加工时，这样的频率一一即跟现有技术相比相对较低的频率一一非常适合于对工件进行加工并带有一定优点。所述低工作频率的优点还在于:它与共振频率间隔足够远以至于可对它进行调节，例如根据进给速度大小来调整。像频率误差下导致的所不希望的频率偏移一样，那么通过改变频率调节而产生的所期望的频率偏移对振幅只会有微弱的影响。因而，尤其当进行粗加工时，即希望高功率切削时，选择所述的相对较低的频率和/或相对较高的振幅较有益。
[0032]那么，所述加工方法就此相关部分就是根据工件上的刀具进给引导振动频率这一步。
[0033]图1b显示频率关系。所画的是一个被激励进行振荡的刀具的频率响应曲线12，即机械振荡振幅A对激发频率f关系曲