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Verfahren und Maschine zur Herstellung feiner Bohrungen in Metallen, insbesondere Hartmetallen, in Diamant und anderen harten Werkstoffen mittels umlaufender Bohrer
Beim Bohren sehr feiner Löcher, etwa unterhalb
1 mm Durchmesser besteht die Gefahr, dass die in diesem Fall sehr rasch laufenden Bohrer bald stumpf werden und auch häufig abbrechen, letzteres besonders dann, wenn nicht sehr ge- schultes Bedienungspersonal für die Bohr- maschinen zur Verfügung steht. Diese Übel- stände werden durch die Erfindung behoben.
Gemäss dem neuen Bohrverfahren wird in der
Weise gearbeitet, dass der Bohrdruck durch eine, zweckmässig einstellbare Feder erzeugt und der
Bohrer in kurzen Zeiträumen aus dem Bohrloch herausgezogen oder bei tiefen Bohrungen nur von der Arbeitsstelle entfernt und dabei samt seinem Antrieb, d. h. also der ganze Bohrkopf entweder jedesmal oder jeweils nach einer bestimmten Zahl solcher Rückzugbewegungen um eine sehr kleine Strecke in der Arbeitsrichtung verschoben und dann wieder an die Arbeitsstelle zwecks weiteren Bohrens zurückgeführt wird.
Durch die Wahl der Feder oder deren Einstellung kann der Bohrdruck den jeweiligen Arbeitsbedingungen (Werkstoff des Werkstückes und des Bohrers, Durchmesser der herzustellenden Bohrung) angepasst und eine Überbeanspruchung des Bohrers im normalen Betrieb vermieden werden, die beim Vorschub von Hand besonders bei nicht geschulten Arbeitskräften leicht möglich ist. Eine Überbeanspruchung des Bohrers etwa durch zu harte Stellen im Werkstück kann auch nicht eintreten, weil die Feder nachgibt. Das häufige Abziehen des Bohrers von der Arbeitsstelle, besonders das völlige Herausziehen aus dem Bohrloch verhindert, dass der Bohrer sich bei der Arbeit zu stark erhitzt und dadurch vorzeitig stumpf wird.
Der Zeitraum, nach welchem der Bohrer jeweils von der Arbeitsstelle abgezogen wird, beträgt einige Sekunden, die Grösse dieses Hubes einige Millimeter, der Vorschub, der nach dem Herausziehen dem Bohrer und seinem Antrieb erteilt wird, beträgt nur Bruchteile eines Millimeters, und damit die Arbeitszeit für längere Bohrungen in sehr harten Werkstoffen mehrere Stunden ; der Bohrer wird also dabei jedenfalls sehr geschont. Auch die zuletzt angeführten Grössen, ebenso wie die
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der Bohrkopf 13 geführt ist.
Die Querstücke 8 und 9 dienen auch zur Führung einer Schrauben- spindel 14, deren unteres Ende auf der oberen
Fläche des Schneckenrades 4, u. zw. in der die Hubfläche 6 enthaltenden Ringzone aufsitzt.
Die Spindel geht auch durch das bei 15 mit
Muttergewinde versehene Querstück 12 durch und ist auf diese Weise mit dem Bohrkopf ver- bunden. Auf dem oberen Ende der Spindel 14 sitzt drehbar, aber durch eine Schraube fest- stellbar, ein Schaltrad 16, mit auf der oberen
Stirnfläche angeordneten Zähnen, in dessen
Lücken eine Schaltklinke 17 eingreift. Diese sitzt schwenkbar auf einem vom Querstück 8 getragenen Arm 18. Unterhalb des Schaltrades sitzt auf der Spindel 14, fest mit ihr verbunden, ein Schneckenrad 19.
Die zugehörige Schnecke 20 ist auf einem auf dem Querstück 8 befestigten Träger 21 gelagert (Fig. 3). Auf der Schneckenachse sitzt ein Sternrad 22 und am Umfange des
Schaltrades 16 sind, abnehmbar oder verschwenk- bar, Bolzen 23 befestigt, welche mit den Armen des Sternrades zusammenarbeiten. Auf den beiden Querstücken 8 und 9 ist eine Teilung befestigt, der zugehörige Zeiger sitzt auf dem die Spindel 14 umgebenden Ende des Quer- stückes 12.
Der Bohrkopf 13 ist auf dem Zapfen 24 des
Querstückes 12 festgeklemmt. Er dient zur
Lagerung der zum Zapfen 24 gleichachsigen
Antriebsschnurscheibe 25, die mit einer Schnur- scheibe 26 fest verbunden ist, von der wieder eine Scheibe 27 angetrieben wird. Auf deren Achse sitzt ein Reibrad 28, welches das auf der Bohrspindel 30 befestigte Reibrad 29 antreibt.
Die Bohrspindel ist im Bohrkopf mittels zweier
Schrägkugellager gelagert und so auch gegen axiale Verschiebung gesichert. In einer zentralen, bis an das untere Ende der Spindel reichenden Bohrung 31 sitzt der hülsenförmige Bohrfutterhalter 32. Er wird nach Fig. 7 mittels eines ein-oder mehrfach geschlitzten Ringes 33 (Fig. 9) und einer im Muttergewinde der Bohrspindel einzuschraubenden hohlen Schraube 34 mit gerändeltem Flansch in der Spindel festgeklemmt. Nach Fig. 8 ist an Stelle des Ringes 33 ein in einer kegeligen Erweiterung der Bohrung 31 sitzender Kugelkranz 35 vorgesehen, der durch eine Schraube 36 gegen seinen Sitz und gegen den Halter 32 gepresst wird und dabei letzteren wieder in der Spindel festklemmt.
Beide Klemmvorrichtungen sichern auf einfache Weise den genau zentrischen Sitz des Halters 32 und damit auch des Bohrers selbst in der Spindel, ausserdem ermöglichen sie das rasche und einfache Auswechseln des Halters 32 samt dem Bohrer. Auch der Halter 32 ist, u. zw. seiner ganzen Länge nach zentrisch durchbohrt. Im unteren Teil der Bohrung 37 sitzt verschiebbar das obere Ende des Bohrfutters 38 üblicher Art. Ein in das Futter eingeschraubter, in einem Längsschlitz 39 des Halters 32 geführter Stift 40 verhindert das Futter an einer Drehung gegen den Halter. In das obere Ende der Bohrung 37 ist eine Schraube 41 eingeschraubt, welche zur
Einstellung der Spannung der zwischen ihr und dem Futter 38 in der Bohrung angeordneten
Feder 42 dient. Dabei kann z.
B. an der Schraube selbst eine Teilung vorgesehen sein, an welcher die Zusammendrückung der Feder oder die
Federspannung selbst, d. h. zugleich der Bohr- druck ablesbar ist.
Die normale Lage des Bohrkopfes ist die in
Fig. 1 dargestellte, bei der die Bohrerachse lotrecht und über dem Mittel der Werkstückeinspannvorrichtung steht. Durch Verschieben des Bohrkopfes in der Richtung der Achse des Zapfens 24 oder durch Verschwenken des Bohrkopfes samt den Rahmenteilen 8-11 um die
Säule 7 nach Lösen der in Fig. 1 ersichtlichen Klemmschraube am oberen Ende der Säule, können ohne Umspannen des Werkstückes weitere lotrechte Bohrungen hergestellt werden. Für schräge Bohrungen kann der Bohrkopf schliesslich noch um den Zapfen 24 innerhalb bestimmter Winkel verschwenkt werden.
Zu Beginn der Arbeit wird durch einen am Schaltrad 16 angebrachten Handgriff (Fig. 1) der Bohrkopf samt dem Bohrer dem Werkstück soweit genähert, dass die Bohrerspitze auf der Werkstückoberfläche aufliegt und dann wird der Bohrkopf noch um ein der Bohrtiefe bei einem Arbeitsgang entsprechendes Stück gesenkt, wodurch die Feder 42 stärker zusammengedrückt wird. Die gegenseitige Lage des Futters 38 und des Halters 32 ist jetzt eine solche, dass der Stift 40 nicht mehr am unteren Ende des Schlitzes 39 anliegt (in Fig. 7 strichliert angedeutet). Wird nun der Bohrer in Drehung versetzt und auch der Antrieb des Schnecken- rades 4 eingeschaltet, so beginnt einerseits der
Bohrer unter dem Druck der Feder 42 die Arbeit, anderseits kommt nach spätestens einer Um- drehung des Schneckenrades 4 das untere Ende der Spindel 14 mit der Hubfläche 6 in Berührung.
Dadurch wird die Spindel und damit das Quer- stück 12 samt dem Bohrkopf angehoben, wobei der Bohrer von der Arbeitsstelle entfernt und, falls die bisherige Bohrtiefe geringer ist als die Höhe der Hubfläche 6, vollständig aus dem Bohrloch herausgehoben wird. In allen Fällen ist aber damit eine Arbeitspause des Bohrers eingeschaltet, so dass er nicht zu stark erhitzt und infolgedessen zu rasch stumpf werden kann.
Ist das Schaltrad 16 mit der Spindel fest verbunden-dabei muss die Übertragung der Schaltradbewegung über die Bolzen 23 und das Steuerrad 22 auf die Schnecke 20, etwa durch Hochklappen der Bolzen ausgeschaltet seinso wird beim Heben der Spindel 14 nicht nur das Schaltrad durch die Klinke 17 um einen Zahn verdreht, sondern auch die Spindel selbst um den gleichen Winkel verdreht. Dadurch wird aber das nicht drehbare Querstück 12 samt dem Bohrkopf um den entsprechenden Teil der Steigung des Spindelgewinde nach abwärts (in der Arbeitsrichtung des Bohrers) verschoben.
Ist die Hubfläche 6 an dem unteren Spindelende
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vorbeigegangen, so senken sich die Spindel 14, das Querstück 12 und der Bohrkopf samt dem
Bohrer wieder solange, bis die Spindel in ihre
Anfangsstellung kommt. Der Bohrkopf steht aber jetzt durch den ihm beim Heben der Spindel erteilten Vorschub etwas näher zum Werkstück.
Die Folge davon ist, da der Bohrer beim Abwärts- gang sich zunächst auf die Stelle aufsetzt, an der er zuletzt gearbeitet hat, dass jetzt die Feder 42 etwas mehr als zu Ende des ersten Arbeitsganges zusammengdrückt und daher etwas stärker gespannt ist und dadurch wird die Verminderung des Bohrdruckes während des früheren Arbeits- ganges infolge der Entspannung der Feder wieder zumindestens zum Teil ausgeglichen.
Nunmehr wiederholen sich die beschriebenen
Vorgänge. An der Teilung kann angenähert die
Tiefe des Eindringens des Bohrers in das Werk- stück abgelesen und dementsprechend der
Maschinenantrieb abgestellt werden, wenn die erforderliche Bohrtiefe erreicht ist. Ist der Bohr- kopf samt dem Bohrer wie oben erläutert, einmal eingestellt, so ist während der ganzen Arbeit bis zum Abstellen eine Bedienung der Maschine nicht erforderlich, und daher können auch un- geschulte Arbeitskräfte verwendet werden.
Ist die Übersetzung zwischen dem Schaltrad 16 und dem Schneckenrad 19 eingeschaltet, so unterscheidet sich die Arbeitsweise der Maschine von der mit ausgeschalteter Übersetzung nur dadurch, dass jetzt das Weiterschalten des Schalt- rades um einen Zahn bei jedem Heben der
Spindel nur dann eine Teildrehung des Stern- rades 22 um einen Arm und damit eine Drehung der Schnecke 20, des Schneckenrades 19 und dadurch der Spindel 14, d. h. einen Vorschub des Bohrkopfes bewirkt, wenn gerade ein Bo17en23 auf einen Arm des Sternrades auftrifft.
Bei gleicher
Häufigkeit der Arbeitspausen des Bohrers wird aber der Bohrkopf jetzt viel seltener vorgeschoben und überdies auch jedesmal viel weniger als bei ausgeschalteter Übersetzung, weil die Übersetzung eine sehr bedeutende Verminderung des Drehwinkels der Spindel im Vergleich zu jenem des Schaltrades zur Folge hat.
Diese Arbeitsweise kommt in erster Linie für das Bohren in sehr harten Werkstoffen in Betracht.
Bringt man am Schaltrad eine grössere Zahl von verschwenkbaren oder abnehmbaren Bolzen 23 an, so kann man jeweils nur einen Teil davon in die Arbeitsstellung bringen, z. B. von zwölf Bolzen, 1, 2, 3, 4 und 6, und so ohne Auswechslung irgendwelcher Teile mehrere verschieden grosse Bohrkopfvorschübe bei gleicher Häufigkeit der Arbeitspausen erzielen. Selbstverständlich kann man aber auch die Änderung der Vorschubgrösse und Häufigkeit, sowie der Häufigkeit der Arbeitspausen mit den üblichen Mitteln zur Änderung von Übersetzungen, insbesondere durch Auswechseln einzelner Teile oder durch Getriebe mit mehrfacher oder veränderlicher Übersetzung bewirken. Ebenso ist auch als Hubvorrichtung für die Spindel 14, z.
B. ein unter der Spindel auf der Achse der dann natürlich mit viel geringerer Drehzahl laufenden Antriebsscheibe 5 sitzendes Exzenter oder einer Hubscheibe verwendbar.
Schliesslich kann die Vorrichtung, mittels welcher dem Bohrkopf während der Arbeitspausen Vorschübe erteilt werden, auch so gebaut werden, dass der Vorschub nicht während des Hebens des Bohrers, sondern beim Rückgang bewirkt wird. Ohne am Wesen der Erfindung etwas zu ändern, könnte auch so gearbeitet werden, dass der Bohrer an Ort arbeitet und die Vorschubund Rückzugbewegungen dem Werkstück erteilt werden oder eine diesen Bewegungen dem Bohrer und die andere dem Werkstück.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung feiner Bohrungen in Metallen, insbesondere Hartmetallen, in
Diamant und anderen harten Werkstoffen mittels umlaufender Bohrer, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrdruck durch eine, zweckmässig einstellbare Feder erzeugt und der Bohrer in kurzen Zeiträumen aus dem Bohrloch heraus- gezogen oder bei tieferen Bohrungen nur von der
Arbeitsstelle entfernt und dabei samt seinem
Antrieb entweder jedesmal oder jeweils nur nach einer bestimmten Zahl solcher Rückzug- bewegungen um eine sehr kleine Strecke in der
Arbeitsrichtung vorgeschoben und dann wieder an die Arbeitsstelle zwecks weiteren Bohrens zurückgeführt wird.