Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Bohrungen und der diesen zugeordneten planen Stirnflächen eines Werkstückes, mit mindestens einer Bohrmeissel aufweisenden Bohrstange, mit einem Dreh- sowie einem Vorschubantrieb, mit mindestens zwei verstellbaren Stützen für die Bohrstange, welche Stützen auf quer zur Bohrstangenachse bewegbaren Schlitten befestigt und mit je einer Hohlspindel versehen sind, die in diesen gelagert sind und während des Bearbeitens des Werkstückes sich gemeinsam mit der in diese eingeführten Bohrstange drehen.
Maschinen dieser Art eignen sich besonders zum Nacharbeiten von Kurbelwellenlagern von Verbrennungsmotoren.
Maschinen der genannten Art sind bereits auf Seite 72 des Katalogs der Vereinigung WMW aus der DDR beschrieben, der auf der Ausstellung Stankoindustria 1969 in Moskau verteilt wurde.
Maschinen der genannten Art sind nur zum Nacharbeiten von Bohrlöchern geeignet. Zum Nacharbeiten der Stirnflächen von Bohrungen müssen andere Werkzeugmaschinen herangezogen werden, wie z. B. Maschinen mit Satzfräsern.
In diesem Fall muss das Werkstück beim Bearbeiten der Stirnflächen verstellt werden, wodurch aber die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt wird; so wird z. B. die rechtwinklige Stellung der Bohrachse zur Stirnfläche nicht eingehalten; ferner werden hierbei wegen des grossen Aufwands bei den Nebentätigkeiten die Totzeiten vergrössert, wodurch der Nutzeffekt der Maschine verringert wird.
Es ist auch in Betracht zu ziehen, dass mit Satzfräsern nur freistehende Ansätze bearbeitet werden können; versenkte Stirnflächen sind für Satzfräser nicht zugänglich.
Es sind zwar schon Bohrmaschinen bekannt, die Bohrlöcher und die stirnseitigen Flächen derselben bei ein und derselben Aufspannung bearbeiten (siehe z. B. Katalog der Vereinigung WMW S. 32). Diese Werkzeugmaschinen besitzen jedoch Bohrstangen von komplizierter Bauart. Im Inneren der Bohrstange sind quer zur Achse verschiebbare Gleitsteine mit den darauf befestigten Schneidwerkzeugen vorgesehen, die durch eine Zahnstange oder Gallsche Ketten angetrieben werden. Bohrstangen mit Zahnstangenantrieb der Gleitsteine, die das Schneidwerkzeug tragen, sind in ihrem Aufbau äusserst verwickelt und lassen sich bei Vorhandensein von mehr als zwei Gleitsteinen nur schwierig herstellen. Bohrstangen mit Kettenantrieb der Gleitsteine können dicht beieinander liegende Stirnflächen nicht bearbeiten.
Es muss auch in Betracht gezogen werden, dass die für die Gleitsteine vorgesehenen Nuten, die sich quer zur Bohrstangenachse über den Durchmesser erstrecken, die Steifheit der Bohrstange wesentlich herabsetzen.
Ausserdem ist es unmöglich, in einem runden Bohrstangenkörper genügend lange Führungen für die Gleitsteine unterzubringen, so dass ein genaues Verschieben derselben nicht gewährleistet werden kann.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Bohrstange zu schaffen, die bei gleich hoher Steifheit der Bohrstange einfacheren konstruktiven Aufbau aufweist und das Bearbeiten der Bohrungen und der an liegenden Stirnflächen bei ein und derselben Aufspannung des Werkstückes mittels quer verschiebbarer Schneidwerkzeuge ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass seitlich an der Hohlspindel zum Plan bearbeiten der Stirnflächen bestimmte und in Querrichtung zur Bohrstangenachse verschiebbare Schneidwerkzeuge vor gesehen sind, deren Quervorschub mit dem Längsvorschub der Bohrstange kinematisch gekoppelt ist.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der Werkzeugmaschine in Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Maschine der Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Bohrstange, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 4 in grösserem Massstabe einen Schnitt nach Linie IV-IV von Fig. 3,
Fig. 5 Ansicht aus Richtung A in Fig. 2 (Bohrstange im Schnitt in die Hohlspindel eingeführt, Massstab vergrössert),
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI von Fig. 5,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie Vil-Vil von Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie Vill-Vill nach Fig. 7,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX von Fig. 3,
Fig.
10 in schematischer Darstellung einen Schnitt nach der Linie X-X von Fig. 8,
Fig. 11 die Stellung der Bohrstange, der Stützen und des Werkstückes während der Bearbeitung, und
Fig. 12 die Stellung einer Stütze der Bohrstange und einer zu bearbeitenden Stirnseite des Werkstückes.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, wird das T-förmige Bett der Werkzeugmaschine durch ein Längsbett und zwei Querbetten 2 gebildet. Dort, wo sich das Längsbett mit den Querbetten kreuzt, ist eine Spannvorrichtung 3 für Werkstücke angeordnet.
Auf dem Längsbett 1 befindet sich ein Längsschlitten 4, der zwei Bohrstangen 5 mit Bohrmeisseln 6 (Fig. 3, 4) trägt.
Die Bohrstangen werden mittels eines Drehantriebes 7 (Fig. 1) sowie eines Vorschubantriebes 8 in Bewegung versetzt.
Auf jedem Querbett 2 befindet sich je ein quer zur Bohrstangenachse bewegbarer Schlitten 9 (Fig. 1, 2), die verstellbare Stützen 10 tragen, welche während des Bearbeitens des Werkstückes die Bohrstange 5 abstützen. Jede der Stützen 10 besitzt einen Stützkörper 11 (Fig. 5, 6), der an dem Schlitten 9 befestigt ist und in dem Hohlspindel 12 drehbar gelagert ist, die sich nach dem Einführen der Bohrstange 5 in die Hohlspindel 12 mit derselben gemeinsam drehen kann.
Die Hohlspindel 12 trägt an ihren Stirnflächen zum Planbearbeiten der Werkstückstirnflächen bestimmte, radial verschiebbare Schneidwerkzeuge, deren Vorschub mit dem Vorschub 8 der Bohrstange kinematisch gekoppelt ist. Zu diesem Zweck sind in den Seitenflächen jeder der Hohlspindeln 12 radiale Führungen 13 vorgesehen, in denen sich je ein Gleitstein 14 (Fig. 7, 8) mit dem an ihm befestigten Schneidwerkzeug 15 befindet. Der Gleitstein besitzt an dem der Bohrstange 5 zugewandten Ende eine Rolle 16 (Fig. 6, 7), die während des Arbeitsvorganges an die Bohrstange 5 federnd angedrückt ist. Die Bohrstange 5 ist mit einer Längsnut 17 versehen, in der sich Nocken 18 (Fig. 6 bis 10) befinden, an welchen die Rollen 16 der Gleitsteine 14 während des Längsvorschubes der Bohrstange 5 anliegen, und dadurch den ra dialen Vorschub der Schneidwerkzeuge 15 (Fig. 6, 8, 10) be wirken.
Das federnde Andrücken der Rolle 16 des Gleitsteins 14 sowohl an der Bohrstange 5, die in die Hohlspindel 12 ein geführt ist, als auch an den Nocken während des Längsvor schubes der Bohrstange, erfolgt mittels zweier abgefederter
Schwinghebel 19, deren Achsen 20 beidenends in der Hohl spindel eingespannt sind. Einer der zwei Arme jedes der
Schwinghebel 19 drückt auf den Gleitstein 14, der andere wird von einer Schraubenfeder 21 belastet, welche in der
Hohlspindel 12 untergebracht ist.
Da die Gleitsteine 14 ständig federnd an die durch die
Hohlspindel 12 durchgeführte Bohrstange 5 (während des
Längsvorschubes derselben - auch an die Nocken 18 ange drückt werden, wird ein spielloses Zusammenarbeiten der Bohrstange 5 und der Gleitsteine erreicht, wodurch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der Werkstücke gewährleistet wird.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel dient der Stützkörper 11 als ein Auflagesockel, in welchem sich die Wälzlager 22 (Fig. 6) für die Hohlspindel 12 befinden. Die Aussenringe der Wälzlager 22 sind gegen Verschiebung in axialer Richtung mittels einer Schulter 23 festgehalten. Die Schulter ist einstückig mit dem Stützkörper 11. Die Innenringe der Wälzlager sitzen auf der Hohlspindel 12 und sind an die Seitenflächen des Spindelfiansches mittels eines Deckelfiansches 23a angedrückt.
Diese konstruktive Ausführung lässt eine gedrängte Bauweise der Stützen 10 zu, so dass es möglich ist, solche Stützen in einen Durchbruch 25 eines Werkstückes 26, z. B. eines Motorblocks, einzuschieben. Falls an den beiden Seitenflächen der Hohlspindel 12 Schneidwerkzeuge 15 angebracht werden, können zwei sich gegenüberliegende Planflächen 27 im gleichen Durchbruch 25 während einer einzigen Aufspannung des Werkstückes bearbeitet werden.
Es ist eine Klemmvorrichtung vorgesehen, die zum Festspannen der Gleitsteine 14 in ihrer Anfangsstellung (die äusserste Stellung derselben) beim Ein- und Ausschieben der Bohrstange 5 aus der Hohlspindel 12 dient. Diese Klemmvorrichtung besitzt einen Antrieb 28 (Fig. 11) für eine Hebelwelle 29. Diese ist über eine in jedem Stützring 11 vorhandene, verzahnte Schieberstange 30 (Fig. 10) mit einer verzahnten Welle 31 und einer verzahnten Raste 32 (Fig. 7, 8, 10) verbunden. Die Raste 32, die in Bohrungen 33 im Deckelflansch 23a sowie in die Seitenfläche des Spindelflansches eingreift, arretiert die die Schneidwerkzeuge 15 tragenden Gleitsteine 14, nachdem sie sich nach dem Bearbeiten des Werkstückes auf der Nockenspitze 18 der Bohrstange 5, d. h. in ihrer äussersten Stellung befinden, auf der Hohlspindel 12 arretiert werden.
Die Hohlspindel selbst wird dabei in einer der zurückgezogenen Bohrstange 5 mit Bohrmeis seln 6 entsprechenden Winkelstellung im Stützring 11 festgeklemmt.
Infolge dieser Ausführung kann die Bohrstange 5, ohne mit ihren Nocken 18 an die Rollen 16 der Gleitsteine 14 anzustossen, in die Hohlspindel 12 eingeschoben werden.
Zum Abstützen der aus den Stützen 10 ausgefahrenen Bohrstange 5 in ihrer Anfangsstellung ist ein fahrbarer prismenförmiger Stützblock 34 (Fig. 1) vorgesehen. Letzterer ist am Gehäuse des Drehantriebes 7 der Bohrstange 5 befestigt. Ausserdem ist eine Stützrolle 35 vorgesehen, die auf dem Längsbett 1 sitzt sowie eine Raste 36, die sich auf dem Gehäuse des Antriebes 7 befindet. Die Raste 36 klemmt die Bohrstange in der obengenannten Winkelstellung fest, nachdem sie aus der Muffe ausgefahren sein kann.
Um die Stützen 10 in Längsrichtung der Bohrstange einstellen zu können, sind auf den Querschlitten 9 T-förmige, (parallel zur Bohrstangenachse 5 verlaufende) Nuten 37 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende:
In der Anfangsstellung befindet sich der Längsschlitten 4 mit den Bohrstangen 5 in einer ersten äussersten, von den Querschlitten 9 abgewandten Stellung. Die Bohrstangen 5 werden dabei, wie gesagt, durch die jeweilige Raste 36 in einer bestimmten Winkelstellung gehalten.
Die Querschlitten 9 mit den Stützen 10 befinden sich ebenfalls in ihrer äussersten Stellung. Hierbei sind die Hohlspindeln 12 der Stützen 10 mittels Rasten 32 ebenfalls in einer bestimmten Winkelstellung festgespannt, die der Winkelstellung der ausgefahrenen Bohrstange 5 entspricht. Die Gleitsteine 14 in den Flanschen der Hohlspindeln 12 befinden sich auch in ihrer äussersten Stellung, d. h. sie weisen den grössten Abstand zwischen dem Gleitstein und der Bohrloch -mitte auf, wodurch die Bohrstange 5 mit den auf das Bohrmass ausgerichteten Bohrmeisseln 6 ohne die Wand des Bohrloches zu berühren, in die Bohrung eingeführt werden kann.
Die Grösse der Exzentrizität richtet sich nach der Bearbeitungszugabe. Danach werden die Längsschlitten 4 nach vorn zum Werkstück verschoben, die Bohrstange 5 wird in die zu bearbeitende Bohrung des Werkstückes 26 und in die Hohlspindeln 12 der Stützen 10 eingeführt.
Um die richtige Stellung der Bohrstange 5 beim Einschieben in die Hohlspindeln 12 sicherzustellen, werden das Stützprisma 34 und die Stützrolle 35 mit derselben Exzentrizität zur Bohrlochachse ausgerichtet wie die Stützen 10.
Gleichzeitig mit dem Einschieben der Bohrstange 5 in die Hohlspindel 12, werden das Stützprisma 34 und die Stützrolle 35 zurückgezogen.
Nachdem die Bohrstangen 5 in die Hohlspindel 12 eingeführt worden sind, müssen sowohl die Querschlitten 9 mit Stützen 10 als auch die Bohrstangen 5 gegen das Werkstück hin in eine zweite Endstellung verschoben werden, bis die Bohrstangenachse mit der Bohrungsachse übereinstimmt.
Die dabei entstehenden Querverschiebungen der Bohrstange 5 relativ zu den Drehantrieben 7 werden durch die federnde elastische Kupplung kompensiert.
Nachdem die Bohrstangen 5 ihre Arbeitsstellung erreicht haben, werden die Hohlspindel 12 und die abgefederten Gleitsteine 14 mit den an ihnen befestigten Schneidwerkzeugen 15 entriegelt. Die Federn 21 verschieben die Gleitsteine 14 den Führungen 15 entlang, bis die Rollen 16 in der Längsnut der Bohrstange 5 in Anschlag kommen. Die auf das Bearbeitungsmass voreingestellten Werkzeuge 15 werden ohne zunächst die Bohrung zu berühren, in ihre Anfangsstellung, d. h. näher zur Drehachse gebracht, und zwar mittels des radialen Schlitzes 38 (Fig. 12), der vorher in der zu bearbeitenden Stirnfläche 39 des Werkstückes 26 ausgeführt worden ist.
In Fig. 12 gibt die punktierte Linie 40 die Bahn der Verschiebung des Schneidwerkzeuges 15 beim Einfahren desselben in seine Anfangsstellung 41 vor dem Planbearbeiten der um die Mündung der Bohrung liegenden Planflächen an.
Danach wird der Drehantrieb 7 der Bohrstange 5 eingeschaltet, so dass die Hohlspindel 12 mit den Gleitsteinen 14 beim Drehen versetzt werden. Dem Längsschlitten 4 mit den Bohrstangen 5 wird vom Vorschubantrieb 8 (Fig. 1) ein Längsvorschub erteilt.
Zuerst wird die Bohrung ausgebohrt. Dann, infolge der Längsverschiebung der Bohrstange 5, kommen die Nocken 18 in der Längsnut 17 mit den Rollen 16 der Gleitsteine 14 in Eingriff, wodurch letztere mit den auf die Planfläche angedrückten Werkzeugen 15 den radialen Führungen entlang nach aussen hin verschoben werden. So wird die Stirnseite des Werkstückes bearbeitet.
Hierbei wird der rechte Winkel zwischen der Planfläche und der Bohrungsachse genau eingehalten.
Der Längsvorschub der Bohrstange 5 wird nach dem Planbearbeiten der Stirnflächen des Werkstückes abgeschaltet, sobald sich die Rollen 16 der Gleitsteine 14 auf den Spitzen der Nocken 18 befinden, d. h. sobald alle Gleitsteine 14 ihre äusserste radiale Stellung in bezug zur Bohrstange 5 einnehmen. Danach wird der Bohrstange 5 zusammen mit den Hohlspindeln 12 eine langsame Drehbewegung erteilt, um das Zurückführen letzterer in die Ruhestellung zu erreichen; danach wird der Drehantrieb 7 der Bohrstange verriegelt.
Gleichzeitig werden die Hohlspindeln 12 mittels der verzahnten Rasten 32 in einer bestimmten Winkelstellung, und die Gleitsteine 14 in ihrer äussersten radialen Stellung in bezug zur Bohrstange 5 arretiert. Dabei werden die Gleitsteine 14 durch den konischen Teil der verzahnten Rasten 32 etwa über die Spitzen der Nocken 18 gehoben,
Die Querschlitten 9 mit den Stützen 10 sowie die Bohrstangen 5 werden dann in eine Zwischenstellung (exzentrisch zur Bohrungsachse) verschoben, so dass die Bohrstange ohne die Wand der Bohrung zu berühren, aus dem Werkstück herausgezogen werden kann, wonach der Längsschlitten 4 mit den Antrieben 7 und Bohrstangen 5 in die Ausgangsstellung gerückt wird. Gleichzeitig mit dem Herausziehen der Bohrstange 5 aus den Stützen 10 werden das Stützprisma 34 und die Stützrolle 35 der Bohrstange zugeführt.
Nachdem die Bohrstangen 5 aus den Hohlspindeln 12 entfernt wurden, werden auch die Querschlitten 9 in ihre Anfangsstellung verschoben.
Hiernach kann das Werkstück geprüft werden, und falls es notwendig ist, kann das Werkstück nach dem Abrichten der Schneidwerkzeuge im eingespannten Zustande erneut bearbeitet werden.
Die beschriebene Ausführungsform hat den grossen Vorteil, dass an den Stirnflächen der Hohlspindeln jeder Stütze radiale Führungen für die Gleitsteine vorgesehen sind, an denen das Schneidwerkzeug zum Planbearbeiten der Stirnflächen befestigt ist. Jeder Gleitstein hat eine Rolle, mit der an den Nocken in der Längsnut der Bohrstange federnd angedrückt wird. Die in der Längsnut befestigten Nocken stehen während des Längsvorschubes der Bohrstange mit den abgefederten Rollen der Gleitsteine in Eingriff, wodurch der Quervorschub der Schneidwerkzeuge bewirkt wird.
Die beschriebene Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass die Rolle des Gleitsteines an die in der Hohlspindel sitzenden Bohrstangen mittels zweier Schwenkhebel angedrückt ist; diese sind an den beiden Seiten des Gleitsteines so angebracht, dass der eine Arm des Schwenkhebels auf den Gleitstein zu liegen kommt, der andere von einer Feder belastet wird, die in den Flansch der Hohlspindel eingebaut ist.
Die beschriebene Ausführungsform hat ferner den Vorteil, dass die Gleitsteine beim Einfahren der Bohrstange in die Hohlspindel wie auch bei ihrem Ausfahren in ihre äusserste Stellung, d. h. in ihre Ausgangsstellung verschoben und dort festgeklemmt werden können. Am Ende des Arbeitsprozesses werden die Gleitsteine mittels Nocken der Bohrstange in die Ausgangsstellung verschoben. Zum Festspannen der Gleitsteine ist in der Maschine eine Klemmvorrichtung vorgesehen, die aus einer Welle mit einem Hebel und einem Antrieb besteht; dabei ist die Welle kinematisch mit der in jedem Stützring der Stützen befindlichen verzahnten Schieberstange, mit der verzahnten Welle und mit der Raste verbunden, die alle in Bohrungen des Körpers der Spindelstirnflächen sitzen; die Achsen der Bohrungen sind parallel zur Bohrstangenachse.
Auf diese Weise verriegelt die Klemmvorrichtung zum Arretieren der Gleitsteine, nach dem Entfernen der Bohrstange aus der Hohlspindel, auch die Hohlspindel selbst in ihrer Winkelstellung (Anfangslage der Hohlspindel).
Diese Ausführungsform der Maschine hat schliesslich den grossen Vorteil, dass sie das Bearbeiten der Bohrungen wie auch der stirnseitigen Planflächen bei ein und derselben Aufspannung gestattet, wobei die genaue rechtwinklige Stellung der zu bearbeitenden Stirnfläche zur Bohrlochachse gewährleistet ist.