Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohreinheit mit einem auswechselbaren Bohrkopf an Metallbearbeitungsautomaten, welche eine in einem Maschinenständer längsverschiebbar angeordnete Hauptpinole mit darin drehbar gelagerter Hohlspindel, in deren Längsbohrung ein von einer Hydraulikeinrichtung oder einem Getriebe betätigtes Vorschubgestänge angeordnet ist, aufweist.
Automaten zur spanabhebenden Bearbeitung von Maschinenbestandteilen in grossen Serien werden durch die Anordnung von mehreren je mit einem Antrieb versehenen Bohreinheiten um das zu bearbeitende Werkstück, um einen die zu bearbeitenden Werkstücke tragenden Rundtisch oder längs einer Transferstrasse aufgestellt.
Ohne Änderung der Aufspannung des Werkstückes kann es in gewissen Fällen aus räumlichen Gründen nicht möglich sein, mit den bisherigen Anordnungen der Bohreinheiten in einem spitzen Winkel zu einer Hauptbearbeitungsachse liegende Löcher zu bohren bzw. zu bearbeiten, weil sonst die Lagerung der Bohreinheiten miteinander oder mit dem Tisch, auf den die Werkstücke gespannt sind, in Konflikt kommen oder weil dann viel zu lange frei fliegende Werkzeuge zu verwenden wären.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf passend zu bekannten Bohreinheiten so zu schaffen, dass mit einer solchen Bohreinheit auch Löcher gebohrt bzw. bearbeitet werden können, deren Achse zur Längsachse der Bohrspindel der Bohreinheit einen spitzen Winkel bildet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Längsachse einer im Bohrkopfgehäuse längsverschiebbar gelagerten Bohrpinole zur Längsachse der Hauptpinole einen spitzen Winkel bildet, dass das Bohrkopfgehäuse an der Stirnseite der längsverschiebbaren Hauptpinole angeflanscht ist und in der Bohrpinole eine ein Werkzeug aufnehmende und von der Hohlspindel der Hauptpinole her, über im Gehäuse des Bohrkopfes gelagerte Kegelräder angetriebene Bohrspindel drehbar gelagert ist, dass weiter ein im Gehäuse des Bohrkopfes drehbar gelagertes Zahnritzel einerseits mit einer Zahnstangen-Verzahnung der Bohrpinole und anderseits mit einer Zahnstangen-Verzahnung einer ebenfalls im Gehäuse des Bohrkopfes, in der verlängerten Längsachse der Hauptpinole liegend, längsverschiebbar gelagerten Zugstange im Eingriff steht, und dass diese Zugstange über einen Kupplungskopf mit dem mitdrehenden,
in der Hohlspindel der Hauptpinole gelagerten Vorschubgestänge verbunden ist.
Durch den dargelegten Bohrkopf wird es möglich, in einem Werkstück Löcher zu bohren oder zu bearbeiten, deren Achse nicht parallel zu einer der drei Raumkoordinaten ist, sondern so im Raum liegt, dass die Löcher mit den bisher bekannten Bearbeitungsautomaten nicht ohne Umspannen des Werkstückes bearbeitet werden konnten.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es bedeuten:
Fig. i einen Längsschnitt durch einen an der Hauptpinole der Bohreinheit angebrachten Bohrkopf und
Fig. 2 ein Detail in perspektivischer Darstellung und vergrössertem Massstab.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Hauptpinole einer weiter nicht dargestellten Bohreinheit eines Metallbearbeitungsauto maten. Diese ist in einem ebenfalls nicht dargestellten Maschinenständer nur längs zwischen zwei definierten Stellungen verschiebbar. In ihrem Innern ist eine Hohlspindel 2 drehbar gelagert und über einen nicht dargestellten Antrieb mit vorwählbarer Tourenzahl angetrieben. An einem feststehenden Flansch 3 der Hauptpinole 1 ist über zwei Halteringe 4 und 5 ein den Bohrkopf bildendes Gehäuse 6 mit Schrauben 7 und 7a angeflanscht. Ein erstes Kegelrad 8 ist im Gehäuse 6 in der gleichen Achse wie die Hohlspindel 2 über zwei Kugellager 9 einseitig gelagert, weist stirnseitig gegen die Hohlspindel 2 gerichtete Klauen 10 auf, mit denen es in eine entsprechende Zahnung eines Kupplungsteiles 11 eingreift.
Das Kupplungsteil 11 ist mit der Hohlspindel 2 über einen Mitnehmer 12 formschlüssig verbunden. Dazu ist das Kupplungsteil 11 durch einen Gewindering 13 in der Hohlspindel 2 gehalten und greift mit seinem Mitnehmer 12 in eine in der Fig. 1 senkrecht zur Bildebene angeordnete Keilbahn 14 der Hohlspindel 2 ein.
Das Gehäuse 2 des Bohrkopfes enthält ferner eine im gewünschten spitzen Winkel zur Längsachse der Hauptpinole 1 längsverschiebbar gelagerte Bohrpinole 15, in deren Innern eine Bohrspindel 16 drehbar gelagert ist. Ein die Bohrspindel 16 antreibendes, mit ihr in der gleichen Achse liegendes, zweites Kegelrad 17 ist beidseitig in je einem Kugellager 18 gelagert. Die an ihrem Ende als Keilwelle 19 ausgebildete Bohrspindel 16 durchdringt das zweite Kegelrad 17 in einer entsprechenden Gleitbahn 20 und bewirkt eine drehfeste, doch längsbewegliche Verbindung zwischen den beiden Teilen. Zum Antrieb der Bohrspindel 16 stehen das erste und das zweite Kegelrad 8 bzw. 17 direkt im Eingriff. Die Bohrspindel 16 ist an ihrem äusseren Ende zur Aufnahme einer Spannzange 21 ausgerüstet. Eine Schraube 22 am inneren Ende der Spannzange 21 dient als Abstützung für ein Werkzeug 23.
Eine in die Bohrpinole 15 eingeschraubte Abdekkung 40 dient dem Schutz der Spannzange und der Bohrspindellager vor eindringenden Spänen und Kühlflüssigkeit.
Die Bohrpinole 15 ist durch eine Nut 24 und einen Keil 25 gegen Verdrehen gesichert und in ihrer Längsverschiebung begrenzt. Ferner weist sie eine Zahnstangen-Verzahnung 26 auf, die mit einem im Gehäuse 6 des Bohrkopfes drehbar gelagerten Zahnritzel 27 im Eingriff steht. Gleichzeitig steht das Zahnritzel mit einer Zahnstangen-Verzahnung 28 einer ebenfalls im Gehäuse 6 des Bohrkopfes in der verlängerten Längsachse der Hauptpinole 1 liegenden längsverschiebbar gelagerten Zugstange 29 im Eingriff. Die Zugstange 29 ist durch eine Nut 30 und eine in diese eingreifende Stiftschraube 31 gegen Verdrehen gesichert.
Auf seiner der Hohlspindel 2 zugekehrten Seite ist die Zugstange 29 über ein Nadellager 32 längsverschiebbar in einer Bohrung 33 des ersten Kegelrades 8 gelagert und an seinem Ende als zylindrischer T-Nutenstein 34 ausgebildet (Fig. 2), der in eine einseitig geschlossene T-Nut 35 des stillstehenden Teiles 36 eines Kupplungskopfes 37 eingreift und dadurch mit diesem formschlüssig verbunden ist.
Der mitdrehende Teil des Kupplungskopfes 37 weist einen Schaft 38 auf der durch Verschraubung mit dem in der Hohlspindel 2 der Hauptpinole 1 mitdrehend gelagerten Vorschubgestänge verbunden ist. Ein den stillstehenden Teil 36 des Kupplungskopfes 37 zum Teil umfassender Sechskantenschaft 39 dient zur Aufnahme eines Steckschlüssels bei der Montage.
Ferner ist der stillstehende Teil 36 im Kupplungskopf 37 über ein Radialnadellager 41 und zwei Axialnadellager 42 gelagert.
Anstelle des im dargelegten Beispiel.direkten gegenseitigen Eingriffes der beiden Kegelräder 8 und 17 könnten die beiden Kegelräder auch je mit einem zusätzlich im Gehäuse 6 des Bohrkopfes drehbar gelagerten Zwischenrad im Eingriff stehen.
Die Wirkungsweise des Bohrkopfes wird nachfolgend anhand der beim Einrichten eines Bearbeitungsautomaten durchzuführenden Arbeitsgänge dargelegt.
Die Befestigung des Gehäuses 6 des Bohrkopfes erfolgt weitgehend unter Verwendung der für die Befestigung eines Mehrspindelbohrkopfes zur Verfügung stehenden Befestigungselemente 4; 7; 5 durch Anflanschen an der Hauptpinole 1.
Ferner wird für die Hubbetätigung der Bohrspindel 16 ein bestehender, für die Betätigung des Vorschubes eines Plan drehkopfes dienender Vorschubmechanismus mit einem in der Hohlspindel 2 der Hauptpinole 1 angeordneten Vor schubgestänge verwendet.
Bevor der Bohrkopf an die Hauptpinole 1 angesetzt wird, muss unter Verwendung eines Steckschlüssels, der am Sechskantschaft 39 des Kupplungskopfes 37 angreift, dieses in das Vorschubgestänge in der Hohlspindel 2 eingeschraubt werden.
Das Kupplungsteil 11 wird in die Hohlspindel 2 so eingelegt, dass dessen Mitnehmer 12 in die Keilbahn 14 zu liegen kommt. Nach dem Einschrauben des Gewinderinges 13 ist das Kupplungsteil 11 in seiner Lage gehalten. Am Flansch 3 der Hauptpinole 1 wird der Haltering 5 und 4 aufgesetzt und mit den Schrauben 7 befestigt. Dann wird der Vorschubme chanismus so betätigt, dass das Vorschubgestänge möglichst weit ausgefahren ist.
Beim Bohrkopf wird die Zugstange 29 möglichst weit ausgefahren, d. h. die Bohrspindel 15 auf ihren Maximalhub gebracht. Unter diesen Bedingungen wird der Bohrkopf zur Hauptpinole 1 geführt, und bevor deren Berührungsflächen zusammenkommen, kann der T-Nutenstein 34 der Zugstange 29 seitlich in die T-Nut 35 des stillstehenden Teiles 36 eingeführt werden. Dann wird der Bohrkopf unter Zurückbildung des Hubes der Bohrspindel 16 an die Hauptpinole 1 angedrückt und mit den Schrauben 7a am Haltering 5 befestigt.
Die Klauen 10 des ersten Kegelrades 8 greifen jetzt in die entsprechende Zahnung des Kupplungsteiles 11 ein, und damit wird eine Drehbewegung der Hohlspindel 2 über den Mitnehmer 12, Kupplungsteil 11, Kegelräder 8 und 17, Gleitbahn 20, Keilwelle 19 zur Bohrspindel 16 übertragen. Ebenso überträgt sich eine Längsbewegung des Vorschubgestänges, welches bei laufender Hohlspindel 2 mitdreht, über die beiden Axialnadellager 42 des Kupplungskopfes 37 an den stillstehenden Teil 36 und dessen T-Nut 35 und über den T-Nutenstein 34 der Zugstange 29. Diese dreht das Zahnritzel 27, welches seinerseits die Bohrpinole 15 bewegt.
In die Spannzange 21 kann jetzt als Werkzeug 23 zum Beispiel ein Spiralbohrer eingesetzt werden. Dazu ist die Abdeckung 40 zu entfernen. Stehen die beiden Kegelräder 8 und 17, wie beschrieben, direkt miteinander im Eingriff, und erlaubt der Antrieb der Bohreinheit keinen gegenüber der normalen Drehrichtung von Werkzeugmaschinen umgekehrten Drehsinn, dann muss ein links schneidender Spezialbohrer verwendet werden. Stehen hingegen das erste und das zweite Kegelrad 8 bzw. 17 mit einem im Gehäuse 6 drehbar gelagerten Zwischenrad im Eingriff, dann sind die Hohlspindel 2 und die Bohrspindel 16 wieder gleichlaufend, und es können normale Schnittwerkzeuge verwendet werden. Die Schraube 22 bildet einen verstellbaren Anschlag für das Werkzeug 23.
Nun hat die an der zugrunde gelegten Bohreinheit übliche Einstellung zu erfolgen: Hub des Schnellganges der Bohrkopfzuführung zwischen Arbeitsstellung und Ruhestellung, Hub der Bohrpinole 15 und deren Tourenzahl sowie zeitlicher Ablauf dieser Bewegungen.
The invention relates to a drilling unit with an exchangeable drill head on automatic metalworking machines, which has a main quill arranged longitudinally displaceably in a machine frame with a hollow spindle rotatably mounted therein, in whose longitudinal bore a feed rod operated by a hydraulic device or a transmission is arranged.
Automatic machines for the machining of machine components in large series are set up by arranging several drilling units, each provided with a drive, around the workpiece to be processed, around a rotary table carrying the workpieces or along a transfer line.
Without changing the clamping of the workpiece, it may not be possible in certain cases, for spatial reasons, to drill or machine holes at an acute angle to a main machining axis with the previous arrangements of the drilling units, because otherwise the mounting of the drilling units with one another or with the Table on which the workpieces are clamped, come into conflict or because free-flying tools would then have to be used for far too long.
The invention is based on the object of creating a drill head suitable for known drilling units so that such a drilling unit can also be used to drill or machine holes whose axis forms an acute angle to the longitudinal axis of the drilling spindle of the drilling unit.
This object is achieved according to the invention in that the longitudinal axis of a drill quill mounted longitudinally displaceably in the drill head housing forms an acute angle to the longitudinal axis of the main quill, that the drill head housing is flanged to the face of the longitudinally displaceable main quill and in the drill quill a tool receiving a tool and from the hollow spindle of the main quill ago, is rotatably mounted via bevel gears driven in the housing of the drill head drill spindle, that further a pinion rotatably mounted in the housing of the drill head on the one hand with a rack toothing of the drilling quill and on the other hand with a rack toothing also in the housing of the drill head, in the extended Longitudinal axis of the main quill is in engagement, longitudinally displaceably mounted pull rod, and that this pull rod via a coupling head with the co-rotating,
is connected to the feed rod mounted in the hollow spindle of the main quill.
The drill head shown makes it possible to drill or machine holes in a workpiece, the axis of which is not parallel to one of the three spatial coordinates, but lies in such a way that the holes cannot be machined with the previously known automatic machines without reclamping the workpiece could.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It means:
1 shows a longitudinal section through a drill head attached to the main quill of the drilling unit and
2 shows a detail in a perspective illustration and on an enlarged scale.
In Fig. 1, 1 means a main quill of a drilling unit, not shown, of a metalworking machine. This can only be displaced lengthways between two defined positions in a machine stand, also not shown. Inside, a hollow spindle 2 is rotatably mounted and driven by a drive, not shown, with a preselectable number of revolutions. A housing 6 forming the drill head is flanged to a stationary flange 3 of the main quill 1 via two retaining rings 4 and 5 with screws 7 and 7a. A first bevel gear 8 is mounted on one side in the housing 6 in the same axis as the hollow spindle 2 via two ball bearings 9, has claws 10 facing the hollow spindle 2 with which it engages a corresponding toothing of a coupling part 11.
The coupling part 11 is positively connected to the hollow spindle 2 via a driver 12. For this purpose, the coupling part 11 is held in the hollow spindle 2 by a threaded ring 13 and engages with its driver 12 in a wedge track 14 of the hollow spindle 2 that is arranged perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
The housing 2 of the drill head also contains a drill quill 15 which is mounted so as to be longitudinally displaceable at the desired acute angle to the longitudinal axis of the main quill 1 and inside which a drill spindle 16 is rotatably mounted. A second bevel gear 17 which drives the drilling spindle 16 and is located on the same axis is supported on both sides in a ball bearing 18. The drill spindle 16, which is designed as a splined shaft 19 at its end, penetrates the second bevel gear 17 in a corresponding slideway 20 and creates a non-rotatable but longitudinally movable connection between the two parts. To drive the drilling spindle 16, the first and second bevel gears 8 and 17 are in direct engagement. The drilling spindle 16 is equipped at its outer end to receive a collet 21. A screw 22 at the inner end of the collet 21 serves as a support for a tool 23.
A cover 40 screwed into the drill quill 15 serves to protect the collet chuck and the drill spindle bearings from the ingress of chips and coolant.
The drilling quill 15 is secured against rotation by a groove 24 and a wedge 25 and its longitudinal displacement is limited. It also has a rack toothing 26 which meshes with a pinion 27 rotatably mounted in the housing 6 of the drill head. At the same time, the pinion is in engagement with a rack toothing 28 of a pull rod 29 which is also located in the housing 6 of the drill head in the elongated longitudinal axis of the main quill 1 and is longitudinally displaceable. The pull rod 29 is secured against rotation by a groove 30 and a stud screw 31 engaging in it.
On its side facing the hollow spindle 2, the tie rod 29 is mounted in a longitudinally displaceable manner via a needle bearing 32 in a bore 33 of the first bevel gear 8 and is designed at its end as a cylindrical T-slot nut 34 (FIG. 2), which is inserted into a T-slot closed on one side 35 of the stationary part 36 of a coupling head 37 engages and is thereby positively connected to this.
The co-rotating part of the coupling head 37 has a shaft 38 on which is connected by screwing to the feed rod which is rotatably mounted in the hollow spindle 2 of the main quill 1. A hexagonal shaft 39 partially encompassing the stationary part 36 of the coupling head 37 serves to receive a socket wrench during assembly.
Furthermore, the stationary part 36 is mounted in the coupling head 37 via a radial needle bearing 41 and two axial needle bearings 42.
Instead of the direct mutual engagement of the two bevel gears 8 and 17 in the example shown, the two bevel gears could also each be in engagement with an intermediate gear additionally rotatably mounted in the housing 6 of the drill head.
The mode of operation of the drill head is explained below using the operations to be carried out when setting up an automatic processing machine.
The fastening of the housing 6 of the drill head is largely carried out using the fastening elements 4 available for fastening a multi-spindle drill head; 7; 5 by flanging to the main quill 1.
Furthermore, for the lifting actuation of the drilling spindle 16, an existing feed mechanism serving for the actuation of the feed of a planar rotating head with a feed rod arranged in the hollow spindle 2 of the main quill 1 is used.
Before the drill head is attached to the main quill 1, a socket wrench that engages the hexagonal shaft 39 of the coupling head 37 must be screwed into the feed rod in the hollow spindle 2.
The coupling part 11 is inserted into the hollow spindle 2 in such a way that its driver 12 comes to rest in the wedge track 14. After screwing in the threaded ring 13, the coupling part 11 is held in its position. The retaining ring 5 and 4 is placed on the flange 3 of the main quill 1 and fastened with the screws 7. Then the feed mechanism is operated so that the feed rod is extended as far as possible.
When the drill head, the pull rod 29 is extended as far as possible, d. H. the drilling spindle 15 brought to its maximum stroke. Under these conditions, the drill head is guided to the main quill 1, and before their contact surfaces come together, the T-slot nut 34 of the pull rod 29 can be inserted laterally into the T-slot 35 of the stationary part 36. Then the drill head is pressed against the main quill 1 while the stroke of the drill spindle 16 is reduced and is fastened to the retaining ring 5 with the screws 7a.
The claws 10 of the first bevel gear 8 now engage the corresponding teeth of the coupling part 11, and a rotary movement of the hollow spindle 2 is thus transmitted to the drilling spindle 16 via the driver 12, coupling part 11, bevel gears 8 and 17, slide 20, splined shaft 19. A longitudinal movement of the feed rod, which rotates with the hollow spindle 2 running, is also transmitted via the two axial needle bearings 42 of the coupling head 37 to the stationary part 36 and its T-slot 35 and via the T-slot nut 34 of the tie rod 29. This rotates the pinion 27 , which in turn moves the drilling quill 15.
A twist drill, for example, can now be used as a tool 23 in the collet 21. To do this, the cover 40 must be removed. If the two bevel gears 8 and 17 are in direct engagement with one another, as described, and if the drive of the drilling unit does not allow the opposite direction of rotation to the normal direction of rotation of machine tools, then a left-hand cutting special drill must be used. If, on the other hand, the first and second bevel gears 8 and 17 are in engagement with an intermediate gear rotatably mounted in the housing 6, then the hollow spindle 2 and the drilling spindle 16 are again synchronized and normal cutting tools can be used. The screw 22 forms an adjustable stop for the tool 23.
The usual setting on the drilling unit on which it is based now has to be made: stroke of the overdrive of the drill head feed between the working position and rest position, stroke of the drilling quill 15 and its number of revolutions as well as the timing of these movements.