CH659790A5 - Vorrichtung zum positionieren von bohrern. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Positionieren von Bohrern.

Beim Schleifen der Spitzen von Spiralbohrern, insbesondere bei Printerbohrern mit einem kleinen Durchmesser, ist eine sehr genaue Positionierung des Bohrers in seine Schleifstellung sehr wichtig.

Aus der CH-PS 591 927 ist eine Bohrschleifmaschine bekannt, bei welcher die Bohrer vor dem Schleifen optisch positioniert werden. Bei dieser Bohrschleifmaschine ist das Positionieren sehr zeitaufwendig, indem ein Operateur erforderlich ist, der jeden einzelnen Bohrer mit Hilfe eines Bildschirmes positioniert. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum vollautomatischen Positionieren von Bohrern für das anschliessende Beschleifen ihrer Spitze zu schaffen. Die Positionierung soll möglichst genau erfolgen, so dass eine Genauigkeit der Schleifposition von einem Tausendstel-Millimeter erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäss erzielt durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Schleifen der Spitzen von Spiralbohrern mit optischer Positioniereinrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die optische Positioniereinrichtung, wobei der Bohrer im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die optische Positioniereinrichtung, wobei der Bohrer im Querschnitt dargestellt ist, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die optische Positioniereinrichtung, wobei der Bohrer gegenüber Fig. 3 um 90° um seine Längsachse gedreht ist,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die optische Positioniereinrichtung, wobei der Bohrer gegenüber Fig. 4 um 180° um seine Längsachse gedreht ist,

Fig. 6 ein Schieber mit Blende,

Fig. 7 den Spannungsverlauf am Fotoelement der optischen Positioniereinrichtung,

Fig. 8 den Verlauf der verstärkten Fotoelementspannung als Funktion des Drehwinkels des Bohrers,

Fig. 9 einen Querschnitt des Bohrers in der Positionierstation bei minimalem Lichtdurchtritt,

Fig. 10 einen Querschnitt durch den Bohrer in der Positionierstation bei maximalem Lichtdurchtritt,

Fig. 11 einen Querschnitt durch den Bohrer in seiner Schleifstellung,

Fig. 12 einen Längsschnitt durch den Spindelstock mit eingespanntem Bohrer und schematisch dargestellter optischer Positioniereinrichtung,

Fig. 13 einen Schnitt gemäss Linie XIII—XIII der Fig. 11,

Fig. 14 einen Schnitt durch die Teilscheibe,

Fig. 15 einen Schnitt durch die Positionierscheibe, Fig. 16 einen Schnitt durch die Teilscheibe mit dahinter-liegender Positionierscheibe in der Lage beim optischen Positionieren,

Fig. 17 einen Schnitt durch Teilscheibe mit dahinterlie-gender Positionierscheibe in Schleifstellung.

In Fig. 1 ist die gesamte Vorrichtung zum Schleifen von Spiralbohrern dargestellt. Sie umfasst einen Drehtisch 1 mit einem Spindelstock 2 und eine Einspannvorrichtung 3 zur Halterung des Spiralbohrers 4. Im weiteren ist eine Antriebsvorrichtung 5 zum Drehen des Bohrers 4 um seine Längsachse vorgesehen. Im weiteren ist eine Schleifstation 6 mit zwei dreh- und verkippbaren Schleifscheiben 7 und 8 vorgesehen. Mit einer Kulisse 9 ist die Schleifvorrichtung 6 verschiebbar angeordnet. Im weiteren ist eine optische Positioniervorrichtung 10 sowie eine Lade- und Entladestation 11 für die Spiralbohrer vorgesehen. Der Spindelstock 2 (mit einer nicht dargestellten Drehvorrichtung) kann zwischen Schleifstation, optischer Positioniervorrichtung und Lade-und Entladestation 11 verschwenkt werden.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die optische Positioniervorrichtung 10 dargestellt. Sie umfasst eine stabilisierte Lichtquelle 12, einen Kondensor 13 und einen Lichtleiter 14 zur Querschnittsänderung des optischen Strahls 15, einen Schieber 16 zur Einstellung der Breite des durch den Lichtleiter erzeugten Lichtvorhanges, eine optische «Verlängerung» 17, einen Lichtsammler 18, einen Lichtleiter 19 sowie ein Foto2

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element 20. Die Längsachse des Bohrers 4 ist gemäss Fig. 2 parallel zur Zeichenebene.

Die Ebene des Lichtvorhanges 21 verläuft senkrecht zur Längsachse des Bohrers 4.

In den Fig. 3 bis 5 ist der Schnitt durch die optische Positioniervorrichtung um 90° gegenüber dem Schnitt gemäss Fig. 2 verdreht. Gemäss Fig. 3 ist der Bohrer in einer solchen Lage, dass am meisten Licht des Lichtvorhanges abgedeckt wird, d.h. der Lichtvorhang fällt auf den effektiven Durchmesser D des Bohrers. Die beiden seitlichen Einengungen des Bohrers sind mit d und d' bezeichnet. Gemäss Fig. 4 ist der Bohrer um seine Längsachse um 90° gegenüber der Stellung gemäss Fig. 3 verdreht, wobei die Einengung d' oben liegt, d.h. den Lichtvorhang teilweise abdeckt. Gemäss Fig. 5 ist der Bohrer gegenüber der Stellung gemäss Fig. 4 in seiner Längsachse um 180° verdreht, wobei die Einengung d oben liegt und den Lichtvorhang teilweise abdeckt.

Das von der stabilisierten Lichtquelle 12 ausgesandte Licht wird mit dem Kondensor auf den als Querschnittwandler wirkenden Lichtleiter 14 geleitet. Der Querschnittwandler wandelt den kreisrunden Lichteintrittsquerschnitt nach dem Kondensor mittels Lichtleiter in den Lichtvorhang 21 um, der möglichst dünn sein sollte (z. B. 0,05 x 8 mm Lichtvorhangquerschnitt). Die Breite des Lichtvorhanges 21 kann mittels dem Blendenschieber 16 fein reguliert und somit dem zu positionierenden Bohrerdurchmesser angepasst werden. Mit Hilfe der optischen «Verlängerung» 17 wird das optische Abbild senkrecht auf die Längsachse des zu positionierenden Bohrers gerichtet, und zwar so, dass die Lichtstrahlbreite schmäler als der Bohrerdurchmesser D, jedoch breiter als die schmälste Bohrereinengung d' eingestellt wird. Der Bohrer dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit um seine Längsachse, so dass sich die Bohrereinengung d resp. d' über die gesamte Längsachse verschiebt. Befindet sich die dickste Stelle D direkt unter dem Lichtstrahl, so fällt kein Licht mehr auf den senkrecht unter dem Strahl liegenden Lichtsammler 18. Befindet sich jedoch die grösste Einengung d' unter dem Lichtstrahl so fallt ein Maximum an Licht auf den Lichtsammler. Beim genau geschliffenen Bohrer sind die beiden Masse d und d' genau gleich, so dass zwischen den Stellungen gemäss Fig. 4 und Fig. 5 kein Unterschied in der Lichtmenge feststellbar ist. In der Praxis ist jedoch immer ein kleiner Unterschied zwischen d und d' feststellbar, so dass ein Maximum an Lichteinfall dann erreicht ist, wenn der schmälere Teil d' gemäss Fig. 4 sich näher bei der Lichtquelle befindet. Die vier Kanten der beiden Strecken d und d' werden dann von den infolge Streuung nicht ganz parallel verlaufenden Strahlen sozusagen eingebettet, während im Fall gemäss Fig. 5 infolge grösserer Schattenfläche von d mehr Licht zurückgehalten wird. Bei Stellung des Bohrers gemäss Fig. 4, also bei maximalem Lichtdurchlass, ist eine sichere und jederzeit genau reproduzierbare Stellung des Bohrers fixiert. Das gemessene Licht wird nun mittels Lichtleiter 19 auf das Fotoelement 20 geleitet, und zwar so, dass die einzelnen Lichtfasern zwischen dem Lichteingang und dem Lichtaustritt (ca. 2 m) bewusst stark vermischt werden. Auf diese Weise erhält man ein von der Exzentrität des Bohrers gegenüber der Drehachse unabhängiges, über den gesamten Lichtaustrittsquerschnitt verteiltes homogenes Licht.

Bei einer weiteren Ausführungsform können Lichtsammler und Lichtleiter entfallen. Anstelle des Lichtsammlers wird das Fotoelement 20 angebracht. Als Folge davon würde der nicht dargestellte Lichtverstärker in der optischen Positioniervorrichtung nach dem Fotoelement angeordnet.

In Fig. 6 ist der Schieber 16 in Draufsicht dargestellt.

In Fig. 7 ist der Verlauf der Spannung am Fotoelement als Funktion des Drehwinkels des Bohrers dargestellt. Der Winkel 0 entspricht der Position gemäss Fig. 4, der Winkel

901 der Position entsprechend Fig. 3 und der Winkel 180 der Position gemäss Fig. 5.

In Fig. 8 ist der verstärkte Spannungsverlauf am Fotoelement als Funktion des Drehwinkels des Bohrers dargestellt. Die Fotoelementspannung weist bei den beiden Stellungen 0° resp. 360° und 180 ' ein Maximum auf. Bei der Verstärkung der Fotoelementspannung gemäss Fig. 8 entstehen sehr steile Anstiegs- und Abfallflanken. Bei einem festgelegten Betrag h der verstärkten Fotoelementspannung U wird die Zeit t resp. T zwischen der Anstiegs- und der Abfallflanke gemessen. Die ersten beiden Messungen dienen zur Festlegung des grösseren Lichteinfalles, also der genaueren Positionierlage und gleichzeitig zur Ermittlung der grössten Zeitspanne T zwischen Anstieg- und Abfallflanke. Diese Zeitspanne T wird halbiert und zum Zeitpunkt St3 der nächsten steileren Anstiegsflanke dazuaddiert werden, um den Positionierzeitpunkt, d.h. den Stopbefehl für die Weiterdrehung des Bohrers um die Längsachse zu erhalten. Die oben beschriebenen Auswertungen der am Fotoelement gemessenen Spannungen erfolgen durch eine geeignete elektronische Schaltung.

In Fig. 9 ist der Bohrer im Querschnitt in der Position wie in Fig. 3 dargestellt, wobei jedoch zur besseren Erläuterung bereits die Schneidkanten 22 und 23 dargestellt sind. In dieser Position wird bei entsprechender Stellung des Schiebers 6 sämtliches auf den Bohrer fallendes Licht durch denselben abgedeckt.

Die Stellung gemäss Fig. 10 des Bohrers entspricht der Stellung gemäss den Fig. 4 oder 5, wobei seitlich in den Bereichen 24 und 25 Licht neben dem Bohrer hindurch auf den Lichtsammler fallt.

Die Position gemäss Fig. 10 wird durch die optische Positionierung festgelegt. Um den Bohrer in Schleifposition zu bringen, muss derselbe dann noch um den Winkel a gedreht werden.

In Fig. 11 ist der Bohrer in seiner Schleifstellung dargestellt.

In Fig. 12 ist der Spindelstock 2 im Detail dargestellt. In der Halterung 1 ist die Schwenkachse 26 zur Verschwenkung des Spindelstockes in die drei Positionen für Schleifen, optisches Positionieren und Laden-Entladen angeordnet. Die Welle 27, mit welcher der Bohrer um seine Längsachse rotiert wird, ist in zwei Lagern 28 und 29 gelagert. Im weiteren ist eine Riemenscheibe 30 mit einem Riemenantrieb 31 zum Drehen der Welle 27 resp. des Bohrers 4 um die Längsachse vorgesehen. Zwischen den beiden Lagern ist eine Teilscheibe 32 und eine Positionierscheibe 33 vorgesehen, die mit einer Hülse 34 miteinander verbunden werden können. Die Teilscheibe 32 ist immer fest mit der Hülse 34 verbunden, wobei die Positionierscheibe gegenüber der Teilscheibe verdreht und mit einer Schraube 35 an der Hülse arretiert werden kann. Die Positionierscheibe kann zwecks Anpassung an verschiedene Bohrerdicken gegenüber der Teilscheibe verdreht werden. Eine erste und zweite elektromagnetische Kupplung 36 resp. 37 sind fest mit der Welle 27 verbunden. An die erste Kupplung 36 kann die Teilscheibe 32 angekuppelt werden. An die zweite Kupplung 37 kann die Riemenscheibe 30 angekuppelt werden. Im weiteren ist ein Verriegelungskeil 38 vorgesehen, der in entsprechende Einkerbungen in der Teil- resp. Positionierscheibe eingreifen kann.

In Fig. 13 ist ein Schnitt gemäss Linie XIII —XIII der Fig. 12 dargestellt. Der Verriegelungskeil 38 greift in eine Kerbe 39 der Positionierscheibe ein. Zwei Kerben 40 und 41 in der Teilscheibe liegen einander im Winkel von 180 gegenüber. Die Verbindungslinien der Kerbe 39 der Positionierscheibe mit dem Mittelpunkt der Scheibe sowie derjenige der Kerbe 40 der Teilscheibe mit dem Mittelpunkt der Scheibe schliessen einen Winkel a miteinander ein. Die zukünftigen

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Schneidkanten 22 und 23 sind senkrecht zur Verbindungslinie der Kerben 41 und 40 in der Teilscheibe angeordnet.

In Fig. 14 ist die Teilscheibe mit den Einkerbungen 40 und 41 sowie einer Ausnehmung 42 in der optischen Positionierstellung dargestellt.

In Fig. 15 ist die Positionierscheibe mit der Kerbe 39 sowie zwei Ausnehmungen 43 und 44 in der Positionierstellung dargestellt. Im weiteren ist eine Bohrung 45 zur Aufnahme der Arretierschraube 35 vorgesehen. Die Ausnehmungen 42, 43 und 44 kommen jeweils neben die Einkerbungen der andern Scheibe zu liegen, so dass der Verriegelungskeil 38 in die Einkerbungen eingreifen kann, da die Teil- und Positionierscheibe dicht nebeneinander liegen.

Bei der Positionierung des Bohrers 4 in der optischen Positioniereinrichtung 10 greift der Verriegelungskeil 38 in die Kerbe 39 der Positionierscheibe ein. Über die Kupplung 37 ist die Riemenscheibe 30 mit der Welle 27 verbunden. Der Bohrer wird in der optischen Positionierstation gedreht. Die erste Kupplung 36 ist mit der Teilscheibe 32 ausgekuppelt, so dass die miteinander starr verbundene Teil- und Positionierscheibe in einer festen Position verbleiben. Wenn der Bohrer 4 die optimale Position wie gemäss Fig. 4 beschrieben, eingenommen hat, so erfolgt eine Entkuppelung der zweiten Kupplung 37 mit der Riemenscheibe 30. Der Bohrer wird in der optisch maximal bestimmten Lage gehalten. Diese Position ist jedoch noch nicht die Schleifposition, vielmehr kann nun durch den vorher eingestellten Winkel a zwischen der Kerbe 39 der Positionierscheibe 33 sowie der Kerbe 40 der Teilscheibe 32 die Schleifposition eingestellt werden. Wie bereits oben erwähnt, wird der Winkel a der jeweiligen Bohrerdicke entsprechend eingestellt, wobei jeweils grosse Serien mit gleichem Durchmesser positioniert und geschliffen werden, so dass die Einstellung zwischen Positionier- und Teilscheibe nicht oft vorgenommen werden muss. Wenn sich der Bohrer 4 in der optimalen Position gemäss der optischen Positioniereinrichtung 10 befindet, wird die erste Kupplung 36 mit der Teilscheibe 32 eingekuppelt und der Verriegelungskeil 38 geöffnet. Die zweite Kupplung 37 wird mit der Riemenscheibe 30 eingekuppelt und die Teil- und Positionierscheiben um den Winkel a verdreht, bis der Verriegelungskeil 38 in die Kerbe 40 der Teilscheibe einrastet. Nun ist der Bohrer 4 in der ersten Schleifposition. Durch Drehen um 180° der Welle 27 kann der Bohrer in die zweite Schleifposition gebracht werden, wobei dann die Kerbe 41 der Teilscheibe 32 durch den Verriegelungskeil 38 verriegelt und der Bohrer in der Schleifposition festgehalten wird.

Es wäre auch möglich, anstelle von gegeneinander verdrehbaren Teil- und Positionierscheiben eine drehbare Optik vorzusehen, um den Winkel zwischen optimaler optischer Positionierung und Schleifposition einstellen zu können.

In Fig. 16 sind Teil- und Positionierscheiben in der Lage der optischen Positionierung in Fig. 17 in der ersten Schleifposition dargestellt.

Mit der beschriebenen Positioniervorrichtung ist es möglich, den Bohrer so genau zu positionieren, dass ein Schleifen auf einen Tausendstel-Millimeter genau möglich ist.

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6 Blatt Zeichnungen

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659 790 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Positionieren von Bohrern, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrer (4) quer zu seiner Längsachse von einem Lichtbündel (15) bestrahlt wird, wobei der Bohrer um seine Längsachse gedreht wird, bis dass die vom Bohrerquerschnitt nicht abgedeckte, auf ein lichtempfindliches Element (20) fallende Lichtmenge maximal ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Stellung des Bohrers (4) bei vom lichtempfindlichen Element (20) registrierter maximaler Lichtmenge von einer elektronischen Auswertvorrichtung ein Signal an eine mechanische Prellvorrichtung (5) zur Drehung des Bohrers um seine Längsachse abgegeben wird, um die Drehbewegung des Bohrers in dieser Stellung zu blockieren, worauf der Bohrer noch um einen von der optischen Positionierung einstellbaren Winkel in seine Schleifstellung gedreht wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (12), erste optische Elemente (13,14) zur Formung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes zu einem Lichtbündel, ein lichtempfindliches Element (20) zur Registrierung der Lichtmenge des unterbrochenen Lichtbündels sowie ein mechanisches Positioniermittel.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten optischen Elemente einen Kondensor (13) sowie Lichtleiter (14) umfassen.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites optisches Element (18) zum Sammeln des Lichtes des zumindest teilweise unterbrochenen Lichtbündels vorgesehen ist, und zwischen dem zweiten optischen Element (18) und dem lichtempfindlichen Element (20) ein Lichtleiter (19) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Positioniermittel eine Welle mit einer Einspannvorrichtung (3) zur Drehung des Bohrers (4) um seine Längsachse sowie Antriebsmittel (5) zur Drehung der Welle umfasst.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle eine Teil- sowie eine Positionierscheibe (32, 33) und Mittel (34) zum starren Verbinden der beiden Scheiben vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch erste und zweite auf der Welle vorgesehene Kupplungselemente (36, 37) zum drehfesten Verbinden der Antriebsmittel sowie der Positionier- und Teilscheibe (32, 33) mit der Welle.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Verriegelungselement zum Arretieren der Positionier- und Teilscheibe (32,33).