DE102004009513A1

DE102004009513A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Tiefbohren von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen

Info

Publication number: DE102004009513A1
Application number: DE200410009513
Authority: DE
Inventors: Norbert HESSBRÜGGEN
Original assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: DE102004009513B4; WO2005082572A1

Abstract

Die Tiefbohreinrichtung umfaßt ein Maschinenbett (1), auf dem ein erster Schlitten (9) in Längsrichtung des Maschinenbettes und ein zweiter Schlitten (12) senkrecht zur Verschieberichtung des ersten Schlittens (9) verschiebbar in diesem geführt ist. Innerhalb des zweiten Schlittens (12) ist ein Werkstückträger (13) senkrecht zu den beiden Verschieberichtungen der Schlitten verschiebbar geführt, der an seiner Unterseite einen Spindelstock (16) und einen Reitstock (17) zur Aufnahme einer Kurbelwelle (19) aufweist. Unterhalb des Werkstückes ist mittels eines als kurbelartige Schwinge ausgebildeten Werkzeugträgers (21) ein Werkzeug (27) gehalten, welches zur Ausführung von Bohrungen in die verschiedenen Schwenklagen, entsprechend dem Doppelpfeil (30), verschwenkbar gehalten ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Tiefbohren von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen, bei denen Bohrungen an unterschiedlichen Positionen und/oder unterschiedlichen Winkeln zu einer Werkstücklängsachse einbringbar sind und bei dem alle Relativverschiebungen von Werkzeug und Werkstück zum gegenseitigen Positionieren von Werkzeug und Werkstück sowie zum Tiefbohren durchführbar sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Tiefbohreinrichtung zum Bohren von Bohrungen in Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen, bei der Bohrungen an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlichen Winkeln zu einer Werkstücklängsachse einbringbar sind, mit Einrichtungen mit denen alle Relativverschiebungen von Werkzeug und Werkstück zum gegenseitigen Positionieren von Werkzeug und Werkstück und zum Tiefbohren durchführbar sind, sowie mit einem Maschinenbett zur Aufnahme der Einrichtungen.

Eine Tiefbohreinrichtung der genannten Art und ein hiervon ableitbares Verfahren zum Tiefbohren ist aus der EP 1 204 504 B1 bekannt.

Die unterschiedlichen Positionierungen, das heißt die unterschiedlichen Neigungswinkel der Bohrungen zur Werkstücklängsachse werden durch Verschwenken der Werkstückhaltevorrichtung erzeugt. Daraus resultieren zum Teil sehr lange Wege für den Kraftfluß, das heißt es treten hohe Biegemomente auf, besonders dann, wenn sich die Bohrungen an den Enden der Kurbelwellen befinden. Dies wirkt sich nachteilig auf die Steifheit der Maschine aus und zwar insofern, als in der Praxis daher häufig nicht mit den theoretisch möglichen maximalen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Außerdem fehlt eine automatische Werkstückzuführung.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Tiefbohren und eine Tiefbohreinrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Maschinensteifigkeit und damit die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden kann. Weiterhin soll eine automatische Werkstückzuführung durchführbar sein.

Die erste Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkstück um seine Längsachse drehbar und in kreuzweise zueinander stehenden Richtungen sowie in einer senkrecht zu den beiden Richtungen stehenden Richtung verschiebbar gehalten wird, dass das Werkzeug in einer parallel zur Werkstücklängsachse liegenden Ebene schwenkbar gehalten wird, dass zur gegenseitigen Positionierung von Werkzeug und Werkstück das Werkzeug entsprechend der geforderten räumlichen Lage der Bohrung in die entsprechende Schwenkposition gebracht und das Werkstück bis zum Erreichen der gewünschten Position in mindestens eine der angegebenen Verschieberichtungen und gegebenenfalls in Drehrichtung um die Werkstücklängsachse bewegt wird und dass zum Ausführen einer Bohrung eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in mindestens einer von allen drei jeweils senkrecht zueinander stehenden möglichen Bewegungsrichtungen und/oder in Vorschubrichtung des Werkzeuges erfolgt.

Durch diese Verfahrensmaßnahmen wird erreicht, dass außer in Umfangsrichtung, keine Biege- oder Kippmomente am Werkstück auftreten, die die Halterungen für das Werkstück und damit die Maschinensteifigkeit beeinträchtigen könnten. In Umfangsrichtung kann für den Fall, dass die Bohrung nicht durch die Längsachse des Werkstückes hindurchführt ein Umfangsmoment entstehen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Werkstück oberhalb des Werkzeuges bearbeitet wird. Der dabei eintretende freie Spänefall hat den Vorteil, dass beim Werkstück keine thermischen Probleme durch im Werkstück verbleibende glühende Späne entstehen.

Eine spezielle Ausführungsvariante besteht darin, dass das Werkzeug in der Ausgangslage des Positionierungsvorganges in vertikaler Richtung unterhalb des hängend gehaltenen Werkstückes gehalten wird. Hierdurch ergibt sich die günstigste Späneabfuhr.

Zur Lösung der zweiten Aufgabe ist vorgesehen, dass zur Abgabe eines bearbeiteten Werkstückes dieses außerhalb des Arbeitsbereiches zum Tiefbohren in eine Werkstückwechselposition verfahren wird, wo ein zu bearbeitendes Werkstück aufgenommen wird.

Eine Tiefbohreinrichtung zum Bohren von Bohrungen in Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstückträger umfassend einen Spindelstock, einen Reitstock und/oder eine Lünette mittels zweier senkrecht zueinander bewegbarer Schlitten an einem Maschinenbett verfahrbar sowie senkrecht zu den beiden Bewegungsebenen der Schlitten verschiebbar gelagert ist und dass ein Werkzeugträger um eine senkrecht zur Werkstücklängsachse verlaufende Achse schwenkbar gelagert ist. Diese Tiefbohreinrichtung eignet sich zur Durchführung des weiter oben erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens und weist die im Verbindung mit dem Verfahren erläuterten Vorteile auf.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Werkzeugträger als eine kurbelartige Schwinge ausgebildet und im Maschinenbett um eine senkrecht zur Werkstücklängsachse stehende Achse schwenkbar gelagert ist. Hierdurch kann das Werkstück nicht nur eine schwingende Bewegung wie bei einer Lagerung um eine senkrecht zur Werkzeuglängsachse stehende Achse ausführen, sondern auch eine schwingende Bewegung mit entsprechendem Versatz ausführen.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Schlitten auf horizontalen Bahnen verfahrbar sind, dass der erste Schlitten in Richtung der Werkstücklängsachse und in Längsrichtung des ihn tragenden Maschinenbettes verfahrbar ist, dass der zweite Schlitten auf dem ersten Schlitten senkrecht zu dessen Verfahrrichtung verfahrbar ist, dass der Werkstückträger senkrecht zu den beiden Verfahrebenen der Schlitten im zweiten Schlitten verschiebbar geführt ist und dass die Werkzeuglängsachse parallel zur Werkstückträgerverschieberichtung verläuft. Diese Ausgestaltung ist hinsichtlich der möglichen Varianten eine besonders einfache konstruktive Lösung, da Führungsbahnen und Verschieberichtungen in den üblichen kartesischen Koordinaten verlaufen.

Für bestimmte Bearbeitungsvorgänge ist es vorteilhaft, wenn das Werkzeug in Vorschubrichtung verschiebbar im Werkzeugträger gehalten ist.

Zur Lösung der zweiten Aufgabe ist eine Weiterbildung vorgesehen, die darin besteht, dass im Bereich des Fahrweges des ersten in Längsrichtung des Maschinenbettes verfahrbaren Schlittens unterhalb desselben eine Werkstückwechselstation eingerichtet ist. Der Schlitten kann also mit dem Werkstückträger außerhalb des Arbeitsbereiches für das Tiefbohren verfahren werden, wo ein Werkstückwechsel durchgeführt werden kann, was insbesondere dann besonders vorteilhaft abläuft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Spindelstock mit einem Spannfutter zur Abgabe und Aufnahme eines bearbeiteten und eines zu bearbeitenden Werkstückes ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine Tiefbohreinrichtung; und

2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach 1.

Auf einem im wesentlichen nach oben offenen kastenförmigen, jedoch unten weitgehend offenen Maschinenbettes 1, bei welchem die beiden Schenkel 2 und 3 durch eine massive Quertraverse 4 im unteren Bereich und durch Stirnwände 5 und 6 miteinander verbunden sind, sind auf den oberen Stirnflächen der Längsschenkel 2 und 3 Führungsschienen 7 und 8 zur Bildung einer Längsführung für einen Schlitten 9 angeordnet. Innerhalb des Schlittens 9 sind senkrecht zu den Führungsschienen 7 und 8 weitere Führungsschienen 10 und 11 vorgesehen, auf denen ein zweiter Schlitten 12 senkrecht zur Verfahrrichtung des ersten Schlittens 9 verschiebbar geführt ist. Der erste Schlitten 9 ist somit in Richtung des Doppelpfeiles 8a und der zweite Schlitten 12 ist in Richtung des Doppelpfeiles 10a verfahrbar.
Innerhalb des zweiten Schlittens 12 ist ein Werkstückträger 13 senkrecht zu den Verfahrrichtungen der Schlitten 9 und 12 an Führungen 14 und 15 in Richtung des Doppelpfeiles 13a verschiebbar geführt, die senkrecht zur Werkstücklängsachse 20 steht. Der Werkstückträger 13 weist an seiner Unterseite einen Spindelstock 16, einen Reitstock 17 und eine Lünette 18 auf, um ein zu bearbeitendes Werkstück, im vorliegenden Falle eine Kurbelwelle 19, zu halten und um ihre Längsachse 20 zu drehen.
In den beiden seitlichen Schenkeln 2 und 3 ist eine kurbelartige Schwinge 21 in Lagern 22 und 23 mit ihren Zapfen 24 und 25 um eine Schwenkachse 24,5 schwenkbar aufgenommen, die in ihrem mittleren auskragenden Teil ein insgesamt mit 27 bezeichnetes Werkzeug trägt, das einen Antriebsmotor 28 und einen Bohrer 29 umfaßt. Diese als Werkzeugträger dienende Schwinge 21 ist in Richtung des Doppelpfeiles 30 verschwenkbar. Ein Stellmotor 31 bringt dabei diesen Werkzeugträger in die gewünschte Position zur Durchführung einer Bohrung in der Kurbelwelle.
In den Seitenwänden 2 und 3 sind Öffnungen 32 ausgebildet, durch die eine Transportvorrichtung 33 zur Aufnahme von Kurbelwellen hindurchgeführt ist, wobei mit dieser Transportvorrichtung sowohl die bereits bearbeiteten als auch die noch zu bearbeitenden Kurbelwellen transportiert werden. Wie ohne weiteres aus 1 ersichtlich, kann der Schlitten 9 mit dem Werkstückträger 13 in eine Position oberhalb dieser Transportvorrichtung 33 verfahren werden, so dass die bereits bearbeitete Kurbelwelle abgelegt und eine noch zu bearbeitende Kurbelwelle aufgenommen werden kann. Der Spindelstock ist zu diesem Zweck mit einem entsprechenden Spannfutter ausgerüstet, um diesen Wechselvorgang durchführen zu können.

Claims

Verfahren zum Tiefbohren von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen, bei denen Bohrungen an unterschiedlichen Positionen und/oder unterschiedlichen Winkeln zu einer Werkstücklängsachse einbringbar sind und bei dem alle Relativverschiebungen von Werkzeug und Werkstück zum gegenseitigen Positionieren von Werkzeug und Werkstück sowie zum Tiefbohren durchführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück um seine Längsachse drehbar und in kreuzweise zueinanderstehenden Richtungen sowie in einer senkrecht zu diesen beiden Richtungen stehenden Richtung verschiebbar gehalten wird, dass das Werkzeug in einer parallel zur Werkstücklängsachse liegenden Ebene schwenkbar gehalten wird, dass zur Positionierung von Werkzeug und Werkstück das Werkzeug entsprechend der geforderten räumlichen Lage der Bohrung in die entsprechende Schwenkposition gebracht und das Werkstück bis zum Erreichen der gewünschten Position in mindestens eine der angegebenen Verschieberichtungen und gegebenenfalls in Drehrichtung um die Werkstücklängsachse bewegt wird und dass eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in mindestens einer von allen drei jeweils senkrecht zueinander stehenden möglichen Bewegungsrichtungen und/oder in Vorschubrichtung des Werkzeuges erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück oberhalb des Werkzeugs bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug in der Ausgangslage des Positioniervorganges in vertikaler Richtung unterhalb des hängend gehaltenen Werkstückes gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abgabe eines bearbeiteten Werkstückes dieses außerhalb des Arbeitsbereiches zum Tiefbohren in eine Werkstückwechselposition verfahren wird, wo ein zu bearbeitendes Werkstück aufgenommen wird.
Tiefbohreinrichtung zum Bohren von Bohrungen in Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen (19), bei der Bohrungen an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlichen Winkeln zu einer Werkstücklängsachse (22) einbringbar sind, mit Einrichtungen (9, 12, 13, 16, 21) mit denen alle Relativverschiebungen von Werkzeug (27) und Werkstück (19) zum gegenseitigen Positionieren von Werkzeug und Werkstück und zum Tiefbohren durchführbar sind, sowie mit einem Maschinenbett (1) zur Aufnahme der Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstückträger (13) umfassend einen Spindelstock (16), einen Reitstock (17) und/oder eine Lünette (18) mittels zweier senkrecht zueinander bewegbarer Schlitten (9, 12) an einem Maschinenbett (1) verfahrbar sowie senkrecht zu den beiden Bewegungsebenen der Schlitten (9, 12) verschiebbar gelagert ist und dass ein Werkzeugträger (21) um eine senkrecht zur Werkstücklängsachse verlaufende Achse schwenkbar gelagert ist.
Tiefbohreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (21) als eine kurbelartige Schwinge ausgeführt und im Maschinenbett (1) um eine senkrecht zur Werkstücklängsachse (20) stehende Achse (24, 5) schwenkbar gelagert ist.
Tiefbohreinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schlitten (9, 12) auf horizontalen Bahnen (7, 8; 10, 11) verfahrbar sind, dass der erste Schlitten (9) in Richtung der Werkstücklängsachse (20) und in Längsrichtung des ihn tragenden Maschinenbettes (1) verfahrbar ist, dass der zweite Schlitten (12) auf dem ersten Schlitten (9) senkrecht zu dessen Verfahrrichtung verfahrbar ist, dass der Werkstückträger (13) senkrecht zu den beiden Verfahrebenen der Schlitten (9, 12) im zweiten Schlitten (12) verschiebbar geführt ist und dass die Werkzeuglängsachse parallel zur Werkstückträgerverschieberichtung verläuft.
Tiefbohreinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (27) in Vorschubrichtung verschiebbar im Werkzeugträger (21) gehalten ist.
Tiefbohreinrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Fahrweges des ersten in Längsrichtung des Maschinenbettes (1) verfahrbaren Schlittens (9) unterhalb desselben eine Werkstückwechselstation (33) eingerichtet ist.
Tiefbohreinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelstock (16) mit einem Spannfutter zur Abgabe und Aufnahme eines bearbeiteten und eines zu bearbeitenden Werkstückes (19) ausgebildet ist.