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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Aufspanntisch zum Aufspannen von Werkstücken zwecks Bearbeitung durch
Werkzeugmaschinen, insbesondere durch Bohrwerke oder Bohrmaschinen, mit
einem Gestell und einer um mindestens eine Drehachse schwenkbaren
Aufspannplatte.
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Seit alters her bereitet das Bohren
in Werkstücke,
deren Oberfläche
nicht senkrecht zu der Bohrerachse orientiert ist, erhebliche Schwierigkeiten. Der
Grund hierfür
ist in der Schneidgeometrie der eingesetzten Spiralbohrer zu finden.
Diese läßt beim Anschnitt
lediglich eine geringe Abweichung der Oberflächennormalen des Werkstücks von
der Bohrerachse zu. Wird eine jeweilige Grenzabweichung überschritten,
so können
die Schneiden des Bohrers trotz einer Ankörnung keinen Span vom Werkstück greifen.
Der Bohrer beginnt zu tänzeln
und läuft
bei einsetzendem Vorschub rasch Gefahr abzubrechen.
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Trotz dieser ungelösten technologischen Schwierigkeit
besteht in Industrie und Handwerk ein ungebrochener Bedarf an Vorrichtungen,
die das Bohren in eine nicht senkrecht zur Bohrerachse stehenden
Werkstückoberfläche ermöglichen.
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Wenngleich eine rege Entwicklungstätigkeit bereits
viele patentierte Lösungsansätze hervorgebracht
hat, wurde das grundlegende Problem bisher nicht gelöst.
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Beispielsweise ist aus der
DE 44 17 388 ein um eine
Achse kippbarer Aufspanntisch bekannt, auf dem das zu bearbeitende
Werkstück
aufgespannt wird. Der Tisch wird zusammen mit dem Werkstück gekippt,
so daß eine
Bohrung abweichend von der Normalen der Werkstückoberfläche eingebracht werden kann.
Zwar hält
diese Vorrichtung das Werkstück beim
Bohren sicher in der gewünschten
Winkellage, eine Lösung
für das
problematische Anschneiden wird jedoch nicht bereitgestellt. Vergleichbare
Vorrichtungen mit demselben Mangel werden auch in
US 395 943 ,
US 3 382 740 und
US 3 782 847 offenbart.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren
Hilfe beschriebene Bohrvorgänge
ohne die bekannten Schwierigkeiten ausgeführt werden können.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung
eingangs genannter Gattung mit einem Getriebe, welches die Vorschubbewegung
des Werkzeugs in eine Schwenkbewegung des Aufspanntisches um mindestens
eine seiner Drehachsen umsetzt.
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Das Getriebe erfüllt die Funktion, den Aufspanntisch
während
des Vorschubs zu schwenken, bis die gewünschte Winkellage des Werkstücks erreicht
ist. Es definiert somit eine Bewegungsfunktion zwischen dem Vorschubweg
und der Winkellage des Aufspanntisches. Die Bewegungsfunktion des
Getriebes sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß der Anschnitt
bei rechtwinkliger Lage der Werkstückoberfläche erfolgt.
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Der erfindungsgemäße Aufspanntisch überrascht
mit einer eleganten Umgehung des geschilderten Problems. Er gestattet
es erstmals, die Richtung einer Bohrachse im Werkstück beliebig
zu wählen
und dennoch die Werkstückoberfläche stets „senkrecht", also unter idealen
Bedingungen anzubohren.
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Zur Realisierung der Erfindung sind
grundsätzlich
alle gängigen
Getriebearten wie mechanische Räder-,
Kurven oder Gelenkgetriebe, elektrische Getriebe oder Fluidgetriebe
geeignet.
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In der Praxis genügt es häufig, die Beweglichkeit der
Aufspannplatte auf eine Drehachse zu beschränken. Hierdurch wird die Bewegungsfunktion zweidimensional,
so daß auch
das Getriebe im allgemeinen weniger komplex aufgebaut werden muß. Für diesen
Fall schlägt
Unteranspruch 2 ein ebenes Gelenkgetriebe zur Lösung der Übertragungsaufgabe vor. Diese
Getriebe können
im allgemeinen recht einfach und zuverlässig aufgebaut werden und erlauben
dennoch hinsichtlich Ihrer Übertragungsfunktion einen
ausreichenden Gestaltungsspielraum.
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Als besonders einfaches und zugleich
wirkungsvolles Getriebe hat sich ein viergliedriges Kurbelgetriebe
nach Art einer Parallelkurbel erwiesen. Bei dieser Anordnung nach
Unteranspruch 3 liegt die Aufspannplatte in der Gliedebene einer
Kurbel, die Gestellgelenke werden auf der Vorschubachse der Werkzeugmaschine
angeordnet, der Antrieb erfolgt auf die Koppel. Dieses Getriebe überzeugt
durch seinen einfachen und robusten Aufbau, der einen störungsfreien
und wartungsarmen Betrieb gewährleistet.
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Der Antrieb der Koppel erfolgt nach
Unteranspruch 4 vorzugsweise mit Hilfe eines Übertragungselementes, welches
beim Antrieb der Koppel von einem beim Vorschub bewegten Element
der Werkzeugmaschine mitgenommen wird. Solche Elemente sind bei üblichen
Werkzeugmaschinen meist vorhanden, so daß die Werkzeugmaschine für den Einsatz des
Aufspanntisches im allgemeinen nicht umgerüstet werden muß.
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Ein für diesen Zweck besonders geeignetes Element
ist der Spindelblock, der vor allem an Bohrmaschinen oder Bohrwerken
anzutreffen ist.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung nach
Unteranspruch 6 besteht darin, mindestens eine Drehachse des Aufspanntisches
mit mindestens einem einstellbaren Anschlag zu versehen, welcher den
Schwenkwinkel der Aufspannplatte um diese Drehachse begrenzt.
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Auf diese Weise können zum einen unkontrollierte
Schwenkbewegungen der Aufspannplatte vermieden und in der Übertragungsfunktion
Rastbereiche hoher Güte
erzielt werden.
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Eine besondere Praxistauglichkeit
erhält
der Aufspanntisch wenn das Gestell mit Befestigungseinrichtungen
versehen ist, mit denen es an einem weiteren Aufspanntisch befestigt
werden kann. Hierdurch wird es möglich,
die Vorrichtung bei Bedarf an einem konventionellen Aufspanntisch
zu befestigen. Die Rüstzeit
wird auf diese Weise erheblich verkürzt.
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Entscheidend für die Durchführbarkeit
eines Bohrvorgangs mit dem schwenkenden Aufspanntisch ist die Umsetzung
der Übertragungsfunktion. Anstelle
eines Getriebes kann dies auch ein gesteuerter Antrieb für den Aufspanntisch
nach Anspruch 8 leisten. Vorteil dieser Alternative ist, daß die Übertragungsfunktion
in einem Mikroprozessor abgelegt werden kann, wodurch diese eine
größtmögliche Flexibilität erhält. Nachteil
dieser Anordnung ist ihr komplizierter und kostenintensiver Aufbau
und der zusätzliche
Energiebedarf des Antriebs.
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Ein mögliches Ausführungsbeispiel
der Erfindung soll nun anhand der Figurenzeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
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1.1:
Senkrechter Anschnitt des Werkstückes;
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1.2:
geschwenktes Werkstück;
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1.3:
Fortschreiten der Bohrung;
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1.4:
Werkstück
mit fertiger Bohrung;
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2:
Beispiel einer Übertragungsfunktion;
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3.1:
Kinematisches Schema des Aufspanntisches mit Parallelkurbel in Ausgangslage;
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3.2:
Kinematisches Schema des Aufspanntisches mit Parallelkurbel in Endlage;
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4:
Aufspanntisch mit Übertragungselement
und Werkstück;
Bohrspindel mit Spindelblock;
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In den 1.1 bis 1.4 ist das Prinzip des Bohrens
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Zur Vereinfachung der Zeichnungen wird ein Bohrvorgang gezeigt,
bei dem das Werkstück
lediglich um eine Drehachse geschwenkt wird. Der Anschnitt erfolgt
in 1.1 senkrecht zur
Werkstückoberfläche. Nach
einem geringen Fortschritt des Bohrers im Werkstück wird dieses, wie in 1.2 gezeigt, in den gewünschten
Winkel geschwenkt. Da die Schwenkbewegung von dem Vorschubantrieb ausgeführt wird,
dringt der Bohrer während
des Schwenkens weiter in das Werkstück vor. Ist der Schwenkwinkel
errecht, wird dieser während
des weiteren Fortschreitens des Bohrers, wie in 1.3 gezeigt, beibehalten. 1.4 zeigt das fertige Werkstück mit Bohrung.
Zu erkennen ist, daß es
im Anschnittsbereich der Bohrung zu einer Durchmessererweiterung
der Mundöffnung, ähnlich einer
Senkung, kommt. Diese entsteht durch das Schwenken des Werkstück relativ
zum Bohrer. Dieser prinzipbedingte Effekt fällt bei Werkstücken geringer
Stärke, wie
Flachstahlerzeugnissen, in einem vertretbaren Maß aus.
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2 zeigt
eine mögliche Übertragungsfunktion
eines Getriebes, welches zum Schwenken der Aufspannplatte verwendet
werden kann. In dem Diagramm ist der Schwenkwinkel φ über dem
Vorschubweg s des Bohrers aufgetragen. Am Anfang weist die Übertragungsfunktion
einen Rastbereich auf, in dem der Bohrer in das Werkstück eindringt. Danach
wird das Werkstück
geschwenkt. Ist der gewünschte
Winkel erreicht, so beginnt wieder ein Rastbereich, der bis zur
Fertigstellung der Bohrung nicht mehr verlassen wird.
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Die 3.1 und 3.2 zeigen das kinematische Schema
des Aufspanntisches mit einem Parallelkurbelgetriebe. Das Parallelkurbelgetriebe
besteht aus vier Gliedern und vier Drehgelenken. Das erste Glied ist
das Gestell 1. Es ist unbewegt. In ihm sind zwei gestellfeste
Gelenke 2, 3, angeordnet. In den Gestellgelenken 2, 3,
ist je eine Kurbel 4, 5 drehbar gelagert. In der
Gliedebene der Kurbel 5 liegt eine Aufspannplatte 6.
Dies bedeutet, daß die
Kurbel 5 und die Aufspannplatte 6 als ein Glied
des Getriebes aufgefaßt werden
können.
Eine Koppel 7 verbindet beide Kurbeln 4, 5 über Koppelgelenke 8, 9.
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In der, in 3.1 gezeigten Ausgangslage des Getriebes,
steht die Achse der Aufspannplatte senkrecht auf der Gestellachse,
welche die Gestellgelenke 2, 3, verbindet. Die
als Koppelachse bezeichnete Verbindung der Koppelgelenke 8, 9 ist
parallel zur Gestellachse ausgerichtet.
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In 3.2 wurde
die Koppel 7 um einen Betrag Δs nach unten bewegt. Aufgrund
der einem Parallelkurbelgetriebe innewohnenden besonderen Kinematik,
bleibt die Koppelachse stets parallel zu der Gestellachse. Sie erfährt lediglich
eine horizontalen Versatz Δy.
Die Aufspannplatte 6 schwenkt während des Vorschubs um den
Winkel Δφ aus. Auf
diese Weise setzt das Parallelkurbelgetriebe die Übertragungsfunktion
um, die den Vorschubweg Δs
auf den Schwenkwinkel Δφ abbildet.
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4 ist
zu entnehmen, wie ein erfindungsgemäßer Aufspanntisch 0 mit
einer üblichen
Säulen oder
Tischbohrmaschine 10 zusammenwirkt. Die Bohrmaschine 10 verfügt über eine
Spindel 11, an der ein Bohrfutter 12 befestigt
ist. In das Bohrfutter 12 wird ein Bohrer 13 eingespannt.
Die Spindel 11 läuft in
einem Spindelblock 14, welcher nicht rotiert, jedoch bei
geschaltetem Vorschubantrieb zusammen mit der Spindel 11 hinab
bewegt wird. Der Spindelblock 14 erfüllt gewöhnlicherweise die Funktion,
einen nicht dargestellten Vorschubmeßstab zu bewegen, anhand dessen
der Maschinenbediener die Bohrtiefe überwacht und/oder begrenzt.
Der Vorschub kann auch manuell erfolgen. In diesem Fall wird der
Spindelblock 14 nicht mitbewegt.
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An der Koppel 7 des Aufspanntisches 0 ist ein Übertragungselement 15 angebracht,
an dessen Oberseite, in Nähe
des Spindelblockes 14, sich eine Gleitfläche 16 befindet.
Ferner ist der Aufspanntisch 0 mit einem Anschlag 17 ausgestattet,
mit dem der maximale Schwenkwinkel eingestellt werden kann.
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Zum Bohren werden zunächst Aufspanntisch 0 und
Spindel 11 so zueinander ausgerichtet, daß die Bohrachse
mit der Gestellachse des Aufspanntisches 0 zusammenfällt. Der
schwenkende Aufspanntisch 0 wird mittels Befestigungs einrichtungen 19 auf dem
herkömmlichen
Aufspanntisch 20 der Bohrmaschine 10 befestigt.
Ein zu bearbeitendes Werkstück 18 wird
auf der Aufspannplatte 6 aufgespannt. Die Oberfläche des
Werkstücks 18 und
die Aufspannplatte 6 stehen zunächst senkrecht zu der Bohrachse.
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Die Spindel 11 wird in Rotation
versetzt und der Vorschub gestartet. Der Bohrer 13 trifft
senkrecht auf das Werkstück 18,
schneidet es an und dringt ein wenig in das Material vor. Der Spindelblock 14 bewegt
sich währenddessen
in Richtung der Gleitfläche 16.
Sobald der Spindelblock 14 mit der Gleitfläche 16 in
Kontakt tritt, wird die Vorschubkraft der Spindel 11 über den
Spindelblock 14 und das Übertragungselement 15 auf
die Koppel 7 übertragen.
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Die Koppel 7 bewegt sich
nun zusammen mit der Spindel 11 in Vorschubrichtung. Dabei
wird die Aufspannplatte 6 zusammen mit dem Werkstück 18 um
das Gestellgelenk 2 herumgeschwenkt. Wie oben erwähnt, erfährt die
Koppel 7 bei dieser Bewegung einen horizontalen Versatz Δy. Um diesen
Betrag gleitet daher das Gleitelement 16 an dem Spindelblock 14 entlang.
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Der Schwenkwinkel wird durch den
Anschlag 17 begrenzt. Sobald die Aufspannplatte 6 anschlägt, ist
das Getriebe blockiert. Um Beschädigungen
an Werkzeug und Werkstück 18 zu
verhindern, muß der Vorschubantrieb
nun abgeschaltet werden. Der weitere Vortrieb des Bohrers müsste nun
manuell erfolgen, da in dieser Betriebsart der Spindelblock 14 nicht
weiter mit bewegt wird. In der dargestellten Zeichnung ist dies
aber nicht notwendig, da der Bohrer 13 das Werkstück 18 bereits
durchdrungen hat. Damit die Aufspannplatte 6 hierdurch
nicht beschädigt
wird, ist sie in ihrem gefährdeten
Bereich mit einem Loch versehen, durch welches der Bohrer 13 ins Freie
tritt.