DE1295981B - Feinbohreinheit - Google Patents

Description

1 ²

Die Erfindung betrifft eine Feinbohreinheit mit in gründe, bei einer Feinbohreinheit der oben geschileiner Führungsbohrung des Gehäuses der Einheit derten Art die genaue Pinolenführung derart zu verdurch einen kolbenartigen Führungsteil axial ver- bessern, daß das Bohrwerkzeug sehr ruhig arbeitet schiebbar geführten Phiole, in deren werkzeugseiti- und eine ausgezeichnete Oberflächengüte der herzugem Endteil, der einen kleineren Durchmesser hat 5 stellenden Bohrung sowie erne lange Standzeit des als der kolbenartige Führungsteil der Pinole, die dreh- Werkzeuges erhalten werden kann,
angetriebene Werkzeugspindel spielfrei und axial un- Die erfindungsgemäße Feinbohreinheit ist im

verschiebbar gelagert ist. wesentlichen dadurch gkennzeichnet, daß der ein

Von neuen Feinbohrmaschinen oder -einheiten ver- regelmäßiges Polygonprofil aufweisende Führungsteil langt man heute höchste geometrische Genauigkeit 10 der Pinole in der ein entsprechendes Polygonprofil der herzustellenden Bohrungen bei bestmöglicher aufweisenden Führungsbohrung des Gehäuses mit Oberflächengüte. Diesen Forderungen kann unter kleinem Spiel eingebaut ist und daß zur an sich beBerücksichtigung der Wirtschaftlichkeit meist nur kannten hydrostatischen Zentrierung des Führungsdurch Verwendung von Hartmetall-, Diamant- oder teiles in der Führungsbohrung dienende Druckkam-Keramik-Schneidwerkzeugen entsprochen werden, die 15 mern, denen unter Druck stehendes Strömungssehr hohe Schnittgeschwindigkeiten, d. h. höchste medium zugeführt wird, in den Polygonseitenflächen Spindeldrehzahlen bei kleinen Vorsehüben, erfordern. des Führungsteils vorgesehen sind.
Da die obengenannten Schneidwerkzeuge aus relativ Unter der Bezeichnung »regelmäßiges Polygonsprödem Material bestehen, hängt ihre Bewährung profil« sind drei- oder mehreckige zyklische Unrund- und Standzeit entscheidend von der Vibrations- und 20 profile zu verstehen, deren Ecken mehr oder weniger Schwingungsfreiheit der Feinbohrmaschinen ab. Die abgerundet sein können und die sich beispielsweise Aufgabe des Konstrukteurs von Feinbohreinheiten auf in Fachkreisen als »POLYGON«-Maschinen bebesteht demnach im wesentlichen darin, einerseits kannten Maschinen nach der deutschen Patentschrift eine für die Genauigkeit der herzustellenden Boh- 829 411 mit sehr hoher Konturgenauigkeit in einer rungen maßgebende, genau zentrische, möglichst 25 Aufspannung des Werkstückes bearbeiten bzw. spielfreie Axialführung der verschiebbaren Pinole in schleifen lassen.

ihrer Führungsbohrung und damit eine genaue Gerad- Eine hydrostatische Zentrierung ist an sich von

führung der in der Pinole gelagerten Werkzeugspindel Wellengleitlagern bekannt, bei denen die genau zylin- und andererseits eine praktisch vollständige Vibra- drische Welle in einer zylindrischen Lagerbohrung tionsfreiheit selbst bei höchsten Spindelumlaufzahlen ₃₀ umläuft, in der über den Umfang der Bohrung verzu erzielen. teilte Druckkammern vorgesehen sind, denen von je

Bei den bekannten neueren Feinbohreinheiten ist einer oder einer gemeinsamen Druckölpumpe Öl die Werkzeugspindel meist mittels gegeneinander zu unter relativ hohem Druck zugeführt wird. Aus den verspannender Wälzlager praktisch spielfrei innerhalb Druckkammern strömt das Öl durch die sehr dünnen der Pinole gelagert; die Pinole ihrerseits wird in der 35 Umfangsspalte zwischen der Außenfläche der Welle sehr genau zylindrisch bearbeiteten Führungsbohrung und der Innenfläche der Lagerbohrung in axialer des mit großer Starrheit ausgeführten Gehäuses durch und/oder Umf angsrichtung ab, wobei jedes »Auseinen etwa kolbenartig ausgebildeten, zylindrischen wandern« oder Auslenken der Welle aus der Achse Führungsteil der Pinole geführt und durch Längs- der Lagerbohrung eine Änderung der Spaltweiten keilführungen an einer Drehung um ihre Achse ge- 40 und damit eine entgegengesetzte Änderung des Ölhindert, um zu vermeiden, daß geringe Fehler in der druckes in den Druckkammern und den Spalten beZentrierung der Werkzeugspindel in der Pinole einen wirkt, so daß selbsttätig »Rückstellkräfte« auftreten, »Taumelschlag« der Spindel und entsprechend fehler- welche dem Auswandern oder Auslenken der Welle hafte Bohrungen ergeben. Der Pinolenvorschub er- entgegenwirken.

folgt entweder hydraulisch, beispielsweise durch 45 Derartige hydrostatische Öldrucklager sind jedoch Drucköl, oder mechanisch mit Hufe einer Gewinde- in ihrer bekannten Form für die Zentrierung von spindel oder -hülse, die in ein Gegengewinde in oder axial verschiebbaren Pinolen von Einborheinheiten an der Pinole eingreift. nicht geeignet, da aus konstruktiven Gründen bei

Die Schwierigkeiten, die sich dabei für die mög- Feinbohreinheiten der kolbenartige Führungsteil der liehst spielfreie Geradführung der Pinole ergeben, 50 Pinole meist kürzer ist als die Führungsbohrung; die skid vor allem dadurch bedingt, daß mit der Ver- Druckkammern könnten infolgedessen nur auf einen ringerung des Führungsspieles der Pinole-inquirer begrenzten Abschnitt der Bohrung ausgedehnt wer-Führungsbohrung die Schmierung durch den sehr den, in dem die Mantelfläche der Pinole stets an dej dünnen Schmierfilm immer schlechter wird, so daß Innenwandfläche der Führungsbohrung mit sehr kleian örtlich begrenzten Stellen eine metallische Be- 55 nem Spiel anliegt. Weiterhin muß eine Sicherung rührung zwischen den auf einander gleitenden Teilen gegen eine Drehung der Pinole um die Achse der eintreten kann, die wiederum ein Fressen, dadurch Führungsbohrung vorgesehen werden, die ihrerseits bedingte, das Schneidwerkzeug gefährdende und die keinen Anlaß zum Auftreten von Schwingungen Oberflächengüte der herzustellenden Bohrung beein- geben kann.

trächtigende Vibrationen oder Schwingungen (Rat- 60 Erst die erfindungsgemäße Verwendung eines getern) und eine schnelle Abnutzung der Führungs- nau bearbeitbaren Polygonprofils für den Führungsflächen ergibt, teil der Pinole und die Führungsbohrung und die

Da die das Drehen der Pinole verhindernden Keil- Anordnung der Drucktaschen in den Polygonseitenführungen ein gewisses Spiel haben müssen, können wänden des Pinolenführungsteils machen es möglich, auch sie bei periodischen Änderungen des Schnitt- 65 die hydrostatische Zentrierung der Pinole bei Feindruckes und damit des von der Pinole aufzunehmen- bohreinheiten der eingangs erwähnten Art mit wirtden Drehmomentes zu Schwingungen Anlaß geben. schaftlichem Erfolg anzuwenden und die angestrebte

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- hohe Genauigkeit sowie Vibrationsfreiheit zu erzielen.

3 4

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführung F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-B der

der Feinbohreinheit liegen darin, daß man das Spiel Fig. 1 und

zwischen den beiden Polygonprofilen (dem Profil des Fig. 3 einen Querschnitt längs der zum Teil axial Führungsteiles der Pinole einerseits und dem der versetzten Linie C-D der Fig. 1.
Führungsbohrung andererseits) wegen der Genauig- 5 In dem Gehäuse 1 mit der einen Querschnitt in keit der Profilkonturen überall gleichmäßig eng hai- Form eines »abgerundeten« Viereckpolygons aufweiten kann, was für die genaue Zentrierung der Pinole senden Führungsbohrung 1 α ist die Pinole 2 axial günstig ist; ferner können auch die durch den verschiebbar geführt. Die Pinole 2 hat einen mitt-Schnittdruck bedingten Drehmomente über die Öl- leren Führungsteil 2 α und einen auf kleinerem druckspalte zwischen dem Pinolenführungsteil und 10 Durchmesser abgesetzten werkzeugseitigen, zylindriden inneren Polygonflächen der Führung aufgenom- sehen Endteil 2 b, in dem die Werkzeugspindel 3 axial men werden, ohne daß es zwischen dem Gehäuse und unverschiebbar und praktisch spielfrei gelagert ist. der Pinole zu einer metallischen Berührung kommt. Der Drehantrieb der Spindel 3 erfolgt über die am

Das Spiel zwischen den inneren Flächen der Füh- rückwärtigen Ende des Gehäuses gelagerte Riemen-

rungsbohrung und den Außenflächen des Pinolen- 15 scheibe 3 α über die Nuten- oder Zahnhülse 3 b und

führungsteils sowie die Durchflußmenge des Druck- die in der Hülse 3 b verschiebbare Keilwelle 3 c. Für

Strömungsmediums und dessen Druck können je den Vorschub der Pinole 2 ist die Schnecke 2 c mit

nach der gewünschten Steifigkeit der Zentrierung der dem Schneckenrad 2 d bestimmt.

Pinole unter Berücksichtigung der bekannten funk- Gemäß der Erfindung ist der Führungsteil 2 α der

tionellen Zusammenhänge zwischen diesen Werten 20 Pinole 2 mit einem Polygonprofil versehen, das bei

gewählt werden. dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein »abgerun-

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn in jeder der detes« Viereckpolygonprofil ist und mit kleinem Spiel Polygonseitenflächen des Führungsteils der Pinole in dem entsprechenen Viereckpolygonprofil der Bohmehrere gegenüber der Mitte des Führungsteiles nach rung 1 α geführt ist. In den Polygonseitenflächen des dessen Enden hin versetzt angeordnete Druckkam- 25 Pinolenführungsteiles sind mehrere taschenartige mern vorgesehen werden, von denen die in dem vor- Druckkammern 4 und 5 bzw. 5' vorgesehen, die durch deren bzw. werkzeugseitigen Abschnitt des Führungs- flache Ausnehmungen in den Polygonseitenflächen teiles liegenden Druckkammern im Längsmitten- des Führungsteils 2 α gebildet werden,
bereich der Polygonseitenflächen und die in dem Die im werkzeugseitigen oder vorderen Abschnitt rückwärtigen Abschnitt des Führungsteiles liegenden 30 des Führungsteiles 2 α liegenden Druckkammern 4 Druckkammern paarweise symmetrisch zur Längs- liegen jeweils im mittleren Bereich der Polygonseite, mittellinie der Polygonseitenflächen des Polygonpro- während die im rückwärtigen Abschnitt des Fühfils angeordnet werden. Für den Abfluß des über die rungsteils liegenden Druckkammern 5 und 5' jeweils Druckkammern zugeführten Druckmediums lassen paarweise symmetrisch zur Längsmittellinie der PoIysich durch stärkeres Abrunden oder Abfassen der 35 gonseiten des Polygonprofils angeordnet sind.
»Ecken« des Führungsteilpolygonprofils Längskanäle Die Zufuhr des Strömungsmediums bzw. Schmierschaffen, die beiderseits des Führungsteiles in den Öls zu den Druckkammern 4,5 und 5' erfolgt durch freien Raum der Führungsbohrung münden. die in der Gehäusewand sitzenden Öleintrittsbohrun-

Bei der obenerwähnten Anordnung der Druck- gen 6 bzw. 7 und 7', die gleichzeitig als Anschlüsse kammern ergeben die vorderseitigen Druckkammern 40 für die von einer Öldruckpumpe herkommenden durch eine entsprechend mittige Zufuhr des Druck- Druckleitungen ausgebildet sind. Damit die Öleinmediums in die Spalte zwischen diesen Druckkam- trittsbohrungen auch bei der axialen Verschiebung mern und den Abflußkanälen im wesentlichen nur der Pinole ständig in Verbindung mit denjenigen eine steife Zentrierung der Pinole; die paarweise An- Druckkammern bleiben, denen die Bohrungen zugeordnung der Druckkammern in dem rückwärtigen 45 ordnet sind, enthält die Umfangsfläche des Pinolen-Abschnitt des Pinolenführungsteils bezweckt dagegen führungsteiles 2 α nutenartige Verbindungskanäle 4 a, eine Verteilung des Druckmediums, die besonders 5 a und Sa', die in Längsrichtung von den Druckgeeignet ist, neben einer Zentrierung auch eine Ab- kammern 4, 5 und 5' derart ausgehen, daß die Ölstützung gegenüber Drehmomenten um die Pinolen- eintrittsbohrungen stets entweder in die Druckkamachse zu ergeben. 50 mern selbst oder in die Verbindungskanäle münden.

Die Zufuhr des Druckmediums zu den einzelnen Das über die Öleintrittsbohrungen den Druckkam-

Druckkammern erfolgt in an sich von hydrostati- mern bzw. ihren Verbindungskanälen zugeführte

sehen Lagern bekannter Weise aus einzelnen Öl- Drucköl dringt aus den Druckkammern und den

druckquellen oder vorzugsweise durch mit Drosseln Kanälen in die dünne Spalte zwischen den beiden

versehene Zuleitungen über in die Gehäusewand der 55 Polygonprofilen des Pinolenführungsteiles 2 α und

Führungsbohrung eingebaute Einlaßbohrungen und der Führungsbohrung 1 α hinein und fließt aus den

diesen Einlaßbohrungen zugeordnete, in die Ober- Spalten teils über die durch Abschrägen der Ecken

fläche des Pinolenführungsteiles eingearbeitete Nuten, des Pinolenführungsteils 2 α gebildeten Längskanäle 8

die Verbindungskanäle zwischen den ortsfesten Ein- oder eine jeweils zwischen den Druckkammern 5

laßbohrungen und den bei der axialen Bewegung der 60 und 5' angeordnete Ablaufnut 9 in den freien Raum

Pinole sich gegenüber diesen Durchlässen verschie- innerhalb des Gehäuses 1 ab.

benden Druckkammern bilden. Für die Lieferung des Drucköls, das in den Ölspal-

In der folgenden Beschreibung wird an Hand der ten die Zentrierung der Pinole innerhalb des Ge-

Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel dargestellt. In häuses bewirken soll, dient eine an sich bekannte

der Zeichnung zeigt 65 und nicht dargestellte Ölpumpe, die das aus einem

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt durch das Ge- Vorratsbehälter entnommene Öl auf einen Druck von

häuse der Feinbohreinheit, in dem der Führungsteil beispielsweise 60 atü bringt. Dieser Druck wird mit

der Pinole in Ansicht dargestellt ist, Hilfe eines Überdruckventils konstant gehalten. Das

Drucköl wird den einzelnen Öleintrittsbohrungen 6,7 und T zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung je einer Öldrossel zugeführt. Die Drosseln können auch als Drosseleinsätze in die Öleintrittsbohrungen eingebaut sein.

Betrachtet man den Schnitt A-B in Fig. 2, so erkennt man die vier Eintrittsstellen (Eintrittsbohrungen 6) für das Drucköl, die jeweils mit einer der Druckkammern 4 in unmittelbarer Verbindung stehen und diese Druckkammern oder Öltaschen mit Drucköl füllen. Das in die Druckkammern eingeführte Drucköl fließt nun aus den taschenartigen Kammern durch die zwischen dem Pinolenführungsteil2a und dem Gehäuse 1 befindlichen schmalen Spalten in den drucklosen Raum innerhalb des Gehäuses 1 ab. Da die geometrischen Abmessungen der vier Öldruckkammern oder -taschen 4 und ihre Anordnung in den Polygonseiten jeweils gleich sind, ergeben sich bei zentrischer Lage der Pinole auch gleiche Abflußmengen, die aus den einzelnen Druckräumen durch die Spalte hindurchfließen.

Wird nun die Pinole durch äußere Kräfte aus ihrer zentrischen Lage ausgelenkt, so verändern sich die Spaltweiten der Ölabflußspalte in der Weise, daß auf der einen Seite der Pinole die Spaltweite zunimmt und gleichzeitig auf der anderen Seite abnimmt. Durch die sich vergrößernde Spalte fließt dann eine größere Ölmenge in der Zeiteinheit ab, und die Wirkung der in die Zufuhrleitung oder die Eintrittsbohrung eingeschalteten Drossel ergibt einen Druck- abfall des Drucköls in der betreffenden Druckkammer, während auf der gegenüberliegenden Seite infolge einer Verringerung des Ölabflusses aus der Druckkammer der Öldruck ansteigt. Dieser Unterschied der Öldruckkräfte bewirkt eine praktisch trägheitslose Rückstellung der Pinole in ihre zentrische Lage.

In sinnentsprechender Weise wirken die Druckkammern 5 und 5' am rückwärtigen Abschnitt des Pinolenführungsteiles 2 a; dadurch, daß diese Kammern paarweise symmetrisch zur Längsmittellinie der Polygonseiten angeordnet sind, können durch unterschiedliche Änderungen der Öldrücke in diesen Kammern auch reine Drehmomente aufgenommen werden.

Wenn durch ein Drehmoment um die Achse der Pinole der Führungsteil 2 α der Pinole gegenüber dem Polygonprofil der Führungsbohrung 1 α verdreht wird, beispielsweise in Richtung des in die Fig. 3 eingezeichneten Pfeiles/, so werden sich die Spaltweiten im Bereich der Druckräume 5' etwas vergrößern und im Bereich der Druckräume 5 etwas verkleinern. Infolgedessen tritt auch hier eine Verringerung der Öldrucke in den Druckkammern 5' und eine Erhöhung der Öldrücke in den Druckkammern 5 ein, wodurch ein Rückstelldrehmoment in bezug auf die Pinolenachse erzeugt wird, das dem abzustützenden Drehmoment das Gleichgewicht hält.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Feinbohreinheit mit in einer Führungsbohrung des Gehäuses der Einheit durch einen kolbenartigen Führungsteil axial verschiebbar geführter Pinole, in deren werkzeugseitigem Endteil, der einen kleineren Durchmesser hat als der Führungsteil, die drehangetriebene Werkzeugspindel spielfrei und axial unverschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ein regelmäßiges Polygonprofil aufweisende Führungsteil (2 a) der Pinole (2) in der ein entsprechendes Polygonprofil aufweisenden Führungsbohrung (la) des Gehäuses (1) mit kleinem Spiel eingebaut ist und daß zur an sich bekannten hydraulischen Zentrierung des Führungsteiles in der Führungsbohrung dienende Druckkammern oder -taschen (4, 5, 5'), denen unter Überdruck stehendes Strömungsmedium zugeführt wird, in den Polygonseitenflächen des Führungsteils vorgesehen sind.

2. Feinbohreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Polygonseitenfläche des Führungsteils (2 a) der Pinole (2) mehrere gegenüber der Mitte des Führungsteils nach dessen Enden hin versetzt angeordnete Druckkammern aufweist, von denen die in dem vorderen bzw. werkzeugseitigen Abschnitt des Führungsteils liegenden Druckkammern (4) im Längsmittenbereich der Polygonseitenflächen und die in dem rückwärtigen Abschnitt des Führungsteils liegenden Druckkammern (5, 5') paarweise symmetrisch zur Längsmittellinie der Polygonseitenflächen des Polygonprofils angeordnet sind.

3. Feinbohreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Polygonseitenflächen des Führungsteils (2 α) von jeder der Druckkammern oder -taschen (4, 5, 5') ausgehende, sich in Längsrichtung des Führungsteils erstreckende nutenartige Verbindungskanäle (4 a, 5 a, S a') vorgesehen sind, die mit Druckmediumeintrittsbohrungen (6, 7, T) im Gehäuse (1) in Verbindung stehen.

4. Feinbohreinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus einer gemeinsamen Druckpumpe gespeisten Zuleitungen des Druckmediums zu den einzelnen Druckkammern oder -taschen (4, S, S') in an sich bekannter Weise Drosseln eingebaut sind.

5. Feinbohreinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ecken des Polygonprofils des Führungsteils (2 a) zwischen diesem und dem Polygonprofil der Führungsbohrung (1 ä) bis zu deren Enden durchgehende Längskanäle (8) vorgesehen sind.

6. Feinborheinheit nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den paarweise angeordneten Druckkammern oder -taschen (5, 5') in der betreffenden Polygonseitenfläche eine Ablauf nut (9) vorgesehen ist, die in den freien Raum innerhalb des Gehäuses (1) mündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen