DE1427295B1

DE1427295B1 - Tapping device

Info

Publication number: DE1427295B1
Application number: DE19621427295D
Authority: DE
Inventors: Johnson Allan S
Original assignee: Tapmatic Corp
Current assignee: Tapmatic Corp
Priority date: 1962-11-28
Filing date: 1962-11-28
Publication date: 1970-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindebohrvorrichtung mit einer im Gehäuse axial verschiebbaren Bohrspindel, die für den Direktantrieb über eine federbelastete Rastkugelkupplung mit dem in einer Drehrichtung angetriebenen Gehäuse kuppelbar ist und die für den Umkehrantrieb mit dem Innenring eines Umkehrwälzlagers kuppelbar ist, dessen Außenring mit dem Gehäuse verbunden und dessen Wälzkörperkäfig drehfest gehalten ist und dessen Teile durch Federkraft axial gegeneinander verspannt sind.The invention relates to a tapping device with an in the housing axially displaceable drilling spindle, which is used for direct drive via a spring-loaded Detent ball coupling can be coupled to the housing which is driven in one direction of rotation is and can be coupled for the reverse drive with the inner ring of a reversing roller bearing is, whose outer ring is connected to the housing and whose rolling element cage is non-rotatable is held and the parts are axially braced against each other by spring force.

Solche Gewindebohrvorrichtungen werden in die Maschinenspindel von Bohrmaschinen, Drehbänken; Bohrwerken u. dgl. eingespannt.Such tapping devices are in the machine spindle of Drilling machines, lathes; Boring mills and the like clamped.

Bei einer bekannten Gewindebohrvorrichtung dieser Art wird der Innenring eines Umkehrrollenlagers im unteren Teil des Gehäuses axial unter Zwischenschaltung verschiedener anderer Ringteile mittels eines in dem Gehäuse verankerten Federringes gehalten. Oberhalb dieses Federringes befinden sich die Kugelrastkupplung und der die Drehbewegung beim Direktantrieb vom Gehäuse auf die Bohrspindel übertragende Ring- oder Kupplungsteil.In a known tapping device of this type, the inner ring a reversing roller bearing in the lower part of the housing axially with the interposition various other ring parts by means of a spring ring anchored in the housing held. Above this spring ring are the ball locking coupling and the the rotary movement of the direct drive is transferred from the housing to the drilling spindle Ring or coupling part.

Die Bohrspindel hat radial vorstehende Antriebsteile, die beim Direktantrieb in Zähne des genannten Ringteiles und beim Umkehrantrieb in Zähne eines Ringes eingreifen, der mit dem Innenring des Umkehrrollenlagers gekuppelt ist. Dabei sind der die Kupplungszähne tragende Ring und der Innenring des Rollenlagers relativ zueinander drehbar und werden durch zwischengelegte Kupplungskugeln zu gemeinsamer Bewegung verbunden. Jede Kupplungskugel liegt in abgeflachten Aussparungen von einander zugekehrten Stirnflächen der genannten Ringe. Bei gegenseitiger Verdrehung der Ringe treiben die zwischengelegten Kugeln die Ringe gegen die Kraft einer Feder an den schubkurvenartig schräg verlaufenden Begrenzungsflächen der Aussparungen auseinander. Der Innenring des Umkehrrollenlagers hat Ansätze, die auf die Stirnflächen der kegeligen Umkehrrollen drücken und diese somit fester an die Laufbahnen andrücken, um den Umkehrantrieb zu bewirken. Die bekannte Vorrichtung ist im Aufbau ziemlich kompliziert und aufwendig.The drilling spindle has radially protruding drive parts, which with direct drive engage in teeth of said ring part and in the case of reverse drive in teeth of a ring, which is coupled to the inner ring of the reversing roller bearing. These are the clutch teeth bearing ring and the inner ring of the roller bearing rotatable relative to each other and are connected by interposed coupling balls to move together. Each coupling ball lies in flattened recesses facing one another End faces of said rings. Drive when the rings twist against each other the balls placed in between the rings against the force of a spring on the thrust curve-like oblique boundary surfaces of the recesses apart. The inner ring of the reversing roller bearing has lugs on the end faces of the tapered reversing rollers Press and thus press them more firmly against the raceways to activate the reversing drive to effect. The known device is quite complicated and expensive in structure.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Gewindebohrvorrichtung der in Rede stehenden Art möglichst einfach zu gestalten und dabei eine ausreichende Drehmomentübertragung beim Rücklauf und gute Lebensdauer zu gewährleisten.The invention is now based on the object of constructing a tapping device of the type in question as simple as possible and at the same time a sufficient one To ensure torque transmission during return and a good service life.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gewindebohrvorrichtung der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Federn der Rastkugelkupplung über ein Axialdrucklager den Innenring des Umkehrwälzlagers beaufschlagen.To solve this problem, a tapping device is the initially as known assumed type according to the invention designed so that the springs of The locking ball coupling acts on the inner ring of the reversing roller bearing via an axial pressure bearing.

Die Erfindung nutzt somit die Federn der Rastkugelkupplung in vorteilhafter Weise zweifach. Einmal dienen diese Federn wie bei der bekannten Vorrichtung dazu, die Rastkugelkupplung eingerückt zu halten bzw. bei Überlastung durchrutschen zu lassen. Zum anderen wirken die Federn der Rastkugelkupplung aber über das Axialdrucklager auch auf den Innenring des Umkehrwälzlagers und sorgen dafür, daß der Innenring eine geringfügige axiale Verspannung gegenüber dem Außenring des Umkehrwälzlagers erhält. Eine solche gegenseitige axiale Verspannung von Innenring und Außenring eines Wälzlagers führt bekanntlich zu einer Erhöhung der Lagerreibung und gewährleistet damit im vorliegenden Falle eine gute Drehmomentübertragung. Die Erfindung nutzt also die Anpreßkraft der Kuge@rastkupplung aus, um das Umkehrlager in genügendem Maße unter Spannung zu halten.' Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch insgesamt wesentlich vereinfacht.The invention thus uses the springs of the locking ball coupling in an advantageous manner Way twofold. On the one hand, these springs are used, as in the known device, to to keep the locking ball coupling engaged or to slip in the event of overload permit. On the other hand, the springs of the locking ball coupling act via the axial thrust bearing also on the inner ring of the reversing roller bearing and ensure that the inner ring a slight axial tension in relation to the outer ring of the reversing roller bearing receives. Such mutual axial bracing of the inner ring and outer ring a roller bearing is known to lead to an increase in bearing friction and guaranteed thus a good torque transmission in the present case. The invention uses so the contact pressure of the ball @ ratchet clutch off to the reversing bearing in sufficient Keep dimensions under tension. ' The structure of the device according to the invention is thereby significantly simplified overall.

Gemäß einer Ausgestaltung im Rahmen .der Erfindung ist das Umkehrwälzlager als Schulterkugellager ausgebildet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache Montage der Gewindebohrvorrichtung.According to one embodiment within the scope of the invention, the reversing roller bearing is designed as a shoulder ball bearing. Such an arrangement enables a simple one Assembly of the tapping device.

In weiterer Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen Kugeln und Laufbahnen des Umkehrkugellagers im unbelasteten Zustand ein Spiel in der Größenordnung von 0,0025 mm besteht.In a further embodiment within the scope of the invention it is provided that between balls and raceways of the reversing ball bearing in the unloaded state there is a play of the order of magnitude of 0.0025 mm.

Wenn es im Stande der Technik - beispielsweise aus der Literaturstelle »Der Maschinenmarkt«, Nr. 22, März 1955, S. 24 - bekannt ist, Wälzlager mit kleinen Maßtoleranzen und großen Laufgenauigkeiten herzustellen, so ist es bei solchen Wälzlagern allgemein das Bestreben, nicht nur eine ausreichende Lebensdauer zu gewährleisten, sondern auch möglichst weitgehend die Lagerreibung herabzusetzen. Entgegen diesen üblichen Bestrebungen kommt es nun im vorliegenden Falle aber gerade darauf an, eine ausreichende Reibung zwischen den Kugeln und den Laufbahnen zu erreichen, damit die Kugeln die Drehung der äußeren Laufbahn in umgekehrtem Sinne auf die innere Laufbahn übertragen können. Trotzdem soll natürlich auch hier eine gute Lebensdauer gewährleistet sein. Es wurde gefunden, daß die vorgenannte Bemessung des Spiels zwischen Kugeln und Laufbahnen diesen Anforderungen in unerwartet guter Weise genügt. Bei Verwendung von fabrikmäßig bezogenen Kugellagern, die nicht die herausgestellte Bemessung des Spieles aufweisen, können Drehzahlen von 800 bis 900 UpM nicht überschritten werden, ohne daß unzulässige Reibung und Erwärmung auftreten.If it is in the state of the art - for example from the literature reference "Der Maschinenmarkt", No. 22, March 1955, p. 24 - is known rolling bearings with small To produce dimensional tolerances and high running accuracies, this is how it is with such rolling bearings generally the endeavor not only to ensure a sufficient service life, but also to reduce the bearing friction as much as possible. Against this usual endeavors in the present case it is precisely a matter of to achieve sufficient friction between the balls and the raceways so the balls rotate the outer raceway in the opposite direction to the inner one Can transfer career. Nevertheless, it should of course have a good service life to be guaranteed. It has been found that the aforesaid dimensioning of the clearance between balls and raceways satisfies these requirements in an unexpectedly good way. When using factory-sourced ball bearings that are not the exposed ones Have dimensioning of the game, speeds of 800 to 900 rpm cannot be exceeded without inadmissible friction and heating.

Die erfindungsgemäße Übertragung der Kraft der Federn der Rastkugelkupplung auf den Innenring des Umkehrwälzlagers und das bevorzugte geringe Spiel wirken sich also in einem besonders günstigen Betriebsverhalten der Gewindebohrvorrichtung aus. Das läßt sich so erklären, daß die Kugeln bei einer solchen Anordnung immer auf einer zentrisch liegenden Achse rotieren, d. h., auf einer Achse, die durch die Kugelmitte verläuft. Auf Grund des geringen Spieles wird ein unerwünschtes Rutschen der Kugeln, wie es bei bekannten Gewindebohrvorrichtungen mit größerem Lagerspiel auftrat, vermieden. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die von den Federn der Rastkugelkuppelung bewirkte Verspannung von Innenring und Außenring des Umkehrkugellagers lediglich das sehr klein gehaltene Spiel ausgeglichen, ohne daß sich eine merkliche axiale Verlagerung von innerem und äußerem Laufring gegeneinander ergibt.The inventive transmission of the force of the springs of the locking ball coupling the inner ring of the reversing roller bearing and the preferred low clearance have an effect that is, in a particularly favorable operating behavior of the tapping device. This can be explained by the fact that in such an arrangement the balls always open rotate a centric axis, d. i.e., on an axis passing through the The center of the sphere runs. Due to the small amount of play, there is undesirable sliding of the balls, as is the case with known tapping devices with larger bearing play occurred, avoided. In the present invention, by the springs the locking ball coupling caused tension in the inner ring and outer ring of the reversing ball bearing only compensated for the very small game, without any noticeable axial displacement of the inner and outer race against each other results.

Die erfindungsgemäße Ausführung einer Gewindebohrvorrichtung führt bei einer Drehzahl von 2250 UpM zu Lebensdauern von 1 Million Arbeitsspielen. Bekannte Vorrichtungen erreichen bei einer Drehzahl von 1000 UpM nur 1/4 Million Arbeitsspiele.The inventive design of a tapping device leads at a speed of 2250 rpm for a service life of 1 million work cycles. Acquaintance Devices achieve only 1/4 million work cycles at a speed of 1000 rpm.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht der an einer Maschine angebrachten Gewindebohrvorrichtung, F i g. 2 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Gewindebohrvorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 3 eine Ansicht im Schnitt auf der Linie 3-3 der F i g. 2, F i g. 4 eine Ansicht im Schnitt auf der Linie 4-4 der F i g. 2.In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention shown. It shows F i g. 1 is a view of the attached to a machine Tapping device, FIG. Figure 2 is a cross-sectional view of a preferred one Embodiment the tapping device according to the invention, FIG. 3 is a sectional view on line 3-3 of FIG. 2, fig. Figure 4 is a sectional view on line 4-4 the F i g. 2.

In F i g. 1 sieht man einen Teil einer Werkzeugmaschine 10, an der die Gewindebohrvorrichtung 12 eingespannt ist. Die Werkzeugmaschine 10 hat eine Spindel 11. Ziffer 13 bezeichnet eine Haltestange, die an einer Drehung durch eine vertikale Säule 14 gehindert wird.In Fig. 1 shows part of a machine tool 10 on which the tapping device 12 is clamped. The machine tool 10 has a spindle 11. Numeral 13 denotes a support rod which is prevented from rotating by a vertical column 14.

Die Gewindebohrvorrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 17, das nahe seinem oberen Teil mit Gewinde versehen ist und einen Ansatz 18 von kleinerem Durchmesser und mit einer Gewindebohrung 19 besitzt. Der Ansatz 18 hat auch eine Mittenbohrung 21, welche die Führungsspindel 22 für die Bohrspindel 23 der Gewindebohrvorrichtung aufnimmt.The tapping device consists of a cylindrical housing 17 which is threaded near its upper part and has a lug 18 of has a smaller diameter and a threaded hole 19. Approach 18 has also a central bore 21, which the guide spindle 22 for the drilling spindle 23 the tapping device receives.

Eine Rastkugelkupplung begrenzt das Drehmoment, welches während des Arbeitsvorganges auf den Gewindebohrer übertragen wird und beginnt, im Falle einer überlastung zu rutschen. Die Rastkugelkupplung hat eine mit Innengewinde versehene Kupplungseinstellkappe 25, welche über den Ansatz 18 greift und sich gegen einen Begrenzungsring 26 anlegt. Die Kupplungseinstellkappe 25 ist auf den oberen Teil des Gehäuses 17 aufgeschraubt. Auf der Innenseite der Kappe 25 befindet sich ein Federnhaltering 29. Ziffer 30 bezeichnet einen Stift, der sich von dem Ring 29 nach unten erstreckt und das obere Ende der Druckfeder 31 hält, während das untere Ende dieser Feder eine Kugel 32 umfaßt. Die Ziffer 35 bezeichnet eine gleichartige Druckfeder, deren oberes Ende in dem Haltering 29 sitzt und deren unteres Ende eine Kugel 32' umfaßt. Die Kugeln der Rastkugelkupplung gleiten in einer kreisförmigen Rille auf der Oberfläche eines Flansches, der von einem Kupplungsring 37 nach außen ragt.A locking ball coupling limits the torque that is transmitted to the tap during the work process and begins to slip in the event of an overload. The locking ball coupling has an internally threaded coupling adjustment cap 25 which engages over the shoulder 18 and rests against a limiting ring 26. The clutch adjustment cap 25 is screwed onto the upper part of the housing 17. On the inside of the cap 25 there is a spring retaining ring 29. Numeral 30 denotes a pin which extends downward from the ring 29 and holds the upper end of the compression spring 31 , while the lower end of this spring comprises a ball 32. Numeral 35 denotes a similar compression spring, the upper end of which is seated in the retaining ring 29 and the lower end of which comprises a ball 32 '. The balls of the locking ball coupling slide in a circular groove on the surface of a flange which protrudes from a coupling ring 37 to the outside.

Der Kupplungsring 37 ist drehbar in einem Kugellager 38 mit Kugeln 41, Kugellaufringen 42 und 43 sowie einem Kugelkäfig 44 angeordnet.The coupling ring 37 is rotatable in a ball bearing 38 with balls 41, ball race rings 42 and 43 and a ball cage 44 are arranged.

Der Direktantrieb der Bohrspindel 23 läuft über die Rastkugelkupplung mit ihren Bestandteilen 32, 32' und 37. Die Bohrspindel 23 der Gewindebohrvorrichtung hat eine Innenbohrung 47 und an ihrem oberen Ende eine abgesetzte Bohrung von kleinerem Durchmesser, in welche das Führungsspindellager 49 eingesetzt ist, durch das die Führungsspindel 22 hindurchgeht. Ziffer 52 bezeichnet eine überwurfmutter des Gewindebohrfutters, die mit einer Spannzange 53 zusammenwirkt.The direct drive of the drilling spindle 23 runs via the locking ball coupling with its components 32, 32 'and 37. The drilling spindle 23 of the tapping device has an inner bore 47 and at its upper end an offset bore of smaller diameter into which the guide spindle bearing 49 is inserted through which the lead screw 22 passes therethrough. Numeral 52 denotes a union nut of the tapping chuck which cooperates with a collet 53.

Zwischen dem Führungsspindellager 49 und einer durch die am unteren Ende der Bohrung 21 angebrachte Einsenkung gebildeten Schulter ist eine Pufferfeder 55 angeordnet. Ziffer 56 bezeichnet eine Rückholfeder, die an ihrem unteren Ende durch eine Mutter 57 gehalten wird.Between the lead screw bearing 49 and one through the one at the bottom End of the bore 21 attached recess formed shoulder is a buffer spring 55 arranged. Numeral 56 denotes a return spring at its lower end is held by a nut 57.

Ziffer 60 bezeichnet Antriebsstifte, die sich radial von der Bohrspindel 23 erstrecken und beim Direktantrieb mit Keilrippen 61 auf der Innenseite des Kupplungsringes 37 zusammenwirken.Numeral 60 denotes drive pins which extend radially from the drilling spindle 23 and, in the case of direct drive, cooperate with V-ribs 61 on the inside of the coupling ring 37.

Als Umkehrwälzlager dient ein Schulterkugellager 65 mit einem äußeren Ring 66, einem Innenring 67, Kugeln 68 und einem Kugelfäfig 70. Der Außenring 66 ist durch eine Paßfeder 72 (F i g. 4) am Gehäuse 17 gegen Verdrehung gesichert. Ziffer 73 bezeichnet eine Umkehr-Antriebshülse, die mit dem Innenring 67 des Umkehrwälzlagers 65 verbunden ist. Die Umkehr-Antriebshülse ist mit inneren Keilrippen 75 ausgerüstet, welche mit den Antriebsstiften 60 .zusammenwirken und diese mitnehmen, wenn die Gewindebohrvorrichtung relativ zur Bohrspindel angehoben -wird. Ziffer 77 bezeichnet ein Spindellager zwischen der Umkehr-Antriebshülse 73 und dem Rohrkörper der Bohrspindel 23. Ziffer 78 bezeichnet einen Anschlagring am oberen Ende des Spindellagers 77.A shoulder ball bearing 65 with an outer ring 66, an inner ring 67, balls 68 and a ball cage 70 is used as the reversing roller bearing. The outer ring 66 is secured against rotation by a feather key 72 (FIG. 4) on the housing 17. Numeral 73 denotes a reversing drive sleeve which is connected to the inner ring 67 of the reversing roller bearing 65. The reversible drive sleeve is equipped with inner wedge ribs 75 which interact with the drive pins 60 and take them with them when the tapping device is raised relative to the drilling spindle. Numeral 77 denotes a spindle bearing between the reversing drive sleeve 73 and the tubular body of the drilling spindle 23. Numeral 78 denotes a stop ring at the upper end of the spindle bearing 77.

Zwischen den Lagern 38 und 65 ist ein Axialdrucklager 81 angeordnet, das aus oberen und unteren Druckringen 82 und 83, einem Kugelkäfigring 85 und den Kugeln 86 besteht. Der Druckring 82 legt sich, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, gegen eine ringförmige Schulter am unteren Ende des Kupplungsringes 37, so daß der axiale Druck der Federn 31, 35 der Rastkugelkupplung auf den Innenring 67 des Umkehrwälzlagers 65 weitergeleitet wird.A thrust bearing 81 is arranged between the bearings 38 and 65, the upper and lower pressure rings 82 and 83, a ball cage ring 85 and the Balls 86. The pressure ring 82 lies down, as shown in FIG. 2 can be seen, against an annular shoulder at the lower end of the coupling ring 37, so that the axial pressure of the springs 31, 35 of the locking ball coupling on the inner ring 67 of the reversing roller bearing 65 is forwarded.

Ziffer 90 bezeichnet einen Ring, der in eine ringförmige Nut auf der Innenseite des Gehäuses 17 eingesetzt ist und den Außenring 66 des Umkehrkugellagers 65 gegen eine Verschiebung nach unten begrenzt.Numeral 90 denotes a ring that fits into an annular groove on the Inside of the housing 17 is used and the outer ring 66 of the reversing ball bearing 65 limited against shifting downwards.

Das untere Ende des Kugelkäfigs 70 ist durch ein Gewinde mit einer Kugelkäfigkappe 91 verschraubt. Die Haltestange 13 ist fest mit der Kugelkäfigkappe 91 verbunden, um eine Drehung des Kugelkäfigs 70 zu verhindern.The lower end of the ball cage 70 is screwed to a ball cage cap 91 by means of a thread. The holding rod 13 is firmly connected to the ball cage cap 91 in order to prevent the ball cage 70 from rotating.

Für den Umkehrantrieb zum Herausschrauben des Gewindebohrers aus dem gebohrten Loch wird eine kurze, schnelle Aufwärtsbewegung mit der Spindel 11 der Werkzeugmaschine ausgeführt, wodurch sich das Gehäuse 17 relativ zur Bohrspindel 23 anhebt. Die Stifte 60 kommen außer Eingriff mit den Keilrippen 61 und erfassen an deren Stelle die Keilrippen 75 der Umkehr-Antriebshülse 73. Der Gewindebohrer erhält nunmehr eine umgekehrte Drehrichtung, wie aus der in der F i g. 4 gezeigten Antriebsweise hervorgeht. Der Außenring 66 treibt die Kugeln 68 in die in F i g. 4 angegebene Richtung, und die Kugeln treiben ihrerseits den Innenring 67 und die Umkehr-Antriebshülse 73 in die entgegengesetzte Drehrichtung. Der Gewindebohrer wird in die entgegengesetzte Richtung durch die Keilrippen 75 und die Stifte 60 mitgenommen.For the reverse drive to unscrew the tap from the drilled hole is a short, quick upward movement with the spindle 11 of the Machine tool running, whereby the housing 17 relative to the drilling spindle 23 lifts. The pins 60 come out of engagement with the V-ribs 61 and engage instead the wedge ribs 75 of the reversing drive sleeve 73. The tap now receives a reverse direction of rotation, as shown in FIG. 4 shown Drive way emerges. The outer ring 66 drives the balls 68 into the position shown in FIG. 4 indicated direction, and the balls in turn drive the inner ring 67 and the Reverse drive sleeve 73 in the opposite direction of rotation. The tap is in the opposite direction through the V-ribs 75 and the pins 60 taken away.

Claims

Claims: 1. Tapping device with a drilling spindle axially displaceable in the housing, which can be coupled for direct drive via a spring-loaded locking ball coupling with the housing driven in one direction of rotation and which can be coupled for the reverse drive with the inner ring of a reversing roller bearing, the outer ring of which is connected to the housing and whose roller body cage is held in a rotationally fixed manner and whose parts are axially braced against one another by spring force, characterized in that the springs (31, 35) of the locking ball coupling (32, 32 ', 37) support the inner ring (67) of the reversing roller bearing via an axial pressure bearing (81) (65) pressurize.

2. Tapping device according to claim 1, characterized in that that the reversing roller bearing (65) is designed as a shoulder ball bearing.

3. Tapping device according to claim 2, characterized in that between balls and raceways of the reversing ball bearing in the unloaded state a play of the order of magnitude of 0.0025 mm.