DE1552311B1 - Nachstellvorrichtung fuer spanabhebende Werkzeuge - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Nachstellvorrichtung Längen- und Breitenänderung des Kristallkörpers

für spanabhebende Werkzeuge, insbesondere für verbunden ist. Diese Längenänderung des Kristall-

Feinbohreinheiten, mit einem innerhalb des Werk- körpers wird erfindungsgemäß zum Nachstellen der

zeugkopfes gelagerten, Oszillationen durchführenden Werkzeuge benutzt.

Nachstellorgan, durch solches die Position des längs- 5 Die Lösung der geschilderten Aufgaben besteht

verschiebbar gelagerten Werkzeuges unter Zuhilfe- darin, daß das Nachstellorgan ein piezoelektrische

nähme einer mit Keil- bzw. Gewindeflächen versehe- Eigenschaften aufweisender kristalliner Keramikkör-

nen Stellvorrichtung beeinflußbar ist. per ist, der auf eine Stellvorrichtung einwirkt.

Die Erfindung wird im folgenden an einer Fein- Die Stellvorrichtung kann dabei verschiedenartig

bohreinheit beschrieben und erläutert. Es ist jedoch io gestaltet sein. Im Rahmen der Beschreibung werden

selbstverständlich, daß die Erfindung wesentlich nur zwei bevorzugte Ausführungsformen dieser

breitere Anwendungsmöglichkeiten hat und zum Stellvorrichtung dargestellt, bei denen sie aus Keilen

Nachstellen von Werkzeugen aller Art, insbesondere besteht.

aber zum Nachstellen von spanabhebenden Werk- Nach einer besonderen Ausführungsform der

zeugen geeignet ist. 15 Erfindung rückt die Stellvorrichtung unter der Wir-

Beim Feinbohren von Werkstücken treten neben kung einer Feder in den bei Schrumpfung des

der eigentlichen Bohrzeit erhebliche Nebenzeiten Keramikkörpers freiwerdenden Raum selbsttätig

dadurch auf, daß man das Bohrwerkzeug zwischen nach.

den einzelnen Bohrgängen in Handarbeit ein- bzw. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird

nachstellen muß. Durch diese Nebenzeiten wird die 20 also das Werkzeug derart mit dem kristallinen

Gesamtbohrzeit erheblich verlängert, so daß ein Keramikkörper kombiniert, daß bei einer unter

erheblicher wirtschaftlicher Nachteil gegeben ist. Stromeinwirkung auftretenden Verlängerung des

Man hat bereits versucht, das Ein- bzw. Nachstellen Keramikkörpers das Werkzeug zugestellt wird, wähdes Feinbohrstahles zu automatisieren. Hierbei ver- rend bei der anschließenden, nach dem Abschalten wendet man Meßgeräte, die die festgestellten Meß- 35 des Stromes auftretenden Schrumpfung des kristalliwerte in Korrekturwerte für die Stahleinstellung um- nen Keramikkörpers das Werkzeug nicht zurückwandeln. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art gleitet, sondern vielmehr eine Ausfüllung des freierfolgt die Nachstellung des Bohrstahls auf mechani- werdenden Raumes durch die Stellvorrichtung schem Wege, wobei der Bohrstahl durch ein Über- erfolgt.

setzungsgestänge in der hohlen Feinbohrspindel 30 Nach einer besonderen Ausführungsform der nachgestellt wird. Am der Bearbeitungsseite gegen- Erfindung ist der Keramikkörper zwischen dem überliegenden Ende der Feinbohrspindel sind dabei Werkzeug und der .Stellvorrichtung angeordnet.
Stellmotore angeordnet, deren Tätigkeit von den Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfin-Meßgeräten gesteuert wird. Diese bekannten Lösun- dung ist die Stellvorrichtung zwischen dem Werkgen sind mechanisch sehr aufwendig, weil der ge- 35 zeug und dem Keramikkörper angeordnet,
samte Verstellmechanismus spielfrei in der Spindel Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfin- und im Werkzeug untergebracht werden muß. Ferner dung weist die Stellvorrichtung mindestens einen Keil haben diese mechanischen Lösungen des aufgezeig- auf, der unter der Wirkung einer innerhalb des ten Problems den Nachteil, daß eine Verstellung in Keiles gelagerten Druckfeder in Richtung der Keilden feinen Toleranzen, wie sie im vorliegenden Fall 40 flächensteigung verschiebbar im Werkzeugkopf geerforderlich sind, mechanisch nicht genügend genau lagert ist.

durchführbar ist. Es ist auch bereits vorgeschlagen Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung

worden, die Verstellung der Werkzeuge durch ist zwischen der Stellvorrichtung und dem Werkzeug

Wärmeeinwirkung vorzunehmen. Dabei wird jedoch ein weiterer, eine Nachstelluntersetzung ergebender

die Wärme an die Umgebung abgeleitet und tritt 45 Keil vorgesehen. Dabei können zwei rechtwinklig

auch an unerwünschter Stelle auf. Außerdem hängt zueinander angeordnete Keile verwendet werden,

eine derartige Steuerung von der Umgebungstempe- wobei die Steigung der Keilfläche des hinter dem

ratur ab und ist daher überaus relativ. Werkzeug liegenden Keiles entsprechend der ge-

Durch die Erfindung wird demgegenüber eine wünschten Übersetzung mehr oder weniger steil

automatische Nachstellvorrichtung für spanab- 50 ausgeführt wird.

hebende Werkzeuge geschaffen, bei der diese Nach- Dabei kann das in radialer Richtung im Werkteile vermieden werden und die eine vollkommen zeugkopf verschiebliche Werkzeug mit seinem hinzuverlässige, automatische Nachstellung der Werk- teren Ende gegen den Keramikkörper anliegen, und zeuge mit vergleichsweise geringem Aufwand ermög- das andere Ende des in Verlängerung des Werkzeulicht, insbesondere auch gegenüber der Vorrichtung, 55 ges angeordneten Keramikkörpers gegen einen in von der die Erfindung ausgeht, bei der die Position axialer Richtung verschieblichen Keil. In axialer des längsverschiebbar gelagerten Werkzeugs durch Verlängerung des Keiles ist eine Feder angeordnet, Oszillationen unter Zuhilfenahme einer mit Keil- die einerseits am Werkzeugkopf und andererseits am bzw. Gewindeflächen versehenen Stellvorrichtung Keil angreift.

beeinflußt wird. Die Erfindung Soll ferner die Unter- 60 Bei einer anderen Ausführungsform, bei der eine

bringung der mechanischen Stellglieder ausschließ- Übersetzung des Zustellweges möglich ist und die

lieh im Werkzeug ermöglichen. eine feinere Einstellung ermöglicht, ist vorgesehen,

Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, daß das in radialer Richtung im Werkzeugkopf ver-

daß bestimmte Kristalle einen sogenannten piezo- schiebliche Werkzeug mit seinem hinteren Ende auf

elektrischen Effekt zeigen, der darin besteht, daß 65 einem in axialer Richtung verschieblichen ersten Keil

diese kristallinen Körper, wenn sie an eine elektri- ruht, daß gegen das hintere Ende dieses Keiles ein

sehe Spannung angeschlossen werden, eine Unionen- in radialer Richtung verschieblicher zweiter Keil an-

tierung des Kristallgitters erfahren, mit der eine liegt, daß der Keramikkörper gegenüber dem ersten

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Keil gegen den zweiten Keil anliegt und im Werk- ein Stromzuführungskabel mit einem an der Außen-

zeugkopf gelagert ist und daß in Verlängerung des seite des Bohrkopfes 1 liegenden Kabelschuh 10

zweiten Keiles eine Feder angeordnet ist, die den verbunden ist. Der Kabelschuh ist mit einer Isolier-

zweiten Keil zwischen den ersten Keil und den Kera- schraube 9 im Bohrkopf 1 gehaltert, und ein Distanz-

mikkörper zu treiben bestrebt ist. 5 röhrchen 14 sorgt für die isolierte Führung des elek-

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele irischen Kabels zur Feder 16.

des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt Eine Längenänderung eines piezoelektrischen

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Aus- Kristallkörpers kann man durch einen Wechselstrom,

führungsform eines Werkzeugkopfes gemäß der durch einen pulsierenden Gleichstrom oder durch

Erfindung, io einen konstanten Gleichstrom erzielen. Bei Verwen-

F i g. 2 einen Querschnitt durch den in F i g. 1 dung eines Wechselstromes dehnt sich der Kristalldargestellten Werkzeugkopf, körper bei jeder positiven Halbwelle aus und zieht

Fig. 3 eine Stirnansicht zu Fig. 1, sich bei jeder negativen Halbwelle zusammen. Den

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus- gleichen Effekt kann man mit einem pulsierenden

führungsform der Erfindung, 15 Gleichstrom erzielen. Hingegen ist die Längenände-

Fig. 5 einen Querschnitt zu Fig. 4, rung bei einem nichtpulsierenden Gleichstrom der

F i g. 6 eine Draufsicht auf F i g. 4 und Höhe der verwendeten Spannung direkt proportio-

Fig. 7 einen Teil-Längsschnitt, dessen Schnitt- nal. Die Stromstärke kann überaus gering sein,

ebene gegenüber der Fig. 4 um 90 Grad verdreht ist. Im Betrieb wird das Werkzeug 17 zunächst mit

Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 3 20 den Gewindestiften 11 und 12 in der Buchse 2 in

ist im Bohrkopf 1 das Werkzeug oder der Bohrstahl der gewünschten Höhe befestigt. Hierbei wird ein

17 in radialer Richtung verschieblich gelagert. Das geringes Minusmaß des gewünschten Bohrdurch-

Werkzeug 17 sitzt in einer Buchse 2. messers eingestellt. Nach dem ersten Bohrgang wird

Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß das Werkzeug 17 die hergestellte Bohrung mit einer herkömmlichen

eine schrägverlaufende Rückseite hat und mittels 25 Meßeinrichtung gemessen. Das Meßgerät vergleicht

eines ersten Gewindestiftes 12 in Längsrichtung zur die hergestellte Messung mit dem Sollwert, und nun

Buchse 2 verstellt werden kann, wobei dieser Ge- wird mittels federnd an der Stirnseite angebrachter

windestift 12 ein kegelförmiges Ende hat. Die Fest- Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung zur

legung des Werkzeuges 17 in der Buchse 2 erfolgt Kontaktfeder 16 hergestellt. Nun wird beispielsweise

mittels eines zweiten Gewindestiftes 11, der — wie 3° ein Wechselstrom durch das Meßinstrument genau so

der Gewindestift 12 — durch die Wand der Buchse 2 lange eingeschaltet, wie es nach dem ermittelten

hindurch geschraubt wird. Meßergebnis erforderlich ist, um das Werkzeug mög-

Man erkennt aus F i g. 1, daß die Buchse 2 in einer liehst an die äußerste Plustoleranzgrenze hin nachsieht nach oben erweiternden Bohrung des Bohrkop- zustellen. Bei jeder positiven Halbwelle des Wechselfes 1 sitzt, wobei der Abstand zwischen der Buchse 2 35 stromes und entsprechend bei jedem Impuls eines und dieser sich erweiternden Bohrung durch einen pulsierenden Gleichstromes dehnt sich der Keramikgegebenenfalls mehrteiligen Keil oder eine Spann- körper 15 und schiebt das Werkzeug 17 nach außen, hülse 5 ausgefüllt wird. Gegen das obere Ende die- Bei jeder negativen Halbwelle des Wechselstromes ser Spannhülse 5 liegt eine Tellerfeder 18 an, die (und bei jedem Zwischenimpuls des pulsierenden mittels eines Deckbleches 4 auf dem Bohrkopf 1 ge- 40 Gleichstromes) zieht sich der Keramikkörper 15 wiehalten wird. der zusammen. Das Werkzeug 17 kann aber — wie

Man erkennt, daß durch die beschriebene Lage- bereits beschrieben — nicht zurückgleiten. Vielmehr rung der Spannhülse 5 im Bohrkopf 1 zwar eine Ver- wird der nun beim Zusammenziehen des Keramikstellung der Spannhülse 5 und des Werkzeuges 17 körpers 15 hinter diesem freiwerdende Raum danach außen möglich ist, während ein Zurückgleiten 45 durch ausgefüllt, daß der Keil 6 unter der Wirkung der Spannhülse 5 in den Bohrkopf 1 nur dann mög- der Feder 13 nach links verschoben wird. Diese Zulich ist, wenn die Spannhülse 5 gegen die Wirkung Stellbewegung des Werkzeuges 17 setzt sich also fort, der Feder 18 angehoben wird. solange der Strom eingeschaltet bleibt, und es wurde

Hinter der Buchse 2 ist eine Distanzscheibe 3 an- bereits erwähnt, daß diese Dauer der Stromeinschalgeordnet, gegen deren Unterseite wiederum ein 50 tung durch das Meßgerät entsprechend der Differenz kristalliner Keramikkörper 15 anliegt, der piezo- zwischen dem Istwert und dem Sollwert eingestellt elektrische Eigenschaften hat. Um den Keramikkör- wird. Wenn das Werkzeug verbraucht ist und ausgeper 15 herum ist eine Isolierbuchse 7 angeordnet. wechselt werden muß, werden die Stellkeile manuell

Im Bohrkopf 1 sitzt außermittig und in axialer wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht.
Richtung verlaufend ein Stellkeil6, der (Fig. 1) im 55 Bei Verwendung eines nichtpulsierenden Gleich-Bereich seiner Keilfläche halbkreisförmigen Quer- stromes ist — wie bereits erwähnt — die Längenschnitt hat, wobei die Keilfläche dieses Stellkeiles 6, änderung des Keramikkörpers 15 von der Höhe der in F i g. 1 betrachtet, von links nach rechts ansteigt. Spannung des Stromes abhängig. Die Verstellung Der Stellkeil 6 sitzt in einer Bohrung des Bohrkop- des Werkzeuges 17 erfolgt sinngemäß,
fes 1, die an ihrem äußeren Ende mittels einer Ver- 60 Bei der in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausfühschlußschraube 8 verschlossen ist. Im rechten Ende rungsform der Erfindung ist einerseits eine feinere des Stellkeiles 6 ist eine Bohrung angeordnet, in der Verstellung möglich, und andererseits kann die: eine Druckfeder 13 liegt. Diese Druckfeder 13 stützt Größe der Längenänderung des Keramikkörpers sich gegen den Bohrkopf 1 ab und ist bestrebt, den übersetzt, d. h. in eine größere oder kleinere Zustell-Keil 6, in Fig. 1 betrachtet, nach links zu ver- 65 bewegung des Werkzeuges umgewandelt werden,
schieben. Auch bei dieser Ausführungsform ist im Bohrkopf

Im Inneren der Isolierbuchse 7 liegt gegen den 51 das Bohrwerkzeug 66 radial verschieblich in einer

Keramikkörper 15 eine Kontaktfeder 16 an, die über Buchse 53 gelagert. Die Befestigung des Werkzeuges

66 in der Buchse 53 erfolgt entsprechend der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 3 mittels Gewindestiften 61 und 62.

In einer axialen Bohrung des Bohrkopfes 51 ist «in Stellkeil 52 längsverschieblich gelagert, dessen in F i g. 4 nach rechts ansteigende Keilfläche gegen die Rückseite der Buchse 53 anliegt. Das vordere Ende der den Keil 52 aufnehmenden Bohrung ist mittels eines mit Schrauben befestigten Deckels 56 verschlossen.

Gegen das schräg geschnittene hintere Ende des Keiles 52 liegt ein weiterer Keil 54 an, der in einer radialen Bohrung des Bohrkopfes 51 angeordnet ist. Der Keil 54 wird mittels einer mit Schrauben 67 befestigten Platte 55 in seiner Bohrung gehalten. Er weist ein Sackloch auf, in "dem eine Druckfeder 60 derart angeordnet ist, daß sie den Keil 54 in F i g. 4 nach unten zu treiben bestrebt ist.

Gegenüber dem Keil 52 liegt gegen den Keil 54 ein Keramikkörper 65 an, der aus einem kristallinen so Material mit piezoelektrischen Eigenschaften besteht. Der Keramikkörper 65 sitzt in einer Isolierbuchse 63, mit der er im Bohrkopf 51 befestigt ist.

Die Stromzuführung (F i g. 7) erfolgt entsprechend der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 3 mittels einer Kontaktfeder 64, die in der Isolierbuchse 63 gegen den Keramikkörper 65 anliegt und eine elektrische Verbindung zu einem auf der Außenseite des Bohrkopfes 51 liegenden Kabelschuh 59 hat. Eine Isolierbuchse 58 isoliert den elektrischen Anschluß gegenüber dem Bohrkopf 51. Auf der Oberseite des Bohrkopfes 51 ist eine blattfederartige Platte 57 angeordnet.

Die Funktionsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 4 bis 7 entspricht derjenigen der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 3 mit dem Unterschied, daß bei einer unter Stromeinwirkung auftretenden Verlängerung des Keramikkörpers 65 und der Verschwenkung des Keiles 54 der Keil 52 in F i g. 4 nach links verschoben und dadurch das Werkzeug 66 im Stahlhalter 53 nach außen verschoben wird, während bei der anschließenden Schrumpfung des Keramikkörpers 65 der Keil 54 unter der Wirkung der Feder 60 nach unten gleitet und den frei werdenden Raum ausfüllt.

Eine Übersetzung der Längendehnung des Keramikkörpers 65 gegenüber der Zustellgröße des Werkzeuges 66 kann dadurch erreicht werden, daß man die Neigung der Keilfläche des Keiles 52 entsprechend groß wählt.

Wenn die Meßeinrichtung im Laufe der Bearbeitung feststellt, daß der Feinbohrstahl langsam verschleißt und dadurch enger werdende Bohrungen erzeugt werden, so erfolgt in der Nähe der unteren Toleranzgrenze wiederum ein Nachstellen des Stahles in der oben beschriebenen Weise.

Da beim Feinbohren die Oberflächenqualität sehr stark von dem Zustand der Schneidengeometrie des Feinbohrstahles abhängt, darf natürlich dieses Nachstellen nicht unbegrenzt häufig erfolgen. Man kann deshalb in der Meßsteuerung eine bestimmte zulässige Anzahl von Nachstellungen vorher einstellen. Bei Erreichen dieser Anzahl wird die Maschine automatisch stillgesetzt und dadurch ein Werkzeugwechsel erzwungen.

Es wurde bereits erwähnt, daß außer den dargestellten Lösungen mehrere andere konstruktive Lösungen der Stahl- oder Werkzeugnachstellung möglich sind, die auf der Verwendung des piezoelektrischen Effektes beruhen. So können z. B. die in den Werkzeugen befindlichen Nachstellkeile anstatt direkt durch eine Feder mittels einer Gewindespindel bewegt werden, die von einer Drehfeder beaufschlagt ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Nachstellvorrichtung für spanabhebende Werkzeuge, insbesondere für Feinbohreinheiten mit einem innerhalb des Werkzeugkopfes gelagerten, Oszillationen durchführenden Nachstellorgan, durch welches die Position des längsverschiebbar gelagerten Werkzeuges unter Zuhilfenahme einer mit Keil- bzw. Gewindeflächen versehenen Stellvorrichtung beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachstellorgan ein piezoelektrische Eigenschaften aufweisender kristalliner Keramikkörper (15,65) ist, der auf eine Stellvorrichtung (6, 52, 54) einwirkt. (

2. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (6, 52, 54) unter der Wirkung einer Feder (13, 60) in den bei Schrumpfung des Keramikkörpers (15,65) frei werdenden Raum selbsttätig nachrückt.

3. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (15) zwischen dem Werkzeug (17) und der Stellvorrichtung (6) angeordnet ist.

4. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (54) zwischen dem Werkzeug (66) und dem Keramikkörper (65) angeordnet ist.

5. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung mindestens einen Keil (6,54) aufweist, der unter der Wirkung einer innerhalb des Keiles (6,54) gelagerten Druckfeder (13,60) in Richtung der Keilflächensteigung verschiebbar im Werkzeugkopf (1) gelagert ist.

6. Nachstellvorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stellvorrichtung (54) und dem Werkzeug (66) ein weiterer, eine Nachstelluntersetzung ergebender Keil (52) vorgesehen ist.

7. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung einen Gewindebolzen aufweist, der unter der Wirkung einer Drehfeder gegenüber dem als Gewindemutter ausgebildeten Keil (52) verstellbar ist.

8. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls in einer Buchse (2) angeordnete Werkzeug (17, 66) zwischen der Wirkung einer Tellerfeder (18) ausgesetzten Spannkeilen (5) angeordnet ist.

9. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper in einer Isolierbuchse (7, 63) angeordnet ist und daß eine Schleifkontaktfeder (16, 65) in dieser Isolierbuchse (7, 63) gegen den Keramikkörper (15,65) anliegt, die mit einem Kabelanschluß (9, 10,58,59) an der Außenseite des Werkzeugkopfes (1, 51) verbunden ist.

10. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (17, 66) in einer Buchse (2, 53) angeordnet und in

dieser mit einem ersten Gewindestift (11, 61) festspannbar und mittels eines zweiten, einen Keilkopf aufweisenden und gegen die Werkzeugrückseite anliegenden Gewindestiftes in radialer Richtung verstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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