DE1812671B2

DE1812671B2 - Bohrkopf

Info

Publication number: DE1812671B2
Application number: DE19681812671
Authority: DE
Inventors: Myron L Union Lake Porath Gordon H Brighton Mich Greenberg (V St A )
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1967-12-06
Filing date: 1968-12-04
Publication date: 1971-12-09
Also published as: DE1812671A1; GB1242702A; US3466952A

Description

Bei der Herstellung von Bohrungen in Werkstükken findet in üblicher Weise eine axiale Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug statt. Ist die Bohrung fertiggestellt, muß das Werk-

F i g 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Bohrkopfes in schematischer Darstellung, _T..,_._. , F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 1-2 mFig.l, F i ο 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1, F i c 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 1, Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in

Fig. J. ...

Fi" 6 eine schemalische, teilweise geschnittene Ansicht der Ausführungsform der Erfindung nach den F i g. 1 bis 5.

Fig. 7 und S schematische, teilweise geschnitten,· Ansichten der Ausführungiform nach F i g. 1 bis 6

In zweckmäßiger Weise sind wenigstens zwei axial im Abstand voneinander angeordnete Abhebedrucktaschen vorgesehen. Daher ist es möglich, daß eine Steuereinrichtung für den Druckmittelstrom zu den Drucktaschen eine Verschiebung des Werkzeugs in

_ __u _ _m __iii& __w._t, ,.,„„ bezua auf die Lagermitte bewirkt, so daß die Werkzeug axial zurückgezogen werden. Bei einem sehr ge- ίο zeugspindel sich exzentrisch dreht. Andere vorteilnauen Arbeiten läßt sich dabei eine Beschädigung hafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den der Bohrungsfläche oftmals nicht vermeiden. Sc'-.on weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet,
durch geringe Verbiegungen auf Grund der dem Im folgenden wird die Erfindung an Hand von

Werkstück innewohnenden Federkräfte führen zu Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die einem Einschnitt des Werkzeugs bei dem Zurück- 15 Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ziehen. zeigt

Es sind daher die verschiedenartigsten Maßnahmen getroffen worden, um ein Beschädigen der Bohrungsfläche beim Zurückziehen des Werkzeugs zu vermeiden. Es ist bekannt, den Bohrkopf für eine Bewegung auf einem Werkzeugsupport zu montieren, wobei der Kopf eine Bewegung ausführen kann, um das Werkzeug radial von der Bohrungsfläche abzuheben, so daß der Werkzeugsupport axial zurückgezogen werden kann. In diesem Zusammenhang sind rein mechanische, hydraulisch-mechanische, hydraulische oder elektrische Ausführungen bekanntgeworden.

Bei solchen An-.jrdnui-_een fehlt oftmals die erfor-

derlichc Steifigkeit insbesondere zu Beginn des Be- 30 in unterschiedlichen Betriebsstellurigen,

arbeitungsvorganges oder dann, wenn Stöße auf F i g. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht des c -

Grund harter" Stellen im Werkstück oder anderer findungsgemäßen Bohrkopfes, teilweise in schema!i-Kräfte die Werkzeugbelastung verändern, was zu scher Darstellung,

nachteiligen Rattererscheinungen führen kann, die Fig. 10 eine perspektivische Teilansicht in ve:-

die Lebensdauer des Werkzeuges verringern oder 35 größtrtem Maßstab eine··· Teils des Bohrkopfes nach

eine nicht zufriedenstellende Bcarbeitungsfläche er- Fig. 9,

zeugen. Fig. 11 einen Teilschnitt eines Teils des Bohr-

Es ist auch bekanntgeworden, die Werkreugspin- kopfes nach F i g. 9,

del in einer bestimmten Stellung abzustoppen und Fig. 12 eine teilweise geschnittene Ansicht einer

dann zu verriegeln, um das Werkzeug durch einen 40 weiteren Ausführungsform der Erfindung, scluma-Rückziehbügel oder durch die Bewegung des gesam- tisch dargestellt,
ten Gehäuses oder Werkzeugsupports zurückzuziehen.
Eine solche Anordnung hat offensichtlich die Nachteile, daß der Werkzeugsupport in seiner Drehung
nach jedem Vorgang abgestoppt werden muß Zu- 45
sätzlich ist ein komplizierter Mechanismus erforderlich.

Auch ist es im Zusammenhang mit hydrostatischen
Lagerungen bekanntgeworden, verschiedene Drucktaschen in bestimmten Sinuswellen oder anderen 50 tisch dargestellt,
zyklischen Wcllenformen vorzusehen, so daß das Fig. 16 einen Teilschnitt einer weiteren Ausfüh-

Wcrk/cuii in einer fortschreitenden Weise beim Um- rungsform der Erfindung, teilweise schematisch dardrehen zurückgezogen wird. Dabei sind jedoch sehr gestellt.

aufwendige Ventil- und Steuereinrichtungen in sol- Fig. 17 eine schematische, teilweise geschnittene

chen Systemen erforderlich, die hohe Kosten ver- 55 Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 16,
Ursachen und die Wartung sehr schwierig gestalten. Fig. 18 eine teilweise geschnittene Ansicht einer

anderen Ausführungsform der Erfindung, schematisch dargestellt,

Fig. 19 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsfoftti der Erfindung, schematisch dargestellt,

Fig. 13 eine teilweise geschnittene Ansicht ein.r anderen Ausführungsform der Liimdung. schem;;-tisch dargestellt,

Fig. 14 eine teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, schematisch dargestellt.

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, scheina-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf dahingehend zu verbessern, daß das Abheben des Werkzeugs nach dem Bohrvorgang auf verhältnismäßig einfache Weise erreicht wird.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Bohrkopf der eingangs genannten Art eine zusätzliche Abhebedrucktasche vorgesehen ist, die über eine Stcuercinrichvung mit Druckmittel unter erhöhtem Druck versorgt wird, um die Werkzeugspindel radial in bezug auf ihre Achse zu verschieben.

Tn einer vorteilhaften Ausführungsform sind Drucktaschen für die normale hydrostatische Lage-

F i g. 20 einen teilweise schematisch dargestellten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 21 eine graphische Darstellung der Beziehung des Drucks zu der Größe für die Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 20,

F i g. 22 einen teilweise schematischen Längsschnitt

einer weiteren abgewandelten Ausführungsfarm der Erfindung,

F i g. 22 einen teilweise schemutischen Lungsschnitt einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 bis 26 schematische Endansichten, die die Beziehung des Werkzeugs und zur Ebene der Drucktaschen in verschiedenen eingestellten Lagen der Ausfiihrungsform der Erfindung nach Fig. 22 zeigen.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein Bohrkopf dargestellt, mit einem Schlitten 20, der längs einer Führungsbahn 21 zu und weg von einem Werkstückhalter 22 bewegbar ist, der ein Werkstück W trägt. Der Schlitten 20 ist mit einer genauen zylindrischen Fläche 23 und radialen Flächen 24 versehen. Eine Werkzeugspindel 25 ist drehbar im Schlitten 20 montiert und weist eine zylindrische Komplementärfläche 26 und radiale Flächen 27 auf.

Die zylindrische Fläche 23 des Schlittens 20 ist mit zwei Sätzen von über den Umfang im Abstand voneinander angeordneten Drucktaschen 28 versehen, wobei jeder Drucktascbe eine Drossel R zugeordnet ist, die die Form einer Kapillarrohre haben kann. Ein Druckmittel wird durch Bohrungen 29 jeder Drucktasche zugeführt.

Jede der radialen Flächen 24 des Schlittens 20 ist mit über den Umfang im Abstand voneinander angeordneten Drucktaschen 31 versehen, denen Drosseln R zugeordnet sind, denen ein Druckmittel durch je eine axiale Bohrung 32 zugeführt wird, die sich von den radialen Bohrungen 29 aus erstrecken.

Wenn ein Druckmittel, beispielsweise eine Druckflüssigkeit fortlaufend den Drucktascrun 28. 31 zugeführt wird, bildet sich ein dünner Film zwischen den Flächen 23. 26 und 24, 27 aus, so daß die Werkzeuespindel 25 in einer genauen, stabilen, reibungslosen Lace zum Schlitten 20 gehalten ist. Die Werkfceugspindel 25 weist einen Werkzeughalter 33 auf, der mit einem Werkzeug T zur Herstellung der Bohrung des Werkstücks W versehen ist. Die relativen Abmessungen der einander anliegenden Flächen des Schlittens 20 und der Werkzeugspindel 25 sind deriirt. daß ein laminarer Film von Druckflüssigkeit kontinuierlich mit geringer Geschwindigkeit zwischen den Flächen (ließt und der Druck der Flüsigkeit auf Null abfällt, wenn er die Flächen verläßt. Die Anzahl und Groß·; der Drucktaschen sind so bemessen, daß sie clic auf die Werkzcugspindcl wirkenden Kräfte auftiehmen. an die sie angepaßt sind. Ein Minimum von drei über den Umfang im Absand voneinander angeordneten Drucktaschen ist auf den Lagcrflächen erforderlich, an den radialen Flächen können dagegen weniger vorgesehen werden.

Gemäß der Erfinduns: ist der Teil der Werkzeug-Spindel 25, der innerhalb der zylindrischen Bohrung 23 sich befindet, mit die Drucktaschen 34 versorgenden Drosseln 35 versehen, die in der gleichen Ebene und Umfangsausrichtung liegen, wie das Werkzeug T. Das Druckmittel wird wahlweise den Drosseln 35 durch Radialbohrungen 36 von der Axialbohrung 37. den RadialboSrungen 38. der Ringnut 43 und der Radialbohrung 3</ im Schlitten 20 zugeführt. Ein Elektromagnetventil 40 steuert den Strom des Druckmittels zu den Drosseln 35. Das Ventil 40 kann auch in anderer Weise gesteuert werden.

Während der Drehung der Werkzeugspindel und des Werkzeuges T in Bezug auf das Werkstück zur Herstellung der Bohrung wird Druckflüssigkeit den Drucktaschen 28 zugeführt. Der die Werkzeugspindel aufnehmende Schlitten wird axial bewegt, bis die Bohrung im Werkstück fertiggestellt ist. Zum Zurücksetzen des Werkzeugs wird das Ventil Λ0 betätigt. Dabei wird über die Drosseln 35 der Druck zwischen den Flächen 23, 26 im Bereich der Drosseln 35 erhöht. Dadurch wird die Spindel radial verschoben, wie es übertrieben in F i g. S dargestellt ist. Da die Drosseln 35 in bezug auf das Werkzeug T umfänglich ausgerichtet sind, bewirkt eine geringe radiale Bewegung des zurückzuziehender. Werkzeugs, daß dieses radial von der bearbeiteten Fläche wegbewegt wird, so daß bei dem axialen Bewegen zum Zurückziehen der Spindel das Werkzeug nicht in Kontakt

mit dem Werkstück kommt und die im Werkstück ausgebildete Fläche nicht beeinträchtigt wird.

Die Zurückziehkräfte, ,'..t durch die Drucktaschen 34 erzeugt werden, sind den Hauptlagerkräften entgegengerichtet, die durch die Drucktaschen 28 aus-

ao geübt werden. Daher ist eine große Rückzugskraft erforderlich, die nur erzielt werden kann, indem die Drucktaschen 34 so groß wie möglich gestaltet werden.

Soll das Werkzeug T mit hoher Geschwindigkeit zurückgezogen werden, so ist eine jeder Drucktasche 34 gegenüberliegende Ausnehmung 41 vorgesehen. Jede Ausnehmung 41 ist mit einer Bohrung 42 versehen. Diese Anordnung begrenzt die Wärmeerzeugung des Flüssigkeitsfilms, der von den Drucktaschen 34 überstrichen wird. Falls die Drucktaschen nicht unter Druck stehen, treten außerdem nur geringe hydrodynamische Kräfte auf.

Weiterhin ist die Fläche 23« durch die Bohrungen 44a, die mit der Bohrung 44 ii. Verbindung stehen, axial von dem Bereich miv den Drucktaschen 28 getrennt.

Der in den Fig. 9 bis 1] dargestellte Bohrkopf entspricht dem Bohrkopf nach den Fig. 1 bis 4 bis auf die Drosseln 3Sa. 35 ο und die Drucktaschen 34a, 34b. Die Drucktaschen 34a sind auf der gleichen Seite wie das Werkzeug 7* und die Drucktaschen 34 b diametral gegenüberliegend und axial versetzt angeordnet. Dadurch wird eine Schwenkung der Werkzcugspindel erzeugt, wenn Druckflüssigkeit den Drucktaschen 34a. 34 b zugeführt wird, wobei das Werkzeug T von dem Werkstück W wegbewegt wird. Wie bei der vorangegangenen Ausfiihrungsform der Erfindung sind diametral entgegengesetzt angeordnete Bohrungen vorgesehen. Insbesondere ist eine Bohrung diametral gegenüberliegend zur Drucktasche 34 fr und eine gleichartige Bohrung in diametral entgegengesetzter Richtung zur Drucktaschc 34a vorhanden.

Wie Fig. 12 zeigt, findet die Erfindung bei einer Werkzeugspindcl Anwendung, die einen Schlitten 45 aufweist. Die Spindel 46 hat zylindrische Teile 47, 48, die durch einen Radialflansch 49 getrennt sind. Der Schlitten 45 weist zu den Flachen der zylindrischen Teilr 47, 48 und dem Flansch 49 komplementäre Teile auf. Es sind über den Umfang im Abstand voneinander angeordnete axiale und radiale Drucktaschen iO, 51 und zugeordnete Drosseln vorgesehen, denen eine Druckflüssigkeit zugeführt wird, um die Spindel 46 mit dein Werkzeug T in stabiler Lage gees genüber dem Schlitten 45 zu halten. Die Drucktaschen 52 sind bezüglich des Werkzeugs T so ausgebildet, daß dieses zurückgezogen wird, wenn Druckflüssigkeit den Drucktaschen 52 zugeführt wird.

In der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Spindel 53 nur eine Axialdruckflache auf und ist auf dem Schlitten 54 montiert. Insbesondere wird die hydrostatische Lagerung für die Spindel 53 durch über den Umfang im Abstand voneinander angeordnete Drucktaschen 55 und zugeordnete Drosseln sowie Drucktaschen 56 an den Komplementärflächen des Schlittens 54 und der Spindel 53 erreicht. Die Drucktaschen 57 zum Zurückziehen des Werkzeugs sind auf der Spindel 53 derart angeordnet, daß das Werkzeug T zurückgezogen wird, wenn durch die Drosseln den Drucktaschen 57 Druckflüssigkeit zugeführt wird.

Fig. 14 zeigt die Erfindung in ihrer Anwendung bei einer hydrostatisch gelagerten Hohlwelle. Bei dieser Ausführungsform ist die Hohlwelle 60 für eine axiale Bewegung in einem Schlitten 61 montiert und wird in einer genau stabilen Lage durch über den Umfang im Abstand voneinander angeordnete Sätze von Drucktaschen 62 mit zugeordneten Drosseln gehalten. Zum Zurückziehen des Werkzeugs T sind entsprechend den vorherigen Ausführungsformen Drucktaschen 53 vorgesehen.

Bei der in F i g. 15 dargestellten Ausführungsform der Erfindung haben der Schlitten 65 und das sich drehende Teil 66 komplementäre gewölbte Flächen 67, 68.

Fs sind Drucktaschen 69 in den Flächen 68 vorgesehen, wobei in der Zeichnung die Zufuhr der Druckflüssigkeit nicht dargestellt ist. Zum Zurückziehen sind im drehenden Teil 66 Drucktaschen 70 vorhanden.

Die in Fig. 16 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht der nach F i g. 1 mit der Ausnahme, daß der Schlitten 20' eine Vielzahl von zylindrischen Einsätzen 20 a, 20 b aufweist, in denen die Drucktaschen 28'. 31' ausgearbeitet sind. Hierbei ist eine große mittige Bohrung 71 vorgesehen, und die Druckflüssigkeit wird den Drucktaschen 35' zum Zurückziehen durch eine axiale Bohrung 72 in der Spindel 25 zugeführt.

Um die Wirkung der Drucktaschen zum Zurückziehen des Werkzeugs zu verstärken, ist es bei jeder Ausführungsform der Erfindung möglich, den Druck in den Drucktaschen für die Lagerung zu verringern. Wie nach Fig. 17. die der Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 1 entspricht, wird die Druckflüssigkeit normalerweise direkt den Drucktaschen 28. 31 über ein Ventil 75 zugeführt. Zum Zurückziehen wird das Ventil 40 betätigt, um Druckflüssigkeit den Drucktaschen 25 zuzuführen. Gleichzeitig wird über ein Reduzierventil 76 der Druck in den Drucktaschen 28. 31 verringert, damit die Lagestabilität vermindert und das Zurückziehen erleichtert.

Weiterhin können die Drucktaschen zum Zurückziehen dazu benutzt werden, eine bestimmte Größe und Gestalt der Bohrung zu erzielen. Dazu wird, wie Fig. 18 zeigt, ein vorbestimmtes Dimensionierungsprogramm von einer Steuereinheit 80 einer Servosteuerung 81 zugeführt, die den Durchfluß über ein Ventil 82 zu den Drucktaschen 35 moduliert, während das Werkzeug in Berührung mit dem Werkstück W ist. Auf diese Weise folgt das Werkzeug T einem vorbestimmten Programm. In der in Fig. 19 dargestellten Form der Erfindung ist das System weiter abgewandelt durch die Verwendung einer Abtasteinrichtung 83. die ein Signal erzeugt, das einem Verstärker 84 zugeführt wird und an der Servosteuerung 81 mit dem Signal der Steuereinheit 80 verglichen wird, um ein Signal zu erzeugen, welches das Steuerventil 82 für die Drucktaschen 35 beaufschlagt. In der in Fig. 20 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind zwei diametral gegenüberliegende Sätze von Drucktaschen mit 90 und 91 bezeichnen und zugeordnete Drosseln zusätzlich zu den bereits über den Umfang im Abstand voneinander angeordneten hydrostatischen Lagerdrucktaschen 92, 93 vor

ίο gesehen. Der Druck in den Drucktaschen 90 und 91 wird durch ein Eingangssignal einer Zeitprogrammsteuerung 95 durch Druckregler 96 und 97 über Leitungen 98 und 99 sowie Bohrungen 100 und 101 gesteuert. Auf diese Weise wird die Lage des Werk zeugs in bezug auf die Basis bestimmt, wie in F i g. 21 gezeigt ist. Der Zeitprogrammsteuerung 95 kann ein Eingangssignal zugeführt werden, das von einer Größenabtasteinrichtung, einem Werkzeugverschleißfühler oder einem Zeitprogramm des erwarteten Werkzeugverschleißes abgegeben wird.

Nach Fig. 22 werden die Drucktaschen 105. 106 und die zugeordneten Drosseln für eine Steuerung der Lage des Werkzeugs zusätzlich zu den normalen hydrostatischen Lagerdrucktaschen 107, 108 verwen-

*5 det, die längs im Abstand voneinander an gegenüberliegenden Punkten angeordnet sind. Das entspricht der Ausführungsform nach F i g. 9. mit der Ausnahme, daß die Ebene der Mitten der Drucktaschen 105, 106 unter einem Winkel zu der diametralen Ebene ausgerichtet ist, in der das Werkzeug liegt. So ist z.B. nach Fig. 23 das Werkzeug unter einem Winkel von 90° in bezug auf die Ebene der Drucktaschen in der Spindel angeordnet.

Die Größe der Bohrung kann nach F i g. 25 und 26 durch Veränderung des Winkels Θ weiter erhöht werden, den das Werkzeug mit der Ebene der Drucktaschen 105, 106 einschließt.

Mit zunehmendem Winkel (·) wird eine genauere Steuerung der Bohrung bei gleichzeitiger Verringe-

«o rung ihrer Größe erzielt.

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrkopf, dessen Werkzeug«., nndel von einem zylindrischen Lagerkörper aufgenommen ist. der an den Lagerflächen mit Drucktaschen für ein über Drosseln in der Zuführleitung zugeführtes Druckmittel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Abhebednicktasche (34. 35) vorgesehen ist. die über e'r.e Steuereinrichtung (40) mit Druckmitte^; unter erhöhtem Druck versorgt wird, um die Werkzeugspindel (25) radial in bezug auf ihre Achse zu verschieben.

2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gc kennzeichnet, daß die Drucktaschen (28) für di< hydrostatische Lagerung im Lagerkörper (20 vorgesehen sind und daß die zusätzliche Abhebe drucktasche (34) auf der Werkzeugspindel (25 angeordnet ist.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2. dadurcl gekennzeichnet, daß wenigstens zwei axial in Abstand voneinander angeordnete Abhebedruck taschen (34, 35) vorgesehen sind.

4. Bohrkopf nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abhebedrucktaschen (34i

34 b) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Bohrkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhebedrucktaschen (34, 35) auf der gleichen Seite der Werkieugspindel (25) angeordnet sind.

6. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug-Ipindel (25) eine Ausnehmung (41) aufweist, die tier Abhebedrucktasche (34, 35) gegenüberliegt.

7. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckmittelstrom zu den Drucktaschen (34, 35) steu-

\o

ernde Einrichtung (40) von einer Abtasteinrichtung (83) fur die Bohrungsgröße steuerbar ist.

8. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Druckmittelstrom zu den Drucktaschen (34. 35) steuernden Einrichtung (40) eine Abtasteinrichtung (83, 84) für den Werkzeugverschleiß zugeordnet ist.

9. Bohrkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) durch ein Zeitprogramm (95) steuerbar ist, das auf die zu erwartende Werkzeugabnutzung eingestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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