DE1939863C3 - Vorrichtung zum Dämpfen von an der Arbeitsspindel entstehenden Schwingungen an Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Bohrungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von an der Arbeitsspindel entstehenden Schwingungen an Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Bohrungen, wie Bohrwerke od. dgl., bei denen die Arbeitsspindel in einer sich nicht drehenden Traghülse drehbar gelagert und mittels der Traghülse vorschubbeweglich ist.

Bei einer bekannten Bohrvorrichtung zur Herstellung langer Bohrungen sitzt der Bohrkopf auf einer Welle, welche die Drehbewegung überträgt. Die Welle ist von einem Tragrohr umgeben, das mit einem Führungsring für die Übenragung des Bohrungsvorschubes im Eingriff steht. Der Führungsring ist bezüglich der Antriebswelle des Bohrers axial und radial gelagert und liegt mit seinem Außenumfang an der Innenwand der bereits gebohrten Bohrung an. Diese Anordnung dient allein der Aufrechterhaltung einer genau zentrischen Führung des Bohrwerkzeuges, nicht aber der Schwingungsdämpfung. Die einzig erreichbare Dämpfung ist durch die Masse des aufzubolirentlen Gegenstandes festgelegt, auf die eventuell auftretende Schwingungen durch den Führungsring direkt übertragen werden (deutsche Patentschrift 684).

Zum Stand der Technik gehört weiterhin eine Vorrichtung zum Abstützen von Bohrstangen in Bohrungen, wofür Führungskörper verwendet werden, die in radialen Schützen des Werkzeugträgers, geführt sind und mittels Kolben nach außen in den Eingriff mit der Bohrungswand gepreßt werden. Diese mit der Bohrstange umlaufende Vorrichtung dient ebenfalls lediglich zur zentrierten Führung des Bohrwerkzeugs, wobei diese Führung dafür sorgen soll, daß eine Hemmung der Axialbewegung auch dann nicht eintritt, wenn auf Grund des Verschleißes des Bohrwerkzeuges die Bohrung allmählich etwas enger wird (deutsche Patentschrift 632 838).

Eine bekannte Schwingungsdämpfvorrichtung, die auf der Arbeitsspindel von Werkzeugmaschinen aufgebracht wird, arbeilet mit beweglichen, hydraulisch gedämpften Zusatzmassen, wobei die Dämpfung der Zusatzmassen beispielsweise durch mit öl gefüllte Zylinder mit Kolben oder mit Öl gefüllte Metallbälge erfolgt, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit durch Drosselstellen gehemmt werden soll (deutsche Patentschrift 574 !47).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß auf das schwingungsfrei zu haltende Teil keine resultierenden Kräfte ausgeübt werden und daß jeder Auslenkung dieses Teils, die mit einer einen vorher festgelegten Wert übersteigenden Geschwindigkeit erfolgt, ein starker Widerstand entgegengesetzt wird.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, dadurch gelöst, daß an dem dem Werkzeug zugewandten Ende der Traghülse ein mit der Traghülse in die zu bearbeitende Bohrung einfahrbarer Ringkörper angeordnet ist, in dem eine Mehrzahl von Abstützorganen radial verschiebbar angeordnet und von einem Druckmittel beaufschlagbar an die Bohrungswandung andrückbar ist, wobei in den Zuleitungen ?u den Abstützorganen Drosselstellen angeordnet sine.

Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie zwischen zwei nicht umlaufenden Teilen, nämlich der Innenwand der bereits gebohrten Bohrung und der nicht rotierenden Traghülse mit der darin umlaufenden Antriebswelle, sitzt. Dadurch wird eine hervorragende Schwingungsdämpfung auch dann erreicht, wenn die Aufnahmerohre nicht hinreichend starr sind, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Bohrungsdurclimesser im Verhältnis zur Bohrungslänge sehr klein ist. Auch in diesem Fall kann unter Erzielung einer hohen Oberflächengüte mit der maximal verfügbaren Leistung gebohrt werden. Die Abstützorganc sind so angeordnet, daß auf das Tragrohr keine Reaktionskräfte übertragen werden, so daß eine Verschiebung oder Verformung des Tragrohres nicht eintreten kann.

Vorteilhafterweise sind die Abstützorgane entgegen der Ausfahrrichtung aus dem Ringkörper durch eine Rückholfeder vorgespannt. Zweckmäßigerweise wird das Ausfahren der Abstützorgane aus dem Ringkörper durch Anschläge begrenzt. Diese Anschläge können stiftförmig ausgebildet sein. Sie sind dann quer zu den Abstützorganen und mit ihren kegeligen Enden in entsprechend ausgebildeten Sitzen angeordnet, wobei das die einen Sitze aufweisende Teil durch einen am Ringkörper aufgeschraubten Gewindering verstellbar ist.

Dadurch, daß der die Abstützorgane beaufschlagende Druck einstellbar ist, kann einerseits die Dämpfungswirkung der Abstützorgane nahezu ganz aufgehoben werden, andererseits kann der Ring mit

den Abslützorganen in der Bohrung fesi verspannt werden, wobei alle dazwischenliegenden Druckcinstellungen möglich sind, so daß den vom Tragrohr ausgehenden Schwingungen der entsprechende Widerstand entgegengesetzt werden kann.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch die Anordnung von Bohrwerk, Werkstück und Dämpfungsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt schematisch die Druckmittelbeaufschlagung der Dämpfungsvorrichtung;

Fig. 3 zeigt eine Unteransicht auf einen Teil der Dämpfungsvorrichtung;

Fig.4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV von Fig.3;

F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V von Fig.3;

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI von Fig.3;

F i g. 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Dämpfungsvorrichtung;

F i g. 8 zeigt in einer Ansicht wie F i g. 6 eine abgeänderte Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung in einer ersten Arbeitsstellung;

F i g. 9 zeigt einen Teil der Vorrichtung von F i g. 8 in einer zweiten Arbeitsstellung.

Wie in F i g. I gezeigt ist, sitzt an einem Maschinenständer I ein Auslegearm 2, an dem der Antri^bskopf3 für eine Bohrstange verschiebbar und schwenkbar befestigt ist. Aus dem Antriebskopf steht die sich drehende Bohrstange vor, die von einer Traghülse 4 umgeben ist. Die Bohrstange endet in einem Bohrkopf 5 mit dem Bohrwerkzeug 6, das zum Aufbohren einer Bohrung 7 eines Werkstückes dient.

Die Dämpfungsvorrichtung besteht aus einem Ringkörper 8, der am werkstückseitigen Ende der Traghülse 4 befestigt ist. Der Ringkörper 8 hat am Umfang verteilt eine Vielzahl von radial vorstehenden und an der aufgebohrten Innenwand la der Bohrung durch den von einem Druckmittel übertragencn Druck anliegenden Abstützorganen.

Aus Fig. 2 ist zu sehen, daß das Druckmittel aus der Druckquelle der Werkzeugmaschine über ein Wcgumschaltventil 11 und ein Druckregclventil 12 über die Zuleitung 10 der Traghülse 4 zugeführt wird, in der über eine Zuleitung!) das Druckmittel für die Druckbcaufschlagung der Abstützorgane dem Ringkörper 8 zugeführt wird. Das über diese Zuleitung zugeführte Druckmittel wird, wie aus den F i g. 3, 4 und 5 zu ersehen ist, über eine senkrechte Bohrung 13 im Ringkörper 8 zu einer davon versetzten ebenfalls senkrechten Bohrung 14 transportiert, welche mit einer Vielzahl von horizontal verlaufenden Bohrungen 15 in Verbindung steht, die sich durch den ganzen Ringkörper 8 erstrecken. Von den Bohrungen 15 zweigen wiederum senkrechte bzw. achsenparallelc Bohrungen 18 ab, in denen koaxial jeweils ein Rohr angeordnet ist, das auf der Oberseite in die Bohrung 18 mündet, dessen Außendurchmcsscr kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 18, und das als Drosselstelle dient. Die Bohrung 18 steht wiederum mit einer horizontal verlaufenden Bohrung 19 in Verbindung, die zu einer radial im Umfang des Ringkörpers 8 ausgesparten zylindrischen Bohrung 2|l führt. Die Rohre 16 sitzen auf Vcrschlußstücken und sind mit diesen leicht auswechselbar, wenn der Durchmesser tier Rohre 16 verändert werden soll. Das über die horizontalen Bohrungen 15 verteilte Druckmittel gelangt ühcr die Drosselstellen 16 zu den zylindrischen Bohrungen 20, wie dies schematise!! aus F i g, 7 zu sehen ist.

Jede der zylindrischen Bohrungen 20 ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, zur Innenseite des Ringkörpers8 hin mittels eines Verschlusses 23 verschlossen. In jeder Bohrung 20 sitzt gleitend verschiebbar ein Kolben 21, dessen Kopf 22 über den Außenumfang des Ringkörpers 8 vorsteht. Jeder Kolben 21 wird durch ein Tellerfederpaket 26 in Richtung der Innenseite des Ringkörpers 8 gedrückt, wobei sich die Tellerfedern am Innenboden 21a des Kolbens 21 und an einer Haltemuffe 25 abstützen, die auf einem Gewindeschaft 28 aufgeschraubt ist, welcher koaxial zum Kolben 21 angeordnet und mit dem Verschluß 23 fest verbunden ist. Zwischen dem Verschluß 23 und dem Innenboden 21 α des Kolbens 21 wird eine Kammer 27 ausgebildet, in w iche eine der horizontalen Bohrungen 19 mündet. Während das Tellerfederpaket 26 jeden Kolben 21 in Richtung der Innenseite des Ringkörpers 8 drückt, wirke das durch die Bohrung 19 zugeführte Druckmittel der Kraft dieses Federpaketes entgegen, so daß der Kolben 21 mit seinem Kopf 22 aus der Umfangsfläche des Ringkörpers 8 heraus und an die Innenwand la der Bohrung gedrückt wird. Der Kopf 22 des Kolbens 21 kann, wenn eine Beschädigung der gebohrten Innenwand la vermieden werden soll, aus Bronze oder Weißmetall, und wenn beim Vorbohren sein Verschleiß ausgeschlossen werden soll, aus Hartmetall bestehen. Am Kopf 22 kann auch eine Rolle für das Abrollen auf der Innenwand la der Bohrung befestigt werden. Wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, wird der Hub des Kolbens 21 dadurch begrenzt, daß ein im Ringkörper 8 achsenparallel angeordneter zapfenförmiger Anschlag 28 in eine entsprechend bemessene Nut in der Umfangswand des Kolbens 21 eingreift.

Die von jedem Abstützorgan bzw. Kolben 21 auf die Bohrungsinnenwand la ausgeübte Kraft entspricht der Differenz der durch das Druckmittel und die Tellerfedern 26 ausgeübten Kräfte. Die Kolben 21 sind in geeigneten Winkelabständen um den Ringkörper 8 herum verteilt, so daß die auf die Bohrungsinnenwand la ausgeübten Kräfte alle gleich sind und sich so ausgleichen, daß auf die Traghülse 4 keine diese verschiebenden Kräfte ausgeübt werden. Die Traghülse 4 is* somit hinsichtlich ganz kleiner, langsam erfolgender Auslenkungen frei beweglich, wird jedoch durch den Ringkörper 8 mit den Abstützorganen bzw. Kolben 21 bei schnelleren Bewegungen gedämpft, die ihre Ursache in Schwingungen haben, welche beispielsweise durch Unwuch.en an sich drehendem Werkzeug hervorgerufen werden. Wenn nämlich die seitlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Traghülse 4 zunehmen, erhöht sich auch der Druckmitteldurchsatz, das infolge der Verschiebung eines sich radial nach innen bewegenden Kolbens 21 einem sich radial nach außen bewegenden Kolben 2! zufließt. Da der Druckmittelstrom über die Drosselsteile 16 erfolgt, erhält man eine Druckdifferenz zwischen den einzelnen Kammern 27, und zwar einen Druckanstieg bei den sich radial nach innen bewegenden Kolben 21 und einen Druckabfall bei den sich radial nach außen bewegenden Kolben 21. Dadurch werden die scnnellcn Scliwingungsbcwcgungcn der Traghülse 4 stark gedämpft.

Bei der in den F i g. 8 und ^l) gezeigten Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung erstreckt sich

durch jeden Kolben 21' diametral ein Anschlag in Form eines Stiftes 29. dessen Enden einen Kegel mit einem Öffnungswinkel von 90 bilden. Diesen Enden sind entsprechend kegelige Sitzflächen 30« und 31 α in zwei blockartigcn Ringen 30 bzw. 31 zugeordnet, die im Ringkörper 8' sitzen. Während die eine Sitzfläche 30 α stationär ist, ist die gegenüberliegende Sitzfläche 31 α axial verschiebbar. Dies wird durch den Ring 31 erreicht, in dem die Sitzflächen 31 α für die Stifte 29 eines jeden Kolbens 21' voigesehen sind. Die axiale Auslcnkbarkeit des Ringes 31 ist über einen Gewindering 32, der mit einem lagefesten Gewindcbund 33 im Eingriff steht, einstellbar, wobei die eingestellte Lage mittels einer radialen Arretierschraube 34 festlegbar ist. Wenn der Druck des Druckmittels die Reaktionskraft des Federpakcles überwunden hat, wird über den Kolben 21' der Stift 29 gegen den Widerstand der Sitzfläche 31 α im Ring 31 verschoben, wobei der Ring 31, wie aus Fig. 9 zu ersehen, angehoben wird. Die radiale Verschiebung der Stifte 29 und somit der Kolben 21' ist durch die eingestellte Hubbewegung des Ringes 31 festgelegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Dämpfen von an der Arbeitsspindel entstehenden Schwingungen an Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Boh- S rungen, wie Bohrwerke od. dgl., bei denen die Arbeitsspindel in einer sich nicht drehenden Traghülse drehbar gelagert und mittels der Traghülse vorschubbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Werkzeug (5) zugewandten Ende der Traghülse (4) ein mit "der Traghülse (4) in die zu bearbeitende Bohrung (7) einfahrbarer Ringkörper (8) angeordnet ist, in dem eine Mehrzahl von Abstützorganen (21) radial verschiebbar angeordnet und von einem Druckmittel beaufschlagbar an die Bohrungswandung (Ja) andrückbar ist, wobei in den Zuleitungen (19^ zu den Abstützorganen (21) Drosselstellen (16) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützorgane (21) entgegen der Ausfahrrichtung aus dem Ringkörper (8) durch eine Rückholfeder (26) vorgespannt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Ausfahren der Abstützorgane (21) aus dem Ringkörper (8) begrenzende Anschlage (28, 29).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (29) stiftförmig ausgebildet sind, quer zu den Abstützorganen (21') und mit ihren kegengen Enden in entsprechend ausgebildeten Sitze: (30<7, 31«) angeordnet sind, wobei der die einen Sitze (31 a) aufweisende Ring (31) durch einen am Ringkörper (8) aufgeschraubten Gewindering (32) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Abstützorgane (21) beaufschlagende Druck einstellbar ist.