DE19828897A1

DE19828897A1 - Vorrichtung zum Überwachen von Durchgangsbohrungen

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Publication number: DE19828897A1
Application number: DE19828897A
Authority: DE
Inventors: Christian Foerster; Frank Kobe
Original assignee: Haefner Otto & Co KG GmbH
Current assignee: Haefner Otto & Co KG GmbH
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 1999-12-23

Abstract

Damit eine Vorrichtung zum Kontrollieren/Überwachen der Herstellung von Durchgangsbohrungen und Ermitteln von Werkzeugbruch in einer Werkzeugmaschine, die insbesondere bei Herstellung von Serienteilen dient, mit zugeführtem Kühlmittel und bei vollständiger Führung eines Bohrers in Bohrbuchsen schnell und zuverlässig arbeiten, ist die Vorrichtung mit dem Arbeitsende des Bohrers (5) zugeordneten und durch das zu bearbeitende Werkstück (3) vom Werkzeug getrennten Sensormittel (9) sowie Mitteln zum Zuführen eines Signalmediums in Form von Kühlmittel in einem inneren Kanal (51) des Werkzeugs versehen. Dabei stellen die Sensormittel (9) den Austritt eines Signalmediumstrahls (13) aus dem Werkstück fest. Somit kann die Betriebsfähigkeit eines Bohrers in einfacher Weise ermittelt werden, wenn aus dem Werkstück austretendes Signalmedium festgestellt wird. Ein unbrauchbares Werkzeug wird dagegen erkannt, wenn an der Austrittsseite des Werkstücks kein Signalmedium gemeldet wird, weil der Bohrer abgebrochen/stark verschlissen sein muß und das Werkstück nicht mehr vollständig durchbohren kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kontrollieren/ Überwachen des Herstellens von Durchgangsbohrungen und Erken nen von Werkzeugbruch in einer dafür bestimmten Werkzeugma schine, die mindestens eine Spindel zum Halten jeweils eines Bohrwerkzeugs mit einem sich im wesentlichen in Werkzeug längsrichtung erstreckenden, am Arbeitsende des Werkzeugs offenen inneren Kanal sowie Mittel zum Steuern des Vorschubs der Spindel umfaßt.

Einrichtungen, die automatisch Bohrerbruch erkennen und mel den, finden insbesondere bei der Herstellung von Serienteilen Verwendung, wobei eine solche Werkzeugmaschine mehrere Stun den ohne ständige Aufsicht in Betrieb arbeiten soll. Bei der artigen Einrichtungen ist es maßgeblich, daß der Bruch oder das durch starken Verschleiß begründete Unbrauchbarwerden eines Bohrers sofort erkannt und dieser ausgewechselt wird, wobei das Auswechseln entweder automatisch erfolgt oder nach entsprechender Meldung des Bohrerbruchs an das Bedienungs personal manuell durchgeführt wird.

Herkömmliche Ermittlungsmethoden arbeiten mit Lichtschranken, die beim Zurückziehen der Spindel den Bohrer abtasten. Um eine solche optische Kontrolle durchzuführen, muß allerdings die Spindel einige Zeit angehalten werden. Diese Verzögerung, summiert über ein ganzes Werkstück, führt zu einem erhebli chen Zeitverlust bei der Herstellung. Außerdem ist die Nut zung solcher bekannten optischen Erkennungsverfahren für Bohrprozesse mit zugeführten flüssigen Kühlmitteln, z. B. bei der Verwendung von Einlippen-Hartmetallbohrern, wegen der den erzeugten Lichtstrahl störenden Sprühnebel weitgehend ausge schlossen. Ein weiterer Nachteil dieser Methode liegt darin, daß sie nicht für solche Bohrprozesse eingesetzt werden kann, bei der die Bohrer aufgrund ihrer kleinen Durchmesser ständig z. B. in Bohrhülsen geführt werden müssen. So ist es üblich und notwendig, Einlippen-Hartmetallbohrer in Bohrbuchsen zu führen, so daß beim Anbohren der Bohrer selbst praktisch nicht zu sehen ist. Beim Mehrspindel-Bohren ist die Bohrer brucherkennung ganz besonders schwierig.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden zum Feststellen des Fehlens bzw. Ausbleibens eines Bohrerteils Änderungen in der Motorleistung der Werkzeugmaschine registriert/gemessen. Die damit erreichbaren Ergebnisse sind jedoch nicht zuverläs sig und hängen sehr stark von den Durchmessern der Bohrer ab, wobei der Bruch von Bohrern kleiner Durchmesser keine bedeu tenden Änderungen in der Motorleistung verursacht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zum Kontrollieren/Überwachen des Herstellens von Durchgangsbohrungen zu schaffen, die bei allen Bohrverfahren die zuverlässige und schnelle Erkennung und Meldung von Boh rerbeschädigungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen der ein gangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Vorrich tung Sensormittel, die dem Arbeitsende des Werkzeugs zugeord net und durch das zu bearbeitende Werkstück vom Werkzeug ge trennt/beabstandet angeordnet sind, sowie Mittel zum Zuführen eines Signalmediums in den Kanal des Werkzeugs umfaßt, wobei die Sensormittel angeordnet und ausgebildet sind, um das im inneren Kanal des Werkzeugs geführte Signalmedium beim Aus tritt aus dem Werkstück festzustellen. Mit der erfindungsge mäßen Vorrichtung wird nicht allein das körperliche Bestehen bzw. Vorhandensein des Werkzeugs festgestellt, sondern die Fähigkeit, seine Funktion der Herstellung einer Durchgangsboh rung zu vollenden, erkannt. Wenn an der Austrittsseite des Werkstückes das Austreten des Signalmediums festgestellt wird, ist der Bohrer noch betriebsfähig, so daß der Bohrpro zeß fortgesetzt werden kann. Wird dagegen an der Austritts seite des Werkstücks kein Signalmedium gemeldet, so muß der Bohrer abgebrochen oder zumindest so stark verschlissen sein, daß er das Werkstück nicht mehr vollständig durchbohren kann. Da die Sensormittel die Ankunft des Signalmediums feststel len, kann ein reiner Ja/Nein-Schalter benutzt werden. Die Er kennung einer erfolgreichen Bohrung bzw. eines Bohrbruchs wird damit sofort und ohne zeitaufwendige Datenvergleiche und/oder -verarbeitung gemeldet.

Als Signalmedium kommt zum Beispiel ein durch Photodiode, Laser od. dgl. erzeugter Licht- oder Laserstrahl in Betracht, der beim Austreten aus dem Werkstück durch die vorzugsweise in Form einer lichtempfindlichen Zelle ausgebildeten Sensor mittel empfangen werden kann. Ein solches Signalmedium könnte nur dort eingesetzt werden, wo ggf. eine störende Sprühnebel bildung durch Kühlöl od. dgl. nicht oder nur in geringem Maße auftritt.

Bei einer besonders zweckmäßigen und bevorzugten Ausgestal tung der Erfindung sind die Signalmediumzuführmittel zum Zu führen eines unter Druck stehenden Fluids an das Werkzeug ausgebildet. Damit können vorteilhafterweise bei Hartmetall bohrern übliche, im Inneren des Werkzeugs geführte Kühlmittel und/oder Schmiermittel wie Drucköl als Signalmedium verwendet werden, wobei beim erfolgreichen Bohren an der Ausgangsseite des Werkstücks ein Fluidstrahl gebildet wird. Dabei kann sogar Druckluft, die zwar üblicherweise nicht als Schmiermit tel, sondern allenfalls zur Kühlung und vor allem zum Zurück transportieren von Spänen benutzt wird, auch als Signalmedium dienen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung können die Sensormittel zur Aufnahme eines durch das im Werk zeug geführte Druckfluid verursachten Impulses/Stoßes und zum Signalisieren der Ankunft dieses Impulses ausgebildet sein.

Auf diese Weise wird statt des Fluids selbst die Druckände rung bei dessen Ankunft erkannt, so daß einerseits der bei der Verwendung von Kühlöl oder sonstigen Schmiermitteln er zeugte Sprühnebel den Erkennungsprozeß nicht behindert und andererseits das Austreten von an sich nicht sichtbaren Fluiden wie Druckluft ebenfalls verwendet werden kann. Dabei umfassen die Sensormittel vorteilhaft mindestens ein druck empfindliches Prallblech.

Eine besonders zweckmäßige und einfache Ausbildungsversion der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Sensormittel einen Neigungsschalter aufweisen.

Um bei mehrspindligem Bohren, insbesondere bei nicht parallel ausgeführten oder einander gegenüberliegenden Bohrungen die gegenseitigen Beeinflussungen der Fluidstrahle zu vermeiden, werden bei einer besonders zweckmäßigen und vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung den Sensormitteln Isolier- bzw. Abschirmmittel zugeordnet, die zur Aufnahme des durch ein Werkzeug geführten und aus dem Werkstück austretenden Signal mediums ausgebildet sind. Dabei wird eine besonders einfache Gestaltung der Erfindung dann erreicht, wenn die Isoliermit tel eine sich im wesentlichen koaxial mit dem Werkzeug er streckende, die Sensormittel mindestens zum Teil aufnehmende, vorzugsweise hinsichtlich ihrer Lage gegenüber dem Werkzeug einstellbar angeordnete rohrartige Hülse umfassen.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Sensormittel derart den Mitteln zum Steuern des Spindelvorschubs zugeordnet bzw. mit diesen ver bunden, daß sie lediglich beim Erreichen der Spindel einer vorbestimmten, dem Durchbruch des Werkzeugs durch das Werk stück entsprechenden Endlage ein Signal abgeben. Der Vorschub der Spindel ist bekannt; damit ist auch die Durchbruchszeit des Signalmediums durch das Werkstück vorherbestimmt. In die ser Weise können eventuell störende Fehlmeldungen bzw. -signale durch das Eingrenzen der Empfangszeit ausgeschlossen werden.

Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungsformen oder -mög lichkeiten der Erfindung werden anhand der folgenden Be schreibung der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen 4-spind ligen Werkzeugmaschine mit zylindrischem Werkstück im Teilquerschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht der Werkzeugmaschine nach Fig. 1, teilweise im Querschnitt, und

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der erfindungs gemäßen Werkzeugmaschine nach Fig. 2 im Schnitt A-A der Fig. 2 mit Bohrer und Sensoreinrichtung.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Werkzeugmaschine umfaßt eine Rundachse 1 mit Spannfutter 2 zum drehbaren Halten eines Werkstückes 3. Die Rundachse 1 ist fest auf einem an einem nur angedeuteten Maschinengestell 4 in Führungen verschiebbar angebrachten Schlitten gelagert, mittels dem sie samt Spann futter 2 und Werkstück 3 in Längsachsrichtung b verschiebbar ist. Das Werkstück dieses Ausführungsbeispiels ist eine Trom mel, wie z. B. eine durch eine Vielzahl präziser Durchgangslö cher bzw. -bohrungen zu perforierende Rundmatrize für Pelle tiermaschinen.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind jeweils zwei Bohreinheiten mit Bohrern 5 und mittels gestrichelt dargestellter Spindeln 6 von gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks her in Richtung auf die Längsachse b vorschiebbar angeordnetet. Die Bohrer 5 sind jeweils über einen Teil ihrer Länge in Bohrbuchsen 7 geführt, und zwar, um die Gefahr auszuschließen, daß sie bei den hohen Drehzahlen, die bis zu 20 000 U/min erreichen können, aufgrund unvermeidbarer Unwuchten abbrechen. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt jeder Bohrer, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Ein lippen-Hartmetallbohrer handelt, einen inneren Kanal 51, der sich im wesentlichen zentral in Bohrerlängsrichtung erstreckt und in einer an der Bohrspitze unterhalb der Schneide ange ordneten Öffnung endet. Der Kanal dient üblicherweise zum Zu führen eines Kühlfluids, wie Drucköl, Druckluft od. dgl. Das Fluid wird am anderen, in die Spindel der Werkzeugmaschine eingespannten Bohrerende durch nicht dargestellte Zuführmit tel in den Kanal 51 eingeführt. Beim Bohren strömt das Kühl fluid durch das Bohrerinnere zur Spitze und anschließend durch eine in die Mantelfläche des Bohrers in Längsrichtung eingearbeitete Kerbe oder Nut von der Spitze zurück, wobei die erzeugten Späne dabei abtransportiert werden. Der Beaufschlagungsdruck ist relativ hoch, z. B. beim Einlippen-Hart metallbohren wird herkömmliches Kühlöl mit einem Druck von etwa 30 bis 150 bar verwendet. Nach dem Durchbrechen der Bohrung bildet das aus der Bohrerspitze unter einem solchen Druck aus tretende Kühlmittel einen relativ gebündelten Fluid strahl 13, der dann erfindungsgemäß als Signalmedium benutzt wird.

Zu diesem Zweck sind jeweils den Spindeln 6 bzw. Werkzeugen 5 zugeordnete, im Inneren des Werkstücks angeordnete Sensorein richtungen 9 vorgesehen. Diese sind auf einer Stange S, die sich im wesentlichen in Längsachse der Rundachse 1 vom Spann futter her zur gegenüberliegenden Seite des Werkstücks er streckt, in Abständen, die denen der benachbarten Spindel 6 auf jeweils einer Seite des Werkstücks entsprechen, vorgese hen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Sen soreinrichtungen an gleicher Stelle der Stange, jedoch in entgegengesetzte Richtungen weisend, angeordnet.

Wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt, umfassen die Sensorein richtungen 9 einen an der Stange befestigten Sensorträger 10, einen an diesem gelagerten Neigungsschalter 11 mit Prallflä che 110 sowie eine Isoliereinrichtung, die aus jeweils einer der entsprechenden Bohreinheit gegenüberliegenden Hülse 12 besteht. Der Neigungsschalter 11 ist vorzugsweise als berüh rungsloser Schalter, z. B. als Quecksilberschalter, ausgebil det. Die Hülse 12, die vorteilhaft als Teleskoprohr ausgebil det sein kann, liegt koaxial mit der entsprechenden Spindel 6 bzw. dem Bohrer 5 und ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie lediglich einen aus dem zugeordneten Bohrer austretenden Fluidstrahl aufnimmt. Somit wird jeder aus dem Werkstück aus tretende Fluidstrahl von dem benachbarter oder gegenüberlie gender Bohrer isoliert. Die Prallfläche 110 jedes Neigungs schalters 11 liegt genau gegenüber dem entsprechenden Bohrer, d. h. in der Längsachse der entsprechenden Spindel 6, und zwar in der zugeordneten Hülse angeordnet. Damit stößt der beim Durchbrechen der Bohrung aus dem Werkstück 3 aus tretende Fluidstrahl 13 allein auf die ihm zugeordnete Fläche 110 und verursacht dabei eine Schwenkung bzw. Neigung derselben. Die ser Umstand wird dann über den Neigungsschalter 11 festge stellt und ggf. über eine letzterem zugeordnete Signalverar beitungsschaltung einer Maschinensteuerung signalisiert. Das Ausgangssignal des Neigungsschalters 11 bzw. der Signalverar beitungsschaltung weist zweckmäßig die Form eines JA/NEIN-Sig nals auf. So wird ein Zwei-Zustandssignal erzeugt, wobei die Neigung der Prallfläche einen ersten Signalzustand und das Stillstehen der Prallfläche einen zweiten Signalzustand erzeugen.

Die Lage der Sensoreinrichtung 9 an der Stange 8 ist mittels einer Justierschraube 14 ver- bzw. einstellbar, so daß die optimale Position zur Aufnahme des Fluidstrahls eingestellt werden kann.

Die Funktion der Werkzeugmaschine einschließlich des Vor schubs und Zurückfahrens der einzelnen Spindeln und des Bewe gens des Werkstücks ist über an sich bekannte, nicht gezeigte Steuermittel gewährleistet. Erfindungsgemäß können die Steu ermittel ebenfalls das Ausgangssignal der Sensormittel 9 bzw. Neigungsschalter 11 erfassen, so daß sie ständig darüber in formiert sind, ob eine Durchgangsbohrung erfolgreich durchge führt wurde oder ein bestimmter Bohrer nicht ordnungsgemäß arbeitet und eventuell auszuwechseln ist. Sie können damit ebenfalls selbst die Meldung eines Bohrerbruchs gewährlei sten.

Die Steuerung arbeitet in Kenntnis der gespeicherten theore tischen Bohrtiefe und kann damit auch den genauen Zeitpunkt bzw. den Zeitbereich, zu dem der entsprechende Bohrer das Werkstück durchbrechen soll, berechnen. Um das Erfassen even tueller Störungen bzw. Fehlschaltungen des Neigungsschalters 11 zu vermeiden, kann in dieser Hinsicht die Steuerung derart ausgebildet sein, daß sie das Ausgangssignal der Neigungs schalter 11 lediglich innerhalb des vorbestimmten Zeitbe reichs bzw. -fensters erfaßt. Somit stellt die Steuerung fest, ob beim Erreichen der theoretischen Bohrtiefe ein JA- oder ein NEIN-Signal am Ausgang des Neigungsschalters 11 vor handen ist, und kann je nach Ergebnis den Bohrprozeß fortset zen oder die entsprechende Bohreinheit in ihre Ausgangsstel lung zurückfahren und das abgebrochene Werkzeug melden.

Beim Feststellen eines Bohrerbruchs kann aber auch die Steue rung die Maschine weiterarbeiten lassen, und zwar unter Be rücksichtigung des fehlenden Bohrers, so daß die notwendigen Bohrungen mittels der noch unbeschädigten Bohrer erledigt werden können. Eine solche Möglichkeit ist bei Bohrprozessen ganz besonders zweckmäßig, bei denen die Werkzeugmaschine mehrere Tage ohne ständige Aufsicht in Betrieb ist.

Es ist ersichtlich, daß die zuvor beschriebenen Sensormittel auch in anderer Weise ausgestaltet sein können. Zum Beispiel könnte man einen kapazitiven oder piezoelektrischen Drucksen sor, der keine beweglichen Teile umfaßt, einsetzen. Auch ist gemäß der Erfindung denkbar, daß anstelle von Druckfluid ein Lichtstrahl als Signal bzw. Kontrollmedium verwendet wird, wobei eine geeignete Lichtquelle, die einen relativ kohären ten Lichtstrahl in das Bohrerinnere einführt, der Bohreinheit zugeordnet bzw. in diese integriert wird. Dabei umfaßt dann die Sensoreinrichtung einen geeigneten Lichtempfänger, z. B. eine Photozelle, die beim Durchbruch der Bohrung den Erhalt der Lichtenergie signalisiert. Eine solche optische Einrich tung schließt zwar nicht die zusätzliche Verwendung von im Bohrerinneren geführten Kühlmitteln aus. Druckluft kann auf jeden Fall auch bei einer solchen Anordnung erfolgreich ver wendet werden; allerdings besteht bei Benutzung einer flüssi gen Substanz wie Öl die Gefahr, daß die angesammelte Flüssig keit den Empfang des Lichtstrahls beeinträchtig.

Bezugszeichenliste

1

Rundachse

2

Spannfutter

3

Werkstück

4

Schlitten

5

Werkzeug

51

Kanal

6

Spindel

7

Bohrbuchsenhalter

8

Stange

9

Sensoreinrichtung

10

Sensorträger

11

Neigungsschalter

110

Prallfläche

12

Hülse/Teleskoprohr

13

Ölstrahl

14

Justierschraube
b Längsachse

Claims

1. Vorrichtung zum Kontrollieren/Überwachen der Herstellung von Durchgangsbohrungen und Ermitteln von Werkzeugbruch in einer Werkzeugmaschine, die mindestens eine Spindel (6) zum Halten jeweils eines Bohrwerkzeugs (5) mit einem sich im wesentlichen in Werkzeuglängsrichtung erstrecken den, am Arbeitsende des Werkzeugs offenen inneren Kanal (51) sowie Mittel zum Steuern des Vorschubs der Spindel (6) umfaßt, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung Sensormittel (9), die dem Arbeitsende des Werkzeugs (5) zugeordnet und durch das zu bearbeitende Werkstück (3) vom Werkzeug (5) getrennt/be abstandet angeordnet sind, sowie Mittel zum Zuführen eines Signalmediums in den Kanal (51) des Werkzeugs um faßt, wobei die Sensormittel (9) angeordnet und ausgebil det sind, um das im inneren Kanal (51) des Werkzeugs ge führte, Signalmedium (13) beim Austritt aus dem Werkstück festzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Signalmediumzuführmit tel zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids an das Werkzeug (5) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sensormittel (9, 11) zur Aufnahme eines durch das im Werkzeug (5) geführte Druckfluid (13) verursachten Impulses und zum Signalisie ren der Ankunft dieses Impulses ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormittel (9) mindestens eine druckempfindliche Prallfläche (110) auf weisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Sen sormittel einen Kippschalter (11) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge kennzeichnet durch den Sensormitteln zugeordnete Isolier- bzw. Abschirmmittel (12), die zur Aufnahme dem durch das Werkzeug (5) geführten und aus dem Werkstück (3) austretenden Signalmediums (13) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Isoliermittel eine sich im wesentlichen koaxial mit dem Werkzeug (5) er streckende, die Sensormittel (9) mindestens zum Teil aufnehmende rohrartige Hülse (12) umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lage der Hülse (12) gegenüber dem Werkzeug (5) einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Sen sormittel (9) derart den Mitteln zum Steuern des Spindel vorschubs zugeordnet sind, daß sie lediglich beim Errei chen einer vorbestimmten, dem Durchbruch des Werkzeugs (5) durch das Werkstück (3) entsprechenden Endlage der Spindel (6) ein Signal abgeben.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Druck fluid (13) ein Kühl- und/oder Schmiermittel ist.