DE19936652C2 - Werkzeugmaschine und Verfahren zum Anbringen einer schrägen Bohrung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer schrägen Bohrung in ein Werkstück, vorzugsweise in eine Felge eines Rades, mittels einer Werkzeugmaschine, die einen Spindelkopf, eine in dem Spindelkopf um eine Hauptspindelachse drehbar gelagerte Hauptspindel, an deren Stirnseite eine Werk­ zeugaufnahme zum Einspannen von Werkzeugen vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse zu drehende Bearbeitungswerkzeuge zur Bearbeitung des Werkstückes aufweisen, sowie eine Vorrichtung zum Einspannen des Werkstückes aufweist.

Ein derartiges Verfahren beschreibt die DE 37 35 858 A1 im Zu­ sammenhang mit der Felge eines Kraftfahrzeuges, in die eine ge­ neigte Ventillochbohrung eingebracht wird. Zu diesem Zweck wird die Felge auf eine Aufnahme gespannt und diese um den Winkel gedreht, unter dem die Ventillochbohrung die Hauptspindelachse schneidet. Die dabei verwendeten Werkzeuge umfassen übliche Werkzeughalter, in die die üblichen Bearbeitungswerkzeuge ein­ gespannt sind. Die Werkzeughalter werden in an sich bekannter Weise in die Werkzeugaufnahme in der Hauptspindel eingesetzt.

Aus geometrischen Gründen wandert beim Verschwenken der Vor­ richtung die zukünftige Ventillochbohrung weiter nach außen, so daß bei der Auswahl der für die Bearbeitung der Felge einzuset­ zenden Werkzeugmaschine nicht die eigentlichen Außenabmaße der Felge, sondern vielmehr der durch das Auswandern bedingte größere Verfahrweg für das Bearbeitungswerkzeug berücksichtigt werden muß. Nun ist aus konstruktiven Gründen der Verfahrweg einer Werkzeugmaschine immer beschränkt, für größere Verfahr­ wege sind jeweils erheblich teurere, da konstruktiv anspruchs­ vollere Werkzeugmaschinen erforderlich. Vor diesem Hintergrund werden Werkzeugmaschinen in der Regel so angeschafft, daß sie die aktuelle Bearbeitungsaufgabe hinsichtlich ihres Verfahr­ weges sowie ihrer sonstigen Leistungsmerkmale zufriedenstellend erledigen können, jedoch nicht überdimensioniert sind.

In letzter Zeit sind nun die Durchmesser derartiger Felgen ins­ besondere für Geländewagen, Lkw, aber auch für der Mode unter­ worfene Personenkraftwagen in spezieller Konstruktion immer größer geworden, so daß immer größere Verfahrwege benötigt wer­ den, um die Ventillochbohrungen sowie weitere, ggf. geneigte Bohrungen anzubringen. Dies bedeutet jedoch, daß diese Felgen mit größerem Durchmesser auf bestehenden Werkzeugmaschinen ggf. nicht mehr bearbeitet werden können.

Um die Anschaffung neuer Werkzeugmaschinen zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die Ventillochbohrung mit einem Winkelbohrkopf anzubringen. Wegen des erforderlichen Kegel­ getriebes ist ein derartiger Winkelbohrkopf jedoch relativ un­ genau, außerdem ist er in der Anschaffung teuer und schwer zu steuern.

Aus dem DE 73 00 887 U1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe einer Zusatzeinrichtung für eine an sich herkömmliche Werkzeugmaschine bestimmte Arbeiten, etwa Radienfräsen, Planen, Einstechen oder Bohren an beliebigen Stellen, einfacher ausge­ führt werden können. Die bekannte Zusatzeinrichtung weist einen Grundkörper auf, an dem ein Kupplungsteil zum Eingriff in die Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine angeordnet ist. Parallel zu dem Kupplungsteil ist an dem Grundkörper eine Werkzeugauf­ nahme drehbar angeordnet und mit dem Kupplungsteil über einen Antriebsstrang verbunden. Der Grundkörper läßt sich über das Kupplungsteil um die Hauptspindelachse der Werkzeugmaschine herumschwenken, so daß sich mit Hilfe der Zusatzeinrichtung insbesondere Bearbeitungen entlang einer Kreisbahn mit Hilfe eines in die Werkzeugaufnahme eingesetzten Werkzeuges ausführen lassen.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, Maßnahmen bereitzustellen, um auf preiswerte und kon­ struktiv einfache Weise den Verfahrweg eines Bearbeitungswerk­ zeuges zumindest in einer Richtung zu vergrößern.

Bei dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe gelöst durch die Schritte:

• - Einspannen des Werkstückes in die Vorrichtung,
• - Schwenken der Vorrichtung derart, daß die zukünftige Boh­ rung achsparallel zur Hauptspindelachse verläuft, aber außerhalb des Verfahrweges der Hauptspindel liegt,
• - Einwechseln eines Mehrspindelkopfes in die Werkzeugaufnah­ me, an dem mehrere Werkzeugspindeln drehbar gelagert sind, von denen genau eine mit einem Bearbeitungswerkzeug be­ stückt ist, wobei die genaue eine Werkzeugspindel in Rich­ tung des Verfahrweges einen parallelen Versatz zwischen deren Bearbeitungsachse und einer Antriebsachse des Mehrspindelkopfes aufweist, und
• - ein Verfahren des Bearbeitungswerkzeuges über die zukünf­ tige Bohrung und Anbringen der Bohrung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei­ se vollkommen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß es durch einen derartigen Versatz, der natürlich zum Ver­ satz der gesamten Achse der Werkzeugmaschine in der jeweiligen Richtung führt, möglich ist, kleinere Werkzeugmaschinen einzu­ setzen und dennoch außerhalb des üblichen Verfahrweges liegende Bohrungen einzubringen oder andere Bearbeitungsmaßnahmen, z. B. mit einem Fräser, durchzuführen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht nur für die Bearbeitung von Felgen sondern darüber hinaus auch für die Bearbeitung anderer Werkstücke ge­ eignet, bei denen für nur wenige Bearbeitungsaufgaben größere Verfahrwege des Bearbeitungswerkzeuges in zumindest einer Achse erforderlich sind, als dies mit einem in der Hauptspindelachse liegenden Bearbeitungswerkzeug möglich wäre.

Zwar ist der erfindungsgemäß verwendete Mehrspindelkopf kon­ struktiv aufwendiger und damit teurer als übliche Werkzeuge mit einfachem Werkzeughalter und Bearbeitungswerkzeug, diese Maß­ nahme ist jedoch immer noch erheblich preiswerter als die An­ schaffung einer größeren Werkzeugmaschine, sei es als Ersatz für eine bestehende Werkzeugmaschine kleinerer Bauart oder als Neuanschaffung. Abgesehen von der Verwendung des Mehrspindel­ kopfes muß lediglich noch die Steuerungssoftware der Werkzeug­ maschine dahingehend angepaßt werden, daß der Versatz berück­ sichtigt wird.

Die Verwendung eines Mehrspindelkopfes hat den Vorteil, daß derartige Mehrspindelköpfe bereits auf dem Markt verfügbar sind. Mehrspindelköpfe sind Werkzeuge, an deren Grundkörper mehrere Werkzeugspindeln drehbar gelagert sind, die jeweils mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt sind. Der Antrieb derarti­ ger Mehrspindelköpfe erfolgt über die übliche Werkzeugaufnahme der Hauptspindel. Die Mehrspindelköpfe weisen ein gewünschtes Lochmuster auf, das wiederkehrend bei der Serienbearbeitung von Werkstücken in diese eingebracht wird.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nun erkannt, daß ein derartiger Mehrspindelkopf mit beliebigem Lochmuster ver­ wendet werden kann, um den Verfahrweg einer Werkzeugmaschine in zumindest einer Richtung zu vergrößern. Hierzu ist es erforderlich, daß nur eine Werkzeugspindel des Mehrspindelkopfes mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt wird und der Versatz zwi­ schen der Hauptspindelachse und der Bearbeitungsachse in die Steuerung der Werkzeugmaschine eingegeben wird.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich außerdem erkannt, daß auch ein Mehrspindelkopf, bei dem nur eine Werk­ zeugspindel mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt ist, trotz der dadurch bedingten, ungleichmäßigen mechanischen Belastung beim Bohren noch mit hinreichender Genauigkeit arbeitet, insbe­ sondere wenn eine Ventillochbohrung in eine Felge eines Rades eines Kraftfahrzeuges eingebracht werden soll. Dies ist inso­ fern überraschend, als Mehrspindelköpfe üblicherweise nur mit mehreren oder gar vollständig bestückten Werkzeugspindeln ein­ gesetzt werden, so daß bei der Bearbeitung eine gleichmäßige, ein Verkippen vermeidende Belastung auf die Werkzeugaufnahme ausgeübt wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Ausschnitt und in schematischer Darstellung eine Werkzeugmaschine zum Anbringen einer geneigten Ven­ tillochbohrung in eine Felge; und

Fig. 2 in schematischer, ausschnittsweiser Seitenansicht ein Werkzeug mit Versatz zwischen Bearbeitungsachse und Antriebsachse, das bei der Werkzeugmaschine aus Fig. 1 verwendet wird.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes 11 gezeigt, das in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel eine Felge 12 eines Rades eines Kraftfahrzeuges ist, in die unter anderem eine bei 14 angedeutete, geneigte Ventil­ lochbohrung eingebracht werden soll.

Die schematisch angedeutete Werkzeugmaschine 10 umfaßt einen Spindelkopf 16, in dem eine um eine Hauptspindelachse 17 dreh­ bare Hauptspindel 18 gelagert ist, an deren Stirnseite 19 eine übliche Werkzeugaufnahme 21 zur Aufnahme eines Werkzeuges 22 vorgesehen ist.

Das Werkzeug 22 umfaßt einen üblichen Werkzeughalter 23, an dem ein Bearbeitungswerkzeug 24 gehalten ist, das bei in die Werk­ zeugaufnahme 21 eingespanntem Werkzeug 22 um seine Bearbei­ tungsachse 25 drehbar ist, die dann mit der Hauptspindelachse 17 zusammenfällt.

Unterhalb des Spindelkopfes 16 ist ein üblicher Werkstücktisch 27 angeordnet, auf dem eine um eine Schwenkachse 28 in Richtung eines Pfeiles 29 schwenkbare Vorrichtung 31 vorgesehen ist, auf der mittels nicht näher ausgeführter Klemmen 32 die Felge 12 festgeklemmt ist.

In üblicher Weise können Spindelkopf 16 und Werkstücktisch 27 relativ zueinander in drei Koordinatenrichtungen verfahren wer­ den, wobei in der Ebene des Werkstücktisches 27 üblicherweise die X- und X-Koordinate liegen und in Richtung der Haupt­ spindelachse 17 die Z-Koordinate verläuft. Auf diese Weise er­ gibt sich ein relativer Verfahrweg zwischen der Hauptspindel­ achse 17 sowie dem Werkstück 11, wobei in Fig. 1 bei 33 der ma­ ximale Verfahrweg angegeben ist, der in Richtung einer Koordi­ natenachse zwischen Hauptspindelachse 17 und Werkstück 11 mög­ lich ist.

Abgesehen von den kartesischen Koordinaten werden Koordinaten auf einem Werkstücktisch teilweise auch in Polarkoordinaten an­ gegeben, also durch einen Abstand r zum Mittelpunkt des Koordi­ natensystems sowie einen Winkel α zu einer durch den Mittel­ punkt gehenden Bezugsachse.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Verfahrweg 33 das gesamte Werkstück 12 abdeckt, so daß durch das Bearbeitungswerkzeug 24 verschiedene Bearbeitungsmaßnahmen an dem gesamten Körper des Werkstückes 11 durchgeführt werden können.

Wird die Vorrichtung 31 jedoch in Richtung des Pfeiles 29 in Fig. 1 nach links geschwenkt, so daß die Felge 12 die gestri­ chelte Position 12' einnimmt und die zukünftige Ventilloch­ bohrung 14' mit ihrer Achse 34 parallel zur Hauptspindelachse 17 zu liegen kommt, befindet sich die zukünftige Bohrung 14' außerhalb des Verfahrweges 33. Die Achse 34 weist nämlich zu der Hauptspindelachse 17 einen bei 35 angedeuteten Abstand auf, der größer ist als der Verfahrweg 33.

Um jetzt dennoch das Anbringen der Ventillochbohrung 14 zu er­ möglichen, wird das in Fig. 2 schematisch dargestellte Werkzeug 22 eingesetzt, das einen Grundkörper 37 aufweist, der über ein drehbares Kupplungsteil 38, das mit einem Normkegel 39 in die Werkzeugaufnahme 21 eingreift, an der Hauptspindel 18 festge­ legt ist. Das Kupplungsteil 38 ist um eine Antriebsachse 41 drehbar, die bei in die Werkzeugaufnahme 21 eingespanntem Werk­ zeug 22 mit der Hauptspindelachse 17 zusammenfällt.

An dem Grundkörper 37 ist ferner ein in eine drehbar gelagerte Werkzeugspindel 4 eingespanntes Bearbeitungswerkzeug 24 vorge­ sehen, das um seine Bearbeitungsachse 25 drehbar ist. Der An­ trieb der Werkzeugspindel 42 erfolgt über eine in Fig. 2 ledig­ lich schematisch dargestellte Antriebsverbindung 43 durch das Kupplungsteil 38. Die Antriebsverbindung 43 ist beispielweise ein Zahnriemen oder ein Getriebe.

Die Anordnung bei dem Werkzeug 22 ist so getroffen, daß die Be­ arbeitungsachse 25 einen Abstand 44 zu der Antriebsachse 41 aufweist, der größer ist als die Differenz zwischen dem Abstand 35 und dem Verfahrweg 33 aus Fig. 1. Auf diese Weise kann das Bearbeitungswerkzeug 24 über die Achse 34 in Fig. 1 nach links hinaus gefahren werden, so daß das Anbringen der Bohrung 14 problemlos möglich ist.

Es sei noch erwähnt, daß das Werkzeug 22 beidseits des Norm­ kegels 39 zwei Stifte 45 aufweist, die beim Einspannen des Werkzeugs 22 in die Spindel 18 in Sackbohrungen 46 eingreifen, die an einer Stirnseite 47 des Spindelkopfes 16 vorgesehen sind. Auf diese Weise ist das eingespannte Werkzeug 22 drehfest an dem Spindelkopf 16 festgelegt, so daß über die Werkzeug­ aufnahme 21 und den Normkegel 39 einerseits das Werkzeug 22 in Richtung der Hauptspindelachse 17 gehalten wird und anderer­ seits der Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges 24 erfolgen kann.

Selbstverständlich ist es auch bei dem Bearbeitungswerkzeug aus Fig. 2 erforderlich, den Versatz 44 in der Steuerung der Werk­ zeugmaschine zu berücksichtigen.

In Fig. 2 ist bei dem Werkzeug 22 eine Werkzeugspindel 42 ge­ zeigt. Erfindungsgemäß wird statt dieses speziellen Werkzeuges 22 ein Mehrspindelkopf verwendet, an dem mehrere Werkzeugspin­ deln 42 vorgesehen sind, die bei dem üblichen Einsatz eines Mehrspindelkopfes alle mit Bearbeitungswerkzeugen bestückt sind. Bei einem derartigen Mehrspindelkopf wird jetzt nur eine Werkzeugspindel mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt und der Versatz zu der Antriebsachse in die Steuerung der Werkzeugma­ schine 10 eingegeben.

Claims (1)

1. Verfahren zum Anbringen einer schrägen Bohrung in ein Werkstück (11), vorzugsweise in eine Felge (12) eines Ra­ des, mittels einer Werkzeugmaschine (10), die einen Spin­ delkopf (16), eine in dem Spindelkopf (16) um eine Haupt­ spindelachse (17) drehbar gelagerte Hauptspindel (18), an deren Stirnseite (19) eine Werkzeugaufnahme (21) zum Ein­ spannen von Werkzeugen (22) vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse (25) zu drehende Bearbeitungswerkzeuge (24) zur Bearbeitung des Werkstückes (11) aufweisen, sowie eine Vorrichtung (31) zum Einspannen des Werkstückes (11) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Einspannen des Werkstückes (11) in die Vorrichtung (31),
• - Schwenken der Vorrichtung (31) derart, daß die zu­ künftige Bohrung (14) achsparallel zur Hauptspindel­ achse (17) verläuft, aber außerhalb des Verfahrweges (33) der Hauptspindel (18) liegt,
• - Einwechseln eines Mehrspindelkopfes in die Werkzeug­ aufnahme (21), an dem mehrere Werkzeugspindeln (42) drehbar gelagert sind, von denen genau eine mit ei­ nem Bearbeitungswerkzeug (24) bestückt ist, wobei die genaue eine Werkzeugspindel (42) in Richtung des Verfahrweges einen parallelen Versatz (44) zwischen deren Bearbeitungsachse (25) und einer Antriebsachse (41) des Mehrspindelkopfes aufweist, und
• - Verfahren des Bearbeitungswerkzeuges (24) über die zukünftige Bohrung (14) und Anbringen der Bohrung (14).