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Umlaufender Werkzeughalter mit quer zu seiner Längsachse rein einstellbarem
Werkzeugträger Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Werkzeughalter mit quer
zu seiner Längsachse fein einstellbarem Werkzeugträger, dessen stellmittel koaxial
zum Schaft des Werkzeughalters angeordnet nd.
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dei bekannten Werkzeughaltern dieser Art, auch als Bohrstangen sezeichnet,
erfolgt die Verstellung des Werkzeuges durch mechanische Mittel, z.B. durch Keil-
oder Hebelgetriebe (Patentanmeldung M 22 389 Ib/49a, "Meßgesteuerter Feinbohr- und
Ausdrehkopf", Firmendruckschrift Heller, Juli 1965). Mechanische Antriebe weisen
jedoch eine erhebliche Reibung auf, durch die die Genauigkeit der Zustellung des
Werkzeuges so weit herabgesetzt wird, dab Stellwerte im Mikrometerbereich nicht
eingehalten werden können.
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Auch lassen sich die bisher bekannten umlaufenden Werkzeughalter samt
der relativ viel Raum beanspruchenden mechanischen Stellmittel nicht so steif ausbilden,
wie es fUr eine Feinstbearbeitung an sich notwendig ist.
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Nun sind zwar aus dem Schleifmaschinenbau (OS 1 502 583) Vorrichtungen
zum Erzeugen von sehr kleinen und genauen Stellwegen bekannt, bei denen ein hydraulischer
Druck in einer werkstoffelastischen Dehnbüchse großer Steifigkeit die Länge dieser
Dehnbüchse um kleine Werte verändert. Ihre Längenänderung wirkt direkt als Einstellgröße
für die Schleifscheibe. Diese Vorrichtungen benötigen jedoch relativ viel Raum,
der bei umlaufenden Werkzeughaltern, insbesondere bei Bohrstangen einfach nicht
vorhanden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen umlaufenden Werkzeughalter
zu schaffen, der unter Berücksichtigung der sehr beengten Raumverhältnisse sehr
genau arbeitende und exakt betätigbare Feinstellmittel aufweist, um die während
eines -Bearbeitungsvorganges durch Werkzeugabnutzung, infolge Temperaturveränderungen,
durch äußere Kräfte o.ä. auftretenden Fehler zu verkleinern oder gar zu beseitigen.
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Diese Aufgabe ist bei umlaufenden Werkzeughaltern der eingangs genannten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß anstelle der bisherigen -mechanisohen
Feinstellmittel mindestens ein, vorzugsweise aber zwei, von einem hydraulischen
Druckmittel beaufschlagte werkstoffelastische Zwischenglieder hoher Steifigkeit
vorgesehen sind, die zwischen dem eigentlichen Werkzeugträger und dem Werkzeughalter
beidseitig der Rotationsachse fest angeordnet sind.
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Um die elastischen Zwischenglieder raumsparend unterbringen zu können,
sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der eigentliche Werkzeugträger und
der Werkzeughalter flanschartig ausgebildete Bauteile, die an den einander zugewandten
Seiten Fortsätze zur Aufnahme der Feinstellmittel und Ausgleichsgewichte aufweisen,
während die abgewandten Seiten einen Innen- bzw. einen Außenkonus zur Aufnahme des
Werkzeughalterschaftes bzw. der Werkzeugaurnahme besitzen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zusätzliche Blattfedern
vorgesehen, die, mit ihren Enden an Aufnahmen der flanschartigen Bauteile befestigt,
ein parallelführendes Federgelenk bilden.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
elastischen Zwischenglieder an sich bekannte Dehnbüchsen.
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Zweckmitßigerweise trägt das die Werkzeugaufnahme tragende flanschartige
Bauteil an seiner Außenmantelfläohe eine die Feinstellmittel abdeckende rotationssymmetrische
Hülse.
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Zum Zwecke der Vergrößerung der Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen:
Werkzeughalters, insbesondere auch in Verbindung mit Arbeitsmaschinen, die keine
besondere Einrichtungen zum Feinstbearbeiten aufweisen, ist der Schaft des umlaufenden
Werkzeughalters hohl ausgebildet zur Aufnahme eines an sich bekannten pneumatisch-hydraulischen
Druckwandlers, dem über eine drehbewegliche Einführung (Stopfbuchse) ein pneumatischer
Arbeitsdruck zuführbar ist.
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Vorzugsweise ist der pnaumatisch-hydraulische Druckwandler ein vom
pneumatischen Druck beaufschlagter, mittels einer Rollmembran gegenüber der Innenmantelfläche
des Schaftes abgedichteter Kolben großen Durchmessers, der innerhalb des Schaftes
mit einem den hydraulischen Arbeitsdruck erzeugenden, mittels eines Metallfederrohres
abgedichteten Kolben kleinen Durchmessers verbunden ist.
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Um besonders große hydraulische Kräfte zur Verstellung des Werkzeug
trägers erzeugen zu können, was bei extrem steifen Werkzeughaltern zur genauen Bearbeitung
von Werkstücken aus besonders zähen oder#hartenWerkstoffen notwendig ist, wird gemäß
der Erfindung der pneumatischè4Kolben großen Durchmessers außerhalb des Schaftes
des~umlatfendèn Werkzeughalters in einem ortsfesten.Zylinder angeordnet, während
der das hydraulische-Druckmittel enthaltende Zylinder, in der der hydraulische Kolben
kleinen Durchmessers
hineinragt, im hohlen Schaft des umlaufenden
Werkzeughalters verbleibt. Der ruhende Kolben, um den der Hydraulikzylinder umläuft,
ist in den Zylinder einzuläppen. Zwischen den während der Rotation aureinandergleitenden
Mantelflächen von Zylinder und Kolben bildet sich dann ein gleichmäßiger ölfilm,
der eine gute Abdichtung mit wenig Leckverlusten und eine sehr geringe Reibung gewährleistet.
Zum Ausgleich von Leckverlusten wird durch eine an sich bekannte Steuerung vor der
Bearbeitung eines neuen Werkstückes der Hydraulikkolben in eine Nachfüllstellung
überführt, in der von einem Druckmittelreservoi#r aus die Leckverluste selbsttätig
ausgeglichen werden.
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Der erfindungsgemäße Werkzeughalter weist eine Reihe von Vorteilen
auf.
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Einmal kann der Werkzeughalter infolge seiner geringen äußeren Abmessungen
in axialer Richtung, alle Teile der Stelleinrichtung sind innerhalb des Werkzeughalters
untergebracht, an jede Arbeitsmaschine angebracht werden, so daß auch mit einem
bereits vorhandenen Maschinenpark Feinstbearbeitungen von Innenflächen durchführbar
sind.
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Die als Stellglieder dienenden elastischen Zwischenglieder nehmen
wenig Raum ein und können so steif ausgebildet sein, daß sie den Hauptteil der beweglichen
Verbindung zwischen Werkzeughalter und dem eigentlichen Werkzeugträger darstellen
und bei Anordnung von zwei solchen Zwischengliedern auch die parallele Bewegung
der gegeneinander beweglichen Teile sicherstellen.
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Die eine genaue Einstellung bisher verhindernde Reibung zwischen aufeinander
gleitenden Teilen ist völlig ausgeschaltet; die Zwischenglieder werden lediglich
innerhalb der Gültigkeit des Hooktschen Gesetzes elastisch gedehnt.
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Schließlich bleibt das Verhältnis von Stelldruck und Stellung des
Werkzeuges in allen Einstellungen konstant, was erst eine
maßgenaue
Feinstbearbeitung ermöglicht. Dies ist von besonderem Vorteil bei in Abhängigkeit
von pneumatischen Steuerdrücken automatisch gesteuerten Arbeitsmaschinen in der
modernen Fertigungstechnik, die sehr enge Fertigungstoleranzen mit Spanabnahmen
im Bereiche zwischen l/loo bis zu einigen 1 /logo mm erfordert.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit zwei unterschiedlichen Einrichtungen zur Erzeugung eines hydraulischen
Arbeitsdruckes beschrieben.
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Im Einzelnen zeigen: Figur 1 eine Explosiv-Darstellung- des die Stellbewegung
ausführenden, teilweise im Schnitt dargestellten Zustellwerkes des Werkzeughalters
gemäß der Erfindung, Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Figur
3 einen Schnitt durch den hohlen Schaft des Werkzeughalters gemäß Fig. 1 und Figur
4 eine zweite Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung von hydraulischem Arbeitsdruck
für den Werkzeughalter gemäß Fig. 1.
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Die Erfindung ist anhand einer im wesentlichen aus einem Zustellwerk
1, das zwischen einem Schaft 2 und einem Werkzeughalter 3 angeordnet ist (vgl. Fig.
1), bestehenden sog. Bohrstange beschrieben, ohne sie hierdurch einzuschränken;
sie ist vielmehr überall dort, wo ein Werkzeug umläuft, sehr vorteilhaft anwendbar.
Im nachfolgenden sind daher die in Verbindung mit Bohrmaschienen Ublichen Bazeichnungen
verwendet.
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Das Zustellwerk l besteht aus einem Flanschteil 5, das mit einem Flanschteil
6 durch Parallelfedern 7 mittels Schrauben 8 so verbunden ist, daß kleine Parallelverschiebungen
gegeneinander möglich sind. Das Flanschteil 5 besitzt-einen Innenkonus 9, der zum
Außenkonus 13 der Bohrspindel 2 (Schaft) paßt, und kann durch Schrauben, die nicht
dargestellt sind, mit dem Flansch der Bohrspindel fest verbunden werden. Zu diesem
Zweck sind Löcher wo und Gewindebohrungen 11 vorgesehen.
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Das Flanschteil 6 besitzt einen Außenkonus 12, der dem Konus 13 der
Bohrspindel entspricht. Der Bohrkopf 3 (Werkzeugträger) kann mittels Schrauben,
die nicht dargestellt sind, an dem Flanschteil 6 befestigt werden. Zu diesem Zweck
sind Gewindebohrungen 14 im Flanschteil 6 und Bohrungen 15 im Bohrkopf 3 vorgesehen.
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Das Flanschteil 5 besitzt Trägerstücke 16 und das Flanschteil 6 Trägerstücke
17, zwischen denen zwei Dehnkörper 18 mittels Schrauben 19 befestigt sind. Der Innenraum
der Dehnkörper 18 ist zum größten Teil durch Verdrängungskörper 20 ausgefüllt, um
den FlUssigkeitsraum klein zu halten. Hierdurch wird der ungünstige Einfluß der
Kompressibilität der Druckflüssigkeit herabgesetzt.
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Der Innenraum der Dehnkörper ist durch Bohrungen 21 mit einem Anschluß
22 für die Druckflüssigkeit verbunden. Ein Dichtring 23 sorgt für den dichten Abschluß
des Druckraumes.
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Die Flanschteile 5 und 6 sind ferner mit Je einem Gegengewicht 24
und 25 versehen, die zum Auswuchten vorgesehen sind. Das Ausbuchten der Flanschteile
ist notwendig, um bei hohen Drehzahlen der Bohrspindel Fliehkräfte, die die Feinzustellung
des Bohrkopfes beeinflussen könnten, zu vermeiden, vgl. auch Fig. 2.
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Zum Schutze der Innenteile gegen Verschmutzung und zur ADdeck«:ng
ist ein htllsenförmiger Mantel 26 angebracht, der mit dem Flanschteil 6 fest verbunden
ist und der zum Flanschteil 5 genUgend Spiel flßr die Zustellbewegungen freil&ßt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Sobald
ein Flüssigkeitsdruck an dem Anschluß 22 ansteht, wirkt er im Innern der Dehnkörper
18 und vergrößert deren Länge. Dadurch wird das Flanschteil 6 und mit ihm der Bohrkopf
3, bezogen auf Fig. 1, nach rechts verschoben und ein im Bohrkopf eingespannter
Bohrmeißel 27 mehr zugestellt.
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Die Anordnung zur Erzeugung des notwendigen Flüssigkeitsdruckes ist,
wie Fig. 3 zeigt, in der rotierenden Bohrspindel 2 untergebracht.
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Ein Luftzylinder 50, in dem ein Pneumatikkolben großen Durchmessers
51 untergebracht ist, ist mittels Schrauben 52 an der Stirnfläche der Bohrspindel
2 befestigt. Damit wird auch gleichzeitig ein Flüssigkeitsdruckzylinder 53 gehalten.
Der Kolben 51 ist durch eine Kolbenstange 54 mit einem Hydraulikkolben 55 verbunden.
Der Luftraum wird durch eine Rollmembran 56 hermetisch abgeschlossen. Ein Deckel
57, mittels Schrauben 58 befestigt, hält die Rollmembran mittels einer Dichtung
59 gegen den Luftzylinder 5o An einer Einlaßöffnung 6o ist eine hier nicht dargestellte
rotierende Stopfbüchse befestigt, durch die der Steuerdruck zuführbar ist. Der Druckzylinder
53 ist durch eine Verschraubung 61 verschlossen, wobei ein 0-Ring 62 die Dichtung
übernimmt. Der Kolben 55 ist mit der Verschraubung 61 durch ein Metallfederrohr
63 verbunden, das den hermetischen Abschluß des hydraulischen Druckraumes trotz
der notwendigen Verschiebung bewirkt. Ein Anschlußstück 64 verschließt den hydraulischen
Druckraum und nimmt eine Verbindungsleitung 65 zum Zustellwerk 1, also zum Anschluß
22 auf.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Tritt an der Einlaßöffnung 60 ein
Luftdruck auf, so verschiebt sich das Kolbengestänge mit dem Kolben 51 und 55 so
weit, bis sich ein hydraulischer Druck, der dem Flächenverhältnis der beiden Kolben
entspricht, eingestellt hat.
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Dieser Druck bewirkt dann im Zustellwerk eine dem wirkenden Luftdruck
proportionale Längung der Dehnkörper 18 und damit die Zustellung des Bohrmeißels.
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Ein weiteres Beispiel der Übersetzung von pneumatischem zu hydraulischem
Druck ist in Fig. 4 dargestellt. In diesem Beispiel ist die Anordnung so getroffen,
daß nach dem Bearbeitungszyklus die Kolben zurückgezogen werden und dabei evtl.
ausgetretenes dl ersetzt wird.
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Ein hydraulischer Zylinder lol ist in einem Druckbehälter 102 eingesetzt
und ist mittels eines 0-Ringes 1o3 abgedichtet. Es ist zusammen mit dem Druckbehälter
mittels eines Flansches so4 und Schrauben 105 in der hohen rotierenden Bohrspindei
2 befestigt.
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Der pneumatische Antrieb ist genau koaxial zur Bohrspindel, aber fest
auf dem nicht gezeigten und nicht rotierenden Bohrschlitten befestigt. Er besteht
aus einem Zylinder 106, der durch die Deckel 107 und 108 verschlossen ist. Die Schrauben,
die die Deckel halten, sind im Bild der besseren Übersicht-lichkeit wegen nicht
dargestellt. Eine Kolbenstange log ist in beiden Deckeln geführt. Im Deckel 108
ist die Kolbenstange durch einen 0-Ring llo abgedichtet, wogegen im Deckel 107 die
Kolbenstange nicht nach außen führt. Eine Nute 111 sorgt für den Druckausgleich
einer Kammer 112 hinter der Kolbenstangenführung.
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Auf der Kolbenstange log sind zwei Kolbenteile 113 und 114 angeordnet,
die gegen den Zylinder# durch- Rollmembranen 115 und 116 abgedichtet sind. Der Kolben
ist oppelwirkend, H#ierzu schließt die Rollmembran 115 den Raum -ab, in den der
Steuerdruck durch eine Anschlußleitung 118 geführt wird. Die Rollmembran 116 schließt
dagegen den Raum 1-19 ab, in den eine Anschlußleitung 120 führt. In diesen Raum
wird Druckluft nur angeschlossenj wenn die Kolben zwecks Nachfüllen von ol-zurückgezogen
werden sollen. Die Kolbenteile 113-und 114 sind unter Zwischenschaltung von Druckscheiben
121
und 122, die die Dichtung der Rollmembranen bewirken, mittels einer Mutter 123 auf
der Kolbenstange log befestigt.
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Ein Hydraulikkolben 125, der im Zylinder lol geführt ist, istsin der
Kolbenstange 1o9 genau zentrisch eingepaßt und mittels einer Uberwurfmutter 126
befestigt. Ein 0-Ring 127 dient dabei zur Dichtung. Der Kolben 125 ist in dem Zylinder
lol eingeläppt. Er besitzt eine Innenbohrung 128, die durch Bohrungen 129 mit einer
Ausdrehung 13o in Verbindung steht. Bei ganz zurückgezogenem Kolben steht die Eindrehung
13o mit Bohrungen 131 im Zylinder lol in Verbindung und bewirkt, daß der hydraulische
Druckraum mit der Innenbohrung 128 und damit, wie anschließend beschrieben, mit
einem Öl-Vorratsbehälter 135 in Verbindung steht.
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Auf der Kolbenstange 1o9 ist noch ein Anschlußstück 132 befestigt,
das durch eine Mutter 133 gegen einen Ansatz 134 gepreßt wird.
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0-Ringe 136 übernehmen dabei die Dichtung. In dem Anschlußstück 132
ist ferner ein Schlauchnippel 137 eingeschraubt, auf dem ein Schlauch 138 aufgesteckt
ist. Durch eine Bohrung 139 steht die Innenbohrung 128 des Kolbens 125 mit der Bohrung
des Schlauchnippels 137 in Verbindung. Der Schlauch 138 verbindet das Anschlußstllck
mit dem im Bilde nur schematisch dargestellten Vorratsbehälter. Der Vorratsbehälter
besitzt oben einen Anschluß 140, der dauernd an ein hier nicht dargestelltes, bestehendes
Druck luftnetz angeschlossen ist.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: In der
Arbeitsstellung des Pneumatikkolbens ist der Steuerdruck an den Anschluß 118 angeschlossen,
wahbrend der Anschluß 120 mit dem Freien verbunden ist. So wirkt auf den Kolben
mit dem großen Dur¢hmesser nur der von einer hier ebenfalls nicht dargestellten,
pneumatisch arbeitenden Steuereinrichtung erzeugte Steuerdruck und erzeugt eine
Kraft, die sich voll auf den hydraulischen Kolben 125 auswirkt, Der Kolben schiebt
sich so weit vor, bis er den Flüssigkeitsdruck, der dem Verhältnis der Kolbenflächen
entspricht, erzeugt. Dieser bewirkt dann im Zustellwerk 1, wir schon beschrieben,
eine
dem Steuerdruck proportionale Zustellung des Bohrmeißels 27.
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Nach Beendigung eines Arbeitszyklus, bevor das nächste Werkstück bearbeitet
wird, werden die Kolben dadurch zurückgezogen, daß der Anschluß 118 mit dem Freien
verbunden und Luftdruck in den Anschluß 120 geleitet wird. In der zurückgezogenen
Stellung der Kolben ist, wie ebenfalls schon beschrieben, der Druckraum des Druckbehälters
102 mit dem Öl-Vorratsbehältr, der dauernd unter pneumatischem Druck steht, verbunden.
Es läuft jetzt so viel bl in den Druckbehälter 102, bis sioh die Dehnkörper 18 entspannt
haben, d.h. genau so viel O1, wie durch etwaige Undichtheiten verloren gegangen
ist. Damit ist die Vorrichtung für den nächsten Arbeitszyklus bereit.
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-Patentansprüche-