DE2042344C3 - Gewindebohrfutter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewindebohrfutter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Gewindebohrfutter dieser Art, bei der die Spindel axial frei beweglich ist und auskuppelbare Kupplungsteile für den Direktantrieb vorgesehen sind, so daß die Spindel nach Erreichen der gewünschten Gewindebohrtiefe von der antreibenden Werkzeugmaschine abgekuppelt werden kann, ist Gegenstand dei USA.-Patentschrift 3 397 588 (deutsche Patentschrift 532 819 des gleichen Anmelders). Bei diesem bekannten Gewindebohrfutter mußte die Bedienungsperson nach Erreichen der gewünschten Gewindebohrtiefe das Gewindebohrfutter leicht anheben, um die Spindel von dem Direktantrieb abzukuppeln.

Aus dem USA.-Patent 2 234 962 ist eine andere Art von Gewindebohrfutterm bekanntgeworden, bei der bereits ein automatisches Abkuppeln der Spindel von dem Direktantrieb bei Erreichen einer bestimmten Gewindebohrtiefe möglich sein soll. Bei diesem bekannten Gewindebohrfutter ist ein Planetenradträger vorgesehen, der für den Direktantrieb in Reibungseingriff mit dem Gehäuse des Gewindebohrfutters steht Dieser Planetenradträger ist an seinem vorderen Ende mit einer GewindemufEe versehen, durch die sich der Ge-S windebohrer hindurcherstreckt. Der Betrag, um den der Gewindebohrer über die Gewindemuffe vorsteht, ist verstellbar. Wenn sich das Gewindebohrfutter beim Qirektantrieb für den Gewindebohrvorgang nach unten bewegt, dann gelangt das untere Ende der Gewindemuffe in Eingriff mit der Oberfläche des Werkstükkes und das führt dazu, daß der Reibungseingriff zwischen dem Planetenradträger und dem Gehäuse des Gewindebohrfutters aufgehoben wird und der Direktantrieb somit unterbrochen wird (wobei gleichzeitig

t5 der Umkehrantrieb eingeschaltet wird). Wenn auch dieses bekannte Gewindebohrfutter bereits eine Einstellung der gewünschten Gewindebohrtiefe durch Verstellung der Gewindemuffe gestattet, so ist doch bei diesem bekannten Gewindebohrfutter keine freie axia-

ao Ie Beweglichkeit der Spindel beim Direktantrieb für den Gewindebohrvorgang gegeben. Eine solche freie axiale Beweglichkeit ist aber für ein feinfühliges Arbeiten und zur Vermeidung möglicher Beschädigungen sehr erwünscht. Vor allem läßt sich das bekannte Gewindebohrfutter aber nicht für rechnergesteuerte oder numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen einsetzen, bei denen die Vorschubbewegung der Werkzeugmaschinenspindel in bestimmten Stellungen stillgesetzt wird. Wenn man das bekannte Gewindebohrfutter bei derartigen computergesteuerten Werkzeugmaschinen einsetzen würde, so würde das Gewindebohrfutter die Spindel auch nach Erreichen der vorgewählten Vorschubstellung der Werkzeugmaschine weiterdrehen und Beschädigungen verursachen.

Es sind aber auch andere Gewindebohrfutter bekanntgeworden (britisches Patent 1 079 754), bei denen Vorkehrungen zur Einstellung einer axialen Beweglich keit der Spindel bei dem Gewindebohrvorgang getroffen sind. Zu diesem Zweck ist die Gewindebohrvorrichtung mit teleskopartig ineinandergreifenden Teilen versehen, die mittels in länglichen Nuten gleitenden Kugeln zu gemeinsamer Drehung verbunden sind. Die Länge der Nuten bestimmt das Ausmaß der axialen Bewegungsfreiheit. Dabei hält eine Zugfeder die treibenden und getriebenen Teile normalerweise so lange zusammen, bis das untere Ende des treibenden Teils mit einem Anschlag des getriebenen Teils zusammenstößt. Das treibende Teil selbst wiederum besteht auch aus teleskopartig ineinandergreifenden Teilen, die mit Hilfe von Einstellgewindegängen gegenseitig verlagerbar sind. Wenn man mit deren Hilfe die Länge des treibenden Teils vergrößert, werden die Kugeln zwangläufig in den Nuten entlang bewegt und verringern somit die für die freie Axialbewcgung des Gewindebohrfutters zur Verfügung stehende freie Länge der Nuten.

Wenn man mit diesem bekannten Gewindebohrfutter auch das Ausmaß der axialen Beweglichkeit der Gewindebohrspindel beim Direktantrieb einstellen kann, so sind doch hier die Kupplungsteile dauernd im Eingriff, ohne daß man sie auskuppeln könnte. Als Sicherheit gegen Brechen des Gewindebohrers ist eine unter Federkraft stehende Drehmomentkupplung vorgesehen. Auch dieses bekannte Gewindebohrfutter gestattet es also nicht, den Direktantrieb bei Erreichen einer bestimmten Gewindebohrtiefe abzuschalten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Gattung zu schaffen, bei der beim Anhalten der Vorschubbewe-

gung der das Gewindebohrfutter tragenden Maschinenspindel die Kupplungsteile mit eins ;ellbarer Ansprechzeit präzise schaltbar sind, ohne daß es dabei eines Anschlagens des Gewindebohrfutters am Ww kstück bedarf.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet

Ein derar'iger Aufbau gestattet eine präzise Einstellung desjenigen Betrages, um den der Gewindebohrer sich noch voranbewegen kann, nachdem die Vorschubbewegung der Wprlczeugmaschinenspindel und damit die Nachführbewegung des Gewindebohrfutters hinter dem sich einschneidenden Gewindebohrer her unterbrochen worden Jnd Das ist bei programmgesteuerten Maschinen von großer Bedeutung.

Der Anspruch 2 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausgestaltung.

Es sei herausgestellt, daß bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu dem erwähnien bekannten Gewindebohrfutter zur Begrenzung der Gewindebohrtiefe keinerlei Anschlag zwischen irgendwelchen beweglichen Teilen des Gewindebohrfutters und dem Werkstück erfolgen muß. Bei der vorliegenden Erfindung greift das Gewindebohrfutter lediglich mit dem Gewindebohrer an dem Werkstück an, während das Auskuppeln der Kupplungsteile vollkommen selbsttätig erfolgt, sobald nach Anhalten der Vorschubbewegung der Werkzeugmaschinenspindel die eingestellte Eingriffstiefe zwischen den Kupplungsteilen aufgebraucht ist.

Die in Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung gestattet ein sofortiges Umschalten vom Direktantrieb auf Umkehrantrieb, ohne daß irgendein unerwünschtes Rattern auftreten würde.

Anspruch 4 betrifft eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand von Zeichnungen.

F i g. 1 ist eine Ansicht eines in eine Werkzeugmaschinenspindel eingespannten Gewindebohrfutters;

Fig.? ist ein Schnitt durch das in F ι g. 1 gezeigte Gewindebohrfutter;

F i g. 3 ist ein längs der Linie 3-3 der F i g. 2 gelegter Schnitt;

F i g. 4 ist ein längs der Linie 4-4 der F i g. 2 gelegter Schnitt;

F i g. 5 ist eine schaubildliche Explosivdarstellung von unter Federspannung stehenden Kupplungsantriebsmuffen;

F i g. 6 ist eine schaubildliche Explosivdai stellung der Hauptbestandteile des Gewindebohrfutters.

Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Werkzeugmaschine, an deren Werkzeugmaschinenspindel 11 ein Gewindebohrfutter 12 angebracht werden kann. Das Gewindebohrfutter hat einen radialen Haltearm 13, der an einer Anschlagstange 14 anstößt, die das Gehäuse des Gewindebohrfutters gegen Drehung sichert. Das Gewindebohrfutter besitzt an seiner Spindel 18 ein Spannfutter 16, in welches der Gewindebohrer 20 eingespannt ist. Die Werkzeugmaschinenspindel 11 ist gemäß F i g. 2 mit einem in eine Bohrung 24 einer Hülse 26 eingreifenden Gewinde ausgerüstet. Das zylindrische Gehäuse 30 des Gewindebohrfutters ist oben mittels einer von Schrauben 34 und 36 gehaltenen Kappe J2 verschlossen, an welcher der radiale Arm 13 angc schlossen ist. Das Gehäuse 30 besitzt eine Bohrung und eine Gegenbohrung 42. Die Hülse 26 hat einen Teil 46 kleineren Durchmessers, und innerhalb der Bohrung 42 sitzt zwischen dem Gehäuse 30 und der Hülse 26 ein Kugellager 52. Dieses legt sich gegen eine Winkelschulter 50 an dem Durchmesserabsatz der Hülse 26. In F i g. 2 sieht man die Teile des Gewindebohrfutters zusammengebaut im Querschnitt, während die F i g. 6 die Einzelteile des Gewindebohrfutters in Explosivdarstellung zeigt.

Die Hülse 26 hat eine aus F i g. 6 ersichtliche Gegenbohrung 60 und einen vorstehenden Rand 62. Weiterhin ist die Hülse mit Axialführungen 63 ausgestattet, die ίο in noch näher zu beschreibender Weise mit einer beim direkten Antrieb wirksamen Kupplungsantriebsmuffe zusammengreifen, um diese anzutreiben.

innerhalb des Gehäuses 30 ist ein zylindrischer Käfig 68 vorgesehen, der Planetenzahnräder eines Planetengetriebes trägt. Dieser Käfig hat einen konzentrischen, zylindrischen Teil 70 geringerer axialer Länge, der in noch zu beschreibender Weise Lagerflächen für die Achsen oder Wellen der Planetenzahnräder des Planetengetriebes besitzt. Der zylindrische Teil 70 besteht ao aus einem Stück mit einem äußeren zylindrischen Teil 74 des Käfigs 78. Beide Teile sind durch einen radialen Steg 72 verbunden. Der äußere zylindrische Teil 74 des Käfigs besitzt auf seiner Innenseite in gleichen Abständen voneinander drei axial verlaufende, rechteckige as Bahnen 76,78 und 80, die zur Aufnahme der drei Planetenzahnrädei· des Planetengetriebes dienen.

Die drei Planetenzahnräder 82, 84 und 85 sieht man gut in F i g. 4. Dort sieht man auch die Anordnung dieser Planetenzahnräder zwischen dem inneren Teil 70 und dem äußeren Teil 74 des Käfigs 68. Die Planetenzahnräder laufen auf Wellen oder Achsen 90,92 und 94. Die äußeren Enden dieser Wellen sitzen in Bohrungen 100. 102 und 104 des äußeren Teils 74 des Käfigs 68. Die inneren Enden der Wellen sitzen in radialen Bohrungen 108, 110 und 112 in dem inneren zylindrischen Teil 70 des Käfigs 68. Der Käfig 68 hat eine axial verlaufende Nut 120 zur Aufnahme eines Keiles od. dgl, der auch in eine entsprechende axiale Nut 122 auf der Innenseite des Gehäuses 30 eingreift, um den Käfig gegen Drehung zu sichern.

Die Planetenzahnräder 82, 84 und 85 sind Kegelzahnräder, die mit einem Tellerrad 126 für den direkten Antrieb und einem Tellerrad 128 für Umkehrantrieb kämmen. Diese Tellerräder 126 und 128 haben öffnungen zur Anpassung an die noch zu beschreibenden Kupplungsantriebsmuffen. Die Kupplungsantriebsmuffe für den Direktantrieb hat die Bezugsziffer 132, und die Kupplungsantriebsmuffe für den Umkehrantrieb hat die Bezugs/iffer 134. Die Kupplungsantriebsmuffen so ähneln einander und sind lediglich in umgekehrter Lage eingebaut. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Kupplungsantriebsmuffe 134 nicht den Stegteil hat, der aus F i g. 6 ersichtlich ist. Bei der Kupplungsantriebsmuffe 134 entfällt der Stegteil 136, weil die Kupplungsantriebsmuffe 134 auf der Spindel 18 verschiebbar sein muß.

Die Kupplungsantriebsmuffe 132 ist ein zylindrisches Teil mit einem zwischen seinen Enden quer angeordneten Stegteil 136, den man in F i g. 2 sieht. An dem zylindrischen Teil der Kupplungsantriebsmuffe 132 sitzen in Abständen voneinander drei Zähne oder Ansätze 138, 140 und 142. Ein herabhängender Rand 144 der Kupplungsantriebsmuffe 132 hat in gleichen Abständen drei öffnungen oder Ausschnitte 150 zur Aufnahme eines noch zu beschreibenden Antriebszapfens. Die Ausschnitte 150 sieht man in F i g. 6. An der einen Seite eines jeden Ausschnitts befindet sich jeweils eine axiale Fläche 152, und die andere Seite des Ausschnitts weist

eine geneigte Fläche 154 auf, die zu dem nächsten Ausschnitt hinleitet. Da die Kupplungsantriebsmiiffe 134 für den Umkehrantrieb gleich aufgebaut ist, erübrigt sich hier eine Beschreibung. Die Kupplungsanlriebsmuffe für den Direktantrieb greift in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise in die Hülse 26 ein und wird davon angetrieben.

Das direkt angetriebene Tellerrad 126 hat eine öffnung in Form einer Bohrung 158 mit gleich weit voneinander abstehenden Ausschnitten 160, 162 und 164 von größerem Radius oder Durchmesser. Die öffnungen 160,162 und 164 dienen zur Aufnahme der Ansätze 138, 140 und 142 der Kupplungsantriebsmuffe 132. Da das Tellerrad 128 für den Umkehrantrieb mit dem Tellerrad 126 übereinstimmt, ist eine weitere Beschreibung überflüssig.

Die F i g. 2 zeigt die Planetenzahnräder, das Tellerrad 126 für den Direktantrieb und die Kupplungsantriebsmuffe 132 für den Direktantrieb in zusammengebautem Zustand. Am Ende der Bohrung 24 der Hülse 26 befindet sich eine Scheibe 170, und zwischen dieser Scheibe und dem Ende der Welle 11 der Werkzeugschiene sitzt ein Schnappring 172. Die Scheibe 172 hat zwei voneinander abstehende öffnungen 174 und 176, in welche mit einem Haken 180 eine Aufhängefeder 182 eingehängt ist. Ein Haken 184 am entgegengesetzten Ende der Aufhängefeder 182 ist in das Ende eines Tragstückes 186 eingehängt, welches durch ein Kugellager 190 in einer Senkbohrung 192 des zylindrischen Endteils 194 der Spindel 18 hindurchgeht. Die Spindel 18 hat eine axiale Bohrung 196.

Am oberen Ende der Spindel 18 sitzen in Winkelabständen frei radiale Bohrungen zur Aufnahme von radialen Antriebszapfen. Von diesen sieht man in F i g. 5 zwei Antriebszapfen 200 und 202. Die Antriebszapfen wirken mit den zuvor beschriebenen Ausschnitten in der Kupplungsantriebsmuffe 132 für den Direktantrieb und der Kupplungsantriebsmuffe 134 für Umkehrantrieb zusammen. In der Bohrung 60 der Hülse 26 liegt zwischen der Scheibe 170 und der Kupplungsantriebsmuffe 132 für Direktantrieb eine Schraubenfeder 206. Die Kupplungsantriebsmuffe 132 für Direktantrieb kann sich also gegen die Vorspannung der Feder bewegen. Im oberen Ende der Spindel 18 sitzt eine Buchse 210, an der die inneren Enden der Antriebszapfen 200 anstoßen.

In F i g. 6 sieht man ein unteres Trägerelement 220. Wenn das Gewindebohrfutter zusammengebaut ist. dann greift die Kupplungsantriebsmuffe 134 für den Umkehrantrieb in der gleichen Weise in die öffnungen des Tellerrades 128 für den Umkehrantrieb ein. wie die Kupplungsantriebsmuffe 132 in das Tellerrad 126 für den Direktantrieb eingreift Das Trägerelement 220 besitzt auch einen zylindrischen Teil 222, eine Bohrung 224 und einen vorstehenden Flansch 226, der sich in zusammengebautem Zustand gemäß F i g. 2 über dem zwischen das Trägerelement 220 und das Gehäuse 30 eingeschalteten Kugellager 230 befindet. Das Kugellager 230 wird durch einen in einer R^;ngnut 234 des Gehäuses 30 sitzenden Federring 232 in seiner Lage gehalten. Gemäß F i g. 2 hat das Trägerelement einen zylindrischen Teil 238 von verringertem Durchmesser und einen verlängerten, zylindrischen Gewindeteil 240. Der obere zylindrische Teil 222 des Trägerelements 220 hat in gleichen Abständen drei axiale Nuten 244. 246 und 248. welche die radialen Ansätze der Kupplungsantriebsmuffe 134 für den Umkehrantrieb aufnehmen. Das untere Trägerelement 220 hat auch eine Boh rung 250 (F i g. 2) zur Aufnahme einer zylindrischen Buchse 252 mit einer Bohrung 254 und einer oberen Gegenbohrung 256. In der Gegenbohrung 256 sitzt eine Schraubenfeder 260, die der Feder 206 entspricht und die Kupplungsantriebsmuffe 134 für den Umkehrantrieb derart unter Vorspannung setzt, daß diese sich in der gleichen Weise und für den gleichen Zweck axial bewegt, wie es die obere Kupplungsantriebsmuffe 132 tut.

ίο Auf den Gewindeteil 240 des Trägerelements 220 ist mit einer Innengewindebohrung 264 eine Einstellmuffe 262 aufgeschraubt. Diese Einstellmuffe hat die Gestalt einer am einen Ende mit einer Bohrung 266 versehenen Kappe. Durch die Bohrung 266 erstreckt sich die Spindel 18. Im Betrieb kann die an der Feder 182 aufgehängte Gewindebohrspindel 18 in der in den älteren Patenten beschriebenen Weise eine senkrechte Spielbewegung ausführen. Der Betrag dieses Bewegungsspieles ist durch Verstellung der Lage der Einstellmuffe

ao 262 auf dem Trägerelement 220 veränderlich. Dabei wird also die Stellung des Endes der Einstellmuffe gegenüber dem Spannfutter 194 am Ende der Gewindebohrspindel 18 verstellt. Das Ausmaß der auf und ab gerichteten Spielbewegung kann so von einem Größt

as wert zu einem beispielsweise bei 1,6 mm liegenden Kleinstwert verändert werden. Das richtet sich nach der Abmessung der Antriebszapfen. Die Einstellmuffe 262 kann an einem Drucklager 263 anstoßen, welches das Ausmaß der freien Spielbewegung beim Direktan-

trieb begrenzt.

Die Spindel des Gewindebohrfutters hat in den zuvor erläuterten Grenzen freies axiales Bewegungsspiel. Der Gewindebohrer folgt seiner eigenen Steigung. Man braucht keinen Führungsdruck aufzuwenden. Die Werkzeugmaschine führt die Maschinenspindel der Steigung des Gewindebohrers bis zur Erreichung der gewünschten Tiefe nach. Das Tellerrad 126 für Direktantrieb wird von der mit ihm in der oben herausgestell ten Weise zusammengreifenden Hülse 26 angetrieben.

Auf Grund des beschriebenen Eingriffes treibt die Hülse 26 die Kupplungsantriebsmuffe 132 für den Direktantrieb. Wenn der Gewindebohrvorgang beginnt, kann sich die Spindel des Gewindebohrfutters gegenüber dem Gehäuse 30 nach vorn bewegen. Die Einstellmuffe 262 läßt sich auf einen solchen Abstand gegenüber dem Spannfutter 194 einstellen, daß die Antriebszapfen 200. 202 bei Ankunft des Bohrers an seiner durch die numerische Steuerung bestimmten Bewegungsgrenze aus dem Kupplungsantriebsglied 132 austreten; das erfordert je nach Einstellung der Einstellmuffe 262 möglicherweise lediglich eine Bewegung von etwa 3 mm. Die Antriebszapfen befinden sich dann in einer Neutralstellung zwischen der Kupplungsantriebsmuffe 132 für den Direktantrieb und der Kupplungsantriebsmuffe 134 für

S5 den Umkehrantrieb. Die neutrale Lage der. Spindel zwischen dem Direktantrieb und dem Umkehrantrieb ist sehr feinfühlig und liegt in einem sehr engen Bereich. Der Bereich der neutralen Lage beträgt beispielsweise nur die Hälfte des Durchmessers der radialen Antriebszapfen. Da die relative axiale Bewegung der Spindel zur Umschaltung von Direktantrieb auf Umkehrantrieb auf ein Minimum reduziert worden ist, läßt sich das Gewindebohrfutter besonders gut bei numerischer Steuerung oder Computer-Steuerung an-

wenden. Das Ein- und Ausrasten erfolgt mii der gleichen Geschwindigkeit und auch die Geschwindigkeit beim Direktantrieb und beim Umkehrantrieb ist die gleiche. Die Einstellmuffe 262 kann dem gleichen

Zweck dienen wie eine bei dein vorliegenden Gewindebohrfutter nicht erforderliche Federkupplung. Fine Federkupplung eignet sich bei Computersteuerung und numerischer Steuerung nicht, weil je nach der Größe des Durchrutschdrehmomentes der Federkupplung beispielsweise Löcher mit drei oder vier Gewindegängen oder andere mit fünf oder sechs Gewindegängen gebohrt werden.

Die Einstellmuffe 262 bestimmt das Austin freien axialen Bewegungsspieles, also die Strec die die Spindel nach oben gehen kann, und insbe re das Ausmaß der Überdeckung der Antriebs mit der Kupplungsantriebsmuffe 132.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Auf eine Werkzeugmaschinenspindel aufsetzbares Gewindebohrfutter mit einer das Werkzeug aufnehmenden Spindel, die gegenüber der Werkzeugmaschinenspindel gegen Federkraft axial beweglich und mit dieser mittels axial gegenseitig beweglicher Kupplungsteile drehfest verbindbar ist, wobei das antriebsseitige Kupplungsteil seinerseits axial federnd abgestutzt ist und die Kupplungsteile in einem Bereich der gegenseitigen axialen Bewegbarkeit von Futter und Spindel 'Kuppelbar sijid, g e kennzeichnet durch einen die gegenseitige axiale Bewegbarkeit der Kupplungsteile (200, 202, 132. 150) von Futter (12) und Spinde! (18) in Richtung des Kupplungseingriffes begrenzenden, einstellbaren Anschlag (262).

2. Gewindebohrfutter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Anschlag (262) eine am werkzeugseitigen Ende (200) des Gewinde bohrfutters durch Schraubbewegung verstellbare Einstellmuffe ist.

3. Gewindebohrfutter nach Anspruch 1 oder 2, mit mit Kupplungszähnen ausgestatteten Kupplungsantriebsmuffen, für Direktantrieb und für L^lr"-kehrantrieb, zwischen denen das als Antriebszapfen ausgestaltete Kupplungsteil der Spindel axial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Kupplungsantriebitnuffen (132, 134) einen axialen Abstand voneinander haben, der geringer als der Durchmesser der Antriebszapfen (200, 202) der Spindel (18) ist. und daß die Kupplungsantriebsmuffe (134) für Umkehrantrieb auch axial federnd abgestützt ist.

4. Gewindebohrfutter nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die mit Gewinde versehene EinstellmuFfe (262) an einem zusammen mit der Kupplungsantriebsmuffe (134) für Umkehrantrieb umlaufenden Trägerelement (220) sitzt und daß zwischen einer Anschlagfläche der Einstellmuffe (262) und einer gegenüberliegenden Fläche des Spannfutters (16) für das Gewindewerkzeug ein Drucklager (263) eingelegt ist.