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Aufnahmevorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe bei Bohrstangen
Die Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung für auswechselbare Werkzetigköpfe
bjei Bohrstangen, insbesondere solchen zur Innenbearbeitung von Bohrstangen, bestehend
aus einem stangenseitigen Aufnahmeteil im Bereich der Stirnseite
der
Bohrstangen und einem kopfseitigen Aufnahmeteil.
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Bei der Innenbearbeitung von Bohrgestängen tritt eine Vielzahl unterschiedlicher
Bearbeitungsarten auf, so z.B.
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Schruppen, Schlichten, Überdrehen, Bohren, Anfasen, Gewindeschneiden,
Kegeidrehen, Kopieren, um nur die wichtigsten von ihnen zu nennen. Auch die Möglichkeit,
mit dem gleichen Werkzeug sowohl normal als auch überkopf drehen zu können, ist
sehr häufig erwünscht. Man benötigt deshalb Werkzeuge, die sich schnell und einfach
wechseln lassen, wenn man lange Stillstandzeiten der Bearbeitungsmaschinen, , die
in der Regel aufwendige Drehmaschinen der Waagerecht-Bohrmaschinen sind, vermeiden
will.
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Bei der Innenbearbeitung von Werkstücken treten besondere Probleme
bei der Kühlung der Werkzeugschneide auf, auf die nicht verzichtet werden kann,
wenn hohe Schnittgeschwindigkeiten angestrebt werden. Vor allem bei der Innenbearbeitung
von Werkstücken, deren Innendurchmesser nur geringfügiggrößer ist als der Außendurchmesser
der Bohrstangen, ist es sehr schwierig, das Kühlmittel unmittelbar bis zur Werkzeugschneide
zu leiten.
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Es sind AuSnahmevorrichtungen für auswechselbare Werkzeugköpfe bei
Bohrstangen bekannt, bei denen die Verbindung zwischen Werkzeugkopf und Bohrstangen
nach Art eines Schwalbenschwanzes erfolgt, welcher sich quer zur Bohrstange erstreckt.
Schwalbenschwanzverbindungen erlauben zwar eine ausreichend feste Verbindung zweier
Teile, haben jedoch
als Aufnahmevorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe
bei Bohrstangen eine Reihe von Nachteilen.
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Ist nämlich die schwalbenschwanzförmige Aufnahmevorrichtung mit einem
Anschlag versehen, bis zu welchem der auswechselbare Werkzeugkopf in die Bohrstange
eingeschoben werden kann, dann ergibt sich beim Zusammenbau eine automatische Zentrierung
bzw. Justierung der Werkzeugschneide, so daß ein derart zusammengesetztes Werkzeug
für Drehmaschinen mit numerischer Steuerung Verwendung finden kann. Dieser Vorteil
wird jedoch damit erkauft, daß der Werkzeugkopf in seiner Aufnahme vorrichtung nicht
um 1800 umgesetzt werden kann, mit anderen Worten, es istnicht möglich, mit dem
gleichen Werkzeugkopf normal-und überkopfzudrehen. Verzichtet man andererseits auf
den Anschlag, der das Umsetzen des Werkzeugkopfes verhindert, so entfällt gleichzeitig
die automatische Justierung der Werkzeugschneide und somit die Möglichkeit der Voreinstellung
der Werkzeugschneide bei Verwendung von numerisch gesteuerten Maschinen.
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Auch bei der Lösung des Problemes, unter allen denkbaren Arbeitsbedingungen
eine einwandfreie Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide zu gewährleisten, bietet
eine Aufnahme vorrichtung nach Art eines Schwalbenschwanzes keinerlei Vorteile Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmevorrichtung für auswechselbare
Werkzeugköpfe bei Bohrstangen zu schaffen welche eine befriedigende =B-ö=sung der
Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide begünstigt, und gleichzeitig die Vielseitigkeit
des irehwerkzeuges erhöht, in dem sowohl
eine Voreinstellung der
Werkzeugschneide bei Benutzung einer numerisch gesteuerten Drehmaschine ermöglicht
und gleichzeitig die Durchführung von Normal- und Überkopfdreharbeiten mit nur einem
Werkzeugkopf gestattet, ohne dabei auf das bequeme und schnelle Wechseln, welches
z.B. bei einer Aufnahmevorrichtung nach Art eines Schwalbenschwanzes möglich ist,
aufzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das stangenseitige
Aufnahmeteil eine in der Bohrstange angebrachte, weite, koaxiale Bohrung und das
kopfseitige Aufnahmeteil einen entsprechenden, am Werkzeugkopf angebrachten koaxialen
Zapfen enthält, der auf Passung in die Bohrung eingreift und mit Befestigungsmitteln
darin gehalten ist, und daß in der Bohrstange, an die Bohrung anschließend, eine
zweite, engere, koaxiale Bohrung zum Zuführen von Kühlmittel vorgesehen ist, welche
sich in eine entsprechende Bohrung im kopfseitigen Aufnahmeteil fortsetzt und im
Werkzeugkopf in Richtung auf die Werkzeugschneide fortgeführt ist.
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Die neuartige Aufnahmevorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe
erfüllt die ihr zugrunde liegende Zielsetzung im wesentlichen durch das Vorsehen
der weiten, koaxialen Bohrung in der Bohrstange und durch den koaxialen Zapfen am
Werkzeugkopf, welcher auf Passung in die Bohrung eingreift.
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Dadurch wird zunächst einmal ein guter Festsitz des Werkzeugkopfes
in der Bohrstange ermöglicht, was die Grundvoraussetzung für jedes brauchbare Werkzeug
ist. Nach dem Einschieben des Zapfens in die als seine Gegenaufnahme dienende Bohrung
in der Bohrstange bedarf es nur noch einer Arretierung in dieser Aufnahme
mit
üblichen Befestigungsinitteln, z.B. mit einer Befestigungsschraube. Ein einfacher
und schneller Werkzeugweohsel ist somit gewährleistet.
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Durch die koaxiale Anordnung ist auch eine Voraussetzung erfüllt,
die es gestattet, einen Werkzeugkopf im stangenseitigen Aufnahmeteil um 160° umzusetzen,
so daß mit einem Werkzeugkopf normal und ;tiberkopf gedreht werden kann, In beiden
Bällen ergibt sich automatisch eine Zentrierung und Justierung der Werkzeugschneide,
deren Genauigkeit lediglich von der Güte der Bearbeitung des Zapfens sowie der weiten
Bohrung in der Bohrstange, die den Zapfen aufnimmt, abhängt.
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Mit modernen Werkzeugmaschinen läßt sich jede gewünschte Genauigkeit
ohne Schwierigkeiten erzielen.
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Die koaxiale Anordnung der Aufnahmevorrichtung ist weiterhin die
Voraussetzung der erfindungsgemäßen Lösung der Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide.
Da die Aufnahme vorrichtung auf Passung gearbeitet ist, ergibt sich ein#einwandfreier,
selbstdichtender Übergang der koaxialen Kühlmittelbohrung von der Bohrstange in
den Werkzeugkopf hinein. Irgend welche zusätzlichen Maßnahmen zur Abdichtung sind
nicht erforderlich. Durch die koaxiale Lage der Kühlinittelbohrung bleibt die Kühlmittelzufuhr
von einem Umsetzen des Werkzeugkopfes um 1800 unbeeinflußt.
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Beim Zusammenbau des Werkzeuges erfüllt die Kühlmittelbohrung noch
eine weitere Funktion, nämlich die der Entlüftung des stangenseitigen Aufuahmeteiles.
Durch die Bearbeitung
der Aufnahmevorrichtung auf Passung würde
nämlich ohne eine Entlüftung der weiten Bohrung in der Bohrstange das Einschieben
des Zapfens wegen des sich bildenden Luftpolsters nicht möglich sein.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Aufnahmevorrichtung
ist die Bohrstange an ihrer Stirnseite mit einem spitzwinkligen, koaxialen Innenkonus
versehen, in welchem ein entsprechender Außenkonus des Werkzeugkopfes durch die
Befestigungsmittel im Festsitz gehalten wird.
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Dieser Innenkonus erleichert die Einführung des kopfseitigen Aufnahmeteiles
in das stangenseitige Aufnahmeteil. Der spitze Öffnungswinkel des Innenkonus ist
dabei so gewählt, daß der Konus zwar tragend ist und somit eine einwandfreie Einleitung
der axialen Kraftkomponenten von Werkzeugkopf in die Bohrstange ermöglicht, dabei
jedoch nicht selbsthemmend wirkt.
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Im Zusammenhang damit erweist es sicht als besonders torteilhaft,
daß in einer bevorzugten Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung als Befestigungsmittel
eine gehärtete Schraube dient, die in einer entsprechenden Gewindebohrung der Bohrstange
quer zu deren Achse geführt ist und in eine von zwei einander diametral gegenüberliegenden
konusförmigen VertieNupain dem Zapfen des Werkzeugkopfes eingreift, gegenüber denen
sie geringfügig in Richtung von der Stirnseite fort versetzt ist. Somit wird beim
Hineindrehen der Schraube der Außenkonus des Werkzeugkopfes in den Innenkonus an
der Stirnseite der Bohrstange hineingezogen und ein außerordent-1 ich guter Festsitz
erzielt. Die Verwendung von nur
einer Schraube ermöglicht bei ausreichender
Festigkeit der Verbindung einen schnellen und bequemen Wechsel des Werkzeugkopfes
sowie- sein Umsetzen um 1800.
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-In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Aufnahmevorrichtung erweist es sich als besonders zweckmäßig, daß die Bohrstange
an ihrer Stirnseite zwei einander gegenüberliegende, vorstehende -Mitnehmerzapfe,n
besitzt, welche in entsprechende Gegenaufnahmen des Werkzeugkopfes eingreifen. Diese
Maßnahme erleichtert zum einen das Auffinden der richtigen Lage des Zapfens im stangenseitigen
Aufnahmeteil, zum anderen vermögen die Mitnehmerzapfen die bei der Bearbeitung von
Werk stücken an der Werkzeugschneide auftretenden Querkräfte zu übernehmen und dadurch
die Befestigungsschraube zu entlasten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 die teilweise Seitenansicht einer Bohrstange mit
loagelöstem Werkzeugkopf, Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 um 900 verdrehte Seitenansicht
der Bohrstange mit losgelöstem Werkzeugkopf.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Bohrstange 1, die eine# zu ihrer
Stirnseite 2 hin offene, weite, koaxiale Bohrung 3 besitzt, welche zur Aufnahme
eines entsprechenden, koaxialen Zapfens 5 des Werkzeugkopfes 6 bestimmt ist. Um
die Zeichnung übersichtlich -zu gestalten, sind die Bohrstange 1 und der Werkzeugkopf
6 losgelöst voneinander gezeichnet.
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An ihrer Stirnseite 2 ist die Bohrstange 1 zusätzlich mit einem spitzwinkligen,
koaxialen Innenkonus 4 versehen, der sein Gegenstück in einem entsprechenden Außenkonus
7 des Werkzeugkopfes 6 findet. Zum Zusammenbau wird der Zapfen 5 in die# Bohrung
3 bis zum Anschlag hineingeschoben. Beide sind genau auf gegenseitige Passung bearbeitet.
Zur Befestigung des Zapfens 5 in der Bohrung 3 besitzt die Bohrstange 1 eine quer
zur Achse der Bohrstange verlaufende Gewindebohrung 8 zur Aufnahme einer gehärteten
Befestigungsschraube 9.
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Zu der Befestigungsschraube 9 gehören als Gegenstücke im Zapfen 5
zwei einander diametral gegenüberliegende, konusförmige Vertiefungen 10, in welche
die gehärtete Befestigungsschraube 9 hineingeschraubt wird, und somit den Werkzeugkopf
6 in der Bohrstange 1 arretiert. Ein guter Festsitz des #erkzeugkopfes wird dadurch
erreicht, daß in Arretierstellung die Gewindebohrung, 8 gegenüber den konusförmigen
Vertiefungen 10 geringfügig in Richtung von der Stirnseite 2 fort versetzt ist.
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Auf diese Weise wird beim Hereindrehen der Befestigungsschraube9 der
Werkzeugkopf 6 mit seinem Außenkonus 7 fest in den Innenkonus 4 der Bohrstange 1
hineingezogen.
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Der spitze Öffnungswinkel des Innenkonus 4 ist so gewählt, daß der
Innenkonus tragend, jedoch nicht selbsthemmend ist. Somit erfolgt zum einen eine
einwandfreie Einleitung der beim Drehvorgang auftretenden Kräfte in die Bohrstange,
zum anderen wird ein schneller Wechsel des Werkzeugkopfes 6 nicht dadurch verhindert,
daß dieser in seiner Aufnahme in der Bohrstange klemmt.
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Die Bohrstange 1 besitzt noch eine weitere, durchgehende, ebenfalls
koaxiale Bohrung 11 welche jedoch einen geringeren
Durchmesser
als die Bohrung 3 besitzt und zur Zuführung von Kühlmittel zur Werkzeugschneide
13 des Werkzeugkopfes 6 dient, Die Bohrung 11 findet deshalb ihre Fortsetzung in
einer zunächst ebenfalls koaxialen Bohrung 12 im Werkzeugkopf 6, welche jedoch im
vorderen Teil -des Werkzeugkopfes in Richtung auf die Werkzeugschneide 13 abknickt,
so daß diese unter allen Betriebsbedingungen einwandfrei gekühlt werden kann. Da
die Bohrung 3 und der Zapfen 5 auf Passung gearbeitet sind, sind irgendwelche zusätzlichen,
Maßnahmen zur Abdichtung des Überganges von der Bohrung 11 auf die Bohrung 12 nicht
erforderlich. Die Bearbeitung auf Passung hat jedoch ihren eigentlichen Grund darin,
den Werkzeugkopf 6 in seiner Aufnahme in der Bohrstange 1 so exakt zu führen, daß
mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug ein Arbeiten mit Voreinstellung, wie es bei numerisch
gesteuerten Maschinen erforderlich ist, durchgeführt werden kann. Die wichtigste
Voraussetzung dafür erfüllt das hier beschriebene Werkzeug dadurch, daß der Werkzeugkopf
6 beim Zusammenbau automatisch exakt zentriert wird.
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Eine weitere Funktion, die die' Kühlmittelbohrungen 11, 12 erfüllen,
ist die einer Entlüftung der weiten Bohrung 3, wenn der Zapfen 5 in diese hineingeschoben
wird. Ohne eine Entlüftung würde der Zapfen 5 die Bohrung 3 gasdicht abschliessen
und deshalb nicht eingeschoben werden können.
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Um beim Einschieben des Werkzeugkopfes 6 in die Bohrstange 1 das
Auffinden der richtigen Kopfeinstellung zu erleichtem,
besitzt
die Bohrstange 1 an ihrer Stirnseite 2 zwei einander diametral gegenüberliegende
vorstehende Mitnehmerzapfen 14, welche in entsprechende Gegenaufnahmen 15 im Werkzeugkopf
eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 14 entlasten gleichzeitig die gehärtete Schraube
9 von den bei der Bearbeitung von Werkstücken auftretenden Querkräften.
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Alle Teile, die der Verbindung von Bohrstange und Werkzeugkopf dienen,
sind symmetrisch zur Längsachse der Bohrstange aufgebaut und angeordnet. Es ist
deshalb ohne weiteres möglich, den Werkzeugkopf in der Bohrstange 1 um 180 ° umzusetzen,
so daß mit einem Werkzeugkopf Dreharbeit ten sowohl normal als auch überkopf durchgeführt
werden können.