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vorriclrl-tunaæ zum Tieflochbohren metallischer llerkstücke Die erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Tieflochbohren metallischer Werkstücke mit
einer mit kontinuierlicheni Vorschub antreibbaren Bohrspindel und einem Bohrwerk-Zeug,
das mit der Bohrspindel über eine Kupplung drehfest verbünden ist, deren zwei gegeneinander
in axialer Richtung verschiebbare, mittels einer Feder gegeneinander gedrückte Kuppiungsteile
in axialer Richtung an einem zwischen ihnen drehbar gelagerten, koaxialen Zwischenring
jeweils über gleichmäßig entlang gemeinsamer Laufflächen verteilte Wälzkörper abgestützt
sind, wobei eine Lauffläche als Nockenbahn mit einer der Zahl der zugehörigen Wälzkörper
oder einem ganzzahligen vielfachen dieser Zahl entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen
ausgebildet ist.
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Unter Tieflochbohren wird ein Bohren verstanden, bei iem die Bohrungslänge
ein Vielfaches des Bohrungsdurchmessers beträgt. Die Spanförderung und Kühlung werden
mit zunehmender Bohrtiefe schwieriger und es wächst die Gefahr für ein-Verlaufen
des Bohrers. Das Bohren von Werkstücken aus langspanendem Material ist daher besonders
unangenehm und nur mit kleinem Vorschub durchzuführen. gur Förderung der anfallenden,
langen
Späne erfordern die üblichen Bohrwerkzeuge außerdem eine Hochdruckspülschmierung,
mit deren hilfe die Spcine zum Teil gebrochen werden, um eine Unterbrechung des
bohrvorschubes zu vermeiden. Trotz dieser Maßnahmen und besonderer Spanleitstufen
an den Schneiden besitzender Bohrwerkzeuge ist es jedoch nicht immer möglich, Bohrungen
größerer Tiefe herzustellen, insbesondere dann nicht, wenn das l.~erksttick aus
lan -spanendem material besteht.
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Um die Bohrspäne zu brechen, ist bereits vorgeschlagen worden, der
kontinuierlichen Vorschubbewegung des EferL;zeuges eine das Bohrwerkzeug periodisch
aus dem Schnitteingriff ziehende Bewegung zu überlagern. Zu diesem Zweck wird beispielsweise
zwischen dem Bohrwerkzeug und der mit kontinuierlichem Vorschub antreibbaren Bohrspindel
eine Kupplung vorgesehen, zwischen deren beiden Kupplungsteilen ein koaxialer Z
ischenring angeordnet ist, der sich in axialer Richtung jeweils über Wälzkörper
an den beiden mittels einer Feder gegen den Zwischenring gedrückten Kupplungsteilen
abstützt. Eine der ##lzkörperlaufbahnen weist dabei Ausnehmungen auf, die der lalzkörperform
angepaßt und entsprechend der Wälzkörperanordnun verteilt sind, so daß sich eine
axiale Verschiebung der beider Kupplungsteile ergibt, wenn sich bei einer Drehung
der ItunplunL gegenüber dem undrehbar festgehaltenen Zwischenring die Lage der Wälzkörper
mit der Lage der Ausnehmungen deckt und die Wälzkörper in die Ausnehmungen eindringen.
Beim #;eiterdrehen der Kupplung treten die Wälzkörper wieder aus den Ausnehnungen
aus, wobei die beiden Kupplungsteile wieder gegen die Kraft der Feder auseinandergedrückt
werden, so daß dem kontinuierlichen Vorschub der Bohrspindel eine das Bohrwerkzeug
kurzzeitig aus dem Schnitteingriff ziehende Bewegung überlagert wird, was ein Brechen
des Bohrspanes zur Folge hat. Nachteilig dabei ist, daß auf Grund der kurzzeitigen
Hubbewegung des Bohrwerkzeuges die Werkzeugschneiden schlagartig belastet werden,
was die Standzeit des Bohrwerkzeuges stark verkiirzt. Da bei diesen bekannten Vorrichtungen
durch Vorsehen von höchstens zwei
Ausnehmungen und Wälzkörpern oder
durch eine ungleichmäßige Anordnung der Ausnehmungen und der Wälzkörper danach getrachtet
wird, höchstens zwei Hubbewegungen während einer Umdrehung des die Wälzkörper in
ihrer gegenseitigen Lage festhaltenden Käfigs od.dgl. gegenüber dem undrehbar festgehaltenen
Zwischenring zuzulassen, was höchstens einer Hubbewegung je Umdrehung des Bohrwerkzeuges
entspricht, weil der Käfig od. dgl. mit der halben Drehzahl des Bohrwerkzeuges bewegt
wird, ergeben sich insbesondere bei größeren Bohrlochdurchmessern Spanlängen, die
die Spanförderung wieder schwierig machen.
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Is wurde daher vorgeschlagen, an Stelle des Zwischenringes eine Vibrationseinrichtung
zu verwenden, die das Bohrwerkzeug in axiale Schwingungen versetzt. Dabei wird jedoch
das Bohrwerkzeug noch stärker beansprucht, da nicht nur die Stoßbelastung steigt,
sondern auch auf Grund der unbestimmten Lunge der erzeugten Späne eine ungleichmäßige
Schneidenberastung auftritt.
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Der Erfindung liegt dewlach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Tieflochbohren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß eine ungünstige
Belastung der Werkzeugschneiden durch einen unkontrollierten Schneideneinsatz oder
durch eine schlagartige Beanspruchung mit einfachen konstruktiven llitteln vermieden
wird und vollkommen gleichmäßige Späne geringer Länge erreicht werden können.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Länge der
Lauffläche im Bereich jeder Nockenbahnausnehmung etwa der Länge der Lauffläche im
Beteich der zwischen den Irusnchnlungen vorhandenen erhabenen Stellen entspricht
und daß das Bollrwerkzeug wenigstens ein Schneidenpaar besitzt, dessen Schneiden
um ein ungerades Vielfaches des diesen Laufbahnbereichen entsprechenden Drehwinkels
gegeneinander versetzt sind.
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Da g-elliß der Erfindung die chneiden des Bohrwerkzeuges in .AbllangigReit
von der Anordnung der Ausnehmungen in der Hockenbahn angeordnet sind, werden bei
jedem der sich ergebenden
Schnitthübe Ausnehmungen in den bohrungsgrund
eingeschnitten, deren Länge der von den zwischen ihnen steliengebliebenden Teilen
entspricht. Leim folgenden Schnitthub werden auf Grund der Schneidenversetzung diese
stehengebliebenen Teile abgetragen. Die besondere linkelversetzung der Schneiden
ergibt also den Vorteil, daß stets eine Schneide jedes Schneidenpaares den von der
anderen Schneide stehengelassenen, erhabenen Teil des Bohrungsgrundes abträgt, obwohl
die Schneiden durch die lerkzeugbewegung gleichzeitig zum Einsatz kommen.
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Die gleiche Länge der Ausnehmungen und der dazwischenliegenden erhabenen
Stellen der Nockenbahn gez.1hrleisten im Zusammenhang mit der Versetzung der 'Schneiden
folglich, daß die Werkzeugschneiden sanft in das Werkstück eindringen und sanft
auslaufen können, da für jede Schneide stets die gleichen Schnittverhältnisse hinsichtlich
der ehnittlänge und der Spanhöhe vorhanden sind.
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Eine besonders einfache Konstruktion ist nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der Zwischenring aus der mittleren scheibe eines zweiseitig
wirkenden Axial-Rillenkugellagers besteht, dessen dem Bohrwerkzeug zugeordnete Gehäusescheibe
eine als Nockenbahn ausgebildete Laufrille besitzt. Die Laufrille der dem Bohrwerkzeug
zugeordneten Gehäusescheibe bringt dabei den Vorteil mit sich, daß lediglich diese
Gehäusescheibe mit dem Bohrwerkzeug die hin- und hergehende Bewegung mitmacht.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
Seitenansicht, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Kupplung mit drehbarem Zwischenring
im Axialschnitt in vergrößertem Maßstab, die Fig. 3 und 4 einen Bohrkopf im Axialschnitt
und in Ansicht von vorne und Fig. 5 eine schematische Abwicklung eines Schnittverlaufes
für
ein Rchneidenpaar, dessen Schneiden um einen bestimmten Winkel
gegeneinander versetzt sind.
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Um dem durch die Bohrspindel bedingten kontinuxrlichen Werkzeugvorschub
eine in Vorschubrichtung hin- und hergehende Bewegung überlagern zu können, ist
zwischen der nicht dargestellten Bohrspindel und dem Bohrwerkzeug 1 eine drehfeste
Kupplung 2 vorgesehen, deren treibender Kupplungsteil 3 über einen Anschlußkonus
4 mit der Bohrspindel drehfest verbunden ist. Der getriebene Kupplungsteil 5 ist
über eine dem treibenden Kupplungsteil 3 zugeordnete Feder 6, die in eine Längsnut
7 des Kupplungsteiles 5 eingreift, drehfest, aber axial verschiebbar verbunden.
Die beiden Kupplungsteile 3 und 5 stützen sich in axialer Richtung an einem zweiseitig
wirkenden Axial-Rillenkugellager ab, dessen mittlere Scheibe 8 gegenüber den Kupplungsteilen
3 und 5 drehbar gelagert ist. Die Gehäusescheihell 9 und 10 des Axial-Rillenkugellagers
sind drehfest mit den beiden Kupplungsteilen 3 und 5 verbunden, die mittels eines
axialen Spannbolzens 11 unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder 12 gegeneinander
verspannt sind und das Axial-Rillenkugellager dazwischen federnd festhalten.
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Die Laufrille 13 der dem treibenden Kupplungsteil 5 zugeordneten
Gehäusescheibe 10 ist als Nockenbahn mit Ausnehmungen 14 ausgebildet, wobei die
Zahl der Ausnehmungen 14 der Anzahl der Kugeln 15 auf dieser Lagerseite entspricht.
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Die mittlere Scheibe 8 des Axial-Rillenkugellagers ist mit einem
Haltering 16 drehfest verbunden, der über eine Führungsstange 17 undrehbar festgehalten
ist. Zur Drehsicherung zwischen der mittleren Scheibe 8 des Axial-Rillenkugellagers
und dem Haltering 16 dient eine in eine Rastausnehmung der Scheibe 8 eingreifende
Rastkugel 18, die mittels eines Sicherungsbolzens 19 und einer Feder 20 in der Raststellung
gehalten wird.
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Wird nun die Bohrspindel gedreht, so ergibt sich zwischen der mittleren
scheibe 8 und den . upr)lungsteilen 3 und 5 eine Relativdrehung, wobei die Kugeln
15 in der Nockenbahn abrollen und die Gehäuse scheibe 10 bezüglich der mittleren
Scheibe 8 des Axial-Rillenkugellagers in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt
wird, weil die Gehäusescheibe 10 über derl Kupplungsteil 5 durch die Feder 12 gegen
die kugeln 15 gepreßt wird. Die hin- und hergehende Bewegung der Gehäusescheibe
10 wird über den Kupplungsteil 5 auf eln als Bohrverlängerung dienendes Bohrrohr
21 und damit auf das beispielsweise als Kernbohrwerkzeug ausgebildete Bohrwerkzeug
1 ü#,ertragen. Über eine Kühlmittelzuleitung 22 wird dem P ohrwerkzeug 1 über das
Bohrrohr 21 in üblicher Weise V#}ilflüssigkeit zugeführt.
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Um nicht der vollen Schnittbreite entsprechende Späne zu erhalten,
sind die Schneiden 23, 24 des Bohrwerkzeuges 1 paarweise in radial zueinander versetzten
Schneidbaiinen angeordnet, sO daß sich Späne mit geringer Breite ergeben.
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Die Schneiden der Schneidenpaare 23 bzw. 24 sind um einen Drehwinkel
gegeneinander versetzt, der einem ungeraden Vielfachen der Länge einer Nockenbahnausnehmung
14 entspricht.
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Dadurch wird bei einer gleichmäßigen Verteilung von Nockenbahnausnehmungen
und den zwischen diesen Ausnehmun#en vorhandenen erhabenen Stellen erreicht, daß
die Schneiden eines Schneidenpaares stets an der Stelle zum Einsatz kommen, an der
die jeweils andere Schneide des Paares nicht zum insatz kommt. Der Schnittverlauf
für ein solches Schneiden paar ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. #enn sich
das Werkstück gegenüber den schneiden 24 in Richtung des Pfeiles 25 bewegt, so ergibt
sich für die Schneide 24a der voll ausgezogene Schnittverlauf, während sich für
die Schneide 24b der strichpunktierte Verlauf ergibt. Aus dem Schema ist daher ersichtlich,
daß die Schneiden 24, obwohl
sie gleichzeitig gehoben und gesenkt
werden, den ganzen @ohrungsgrund zerspanen, wobei sich nur kurze späne erweben,
da die Schneiden immer wieder aus dem Schnitteingriff gezogen werden.
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Obwohl in der Zeichnung nur ein Kernbohrer dargestellt ist, ist die
erfindungsgemä.ße Vorrichtung selbstverständlich auch für Vollbohrer verwendbar.
Bei Kernbohrern ergeben sich jedoch günstigere Schnittverhältnisse.