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Drehbare Bearbeitungsvorrichtung, insbeson-
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dere Ausbohrkopf od.dgl.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine drehbare Bearbeitungsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zuiti Verstellen eines rotierenden
Werkzeuges (DE-OS 31 36 204) setzt sich ein mit einem Kegel versehener Grundkörper
in einem quaderförmigen Teil fort, an dessen entgegengesetzte Außenseiten zwei biegeweiche
Platten angeschraubt sind, die an ihren vorderen Enden durch eine starre Stirnplatte
miteinander verbunden sind. An dieser Stirnplatte ist ein Werkzeughalter in Form
einer Bohrstange befestigt, der am vorderen Ende das eigentliche Werkzeug, nämlich
einen Meißel mit Schneidplatte, trägt. Zwischen den beiden biegeweichen Platten
befindet sich einz Gewindespindel, die mittels eines auf ihr sitzenden, durch eine
Klinke schrittweise weiterschaltbaren Zahnrades in zwei Muttern gedreht werden kann
und sich dabei in Richtung ihrer Achse, d.h. quer zur Längsachse der gesamten
Vorrichtung,
verschiebt. Mit ihrem Ende wirkt die Gewindespindel dabei auf eine der beiden Platten,
die als Parallellenker wirken sollen, um die zwischen ihnen befindliche Stirnplatte
mit der Bohrstange und dem am vorderen Ende der letzteren bef--stigzen Werkzeugeinsatz
radial zu bewegen. Die Klinke zum Weiterschalten des Zahnrades wird durch einen
seitlich aus der Vorrichtung vorstehenden Stößel betätigt, wenn die gesamte Vorrichtung
mittels des Bewegunyssystems der betreffenden Werkzeugmaschine an einen Festanschlag
der Maschine gefahren wird. Die Verstellung ist nur in einer Richtung und nur urn
einen begrenzten Betrag möglich. Ist dieser erreicht, muß die Vorrichtung manuell
unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeuges wieder in den Ausgangszustand versetzt
werden.
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Bei einer solchen Vorrichtung sind ebenso wie bei anderen bekannten
Vorrichtungen mit radialer Verstellbarkeit eines Werkzeuges (rt;E--os 20 40 020
und EP-PS 00 17 967) vor der Angriffsstelle der Stellkraft verhältnismäßig große
Massen vorhanden, und es besteht jeweils auch ein großer Abstand bis zur Werkzeugschneide.
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Somit können auf der ganzen Länge mit den dort vo-chandenen übertragungsgliedern
unkontrollierbare Einflüsse wirksam werden, wie z.B. zusätzliche Biegungen oder
Kippungen, die zu Ungenauigkeiten führen Größere unsymmetrisch liegende Massen rufen
die Gefahr von Unwuchten hervor. Das gesamte System wird dann mit zunehmender Drehzahl
weicher und auch empfindlicher gegen Schwingungen Aufgabe der Erfindung ist es,
bestehende Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten zu beheben und eine drehbare Bearbei
tungsvorrichtung, insbesondere als Ausdrehwerk-
zeug, zu schaffen,
bei der ungünstige Einflüsse auf das Genauigkeitsverhalten und die Stabilität insbesondere
im Bereich zwischen der Einleitung der Stellkraft in die elastisch verformbare Anordnung
und dem Werkzeug möglichst gering gehalten werden. Die Erfindung strebt weiterhin
eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung im einzelnen an. Dies gilt namentlich
auch für den Stellantrieb und die Betriebsmöglichkeiten desselben. Weitere mit alledem
zusammenhängende Pobleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus
der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
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Die Erfindung sieht bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
vor, daß die elastisch verformbare Anordnung unmittelbar als Halter für das Werkzeug
ausgebildet ist und die Angriffsstelle des die Stellkraft übertragenden Organs im
Bereich eines vorderen Kopfteiles des Werkzeughalters liegt.
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Difes stellt eine in mehrfacher Hinsicht vorteilhafte Vorrichtung
dar. Der Werkzeughalter und das Federglied sind praktisch ein Bauelement, so daß
Zwischenteile, die zu ungünstigen Einflüssen führen können, vermieden sind.
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Die Befestigung des Werkzeugs am Werkzeughalter läßt sich entsprechend
den Erfordernissen wählen. Bei einer sehr zweckmäßigen Ausführung weist der Kopfteil
eine stirnseitige Spannfläche für ein Werkzeug auf.
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Der Werkzeughalter ist insbesondere als im wesentlichen U-förmiger
Bügel mit zwei vom Kopfteil ausgehenden Schenkeln ausgebildet. Die letzteren sind
dann voteilhaft an ihren rückwärtigen Enden am Grundkörper befestigt, während im
übrigen zwischen dem Grundköcper
und den übrigen Teilen des Bügels
ein ausreichendes Spiel besteht, um die Bewegung zu ermöglichen.
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Der Grundkörper ragt mit einem vorderen Teil in den Bügel hinein und
kann insbesondere Ausnehmungen oder tiu ten aufweisen, in denen sich die Schenkel
des Bügels erstrecken. Dies ergibt eine kompakte und stabile Ausführung.
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Das übertragungsorgan ist zweckmäßig ein axial verstellbarer Stab,
der an seinem vorderen Ende eine Schräg-oder Konusfläche aufweist. Im Kopfteil des
Werkzeughalters befindet sich eine insbesondere durch einen Bolzen gebildete Anlage
für die Schräg- oder Konusfläche des übertragungsorgans.
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Die Ausbildung der Vorrichtung läßt sich im einfachsten Fall so treffen,
daß eine Verstellung des Werkzeuges in einer Richtung erfolgen kann. In besonders
vorteilhafter Weise ist jedoch vorsehen, daß eine Verstellung sowohl in der einen
als auch in der anderen Richtung möglich is. Insbesondere ist ein Antrieb für das
übertragungsorgan zum Arbeiten in beiden Richtungen ausgebildet. Das übertragungsorgan
kann für eine reine Verschiebebewegung oder für eine kombinierte Axial- und Drehbewegung
eingerichtet sein, wobei der Antrieb entsprechend ausgebildet ist.
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Wird die Bewegung des übertragungsorgans mittels eines Klinken-Zahnrad-Schrittschaltwerks
erzeugt, so sind vorteilhaft einem Zahnrad zwei Klinken für beide Drehrichtungen
zugeordnet. Die Klinken können sich insbesondere an Stößeln befinden, die in Bohrungen
des Grundkört rs oder eines mit ihm verbundenen Teiles verschiebbar sind.
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Die Klinken bzw. deren Träger lassen sich je nach den Erfordernissen
auf verschiedene Weise betätigen, im einfachsten Fall manuell. Bei einer vorteilhaften
Ausführung sind zum Betätigen der Klinken Druckmittel-Einrichtungen, namentlich
pneumatik- oder Hydraulikzylinder, vorgesehen. Diese können sich insbesondere an
der Werkzeugmaschine oder an einem Werkzeugmagazin an einer solchen Stelle befinden,
die einer ohnehin von der Vorrichtung beim Arbeiten eingenommenen Position benachbart
ist oder einer Position, in welche die Vorrichtung durch eine von der Maschinensteuerung
bewirkte Bewegung gebracht werden kann, derart, daß dann die Klinken oder deren
Träger von den Betätigungsorganen beeinflußt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung können innere, bis zum Kopfteil
führende Durchlaßwege für ein Kühl- oder Schmiermedium vorgesehen sein.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Brfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles, aus der zugehörigen
Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch
die Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 einen
Schnitt nach der Linie III - III in Fig. 1 und Fig. 4 eine Draufsicht auf das obere
Ende der VoLichtung nach Fig. 1.
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Die dargestellte Vorrichtung weist einen aus zwei Teilen bestehenden
Grundkörper auf, wobei sich der Teil 1 als Werkzeugkörper bezeichnen läßt, der in
eine sog.
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Grundaufnahme 2 eingesetzt ist. Die letztere kann in
ihrer
äußeren Ge-;talt in bekannter Weise ausgebildet sein und hat einen Kegel 3 zum Einsetzen
in eine Naschinenspindel sowie einen Profilbund 4 zum Angriff des Greifers eines
Werkzeugwechsel-Systems.
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Der Werkzeugkörper 1 greift mit einem zylindrischen Ansatz 5 in eine
entsprechende Bohrung 6 der Grundaufnahme 2 ein und ist mit einem hinter dem Ansatz
5 Liegenden Gewindeteil 7 in ein Innengewinde 8 der Grundaufnahme eingeschraubt.
Nach vorne hin setzt sich der Werkzeugkörper 1 in einer dornartigen Verlängerung
11 fort, die auf gegenüberliegenden Seiten zwei Nuten 9 mit gerundetem Auslauf 10
aufweist.
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In die Nuten 9 greifen parallele Schenkel 13 eines im wesentlichen
U-förmigen Bügels 12 ein, der unmittelbar den Halter für das eigentliche Werkzeug
bildet.
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Dieser U-förmige Bügel 12 stellt eine elastisch vrformbare Anordnung
dar. Dabei sind die Schenkel 13 an ihren ::teren,verdickten Enden durch Schrauben
15, 15 fest mit dem Werkzeugkörper 1 verbunden. Im oberen Bereich stehen sei über
einen quergerichteten Kopfteil 14 miteinander einstückig in Verbindung.
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Der Kopfteil 14 weist auf seiner Stirnseite eine diametrale Nut 17
mit einer Spannfläche 18 für das eic;entliche Werkzeug auf. Dies ist hier ein Halter
21 für eine Schneidplatte 22, kann aber auch anders ausgebiL-det sein. Bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Schneidplatten-Halter 21 mit einem Langloch 23 versehen
und kann mittels einer Befestigungsschraube 25, die in eine Gewindebohrung 24 des
Kopfteiles 14 eingreift, festgespannt werden. Das Langloch 23 läßt eine Verschiebung
und somit eine Voreinstellung des Werkzeuges in radialer Richtung zu. Eine quer
gerichtete
Schraube 26 und ein mittels dieser gegen das Werkzeug
21 andrückbares Dämpfungsstück 27 aus Kunststoff können zur Abstimmung von Reib-
und Rückstellkräften und zur Dämpfung dienen. Die stirnseitige Spannfläche 18 und
die Unterseite des Schneidplatten-Halters 21 können insbesondere mit ineinandergreifenden
Verzahnungen versehen sein.
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Der Werkzeugkörper 1 mit seiner dornförmigen Verlängerung 11 weist
eine abgesetzte Innenbohrung 30 auf, durch die ein Organ 31 zur Übertragung der
Stellkraft hindurchgeht. Dieses ist im vorderen Terl der Bohrung 30 der Verlängerung
11 besonders geführt, wobei auf der einen Seite zusätzlich eine Querschraube 20
mit Kunststoffeinsatz vorhanden sein kann, die gegen das übertragungsorgan 31 anstellbar
ist. Am vorderen Ende weist das Organ 31 eine Kegelfläche 32 auf, die an einem in
den Kopfteil 14 eingesetzten, quer verlaufende Bolzen 28 anliegt. Wird dem übertragungsorgan
31 eine axiale Bewegung erteilt, so drückt die Kegelfläche 32 in Querrichtung gegen
den Bolzen 23 und erteilt somit dem Kopfteil 14 des Werkzeughalters 12 eine geringe
radiale Bewegung. Die Schenkel 13 wirken dabei ähnlich wie Blattfedern, so daß der
Kopfteil 14 eine Parallelverschiebung mit Bezug auf die Achsen der Schrauben 15,
16 ausführt. Damit erfährt zugleich die Schneide der Schneidplatte 22 des Halters
21 eine radiale Verstellung. Durch entsprechende Dimensionierung der einzelnen Teile
des Bügels 12 und geeignete Ausbildung der Übergänge (Stellen 19) läßt sich die
gewünschçe Biegesteifigkeit erzielen.
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Weil der Angriffspunkt der Stellkraft in unmittelbarer Nähe des Werkzeuges
liegt, können keine Fehler und Ungenauigkeiten
durch Zwischenteile
entstehen, die kippen oder sich unerwünscht verformen könnten. Des weiteren sind
bei einer solchen Bearbeitungsvorrichtung außermittig liegende Nassen kaum vorhanden,
so daß die Gefahr des Auftretens von Unwuchten, die sich nachteilig auswirken könnten,
vermieden ist, und zwar auch bei höheren Drehzahlen.
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Grundsätzlich ist die Bewegung des übertragungsorgans 31 auf verschiedene
Weise und mit unterschiedlichen Mitteln möglich. Es kann sich um eine reine axiale
Verschiebung handeln oder aber auch um eine mit einer Drehung kombinierte Axialbewegung.
Letzteres ist bei dem dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Fall.
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Das Übertragungsorgan 31 ist hier als Stellwelle ausgebildet und weist
einen Teil 33 mit Außengewinde 34 auf, welches in das entsprechende Innenyewinde
einer Meter 35 eingreift. Es handelt sich um genaue Gewinde, die insbesondere durch
FeinschleIfen erzeugt sind. Die Mutter 35 ist in einem entsprechenden Sitz 36 im
Werkzeugkörper 1 festgelegt, z.B. durch genaues Einpassen, Einkleben und/oder durch
eine Außengewindemutter 37, die in eine Gewindebohrung 38 eingeschraubt ist und
die Nut ter 35 mit dem anderen Ende fest gegen eine Schulter 39 preßt.
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Am rückwärtigen Ende des Übertragungsorgans 31 sitzt test ein Zahnrad
41, das Bestandteil eines Schrittschaltwerks ist. In zwei parallelen Querbohrungen
42, 43 der C;rundaufnahme 2 sind zwei Stößel 44 und 45 verschiebbar, von denen jeder
mit einer in einer Ausnehmung untergebrach-en Klinke 46 bzw. 47 (Fig. 3) versehen
ist.
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Jede dieser Klinken kann in das Zahnrad 41 eingreifn
und
dasselbe bei einer Verschiebung des Stößels 44 in der einen und des Stößels 45 in
der anderen Richtung um einen bestimmten Betrag drehen. Die Ausführung kann insbesondere
so getroffen werden, daß bei einem Hub jedes Stößels 44 bzw. 45 exakt eine Vers
tellung um eine Zahnteilung erfolgt. Durch In Gewindeteile der Bohrung 42 und 43
eingeschraubte Anschläge 48 und 49 kann der Hub für jeden Stößel 44 bzw. 45 genau
eingestellt werden. Zwischen den Anschlägen 48 bzw.49 und den Stößeln 44 bzw. 45
befinden sich Druckfedern 50 bzw. 51, die die Stößel nach vollendetem Hub in die
Ausgangslage zurückführen. Durch Ringe 52, 53 kann die Bewegung nach außen hin begrenzt
werden.
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Die Betätigung der Stößel 44 bzw. 45 kann auf verschiedene Weise erfolgen,
im einfachsten Fall manuell, z.B.
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durch Einführen eines entsprechend geformten Druckstückes od.dgl.
in die betreffende Bohrung. Bei der in Fig.3 gezeigten vorteilhaften Ausführung
sind steuerbare Servoeinrichtungen zum Betätigen der Stößel vorhanden. Dabei handelt
es sich um zwei ortsfest, beispielsweise an der betreffenden Werkzeugmaschine oder
einem Werkzeugmagazin, angebrachte Druckmittelzylinder 54 und 55, die pneumatisch
oder hydraulisch versorgt werden und deren Kolbenstangen 56 und 57 zur Verschiebung
der Stößel 44 bzw. 45 dienen. Des weiteren sind aber auch elektrische oder elektromagnetische
Betätigungseinrichtungen möglich. Dem Zahnrad 41 kann uch ein Schrittmotor über
eine geeignete Kupplung oder Übertragunseinrichtung zugeordnet sein.
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Die erläuterte Ausführung gestattet das Drehen des Zahnrades 41 in
beiden Richtungen und rrmörrlicht dadurch eine Verstellung des Übertragungsorgans
31 nach vorwärts oder nach rückwärts, so daß die Werkzeugschneide
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radial nach außen oder radial nach innen verstellbar ist. Naturgemäß kann die Vorrichtung
mit nur einem Stößel und nur einer Klinke ausgeführt sein, wenn lediglich eine Verstellung
in einer Richtung gewünscht wird. Die Ausbildung wird vorteilhaft so getroffen,
daß einem Klinkenhub eine solchermaßen definierte Drehung des Zahnrades 41 entspricht,
die an der Werkzeugschneide dann auch eine ganz bestimmte radiale Verstellung ergibt,
namentlich in der Größe von einem oder zwei Mikrometern.
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Die bei der Montage der Vorrichtung schon für die Null-oder Ausgangslage
durch die Schrauben 15, 16 und Anlageflächen bzw. Kontakt zwischen der Kegelfläche
32 und dem Bolzen 28 bewirkte Vorspannung des bügelförmigen Werkzeughalters 12 gewährleistet
eine spielfreie Verstellung in beiden Richtungen. Eine zwischen dem Zahnrad 41 und
der Außengewindemutter 37 vorgesehene Druckfeder 58 sorgt auch in diesem Bereich
für eine Vorspannung, wodurch nicht nur die Flanken ds Gewindes 34 immer in gleicher
Richtung beansprucht werden bzw. an denen des Gegengewindes anliegen, sondern auch
die Reibung im System so groß ist, daß ein ungewolltes Verstellen während der Bearbeitung
nicht möglich ist.
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Die Verzahnung des Zahnrades 41 kann in verschiedener Weise ausgebildet
sein. Es läßt sich auch eine reyelmäßige Profilierung anderer Art vorsehen, z.B.
über den Umfang verteilt angeordnete Vertiefungen, Stifte od.dgl.
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Entsprechend kann die Form der Klinken gewählt werden.
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Ohne Schwierigkeiten läßt sich die Bearbeitungssorrichtung auch mit
innerer Kühlmittelversorgung ausstatten.
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Wenn das Kühlmittel bei der betreffenden Werkzeugmaschine durch die
Spindel zugeführt wird, kann es bei
der gezeigten Ausführung (Fig.
1) seinen Weg durch eine Bohrung 60 in der Grundaufnahme, eine Bohrung 61 mit Zweigbohrungen
62 im übertragungsorgan 31, durch den sich anschließenden Ringraum, einen von diesem
ausgehenden Kanal 63, durch einen in der Nut 9 belassenen Zwischenraum zwischen
einem Schenkel 13 und dem vorderen Teil 11 des Werkzeugkörpers 1, durch einen Spalt
64 zwischen der Stirnseite des Teiles 11 und dem Kopfteil 14 sowie durch eine Bohrung
65 in dem letzteren zur Werkzeugschneide 22 bzw. zur Bearbeitungsstelle nehmen.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung
dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt,
für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen
werden.
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