DE3632389A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Werkzeughalter, in dem in radialer Richtung die Werkzeugschneiden aufweisende Schneidenhalter verschiebbar und durch eine Klemmeinrichtung klemmbar angeordnet sind.

Derartige Bohrwerkzeuge sind bekannt (DE-OS 31 36 204, DE-OS 30 49 026, GB-Anm. 00 54 838 A-2, DE-OS 32 46 994, DE-OS 33 45 195, DE-OS 24 11 394). Bei diesen bekannten Werkzeugen wird der Verstellmechanismus entweder über eine verschiebbare Stange in der Hauptspindel oder über eine seitliche Ankopplung eines Verstellmotors an das Bohrwerkzeug realisiert. Die automatische Verstellung bei diesen Werkzeugen erfolgt durch Einstellmittel, die im Werkzeughalter vorgesehen sind. Dabei ist nachteilig, daß diese Verstellmechanismen einen relativ großen Platzbedarf im Werkzeughalter bzw. im eigentlichen Werkzeug haben, der zu sperrigen und unhandlichen Konstruktionen führt, die sich insbesondere für die automatische Entnahme aus dem Magazin, dem Einlegen in die Aufnahme in einer Maschinenspindel, und die Handhabung bei der weiteren Bearbeitung einer Bohrung usw. wenig eignen. Die Konstruktionen führen auch zu verringerter Stabilität, so daß durch die Anordnung von Verstellmechanismen im Werkzeughalter den Bohr- bzw. Schruppleistungen Grenzen gesetzt sind. Außerdem ergeben sich bei diesen Konstruktionen aus der Kompliziertheit der Anordnungen Grenzen für eine Herabsetzung der Fertigungsfehler, da die Fehler u.a. durch die einzelnen Getriebeelemente im Werkzeug bestimmt sind, die zur Verstellung der Schneidenhalter bzw. der Werkzeugschneiden erforderlich sind. Die Bearbeitungs- und/oder Abnutzungsfehler dieser Getriebeelemente des Verstellmechanismus summieren sich auf.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, daß ohne die geschilderten Nachteile jeweils auf den gewünschten Durchmesser einstellbar ist. Es soll insbesondere so ausgestaltet sein, daß keine Mittel des Verstellmechanismus in der Spindel angeordnet werden müssen oder irgendeine Getriebeankopplung an das Werkzeug zur Verstellung erforderlich ist. Das Werkzeug soll so ausgelegt werden, daß es nicht wesentlich sperriger ist als bekannte von Hand verstellbare bzw. einstellbare Bohrwerkzeuge. Es soll dabei eine zur Durchführung von Schrupparbeiten ausreichende Stabilität aufweisen, einen großen Verstellbereich für den Bearbeitungsdurchmesser abdecken und über numerisch gesteuerte Einstellvorrichtungen genau justierbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung betrifft ferner auch noch eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Einstellen des Werkzeugs bzw. zum Arbeiten mit dem Werkzeug.

Überraschend einfach ist dabei, daß man auf einen Steuerungsmechanismus, der im Werkzeug selbst arbeitet und entweder über eine Getriebeankupplung oder über eine in der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angeordnete Stange oder dgl. betätigbar ist, ganz verzichten kann und dennoch ein automationsgerechtes Werkzeug erhält. Man kann das Werkzeug extrem einfach ausbilden und von außen in einem ebenfalls sehr einfachen genau steuerbaren und in den automatischen Ablauf einer Werkzeugmaschine integrierbaren Einstelleinrichtung beliebig genau einstellen, wobei sich die oben gewünschten Vorteile hinsichtlich Raumaufwand, Stabilität etc. ausgezeichnet erreichen lassen. Wichtig ist, daß ein externes Einstellgerät verwendet wird, welche die Verschiebung der Schneidenhalter über Druck betätigte Einstellkolben oder Federelemente und die Positionierung über Anschläge vornimmt, die in bekannter Weise mit numerisch gesteuerten, translatorischen schiebbaren Schlitten gekoppelt sind und mit diesen verfahren werden können. Die radiale Verschiebung und Positionierung der Schneidenhalter erfolgt also durch außerhalb des Bohrwerkzeugs befindliche automatische Einstellvorrichtungen. Der Klemmechanismus ist besonders einfach betätigbar, d.h. zu spannen und zu lösen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 1a einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bzw. 2;

Fig. 4 eine Darstellung des Einstellvorgangs der Schneidenhalter bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig. 4 (entsprechend Fig. 3);

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrensablaufs.

Das Bohrwerkzeug wird gebildet durch den Aufnahmekonus 10 und den damit verbundenen Werkzeughalter 2. Die Verbindung erfolgt über mehrere Schrauben 6 und 7. Der Aufnahmekonus 10 sitzt mit seinem konischen Ende in einer drehangetriebenen Maschinenspindelhülse. An seinem oberen Ende ist der Werkzeughalter mit einer in radialer Richtung (senkrecht zur Drehachse der Maschinenspindel 11) versehenen im Querschnitt rechteckigen Rinne 20 versehen, die als Führung für Schneidenhalter 1, 1′ dient. Diese sitzen in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Form mit ihrem unteren Bereich in der Rinne 20 und sind in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1, verschiebbar. Die beiden Steinhalter 1, 1′ sind an ihrem unteren Ende mit Ausnehmungen 3 bzw. 3′ versehen, die konische Spann- oder Seitenflächen 40, 40′ haben, die sich in die Schneidenhalter 1,1′ hinein erweitern.

In diese Ausnehmungen 3, 3′ hinein erstreckt sich das schwalbenschwanzförmig ausgebildete Ende 4′ einer Zugstange 4 mit Spannflächen 41, 41′. Die Zugstange 4 ist in einer Bohrung 21 im Werkzeughalter 2 geführt. Die Zugstange 4 weist an ihrem unteren Ende eine Verbreiterung 22 auf. Zwischen der nach oben gerichteten Schulter dieser Verbreiterung und dem gegenüberliegenden Ende einer Ausnehmung 23 im Werkzeughalter 2 befinden sich Tellerfedern 5. Die Tellerfedern 5 sind so eingestellt, daß sie die Zugstange nach unten ziehen und damit das schwalbenschwanzförmig ausgebildete Ende 4′ mit den Spannflächen 41, 41′ gegen die Spannflächen 40, 40′ der Ausnehmungen 3, 3′ ziehen. Dadurch erfolgt eine Klemmung der Schneidenhalter 1, 1′ in der Rinne 20 am Werkzeughalter 2.

Das Lösen dieser geschilderten Klemmung geht wie folgt vor sich: Im Aufnahmekonus 10 ist der Hebel 9 mittels Bolzen 8, 8′ drehbar gelagert. Er trägt, exzentrisch versetzt, den Bolzen 30. Dieser ist im unteren, gabelförmig ausgebildeten Ende der Zugstange 22 gelagert. Wird der Hebel 9 durch den Druckzylinder 31 an der Maschinenspindel in Richtung des Pfeils 51 verdreht, so wird die Zugstange 22 etwas angehoben, so daß sich die Klemmung der Schneidenhalter 1, 1′ durch das schwalbenschwanzförmige Ende 4′ der Zugstange 4 löst. Die Schneidenhalter 1, 1′ können dann durch externe Einrichtungen in radialer Richtung, also senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1, verschoben werden können.

Die Schneidenhalter 1, 1′ tragen als eigentliche Schneidwerkzeuge Schneidplatten 24, 24′. Die Schneidhalter 1, 1′ weisen ferner, in radialer Richtung entgegengesetzt den Schneidplatten 24, 24′, Anschlagflächen 25, 25′ auf, die zur exakten radialen Verschiebung und damit Einstellung der Schneidenhalter 1, 1′ dienen.

Das Aufbohren einer Bohrung mit dem dargestellten Werkzeug läuft folgendermaßen ab (vgl. Fig. 4):

Die Werkzeugmaschine weist ein Einstellgerät 101 auf, das durch eine Linearführung 14 gebildet wird, auf dem die Schlitten 13 und 13′ verschiebbar angeordnet sind. Die Verschiebung erfolgt über eine Drehspindel, die von einem Motor 16 angetrieben wird.

Die Schlitten 13, 13′ tragen Anschläge 18 bzw. 18′. Ferner weist das Einstellgerät Druckzylinder 17, 17′ auf, die Einstellkolben 26, 26′ betätigen.

Im NC-Programm der Maschinensteuerung wird ein Bohrwerkzeug aus einem Magazin aufgerufen und in die Maschinenspindel 11 gesteckt. Die Maschinenspindel mit dem Bohrwerkzeug 2, 10 (von dem nur der Werkzeughalter 2 in Fig. 4 sichtbar ist) wird in die in Fig. 4 gezeigte Stellung relativ zum Einstellgerät gebracht. Damit dies erfolgen kann, werden vorher die Schlitten 13, 13′ und die Einstellkolben 26, 26′ in ihre äußerste Stellung gefahren. Dann wird in der beschriebenen Weise die Klemmung der Schneidenhalter 1, 1′ mit den Schneiden 24, 24′ gelöst. Jetzt werden über die Maschinensteuerung durch entsprechenden Antrieb des Motors 16 die beiden Anschläge 18, 18′ in eine solche Position gefahren, daß ihr Abstand 2 R gleich dem Durchmesser ist, dem die in radialer Richtung entgesetzt äußersten Spitzen der beiden Schneiden 24, 24′ voneinander haben sollen. Dann drücken die Einstellkolben 26, 26′ auf die Anschlagflächen 25, 25′ der Schneidenhalten 1, 1′, und zwar derart, daß die Schneidenhalter in die in Fig. 4 gezeigte Stellung geschoben werden, in der die Spitzen der Schneiden 24, 24′ an den Anschlägen 18, 18′ anliegen. Dann wird der Hebel 9 wieder so gedreht, daß die Schneidenhalter 1, 1′ in dieser Position festgespannt bzw. festgeklemmt werden. Danach werden die Einstellkolben 26, 26′ und die Schlitten 13, 13′ wieder in ihrer äußerste Stellung zurückgefahren. Das Bohrwerkzeug kann jetzt aus der in Fig. 4 bezeichneten Position ausgefahren werden und steht zur Bearbeitung mit dem gewünschten eingestellten Durchmesser in weiteren Arbeitsvorgängen der Werkzeugmaschine zur Verfügung.

Neben der Einstellvorrichtung nach Fig. 4 und 5 befindet sich ein Druckzylinder 31 (vgl. Fig. 1). Beim Einfahren des Werkzeuges in die Einstellvorrichtung wird der Hebel 9 vor den Druckzylinder 31 positioniert. Zum Lösen der Klemmung fährt der Druckkolben 32 in Richtung 50 gegen den Hebel 9 und dreht ihn in Richtung 51. Wie in Fig. 1a im Schnitt dargestellt ist, dreht sich nun der Hebel 9 um die Lagerung der Bolzen 8, 8′ und hebt damit über den Bolzen 30 die Zugstange 22 bzw. 4 in Richtung 52 an.

Falls die Maschine einen in die Maschinenspindel 11 einwechselbaren Meßtaster besitzt, kann nach der Bohrbearbeitung die Bohrung in bekannter Weise ausgemessen werden. Liegt der gemessene Durchmesser unterhalb der geforderten Toleranz, so kann das Bohrwerkzeug in der beschriebenen Weise auf den entsprechend korrigierten Durchmesser neu eingestellt und die Bohrung anschließend nachgearbeitet werden. Bei extrem engen Meßtoleranzen kann darüber hinaus zuerst mit Untermaß gebohrt werden und danach ein korrigierter zweiter Bohrvorgang, der von vorne herein eingeplant ist, ausgeführt werden.

Bei der vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschriebenen Erfindung ist wesentlich, daß die Einstellung des Werkzeugs von außen, also im Ausführungsbeispiel durch die Einstellkolben 26, 26′ bis zum Auftreffen der Werkzeuge auf einen voreingestellten Anschlag 18, 18′ erfolgt, und nicht durch einen internen im Werkzeug angeordneten Verstellmechanismus. Die Einstellung durch die Anschläge 18, 18′ die mit Hilfe der Schlitten 13, 13′ auf vorwählbare feste Abstände gefahren werden können, kann auch, wenn es sich - z.B. in einer Serienfertigung - um das Bohren eines Loches mit stets demselben Durchmesser handelt, dadurch erfolgen, daß das Werkzeug in eine bestimmte "Muster"-Bohrung eingefahren wird und daß darin, wenn die Schneidenhalter zum Anschlag an die Wandung der Bohrung ausgefahren bzw. verschoben werden. Entsprechend müssen dann auch die Druckzylinder 17, 17′ mit dem Einstellkolben 26, 26′ etwas anders ausgebildet sein.

Gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung müssen die Schneidenhalter 1, 1′ mit den Schneiden 24, 24′ im eigentlichen Werkzeughalter 2 in radialer Richtung verschiebbar sein, wobei die Verschiebung, wie bereits mehrfach erwähnt, von außerhalb des Werkzeughalters erfolgt und an den Schneidenhaltern eben entsprechende Anschlagflächen 25, 25′, an denen die Einstellkolben 26, 26′ angreifen können, vorgesehen werden müssen.

Zur Erläuterung der Verfahrensmerkmale dient das Blockschaltbild nach Fig. 6. Es zeigt die Werkzeugmaschine 100, einen Meßtaster 102 beim Antasten einer Werkstückbohrung 103, die Maschinensteuerung 104 und die Steuerung 105 für das Einstellgerät 101. Dies bildet den Regelkreis. Der Regelkreis ist noch zu ergänzen durch die Einstellung des Werkzeuges auf seinen Durchmesser und die Nachbearbeitung der Bohrung.

Claims (5)

1. Bohrwerkzeug mit einem Werkzeughalter (2), in dem in radialer Richtung die Werkzeugschneiden (24, 24′) aufweisende Schneidenhalter (1, 1′) verschiebbar und durch eine Klemmeinrichtung (4) klemmbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, die Schneidenhalter (1, 1′) auf der den Bohrschneiden (24, 24′) entgegengesetzten Seite Anschlagflächen (25, 25′) aufweisen, die zum Anlegen von Einstellkolben (26, 26′), die nicht im Werkzeughalter (2) angeordnet sind, geeignet sind und durch die in gelöstem Zustand der Klemmeinrichtung (4) die Schneidenhalter im Werkzeughalter verschiebbar sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung durch eine Zugstange (4) gebildet wird, die mit an ihrem Ende (4′) vorgesehenen Spannflächen (40, 40′) auf zugeordnete Spannflächen (41, 41′) der Schneidenhalter (1, 1′) einwirkt, wobei die Zugstange (4) durch Federn (5) in Klemmstellung gezogen wird.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung durch Betätigung eines Hebels (9) gegen den Druck der Federn (5) in eine die Schneidenhalter (1, 1′) zur Verschiebung freigebende Position gedrückt wird, wobei der Hebel (9) durch außerhalb des Werkzeughalters (2) bzw. des diesen aufnehmenden Aufnahmekonus (10) angeordnete Mittel verschiebbar ist.

4. Werkzeugmaschine mit einem Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, die durch zwei auf Schlitten (13, 13′) angeordnete Anschläge (18, 18′) gebildet wird, die derart verfahrbar sind, daß sie dem gewünschten Bohrdurchmesser (2 R) entsprechen, und daß ferner Einstelleinrichtungen (17, 26′; 17′, 26′) in Eingriff mit den genannten Anschlagflächen (25, 25′) der Schneidenhalter (1, 1′) bringbar sind, um sie bei gelöster Klemmeinrichtung (4) in radialer Richtung bis zum Anschlag an die Anschläge (18, 18′) zu verschieben.

5. Verfahren zur Herstellung einer Bohrung mit einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Meß- und Steuereinrichtungen den Ist-Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung eines Werkstücks feststellen, und den Bearbeitungsdurchmesser (2 R) des Bohrwerkzeugs auf einen Durchmesser, der etwas geringer als der Soll-Durchmesser ist, hinstellen, und daß anschließend ein Bohren der Bohrung erfolgt, daß daraufhin der Ist-Durchmesser der Bohrung festgestellt, die noch zum Sollmaß fehlende Differenz ermittelt und entsprechend das Werkzeug neu eingestellt wird, wonach ein erneutes Bohren erfolgt.