DE3640254C2 - Vorrichtung zum Bohren, insbesondere zum Gewindebohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere zum Gewindebohren, mit einem eine Schneidbewegung und eine Oszillationsbewegung ausführenden Werkzeug.

Da sich das Bohren von Löchern und dann auch das Bohren von ein Innengewinde aufweisenden Löchern im Bereich der Metallverarbeitung allein mit einem lediglich eine Schneidbewegung und eine Vorschubbewegung ausführenden Werkzeug als mit gravierenden Mängeln behaftet erwiesen hat, ist man bereits vor längerer Zeit dazu übergegangen, Bohrverfahren zu entwickeln, bei denen die Schneidbewegung des Werkzeugs durch eine Oszillationsbewegung überlagert wird. Die dem Werkzeug oder dem zu bearbeitenden Werkstück hierbei zusätzlich vermittelte, die Schneidbewegung überlagernde Oszillationsbewegung vermindert zum einen dem dem Werkstück innewohnenden Widerstand beim Bohren, zum anderen resultiert daraus eine verbesserte Abführung der anfallenden Späne. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß beim Gewindebohren die Ausbildung eines Grates entfällt. Auch einen nur kleinen Durchmesser aufweisende Bohrungen lassen sich auf diese Weise problemlos herstellen. Zur Realisierung dieses Verfahrens sind eine ganze Reihe von Bohrmaschinen sowie von Bestandteil solcher Maschinen bildenden Werkzeughaltern entwickelt worden, und zwar zum einen Vorrichtungen, bei denen mit dem Bohrwerkzeug der reine Bohrvorgang vorgenommen wird und dem zu bearbeitenden Werkstück mittels eines gesonderten Antriebs eine Oszillationsbewegung vermittelt wird. Solche Vorrichtungen sind allerdings einerseits vergleichsweise kompliziert, andererseits bauen sie vergleichsweise groß. Es ist dann auch schon ein System entwickelt worden, bei denen dem Werkzeug sowohl die Schneidbewegung als auch eine die Schneidbewegung überlagernde Oszillationsbewegung vermittelt wird. Mit den insoweit zunächst entwickelten Vorrichtungen wurden jedoch noch keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.

Eine solche bekannte aus der DE-A 13 00 787 entnehmbare Vorrichtung zum Gewindebohren mit einem eine Schneidbewegung und eine Oszillationsbewegung ausführenden Werkzeug besteht aus einem Gehäuse mit einer an einen Antrieb anschließbaren Eingangswelle, mit einem Getriebe, mit einem der Eingangswelle im Gehäuse zugeordneten Untersetzungsgetriebe in Gestalt eines Schneckengetriebes, mit einer ein Spannfutter für das Werkzeug tragenden Ausgangswelle, mit einem Rotationskörper als einem sich an die Eingangswelle anschließenden Getriebeteil, der mit dem Ausgang des Untersetzungsgetriebes verbunden ist, an den die ausgangsseitige, das Spannfutter für das Werkzeug tragende Welle angeschlossen ist, mit einer exzentrisch um die Ausgangswelle drehenden, in dem Rotationskörper gelagerten Kurbelwelle, deren an einem Ende vorgesehener Kurbelarm exzentrisch an das gehäuseseitige Ende der Ausgangswelle eine Bewegung der Kurbelwelle senkrecht zur Ausgangswelle zulassend angeschlossen ist. Diese Vorrichtung ist mit je einem Eingang für den die Schneidbewegung des Werkzeugs hervorrufenden Antrieb und für die die Schneidbewegung des Werkzeugs überlagernde Oszillationsbewegung versehen, wobei in der Regel dann auch zwei eigenständige Antriebe vorgesehen sind. Die Vorrichtung baut vergleichsweise groß und erweist sich deshalb als eher ungeeignet für die Zuordnung zu Bearbeitungszentren, denen solche Vorrichtungen im Bedarfsfall dicht bei dicht zuzuordnen sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu entwickeln, die kompakter baut, um damit die Möglichkeit, solche Vorrichtungen dann auch Bearbeitungszentren zuzuordnen, zu eröffnen.

Die Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Charakteristisches Merkmal der neuen Vorrichtung ist ein einziger Eingang für einen hochtourigen Antrieb, durch den sowohl eine der hohen Drehzahl des Antriebs entsprechende, dem Werkzeug zu vermittelnde Oszillationsbewegung hervorgerufen wird, als auch die dem Werkzeug zu vermittelnde Schneidbewegung, die über das Bestandteil der Vorrichtung bildende Untersetzungsgetriebe der Bauform Harmonic Drive zu angetriebenen Werkzeug mit verminderter Drehzahl gelangt, wobei in wünschenswerter Weise bei entsprechender Auslegung des Untersetzungsgetriebes eine ganz erhebliche Reduzierung der Drehzahl erzielbar ist. Möglich wird die erfindungsgemäße Lösung aber erst durch den in besonderer Weise ausgestalteten Kurbeltrieb. Details des Untersetzungsgetriebes und des Kurbeltriebs ergeben sich aus der Zeichnungsbeschreibung.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von dargestellten Ausführungsbeispielen weitergehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 3 erfindungswesentliche Bestandteile der Vorrichtung in Fig. 1 in Sprengdarstellung, in schaubildlicher Darstellung.

Die Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 ist für den Einsatz in Bearbeitungszentren vorgesehen. Mit 1 ist die sich in der Längsachse des Gehäuses 2 in das Gehäuse 2 hinein erstreckende Eingangswelle bezeichnet. Die Eingangswelle 1 ist mit der Ausgangswelle 3 eines Bearbeitungszentrums verbunden und dreht sich mit der Bestandteil des Bearbeitungszentrums bildenden Welle 3.

Im Gehäuse 2 ist der Welle 1 ein Untersetzungsgetriebe 4 der Bauform Harmonic Drive zugeordnet, die aus einer auf der Welle 1 sitzenden Nabe 5, einer flexiblen Manschette 6, einem Außenring 7 und einem die Manschette 6 fixierenden, mit dem Gehäuse 2 verbundenen Ring 8 besteht. Die Nabe 5 des Untersetzungsgetriebes 4 bildet den Eingang, den dem Werkzeug seine Drehbewegung vermittelnden Ausgang bildet der Außenring 7. Grundsätzlich möglich ist es auch, den Ausgang über die flexible Manschette 6 vorzusehen.

Mit 9 ist ein im Gehäuse befindlicher Rotationskörper bezeichnet, der einerseits mit dem Außenring 7 des Untersetzungsgetriebes 4 verbunden ist und der andererseits auf der vom Untersetzungsgetriebe 4 abgekehrten Seite mit einer koaxial zur Eingangswelle 1 positionierten Gewindeaufnahme 10 versehen ist. Während bei reinen Bohrvorgängen die Steigung des Gewindes dieser Aufnahme 10 keine Rolle spielt, erweist es sich beim Gewindebohren als vorteilhaft, wenn die Steigung mit der Steigung des zu schneidenden Gewindes übereinstimmt. In die Gewindeaufnahme 10 ist die aus dem Gehäuse 2 herausragende, das Spannfutter 32 für den Schneidstahl tragende Ausgangswelle 11 geschraubt.

In dem dem Außenring 7 des Untersetzungsgetriebes 4 zugeordneten Rotationskörper 9 ist eine an beiden Enden mit Kurbelarmen 13 und 14 versehene Kurbelwelle 12 exzentrisch zur Eingangswelle 1 drehbar gelagert. Der Kurbelarm 13 ist mit der Bestandteil des Untersetzungsgetriebes 4 bildenden Nabe 5 verbunden, der Kurbelarm 14 mittelbar mit der Ausgangswelle 11 für das Spannfutter 32. Konkret ist der Kurbelarm 13 mit einer senkrecht zur Kurbelwelle 12 verlaufenden Kulisse (Führung) 15 versehen, in der sich ein Kulissenstein 17 führt, der in einer Bohrung einen exzentrischen von der Bestandteil des Untersetzungsgetriebes 4 bildenden Nabe ausgehenden Zapfen 16 aufnimmt. Bei drehender Welle 1 und dementsprechend drehender Nabe 5 ist der Kulissenstein 17 sowohl einer Umlaufbewegung als auch einer Gleitbewegung in der Kulisse 15 unterworfen. Daraus resultiert ein Schwingen des Kurbelarmes 13, wobei sich die Amplitude der Schwingung aus dem Versatz des Zapfens 16 gegenüber der Welle 1 bzw. der Nabe 5 ergibt. Der Kurbelarm 14 am gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle 12 ist mit einem mit Bezug auf die Kurbelwelle 12 und dann auch mit Bezug auf die Ausgangswelle 11 für das Spannfutter 32 exzentrischen Zapfen 18 versehen, der im übrigen auch gegenüber dem mit dem sich im Kurbelarm 13 führenden Kulissenstein 17 in Wechselwirkung tretenden Zapfen 16 der Bestandteil des Untersetzungsgetriebes 4 bildenden Nabe 5 versetzt ist. Eine koaxial zur Eingangswelle 1 und dann auch zur das Spannfutter 32 tragenden Ausgangswelle 11 verlaufende Zwischenwelle 20 ist ausgangsseitig im Rotationskörper 9 drehbeweglich gelagert, und über Kopf mit einer Kulisse 21 versehen, in der sich der Zapfen 18 des Kurbelarmes 14 über einen Kulissenstein 19 führt. Die der Kurbelwelle 12 über den Kurbelarm 13 vermittelte Schwingung überträgt sich auf den Kurbelarm 14 und der mit dem Kulissenstein 19 versehene Zapfen 18 gleitet dementsprechend in der Bestandteil der Zwischenwelle 20 bildenden Kulisse, der Zwischenwelle 20 die gewünschte Schwingung vermittelnd.

Ausgangsseitig ist die Zwischenwelle 20 mit der das Spannfutter 32 tragenden Ausgangswelle in der Weise verbunden, daß ein von der Zwischenwelle 20 ausgehender Zapfen 23 sich formschlüssig in eine axiale Ausnehmung 22 in der Ausgangswelle 11, in der Ausnehmung verschieblich einfügt.

Bei drehender Eingangswelle 1 dreht sich der mit dem Außenring 7 des Untersetzungsgetriebes 4 verbundene Rotationskörper 9 mit entsprechend der Einstellung des Untersetzungsgetriebes 4 verminderter Drehzahl, die durch den Rotationskörper 9 auf die das Spannfutter 32 tragende Ausgangswelle 11 übertragen wird. Gleichzeitig dreht sich die auf der Welle 1 sitzende Nabe 5 des Untersetzungsgetriebes 4 mit unverminderter Drehzahl entsprechend der Drehzahl der Ausgangswelle 3 des Bearbeitungszentrums und ruft Schwingungen dementsprechend hoher Frequenz über den sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe 4 und der das Spannfutter 32 tragenden Ausgangswelle 11 erstreckenden Kurbeltrieb an der Ausgangswelle 11 und damit letztlich am in das Spannfutter 32 eingespannten Werkzeug hervor. Auf diese Weise wird also mit ein und demselben Antrieb dem Werkzeug eine Drehzahl vermittelt, die niedriger ist als die Drehzahl der Ausgangswelle 3 des Bearbeitungszentrums und andererseits eine Schwingung vergleichsweise hoher Frequenz entsprechend der Drehzahl der Ausgangswelle 3 des Bearbeitungszentrums, wobei die Schwingungsrichtung sich an der Steigung in der Gewindeaufnahme 10 für die das Spannfutter 32 tragende Ausgangswelle 11 orientiert.

Mit 24 ist ein Griffstück zur Handhabung der Vorrichtung bezeichnet, 25, 26 und 27 bezeichnen Bestandteile der Vorrichtung gegenüber dem Gehäuse 2 bzw. gegenüber dem Rotationskörper 9 festlegende Muttern, 28 und 29 bezeichnen Kugellager, in denen die Eingangswelle 1 im Gehäuse 2 gelagert ist, 30 und 31 bezeichnen das Gehäuse 2 nach außen abdichtende Dichtungen. Mit 33 ist ein vom Gehäuse 2 ausgehender Anschlag bezeichnet, der bei dem Bearbeitungszentrum zugeordneter Vorrichtung gegen ein Widerlager 34 am Bearbeitungszentrum auflaufend ein Mitlaufen des Gehäuses 2 unterbindet. Mit 35 ist ein Gleitlager bezeichnet.

Wird die Vorrichtung der im Vorausgehenden beschriebenen Bauweise zur Herstellung von Gewindebohrungen eingesetzt, wird die Steigung der Gewindeaufnahme 10 für die Ausgangswelle 11 entsprechend der Steigung des Gewindes gewählt, das hergestellt werden soll. Daraus resultiert, daß das in das Spannfutter 32 eingespannte Werkzeug mit Bezug auf die Eingangsdrehzahl reduzierter Drehzahl dreht und gleichzeitig mit einer Frequenz entsprechend der Eingangsdrehzahl schwingt, und zwar in einer Ebene, die entsprechend der Steigung des Gewindes der Gewindeaufnahme 10 entsprechend dem zu schneidenden Gewinde verläuft. Ist lediglich ein reiner Bohrvorgang vorgesehen, sind die Vorgaben bezüglich verminderter Drehzahl des Werkzeugs bei vergleichsweise hoher Schwingungsfrequenz entsprechend der Eingangsdrehzahl ebenfalls erfüllt. In diesem Fall bedarf es jedoch keiner Orientierung der Schwingungsebene.

Die in Fig. 2 dargestellte abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung ist für den Einsatz bei Bohrmaschinen vorgesehen. Das Grundprinzip der Vorrichtung ist unverändert beibehalten und entspricht dem an der Vorrichtung in Fig. 1 verwirklichten Prinzip. Mit Bestandteilen der Vorrichtung in Fig. 1 übereinstimmende Bestandteile der Vorrichtung in Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, insoweit wird dann auch auf eine nochmalige detaillierte Beschreibung verzichtet. Im folgenden sind folglich nur von der Konstruktion in Fig. 1 abweichende Teile der Vorrichtung beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert.

Die Eingangswelle 1 der Vorrichtung ist bzw. wird unmittelbar oder mittelbar verbunden mit dem Antrieb 36 der Bohrmaschine 39, sie übernimmt die vom Motor 36 vermittelte Drehbewegung. Die Ausgangswelle 11 ist dem im Gehäuse 2 befindlichen Rotationskörper 9 um ihre Achse drehbar und in der Flucht ihrer Achse verlagerbar zugeordnet, sie ragt aus dem Gehäuse 2 heraus und trägt das Spannfutter 32 für das Werkzeug. Ausgangsseitig ist dem Gehäuse 2 eine Gewindeaufnahme 37 zugeordnet, mit der die mit einem entsprechenden Außengewinde versehene Ausgangswelle 11 in Wechselwirkung steht.

Bei angetriebener Eingangswelle 1 dreht der Rotationskörper 9 im Gehäuse 2 über das Untersetzungsgetriebe 4 mit der Eingangswelle 1 verbunden mit mit Bezug auf die Eingangsdrehzahl reduzierter Drehzahl. Die Drehbewegung des Rotationskörpers 9 bewirkt das Drehen der Ausgangswelle 11 entsprechend der in Fig. 1 erläuterten Weise über den Kurbeltrieb 12, 13, 14 sowie die Zwischenwelle 20. Der Gewindeeingriff der ausgangsseitigen Welle 11 mit der ausgangsseitigen Gewindeaufnahme 37 bewirkt je nach Drehrichtung ein Ausfahren der am freien Ende das Spannfutter 32 für das Werkzeug tragenden Ausgangswelle 11 aus dem Gehäuse 2 oder aber deren Zurückfahren in das Gehäuse. Überlagert wird die durch das vorgeschaltete Untersetzungsgetriebe 4 mit Bezug auf die Eingangsdrehzahl erfolgende Drehung der ausgangsseitigen Welle 11 verminderter Drehzahl durch Schwingungen einer der Eingangsdrehzahl entsprechenden Frequenz, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 beschrieben, hervorgerufen durch die Nabe 5 in Verbindung mit dem die von der Eingangswelle herrührende Drehbewegung auf die Ausgangswelle 11 übertragenden Kurbeltrieb. Dementsprechend fährt die Ausgangswelle 11 bei entsprechendem Drehsinn des Bohrmaschinenmotors 36 bei verminderter Drehzahl aus und nach dem Umschalten des Antriebs in entsprechender Weise dann auch wieder ein. Überlagert wird die Drehbewegung der Ausgangswelle 11 und damit dann auch des Spannfutters 32 mit dem Werkzeug durch die zusätzlich hervorgerufene Schwingbewegung, wobei die Ebene der Schwingungen sich nach der Steigung der Gewindeaufnahme 37 bestimmt.

38 bezeichnet einen in Wechselwirkung mit dem Maschinenständer 39 der Bohrmaschine tretenden Anschlag, der ein Mitlaufen des Gehäuses 2 des Werkzeughalters unterbindet.

Auch in diesem Fall ist es so, daß die Schwingungsebene nur dann eine Rolle spielt, wenn eine Gewindebohrung bzw. ein Gewindeschneiden vorgesehen ist. Beim reinen Bohren spielt das keine Rolle.

Die reversierende Bewegung der Ausgangswelle 11 im Gehäuse 2 wird tunlichst begrenzt, beispielsweise durch Endschalter.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere zum Gewindebohren mit einem eine Schneidbewegung und eine Oszillationsbewegung ausführenden Werkzeug mit einem Gehäuse, mit einer an einen Antrieb anschließbaren Eingangswelle, mit einem der Eingangswelle im Gehäuse zugeordneten Untersetzungsgetriebe, mit einer ein Spannfutter für das Werkzeug tragenden Ausgangswelle, mit einem Rotationskörper als einem sich an die Eingangswelle anschließenden Getriebeteil, der mit dem Ausgang des Untersetzungsgetriebes verbunden ist, an den die Ausgangswelle angeschlossen ist, mit einer exzentrisch um die Ausgangswelle drehenden, in dem Rotationskörper gelagerten Kurbelwelle, deren an einem Ende vorgesehener Kurbelarm exzentrisch an das gehäuseseitige Ende der Ausgangswelle eine Bewegung der Kurbelwelle senkrecht zur Ausgangswelle zulassend angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (4) ein Getriebe der Bauart Harmonic Drive mit einer auf der Eingangswelle (1) sitzenden Nabe (5), einer diese umgebenden flexiblen Manschette (6) und einem diese umgebenden Außenring (7) ist, wobei entweder die Manschette (6) oder der Außenring (7) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, von denen das nicht mit dem Gehäuse (2) verbundene Teil den Ausgang bildet, und daß die in dem Rotationskörper (9) gelagerte, exzentrisch um die einzige Eingangswelle und die damit fluchtende Ausgangswelle drehende Kurbelwelle (12) an beiden Enden mit Kurbelarmen (13 und 14) versehen ist, von denen der eingangsseitige Kurbelarm (13) exzentrisch an die Nabe (5) die Beweglichkeit der Kurbelwelle (12) senkrecht zur Eingangswelle (1) und zur Ausgangswelle (11) belassend angeschlossen ist, wobei die Achsen dieser Anschlüsse mit der Maßgabe gegeneinander versetzt sind, daß die Achse des ausgangsseitigen Anschlusses auch gegenüber der Achse der Ausgangswelle (11) versetzt ist.

2. An Bearbeitungszentren ansetzbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgangsseitige Ende des im Gehäuse (2) befindlichen Rotationskörpers (9) von einer koaxial zur Eingangswelle (1) angeordneten Gewindeaufnahme (10) gebildet ist, in die die Ausgangswelle (11) geschraubt ist.

3. Vorrichtung für reversierbare Bohrmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäuseseitige Ende der Ausgangswelle (11) im ausgangsseitigen Ende des im Gehäuse (2) befindlichen Rotationskörpers (9) in axialer Richtung verlagerbar geführt ist und das Gehäuse (2) ausgangsseitig mit einer Gewindeaufnahme (37) versehen ist, mit der die mit Außengewinde versehene Ausgangswelle (11) in Gewindeeingriff steht.