DE3822615C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufbohrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine bekannte Aufbohrvorrichtung zum Feinbearbeiten von Bohrungen umfaßt eine drehbare, quer zur Drehachse fein einstellbare Werkzeugstelleinrichtung zur Einspannung einer Bohrstange als Werkzeugträger, auf welchem ein Meißelschlitten geführt ist, welcher einen Drehmeißel trägt, wobei der Werkzeugträger mit seinen beiden Enden jeweils in radiale Kräfte aufnehmende Lagestellen ragt, die dem Werkzeugträger über die Werkzeugstelleinrichtung aufgeprägte radiale Auslenkungen zulassen; vgl. K. Schreyer, "Werkzeugspanner", Springer Verlag 1951, Seite 150.

Es ist ferner bekannt, die freien Enden langer Bohrstangen, z. B. für das Ausbohren von Turbinengehäusen, mit Hilfe sogenannter Lünetten zu lagern und die Vorschubbewegungen für die das Ausbohren bewirkenden, in Bohrkopfschiebern gelagerten Werkzeugmeißel über eine in der hohl ausgebildeten Bohrstange angeordnete Innenspindel einzuleiten, die über Kegelradgetriebe mit den Bohrkopfschiebern in getrieblicher Verbindung steht; vgl. DE-Z.: "Werkstatt und Betrieb", 1967, Heft 3, Seiten 172, 173.

Die genannten Aufbohr- und Ausbohrvorrichtungen sind jedoch von ihrer Größe und Ausbildung her für die maßgenaue Feinstbearbeitung von Bohrungen geringen Durchmessern nicht brauchbar, da innerhalb des Aufbohrstangenbereiches hin- und herbeweglich gelagerte Meißelschlitten in Bohrungen geringen Durchmessers keinen Platz finden sowie in Bohrkopfschiebern gelagerte Werkzeugmeißel relativ zum radial nicht verstellbaren vorgesehenen Werkzeugträger (Bohrstange) verstellt werden, wozu in der hohlen Bohrstange besondere Verstellmittel notwendig sind, deren Ausmaße die Anwendung auch dieser Ausbohrvorrichtungen auf Bohrungen großen Durchmessers beschränken.

Für das maßgenaue Feinstbearbeiten von Bohrungen geringen Durchmessers sind daher einseitig eingespannte Werkzeugträger aufweisende Aufbohrvorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Zustelleinrichtung für den feineinstellbaren Werkzeug­ träger aus zwei achsparallelen, als Parallelführung ausgebildeten und senkrecht zur Drehachse federnden flanschartigen Teilen besteht, zwischen denen fluidisch beaufschlagte Dehnkörper symmetrisch zur Drehachse angeordnet sind; vergleiche DE 34 46 275 C1.

Trotz der vorteilhaften Ausbildung der letztgenannten Aufbohrvorrichtung, die eine maßgenaue Feinstbearbeitung mit Fertigungstoleranzen zwischen 1/100 bis 1/1000 mm ermöglicht, hat es sich aber gezeigt, daß deren Genauigkeit mit der Verringerung der Stärke ihrer Werkzeugträger abnimmt, wie es für die Feinstbearbeitung langer Bohrungen mit relativ geringem Durchmesser erforderlich ist. Soll beispielsweise eine Bohrung von etwa 12 mm mit Hilfe einer solchen Aufbohrvorrichtung ausgedreht werden und ist hierbei die Bohrstange im Inneren dieser Bohrung einen relativ langen Weg zu verfahren, so wird die Bohrstange lang und dünn und verbiegt sich durch die beim Zerspanen auftretenden Kräfte gegenüber ihrer Einspannzone.

Mit Hilfe der vorgenannten Aufbohrvorrichtung lassen sich also lange dünne Bohrungen geringen Durchmessers in der von der modernen Fertigungstechnik geforderten Maßgenauigkeit nicht herstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mittels geläufiger bewährter Gegenstände eine ohne großen Aufwand herstellbare Aufbohrvorrichtung zu schaffen, mit der unter Beibehaltung der Vorteile dieser Gegenstände, nämlich die Bearbeitung langer Bohrungen mittels Bohrstangen und die Feinstbearbeitung mittels Ausbohrköpfe, eine maßgenaue Feinstbearbeitung von Bohrungen geringen Durchmessers ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unter­ ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Infolge der erfindungsgemäßen Lagerung des dünnen Werkzeug­ trägers an seinen beiden Enden und der synchronen Bewegungs­ möglichkeit in beiden Lagerungen kann sich die dünne Bohrstange bei der Bearbeitung von Bohrungen geringen Durchmessers auch bei relativ langen Stellwegen gegenüber ihren Einspannzonen weniger als bisher verbiegen.

Besonders einfach wird die Bohreinrichtung durch die Anwendung eines zweiten zum ersten Bohrkopf identischen Bohrkopfes, der über den Werkzeugträger mit dem ersten Bohrkopf starr gekoppelt ist. Beide die Lagerungen verkörpernden Bohrköpfe werden hierdurch synchron bewegt und darüber hinaus mit dem gleichen Stelldruck beaufschlagt, so daß über den gesamten Einstellweg auf einfache Weise eine maßgenaue Führung des Werkzeugträgers derart gewährleistet ist, daß dessen beide Enden synchron und hinsichtlich ihrer Vorschubeinrichtung phasengleich umlaufen.

Wird anstelle des zweiten Bohrkopfes der Werkzeugträger am ersten Bohrkopf gelenkig gelagert und auf der abgewandten Seite in einem achszentralen Lager geführt, so durchfährt in Abhängigkeit des auf den Bohrkopf wirkenden Stelldruckes der Werkzeugträger dann die Mantelfläche eines Kegels, dessen Spitze in dem achszentralen Drehschwenk-Lager liegt und dessen Basis eine im Bohrkopf vorhandene Kurvenführung aufweist. Je nach Auslenkung des Bohrkopfes wird der vom Werkzeugträger durchlaufende Kegelmantel zwischen sehr spitz und weniger spitz eingestellt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste zwei synchronumlaufende Bohrköpfe aufweisende Ausführungsformen der Bohreinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite lediglich einen umlaufenden Bohrkopf aufweisende Ausführungsform nach der Erfindung und

Fig. 3 eine dritte einen einzigen aber abgewandelten Bohrkopf aufweisende Ausführungsform nach der Erfindung.

Ein nicht näher dargestelltes Maschinenbett Mb einer Bearbeitungsmaschine weist einander gegenüberliegende starr angeordnete Lagerböcke Lb auf, die der drehbaren Lagerung eines einen Drehmeißel Dm tragenden Werkzeugträger 1 dienen. Hierzu ist der Werkzeugträger an seinen einander gegenüber­ liegenden Enden in gleich ausgebildeten Bohrköpfen Bk2 und Bk3 mittels nicht dargestellter Spannzangen eingespannt.

Jeder Bohrkopf ist druckverstellbar ausgebildet, beide Bohrköpfe rotieren synchron um die gleiche Achse und werden während des Betriebes jeweils mit dem gleichen fluidischen Stelldruck beaufschlagt, so daß in der gleichen Ebene liegende radiale Vorschübe bei beiden Bohrköpfen vorhanden sind.

Hierzu weist jeder Bohrkopf eine stirnseitige Werkzeugspann­ platte 2 bzw. 3 auf, die jeweils mittels eines Parallelfeder­ paares 4 bzw. 5 mit der Bohrkopfbasis 6 bzw. 7 parallelfeder­ gelenkig verbunden ist. Mit Veränderung des Stelldruckes, der über zwischen Bohrkopfbasis und Werkzeugspannplatte liegende Federrohre oder Kolben 8 bzw. 9 wirksam wird, verschiebt sich also der Werkzeugträger 1 parallel zu sich selbst um das der Druckveränderung entsprechende Maß.

Eine regel- und steuerbare Druckmittelquelle St liefert das für die Erzeugung des fluidischen Stelldruckes benötigte Druckfluid, das über Druckleitung 10 und 11 sowie über Drehstopfbüchsen 12 und 13 den Bohrköpfen Bk2 und Bk3 zugeleitet wird.

Dieser Synchronismus und die übereinstimmende Vorschub­ richtung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein besonderes Getriebe Gt bewirkt; dies kann aber auch durch den Werkzeugträger selbst bewirkt werden, der dann auf Torsion beansprucht wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind ebenfalls ein starre Lagerböcke Lb aufweisendes Maschinenbett Mb sowie die schematisch dargestellte Druckmittelquelle St vorhanden.

In Abwandlung zur ersten Ausführungsform ist dort lediglich ein einziger umlaufender Bohrkopf Bk2 vorhanden und ist der den Drehmeißel Dm tragende Werkzeugträger 21 mit seiner bohrkopfnahen Seite über ein elastisches Lager EL mit dem Bohrkopf lösbar verbunden, während das abgewandte Ende des Werkzeugträgers 21 ein kugelgelenkförmiges Dreh­ schwenklager 26 aufweist. Das elastische Lager EL besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer längs ihres Außenrandes in einem Lagergehäuse 23 eingespannten scheibenförmigen Membran 24, die in ihrem Zentrum auf der der Einspannung abgewandten Seite die hier nicht dargestellten Aufnahmemittel für den Werkzeugträger 21 aufweist.

Das Drehschwenklager 26 ist maschinenbettfest im Lagerbock Lb angeordnet, es besitzt einen kugelig ausgebildeten Lagerzapfen 27, der an seinem dem Lager zugewandten Ende 28 kegelig ausgebildet ist, damit beim Einfahren des Werkzeug­ trägers in die zu bearbeitende Bohrung der Werkzeugträger auf die Lagerlochmitte zentriert wird.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier die Anordnung derart getroffen, daß die Achsen von Drehschwenk­ lager 26 und Lager EL miteinander fluchten. Auch hier weist der Bohrkopf Bk2 eine Werkzeugspannplatte 2 und eine Bohrkopfbasis 6 auf, die über ein Parallelfederpaar 4 miteinander elastisch verbunden sind. Ebenso wird das von der Druckmittelquelle St gelieferte Druckfluid über die Leitung 10 und die Drehstopfbüchse 12 den im Bohrkopf angeordneten Federrohren 8 zugeleitet.

Ist die Werkzeugspannplatte 2 des Bohrkopfes gegenüber der Bohrkopfbasis 6 nicht ausgelenkt, z.B. beim Stelldruck "0", dann beschreibt der Drehmeißel Dm den kleinstmöglichen Durchmesser für die zu bearbeitende Bohrung, da bestimmungs­ gemäß die Achse der Einspannmembran 24 mit der Bearbeitungs­ achse zusammenfällt. Ist der Bohrkopf dagegen ausgelenkt, dann bewegt sich die Achse des Werkzeugträgers 21 beim Rotieren der Bohreinrichtung auf einem Kegelmantel, dessen Spitze im Drehschwenklager 26 und dessen Basis auf der Mitte der sich elastisch verformenden Membran 24 liegt, wobei die Größen des Kegelwinkels von der Höhe des Stelldruckes abhängt. Das durch die elastische Membran verkörperte Gelenk des elastischen Lagers EL ist möglichst steif auszuführen, damit der Werkzeugträger 21 beim axialen Verfahren des Bohrkopfes Bk2 ohne Schwierigkeit seine Lagerbohrung findet. Die Anordnung ist dabei so zu treffen, daß die Membran bei maximaler Auslenkung des Werkzeugträgers 21 nur so stark verformt wird, daß die in ihr entstehenden Werkstoff­ spannungen im elastischen Bereich bleiben.

Nunmehr sei anhand der Fig. 3 ein drittes Ausführungsbei­ spiel der Bohreinrichtung beschrieben, bei dem ebenfalls lediglich ein umlaufender Bohrkopf Bk4 vorgesehen ist, in dem das eine Ende des Werkzeugträgers 31 fest eingespannt ist, während dem anderen Ende des Werkzeugträgers 31 ein Drehschwenklager 26 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 zugeordnet ist, wobei für dessen Zentrierung dort eine Ansenkung 29 im Lagerbock Lb vorgesehen ist.

Gleiche Bauteile sind auch hier mit den gleichen Bezugs­ ziffern bezeichnet, wie in den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2.

Der Bohrkopf Bk4 besitzt hier eine Werkzeugspannplatte 32, die winkelförmig ausgebildet ist und mit dem einen Ende des einen Schenkels mittels eines Kreuzfedergelenkes 36 am Ende einer sehr steifen Biegeblattfeder 37 angelenkt ist, die mit ihrem abgewandten Ende an der Bohrkopfbasis 33 befestigt ist. Die fluidbeaufschlagten Federrohre 8 wirken hier auf den anderen Schenkel winkelförmigen der Werkzeugspannplatte 32, die sich mittels einer an ihr drehbar gelagerten Rolle 38 an einer Kurve 39 abstützt, die fest mit der Bohrkopfbasis 35 verbunden ist. Die Kurve hat nahezu die Gestalt eines Kreises, dessen Mittelpunkt x im kugeligen Teil des Lagerzapfens 26 liegt, der dem Drehschwenklager 26 des bohrkopffernen Endes des Werkzeugträgers 31 zugeordnet ist.

Auch hier ist die Anordnung so getroffen, daß die Drehachsen von Bohrkopf Bk4 und Drehschwenklager miteinander fluchten.

Wird der Stelldruck in den Federrohren 8 erhöht, dann schwenkt die winkelförmige Werkzeugspannplatte 32 gegen den Uhrzeigersinn bis die Rolle 38 an der als Gleitfläche wirkenden Kurve 39 anliegt. Je nach Höhe des Stelldruckes wird anschließend die steife Biegeblattfeder 37 mehr oder weniger stark im Uhrzeigersinn durchgebogen, und zwar solange, bis die Biegekräfte gleich sind den Kräften, welche durch den Stelldruck erzeugt werden. Hierbei gewährleistet die beschriebene Getriebeform näherungsweise, daß bei kleinen Auslenkungen die in bezug auf Fig. 3 rechte Einspannseite des Werkzeugträgers 31 sich immer an derselben Stelle mit der Bearbeitungsachse der zu bearbeitenden Durchgangsbohrung schneidet. Verändert sich der Stelldruck zum Beispiel vom Wert "0" auf einen maximalen Wert, dann wird der Werkzeugträ­ ger 31 - ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 - bewegt. Liegt beim Stelldruck "0" die Werkzeugträgerachse zum Beispiel in der Bearbeitungsachse, so bewegt sich beim maximalen Stelldruck die Werkzeugträgerachse in einem Kegelmantel, dessen Spitze an seinem rechten Drehschwenklager 26 und dessen Basis auf der winkelförmigen Werkzeugspann­ platte 32 liegt.

Claims (5)

1. Aufbohrvorrichtung zum Feinstbearbeiten von Bohrungen mit mindestens einer drehbaren, quer zur Drehachse einstellbaren Werkzeughalter-Stelleinrichtung zur Einspannung einer einen Drehmeißel tragenden Bohrstange als Werkzeugträger einenends, wobei beide Enden der Bohrstange in radiale Kräfte aufnehmenden Lagerstellen abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Lagerstelle eine Werkzeughalter-Stell­ einrichtung für die den Drehmeißel (Dm) unmittelbar tragende Bohrstange (1, 21, 31) als Werkzeugträger ein über ein Druckmittel feinst-einstellbarer Bohrkopf (Bk2; Bk4) vorgesehen ist.

2. Aufbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerstellen beidseitig der Bohrstange (1) feineinstellbare Bohrköpfe aufweisen, und daß beide Bohrköpfe (Bk2, Bk3) gleichzeitig und mit dem gleichen Druckmittel mit gleichem Stelldruck (ST) beaufschlagt um jeweils gleiche Beträge derart zustellbar sind, daß beide Enden des Werkzeugträgers synchron und hinsichtlich ihrer Vorschubrichtung phasengleich umlaufen.

3. Aufbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Lagerstelle in bekannter Weise als kugelgelenkiges Drehschwenklager (26) mit einem kugelförmigen Lagerzapfen (27) ausgebildet ist, dessen der Lagerstelle zugewandte Seite einen Zentrierkegel (28) aufweist, und daß eine das andere Ende des Werkzeugträgers (21) zentrisch aufnehmende, scheiben­ förmige Membran (24) in einem Lagergehäuse (23) des Bohrkopfes (Bk2) eingespannt ist.

4. Aufbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Lagerstelle in bekannter Weise als kugelgelenkiges Drehschwenklager (26) mit einem kugelförmigen Lagerzapfen (27) ausgebildet ist, dessen der Lagerstelle zugewandte Seite eine Ansenkung (29) aufweist und daß eine das eine Ende des Werkzeug­ trägers (31) aufnehmende Werkzeugspannplatte (32) des Bohrkopfes (Bk4) winkelförmig ausgebildet ist und mit einem Ende ihres einen Schenkels über ein Gelenk (36) an dem Ende einer sehr steifen, an einer Bohrkopfbasis (35) des Bohrkopfes (Bk4) befestigten Biegeblattfeder (37) angelenkt ist, daß das abgewandte Ende dieses Schenkels der Werkzeugspannplatte (32) gegen die Wirkung fein einstellenden Druckmittels zwecks definierter Auslenkung mittels einer Kurvenführung (38/39) geführt ist.

5. Aufbohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Teil (32) eine Rolle (38) verbunden ist, die sich auf einer nahezu kreisförmigen Kurve (39) abwälzen kann, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt (x) des dem abgewandten Ende des Werkzeugträgers (31) zugeordneten Drehschwenklagers (26) zusammenfällt.