DE3905728A1

DE3905728A1 - Verfahren zum herstellen von z. b. angesenkten bohrungen mit kontrollierter tiefe und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3905728A1
Application number: DE3905728A
Authority: DE
Inventors: Armando Corsi
Original assignee: Jobs SpA
Current assignee: Jobs SpA
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1989-09-21
Also published as: IT1220732B; ES2012676A6; IT8844803A0; FR2628351B1; US5161921A; FR2628351A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bohrungen mit kontrollierter Tiefe auf in beliebiger Lage gegenüber dem Werkzeug angeordneten Oberflächen. Die vor liegende Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum automatischen Her stellen von Bohrungen, z.B. angesenkten Bohrungen, mit extrem reduzierten, geringen Toleranzen, in Elementen, die eine beliebige Position haben können, und insbesondere in Elementen, bei denen es nicht möglich ist, die Lage oder die Höhe mit Genauigkeit festzustellen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann z.B. eine sehr vorteil hafte Anwendung auf dem Luftfahrtsektor finden, bei den Nietarbeiten zum Befestigen der Paneele oder Tafeln an den Rippen, die das Gerippe des Flugzeugs bilden. Die nach folgende Beschreibung bezieht sich besonders auf diesen spezifischen Fall, selbst wenn die Erfindung nicht auf die Anwendung im Luftfahrtfeld beschränkt ist, sondern mit Vorteil auch in anderen Sektoren der Industrie, z.B. in dem Kraftfahrtzeugsektor usw., eingesetzt werden kann. Wie bekannt, werden bei der Flugzeugherstellung die Bleche des Rumpfes und der Flügel an den Rippen des Aufbaus oder Gerippes mit Hilfe von Nieten befestigt, die in Bohrungen eingesetzt werden, die mit Hilfe von automatischen Werkzeug maschinen hergestellt werden. Die Bearbeitung der verschiede nen Teile muß sehr enge Toleranzen beachten, und im besonde ren, speziellen Fall der Nieten müssen diese einwandfrei, genauestens mit der Außenfläche des Flügels ausgerichtet sein, mit dieser fluchten, um auf diese Weise den aero dynamischen Widerstand zu verringern. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß jede Bohrung mit maximaler Präzision mit Toleranzen durchgeführt wird, die, soweit es die Tiefe der Senkung betrifft, 20-30 Mikron betragen können. Obwohl die automatischen Werkzeugmaschinen von heutzutage von einer extremen Genauigkeit sind, bringt diese besondere Art der Bearbeitung enorme Schwierigkeiten mit sich, weil die Bohrungen auf kurvenförmigen, krummen Oberflächen ausge führt werden müssen, bei denen es sehr schwierig und auf wendig ist, die Position mit der notwendigen Präzision zu bestimmen. Wenn man über die Software die Bewegungen dieser Maschinen steuern will, ist es demzufolge notwendig, auf komplizierte Algorithmen zurückzugreifen, ohne daß man jedoch Sicherheit für ein ausreichend präzises Ergebnis hat, weil dieses auch von der genauen Vorpositionierung des zu bearbeitenden Teils abhängt, die immer sehr schwierig zu erzielen ist. Bei dem bekannten System werden die zu bearbeitenden, zu bohrenden Bleche an die Rippen angelegt und an einer vernünftigen Anzahl von Stellen befestigt; es werden sodann die vorgesehenen Bohrungen ausgeführt, und dann ist es notwendig, den Aufbau wieder auseinander zunehmen, um die Grate im Bereich ihrer Bohrung zu elimi nieren, bevor man ans Anbringen der Niete und an die end gültige Befestigung herangehen kann. Wie vorhergehend ge sagt worden ist, ist während einer solchen Bearbeitung eine genaue Positionierung der zu bearbeitenden Teile essen tiell, eine Positionierung, die recht aufwendig und demzu folge außerordentlich schwierig zu erzielen ist. Man hat demzufolge auf diesem Arbeitsgebiet die Notwendigkeit ge spürt, Mittel zu schaffen, die es gestatten, diese Bohrungen unter Beachtung der vorgesehenen Toleranzen auszuführen, auch wenn die zu bearbeitende Platte nicht mit der not wendigen Präzision positioniert ist.

Zu dem obengenannten Zweck schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung vor, bei dem bzw. bei der man eine Drückeinrichtung verwendet, die auf dem Werkzeugträger in einer bestimmten, sehr genauen Lage oder Höhe angebracht ist und die die Möglichkeit hat, sich gegenüber diesem in axialer Richtung zu verstellen. Man bringt diese Drückeinrichtung in Berührung mit der zu bearbeitenden, zu bohrenden Oberfläche, und man mißt die Verstellung des Werkzeugs in bezug auf die Drückeinrich tung, um die Tiefe der Bohrung zu kontrollieren und zu steuern bzw. festzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an die durch Bohren zu bearbeitende Oberfläche Referenz-, Bezugs- oder Markie rungsmittel. z.B. -platten, angelegt werden, die gegenüber dem bzw. am Werkzeugträger gleitbar gelagert sind, und daß man die relative Verstellung zwischen dem Werkzeug und dem Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel feststellt, um den Rückhub zu steuern und zu kontrollieren. Hierbei kann z.B. vorgesehen sein, daß das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel gegenüber mit dem Werkzeugträger fest verbundenen Sensororganen vorpositioniert oder -eingestellt wird und daß man, nachdem man das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel zur Anlage an der zu bearbeitenden Ober fläche gebracht hat, die Vorschubbewegung des Werkzeugs steuert und kontrolliert, bis das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel am Sensororgan angreift. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile enthält:

a) einen Werkzeugträger mit Betätigungseinrichtungen für das Werkzeug;
b) eine Drückeinrichtung, die gegenüber dem Werkzeugträger gleitbar ist;
c) einstellbare, mit der Drückeinrichtung verbundene Anschlag organe, die mit an den Werkzeugträgern angebrachten Endschaltern zusammenwirken, um deren Rücklaufbewegung zu steuern;
d) Regulierorgane, die zum Einstellen der Stellung des Werkzeugs mit Bezug auf die Drückeinrichtung dienen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Bohrvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten,

Fig. 2 das Werkzeug nach Fig. 1, teilweise geschnitten, in einem Schnitt, der rechtwinklig zu demjenigen nach Fig. 1 geführt ist, und

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in einer Ansicht gemäß Pfeil A der Fig. 2.

Die Bohrvorrichtung gemäß der Erfindung enthält einen Werk zeugträger, der insgesamt mit 1 bezeichnet ist und auf dem eine Drückeinrichtung angebracht ist, die insgesamt mit 2 bezeichnet ist.

Der Werkzeugträger 1 ist mit einem Schaft 3 versehen, der zur Befestigung an einem Futter 4 dient, das in der Zeich nung nur schematisch dargestellt ist. Der Schaft oder Ansatz 3 ist innen mit einer Bohrung versehen, damit eine Spindel oder Regulierstange 5 mit mikrometrischem Gewinde zugänglich ist, die im Inneren des Werkzeugträgers 1 im Bereich von dessen Ende vorgesehen ist, wobei das Werkzeug bei der Montage an diese Stange angelegt wird, sich an ihr abstützt. Auf diese Weise ist es möglich, mit genauester Präzision die Höhe oder Lage des Werkzeugs mit Bezug auf eine vor bestimmte Ebene, insbesondere mit Bezug auf die Außenebene 8 der Drückeinrichtung, zu regulieren und einzustellen, indem man auf die Spindel 5 einwirkt, sie betätigt.

Die Drückeinrichtung ist am Werkzeugträger 1 mit Hilfe eines Paars von Lagern 9 gelagert, und die Vorrichtungen, welche diese Drückeinrichtung bilden, umgeben vollständig den Werkzeugträger in dem Bereich, der zwischen den Lagern enthalten ist, wobei auf diese Weise eine Ringkammer 10 begrenzt und definiert wird, die an den Enden durch Dichtun gen 11 abgeschlossen ist. Die Kammer 10 ist über eine Leitung 12 mit dem innen hohlen Werkzeug 13 verbunden.

An der Nase des Futters der Maschine ist ein Tragblock 14 befestigt, der in den Zeichnungen schematisch darge stellt ist und auf dem zwei Mikrounterbrecher 15 angebracht sind.

Der Tragblock 14 enthält oder trägt auch Leitungen, die geeignet sind, ein Kühlmittel zur Ringkammer 10 zu führen.

Die Drückeinrichtung 2 enthält zwei Zylinder 16 mit Kolben 17, deren Kolbenstange 18 an beiden Kopfenden der Zylinder vorspringen. Die Kolbenstange 18 ist jeweils an einer Seite mit einer Tragplatte 19 verbunden und auf der anderen Seite mit einem geformten Träger 20, an dessen vorderem Ende eine Büchse 21 eingeschraubt ist, die als das eigentliche Drückelement wirkt und durch die hindurch das Werkzeug für die Ausführung der Bohrung hindurchgehen kann.

Das Innere der Zylinder 16 ist in an sich bekannter Weise mit Verteilervorrichtungen zum Verteilen eines Druckmediums oder -fluids verbunden, welche Vorrichtungen am Tragblock 14 vorgesehen sind. Der Druck kann vorbestimmt werden, indem man eine Regeleinrichtung 6 bekannter Art betätigt, er kann mit Hilfe des Manometers 7 festgestellt werden. Dieselben Leitungen, die den Tragblock mit den Zylindern 16 verbinden, halten den Drücker und verhindern, daß er in Drehung durch Reibung zusammen mit dem Werkzeugträger versetzt werden kann.

Die Tragplatte 19 und der geformte Träger 20 sind im übrigen durch ein Paar von Führungsstangen 27 miteinander verbunden.

Die durch die Tragplatte 19, den geformten Träger 20, die Führungsstangen 27 und die Kolbenstangen 18 der Kolben 17 gebildete Einheit kann demzufolge eineTranslationsbewegung ausführen, indem sie sich parallel zur Achse des Werkzeug trägers bewegt.

Ein Paar von um die Führungsstangen 27 herum angeordneten Schraubenfedern wirkt einerseits gegen den geformten Träger 20 und andererseits gegen einen Anschlag 23, der mit den Zylindern 16 fest verbunden ist, wobei auf diese Weise der Drücker in Abstand vom Werkzeug in der in der Zeichnung dargestellten Figur gehalten wird.

Auf der Tragplatte 19 sind zwei Mikrometerschrauben 24 angeordnet, die in der gewünschten Stellung mit Hilfe von entsprechenden Feststellgliedern 25 blockiert werden können. Die Achsen der Schrauben 24 fallen mit denjenigen der Mikro unterbrecher 15 zusammen, die ihrerseits mit Vorrichtungen bekannter Art verbunden sind, welche die Verstellbewegungen des Futters steuern.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Man bringt das Werkzeug 13 auf dem Werkzeugträger 1 an und reguliert seine Position oder Höhe in bezug auf die Außenebene der Büchse 21, indem man auf die Mikrometer schraube 5 einwirkt. Diese Stellung kann mit genauester Präzision z.B. mit Hilfe von Tastsystemen festgestellt werden. Um die Tiefe der Bohrung zu regulieren und einzu stellen, wirkt man sodann auf die Schraube 24 ein, indem man ihre Stellung in bezug auf die Platte 19 in solcher Weise justiert und bestimmt, daß der Abstand D ₁ zwischen dem vorstehenden Ende einer Schraube und dem entsprechenden Mikrounterbrecher 15 gleich dem Abstand D ₂ zwischen dem Werkzeug und der Außenebene der Büchse 21 + der Tiefe der Bohrung ist.

Vorzugsweise wird die Stellung der zweiten Schraube in solcher Weise reguliert, daß diese den entsprechenden Mikro unterbrecher nicht gleichzeitig mit der vorhergegangenen Schraube betätigt, sondern erst nachdem das Werkzeug um einen weiteren Schritt vorgelaufen ist, der jedoch kleiner als die für die Tiefe der Bohrung vorgesehene Toleranz ist.

Man nehme z.B. an, daß der Abstand D ₁ zwischen dem Werkzeug und der Ebene der Büchse 21 50 mm beträgt und daß die Boh rung eine Tiefe von 4 mm mit einer Toleranz von +3/10 mm haben muß. Der Abstand D ₂ zwischen der ersten Schraube 24 und dem entsprechenden Mikrounterbrecher sei 54 mm, während der Abstand der zweiten Schraube 54 mm +3/10 sei. In einem solchen Falle kann der zweite Mikrounterbrecher als Sicherungsvorrichtung für den Fall wirken, daß der erste Mikrounterbrecher schlecht funktioniert, indem er immer die Tiefe der Bohrung in den vorgeschriebenen Toleran zen hält.

Sobald diese Tarier- und Einstelloperationen durchgeführt worden sind, wirkt man auf die Reguliereinrichtung 6 ein, um in geeigneter Weise den Druck im Inneren der Zylinder 16 in Abhängigkeit von dem auf die zu bohrenden Platten auszuübenden Druck einzustellen und zu tarieren. Dieser Druck kann über das Manometer 26 festgestellt bzw. über prüft werden.

Nunmehr kann man den Werkzeugträger auf das Futter auf bringen, um die Bohroperation beginnen zu lassen.

Das Futter läuft vor, bis es die Büchse 21 der Drückeinrich tung in Kontakt mit den zu bearbeitenden bzw. zu bohrenden Teilen bringt. Der in den Zylindern 16 vorhandene Druck bewirkt, daß die Platten in engen Kontakt, eine gegen die andere anliegend, gehalten werden, während der Werkzeug träger seine Vorlaufbewegung entgegen der vom Druck auf die Kolben 17 ausgeübten Kraft fortsetzt. Die Möglichkeit, die Platten während der Ausführung der Bohrung die eine gegen die andere angedrückt zu halten, gestattet es, die Bildung von Graten zu verhindern.

Der Werkzeugträger und die Zylinder 16 setzen ihre Vorlauf bewegung fort, indem sie entlang den Kolbenstangen 18 und den Führungsstangen 27 vorlaufen, bis dann, wenn die vorge schriebene Tiefe der Bohrung erreicht worden ist, der erste Mikrounterbrecher 15 in Kontakt mit der entsprechenden Schraube 24 kommt. Jetzt wird das Futter zurückgeholt, und der Druck im Inneren der Zylinder bringt die Drück einrichtung in die Ausgangsstellung zurück, wobei die Ma schine für einen anschließenden Arbeitszyklus voreingestellt wird. (Die Federn 22 dienen dazu, die Drückeinrichtung in dieser Stellung zu halten, auch wenn die Apparatur ent fernt wird.)

Die Büchse 21 ist vorteilhafterweise auswechselbar ausge bildet, derart, daß ihr Innendurchmesser den Abmessungen des Werkzeugs angepaßt werden kann, insofern, als es wegen einer höheren Präzision zweckmäßig ist, daß der Druck auf die zu bohrenden Teile so weit wie möglich nahe an der Bohrung ausgeübt wird.

Ein Fachmann kann sodann zahlreiche Änderungen und Varianten vorsehen, die man alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend verstehen muß.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Bohrungen, z.B. angesenk ten Bohrungen, mit kontrollierter Tiefe auf in beliebiger Lage gegenüber dem Werkzeug angeordneten Oberflächen, da durch gekennzeichnet, daß an die durch Bohren zu bearbeiten de Oberfläche Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel, z.B. -platten, angelegt werden, die gegenüber dem bzw. am Werkzeugträger gleitbar gelagert sind, und daß man die relative Verstellung zwischen dem Werkzeug und dem Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel feststellt, um den Rückhub zu steuern und zu kontrollieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel gegen über mit dem Werkzeugträger fest verbundenen Sensororganen vorpositioniert oder -eingestellt wird und daß man, nachdem man das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel zur Anlage an der zu bearbeitenden Oberfläche gebracht hat, die Vor schubbewegung des Werkzeugs steuert und kontrolliert, bis das Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel am Sensor organ angreift.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-, Bezugs- oder Markierungsmittel dazu benutzt werden, um die durch Bohren zu behandelnden Teile aneinandergepreßt zu halten.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile enthält:

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drückeinrichtung mit den Kolbenstangen eines am Werkzeugträger angebrachten Kolbenpaares verbunden ist, wobei nur eine Drehbewegung gegenüber dem Werkzeugträger möglich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endschalter aus einem Paar von Mikrometerschrauben bestehen, die an einer Platte angebracht sind, die an den Kolbenstangen der Kolben an der der Drückeinrichtung ent gegengesetzten Seite befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drückeinrichtung eine auswechselbare Büchse ent hält, die geeignet ist, den Durchtritt des Werkzeugs zu gestatten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Werkzeugträger hohl ist und im Inneren eine Mikrometerschraube enthält, die ein einstellbares Anschlagorgan bildet, um die axiale Stellung des Werkzeugs einzustellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger für die Kolben um den Werkzeug träger herum eine abgedichtete Kammer bildet, die einer seits mit Mitteln zum Einführen von Kühlmittel und anderer seits mit einer Leitung verbunden ist, die das Kühlmittel zum Werkzeug führt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie elastische Rückführorgane enthält, die geeignet sind, die Drückeinrichtung am Ende des Rückhubes in die Ausgangsstellung zurückzuführen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einstellbare Zuführmittel enthält, die zum Einführen von Druckmedium in die Kolben-Zylinder-Anord nungen dienen, um auf diese Weise den auf die zu bearbeiten den Teile ausgeübten Druck zu regulieren und einzustellen.

12. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen mit kontrol lierter Tiefe auf in beliebiger Stellung bzw. Entfernung vom Werkzeug angeordneten Oberflächen, dadurch gekennzeich net, daß sie folgende Teile enthält:

a) einen Werkzeugträger, der mit Einstellmitteln versehen ist, um die axiale Stellung des Werkzeugs einzustellen bzw. zu regulieren;
b) ein Paar von Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Träger verbunden sind, der am Werkzeugträger angebracht ist, wobei die Möglichkeit vorgesehen ist, eine Dreh bewegung um dessen Achse auszuführen;
c) Drückeinrichtungen, die an den Kolben-Zylinder-Anord nungen angebracht und mit auswechselbaren Organen ver sehen sind, die den Durchtritt des Werkzeugs gestatten;
d) regulierbare Endschalter, die mit den Kolbenstangen fest verbunden und zusammen mit der Drückeinrichtung bewegbar sind und die auf Vorrichtungen für die Steuerung der Rückkehrbewegung des Werkzeugs einwirken und mit dem Werkzeugträger fest verbunden sind.