DE3943701C2 - Rotierender Bohrkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Bohrkopf zum Feinbearbeiten von Bohrungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung dient der Lösung der in der modernen Fer­ tigungstechnik zunehmend häufiger auftretenden Forde­ rung, Ausbohrungen, insbesondere innere Zylindermantel­ flächen möglichst schnell und maßgenau herzustellen, deren Oberflächenkontur abhängig vom Weg des Schneid­ meißels parallel zur Drehachse und in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel gegenüber dem Werkstück um maximal 500 µm bis 1000 µm von einer exakt zylindrischen Man­ telfläche mit einer Toleranz von ±0,50 µm abweicht. Sol­ che kegeligen und/oder unrunden Ausbohrungen, deren Oberfläche demnach polar und/oder axial von einer achs­ parallelen Geraden bzw. einem achskonzentrischen Kreis abweichen, können mit den bisher bekannt gewordenen Bohrköpfen nur mangelhaft hergestellt werden.

Unter der Voraussetzung, daß die Steuerdruckquelle den notwendigen Steuerdruck zur richtigen Zeit und in richtiger Höhe bereitstellt, müssen die mechanischen Stellmittel dieser Bohrköpfe folgende Eigenschaften gleichzeitig haben:

• 1. Der Schneidmeißel muß dem Steuerdruck hinreichend genau und ohne Hysterese folgen, und
• 2. die Eigenfrequenz des Bohrkopfes muß deutlich über der Steuerdruckfrequenz liegen. Unterscheiden sich diese Frequenzen nur wenig, so kommt es zu Resonanz­ erscheinungen, welche den Bohrkopf für einen Einsatz im Resonanz-Frequenzbereich unbrauchbar machen.

Die Bohrköpfe nach dem Stand der Technik erfüllen ent­ weder die eine oder die andere Voraussetzung, nicht je­ doch beide zu gleicher Zeit.

So überträgt bei dem gattungsgemäßen Bohrkopf nach der US 3 007 356 der Abtrieb seinen Ausschlag mittels an­ einander reibender Teile auf den quer zur Rotationsach­ se schwenkbaren Schneidmeißel. Wegen dieser Reibung kann ein solcher Bohrkopf kleinen Druckänderungen, de­ ren Wirkung die Reibkräfte nicht übersteigt, nicht fol­ gen und auch bei größeren Kräften ist die Schneidmei­ ßelstellung nicht reproduzierbar mit dem Steuerdruck verknüpft, was sich darin äußert, daß gleicher Steuer­ druck, je nachdem, ob er fallend oder steigend ist, verschiedene Schneidmeißelstellungen hervorruft.

Die Bohrköpfe nach der DE-OS 20 34 601 und der DE-OS 22 28 553 besitzen zwar keine Reibung, stellen daher maßgenaue Werkstücke her, doch ist ihre Eigenfre­ quenz niedrig, denn das auf den Schneidmeißel bezogene reduzierte Massenträgheitsmoment aller gegenüber der Basis bewegten und daher an einer Schwingung teilhaben­ den Teile ist groß.

Alle Bohrköpfe nach dem Stand der Technik haben außer­ dem den Nachteil, daß sie an unterschiedliche Arbeits­ bereiche nicht anzupassen sind, so daß für jeden Ar­ beitsbereich ein gesonderter Bohrkopf bereitzustellen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungs­ bildenden Bohrkopf derart weiterzubilden, daß mit ein­ fachen Mitteln die Eigenfrequenz des Bohrkopfes verän­ derbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrkopfes wird die federnde Verbindung, die beim gattungsbilden­ den Bohrkopf durch die Bohrstange gebildet ist, zwi­ schen Flansch und Abtriebsglied gelegt, so daß aus­ tauschbare Biegefedern ein Federgelenk bilden, das in seiner Steifigkeit verändert werden kann. Der erfin­ dungsgemäße Bohrkopf weist, bezogen auf gleiche Abmes­ sungen und Massen der den Schneidmeißel mit dem Ab­ triebsglied des Druckmittelmotors verbindenden Bohr­ stange nach dem Stand der Technik ein auf den Schneid­ meißel bezogenes reduziertes Massenträgheitsmoment al­ ler gegenüber der Basis bewegten und daher an einer Schwingung teilhabenden Teile auf, das kleiner ist als jenes der bekannten druckgesteuerten Bohrköpfe, bei de­ nen Schneidmeißel und Druckmotorabtrieb bei ihrer Ver­ stellung denselben Weg durchlaufen. Dies führt dazu, daß bei sonst gleicher Federsteife des Schneidmeißels in Richtung seines Zustellweges die Eigenfrequenz des Bohrkopfes höher ist als die der bekannten druckgesteu­ erten Bohrköpfe. Der Schneidmeißel des erfindungsgemä­ ßen Bohrkopfes folgt also wesentlich schneller maßstab­ genau den Druckänderungen des ihn in einer Einstellage beeinflussenden Fluids. Schließlich ermöglicht die er­ findungsgemäße Gestaltung des Bohrkopfes und seiner An­ triebsmittel eine Verkleinerung des Druckmittel-Volu­ mens im Druckmotor, so daß dieses nur wenig größer als das zur Bewegung des Druckmotorabtriebes notwendige Vo­ lumen ist, was ebenfalls besonders vorteilhaft ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiels beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seiten­ ansicht eines rotierenden Bohrkopfes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Drauf­ sicht auf den Bohrkopf gemäß Fig. 1.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist der erfindungsgemäße Bohrkopf Bk ein als Grundplatte 10 dienendes Teil, wel­ ches den Flansch 14 und einen zylindermantelförmigen Fortsatz 16 umfaßt, und ein eine Bohrstange 21 tragen­ des, als Platte 11 ausgebildetes Übertragungsglied auf. Über die Grundplatte 10 wird der Bohrkopf an der nicht dargestellten Bohrspindel einer Bohr- oder Werkzeugma­ schine, beispielsweise mittels Schrauben, welche in Lö­ cher 28 am Flansch 14 einsetzbar sind, befestigt. Ein Druckmittelmotor, mit DM bezeichnet, umfaßt den einen Teil der Grundplatte 10 bildenden zylindermantelförmi­ gen Fortsatz 16 und einen einen Teil des Übertragungs­ gliedes bildenden kolbenförmigen Fortsatz 23 als Ab­ triebsglied, wobei beide miteinander korrespondierenden Fortsätze sich außerhalb der Symmetrie- bzw. Rotations­ achse 17 auf der Grundplatte 10 und der Platte 11 be­ finden. Die Fortsätze 16 und 23 sind mit den zugehöri­ gen Bauteilen - unlösbar oder lösbar - fest verbunden und durch eine auf Walkung beanspruchte Elastomerdich­ tung 35 gegeneinander abgedichtet und schließen zwi­ schen sich die Druckmittelkammer 27 ein.

Die die Basis des Bohrkopfes bildende Grundplatte 10 ist mit der den kolbenförmigen Fortsatz 23 tragenden Platte 11 über vorzugsweise runde Biegefedern 36 und 37 spielfrei verbunden. Die einen Schneidmeißel 20 tragen­ de Bohrstange 21 ist auf der Platte 11 starr oder mit­ tels eines Werkzeug-Wechselsystems auswechselbar fest verbunden. Das Druckmittel oder Fluid wird über eine axial und abgeknickt verlaufende Bohrung 31 zur Druck­ mittelkammer 27 des Druckmittelmotors geleitet.

Steigt der Druck des zugeführten Druckmittels, so schwenkt die Platte 11 gegen den Uhrzeigersinn um eine Achse, die etwa durch die Mitten der Biegefedern 36 und 37 in der Ebene des Druckmittelmotors DM verläuft.

Die Steifigkeit der beschriebenen Anordnung wird im we­ sentlichen durch die Biegefestigkeit der Biegefedern 36 und 37 bestimmt, die auswechselbar ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das durch die beiden Biegefedern gebildete Gelenk in seiner Steifigkeit verändert wer­ den. Beispielsweise kann hierdurch erreicht werden, daß bei einem vorgegebenen maximalen Steuerdruck von 200 bar der Schneidmeißel bei großer Steifigkeit des Bohr­ kopfes und hoher Eigenfrequenz kleine Wege macht oder umgekehrt können entsprechend bei kleinerer Steifigkeit größere Wege erzielt werden. Dies ist bei der Anpassung des Bohrkopfes an verschiedene Werkstoffe, die vom Schneidmeißel bearbeitet werden, von Wichtigkeit. Eine Erhöhung der Eigenfrequenz ist erzielbar, wenn mit kleineren maximalen Stellwegen gearbeitet werden kann.

Claims (2)

1. Rotierender Bohrkopf zum Feinbearbeiten von Bohrungen mit einem quer zur Rotationsachse fein ein­ stellbaren Schneidmeißel, der von einer Bohrstange ge­ tragen ist, welche mit einem Flansch des Bohrkopfes verbunden ist, ferner mit einem Druckmittelmotor, wel­ cher eine Druckmittelzuleitung, eine Druckmittelkammer, sowie ein Abtriebsglied umfaßt und dem ein exzentrisch zur Bohrstangenachse gegen eine Federkraft wirkendes Übertragungsglied zugeordnet ist zur Übertragung der Bewegung des Abtriebsgliedes in eine radiale Schwenkbe­ wegung des Schneidmeißels, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied als Platte (11) ausgebildet ist, in deren Mittenbereich die Bohrstange (21) befestigt ist und die in ihrem Randbereich über eine lösbare Bie­ gefeder (36, 37) mit dem Flansch (14) verbunden ist, und daß im diametral zur Biegefeder (36, 37) liegenden Bereich der Druckmittelmotor als eine zwischen der Platte (11) und dem Flansch (14) wirksame Kolbenzylindereinheit (23, 16) vorgesehen ist.

2. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefeder (36, 37) als zwei elastische Stäbe ausgebildet ist, und daß der Kolben (23) der Kolbenzylindereinheit (23, 16) an der Platte (11) und der Zylinder (16) am Flansch (14) angeformt sind.