DE4335765A1

DE4335765A1 - Multi-spindle drilling unit

Info

Publication number: DE4335765A1
Application number: DE19934335765
Authority: DE
Inventors: Krassimir Dipl Ing Vassilev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-04-27

Abstract

The invention relates to a multi-spindle drilling unit for the rapid setting of frequently varying drilling patterns in small batch sizes. According to the invention, the object is achieved in that a first regulating unit (1), comprising stepping motor (1a) and harmonic-drive mechanism (1b), is provided for adjusting the drilling head (6) and at least one second regulating unit (2) of identical construction is provided for adjusting the spindle bearing arrangement. Short setting times and high accuracy in a small overall size or larger adjusting ranges are achieved by the invention <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrspindel-Bohreinheit mit verstellbaren Bohrspindeln, die insbesondere zur Fertigung von Einzelstücken oder kleinen Losgrößen vorgesehen ist.The invention relates to a multi-spindle drilling unit adjustable drilling spindles, especially for the production of Single pieces or small lot sizes is provided.

Es sind verschiedene Mehrspindel-Bohreinheiten mit verstellbaren Bohrspindeln bekannt.There are various multi-spindle drilling units with adjustable ones Drilling spindles known.

Eine große Gruppe enthält Gelenkwellen, mit denen die Bohrspindeln angetrieben werden. Zur Verstellung sind die Bohrspindeln in austauschbaren Bohrplatten oder in mit Schrauben feststellbaren Spindelträgern geführt. Die Bohrplatten enthalten das exakte Bohrbild. Die Spindeln sind steif gelagert. Die Positionen der Bohrspindeln sind bereits festgelegt. Der zeitliche Aufwand bleibt auf den Wechsel der Platte beschränkt. Die Lösung ist nur für große Serien geeignet, da für jedes Bohrbild eine Bohrplatte gefertigt werden muß. Mit den Spindelträgern können viele verschiedene Bohrbilder eingestellt werden. Bei einem Wechsel ist allerdings jede Position zeitaufwendig genau zu verinessen. Außerdem werden die Spindeln in den kragarmartig langen Spindelträgern relativ weich bzw. federnd geführt.A large group contains cardan shafts with which the drilling spindles are driven. For adjustment, the drilling spindles are in exchangeable drilling plates or in lockable with screws Guided spindle carriers. The drilling plates contain the exact Drilling pattern. The spindles are stiff. The positions of the Drilling spindles have already been set. The time expenditure remains limited to changing the plate. The solution is only for Suitable for large series because there is a drilling plate for each drilling pattern must be manufactured. Many can with the spindle carriers different drilling patterns can be set. When there is a change however, it takes time-consuming to fine-tune each position. In addition, the spindles in the long cantilever-like Spindle carriers guided relatively soft or springy.

Bei einer anderen Gruppe werden die Spindeln von einer zentral im Bohrkopf angeordneten Hauptantriebswelle über Zahnräder angetrieben. Die Spindeln sind in drehbaren Exzenterscheiben oder in schwenkbaren Schwingen gelagert. Die Achsen der Exzenter und der Schwingen sind im Kreis um die Hauptantriebswelle angeordnet. Verstellt werden die Positionen der Exzenter- bzw. Schwingenachsen auf dem Umfang ihres Kreises um die Hauptantriebswelle und der Dreh- bzw. Schwenkwinkel. Zur Einstellung werden die Verspannungen gelöst, die neuen Positionen bzw. Winkel von Hand eingestellt und danach wieder verspannt.In another group, the spindles are centrally located in the Drill head arranged main drive shaft via gears driven. The spindles are in rotatable eccentric discs or stored in swiveling wings. The axes of the eccentrics and the rockers are arranged in a circle around the main drive shaft. The positions of the eccentric or swing arm axes are adjusted on the circumference of their circle around the main drive shaft and the Rotation or swivel angle. The tension is used for adjustment solved, the new positions or angles set by hand and then braced again.

In DE-OS 33 05 020 können die Achsen einzeln gelöst, positioniert und verspannt werden. Davon getrennt wird der Schwenkwinkel eingestellt und jede Schwinge nach der Einstellung mit einem Spindelträger fest am Bohrkopf fixiert. Die getrennte Einstellbarkeit erleichtert die Positionierung sehr. Insgesamt ist aber der Zeitaufwand noch sehr hoch.In DE-OS 33 05 020 the axes can be solved individually, positioned and be tense. The swivel angle is separated from this adjusted and each swingarm after adjustment with a Spindle carrier firmly attached to the drill head. The separate one Adjustability makes positioning very easy. Overall is but the time required is still very high.

Mit DD 2 09 129 können häufiger vorkommende symmetrische Bohrbilder mit einem auf alle Verstellachsen gleichzeitig wirkenden Drehkranz eingestellt werden. Auch hier werden zuvor die Verschraubungen gelöst und nach der Justage wieder festgezogen.With DD 2 09 129 more common symmetrical drilling patterns can be created with a slewing ring acting on all adjustment axes at the same time can be set. Here, too, the screw connections are made beforehand loosened and tightened again after the adjustment.

Allen bisherigen Lösungen ist gemeinsam, daß die Einstellung eines neuen Bohrbildes letztlich einen mehr oder weniger großen Zeitaufwand erfordert und die Genauigkeit, von der Lösung mit der wechselbaren Bohrplatte abgesehen, auf die von Hand einstellbaren Genauigkeiten beschränkt ist.All previous solutions have in common that the setting of a new drilling pattern ultimately a more or less large one Requires time and accuracy, from the solution with the Exchangeable drilling plate apart from the manually adjustable Accuracy is limited.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Mehrspindel-Bohreinheit anzugeben, mit der ein neues Bohrbild bei größerer Genauigkeit und in wesentlich kürzerer Zeit als bisher einstellbar ist.The object of the invention is such a multi-spindle drilling unit specify with which a new drilling pattern with greater accuracy and can be set in a much shorter time than previously.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Mehrspindel-Bohreinheit mit einem im Außengehäuse drehbaren Bohrkopfgehäuse und mehreren von einer zentralen Hauptantriebswelle über Zahnräder antreibbaren Bohrspindeln, im Außengehäuse eine erste Stelleinheit, bestehend aus einem Schrittmotor und einem Harmonic-Drive-Getriebe, zur Verdrehung des Bohrkopfes im Außengehäuse und wenigstens eine zweite baugleiche Stelleinheit zur Verdrehung der Verstellachsen des Exzenters bzw. der Schwinge vorgesehen sind und jeder Stelleinheit ein Nullgeber zugeordnet ist.According to the invention the object is achieved in that at a Multi-spindle drilling unit with one that can be rotated in the outer housing Drill head housing and several from a central one Main drive shaft driven by gear wheels drilling spindles, in Outer housing a first control unit, consisting of a Stepper motor and a harmonic drive gear, for rotating the Drill head in the outer housing and at least a second identical construction Actuator for turning the adjustment axes of the eccentric or the rocker are provided and each actuator has a zero encoder assigned.

Die Lösung ist für rasch wechselnde Bohrbilder, also für die Fertigung von Einzelstücken, von kleinen Losen oder von mehreren verschiedenen Bohrbildern in einem Werkstück vorgesehen. Die Mechanisierung der Verstellung erleichtert und verkürzt dabei die Arbeit. Entscheidend ist, daß durch die spezielle Stelleinheit eine hochgenaue Auflösung der Stellschritte möglich ist und durch die Verwendung des Harmonic-Drive-Getriebes auf festzuziehende Halterungen oder Bremsen verzichtet werden kann. Mit Gebern, die die Nullposition exakt markieren, kann bei Bedarf vor jeder Neueinstellung die Nullposition erneut angefahren und von dort aus rechnergesteuert die einzustellende Position mit immer gleich hoher Genauigkeit angefahren werden. Auch in der Serienfertigung kann während des Werkstückwechsels vor jeder zum Beispiel zehnten Bohrung die Position überprüft und neu eingestellt werden.The solution is for rapidly changing drilling patterns, that is for Manufacture of individual pieces, small lots or several different drilling patterns are provided in one workpiece. The Mechanization of the adjustment facilitates and shortens the Job. It is crucial that the special control unit a high-precision resolution of the setting steps is possible and by the use of the harmonic drive gear to be tightened Brackets or brakes can be dispensed with. With donors who If necessary, mark the zero position exactly in front of everyone New setting approached the zero position again and from there computer-controlled, the position to be set is always the same approached with high accuracy. Also in series production can, for example, tenth before every workpiece change The position of the hole can be checked and readjusted.

Durch die Zuordnung einer Stelleinheit zu jeder Stellachse kann die Einstellung der Achsen unabhängig voneinander erfolgen. Es ist aber auch (für symmetrische Bohrbilder) möglich, mit einer Stelleinheit gleichzeitig alle Verstellachsen einzustellen.By assigning an actuator to each actuator axis the axes are set independently of each other. It is also possible (for symmetrical drilling patterns) with a Adjust all adjusting axes at the same time.

Die Einstellung der Achsen über Schrittmotor und Harmonic-Drive- Getriebe ermöglicht bei höherem Aufwand eine sehr hohe Positioniergenauigkeit. Mit dem Schrittmotor wird eine Teilung bis zu 0,036° erreicht, die durch das HD Getriebe bis auf 0,0001° erweitert wird. Das ergibt bei einem Abstand zwischen der zu bearbeitenden Bohrung und der Mitte der Bohreinheit von 100 mm eine Positioniergenauigkeit von 0,0002 mm und bei einem Abstand von 500 mm noch 0,001 mm. Die mit normalem Aufwand erreichbaren Genauigkeiten liegen etwa eine Größenordnung darunter und sind damit immer noch sehr hoch.The setting of the axes via stepper motor and harmonic drive Gearbox enables a very high one with higher expenditure Positioning accuracy. With the stepper motor is a division up reached to 0.036 °, through the HD gearbox down to 0.0001 ° is expanded. This results in a distance between the machining bore and the center of the drilling unit of 100 mm a positioning accuracy of 0.0002 mm and at a distance from 500 mm still 0.001 mm. The ones that can be achieved with normal effort Accuracies are and are about an order of magnitude lower still very high.

Durch die Zuordnung eines Nullgebers zu jeder Stelleinheit ist die Genauigkeit auch über einen längeren Zeitraum immer wieder gewährleistet.By assigning a zero encoder to each actuator, the Accuracy again and again over a longer period of time guaranteed.

Ein weiterer Vorteil sind die sehr kurzen erreichbaren Einstellzeiten. Die maximale Umstellzeit beträgt ca. 30 s. Bei bekannten manuellen Lösungen werden für die Umstellung zwischen 2 und 8 min je Spindel benötigt.Another advantage is that they are very short Response times. The maximum changeover time is approx. 30 s. At known manual solutions are used for the switch between 2 and 8 min per spindle.

Die Verwendung des Harmonic-Drive-Getriebes erlaubt die Aufnahme von Drehmomenten bis zu 1000 Nm. Damit entfallen die bei bekannten Konstruktionen benötigten Bremsen. Die Außenmaße werden verringert Der Verstell- und Anwendungsbereich wird erhöht. The use of the harmonic drive gear allows the recording from torques up to 1000 Nm. This eliminates the known Constructions needed brakes. The external dimensions are reduced The range of adjustment and application is increased.

Zur Erhöhung des Verstellbereichs bei kleinen Außenabmessung sind in den Getriebestufen vorzugsweise Losräder vorgesehen.To increase the adjustment range with small external dimensions idler gears are preferably provided in the gear stages.

Zur Erhöhung der Genauigkeit besteht in den Zahnradstufen wenigstens ein Zahnrad aus zwei, im Rahmen des Zahnspiels mittels Federn gegeneinander verdrehten Zahnscheiben.To increase the accuracy there is in the gear stages at least one gear from two, within the framework of the tooth play by means of Springs twisted toothed washers.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigenThe invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments explained. Show in the drawings

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mehrspindel-Bohreinheit mit Stelleinheit für das Bohrkopfgehäuse und drei Exzentern in der Draufsicht, Fig. 1 shows an inventive multi-spindle drilling unit with actuating unit for the wellhead housing and three eccentrics in plan view,

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1, Fig. 2 shows a section through Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Mehrspindel-Bohreinheit mit Stelleinheit für das Bohrkopfgehäuse und vier in Schwingen gelagerte Bohrspindeln in der Draufsicht, Fig. 3 shows an inventive multi-spindle drilling unit with actuating unit for the wellhead housing and mounted in four swing spindles in plan view,

Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3. Fig. 4 is a section through FIG. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Mehrspindel-Bohreinheit mit drei Spindeln dargestellt.In Figs. 1 and 2, a multi-spindle drilling unit is shown with three spindles.

Die Bohrspindeln 3 werden über die kinematische Kette Hauptantrieb 5, Antriebsritzel 5a, Zahnradblock 10 und Zahnrad 3a.The drilling spindles 3 are via the kinematic chain main drive 5 , drive pinion 5 a, gear block 10 and gear 3 a.

Der Bohrkopf 6 wird mittels einer ersten Stelleinheit 1, bestehend aus einem Schrittmotor 1a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 1b, und dem Zahnradpaar 8, 7 verstellt.The drilling head 6 is adjusted by means of a first actuating unit 1 , consisting of a stepper motor 1 a and a harmonic drive gear 1 b, and the gear pair 8 , 7 .

Die Positionen der Exzenter werden jeweils mittels je einer zweiten Stelleinheit 2, bestehend aus einem Schrittmotor 2a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 2b, und dem Exzenter 9 eingestellt. The positions of the eccentrics are each set by means of a second actuating unit 2 , consisting of a stepper motor 2 a and a harmonic drive gear 2 b, and the eccentric 9 .

Die schrittweise Verstellung erfolgt von einer durch die Geber 20, 21 bzw. 18, 19 markierten bzw. festgestellten Nullposition aus. Das sichert, daß auch nach einer längeren Bearbeitungszeit immer wieder von einem sehr genauen Bezugspunkt aus eingestellt werden kann.The gradual adjustment takes place from a zero position marked or ascertained by the sensors 20 , 21 or 18 , 19 . This ensures that even after a long machining time, you can always set from a very precise reference point.

In den Fig. 3 und 4 werden vier Bohrspindeln 3 in Schwingen 15 geführt und gleichzeitig verstellt.In FIGS. 3 and 4, four spindles 3 are led in swing 15 and simultaneously adjusted.

Die Verdrehung des Bohrkopfes 6 erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel.The rotation of the drill head 6 takes place as in the first embodiment.

Die Positionen der Schwingen 15 werden mit einer zentral angeordneten zweiten Stelleinheit 2, bestehend aus einem Schrittmotor 2a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 2b, die Zahnräder 2c, 17, und 16 sowie die Hohlwelle 14 eingestellt.The positions of the rockers 15 are set with a centrally arranged second actuating unit 2 , consisting of a stepper motor 2 a and a harmonic drive gear 2 b, the gears 2 c, 17 , and 16 and the hollow shaft 14 .

Einer Schwinge 15 ist ein Nullgeber 18, 19 zugeordnet. Außerdem ist wie im ersten Beispiel zur Einstellung des Bohrkopfes 6 der Nullgeber 20, 21 vorgesehen.A rocker 15 is assigned a zero transmitter 18 , 19 . In addition, as in the first example, the zero transmitter 20 , 21 is provided for setting the drill head 6 .

Die Losräder 12a, 13 und 17 bestehen aus je zwei mittels Federn in Drehrichtung gegeneinander vorgespannten Zahnscheiben (nicht dargestellt). Damit ist eine spielfreie Übertragung gewährleistet.The idler gears 12 a, 13 and 17 each consist of two toothed disks biased against each other in the direction of rotation by springs (not shown). This ensures play-free transmission.

Die Einstellbewegungen können parallel ablaufen. Die Positionierung der Bohrspindeln erfolgt zweckmäßigerweise NC-gesteuert.The adjustment movements can run in parallel. The The drilling spindles are expediently positioned NC controlled.

Das Außengehäuse 4 ist so ausgebildet, daß es auf eine Vorschubeinheit montierbar ist.The outer housing 4 is designed so that it can be mounted on a feed unit.

Claims

1.Multi-spindle drilling unit with a drill head ( 6 ) which can be rotated in the outer housing ( 4 ) and several drill spindles ( 3 ) which can be driven by a central main drive shaft ( 5 ) and which are mounted for their adjustment in eccentrics ( 9 ) or rockers ( 15 ) are, the adjusting axes being arranged in a circle around the axis of the main drive shaft ( 5 ), characterized in that in the outer housing ( 4 ) a first actuating unit ( 1 ) consisting of a stepper motor ( 1 a) and a harmonic drive gear ( 1 b), arranged and assigned via gears ( 8 , 7 ) to the adjustment of the drill head ( 6 ), that at least one second actuating unit ( 2 ), consisting of a stepper motor ( 2 a) and a harmonic drive gear ( 2 b ), is provided and is assigned to the adjustment axes of the eccentric ( 9 ) or the rocker ( 15 ) either directly or via gearwheels and that each actuating unit ( 1 or 2 ) is assigned a zero encoder ( 18 , 19 ).

2. Multi-spindle drilling unit according to claim 1, characterized in that each adjusting axis is directly assigned to one of the actuating units ( 2 ).

3. Multi-spindle drilling unit according to claim 1, characterized in that a centrally arranged actuating unit ( 2 ) via gear wheels is assigned to all adjustment axes.

4. Multi-spindle drilling unit according to claim 1, characterized characterized in that one gear is provided in each gear stage is that of two, against each other within the framework of the tooth play twisted lock washers.

5. Multi-spindle drilling unit according to claim 3, characterized in that the adjustment axis of the rocker ( 15 ) is designed as a hollow shaft ( 14 ).

6. Multi-spindle drilling unit according to claim 3, characterized in that in the gear stages between the pinion ( 2 c, 5 a and 11 a) and associated wheels idler wheels ( 12 a, 13 and 17 ) are provided.