DE4339770C2 - Mobiles Präzisions-Bohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mobiles Bohrgerät der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Ein solches Bohrgerät wird bei allen Präzisions- Bohrarbeiten eingesetzt, bei denen die Werkstücke eine sol­ che Größe haben, daß sie nicht auf stationären Bohrmaschi­ nen bearbeitet werden können. Ein bevorzugter Anwendungsbe­ reich dieser Bohrgeräte findet sich in der Luftfahrtindu­ strie, um beispielsweise im Flugzeugbau diejenigen Bohrun­ gen zu bearbeiten, die für die Verbindung zwischen einem Flugzeugrumpf und den Tragflächen vorzusehen sind. Das je­ weilige Bohrgerät wird entweder an einer Hilfsvorrichtung fest angebracht oder im variablen Einsatz in Verriegelungs­ buchsen, in Schablonen oder in ähnliche Aufnahmevorrichtun­ gen eingesetzt. Eine besonders exakte Bearbeitungsgenauig­ keit derartiger Bohrgeräte wird beim Aufreiben voreinge­ brachter Bohrungen verlangt, wofür konische Reibwerkzeuge mit einem konischen Ansatz verwendet werden.

Ein erheblicher Nachteil bei bekannten Bohrgeräten der vor­ genannten Art liegt in dem hohen Verbrauch an Schmiermit­ tel, bei dem es sich um eine hochqualitative Bohrflüssig­ keit handelt, die sehr teuer ist. Die Dosiermenge des Schmiermittels wird je nach Einschätzung des Bohr- oder Reibvorganges empirisch eingestellt, und zwar unabhängig von der Eingriffslänge des Werkzeugs. Das Schmiermittel wird kontinuierlich zugeführt und tritt über alle über die gesamte Schnittlänge hinweg verteilt angeordneten Radial- oder Querbohrungen des Werkzeugs aus, die von dem zentralen Schmiermittelkanal aus versorgt werden. Somit ergibt sich solange eine Überdosierung, wie nicht das Werkzeug auf ge­ samter Schneidlänge in Eingriff steht, auf die die Schmier­ mittelzufuhr abgestellt ist. Auch beim Zurückfahren des Werkzeugs ohne Bohr- bzw. Reibleistung wird bei den bekann­ ten Geräten weiterhin das Schmiermittel ungenützt zuge­ führt. Insgesamt liegt deshalb der Verbrauch des Schmier­ mittels etwa zehnmal so hoch, wie er rein theoretisch für den eigentlichen Schnittvorgang benötigt wird.

Für anderweitige Bohrzwecke ist ein Spannfutter mit einer Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel zu Strömungskanälen eines eingespannten Werkzeuges aus der DE-OS 16 02 750 be­ kannt, bei dem das Kühl- oder Schmiermittel ausschließlich der Spitze des Bohrwerkzeugs zugeleitet wird. Hierzu hat das Bohrwerkzeug zwei Kühlkanäle, die vom Schaftende bis zur Schneidspitze verlaufen und je eine Austrittsbohrung ausschließlich an der Schneidspitze des Werkzeugs haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Präzisions- Bohrgerät der gattungsbildenden Art zu schaffen, bei dem der Schmiermittelverbrauch erheblich reduziert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Präzisions- Bohrgerät nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß zu Beginn des Bear­ beitungsvorganges, solange das Werkzeug nur geringfügig im Materialeingriff steht, nur wenig Schmiermittel über die freigegebenen Querbohrungen des Werkzeugs zugegeben wird, wonach die Schmiermittelzugabe mit zunehmendem Bearbei­ tungseingriff unter weiterer Freigabe von Querbohrungen des Werkzeugs durch die gegenüber dem Werkzeug zurückbleibende Schmiermittellanze gesteigert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an ei­ nem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert, dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mobilen Bohrge­ rätes teilweise im Längsschnitt und

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der Zuführung des Schmiermittels zum Werkzeug des Bohrgerätes bei drei verschiedenen Werkzeugpositionen.

Im einzelnen erkennt man in Fig. 1 eine in einem nicht nä­ her bezeichneten Maschinengestell gelagerte Werkzeugspindel 1, die an ihrem vorderen Ende eine Werkzeugaufnahme 2 hat. Darin ist ein Bohr- oder Reibwerkzeug 3 eingesetzt, welches einen Axialkanal 4 für die Zuführung eines Schmiermittels zu den Werkzeugschneiden aufweist. An den Axialkanal 4 schließen Querbohrungen 5 an, die über die gesamte Länge des Schneidbereichs des Werkzeugs 3 angeordnet sind. Die Zuleitung des Schmiermittels zu dem Werkzeug 3 hin er­ folgt durch die Werkzeugspindel 1 hindurch, die dazu einen Axialkanal 6 hat, der sich in axialer Richtung weiter bis zum hinteren Ende der Maschine erstreckt.

Um den Vorschub des Werkzeugs 3 beim Bearbeitungsvorgang zu besorgen, ist die Werkzeugspindel 1 in ihrer Achsrichtung verschieblich gelagert. Dazu dienen zwei im Maschinenge­ stell drehbar gelagerte Buchsen 7, die im Innern achsparal­ lele Längsnuten haben, in denen Kugeln 8 angeordnet sind. Diese Kugeln 8 greifen in achsparallele Längsnuten 9 der Werkzeugspindel 1 ein, so daß die Werkzeugspindel 1 sich mit den drehbar gelagerten Buchsen 7 drehen und unabhängig davon gegenüber den Buchsen 7 in axialer Richtung verscho­ ben werden kann. Um möglichst ein radiales Spiel der Werk­ zeugspindel 1 zu vermeiden, sind die Buchsen 7 mit dem größtmöglichen Abstand zueinander angeordnet. So liegt in der zurückgezogenen Endlage der Werkzeugspindel 1 die Werk­ zeugaufnahme 2 unmittelbar am Austrittsende der vorderen Buchse 7 bezogen auf die Vorschubrichtung. Gleichermaßen liegt das rückwärtige Ende der Werkzeugspindel 1 in der vorgeschobenen Endlage unmittelbar am Eintrittsende der hinteren Buchse 7.

Die Werkzeugspindel 1 wird durch einen Drehantrieb 15 in Rotation versetzt, zu dem ein Zahnkranz 10 gehört, der auf der äußeren Umfangsseite der vorderen Buchse 7 sitzt. Über ein Zahnradgetriebe 11 steht dieser Zahnkranz 10 auf der Buchse 7 mit einem Abtriebsrad 12 eines Motors 13 in Ver­ bindung, der zur Werkzeugspindel 1 achsparallel angeordnet ist. Bei dem Motor 13 kann es sich um einen Druckluftmotor handeln, der bei kleiner Baugröße eine relativ hohe Lei­ stung hat.

Der Motor 13 wird im Lastfall mit einer vorgegebenen Dreh­ zahl gefahren, damit auch die Werkzeugspindel 1 und somit das Werkzeug 3 auf einer bestimmten Drehzahl gehalten wer­ den. Der Motor 13 kann somit im günstigsten Leistungsbe­ reich betrieben werden, wobei er selbst nicht nachgesteuert oder -geregelt werden soll. Vielmehr wird lediglich die Drehzahl des Drehantriebs 15 erfaßt, dazu sitzt an einer geeigneten Stelle im Drehantrieb 15 ein Drehzahlmesser 14. Das drehzahlabhängige Signal des Drehzahlmessers 14 wird in einen Rechner gegeben, der danach die Vorschubgeschwindig­ keit für die Werkzeugspindel 1 bestimmt. Solange die Dreh­ zahl des Drehantriebs 15 beispielsweise beim Beginn eines Bearbeitungsspiels noch nicht bis auf die optimale Lastdrehzahl abgefallen ist, kann mit einem erhöhten Vor­ schub gefahren werden, der mechanisch von der Drehzahl des Drehantriebs 15 völlig entkoppelt ist. Anstelle eines Druckluftmotors kann für den Motor 13 auch ein Elektromotor eingesetzt werden, der zusätzlich die Möglichkeit bietet, mit einem vorgegebenen Lastmoment betrieben zu werden, das über die Stromaufnahme des Elektromotors ermittelt werden kann.

Der Rechner steuert einen Vorschubantrieb 25, und zwar der­ art, daß bei den Leerwegen, über die hinweg das Werkzeug 3 nicht im Materialeingriff steht, mit maximaler Vorschubge­ schwindigkeit gefahren wird, was sowohl für den Beginn ei­ nes Arbeitsspiels wie auch für den Rückzug des Werkzeugs gilt. Im übrigen wird der Vorschubantrieb 25 so geregelt, daß optimale Schnittbedingungen unter Berücksichtigung der günstigsten Lastdrehzahl des Motors 13 eingehalten werden. Hierbei wird zusätzlich noch zwischen einer normalen Bear­ beitung und einer Feinbearbeitung unterschieden, wobei im letzteren Falle mit hoher Drehzahl und geringem Vorschub gearbeitet wird.

Wie Fig. 1 weiter veranschaulicht, gehört zu dem Vorschub­ antrieb 25 eine drehbar gelagerte Gewindespindel 17, die in axialer Richtung nicht verschiebbar ist. Die Gewindespindel 17 greift in einen hohlen Abschnitt 16 im rückwärtigen End­ bereich der Werkzeugspindel 1 ein. Auf der Gewindespindel 17 ist eine Mutter 18 derart angeordnet, daß sie in Dreh­ richtung festliegt, wozu ein Schlitten 20 dient, der auf einer achsparallelen Führung 21 des Maschinengestells ge­ führt ist. Diese Führung 21 erstreckt sich über einen axia­ len Verschiebebereich der Mutter 18, der sich mit dem ge­ samten Vorschubweg der Werkzeugspindel 1 deckt. Die Werk­ zeugspindel 1 ist mit ihrem rückwärtigen Ende des hohlen Abschnitts 16 in der Mutter 18 drehbar gelagert, jedoch in Achsrichtung mit der verschieblichen Mutter 18 fest verbun­ den. Mittels Umlaufkugeln 19, die sowohl in das Gewinde der Gewindespindel 17 als auch in ein Gegengewinde der Mutter 18 eingreifen, wird bei Drehung der Gewindespindel 17 die axiale Verschiebung der Mutter 18 und damit der Vorschub der Werkzeugspindel 1 bewirkt. Der Rotationsantrieb der Ge­ windespindel 17 erfolgt über ein Riemengetriebe 22 durch einen Vorschubmotor 23, bei dem es sich um einen Schrittmo­ tor handeln kann.

Der Riementrieb 22 treibt ferner ein Meßsystem 24 an, das vornehmlich aus einem inkrementalen Drehgeber besteht. Über die von dem Drehgeber gelieferten Signale kann exakt der Vorschubweg der Werkzeugspindel 1 ermittelt werden, womit eine absolute Wegmessung möglich ist. Das Meßsystem 24 ist entsprechend mit dem Rechner der Maschine verbunden, um für die vorausbestimmbaren Leerwege sowie die Wege der Bearbei­ tung und der Feinbearbeitung über den Vorschubantrieb 25 den Vorschub des Werkzeugs 3 zu steuern und gegebenenfalls in Abhängigkeit von der über den Drehzahlmesser 14 erfaßba­ ren Drehzahl der Werkzeugspindel 1 nachzuregeln.

Das Meßsystem 24 kann zur Erfassung des Vorschubweges durch einen Tiefensensor 30 ergänzt sein, der über ein Gestänge 29 mit einem Tastrohr 27 verbunden ist, welches in einer das Werkzeug 3 in seiner zurückgezogenen Endlage umgebenden Hülse 26 angeordnet ist. Auch das Tastrohr 27 umgibt das Werkzeug 3 und hat eine Tastnase 28, die auf das Material des jeweiligen Werkstücks im Randbereich der zu bearbeiten­ den Bohrung aufsetzbar ist. Da der Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Tastende der Tastnase 28 in deren voll ausgefahrener Position bekannt ist, kann über den Eindrück­ weg der aufsitzenden Tastnase 28 bei angesetztem Bohrgerät über den Tastsensor 30 ein Referenzsignal für den Werkzeug­ abstand in der Ausgangslage ermittelt werden. Insbesondere ist damit die Festlegung eines Nullpunktes für die Steue­ rung oder Regelung des Rechners im Zusammenspiel mit dem Meßsystem 24 möglich.

Aus Fig. 1 geht ferner hervor, daß sich der Axialkanal 6 zur Zuleitung des Schmiermittels zum Werkzeug 3 hin nicht nur durch die Werkzeugspindel 1 sondern auch durch die Ge­ windespindel 17 hindurch bis zu einer Schmiermittel- Zuführvorrichtung 31 erstreckt, die am hinteren Ende des Bohrgerätes angesetzt ist. In dem Axialkanal 6 ist eine Lanze 32 in Gestalt eines Röhrchens angeordnet, wie aus Fig. 2 im einzelnen hervorgeht. Durch diese Lanze 32 wird von der Schmiermittel-Zuführvorrichtung 31 das Schmiermit­ tel so zu dem Werkzeug 3 hintransportiert, daß es dort nur dann durch die betreffenden Querbohrungen 5, die an den Schmiermittelkanal 4 des Werkzeugs 3 anschließen, austritt, wenn es auch tatsächlich gebraucht wird. Das ist bei Mate­ rialeingriff des Werkzeugs 3 der Fall, nicht dagegen bei den Leerwegen, die das Werkzeug 3 zu Beginn eines Arbeits­ spiels und beim Rückzug aus dem Bohrloch zurückzulegen hat.

Die Lanze 32 reicht bei zurückgezogenem Werkzeug 3 soweit in dessen Schmiermittelkanal 4 hinein, daß sämtliche Quer­ bohrungen 5 verschlossen sind. Über den ersten Leerweg, den das Werkzeug 3 bis zum Bohrloch zurückzulegen hat, wandert die Lanze 32 mit, um nach wie vor sämtliche Querbohrungen 5 verschlossen zu halten. Dazu ist die Lanze 32 in der Schmiermittel-Zuführvorrichtung 31 um den Weg "X" in axia­ ler Richtung verschieblich gehalten, wobei sie mittels ei­ ner rückwärtigen Feder 33 in Richtung zur Werkzeugaufnahme 2 der Werkzeugspindel 1 gedrückt wird. Hat die Lanze 32 in Vorschubrichtung das Ende des axialen Verschiebeweges er­ reicht, findet bei weiterem Vorschub des Werkzeugs 3 eine Relativbewegung zwischen der Lanze 32 und dem Werkzeug 3 derart statt, daß nach und nach die Querbohrungen 5, begin­ nend von der vorderen Querbohrung 5, für den Schmiermittel­ austritt freigegeben werden. Beim Rückzug des Werkzeugs 3 werden in umgekehrter Reihenfolge die Querbohrungen 5 ver­ schlossen, und die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 3 und der Lanze 32 endet, sobald die Lanze 32 am vorderen Stirnende des axialen Schmiermittelkanals 4 des Werkzeugs 3 aufsitzt. Statt dessen kann auch eine anderweitige Mitnah­ mevorrichtung 34 vorgesehen werden, um das Rückschieben der Lanze 32 bis in die Ausgangslage zu bewirken.

Der Rechner des Bohrgerätes steuert auch die Schmiermittel- Zuführvorrichtung 31. Denn der Schmiermittelbedarf ist nicht nur wegabhängig, sondern muß auch an die jeweiligen Arbeitsbedingungen, wie den Hauptbearbeitungsvorgang oder die Feinbearbeitung, angepaßt werden. Die Schmiermittel- Zuführvorrichtung fördert das Schmiermittel portionsweise in die Lanze 32, wobei zwischen den einzelnen Schmiermit­ telportionen Luftblasen in die Lanze 32 eingedrückt werden. Hierdurch kommt es zu einer Vernebelung des Schmiermittels beim Austritt aus den Querbohrungen 5 des Werkzeugs 3, wo­ durch eine gleichmäßige Benetzung der Schneidstellen si­ chergestellt ist. Außerdem kann die Schmiermittel- Zuführvorrichtung 31 in einem variablen Puls-Pause- Verhältnis betrieben werden, wobei während der Pulsdauer entweder nur Schmiermittel oder Schmiermittelportionen mit Luftblasen in die Lanze 32 eingegeben werden, während wäh­ rend der Pausendauer nur Luft in die Lanze 32 eingeführt wird. Insbesondere kann man dadurch vermeiden, daß ein in der gesamten Schmiermittel-Zuleitung noch vorhandenes Rest­ volumen des Schmiermittels beim Rückzug des Werkzeugs 3 aus den Querbohrungen 5 ausgebracht wird, weil sich hierbei nämlich der Gesamtraum zur Aufnahme des Schmiermittels in der Schmiermittelzuleitung verringert.

Claims (5)

1. Mobiles Bohrgerät zum Festlegen an einer Bohrstelle von großen Werkstücken für Präzisions-Bohrarbeiten mittels eines Werkzeugs mit einem axialen Schmiermittelkanal und daran anschließenden Querbohrungen, durch die hindurch ein flüssiges Schmiermittel bis an die Werkzeugschneiden herangeführt wird, und mit einer Werkzeugspindel mit ei­ ner Werkzeugaufnahme, die einen axial durchgehenden Ka­ nal haben, durch den hindurch der Schmiermittelzufluß erfolgt und an dessen von der Werkzeugaufnahme abliegen­ dem Ende eine Schmiermittel-Zuführvorrichtung angeordnet ist, und ferner mit einem Antrieb zum Drehen und zum axialen Vorschieben der Werkzeugspindel, dadurch gekennzeichnet, daß im Axialkanal (6) der Werkzeugspindel (1) und der Werkzeugaufnahme (2) eine bis in das Werkzeug (3) hin­ einreichende, hohle Lanze (32) angeordnet ist, die an der Schmiermittel-Zuführvorrichtung (31) gehalten ist und die eine solche Länge hat, daß bei in rückgezogener Endlage befindlichem Werkzeug (3) dessen Querbohrungen (5) für den Schmiermittelaustritt sämtlich von der Lanze (32) verschlossen sind und sich mit dem Vorschub des Werkzeuges (3) nach und nach öffnen.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (32) in der Schmiermittel-Zuführvorrich­ tung (31) um einen begrenzten Weg axial verschieblich gehalten und von einer Feder (33) in Vorschubrichtung beaufschlagt ist, wobei zwischen der Lanze (32) und der Werkzeugspindel (1) eine Mitnahmevorrichtung (34) oder ein Anschlag angeordnet ist, welche beim Rückzug der Werkzeugspindel (1) über den begrenzten Weg bis zur rückgezogenen Endlage hin die Lanze (32) entgegen der Kraft der Feder (33) mitnimmt.

3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner den Schmiermittelzufluß in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Lastdrehzahl oder einem vorgege­ benen Lastmoment und vom Vorschubweg steuert.

4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Schmiermittel-Zuführvorrichtung (31) das Schmiermittel in den Axialkanal (6) bzw. in die Lanze (32) im Axialkanal (6) intermittierend mit zwischen ein­ zelnen Schmiermittelportionen angeordneten Luftblasen eingeführt wird.

5. Bohrgerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Schmiermittel-Zuführvorrichtung (31) derart steuert, daß die Anpassung an den Schmiermittel­ bedarf durch ein variables Puls-Pause-Verhältnis er­ folgt, wobei während der Pulsdauer entweder nur Schmier­ mittel oder Schmiermittelportionen mit Luftblasen und während der Pausendauer nur Luft in die Lanze (32) ein­ geführt wird.