DE4434166A1 - Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten eines Bohrkopfes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten eines Bohrkopfes, der ein Bohrkopfgehäuse und einen an diesem radial verstellbar angeordneten Werkzeug­ halter aufweist.

Bei der Verstellung beweglicher Teile eines Bohrkopfes verlagert sich häufig der Massenschwerpunkt, der sich im Normalfall über der Drehachse befindet, und führt zu einer Unwucht des Bohrkopfes. Eine Unwucht tritt vor allem dann verstärkt auf, wenn der Werkzeughalter radial zur Rota­ tionsachse verstellt wird. Bekannte Vorrichtungen zum Ausgleich von Unwuchten zielen darauf ab, Schäden beim Präzisionsbohren und Feinschlichten als Folge der durch Massenunwucht hervorgerufenen Vibrationen zu vermeiden.

Da die Drehzahl moderner Bohrköpfe extrem hoch ist, führt jede noch so kleine Unwucht bei der Bearbeitung von Präzisionsbohrungen auch zu störenden Maßungenauigkeiten mit der Folge einer Qualitätsminderung. Das gilt um so mehr, wenn im Bereich von wenigen Mikrometern liegende enge Toleranzen angestrebt werden. In der Fachwelt wurde mehr­ fach versucht, die Unwucht über den Einsatz von Gegen­ gewichten zur Massenverlagerung auszugleichen. Die be­ kannten Vorrichtungen erlauben jedoch keinen hinreichend genau einstellbaren und an die Stellung des Werkzeughalters sicher anpaßbaren Massenausgleich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Bohr­ kopf mit radial verstellbar angeordnetem Werkzeughalter eine Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten anzugeben, die bei einer Radialverstellung des Werkzeughalters anpaßbar ist.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten eines Bohrkopfes, die gekennzeichnet ist durch
einen am Bohrkopfgehäuse angeordneten Drehring mit außenseitiger Skalierung,
zwei ringförmigen Gegengewichten mit einer Massen­ konzentration in einem Ringsegment und
einem Zahnradgetriebe, welches eine Stellbewegung des Drehringes in zueinander gegensinnigen Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte umsetzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Verbindung mit einem Vielzweck-Drehbohrkopf einsetzbar und kann in unter­ schiedliche Bohrkopfkonstruktionen eingebaut werden, da sie unabhängig von den beweglichen Teilen des Bohrkopfes wirkt. Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche 2 bis 9.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 die Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, eines Bohrkopfes mit eingebauter Vorrichtung zum Aus­ gleich von Unwuchten,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die zum Ausgleich von Unwuchten dienende Vorrichtung des Bohrkopfes,

Fig. 5 einen Längsschnitt der Vorrichtung entlang der Linie C-C von Fig. 4,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsmäßen Vorrichtung in der Draufsicht,

Fig. 7 einen Längsschnitt entlang der Linie D-D der Fig. 6 und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt (analog zu den Fig. 5 und 7).

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Aus­ gleich von Unwuchten eines Bohrkopfs, der ein Bohrkopf­ gehäuse und einen an diesem radial verstellbar angeordneten Werkzeughalter aufweist. Der Bohrkopf besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Bohrkopfgehäuse 1, das über Befestigungsschrauben 4 an einem Flansch 2 befestigt ist. Der Flansch 2 weist ein Gewindeendstück 3 zur Befestigung eines nichtdargestellten Dorns auf, der auf die Hauptspin­ del einer Werkzeugmaschine paßt.

Eine Quertraverse 5 ist auf mit Lagerkugeln 5a und 5b ver­ sehenen Führungsbahnen radialbeweglich angeordnet. Die Quertraverse 5 ist quer zur Stirnflächenaussparung des Bohrkopfgehäuses 1 angeordnet und zum Schutz gegen Beschä­ digungen von einem Mantel 8 umgeben. Ein Werkzeughalter 6 ist mit Hilfe von Befestigungsschrauben 6a auf der Quer­ traverse 5 montiert.

Im Inneren des zylindrischen Bohrkopfgehäuses 1 ist in an sich bekannter Weise eine Feinstellschraube 12 angeordnet (Fig. 2). Für die Stellbewegung der Stellschraube 12 sind im Ausführungsbeispiel mehrere Einstellelemente vorgesehen, bestehend aus Einstellring 7 sowie Zahnrädern 7a, 7b, 7c und 7d (Fig. 2).

Die Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten, im folgenden kurz Massenausgleichsvorrichtung 20 genannt, ist zwischen dem zylindrischen Bohrkopfgehäuse 1 und den Einstellelemen­ ten 7, 7a-7d zur Betätigung der Einstellschraube 12 ange­ ordnet. Die Massenausgleichsvorrichtung 20 besteht aus einem skalierten Drehring 21, an dessen Innenseite ring­ förmige Gegengewichte 22a und 22b angeordnet sind. Der Drehring 21 weist eine Innenverzahnung 23 auf. Daneben erkennt man eine weitere Verzahnung 24 am Innenumfang des ringförmigen Gegengewichtes 22b. Die Funktion der Verzah­ nung 23 und 24 wird später erläutert.

Der Drehring 21 ist mit dem anderen Gegengewichtsring 22a über einen Stift 21a verbunden, so daß sich das ringförmige Gegengewicht 22a und der Drehring 21 gemeinsam drehen.

Die ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b weisen Ausgleichs­ massen m1 und m2 auf. Zur Verstellung der ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b ist ein Zahnradgetriebe vorgesehen, welches eine Stellbewegung des Drehrings 21 in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b umsetzt. Das Zahnradgetriebe besteht aus zwei miteinander kämmenden Ritzeln 25, 26, die in einer Aus­ sparung 27 des zylindrischen Bohrkopfgehäuses 1 gegenüber der Innenseite des Drehrings 21 eingeordnet sind. Der Fig. 5 entnimmt man, daß das Ritzel 25 zwei Zahnkränze 25a, 25b gleichen Durchmessers besitzt. Das Ritzel 26 steht einer­ seits mit der Innenverzahnung 23 des skalierten Drehrings 21 und andererseits mit dem Zahnkranz 25a des Ritzels 25 in Eingriff. Der Zahnkranz 25b des Ritzels 25 greift in die Innenverzahnung 24 des ringförmigen Gegengewichtes 22b ein. (Fig. 4 und 5).

Die ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b befinden sich direkt nebeneinander. Ihre Ausgleichsmassen m1, m2 sind in einem Ringsegment mit dem Winkelmaß α konzentriert, das geringfügig weniger als 180° beträgt. Das Moment dieser Ausgleichsmassen m1, m2, gemessen in Grammillimeter (gmm) oder Pound-Inch (lb·in) wird so gemessen, daß ein maximaler Ausgleich der Unwucht der beweglichen Teile des Bohrkopfes erfolgt. Dies geschieht, wenn die Massen m1, m2 - wie in Fig. 4 und 5 gezeigt - nebeneinander angeordnet sind und sich diametral entgegengesetzt zu der maximalen Verschiebe­ position der beweglichen Teile, nämlich des Querbalkens 5 und des Werkzeughalters 6, befinden.

Bei einer Position mit Nullverschiebung (Fig. 1) der beweg­ lichen Teile (Schneidwerkzeug mit maximal eingefahrener Position) befindet sich der Massenschwerpunkt der Anordnung auf der geometrischen Drehachse des Bohrkopfes oder in unmittelbarer Nähe, wobei die Ausgleichsmassen m1, m2 (wie in Fig. 4 und 5 gezeigt) der Gegengewichte 22a, 22b wiederum nebeneinander angeordnet sind, jedoch um 180° im Vergleich zur ursprünglichen Lage versetzt.

Die Ausgleichsmassen m1, m2 der Gegengewichte 22a, 22b sind abhängig von den Radien R1, R2 und R3, der Dicke der Gegen­ gewichte, deren Winkelmaß α sowie dem spezifischen Gewicht des verwendeten Materials.

Der skalierte Drehring 21 ist mit einer metrischen oder einer Zollskala E (Fig. 1) versehen und zeigt Durchmesser (entsprechend der tatsächlichen Position der Werkzeug­ spitze) oder ebenfalls in Grammillimeter (gmm) das Moment der beweglichen Massen m1, m2 des Bohrkopfes entsprechend der Verschiebungen des Schwerpunkts besagter beweglicher Massen in Relation zur Drehachse des Bohrkopfes an.

Die Skala kann für die Angabe der Durchmesser ebenfalls eine Zollaufteilung oder zur Anzeige der Massenmomente ebenfalls eine Aufteilung in Pound-Inch (lb·in) aufweisen.

Das Ausgleichen von Unwuchten erfolgt durch Drehen des skalierten Rings 21, der die Gegengewichte 22a, 22b über die Zahnräder 25, 26 sowie die Innenverzahnungen 23, 24 gegensinnig verschiebt, bis die Gegengewichtsmassen m1, m2 die Schwerpunktverlagerung des beweglichen Querträgers 5 des Werkzeughalters 6 und des Schneidwerkzeuges 6b ausgleicht.

Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die Gegen­ gewichte jeweils einstückig ausgebildet, wobei die Massen integraler Bestandteil der Gegengewichte sind. Bei einer anderen, in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen die ringförmigen Gegengewichte 122a, 122b jeweils aus einem Ring 122c, 122d und einer an diesen angeschlossenen, separaten Ausgleichs­ masse m1′, m2′. Ein Gegengewicht 122b ist mit einer Innen­ verzahnung 124 versehen. Diese Innenverzahnung befindet sich in Eingriff mit einem Zahnkranz 125b eines als Doppelzahnrad ausgebildeten Ritzels 125. Der andere Zahn­ kranz 125a des Ritzels 125 steht im Eingriff mit einem Ritzel 126, das selbst wiederum mit der Innenverzahnung 123 an der Umlaufkante des skalierten Rings 121 steht. Die beschriebene Ausführungsform ist vorteilhaft, weil das spezifische Gewicht der Ausgleichsmassen für jede Situation passend gewählt werden kann. In einer bevorzugten Ausge­ staltung in Bohrköpfen kann z. B. ein Bereich spezifischer Gewichte zwischen 2,5 und 20 kg/dm dargestellt werden.

Die Ausgleichsmassen m1′, m2′ der Gegengewichte 122a, 122b werden außer durch das spezifische Gewicht des verwendeten Materials durch die unterschiedlichen Radien R1, R2 in Verbindung mit der Dicke und dem Winkelmaß α der besagten Ausgleichsmassen m1′, m2′, definiert. (Fig. 6 und 7).

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung sind die ringförmigen Gegengewichte 222a, 222b mit axialem Abstand zueinander angeordnet und weisen an innenseitigen, einander zugewandten Stirnflächen Zahnkränze 223, 224 auf. Die Zahnkränze 223, 224 stehen mit einem Stirnrad 225 in Eingriff. Das Stirnrad 225 ist drehbar an einem Zapfen 226 angeordnet, welches durch eine Befesti­ gungsvorrichtung 227 gehalten ist. Die Gegengewichte 222a, 222b werden von dem skalierten Ring 221 umschlossen, wobei ein Stift 221a den skalierten Ring 221 mit dem Gegenge­ wichtsring 222a verbindet.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ausgleich von Unwuchten eines Bohr­ kopfes, der ein Bohrkopfgehäuse und einen an diesem radial verstellbar angeordneten Werkzeughalter aufweist, ge­ kennzeichnet durch,
einen am Bohrkopfgehäuse (1) angeordneten Drehring (21, 121, 221) mit außenseitiger Skalierung,
zwei ringförmigen Gegengewichten (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) mit einer Massenkonzentration (m1, m2, m1′, m2′) in einem Ringsegment und
einem Zahnradgetriebe, welches eine Stellbewegung des Drehringes (21, 121, 221) in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) umsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe aus zwei miteinander kämmenden Ritzeln (25, 26) besteht,
wobei ein Ritzel (26) in eine Innenverzahnung (23) des Drehrings (21) eingreift,
wobei das andere Ritzel (25) in eine Verzahnung (24) am Innenumfang eines ringförmigen Gegengewichtes (22b) eingreift und
wobei der Drehring (21) mit dem anderen ringförmigen Gegengewicht (22a) fest verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b) neben­ einander in einem hülsenförmigen Abschnitt des Drehrings (21) eingesetzt und auf einem Zapfen des Gehäuses (1) dreh­ beweglich angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel (25, 26) in einer umfangs­ seitig offenen Aussparung (27) des Gehäuses (1) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (222a, 222b) mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und an innenseitigen einander zugewandten Stirnflächen Zahnkränze (223, 224) aufweisen, daß das Zahnradgetriebe aus einem zwischen den ringförmigen Gegengewichten (222a, 222b) angeordneten Stirnrad (225) besteht, welches in die Zahnkränze (223, 224) der Gegengewichte eingreift, und daß der Drehring (221) mit einem der beiden ringförmigen Gegengewichte (222a) fest verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b; 222a, 222b) jeweils einstückig ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (122a, 122b) jeweils aus einem Ring (122c, 122d) und einer an diesen angeschlossenen, separaten Ausgleichsmasse (m1′, m2′) bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) in einem Ringsegment mit dem Winkelmaß α konzentriert sind, das geringfügig weniger als 180° beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) der ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) in einer ersten Betriebsposition, die einem maximalen Unwuchtsausgleich bei radial ausgefahrenem Werkzeughalter (5, 6) zugeordnet ist, nebeneinander und diametral zur Position des Werkzeughalters (5, 6) angeordnet sind und daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) in einer zweiten Betriebsposition, die einem minimalen Unwuchtsausgleich bei radial eingeschobenem Werkzeughalter (5, 6) zugeordnet ist, ebenfalls nebeneinander, jedoch um 180° zur ersten Betriebsposition versetzt angeordnet sind.