-
Verfahren zum maschinellen Gewindebohren und Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Gewindebohren.
-
Beim maschinellen Gewindebohren, d. h. wo der Gewindebohrer in einem
mit einer Bohrspindel verbundenen Bohrkopf eingespannt ist und die Bohrspindel über
ein Wendegetriebe wechselweise in der einen und anderen Drehrichtung angetrieben
werden kann, sind in der Regel Mittel vorgesehen, die zur Begünstigung des Angreifens
des Gewindebohrers am Werkstoff des Werkstückes einen Axialdruck im entsprechenden
Sinne auf die sich drehende Maschinenspindel ausüben. Ist dann die gewollte Gewindetiefe
erreicht, so wird einfach die Drehrichtung der Spindel geändert, so daß sich der
Gewindebohrer im Rücklauf wieder herausschraubt.
-
Derart .gebohrte Gewinde weisen den. Mangel, auf, daß ein Teil des
ersten Gewindeganges im Werkstück, d. h. desjenigen Gewindeganges, der beim Rücklauf
des Gewindebohrers mit diesem zuletzt in Berührung bleibt, durch dessen Weiterdrehen
nach dem angehaltenen Rückhub leicht deformiert
wird. Dadurch wird
das Einschrauben von Schrauben 'in das fertige Werkstück sehr erschwert, indem man
die Schraube oft nur mit Mühe zum Fassen bringt und dabei das Gewindeloch meist
beschädigt, ganz abgesehen vom vermehrten Zeitaufwand für die Montage.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit drucklosem Gew-indebohren
auf dem größten Teil der Gewindetiefe und namentlich beim Rücklauf kann der erwähnte
Übelstand vermieden werden. Das Verfahren besteht darin, daß der Gewindebohrer im
Stillstand und unter Erzeugung von zur Schwere zusätzlichem Druck an das Werkstück
angesetzt wird, worauf der zusätzliche Druck gleich Null wird, wenn der dann in
Drehung -versetzte Gewindebohrer so tief in den Werkstoff eingedrungen ist, daß
er aus eigenem Antrieb weiter darin einzuschneiden vermag,' und daß bei Erreichung
der vorgesehenen Gewindetiefe die Drehrichtung des Gewindebohrers geändert wird
und er im Rücklauf genau die gleiche Anzahl Umdrehungen beschreibt wie zuvor beim
Einschneiden, wonach er dann im Stillstand in Richtung der Gewindelochachse vom
Werkstück abgehoben wird.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Durchführung
des 'beschriebenen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die dem Gewindebohren
dienende- Maschinenspindel in einen oberen und einen unteren Spindelteil unterteilt
ist, wobei der obere Spindelteil ortsfest umläuft und den unteren Spindelteil über
eine Gleitkupplung axial verschiebbar antreibt, welcher Spindelteil mit einer gefederten
Druckvorrichtung. versehen ist, die über einen einstellbar beschränkten Teil der
Gewindetiefe einen Axialdruck auf den Gewindebohrer auszuüben gestattet.
-
Für den Beginn des Arbeitsvorganges ist es dabei förderlich, daß zwischen
dem Spindelende und der Spindelführung ein gewisses Radialspiel vorgesehen ist,
'was sich beim Gewindeschneiden so auswirkt, daß sich der Gewindebohrer leichter
nach dem Grundloch ausrichten kann.
-
Die gekennzeichnete Unterteilung der Spindel bietet eine vorteilhafte
Möglichkeit ihres wahlweisen Antriebes entweder mit wechselnder Drehrichtung, was
für das selbsttätige Gewindeschneiden erforderlich ist, oder mit gleichbleibender
Drehrichtung zum Bohren der Löcher sowie dazu, beim Vorhandensein einer Mehrzahl
von Spindeln entweder sämtliche Spindeln zum Bohren oder Gewindeschneiden zu verwenden.
Es ist aber auch möglich, auf 'der gleichen Maschine gleichzeitig zu bohren und
Gewinde zu schneiden, und zwar je mit einer beliebigen Anzahl von Spindeln:. Dies@ermöglicht,
eine große serienmäßige Produktion durch fortlaufendes Auflegen von Werkstücken
auf die Haltvorrichtungen eines rotierenden Maschinentisches zu erzielen, in die
dann vermittels einer Vorschubvorrichtung, die mit den einzelnen Bohrspindeln in
Verbindung gebracht wird, abwechselnd Löcher gebohrt und Gewinde geschniften werden
können. Gegenstand der Erfindung ist daher weiter eine Anordnung des Wendegetriebes,
welche die vorher erwähnten verschiedenen Arbeitsweisen und Benutzungsformen der
Bohrmaschine ermöglicht.
-
Die :Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, und
zwar zeigt Fig. i eine zum Gewindeschneiden eingerichtete Bohrspindel in der Ruhelage;
Fig. 2 zeigt dieselbe Bohrspindel in einer Lage, in welcher der Gewindebohrer, unmittelbar
vor Arbeitsbeginn, unter zusätzlichem, zur Schwere erzeugtem Druck an ein Werkstück
angesetzt ist; Fig. 3 bis 5 zeigen die Bohrspindel kombiniert mit einer elektrischen
Kontaktvorrichtung für die Betätigung einer Sicherheitsvorrichtung in verschiedenen
Arbeitsphasen; Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Wende-Betriebes und Fig. 7 ,eine
Draufsicht desselben.
-
Ein in Richtung der Spindelachse beweglicher Spindelhalter i ist über
einen teilweise dargestellten Arm i' mit einer nicht gezeichneten Bohrmaschine verbunden
und weist eine obere und eine untere Spindelführung 2 und 3 auf, in welchen die
Bohrspindel drehbar gelagert ist. Die Bohrspindel zerfällt in einen oberen Spindelteil
5, der beim Antrieb ortsfest umläuft, und einen unteren Spindelteil 6, der beim
Umlaufen gleichzeitig in den beiden Führungen :2 und 3 .axial-verschiebbar ist,
zu welchem Zwecke die beiden Spindelteile 5 und 6 mittels einer Kupplung 7, die
eine Axialverschiebung des unteren Spindelteile.s 6 gestattet, gekuppelt sind. An
einem Ende ist die Kupplung mit dem unteren Spindelteil 6 fest verbunden, beispielsweise
durch einen Querstift 8, während am anderen Ende die Axialbohrung von quadratischem
Querschnitt ist, in welche das gleichfalls mit quadratischem Querschnitt geformte
Ende des ortsfest umlaufenden oberen Spindelteiles 5 leicht gleitbar eingreift.
Die Kupplung 7 könnte auch anders ausgebildet sein, .ohne das Wesen der Erfindung
zu beeinflussen: Aus Gründen der Stabilität kann die Kupplung 7 in der oberen- Spindelführung
2 gelagert sein, ohne daß dies ein Erfordernis wäre, so daß sie im Betrieb gleichzeitig
in der Führung umlaufen und auf dem sie antreibenden oberen Spindelteil gleiten
kann, ohne denselben zu beeinflussen.
-
Das untere Ende des Spindelteiles 6 trägt einen Bohrkopf 9, der einen
in der unteren Spindelführung 3 drehbar und axial verschiebbar gelagerten zylindrischen
Fortsatz g' aufweist. Im Bohrkopf 9 ist ein Gewindebohrer io eingespannt. Zwischen
dem zylindrischen Fortsatz g' und der Führung 3 ist das an sich bekannte Radialspiel
vorgesehen, damit sich der untere Spindelteil in bestimmten Grenzen radial bewegen
und der Gewindebohrer sich leichter .nach dem Grundloch ausrichten kann.
-
über den unteren Spindelteil6 ist eine Druckfeder ii geschoben, deren
unteres Ende sich gegen einen Anschlag 12 abstützt, während ihr oberes Ende eine
beweglich angeordnete Druckscheibe i3
nach oben drückt. In der in
Fig. i dargestellten Ruhelage der Rohrspindel liegt die Druckscheibe 13 gegen das
untere Ende der Gleitkupplixng 7 an, so daß in dieser Lage die Druckfeder wirkungslos
ist. In der in Fig.2 dargestellten Lage dagegen hat sich der Spindelhalter i um
einen bestimmten Betrag gesenkt, bis zum Aufsitzen des Gewindebohrers gegen das
Werkstück 14., wobei die obere Spindelführung 2 an der Druckscheibe 13 zum
Aufliegen kommt und sie um einen bestimmten Betrag d, der einstellbar ist, niederdrückt
und dabei die Druckfeder i i spannt. Dadurch kommt ein zur Schwere des unteren Spindelteiles
6 und der mit ihm verbundenen Teile zusätzlicher Anfangsdruck des Gewindebohrers
gegen das Werkstück zustande. Je nach dem zu bearbeitenden Werkstoff kann ein größerer
oder kleinerer Anfangsdruck erforderlich sein. Zu diesem Zwecke ist der Anschlag
12 verstellbar gemacht, was durch dessen Ausbildung als feststellbare Hülse erreicht
wird. Für das Feststellen der Hülse kann eine Stellschraube q. oder auch ein anderes
Mittel vorgesehen sein.
-
Beim' Niedergehen des Spindelteiles 6 während des Gewindeschneidens,
nachdem die Spindel zu drehen begonnen hat, wird der erste Wegteil d bis zum Aufsitzen
der Gleitkupplung 7 auf der Druckscheibe 13 unter dem zusätzlichen Federdruck zurückgelegt.
Dadurch wird ein zuverlässiges Anschneiden des Gewindebohrers erreicht. Auf dem
restlichen Wegteil bis zur Erreichung der vorbestimmten Gewindetiefe ist dann der
Gewindebohrer i o nur noch durch das Eigengewicht des Spindelteiles 6 belastet.
Diese Belastung reicht vollständig aus, um dem Gewindebohrer zu erlauben, die noch
verbleibende Gewindetiefe in zuverlässiger Weise ohne zusätzlichen Druck fertigzuschneiden.
Der obere Spindelteil' 5 behält in allen Betriebszuständen die ;gleiche Lage bei,
d. h., er dreht sich stets am gleichen Ort, während der untere Spindelteil 6 sich
im Betriebe mit der Gleitkupplung 7 axial verschieben kann.
-
Der obere Spindelteil 5 wird von einem selbsttätigen Wendegetriebe
nach Bedarf wechselweise in beiden Drehrichtungen angetrieben. Die Anzahl Umdrehungen,
die der Gewindebohrer io macht, ist bestimmend für die geschnittene Gewindetiefe;
daher weist das Wendegetriebe eine Einrichtung auf, die es ermöglicht, die Anzahl
Umdrehungen in beiden Drehrichtungen genau einzustellen. Zudem ist es so eingerichtet,
daß die Spindel nicht eher zu drehen beginnt, als bis der Gewindebohrer im Stil'lst'and
sich dem Werkstück so weit genähert hat, daß er unter dem zusätzlichen Druck der
Feder i i gegen das Werkstück zum Anliegen kommt. Dann erst beginnt die Spindel
sich zu drehen und der Gewindebohrer zu schneiden, wobei der erste Wegteil d unter
zusätzlichem Druck zurückgelegt wird.
-
Bei Erreichung der entsprechend der gewünschten Gewindetiefe eingestellten,
bestimmten Anzahl Vorwärtsdrehungen der Spindel schaltet das Wendegetriebe selbsttätig
um, und der Gewindebohrer läuft dann genau die gleiche Anzahl Umdrehungen wieder
zurück und bleibt bei Erreichung derselben stehen, worauf sich der Spindelhalter
i aufwärts bewegt und den Spindelteil6 samt dem Gewindebohrer in axialer Richtung
ohne Drehung vom Werkstück abhebt.
-
Die verschiedenen selbsttätig erfolgenden Vorgänge werden in bekannter
Weise durch ein mit der Maschine verbundenes Exzentersystem ausgelöst, das in der
Zeichnung nicht dargestellt ist. Mit dem Exzentersystem läßt - sich auch die Kontaktwalze
einer elektromagnetisch betätigten Sicherheitsvorrichtung kombinieren, die dazu
bestimmt ist, die - verschiedenen Vorgänge, wie Bohren und Gewindeschneiden, in
dem Sinne zu kontrollieren, daß z. B. bei Bruch eines Bohrers oder eines Gewindebohrers
oder auch bei Stumpfwerden eines Gewindebohrers - in welchem Fall er in den Werkstoff
nicht mehr eindringen kann -die Sicherheitsvorrichtung in Aktion tritt und die Maschine
abstellt. Gleichzeitig kann auch ein Signal in Funktion gesetzt werden.
-
Wie erwähnt, ist die Maschine zu diesem Zwecke mit einer rotierenden
Kontaktwalze versehen, die in gegebenen, einstellbaren Momenten die einzelnen Stromkreise,
in welchen die diversen Maschinenelemente liegen, die kontrolliert werden sollen,
mit der Stromquelle in Verbindung bringen, sowie an den Arbeitsstellen mit Kontakten,
die, wenn sie infolge einer der genannten Störungsursachen den ihnen zugeordneten
Stromkreis zur Unzeit schließen, die genannte Sicherheitsvorrichtung in Funktion
setzen und die Maschine abstellen, bevor ein Schaden entsteht.
-
Bei der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung (Fig. 3 bis 5) besitzt
die Druckscheibe 13 einen hülsenförmigen Fortsatz 16 von geringerem Durchmesser
mit einem Ringvorsprung 15 am unteren Ende, der durch die Hülse 16 von der Druckscheibe
distanziert ist.
-
In den Raum zwischen den beiden Scheiben 13 und 15 ragt das freie
Ende einer Kontaktfeder 17 nur so weit, daß sie die Hülse 16 in keinem Moment berühren
kann. Das andere Ende der Feder ist mit einem Träger 18 aus Isolierstoff fest verbunden.
Der Träger ist in einer Bohrung i9 im Spindelhalter i verstellbar gelagert, derart,
daß der Abstand der Feder 17 von der oberen Spindelführung 2 des Spindelhalters
i mittels einer Schraube 2o innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar ist, wodurch
sie früher oder später mit der Kontaktscheibe 15 in Berührung gebracht werden kann,
um den Stromkreis zu schließen. In Fig.3 ist die Phase vor Arbeitsbeginn dargestellt.
Der Gewindebohrer io berührt das Werkstück 14 noch praktisch drücklos, d. h., er
ist lediglich durch das Eigengewicht des unteren Spindelteiles 6 belastet, das aber
nicht ausreicht, um den Gewindebohrer zum Angreifen zu bringen. Deshalb wird der
Spindelhalter i noch weiter gesenkt, bis die obere Spindelführung gegen die Druckscheibe
13 zum Anliegen kommt, diese entgegen dem Druck der Feder i i nach unten drückt
und sie von der unteren Fläche der Kupplung 7 um den Betrag d entfernt (Fig. 4).
Der'Betrag
d wird nicht größer als für das Anschneiden des Gewindes absolut erforderlich gewählt.
Dabei kommt die Kontaktfeder 17, wie ersichtlich, auf der Kontaktscheibe i5 zum
Aufliegen, ohne jedoch den Kontrollstrom einzuschalten, da die obenerwähnte Kontaktwalze
die Verbindung mit der Stromquelle noch unterbrochen hält. Bis dahin hat Stillstand
der Spindel geherrscht. Dies ist jedoch .der Moment, in welchem die Spindel durch
das Getriebe in Drehung versetzt wird, worauf der Gewindebohrer in das Werkstück
eindringt, der untere Spindelteil6 sich senkt, die Strecke d und mithin auch der
zusätzliche Druck der Feder i i gleich Null und die Kontaktscheibe sich von der
Kontaktfeder 17 entfernt. Nun schaltet die Kontaktwalze den Signalstrom ein. Hat
der Gewindebohrer ordnungsgemäß eingeschnitten (Fig. 5), so bleibt der Stromkreis
der Sicherheitsvorrichtung bei 17, 15 offen. War der Gewindebohrer aber schon so
stumpf geworden oder fehlte die Vorbohrung, so daß er nicht in den Werkstoff einzudringen
vermochte, so kann die Kontaktfeder 17 den Stromkreis nicht öffnen, und die Maschine
wird sofort stillgelegt, während gleichzeitig ein Signal in Funktion tritt.
-
Bei der Arbeitsphase gemäß Fig. 3 findet durch die Kontaktwalze eine
erste Kontrolle statt. Ist beim vorhergehenden Arbeitsvorgang aus irgendeinem Grunde
der Gewindebohrer abgebrochen, so senkt sich in dieser Phase der untere Spindelteil
6, so daß die Druckscheibe 13 über die Kontaktfeder 17 den Stromkreis der Sicherheitsvorrichtung
schließen kann.
-
Die Hauptantriebswelle 2r der Maschine ist vertikal angeordnet und
kann unmittelbar mit dem oben befindlichen Motor gekuppelt sein, der in der Zeichnung
nicht dargestellt ist. Mit dem unteren Ende der Welle 21 ist ein großes Zahnrad
22 drehfest verbunden, und darüber ist ein. zweites Zahnrad 23 von gleidhen Abmessungen
wie das erste mit- einer verzahnten Nabe 24 auf der Welle 21 lose aufgesetzt. Mit
der verzahnten Nabe steht eine als -Pleuelstange ausgebildete Zahnstange 25 beständig
im Eingriff. Das eine Ende der Zahnstange 25 ist auf dem Kurbelzapfen 26 eines Kurbelarmes
27 j drehbar gelagert. Die Länge des Kurbelarmes ist variabel, indem der Kurbelzapfen
26 mit demselben verstellbar verbunden ist. Die Achse 28, auf welcher die Kurbel
27 dreht, ist parallel zur Welle 2i mit dem Maschinengehäuse verbunden.
-
Die Nabe der Kurbel 27 weist eine zur Achse 28 konzentrische Scheibe
29 und gleichachsig dazu eine zweite Scheibe 3o auf, die mit der Scheibe 29 drehfest
verbunden und über einen kurzen Weg von vielleicht i bis 3 mm axial verschiebbar
ist. Zwischen den Scheiben; 29@ und 30 ist ein Zahnkranz 31 konzentrisch
zur Achse 28 lose eingelegt und auf der Peripherie einer der -Scheiben zentriert.
Zwischen den beiden Scheiben 29 und 30 kann auch eine Druckfeder eingelegt werden,
die das Bestreben hat, beide Scheiben voneinander zu distanzieren. Der Zahnkranz
31 hat einen nach innen vorspringenden Rand, gegen den .die Scheiben 29 und
30 sich anlegen und eine Reibungskupplung bilden können. Der Zahnkranz 31
steht zudem über ein Vorgelege 32 mit einem Zahnkolben 33 der Welle 21 in Wirkverbindung
und wird zwangläufig von diesem angetrieben. Zur Erzeugung des axialen Kupplungsdruckes
zwischen den Scheiben 29 und 30 und dem Zahnkranz 3z, um in einem gegebenen
Moment die Kurbel 27 in Umdrehung zu versetzen, ist mit ihrer Nabe als zentrales
.Haltestück eine dritte Scheibe 34 fest verbunden, in welcher eine Anzahl Druckschrauben
35 drehbar eingeschraubt ist. Die jeweiligen Drehbewegungen dieser Druckschrauben
sind synchronisiert, indem ihre Köpfe als Zahnräder verzahnt und alle gleichzeitig
mit einem zur Kurbelachse konzentrischen, auf der Kurbelnabe lose aufgesetzten Zahnrad
36 in ständigem Eingriff sind. Mit dem Zahnrad sind in der Zeichnung nicht dargestellte
Mittel verbunden, mittels welcher es bei Bedarf in der einen oder anderen Richtung
gedreht werden kann, um die Reibungskupplung zu betätigen.
-
Bei eintretendem Reibungsschluß zwischen dem Zahnkranz 31 einerseits
und den Kupplungsscheiben 29 und 3o anderseits wird die Kurbel 27 von der Welle
2 1. über den Zahnkolben 33 und das Vorgelege 32 in Drehung versetzt und bewirkt
dadurch, daß dem Zahnrad23 über die schwingende Zahnstange 25 und die verzahnte
Nabe 24 eine oszillierende Bewegung erteilt wird.
-
Die oszillierende Bewegung des Zahnrades 23 wird für das selbsttätige
Gewindeschneiden benötigt, während zum Bohren der Löcher die kontinuierlich rotierende
Scheibe 22 verwendet wird. Zu diesem Zwecke kann auf einem zur Hauptantriebswelle2i
koaxialen Kreis eine AnzahlBohrspindeln 5, 6 parallel zur Welle 2 1 angeordnet sein,
die je nach Bedarf zum Bohren oder Gewindeschneiden verwendet werden. Zu diesem
Behuf sind in dem benachbarten Gehäuseteil auf dem genannten Kreis kurze Wellen
37 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Das obere Ende jeder Welle 37 ist mit
einem Zahnrad 38 drehfest verbunden, das durch axiales Verschieben der Welle mit
einem der beiden Zahnräder 22 oder 23 in Eingriff gebracht werden kann. Das untere
Ende jeder Welle 37 trägt einen Kupplungsteil 39, mit welchem je eine Bohrspindel
5, 6 gekuppelt ist. So ist es möglich, je nach der vorgesehenen Bearbeitungsoperation,
sämtliche Spindeln zum Bohren oder zum Gewindeschneiden zu verwenden, wobei beispielsweise
ein zur Welle 2i koaxialer, drehbarer Maschinentisch zum Aufspannen einer Serie
Werkstücke zur Verwendung gelangen kann. Es ist aber ebenfalls möglich, beispielsweise
jede zweite Bohrspindel 5, 6 mit dem Zahnrad 22 und die übrigen mit dem Zahnrad
23 in Verbindung zu bringen, so daß auf der gleichen Maschine gleichzeitig gebohrt
und Gewinde geschnitten wird. Dies ermöglicht, eine große serienmäßige Produktion
durch fortlaufendes Auflegen von Werkstücken auf die Haltevorrichtungen des rotierenden
Maschinentisches zu erzielen, in ,die dann vermittels, einer speziellen, nicht gezeichneten
Vorschubvorrichtung,
die mit den einzelnen Bohrspindeln in Verbindung
gebracht wird, abwechselnd Löcher gebohrt und Gewinde geschnitten werden können.
-
Das Umschalten der Zahnräder 38 vom Zahnrad 22 auf das Rad 23, und
umgekehrt, erfolgt von Hand im Stillstand der Maschine.
-
Die Gewindetiefe bzw. die Anzahl Gewindegänge, die in die Löcher eingeschnitten
werden sollen, kann durch Variierung der Länge des Kurbelarmes 27 genau eingestellt
werden.