EP4010147A1 - Tiefbohrmaschine - Google Patents

Tiefbohrmaschine

Info

Publication number
EP4010147A1
EP4010147A1 EP20747382.8A EP20747382A EP4010147A1 EP 4010147 A1 EP4010147 A1 EP 4010147A1 EP 20747382 A EP20747382 A EP 20747382A EP 4010147 A1 EP4010147 A1 EP 4010147A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
spindle
magazine
drilling
spindles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20747382.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan WOLF
Daniel Bross
Jörg Schmauder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
Original Assignee
TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102019211997.2A external-priority patent/DE102019211997A1/de
Priority claimed from DE202019104405.5U external-priority patent/DE202019104405U1/de
Application filed by TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG filed Critical TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
Publication of EP4010147A1 publication Critical patent/EP4010147A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/157—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools
    • B23Q3/15786—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools a plurality of tools being inserted simultaneously in a plurality of spindles directly from a storage device, i.e. without using transfer devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B39/00—General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines
    • B23B39/16—Drilling machines with a plurality of working-spindles; Drilling automatons
    • B23B39/161—Drilling machines with a plurality of working-spindles; Drilling automatons with parallel work spindles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B41/02—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for boring deep holes; Trepanning, e.g. of gun or rifle barrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q39/00—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation
    • B23Q2039/002—Machines with twin spindles

Definitions

  • the invention relates to a deep drilling machine according to the preamble of claim 1.
  • Deep drilling - also known as deep hole drilling - is a special drilling method that is used primarily to produce holes with a diameter of 0.5 mm to 1,500 mm at a depth of more than three times the diameter. By means of deep drilling, very deep holes with a depth / diameter ratio greater than 200 can be produced.
  • a continuous supply of coolant under pressure and a steady chip evacuation without chip removal is characteristic of deep drilling. This means that even deep bores can be made in one pass using the deep drilling method, and the drill does not have to be removed from the bore in between to remove the chips.
  • Another characteristic of deep drilling is that deep drilling tools guide themselves in the bore in order to avoid the bore running out of the intended direction of the bore axis.
  • a deep hole drilling machine is a machine tool specially designed for deep hole drilling.
  • a generic deep drilling machine has a machine bed which carries a linear guide system. With a horizontal deep drilling machine, this is aligned horizontally.
  • a tool spindle unit is guided in a linearly movable manner on the linear guide system. Due to the required output in many applications, multi-spindle deep hole drilling machines are used for the simultaneous machining of several similar workpieces.
  • the tool spindle unit in generic deep hole drilling machines therefore has two or more axially parallel tool spindles, each of which can be rotated around a horizontal spindle axis by means of a spindle drive and a tool holder for holding a drilling tool (e.g. deep drilling tool, pilot drill, twist drill, countersink).
  • a generic deep drilling machine thus belongs to the class of multi-spindle horizontal deep drilling machines.
  • Deep drilling machines of the type considered here have a workpiece holding unit which can perform different tasks depending on the drilling method.
  • the workpiece receiving unit can guide bushings for guiding drilling tools Bear drilling.
  • the workpiece holding unit can be equipped with workpiece holders for holding one workpiece per tool spindle.
  • the guide bushing is omitted and only one feed-through opening is provided for guiding the drilling tool through. In either case is one
  • Feed-through opening for passing the drilling tool and on the
  • a structure On the side facing away from the tool spindle unit, a structure is provided which comes into contact with a workpiece and supports and / or holds it or in some other way co-determines its position, e.g. as an axial stop.
  • Multi-spindle deep hole drilling machines with a tool changing system for the automatable changing of drilling tools on the tool spindles are known.
  • EP 0 141 152 B1 discloses one equipped with two tool spindles
  • Tool magazine which is permanently arranged outside the area between the tool spindle unit and a drill bushing carrier.
  • a pivotable change arm is provided which is provided with two gripping pliers corresponding to the two tool spindles.
  • the receiving positions of a tool magazine depicted in the figure are arranged along a cylindrical surface like a drum turret.
  • a magazine is described in which the receiving spaces are arranged in different positions one above the other.
  • DE 199 38 856 A1 discloses a deep drilling device which comprises two horizontally aligned tool spindles lying vertically one above the other and a tool magazine. This is fixed to the frame next to the tool spindle unit on a vertical support plate on the edge of the machine bed. The tool magazine is accessible by moving the tool spindle unit. This can be moved horizontally on horizontal rails that run perpendicular to the spindle axes.
  • the tool change system should offer a cost-effective way of extending the unmanned machine running time.
  • the invention provides a deep drilling machine with the features of claim 1.
  • Advantageous further developments are given in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the content of the description by reference.
  • the deep hole drilling machine has a machine bed that carries a linear guide system.
  • a tool spindle unit is arranged on the linear guide system so that it can be moved linearly in a horizontal direction.
  • the tool spindle unit has two or more tool spindles which can be rotated about parallel, horizontal spindle axes.
  • the spindle axes lie at a spindle distance from one another in a common spindle plane. Variants are possible in which the spindle plane is aligned horizontally, so the spindle axes are arranged next to one another in a common horizontal spindle plane.
  • the tool spindles can also be arranged vertically one above the other, so that the spindle plane is oriented vertically.
  • Each of the tool spindles has a tool holder at a free end for receiving a drilling tool.
  • the tool holder is designed so that an automated tool change on the tool spindle is possible.
  • the drilling tools must be clamped in such a way that the tool axis runs coaxially to the respective spindle axis.
  • the deep drilling machine furthermore has a workpiece receiving unit which has a feed-through opening for each of the tool spindles for passing the drilling tool or part of the drilling tool through and a structure provided for contact with the workpiece on the side facing away from the tool spindle unit.
  • the workpiece holding unit can fulfill different tasks or be designed differently in terms of its construction.
  • One possible task is to hold guide bushes or workpiece holders.
  • the workpiece holding unit can thus also be designed as a drill bushing carrier or drilling oil supply device.
  • the workpiece holder unit can also have only one workpiece holder with through-holes in the pilot drilling method.
  • the workpiece receiving unit can have a stop surface which serves as an axial stop for the workpiece to be drilled and defines its axial position.
  • a part of the drilling tool provided for penetration into the workpiece can be used be introduced through the through opening into the workpiece received, held or supported on the workpiece receiving unit.
  • a tool change system for the automatable changing of drilling tools on the tool spindles.
  • the tool changing system has a tool magazine which has a plurality of receiving locations for one drilling tool in each case.
  • the receiving spaces serve as predefined storage spaces for one drilling tool in each case, in order to keep it in a position suitable for a tool change within the tool magazine.
  • the tool magazine has at least two groups of receptacles.
  • Each receiving location group comprises a number of receiving locations corresponding to the number of tool spindles, which are arranged at a distance from one another corresponding to the spindle spacing.
  • the tool magazine can be moved back and forth between a change position in the area between the tool spindle unit and the workpiece receiving unit and a rest position or neutral position outside this area. These movements are drive-controlled. They can thus be generated automatically by the machine control or the control unit of the deep hole drilling machine.
  • the change position is characterized in that in the change position the receiving positions of a selectable group of receiving positions are arranged coaxially to the spindle axes of the tool spindles.
  • a special feature of this configuration is that the tool magazine itself, i.e. the device that contains the mounting locations for the drilling tools, can be moved into the area between the tool spindle unit and the workpiece mounting unit or into the travel area of the tool spindles carried by the tool spindle unit in such a way that an immediate Transfer of drilling tools between the respective tool spindles and the receiving locations of the tool magazine can take place. There is therefore a direct transfer between the tool spindle and the tool magazine, like with a pick-up changer.
  • the tool magazine is in the change position and fresh (ie new or reconditioned) drilling tools are received in the receiving positions of the selected receiving position group, these can be transferred directly to the tool adapters of the tool spindles by moving the tool spindle unit so far to The tool magazine moves forward until a tool clamping element located at the tool end engages in the tool holder provided for this purpose on the tool spindle and can be clamped there.
  • drilling tools to be exchanged can be transferred directly to the tool magazine in the changing position if empty receiving spaces are arranged coaxially to the spindle axes and the tool spindle unit is advanced so far in the direction of the tool magazine that the drilling tools can be introduced directly into the receiving spaces before the drilling tools can be removed from the tool spindles are relaxed and thus released.
  • the drilling tool change can be carried out simultaneously on all spindles, which enables a quick tool change on several tool spindles of the multi-spindle deep hole drilling machine.
  • the tool spindle unit only needs the degrees of freedom of movement offered by the linear guide system in order to advance in the direction of the tool magazine so far that the tool change process can take place. Degrees of freedom of movement perpendicular to this are not necessary and preferably also not provided.
  • the concept proposed here offers the possibility of providing a simple tool changer for a multi-spindle horizontal deep drilling machine with only one linear axis in the tool spindle unit for generating the drilling feed.
  • all of the receiving spaces of the tool magazine are arranged next to one another in a common plane.
  • a relatively simple construction of the tool magazine can thereby be realized.
  • a simple linear displacement of the tool magazine which is relatively easy to implement in terms of design and control, is sufficient for a change between the receiving positions from different groups of receiving positions. With appropriate grouping of the receiving places, very short displacement paths can be realized in order to switch between the receiving places of different receiving place groups. This also favors a quick tool change.
  • the reception places of the reception place groups are preferably nested in one another such that between two first reception places belonging to a first reception place group there is at least one second reception place belonging to a second reception place group.
  • all of the receiving locations of the tool magazine are nominally identical to one another, so that they are adapted to the receiving of mutually identical or similar deep drilling tools which have identically or essentially identically dimensioned tool clamping elements. This can be, for example, follow-up tools, basic drilling tools, but also conventional beveling tools.
  • the tool changing system has a movably mounted magazine carrier device which carries the tool magazine, the tool magazine being mounted so as to be linearly displaceable relative to a carrier element of the magazine carrier device and being movable into different working positions with respect to the carrier element by means of a magazine drive.
  • the magazine drive is preferably also carried by the magazine carrier device, so it can be moved together with the tool magazine.
  • the movement of the magazine carrier device is preferably implemented via its own drive, so that the movement can be controlled via the control unit of the deep drilling machine.
  • the tool magazine By moving the magazine carrier device, the tool magazine can be moved into or out of the area between the tool spindle unit and the workpiece receiving unit. Independently of this, the tool magazine can be linearly displaced in relation to the carrier element of the magazine carrier device, in order, for example, when the magazine carrier device is located in the area between the tool spindle unit and the workpiece holder unit, to move the tool magazine into the holder locations of a desired holder location group via a relatively short linear displacement To bring spindle axes coaxial position or to remove from it.
  • two independently controllable drives and thus two independently controllable movements are provided in this embodiment, namely on the one hand the movement of the magazine carrier device or its carrier element and on the other hand the movement of the tool magazine relative to the carrier element.
  • the carrier element of the magazine carrier device is designed as a carrier element which can be pivoted about a pivot axis, so that the movements of the carrier element are rotational movements.
  • a quick change between different operating positions of the carrier element can be implemented, and on the other hand, such an implementation requires relatively little installation space in the area next to the linear guide system.
  • the deep drilling machine is designed so that the horizontal tool spindles are next to each other (i.e.
  • the carrier element can be moved back and forth between a horizontal position and an upright position or vertical position, with the receiving positions of the tool magazine being in the spindle plane and in the horizontal position erected position, the travel path of the tool spindle unit in the direction of the workpiece receiving unit is free, so that the feed of the tool spindle unit required for the deep drilling operation can be carried out.
  • the carrier element of the magazine carrier device can be designed as a carrier element which is linearly movable in a direction of displacement, the direction of displacement running perpendicular to the spindle axes, in particular perpendicular to the spindle plane.
  • Variants with a pivotable support element are generally less complex in terms of construction and have the advantage that only little installation space is required in the area of the components of the tool changing system.
  • the tool change system offers a cost-effective way of extending the unmanned machine running time.
  • the tool magazine has only two groups of receiving locations.
  • the tool changing system can change not only nominally identical sister tools, but also similar, i.e. non-identical drilling tools, for example, in order to increase the drilling depth through subsequent operations.
  • a longer drill can be exchanged for the same Drilling to increase the drilling depth.
  • special tools can also be inserted and exchanged, which, for example, can produce a special drilling base.
  • the advantages of the tool change system come into play particularly when, as part of a tool change, only the drilling tool, but not other tool-dependent components, such as drill bushings and / or tool rests, have to be changed.
  • a preferred application of the tool changing system is, for example, the so-called immersion method, which is characterized in that the tool holder of the tool spindle dips into a specially adapted immersion bushing on the workpiece holder unit. In such deep drilling processes, neither tool rests nor replaceable sealing disks or other workpiece-dependent components are required.
  • the deep drilling machine has a casing that must be closed during the active drilling operation in order to protect the environment from being impaired by noise, cooling lubricant and against hazards caused by interference in the drilling process.
  • there is a separate intermediate door in the cladding in the area of the tool change system which is designed so that the tool magazine can move outwards through the intermediate door when it moves from the change position to the rest position, so that the tool magazine in the rest position outside the is arranged by the cladding enclosed space. After closing the intermediate door, the drilling operation can be started, while at the same time the tool magazine can be unloaded and / or loaded for the next drilling process by an operator.
  • FIG. 1 shows an oblique perspective partial view of a deep drilling machine according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view with mechanical components of the tool changing system of the exemplary embodiment
  • 3A, 3B show different positions of the workpiece spindle unit in relation to the tool changing system
  • 4 to 16 show different phases of an automatic tool change with the aid of the tool change system.
  • the deep drilling machine 100 is designed as a two-spindle horizontal deep drilling machine.
  • the deep drilling machine 100 has a machine bed 102 which is several times longer in the longitudinal direction (z-direction of the machine coordinate system MKS) than in the transverse direction running perpendicular thereto (x-direction of the machine coordinate system).
  • a linear guide system with two guide rails 104-1, 104-2 parallel to one another is attached to the top of the machine bed.
  • the linear guide system carries a tool spindle unit 110 which, with the aid of an electromechanical drive, can be moved horizontally in the longitudinal direction of the deep drilling machine in a controlled manner over a movement range on the linear guide system.
  • the tool spindle unit 110 has exactly two tool spindles, namely a first tool spindle 112-1, which is closer to the operating side, and a second tool spindle 112-2.
  • the tool spindles are each rotated around their respective spindle axis (first spindle drive) by means of their own spindle drive 113-1, 113-2
  • Spindle axis 115-1 or second spindle axis 115-2) are rotatable.
  • the horizontally extending spindle axes lie in a common, horizontal spindle plane at a spindle distance 117 from one another.
  • Each of the tool spindles has a tool holder 116-1, 116-2 at its free end for holding a drilling tool, in particular a deep drilling tool.
  • the tool holders allow an automatic tool change and for this purpose have automatically actuatable clamping devices which are controlled via the control unit 190 of the deep drilling machine.
  • a workpiece holding unit 130 in the form of a drill bushing carrier 130 is provided at a distance in front of the tool spindle unit 110.
  • the workpiece receiving unit 130 is fixedly mounted on the machine bed 102, that is to say it cannot be moved linearly.
  • the workpiece receiving unit 130 or the drill bushing carrier 130 has its own for each of the tool spindles on the side facing away from the tool spindle unit 110 Workpiece receptacle 136-1, 136-2, in each of which a section of a workpiece to be drilled can be received with a defined position.
  • the workpiece receiving unit 130 furthermore has a lead-through opening for each of the spindle axes for the passage of the drilling tool received on the tool spindle or a section of this drilling tool, which can then penetrate the workpiece being held. Since the structure and function of drill bushing supports or similar devices, such as drilling oil supply apparatus, are known to the person skilled in the art, a more detailed description is dispensed with here.
  • the deep drilling machine is designed to receive the workpieces to be drilled in each case at two opposite end sections so that the sections of the workpieces to be provided with a deep hole are coaxial with the spindle axes.
  • a counter-holding unit 120 is provided at a further distance from the tool spindle unit 110.
  • the counter-holding unit 120 is mounted on a slide that can be moved linearly on the guide rails 104-1, 104-2 of the linear guide system, so that the distance between the workpiece holding unit 130 and the counter-holding unit 120 is continuously adjustable. This means that the deep hole drilling machine can be easily adapted to different workpiece dimensions and tool types.
  • the counter-holding unit 120 has a workpiece spindle for each of the tool spindles, which is rotatably supported within a headstock coaxially to the associated spindle axis 115-1, 115-2.
  • Each of the workpiece spindles can be rotated about its spindle axis with the aid of its own spindle drive 123-1, 123-2, the spindle drives being controllable with regard to the rotational speed and direction of rotation and position.
  • Each of the workpiece spindles has a workpiece holder on the side facing the tool spindle unit 110 or the workpiece receiving unit 130, each of which is provided to receive and clamp an end section of a workpiece remote from the tool.
  • chucks are used for workpiece clamping instead of the workpiece holders.
  • clamping devices for workpiece clamping can also be set up on the linear guide 104-1 and 104-2.
  • the workpiece receiving unit 130 can be used as an axial stop for the workpiece.
  • the deep drilling machine 100 is designed for a fully automated tool change.
  • a tool change system is an essential part of the automation equipment 200 for the automatable changing of drilling tools on the tool spindles 112-1, 112-2.
  • FIG. 2 shows a detailed view from which the basic structure of mechanical components of the tool changing system of the exemplary embodiment can be seen particularly well.
  • the tool change system 200 comprises a base element 210 which is mounted laterally on the machine bed 102 on its operator side and which in the example has two vertical supports 211 which are connected to one another via horizontal struts.
  • the base element 210 carries a pivotable assembly 220 which can be pivoted in a numerically controlled manner between the vertical position shown in FIG. 2 and a horizontal position shown in FIG. 1, for example, with the aid of a numerically controlled pivot drive (not shown).
  • the pivoting movement takes place about a pivot axis 222 which is aligned parallel to the guide rails 104-1, 104-2 of the linear guide system, that is, parallel to the z-direction of the machine coordinate system.
  • the pivotable assembly 220 comprises a magazine carrier device 230 with a support element 225 in the form of a hydrofoil, which is fastened to a shaft 226 that is rotatable about the pivot axis 222.
  • a tool magazine 250 is mounted on the underside of the carrier element 225 visible in FIG. 2.
  • the tool magazine can be moved linearly relative to the carrier element 225 along guide rails attached to the underside of the carrier element perpendicular to the z-axis of the machine coordinate system (see double arrow).
  • a hydraulic magazine drive 259 is mounted on the carrier element 225, which allows the tool magazine 250 to be moved linearly between two different working positions in relation to the carrier element 225.
  • the carrier element 225 and the other devices of the pivotable assembly 220 provided for carrying the tool magazine 250 together form a magazine carrier device 230.
  • the tool magazine 250 has a plurality of receiving spaces for one drilling tool in each case.
  • exactly four receiving spaces that are essentially identical to one another are provided, namely exactly two per tool spindle.
  • the receiving locations 252-1 and 253-1 arranged closer to the pivot axis 222 are assigned to the first tool spindle 112-1.
  • the receiving locations 252-2 and 253-2, which are arranged further away from the pivot axis 222, are assigned to the second tool spindle 112-2, which is closer to the rear of the deep drilling machine.
  • the receiving spaces form two receiving space groups 252 and 253. Each of these receiving space groups has a number of receiving spaces corresponding to the number of tool spindles, two in each case in the example.
  • the receiving spaces 252-1 and 252-2 of the first receiving space group 252 or their central axes lie exactly at the spindle distance 117 from one another.
  • the receptacles are nested in one another in such a way that one receptacle of another receptacle group lies between the two receptacles of a receptacle group.
  • the receiving space 253-1 of the second receiving space group 253 lies between the two receiving spaces 252-1, 252-2 of the first receiving space group.
  • the lateral distance 255 of the two receiving positions of the different receiving position groups assigned to a tool spindle is therefore only a fraction of the spindle distance, for example less than half or less than a third of the spindle distance.
  • All of the receiving positions of the tool magazine 250 are arranged next to one another in a single, common plane, this plane extending parallel to the plane that spans the carrier element 225.
  • the receiving positions of the tool magazine 250 are designed to receive drilling tools (generally reference number 270), each of which is designed for drilling in the plunge process.
  • Each of the drilling tools has a tool receiving sleeve 270-1 at its end facing the tool spindle. This has a cylindrical outer contour and, at its end on the tool spindle side, has an interface for the tool holder in the tool spindle. The interface for the actual deep drilling tool is made at the opposite end. The deep drilling tool with its clamping interface is completely clamped into the tool holder. Only the drill shank 270-2 and the drill head 270-3 attached to it thus protrude from the tool-receiving sleeve.
  • Each receiving space has a partially cylindrical inner contour, the inner diameter of which essentially corresponds to the outer diameter of the tool receiving sleeve 270-1, so that a clamping section of a drilling tool inserted in the longitudinal direction into a receiving space fits into the receiving space essentially without play.
  • the receiving structure On the side facing away from the carrier element 225, the receiving structure is open on one side and forms a passage 254, the clear width of which is greater than the outer diameter of the drill shank of the drilling tool.
  • the tool spindle unit 110 can be moved between different operating positions along the guide rails 104-1, 104-2 of the linear guide system with the aid of the associated electromechanical drive. 1 shows the tool spindle unit 110 in a retracted position in which the distance from the tool receiving unit 130 is at a maximum. This position is also shown in FIGS. 4 and 5, for example.
  • 3A shows the tool spindle unit 110 in a position in which the cylindrical interfaces of the tool receiving sleeves held in the tool receptacles lie outside of the receptacle locations, while the drill shank passes through the
  • Magazine carrier device 230 possible. This position is also referred to as the pre-position and is also shown in Fig. 7, for example.
  • FIG. 3B shows the tool spindle unit 110 in an advanced position that allows tool clamping, i.e. a direct takeover or transfer of a drilling tool between the tool spindle unit 110 and the tool magazine 250.
  • the magazine carrier device 230 must be in its horizontal position.
  • the tool holding sleeves 270-1 of the drilling tools to be exchanged or to be exchanged are located in the associated holding positions. This position is also referred to as the transfer position and is also shown in Fig. 6, for example.
  • FIG. 9 shows a configuration in which the tool spindle unit 110 is advanced even further in the direction of the tool receiving unit 130.
  • the tool spindle unit is advanced so far that the drill shank with the drill tip of each of the drilling tools is passed through the passage opening in the workpiece receiving unit 130 and is located directly in front of the workpiece to be machined.
  • the components of the tool changing system 220 do not hinder this movement of the tool spindle unit 110 when the pivotable assembly 220 or the magazine carrier device 230 is in the upright or vertical position, as shown in FIG. 4 or 9, for example is.
  • the tool magazine 250 is also located outside the travel range of the tool spindle unit 110 in its rest position.
  • the tool magazine 250 is folded or pivoted into the travel range of the tool spindle unit 110 in such a way that the The center axes of the receiving positions all lie in the horizontal spindle plane spanned by the spindle axes 115-1, 115-2.
  • the receiving positions can then be moved horizontally within the spindle plane.
  • the tool magazine 250 can be brought into a change position in which the receiving locations of a selected receiving location group are arranged coaxially to the spindle axes 115-1, 115-2 of the tool spindles. If this is the case, a tool change can take place through immediate transfer or takeover of tools and tool spindles.
  • the pivotable assembly 220 or the magazine carrier device 230 is pivoted from the upright position or vertical position into the horizontal position in which the drilling tools held by the tool magazine are now arranged in the spindle plane between the tool spindle unit 110 and the tool holding unit 130 ( Fig. 5).
  • the tool magazine is in its end position closer to the pivot axis and the receiving spaces 253-1, 253-2 of the second receiving space group 253 are arranged coaxially to the spindle axes 115-1, 115-2.
  • the tool spindle unit 110 then moves forward in the direction of the tool magazine 250 and the tool spindles take up a set of fresh drilling tools with their tool holder designed for an automatic tool change. Those drilling tools which are held in the receiving locations 253-1, 253-2 that are coaxial with the spindle axes 115-1, 115-2 of the tool spindle unit 110 are taken over. The lateral distance 255 to the adjoining receiving places of the other receiving place group 252 is so great that a collision with the there recorded tools is excluded. In the example of FIG. 6, the drilling tools are picked up which are located in the receiving positions of the second receiving position group 253-1, 253-2.
  • the tool spindle unit 110 then moves back into a retracted position at least so far that the tool receptacle sleeves of the tools completely disengage from the receptacle locations, so that a section of the drill shaft is now located in the area of the receptacle locations (FIG. 7).
  • This constellation is also shown in FIG. 3A.
  • the drilling tools clamped on the tool spindles can now be used to drill holes in many workpieces in succession.
  • the workpieces can be automatically exchanged and exchanged using suitable workpiece changing devices.
  • the tool spindle unit only needs to be withdrawn so far that a workpiece change is possible.
  • the cutting ability of the drilling tools gradually deteriorates due to wear, so that a tool change becomes necessary.
  • the right point in time for a tool change can, for example, be carried out after a predetermined number of bores or on the basis of measured values that allow statements about the state of wear of the drilling tools.
  • the tool spindle unit 110 is pulled back so far behind the area of the tool changing system 200 that the pivotable assembly 220 can be pivoted back into its horizontal position.
  • the tool spindle unit 110 is to be retracted at least to the pre-position (cf. FIG. 8) (FIG. 10).
  • the pivotable assembly 220 with tool magazine 250 is then pivoted back into the horizontal position (FIG. 11).
  • the tool spindle unit 110 is then advanced so far (in the direction of the drill bushing carrier 130) that the tool receiving sleeves of the worn drilling tools are reinserted into their receiving positions and taken over there (FIG. 12).
  • the worn tools are then released by the actuatable clamping devices of the tool holders on the tool spindles.
  • the tool spindle unit 110 In order to bring a set of fresh drilling tools into the coaxial positions with the now empty tool spindles, the tool spindle unit 110 first moves back and releases the tool-receiving sleeves. In this situation, both sets of drilling tools are in the tool magazine. The worn tools are initially still coaxial with the spindle axes, while the new drilling tools to be exchanged are located laterally next to them.
  • the new drilling tools are now moved by a short linear movement of the tool magazine 250 (see arrow in FIG. 13) relative to the carrier element 225 into their changing position coaxially to the spindle axes. Little time is needed for this short transverse movement.
  • the tool spindle unit 110 then moves up to the tool change magazine and takes the new drilling tools into the tool holders of the tool spindles.
  • the tool spindle unit 110 then moves back into a retracted position (FIG. 14) so far that the pivotable assembly 220 can be pivoted from the horizontal into the vertical position (FIG. 15).
  • the tool spindle unit with the new drilling tools can be advanced in the direction of the drill bushing carrier 130 and the subsequent deep drilling operations can be carried out with the aid of the freshly exchanged drilling tools (FIG. 16). After completion of these deep drilling operations and the corresponding wear of the drilling tools, the second set of deep drilling tools clamped in the tool spindles is also worn out.
  • the situation is now such that the pivotable assembly 220 with the tool magazine 250 is in a vertical position, with a set of worn drilling tools already being located in the tool magazine 250.
  • the tool spindle unit 110 is now brought into its set-back position in which the pivotable assembly 220 can be pivoted in again.
  • the pivotable assembly with the tool magazine is then pivoted into the horizontal position.
  • the tool spindle unit 110 then moves forward to the tool magazine 250 and transfers the worn drilling tools.
  • Both sets of worn drilling tools are now in the tool magazine 250 of the tool changing system 200.
  • the tool spindle unit 110 is then moved back so that the pivotable assembly 220 can be pivoted into the vertical position again.
  • one variant provides that the deep drilling machine is stopped, a protective door is opened and the drilling tools are changed manually and the tool magazine is equipped with fresh drilling tools.
  • the deep drilling machine can also be expanded with a separating protective device so that the drilling tools in the tool magazine can be exchanged at the same time.
  • This parallel change takes place when the first set of tools is worn out and the second set of tools is being used. If more than two mounting positions are installed per spindle and equipped with the same tools, all worn tools are changed during machining with the last tool set.
  • the magazine can, however, be equipped with different tools per spindle instead of sister tools. A sequence of different drilling operations on a workpiece can then be carried out one after the other.

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Abstract

Eine Tiefbohrmaschine (100) umfasst ein Maschinenbett (102), das ein Linearführungssystem trägt, eine Werkzeugspindeleinheit (110), die auf dem Linearführungssystem linear verfahrbar ist und wenigstens zwei Werkzeugspindeln aufweist, die um zueinander parallele horizontale Spindelachsen (115-1, 115-2) drehbar sind, welche in einem Spindelabstand zueinander in einer Spindelebene liegen, wobei jede der Werkzeugspindeln eine Werkzeugaufnahme (116-1, 116-2) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (270) aufweist. Weiterhin ist eine Werkstückaufnahmeeinheit (130) vorgesehen, die für jede der Werkzeugspindeln eine Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des Bohrwerkzeugs sowie an der der Werkzeugspindeleinheit (110) abgewandten Seite eine zum Berührungskontakt mit dem Werkstück vorgesehene Struktur aufweist. Weiterhin ist ein Werkzeugwechselsystem (200) zum automatisierbaren Wechseln von Bohrwerkzeugen an den Werkzeugspindeln vorgesehen, wobei das Werkzeugwechselsystem ein Werkzeugmagazin (250) mit einer Vielzahl von Aufnahmeplätzen für jeweils ein Bohrwerkzeug aufweist. Das Werkzeugmagazin (250) weist wenigstens zwei Aufnahmeplatz-Gruppen auf, wobei jede Aufnahmeplatz-Gruppe eine der Anzahl der Werkzeugspindeln entsprechende Anzahl von Aufnahmeplätzen umfasst, die in einem dem Spindelabstand entsprechenden Abstand zueinander angeordnet sind. Das Werkzeugmagazin (250) ist zwischen einer Wechselposition im Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit (110) und Werkstückaufnahmeeinheit (130) und einer außerhalb eines Verfahrbereichs der Werkzeugspindeleinheit (110) liegenden Ruheposition bewegbar, wobei in der Wechselposition die Aufnahmeplätze einer auswählbaren Aufnahmeplatz-Gruppen koaxial zu den Spindelachsen (115-1, 115-2) der Werkzeugspindeln angeordnet sind.

Description

Tiefbohrmaschine
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Tiefbohrmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Tiefbohren - auch Tieflochbohren genannt - ist ein spezielles Bohrverfahren, das vor allem zur Herstellung von Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 1.500 mm bei einer Tiefe von mehr als dem Dreifachen des Durchmessers eingesetzt wird. Mittels Tiefbohren können sehr tiefe Bohrungen mit einem Tiefe/Durchmesser-Verhältnis größer 200 hergestellt werden.
Für das Tiefbohren charakteristisch ist eine kontinuierliche Kühlschmierstoffzufuhr unter Druck und eine stetige Spanabfuhr ohne Ausspanhübe. Dies bedeutet, dass auch tiefe Bohrungen durch das Tiefbohrverfahren in einem Durchgang gefertigt werden können, und der Bohrer nicht zwischendurch zum Beseitigen der Späne aus der Bohrung entfernt werden muss. Ein weiteres Charakteristikum des Tiefbohrens besteht darin, dass sich Tiefbohrwerkzeuge selbst in der Bohrung führen, um zu vermeiden, dass die Bohrung aus der beabsichtigten Richtung der Bohrungsachse verläuft.
Eine Tiefbohrmaschine ist eine speziell für das Tiefbohren ausgelegte Werkzeugmaschine. Eine gattungsgemäße Tiefbohrmaschine hat ein Maschinenbett, welches ein Linearführungssystem trägt. Bei einer Horizontal-Tiefbohrmaschine ist dieses horizontal ausgerichtet. Auf dem Linearführungssystem ist eine Werkzeugspindeleinheit linear verfahrbar geführt. Aufgrund der geforderten Ausbringleistung bei vielen Anwendungen kommen mehrspindlige Tiefbohrmaschinen zur gleichzeitigen Bearbeitung von mehreren gleichartigen Werkstücken zum Einsatz Die Werkzeugspindeleinheit hat daher bei gattungsgemäßen Tiefbohrmaschinen zwei oder mehr achsparallele Werkzeugspindeln, die jeweils mittels eines Spindelantriebs um eine horizontale Spindelachse drehbar sind und eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (z.B. Tiefbohrwerkzeug, Pilotbohrer, Wendelbohrer, Senker) aufweisen. Eine gattungsgemäße Tiefbohrmaschine gehört somit zur Klasse der mehrspindligen Horizontal- Tiefbohrmaschinen.
Tiefbohrmaschinen der hier betrachteten Art weisen eine Werkstückaufnahmeeinheit auf, die je nach Bohrverfahren unterschiedliche Aufgaben erfüllen kann. Einerseits kann die Werkstückaufnahmeeinheit Führungsbuchsen zur Führung von Bohrwerkzeugen beim Anbohren tragen. Andererseits kann die Werkstückaufnahmeeinheit auf der der Werkzeugspindeleinheit abgewandten Seite mit Werkstückaufnahmen zum Aufnehmen jeweils eines Werkstücks pro Werkzeugspindel ausgerüstet sein oder werden. Beim Tiefbohren mit Pilotwerkzeug entfällt die Führungsbuchse und es wird lediglich eine Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des Bohrwerkzeugs vorgesehen. In jedem Fall ist eine
Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des Bohrwerkzeugs sowie an der der
Werkzeugspindeleinheit abgewandten Seite eine Struktur vorgesehen, die in Kontakt mit einem Werkstück tritt und dieses abstützt und/oder hält oder auf andere Weise dessen Position mitbestimmt, z.B. als axialer Anschlag.
Häufig ist es gewünscht, die Produktivität durch Einsatz von Automatisierungseinrichtungen für Werkzeugwechsel und/oder Werkstückwechsel zu erhöhen. Mehrspindlige Tiefbohrmaschinen mit einem Werkzeugwechselsystem zum automatisierbaren Wechseln von Bohrwerkzeugen an den Werkzeugspindeln sind bekannt.
Die EP 0 141 152 B1 offenbart eine mit zwei Werkzeugspindeln ausgestattete
Tiefbohrmaschine mit einem automatischen Werkzeugwechselsystem. Dieses weist ein
Werkzeugmagazin auf, welches permanent außerhalb des Bereichs zwischen der Werkzeugspindeleinheit und einem Bohrbuchsenträger angeordnet ist. Um Bohrwerkzeuge vom Werkzeugmagazin in eine Wechselposition oder zurück zu bewegen, ist ein schwenkbarer Wechselarm vorgesehen, der entsprechend den zwei Werkzeugspindeln mit zwei Greifzangen versehen ist. Die Aufnahmeplätze eines bildlich dargestellten Werkzeugmagazins sind wie bei einem Trommelrevolver entlang einer Zylinderfläche angeordnet. Als Alternative wird ein Magazin beschrieben, bei dem die Aufnahmeplätze in verschiedenen Lagen übereinander angeordnet sind.
Die DE 199 38 856 A1 offenbart eine Tiefbohreinrichtung, die zwei vertikal übereinander liegende, horizontal ausgerichtete Werkzeugspindeln und ein Werkzeugmagazin umfasst. Dieses ist seitlich neben der Werkzeugspindeleinheit an einer vertikalen Trägerplatte am Rand des Maschinenbetts gestellfest angeordnet. Das Werkzeugmagazin ist durch Verfahren der Werkzeugspindeleinheit zugänglich. Diese ist dazu auf senkrecht zu den Spindelachsen verlaufenden horizontalen Schienen horizontal verfahrbar.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Tiefbohrmaschine der eingangs erwähnten Art mit einem Werkzeugwechselsystem bereitzustellen, das einen konstruktiv einfachen, kostengünstigen Aufbau hat und einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglicht. Insbesondere soll das Werkzeugwechselsystem eine kostengünstige Möglichkeit zur Verlängerung der mannlosen Maschinenlaufzeit bieten.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Tiefbohrmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Tiefbohrmaschine hat ein Maschinenbett, das ein Linearführungssystem trägt. Eine Werkzeugspindeleinheit ist auf dem Linearführungssystem in einer Horizontalrichtung linear verfahrbar angeordnet. Die Werkzeugspindeleinheit weist zwei oder mehr Werkzeugspindeln auf, die um zueinander parallele horizontale Spindelachsen drehbar sind. Die Spindelachsen liegen in einem Spindelabstand zueinander in einer gemeinsamen Spindelebene. Dabei sind Varianten möglich, bei denen die Spindelebene horizontal ausgerichtet ist, wobei also die Spindelachsen in einer gemeinsamen horizontalen Spindelebene nebeneinander angeordnet sind. Alternativ können die Werkzeugspindeln auch vertikal übereinander angeordnet sein, so dass die Spindelebene vertikal ausgerichtet ist. Jede der Werkzeugspindeln hat an einem freien Ende eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs. Die Werkzeugaufnahme ist so ausgebildet, dass ein automatisierbarer Werkzeugwechsel an der Werkzeugspindel möglich ist. Die Bohrwerkzeuge müssen so eingespannt werden, dass die Werkzeugachse koaxial zur jeweiligen Spindelachse verläuft.
Die Tiefbohrmaschine weist weiterhin eine Werkstückaufnahmeeinheit auf, die für jede der Werkzeugspindeln eine Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des Bohrwerkzeugs bzw. eines Teils des Bohrwerkzeugs sowie an der der Werkzeugspindeleinheit abgewandten Seite eine zum Berührungskontakt mit dem Werkstück vorgesehene Struktur aufweist. Die Werkstückaufnahmeeinheit kann je nach Bohrverfahren unterschiedliche Aufgaben erfüllen bzw. konstruktiv unterschiedlich ausgelegt sein. Eine mögliche Aufgabe ist die Aufnahme von Führungsbuchsen oder Werkstückaufnahmen. Bei den unterschiedlichen Bohrverfahren kann die Werkstückaufnahmeeinheit somit auch als Bohrbuchsenträger oder Bohrölzuführapparat ausgeprägt sein. Alternativ kann die Werkstückaufnahmeeinheit auch lediglich eine Werkstückaufnahme mit Durchführungsbohrungen beim Pilotbohrverfahren aufweisen. Gegebenenfalls kann die Werkstückaufnahmeeinheit eine Anschlagsfläche aufweisen, die als axialer Anschlag für das zu bohrende Werkstück dient und dessen Axialposition definiert. In jedem Fall kann ein zum Eindringen in das Werkstück vorgesehener Teil des Bohrwerkzeugs durch die Durchgangsöffnung hindurch in das an der Werkstückaufnahmeeinheit aufgenommene, gehaltene oder abgestützte Werkstück eingebracht werden.
Weiterhin ist ein Werkzeugwechselsystem zum automatisierbaren Wechseln von Bohrwerkzeugen an den Werkzeugspindeln vorgesehen. Das Werkzeugwechselsystem weist ein Werkzeugmagazin auf, das eine Vielzahl von Aufnahmeplätzen für jeweils ein Bohrwerkzeug aufweist. Die Aufnahmeplätze dienen als vordefinierte Speicherplätze für jeweils ein Bohrwerkzeug, um dieses innerhalb des Werkzeugmagazins in einer für einen Werkzeugwechsel geeigneten Lage zu halten.
Das Werkzeugmagazin weist wenigstens zwei Aufnahmeplatz-Gruppen auf. Jede Aufnahmeplatz-Gruppe umfasst eine der Anzahl der Werkzeugspindeln entsprechende Anzahl von Aufnahmeplätzen, die in einem dem Spindelabstand entsprechenden Abstand zueinander angeordnet sind.
Das Werkzeugmagazin ist zwischen einer Wechselposition im Bereich zwischen der Werkzeugspindeleinheit und der Werkstückaufnahmeeinheit und einer außerhalb dieses Bereichs liegenden Ruheposition bzw. Neutralposition hin- und her bewegbar. Diese Bewegungen sind antriebsgesteuert. Sie können somit durch die Maschinensteuerung bzw. über die Steuereinheit der Tiefbohrmaschine automatisch erzeugt werden. Die Wechselposition zeichnet sich dadurch aus, dass in der Wechselposition die Aufnahmeplätze einer auswählbaren Aufnahmeplatz-Gruppe koaxial zu den Spindelachsen der Werkzeugspindeln angeordnet sind.
Eine Besonderheit dieser Konfiguration besteht darin, dass das Werkzeugmagazin selbst, also diejenige Einrichtung, die die Aufnahmeplätze für die Bohrwerkzeuge enthält, so in den Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit und Werkstückaufnahmeeinheit bzw. in den Verfahrbereich der von der Werkzeugspindeleinheit getragenen Werkzeugspindeln bewegt werden kann, dass eine unmittelbare Übergabe von Bohrwerkzeugen zwischen den jeweiligen Werkzeugspindeln und den Aufnahmeplätzen des Werkzeugmagazins stattfinden kann. Es findet also eine direkte Übergabe zwischen Werkzeugspindel und Werkzeugmagazin wie bei einem Pick-up-Wechsler statt.
Wenn sich das Werkzeugmagazin in der Wechselposition befindet und in den Aufnahmeplätzen der ausgewählten Aufnahmeplatz-Gruppe frische (d.h. neue oder wiederaufbereitete) Bohrwerkzeuge aufgenommen sind, können diese unmittelbar in die Werkzeugaufnahmen der Werkzeugspindeln übernommen werden, indem die Werkzeugspindeleinheit derart weit zum Werkzeugmagazin vorfährt, bis ein am Werkzeugende befindliches Werkzeugspannelement in die dafür vorgesehene Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel eingreift und dort eingespannt werden kann. Umgekehrt können auszuwechselnde Bohrwerkzeuge unmittelbar in das in Wechselposition befindliche Werkzeugmagazin übergeben werden, wenn leere Aufnahmeplätze koaxial zu den Spindelachsen angeordnet werden und die Werkzeugspindeleinheit so weit in Richtung des Werkzeugmagazins vorgefahren wird, dass die Bohrwerkzeuge unmittelbar in die Aufnahmeplätze eingeführt werden können, bevor die Bohrwerkzeuge von den Werkzeugspindeln entspannt und dadurch freigegeben werden.
Der Bohrwerkzeugwechsel kann an allen Spindeln zeitlich parallel durchgeführt werden, wodurch ein schneller Werkzeugwechsel an mehreren Werkzeugspindeln der mehrspindligen Tiefbohrmaschine möglich ist. Die Werkzeugspindeleinheit benötigt lediglich die Bewegungsfreiheitsgrade, die das Linearführungssystem bietet, um so weit in Richtung Werkzeugmagazin vorzufahren, dass der Werkzeugwechselvorgang stattfinden kann. Bewegungsfreiheitsgrade senkrecht dazu sind nicht notwendig und vorzugsweise auch nicht vorgesehen.
Gegenüber Bohreinrichtungen ähnlich DE 199 38856 A1, die eine Vielzahl von Achsen in Ihren Werkzeugspindeleinheiten in sich vereinen, bietet das hier vorgeschlagene Konzept die Möglichkeit, einen einfachen Werkzeugwechsler für eine mehrspindlige Horizontal- Tiefbohrmaschine mit lediglich einer Linearachse in der Werkzeugspindeleinheit zur Erzeugung des Bohrvorschubs bereitzustellen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind alle Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet. Dadurch kann ein konstruktiv relativ einfacher Aufbau des Werkzeugmagazins realisiert werden. Außerdem reicht für einen Wechsel zwischen den Aufnahmeplätzen aus unterschiedlichen Aufnahmeplatz-Gruppen eine einfache Linearverschiebung des Werkzeugmagazins, die konstruktiv und steuerungstechnisch relativ einfach zu realisieren ist. Bei entsprechender Gruppierung der Aufnahmeplätze können sehr kurze Verschiebewege realisiert werden, um zwischen den Aufnahmeplätzen unterschiedlicher Aufnahmeplatz-Gruppen zu wechseln. Auch dies begünstigt einen schnellen Werkzeugwechsel.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeplätze der Aufnahmeplatz-Gruppen derart ineinander verschachtelt, dass zwischen zwei zu einer ersten Aufnahmeplatz-Gruppe gehörenden ersten Aufnahmeplätzen wenigstens ein zu einer zweiten Aufnahmeplatz-Gruppe gehörender zweiter Aufnahmeplatz liegt. Vorzugsweise sind alle Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins untereinander nominell identisch ausgebildet, so dass sie an die Aufnahme zueinander identischer oder zueinander gleichartiger Tiefbohrwerkzeuge angepasst sind, die identisch oder im Wesentlichen identisch dimensionierte Werkzeugspannelemente haben. Es kann sich dabei z.B. um Folgewerkzeuge, Bohrungsgrundwerkzeuge, aber auch um konventionelle Anfaswerkzeuge handeln.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Werkzeugwechselsystem eine beweglich gelagerte Magazinträgereinrichtung aufweist, die das Werkzeugmagazin trägt, wobei das Werkzeugmagazin relativ zu einem Trägerelement der Magazinträgereinrichtung linear verschiebbar gelagert und mittels eines Magazin-Antriebs in unterschiedliche Arbeitsstellungen in Bezug auf das Trägerelement bewegbar ist. Der Magazin-Antrieb wird vorzugsweise ebenfalls von der Magazinträgereinrichtung getragen, kann also gemeinsam mit dem Werkzeugmagazin bewegt werden. Die Bewegung der Magazinträgereinrichtung wird vorzugsweise über einen eigenen Antrieb realisiert, so dass die Bewegung über die Steuereinheit der Tiefbohrmaschine gesteuert werden kann.
Mithilfe einer derartigen Konfiguration können zwei unterschiedliche Bewegungen des Werkzeugmagazins realisiert werden. Über die Bewegung der Magazinträgereinrichtung kann das Werkzeugmagazin in den Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit und Werkstückaufnahmeeinheit hinein- oder aus diesem herausbewegt werden. Unabhängig davon kann das Werkzeugmagazin in Bezug auf das Trägerelement der Magazinträgereinrichtung linear verschoben werden, um beispielsweise dann, wenn die Magazinträgereinrichtung sich im Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit und Werkstückaufnahmeeinheit befindet, über relativ kurze lineare Verschiebung des Werkzeugmagazins die Aufnahmeplätze einer gewünschten Aufnahmeplatz-Gruppe in ihre zu den Spindelachsen koaxiale Position zu bringen oder daraus zu entfernen. Für die Steuerung der Position des Werkzeugmagazins sind bei dieser Ausführungsform zwei unabhängig voneinander steuerbare Antriebe und damit zwei unabhängig voneinander steuerbare Bewegungen vorgesehen, nämlich einerseits die Bewegung der Magazinträgereinrichtung bzw. von deren Trägerelement und andererseits die Bewegung des Werkzeugmagazins relativ zu dem Trägerelement.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Trägerelement der Magazinträgereinrichtung als ein um eine Schwenkachse schwenkbares Trägerelement ausgebildet, so dass die Bewegungen des Trägerelements rotative Bewegungen sind. Hierdurch kann einerseits ein schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsstellungen des Trägerelements realisiert werden, zum anderen benötigt eine derartige Realisierung relativ wenig Bauraum im Bereich neben dem Linearführungssystem. Ist beispielsweise die Tiefbohrmaschine so aufgebaut, dass die horizontalen Werkzeugspindeln nebeneinander liegen (also die Spindelebene horizontal ausgerichtet ist), kann das Trägerelement zwischen einer Horizontalstellung und einer aufgerichteten Stellung bzw. Vertikalstellung hin- und her bewegt werden, wobei sich in der Horizontalstellung die Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins in der Spindelebene befinden und in der aufgerichteten Stellung der Verfahrweg der Werkzeugspindeleinheit in Richtung Werkstückaufnahmeeinheit frei ist, so dass der für die Tiefbohroperation notwendige Vorschub der Werkzeugspindeleinheit durchgeführt werden kann.
Als Alternative zu einer Lösung, die eine Schwenkbewegung des Trägerelements und des davon getragenen Werkzeugmagazins um eine Schwenkachse vorsieht, wäre es auch möglich, das Werkzeugmagazin als ausschließlich translatorisch bewegbares Werkzeugmagazin auszugestalten, beispielsweise an oder in einem Schieber, der parallel oder senkrecht zur Spindelebene in einer senkrecht zu den Spindelachsen verlaufenden Verschiebungsrichtung verschoben werden kann. Anders ausgedrückt kann das Trägerelement der Magazinträgereinrichtung als ein in einer Verschiebungsrichtung linear bewegbares Trägerelement ausgebildet sein, wobei die Verschiebungsrichtung senkrecht zu den Spindelachsen, insbesondere senkrecht zu der Spindelebene, verläuft. Varianten mit einem schwenkbaren Trägerelement sind in der Regel konstruktiv weniger aufwändig und haben den Vorteil, dass im Bereich der Komponenten des Werkzeugwechselsystems nur wenig Bauraum benötigt wird.
Eine Nutzungsmöglichkeit des Werkzeugwechselsystems besteht darin, verschlissene Tiefbohrwerkzeuge automatisiert, also ohne Eingriff eines Bedieners, gegen identische „Schwester-Werkzeuge“ auszutauschen, so dass die Tiefbohrmaschine nach Bestückung des Werkzeugmagazins mit einer ausreichenden Anzahl von Bohrwerkzeugen über einen längeren Zeitraum, ggf. über eine komplette Schicht oder mehrere komplette Schichten, ohne Eingriff eines Bedieners laufen kann. Das Werkzeugwechselsystem bietet insoweit eine kostengünstige Möglichkeit zur Verlängerung der mannlosen Maschinenlaufzeit. Abhängig zum Beispiel von der Verschleißträchtigkeit der vorgesehenen Bohrprozesse und/oder der gewünschten mannlosen Maschinenlaufzeit kann es ausreichen, wenn das Werkzeugmagazin lediglich zwei Aufnahmeplatz-Gruppen aufweist. Es ist jedoch auch möglich, mehr als zwei Aufnahmeplatz- Gruppen vorzusehen, beispielsweise drei oder vier Aufnahmeplatz-Gruppen.
Das Werkzeugwechselsystem kann jedoch nicht nur nominell identische Schwesterwerkzeuge einwechseln, sondern bei Bedarf auch gleichartige, also nicht identische Bohrwerkzeuge, beispielsweise um eine Bohrtiefenvergrößerung durch Folgeoperationen auszuführen. Dabei kann nach einer ersten Bohrung ein längerer Bohrer eingewechselt werden, um in der gleichen Bohrung die Bohrtiefe zu vergrößern. Alternativ oder zusätzlich können auch Sonderwerkzeuge ein- und ausgewechselt werden, die zum Beispiel einen speziellen Bohrgrund realisieren können.
Die Vorteile des Werkzeugwechselsystems kommen besonders dann zum Tragen, wenn im Rahmen eines Werkzeugwechsels nur das Bohrwerkzeug, nicht jedoch andere werkzeugabhängige Komponenten, wie zum Beispiel Bohrbuchsen und/oder Werkzeuglünetten, ausgewechselt werden müssen. Eine bevorzugte Anwendung des Werkzeugwechselsystems liegt beispielsweise bei den sogenannten Tauchverfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass die Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel in eine speziell daran angepasste Tauchbuchse an der Werkstückaufnahmeeinheit eintaucht. Bei solchen Tiefbohrprozessen sind weder Werkzeuglünetten noch auszuwechselnde Dichtscheiben oder andere werkstückabhängige Komponenten erforderlich.
In der Regel weist die Tiefbohrmaschine eine Verkleidung auf, die während des aktiven Bohrbetriebs geschlossen sein muss, um die Umgebung vor Beeinträchtigung durch Lärm, Kühlschmierstoff sowie gegen Gefahren durch Eingriff in den Bohrprozess zu schützen. Bei bevorzugten Ausführungsformen befindet sich in der Verkleidung im Bereich des Werkzeugwechselsystems eine gesonderte Zwischentüre, die so ausgelegt ist, dass das Werkzeugmagazin bei seiner Bewegung von der Wechselposition zur Ruheposition durch die Zwischentüre hindurch sich nach außen bewegen kann, so dass das Werkzeugmagazin in Ruheposition außerhalb des von der Verkleidung umschlossenen Raums angeordnet ist. Nach Schließen der Zwischentüre kann der Bohrbetrieb aufgenommen werden, während gleichzeitig von einem Bediener das Werkzeugmagazin entladen und/oder für die nächstfolgenden Bohrprozesse bestückt werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische Teilansicht einer Tiefbohrmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht mit mechanischen Komponenten des Werkzeugwechselsystems des Ausführungsbeispiels; Fig. 3A, 3B zeigen unterschiedlicher Positionen der Werkstückspindeleinheit in Bezug auf das Werkzeugwechselsystem;
Fig. 4 bis 16 zeigen verschiedene Phasen eines automatischen Werkzeugwechsels mithilfe des Werkzeugwechselsystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In Fig. 1 ist eine schrägperspektivische Teilansicht einer Tiefbohrmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel von ihrer Bedienseite gezeigt. Die Tiefbohrmaschine 100 ist als zweispindlige Horizontal-Tiefbohrmaschine ausgelegt. Die Tiefbohrmaschine 100 hat ein Maschinenbett 102, welches in Längsrichtung (z-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS) mehrfach länger ist als in der senkrecht dazu verlaufenden Querrichtung (x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems). Auf der Oberseite des Maschinenbetts ist ein Linearführungssystem mit zwei zueinander parallelen Führungsschienen 104-1, 104-2 befestigt.
Das Linearführungssystem trägt eine Werkzeugspindeleinheit 110, die mithilfe eines elektromechanischen Antriebs auf dem Linearführungssystem in Längsrichtung der Tiefbohrmaschine über einen Verfahrbereich gesteuert horizontal verfahrbar ist. Die Werkzeugspindeleinheit 110 weist genau zwei Werkzeugspindeln auf, nämlich eine näher an der Bedienseite liegende erste Werkzeugspindel 112-1 und eine zweite Werkzeugspindel 112- 2. Die Werkzeugspindeln sind jeweils mittels eines eigenen Spindelantriebs 113-1, 113-2 um ihre jeweilige Spindelachse (erste Spindelachse 115-1 bzw. zweite Spindelachse 115-2) drehbar sind. Die horizontal verlaufenden Spindelachsen liegen in einer gemeinsamen, horizontalen Spindelebene in einem Spindelabstand 117 zueinander. Jede der Werkzeugspindeln weist an ihrem freien Ende eine Werkzeugaufnahme 116-1, 116-2 zur Aufnahme jeweils eines Bohrwerkzeugs, insbesondere eines Tiefbohrwerkzeugs, auf.
Die Werkzeugaufnahmen erlauben einen automatischen Werkzeugwechsel und weisen dazu automatisch betätigbare Spanneinrichtungen auf, die über die Steuereinheit 190 der Tiefbohrmaschine gesteuert werden.
Mit Abstand vor der Werkzeugspindeleinheit 110 ist eine Werkstückaufnahmeeinheit 130 in Form eines Bohrbuchsenträgers 130 vorgesehen. Die Werkstückaufnahmeeinheit 130 ist im Beispielsfall fest auf dem Maschinenbett 102 montiert, also nicht linear verfahrbar. Die Werkstückaufnahmeeinheit 130 bzw. der Bohrbuchsenträger 130 weist an der der Werkzeugspindeleinheit 110 abgewandten Seite für jede der Werkzeugspindeln eine eigene Werkstückaufnahme 136-1, 136-2 auf, in der jeweils ein Abschnitt eines zu bohrenden Werkstücks mit definierter Position aufgenommen kann. Die Werkstückaufnahmeeinheit 130 hat weiterhin für jede der Spindelachsen eine Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des jeweils an der Werkzeugspindel aufgenommenen Bohrwerkzeugs bzw. eines Abschnitts dieses Bohrwerkzeugs, der dann in das gehaltene Werkstück eindringen kann. Da Aufbau und Funktion von Bohrbuchsenträgern oder ähnlichen Einrichtungen, wie Bohrölzuführapparaten, dem Fachmann bekannt sind, wird hier auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet.
Für die Werkstückaufnahme gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Im Beispielsfall ist die Tiefbohrmaschine dafür ausgelegt, die zu bohrenden Werkstücke jeweils an zwei gegenüberliegenden Endabschnitten so aufzunehmen, dass die mit einer Tieflochbohrung zu versehenden Abschnitte der Werkstücke koaxial zu den Spindelachsen liegen.
Dazu ist in weiterem Abstand zur Werkzeugspindeleinheit 110 eine Gegenhalteeinheit 120 vorgesehen. Die Gegenhalteeinheit 120 ist auf einem Schlitten angebracht, der linear auf den Führungsschienen 104-1, 104-2 des Linearführungssystems verfahrbar ist, so dass der Abstand zwischen Werkstückaufnahmeeinheit 130 und Gegenhalteeinheit 120 stufenlos verstellbar ist. Dadurch ist die Tiefbohrmaschine leicht an unterschiedliche Werkstückdimensionen und Werkzeugtypen anpassbar.
Die Gegenhalteeinheit 120 weist für jede der Werkzeugspindeln eine Werkstückspindel auf, die innerhalb eines Spindelkastens koaxial zur zugehörigen Spindelachse 115-1, 115-2 drehbar gelagert ist. Jede der Werkstückspindeln ist mithilfe eines eigenen Spindelantriebs 123-1, 123-2 um ihre Spindelachse drehbar, wobei die Spindelantriebe hinsichtlich Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung und Position steuerbar sind. Jede der Werkstückspindeln hat an der derjenigen Seite, die der Werkzeugspindeleinheit 110 bzw. der Werkstückaufnahmeeinheit 130 zugewandt ist, eine Werkstückaufnahme, die jeweils dafür vorgesehen ist, einen werkzeugfernen Endabschnitt eines Werkstücks aufzunehmen und einzuspannen.
Alternativ kann z.B. vorgesehen sein, dass anstatt der Werkstückaufnahmen Spannfutter zur Werkstückspannung verwendet werden. Alternativ können auch Spannvorrichtungen zur Werkstückspannung auf der Linearführung 104-1 und 104-2 aufgebaut werden. In diesem Fall kann die Werkstückaufnahmeeinheit 130 als Axialanschlag für das Werkstück verwendet werden.
Die Tiefbohrmaschine 100 ist für einen vollautomatisierten Werkzeugwechsel ausgelegt. Ein wesentlicher Bestandteil der Automatisierungseinrichtungen ist ein Werkzeugwechselsystem 200 zum automatisierbaren Wechseln von Bohrwerkzeugen an den Werkzeugspindeln 112-1, 112-2. Fig. 2 zeigt eine Detailansicht, aus der der Grundaufbau von mechanischen Komponenten des Werkzeugwechselsystems des Ausführungsbeispiels besonders gut zu erkennen ist.
Das Werkzeugwechselsystem 200 umfasst ein seitlich am Maschinenbett 102 auf dessen Bedienerseite montiertes Basiselement 210, das im Beispielsfall zwei vertikale Träger 211 aufweist, die über horizontale Streben miteinander verbunden sind. Das Basiselement 210 trägt eine verschwenkbare Baugruppe 220, die mithilfe eines nicht dargestellten, numerisch gesteuerten Schwenkantriebs zwischen der in Fig. 2 gezeigten Vertikalstellung und einer beispielsweise in Fig. 1 gezeigten Horizontalstellung numerisch gesteuert verschwenkt werden kann. Die Schwenkbewegung erfolgt um eine Schwenkachse 222, die parallel zu den Führungsschienen 104-1, 104-2 des Linearführungssystems, also parallel zur z-Richtung des Maschinenkoordinatensystems, ausgerichtet ist.
Die verschwenkbare Baugruppe 220 umfasst eine Magazinträgereinrichtung 230 mit einem tragflügelförmigen Trägerelement 225, welches an einer um die Schwenkachse 222 drehbaren Welle 226 befestigt ist. An der in Fig. 2 sichtbaren Unterseite des Trägerelements 225 ist ein Werkzeugmagazin 250 montiert. Das Werkzeugmagazin ist relativ zu dem Trägerelement 225 entlang von an der Unterseite des Trägerelements angebrachten Führungsschienen senkrecht zur z-Achse des Maschinenkoordinatensystems linear verfahrbar (siehe Doppelpfeil). Für die Erzeugung der Verfahrbewegungen ist am Trägerelement 225 ein hydraulischer Magazin- Antrieb 259 montiert, der es erlaubt, das Werkzeugmagazin 250 zwischen zwei unterschiedlichen Arbeitsstellungen in Bezug auf das Trägerelement 225 linear zu verfahren. Das Trägerelement 225 und die anderen zum Tragen des Werkzeugmagazins 250 vorgesehenen Einrichtungen der schwenkbaren Baugruppe 220 bilden insgesamt eine Magazinträgereinrichtung 230.
Das Werkzeugmagazin 250 weist eine Vielzahl von Aufnahmeplätzen für jeweils ein Bohrwerkzeug auf. Beim Ausführungsbeispiel sind genau vier untereinander im Wesentlichen identisch konstruierte Aufnahmeplätze vorgesehen, nämlich jeweils genau zwei pro Werkzeugspindel. Die näher an der Schwenkachse 222 angeordneten Aufnahmeplätze 252-1 und 253-1 sind der ersten Werkzeugspindel 112-1 zugeordnet. Die weiter entfernt von der Schwenkachse 222 angeordneten Aufnahmeplätze 252-2 und 253-2 sind der näher an der Rückseite der Tiefbohrmaschine liegenden zweiten Werkzeugspindel 112-2 zugeordnet. Die Aufnahmeplätze bilden zwei Aufnahmeplatz-Gruppen 252 und 253. Jede dieser Aufnahmeplatz-Gruppen hat eine der Anzahl der Werkzeugspindeln entsprechende Anzahl von Aufnahmeplätzen, im Beispielsfall jeweils zwei. Die Aufnahmeplätze 252-1 und 252-2 der ersten Aufnahmeplatz-Gruppe 252 bzw. deren Mittelachsen liegen genau in dem Spindelabstand 117 voneinander entfernt. Entsprechendes gilt für die beiden Aufnahmeplätze 253-1 und 253-2 der zweiten Aufnahmeplatz-Gruppe 253. Die Aufnahmeplätze sind so ineinander verschachtelt angeordnet, dass jeweils ein Aufnahmeplatz einer anderen Aufnahmeplatz-Gruppe zwischen den beiden Aufnahmeplätzen einer Aufnahmeplatz-Gruppe liegt. Beispielsweise liegt der Aufnahmeplatz 253-1 der zweiten Aufnahmeplatz-Gruppe 253 zwischen den beiden Aufnahmeplätzen 252-1, 252-2 der ersten Aufnahmeplatz-Gruppe. Der laterale Abstand 255 der beiden einer Werkzeugspindel zugeordneten Aufnahmeplätze der unterschiedlichen Aufnahmeplatz-Gruppen beträgt somit nur einen Bruchteil des Spindelabstands, beispielsweise weniger als die Hälfte oder weniger als ein Drittel des Spindelabstands.
Alle Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins 250 sind in einer einzigen, gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet, diese erstreckt sich parallel zur Ebene, die das Trägerelement 225 aufspannt.
Die Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins 250 sind dafür konstruiert, Bohrwerkzeuge (generell Bezugszeichen 270) aufzunehmen, die jeweils für eine Bohrbearbeitung im Tauchverfahren ausgelegt sind. Jedes der Bohrwerkzeuge hat an seinem der Werkzeugspindel zugewandten Ende eine Werkzeugaufnahmehülse 270-1. Diese hat eine zylindrische Außenkontur und trägt an ihrem Werkzeugspindelseitigem Ende eine Schnittstelle für die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugspindel. Am gegenüberliegenden Ende ist die Schnittstelle für das eigentliche Tiefbohrwerkzeug eingebracht. Das Tiefbohrwerkzeug wird mit seiner Spannschnittstelle komplett in die Werkzeugaufnahmehülse eingespannt. Aus der Werkzeugaufnahmehülse ragen somit nur der Bohrerschaft 270-2 und der darauf aufgebrachte Bohrkopf 270-3.
Jeder Aufnahmeplatz hat eine teilzylindrische Innenkontur, deren Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Werkzeugaufnahmehülse 270-1 entspricht, so dass ein Spannabschnitt eines in Längsrichtung in einen Aufnahmeplatz eingeschobenen Bohrwerkzeugs im Wesentlichen spielfrei in den Aufnahmeplatz passt. An der dem Trägerelement 225 abgewandten Seite ist die Aufnahmestruktur einseitig offen und bildet einen Durchlass 254, dessen lichte Weite größer ist als der Außendurchmesser des Bohrschafts des Bohrwerkzeugs. Die Werkzeugspindeleinheit 110 ist mithilfe des zugeordneten elektromechanischen Antriebs zwischen unterschiedlichen Betriebsstellungen entlang der Führungsschienen 104-1, 104-2 des Linearführungssystems verfahrbar. Fig. 1 zeigt die Werkzeugspindeleinheit 110 in einer zurückgezogenen Stellung, bei der der Abstand zur Werkzeugaufnahmeeinheit 130 maximal ist. Diese Stellung ist z.B. auch in Fig. 4 und 5 gezeigt.
Fig. 3A zeigt die Werkzeugspindeleinheit 110 in einer Position, in der die zylindrischen Schnittstellen der in den Werkzeugaufnahmen gehaltenen Werkzeugaufnahmehülsen außerhalb der Aufnahmeplätze liegen, während der Bohrerschaft jeweils durch den
Aufnahmeplatz hindurchgreift. In dieser Stellung ist ein Verschwenken der
Magazinträgereinrichtung 230 möglich. Diese Stellung wird auch als Vorposition bezeichnet und ist z.B. auch in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 3B zeigt die Werkzeugspindeleinheit 110 in einer vorgeschobenen Stellung bzw. Position, die eine Werkzeugspannung erlaubt, also eine direkte Übernahme oder Übergabe eines Bohrwerkzeugs zwischen der Werkzeugspindeleinheit 110 und dem Werkzeugmagazin 250. Hierzu muss sich die Magazinträgereinrichtung 230 in ihrer horizontalen Stellung befinden. Die Werkzeugaufnahmehülsen 270-1 der ein- oder auszuwechselnden Bohrwerkzeuge befinden sich in den zugehörigen Aufnahmeplätzen. Diese Stellung wird auch als Übergabestellung bezeichnet und ist z.B. auch in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 9 zeigt eine Konfiguration, bei der die Werkzeugspindeleinheit 110 noch weiter in Richtung der Werkzeugaufnahmeeinheit 130 vorgeschoben ist. Für den Bohrbetrieb wird die Werkzeugspindeleinheit so weit vorgeschoben, dass der Bohrerschaft mit der Bohrspitze jedes der Bohrwerkzeuge durch die Durchlassöffnung in der Werkstückaufnahmeeinheit 130 hindurchgeführt ist und sich unmittelbar vor dem zu bearbeitenden Werkstück befindet. Es ist erkennbar, dass die Komponenten des Werkzeugwechselsystems 220 diese Verfahrbewegung der Werkzeugspindeleinheit 110 nicht behindern, wenn sich die verschwenkbare Baugruppe 220 bzw. die Magazinträgereinrichtung 230 in der aufrechten Stellung bzw. Vertikalstellung befindet, wie zum Beispiel in Fig. 4 oder Fig. 9 gezeigt ist. In dieser Stellung befindet sich auch das Werkzeugmagazin 250 außerhalb des Verfahrbereichs der Werkzeugspindeleinheit 110 in seiner Ruheposition.
Durch Verschwenken der schwenkbaren Baugruppe 220 bzw. der Magazinträgereinrichtung 230 in die Horizontalstellung wird das Werkzeugmagazin 250 in den Verfahrbereich der Werkzeugspindeleinheit 110 hineingeklappt bzw. hineingeschwenkt in der Weise, dass die Mittelachsen der Aufnahmeplätze alle in der durch die Spindelachsen 115-1, 115-2 aufgespannten, horizontalen Spindelebene liegen.
Mithilfe des Magazin-Antriebs 259 können die Aufnahmeplätze dann innerhalb der Spindelebene horizontal verfahren werden. Auf diese Weise kann das Werkzeugmagazin 250 in eine Wechselposition gebracht werden, bei der die Aufnahmeplätze einer ausgewählten Aufnahmeplatz-Gruppe koaxial zu den Spindelachsen 115-1, 115-2 der Werkzeugspindeln angeordnet sind. Ist dies gegeben, kann ein Werkzeugwechsel durch unmittelbare Übergabe oder Übernahme von Werkzeugen und Werkzeugspindeln stattfinden.
Nachfolgend werden vor allem anhand der Fig. 4 bis 16 unterschiedliche Phasen von beispielhaften Werkzeugwechseloperationen dargestellt.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausgangssituation. Dabei sind alle Aufnahmeplätze des Werkzeugmagazins 250 mit frischen, d.h. neuen bzw. wiederaufbereiteten, Bohrwerkzeugen 270 bestückt. Beide Werkzeugspindeln sind leer, d.h. es befinden sich keine (alten) oder auszuwechselnden Bohrwerkzeuge in den Werkzeugaufnahmen der Werkzeugspindeln. Die Werkzeugspindeleinheit 110 ist in eine zurückgezogene Position zurückgefahren, so dass die Komponenten des Werkzeugwechselsystems im Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit 110 und Werkzeugaufnahmeeinheit 130 angeordnet sind.
Ist die Werkzeugspindeleinheit 110 ausreichend weit zurückgezogen, wird die verschwenkbare Baugruppe 220 bzw. die Magazinträgereinrichtung 230 aus der aufrechten Stellung bzw. Vertikalstellung in die Horizontalstellung verschwenkt, in welcher nun die vom Werkzeugmagazin gehaltenen Bohrwerkzeuge in der Spindelebene zwischen Werkzeugspindeleinheit 110 und Werkzeugaufnahmeeinheit 130 angeordnet ist (Fig. 5). Im Beispiel befindet sich dabei das Werkzeugmagazin in seiner der Schwenkachse näheren Endstellung und die Aufnahmeplätze 253-1, 253-2 der zweiten Aufnahmeplatz-Gruppe 253 sind koaxial zu den Spindelachsen 115-1, 115-2 angeordnet.
Danach fährt die Werkzeugspindeleinheit 110 in Richtung des Werkzeugmagazins 250 vor und die Werkzeugspindeln nehmen mit ihrer für einen automatischen Werkzeugwechsel ausgelegten Werkzeugaufnahme einen Satz frischer Bohrwerkzeuge auf. Dabei werden diejenigen Bohrwerkzeuge übernommen, welche in den Aufnahmeplätzen 253-1, 253-2 gehalten werden, die koaxial zu den Spindelachsen 115-1, 115-2 der Werkzeugspindeleinheit 110 liegen. Der laterale Abstand 255 zu den daneben angeordneten Aufnahmeplätzen der anderen Aufnahmeplatz-Gruppe 252 ist so groß, dass eine Kollision mit den dort aufgenommenen Werkzeugen ausgeschlossen ist. Im Beispielsfall der Fig. 6 werden die Bohrwerkzeuge aufgenommen, die sich in den Aufnahmeplätzen der zweiten Aufnahmeplatz- Gruppe 253-1, 253-2 befinden.
Danach fährt die Werkzeugspindeleinheit 110 in eine zurückgezogene Stellung wenigstens so weit zurück, dass die Werkzeugaufnahmehülsen der Werkzeuge vollständig außer Eingriff mit den Aufnahmeplätzen geraten, so dass sich im Bereich der Aufnahmeplätze nun ein Abschnitt des Bohrschafts befindet (Fig. 7). Diese Konstellation ist auch in Fig. 3A gezeigt.
In dieser Konstellation ist es nun möglich, die verschwenkbare Baugruppe 220 mit dem Werkzeugmagazin 250 aus dem Verfahrbereich der Werkzeugspindeleinheit 110 nach oben herauszuklappen in die aufrechte bzw. vertikale Stellung, die in Fig. 8 gezeigt ist. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Aufnahmeplätze an der dem Trägerelement abgewandten Seite einseitig offen sind, so dass die Bohrerschäfte durch die Durchlässe 254 hindurchtreten können.
Nun befinden sich alle mechanischen Komponenten des Werkzeugwechselsystems 200 bzw. der verschwenkbaren Baugruppe 220 und die davon noch gehaltenen Bohrwerkzeuge außerhalb des Verfahrbereichs der Werkzeugspindeleinheit 110. Diese kann nun vorbei an den Komponenten des Werkzeugwechselsystems 200 in Richtung des Bohrbuchsenträgers bzw. der Werkzeugaufnahmeeinheit 130 vorgeschoben werden (Fig. 9) und die Bohroperationen können bei weiterem Vorschub der Werkzeugspindeleinheit ausgeführt werden.
In einem automatisierten Betrieb können nun mit den an den Werkzeugspindeln eingespannten Bohrwerkzeugen viele Werkstücke aufeinanderfolgend mit Bohrungen versehen werden. Dazu können die Werkstücke durch geeignete Werkstückwechseleinrichtungen automatisiert ein- und ausgewechselt werden. Die Werkzeugspindeleinheit muss dabei jeweils nur so weit zurückgezogen werden, dass ein Werkstückwechsel möglich ist. Im Laufe der Zeit lässt die Schneidfreudigkeit der Bohrwerkzeuge aufgrund von Verschleiß allmählich nach, so dass ein Werkzeugwechsel erforderlich wird. Der richtige Zeitpunkt für einen Werkzeugwechsel kann beispielsweise nach einer vorgegebenen Anzahl von Bohrungen durchgeführt werden oder auf Grundlage von Messwerten, die Aussagen über den Verschleißzustand der Bohrwerkzeuge zulassen.
Ist ein Werkzeugwechsel nötig oder geplant, so wird die Werkzeugspindeleinheit 110 wieder so weit hinter den Bereich des Werkzeugwechselsystems 200 zurückgezogen, dass die verschwenkbare Baugruppe 220 wieder in ihre horizontale Stellung verschwenkt werden kann. Die Werkzeugspindeleinheit 110 ist dafür zumindest bis zur Vorposition (vgl. Fig. 8) zurückzufahren (Fig. 10).
Anschließend wird die schwenkbare Baugruppe 220 mit Werkzeugmagazin 250 wieder in die horizontale Stellung geschwenkt (Fig. 11).
Die Werkzeugspindeleinheit 110 wird dann so weit (in Richtung Bohrbuchsenträger 130) vorgefahren, dass die Werkzeugaufnahmehülsen der verschlissenen Bohrwerkzeuge wieder in ihre Aufnahmeplätze eingeführt und dort übernommen werden (Fig. 12). Die verschlissenen Werkzeuge werden dann durch die betätigbaren Spanneinrichtungen der Werkzeugaufnahmen an den Werkzeugspindeln freigegeben.
Um nun einen Satz frischer Bohrwerkzeuge in die koaxialen Positionen zu den nun leeren Werkzeugspindeln zu bringen, fährt zunächst die Werkzeugspindeleinheit 110 zurück und gibt die Werkzeugaufnahmehülsen frei. In dieser Situation befinden sich beide Sätze von Bohrwerkzeugen im Werkzeugmagazin. Dabei befinden sich zunächst die verschlissenen Werkzeuge noch koaxial zu den Spindelachsen, während die neuen, einzuwechselnden Bohrwerkzeuge lateral daneben liegen.
Die neuen Bohrwerkzeuge werden nun durch eine kurze lineare Verfahrbewegung des Werkzeugmagazins 250 (siehe Pfeil in Fig. 13) relativ zum Trägerelement 225 in ihre Wechselposition koaxial zu den Spindelachsen verfahren. Für diese kurze Querbewegung wird nur wenig Zeit benötigt.
Danach befinden sich die Aufnahmeplätze mit den frischen Bohrwerkzeugen in Wechselpositionen koaxial zu den Spindelachsen. Diese Situation ist in Fig. 13 gezeigt. Die Werkzeugspindeleinheit 110 fährt dann zum Werkzeugwechselmagazin vor und nimmt die neuen Bohrwerkzeuge in die Werkzeugaufnahmen der Werkzeugspindeln auf.
Danach fährt die Werkzeugspindeleinheit 110 in eine zurückgezogene Position so weit zurück (Fig. 14), dass die verschwenkbare Baugruppe 220 aus der horizontalen in die vertikale Stellung verschwenkt werden kann (Fig. 15).
Ist dies erfolgt, kann die Werkzeugspindeleinheit mit den neuen Bohrwerkzeugen in Richtung Bohrbuchsenträger 130 vorgefahren werden und die nachfolgenden Tiefbohroperationen können mithilfe der frisch eingewechselten Bohrwerkzeuge durchgeführt werden (Fig. 16). Nach Abschluss dieser Tiefbohroperationen und entsprechendem Verschleiß der Bohrwerkzeuge ist auch der in den Werkzeugspindeln eingespannte zweite Satz von Tiefbohrwerkzeugen verschlissen.
Die Situation ist nun so, dass sich die verschwenkbare Baugruppe 220 mit dem Werkzeugmagazin 250 in vertikaler Stellung befindet, wobei sich bereits ein Satz verschlissener Bohrwerkzeuge im Werkzeugmagazin 250 befindet. Die Werkzeugspindeleinheit 110 wird nun in ihre rückversetzte Stellung gebracht, in der ein Einschwenken der verschwenkbaren Baugruppe 220 wieder möglich ist. Die verschwenkbare Baugruppe mit Werkzeugmagazin wird dann in die horizontale Position verschwenkt. Die Werkzeugspindeleinheit 110 fährt dann zum Werkzeugmagazin 250 vor und übergibt die verschlissenen Bohrwerkzeuge.
Nun befinden sich beide Sätze von verschlissenen Bohrwerkzeugen im Werkzeugmagazin 250 des Werkzeugwechselsystems 200. Die Werkzeugspindeleinheit 110 wird dann zurückgefahren, so dass ein Verschwenken der verschwenkbaren Baugruppe 220 in die vertikale Stellung wieder möglich ist.
Da nun alle Bohrwerkzeuge im Werkzeugmagazin verschlissen sind, muss das Werkzeugmagazin neu bestückt werden. Zum Austausch der Bohrwerkzeuge ist es bei einer Variante vorgesehen, dass die Tiefbohrmaschine gestoppt wird, eine Schutztür geöffnet wird und die Bohrwerkzeuge manuell ausgewechselt und das Werkzeugmagazin mit frischen Bohrwerkzeugen bestückt wird.
Alternativ kann die Tiefbohrmaschine auch durch eine trennende Schutzeinrichtung erweitert werden, so dass ein laufzeitparalleler Austausch der Bohrwerkzeuge im Werkzeugmagazin möglich ist.
Dieser laufzeitparallele Wechsel erfolgt dann, wenn der erste Satz Werkzeuge verschlissen ist und mit dem zweiten Satz Werkzeuge bearbeitet wird. Sind mehr als zwei Aufnahmeplätze pro Spindel eingebaut und mit gleichen Werkzeugen bestückt, erfolgt der Wechsel aller verschlissenen Werkzeuge während der Bearbeitung mit dem letzten Werkzeugsatz. Das Magazin kann jedoch anstatt mit Schwesterwerkzeugen auch mit unterschiedlichen Werkzeugen pro Spindel bestückt sein. Dann ist eine Reihenfolge verschiedener Bohroperationen bei einem Werkstück nacheinander machbar.

Claims

Patentansprüche
1. Tiefbohrmaschine (100) umfassend: ein Maschinenbett (102), das ein Linearführungssystem trägt; eine Werkzeugspindeleinheit (110), die auf dem Linearführungssystem linear verfahrbar ist und wenigstens zwei Werkzeugspindeln (112-1, 112-2) aufweist, die um zueinander parallele horizontale Spindelachsen (115-1, 115-2) drehbar sind, welche in einem Spindelabstand (117) zueinander in einer Spindelebene liegen, wobei jede der Werkzeugspindeln (112-1, 112-2) eine Werkzeugaufnahme (116-1, 116-2) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (270) aufweist; eine Werkstückaufnahmeeinheit (130), die für jede der Werkzeugspindeln (112-1, 112-2) eine Durchführungsöffnung zum Hindurchführen des Bohrwerkzeugs sowie an der der Werkzeugspindeleinheit (110) abgewandten Seite eine zum Berührungskontakt mit dem Werkstück vorgesehene Struktur aufweist; ein Werkzeugwechselsystem (200) zum automatisierbaren Wechseln von Bohrwerkzeugen an den Werkzeugspindeln, wobei das Werkzeugwechselsystem ein Werkzeugmagazin (250) mit einer Vielzahl von Aufnahmeplätzen für jeweils ein Bohrwerkzeug aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (250) wenigstens zwei Aufnahmeplatz-Gruppen (252, 253) aufweist, wobei jede Aufnahmeplatz-Gruppe eine der Anzahl der Werkzeugspindeln entsprechende Anzahl von Aufnahmeplätzen (252-1, 252-2; 253-1, 253-2) umfasst, die in einem dem Spindelabstand (117) entsprechenden Abstand zueinander angeordnet sind; und das Werkzeugmagazin (250) zwischen einer Wechselposition im Bereich zwischen Werkzeugspindeleinheit (110) und Werkstückaufnahmeeinheit (130) und einer außerhalb eines Verfahrbereichs der Werkzeugspindeleinheit (110) liegenden Ruheposition bewegbar ist, wobei in der Wechselposition die Aufnahmeplätze einer auswählbaren Aufnahmeplatz- Gruppen koaxial zu den Spindelachsen (115-1, 115-2) der Werkzeugspindeln angeordnet sind.
2. Tiefbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Aufnahmeplätze (252-1, 252-2; 253-1, 253-2) des Werkzeugmagazins (250) in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind.
3. Tiefbohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmeplätze der Aufnahmeplatz-Gruppen (252, 253) derart ineinander verschachtelt sind, dass zwischen zwei zu einer ersten Aufnahmeplatz-Gruppe (252) gehörenden ersten Aufnahmeplätzen wenigstens ein zu einer zweiten Aufnahmeplatz-Gruppe (253) gehörender zweiter Aufnahmeplatz liegt.
4. Tiefbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugwechselsystem (200) eine beweglich gelagerte Magazinträgereinrichtung (230) aufweist, die das Werkzeugmagazin (250) trägt, wobei das Werkzeugmagazin (250) relativ zu einem Trägerelement (225) der Magazinträgereinrichtung (230) linear verschiebbar gelagert und mittels eines Magazin-Antriebs (259) in unterschiedliche Arbeitsstellungen in Bezug auf das Trägerelement (225) bewegbar ist.
5. Tiefbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (225) der Magazinträgereinrichtung (230) als um eine Schwenkachse (222) schwenkbares Trägerelement ausgebildet ist, wobei die Schwenkachse vorzugsweise parallel zu den Spindelachsen (115-1, 115-2) verläuft.
6. Tiefbohrmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelebene horizontal ausgerichtet ist und dass das Trägerelement (225) zwischen einer Horizontalstellung und einer aufgerichteten Stellung hin- und her bewegbar ist, wobei sich in der Horizontalstellung die Aufnahmeplätze (252-1, 252-2; 253-1, 253-2) des Werkzeugmagazins (250) in der Spindelebene befinden und in der aufgerichteten Stellung ein Verfahrweg der Werkzeugspindeleinheit (110) in Richtung Werkstückaufnahmeeinheit (130) frei ist.
7. Tiefbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (225) der Magazinträgereinrichtung (230) als ein in einer Verschiebungsrichtung linear bewegbares Trägerelement ausgebildet ist, wobei die Verschiebungsrichtung senkrecht zu den Spindelachsen (115-1, 115-2), insbesondere senkrecht zu der Spindelebene, verläuft.
8. Tiefbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefbohrmaschine für ein Tauchverfahren ohne Einsatz von Werkzeuglünetten eingerichtet ist.
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