DE3233059C2

DE3233059C2 - Tiefbohrmaschine

Info

Publication number: DE3233059C2
Application number: DE3233059A
Authority: DE
Inventors: Bruno 7321 Lauterstein Zeller
Original assignee: Oerlikon Boehringer GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1982-09-06
Publication date: 1985-03-21
Also published as: JPS5964211A; IT8353684V0; DE3233059A1; IT1168823B; IT8367921A0; US4669927A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tiefbohrmaschine mit einem Werkzeugspindelkasten, einem Bohrschlitten und einem zwischen diesen angeordneten Bohrführungsschlitten, von welchen drei Anordnungen wenigstens zwei auf dem Maschinenbett verfahrbar sind und in denen je nach Bearbeitungsart das Werkstück und/oder das Bohrrohr rotierend aufgenommen ist, die so ausgebildet ist, daß unterschiedliche Werkstück- und Werkzeuglängen, Werkstücktoleranzen, unterschiedliche Bohrtiefen und Anbohr- und Ausbohrstrecken ohne manuelle Umrüstvorgänge berücksichtigt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß an jeder der verfahrbaren Anordnungen eine Längenmeßeinrichtung angeordnet ist, deren Meßergebnis von einer relativen Lage der zugehörigen verfahrbaren Anordnung auf dem Maschinenbett bezüglich eines Bezugs punktes an der festen Anordnung abhängt und durch einen Komparator zum Vergleich der relativen Lagen der verfahrbaren Anordnungen, und durch eine Auswerteschaltung zur Steuerung des Verfahrweges wenigstens einer der verfahrbaren Anordnungen in Abhängigkeit von den Meßergebnissen der Meßeinrichtungen, die sich nach dem Einsetzen eines Werkstückes und eines Werkzeuges in die Maschine ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tiefbohrmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Maschinen dieser Art (DE-Z: Maschine & Werkzeug, Coburg 3/1981, S. 24—26) bestehen normalerweise aus einem Maschinenbett mit Führungen, auf denen ein Werkstückspindelkasten, ein Bohrrohrführungsschlitten mit austauschbarem Bohrölzuführapparat und ein Bohrschlitten mit einem Bohrspindelkasten mit separatem Antrieb oder mit einem Bohrbock angeordnet sind. Das Werkstück und das Bohrrohr können durch einen RoI-lensetzstock bzw. einen Bohrrohr-Abstützbock unterstützt sein. Zur Anpassung an unterschiedliche Werkstücklängen kann der Bohrrohrführungsschlitten oder der Werkstückspindelkasten verfahrbar sein. Es ist auch möglich, daß sowohl der Werkstückspindelkasten als auch der Bohrrohrführungsschlitten verfahrbar sind, jedoch ist hierbei der Führungsschlitten zur Durchführung eines Spannhjbs nur begrenzt verfahrbar, z. B. über eine Strecke von 120 mm. Bei allen drei Maschinenversionen ist der Bohrschlitten zusammen mit dem Werkzeugspindeikasten oder dem Bohrbock verfahrbar.

Bei der Bearbeitung eines rotationssymmetrischen Werkstückes kann das Werkzeug stillstehen und das Werkstück rotieren oder umgekehrt; es ist auch möglieh, daß Werkzeug und Werkstück gegenläufig rotieren.

Es ist bekannt, bei Tiefbohrmaschinen Bohrtiefen, Werkstücklängentoleranzen und Anbohr- und Ausbohrstrecken über Nockenschalter Dekadenschalter.

Maßstäbe und digitale Anzeigen einzustellen bzw. in eine Steuerschaltung einzugeben. Diese Maßnahmen sind vor allem wegen der erheblichen Maschinenlänge und der damit von der Bedienungsperson zurückzulegenden Wege beim Umrüsten sehr zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tiefbohrmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unterschiedliche Werkstück- und Werkzeuglängen, Werkstücktoleranzen, unterschiedliche Bohrtiefen und Anbohr- und Ausbohrstrecken ohne manuelle

ίο Umrüstvorgänge berücksichtigt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung (furch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Geht man z. B. von einer Tiefbohrmaschine aus, deren Werkstückspindelkasten fest angeordnet ist und deren Bohrrohrführungsschlilten und Bohrschlitten auf dem Maschinenbett verfahrbar sind, dann liegt ein typischer Bezugspunkt der Maschine in der Spindclnase des

bo Werkstückspindelkastens. Bei der ersten Inbetriebnahme der Maschine werden die am Bohrrohrführungsschlitten und am Bohrschlitten angeordneten Längenmeßeinrichtungen auf den Bezugspunkt des Werkstückspindelkastens geeicht. Hierzu hat der Bohrrohrfüh-

b5 rungsschlitten und der Bohrschlitten jeweils einen Bezugspunkt, der auf der Stirnweite liegen kann, die dem Werkstückspindelkasten zugewandt ist. Zur Eichung der Meßeinrichtungen kann der Bohrrohrffchrungs-

schlitten bis zur Spindelnase verfahren werden (Null-Einstellung) oder der Abstand zwischen diesen beiden Anordnungen gemessen und an der Meßeinrichtung eingestellt werden. In gleicher Weise kann der Abstand zwischen dem Bohrrohrführungsschlitten und dem Bohrschlitten gemessen und an der Meßeinrichtung des Bohrschlittens eingestellt werden.

Wird nun ein Werkstück in die Maschine eingesetzt, so kann dessen IJinge gerade bei sehr langen Werkstükken aufgrund der Toleranzen vom Sollwert erheblich abweichen.

Der Längen-Istwert muß zur Bearbeitung jedoch nicht gesondert ermittelt werden, sondern ergibt sich automatisch aufgrund des zum Einspannen des Werkzeuges erforderlichen Verfahrensweges des Bohrrohrführungsschlittens, der einen Bohrölzuführapparat trägt, der dicht an das Werkstück angepreßt wird. Die Meßeinrichtung ermittelt somit automatisch die Istlänge des Werkstückes, wenn der Bohrölzufülhrapparat am Werkstück anliegt Bei dieser Längenmessung können die Spannvorrichtung auf der Spindel und der Bohrölzuführapparat durch entsprechende Eingaben in. die Aüswerteschaltung automatisch berücksichtigt, werden.

Die normalerweise bekannte Länge des Werkzeuges ergibt sich dadurch, daß der Bohrschlitten so verfahren wird, daß die Werkzeugspitze mit dem Bezugspunkt auf dem Bohrrohrführungsschlitten übereinstimmt Die Meßeinrichtung des Bohrschlittens gibt dann die Länge des Werkzeuges an. Auch hier kann eine am Bohrschlitten angeordnete Spanneinrichtung berücksichtigt werden. Soll das Werkzeug bei der Bearbeitung rotieren, karcn auf den Bohrschlitten ein Werkzeugs.pindelkasten aufgesetzt werden. Der Bezugspunkt des Bohrschlittens befindet sich dann zweckmäßigerweise in der Spindelnase. Es ist jedoch auch möglich, auf den Bohrschlitten einen Bohrbock aufzusetzen.

Für die Bearbeitung von Durchgangsbohrungen ist es nicht mehr erforderlich, die Bohrtiefe anzugeben. Hierbei muß lediglich die Werkzeuglänge größer als die Werkstücklä^ge sein. Bei abgesetzten Bohrungen und Sacklöchern jedoch wird die Bohrtiefe auf einfache Weise eingegeben.

Da die Werkstücklänge abzüglich der umgebenden Spannbaugruppen erheblichen Toleranzen unterworfen ist. die im Bereich von mehreren Zentimetern liegen, können große Leerlaufwege oder ständige Anpaßrüstvorgänge erforderlich sein. Diese Abstandsiveränderungen zwischen dem Bohrschlitten bzw. dem Bohrölzuführapparat und dem Werkstück müssen von der Bedienungsperson manuell ausijemessen und mit Handzuslellung individuell angepaßt werden.

Um dera^rtige Werkstüc!dängentoleran;ten automatisch zu erfassen, kann vor dem Bohrölzuführapparat ein Sensor angeordnet sein, der mit dem Bohrölzuführapparat bzw. dem 3ohrrohrführungsschlitten fest verbunden ist. Beim Spannen des Werkstückes vor der Bearbeitung kann nun der Bohrrohrführungsschlitten im Schnellvorschub gegen das Werkstück bewegt werden. Sobald ein bestimmter Abstand vom Werkstück erreicht wird, wird durch den Sensor ein Steuersignal ausgelöst, das über die Auswerteschaltung den Vorschub des Bohrrohrführungsschlittens auf langsame Geschwindigkeit reduziert, so daß der Bohröllzuführapparat sanft an das Werkstück zur Anlage gebracht wird. Durch diese automatische Anpassung an die Werkstücktoleranzen können ohne zusätzliche Arbeitsvorgänge erhebliche Umrüatreiten eingespart werden.

Beim Tiefbohren werden die An- und Ausbohrvorgänge bezüglich des normalen Tiefbohrvorschubs mit reduzierter Geschwindigkeit durchgeführt Die hierfür erforderlichen Wegstrecken werden bei den bekannten Maschinen mit Schaltnocken eingestellt, bei CNC-Steuerungen programmiert oder in Handsteuerung manuell zurückgelegt Dies bedarf jeweils zusätzlicher Einstell- oder Eingabetätigkeiten.

Bei der vorgeschlagenen Maschine können derartige Arbeitsvorgänge entfallen. Sobald ein Werkstück aufgespannt ist also der Bohrölzuführapparat auf dem Bohrrohrfuhrungss^hlitten am Werkstückende anliegt, ist die genaue Länge des Werkstückes aufgrund der am Führungsschlitten angeordneten Meßeinrichtung bekannt; weiterhin ist die Position des Werkstückendes bezüglich der Werkzeugspitze bekannt Es ist damit möglich, den Werkzeugvorschub derart zu steuern, daß zunächst ein schneller Vorschub erfolgt und die Anbohr- und Ausbohrvorgänge mit reduzierter Geschwindigkeit durchgeführt werden. Aus dem Durchmesser und dem Neigungswinkel der Schneidkanten an der Werkzeugspitze ergibt sich eine fü.- jedes Werkzeug typische An- und Ausbohrstrecke. Beim Anbohren wird zweckmäßigerweise auch diejenige Strecke berücksichtigt, die das Werkzeug im Werkstück zurücklegen muß, bis eine an der Werkzeugspitze befindliche Führungsleiste im W ^rkstück führt

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 6 beispielsweise erläutert. Es zeigt
F i g. 1 bis 3 schematische Darstellungen von Tiefbohrmaschinen in verschiedenen Ausführungsformen,

F i g. 4 und 5 die Anordnung eines Sensors am Bohrrohrführungsschlitten und

F i g. 6 eine Darstellung, aus der sich die erforderliche Anbohrstrecke eines Werkzeuges ergibt.

Die in Fig. 1 vereinfachi dargestellte Tiefbohrmaschine besteht aus einem Maschinenbett 11, auf dessen Führungen ein Werkstückspindelkasten 12, ein Bohrschlitten 13 und ein Bohrrohrführungsschlitten 14 angeordnet sind. Der Werkstückspindelkasten 12 ist fest angeordnet, während die beiden anderen Anordnungen verf?hrbar sind, wie durch Energiezuführungsleitungen 15 und 16 angedeutet ist. Der Bohrschlitten 13 kann einen Bohrbock oder einen Werkzeugspindelkasten aufnehmen; dies hängt von der jeweiligen Betriebsart ab, je nachdem ob das Werkstück rotiert oder nicht. Der Bohrrohrführungsschlitten 14 trägt ein nicht gesondert dargestelltes Bohrrohrführungslager sowie einen ebenfalls nicht dargestellten Bohrölzuführapparat.

Jede der drei Anordnungen 12 bis 14 hat einen Bezugspunkt F, M bzw. T. Der Bezugspunkt Fdes Werkstückspindelkastens iiegt in oder an der Nase der nicht dargestellten Spindel, der Bezugspunkt M an der deip Werkstückspindelkasten 12 zugewandten Stirnseite des Bohrrohrführungsschlittens 14 bzw. des Bohrrohrführungslagers und der Bezugspunkt T auf der Nase der Spindel eines Werkzeugspindelkastens bzw. der Stirnseite einer Werkzeugaufnahme eines Bohrrohr-Klemmlagers.
Baugruppen wie Setzstöcke für das Werkzeug und das Werkstück sind bei der vereinfachten Darstellung der F ig. 1 nicht gezeigt.

Am Bohrschlitten 13 und am Bohrrohrführungsschlitten 14 ist jeweils eine Längenmeßeinrichtung 19 bzw. 20 angeordnet. Die Eichung dieser Längenmeßeinrichtungen, die Anzeigeeinr^htungen aufweisen und als Digitalzähler ausgebildet sein können, erfolgt bei der ersten Inbetriebnahme der Maschine. Hierzu wird der Bohrrohrführungsschlitten 14 nach links verfahren, bis die

Bezugspunkte Γ und Λ/ zusammenfallen. Die llichung kann auch derart erfolgen, dal.! miliels eines Maßstabes eine bestimmte Strecke /wischen /■' und M gemessen und an der Meßeinrichtung 19 eingestellt wird, Letztere Methode kann auch ungewandt werden, um die MeÜein· ; richtung 20 am Bohrschlilten U /u eichen.

Wird nun ein Werkzeug in die Maschine derart eingesetzt, daß seine Spitze mit Λ/übereinstimmt, dann ergibt sich aus der relativen Lage der Meßeinrichtungen 19 und 20 die Lange des Werkzeuges. Gleiches gilt für ein u> zwischen l·' und M eingespanntes Werkstück. Sowohl bei der Länge des Werkzeuges als auch des Werkstükkes sind bei [·'. M und /"befindliche Spannvorrichtungen zu berücksichtigen. Hierbei handelt es sich jedoch um typische Werte, die in einer nicht gezeigten Auswerte- η schaltung berücksichtigt weiden können.

Sobald also Werkzeug und Werkstück in die Maschine eingesetzt sind und das Werkstück gespannt ist. sind :!Üe c!'i'.>!'U'jr!i^#.'h»jn Mii!ii»n^tT:!ben und !Oviionrn hrkannt. die Air Bildung einer durchgehenden Bohrung. _>» einer abgesetzten Bohrung und eines Sackloches benötigt werden. Wenn somit die Bohrtiefe in die Auswerteschalliing eingegeben wird, kann der Vorschub des Bobschlitten* 13 in der erforderlichen Weise gesteuert wori'cn. Auch tier Vorschub des Bohrrohrführungs- _>-> Schlittens 14 kann über die Auswerteschaltung derart gesteuert werden, daß das Werkstück gespannt wird. Hierzu wird der Führungsschlitten 14 aus einer beliebigen Lage soweit verfahren, bis der Bohrölz.ufi'ihrapparat am Werkstück zur Anlage kommt. Die tatsächliche, von jo den Herstellungstuleranzen abhängige Länge des Werkstückes spielt dabei keine Rolle und erfordert keine gesonderten Meß- und Umrüstvorgänge, da mit dem Spannen des Werkstückes durch den Bohrrohrführungsschlitten 14 bzw. dessen Bohrölzuführapparat die j> Länge des Werkstückes durch die Meßeinrichtung 19 erfaßt und damit auch der erforderliche Vorschubweg des Bohrschlittens 13 festgelegt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der alle drei Anordnungen 12 bis 14 verfahrbar sind, wie durch die -to ünergiezuführungsleitung 17 des Werkstüekspindelkastens 12 und den Hydraulikzylinder 18 des Führungsschlittens 14 gezeigt ist. In diesem Fall weist auch der Werkstückspindeikasten 12 eine Längenmeßeinrichtung 21 auf. deren Eichung in bezug auf den begrenzt ■»·> verfahrbaren Führungsschlitten 14 erfolgt. Dieser Führungsschlitten ist in einer bestimmten Lage auf der BeU-fiihrung festklemmbar und mittels des Hydraulikzylinders 18 um eine bestimmte Strecke von z. B. 120 mm zum Spannen des Werkstückes verstellbar. Die Eichung so der Meßeinrichtungen 20 und 21 gegenüber dem Führungsschlitten 14 erfolgt in der Stellung, in der der Spannhub des Führungsschlittens Null beträgt.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Werkstückspindeikasten 12 und der Bohrschlitten verfahrbar sind, der Bohrrohrführungsschütten 14 dagegen fest angeordnet ist.

Die F i g. 4 und 5 zeigen einen Teil eines Bohrrohrführungsschlittens 14 bzw. des Bohrrohrführungsiagers. an dem ein Bohrölzuführapparat 26 angeordnet ist. Vor der t>o Anlagefläehe 24 des Bohrolzuführapparates 26 an der Werkstückanlagefläche 23 eines Werkstückes 22 ist quer zur Bohrmitte ein Sensor 25 angeordnet, der z. B. aus einer Lichtquelle und einer Photodiode besteht und zusammen mit dem Führungsschlitten 14 verschiebbar b5 ist. Sobald sich der Führungsschlitten 14 dem Werkstück 22 nähert und das Werkstückende den Sensor 25 durchläuft, wird ein Signal an die Auswerteschaltung gegeben, so daß mittels eines Steuersignals der Vorschub des Fühiungssehlinens 14 auf geringe Geschwindigkeit geschaltet weiden kann, so daß sich der Bohrölzuführapparat 26 sauft an das Werkstück 22 anlegt. Auf diese Weise ist es somit möglich, den Spannvorgang schnell, sicher und stoßfrei durchzuführen.

I'ig. b zeigt einen auf einem Bohrrohr 29 sitzenden Wcikzeugkopf innerhalb eines Bohrolzuführapparates und ein Bohrrohrfühnmg.slager. Der Weikzeugkopf hat eine nicht gezeigte Führungsleiste, mit der das Werkzeug im Werkstück geführt wird, sobald etwa der Punkt 27 innerhalb des Werkstückes liegt.

Das Werkzeug hat eine kegelförmige Spitze und eine unter dem Winkel \ geneigte Schneidkante. Beim Anbohren lies Werkstückes muß der Vorschub des Werkzeugs mit reduzierter Geschwindigkeit durchgeführt werden, bis sich das Werkzeug mit dem vollen Durchmesser /Jim Werkstück befindet und vorzugsweise, bis iliM- Punkt 27 im Werkstück liegt, wie zuvor erwähnt wurde. Auch beim Ausbohren im Falle einer durchgehenden Bohrung muß der Werkzeugvorschub mit reduzierter Geschwindigkeit erfolgen, bis das Werkzeug mit seinem vollen Durchmesser aus dem Werkstück austritt. Diese An- und Ausbohrsirecken können über die Auswerteschaltung automatisch berücksichtigt weiden, da die Lage der Werkzeugspitze relativ zu den Bezugspunkten Λ/ und T. die Werkslücklänge und damit die Bohrtie'r erfaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tiefbohrmaschine mit einem Werkstückspindelkasten, einem Bohrschlitten und einem zwischen diesen angeordneten Bohrführungsschlitten, von welchen drei Anordnungen wenigstens zwei auf dem Maschinenbett verfahrbar sind und in denen je nach Bearbeitungsart das Werkstück und/oder das Bohrrohr rotierend aufgenommen ist, gekennzeichnet dadurch, daß an jeder der verfahrbaren Anordnungen (13, 14, Fig. 1; 12, 13, 14. Fig.2; 12, 13, F i g. 3) eine die relative Lage der zugehörigen verfahrbaren Anordnung auf dem Maschinenbett (11) zu einem Bezugspunkt (F, M) an der festen Anordnung (12; 14; 14) erfassende Längenmeßeinrichtung (19 bis 21) angeordnet ist, und durch einen Komparator zum Vergleich der relativen Lagen der verfahrbaren Anordnungen, und durch eine Auswerteschaltung zur Steuerung des Verfahrweges wenigstens einer der verl'ahrbaren A.nordnt!ngen in Abhängigkeit von den sich nach dem Einsetzen eines Werkstückes und eines Werkzeuges in die Maschine ergebenden Meßergebnissen der Meßeinrichtungen (19 bis 21).

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückspindelkasten (12) fest angeordnet ist, und daß der Bohrschlitten (13) und der Bohrrohrführungsschlitten (14) verfahrbar sind.

3. Maschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, d'ifl der Werkstückspindelkasteri (12) und der Bohrschläuen (13) verfahrbar sind, und daß der Bohrrohrführungsschlitten (!-♦) fest angeordnet oder nur zur Durchführung eines Spannhubes begrenzt verfahrbar ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Bohrölzuführapparat auf dem Bohrrohrführungsschlitten, gekennzeichnet durch einen vor dem Bohrölzuführapparat (26) angeordneten und mit diesem fest verbundenen Sensor (25), der bei Durchlauf des Werkstückendss ein Steuersignal für die Auswerteschaltung zur Umschaltung des Bohrrohrführungsschlitten-Schnellvorschubs auf Spannvorschub erzeugt, bei dem der Bohrölzuführapparat (26) am Werkstück (22) zur Anlage kommt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt (F) des Werkstückspindelkastens (12) dessen Spindelnase ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt (M) des Bohrrohrführungsschlittens (14) dessen dem Spindelkasten (12) zugewandte Stirnseite ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bohrschlitten (13) ein Werkzeugspindelkasten angeordnet ist, auf dessen Spindelnase der Bohrschlittenbezugspunkt fliegt.

8. Maschine nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bohrschlitten (13) ein Bohrbock angeordnet ist, auf dessen dem Bohrrohrführungsschlitten (14) zugewandten Stirnseite der Bohrschlittenbezugspunkt fliegt.

9. Maschine nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (19 bis 21) Anzeigeeinrichtungen aufweisen.

10. Maschine nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen

(19 bis 21) als Digitalzähler ausgebildet sind.

11. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (25) aus einer Lichtquelle und Photodiode besteht, die quer zur Bohrmitte angeordnet sind.