DE4335765A1 - Mehrspindel-Bohreinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrspindel-Bohreinheit mit verstellbaren Bohrspindeln, die insbesondere zur Fertigung von Einzelstücken oder kleinen Losgrößen vorgesehen ist.

Es sind verschiedene Mehrspindel-Bohreinheiten mit verstellbaren Bohrspindeln bekannt.

Eine große Gruppe enthält Gelenkwellen, mit denen die Bohrspindeln angetrieben werden. Zur Verstellung sind die Bohrspindeln in austauschbaren Bohrplatten oder in mit Schrauben feststellbaren Spindelträgern geführt. Die Bohrplatten enthalten das exakte Bohrbild. Die Spindeln sind steif gelagert. Die Positionen der Bohrspindeln sind bereits festgelegt. Der zeitliche Aufwand bleibt auf den Wechsel der Platte beschränkt. Die Lösung ist nur für große Serien geeignet, da für jedes Bohrbild eine Bohrplatte gefertigt werden muß. Mit den Spindelträgern können viele verschiedene Bohrbilder eingestellt werden. Bei einem Wechsel ist allerdings jede Position zeitaufwendig genau zu verinessen. Außerdem werden die Spindeln in den kragarmartig langen Spindelträgern relativ weich bzw. federnd geführt.

Bei einer anderen Gruppe werden die Spindeln von einer zentral im Bohrkopf angeordneten Hauptantriebswelle über Zahnräder angetrieben. Die Spindeln sind in drehbaren Exzenterscheiben oder in schwenkbaren Schwingen gelagert. Die Achsen der Exzenter und der Schwingen sind im Kreis um die Hauptantriebswelle angeordnet. Verstellt werden die Positionen der Exzenter- bzw. Schwingenachsen auf dem Umfang ihres Kreises um die Hauptantriebswelle und der Dreh- bzw. Schwenkwinkel. Zur Einstellung werden die Verspannungen gelöst, die neuen Positionen bzw. Winkel von Hand eingestellt und danach wieder verspannt.

In DE-OS 33 05 020 können die Achsen einzeln gelöst, positioniert und verspannt werden. Davon getrennt wird der Schwenkwinkel eingestellt und jede Schwinge nach der Einstellung mit einem Spindelträger fest am Bohrkopf fixiert. Die getrennte Einstellbarkeit erleichtert die Positionierung sehr. Insgesamt ist aber der Zeitaufwand noch sehr hoch.

Mit DD 2 09 129 können häufiger vorkommende symmetrische Bohrbilder mit einem auf alle Verstellachsen gleichzeitig wirkenden Drehkranz eingestellt werden. Auch hier werden zuvor die Verschraubungen gelöst und nach der Justage wieder festgezogen.

Allen bisherigen Lösungen ist gemeinsam, daß die Einstellung eines neuen Bohrbildes letztlich einen mehr oder weniger großen Zeitaufwand erfordert und die Genauigkeit, von der Lösung mit der wechselbaren Bohrplatte abgesehen, auf die von Hand einstellbaren Genauigkeiten beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Mehrspindel-Bohreinheit anzugeben, mit der ein neues Bohrbild bei größerer Genauigkeit und in wesentlich kürzerer Zeit als bisher einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Mehrspindel-Bohreinheit mit einem im Außengehäuse drehbaren Bohrkopfgehäuse und mehreren von einer zentralen Hauptantriebswelle über Zahnräder antreibbaren Bohrspindeln, im Außengehäuse eine erste Stelleinheit, bestehend aus einem Schrittmotor und einem Harmonic-Drive-Getriebe, zur Verdrehung des Bohrkopfes im Außengehäuse und wenigstens eine zweite baugleiche Stelleinheit zur Verdrehung der Verstellachsen des Exzenters bzw. der Schwinge vorgesehen sind und jeder Stelleinheit ein Nullgeber zugeordnet ist.

Die Lösung ist für rasch wechselnde Bohrbilder, also für die Fertigung von Einzelstücken, von kleinen Losen oder von mehreren verschiedenen Bohrbildern in einem Werkstück vorgesehen. Die Mechanisierung der Verstellung erleichtert und verkürzt dabei die Arbeit. Entscheidend ist, daß durch die spezielle Stelleinheit eine hochgenaue Auflösung der Stellschritte möglich ist und durch die Verwendung des Harmonic-Drive-Getriebes auf festzuziehende Halterungen oder Bremsen verzichtet werden kann. Mit Gebern, die die Nullposition exakt markieren, kann bei Bedarf vor jeder Neueinstellung die Nullposition erneut angefahren und von dort aus rechnergesteuert die einzustellende Position mit immer gleich hoher Genauigkeit angefahren werden. Auch in der Serienfertigung kann während des Werkstückwechsels vor jeder zum Beispiel zehnten Bohrung die Position überprüft und neu eingestellt werden.

Durch die Zuordnung einer Stelleinheit zu jeder Stellachse kann die Einstellung der Achsen unabhängig voneinander erfolgen. Es ist aber auch (für symmetrische Bohrbilder) möglich, mit einer Stelleinheit gleichzeitig alle Verstellachsen einzustellen.

Die Einstellung der Achsen über Schrittmotor und Harmonic-Drive- Getriebe ermöglicht bei höherem Aufwand eine sehr hohe Positioniergenauigkeit. Mit dem Schrittmotor wird eine Teilung bis zu 0,036° erreicht, die durch das HD Getriebe bis auf 0,0001° erweitert wird. Das ergibt bei einem Abstand zwischen der zu bearbeitenden Bohrung und der Mitte der Bohreinheit von 100 mm eine Positioniergenauigkeit von 0,0002 mm und bei einem Abstand von 500 mm noch 0,001 mm. Die mit normalem Aufwand erreichbaren Genauigkeiten liegen etwa eine Größenordnung darunter und sind damit immer noch sehr hoch.

Durch die Zuordnung eines Nullgebers zu jeder Stelleinheit ist die Genauigkeit auch über einen längeren Zeitraum immer wieder gewährleistet.

Ein weiterer Vorteil sind die sehr kurzen erreichbaren Einstellzeiten. Die maximale Umstellzeit beträgt ca. 30 s. Bei bekannten manuellen Lösungen werden für die Umstellung zwischen 2 und 8 min je Spindel benötigt.

Die Verwendung des Harmonic-Drive-Getriebes erlaubt die Aufnahme von Drehmomenten bis zu 1000 Nm. Damit entfallen die bei bekannten Konstruktionen benötigten Bremsen. Die Außenmaße werden verringert Der Verstell- und Anwendungsbereich wird erhöht.

Zur Erhöhung des Verstellbereichs bei kleinen Außenabmessung sind in den Getriebestufen vorzugsweise Losräder vorgesehen.

Zur Erhöhung der Genauigkeit besteht in den Zahnradstufen wenigstens ein Zahnrad aus zwei, im Rahmen des Zahnspiels mittels Federn gegeneinander verdrehten Zahnscheiben.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mehrspindel-Bohreinheit mit Stelleinheit für das Bohrkopfgehäuse und drei Exzentern in der Draufsicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Mehrspindel-Bohreinheit mit Stelleinheit für das Bohrkopfgehäuse und vier in Schwingen gelagerte Bohrspindeln in der Draufsicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Mehrspindel-Bohreinheit mit drei Spindeln dargestellt.

Die Bohrspindeln 3 werden über die kinematische Kette Hauptantrieb 5, Antriebsritzel 5a, Zahnradblock 10 und Zahnrad 3a.

Der Bohrkopf 6 wird mittels einer ersten Stelleinheit 1, bestehend aus einem Schrittmotor 1a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 1b, und dem Zahnradpaar 8, 7 verstellt.

Die Positionen der Exzenter werden jeweils mittels je einer zweiten Stelleinheit 2, bestehend aus einem Schrittmotor 2a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 2b, und dem Exzenter 9 eingestellt.

Die schrittweise Verstellung erfolgt von einer durch die Geber 20, 21 bzw. 18, 19 markierten bzw. festgestellten Nullposition aus. Das sichert, daß auch nach einer längeren Bearbeitungszeit immer wieder von einem sehr genauen Bezugspunkt aus eingestellt werden kann.

In den Fig. 3 und 4 werden vier Bohrspindeln 3 in Schwingen 15 geführt und gleichzeitig verstellt.

Die Verdrehung des Bohrkopfes 6 erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Die Positionen der Schwingen 15 werden mit einer zentral angeordneten zweiten Stelleinheit 2, bestehend aus einem Schrittmotor 2a und einem Harmonic-Drive-Getriebe 2b, die Zahnräder 2c, 17, und 16 sowie die Hohlwelle 14 eingestellt.

Einer Schwinge 15 ist ein Nullgeber 18, 19 zugeordnet. Außerdem ist wie im ersten Beispiel zur Einstellung des Bohrkopfes 6 der Nullgeber 20, 21 vorgesehen.

Die Losräder 12a, 13 und 17 bestehen aus je zwei mittels Federn in Drehrichtung gegeneinander vorgespannten Zahnscheiben (nicht dargestellt). Damit ist eine spielfreie Übertragung gewährleistet.

Die Einstellbewegungen können parallel ablaufen. Die Positionierung der Bohrspindeln erfolgt zweckmäßigerweise NC-gesteuert.

Das Außengehäuse 4 ist so ausgebildet, daß es auf eine Vorschubeinheit montierbar ist.

Claims (6)

1. Mehrspindel-Bohreinheit mit einem im Außengehäuse (4) drehbaren Bohrkopf (6) und mehreren von einer zentralen Hauptantriebswelle (5) über Zahnräder antreibbaren Bohrspindeln (3), die zu ihrer Verstellung in Exzentern (9) bzw. Schwingen (15) gelagert sind, wobei die Verstellachsen im Kreis um die Achse der Hauptantriebswelle (5) angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß im Außengehäuse (4) eine erste Stelleinheit (1), bestehend aus einem Schrittmotor (1a) und einem Harmonic-Drive-Getriebe (1b), angeordnet und über Zahnräder (8, 7) der Verstellung des Bohrkopfes (6) zugeordnet ist, daß wenigstens eine zweite Stelleinheit (2), bestehend aus einem Schrittmotor (2a) und einem Harmonic-Drive-Getriebe (2b), vorgesehen und direkt oder über Zahnräder den Verstellachsen des Exzenters (9) bzw. der Schwinge (15) zugeordnet ist und daß jeder Stelleinheit (1 bzw. 2) ein Nullgeber (18, 19) zugeordnet ist.

2. Mehrspindel-Bohreinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Verstellachse eine der Stelleinheiten (2) direkt zugeordnet ist.

3. Mehrspindel-Bohreinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine zentral angeordnete Stelleinheit (2) über Zahnräder allen Verstellachsen zugeordnet ist.

4. Mehrspindel-Bohreinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in den Zahnradstufen jeweils ein Zahnrad vorgesehen ist, das aus zwei, im Rahmen des Zahnspiels gegeneinander verdrehten Zahnscheiben besteht.

5. Mehrspindel-Bohreinheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstellachse der Schwinge (15) als Hohlwelle (14) ausgebildet ist.

6. Mehrspindel-Bohreinheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß in den Zahnradstufen zwischen Ritzel (2c, 5a bzw. 11a) und zugehörigen Rädern Losräder (12a, 13 bzw. 17) vorgesehen sind.