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Die Erfindung betrifft eine Bohrmaschine,
entwikkelt besonders zur Verwendung auf programmierbaren Maschinen,
wie Roboter.
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Wenn zwei Teile, vor dem Verbinden durch Nieten
oder ähnlich, gleichzeitig gebohrt werden müssen, ist es
wünschenswert, diese Teile im Bereich des Bohrers stark
gegeneinander zu pressen. In der Tat, wenn kein ausreichender
Anpressdruck erzielt wird, besteht die Tendenz zu einer
unerwünschten Gratbildung zwischen den Teilen. Ein vorhandener
Grat kann zu einer schlechten Verbindung der Teile führen,
und anschließend die Korrosion dieser Teile fördern. Im Fall
wo ein Dichtungsmittel wie Kitt vor dem Bohren zwischen die
Teile aufgebracht wird, ist es ebenfalls wünschenswert einen
Anpressdruck auf dieselben auszuüben, um ein fließen dieses
Dichtmittels durch Quetschung zu erzielen.
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Um einen solchen Anpressdruck auszuüben kann man
zu außerhalb der Bohrmaschine gelegenen Spannelementen
Zuflucht nehmen. Indessen führt das Anbringen solcher
Spannelemente zu einem Zeitverlust und stellt keine
zufriedenstellende Lösung dar, wenn die Teile mittels Roboter montiert
werden sollen. Des weiteren, wenn die zu verbindenden Teile
von großer Abmessung, und mit einer Vielzahl von Bohrungen zu
versehen sind, ist nicht gewährleistet, daß im Augenblick des
Bohrens ein ausreichender Anpressdruck an der Bohrstelle
vorhanden ist.
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In dem Dokument US-A-2 884 819, ist eine
halbautomatische Fräsmaschine mit einem ringförmigen Fuß
ausgestattet, auf welchen ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder
einwirkt, um das Teil während des Fräsens auf seine Unterlage
zu pressen.
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In dem Dokument JP-A-5 859 746, ist am Körper
einer Bohrmaschine eine, die Werkzeughalterspindel und das
Werkzeug umgebende Teleskopnase so montiert, daß sie auf dem
zu bohrenden Teil vor Beginn des Bohrens aufsetzt und durch
eine Druckfeder gegen dieses Teil gepreßt wird. Diese
Teleskopnase dient zur Schmierung des Werkzeugs an der Oberfläche
des zu bohrenden Teils und zur Absaugung der Späne.
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Die Erfindung hat hauptsächlich eine Bohrmaschine
zur Verwendung auf einer programmierbaren Maschine zum
Gegenstand, deren besonderer Aufbau erlaubt, um den Bohrer herum
einen vorbestimmten Anpressdruck auf das zu bohrende Teil
bereits vor Beginn des Bohrens auszuüben, und auch den
automatischen Bohrzyklus der Bohrmaschine auszulösen, ohne daß die
Abmessungen der Bohrmaschine hierdurch wesentlich vergrößert
sind.
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Dieses Ziel ist mit Hilfe einer Bohrmaschine
erreicht, welche einen Körper umfaßt in welchem eine
Werkzeughalterspindel drehbar um eine Bohrachse und gleitend entlang
dieser Achse gelagert ist, wobei der Körper der Bohrmaschine
eine Berührungsnase trägt, die geeignet ist, entlang dieser
Achse gegen eine elastische Vorrichtung zu gleiten, wenn sich
die Berührungsnase auf ein zu bohrendes Teil stützt, so daß
die elastische Vorrichtung dann über die Berührungsnase eine
Druckwirkung auf das Teil ausübt, wobei die Bohrmaschine
gekennzeichnet ist durch die Tatsache, daß sie außerdem einen
Rückschrittdetektor für die Berührungsnase umfaßt, der
geeignet ist, einen Bohrzyklus bei einem vorgegebenen Gleiten der
Berührungsnase gegen die elastische Vorrichtung auszulösen.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Berührungsnase
einen rotierenden Anschlag für das Wegende auf den sich eine
auf der Werkzeughalterspindel geformte Schulter abstützt.
Diese besondere Eigenschaft erlaubt die Bohrtiefe präzise zu
kontrollieren, was besonders dann interessant ist, wenn die
Bohrung mit einer Fräsung verbunden ist, wie sie vor allem
bei der Verbindung von Teilen durch Blindnieten verwendet
wird. Es ist zu vermerken, daß der Anschlag für das Wegende
auf einer im Verhältnis zum Bohrmaschinenkörper beweglichen
Berührungsnase, erlaubt, die Präzision der Bohrtiefe oder der
Fräsung, trotz der Tendenz zur Rückwärtsbewegung der
Bohrmaschine bei Kontakt des Werkzeuges mit dem Teil, zu
gewährleisten.
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Vorzugsweise ist die Berührungsnase auf dem
Körper
der Bohrmaschine durch einen demontierbaren Festhaltering
montiert, der eine innere Schulter aufweist, gegen die sich
normalerweise eine äußere Schulter der Berührungsnase unter
der Wirkung der elastischen Vorrichtung stützt. Diese
besondere Eigenschaft erlaubt auf derselben Bohrmaschine
Berührungsnasen einzusetzen, deren Länge und/oder Form
unterschiedlich sein können, um besonders Änderungen von
Stärke und/oder Form der Teile zu berücksichtigen. Sie
erlaubt ebenfalls elastische Vorrichtungen zu verwenden um
unterschiedliche Druckwirkungen auszuüben, um diesen Druck an
das zu bohrende Material anzupassen.
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Außerdem kann der Rüchschrittdetektor
insbesondere einen pneumatischen Schaltkreis umfassen, der einen
Durchgang umfaßt, der in dem Körper der Bohrmaschine gearbeitet
ist und in das Äußere des letzteren so mündet, daß er von der
Berührungsnase nach dem besagten vorgegebenen Gleiten
verschlossen wird.
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Wenn sie auf einer programmierbaren Maschine
montiert wird, ist es vorteilhaft wenn die Bohrmaschine mit
einem automatischen Werkzeugwechsler versehen ist, besonders
wenn die zu verbindenden Teile nacheinander Bohrungen mit
unterschiedlichen Durchmessern benötigen. Das Vorhandensein
eines automatischen Werkzeugwechslers erlaubt ebenfalls, das
Bohren im Falle eines Bohrerbruchs fortzusetzen.
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Wenn die Bohrmaschine einen automatischen
Werkzeugwechsler umfaßt, enthält dieser Werkzeugwechsler
vorzugsweise einen Verriegelungsring, der auf der
Werkzeughalterspindel derart montiert ist, daß er entlang der Achse gleiten
kann, eine elastische Vorrichtung die zwischen der Spindel
und dem Verriegelungsring angeordnet ist um letzteren in eine
hintere Verriegelungsposition zu bewegen, einen in dem Körper
der Bohrmaschine angeordneten Zylinder dessen Kolben geeignet
ist, bei Betätigung des Zylinders den Verriegelungsring in
eine vordere Entriegelungsposition zu bewegen, und mindestens
zwei Kugeln, die in zwei, die Werkzeughalterspindel radial
durchquerenden Durchgängen derart angeordnet sind, daß sie in
zwei Halbnuten, die auf einer äußeren, kegelstumpfförmigen
Oberfläche des Werkzeugs, die zu einer inneren,
kegelstumpfförmigen Oberfläche der Spindel komplementär ist, vorstehen
wenn der Verriegelungsring in seiner hinteren
Verriegelungsposition ist, und so, daß sie in eine innere Nut des
Verriegelungsrings eingezogen werden, wenn letzterer seine vordere
Entriegelungsposition einnimmt.
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Es ist zu bemerken, daß der so aufgebaute
automatische Werkzeugwechsler einen besonders schnellen
Werkzeugwechsel und eine sehr präzise axiale Positionierung dieses
Werkzeugs in der Werkzeughalterspindel erlaubt, was
unerläßlich ist, wenn die Berührungsnase einen, die Bohrtiefe oder
Frästiefe bestimmenden, Anschlag für das Wegende umfaßt.
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Um eine präzise Bohrtiefe und Frästiefe zu
erlauben, umfaßt jedes Werkzeug vorzugsweise ein Futter mit
konischem Ende auf dem die äußere, kegelstumpfförmige Oberfläche
geformt ist, einen Bohrer der sich auf eine in der Längsachse
des Futters geschraubte Regulierschraube stützt, und
Vorrichtungen zum Festhalten des Bohrers in dem Futter. Diese
Anordnung erlaubt, Dank der Regulierschraube, auf einer für diesen
Zweck vorgesehenen Einstellbank, die axiale Positionierung
des Bohrers im Verhältnis zum Futter in welchem er befestigt
ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung wird
nun, als Beispiel und nicht limitativ, beschrieben, unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in welchen:
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- die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den
vorderen Teil einer, auf einer programmierbaren Maschine
montierten, der Erfindung entsprechenden Bohrmaschine mit
automatischem Zyklus zeigt;
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- die Fig. 2a und 2b sind mit Fig. 1
vergleichbare Ansichten, in zwei aufeinanderfolgenden Schritten
die Entnahme eines Werkzeugs mit Hilfe der erfundenen
Bohrmaschine aus einem hierfür vorgesehenen Magazin darstellend;
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- die Fig. 3a bis 3c zeigen drei
aufeinanderfolgende Schritte des Bohrens zweier Teile mit Hilfe der
erfundenen Bohrmaschine; und
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- die Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch ein
Werkzeug, entwickelt zum Einsatz auf der Bohrmaschine nach
Figur während der Regulierung auf einer hierfür geeigneten
Einstellbank.
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Die Bohrmaschine, von welcher nur der vordere
Teil in Fig. 1 dargestellt ist, ist für die Montage auf
einer programmierbaren Maschine, wie Roboter gleich welcher
Form (beweglicher Laufwagen auf ebenfalls beweglicher
horizontaler Laufbrücke, Gelenkarm, usw.), konstruiert.
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Nach konventioneller Methode umfaßt die
Bohrmaschine einen Körper 10, dazu vorgesehen um auf der
programmierbaren Maschine befestigt zu werden, und eine zylindrische
Werkzeughalterspindel 12, in dem Körper 10 so montiert, daß
dieselbe um eine vertikale Bohrachse der Fig. 1 rotieren,
und sich entlang dieser Achse bewegen kann. Vorrichtungen zur
Steuerung (nicht gezeichnet), im Körper 10 der Bohrmaschine
eingebaut, welche erlauben den Antrieb zur Rotation der
Werkzeughalterspindel 12, und die Bewegung dieser Spindel in
ihrer Achse, in die eine oder andere Richtung zu steuern. Diese
Vorrichtungen zur Steuerung, als solche bekannt, sind
vorzugsweise mechanisch, wenn ein gleichmäßiger Vorschub des
Werkzeugs erwünscht ist. Im gegenteiligen Fall können sie
auch pneumatisch sein.
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An ihrem Ende ist die Werkzeughalterspindel 12
hohl, und zeigt eine innere kegelstumpfförmige Oberfläche
12a, in welche sich eine äußere, auf einem Futter 14 mit
konischem Ende geformte komplementäre kegelstumpfförmige
Oberfläche 14a einfügen kann, wobei das Futter selbst einen Teil
eines später im Detail beschriebenen Bohrwerkzeugs 16 bildet.
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Die in Fig. 1 dargestellte Bohrmaschine ist mit
einem automatischen Werkzeugwechsler bestückt, dessen
verschiedene Bestandteile nun beschrieben werden.
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Dieser Wechsler umfaßt zuerst einen
Verriegelungsring 18, um das Ende der Werkzeughalterspindel 12 so
montiert, daß derselbe auf dieser Spindel axial gleiten kann,
und mit der Spindel zur Rotation verbunden ist, zum Beispiel
mit Hilfe von Nocken (nicht gezeichnet), welche sich an dem
Ring 18 befinden und in Längsnuten (nicht gezeichnet)
eingreifen, die in die äußere zylindrische Oberfläche des Endes
der Spindel 12 geformt sind.
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Eine schraubenförmige Druckfeder 20 ist um den
Ring 18 angeordnet, und stützt sich mit ihrem einen Ende auf
eine am Ende der Spindel 12 geformte Schulter 12b, und mit
ihrem gegenüberliegenden Ende auf eine am Ring 18 geformte
Schulter 18a. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
Schulter 12b durch eine am Ende der Spindel 12 verschraubte
Scheibe gebildet. Die Feder 20 preßt normalerweise die im
innern des Rings 18 geformten Schulter 18b gegen ein, in einem
Einstich der Spindel 12 montiertes, Arretierungssegment 22.
Diese so, unter Einwirkung der Druckfeder 20 vom Ring 18
eingenommene Position, ist als hintere Verriegelungsposition
bezeichnet.
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In dieser Position werden zwei Kugeln 24,
angeordnet in zwei sich gegenüberliegenden und das Ende der
Spindel 12 radial durchquerenden Durchgängen, vom Ring 18 in
einer Position festgehalten, in welcher diese Kugeln über die
innere kegelstumpfförmige Oberfläche 12a der Spindel
heraustreten. Wird ein Werkzeug 16 in die Spindel eingeführt,
werden die Kugeln 24 von zwei, auf der kegelstumpfförmigen
Oberfläche 14a des Futters 14 geformten, kreisbogenförmigen
Halbnuten 14b aufgenommen. Das Werkzeug 16 ist somit sowohl
für Verschiebung, als auch für Rotation fest mit der Spindel
12 verbunden.
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Vorrichtungen (nicht dargestellt) sind in den
Durchführungen 24 in welchen sich die Kugeln befinden
vorgesehen, um zu Verhindern, daß dieselben ins Innere der Spindel
12 ausweichen wenn kein Werkzeug vorhanden ist.
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Der automatische Werkzeugwechsler, dargestellt in
Fig. 1, umfaßt zusätzlich einen einfach wirkenden Zylinder,
eingebaut im Körper 10 der Bohrmaschine. Genauer, bildet der
Körper der Bohrmaschine diesen Zylinder, in welchem ein
ringförmiger
Kolben 26 geeignet ist, dichtend zu gleiten. Der
ringförmige Kolben 26 umfaßt einen vorderen Teil mit grobem
Durchmesser,. welcher im Innern des Körpers 10, durch einen
in einem in der äußeren Oberfläche dieses vorderen Teils
geformten Einstich gehaltenen O-Ring gedichtet, gleitet. Der
Kolben 26 umfaßt ebenfalls einen hinteren Teil mit geringerem
Durchmesser, dessen äußere Oberfläche im Innern des Körpers
10 dichtend gleitet, gedichtet durch einen anderen O-Ring 30
gehalten in einem im Innern des Körpers 10 geformten
Einstich. Eine ringförmige Kammer 32 ist so zwischen den
Dichtungen 28 und 30 gebildet. Diese Kammer ist durch eine
Leitung 34 mit einem pneumatischen Schaltkreis (nicht
dargestellt) zur Steuerung des Zylinders verbunden.
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Im Innern des vorderen Teils mit grobem
Durchmesser des Zylinders 26 befindet sich ein Nadeldrucklager 36,
durch ein Arretierungssegment 38 gegen eine, im Zylinder
geformte Schulter 26a gehalten.
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Das Nadeldrucklager 36 ist geeignet, sich am
hinteren Ende des Rings 18 abzustützen. Folglich, wenn ein
Fluidum unter Druck durch die Leitung 34 in die Kammer 32
geleitet wird, bewegt sich der Kolben 26 im Innern des
Körpers 10 in die vordere Richtung, und schiebt ebenfalls den
Ring 18, bis zum Eintreten der Wirkung der Feder 20, nach
vorne. Der Ring 18 kann somit in eine, durch Anschlag der
vorderen Fläche des Rings 18 an die Schulter 12b der Spindel
12, vorbestimmte vordere Entriegelungsposition gebracht
werden.
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Unter diesen Umständen befindet sich eine, im
Innern des Rings 18 geformte Nut 18c, gegenüber den Kugeln 24.
Letztere können folglich teilweise in die Nut 18c einfallen,
und sich dadurch aus den, im Werkzeugfutter 16 geformten,
Halbnuten 14b zurückziehen. Die Entriegelung des letzteren
ist auf diese Weise realisiert.
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Wie ebenfalls die Fig. 1 zeigt, ist ein
Verdrehen des Kolbens 26 im Innern des Körpers 10 der Bohrmaschine
durch eine Schraube 40 verhindert, deren Ende in eine axiale
Nut 42, geformt am hinteren Teil mit kleinstem Durchmesser
des Kolbens 26, eingreift. Diese Anordnung erlaubt auch,
durch abstützen der Schraube an dem einen oder anderen Ende
der Nut, je nach Bewegungsrichtung des Kolbens, die axiale
Bewegung des Kolbens 26 im Innern des Körpers der
Bohrmaschine zu begrenzen.
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Um das Ende der Werkzeughalterspindel 12 im
Innern des Körpers 10 zu führen, und dennoch die Rotation und
Relativbewegungen zwischen letzterem und dem Kolben längs der
Bohrachse zu erlauben, ist der Kolben im Innern mit
mindestens einem Nadellager 44 (zwei Lager 44 sind in der
dargestellten Ausführungsart vorgesehene ausgestattet.
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Diese Lager 44 sind in rollendem und gleitendem
Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche der Spindel 12.
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Entsprechend einer wesentlichen Eigenschaft der
Erfindung, ist die Bohrmaschine ebenfalls mit einer
Berührungsnase 46 ausgestattet, die an Ende des Körpers 10 so
montiert ist, daß sie im Verhältnis zu letzterem parallel zur
Bohrachse beweglich ist.
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Genauer, die Berührungsnase 46 ist am Ende des
Körpers 10 der Bohrmaschine so montiert, daß sie demontiert
und gegen eine Berührungsnase anderer Form und/oder Größe
ausgetauscht werden kann. Zu diesem Zweck zeigt der Körper
10, im Umgebungsbereich des großen Durchmessers des Kolbens
26, eine, gegen den Anfang der Bohrmaschine gerichtete
rohrförmige Ausbuchtung 10a, deren äußere Oberfläche mit einem
Gewinde 10b versehen ist. Dieses Gewinde 10b erlaubt auf die
rohrförmige Ausbuchtung 10a einen, das vordere Ende des
Körpers 10 umgebenden äußeren Ring 48 zu schrauben, wobei ein
ringförmiger Zwischenraum zur Aufnahme einer
schraubenförmigen Druckfeder 50 frei bleibt.
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An seinem vorderen Ende umfaßt der Ring 48 eine
nach hinten gerichtete innere Schulter 48a, auf welcher sich
normalerweise eine, am Ende der Berührungsnase 46 geformte,
nach vorne gerichtete äußere Schulter 46a abstützt. Die
Aufrechterhaltung des Kontaktes der Schultern 46a und 48a ist
durch die Druckfeder 50 gewährleistet, deren Enden sich
jeweils im Innern der Ausbuchtung 10a am Körper 10, und am
hinteren Ende der Berührungsnase 46 abstützen. Unter diesen
Bedingungen, das heißt wenn die Schulter 46a der
Berührungsnase 46 im Kontakt mit der Schulter 48a des äußeren Rings
ist, steht die Vorderseite der Berührungsnase 46 deutlich
über die Bohrerspitze 52 des Werkzeugs 16 hervor. Folglich,
und wie man später noch detaillierter sieht, kann das Ende
der Berührungsnase 46 zuerst mit den zu bohrenden Teilen in
Kontakt gebracht werden, was zu einer teilweisen
Komprimierung der Feder 50 führt. Der Kontakt zwischen den Schultern
46a und 48a ist in diesem Fall derart aufgehoben, daß die in
der Druckfeder 50 gespeicherte Vorspannung in ihrer
Gesamtheit auf die Berührungsnase 46, und durch letztere auf die zu
bohrenden Teile übertragen wird. Die in der Feder 50
gespeicherte Vorspannung bestimmt folglich den auf die Teile
während des Bohrens ausgeübten Anpressdruck.
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Der vordere Teil 46b der Berührungsnase ist im
allgemeinen rohrförmig mit kleinst möglichem Durchmesser, so
daß die Abmessungen der Berührungsnase eine Bearbeitung an
wenig zugänglichen Stellen, zum Beispiel in Winkeln, nicht
verhindern.
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Dieser vordere Rohrförmige Teil 46b der
Berührungsnase 46 ist mit einer, oder mehreren Öffnungen 46c
versehen, welche die Abfuhr der Späne während des Bohrens
erlauben. Die Stirnfläche dieses Teils 46b kann eben sein,
wenn die zu bearbeitenden Teile ebenfalls einwandfrei eben
sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann sie auch drei oder
vier, auf den Umfang verteilte gleichmäßig hervorstehende
Stellen 46d Umfassen, um einen zufriedenstellenden
Anpressdruck auf ein Teil gleich welcher Form zu erlauben.
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Vorteilhaft kann die Rückwärtsbewegung der
Berührungsnase 46, ausgelöst wenn deren vorderes Ende in Kontakt
mit den zu bearbeitenden Teilen kommt, zum Auslösen des
Beginns eines Bohrzyklus der Bohrmaschine verwendet werden, wenn
dieselbe automatisch ist.
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Zu diesem Zweck ist das Ende des Körpers 10 der
Bohrmaschine mit einer geeigneten Vorrichtung ausgestattet,
welche erlaubt, eine vorbestimmte Bewegung der Berührungsnase
46 beim Auftreffen auf die Druckfeder 50, zu erfassen.
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In dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel umfaßt diese Vorrichtung zur Erfassung einen Durchgang
54, geformt in dem Körper 10 der Bohrmaschine, wobei ein Ende
mit einer Auslaßbohrung 57 in den die Feder 50 enthaltenden
ringförmigen Zwischenraum, in einem vorbestimmten hinteren
Abstand der Berührungsnase 46 mündet, wenn letztere durch die
Feder 50 gegen den Anschlag 48a gepreßt wird. Das
gegenüberliegende Ende des Durchgangs 54 ist durch eine Leitung 56 mit
einem pneumatischen Schaltkreis (nicht dargestellt)
verbunden, welcher eine Quelle eines unter Druck stehenden Fluidums
umfaßt, und mit dem Durchgang 54 während der gesamten
Berührungsphase in Verbindung steht. Diese Leitung 56 ist
ebenfalls mit einem Drucküberwacher (nicht dargestellt)
ausgestattet, welcher eine vorbestimmte, durch Verschließen
der Auslaßbohrung 56 durch das hintere Ende der
Berührungsnase 46 nach einer vorbestimmten Rückwärtsbewegung derselben
verursachten Druckerhöhung, überwacht. Dieser Drucküberwacher
steuert dann automatisch den Bewegungsstop des Roboters auf
welchem die Bohrmaschine montiert ist, sowie den Start des
Bohrzyklus.
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In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart,
ist die Bohrmaschine ebenfalls mit einem Wegbegrenzer
ausgestattet ist, welcher erlaubt, den Vorschub der Spindel 12 zu
stoppen, wenn die Bohrtiefe einen präzise vorgegebenen Wert
erreicht hat. Diese Eigenschaft ist von besonderem Vorteil,
wenn der Bohrer gleichzeitig eine Bohrung und eine Fräsung,
vor dem Einfügen einer Verbindungsniete, ausführt. In der Tat
ist die Tiefe der Fräsung ausschlaggebend für eine gute
Nietverbindung.
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Dieser Wegbegrenzer umfaßt ein Nadeldrucklager
58, in der Berührungsnase 46 unmittelbar nach dem vorderen
Teil 46b eingebaut, und gegen eine, im Verhältnis zum Ende
der Berührungsnase präzise positionierte Schulter 46e
gestützt. Das Nadellager 58 wird gegen diese Schulter mit einem
Arretierungssegment 60 gehalten, welches in einem zu diesem
Zweck im Innern der Berührungsnase geformten Einstich
eingebaut ist. Durch den Vorschub der Spindel 12 während des
Bohrens kommt die, am Ende dieser Spindel geformte Schulter 12b
in Kontakt mit dem Nadeldrucklager 58 und stützt sich dort
ab, und erlaubt auf diese Weise den Vorschub der Spindel zu
stoppen, ohne die Rotation zu behindern.
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Selbstverständlich kann, abhängig von der zu
realisierenden Bohrtiefe, die Länge der Berührungsnase sowie die
Position des Nadeldrucklagers 58 im Innern dieser Nase,
variieren. Die demontierbare Eigenschaft der Berührungsnase
erlaubt den Austausch wann immer dieser erforderlich ist.
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Dank der schnellen und automatischen, vorstehend
beschriebenen Werkzeugwechseleinrichtung, ist es möglich, in
sehr kurzer Zeit ein Werkzeug gegen ein anderes auszutauschen
wenn Bohrer mit verschiedenen Durchmessern nacheinander zum
Bohren der gleichen Teile verwendet werden müssen.
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Wie in Fig. 2a und 2b gezeigt, verfügt man zu
diesem Zweck über ein Bohrermagazin. Dieses Magazin umfaßt
einen festen Halter 62 welcher eine gewisse Anzahl
Werkzeughalterspindeln 64 trägt, von denen nur eine in den Figuren
gezeigt ist. Jede dieser Spindeln 64 ragt radial über die
Oberfläche des Halters 62 hinaus, und hat eine gewisse
Bewegungsfreiheit parallel zu ihrer Achse. Eine, zwischen jeder
der Spindeln 64 und Halter 62 angeordnete Druckfeder 66, hält
normalerweise die Spindel in einer in Fig. 2a gezeigten
Ruheposition, und erlaubt dennoch, beim Auftreffen auf die
Feder 66, ein gewisses Ausweichen dieser Spindel ins Innere des
Halters, wie gezeigt in Fig. 2b.
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An ihrem Ende ist jede der Werkzeughalterspindeln
64 mit einer Bohrung zur Aufnahme des Bohrers 52 eines
Werkzeugs 16 versehen. Während die Spindeln 64 zum Beispiel
vertikal angeordnet sind, ist das Futter 14 jedes Werkzeugs 16
nach oben gerichtet, und die Einheit ruht durch Eigengewicht
in der entsprechenden Bohrung 64a. Sind die Halter 64 anders
angeordnet, erlaubt ein geeignetes System, wie ein in der
Bohrung 64a angebrachter Finger, jede Einheit Futter 14 -
Werkzeug 16, auf dem entsprechenden Halter 64 zu halten.
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Wie die Fig. 2a zeigt, wird man bei einem
gewünschten Einsatz eines der Werkzeuge 16 aus dem Magazin auf
der Bohrmaschine, dieselbe in Verlängerung des gewünschten
Werkzeugs 16 plazieren. Wenn die Bohrmaschine auf einem
Roboter montiert ist, ist diese Verlängerung nur annähernd. Man
verschiebt anschließend den Körper 10 der Bohrmaschine
entlang der Bohrachse, so daß sich das Ende der Bohrmaschine dem
entsprechenden Werkzeug 16 progressiv nähert. Im Laufe dieses
Vorganges überdeckt die Berührungsnase 46 das Werkzeug 16 und
den entsprechenden Werkzeughalter 64. Dies bewirkt, dank der
besonderen Anordnung des Endes 46b der Nase 46, deren innere
Oberfläche an ihrem Ende bauchig und von praktisch gleichem
Durchmesser wie der Außendurchmesser des Werkzeughalters 64,
ist ein automatisches Ausrichten der Bohrmaschinenachse und
der Achse des Werkzeugs.
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Man sieht auf der Fig. 2a, daß während des
Annäherungsvorgangs Druckluft in die Kammer 32 des Zylinders,
über die Leitung 34 zugeführt wird. Dies bewirkt, daß unter
Mitwirkung des Kolbens 26, der Ring 18 in seine vordere
Verriegelungsposition gedrückt wird, in welcher die Kugeln 24
nicht über die innere kegelstumpfförmige Oberfläche 12a der
Spindel hervortreten.
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Folglich kann der Vorschub des Körpers 10 der
Bohrmaschine solange erfolgen, bis die kegelstumpfförmige
Oberfläche 14a des Werkzeugfutters 14 in Kontakt mit der
inneren kegelstumpfförmigen Oberfläche 12a der Spindel der
Bohrmaschine kommt. Wie in Fig. 2b gezeigt, wird ein
leichtes Zurückweichen des Halter 64 durch die Feder 66 erlaubt.
Die in dem Futter 14 geformten Halbnuten befinden sich dann
gegenüber den Kugeln 24. Es ist zu vermerken, daß keinerlei
drehende Ausrichtung des Endes der Bohrmaschine im Verhältnis
zum Werkzeug 16 erforderlich ist, da die Enden der Halbnuten
14b nur durch Stege mit geringen Abmessungen voneinander
getrennt, und außerdem an den Enden rampenförmig abgeschrägt
sind, was, falls erforderlich, eine geringfügige relative
Rotation zwischen Werkzeug und Spindel erlaubt.
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Der Druck in der Kammer 32 wird anschließend
abgebaut, so daß, durch Wirkung der Feder 20, der Ring 18
automatisch in seine hintere Verriegelungsposition zurückgeführt
wird. Diese Bewegung hat zur Folge, daß die Kugeln 24 in die
Halbnuten 14b zurückgedrückt werden, und so automatisch das
Werkzeug 16 im Ende der Spindel 12 verriegeln.
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Das Greifen des Werkzeugs ist somit dergestalt
realisiert, daß der Körper der Bohrmaschine durch eine, der
vorherigen Bewegung entgegengesetzte Bewegung, zurückweichen
kann, um eine oder mehrere Bohrungen mit Hilfe des Werkzeugs
16 auszuführen.
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Will man ein Werkzeug auf einen der Halter 64 des
Magazins zurückführen, werden die eben beschriebenen Schritte
in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Man vermerkt, daß das
Werkzeug 16, wenn es in den entsprechenden Halter 64
zurückgeführt wurde und diese Halter vertikal angeordnet sind, beim
Zurückziehen des Körpers 10 der Bohrmaschine durch sein
Eigengewicht auf diesem Halter verbleibt. Ein Ring aus einem
Elastomer kann zusätzlich am Ende der Bohrung 64a angebracht
sein, um Spanndruck auf den Bohrer 52 des Werkzeugs
auszuüben, und dadurch die Trennung von der Spindel 12 der
Bohrmaschine zu erleichtern.
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Wie die Fig. 3a bis 3c zeigen, setzt sich
jeder Bohrvorgang aus einer Annäherungs- oder Berührungsphase,
und der eigentlichen Bohrphase zusammen.
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Wie die Fig. 3a zeigt, wird während der
Annäherungsphase ein unter Druck stehendes Fluidum durch die
Leitung 56 zugeführt. Man verschiebt dann progressiv den Körper
10 der Bohrmaschine in Richtung der zu bohrenden Teile P,
welche auf einem Halter S plaziert sind.
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Wie die Fig. 3b zeigt, wird beim in
Kontakttreten des vorderen Endes der Berührungsnase 46 mit den
Teilen P,
die Feder 50 zusammengepreßt, und die Schulter 46a
entfernt sich von der Schulter 48a. Folglich wird die in der
Feder 50 gespeicherte Vorspannung, welche vorher durch den
äußeren Ring 48 auf den Körper 10 der Bohrmaschine übertragen
wurde, nun unverzüglich über die Berührungsnase 46 auf die
Teile P übertragen. Auf diese Weise wird eine, durch diese
Vorspannung vorbestimmte Druckwirkung auf die Teile P
ausgeübt, welche nun auf dem Halter S gegeneinander gepreßt
werden. Durch Auswahl der Feder 50, welche wie die
Berührungsnase 46 auswechselbar ist, kann man somit die auf
die Teile ausgeübte Druckwirkung, besonders in Abhängigkeit
ihrer Dicke und Materialzusammensetzung, anpassen.
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Eine Druckwirkung welche unterschiedlich hohe
Werte erreichen kann, den Bohrer 52 umgebend, somit auf die
Teile ausgeübt werden, was gleichzeitig die Vermeidung einer
Gratbildung zwischen den Teilen während des Bohrens, und das
Fließen eines vorher aufgebrachten Dichtmittels erlaubt.
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Wie man in Fig. 3b sieht, wird beim Zurückziehen
der Berührungsnase 46 um einen bestimmten Wert, die
Auslaßöffnung 57, welche durch die Leitung 56 mit Druckluft
gespeist wird, automatisch durch das hintere Ende der
Berührungsnase verschlossen. Sobald dieser Verschluß
stattfindet, wird hierdurch ein Ansteigen des Drucks verursacht,
welches wiederum sofort registriert wird. Ein Signal ist dann
ausgelöst, welches automatisch den Vorschub des Körpers 10
der Bohrmaschine stoppt, und den Beginn des Bohrzyklus
auslöst.
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Die Motoren zum Antrieb der das Werkzeug 16
tragenden Spindel 12 und zum gleichmäßigen Vorschub dieser
Spindel in Richtung der Teile P entlang der Bohrachse sind dann
in Aktion gesetzt.
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Wie die Fig. 3c zeigt, setzt sich der gemeinsame
Vorschub der Spindel 12 und des Werkzeugs 16 solange fort,
bis sich die Schulter 12b an dem im Innern der
Berührungsnase 46 angeordneten Nadeldrucklager 58 abstützt. Dadurch, daß
die Distanz welche die Bohrerspitze 52 von der Schulter 12b
trennt, wie man später sieht, mit Präzision vorbestimmt
werden kann, und die Distanz welche das Nadeldrucklager 58 vom
Ende der Berührungsnase 46 trennt ebenfalls mit Präzision
vorbestimmt werden kann, wir die Tiefe der, mit Hilfe des
Bohrers 52 ausgeführten Bohrung und der Fräsung, somit
perfekt gemeistert. Im Besonderen ist es wichtig zu vermerken,
daß die erhaltene Tiefe vollkommen unabhängig von der vom
Körper 10 der Bohrmaschine im Verhältnis zu den Teilen P
eingenommenen genauen Position ist. In der Tat, selbst wenn sich
der Körper 10 der Bohrmaschine, was häufig der Fall ist,
während des Bohrens zurückbewegt, bleibt das Ende der
Berührungsnase 46 durch die Feder 50 weiter so gegen die Teile P
gepreßt, daß das Nadeldrucklager 58 im Verhältnis zu den
Teilen tadellos positioniert bleibt.
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Vorzugsweise, und wie in Fig. 4 gezeigt, ist
jedes der auf die Bohrmaschine 10 montierte Werkzeug 16 so
gestaltet, daß es auf einer zu diesem Zweck vorgesehenen
Einstellbank voreingestellt wird.
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So umfaßt jedes Werkzeug 16, zusätzlich zum
Futter mit konischem Ende 14 und dem Bohrer 52, eine Schraube
68, welche erlaubt, den Bohrer 52 im Verhältnis zum Futter
mit konischem Ende 14, axial zu positionieren, und
Vorrichtungen um den Bohrer im Verhältnis zum Futter zu befestigen.
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Genauer, die Schraube 68 ist in eine, das Futter
14 in Längsrichtung durchquerende Gewindebohrung geschraubt,
wobei sich das Ende dieser Schraube am hinteren Ende des
Bohrers 52 abstützt. Die Befestigung des Bohrers im Futter 14
ist durch ein handelsübliches, den Schaft des Bohrers
umfassendes Zangenfutter 70 gewährleistet, dessen äußere
kegelstumpfförmige sich gegen eine, zu diesem Zweck in das Futter
mit konischem Ende gearbeitete innere kegelstumpfförmige
Oberfläche 14c abstützt. Ein auf das Futter 14 geschraubter
Ring 72 welcher sich an dem Zangenfutter 70 abstützt,
gewährleistet die Blockierung.
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Um das Werkzeug 16 zu justieren, plaziert man
dasselbe auf einer Einstellbank wie Fig. 4 zeigt. Diese
Bank setzt sich zusammen aus einem, mit einer
kegelstumpfförmigen Bohrung 74a, komplementär zu der kegelstumpfförmigen
äußeren Oberfläche 14a des Futters 14, versehenen festen Teil
74. Die Einstellbank umfaßt zusätzlich einen Arm 76, geeignet
sich entlang der Längsachse der kegelstumpfförmigen Bohrung
74a zu bewegen, und in welchem eine Bohrung 76a in
Verlängerung dieser kegelstumpfförmigen Bohrung angebracht ist. Eine
an den Bohrer 52 angepaßte Buchse 78 ist in der Bohrung 76a
so angebracht, daß die kegelstumpfförmige Oberfläche 14a des
Futters sich auf die kegelstumpfförmige Oberfläche 74a des
Halters 74, und der Bohrer sich auf die Buchse 78 stützt. Der
Ring 72 des Werkzeug ist losgeschraubt, um die Justierung der
Position der Bohrerspitze oder des fräsenden Bereichs des
Bohrers im Verhältnis zum Futter 14 zu erlauben. Die Flächen
S1 und S2 des Halters 74 beziehungsweise der Buchse 78
entsprechen auf der Einrichtbank, der vorderen Schulter 12b der
Spindel 12 der Bohrmaschine und der Oberfläche des zu
bohrenden Teils. Durch justieren des Abstands zwischen den Flächen
S1 und S2 auf der Einstellbank, und durch drehen der Schraube
68, mit Ziel dem Werkzeug 16 die entsprechenden Abmessungen
zu geben, kann man somit die Tiefe der Bohrung und der
Fräsung präzise auf den gewünschten Wert einstellen.
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Wenn diese Einstellung beendet ist, wird der fing
72 angezogen um den Bohrer 52 in dem Futter mit konischem
Ende 14 zu befestigen. Es ist zu bemerken, daß die 68
während des Bohrens einen Anschlag bildet, der jegliches
Zurückweichen des Bohrers auf Grund axialer Bearbeitungskräfte
verhindert.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf
die als Beispiele beschriebenen Ausführungsarten beschränkt.
Besonders kann, in gewissen Anwendungsfällen, der
Werkzeugwechsler, und/oder der die Bohrtiefe bestimmende Anschlag
entfallen. Außerdem können die Nadeldrucklager durch Kugel-
oder Rollendrucklager ersetzt werden. Gleichfalls kann der,
den Bohrzyklus auslösende pneumatische Rückschrittdetektor
der Berührungsnase durch einen Detektor eines anderen Typs,
wie einen elektrischen Kontakt, ersetzt werden. Schließlich
kann jede der Federn 50 und 20 durch jede andere elastische
Vorrichtung, wie geschichtete elastische Scheiben, ersetzt
werden.