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WO1994025209A1 - Auslenkbare lagerung einer bohrstange an der arbeitsspindel einer feinbohrmaschine - Google Patents

Auslenkbare lagerung einer bohrstange an der arbeitsspindel einer feinbohrmaschine Download PDF

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WO1994025209A1
WO1994025209A1 PCT/DE1994/000444 DE9400444W WO9425209A1 WO 1994025209 A1 WO1994025209 A1 WO 1994025209A1 DE 9400444 W DE9400444 W DE 9400444W WO 9425209 A1 WO9425209 A1 WO 9425209A1
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work spindle
boring bar
articulated frame
trapezium
axis
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French (fr)
Inventor
Roland Bathen
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Mahle GmbH
Original Assignee
Mahle GmbH
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Publication date
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
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    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B23B29/03432—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable during manufacturing
    • B23B29/03457—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable during manufacturing by pivoting the tool carriers or by elastic deformation
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    • 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
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements

Definitions

  • the invention relates to a deflectable mounting of a boring bar carrying a turning tool on the work spindle of a fine boring machine for producing non-circular bores.
  • the free end of the boring bar should also be mounted in the axis of the work spindle.
  • Such storage is generally known as tailstock mounting of the boring bar.
  • a basic solution to the above task complex is achieved by designing the storage device according to the characterizing features of claim 1.
  • the solution to the second part of the task according to the invention namely the mounting of the free end of the boring bar, is based on the kinematic properties of a trapezoidal articulated frame, according to which it is possible to pivot the boring bar attached to it so that it is free End in the axis of rotation of the work spindle at a fixed point can remain stored.
  • This property is guaranteed at least for small swiveling angles of the boring bar, which, according to the invention, is solely important.
  • a small swivel angle is understood to mean those angles which are generated by a displacement of the relevant hinge points of the hinge frame by less than approximately 1 mm.
  • FIG. 1 shows the principle of an articulated frame according to the invention which can be pivoted by a piezo motor as a boring bar bearing device
  • FIG. 2 shows a perspective view of an articulated frame on a work spindle with a boring bar attached
  • Fig. 3 is a view of a special design of an articulated frame
  • a boring bar 1 is articulated on the work spindle 3 of a fine boring machine via an articulated frame 2.
  • the boring bar 1 is supported at its free end in a tailstock 4 within the axis of rotation of the work spindle 3.
  • the articulated frame 2 can be pivoted relative to the work spindle 3 by means of a piezo motor 5.
  • the articulated frame 2 essentially consists of four frame parts which are pivotally connected to one another by four joints 6 in one plane.
  • the joints 6 are located on the corner points of a trapezoid.
  • the individual joint frame parts form the trapezoidal sides of the trapezoid determined by the joints 6.
  • the trapezoid base side 7 is firmly connected to the work spindle 3.
  • the boring bar 1 is firmly connected to the short side 8, which is parallel to the long trapezoidal base side.
  • the piezo motor 5 is supported at one end on a support 9 which is firmly connected to the trapezoid base side 7. At its other end, it is linked to one of the two short trapezoidal sides 10.
  • the piezo motor 5 causes the articulated frame 2 to pivot by expansion and contraction between the articulation points.
  • the trapezoidal sides 10 lie with the axis of rotation of the work spindle 3, this center point M not changing its radial and axial position relative to the work spindle 3, at least in the case of the slight pivoting of the articulated frame 2 which is of only interest according to the invention.
  • a tailstock mounting of the boring bar 1 is possible in this center M.
  • a rotary chisel 13 fastened next to the center point M on the boring bar 1 moves on a circular path K2 when the boring bar 1 is pivoted, which leads to the desired change in diameter to be carried out with the turning chisel during the fine machining of a bore leads ,
  • the articulated frame 2 is a one-piece part. This part is made from solid material, for example.
  • the material itself can be steel.
  • the shape of the joint frame is such that the individual side parts 7, 8 and 10 are each individually rigid, while at their mutual transitions in the sense of the joints 6 they are elastically deformable. This elastic deformability is achieved by constrictions 12 in the regions of the joint frame serving as joints 6.
  • the return spring 11 provided in the basic illustration according to FIG. 1 can be omitted since the frame itself is elastically resilient in the constricted areas.
  • a piezo motor 5 has the particular advantage that on the one hand the infeed movements can take place very quickly and on the other hand the infeed forces required to apply the cutting forces are also possible without problems.
  • an electrical actuator it is possible to control the infeed movements of the motor 5 according to an electronically stored program for a specific shape of the bore to be produced.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

Eine auslenkbare Lagerung einer einen Drehmeißel (13) tragenden Bohrstange (13) an der Arbeitsspindel (3) einer Feinbohrmaschine zur Erzeugung unrunder Bohrungen soll zur Erzielung äußerst genauer Bohrungsgeometrien das freie Ende der Bohrstange (1) in der Achse der Arbeitsspindel (3) zusätzlich gelagert sein. Hierbei soll es sich um eine allgemein als Reitstocklagerung einer Bohrstange (1) bekannte Lagerung handeln. Zu diesem Zweck dient ein Gelenkrahmen (2) als Lagereinrichtung mit in den Ecken eines Trapezes liegenden Gelenken (6), die ein Verschwenken des Gelenkrahmens (2) in dessen Ebene erlauben, dessen Trapezbasisseite (7) fest mit der Arbeitsspindel (3) und dessen parallel gegenüberliegende kürzere Trapezseite (8) fest mit der axial mit der Arbeitsspindelachse fluchtenden Bohrstange (1) verbunden ist. Dabei ist der Gelenkrahmen (2) durch einen an dem Trapezbasisseitenteil (7) befestigten Piezo-Motor (5) durch Anlenkung an eines der Trapezseitenteile (10) geringfügig verschwenkbar. Des weiteren ist das freie Ende der Bohrstange (1) in der Achse der Arbeitsspindel (3) in einem festen Gegenlager (Reitstock) (4) drehbar gelagert, das im Bereich des Schnittpunktes der Verlängerungen der beiden übrigen Trapezseitenteile (10) mit der Spindelachse liegt.

Description

Auslenkbare Lagerung einer Bohrstange an der Arbeitsspindel einer Feinbohrmaschine
Die Erfindung betrifft eine auslenkbare Lagerung einer ei¬ nen Drehmeißel tragenden Bohrstange an der Arbeitsspindel einer Feinbohrmaschine zur Erzeugung unrunder Bohrungen.
Durch eine solche Lagerung sollen beliebig unrunde Bohrun¬ gen herstellbar sein. Zu diesem Zweck muß die Auslenkung im Arbeitsbetrieb der Bohrstange reaktionsschnell sein.
Zur Erzielung äußerst genauer Bohrungsgeometrien soll das freie Ende der Bohrstange in der Achse der Arbeitsspindel zusätzlich gelagert sein. Eine solche Lagerung ist allge¬ mein als Reitstocklagerung der Bohrstange bekannt.
Eine grundsätzliche Lösung des vorstehenden Aufgabenkomple¬ xes wird durch eine Ausbildung der Lagereinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran¬ sprüche.
Die Lösung des zweiten Teils der erfindungsgemäßen Aufgabe, nämlich die Lagerung des freien Endes der Bohrstange, be¬ ruht auf den kinematischen Eigenschaften eines trapezförmi¬ gen Gelenkrahmens, nach denen es möglich ist, die daran be¬ festigte Bohrstange so zu verschwenken, daß ihr freies Ende in der Rotationsachse der Arbeitsspindel in einem Fixpunkt gelagert bleiben kann. Diese Eigenschaft ist zumindest für geringe Schwenkwinkel der Bohrstange, auf welche es erfin¬ dungsgemäß allein ankommt, garantiert. Unter geringem Schwenkwinkel werden dabei solche Winkel verstanden, die durch eine Verschiebung der betreffenden Gelenkpunkte des Gelenkrahmens um weniger als etwa 1 mm erzeugt werden.
In der Zeichnung sind eine Prinzipdarstellung sowie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip eines erfindungsgemäßen, durch einen Piezo-Motor verschwenkbaren Gelenk¬ rahmens als Bohrstangen-Lagereinrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Gelenk¬ rahmens an einer Arbeitsspindel mit aufge¬ setzter Bohrstange,
Fig. 3 eine Ansicht einer speziellen Ausbildung eines Gelenkrahmens
Eine Bohrstange 1 ist über einen Gelenkrahmen 2 gelenkig an der Arbeitsspindel 3 einer Feinbohrmaschine gelagert.
Die Bohrstange 1 ist an ihrem freien Ende in einem Reit¬ stock 4 innerhalb der Rotationsachse der Arbeitsspindel 3 gegengelagert.
Der Gelenkrahmen 2 ist durch einen Piezo-Motor 5 gegenüber der Arbeitsspindel 3 verschwenkbar. Der Gelenkrahmen 2 besteht im wesentlichen aus vier Rahmen¬ teilen, die durch vier Gelenke 6 in einer Ebene verschwenk¬ bar miteinander verbunden sind. Die Gelenke 6 befinden sich dabei auf den Eckpunkten eines Trapezes. Die einzelnen Ge¬ lenkrahmenteile bilden dabei die Trapezseiten des durch die Gelenke 6 bestimmten Trapezes. Die Trapezbasisseite 7 ist fest mit der Arbeitsspindel 3 verbunden. Die Bohrstange 1 ist fest mit der kurzen, der langen Trapezbasisseite paral¬ lel gegenüberliegenden Seite 8 verbunden.
Der Piezo-Motor 5 stützt sich an seinem einen Ende an einer fest mit der Trapezbasisseite 7 verbundenen Stütze 9 ab. An seinem anderen Ende ist er an eine der beiden kurzen Tra¬ pezseiten 10 angelenkt. Durch Ausdehnung und Kontraktion zwischen den Anlenkpunkten bewirkt der Piezo-Motor 5 eine Verschwenkung des Gelenkrahmens 2.
Bei dem Verschwenken des Gelenkrahmens 2 bewegen sich die Gelenke 6, die an der Trapezseite 8 liegen, mit der die Bohrstange 1 fest verbunden ist, zumindest bei einer nur geringfügigen Verschwenkung des Rahmens auf einem Kreis Kl, dessen Mittelpunkt M durch den Schnittpunkt der Verlänge¬ rungen der Trapezseiten 10 mit der Rotationsachse der Ar¬ beitsspindel 3 liegt, wobei dieser Mittelpunkt M seine ra¬ diale und axiale Lage zu der Arbeitsspindel 3, zumindest bei den erfindungsgemäß allein interessierenden geringen Verschwenkungen des Gelenkrahmens 2, nicht verändert. Da¬ durch ist in diesem Mittelpunkt M eine Reitstocklagerung der Bohrstange 1 möglich. Ein neben dem Mittelpunkt M auf der Bohrstange 1 befestigter Drehmeißel 13 bewegt sich bei der Schwenkung der Bohrstange 1 auf einer Kreisbahn K2, was zu der gewünschten mit dem Drehmeißel vorzunehmenden Durch¬ messer-Änderung bei der Feinbearbeitung einer Bohrung führt ,
Wenn der Piezo-Motor 5 nur eine Zustellbewegung in einer Richtung ausführt, erfolgt die Rückführung in eine unver- schwenkte Ausgangslage der Bohrstange 1 über eine Rückhol¬ feder 11. Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Gelenkrah¬ men 2 ein einstückiges Teil. Dieses Teil ist beispielsweise aus Vollmaterial herausgearbeitet. Das Material selbst kann Stahl sein. Die Formgebung des Gelenkrahmens ist derart, daß die einzelnen Seitenteile 7,8 und 10 jeweils für sich biegesteif sind, während sie an ihren gegenseitigen Über¬ gängen im Sinne der Gelenke 6 elastisch verformbar sind. Diese elastische Verformbarkeit wird durch Einschnürungen 12 in den als Gelenke 6 dienenden Bereichen des Gelenkrah¬ mens erreicht. Bei dieser Ausführung kann die in der Prin¬ zipdarstellung nach Fig. 1 vorgesehene Rückholfeder 11 ent¬ fallen, da der Rahmen in den Einschnürbereichen selbst ela¬ stisch federnd ist.
Der Einsatz eines Piezo-Motors 5 hat den besonderen Vor¬ teil, daß die Zustellbewegungen einerseits sehr schnell er¬ folgen können und daß andererseits auch die zum Aufbringen der Schneidkräfte erforderlichen Zustellkräfte problemlos möglich sind. Durch die Verwendung eines elektrischen Stellgliedes ist eine Steuerung der Zustellbewegungen des Motors 5 nach einem elektronisch gespeicherten Programm für einen bestimmten Formverlauf der zu erzeugenden Bohrung möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Auslenkbare Lagerung einer einen Drehmeißel tragenden Bohrstange an der Arbeitsspindel einer Feinbohrmaschine zur Erzeugung unrunder Bohrungen, gekennzeichnet durch einen Gelenkrahmen (2) als Lagereinrichtung mit in den Ecken eines Trapezes liegenden Gelenken (6), die ein Verschwenken des Gelenkrahmens (2) in dessen Ebene er¬ lauben, dessen Trapezbasisseite (7) fest mit der Ar¬ beitsspindel (3) und dessen parallel gegenüber liegende kürzere Trapezseite (8) fest mit der axial mit der Ar¬ beitsspindelachse fluchtenden Bohrstange (1) verbunden ist, wobei dieser Gelenkrahmen (2) durch einen an dem Trapezbasisseitenteil (7) befestigten Piezo-Motor (5) durch Anlenkung an eines der Trapezseitenteile (10) ge¬ ringfügig verschwenkbar ist, wobei das freie Ende der Bohrstange (1) in der Achse der Arbeitsspindel (3) in einem festen Gegenlager (Reitstock 4) drehbar gelagert ist, das im Bereich des Schnittpunktes der Verlängerun¬ gen der beiden übrigen Trapezseitenteile (10) mit der Spindelachse liegt.
2. Auslenkbare Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkrahmen (2) einstückig mit in den Ecken als elastisch rückfedernde Gelenke (6) wirkenden Ein¬ schnürungen (12) ausgebildet ist.
PCT/DE1994/000444 1993-04-21 1994-04-19 Auslenkbare lagerung einer bohrstange an der arbeitsspindel einer feinbohrmaschine Ceased WO1994025209A1 (de)

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DE19934312937 DE4312937A1 (de) 1993-04-21 1993-04-21 Auslenkbare Lagerung einer Bohrstange an der Arbeitsspindel einer Feinbohrmaschine
DEP4312937.4 1993-04-21

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