DE2305420B2 - Bohr- oder gewindeschneideinheit - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohr- oder Gewindeschneideinheit als Aufbaueinheit für Werkzeug-Sondermaschinen und Transferstraßen, bestehend aus einem Gehäuse mit darin gelagerter Spindel, einem motorischen Antrieb für die Spindel und einem pneumatisch betätigten Vorschub, welcher zur Heranführung des Werkzeuges an das Werkstück im Eilgang und zur eigentlichen Bearbeitung des Werkstückes im Arbeitsgang abläuft, wobei Arbeitsgang und Eilgang abhängig von der Stellung der Spindel durch ein einstellbares, ein hydraulisches Dämpfungssystem beeinflussendes Drosselventil gesteuert sind.

Bei bekannten Aufbaueinheiten der vorbezeichneten Art sind für den Eilgang und den langsameren Arbeitsgang jeweils gesonderte Ventile vorgesehen (DT-OS 16 02 848). Zur Regelung des Arbeitsvorschubes dient üblicherweise ein Nadeldrosselventil, bei dem sich ein ringförmiger Drosselspalt ergibt. Wegen der Ringform hai: ein solcher Drosselspalt eine vergleichsweise große Länge. Dies wirkt sich bei kleinen Vorschüben, die einen entsprechend kleinen Spaltquerschnitt erfordern, dadurch nachteilig aus, daß die Slpaltbreite wegen der unveränderlichen Spaltlänge sehr gering gewählt werden muß. Die Drosselwirkung ist dadurch bei bestimmten Spaitquerschniüen schon sü »3 stark, daß bei Unterschreitung; derselben der Vorschub sich nicht weiter gleichmäßig verringert, sondern vielmehr abnipt auf Null absinkt.

Ein weiterer Nachteil derartiger langer und schmaler Drosselspalten besteht darm, daß «ie aufgrund der in der Hydraulikflüssigkeit immer enthaltenen gewissen Verunreinigungen zur Verschmutzung bzw. zumindest teilweisen Verschmutzung neigen. Die Folge davon ist ein ungleichmäßiger ruckender Vorschub. Auch wirken sich in ähnlichem Sinne bei einem langen schmalen Drosselspalt unvermeidbare, temperaturbedingte Viskositätsunterschiede in der Hydraulikflüssigkeit sehr nachteilig aus. Für bestimmte Arbeiten, z. B. Bohren von 0,5-mm-Bohrungen in Edelstahl, ist aber ein sehr kleiner und dabei möglichst gleichmäßiger Vorschub unerläßlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydraulisches Dämpfungssystem für den Vorschubantrieb einer Bohr- und Gewindeschneideinheit nach der Gattung zu schaffen, das bei einfacher Bauart eine sichere Funktion ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Drosselventil in an sich bekannter Weise als Kolbenventil mit gegen Federkraft verschiebbarem Kolben ausgebildet ist, wobei das Verschieben durch einen mit der Spindel verbundenen Steuernocken erfolgt.

Durch die DT-PS 8 64 643 ist es zw ar in Verbindung mit 3ohrwerken bereits an sich bekannt, ein Drosselventil mit einem Kolbenschieber zu verwenden, der gegen Federkraft verschiebbar ausgebildet ist. Die DT-PS 8 64 643 hat indessen eine Vorrichtung zum Gegenstand zur Erzielung einer gleichbleibenden Vorschubgeschwindigkeit bei Werkzeugmaschinen unabhängig von bei der Bewegung des Arbeitstisches auftretenden Widerständen. Dabei soll die bei bekannten Vorrichtungen dieser Art in den Druckmittelzu- ode: -ablauf des Arbeitszylinders eingeschaltete Regelpumpe wegfallen.

Zu diesem Zweck sind im Wege des Druckmittelraumes zwei hint.ereinandergeschaltete Drosselstellen vorgesehen, nämlich eine einstellbare Drosselöffnung von unveränderbarem Querschnitt und eine weitere Drosselöffnung von in Abhängigkeit von Druckänderungen des Druckmittels veränderbarem Querschnitt.

Dabei wird der aus den Strömungswiderständen der beiden Drosselvorrichtungen sich zusammensetzende Gesamtwiderstand, den die Vorrichtung dem Durchfluß des Druckmittelstromes entgegensetzt, so gesteuert, daß derselbe gleich dem auf den Arbeitskolben einwirkenden Vorschub-Widerstand ist. Auf diese Weise wird eine stets unveränderliche Vorschubgeschwindigkeit des Arbeitstisches erzielt. Beim Umschalten vom Vorlauf auf den Eil-Rücklauf wird auch die Strömungsrichtung des Druckmittels umgekehrt. Im Druckmittelsystem vorhandene Schmutzteilchen werden dadurch hin- und hertransportiert, was zu Störungen im Betrieb führen kann.

Beim Gegenstand der Erfindung wird dagegen eine derartig komplizierte Bauweise der Doppel-Ventilanordnung aber gerade vermieden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Aufbaueinheit besteht gegenüber den im vorstehenden beschriebenen bekannten Vorrichtungen darin, daß sowohl beim Arbeitsvorschub als auch bei der Eilgangbewegung der Dämpfungskolben ständig mitbewegt wird und das Drosselventil mittels des Steuernokkens abhängig von der axialen Stellung der Spindel auf Diosscistellung oder auf freien Durchlaß des hydraulischen Dämpfungsmittels geschaltet wird. Dadurch ist vorteilhaft ein geringerer Bauaufwand und ein geringerer Platzbedarf als bei den bekannten Vorrichtungen

gegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventils als Kolbenventil wird schließlich vorteilhaft eine kreissegmentförmige bzw. dreicckförmige Ausbildung des Drosselspaltes erreicht und damit eine nahezu beliebige Verringerung desselben ermöglicht, ohne daß der Vorschub sprunghaft von einem vergleichsweise hohen Grenzwert auf Null absinkt.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles nach der Zeichnung in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht eine Bohreinheit nach der Erfindung mit elektrischem Antrieb und pneumatischem Vorschub mit hydraulischer Dämpfung,

Fig.2 die Bohreinheit nach Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt (teilweise),

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie III —IH in Fig. 2 und

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie IV—IV in Fig. 2 (Ventilkolben strichpunktiert angedeutet).

Nach Fig. 1 bezeichnet 10 das im Querschnitt etwa quadratische Gehäuse der erfindungsgemäßen Bohreinheit, aus dem vorn eine axial verschiebbare Pinole 11 herausragt. Innerhalb der Pinole 11 ist — wie aus F i g. 2 näher ersichtlich — eine Spindel 12 drehbar gelagert, die vorn zur Aufnahme des nicht dargestellten Werkzeugs (Bohrer) eine axiale konische Ausnehmung 13 bzw. 13a (F i g. 2) aufweist.

Als Antrieb für die Spindel 12 dient ein Elektromotor 14, der oberhalb des Gehäuses 10 stirnseitig an einem Getriebegehäuse 15 angeflanscht und durch letzteres mit dem Gehäuse 10 der Bohreinheit verbunden ist. Das Drehmoment des Elektromotors 14 wird durch einen Zahnriementrieb und ein im einzelnen aus Fig.2 ersichtliches Planetengetriebe 16 auf die Spindel 12 übertragen. Zahnriementrieb und Planetengetriebe werden von dem Getriebegehäuse 15 umschlossen.

Auf dem Gehäuse 10 — zwischen diesem und dem Elektromotor 14 angeordnet — ist eine im einzelnen ebenfalls aus F i g. 2 sowie F i g. 3 erkennbare aus einem Hydraulikblock 17 und einem Pneumatikblock 18 bestehende hydropneumatische Steuerung für den Vorschub der Pinole 11 und damit auch der Spindel 12 untergebracht. Die Steuerung 17, 18 wird von einem gemeinsamen, im Querschnitt ebenfalls etwa quadratisehen Steuerungsgehäuse 19 abgedeckt.

An der Unterseite des Gehäuses 10 befindet sich eine Aufspannplatte 20, welche Schraubenbohrungen 21 aufweist zum Aufspannen der Bohreinheit auf eine Werkzeug-Sondermaschine. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Werkzeug-Sondermaschine weist entsprechende Spannstöcke, Schlittenführungen, Teilstöcke u. dgl. auf zur Befestigung von mehreren Aufbaueinheiten, wie beispielsweise im vorliegenden Fall die aus der Zeichnung ersichtliche erfindungsgemäße Bohreinheit. Außerdem enthält die Sondermaschine die Druckluftquelle und entsprechende Schlauchverbindungen zur Aufbaueinheit sowie darüber hinaus einen Schaltschrank zur programmierten oder Folgesteuerung der Werkzeugvorschübe und -drehzahlen bzw. der Reihenfolge der von den einzelnen Aufbaueinheiten zu leistenden Arbeitsgänge.

Au* F i g. 2 bis 4 geht nun die Vorschubbetätigung bzw. -steuerung für Pinole 11 und Spindel 12 im einzelnen hervor. Die Pinole 11 ist im Gehäuse 10 axial verschiebbar gelagert und gegenüber demselben durch zwei vordere Dichtungsköpfe 22, 23 und zwei hintere Dichtungsköpfe 24, 25 abgedichtet. Einstellbare Führungshülsen 26 und 35 dienen zum Ausgleich eines eventuell radialen Spiels der Pinole 11 gegenüber dem Gehäuse 10. Die gegenüber der Pinole 11 axial fixierte Spindel 12 ist am vorderen Ende der Pinole Il durch zwei Schrägkugellager 27 und im hinteren Bereich durch ein Nadellager 28 innerhalb der Pinole 11 drehbar gelagert. Zur Werkzeugaufnahme dient ein selbsthemmender Morsekegel 13. Als Alternative ist in der unteren Hälfte von Fig.2 als Werkzeugaufnahme ein Steilkegel 13a gezeigt. Auch ist hier die vordere Spindellagerung alternativ ausgeführt, nämlich durch ein Axial-Nadellager 29 und ein kombiniertes Nadel-Kugellager 30.

Zur Vorschubbetätigung der Pinole 11 dient ein ringförmiger Druckluftkolben 31, der an einem Bund 32 der Pinole 11 anliegt und am Außenumfang durch elastische Dichtringe 33,34 gegenüber dem Gehäuse !0 abgedichtet ist. Der Druckluftkolben 31 ist durch einen Seegerring 36 axial auf der Pinole 11 fixiert.

Die Betätigung der Pinole 11 in Vorwärts- d.h. in Bearbeitungsrichtung durch den Druckluftkolben 31 läuft nun im einzelnen folgendermaßen ab: Von einem mit 38 bezeichneten Druckluftventil, an das die von der (nicht dargestellten) Druckluftquelle kommenden Druckluftleitungen angeschlossen sind, gelangt die Druckluft durch schematisch als Pfeil 39 angedeutete Bohrungen an die hintere Stirnfläche des Druckluftkolbens 31 und sucht diesen zusammen mit der Pinole 11 in Pfeilrichtung 40 zu bewegen. Dabei wird die in einem die Pinole U umgebenden Ringraum 51 befindliche Luft verdrängt und gelangt in Richtung eines Pfeiles 52 durch mehrere Kanäle in Gehäuse 10 und über Druckluftsteuerblock 18 hindurch ins Freie.

Zur Regulierung der Geschwindigkeit der durch den Druckluftsteuerblock 18 verursachten Pinolen- bzw. Spindelbewegung dient nun der Hydrauliksteuerblock 17. Dieser enthält ein geschlossenes, vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefülltes Steuerleitungssystem, in dem mehrere, weiter unten noch näher bezeichnete und in ihrer Funktion erläuterte Ventile angeordnet sind. Auf der Pinole 11 sitzt ein ringförmiger, beidseitig durch Seegerringe 42 gesicherter Hydraulikkolben 43, der bei Vorwärtsbewegung der Pinole 11 (Pfeilrichtung 40) die in einem Ringraum 44 befindliche Hydraulikflüssigkeit vor sich her schiebt und aus dem Ringraum 44 verdrängt. Die Flüssigkeit gelangt dabei über Kanäle 45, 46, 47 und 48 im vorderen Dichtungskopf 22 bzw. im Gehäuse 10 bzw. im Hydraulikblock 17 — ein Rückschlagventil 49 und ein Filter 37 passierend durch die Bohrung 41 zu einem Drosselventil 50, dessen Aufbau und Funktionsweise aus F i g. 3 ersichtlich ist.

In einer den Hydraulikkanal 41 rechtwinklig schneidenden zylindrischen Bohrung 53 ist ein Ventilkolben 54 gegen den Widerstand einer Druckfeder 55 verschiebbar angeordnet. Solange sich die Einheit im Eilvorlauf befindet, wird der Ventilkolben 54 an seinem kegelstumpfförmigen Ende durch den Steuernocken 57, welcher über die Stange 56 mit der Pinole 11 verbunden ist, in Pfeilrichtung 63 gedrückt, so daß die am Umfang des Ventilkolbens 54 sich befindliche Ringnut 58 den Hydraulikkanal 41 mit der Abflußbohrung 60 verbindet. Über Bohrungen 61 und 62 (Fig.2) sowie den Dichtungskopf 23 gelangt die Hydraulikflüssigkeit dann in den Ringraum zwischen Hydraulikkolben 43 und Dichtungskopf 23. Der Hydraulikflüssigkeit steht somit auf dem beschriebenen Weg kein nennenswerter Widerstand entgegen. Die Pinole 11 kann also durch den Druckluftkolben 31 ungehindert, d. h. im Eilgang,

vorgeschoben werden.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, weist der Steuernocken 57 an seiner mit dem Ventilkolben 54 kooperierenden Fläche eine Abschrägung 65 auf, die der kegelstumpfförmigen Schräge des Ventilkolbens 54 entspricht. Wird nun der Steuernocken 57 zusammen mit der Pinole 11 in Pfeilrichtung 40 (Fig.2) bewegt bis zur in Fig.3 dargestellten Lage, so bewegt sich der Ventilkolben 54 infolge der Wirkung der Druckfeder 55 entlang der Abschrägung 65, entgegen der Pfeilrichtung 63. Dieser to Zeitpunkt läßt sich verstellen durch Verschieben des Nockens 57 auf der Stange 56 nach Lösen einer Stiftschraube 68.

Durch die Bewegung des Ventilkolbens 54 entgegen der Pfeilrichtung 63 schiebt sich die Steuerkante 64 des Ventilkolbens 54 teilweise über die öffnung, welche sich aus dem Eintritt der Bohrung 41 in die Bohrung 53 ergibt (siehe auch Fig.4), so daß die Verbindung Bohrung 4! - Ringkanal 58 - Abflußbohrung 60 mehr oder weniger stark abgesperrt wird. Hierdurch wird der Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit gedrosselt und der Spindelvorschub verlangsamt. Die Einheit befindet sich im Arbeitsvorschub.

Selbstverständlich hängt die Größe des Arbeitsvorschubes von der Größe des durch dieSteuerkante 64 des Ventilkolbens 54 nicht verdeckten, bei kreisrundem Querschnitt der Hydraulikbohrung 41 halbmondförmigen Restquerschnittes (F ig. 4) ab. Der für die Bearbeitung eines Werkstückes jeweils gewünschte Arbeitsvorschub bzw. Restquerschnitt des Hydraulikkanals 41 läßt sich durch einen verstellbaren axialen Anschlag für den Ventilkolben 54 genau einstellen. In der hinteren Stirnseite des Ventilkolbens 54 ist zu diesem Zweck eine verstellbare Schraube als Anschlag 70 (F i g. 3) eingeschraubt, die durch den Boden 71 der Einstellschraube 72 ragt. Durch die sich zwischen den Teilen 54 und 72 abstützende Druckfeder 55 wird der Kopf 74 der Schraube 70 mit dem Boden 71 der Einstellschraube in Anlage gehalten. Diese Stellung der Teile 54, 70 und 72 zueinander kennzeichnet die Drosselstellung des Ventils 50. Durch Hinein- bzw. Herausdrehen der Einstellschraube 72, zu welchem Zweck diese einen Innensechskant 75 aufweist, kann somit die Drosselstellung des Ventilkolbens 54 eingestellt werden. Dieser zunächst halbmondförmige Drosselquerschnitt kann durch eine Anschrägung 60 dreieckförmig ausgebildet werden (F i g. 4, Steuerkante 64 strichpunktartig eingezeichnet).

Der sich dabei ergebende Dreieckquerschnitt - die möglichen Querschnitte sind wegen der gleichbleibenden Winkelverhältnisse jeweils untereinander ähnliche Dreiecke — stellt annähernd die ideale Querschnittsform dar, bei der eine gleichmäßig ansteigende Drosselwirkung bis zum endgültigen Verschließen des Drosselquerschnittes durch den Ventilkolben 54 erzielbar ist. Dadurch sind kleinste gleichmäßige Arbeitsvorschübe verwirklichbar. Ein allmähliches Verstopfen kleiner Drosselquerschnitte durch Verunreinigungen in der Hydraulikflüssigkeit ist nicht zu befürchten, weil die Leitung 41 während der Eilgangstellung des Ventils immer wieder durchgespült wird.

Für den Rücklauf der Pinole 11 mit Spindel 12, zu welchem Zweck die Strömungsrichtung der Druckluft im Pneumatikblock 18 umgekehrt werden muß, ist im Hydraulikblock 17 eine weiteres Drosselventil 76 mit zugehörigem Rückschlagventil vorgesehen, das in Aufbau und Wirkungsweise dem bereits beschriebenen Ventil 50 entspricht und daher im einzelnen nicht noch einmal gezeigt bzw. erläutert zu werden braucht. Selbstverständlich kehrt sich während des Spindelrücklaufes auch die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikblock 17 um. Dabei öffnet sich das Rückschlagventil 49, während sich das zweite, nicht dargestellte Rückschlagventil schließt, so daß die Hydraulikflüssigkeit das Vorlaufdrosselventil 50 umgehen kann, jedoch gezwungen ist, ihren Weg durch das Rücklaufdrosselventil 76 zu nehmen.

Zu erwähnen bleibt noch, daß die beschriebene Hydrauliksteuerung nur dann einwandfrei funktionieren kann, wenn das gesamte Leitungssystem des Hydraulikblockes 17 stets vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, wobei diese ständig unter einem gewissen Vorspanndruck stehen soll. Um diesen Druck aufzubringen sowie für den Ausgleich von etwaigen Leckverlusten und geringfügigen temperaturabhängigen Volumenschwankungen ist im Hydraulikblock 17 ein Federspeicher 78 angeordnet, welcher über einen nicht dargestellten Hydrauliknippel gefüllt wird. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, besteht der Federspeicher 78 aus einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Speicherraum 80 und einem durch Federkraft verschiebbaren Kolben 81. Der Speicherraum 80 ist durch eine enge Bohmng 82 über ein kombiniertes Nachsaug- und Überdruckventil 83 (F i g. 2) und eine nicht dargestellte Querbohrung mit dem Hydraulikleitungssystem verbunden. Sinkt nun der Druck im Hydraulikleitungssystem aus irgendeinem Grunde, z. B. wegen geringer Leckverluste, ab, so überwiegt der den Kolben 81 beaufschlagende Federdruck den Flüssigkeitsdruck im Speicherraum 80, und der Kolben 81 wird nach oben gedrückt (Fig. 2). Er speist dadurch die erforderliche Menge an Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 82 und das Nachsaugventil 83 wieder in das Hydrauliksystem ein, bis der erforderliche Betriebsdruck darin wieder erreicht ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bohr- oder Gewindeschneideinheit als Aufbaueinheit für Werkzeug-Sondermaschinen und Transferstraßen, bestehend aus einem Gehäuse mit darin gelagerter Spindel, einem motorischen Antrieb für die Spindel und einem pneumatisch betätigten Vorschub, welcher zur Heranführung des Werkzeuges an das Werkstück im Eifgang und zur eigentlichen Bearbeitung des Werkstückes im Arbeitsgang abläuft, wobei Arbeitsgang und Eilgang abhängig von der Stellung der Spindel durch ein einstellbares, ein hydraulisches Dämpfungssystem beeinflussendes Drosselventil gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (50, 76) in an sich bekannter Weise als Kolbenventil mit gegen Federkraft verschiebbarem Kolben (54) ausgebildet ist, wobei das Verschieben durch einen mit der Spindel (12) verbundenen Steuernocken (57) erfolgt.

2. Bohr- oder Gewindeschneideinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (54) des Drosselventils (50) am Umfang mindestens eine Ringnut (58) aufweist und in einer im Hydraulikblock (17) des Dämpfungssystems quer zur Druckflüssigkeitsleitung (41) liegenden zylindrischen Bohrung (53) verschiebbar angeordnet ist.

3. Bohr- oder Gewindeschneideinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar an den Drosselventilkolben (54) angrenzende Querschnitt der Drtickflüssigkeitsleitung (41) V-förmig bzw. dreieckförmig gestaltet ist (F i g. 4).

4. Bohr- oder Gewindeschneideinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 3:5 Drosselventilkolben (54) dnen verstellbaren Anschlag (70) für seine Drosselstellung besitzt.