DE3818827C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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
- B23Q1/36—Springs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23B29/03—Boring heads
- 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
-
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- B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ausdrehkopf für eine
Bohrmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Ein solcher Ausdrehkopf ist aus DE-OS 14 77 523 bekannt.
Die Auslenkung des Drehmeißels wird dort durch
Kräfte bewirkt, die durch magnetostriktive Längenänderungen
in dem Trägerteil des Drehmeißels durch ein
von außen angelegtes Magnetfeld erzeugt werden. Ein
Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß für
das Material des Trägerteils des Drehmeißels nur solches
einsetzbar ist, mit dem magnetostriktive Kräfte
erzeugbar sind.
Von diesem vorbekannten Stand der Technik ausgehend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Auslenkung
des Drehmeißels zwar ebenfalls magnetisch, jedoch
auf eine andere Weise, bei der nicht von einer
magnetostriktiven Längenveränderung Gebrauch gemacht
werden soll, zu erreichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausführung der
gattungsgemäßen Bohrmaschine nach den kennzeichnenden
Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un
teransprüche und werden im Zusammenhang mit der Be
schreibung einiger Ausführungsbeispiele noch näher
erläutert werden.
Desgleichen wird auch eine Anordnung zum Steuern
eines Ausdrehkopfes gemäß dem
Unteranspruch 12 in dem vorgenannten Zusammenhang
noch näher beschrieben werden.
Das wesentliche Prinzip der Wirkung des erfindungsgemäßen
Ausdrehkopfes besteht darin, daß der Halter
oder eine Bohrstange für den Drehmeißel in derjenigen
durch die Rotationsachse des Drehmeißels verlaufenden
Ebene, die senkrecht zu der radialen Zustellrichtung
des Drehmeißels liegt, höchstmögliche Steifheit aufweist,
während sie in der durch die Halterachse senk
recht dazu verlaufenden Ebene Z an einer von dem
Drehmeißel axial entfernt liegenden Stelle entweder
selbst oder in einer Lagervorrichtung auslenkbar ist.
Die eine Unrundbearbeitung der zu erzeugenden Bohrung
ermöglichende Zustellbewegung für den Drehmeißel wird
durch auf den Halter oder die Bohrstange wirkende Magnete
erzeugt.
Die Zustellkraft der Magnete bewirkt ein Lageregel
kreis, in dem die gemessenen Ist-Werte der jeweiligen
Lage des Drehmeißels gemeinsam mit vorgegebenen Soll-
Werten durch einen entsprechenden Vergleich verwertet
werden. Die jeweilige Ist-Lage des Drehmeißels ermit
telt eine an dem freien Ende der Bohrstange in Höhe
des Drehmeißels angebrachte Meßvorrichtung, die bei
spielsweise ein in Zustelleinrichtung wirkender Be
schleunigungsgeber sein kann. Der Beschleunigungsge
ber ist so angeordnet, daß bei zentrischer radial
konstanter Umlaufbahn des Drehmeißels wegen der auf
die Meßachse des Beschleunigungsgebers einwirkenden
konstanten Zentrifugalkraftkomponente das Beschleuni
gungsmeßsignal konstant ist (runde Bohrung). Eine
Veränderung des Beschleunigungssignals tritt jedoch
dann auf, wenn sich der Radius der Umlaufbahn des
Drehmeißels relativ zu der Antriebsachse der Bohr
stange verändert. Die Höhe der Veränderungen des Be
schleunigungssignales während eines Bohrstangenumlau
fes ist ein Maß für die Größe der jeweiligen Formab
weichung des Drehmeißels von dessen zentrischer Um
laufbahn (unrunde Bohrung).
Indem die von der Meßeinrichtung ermittelten Be
schleunigungssignale elektronisch mit Soll-Werten für
eine vorgegebene Mantelform der herzustellenden Boh
rung verglichen werden, läßt sich über eine entspre
chende Steuerung der den Halter ablenkenden Elektromagnete
eine Führung des Drehmeißels auf einer radial
vorbestimmten Mantelfläche erreichen.
Wie die in der Zustellrichtung erforderliche Auslenk
barkeit des Halters des Drehmeißels erreicht wird,
ist dabei im Prinzip gleichgültig. So kann die Aus
lenkbarkeit beispielsweise durch eine Einschnürung
innerhalb des Halters, der die Bohrstange sein kann,
erreicht werden oder dadurch, daß der Halter gegen
über der Arbeitsspindel der Bohrmaschine, die insbe
sondere eine Feinbohrmaschine ist, in einem Lager mit
einer Lagerbüchse und einem Lagerzapfen gelagert ist.
Die Lagestabilisierung in der Auslenkebene erfolgt
dann ausschließlich über die Elektromagnete.
Polar und/oder axial sollen die Mantellinien in den
herzustellenden Bohrungen nur in relativ engen Grenzen
Abweichungen aufweisen, die auf etwa 0,5 mm im
Durchmesser beschränkt sein können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und zwar zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des
erfindungsgemäßen Ausdrehkopfes mit
Drehmeißel an der Arbeitsspindel
einer Feinbohrmaschine
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung
nach Fig. 1 entlang Linie II-II
Fig. 3a die perspektivische Ansicht einer
alternativen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ausdrehkopfes mit
Drehmeißel
Fig. 3b eine Seitenansicht nach Fig. 3a
Fig. 4a eine perspektivische Ansicht der
Arbeitsspindel einer Feinbohrmaschine
zur Veranschaulichung einer weiteren
Alternative des Ausdrehkopfes
mit Drehmeißel
Fig. 4b, c jeweils einen Ausschnitt eines Längs
schnittes durch Fig. 4a
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer
weiteren Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Ausdrehkopfes mit Dreh
meißel
Fig. 6 einen Schnitt durch die Vorrichtung
nach Linie VI-VI in Fig. 5
Auf die Arbeitsspindel 1 einer Feinbohrmaschine 2 ist
ein Werkzeugaufnehmer 3 fest montiert. In dem Werk
zeugaufnehmer 3 ist ein Halter 4 an einem ersten Ende
auslenkbar gelagert. An dem zweiten freien Ende des
Halters 4 befindet sich ein Drehmeißel 5. Der Dreh
meißel 5 erstreckt sich in der Ebene Z, die aufge
spannt ist durch die radiale Zustellrichtung des
Drehmeißels 5 einerseits und die Achse des Halters 4
andererseits. Senkrecht zu dieser Ebene verläuft eine
Ebene Y durch die Achse des Halters 4. Der Halter ist
gegen Biegung in der Ebene Y möglichst starr ausge
bildet. In der Ebene Z ist der Halter dagegen in ei
ner Einschnürung 6 auslenkbar ausgebildet.
In dem Abschnitt zwischen Drehmeißel 5 und Einschnü
rung 6 liegt der Halter 4 in der Ebene Z frei beweglich zwischen
zwei Elektromagneten 7 und 8, deren Magnetkraft in
Richtung parallel zur Ebene Z wirkt. In dem Bereich,
in dem der Halter zwischen den Elektro-Magneten 7 und 8
liegt, kann dieser entweder aus magnetisierbarem Ma
terial bestehen oder es muß an dieser Stelle ein ei
genständiger Magnet vorgesehen sein. In den außerhalb
des Magnetfeldes liegenden Bereichen kann das Materi
al des Halters 4 dagegen beliebig sein. Der Halter 4
kann daher insbesondere aus verschiedenen Materialien
zusammengesetzt sein. Zur Verringerung der zu bewe
genden Massen kann auch ein Faserverbundmaterial ver
wendet werden.
An dem freien Ende des Halters 4 in Höhe des Drehmei
ßels 5 ist im Zentrum des Halters ein Beschleuni
gungsgeber 9 eingesetzt. Derartige Beschleunigungsge
ber sind an sich bekannt. Sie gestatten es, Beschleu
nigungen und Verzögerungen in einer definierten Rich
tung zu messen.
Im vorliegenden Fall ist der Beschleunigungsgeber so
eingebaut, daß seine Meßrichtung senkrecht zur Dreh
achse des Halters 4 in der Ebene Z liegt. Bei Ablen
kung des Halters 4 aus dem Zentrum der Arbeitsspindel
1 durch Kräfte der Elektromagnete 7 bzw. 8 (Ausfüh
rung nach Fig. 1) gibt der Beschleunigungsgeber 9
aufgrund der von ihm gemessenen Zentrifugalbeschleu
nigung (a) bei konstanter Spindeldrehzahl (omega) ein
Maß für die radiale Auslenkung des Drehmeißels (r)
nach der Beziehung r = a : Ω2 an.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a, b ist der Hal
ter 4 über eine Scheibe 10 durch ein Gelenk 11 mit
dem an der Arbeitsspindel 1 der Feinbohrmaschine be
festigten Werkzeugaufnehmer 3 verbunden. Die in Fig.
3a eingetragenen Ebenen Z und Y haben die gleiche Be
deutung wie in Fig. 1. Den Elektromagneten 7 und 8 in
Fig. 1 entsprechen in Fig. 3a, b die Elektromagneten
12 und 13. Die Lagestabilisierung des Halters 4 er
folgt bei dieser Ausführungsform durch die Elektro
magnete 12 und 13.
In Fig. 4a-c ist die Arbeitsspindel selbst ela
stisch an einer Stelle 14 ausgebildet. Durch geeigne
te Ausbildung des feststehenden Elektromagneten 15
und in der Spindel befestigter permanent-magnetischer
Gegenpole wird bewirkt, daß die Antriebsspindel 1
sich nach der Linie L verformt, wodurch der Halter 4
mit dem Drehmeißel 5 in dem gleichen Sinne ausgelenkt
wird wie bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 2. Der
Elektromagnet 15 weist ringförmige Magnetpole (je
weils einen Nord- und einen Südpol) auf, die die bei
den in der Antriebsspindel 1 diametral gegenüberlie
genden Permanentmagnete 16 umfassen. Eine Auslenkung
der Arbeitsspindel 1 in der Einschnürung 14 wird da
durch erreicht, daß einer der beiden Permanentmagnete
16 so gepolt ist, daß er von dem Elektromagneten 15
abgestoßen wird, während der zweite Permanentmagnet
16, der dem ersten diametral gegenüberliegt durch ge
gensinnige Polung an den Elektromagneten 15 herange
zogen wird. Zur Bearbeitung einer unrunden Bohrung
muß die von dem Elektromagneten ausgehende Kraft je
weils während einer Umdrehung der Arbeitsspindel der
gewünschten Unrundform entsprechend variiert werden.
Bei der in Fig. 4c eingetragenen Polung der Magnete
15 und 16 wird der Drehmeißel 5 nach radial außen
ausgelenkt. Durch Umpolung der Elektromagnete 15 ist
eine Auslenkung des Drehmeißels 5 nach radial innen
möglich.
Bei der Ausführung nach den Fig. 5 und 6 ist der Hal
ter 4 in dem Werkzeugaufnehmer 3 der Arbeitsspindel 1
eingespannt. Die Einschnürung 6 des Halters 4 liegt
in der Nähe der Einspannstelle. Zwischen Einschnürung
6 und dem Drehmeißel 5 sind an dem Halter 4 in der
Ebene Z diametral gegenüberliegend zwei Permanentma
gnete 17 und 18 befestigt. Die Pole der beiden Perma
nentmagnete 17 und 18 sind axial gegensinnig ausge
richtet. Der Halter 4 rotiert mit seinen beiden Per
manentmagneten 17 und 18 in einem ruhenden Elektro
magneten 19 mit zwei radial nach innen gerichteten
gegensinnigen Ringpolen. Dabei sind die Pole dieses
Elektromagneten denjenigen der Permanentmagnete 17
und 18 so zugeordnet, daß ein Permanentmagnet 17 je
weils abgestoßen und der andere Permanentmagnet 18
angezogen wird. Eine Unrundbearbeitung einer Bohrung
durch den Drehmeißel 5 erfolgt dadurch, daß während
einer Umdrehung des Halters 4 die von den Polen des
Elektromagneten 19 ausgehende Kraft variiert wird,
wodurch sich die Auslenkung des Halters 4 entspre
chend verändert. Die Führung des Drehmeißels 5 zur
Erreichung einer Bohrung in einem Werkstück mit einer
Mantelfläche mit polarem und axial beliebigem Mantel
linienverlauf kann bei allen dargestellten Ausfüh
rungsformen noch dadurch verbessert werden, daß die
mit einem Beschleunigungsgeber 9 gemessene radiale
Drehmeißelablenkung als Ist-Wert mit einem vorgegebe
nen Soll-Wert verglichen wird, wobei resultierend aus
dem Vergleich die Elektromagnete 7, 8; 12, 13; 15
und 19 so gesteuert werden, daß die Ist-Lage des
Drehmeißels der Soll-Lage zugeführt wird.
Claims (12)
1. Ausdrehkopf für eine Bohrmaschine mit einem in
einem um eine Achse rotierenden Halter befestigten
Drehmeißel, der tangential zur Rotationsbewegung
an einem Werkstück angreift, bei der der
Halter durch auf diesen einwirkende von außen
willkürlich elektrisch steuerbare Magnetkräfte
ausschließlich in einer Ebene Z auslenkbar ist,
die durch die Zustellrichtung des Drehmeißels und
die Rotationsachse des Halters aufgespannt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Halter (4) außerhalb von dessen Achse
synchron mit dem Drehmeißel (5) rotierende erste
magnetische Pole (4′; 16; 17, 18) vorgesehen
sind, während mit diesen ersten Polen zweite Pole von lagefesten Elektromagneten
(7, 8; 15; 19) durch magnetische Anziehungs- oder
Abstoßungskräfte in Wirkverbindung stehen, wobei
die zweiten Pole den ersten Polen zugeordnet
sind.
2. Ausdrehkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Halter (4) außerhalb von dessen Achse
synchron mit dem Drehmeißel (5) rotierende erste
magnetische Pole durch ein magnetisches Feld erzeugbar
sind, während mit diesen ersten Polen
(10) zweite Pole (12, 13) durch magnetische
Anziehungs- oder Abstoßungskräfte in Wirkverbindung
stehen, wobei die zweiten Pole den ersten
Polen synchron zugeordnet sind.
3. Ausdrehkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Halter (4) in dem Bereich des Drehmeißels
(5) eine Meßeinrichtung (9) vorgesehen ist,
die Abweichungen des Abstandes des Drehmeißels
(5) von der Drehachse des Halters (4) erfaßt.
4. Ausdrehkopf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung (9) ein an sich bekannter
Beschleunigungsgeber ist.
5. Ausdrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der auslenkbare Halter (4) aus einem Faser
verbundwerkstoff besteht.
6. Ausdrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Auslenkung des Halters (4) in diesem eine
Einschnürung (6) senkrecht zur Halter (4)-Achse
vorgesehen ist, die von dem Drehmeißel (5) aus
gesehen hinter den Magnetpolen (4′, 7, 8; 17, 18)
liegt.
7. Ausdrehkopf nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halter (4) an einer Arbeitsspindel (1)
befestigt ist, die zur Auslenkung des Halters (4)
mit einer senkrecht zur Halter (4)-Achse verlaufenden
Einschnürung (14) versehen ist.
8. Ausdrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halter (4) an einer ihn verdrehfest aufnehmenden
Arbeitsspindel (1) radial auslenkbar
zwischen den Halter (4) diametral zur Rotations
achse umfassenden an der Arbeitsspindel (1) fi
xierten und magnetmäßig ausschließlich in der Z-
Ebene wirkenden Elektromagneten (7, 8) gelagert
ist, wobei zumindest das zwischen den Magneten
(7, 8) liegende Halter (4)-Material zumindest
teilweise (Teile 4′) magnetisierbar ist oder
selbst ein Magnet ist.
9. Ausdrehkopf nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halter (4) mit einer Arbeitsspindel (1)
über ein Gelenk (11) verbunden ist, dessen Achse
senkrecht zur Ebene Z und zur Rotationsachse ver
läuft, daß die zweiten Pole ober- und unterhalb
der Ebene Y angeordnet sind, die durch die Rota
tionsachse hindurch senkrecht zur Ebene Z aufge
spannt ist und daß die zweiten Pole (12, 13) von
an der Antriebsspindel (1) angebrachten Elektro
magneten gebildet sind, die so ausgerichtet sind,
daß von ihnen axial gerichtete Magnetkräfte auf
magnetisierbare Bereiche des Halters (4) ausgehen.
10. Ausdrehkopf nach einem der Ansprüche 1-5 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß an einer den Halter (4) aufnehmenden Arbeitsspindel
(1) mindestens ein außerachsig liegender
erster Pol (16) vorgesehen ist, der innerhalb
mindestens eines ruhenden außerhalb der Arbeitsspindel
(1) liegenden zweiten Magnetpoles (15)
rotiert, wobei dieser mindestens eine zweite Magnetpol
als geschlossener Ring ausgebildet ist.
11. Ausdrehkopf nach einem der Ansprüche 1-5 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine erste Pol (17, 18) innerhalb
mindestens eines ruhenden außerhalb des Halters
(4) liegenden zweiten Magnetpols (19) rotiert,
wobei dieser mindestens eine zweite Magnetpol
als geschlossener Ring ausgebildet ist.
12. Anordnung zum Steuern eines Ausdrehkopfes nach
einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzielung
von Bohrungen mit polar und/oder axial beliebigen
Mantellinienverläufen,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- a) während des Bohrbetriebes ermittelt die Meßeinrichtung (9) am freien Ende des Halters (4) die jeweilige radiale Ist-Lage des Drehmeißels (5),
- b) die ermittelten Werte der Meßeinrichtung (9) werden an einen Soll-Ist-Wert-Vergleicher gemeldet, in den die Soll-Form der zu erzeugenden Bohrungsmantelfläche einspeicherbar ist,
- c) die Soll-Ist-Wert-Abweichung ist ein Maß für die von den Magneten (7, 8; 12, 13; 15; 19) gegenüber dem Halter (4) bzw. der Arbeitsspindel (1) aufzubringenden Ablenkkräfte.
Priority Applications (1)
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DE19883818827 DE3818827A1 (de) | 1987-06-05 | 1988-06-03 | Bohrmaschinen mit einem in einem um eine achse rotierenden halter befestigten drehmeissel und verfahren zum betrieb dieser bohrmaschine |
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DE3818827A1 DE3818827A1 (de) | 1988-12-15 |
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1988
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DE3818827A1 (de) | 1988-12-15 |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MAHLE GMBH, 7000 STUTTGART, DE NEST ELECTRONICS GM |