DE4139650C2 - Feinausbohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feinausbohrwerkzeug, insbesondere für Durchgangsbohrungen, mit hohlzylindrischem Werkzeuggrundkörper, in der Zylinderbohrung des Werkzeuggrundkörpers axial bewegbarem Zahnsegment und in einer Radialbohrung des Werkzeuggrundkörpers verschiebbar geführtem zylindrischen Werkzeugschaft mit Werkzeugschneide, wobei das Zahnsegment zahnstangenartige Einkerbungen aufweist, die in ihren Längserstreckungen unter einem spitzen Winkel zur Längsmittenachse der Zylinderbohrung an einer ebenen Zahnsegmentfläche angeordnet sind, und wobei der Werkzeugschaft mit einer Verzahnung ausgerüstet ist, die an den Einkerbungen des Zahnsegmentes gleitend anliegt.

Durch Rotation mit sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten ist eine Endbearbeitung beim Bohren von Durchgangsbohrungen durchführbar. Vorzugsweise, aber nicht beschränkend, ist das Werkstück dabei stationär bezüglich einer Rotationsbewegung.

Das aus DE 32 45 195 A1 bekannte Bohrwerkzeug, von dem die Erfindung ausgeht, ermöglicht eine automatisierte Verstellung der Werkzeugschneide. Eine Feder ermöglicht eine Vorspannung einer inneren Verstellhülse gegen eine äußere Verstellhülse über einen Schneidenträger-Verstellstab, welcher mit der inneren Verstellhülse verbunden ist. Zwar kann damit eine spielfreie Anlage von Gewindeflanken der Verstellhülsen in Vorspannrichtung gewährleistet sein, jedoch geht nicht hervor, wie eine Spielfreiheit des Schneidenträgers gewährleistet sein soll. Zwischen den Zahnflanken der beweglichen Teile kann ein Spiel vorhanden sein, welches bei Aufnahme der radialen Schnittbelastung auf die Werkzeugschneide eine die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigende Verschiebung des Werkzeugschaftes zuläßt.

Bei einem weiteren aus DE 24 09 143 A1 bekannten Feinausbohrwerkzeug ist dem Werkzeugschaft unmittelbar ein Skalenglied mit Feingewinde zugeordnet. Die Werkzeugschneide ist in Schritten einstellbar, die beachtlich größer sind als ein Mikrometer. Die bekannte Vorrichtung erlaubt keine reproduzierbare Feineinstellung der Werkzeugschneide im Nanometerbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für Durchgangsbohrungen geeignetes Feinausbohrwerkzeug anzugeben, dessen Werkzeugschneide in reproduzierbaren Schritten mit Schrittweiten von weniger als einem Mikrometer verstellbar ist.

Bei einem Feinausbohrwerkzeug des eingangs beschriebenen Aufbaus ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in der Zylinderbohrung des Werkzeuggrundkörpers eine Stellschraube mit Feingewinde drehbewegbar und axialunbewegbar gelagert ist, und daß die Stellschraube eine Axialbohrung des Zahnsegments durchfaßt,
daß auf das Feingewinde der Stellschraube eine Gewindebuchse aufgesetzt ist, die in einer mit dem Zahnsegment verbundenen Spannbuchse, welche aus zwei miteinander verschraubbaren Spannbuchsenteilen besteht, drehfest angeordnet und durch Drehung der Stellschraube axialbewegbar ist, wobei die Gewindebuchse endseitige Außenkonusflächen sowie von beiden Endseiten ausgehende Längsschlitze aufweist,
daß die Spannbuchsenteile jeweils den Außenkonusflächen der Gewindebuchse zugeordnete Spannflächen aufweisen, wobei die Gewindebuchse durch Verschrauben der Spannbuchsenteile elastisch in radialer Richtung stauchbar und dadurch das Gewindespiel zwischen der Gewindebuchse und der Stellschraube reduzierbar ist,
daß der Werkzeugschaft in der Radialbohrung durch eine Druckfeder vorspannbar ist, wobei die Druckrichtung nach innen, in Rückzugrichtung des Werkzeugschaftes,
gerichtet ist, womit die an einer Sekantenfläche des Werkzeugschaftes angeordnete Verzahnung ohne Totgang an den Einkerbungen des Zahnsegmentes anliegt,
daß die Stellschraube stirnseitig aus dem Werkzeuggrundkörper herausgeführt ist sowie an ihrem äußeren Ende einen Einstell-Drehknopf mit einer Skala aufweist,
daß an der Mantelaußenseite des Werkzeuggrundkörpers eine Muffe angeordnet ist, die mit dem Werkzeuggrundkörper einen stirnseitig offenen Ringraum bildet, wobei in den Ringraum ein Positionierungsring drehfest und federnd nachgiebig eingesetzt ist, an dessen äußerer Stirnfläche eine Verzahnung angeordnet ist, und
daß der Einstell-Drehknopf eine Stirnflächenverzahnung aufweist, die in die Verzahnung an der Stirnfläche des Positionierungsringes eingreift, wobei die Drehbewegung des Einstell-Drehknopfes um einen Zahn eine Radialverstellung der Werkzeugschneide von weniger als einem Mikrometer zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht präzise und reproduzierbare Einstellungen des Werkzeugschaftes im Nanometerbereich. Die Übertragung zwischen den beweglichen Teilen des Feinausbohrwerkzeuges erfolgt spielfrei, und zwar unabhängig von der Drehrichtung der Stellschraube.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Feinausbohrwerkzeuges sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche. Die Ansprüche 2 bis 4 beschreiben vorteilhafte konstruktive Ausgestaltungen, die eine spielfreie Lagerung der Stellschraube sowie eine für die präzise Verstellung der Stellschraube ebenfalls erforderliche drehsichere Befestigung des Drehknopfes auf der Stellschraube gewährleisten. Der Anspruch 5 bildet die für eine totgangsfreie Bewegungsübertragung zwischen dem Werkzeugschaft und dem Zahnsegment vorgesehene Druckfederanordnung weiter. Für die Präzisionsbearbeitung tiefer Bohrungen empfiehlt die Erfindung schließlich in den Ansprüchen 6 und 7 beschriebene Maßnahmen für die Lagerung des Werkzeuggrundkörpers an eine Antriebsmaschine.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Längsansicht eines Feinausbohrwerkzeuges, welches insbesondere zur Endbearbeitung von Durchgangsbohrungen bestimmt ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Feinausbohrwerkzeug in der Schnittebene A-A der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt des Feinausbohrwerkzeuges in der Schnittebene B-B der Fig. 2.

Das in den Figuren dargestellte Feinausbohrwerkzeug besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Werkzeuggrundkörper 10 mit einer durchgehenden, gestuft ausgeführten Bohrung 1, einem Zahnsegment 20 - im folgenden kurz als Segment bezeichnet - und einer Stellschraube 30 - im folgenden auch als Mikrometerschraube bezeichnet. Das Zahnsegment 20 und die Mikrometerschraube 30 sind auf einer gemeinsamen geometrischen Achse angeordnet. Die Mikrometerschraube 30 ist an einem Ende mit einem als Außengewinde ausgeführten Gewindestück 31 ausgestattet. Dieses Ende ist frei durch eine axiale Bohrung in dem verzahnten Segment 20 hindurchführbar und mit einem Innengewinde 21, welches in einer Gewindebuchse 24, nachfolgend kurz Buchse genannt, eingerichtet ist, gekoppelt, wobei die Buchse 24 zwischen zwei miteinander verschraubbaren Spannbuchsenteilen 25, 26 gehalten ist. Das Spannbuchsenteil 25 ist an einem Ende des verzahnten Segmentes 20 mittels eines Gewindes 20a fixiert. Das Feinausbohrwerkzeug weist weiterhin einen Ring 40, welcher die Mikrometerschraube 30 führt, einen Abstandsring 41 und einen Stellschraubenstützring 42, im folgenden auch als Mikrometerschraubenstützring bezeichnet, welche ebenfalls die Mikrometerschraube 30 führen, einen drehbaren Einstelldrehknopf 43, im folgenden kurz als Einstellknopf bezeichnet, eine gesicherte Mutter 44 welche mit einem Gewindestift 44a sowie mit einem Sicherungselement 44b ausgestattet und auf ein Gewindeende 32 der Mikrometerschraube 30 aufgeschraubt ist, sowie einen Positionierungsring 13, welcher an dem Ende des Werkzeuggrundkörpers 10 angeordnet ist und durch eine Schutzhülle 14 abgedeckt ist, auf.

Der Fig. 3 ist entnehmbar, daß der Werkzeuggrundkörper 10 eine weitere Bohrung 2 aufweist, welche vorzugsweise, aber nicht beschränkend, im rechten Winkel zur Werkzeuggrundkörper-Längsmittenachse angeordnet ist, und wobei in der Bohrung 2 ein Werkzeugschaft 50 eingerichtet ist, welcher eine mit einer Befestigungsschraube 55 und 55′ befestigte Werkzeugschneide 51 aufweist.

Gemäß Fig. 2 ist die Buchse 24 mit Außenkonen 24a an ihren Enden ausgestattet, welche mit korrespondierenden Spannflächen 25a, 26a, die in den Spannbuchsenteilen 25, 26 innenseitig eingerichtet sind, in Verbindung stehen. Die Buchse 24 weist ferner Längsschlitze 24b, im folgenden als geschlitzte Sektion bezeichnet, auf. Die geschlitzten Sektionen sind auf beiden Seiten der Buchse so angeordnet, daß die Schlitze an einem Ende beginnen und nicht durchgehend an das andere Ende verlaufen.

Eine Totgangreduzierung zwischen dem Außengewinde der Mikrometerschraube 30 und dem Innengewinde 21 in der Buchse 24 ist durch Anziehen des Spannbuchsenteils 26 einrichtbar. Bei Drehung des mit einem Außengewinde versehenen Spannbuchsenteils 26 in einem entsprechenden Innengewinde, welches in dem anderen Spannbuchsenteil 25 eingerichtet ist, preßt dieses die Buchse 24 an die Spannflächen 25a, 26a. In Zusammenwirkung mit den geschlitzten Sektionen 24b wird dadurch eine Kontraktion bewirkt, welche eine elastische Abnahme des Außendurchmessers der Außenbuchse 24 bewirkt und folglich den Durchmesser des Innengewindes 21 reduziert, welches das Gewinde der Mikrometerschraube 30 umfaßt, und zwar bis der Totgang zwischen besagten Gewinden völlig eliminiert wird, wobei jedoch eine leichte Drehbarkeit der Mikrometerschraube 30 noch möglich ist.

Ein Verriegelungsstift 27 ist radial in dem Spannbuchsenteil 25 angeordnet, wobei sein freies Ende in eine der geschlitzten Sektionen 24b in der Buchse 24 eingreift. Hierdurch wird verhindert, daß die Buchse 24 relativ zum Spannbuchsenteil drehbar ist.

In dem Bereich mit größerem Durchmesser des in Längserstreckung verlaufenden Bohrungsabschnittes 3 des zylindrischen Werkzeuggrundkörpers 10 sind ein Ring 40 ein Abstandsring 41 und ein Mikrometerschraubenstützring 42 ohne Spiel angeordnet, welche ein Führungssystem bilden, in dem die Mikrometerschraube 30 drehbar und radial sowie axial geführt ist, wobei der Ring 40, der Abstandsring 41 und der Mikrometerschraubenstützring 42 mittels Schrauben 45 fixiert sind, die durch besagte Ringe hindurchgreifen und in die rückseitige Wand, welche den Bohrungsabschnitt begrenzt, eingeschraubt sind.

Auf diese Weise wirken der Ring 40 und der Mikrometerschraubenstützring 42 als radiale Führung bezüglich der Mikrometerschraube 30 in ihrem mittleren Bereich, wobei die Führung in radialer Richtung als spielfreie Führung eines Stellschraubenteilstückes 33, im folgenden als Mikrometerschraubenteilstück bezeichnet, der Mikrometerschraube 30 in der entsprechenden Bohrung des Ringes 40 wirkt. Eine Anschlagführung in axialer Richtung besteht aus gegenüberliegenden Stirnflächen des Ringes 40 und des Mikrometerschraubenstützringes 42, die beabstandet sind durch den Abstandsring 41, wobei die Stirnflächen einen Ringlagerkragen 35 der Mikrometerschraube 30 zwischen den Mikrometerschraubenteilstücken 33, 34 halten und dadurch axiales Spiel der Mikrometerschraube 30 unterdrücken.

Die Mikrometerschraube 30 weist an ihrem äußeren Ende bezüglich des Werkzeuggrundkörpers 10 einen kegelförmigen Sitz 36 auf, wobei der Durchmesser in Richtung des äußeren Endes der Mikrometerschraube 30 abnimmt. Auf den kegelförmigen Sitz 36 ist ein Einstellknopf 43 aufgeschoben und durch eine gesicherte Mutter 44 fixierbar, welche ihrerseits auf einem externen Gewindeende 32 der Mikrometerschraube 30 mittels eines Gewindestiftes 44a eines Sicherungselementes 44b gesichert ist. Das Sicherungselement 44b besteht aus Messing oder einem anderen Werkstoff vergleichsweise geringer Härte und ist geeignet, eine gesicherte Fixierung zu gewährleisten, ohne daß Gewindegänge des Gewindeendes 32 beschädigt werden.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, ist am Randbereich des drehbaren Einstellknopfes 43 eine Skala 43a angeordnet, welche entweder auf den Einstellknopf 43 graviert oder auf einer mit dem Einstellknopf 43 drehfest verbundenen Scheibe aufgebracht ist, wobei die Skala 43a mit gleichmäßig beabstandeten Teilstrichen versehen ist. Die Skala 43a dient zur Ablesung einer Verschiebung der Werkzeugschneide 51, wenn der Einstellknopf 43 per Hand gedreht wird. In der Schutzhülle 14 ist eine Referenzmarkierung 43b gegenüber der Skala 43a eingraviert.

Mit dieser Art von Konusverbindung zwischen der Mikrometerschraube 30 und dem Einstellknopf 43, d. h. der Anordnung des Einstellknopfes 43 auf dem kegelförmigen Sitz 36, ist es möglich, in einer wählbaren Weise die Skala 43a bezüglich der Referenzmarkierung 43b auf Null zu setzen oder zurückzudrehen, wobei eine bestimmte Position der Werkzeugschneide 51 bezüglich der geometrischen Mitte des Werkzeuggrundkörpers 10 einstellbar ist und der Nullpunkt der Skala 43a mit Referenzmarkierung 43b zur Deckung kommt. Nach dem Nullsetzen oder Zurücksetzen wird der Einstellknopf 43 auf dem kegelförmigen Sitz 36 mittels der gesicherten Mutter 44 festgesetzt, wodurch der zur Werkzeugverstellung drehbare Einstellknopf 43 drehfest mit der Mikrometerschraube 30 verbunden ist.

Der Fig. 2 ist entnehmbar, daß eine Drehung des Einstellknopfes 43 per Hand und folglich der Mikrometerschraube 30 bzw. des Gewindestücks 31 der Mikrometerschraube 30, welches in das Innengewinde 21 der Buchse 24 eingreift, ein axiales Gleiten des Segmentes 20 entlang der durchgehenden Bohrung 1 des Werkzeuggrundkörpers 10 bewirkt, wobei das Gleiten in den beiden Richtungen, welche durch die Pfeile X und Y angegeben sind, wählbar ist in Abhängigkeit von der Drehrichtung des drehbaren Einstellknopfes 43.

Den Fig. 2 und 3 kann entnommen werden, daß mit dem axialen Gleiten des Segmentes 20 relativ zum Werkzeuggrundkörper 10 eine radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 bewirkt wird, mittels eines Übersetzungsmechanismus ins Langsame. Der Übersetzungmechanismus ins Langsame ist gebildet durch zahnstangenartige Einkerbungen 22, welche außen an dem verzahnten Segment 20 in einer sekanten Ebene seines zylindrischen Körpers angebracht sind, wobei die zahnstangenartigen Einkerbungen 22 in Längsrichtung unter einem spitzen Winkel α zur Mittelachse der Zylinderbohrung angeordnet sind, und wobei die zahnstangenartigen Einkerbungen 22 gleitend und spielfrei in die zugeordnete Verzahnung 52, welche in einer sekanten Ebene des zylindrischen Körpers des Werkzeugschaftes 50 eingerichtet ist, eingreifen.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist eine radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 durchführbar, indem der Einstellknopf 43 per Hand in die Richtung des Pfeiles I gedreht wird, so daß das Gewindestück 31 eine axiale Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 in Richtung des Pfeiles X bewirkt. Dadurch werden die zahnstangenartigen Einkerbungen 22, die unter einem spitzen Winkel angeordnet sind und in engem Kontakt mit der Verzahnung 52 des Werkzeugschaftes 50 stehen, axial verschoben und bewirken eine radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 bezüglich des Werkzeuggrundkörpers 10 in Richtung des Pfeiles Z. In entsprechender Weise wird ein Zurückzug des Werkzeugschaftes 50, d. h. seine Verschiebung in Richtung des Pfeiles W durch Drehung des Einstellknopfes 43 in die Richtung des Pfeiles R bewirkt.

Wie in der Fig. 3 gezeigt, ist eine Vorrichtung 60 mit einer Druckfeder 61 in einer Längsbohrung 53 des Werkzeugschaftes 50 eingerichtet, um eine spielfreie Verschiebung zu gewährleisten und eine stabile Position des Werkzeugschaftes 50 bezüglich des Werkzeuggrundkörpers 10 zu garantieren. Ein Ende der Druckfeder 61 wirkt auf das innenliegende Ende eines Gewindestiftes 62, welcher in den Eingangsbereich der Längsbohrung 53 eingeschraubt ist. Das andere Ende der Druckfeder 61 wirkt auf einen Stutzen 63a eines Gewindestiftes 63, welcher in einer Bohrung 4 des Werkzeuggrundkörpers 10 eingeschraubt ist, wobei der Stutzen 63a des Gewindestiftes 63 in die Längsbohrung 53 durch ein Loch 54, welches in dem Werkzeugschaft 50 vorgesehen ist, eintritt. Auf diese Weise wirkt die Druckfeder 61 auf den Gewindestift 62 sowie auf den Stutzen 63a des Gewindestiftes 63, so daß der Werkzeugschaft 50 stets in Richtung des Pfeiles W gedrückt wird.

Das beschriebene Feinausbohrwerkzeug kann direkt an eine Hauptspindel einer Maschine angeschlossen werden. Es kann aber auch zur Bearbeitung tiefer Löcher mit einem Verlängerungsschaft 70 gekoppelt werden, wobei der Verlängerungsschaft 70 mit der Hauptspindel der Maschine verbunden ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist zur Kopplung der Vorrichtung mit einem Verlängerungsschaft 70 das Kupplungsende des Werkzeuggrundkörpers 10 mit einem Einschraubzapfen ausgerüstet. Der Einschraubzapfen weist einen Gewindeabschnitt 5 und einen Zentrierabschnitt 6 auf.

Demgemäß ist der Werkzeuggrundkörper 10 in dem Verlängerungsschaft 70 fest verbunden, indem der Gewindeabschnitt 5 in das entsprechende Innengewinde des Verlängerungsschaftgewindes 71 des Verlängerungsschaftes 70 eingeschraubt ist, wobei die feste Verschraubung dadurch gewährleistet ist, daß eine Verlängerungsschaftstirnfläche 72 des Verlängerungsschaftes 70 an einer Anschlagfläche 7 an diesem Ende des Werkzeuggrundkörpers 10 anschlägt.

Eine Zentrierung und Ausrichtung des Werkzeuggrundkörpers 10 mit Verlängerungsschaft 70 ist durch eine präzise Passung des um die Längsmittenachse des Werkzeuggrundkörpers 10 konzentrischen Zentrierabschnittes 6 in einer zugeordneten Bohrung gewährleistet. Diese ist in dem Innern des Werkzeugschaftes 70 konzentrisch um die Längsmittenachse des Werkzeugschaftes 70 vorgesehen. Dabei steht der Anschlag der Verlängerungsschaftstirnfläche 72 an der Anschlagfläche 7 in einem rechten Winkel zur Längsachse des Werkzeuggrundkörpers 10.

Bei der Bearbeitung von tiefen Bohrungen und wenn das Feinausbohrwerkzeug stationär bleibt bezüglich einer Vorschubbewegung, ermöglicht ein Sitz 37, welcher konzentrisch an dem freien Ende der Mikrometerschraube 30 vorgesehen ist, daß das Feinausbohrwerkzeug an einem Reitstock 73 lagern kann, womit eine einseitige Lagerung verhindert und durch die zweiseitige Lagerung eine entsprechende Steifheit des Bohrwerkzeuges gewährleistet ist, was eine wichtige Bedingung für eine präzise Bearbeitung ist.

Selbst wenn der Reitstock 73 mit einer mitlaufenden Spitze ausgerüstet ist, kann ein leichter Widerstand aufgrund Reibung in dem Konus des Sitzes 37 zu einer Drehung der Mikrometerschraube 30 bezüglich des Werkzeuggrundkörpers 10 führen, wodurch unbeabsichtigt der radiale Abstand zwischen der Werkzeugschneide und der Längsmittenachse des Werkzeuggrundkörpers während der Bearbeitung verändert werden kann. Um eine unbeabsichtigte Veränderung der Position der Werkzeugschneide zu verhindern, ist der drehbare Einstellknopf 43 mit einer Stirnflächenverzahnung 43c in seiner Stirnfläche gegenüber der Stirnfläche des Werkzeuggrundkörpers 10 ausgerüstet, wobei die Zähne in eine Verzahnung 13a eingreifen, welche an der Stirnfläche eines federbelasteten Positionierungsringes 13 vorgesehen ist, wobei dieser gleitend an dem Ende des Werkzeuggrundkörpers 10 angebracht ist und gegen die Stirnflächenverzahnung 43c mittels Federn 15 gedrückt wird sowie durch radial eingreifenden Stift 16 gehalten wird, welcher verhindert, daß der Positionierungsring 13 sich relativ zum Werkzeuggrundkörper dreht.

Mit einer Drehung des Einstellknopfes 43 per Hand wird bewirkt, daß aufgrund der Drehung der Stirnflächenverzahnung 43c, deren Zähne ein Profil mit zur Zahnspitze zulaufenden Zahnflanken aufweisen und die in die Verzahnung 13a, deren Zähne ebenfalls zur Zahnspitze zulaufende Zahnflanken aufweisen, eingreift, der Positionierungsring 13 in Richtung des Pfeiles 13b (Fig. 2) bewegt wird, wodurch die Verbindung der Stirnflächenverzahnung 43c mit der Verzahnung 13a aufgehoben wird. Dadurch, daß die Stirnflächenverzahnung 43c und die Verzahnung 13a eine Anzahl Zähne haben, welche entweder doppelt so groß ist oder ein Vielfaches der Unterteilungen auf der Skala 43a beträgt, ist gewährleistet, daß bei einem erneuten Eingriff der Verzahnungen 43c, 13c mit aufeinanderfolgenden Zähnen eine maximale Drehung des Einstellknopfes 43 stattfindet, welche die Hälfte oder ein ganzteiliger Bruchteil eines ablesbaren Wertes zwischen zwei benachbarten Teilstrichen auf der Skala 43a ist.

Unter Berücksichtigung, daß das Feinausbohrwerkzeug für Präzisionsbearbeitungen einsetzbar ist, bei welchen das Feinausbohrwerkzeug mit sehr hohen Geschwindigkeiten arbeitet, und daß nur ein extrem niedriges Niveau an Vibrationen während des Betriebs zulässig ist, ist der Werkzeuggrundkörper 10 mit einem Auswuchtsystem für rotierende Massen ausgerüstet (Fig. 3). Das Auswuchtsystem besteht beispielhaft aus zwei Gewichtsstücken 80, 81, welche in einem Schlitz 8 in der Mitte des Werkzeuggrundkörpers 10 befestigt und in einer sekanten Ebene parallel bezüglich der geometrischen Achse der Bohrung 2 angeordnet sind. Die Gewichtsstücke 80, 81 sind mit Langlöchern 82 ausgerüstet, durch welche Arretierungsschrauben 83 durchgreifen. Dadurch ist es möglich, daß die Gewichtsstücke 80, 81 in dem Schlitz 8 während des Auswuchtvorganges verschoben, positioniert und befestigt werden können.

Der Werkzeuggrundkörper 10 weist fernerhin an der Peripherie in einer sekanten Position, aber in einem im wesentlichen rechten Winkel zur Bohrung 2, einen abgerundeten Einschnitt 9 auf, wodurch der erforderliche Freiraum für die Befestigungsschraube 55 vorgesehen ist, welche die Werkzeugschneide 51 an dem Werkzeugschaft 50 klammert, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt.

Den Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß die gleitende Bewegung frei von Totgang oder Spiel des Werkzeugschaftes 50 und des verzahnten Segmentes 20 in den Bohrungen 2 bzw. 1 ist, daß die gleitende Bewegung auch frei von Totgang zwischen den Flanken der Zähne 22 und 52 ist, daß die Rotation der Mikrometerschraube 30 frei von Totgang im Bereich des Innengewindes 21 ist, daß diese frei von axialem Totgang ist. Da alle beweglichen Teile in ihrer Verschiebung frei von Totgang sind, ist eine reproduzierbare Positionierung der Werkzeugschneide 51 sichergestellt, wobei der radiale Abstand zwischen der Werkzeugschneide und der Längsmittenachse des Werkzeuggrundkörpers 10 mit einer Genauigkeit von weniger als einem Mikrometer einstellbar ist.

Der Grad der Einstell- und Ablesungsauflösung des erfindungsgemäßen Feinausbohrwerkzeuges hängt von der aus zwei Einzelübersetzungen resultierenden Gesamtübersetzung ab.

Die erste Einzelübersetzung betrifft die Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 entlang einer Achse in Richtung der Mikrometerschraube 30, welche mit einer vollständigen Umdrehung des drehbaren Einstellknopfes 43 und folglich der Mikrometerschraube 30 erfolgt, und kann mathematisch durch einen Quotienten QI angegeben werden, der als das Verhältnis zwischen der Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 je Umdrehung der Mikrometerschraube 30 (aufgrund seiner Gewindesteigung) und der Zahl der Unterteilungen oder Teilstriche der Skala 43a des Einstellknopfes 43 definiert ist.

Als Beispiel "a" für die erste Einzelübersetzung QI sei angeführt, daß eine Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 von 0,5 mm bei jeder vollständigen Umdrehung des Einstellknopfes 43 zusammen mit der Scheibe und der Skala 43a, welcher eine Funktion der Gewindesteigung der Mikrometerschraube 30 ist, d. h. 0,5 mm Umdrehung, und daß die drehbare Skala 43a fünfzig (50) Unterteilungen oder Teilstriche hat. Dann ist eine Verschiebung des verzahnten Segments 20 auf 0,01 mm ablesbar, d. h. ein Hundertstel eines Millimeters, für jede Unterteilung (Teilstrich) des mit der Skala 43a versehenen drehbaren Einstellknopfes 43. QI ist daher 0,5/50 = 0,01 mm/Teilstrich.

Die zweite Einzelübersetzung kann mathematisch dargestellt werden durch einen Quotienten QII, der als das Verhältnis zwischen der Größe der Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 und der Größe der radialen Verschiebung aufgrund erstgenannter Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 und folglich der Werkzeugschneide 51 gegeben ist. Der Quotient QII ist eine Funktion des Winkels α.

Als Beispiel "b" für die zweite Einzelübersetzung QII sei angeführt, daß die Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 0,01 mm für jede Unterteilung (Teilstrich) der mit der Skala 43a versehenen Scheibe ist, und daß die radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 beispielsweise 0,0005 mm je Unterteilung (Teilstrich) ist, wobei das Übersetzungsverhältnis ins Langsame gegeben durch den Ausdruck 0,01/0,0005 = 20 oder 1 : 20 ist, d. h., daß die radiale Verschiebung der Werkzeugschneide 51 um so viel mal kleiner ist als die Verschiebung des verzahnten Segmentes 20, wie das Übersetzungsverhältnis ins Langsame angibt.

Eine bestimmte Größe der Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 bewirkt eine radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 in einer Größe, die vom Betrag der Verschiebung des verzahnten Segmentes 20 und vom Wert des Winkels α abhängt.

Die resultierende Gesamtübersetzung, mit anderen Worten die radiale Verschiebung des Werkzeugschaftes 50 bzw. der Werkzeugschneide 51, die mit der Drehung des drehbaren Einstellknopfes 43 und folglich der Mikrometerschraube 30 erhalten wird, besteht aus der Zusammenwirkung der beiden vorstehend beschriebenen Einzelübersetzungen und kann mathematisch durch einen Quotient QIII beschrieben werden, der das Verhältnis zwischen den Quotienten QI und QII angibt. Im Ausführungsbeispiel - mit den Zahlenbeispielen "a" und "b" - ist QI = 0,5/50 = 0,01 mm/ Teilstrich und QII = 0,01/0,0005 = 20. Der Quotient QIII ergibt sich dann als QI/QII = 0,01/20 = 0,0005 mm/Teilstrich, womit die Auflösung des Systems angegeben ist.

Der maximale Totgang von 0,002 mm zwischen dem Ringleiterkragen 35 der Mikrometerschraube 30 und der Ringe 40, 42 kann durch die Ausnutzung von elastischen Eigenschaften der Materialien, aus denen die Ringe 40, 41, 42 gefertigt sind, reduziert werden, in dem diese durch geeigneten Anzug der Schrauben 45 komprimiert werden. Durch diese Maßnahmen kann der maximale Totgang von 0,002 mm progressiv zu sehr minimalen Maßen in der Größenordnung von 0,0001 mm reduziert werden, mit der Tendenz Richtung Null.

Claims (7)

1. Feinausbohrwerkzeug, insbesondere für Durchgangsbohrungen, mit
hohlzylindrischem Werkzeuggrundkörper,
in der Zylinderbohrung des Werkzeuggrundkörpers axial bewegbarem Zahnsegment und
in einer Radialbohrung des Werkzeuggrundkörpers verschiebbar geführtem zylindrischen Werkzeugschaft mit Werkzeugschneide,
wobei das Zahnsegment zahnstangenartige Einkerbungen aufweist, die in ihren Längserstreckungen unter einem spitzen Winkel zur Längsmittenachse der Zylinderbohrung an einer ebenen Zahnsegmentfläche angeordnet sind, und wobei der Werkzeugschaft mit einer Verzahnung ausgerüstet ist, die an den Einkerbungen des Zahnsegmentes gleitend anliegt, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Zylinderbohrung (1, 3) des Werkzeuggrundkörpers (10) eine Stellschraube (30) mit Feingewinde drehbewegbar und axialunbewegbar gelagert ist, und daß die Stellschraube (30) eine Axialbohrung des Zahnsegments (20) durchfaßt, daß auf das Feingewinde der Stellschraube (30) eine Gewindebuchse (24) aufgesetzt ist, die in einer mit dem Zahnsegment (20) verbundenen Spannbuchse, welche aus zwei miteinander verschraubbaren Spannbuchsenteilen (25, 26) besteht, drehfest angeordnet und durch Drehung der Stellschraube (30) axialbewegbar ist, wobei die Gewindebuchse (24) endseitige Außenkonusflächen (24a) sowie von beiden Endseiten ausgehende Längsschlitze (24b) aufweist,
daß die Spannbuchsenteile (25, 26) jeweils den Außenkonusflächen (24a) der Gewindebuchse (24) zugeordnete Spannflächen (25a, 26a) aufweisen, wobei die Gewindebuchse (24) durch Verschrauben der Spannbuchsenteile (25, 26) elastisch in radialer Richtung stauchbar und dadurch das Gewindespiel zwischen der Gewindebuchse (24) und der Stellschraube (30) reduzierbar ist,
daß der Werkzeugschaft (50) in der Radialbohrung (2) durch eine Druckfeder (61) vorspannbar ist, wobei die Druckrichtung nach innen, in Rückzugrichtung (W) des Werkzeugschaftes (50), gerichtet ist, womit die an einer Sekantenfläche des Werkzeugschaftes (50) angeordnete Verzahnung (52) ohne Totgang an den Einkerbungen (22) des Zahnsegmentes (20) anliegt,
daß die Stellschraube (30) stirnseitig aus dem Werkzeuggrundkörper (10) herausgeführt ist sowie an ihrem äußeren Ende einen Einstell-Drehknopf (43) mit einer Skala (43a) aufweist,
daß an der Mantelaußenseite des Werkzeuggrundkörpers (10) eine Muffe (14) angeordnet ist, die mit dem Werkzeuggrundkörper (10) einen stirnseitig offenen Ringraum bildet, wobei in den Ringraum ein Positionierungsring (13) drehfest und federnd nachgiebig eingesetzt ist, an dessen äußerer Stirnfläche eine Verzahnung (13a) angeordnet ist, und
daß der Einstell-Drehknopf (43) eine Stirnflächenverzahnung (43c) aufweist, die in die Verzahnung (13a) an der Stirnfläche des Positionierungsringes (13) eingreift, wobei die Drehbewegung des Einstell-Drehknopfes (43) um einen Zahn eine Radialverstellung der Werkzeugschneide (51) von weniger als einem Mikrometer zugeordnet ist.

2. Feinausbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (1, 3) des Werkzeuggrundkörpers (10) eine stufenförmig anschließende endseitige Erweiterung (3) aufweist, in die eine Lagerringanordnung (40, 41, 42) für die axiale und radiale Lagerung der Stellschraube (30) bestehend aus innenseitigem Ring (40), Abstandsring (41) und außenseitigem Stellschraubenstützring (42) eingepaßt ist, und daß die Stellschraube (30) einen Ringlagerkragen (35) zwischen Ringlagerflächen, welche an Stellschraubenteilstücken (33, 34) vorgesehen sind, aufweist, der dem Abstandsring (41) zugeordnet ist und stirnseitig zwischen dem inneren Ring (40) sowie dem äußeren Stellschraubenstützring (42) axial geführt ist.

3. Feinausbohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerringanordnung (40, 41, 42) in der Zylinderbohrung des Werkzeuggrundkörpers (10) durch Schrauben (45) an der Ringfläche der stufenförmigen Erweiterung (3) befestigt ist.

4. Feinausbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschraube (30) an ihrem außenseitigen Ende einen kegelförmigen Sitz (36) sowie einen daran anschließenden Gewindezapfen (32) aufweist und daß der Einstell- Drehknopf (43) auf den Kegelsitz (36) aufgeschoben und durch eine auf den Gewindezapfen (32) aufgeschraubte, gesicherte Mutter (44) fixiert ist.

5. Feinausbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (61) zur Vorspannung des Werkzeugschaftes (50) in einer Längsbohrung (53) des Werkzeugschaftes (50) angeordnet ist und daß in die Werkzeuggrundkörper (10) ein Gewindestift (63, 63a) eingeschraubt ist, der eine Querbohrung (4) des Werkzeugschaftes (50) durchfassend in die Längsbohrung (53) eingreift, wobei die Druckfeder (61) zwischen dem Gewindestift (63, 63a) und einem in die Längsbohrung (53) einschraubbaren Gewindestift (62) eingespannt ist.

6. Feinausbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggrundkörper (10) einen Einschraubzapfen (5, 6) zum Anschluß an einen mit der Spindel einer Drehmaschine verbundenen Verlängerungsschaft (70) aufweist, wobei der Einschraubzapfen (5, 6) einen gewindefreien Zentrierabschnitt (6) zum spielfreien Einpassen in den Verlängerungsschaft (70) aufweist und von einer Anschlagfläche (7) begrenzt ist, die sich an der Stirnfläche (72) des Verlängerungsschaftes (70) abstützt.

7. Feinausbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Stirnfläche der Stellschraube (30) einen Sitz (37) zur Aufnahme eines Reitstockes (73) aufweist.