WO2014183871A1 - Spanende werkzeugmaschine, werkzeugsatz und verfahren zum herstellen eines zylinders mit einer sack- und/oder stufenbohrung - Google Patents

Spanende werkzeugmaschine, werkzeugsatz und verfahren zum herstellen eines zylinders mit einer sack- und/oder stufenbohrung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a cutting machine tool having the features of claim 1.
  • the invention relates to a tool set.
  • the invention relates to a method for producing a cylinder with a blind and / or stepped bore, which is in particular a deep drilling method.
  • the production of cylinders usually requires at least three operations,. namely a boring, a peeling, and a subsequent burnishing. In this way, the high demands can be made on the dimensional accuracy andrapnnöte the cylinder inner wall.
  • Particularly complicated is the production of cylinders which have a blind bore and / or a stepped bore. The reason for this is that, in particular during drilling, the resulting chips must be removed.
  • a cutting machine tool in which the drill head is connected via a tool carrier with a drill pipe.
  • a directional control can actively influence the machining direction during machining. This increases the achievable accuracy, in particular
  • a tool holder which has a conical bore, by means of which a frustoconical shaft of a tool can be fixed. The shaft is fastened by means of a union nut on the tool holder.
  • Such a tool holder is not suitable for the boring of cylinders, since the chip removal is not guaranteed.
  • a deep drilling machine which has an adapter. By means of the adapter, a deep hole drilling machine can drill, peel and smoothly roll non-continuous cylinders in one clamping. The paring knives can be acted upon by means of a central pressure line with pressurized fluid and so switched.
  • a disadvantage of this deep hole drilling machine is that blind holes can not be manufactured.
  • the invention has for its object to improve the production of cylinders with blind and / or stepped bore.
  • the invention solves the problem by a machine tool with the features of claim 1.
  • the invention solves the problem by a tool set according to the independent claim.
  • the invention solves the problem by a method having the features of the method claim.
  • An advantage of the invention is that even existing cutting machine tools, such as lathes or deep hole drilling machines, for automatic tool change can be upgraded. Another advantage is that the risk of damaging one of the involved threads when changing tools and thus rendering the whole tool unusable is significantly reduced.
  • the conical bore and the anti-rotation device make it impossible to bring the drill head into contact with the adapter in a completely axially aligned manner without endangering a thread.
  • the drill head can then be aligned by pressing in the adapter with this. If this is achieved, the drill head is firmly connected to the adapter by means of the union nut.
  • the adapter according to the invention makes it possible, depending on the type of tool, machine type and machining task, to derive substantially pressure-free cooling lubricant with chips, to provide hydraulic pressure for controlling a peeling tool or cooling lubricant with a pressure of more than 40 bar for cooling the blades and for chip removal and for simultaneous tool control.
  • cutting machine tool is understood in particular to mean a deep drilling machine.
  • a deep drilling machine is understood in particular a device which is adapted for drilling holes with an aspect ratio of at least 10 in workpieces made of metal. The aspect ratio is the quotient of the length of the hole and its diameter.
  • Such deep drilling machines are special machines, since the deep drilling must be performed with a sufficiently high accuracy, so that in particular hydraulic cylinders can be manufactured.
  • the drill head is understood to be a unit which can be separated from the adapter and the tool receptacle and on which a cutting edge or several cutting edges are formed, by means of which the cylinder inner surface of the resulting cylinder is machined.
  • the anti-rotation device is understood in particular to mean a device which prevents rotation between adapter and drill head in at least one direction. It is particularly favorable, however, if the anti-rotation device prevents twisting of the drill head and adapter relative to one another in both directions of rotation.
  • the anti-rotation device comprises a key or a dowel pin.
  • the term non-rotatably designates that in at least one direction of rotation, a torque from one object, in the present case the tool holder, on the other object, in this case, the base body, transferable. It is possible, but not necessary, for torque to be transferable in both directions.
  • the adapter has a base body, to which the union nut is fastened, and a ring element which is arranged between an end face of the cone shank and the base body such that the central channel is free of undercuts with respect to the machining direction of the drill head.
  • This ring element is preferably made of a material which is more elastic than the material from which the base body and / or the conical shank of the drill head are made. Thus, the ring element deforms more easily than the adapter or the drill head, and their accuracy of fit relative to each other is not affected by the ring member.
  • the central channel is free of undercuts, at least with respect to the machining direction of the drill head between the end face and an opposite face of the adapter, is understood in particular to mean that an imaginary sphere with a diameter of 1 mm, when viewed in the machining direction of the drill head from the Drive side moved to the output side along the inner wall of adapter and drill head, is moved at any point by more than 1 mm radially outward. Conversely, this means that the chips that flow from the drill head to the drive side do not experience a radially inwardly projecting edge to which they could hang. In this way an optimal chip flow is guaranteed.
  • the cutting machine tool in the form of a CNC lathe has a pressurized fluid line passing through the central channel and a drill head coolant line connected to the adapter coolant line and an opening on a radially outer surface of the adapter Drill has, so that cooling lubricant from the adapter coolant line is fed into a space between the drill head and an inner wall of the workpiece.
  • Both coolant lines are particularly suitable for formed of coolant with a pressure of at least 50 bar.
  • the cutting machine tool also has a peeling tool, which is alternatively positively connected to the drill head with the adapter, wherein the peeling tool has a conical shank for positive connection with the conical bore of the adapter and a peeling tool coolant line has, with the Adapter cooling lubricant line is formed connectable and has an opening on a radially outer surface of the peeling tool, so that cooling lubricant from the adapter coolant line is fed into a space between the peeling tool and the inner wall of the workpiece.
  • the cutting machine tool comprises an automatically controllable gripper unit having a gripper, which is designed for positive connection with the union nut, so that the connection between the adapter and drill head is automatically detachable and / or manufacturable.
  • the positive connection can be effected for example by engagement of the gripper in a recess of the drill head and / or by engagement of the projection of the union nut in a recess of the gripper.
  • a frictional connection is conceivable, although these can usually transmit fewer torques.
  • the cutting machine tool also has a rolling tool which is alternatively positively connected to the drill head with the adapter and a conical shank for positive connection with the conical bore of the adapter and has a rolling tool coolant line, which can be connected to the adapter coolant line is formed and has an opening on a radially outer outer surface of the roller burnishing tool, so that cooling lubricant from the adapter coolant line is fed into a gap between the burnishing tool and an inner wall of the workpiece. With this burnishing tool a cylinder can be finished.
  • conical shank and conical bore together with anti-rotation device it is possible to provide an automatic gripper, since the accuracies achievable with grippers are generally insufficient to screw a thread directly.
  • the design of the adapter results in increased alignment tolerance of the system so that the accuracy readily achievable with an automatic gripper is sufficient to connect and disconnect the tools with the adapter. It is particularly favorable if the gripper is designed to be rotatable relative to a receptacle of the gripper.
  • a particularly simple structure results when the rotational movement between gripper and receiving by a cylinder, in particular a hydraulic cylinder is effected. This cylinder can then be moved with pressurized fluid, in particular cooling lubricant, and a hydraulic fluid, by means of which also the peeling blades of the peeling tool are actuated.
  • the adapter in particular the union nut, and the respective tool are formed so that the union nut by a rotation of a maximum of 90 °, in particular a maximum of 80 °, from a locking position in which the drill head is positively connected to the adapter, in a release position in which the drill head is movable in the axial direction relative to the adapter can be brought.
  • the gripper perform relative to its inclusion by operating a drive cylinder, so that the gripper is easy to control.
  • the adapter has on the output side a dispensing valve which has a dispensing valve body which opens by movement on the drive side to the dispensing valve.
  • the drill head which has the peeling tool and / or the deep rolling tool, has a take-over valve body which closes the take-over valve by movement in the axial direction away from the adapter. This prevents fluid, in particular cooling lubricant and / or pressurized fluid, from escaping during uncoupling.
  • the adapter has a central pressure id réelle, which is arranged in the central channel and is connected at its workpiece receiving side facing a pressure fluid supply unit for applying fluid pressure, so that the fluid pressure from the drive side to the output side is transferable.
  • the pressurized fluid supply unit in particular comprises a cooling lubricant supply unit and / or a hydraulic fluid supply unit.
  • hydraulic fluid can be directed to a peeling tool through the central pressurized fluid line, which is connected to the adapter.
  • a paring knife By means of the fluid pressure of the hydraulic fluid, a paring knife is retractable and / or extendable.
  • the machine tool preferably has a cooling lubricant supply unit, by means of the cooling lubricant in a space between the peeling tool and an inner wall of the workpiece can be fed.
  • the tool holder is hollow, so that a channel is formed.
  • the channel is connected to the pressure fluid supply unit so that pressurized fluid in the form of cooling lubricant and / or pressurized fluid in the form of hydraulic fluid can be conducted through the tool receptacle.
  • the tool holder is connected to the pressure fluid supply unit such that cooling lubricant can be conducted from the central channel of the adapter through the tool holder to the cooling lubricant supply unit, which cleans the coolant through a filter and pressurises the adapter and / or. or passes through a coolant line in the space between the peeling tool and an inner wall of the workpiece.
  • a cutting machine tool in particular a deep hole drilling machine or CNC lathe, with (a) an adapter (i) rotatably connected to a tool holder of a cutting machine tool, and (ii) a cap nut having an adapter thread and (iii) has a tapered bore, wherein the adapter has a drive side facing the tool holder and an output side facing away from the tool holder, and a central, continuous channel through which chips can be transported against a machining direction of the Aufbohrtechnikmaschines, and having a (b) one wellhead, which (i) has a drill head thread for positive engagement with the adapter thread and (ii) has a taper shank for positive engagement with the tapered bore, wherein (c) the adapter has an adapter guide surface and the drill bit has a drill guide surface wherein (d) the tool set comprises a peeling tool, in particular a combined peeling roller tool having a peeling tool guide surface adapted to cooperate with the adapter guide surface for
  • FIG. 1 shows a schematic view of a cutting machine tool according to the invention
  • FIG. 2 shows an adapter of a tool set according to the invention and of the machine tool according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows two cross-sections with respect to the sections A-A and B-B through the adapter according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 shows the adapter according to FIG. 1 with a pressure fluid line which contacts a peeling tool
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of an adapter according to FIG. 3,
  • FIG. 6 shows a schematic view of a method according to the invention using a tool set according to the invention on a deep drilling machine according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic view of a method according to the invention using a tool set according to the invention on a CNC lathe according to the invention
  • FIG. 8 shows a partial view of a machine tool according to the invention
  • 9 shows a sectional view according to the section BB
  • Figure 10 is a sectional view taken along section C-C of Figure 7 and
  • FIG. 11 shows a sectional view according to the section A-A according to FIG. 7.
  • FIG. 12 shows the use of the adapter set in the manufacture of stepped bores
  • FIG. 1 shows schematically a cutting machine tool 10 in the form of a deep drilling machine, which has a machine bed 12, a workpiece holder 14 and a tool holder 16.
  • the tool holder 16 is rotatable relative to the workpiece holder 14 by means of a rotary drive 18, which is formed in the present case by an electric motor.
  • a rotary drive 18 which is formed in the present case by an electric motor.
  • the workpiece holder 14 is rotatable. It depends on a relative movement between the workpiece holder and the tool holder.
  • the machine tool 10 comprises an adapter 20, which is shown in more detail in the following figures, and a drill head 22 with a schematically drawn cutting insert in the form of a cutting plate.
  • the machine tool 10 has a pressurized fluid supply unit which can supply a cooling lubricant supply unit 24, by means of the cooling lubricant through a coolant supply line 26 into a gap 64 (see below, FIG. 6) between the drill head 22 and an inner wall 28 of a workpiece 30, and a hydraulic fluid supply unit 24a.
  • the hydraulic fluid supply unit 24a can be connected by means of a pressure fluid line (reference numeral 68, see below) to a peeling tool for driving its peeling blades, wherein the connection takes place, for example, through the hollow tool receptacle 16.
  • the workpiece 30 is stretched in the workpiece holder 14.
  • the workpiece holder 14 and the tool holder 16 are guided by a motor linearly movable towards each other.
  • the corresponding guide as well as the drive motors or the drive Motors are not shown because they belong to the state of the art.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the adapter 20, which has a main body 32.
  • the main body 32 is rotatably connected to the tool holder 16, for example by a thread.
  • the adapter 20 also includes a union nut 34 which is rotatably mounted on the base body 32 and has an adapter thread 36.
  • the adapter 20 has a conical bore 38, wherein this conical bore is understood in particular a rotationally symmetrical about an axis L recess whose radius monotonically, in particular strictly monotonously increases with increasing distance from a drive side 40 of the adapter 22. It is therefore possible and preferred, but not necessary, that the inner contour of the conical bore 38 in the mathematical sense is frustoconical.
  • the adapter 20 also has an anti-rotation device 42, which in the present case has two drivers, which are inserted in longitudinal grooves. In the adapter 20, a central, continuous channel 44 is formed, which is connected to a drill head channel 46 of the drill head 22.
  • the adapter thread 36 meshes with a drill bit thread 48 of the drill head 22, so that a conical shank 50 of the drill head 22 can be pulled into a form-fitting connection with the conical bore 38.
  • a flat shoulder 52 of the drill head 22 and an opposing contact surface 54 of the body 32 are flat against each other and provide a rigid connection.
  • Base body 32 is arranged a segmented from depending on the number of drivers 42 ring member 60.
  • This ring element 60 fills the otherwise existing undercut in the area between conical shaft 50 and base body 32, so that a continuous transition between the drill head channel 46 and the central channel 44 results. A swarf accumulation is thus avoided.
  • FIG. 6 a shows schematically how cooling lubricant 62 is supplied into a gap 64 between workpiece 30 and drill head 22.
  • This cooling lubricant 62 is used in blind hole machining together with the resulting chips by the drilling head channel 46 which is open towards the end face of the drill head 22, transported away and thus enters the channel 44 ( Figure 2). From there, the cooling lubricant enters a bore 66 in the tool holder and is fed from there to a cooling lubricant treatment plant.
  • FIG. 3 shows on the left a cross section AA according to FIG. 2 and on the right a cross section BB according to FIG. 2. It can be seen in the left partial image that the adapter thread 36 and the drill head thread 48 are each interrupted, so that at least three are present Case four angular positions of the union nut 34 relative to the drill head 22 exist in which drill head and adapter can be moved axially to each other. In this way, turning the nut about less than 90 °, in the present case less than 80 °, namely 70 °, sufficient to connect the adapter with the drill head. In the right part of the image recesses 67.1, 67.2, 67.3, 67.4 can be seen, which are introduced into the union nut 34, so that a previously described gripper can engage in this form-fitting manner.
  • FIG. 4 shows the adapter 20, which has a holder of a central pressure fluid line 68 instead of the ring element 60 (see FIG.
  • This pressurized fluid line 68 is arranged in the central channel 44 and in operation transmits a fluid pressure p from the hydraulic fluid supply unit 24a (see FIG. 1) to a peeling tool 70, which is connected to the adapter 20 instead of the drill head in FIG.
  • the peeling tool 70 comprises an inlet opening 72, which is designed to connect to the pressure fluid line 68 and which is formed on a pressure channel 64.
  • the pressure channel 64 leads to a control cylinder, not shown in FIG. 3, by means of which the paring knife, also not shown, can be moved in and / or extended.
  • FIG. 4 also shows that the adapter 20 has on the output side a dispensing valve 76, which comprises a dispensing valve body 78. This closes the opening, so that when removing the peeling tool 70 no pressure fluid can escape.
  • the pressurized fluid can be a hydraulic oil, which has the advantage that the peeling tool can be particularly clean. Alternatively, however, it can also be a cooling lubricant, so that no separate hydraulic fluid has to be stored next to the cooling lubricant.
  • Figure 5 shows an alternative embodiment in which no dispensing valve 76 is present.
  • This embodiment is used, for example, for machine tools in the form of CNC lathes.
  • the pressure fluid line 68 is connected to the cooling lubricant supply unit 24 of the CNC lathe, so that cooling lubricant can be conducted to the tools or the drill head.
  • FIG. 6 shows a method according to the invention for producing a blind bore on a deep drilling machine. It can be seen that the drill head 22 is moved forward in the machine direction B. The cooling lubricant 62 is pressed into the intermediate space 64 between the drill head 22 and a workpiece inner side 80 and flows through the drill head channel counter to the machining direction B. After boring, the drill head is removed from the workpiece counter to the machining direction B. It is then connected in the manner described above, the peeling tool 70 with the adapter and peeled the workpiece inside. Subsequently, a rolling tool 82 shown in Figure 5c is connected to the adapter and the workpiece inside 80 is smoothed.
  • FIG. 7 shows the machining of a stepped bore on a CNC lathe, in which the cooling lubricant can not be added as shown in Figure 5, in the space between the tool and the workpiece inside.
  • Subfigure 7a shows that the drill head 22 has a drill head coolant line 84 connected to the drill head channel 46 so that coolant from the pressurized fluid line 68 (see Figures 3 or 4) can be delivered into the gap 64.
  • the shaved cooling lubricant 62 flows in the machining direction B.
  • FIG. 7b shows an alternative peeling tool 70, which has a peeling tool cooling lubricant line 68, which likewise communicates with a channel 88, in turn communicating with the pressure fluid line 68 (see FIGS. 3, 4).
  • FIG. 7 c shows an alternative rolling tool 82 with a rolling tool coolant line 90, which likewise communicates with a channel 92, which in turn is connected to the pressurized fluid line 68 during operation.
  • Figure 8 shows a gripper unit 94 having a gripper 96 by means of which the drill head 22, the peeling tool 70 and the rolling tool 82 can be held.
  • the gripper 96 comprises at least one pawl, in the present case two pawls 98.1, 98.2, which are designed to engage in the recesses 67.1, 67.2 (see FIG.
  • the gripper unit 94 is automatically positionable. For example, it is attached to a tool changer of the machine tool, so that the gripper 96 can be automatically positioned by a machine control of the machine tool, which is not shown. It is advantageous for this purpose if the machine tool is designed to bring the workpiece holder to a predefinable angular position. In other words, it is favorable if the machine tool comprises an angle sensor, by means of which the angular position of the tool holder relative to the machine frame can be determined. However, it is also possible that the gripper unit is mounted relative to the machine bed and has its own drive unit, by means of which the gripper 96 can be positioned.
  • FIG. 9 shows a view BB according to FIG. 8.
  • the gripper 96 comprises at least one gripping arm, in the present case two gripping arms 100.1, 100.2, which are formed by a drive 102, which in the present case is a hydraulic or pneumatic cylinder is, can be opened and closed to that Tool, so the drill head 22, the peeling tool 70 or the rolling tool 82 to grab.
  • the gripper arms 100 (reference numerals without counting suffix in each case designate all corresponding objects) are fastened to a holder 104, which can be brought to a predefinable position by means of a further drive 106.
  • FIG. 10 shows a view CC according to FIG. 8.
  • the drive 106 which in the present case is designed as a hydraulic or pneumatic cylinder, is arranged in such a way that a hook wrench 105, which is fastened to the holder 104, thus is pivotable, that the pawls 98.1, 98.2, which are mounted on the hook wrench 105, a circular arc about an axis of rotation D of the tool holder 16 and thus of the adapter 20 and the respectively connected tool executes.
  • the at least one pawl 98 can rotate the union nut 34 (see FIGURE 2) relative to the tool and thus also to the body 32 and so forth Release the connection between the tool and the adapter
  • FIG. 11 shows the view A-A according to FIG. 8. It can be seen that a hook wrench 105 to which the pawls 98 are attached (see FIG. 10) is fastened to the holder 104 by means of rollers 108.1, 108.7. By operating the drive 106, the rollers 108 roll on the holder 104, so that the hook wrench 105 moves around the axis of rotation D.
  • An inventive method is performed by first a workpiece in the form of a cylinder blank is clamped onto the machine tool 10. Thereafter, the workpiece inside 80 is drilled by means of the drill head 22. Subsequently, the drill head is released from the adapter by automatically positioning the gripper unit as described above and releasing the connection between the union nut and the drill head 22 by rotating the gripper 96.
  • the drill head of the gripper unit is automatically stored, for example in a tool magazine, and the peeling tool is retrieved and automatically connected to the adapter, wherein the connection between the pressure fluid line 68 (see Figure 3) and the pressure channel 74 of the peeling tool is produced.
  • the workpiece inside is smoothed by means of the burnishing tool.
  • the peeling tool is automatically released from the adapter and the burnishing tool automatically connected to the adapter. In a following step, the workpiece inside is smoothed.
  • FIG. 12 shows the use of the adapter set in the manufacture of stepped bores (upper partial images) and blind bores (lower partial images) on deep hole drilling machines.
  • the peeling tool 70 FIG. 12d
  • the rolling tool 82 FIG. 12e
  • the combined peeling rolling tool 110 according to FIG. 12b
  • the rollers of the rolling tool 82 are retractable and / or extendable by varying the fluid pressure of the pressurized fluid.
  • the peeling blades of the peeling tool 82 It can be seen that the tool set for deep hole drilling machines and CNC lathes allows automated processing of cylinders with steps and possibly blind holes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine spanende Werkzeugmaschine, insbesondere Tiefbohrmaschine oder Drehmaschine, mit einer Werkstückaufnahme (14) zum Aufnehmen eines Werkstücks (30), einer Werkzeugaufnahme (16), einem Drehantrieb (18), mittels dem die Werkzeugaufnahme (16) relativ zur Werkstückaufnahme (14) drehbar ist, einem Adapter (20), der einen Grundkörper (20), der mit der Werkzeugaufnahme (16) drehfest verbunden ist und eine der Werkzeugaufnahme (16) zugewandte Antriebsseite und eine der Werkzeugaufnahme (16) abgewandte Abtriebsseite, eine Verdrehsicherungs- Vorrichtung (42) zum Verhindern eines Verdrehens von Bohrkopf (22) und Adapter (20) relativ zueinander und einen zentralen, durchgehenden Kanal (44), durch den Späne entgegen einer Bearbeitungsrichtung (B) des Bohrkopfs (22) abtransportierbar sind, aufweist, und einem Bohrkopf (22), der mit dem Adapter (20) drehfest verbunden ist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Bohrkopf (22) ein Bohrkopf-Gewinde (48) und einen Kegelschaft (50) hat, und dass der Adapter (20) eine Überwurfmutter (34), die drehbar am Grundkörper (20) befestigt ist und ein Adapter-Gewinde (36) zum Zusammenwirken mit dem Bohrkopf-Gewinde (48) hat, und eine Kegelbohrung (38) zum Aufnehmen des Kegelschafts (50) besitzt.

Description

Spanende Werkzeugmaschine, Werkzeugsatz und Verfahren zum Herstellen eines Zylinders mit einer Sack- und/oder Stufenbohrung
Die Erfindung betrifft eine spanende Werkzeugmaschine mit den Merkmalen von An- spruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Werkzeugsatz. Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinders mit einer Sack- und/oder Stufenbohrung, das insbesondere ein Tiefbohrverfahren ist. Die Herstellung von Zylindern erfordert in aller Regel zumindest drei Arbeitsgänge, . nämlich ein Aufbohren, ein Schälen, und ein nachfolgendes Glattwalzen. Auf dies'e Weise lassen sich die hohen Anforderungen an die Formgenauigkeit und die Oberflächennöte der Zylinder-Innenwandung erreichen. Besonders aufwändig ist die Fertigung von Zylindern, die eine Sackbohrung und/oder eine Stufenbohrung aufweisen. Der Grund dafür ist, dass insbesondere beim Aufbohren die entstehenden Späne abgeführt werden müssen. Das aber ist bei einer Sackbohrung nur durch das Werkzeug möglich. Um nachfolgend die Zylinder-Innenwandung zu schälen und glattzuwalzen, ist zumindest ein weiteres Werkzeug notwendig, das einen hohen Fluiddruck benötigt, nämlich entweder zum Ein- und Ausklappen der Schälmesser und/oder zum Beaufschlagen der Walzrollen mit Druck. Dieser Werkzeugwechsel gestaltet sich wegen der unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Werkzeuge schwierig. Insbesondere bei der Fertigung von größeren Losen hat es sich daher durchgesetzt, zunächst alle Werkstücke aufzubohren, dann das Schälwerkzeug einzubauen und für alle Werkstücke des Loses die Schälbehandlung durchzuführen. Nachteilig an diesem Vorgehen ist, dass aufgrund der Neu-Aufspannung höchste Genauigkeiten nur schwer zu erreichen sind und das Umspannen zudem aufwändig ist.
Aus der DE 10 2010 013 480 A1 ist eine spanende Werkzeugmaschine bekannt, bei der der Bohrkopf über einen Werkzeugträger mit einem Bohrrohr verbunden ist. Über eine Richtungssteuerung kann während der Bearbeitung aktiv Einfluss auf die Bearbeitungsrichtung genommen werden. Das erhöht die erreichbare Genauigkeit insbesonde-
BESTÄTiGUNGSKOPtE re bei der Fertigung von exzentrischen Rohrinnenstrukturen.
Aus der DE 10 2011 110 044 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zylindereinheit bekannt, mittels der der Zylinder und die Stirnfläche in einer Aufspannung bearbeitet werden kann. Um ohne zusätzliche Komponenten zum Schalten der zum Schälen verwendeten Schälmesser auszukommen, können die Schälmesser mittels dem Kühl- schmierstoff geschaltet werden, der für die Spanabfuhr genutzt wird.
Aus der EP 048 578 A2 ist ein Werkzeughalter bekannt, der eine Kegelbohrung auf- weist, mittels dem ein kegelstumpfförmiger Schaft eines Werkzeugs fixierbar ist. Der Schaft wird mittels einer Überwurfmutter am Werkzeughalter befestigt. Ein derartiger Werkzeughalter ist nicht für das Aufbohren von Zylindern geeignet, da die Spanabfuhr nicht gewährleistet ist. Aus der WO 2014/011 198 A1 ist eine Tiefbohrmaschine bekannt, die einen Adapter besitzt. Mittels des Adapters kann eine Tiefbohrmaschine in einer Aufspannung nicht durchgängige Zylinder aufbohren, schälen und glattwalzen. Die Schälmesser können dazu mittels einer zentralen Druckleitung mit Druckfluid beaufschlagt und so geschaltet werden. Nachteilig an dieser Tiefbohrmaschine ist, dass Sacklöcher nicht gefertigt wer- den können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung von Zylindern mit Sack- und/oder Stufenbohrung zu verbessern. Die Erfindung löst das Problem durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch einen Werkzeugsatz gemäß dem nebengeordneten Sachanspruch. Gemäß einem dritten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Verfahrensanspruchs.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass auch bestehende spanende Werkzeugmaschinen, beispielsweise Drehmaschinen oder Tiefbohrmaschinen, zum automatischen Werkzeugwechsel ertüchtigt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Gefahr, beim Werkzeugwechsel eines der beteiligten Gewinde zu beschädigen und somit das ganze Werkzeug unbrauchbar zu machen, deutlich reduziert ist. Durch die Kegelbohrung und die Verdrehsicherungsvornchtung ist es möglich, den Bohrkopf nicht vollständig axial fluchtend mit dem Adapter in Kontakt zu bringen, ohne dass dies ein Gewinde gefährdet. Der Bohrkopf kann dann durch Eindrücken in den Adapter mit diesem fluchtend ausgerichtet werden. Ist dies erreicht, wird der Bohrkopf mittels der Überwurfmutter fest mit dem Adapter verbunden.
Der erfindungsgemäße Adapter erlaubt es, je nach Werkzeugtyp, Maschinentyp und Bearbeitungsaufgabe, im Wesentlichen druckfreien Kühlschmierstoff mit Spänen abzuleiten, Hydraulikdruck zur Steuerung eines Schälwerkzeugs oder Kühlschmierstoff mit einem Druck von mehr als 40 bar zum Kühlen der Schneiden und zum Späneaustrag sowie zur gleichzeitigen Werkzeugsteuerung bereitzustellen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der spanenden Werkzeugmaschine insbesondere eine Tiefbohrmaschine verstanden. Unter einer Tiefbohrmaschine wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die ausgebildet ist zum Bohren von Löchern mit einem Aspektverhältnis von zumindest 10 in Werkstücke aus Metall. Das Aspektverhältnis ist der Quotient aus Länge der Bohrung und deren Durchmesser. Derartige Tiefbohrmaschinen sind Spezialmaschinen, da das Tiefbohren mit einer hinreichend hohen Genauigkeit durchgeführt werden muss, damit insbesondere Hydraulikzylinder gefertigt werden können. Unter dem Bohrkopf wird eine vom Adapter und der Werkzeugaufnahme trennbare Einheit verstanden, an der eine Schneide oder mehrere Schneiden ausgebildet sind, mittels denen die Zylinder-Innenfläche des entstehenden Zylinders bearbeitet wird. Unter der Verdrehsicherungsvornchtung wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die eine Drehung zwischen Adapter und Bohrkopf in zumindest einer Richtung unter- bindet. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Verdrehsicherungsvornchtung ein Verdrehen von Bohrkopf und Adapter relativ zueinander in beide Drehrichtungen unterbindet. Beispielsweise umfasst die Verdrehsicherungsvornchtung eine Passfeder oder einen Passstift. Der Begriff drehfest bezeichnet dabei, dass in zumindest einer Drehrichtung ein Drehmoment von dem einen Objekt, im vorliegenden Fall der Werkzeugaufnahme, auf das andere Objekt, in diesem Fall, den Grundkörper, übertragbar ist. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass ein Drehmoment in beide Richtungen übertragbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Adapter einen Grundkörper, an dem die Überwurfmutter befestigt ist, und ein Ringelement, das zwischen einer Stirnfläche des Kegelschafts und dem Grundkörper so angeordnet ist, dass der zentrale Kanal bezüglich der Bearbeitungsrichtung des Bohrkopfs hinterschneidungsfrei ist, auf. Dieses Ringelement ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das elastischer ist als das Material, aus dem der Grundkörper und/oder der Kegelschaft des Bohrkopfs gefertigt sind. So deformiert sich das Ringelement leichter als der Adapter oder der Bohrkopf, und deren Passgenauigkeit relativ zueinander wird durch das Ringelement nicht beeinflusst wird.
Unter dem Merkmal, dass der zentrale Kanal zumindest bezüglich der Bearbeitungsrichtung des Bohrkopfs zwischen der Stirnfläche und einer gegenüberliegenden Fläche des Adapters hinterschneidungsfrei ist, wird insbesondere verstanden, dass eine gedachte Kugel mit einem Durchmesser von 1 mm, wenn sie sich in Bearbeitungsrichtung des Bohrkopfs von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite zu entlang der Innenwandung von Adapter und Bohrkopf bewegt, an keiner Stelle um mehr als 1 mm nach radial auswärts bewegt wird. Umgekehrt bedeutet dass, das Späne, die vom Bohrkopf auf die Antriebsseite strömen, keine nach radial innen vorspringende Kante erfahren, an deren sie festhängen könnten. Auf diese Weise wird ein optimaler Spänefluss garantiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die spanende Werkzeugmaschine in Form einer CNC-Drehmaschine eine Druckfluidleitung, die durch den zentralen Kanal verläuft, und eine Bohrkopf-Kühlschmierstoffleitung, die mit der Adapter-Kühlschmier- stoffleitung verbunden ist und eine Öffnung an einer radial außen liegenden Außenfläche des Bohrkopfs hat, so dass Kühlschmierstoff aus der Adapter-Kühlschmierstoff- leitung in einen Zwischenraum zwischen dem Bohrkopf und einer Innenwandung des Werkstücks zuführbar ist. Beide Kühlschmierstoffleitungen sind insbesondere zum Lei- ten von Kühlschmierstoff mit einem Druck von zumindest 50 bar ausgebildet.
Besonders günstig ist, wenn die spanende Werkzeugmaschine zudem ein Schälwerkzeug aufweist, das alternativ zum Bohrkopf mit dem Adapter formschlüssig verbindbar ist, wobei das Schälwerkzeug einen Kegelschaft zum formschlüssigen Verbinden mit der Kegelbohrung des Adapters aufweist und eine Schälwerkzeug-Kühlschmierstoff- leitung hat, die mit der Adapter-Kühlschmierstoffleitung verbindbar ausgebildet ist und eine Öffnung an einer radial außen liegenden Außenfläche des Schälwerkzeugs hat, so dass Kühlschmierstoff aus der Adapter-Kühlschmierstoffleitung in einen Zwischenraum zwischen dem Schälwerkzeug und der Innenwandung des Werkstücks zuführbar ist.
Besonders günstig ist es, wenn der Bohrkopf, das Schälwerkzeug und das Glattwalzwerkzeug in einem automatisch betätigbaren Werkzeugmagazin vorgehalten werden, das von einer Maschinensteuerung der spanenden Werkzeugmaschine ansteuerbar ist. Besonders bevorzugt umfasst die spanende Werkzeugmaschine eine automatisch ansteuerbare Greifereinheit, die einen Greifer aufweist, der zum formschlüssigen Verbinden mit der Überwurfmutter ausgebildet ist, so dass die Verbindung zwischen Adapter und Bohrkopf automatisch lösbar und/oder herstellbar ist. Das formschlüssige Verbinden kann beispielsweise durch Eingreifen des Greifers in einer Ausnehmung des Bohr- kopfs und/oder durch Eingreifen des Vorsprungs der Überwurfmutter in einer Ausnehmung des Greifers erfolgen. Selbstverständlich ist grundsätzlich auch eine reibschlüssige Verbindung denkbar, wenngleich diese in der Regel weniger Drehmomente übertragen können. Besonders günstig ist es, wenn die spanende Werkzeugmaschine zudem ein Walzwerkzeug aufweist, das alternativ zum Bohrkopf mit dem Adapter formschlüssig verbindbar ist und einen Kegelschaft zum formschlüssigen Verbinden mit der Kegelbohrung des Adapters aufweist und eine Walzwerkzeug-Kühlschmierstoffleitung hat, die mit der Adapter-Kühlschmierstoffleitung verbindbar ausgebildet ist und eine Öffnung an einer radial außen liegenden Außenfläche des Glattwalzwerkzeugs hat, so dass Kühl- schmierstoff aus der Adapter-Kühlschmierstoffleitung in einen Zwischenraum zwischen dem Glattwalzwerkzeug und einer Innenwandung des Werkstücks zuführbar ist. Mit diesem Glattwalzwerkzeug kann ein Zylinder endbearbeitet werden. Durch das Vorsehen von Kegelschaft und Kegelbohrung nebst Verdrehsicherungsvor- richtung ist es möglich, einen automatischen Greifer vorzusehen, da die mit Greifern erreichbaren Genauigkeiten in der Regel nicht ausreichen, um direkt ein Gewinde zu verschrauben. Die Konstruktion des Adapters führt jedoch zu einer erhöhten Fluchtungstoleranz des Systems, so dass die mit einem automatischen Greifer leicht erreichbare Genauigkeit ausreichend ist, um die Werkzeuge mit dem Adapter zu verbinden und von diesem zu lösen. Besonders günstig ist es, wenn der Greifer relativ zu einer Aufnahme des Greifers drehbar ausgebildet ist. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Drehbewegung zwischen Greifer und Aufnahme durch einen Zylinder, insbesondere einen Hydraulikzylinder bewirkbar ist. Dieser Zylinder kann dann mit Druckfluid, insbesondere Kühlschmierstoff, und einer Hydraulikflüssigkeit, mittels der auch die Schälmesser des Schälwerkzeugs betätigt werden, bewegt werden.
Vorzugsweise sind der Adapter, insbesondere die Überwurfmutter, und das jeweilige Werkzeug so ausgebildet, dass die Überwurfmutter durch eine Drehung um maximal 90°, insbesondere maximal 80°, aus einer Arretierstellung, in der der Bohrkopf form- schlüssig mit dem Adapter verbunden ist, in eine Freigabestellung, in der der Bohrkopf in axialer Richtung relativ zum Adapter bewegbar ist, bringbar ist. Eine derartige Bewegung kann der Greifer relativ zu seiner Aufnahme durch Betätigen eines Antriebszylinders ausführen, so dass der Greifer einfach anzusteuern ist. Vorzugsweise weist der Adapter an der Abtriebsseite ein Abgabeventil auf, das einen Abgabeventilkörper besitzt, der durch Bewegung auf die Antriebsseite zu das Abgabeventil öffnet. Günstig ist es, wenn der Bohrkopf, der das Schälwerkzeug und/oder das Festwalzwerkzeug ein Übernahmeventil besitzen, das einen Übernahmeventilkörper aufweist, der durch Bewegung in axialer Richtung von dem Adapter weg das Übernah- meventil schließt. So wird verhindert, dass Fluid, insbesondere Kühlschmierstoff und/oder Druckfluid, beim Abkoppeln austreten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Adapter eine zentrale Druckflu- idleitung, die im zentralen Kanal angeordnet ist und an ihrer der Werkstückaufnahme zugewandten Seite mit einer Druckfluid-Versorgungseinheit zum Beaufschlagen mit Fluiddruck verbunden ist, sodass der Fluiddruck von der Antriebsseite zur Abtriebsseite übertragbar ist.
Die Druckfluid-Versorgungseinheit umfasst insbesondere eine Kühlschmierstoff- Versorgungseinheit und/oder eine Hydraulikflüssigkeit-Versorgungseinheit. Durch die zentrale Druckfluidleitung kann beispielsweise Hydraulikflüssigkeit zu einem Schälwerkzeug geleitet werden, das mit dem Adapter verbunden ist. Mittels des Fluiddrucks der Hydraulikflüssigkeit ist ein Schälmesser ein- und/oder ausfahrbar. In diesem Fall besitzt die Werkzeugmaschine vorzugsweise eine Kühlschmierstoff-Versorgungseinheit, mittels der Kühlschmierstoff in einen Zwischenraum zwischen dem Schälwerkzeug und einer Innenwandung des Werkstücks zuführbar ist. Vorzugsweise ist die Werkzeugaufnahme hohl ausgebildet, so dass ein Kanal gebildet wird. Günstig ist es, wenn der Kanal mit der Druckfluid-Versorgungseinheit so verbunden ist, dass Druckfluid in Form von Kühlschmierstoff und/oder Druckfluid in Form von Hydraulikflüssigkeit durch die Werkzeugaufnahme hindurch leitbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Werkzeugaufnahme mit der Druckfluid-Versorgungseinheit so verbun- den, dass Kühlschmierstoff aus dem zentralen Kanal des Adapters durch die Werkzeugaufnahme zur Kühlschmierstoff-Versorgungseinheit leitbar ist, die den Kühl- schmierstoff mittels eines Filters reinigt und unter Druck zum Adapter und/oder durch eine Kühlschmierstoff-Leitung in den Zwischenraum zwischen dem Schälwerkzeug und einer Innenwandung des Werkstücks leitet.
Erfindungsgemäß ist zudem eine spanende Werkzeugmaschine, insbesondere eine Tiefbohrmaschine oder CNC-Drehmaschine, mit (a) einem Adapter, der (i) mit einer Werkzeugaufnahme einer spanenden Werkzeugmaschine drehfest verbindbar ist, und (ii) eine Überwurfmutter, die ein Adapter-Gewinde besitzt und (iii) eine Kegelbohrung besitzt, wobei der Adapter eine der Werkzeugaufnahme zugewandte Antriebsseite und eine der Werkzeugaufnahme abgewandte Abtriebsseite hat, und einen zentralen, durchgehenden Kanal, durch den Späne entgegen einer Bearbeitungsrichtung des Aufbohrwerkzeugs abtransportierbar sind, besitzt, und mit einem (b) einem Bohrkopf, der (i) ein Bohrkopf-Gewinde zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Adapter- Gewinde besitzt und (ii) einen Kegelschaft zum formschlüssigen Zusammenwirken mit der Kegelbohrung hat, wobei (c) der Adapter eine Adapter-Leitfläche hat und der Bohrkopf eine Bohrkopf-Leitfläche hat, die zum Verhindern eines Verdrehens von Bohrkopf und Adapter relativ zueinander zusammenwirken, wobei (d) der Werkzeugsatz ein Schälwerkzeug aufweist, insbesondere ein kombiniertes Schäl-Glattwalzwerkzeug, das eine Schälwerkzeug-Leitfläche hat, die ausgebildet ist zum Zusammenwirken mit der Adapter-Leitfläche zum Verhindern eines Verdrehens von Schälwerkzeug und Adapter relativ zueinander.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen spanenden Werkzeugmaschine,
Figur 2 einen Adapter eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes und der Werkzeugmaschine nach Figur 1 ,
Figur 3 zwei Querschnitte bezüglich der Schnitte A-A und B-B durch den Adapter gemäß Figur 1 ,
Figur 4 den Adapter gemäß Figur 1 mit einer Druckfluidleitung, die ein Schälwerkzeug kontaktiert,
Figur 5 eine alternative Ausführungsform eines Adapters gemäß Figur 3,
Figur 6 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes auf einer erfindungsgemäßen Tiefbohrmaschine,
Figur 7 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes auf einer erfindungsgemäßen CNC-Drehmaschine,
Figur 8 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, Figur 9 eine Schnittansicht gemäß des Schnittes B-B,
Figur 10 eine Schnittansicht gemäß des Schnittes C-C gemäß Figur 7 und
Figur 11 eine Schnittansicht gemäße des Schnittes A-A gemäß Figur 7.
Figur 12 zeigt den Einsatz des Adaptersatzes beim Herstellen von Stufenbohrungen
(obere Teilbilder) und Sackbohrungen (untere Teilbilder) auf Tiefbohrmaschinen.
Figur 1 zeigt schematisch eine spanende Werkzeugmaschine 10 in Form einer Tiefbohrmaschine, die ein Maschinenbett 12, eine Werkstückaufnahme 14 und eine Werkzeugaufnahme 16 aufweist. Die Werkzeugaufnahme 16 ist mittels eines Drehantriebs 18, der im vorliegenden Fall durch einen Elektromotor gebildet ist, relativ zur Werkstückaufnahme 14 drehbar. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Werkstückaufnahme 14 drehbar ausgebildet ist. Es kommt auf eine Relativbewegung zwischen der Werkstückaufnahme und der Werkzeugaufnahme an. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst einen Adapter 20, der in den nachfolgenden Figuren detaillierter darge- stellt ist, und einen Bohrkopf 22 mit einem schematisch eingezeichneten Schneideinsatz in Form einer Schneidplatte.
Die Werkzeugmaschine 10 besitzt eine Druckfluid-Versorgungseinheit, die eine Kühlschmierstoff-Versorgungseinheit 24, mittels der Kühlschmierstoff durch eine Kühl- schmierstoffzuleitung 26 in einen Zwischenraum 64 (siehe unten, Figur 6) zwischen dem Bohrkopf 22 und einer Innenwandung 28 eines Werkstücks 30 zuführbar ist, und eine Hydraulikflüssigkeits-Versorgungseinheit 24a umfasst. Die Hydraulikflüssigkeits- Versorgungseinheit 24a ist mittels einer Druckfluidleitung (Bezugszeichen 68, siehe unten) mit einem Schälwerkzeug zum Ansteuern von dessen Schälmessern verbindbar, wobei die Verbindung beispielsweise durch die hohle Werkzeugaufnahme 16 erfolgt.
Das Werkstück 30 ist in der Werkstückaufnahme 14 gespannt. Die Werkstückaufnahme 14 und die Werkzeugaufnahme 16 sind motorisch linear geführt aufeinander zu bewegbar. Die entsprechende Führung sowie die Antriebsmotoren bzw. der Antriebs- motor sind nicht eingezeichnet, da sie zum Stand der Technik gehören.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht des Adapters 20, der einen Grundkörper 32 aufweist. Der Grundkörper 32 ist mit der Werkzeugaufnahme 16 drehfest verbunden, beispiels- weise durch ein Gewinde. Der Adapter 20 umfasst zudem eine Überwurfmutter 34, die drehbar am Grundkörper 32 befestigt ist und ein Adaptergewinde 36 hat.
Der Adapter 20 weist eine Kegelbohrung 38 auf, wobei unter dieser Kegelbohrung insbesondere eine um eine Drehachse L drehsymmetrische Ausnehmung verstanden wird, deren Radius mit zunehmendem Abstand von einer Antriebsseite 40 des Adapters 22 monoton, insbesondere streng monoton, zunimmt. Es ist daher möglich und bevorzugt, nicht aber notwendig, dass die Innenkontur der Kegelbohrung 38 im mathematischen Sinne kegelstumpfförmig ist. Der Adapter 20 besitzt zudem eine Verdrehsicherungsvorrichtung 42, die im vorliegenden Fall zwei Mitnehmer aufweist, die in Längsnuten eingesetzt sind. Im Adapter 20 ist ein zentraler, durchgehender Kanal 44 ausgebildet, der mit einem Bohrkopf-Kanal 46 des Bohrkopfs 22 verbunden ist. Das Adapter-Gewinde 36 kämmt mit einem Bohrkopf- Gewinde 48 des Bohrkopfs 22, so dass ein Kegelschaft 50 des Bohrkopfs 22 in form- schlüssige Verbindung mit der Kegelbohrung 38 ziehbar ist. In diesem Zustand liegen eine Planschulter 52 des Bohrkopfs 22 und eine gegenüber liegende Anlagefläche 54 des Grundkörpers 32 flächig aneinander an und sorgen für eine steife Verbindung.
Zwischen einer Stirnfläche 56 des Kegelschafts 50 und einer Stützfläche 58 des
Grundkörpers 32 ist ein aus je nach Anzahl der Mitnehmer 42 segmentiertes Ringelement 60 angeordnet. Dieses Ringelement 60 füllt den ansonsten vorhandenen Hinterschnitt im Bereich zwischen Kegelschaft 50 und Grundkörper 32 auf, so dass sich ein stetiger Übergang zwischen dem Bohrkopf-Kanal 46 und dem zentralen Kanal 44 ergibt. Ein Spänestau wird so vermieden.
Figur 6a zeigt schematisch, wie Kühlschmierstoff 62 in einen Zwischenraum 64 zwischen Werkstück 30 und Bohrkopf 22 zugeführt wird. Dieser Kühlschmierstoff 62 wird bei Sacklochbearbeitung zusammen mit den entstehenden Spänen durch den Bohr- kopf-Kanal 46, der zur Stirnfläche des Bohrkopfs 22 hin geöffnet ist, abtransportiert und gelangt so in den Kanal 44 (Figur 2). Von dort aus gelangt der Kühlschmierstoff in eine Bohrung 66 in der Werkzeugaufnahme und wird von dort einer Kühlschmierstoff- Aufbereitungsanlage zugeführt.
Figur 3 zeigt links einen Querschnitt A-A gemäß Figur 2 und rechts einen Querschnitt B-B gemäß Figur 2. Zu erkennen ist im linken Teilbild, dass das Adapter-Gewinde 36 und das Bohrkopf-Gewinde 48 jeweils unterbrochen ausgeführt sind, so dass zumindest drei, im vorliegenden Fall vier Winkelstellungen der Überwurfmutter 34 relativ zu dem Bohrkopf 22 existieren, bei denen Bohrkopf und Adapter axial zueinander verschoben werden können. Auf diese Weise reicht ein Drehen der Überwurfmutter um weniger als 90°, im vorliegenden Fall weniger als 80°, nämlich 70°, aus, um den Adapter mit dem Bohrkopf zu verbinden. Im rechten Teilbild sind Ausnehmungen 67.1 , 67.2, 67.3, 67.4 zu sehen, die in der Überwurfmutter 34 eingebracht sind, so dass ein weiter oben beschriebener Greifer in diese formschlüssig eingreifen kann.
Figur 4 zeigt den Adapter 20, der anstelle des Ringelements 60 (vgl. Figur 2) einen Hal- ter einer zentralen Druckfluidleitung 68 aufweist. Diese Druckfluidleitung 68 ist im zentralen Kanal 44 angeordnet und überträgt im Betrieb einen Fluiddruck p von der Hy- draulikflüssigkeits-Versorgungseinheit 24a (siehe Figur 1) an ein Schälwerkzeug 70, das in die Figur 3 anstelle des Bohrkopfes mit dem Adapter 20 verbunden ist. Das Schälwerkzeug 70 umfasst eine Eingangsöffnung 72, die zum Verbinden mit der Druckfluidleitung 68 ausgebildet ist und die an einem Druckkanal 64 ausgebildet ist. Der Druckkanal 64 führt zu einem in Figur 3 nicht eingezeichneten Steuerzylinder, mittels dem ebenfalls nicht eingezeichnete Schälmesser ein- und/oder ausgefahren werden können. Es ist auf diese Weise möglich, die Schälmesser nach Gebrauch zurück- zufahren, so dass die beim Bewegen in eine Bearbeitungsrichtung B erzeugte Innenoberfläche des Werkstücks nicht durch die Schälmesser beschädigt werden kann. Es ist daher mit dem in Figur 3 gezeigten Adapter möglich, eine Stufenbohrung zu fertigen, sofern keine Sackbohrung vorliegt. Figur 4 zeigt zudem, dass der Adapter 20 an der Abtriebsseite ein Abgabeventil 76 besitzt, das einen Abgabeventilkörper 78 umfasst. Dieser verschließt die Öffnung, so dass beim Abtrennen des Schälwerkzeugs 70 kein Druckfluid austreten kann. Bei dem Druckfluid kann es sich um ein Hydrauliköl handeln, was den Vorteil hat, dass das Schälwerkzeug besonders sauber sein kann. Alternativ kann es sich jedoch auch um Kühlschmierstoff handeln, so dass keine gesonderte Hydraulikflüssigkeit neben dem Kühlschmierstoff vorgehalten werden muss.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der kein Abgabeventil 76 vorhanden ist. Diese Ausführungsform wird beispielsweise für Werkzeugmaschinen in Form von CNC-Drehmaschinen verwendet. Die Druckfluidleitung 68 ist mit der Kühlschmierstoff- Versorgungseinheit 24 der CNC-Drehmaschine verbunden, so dass Kühlschmierstoff zu den Werkzeugen oder dem Bohrkopf leitbar ist.
Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fertigen einer Sackbohrung auf einer Tiefbohrmaschine. Es ist zu erkennen, dass der Bohrkopf 22 in Bearbeitungsrichtung B vorwärts bewegt wird. Der Kühlschmierstoff 62 wird in den Zwischenraum 64 zwischen dem Bohrkopf 22 und einer Werkstückinnenseite 80 eingepresst und fließt durch den Bohrkopf-Kanal entgegen der Bearbeitungsrichtung B ab. Nach dem Aufbohren wird der Bohrkopf entgegen der Bearbeitungsrichtung B aus dem Werkstück entfernt. Es wird danach auf weiter oben beschriebene Weise das Schälwerkzeug 70 mit dem Adapter verbunden und die Werkstück-Innenseite geschält. Nachfolgend wird ein in Figur 5c gezeigtes Walzwerkzeug 82 mit dem Adapter verbunden und die Werkstück-Innenseite 80 glattgewalzt.
Figur 7 zeigt die Bearbeitung einer Stufenbohrung auf einer CNC-Drehmaschine, bei der der Kühlschmierstoff nicht wie in Figur 5 gezeigt, in den Zwischenraum zwischen Werkzeug und Werkstück-Innenseite zugefügt werden kann. Teilfigur 7a zeigt, dass der Bohrkopf 22 eine Bohrkopf-Kühlschmierstoffleitung 84 besitzt, die mit dem Bohrkopf- Kanal 46 verbunden ist, so dass Kühlschmierstoff aus der Druckfluidleitung 68 (vgl. Figur 3 oder 4) in den Zwischenraum 64 abgegeben werden kann. Der mit Spänen versetzte Kühlschmierstoff 62 fließt in Bearbeitungsrichtung B ab. Figur 7b zeigt ein alternatives Schälwerkzeug 70, das eine Schälwerkzeug-Kühlschmierstoffleitung 68 aufweist, die ebenfalls mit einem Kanal 88 in Verbindung steht, wiederum mit der Druckfluidleitung 68 (vgl. Figuren 3, 4) in Verbindung steht.
Figur 7c zeigt ein alternatives Walzwerkzeug 82 mit einer Walzwerkzeug-Kühl- schmierstoffleitung 90, die ebenfalls mit einem Kanal 92 in Verbindung steht, der seinerseits mit der Druckfluidleitung 68 im Betrieb verbunden ist. Figur 8 zeigt eine Greifereinheit 94, die einen Greifer 96 besitzt, mittels dem der Bohrkopf 22, das Schälwerkzeug 70 und das Walzwerkzeug 82 gehalten werden können. Der Greifer 96 umfasst zumindest eine Klinke, im vorliegenden Fall zwei Klinken 98.1 , 98.2, die ausgebildet sind zum Eingreifen in die Ausnehmungen 67.1 , 67.2 (vgl. Figur 3).
Die Greifereinheit 94 ist automatisch positionierbar. Beispielsweise ist sie an einem Werkzeugwechsler der Werkzeugmaschine befestigt, so dass der Greifer 96 von einer Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine, die nicht eingezeichnet ist, automatisch positioniert werden kann. Es ist für diesen Zweck vorteilhaft, wenn die Werkzeugma- schine ausgebildet ist zum Bringen der Werkstückaufnahme auf eine vorgebbare Winkelposition. In anderen Worten ist es günstig, wenn die Werkzeugmaschine einen Winkelgeber umfasst, anhand dessen die Winkellage der Werkzeugaufnahme relativ zum Maschinengestell feststellbar ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Greifereinheit relativ zum Maschinenbett befestigt ist und eine eigene Ansteuereinheit aufweist, mit- tels der der Greifer 96 positionierbar ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Maschinensteuerung mit der Steuerung der Greifereinheit unten ist, so dass ein auf der Maschinensteuerung laufendes Programm auch die Positionierung des Greifers bewirken kann. Figur 9 zeigt eine Ansicht B-B gemäß Figur 8. Es ist zu erkennen, dass der Greifer 96 zumindest einen Greifarm, im vorliegenden Fall zwei Greifarme 100.1 , 100.2 umfasst, die mittels eines Antriebs 102, der im vorliegenden Fall durch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder gebildet ist, geöffnet und geschlossen werden können, um das Werkzeug, also den Bohrkopf 22, das Schälwerkzeug 70 oder das Walzwerkzeug 82 zu greifen. Die Greifarme 100 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen jeweils alle entsprechenden Objekte) sind an einer Halterung 104 befestigt, die mittels eines weiteren Antriebs 106 auf eine vorgebbare Position bringbar ist.
Figur 10 zeigt eine Ansicht C-C gemäß Figur 8. Es ist zu erkennen, dass der Antrieb 106, der im vorliegenden Fall als Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ausgebildet ist, so angeordnet ist, dass ein Hakenschlüssel 105, der an der Halterung 104 befestigt ist, so schwenkbar ist, dass die Klinken 98.1 , 98.2, die am Hakenschlüssel 105 montiert sind, einen Kreisbogen um eine Drehachse D der Werkzeugaufnahme 16 und damit des Adapters 20 und des jeweils verbundenen Werkzeugs ausführt.
Da das jeweilige Werkzeug 22, 70, 82 wie in Figur 9 gezeigt von dem zumindest einen Greifarm fixiert ist, kann die zumindest eine Klinke 98 die Überwurfmutter 34 (vgl. Figur 2) relativ zum Werkzeug und damit auch zum Grundkörper 32 drehen und so die Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Adapter lösen
Figur 11 zeigt die Ansicht A-A gemäß Figur 8. Es ist zu erkennen, dass ein Hakenschlüssel 105, an dem die Klinken 98 befestigt sind (vgl. Figur 10), mittels Rollen 108.1 , 108.7 an der Halterung 104 befestigt ist. Durch Betätigung des Antriebs 106 rollen die Rollen 108 an der Halterung 104 ab, so dass sich der Hakenschlüssel 105 um die Drehachse D herum bewegt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird durchgeführt, indem zunächst ein Werkstück in Form eines Zylinder-Rohlings auf die Werkzeugmaschine 10 aufgespannt wird. Es wird danach die Werkstück-Innenseite 80 mittels des Bohrkopfs 22 aufgebohrt. Nachfolgend wird der Bohrkopf vom Adapter gelöst, indem die Greifereinheit wie oben beschrieben automatisch positioniert wird und die Verbindung zwischen der Überwurfmutter und dem Bohrkopf 22 durch Drehen des Greifers 96 gelöst wird.
Danach wird der Bohrkopf von der Greifereinheit automatisch, beispielsweise in einem Werkzeugmagazin, abgelegt und das Schälwerkzeug geholt und automatisch mit dem Adapter verbunden, wobei durch das Verbinden die Verbindung zwischen der Druck- fluidleitung 68 (vgl. Figur 3) und dem Druckkanal 74 des Schälwerkzeugs hergestellt wird. Nachfolgend wird die Werkstück-Innenseite mittels des Glattwalzwerkzeugs glattgewalzt. Nachfolgend wird das Schälwerkzeug automatisch vom Adapter gelöst und das Glattwalzwerkzeug automatisch mit dem Adapter verbunden. In einem folgenden Arbeitsschritt wird die Werkstück-Innenseite glattgewalzt.
Figur 12 zeigt den Einsatz des Adaptersatzes beim Herstellen von Stufenbohrungen (obere Teilbilder) und Sackbohrungen (untere Teilbilder) auf Tiefbohrmaschinen. Nicht eingezeichnet ist, dass das Schälwerkzeug 70 (Figur 12d), das Walzwerkzeug 82 (Figur 12e) und das kombinierte Schäl-Walzwerkzeug 110 gemäß Figur 12b jeweils mittels Druckfluids betätigbar sind. So sind die Walzen des Walzwerkzeugs 82 durch Verändern des Fluiddrucks des Druckfluids ein-und/oder ausfahrbahr. Das Gleiche gilt für die Schälmesser des Schälwerkzeugs 82. Es ist zu erkennen, dass der Werkzeugsatz für Tiefbohrmaschinen und CNC-Drehmaschinen die automatisierte Bearbeitung von Zy- lindern mit Stufen und gegebenenfalls Sacklöchern erlaubt.
Bezugszeichenliste
10 Werkzeugmaschine 66 Bohrung
12 Maschinenbett 67 Ausnehmung
14 Werkstückaufnahme 68 Druckluftleitung
16 Werkzeugaufnahme
70 Schälwerkzeug
18 Drehantrieb
72 Eingangsöffnung
20 Adapter 74 Druckkanal
22 Bohrkopf 76 Abgabeventil
24 Kühlschmierstoff- 78 Abgabeventilkörper
Versorgungseinheit
24a Hydraulikflüssigkeits- 80 Werkstück-Innenseite
Versorgungseinheit 82 Walzwerkzeug
26 Kühlschmierstoffzuleitung 84 Bohrkopf-Kühlschmierstoffleitung
28 Innenwandung 86 Schälwerkzeug-Kühlschmierstoffleitung
30 Werkstück 88 Kanal
32 Grundkörper
34 Überwurfmutter 90 Walzwerkzeug-Kühlschmierstoffleitung
36 Adapter-Gewinde
92 Kanal
38 Kegelbohrung
94 Greifereinheit
40 Antriebsseite 96 Greifer
42 Verdrehsicherungsvorrichtung 98 Klinke
44 Kanal
100 Greifarm
46 Bohrkopf-Kanal
102 Antrieb
48 Bohrkopf-Gewinde
104 Halterung
50 Kegelschaft 105 Hakenschlüssel
52 Planschulter 106 Antrieb
54 Anlagefläche 108 Rolle
56 Stützfläche 1 10 kombiniertes Werkzeug
58 Stützfläche
L Längsachse
60 Ringelement
p Fluiddruck
62 Kühlschmierstoff
B Bearbeitungsrichtung
64 Zwischenraum
D Drehachse

Claims

Patentansprüche:
1. Spanende Werkzeugmaschine, insbesondere Tiefbohrmaschine oder Drehmaschine, mit
(a) einer Werkstückaufnahme (14) zum Aufnehmen eines Werkstücks (30),
(b) einer Werkzeugaufnahme (16),
(c) einem Drehantrieb (18), mittels dem die Werkzeugaufnahme (16) relativ zur Werkstückaufnahme (14) drehbar ist,
(d) einem Adapter (20), der
- einen Grundkörper (20), der mit der Werkzeugaufnahme (16) drehfest verbunden ist und
- eine der Werkzeugaufnahme (16) zugewandte Antriebsseite und eine der Werkzeugaufnahme (16) abgewandte Abtriebsseite,
- eine Verdrehsicherungsvorrichtung (42) zum Verhindern eines Verdrehens von Bohrkopf (22) und Adapter (20) relativ zueinander und
- einen zentralen, durchgehenden Kanal (44), durch den Späne entgegen einer Bearbeitungsrichtung (B) des Bohrkopfs (22) abtransportierbar sind, aufweist, und
(e) einem Bohrkopf (22), der mit dem Adapter (20) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
(f) der Bohrkopf (22)
- ein Bohrkopf-Gewinde (48) und
- einen Kegelschaft (50) hat, und dass
(g) der Adapter (20)
(i) eine Überwurfmutter (34), die
drehbar am Grundkörper (20) befestigt ist und ein Adapter-Gewinde (36) zum Zusammenwirken mit dem Bohrkopf-Gewinde (48) hat, und
(ii) eine Kegelbohrung (38) zum Aufnehmen des Kegelschafts (50) besitzt. Spanende Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
- eine Druckfluidleitung (68), die durch den zentralen Kanal (44) verläuft, und
- eine Bohrkopf-Kühlschmierstoffleitung (84), die
mit der Druckfluidleitung (68) verbunden ist und
eine Öffnung an einer radial außen liegenden Außenfläche des Bohrkopfs (22) hat, so dass Kühlschmierstoff (62) aus der Druckfluidleitung (68) in einen Zwischenraum (64) zwischen dem Bohrkopf (22) und einer Innenwandung (28) des Werkstücks (30) zuführbar ist.
Spanende Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine automatisch ansteuerbare Greifereinheit (94), die einen Greifer (96) aufweist, der zum formschlüssigen Verbinden mit der Überwurfmutter (34) ausgebildet ist, so dass die Verbindung zwischen Adapter (20) und Bohrkopf (22) automatisch lösbar und/oder herstellbar ist.
Spanende Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (34)
- in eine Freigabestellung, in der der Bohrkopf (22) in axialer Richtung relativ zum Adapter (20) bewegbar ist, und
- in eine Arretierstellung, in der der Bohrkopf (22) formschlüssig mit dem Adapter (20) verbunden ist,
bringbar ist, und dass
- die Überwurfmutter (34) mittels einer Drehung relativ zum Grundkörper (20) um maximal 90° aus der Arretierstellung in die Freigabestellung bringbar ist. Spanende Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass,
der Adapter (20) eine zentrale Druckfluidleitung (68) besitzt,
die im zentralen Kanal (44) angeordnet ist und an ihrer der Werkstückaufnahme (14) zugewandten Seite mit einer Druckfluid- Versorgungseinheit (24) zum Beaufschlagen mit Fluiddruck (p) verbunden ist, sodass der Fluiddruck (p) von der Antriebsseite zur Abtriebsseite übertragbar ist.
Spanende Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein
Schälwerkzeug (70), das
eine Eingangsöffnung (72) aufweist, die zum Verbinden mit der Druckfluidleitung (68) angeordnet ist und
einen Druckkanal (74) aufweist, der mit zumindest einem Steuerzylinder zum Betätigen zumindest eines Schälmessers verbunden ist, und
so ausgebildet ist, dass das Schälwerkzeug (70) durch Beaufschlagen der Druckfluidleitung mit Fluiddruck (p) das Schälmesser (70) in und/oder außer Eingriff bringbar ist.
Spanende Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Drehmaschine handelt, die
eine Kühlschmierstoff-Versorgungseinheit (24) zum Abgeben von Kühl- schmierstoff (62) mit einem Druck von unter 45 bar und
Druckerhöhungseinheit aufweist, die mit der Kühlschmierstoff- Versorgungseinheit (24) verbunden ist und ausgebildet ist zum Erhöhen des Drucks auf zumindest 50 bar. Werkzeugsatz mit
(a) einem Adapter (20), der
(i) mit einer Werkzeugaufnahme (16) einer spanenden Werkzeugmaschine (10) drehfest verbindbar ist,
(ii) eine der Werkzeugaufnahme (16) zugewandte Antriebsseite und eine der Werkzeugaufnahme (16) abgewandte Abtriebsseite hat, und
(iii) einen zentralen, durchgehenden Kanal (44) hat, und
(b) einem Bohrkopf (22),
(c) wobei der zentrale Kanal (44) ausgebildet ist zum Abtransportieren von den Spänen und Kühlschmierstoff entgegen einer Bearbeitungsrichtung (B) des Bohrkopfs (22) und
(d) wobei der Adapter (20) eine Verdrehsicherungsvornchtung (42) zum Verhindern eines Verdrehens von Bohrkopf (22) und Adapter (20) relativ zueinander aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
(e) der Adapter (20)
(i) eine Überwurfmutter (34), die ein Adapter-Gewinde (36) besitzt, und
(ii) eine Kegelbohrung (38) aufweist,
(f) der Bohrkopf (22), der
(i) ein Bohrkopf-Gewinde (48) zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Adapter-Gewinde (36) besitzt und
(iii) einen Kegelschaft (50) zum formschlüssigen Zusammenwirken mit der Kegelbohrung (38) hat,
(g) der Werkzeugsatz ein Schälwerkzeug (70), insbesondere ein kombiniertes Schäl-Glattwalzwerkzeug, das anstelle des Bohrkopfs (22) formschlüssig mit dem Adapter (20) koppelbar ist, aufweist. Werkzeugsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der Adapter (20) eine Druckfluidleitung (68), die im zentralen Kanal (44) und von der Antriebsseite (40) zur Abtriebsseite verläuft, aufweist,
das Schälwerkzeug (70) zumindest ein Schälmesser und eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen des Schälmessers aufweist, die mittels Fluid- drucks (p) betätigbar ist, und dass
die Druckfluidleitung (68) mit der Betätigungsvorrichtung verbunden ist, so dass durch Beaufschlagen der Druckfluidleitung (68) mit Fluiddruck (p) das zumindest eine Schälmesser aus- und/oder einfahrbar ist.
0. Werkzeugsatz nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch
ein Glattwalzwerkzeug, das alternativ zum Bohrkopf (22) mit dem Adapter (22) formschlüssig verbindbar ist, einen Kegelschaft (50) zum formschlüssigen Verbinden mit der Kegelbohrung (38) des Adapters (20) aufweist und vorzugsweise eine Walzwerkzeug-Kühlschmierstoffleitung (90) hat, die mit der Adapter-Kühlschmierstoffleitung verbindbar ausgebildet ist und eine Öffnung an einer radial außen liegenden Außenfläche des Glattwalzwerkzeugs hat, so dass Kühlschmierstoff (62) aus der Adapter-Kühlschmierstoffleitung in einen Zwischenraum zwischen dem Glattwalzwerkzeug und einer Innenwandung (28) des Werkstücks (30) zuführbar ist.
Verfahren zum Herstellen eines Zylinders mit einer Sack-und/oder Stufenbohrung, mit den Schritten:
(i) Aufspannen eines Werkstücks (30) auf einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
(ii) Aufbohren einer Werkstück-Innenseite (80) mittels eines Bohrkopfs (22), der mittels eines Adapters (20) mit einer Werkzeugaufnahme (16) verbunden ist,
(iii) automatisches Lösen des Bohrkopfs (22) vom Adapter (20),
(iv) automatisches Verbinden eines Schälwerkzeugs (70) mit dem Adapter (20), so dass eine Druckleitung (68) des Adapters (20) mit einem Druckkanal (74) des Schälwerkzeugs (70) verbunden wird,
(v) Schälen der Werkstück-Innenseite (80) des Werkstücks (30) mittels des
Schälwerkzeugs (70), gegebenenfalls Betätigen zumindest eines Schälmessers des Schälwerkzeugs (70) durch Beaufschlagen der Druckleitung (68) des Adapters (20) mit Fluiddruck (p),
(vi) automatisches Lösen des Schälwerkzeugs (70) und Verbinden eines Walzwerkzeugs (82) mit dem Adapter (20),
(vii) Glattwalzen der Werkstück-Innenseite (80) des Werkstücks (30) mittels des Walzwerkzeugs (82),
(viii) wobei das Werkstück (30) in der gleichen Aufspannung gebohrt, geschält und glattgewalzt wird und
(ix) wobei Späne beim Aufbohren der Zylinder-Innenwand durch einen zentralen, durchgehenden Kanal (44) im Adapter (44) entgegen einer Bearbeitungsrichtung (B) abgeführt werden.
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