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1. DE000069221720 - GERÄT ZUM ANTRIEB VON EINEM DREHWERKZEUG

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Beschreibung

Hintergrund der Erfindung
An Bohrmaschinen, und zwar speziell solche zur Verwendung für die Herstellung von Leiterplatten, werden Anforderungen an immer noch höhere Drehzahlen gestellt. Herkömmliche Bohrspindeln, und zwar auch solche mit der fortschrittlichsten Konstruktion, sind nicht imstande, Drehzahlen zu erreichen, die zum Erhalt von erwünschten Produktionsraten, erwünschter Lochgüte und Bohrerstandzeit notwendig sind.
Das Problem der Bohrerdrehzahl stellt sich insbesondere bei Bohrern kleinerer Größen zum Herstellen der Art von Löchern, die bei Leiterplatten zunehmend verlangt werden. Die Maschinen müssen Bohrer mit einem Durchmesser von 8 mil und kleiner bei der Herstellung von Leiterplatten verwenden. Wegen des kleinen Bohrerdurchmessers ist mit herkömmlichen Spindeln die Oberflächengeschwindigkeit an der Bohrerschneide relativ niedrig. Eine geringe Oberflächengeschwindigkeit des Bohrers resultiert in einer kurzen Bohrerstandzeit und verminderter Bohrlochgüte. Auch die Produktionsraten leiden darunter.
Zusätzlich dazu, daß herkömmliche Bohrspindeln nicht imstande sind, Bohrer mit optimalen Drehzahlen zu drehen, sind sie auch nicht imstande, die Achsen der Bohrer in exakter Ausfluchtung mit der Bewegungsbahn der Spindel zu halten, während diese bei dem Bohrvorgang hin- und hergeht. Bei einem Bohrer mit relativ großem Durchmesser hat eine geringfügige Schrägstellung keine größere Auswirkung. Kleine Bohrer sind jedoch empfindlich und brechen leicht infolge einer auch nur geringfügigen Winkelstellung der Bohrerachse relativ zu der Bewegungsrichtung der Spindel. Infolgedessen ist beim Bohren mit kleinen Bohrern das Abbrechen der Bohrer ein erhebliches Problem. Bei dem Versuch, dem entgegenzuwirken, haben die Hersteller von Bohrern mit kleinem Durchmesser die Bohrer aus einem Metall gefertigt, das weniger hart ist als das, welches normalerweise für die Herstellung von Bohrern verwendet wird, so daß es auch weniger spröde ist. Dies mag zwar in gewissem Umfang das Abbrechen der Bohrer verringert haben, das Problem ist dadurch aber keineswegs gelöst, da bei Bohrern mit kleinen Durchmessern weiterhin hohe Bruchraten bestehen. Außerdem ist das weniger spröde Material weicher und verschleißt schneller, was die Bohrerstandzeit verkürzt.
Herkömmliche Bohrspindeln sind komplexe und teure Maschinen. Charakteristisch umfaßt die Bohrspindel einen Elektromotor in einem Gehäuse, das wassergekühlt werden muß. Es müssen daher Maßnahmen getroffen sein, um Wasser durch die Spindelanordnung umzuwälzen. Eine automatische Spannpatrone ist Teil der Spindel, um die Durchführung von Bohrerwechseln zu ermöglichen. Die gesamte Spindelanordnung muß vertikal hin- und herbewegt werden, um das Bohren durchzuführen. Das verlangt einen großen und sperrigen Mechanismus. Der Rotor der Spindel muß in Präzisionslagern angebracht sein, die eine lange Einlaufzeit und kurze Lebensdauer haben.
US-A-3 372 558 zeigt eine Vorrichtung, um einem Bohrer eine Bewegung zu erteilen, wobei die Vorrichtung ein einzelnes drehbares Rad hat, das den Bohrer gegen ein Stützelement hält. Durch die Rotation des Rads wird der Bohrer gedreht, und ein Neigen des Rads, während es gleichzeitig dreht, bewirkt eine axiale Bewegung des Bohrers.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung angegeben, um einem Umlauf- oder Drehwerkzeug, das einen zylindrischen Schaft hat, eine Bewegung zu erteilen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: drei oder mehr Rollen, die so positioniert sind, daß ihre Umfangsflächen gemeinsam eine Öffnung definieren, um den Schaft des Umlaufwerkzeugs aufzunehmen und damit in Eingriff zu gelangen; eine Einrichtung, um wenigstens zwei der Rollen um Achsen zu drehen, die zu der Achse des Schafts des Umlaufwerkzeugs parallel sind, so daß im Gebrauch die Rollen jeweils in Axialrichtung beabstandete äußere Peripherien haben, die durch einen Zwischenbereich mit kleinerem Durchmesser voneinander getrennt sind; und eine Einrichtung, um die Rollen relativ zu der Achse des Schafts zu neigen, um die Rollen zu veranlassen, dem Umlaufwerkzeug eine axiale Bewegung zu erteilen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren angegeben, um einen Umlaufwerkzeug, das einen zylindrischen Schaft hat, eine Bewegung zu erteilen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anordnen von drei oder mehr kreisförmigen Rollen so, daß ihre Oberflächen gemeinsam eine Öffnung zur Aufnahme des Schafts definieren, wobei die Rollen in Axialrichtung beabstandte äußere Peripherien haben, die durch einen Zwischenbereich mit kleinerem Durchmesser voneinander grtrennt sind; Positionieren des zylindrischen Schafts des Umlaufwerkzeugs derart, daß die äußeren Peripherien sämtlicher Rollen mit dem Schaft in Eingriff gelangen; Drehen der wenigstens zwei Rollen derart, daß die äußeren Peripherien den Schaft durch Reibung antreiben und ihm eine Drehrichtung erteilen; und Neigen der Rollen, um dem Umlaufwerkzeug eine Axialbewegung zu erteilen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein vollständig neuer Weg der Spindelkonstruktion beschritten. Die Spindel kann Drehzahlen erreichen, die weit über denen liegen, die mit bestehenden Maschinen erreicht werden. Eine Rotation mit 330.000 U/min ist ohne weiteres erreichbar. Die Bohrer werden in präziser Ausfluchtung mit ihrer Bewegungsbahn gehalten, so daß Bruch kein Problem mehr ist, was auch für sehr kleine Bohrer gilt. Der Mechanismus zum vertikalen Hin- und Herbewegen der Spindel entfällt. Stattdessen wird die Bewegung in der Z-Achse dadurch erhalten, daß der Bohrer allein anstatt des Spindelmechanismus bewegt wird. Die Spindel ist imstande, mehr Löcher pro Minute als herkömmliche Spindeln zu bohren. Eine Wasserkühlung wird nicht benötigt. Die Spindel hat eine längere Standzeit und läuft ruhiger als bekannte Konstruktionen. Außerdem ist die Spindel gemäß der Erfindung einfacher und kann kostengünstiger als Spindeln nach dem Stand der Technik hergestellt werden. Die Spindel ist in stärkerem Maß störungsfrei, hat eine längere Standzeit und benötigt keine Einlaufzeit.
Es ist keine herkömmliche Spannpatrone für den Bohrer vorgesehen; dieser wird stattdessen von den Rollen durch Reibung angetrieben. Ein Neigen in einer Richtung bewegt den Bohrer abwärts, und in der anderen Richtung wird der Bohrer zurückgezogen. Die axiale Bewegung ist sehr schnell, und zwar insbesondere angesichts der hohen Drehzahlen.
Die Rollen werden bevorzugt von Wellen angetrieben, die mit Scheiben verbunden sind, die von einem Riemen gedreht werden können. Die Rollen haben bevorzugt einen viel größeren Durchmesser als der Bohrerschaft, so daß ein Drehen der Rollen mit mäßiger Geschwindigkeit eine viel schnellere Drehung des Bohrers erzeugt. Die Wellen zum Antreiben der Rollen sind bevorzugt biegsam, um das Neigen der Rollenachsen zuzulassen.
Zum Antreiben des Werkzeugs können unterschiedliche Anzahlen von Rollen verwendet werden. Beispielsweise können vier Rollen in einer überlappten Beziehung positioniert sein, so daß sie größeren Durchmesser haben können, als das mit drei Rollen möglich ist, die an dem Werkzeug in derselben Ebene angreifen. Dadurch ergibt sich eine größere Drehzahlvervielfachung, so daß das Werkzeug schneller angetrieben wird. Die Rollen brauchen nicht sämtlich denselben Durchmesser zu haben, solange sie mit solchen Geschwindigkeiten gedreht werden, daß die Geschwindigkeit der Oberfläche, an der das Werkzeug gegriffen wird, gleichmäßig ist. Um ein maximales Drehmoment zu erhalten, wird es bevorzugt, daß sämtliche Rollen angetrieben sind, so daß sie zu der auf das Werkzeug übertragenen Drehkraft beitragen. Wenn jedoch ein maximales Drehmoment nicht wesentlich ist, beispielsweise im Fall von extrem kleinen Bohrern, können einige der Rollen nichtangetriebene Rollen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Maschine, die die Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Teildarstellung von Bereichen der Maschine in dem Gehäuse;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt der Spindelanordnung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3;
Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 3;
Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 3;
Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 3;
Fig. 8 ist eine Teilansicht, die den Eingriff zwischen einer Antriebsrolle und einem Werkzeug zeigt, so daß das Werkzeug gedreht, jedoch in Axialrichtung festgelegt ist;
Fig. 9 ist eine der Fig. 8 ähnliche Teilansicht, wobei aber die Rolle geneigt ist, um dem Werkzeug eine Axialbewegung zu erteilen;
Fig. 10 ist eine Teilperspektivansicht der Anordnung, die eine Vertikalbewegung des Spindelgehäuses bewirkt;
Fig. 11 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie 11-11 von Fig. 10;
Fig. 12 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie 12-12 von Fig. 5;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Teilperspektivansicht des biegsamen Endbereichs der Rollenantriebswelle; und
Fig. 14 ist ein Querschnitt entlang der Linie 14-14 von Fig. 13.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Spindel der Erfindung ein zylindrisches Gehäuse 10, das an einem Träger 11 über einem Tisch 12 getragen ist, auf dem ein Werkstück 13 liegt, das zu bohren oder mit Leiterzügen zu versehen ist. Bei der gezeigten Ausführungsform kann der Tisch 12 in X- und Y- Richtung horizontal bewegt werden. Es kann aber bevorzugt werden, ein Werkstück 13 in einer Fixposition zu halten und die Spindel in der X- und Y-Richtung zu bewegen, was wegen des geringen Gewichts und der relativ geringen Größe der Spindeleinheit besonders vorteilhaft ist.
Innerhalb des unteren Bereichs des Gehäuses 10 befinden sich drei kreisrunde Rollen 14, 15 und 16, die metallisch sein können und dazu dienen, ein Umlauf- bzw. Drehwerkzeug 17 wie etwa einen Bohrer oder einen Konturenfräskopf zu drehen und in Axialrichtung anzutreiben. Die Rollen 14, 15 und 16 sind gleichwinklig beabstandet und definieren gemeinsam eine Öffnung, die den Schaft 18 des Drehwerkzeugs 17 aufnimmt. Die Umfangsflächen sämtlicher Rollen greifen an dem Schaft 18 des Werkzeugs an. Wenn die Rollen 14, 15 und 16 gedreht werden, treiben sie den Schaft 18 durch Reibung an, so daß das Werkzeug gedreht wird. Da die Rollen einen viel größeren Durchmesser als der Schaft 18 haben, wird das Werkzeug 17 viel schneller als die Rollen gedreht. Bei Verwendung von drei Rollen kann das Werkzeug mit bis zu etwa der sechsfachen Drehgeschwindigkeit der Rollen gedreht werden.
Das Werkzeug 17 wird in Axialrichtung bewegt, indem die Achsen der Rollen 14, 15 und 16 geneigt werden, während diese rotieren.
Bohrer und Konturenfräsköpfe, die in der Leiterplattenindustrie und anderswo verwendet werden, haben sämtlich Antriebsschäfte mit einem gemeinsamen Durchmesser, und zwar ungeachtet der Größe des Schneidenendes. So hat der Schaft 18 des gezeigten Bohrers 17 charakteristisch einen Durchmesser von 1/8", wohingegen das Schneidenende 19 erheblich kleiner ist und etwa einen Durchmesser von 8 mil oder weniger hat.
Die Antriebsrollen 14, 15 und 16 sind identisch und auf die gleiche Weise angebracht. Wie Fig. 3 zeigt, weist die Rolle 16 einen Nabenbereich 20 auf, um den herum eine Buchse 21 angeordnet ist. Das letztere Element weist ein Band 22 an seinem oberen Ende und ein Band 23 an seinem unteren Ende auf, die gerade Zylinder und diejenigen Bereiche der Rolle sind, die an dem Schaft 18 des Bohrers 17 angreifen. Daher erfolgt der Eingriff mit dem Schaft 18 in zwei voneinander beabstandeten Ebenen, so daß er sicher gehalten wird und seine Längsachse zu den Achsen der Rollen 14, 15 und 16 parallel ist, wenn dem Werkzeug keine Axialbewegung erteilt wird. Die Wirkung ist die gleiche, wie wenn zwei beabstandete Gruppen von jeweils drei Rollen an dem Schaft 18 angreifen würden.
Die Buchse 21 ist absichtlich so dünn gemacht, daß der auf sie wirkende Bohrerschaftdruck sie verformen kann, so daß eine weiche Umreifung. geschaffen ist, um kleinste Ungleichmäßigkeiten des Bohrerschafts auszugleichen. Beispielsweise führt eine Kraft von 2,3 kg (5 lbs.), die auf die Buchse 21 aufgebracht wird, zu einer Verformung von 2,5 µm (0,0001 inch).
In Axialrichtung einwärts von den Bändern 22 und 23 verjüngt sich die Buchse 21 konisch nahe ihrer Mitte auf einen kleineren Durchmesser, um eine gegenseitige Beeinflussung mit dem Bohrerschaft zu vermeiden, wenn die Rollen geneigt werden, um das Werkzeug 17 in Axialrichtung zu bewegen.
Die Nabe 20 weist axiale Ansätze auf, die in den Innenringen von zwei Kugellagern 26 und 27 aufgenommen sind. Der Außenring des oberen Lagers 26 ist an einem Stützelement 28 getragen, das sich abwärts um den größten Teil des Außenumfangs bzw. der Peripherie der Rolle 16 erstreckt. An seinem unteren Ende ist das Stützelement 28 durch Schrauben 29 mit einer Stützplatte 30 verbunden, die sich unter die Rolle 16 erstreckt, jedoch nicht damit in Eingriff ist. Vorsprünge an der Stützplatte 30 sind mit dem Außenring des unteren Lagers 27 in Eingriff. Auf diese Weise ist die Rolle 16 zur Drehung um eine Vertikalachse angebracht.
Das Stützelement 28 hat einen seitlichen Ansatz 32, der in den Innenring eines Kugellagers 33 paßt, dessen Achse zu den Achsen der Lager 26 und 27 senkrecht steht. An dem inneren Rand des Lagers 33 bildet das Stützelement 28 eine Schulter 34, die die Bewegung des Lagers 33 einwärts in Richtung zu der Rolle 16 begrenzt. Der äußere Rand des Innenrings des Lagers 33 ist mit einer Tellerfeder 35 in Eingriff, die sich unter dem Kopf eines Bolzens 36 befindet, der in eine Gewindeöffnung in der Mitte des Ansatzes 32 des Stützelements 28 paßt.
Dadurch, daß das Stützelement 28 in dem Kugellager 33 angebracht ist, kann es um eine zu der Drehachse der Rolle 16 senkrechte Achse gedreht werden. Eine solche Drehung neigt die Drehachse der Rolle 16.
Ein Axiallager 38 ist außerdem vorgesehen, um Kräfte aufzunehmen, die auf das Stützelement 28 nach radial außen schiebend wirken. Ein Flachring 39, dessen Achse mit dem Ansatz 32 des Stützelements 28 konzentrisch ist, bildet den Innenring des Axiallagers 38 angrenzend an die Rolle 16. Der Außenring des Lagers 33 ist von einer Platte 40 gebildet, die mit einer Abstützung verbunden ist. Die äußere Oberfläche der Platte 40 ist in einer Ebene gewölbt und mit Öffnungen versehen, die Bolzen zur Befestigung an der Abstützung aufnehmen. Im Fall der Rolle 16 ist die Abstützung ein bewegliches Joch 41, das Öffnungen hat, durch die Bolzen 42 verlaufen, um in die Gewindeöffnungen in der Platte 40 einzugreifen. Die Anbringung des Jochs 41 ist nachstehend beschrieben. Die Platten 40 für die beiden übrigen Rollen 14 und 15 sind mit Bolzen an dem Gehäuse 10 befestigt. Somit sind die Positionen der Rollen 14 und 15 festgelegt mit der Ausnahme, daß ihre Achsen imstande sind, geneigt zu werden, wie oben beschrieben wurde.
Das Joch 41, das die Rolle 16 trägt, kann so geschwenkt werden, daß die Rolle 16 zu den beiden Rollen 14 und 15 hin oder davon weg bewegt wird. Wenn sie zu den Rollen 14 und 15 geschwenkt wird, hält die Rolle 16 den Schaft 18 des Bohrers 17 in Eingriff mit den Peripherien sämtlicher Rollen, so daß er angetrieben werden kann. Wenn die Rolle 16 von den Rollen 14 und 15 wegbewegt wird, wird der Bohrer 17 freigegeben, so daß er von den Rollen entfernt und durch einen anderen Bohrer ersetzt werden kann.
Um ein Bewegen der Rolle 16 zu ermöglichen, ist ein Ende des Jochs auf einer Kugel 44 angebracht, die eine zentrale Öffnung zur Aufnahme eines Stifts 45 hat, der außerhalb der Kugel 44 in eine Gewindeöffnung in dem Gehäuse 10 geschraubt ist. Das Joch 41 ist mit einer Ausnehmung versehen, die die Kugel komplementär an. einem Ende des Jochs aufnimmt. Die untere Hälfte der Kugel 44 ist von einer gleichartigen Ausnehmung in einem Element 46 umschlossen, das an der unteren Unterseite des Jochs 41 mittels einer Schraube 47 gehalten ist. Eine Stellschraube 48 ist ebenfalls vorgesehen, um eine Justierung des Spiels an dem Kugelgelenk zuzulassen.
Eine Kugel 49 ist auf gleiche Weise an dem entgegengesetzten Ende des Jochs 41 gehalten und an ihrem unteren Bereich von einem Element 50 umschlossen, das an dem Joch mit einer Schraube 51 gehalten ist.
Die beiden Lagerkugeln 44 und 49 liegen in einer Ebene, die die Rolle 16 radial halbiert. Dadurch ist sichergestellt, daß der Druck der Bänder 22 und 23 der Rolle 16 auf den Bohrerschaft 18 nahezu gleich ist, und zwar ungeachtet des Schrägwinkels der Rolle oder von auf den Bohrer wirkenden axialen Kräften.
Eine Schwenkbewegung des Jochs 41 wird durch eine Stange 52 erreicht, die sich in Vertikalrichtung des Gehäuses erstreckt und an ihrem unteren Ende einen Ansatz hat, der in die Kugel 49 paßt. Das obere Ende 54 der Stange 52 ist in einem Element 55 aufgenommen, das mittels eines Bolzens 56 an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Eine Stellschraube 57 hält das obere Ende 54 in einer Öffnung in dem Element 55. Zwischen ihrem oberen und ihrem unteren Ende hat die Stange 52 verringerten Durchmesser und besitzt eine gewisse Flexibilität. An ihrem relativ großen oberen Ende 54 und an dem gleichartigen unteren Endbereich 58 ist die Stange 52 komplementär in einer Buchse 59 aufgenommen.
Ein Luftzylinder 61 ist mit einem Ansatz 62 versehen, der in eine Öffnung im Gehäuse 10 geschraubt ist. Eine Stange 63 ist in dem Ansatz 62 aufgenommen und ist mit ihrem äußeren Ende mit der Buchse 59 in Eingriff, zu der sie senkrecht verläuft. Die Stange 63 erstreckt sich von einem beweglichen Kolben 64. Luft kann in den Zylinder 61 durch eine Leitung 65 zugeführt werden, um auf den Kolben 64 eine Kraft aufzubringen und die Stange 63 zu der Buchse 59 hin vorzuspannen. Der Zylinder 61 kann außerdem zur Atmosphäre entlüftet werden, so daß auf die Buchse 59 keine Kraft von der Stange 63 aufgebracht wird.
In der freien Position bei entlüftetem Luftzylinder 61 hält die Stange 52 das Joch 41 in seiner äußeren Position, so daß die Rolle 16 von den Rollen 14 und 15 getrennt und der Bohrer 17 freigegeben ist. Diese Bewegung ist sehr gering aus der in Fig. 6 gezeigten Position heraus. Wenn in den Zylinder 61 Luft eingeleitet wird, wird die Kraft auf die Buchse 59 von der Stange 63 an einer Stelle aufgebracht, die von dem eingeschlossenen oberen Ende 54 der Stange 52 im Abstand ist. Das führt dazu, daß sich die Buchse 59 und mit ihr der Zwischenbereich der Stange 52 biegt. Dieses Durchbiegen der Stange 52 führt dazu, daß das Joch 41 zu seiner inneren Position geschwenkt wird, wo es den Schaft 18 des Bohrers 17 in Eingriff mit den Rollen 14 und 15 preßt, so daß sämtliche drei Rollen an dem Bohrrer angreifen und ihn antreiben können. Die Stange 52 ist elastisch, so daß dann, wenn die Luft aus dem Zylinder 61 abgelassen wird, die Stange als eine Feder wirkt, in ihre Ausgangsposition zurückkehrt und die Rolle 16 von dem Bohrer 17 löst.
Die Rollen 14, 15 und 16 werden von Riemenscheiben 66, 67 und 68 angetrieben, die von einem Riemen 69 gedreht werden, der auch um eine Spannscheibe 70 geführt ist. Ein Elektromotor 71 treibt über eine Antriebsscheibe 72 den Riemen 69 an.
Die Verbindung zwischen der Riemenscheibe 68 und der Rolle 16 ist in Fig. 3 gezeigt. Die anderen Riemenscheiben 66 und 67 sind mit den Rollen 14 und 15 auf identische Weise verbunden. Die Riemenscheibe 68 treibt eine Hohlwelle 73, die in zwei beabstandeten Kugellagern 74 und 75 gelagert ist, die an der oberen Endwand 76 des Gehäuses 10 getragen sind. Das untere Ende 77 der Welle 73 ist in Axialrichtung geschlitzt. Eine Stange 78 sitzt in dem unteren Ende 77 der Hohlwelle 73, wo sie von einem Kreuzzapfen 79 drehangetrieben wird, der durch den Schlitz in der Welle 73 verläuft. Der untere Endbereich 81 der Stange 78 ist hohl und hat vergrößerten Durchmesser, so daß er komplementär in eine Öffnung in dem unteren Bereich der Nabe 20 in dem unteren Kugellager 27 paßt. Dabei handelt es sich um einen Preßsitz, so daß die Stange 78 und die Nabe 20 und damit die Rolle 16 miteinander verspannt sind und die Rotation der Stange die Rolle 16 dreht.
Über dem Endbereich 81 ist die Stange 78 hohl, hat jedoch einen ganz geringfügig verringerten Durchmesser und ist in einer erweiterten Öffnung 83 positioniert, die in Axialrichtung durch die Nabe 20 verläuft. An dieser Stelle ist die Stange 78 mit einer Reihe von Paaren von Querschlitzen 84 unter jeweils 90º zueinander durch ihre Wand versehen, um einen flexiblen Kupplungsabschnitt zu bilden. Infolgedessen hat der Bereich der Stange 78 innerhalb der axialen Mitte der Rolle 16 eine gewisse Flexibliität, während gleichzeitig ihre strukturelle Integrität und Fähigkeit, der Rolle eine Drehbewegung zu erteilen, erhalten bleibt.
Die Achsen der Rollen 14, 15 und 16 können durch die Betätigung eines relativ dünnwandig konstruierten Elements 86 geneigt werden, das eine flache horizontale Platte 87 aufweist. Dieser Bereich des Elements 86 ist in einer Horizontalebene drehbar angebracht, indem er an dem Außenring eines Kugellagers 88 befestigt ist, wie Fig. 3 zeigt. Der Innenring des Lagers 88 umschließt ein Rohr 89, das sich vertikal durch die Mitte des Gehäuses 10 erstreckt und von einem Querteil 90 getragen wird, das mit Bolzen 91 an einer Querwand 92 in dem Gehäuse befestigt ist. Das Element 86 weist außerdem drei gleichbeabstandete vertikale Abschnitte 93, 94 und 95 auf, die von dem äußeren Rand der Flachplatte 87 nach unten verlaufen und mit den Elementen 28 durch Schrauben 96 und Befestigungsstreifen 97 verbunden sind. In den Öffnungen durch die vertikalen Abschnitte 93, 94 und 95 ist Spielraum für die Schrauben 96 vorgesehen. Das erlaubt eine solche Justierung, daß die drei Rollen gleichlaufen, während sie geneigt werden, um den Bohrer axial zu bewegen.
Ein Schenkel 98 ragt von der horizontalen Platte 87 nach außen und ist über einen Drehzapfen 99 mit einem Ende einer Stange 100 verbunden. Diese Stange erstreckt sich durch eine Öffnung in dem Gehäuse 10 und ist mit ihrem anderen Ende mit dem beweglichen Konus eines Permanentmagnet-Lautsprechers 101 verbunden. Elektrische Signale werden zu dem Lautsprecher 101 übertragen, und zwar nicht zur Erzeugung von Schall, sondern um der Stange 100 eine Bewegung zu erteilen. Es wird bevorzugt, zu diesem Zweck einen herkömmlichen Permanentmagnet-Lautsprecher zu verwenden, weil er zu einem sehr schnell wirkenden linearen Servomotor wird und die schnellen Bewegungsinkremente liefert, die erforderlich sind, um die Achsen der Rollen 14, 15 und 16 geeignet zu kippen.
Wenn die Stange 100 in Axialrichtung bewegt wird, erzeugt sie eine Drehbewegung der oberen Platte 87 des Elements 86. Diese bringt durch die nach unten verlaufenden Bereiche 93, 94 und 95 des Elements 86 eine Drehkraft auf die Elemente 28 auf und bewirkt, daß sie um die Achsen der Lager 33 drehen. Infolgedessen wird die Achse jeder der Rollen 14, 15 und 16 veranlaßt, in einer Richtung geneigt zu werden, die zu einer gedachten Linie senkrecht ist, die die Achse des Werkzeugs 17 und die Achse der Rolle miteinander verbindet. Diese Bewegung wird durch die Flexibilität der Stangen 78 ermöglicht, die aus dem Vorhandensein der die Stangen an ihren Befestigungsbereichen mit den Rollen durchsetzenden Schlitze 84 resultiert.
Das Neigen bzw. Kippen der Rollenachsen bewirkt, daß sie eine Axialbewegung in dem Bohrer 17 erzeugen. Dieser Effekt ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt, in denen die Neigung der Rollenachse stark übertrieben dargestellt ist. Tatsächlich wird eine sehr rasche Axialbewegung des Bohrers 17 durch ganz geringfügiges Neigen der Rollenachsen infolge der extrem hohen Drehzahlen erreicht, mit denen der Bohrer gedreht wird. Ein Neigen in einer Richtung bewirkt, daß der Bohrer nach unten angetrieben wird, und ein Neigen in der Gegenrichtung bewegt ihn nach oben. Es ist erforderlich, geringfügige korrigierende Neigungsbewegungen der Antriebsrollen auch in der Zeit auszuführen, in der das Werkzeug 17 axial bewegungslos bleiben soll. Das ist so, weil es nicht möglich ist, eine absolut perfekte Ausfluchtung und Parallelität zwischen den Rollenachsen und der Achse des angetriebenen Werkzeugs zu erzielen. Jeder Mangel einer solchen Ausfluchtung resultiert in einer Axialbewegung, so daß das angetriebene Werkzeug nicht in Axialrichtung fixiert bleiben würde, wenn nicht ständige Korrekturen der Winkel der Rollen durchgeführt würden. Bei einer Maschine, die das Werkzeug 17 mit ungefähr 330.000 U/min antreibt, wird es bevorzugt, den Rollenneigungswinkel nach jeder Zehntelumdrehung zu korrigieren.
Die vertikale Position des Werkzeugs 17 wird ständig detektiert, so daß dem Element 86 eine geeignete Bewegung erteilt werden kann, um die Neigung der Antriebsrollen 14, 15 und 16 zu steuern. Dazu ist ein herkömmlicher Weggeber 103 über dem Gehäuse angebracht, und eine Folgerstange 104 erstreckt sich durch das Rohr 90 nach unten. Das untere Ende der Stange 104 liegt an dem oberen Ende des Schafts 18 des Werkzeugs 17 an und wird in dieser Position von einer Druckfeder 105 innerhalb des Rohrs 90 gehalten. Die Stange 104, die segmentiert sein kann, dreht sich nicht mit dem Werkzeug. Drei Rollen 106, 107 und 108, deren Achsen in einer Horizontalebene liegen, liegen an dem Außenumfang des unteren Endbereichs der Stange 104 an und halten sie in Ausfluchtung mit dem Werkzeug 17. Eine Zugfeder 109 erstreckt sich um den unteren Bereich des Rohrs 90 herum und ist an ihren Enden in Eingriff mit dem Zapfen 110, auf dem die Rolle 108 angebracht ist. Dadurch wird die Rolle 108 gegen das untere Ende der Stange 104 gepreßt, was den Eingriff aller drei Rollen 106, 107 und 108 mit der Stange sicherstellt.
Der untere Endbereich des Gehäuses 10 definiert eine Kammer 112, die das Schneidenende 19 des Werkzeugs 17 umschließt. Eine Vakuumleitung 113 stellt eine Verbindung mit der Kammer 112 her und saugt die durch die Arbeit des Werkzeugs 17 erzeugten Späne ab. Ein Kragen 114 am unteren zentralen Bereich der Kammer 112 hat eine untere flache Oberfläche 115, die mit dem Werkstück in Eingriff ist und während des Betriebs des Werkzeugs 17 als Druckfuß dient.
Die Anordnung zum Bewegen des Gehäuses 10 derart, daß die untere Oberfläche 115 des Kragens 114 als ein Druckfuß dienen kann, ist in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Die obere Endwand 76 des Gehäuses 10 ist über zwei vertikale Ständer 117 mit Hilfe von Schrauben 119 mit einer horizontalen Platte 118 verbunden. Eine kleinere flache horizontale Platte 120 ist mittels Schrauben 121 auf der oberen Oberfläche der Platte 118 befestigt. Eine Öffnung 121 in der Mitte der Platte 120 nimmt den unteren Endbereich 123 einer vertikalen Stange 124 auf, wobei dieser Teil der Stange sich auch durch eine relativ große Öffnung 125 in der Platte 118 erstreckt. Das untere Ende des Bereichs 123 der Stange 124 hat ein Gewinde und ist in einer Mutter 126 aufgenommen. Außerdem verläuft eine Manschette 127 ebenso wie eine Tellerfeder 128 angrenzend an die Manschette um den unteren Bereich 123 der Stange 124 herum und ist mit der Unterseite der Platte 120 in Eingriff.
Über der Platte 120 hat die Stange 124 größeren Durchmesser und bildet eine radiale Schulter 130, mit der eine Beilegscheibe 131 in Eingriff ist, die um den unteren Bereich 123 herum verläuft. Eine Druckfeder 132 erstreckt sich zwischen der Beilegscheibe 131 und der oberen Oberfläche der Platte 120.
Das obere Ende der Stange 124 definiert ein Joch 133, das in dem geschlitzten äußeren Ende einer allgemein horizontalen Schwinge 134 aufgenommen ist. Eine Rolle 135, die als Exzenterfolger wirkt, ist in dem Joch 133 aufgenommen. Eine Achse 137 trägt die Rolle 135 drehbar und durchsetzt Öffnungen in dem Joch 133 und erstreckt sich in Lager 138 in dem äußeren Ende der Schwinge 134.
Mit der Rolle 135 ist ein Exzenter 139 in Eingriff, der von einem an einer Tragplatte 141 befestigten Motor 140 drehbar ist.
Das innere Ende der Schwinge 134 ist über einen Drehzapfen 142 mit einer vertikalen Schwinge 143 verbunden, die mit Bolzen 144 mit einer vertikalen Stützplatte 145 verbunden ist. Das innere Ende der Schwinge 134 ist geschlitzt, um die vertikale Schwinge 143 aufzunehmen.
Eine zweite, horizontale Schwinge 146 ist allgemein gleich wie die Schwinge 134 und hat dieselbe Länge. Das innere Ende der Schwinge 146 ist geschlitzt und über einen Drehzapfen 147 mit dem oberen Bereich der vertikalen Schwinge 143 verbunden. Das entgegengesetzte Ende der Schwinge 146 hat einen Schlitz und nimmt eine Rolle 148 auf, die als ein zweiter Exzenterfolger wirkt. Die Rolle 148 ist von einem Querzapfen 149, der das äußere Ende der Schwinge 146 durchsetzt, drehbar getragen.
Die Rollen 135 und 148 werden in Eingriff mit dem Außenumfang des Exzenters 139 durch einen vertikalen Bolzen 151 gehalten, der die Schwingen 134 und 146 zwischen ihren Enden miteinander verbindet. Der Bolzen 151 ist mit den Schwingen 134 und 146 über Querteile 152 und 153 schwenkbar verbunden, die in jeweiligen Lagern 154 und 155 angebracht sind. Durch Festziehen des Bolzens 151 können die Exzenterfolgerollen 135 und 148 veranlaßt werden, an der Oberfläche des Exzenters fest, jedoch so justiert anzugreifen, daß eine freie Bewegung des Exzenters zugelassen wird. Eine Tellerfeder 156 unter dem Kopf des Bolzens erleichtert die Justierung.
Der Exzenter 139 ist so angeordnet, daß ungeachtet seiner Drehposition der Abstand zwischen seinen diametral entgegengesetzten Oberflächen, an denen die Folgerollen 135 und 148 angreifen, derselbe bleibt.
Eine Vertikalbewegung des Gehäuses 10 wird durch Oszillieren des Exzenters 139 erreicht. Wenn der Exzenter 139 um eine vorbestimmte Zahl von Graden durch seinen Motor 140 gedreht wird, preßt die Nase des Exzenters unter Anlage an der Rolle 135 die Stange 124 nach unten. Diese reagiert wiederum unter Wirkung durch die Beilegscheibe 131 und die Druckfeder 132 mittels der Platten 121 und 119 und der Verbindung an den Stangen 118, um das Gehäuse 10 nach unten zu bewegen, bis die untere Oberfläche 115 des Kragens 114 mit dem Werkstück 13 in Eingriff ist. Der Grad der Abwärtskraft ist durch die Kompression bestimmt, die der Feder 132 durch die Bewegung der Stange 124 erteilt wird. Diese Kraft hält das Werkstück 13 während des Betriebs des Werkzeugs 17 fest auf dem Tisch 12.
Heben des Gehäuses 10, um eine Bewegung zu der nächsten Station zum Bearbeiten des Werkstücks 13 zuzulassen, erfolgt durch Gegendrehen des Exzenters 139. Die Nase des Exzenters 139 wirkt dann gegen die Folgerolle 148 und verschwenkt die Schwinge 146 nach oben. Aufgrund der Verbindung durch den Bolzen 151 wird die Schwinge 134 ebenfalls nach oben geschwenkt. Durch die Verbindung mit dem Joch 133 der Stange 124 wird dadurch die Stange 124 in der Vertikalrichtung nach oben gehoben. Dann wird die Tellerfeder 128 in Eingriff mit der Unterseite der Platte 121 gebracht und hebt durch die Manschette 127 und die Mutter 126 die Platte 121 und mit ihr das Gehäuse 10.
Die Steuerung des Motors 140 weist einen Differentialübertrager 157 auf, der vertikal in einer Festposition gehalten wird. Ein Kern 158 springt von dem Differentialübertrager 157 durch eine Öffnung 159 in der Platte 120 nach unten vor. Eine Mutter 160 ist auf das vorspringende Ende des Kerns 158 oberhalb der Platte 120 geschraubt, und eine weitere Mutter 161 ist auf den Kern 158 unterhalb der Platte 120 geschraubt. Tellerfedern 162 sind zwischen der Mutter 160 und der Platte 120 positioniert, und gleichartige Tellerfedern 163 sind zwischen der Mutter 161 und der Platte 120 positioniert. Wenn die Platte 120 durch die von dem Motor 140 erteilte Rotation des Exzenters 139 abwärtsbewegt wird, wird auch der Kern 158 abwärtsbewegt. Dadurch wird ein Ausgangssignal an dem Differentialübertrager 157 erzeugt, das zur Steuerung des Motors genutzt wird. Wenn der Kern 158 zu der oberen Position zurückkehrt, zeigt der Differentialübertrager ebenso die obere Position des Gehäuses an.