DE20219189U1

DE20219189U1 - drilling assembly

Info

Publication number: DE20219189U1
Application number: DE20219189U
Authority: DE
Original assignee: Kark AG
Current assignee: Kark AG
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2012-12-12
Also published as: AU2003257453A1; WO2004052590A1

Description

BohranordnungDrilling arrangement

Die Rümpfe großer Verkehrsflugzeuge werden sektionsweise aus vorgeformten Blechen zusammengesetzt, die an den Nähten vernietet werden. Für diese und ähnliche Arbeiten ist eine Vielzahl von Bohrungen erforderlich, deren Ort durch eine Bohrlehre festgelegt ist. Zum Bohren verwendet man eine Bohrvorrichtung, die an einem Wagen angeordnet ist, der entlang der Lehre geführt wird. Außer der Bohrvorrichtung trägt der Wagen eine Zentriereinrichtung, die mit Zentrierbohrungen der Bohrlehre zusammenwirkt. Die Bohrvorrichtung ist an einem Vorschubblock fest montiert, der gegenüber dem Wagen in Richtung der Bohrachse beweglich geführt ist und mit einem Vorschubantrieb versehen ist.The fuselages of large commercial aircraft are assembled section by section from preformed sheets of metal that are riveted at the seams. For this and similar work, a large number of holes are required, the location of which is determined by a drilling jig. A drilling device is used for drilling, which is arranged on a carriage that is guided along the jig. In addition to the drilling device, the carriage carries a centering device that interacts with centering holes in the drilling jig. The drilling device is firmly mounted on a feed block that is guided so that it can move relative to the carriage in the direction of the drilling axis and is equipped with a feed drive.

Bekannte Bohranordnungen dieser Art sind schwer und konstruktiv aufwendig. Ihre große Masse erschwert die Handhabung und die genaue Zentrierung. Die Lager der Bohrspindel sind ver-Known drilling arrangements of this type are heavy and complex to construct. Their large mass makes handling and precise centering difficult. The bearings of the drilling spindle are

hältnismäßig weit von der Bohrung entfernt, was die Genauigkeit mindert.relatively far from the bore, which reduces accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die vergleichsweise leicht und unaufwendig ist und hohe Genauigkeit gewährleistet. Die Lösung liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie vorzugsweise denjenigen der Unteransprüche .The invention is based on the object of creating a drilling arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 1, which is comparatively light and inexpensive and ensures high precision. The solution lies in the features of claim 1 and preferably those of the subclaims.

Demnach ist vorgesehen, daß an oder in dem Vorschubblock sowohl die Zentriereinrichtung als auch die Spindel der Bohrvorrichtung angeordnet ist. . Die Spindel der Bohrvorrichtung greift von der dem Werkzeug abgewandten Seite her durch die Zentriereinrichtung (einfachheitshalber wird im folgenden diese dem Werkstück abgewandte Seite als die obere und die ihm zugewandte Seite als die untere bezeichnet ,-irgendeine Beschränkung bezüglich der Verwendungsrichtung soll damit nicht zum Ausdruck gebracht werden).Accordingly, it is provided that both the centering device and the spindle of the drilling device are arranged on or in the feed block. The spindle of the drilling device engages through the centering device from the side facing away from the tool (for the sake of simplicity, this side facing away from the workpiece is referred to below as the upper side and the side facing it as the lower side - this is not intended to imply any restriction with regard to the direction of use).

Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß ein die Spindel der Bohrvorrichtung über ein geeignetes Lager aufnehmendes Lagerrohr oberseitig an dem Vorschubblock befestigt ist und von oben in die Zentriereinrichtung hineinragt. Dadurch erhält man eine dem Bearbeitungsort nahe Spindellagerung, was der Genauigkeit der Bearbeitung zugute kommt. Damit die Zentriereinrichtung unabhängig von dem Vorschubblock bewegt werden kann, ist sie im Verhältnis zum Vorschubblock um wenigstens etwa die Bewegungsstrecke des Vorschubblocks beweglich. Um ihr eine hinreichend lange Lagerstrecke zu geben und dennoch eine bearbeitungsnahe Lagerung der Bohrspindel und eine geringe Ausdehnung des Vorschubblocks zu ermöglichen, ist sie wenigstens teilweise in einem Ringraum unterge-Preferably, the arrangement is such that a bearing tube, which holds the spindle of the drilling device via a suitable bearing, is attached to the top of the feed block and projects into the centering device from above. This results in a spindle bearing close to the machining location, which benefits the accuracy of the machining. So that the centering device can be moved independently of the feed block, it is movable in relation to the feed block by at least approximately the movement distance of the feed block. In order to give it a sufficiently long bearing distance and yet enable the drilling spindle to be mounted close to the machining location and a small expansion of the feed block, it is at least partially housed in an annular space.

bracht, der zwischen der Wandung eines Aufnahmeschachts des Vorschubblocks und dem Lagerrohr der Bohrspindel gebildet ist.which is formed between the wall of a receiving shaft of the feed block and the bearing tube of the drilling spindle.

An der Rückseite des Vorschubblocks ist vorzugsweise eine Halterung für die leicht lösbare Befestigung des wechselbaren Bohrspindel-Antriebsmotors vorgesehen. Dieser ist von der Bohrspindel leicht trennbar, indem sein Wellenstumpf mit einer mit der Bohrspindel zusammenwirkenden Kupplung versehen ist, die durch axiales Heranschieben des Motors an die Spindel in Eingriff gebracht wird bzw. bei entgegengesetzter Bewegung gelöst wird. Bspw. kann der Wellenstumpf mit einer Paßfeder versehen sein und greift er in eine Bohrung der Spindel ein, die eine endoffene, der Paßfeder entsprechende Nut enthält.A holder for the easily detachable attachment of the replaceable drilling spindle drive motor is preferably provided on the rear of the feed block. This can be easily separated from the drilling spindle by providing its shaft stub with a coupling that interacts with the drilling spindle and is brought into engagement by axially pushing the motor towards the spindle or released by moving in the opposite direction. For example, the shaft stub can be provided with a feather key and engages in a bore in the spindle that contains an open-ended groove that corresponds to the feather key.

Die Motorhaiterung und der von ihr aufgenommene Teil des Motors sind so ausgebildet, daß sie eine genaue Zentrierung der Motorwelle im Verhältnis zur Bohrspindel ermöglichen. Sie ist vorzugsweise mit einer Schne11spanneinrichtung versehen, damit der Motor leicht ausgetauscht werden kann, falls Drehzahl und/oder Drehmoment geändert werden sollen. Dies ist bspw. dann zweckmäßig, wenn unterschiedliche Werkstoffe (bspw. Aluminium bzw. Titan im Flugzeugbau) im Wechsel bearbeitet werden sollen oder wenn unterschiedliche Werkzeuge zum Einsatz kommen. Zwar besteht die Möglichkeit, einen Motor mit umschaltbar en Getriebe zu verwenden; erfindungsgemäß kann jedoch darauf im Sinne größerer Einfachheit und einer geringeren Masse der Vorrichtung verzichtet werden.The motor mount and the part of the motor it holds are designed to allow the motor shaft to be precisely centered in relation to the drill spindle. It is preferably provided with a quick-clamping device so that the motor can be easily replaced if the speed and/or torque are to be changed. This is useful, for example, when different materials (e.g. aluminum or titanium in aircraft construction) are to be machined alternately or when different tools are used. It is possible to use a motor with a switchable gear; however, according to the invention, this can be dispensed with in the interests of greater simplicity and a lower mass of the device.

Die Zentriereinrichung ist zweckmäßigerweise mit einem gesonderten Vorschubantrieb versehen. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist er von einer ringförmigen Kolbenzylin-The centering device is expediently provided with a separate feed drive. According to a special feature of the invention, it is driven by an annular piston cylinder.

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dereinrichtung gebildet, die zwischen der Wandung des Aufnahmeschachts und der Zentriereinrichtung angeordnet ist. Diese Elemente können die Kolbenzylindereinrichtung auch unmittelbar bilden. Dieser Antrieb ist im Verhältnis zum Vorschubantrieb des Vorschubblocks zweckmäßigerweise schwächer und nachgiebig ausgebildet. Beispielsweise hat die ihn bildende Kolben-Zylinder-Einrichtung einen geringeren Querschnitt als eine Kolbenzylindereinrichtung, die den Antrieb des Vorschubblocks bildet, wobei beide von derselben Druckluftquelle her gespeist werden. Dadurch kann die Zentriereinrichtung vor dem Vorschubblock an die Lehre bzw. das Werkstück herangefahren werden und kann der Vorschubblock folgen, ohne daß er dabei von dem wie eine Luftfeder nachgebenden Antrieb der Zentriereinrichtung gestört wird.device which is arranged between the wall of the receiving shaft and the centering device. These elements can also form the piston-cylinder device directly. This drive is expediently designed to be weaker and more flexible than the feed drive of the feed block. For example, the piston-cylinder device which forms it has a smaller cross-section than a piston-cylinder device which forms the drive of the feed block, both being fed from the same compressed air source. This means that the centering device can be moved up to the gauge or workpiece in front of the feed block and the feed block can follow without being disturbed by the drive of the centering device which yields like an air spring.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Darin zeigen: Fig. 1, 2 und 3 Längsschnitte gemäß Linie A-A der Fig. 5 durch die Anordnung in unterschiedlichenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which illustrates an advantageous embodiment. In it: Fig. 1, 2 and 3 show longitudinal sections according to line A-A of Fig. 5 through the arrangement in different

Funktionsstadien, Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie B-B der Fig. 5Functional stages, Fig. 4 a section along line B-B of Fig. 5

und
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung.and
Fig. 5 is a plan view of the arrangement.

Der Wagen 1, der kastenartig von einem teilweise durchbrochenen Boden 2 und von diesem an drei Seiten aufsteigenden Seitenwänden 3 gebildet ist, ist mittels vier Rollen 4 auf Führungsschienen (9) fahrbar, die mit der Lehre verbunden sind und dafür sorgen, daß die Bohrachse 5 über derjenigen Linie geführt ist, längs welcher die Bohrungen entstehen sollen. Grundsätzlich ist die Art und Weise, wie der Wagen gegenüber dem Werkstück bzw. der Lehre geführt wird, für die ErfindungThe carriage 1, which is formed like a box with a partially perforated base 2 and side walls 3 rising from this on three sides, can be moved by means of four rollers 4 on guide rails (9) which are connected to the gauge and ensure that the drilling axis 5 is guided over the line along which the holes are to be made. Basically, the way in which the carriage is guided in relation to the workpiece or the gauge is

gleichgültig. So könnte der Wagen bspw. auch von dem Arm eines Roboters gehalten sein.indifferent. For example, the cart could also be held by the arm of a robot.

Der Wagen 1 enthält zwei Führungsbolzen 6, die parallel zur Richtung der Bohrachse 5 verlaufen und über je eine Linearführung 7 den Vorschubblock 8 tragen. Dieser ist in der Richtung der Bohrachse 5 zwischen zwei Endstellungen verschiebbar, die in Fig. 1 bzw. 3 dargestellt sind. Für seinen Vorschub ist ein Druckmittelantrieb vorgesehen, der von einer Kolbenzylindereinrichtung 10, 11 gebildet ist. Der Zylinder 10 ist (bezogen auf die Ebene der Liniearführungslager 7) seitlich in dem Vorschubblock 8 angeordnet. Der Kolben 11 ist starr mit dem Boden 2 des Wagens 1 verbunden. Der Zylinder ist oberhalb des Kolbens 11 durch einen Deckel 12 geschlossen, so daß zwei Zylinderräume entstehen, die über eine Steuer- und/oder Dämpfungseinheit 13 mit Druckmittel (bspw. Druckluft) versorgt werden können.The carriage 1 contains two guide pins 6 which run parallel to the direction of the drilling axis 5 and each support the feed block 8 via a linear guide 7. This can be moved in the direction of the drilling axis 5 between two end positions, which are shown in Fig. 1 and 3 respectively. A pressure medium drive is provided for its feed, which is formed by a piston-cylinder device 10, 11. The cylinder 10 is arranged laterally in the feed block 8 (relative to the plane of the linear guide bearings 7). The piston 11 is rigidly connected to the base 2 of the carriage 1. The cylinder is closed above the piston 11 by a cover 12, so that two cylinder chambers are created which can be supplied with pressure medium (e.g. compressed air) via a control and/or damping unit 13.

Mittig zwischen den Bohrungen des Vorschubblocks 8, die die Linearführungslager 7 enthalten, enthält der Vorschubblock eine Bohrung 15, die den oben erwähnten Aufnahmeschacht bildet. Ein verengter Abschnitt 16 am unteren Ende dieser Bohrung und die Innenfläche einer oben in diese Bohrung eingesetzten Führungsbuchse 17 bilden eine Führung für eine Zentrierhülse 20. Diese ist darin gegenüber dem Vorschubblock zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbar, die in Bild und Bild 3 dargestellt sind. Sie weist einen radial nach außen zur Oberfläche der Bohrung 15 vorragenden Ringkolben 21 auf, der zwischen der Bohrungsoberfläche 15 und der Zentrierhülse 20 einen oberhalb und einen unterhalb des Ringkolbens 21 gelegenen Zylinderraum 22 voneinander trennt. Durch gesteuerte Druckmittelzufuhr zu diesen Zylinderräumen kann die Zentrierhülse 2 0 im Verhältnis zum Vorschubblock 8 gehobenIn the middle between the bores of the feed block 8, which contain the linear guide bearings 7, the feed block contains a bore 15, which forms the above-mentioned receiving shaft. A narrowed section 16 at the lower end of this bore and the inner surface of a guide bush 17 inserted into this bore at the top form a guide for a centering sleeve 20. This can be axially displaced relative to the feed block between two end positions, which are shown in Figure 1 and Figure 3. It has an annular piston 21 which projects radially outwards towards the surface of the bore 15 and which separates a cylinder chamber 22 located above and below the annular piston 21 between the bore surface 15 and the centering sleeve 20. The centering sleeve 20 can be raised relative to the feed block 8 by controlled pressure medium supply to these cylinder chambers.

oder gesenkt werden. Die Querschnittsfläche dieser Zylinderräume ist geringer als diejenige der Kolbenzylindereinrichtung 10, 11.or lowered. The cross-sectional area of these cylinder spaces is smaller than that of the piston-cylinder device 10, 11.

Die Zentrierhülse 20 endet unten in einem Zentrierzapfen 23, der zum Zusammenwirken mit Zentrierbohrungen 24 einer Bohrlehre 25 bestimmt ist, die den Ort von in Blechen 26 herzustellenden Bohrungen 27 vorgeben.The centering sleeve 20 ends at the bottom in a centering pin 23 which is intended to cooperate with centering holes 24 of a drilling jig 25 which specify the location of holes 27 to be made in sheets 26.

Auf der Oberseite des Vorschubblocks 8 ist eine Halterung 30 mitv Schrauben befestigt, die auch zur Befestigung der Führungsbuchse 17 dienen. Der Innendurchmesser 31 der Halterung 30 entspricht genau dem entsprechenden Außendurchmesser eines Antriebsmotors 32, der in der Bohrung 31 mittels eines Schnellverschlusses 33 wechselbar und dennoch genau zentriert gehalten ist.On the top of the feed block 8, a bracket 30 is fastened with screws, which also serve to fasten the guide bush 17. The inner diameter 31 of the bracket 30 corresponds exactly to the corresponding outer diameter of a drive motor 32, which is exchangeable in the bore 31 by means of a quick-release fastener 33 and is nevertheless held precisely centered.

Von der Halterung 30 ragt ein Lagerrohr 34 zentrisch in den Aufnahmeschacht und in die Zentrierhülse 20. Es enthält Hochgeschwindigkeitswälzlager 35, durch die die Bohrspindel 40 gelagert ist, die an ihrem vorderen Ende eine Werkzeugaufnahme 41 für ein Werkzeug 42 bildet. Es wird zweckmäßigerweise ein Spannsystem gewählt, das leicht ist und kurz baut und die für hohe Drehzahlen erforderliche Zentrizität gewährleistet, bspw. das unter der eingetragenen Marke TRIBOS im Handel befindliche Spannsystem.A bearing tube 34 projects centrally from the holder 30 into the receiving shaft and into the centering sleeve 20. It contains high-speed roller bearings 35, which support the drilling spindle 40, which forms a tool holder 41 for a tool 42 at its front end. It is advisable to select a clamping system that is light and short and ensures the centricity required for high speeds, for example the clamping system sold under the registered trademark TRIBOS.

Sämtliche im Aufnahmeschacht befindlichen Teile können nach Lösen der die Halterung 30 haltenden Schrauben 36 nach oben aus dem Vorschubblock entnommen werden.All parts located in the receiving shaft can be removed upwards from the feed block after loosening the screws 36 holding the bracket 30.

Ein Absaugrohr 45 dient zum Absaugen der Bohrspäne aus dem oberhalb des Bohrlochs befindlichen Raum 44, der durch die Zentrierhülse abgeschlossen ist.A suction pipe 45 serves to suck the drilling chips out of the space 44 located above the borehole, which is closed off by the centering sleeve.

Die Anordnung wird in folgender Weise benutzt:The arrangement is used in the following way:

Der Wagen 1 wird durch bekannte Mittel zu einer Stelle gefahren, in welcher seine Bohrachse 5 etwa mit dem Ort einer herzustellenden Bohrung 27 übereinstimmt. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Durch Druckluftbeaufschlagung des oberen Ringzylinderraums 22 wird die Zentrierhülse 20 nach vorne gefahren, bis der Zentrierzapfen 23 in die Zentrierbohrung 24 faßt, wodurch die Anordnung zentriert ist (Fig. 2). Es wird nun Druckluft in den unteren Zylinderraum der Kolberizylindereinrichtung 10, 11 eingelassen, so daß sich der Vorschubblock 8 bei drehendem Bohrmotor 32 absenkt. Die Vorschubgeschwindigkeit kann je Werkzeug und Material unterschiedlich gesteuert werden. Während dieser Vorschubbewegung des Vorschubblocks 8 behält die Zentrierhülse 20 ihre Stellung bei und hebt sich folglich im Verhältnis zum Vorschubblock 8. Dies ist deshalb möglich, weil der Ringzylinder der Vorschubhülse 20 eine geringere Querschnittsfläche hat als die Kolbenzylindereinrichtung 10, 11 und daher - wenn man gleiche Drücke voraussetzt - nachgibt. Unabhängig vom Werkzeugvorschub wird dadurch die Stellung des Zentrierzapfens 17 gesichert, weil er wie durch eine Feder in der zentrierenden Stellung gehalten wird.The carriage 1 is moved by known means to a location in which its drilling axis 5 approximately coincides with the location of a bore 27 to be produced. This state is shown in Fig. 1. By applying compressed air to the upper ring cylinder chamber 22, the centering sleeve 20 is moved forward until the centering pin 23 engages in the centering bore 24, whereby the arrangement is centered (Fig. 2). Compressed air is now admitted into the lower cylinder chamber of the Kolberi cylinder device 10, 11 so that the feed block 8 is lowered when the drilling motor 32 rotates. The feed speed can be controlled differently depending on the tool and material. During this feed movement of the feed block 8, the centering sleeve 20 maintains its position and consequently rises in relation to the feed block 8. This is possible because the ring cylinder of the feed sleeve 20 has a smaller cross-sectional area than the piston-cylinder device 10, 11 and therefore - assuming the same pressures - gives way. Independently of the tool feed, the position of the centering pin 17 is thus secured because it is held in the centering position as if by a spring.

Sobald das Bohrwerkzeug die Endlager erreicht hat, wird über ein nicht dargestelltes Ventil die Druckmittelzufuhr an der Kolbenzylindereinrichtung 10, 11 umgekehrt, und der Vorschubblock 8 fährt wieder zurück. Gleichzeitig oder später kann auch der untere der beiden Ringzylinderräume 22 mit Druck beAs soon as the drilling tool has reached the end bearings, the pressure medium supply to the piston cylinder device 10, 11 is reversed via a valve (not shown), and the feed block 8 moves back again. At the same time or later, the lower of the two ring cylinder chambers 22 can also be pressurized.

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aufschlagt werden, um die Zentrierhülse wieder anzuheben.to lift the centering sleeve again.

Claims

1. Drilling arrangement with a carriage ( 1 ) carrying a drilling device ( 23 , 40 , 42 ) and a centering device ( 20 , 23 ) intended to interact with a drilling jig ( 25 ), on which a feed block ( 8 ) firmly connected to the drilling device ( 32 , 40 , 42 ) is movably guided in the direction of the drilling axis ( 5 ), which is provided with a feed drive ( 10 , 11 ), characterized in that the centering device ( 20 , 23 ) is movably guided on the feed block ( 8 ) in the direction of the drilling axis ( 5 ) and the spindle ( 40 ) of the drilling device ( 32 , 40 , 42 ) reaches through the centering device ( 20 ) from behind.

2. Drilling arrangement according to claim 1, characterized in that a bearing tube ( 34 ) receiving the spindle ( 40 ) of the drilling device ( 32 , 40 , 42 ) is fastened to the rear of the feed block ( 8 ) and projects from the rear into the centering device ( 20 , 23 ).

3. Drilling arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a holder ( 30 ) for the easily detachable fastening of the exchangeable drill spindle drive motor ( 32 ) is provided on the rear side of the feed block ( 8 ).

4. Drilling arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the feed block contains a receiving shaft which receives the centering device and the spindle ( 40 ) of the drilling device.

5. Drilling arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wall ( 15 ) of the receiving shaft with the centering device ( 20 ) encloses an annular piston-cylinder device ( 21 , 22 ).

6. Drilling arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the centering device ( 20 ) is provided with a separate drive ( 21 , 22 ) which is weaker and more flexible than the feed drive ( 10 , 11 ).