DE19955172A1 - Verfahren zum Schleifen einer Bohrspitze und Bohrerspitze - Google Patents
Verfahren zum Schleifen einer Bohrspitze und BohrerspitzeInfo
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Abstract
Bei dem Verfahren wird das Schleifen der Bohrerspitze (2) in einem kontinuierlichen dreidimensionalen Schleifvorgang derart durchgeführt, dass eine sich an eine Hauptschneide (4a) anschließende Freifläche (7) als gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius (R) von der Hauptschneide (4a) in Richtung zu einer Spannut (8) verlaufend ausgebildet wird. Dies wird erreicht durch einen besonderen dreidimensionalen Schwenkvorgang zwischen einer Schleifscheibe (20) und der Bohrerspitze (2). Durch den kontinuierlichen Schleifvorgang wird im - Vergleich zu den herkömmlichen, zweistufigen Schleifvorgängen - eine verbesserte Bohrerspitzengeometrie gebildet, die insbesondere frei von Kanten (16) ist. Durch die kantenfreie Ausbildung sind die mechanischen Belastungen beim Bohren gering gehalten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen einer Bohrerspitze sowie eine
Bohrerspitze, die zwei über eine Querschneide verbundene Hauptschneiden auf
weist, an die sich jeweils eine Freifläche anschließt, die in eine Spannut übergeht.
Derartige Bohrerspitzen werden insbesondere für Spiralbohrer verwendet, bei de
nen der durch die Bohrerspitze abgetragene Span über wendelförmig verlaufende
Spannuten des Bohrers abgetragen wird. Bohrerspitze und Bohrer sind hierzu
einstückig oder zweistückig ausgebildet. Bei der zweistückigen Ausbildung ist die
Bohrerspitze insbesondere als austauschbarer Einsatz für einen Bohrergrundkör
per ausgebildet.
Die geometrische Ausgestaltung und insbesondere der Schliff der Bohrerspitze
bestimmt in erheblichem Umfang die Schneidwirkung des Bohrers sowie die me
chanische Belastung des Bohrers, insbesondere der Bohrerspitze. Die mechani
sche Belastung beim Bohren wird unter anderem durch die Ausgestaltung des
Bereichs um die Querschneide mitbestimmt. Zur Verringerung der Belastung wird
beim Schleifen daher in der Regel eine Ausspitzung der Querschneide vorge
nommen. Mit der Ausspitzung wird im Bereich des Bohrerkerns der sogenannte
Spanwinkel bestimmt, der den Winkel zwischen der sich an die Querschneide an
schließenden Fläche und der Bohrerlängsachse definiert. Die Fläche wird im fol
genden als Querschneidenfläche bezeichnet. Insbesondere wird der Spanwinkel
in dem der Hauptschneide abgewandten Bereich der Querschneide bestimmt, wo
die der Hauptschneide zugeordnete Freifläche in die Spannut übergeht. In diesem
Bereich wird oftmals ein positiver Spanwinkel gewünscht. Ein positiver Spanwinkel
bedeutet hierbei, dass die Querschneidenfläche auf die Bohrerlängsachse zuge
kippt ist, so dass ein Art Überhang gebildet ist. Bei einem negativem Spanwinkel
ist demgegenüber diese Fläche von der Bohrerachse weggekippt.
Bei herkömmlichen Schleifverfahren mit Ausspitzung werden in einem ersten
Verfahrensschritt die Hauptschneiden und die Querschneide sowie die sich an die
Hauptschneiden anschließenden Freiflächen geschliffen. In einem zweiten Ar
beitsschritt wird dann die Ausspitzung vorgenommen. Hierzu ist es erforderlich,
dass die zum Schleifen vorgesehene Schleifscheibe erneut angesetzt wird. Dies
führt dazu, dass sowohl in die Freifläche als auch in die Querschneidenfläche eine
Kante, also eine Unstetigkeit, hineingeschliffen wird. Die Kante in der Querschnei
denfläche wird zwangsläufig ausgebildet, da unter allen Umständen vermieden
werden muss, dass die Schleifscheibe beim Ausspitzen bis an die bereits geschlif
fene Querschneide reicht. Diese Kante im Bereich der Querschneide bewirkt,
dass Spannungsspitzen auftreten, die zu einer erhöhten Belastung der Bohrer
spitze führen.
Neuere Entwicklungstendenzen gehen dahin, die Bohrerspitze ohne Schleifen
über ein Metallspritzgußverfahren herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrerspitze derart
auszugestalten, dass die beim Bohren auftretenden mechanischen Belastungen
gering gehalten werden.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Schleifen
einer Bohrerspitze, welche zwei über eine Querschneide verbundene Haupt
schneiden aufweist, an die sich jeweils eine Freifläche anschließt, die in eine
Spannut übergeht, wobei eine zum Schleifen verwendete Schleifscheibe und die
Bohrerspitze in einem kontinuierlichen Schleifvorgang derart zueinander geführt
werden, dass die Freifläche als eine von der Hauptschneide in Richtung zur
Spannut gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius ausgebildet wird.
Die Schleifscheibe und die Bohrerspitze werden dabei also in einem komplexen
dreidimensionalen Schleifvorgang derart zueinander geführt, dass die Bohrerspit
ze in gewünschter Art und Weise geschliffen wird, ohne dass zwei Schleifvorgän
ge notwendig sind. Insbesondere treten aufgrund des kontinuierlichen Schleifvor
gangs keine Kanten im Bereich der Freifläche und der Querschneidenfläche auf,
die bei einem zweistufigem Schleifvorgang zwangsläufig ausgebildet werden.
Durch die dreidimensionale Führung von Bohrerspitze und Schleifscheibe werden
also die bisher üblichen zwei Schleifschritte in einem Schleifschritt zusammenge
fasst. Dies zeigt sich nicht zuletzt in der Krümmung der Freifläche. Aufgrund des
ansatzlosen und kantenfreien Verlaufs der geschliffenen Flächen der Bohrerspitze
ist die Belastung der Bohrerspitze beim Bohren gering gehalten.
Für eine möglichst geringe Belastung der Bohrerspitze wird das Verfahren vor
zugsweise derart durchgeführt, dass sich ein Krümmungsradius zwischen dem
0,05- und dem 0,5-fachen des Bohrerdurchmessers ergibt.
Zur Ausbildung der gekrümmten Freifläche umfasst die Schleifscheibe eine
Hauptschleiffläche, die relativ zur Bohrerspitze um einen Einschwenkwinkel ver
schwenkt wird. Diese Schwenkbewegung kann entweder von der Bohrerspitze
oder von der Schleiffläche oder von beiden gemeinsam vollzogen werden. Bei
dieser Schwenkbewegung wird der als Einschwenkwinkel bezeichnete Winkel
zwischen der Flächennormalen der Hauptschleiffläche und der Längsachse der
Bohrerspitze verkleinert.
Zur Ausbildung einer geeignete Bohrerspitzengeometrie wird die Bohrerspitze be
vorzugt zunächst um ihre Längsachse bis zu einem Drehwinkel gedreht, und erst
anschließend erfolgt das Einschwenken um den Einschwenkwinkel. Hierdurch
wird erreicht, dass die sich unmittelbar an die Hauptschneide anschließende Frei
fläche, die sogenannte Hauptfreifläche, zunächst schräg verläuft und anschlie
ßend in Richtung zur Spannut zunehmend abgekrümmt ist.
Für eine möglichst homogene Ausbildung der gekrümmten Oberfläche wird wäh
rend des Einschwenkens um den Einschwenkwinkel α die Bohrerspitze gleichzei
tig bis zu einem vorbestimmten Drehendwinkel weitergedreht.
In einer besonders zweckdienlichen Ausführung wird eine Nebenschleiffläche der
Schleifscheibe und die Bohrerspitze zu ihrer Ausspitzung im Bereich der Quer
schneide relativ zueinander um einen Spanwinkel verschwenkt. Diese Neben
schleiffläche grenzt an der Hauptschleiffläche der Schleifscheibe an, und mit ihr
wird die Querschneidenfläche, also der Übergang von Querschneide zur Freiflä
che, geschliffen. Der Verlauf dieser Fläche relativ zu der Längsachse der Bohrer
spitze gibt dabei den sogenannten Spanwinkel (Querschneidenspanwinkel) an.
Zur Ausbildung des Spanwinkels wird die komplette Schleifscheibe gegenüber der
Längsachse der Bohrerspitze verschwenkt.
Bevorzugt sind die Schwenkbewegungen um den Einschwenkwinkel und um den
Spanwinkel einander überlagert. Die Schleifscheibe wird also gleichzeitig um zwei
Winkel verschwenkt. Die Schwenkbewegung um den Einschwenkwinkel erfolgt
dabei um eine Schwenkachse, die von der Querschneide etwa radial nach außen
läuft, und die Schwenkbewegung um den Spanwinkel erfolgt um einen Schwen
kachse, die etwa tangential zur Querschneide verläuft. Durch die Überlagerung
dieser beiden Schwenkbewegungen ist gewährleistet, dass zum einen eine geeig
nete Ausspitzung vorgenommen wird, und dass zum anderen die geschliffenen
Flächen homogen ineinander übergehen. Insbesondere geht die Querschneiden
fläche homogen, also absatz- und kantenfrei, in die Freifläche über.
Vorzugsweise wird der Spanwinkel zwischen einem positiven Spanwinkel von +5°
und einem negativen Spanwinkel von -5° eingestellt. Der Vorteil des beschriebe
nen Verfahrens ist insbesondere bei der Ausbildung eines positiven Spanwinkels
zu sehen, da dieser mit dem beschriebenen Verfahren problemlos erzielt werden
kann.
Für die Ausbildung einer geeigneten Bohrspitzengeometrie liegt der Einschwenk
winkel zwischen 30° und 60° und beträgt insbesondere etwa 50° Der Drehwinkel
liegt vorzugsweise zwischen 60% und 90% und beträgt insbesondere etwa 80%
des Drehendwinkels. Dieser liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 90°
und 140°.
Um die Querschneide in geeigneter Weise anzuschleifen ragt beim Beginn des
Schleifvorgangs in einer bevorzugten Ausführung die Schleifscheibe über die Boh
rermitte hinaus, so dass die Schleifscheibe eine übermittige Schleifposition ein
nimmt. Anschließend wird die Bohrerspitze und die Schleifscheibe in eine unter
mittige Schleifposition geführt, in der die Schleifscheibe vor der Bohrermitte endet.
In der untermittigen Schleifposition erfolgt dann der Schliff der Freifläche sowie
die Ausspitzung.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine Bohrerspitze,
die zwei über eine Querschneide miteinander verbundene Hauptschneiden auf
weist, an die sich jeweils eine Freifläche anschließt, die in eine Spannut übergeht,
wobei die Freifläche als eine von der Hauptschneide in Richtung zur Spannut
kantenfrei gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R ausgebildet ist.
Die Bohrerspitze ist bevorzugt eine geschliffene Bohrerspitze, und ihre vorteilhafte
Geometrie wird insbesondere durch das oben beschriebene Schleifverfahren er
zielt. Alternativ lässt sich diese Geometrie beispielsweise auch mit einem Metall-
Spritzguß-Verfahren erreichen.
Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile sowie die besonderen
Ausführungsformen lassen sich sinngemäß auf die Bohrerspitze übertragen. Be
vorzugte Ausführungsformen der Bohrerspitze sind in den Unteransprüchen nie
dergelegt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bohrerspitze als austausch
barer Einsatz für einen Bohrergrundkörper ausgebildet. Ein derartiger, zweiteiliger
Bohrer, bestehend aus Bohrerspitze und Bohrergrundkörper, hat den wesentli
chen Vorteil, dass die verschleißanfällige Bohrerspitze in einfacher Weise ausge
tauscht werden kann. Der Bohrergrundkörper ist in der Regel einem wesentlich
geringerem Verschleiß ausgesetzt, so dass dessen Lebensdauer die der Bohrer
spitze um ein Vielfaches übersteigt. Durch die Ausbildung der Bohrerspitze als
austauschbarer Einsatz sind daher insbesondere die Betriebskosten deutlich re
duziert. Nicht zuletzt kann hierzu vorgesehen sein, den Bohrergrundkörper aus
einem kostengünstigeren, und damit in der Regel weicherem Material auszubilden
als die Bohrerspitze.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren
näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
Fig. 1 eine Bohrerspitze geschliffen nach einem herkömmlichen Verfahren,
Fig. 2 eine Bohrerspitze, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ge
schliffen ist,
Fig. 3 eine Bohrer- und eine Schleifscheibe in einer Anfangsposition zu Be
ginn des Schleifvorgangs in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 4 den Bohrer und die Schleifscheibe in einer Mittelposition während des
Schleifvorgangs, ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 5 den Bohrer und die Schleifscheibe in einer Endposition nach dem
Schleifvorgang, ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 6 eine Seitenansicht des Bohrers und der Schleifscheibe,
Fig. 7 eine im Vergleich zur Fig. 6 um 90° gedrehte Seitenansicht des Bohrers
und der Schleifscheibe, und
Fig. 8 einen Bohrer mit austauschbarer Bohrerspitze.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen
versehen.
In den Fig. 1 und 2 sind eine Bohrerspitze 2 eines Spiralbohrers 3, welche
nach einem herkömmlichen Verfahren geschliffen ist (Fig. 1) und eine, die nach
dem neuen Verfahren geschliffen ist (Fig. 2) einander gegenüber gestellt. Die
Bohrerspitze 2 weist zwei Hauptschneiden 4a, 4b auf, die über eine in etwa S-
förmig ausgebildete Querschneide 6 miteinander verbunden sind. Die Haupt
schneiden 4a, 4b und die Querschneide 6 sind zur besseren Übersicht in den Figu
ren mit einer breiteren Strichstärke dargestellt. Die durch die Hauptschnei
den 4a, 4b und Querschneide 6 gebildete Schneide erstreckt sich über die gesam
te Bohrerspitze 2. Die Bohrerspitze 2 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet. Im Fol
genden wird die Bohrerspitze 2 anhand einer der beiden spiegelsymmetrischen
Seiten erläutert und zwar ausgehend von der Hauptschneide 4a. An diese schließt
sich eine Freifläche 7 an, die bis zu einer Spannut 8 reicht. Die Spannut 8 beginnt
bereits in der Bohrerspitze 2 und verläuft im sich an die Bohrerspitze 2 anschlie
ßenden Spannutbereich 9 des Bohrers 3 wendelförmig. Die sich an die Haupt
schneide 4 anschließende Freifläche 7 ist im Wesentlichen nach Art einer Kegel
fläche ausgebildet. Von der Querschneide 6 erstreckt sich ebenfalls eine als
Querschneidenfläche 10 bezeichnete Fläche zu der Spannut 8. Die Querschnei
denfläche 10 und die Freifläche 7 gehen ineinander über. Bei der sogenannten
Ausspitzung der Bohrerspitze 2 wird insbesondere die Querschneidenfläche 10
geschliffen. Hierbei wird die Winkelbeziehung zwischen dieser Fläche 10 und der
Längsachse 14 der Bohrerspitze 2 eingestellt. Der entsprechende Winkel wird als
Spanwinkel δ bezeichnet (vgl. hierzu insbesondere Fig. 7).
Beim herkömmlichen Schleifverfahren wird zur Ausspitzung die Schleifscheibe in
einem zweiten Verfahrensschritt neu angesetzt und an die Querschneidenflä
che 10, insbesondere im Bereich in dem die Querschneide 6 in die zweite Haupt
schneide 4b übergeht, herangeführt. Um eine Berührung der Schleifscheibe mit
der bereits geschliffenen Querschneide 6 und der Hauptschneide 4b zu verhin
dern, muss zu diesen beiden Schneiden (4b, 6) ein gewisser Sicherheitsabstand
eingehalten werden. In der geschliffenen Bohrerspitze 2 zeigt sich dies darin, dass
die Querschneidenfläche 10 einen Knick bzw. eine Kante 16 aufweist. Sie er
streckt sich bis in die Freifläche 7 hinein. Diese knickt also bei der Kante 16 zur
Spannut 8 hin ab. An dieser Kante 16, insbesondere im Bereich der Querschnei
denfläche 10, treten beim Bohren unerwünscht hohe mechanische Belastungen
auf.
Aufgrund des kontinuierlichen dreidimensionalen Schleifvorgangs gemäß dem
neuen Schleifverfahren ist eine solche Kante 16 bei der Bohrerspitze 2 gemäß
Fig. 2 vermieden. Die Querschneidenfläche 10 geht vielmehr homogen in die
Freifläche 7 über, und beide reichen knick- und kantenfrei bis zur Spannut 8. Für
die nach dem neuen Verfahren geschliffene Bohrerspitze 2 ist neben dem kanten
freien Verlauf zudem charakteristisch, dass die Freifläche 7 von der Hauptschnei
de 4a zur Spannut 8 hin gekrümmt ist und einen Krümmungsradius R aufweist.
Dieser liegt vorzugsweise zwischen dem 0,05- und dem 0,5-fachen des Bohrer
durchmessers D. Zur Illustration der einzelnen Schleifbereiche ist die Freifläche 7
in zwei unterschiedlich schraffierte Teilbereiche 7A und 7B unterteilt, wobei der
Teilbereich 7A im Wesentlichen den gekrümmten Bereich der Freifläche 7 angibt.
Als dritter Schleifbereich ist weiterhin die Querschneidenfläche 10 ebenfalls
schraffiert dargestellt. Alle drei Schleifbereiche (10, 7A, 7B) werden in einem konti
nuierlichen Schleifvorgang geschliffen und gehen homogen ineinander über. Die
am Umfang der Bohrerspitze 2 verlaufende Außenlinie 18 der Freifläche 7 bildet -
projiziert auf die Längsachse 14 - mit dieser im Bereich des Übergangs zur Span
nut 8 einen Einschwenkwinkel α, der vorzugsweise zwischen 30° und 60° liegt (zur
Definition des Einschwenkwinkels α vgl. auch insbesondere die Fig. 6 und 7).
Das neuartige Schleifverfahren wird im Folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 nä
her erläutert, in denen die Relativposition zwischen einer Schleifscheibe 20 und
der Bohrerspitze 2 jeweils in einer perspektivischen Darstellung und in unter
schiedlichen Schleifpositionen dargestellt ist. Für den im Folgenden beschriebe
nen dreidimensionalen Schleifvorgang ist die Relativbewegung zwischen der Boh
rerspitze 2 und der Schleifscheibe 20 maßgebend. Der Einfachheit halber wird der
Schleifvorgang entweder durch die Bewegung der Bohrerspitze 2 oder durch Be
wegung der Schleifscheibe 20 ausgedrückt. Es versteht sich von selbst, dass die
jeweilige Bewegung auch von dem jeweils anderen Teil sinngemäß ausgeführt
werden kann. Die Schleifscheibe 20 ist in den Fig. 3 bis 5 zur besseren Über
sicht jeweils nur ausschnittsweise und gestrichelt dargestellt.
Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Anfangsposition ist die Längsachse 14 der Boh
rerspitze 2 unter einem Winkel α' zu einer Mittelachse 22 der Schleifscheibe 20
ausgerichtet, der zu Beginn des Schleifens 90° beträgt. Die Schleifscheibe 20
weist einen Rand mit einer im Querschnitt gesehen trapezförmige Geometrie auf,
wobei die eine Trapezaußenseite als eine Hauptschleiffläche 24 und die sich an
diese Seitenfläche anschließende Stirnfläche als eine Nebenschleiffläche 26 aus
gebildet ist. Die Hauptschleiffläche 24 geht unter Ausbildung einer Krümmung in
die Nebenschleiffläche 26 über. Diese Krümmung definiert im Wesentlichen einen
gerundeten Übergang zwischen der Querschneidenfläche 10 und der Freifläche 7.
Die radiale Ausdehnung der Hauptschleifscheibe 26 ist größer als der Bohrerradi
us, so dass sie die Freifläche 7 vollständig überdeckt. Dieser ringförmige Schleif
körper sitzt mit seiner Trapezgrundfläche auf einem scheibenförmigen Träger 28
auf und bildet mit diesem die Schleifscheibe 20. Die Schleifscheibe 20 wird mittels
des Trägers 28 in geeigneter Weise drehbar eingespannt.
Die Längsachse 14 ist durch die Spitze der Bohrerspitze 2, also der Bohrermit
te 27 verlaufend eingezeichnet. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, dass die Haupt
schleiffläche 24 im Bereich der Querschneide 6 über die Bohrermitte 27 hinaus
ragt. Die Schleifscheibe 20 wird also zu Beginn des Schleifvorgangs übermittig
angesetzt. Im Verlauf des Schleifvorgangs wird dann der Bohrer 3 entlang einer x-
Achse in eine untermittige Position geführt. Die übermittige Anfangsposition dient
zum Anschleifen der Querschneide 6, die zu Beginn des Schleifvorgangs annä
hernd senkrecht zu der Umfangslinie 29 der Nebenschleiffläche 26 gehalten ist.
Zu Beginn des Schleifvorgangs wird die Hauptschneide 4a geschliffen. Der Bohrer
wird dann um die Längsachse 14 um einen Drehwinkel β gedreht, so dass die sich
an die Hauptschneide 4a anschließende Freifläche 7 geschliffen wird. Die Haupt
schneide 4a sowie die Freifläche 7 fallen von der Bohrermitte 27 nach außen. Die
Hauptschneide 4a und eine radiale Komponente der Freifläche 7 sind also zu ei
ner gedachten Querschnittsebene 34 der Bohrerspitze 2 unter einem Winkel ε
geneigt (vgl. hierzu auch Fig. 6). Bei der senkrechten Ausrichtung der Längsach
se 14 zur Mittelachse 22 ist dieser Winkel ε bestimmt durch den Trapezwinkel ε
zwischen der Hauptschleiffläche 24 und dem Lot auf die Trapezgrundfläche.
Zusätzlich zu der Drehbewegung um den Drehwinkel β und der Anfangsverschie
bung entlang der x-Achse erfolgt ein Vorschub des Bohrers in Richtung der
Längsachse 14 zur Schleifscheibe 20, so dass die Freifläche 7, und zwar ihre tan
gentiale Komponente, unter einem Winkel λ schräg zu der gedachten Quer
schnittsebene 34 des Bohrers 3 verläuft. Die Außenlinie 18 verläuft also ausge
hend von der Hauptschneide 4a schräg fallend in Richtung zur Spannut 8 (vgl.
Fig. 6).
In der Mittelposition gemäß Fig. 4 befindet sich die Bohrerspitze 2 zu der Schleif
scheibe 20 in einer untermittigen Schleifposition, d. h. die Querschneide 6 liegt
neben der Nebenschleiffläche 26. Deren Umfangslinie 29 verläuft zu der Quer
schneide 6 nunmehr in etwa tangential. Der Schleifvorgang bis zu der dargestell
ten Mittelposition entspricht im Wesentlichen einem herkömmlichen Schleifverfah
ren. Das neue Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von der
Mittelposition die Bohrerspitze 2 einerseits bezüglich der Hauptschleiffläche 24
und andererseits bezüglich der Nebenschleiffläche 26 verschwenkt wird. Das Ver
schwenken bezüglich der Hauptschleiffläche 24 erfolgt um den Einschwenkwin
kel α um eine Hauptachse 30, und das Einschwenken bezüglich der Neben
schleiffläche 26 erfolgt um den Spanwinkel δ um eine Nebenachse 32, wie es den
Fig. 6 und 7 zu entnehmen ist. Durch das Einschwenken um den Ein
schwenkwinkel α wird der mit dem Einschwenkwinkel α verbundene Winkel α'
zwischen Längsachse 14 und Mittelachse 22 verringert. Dies ist aus Fig. 5 zu ent
nehmen, aus der deutlich wird, dass der Bohrer 3 nunmehr unter einem spitzen
Winkel α' zu der Mittelachse 22 ausgerichtet ist, nachdem er ursprünglich zu Be
ginn des Schleifvorgangs zu der Mittelachse 22 senkrecht ausgerichtet war.
Die Fig. 6 und 7 dienen zur Verdeutlichung der Schwenkbewegung, die zwi
schen dem Bohrer 3 und der Schleifscheibe 20 beim Übergang von der Mittelpo
sition in die Endposition vorgenommen werden. Die Schleifscheibe 20 ist der bes
seren Übersicht halber wiederum gestrichelt und nur ausschnittsweise in einer
schematischen Seitenansicht dargestellt. Fig. 6 zeigt dabei eine Seitenansicht, in
der die Blickrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Querschneide 6 erfolgt und
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht, in der die Blickrichtung in etwa in Längsrichtung
der Querschneide 6 verläuft.
Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, dass die Hauptschneide 4a unter dem Winkel ε zu
einer gedachten Querschnittsebene 34 der Bohrerspitze 2 verläuft. Weiterhin ist
zu entnehmen, dass die Umfangslinie 18 der Freifläche 7 beginnend von der
Hauptschneide 4a zunächst schräg unter dem Winkel λ in Richtung zur Spannut 8
verläuft, und dann eine Krümmung mit dem Krümmungsradius R aufweist. Zur
Ausbildung dieser Krümmung wird die Schleifscheibe 20 mit ihrer Hauptschleifflä
che 24 um die Hauptachse 30 um den Einschwenkwinkel α geschwenkt. Dieser ist
definiert als der Winkel zwischen Längsachse 14 und der tangentialen Komponen
te der Hauptschleiffläche 24.
Vorzugsweise wird gleichzeitig die Schleifscheibe 20 um die Nebenachse 32 um
den Spanwinkel δ zur Ausbildung eines Spanwinkels im Bereich der Querschnei
de 6 geschwenkt. Vorzugsweise wird für die Querschneidenfläche 10 ein positiver
Spanwinkel δ von bis zu +5° eingestellt. Hierbei wird die Querschneidenfläche 10
mittels der Nebenschleiffläche 26 derart geschliffen, dass sie eine Art Überhang
bildet, wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist. Der Spanwinkel δ legt den Winkel zwi
schen Nebenschleiffläche 26 und Längsachse 14 fest. Wegen der festen Winkel
beziehung zwischen den beiden Schleifflächen 24, 26 wird der Spanwinkel δ durch
die Ausrichtung der radialen Komponente der Hauptschleiffläche 24 zu der.
Längsachse 14 bestimmt.
Zusammenfassend lässt sich der bevorzugte Schleifvorgang in folgende Schritte
gliedern:
- 1. Beginn des Schleifvorgangs in einer übermittigen Schleifposition bei einem Drehwinkel β, wobei die Längsachse 14 senkrecht zur Mittelachse 22 ausge richtet ist (Anfangsposition, Fig. 3).
- 2. Bewegung des Bohrers 3 in eine untermittige Schleifposition entlang der x- Achse. Gleichzeitig erfolgt ein Vorschub in Richtung der Längsachse 14 sowie eine Drehbewegung um diese bis zu einem Drehwinkel β von etwa 80% des Drehendwinkels γ. Hierbei kann gleichzeitig eine translatorische Verschiebung des Bohrers entlang einer y-Achse erfolgen, die senkrecht zur x-Achse ver läuft. x-Achse und Mittelachse 22 verlaufen parallel (Mittelposition, Fig. 4). Beim Übergang von der Anfangsposition in die Mittelposition werden also 3 Bewegungskomponenten überlagert.
- 3. Weiterdrehung des Bohrers 3 bis zum Endwinkel γ, so dass der Bohrer 3 in etwa eine 120°-Drehung beginnend von der Anfangsposition ausführt. Gleich zeitig erfolgt weiterhin der Vorschub in Richtung der Längsachse 14 sowie die Bewegung entlang der x-Achse, und zusätzlich erfolgt ein Einschwenken um den Einschwenkwinkel α sowie um den Spanwinkel δ. Insgesamt werden also im letzten Arbeitsschritt bis zum Erreichen der Endposition 5 Bewegungskom ponenten überlagert.
Das Einschwenken um den Spanwinkel δ gemäß Punkt 3 ist hierbei fakultativ. Die
Ausbildung eines Spanwinkels δ richtet sich nach dem Einsatzzweck, für den der
Bohrer 3 vorgesehen ist. Das Verfahren erlaubt den Spanwinkel δ in einfacher
Weise und sehr flexibel einzustellen. Der entscheidende Vorteil des Verfahrens ist
darin zu sehen, dass der Schleifvorgang in einem kontinuierlichen Verfahren
durchgeführt wird, und ein zweites Ansetzen der Schleifscheibe mit den damit
verbundenen zwangsläufig auftretenden kantenartigen Übergängen im Bereich
der Freifläche 7 und der Querschneidenfläche 10 vermieden ist.
Der Bohrer 3 ist gemäß Fig. 8 vorzugsweise zweiteilig aufgebaut und weist hierzu
einen Bohrergrundkörper 36 auf, der an seinem stirnseitigen Ende eine Ausneh
mung 38 aufweist, in die die entsprechend ausgeformte Bohrerspitze 2 insbeson
dere austauschbar eingesetzt werden kann. Die Bohrerspitze 2 wird im Bohrer
grundkörper 36 beispielsweise durch eine Klemmkraft, die von zwei Schenkeln 40
ausgeübt wird, gehalten. Alternativ oder zusätzlich wird die Bohrerspitze 2 über
eine nicht dargestellte Arretierung im Grundkörper 36 fixiert. Die im Bohrergrund
körper 36 verlaufende Spannut 8 erstreckt sich in die Bohrerspitze 2 hinein. Diese
Ausgestaltung mit austauschbarer Bohrerspitze 2 ermöglicht die Betriebsmittel
kosten für das Bohrerwerkzeug gering zu halten, da das Bauteil, welches den
höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, als Austauschteil ausgebildet
ist.
2
Bohrerspitze
4
a,
4
b Hauptschneiden
6
Querschneide
7
Freifläche
8
Spannut
9
Spannutbereich
10
Fläche
14
Längsachse
16
Kante
18
Außenlinie
20
Schleifscheibe
22
Mittelachse
24
Hauptschleiffläche
26
Nebenschleiffläche
27
Bohrermitte
28
Träger
29
Umfangslinie
30
Hauptachse
32
Nebenachse
34
Querschnittsebene
36
Grundkörper
38
Ausnehmung
α Einschwenkwinkel
α' Winkel
β Drehwinkel
γ Drehendwinkel
δ Spanwinkel
ε Winkel
λ Winkel
D Bohrerdurchmesser
α Einschwenkwinkel
α' Winkel
β Drehwinkel
γ Drehendwinkel
δ Spanwinkel
ε Winkel
λ Winkel
D Bohrerdurchmesser
Claims (16)
1. Verfahren zum Schleifen einer Bohrerspitze (2), die zwei über eine Quer
schneide (6) verbundene Hauptschneiden (4a, 4b) aufweist, an die sich jeweils
eine Freifläche (7) anschließt, die in eine Spannut (8) übergeht,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schleifscheibe (20) und die Bohrerspitze (2) in einem kontinuierli
chen Schleifvorgang derart zueinander geführt werden, dass die Freifläche (7)
als eine von der Hauptschneide (4a, 4b) in Richtung zur Spannut (8) gekrümm
te Oberfläche mit einem Krümmungsradius (R) ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Krümmungsradius R zwischen dem 0,05- und dem 0,5-fachen des
Bohrerdurchmessers (D) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Hauptschleiffläche (24) der Schleifscheibe (20) und die Bohrerspit
ze (2) zur Ausbildung der gekrümmten Oberfläche relativ zueinander um einen
Einschwenkwinkel (α) verschwenkt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrerspitze (2) zunächst um ihre Längsachse (14) bis zu einem
Drehwinkel (β) gedreht wird, und anschließend das Einschwenken um den
Einschwenkwinkel (α) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Einschwenkens die Bohrerspitze (2) um ihre Längsach
se (14) bis zu einem Drehendwinkel (γ) weitergedreht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Nebenschleiffläche (26) der Schleifscheibe (20) und die Bohrerspit
ze (2) zur Ausspitzung der Bohrerspitze (2) im Bereich der Querschneide (6)
relativ zueinander um einen Spanwinkel (δ) verschwenkt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwenkbewegungen um den Einschwenkwinkel (α) und um den
Spanwinkel (δ) überlagert sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spanwinkel (δ) zwischen +5° und -5° liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einschwenkwinkel (α) zwischen 30° und 60° liegt, und insbesondere
etwa 50° beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehwinkel (β) zwischen 60% und 90%, und insbesondere etwa 80%
des Drehendwinkels (γ) beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Beginn des Schleifvorgangs die Schleifscheibe (20) über die Boh
rermitte (27) hinausragt, so dass eine übermittige Schleifposition vorliegt, und
dass anschließend Bohrerspitze (2) und Schleifscheibe (20) in eine untermitti
ge Schleifposition geführt werden, in der die Schleifscheibe vor der Bohrermit
te endet.
12. Bohrerspitze (2), die zwei über eine Querschneide miteinander verbundene
Hauptschneiden (4a, 4b) aufweist, an die sich jeweils eine Freifläche (7) an
schließt, die in eine Spannut (8) übergeht,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Freifläche (7) als eine von der Hauptschneide (4a, 4b) in Richtung zur
Spannut (8) kantenfrei gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius
(R) ausgebildet ist.
13. Bohrerspitze (2) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Krümmungsradius (R) zwischen dem 0,05- und dem 0,5-fachen
des Bohrerdurchmessers (D) liegt.
14. Bohrerspitze (2) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Freifläche (7) am Übergang zur Spannut (8) mit der Längsachse (14)
einen Einschwenkwinkel (α) bildet, der etwa zwischen 30° und 60° liegt, und
insbesondere etwa 50° beträgt.
15. Bohrerspitze (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der Querschneide (6) eine Ausspitzung vorgenommen ist, die
einen Spanwinkel (δ) aufweist, der zwischen +5° und -5° liegt.
16. Bohrerspitze (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie als austauschbarer Einsatz für einen Bohrergrundkörper (36) ausge
bildet ist.
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