DE3324440C2 - Voll-Bohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Voll-Bohrer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem Voll-Bohrer der aus der DE-AS 27 30 418 bekannten gattungsgemäßen Art wird zur Erzielung einer hohen Bohrungsqualität bei hoher Bohrleistung die Wendeschneidplatte so angeordnet, daß stets zwei im stumpfen Winkel zueinander geneigte Schneidkanten jeweils mit deren voller Länge mit dem zu bohrenden Material in Eingriff stehen, wobei jede Schneidkante mit einer Parallelen zur Bohrerachse jeweils etwa den gleichen Winkel einschließt. Damit wird erreicht, daß die beiden Schneidkanten etwa gleich großen, aber entgegengerichteten Radialkraftkomponenten der Schnittkraft unterliegen, so daß insgesamt keine Radialkraft vorliegt, die den Bohrer seitlich abdrängen würde. Bei diesem System entspricht der kleinstmögliche Bohrungsradius etwa der Länge von zwei Schneidkanten, so daß beispielsweise mit der derzeit kleinsten im Handel erhältlichen Wendeschneidplatte mit einer Schneidkantenlänge von knapp 4 mm ein minimaler Bohrungsdurchmesser von etwa 15 mm hergestellt werden kann. Entsprechend großvolumig kann der Schaft sein, so daß es beim Bekannten keine Stabilitätsprobleme aufwirft, den Spanraum ausreichend groß zu gestalten. Dessen erste Begrenzungswand ist lediglich im Einspannbereich der Wendeschneidplatte als in der Mittenebene des Schaftes liegende Sagittalebene ausgebildet. Axial anschließend windet sie sich in der Art einer weitgezogenen Schraubenwendel, was eine ständige Richtungsumlenkung des daran entlanggleitenden Spanes zur Folge hat. Bei einem solcherart konventionell ausgebildeten Bohrer definiert man die maximal zu beherrschende Bohrtiefe als das 1,5fache des Bohrdurchmessers, also von 22,5 mm bei einem Bohrdurchmesser von 15 mm.

Aus der EP 00 54 913 A2 ist ein insofern nicht gattungsgemäßer, wohl aber ähnlicher Voll-Bohrer bekannt, als danach mindestens zwei Wendeschneidplatten am Bohrerschaft angebracht werden. Damit soll gegenüber der vorerwähnten DE-AS 27 30 418 ein größerer Variationsbereich an Bohrdurchmessern abgedeckt werden. Zwei (oder mehr) Wendeschneidplatten, deren eine Schneidkanten demzufolge teil­ weise in der gleichen Bahn laufen und sich somit teilweise abschatten, bringen es mit sich, daß von den jeweils zwei benachbarten Schneidkanten jeder Wendeschneid­ platte immer nur eine über ihre volle Länge mit dem zu bohrenden Material in Eingriff kommt, während die andere Schneidkante nur über einen Teil ihrer Länge belastet wird. Entsprechend unsymmetrisch sind die Schnittkräfte. Damit nun auch hier die radialen Schnittkraftkomponenten einander ausgleichen, wird die jeweils teilbelastete Schneidkante stärker in Vorschubrichtung "gepfeilt" als die voll belastete Schneidkante. Nimmt man hier den Minimalfall von zwei Wendeschneidplatten (gleicher Größe wie die eine gemäß DE-AS 27 30 418), so ist auch hier der kleinst­ mögliche Bohrungsradius vorgegeben durch die Länge von zwei zur Gänze im Eingriff stehenden Schneidkanten plus zwei Teillängen, so daß ein minimaler Bohrungsdurch­ messer von etwa 16 mm hergestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, im wesentlichen unter Beibehaltung der hohen Bohrungsqualität und hohen Schnittleistung gattungsgemäßer Voll-Bohrer bei Ver­ wendung derselben handelsüblichen Wendeplatten einen kleineren Bohrungsdurch­ messer erzielen zu können.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Im System der Erfindung wird die zur Gänze mit dem abzutragenden Werkstoff in Eingriff stehende Schneidkante völlig aus dem Kräfteausgleich herausgehalten, indem sie rechtwinklig zur Vorschubrichtung ausgerichtet wird. Zum Kräfteausgleich wird vielmehr die Abrundung an der äußersten Schneidecke gezielt herangezogen, der dann nur ein Teilstück der abknickenden radial inneren Schneidkante entgegenzuwirken braucht. Infolgedessen entspricht der kleinstmögliche Bohrungsradius nur etwas mehr als der Länge der einen zur Gänze im Eingriff stehenden Schneidkante. Mit der eingangs beispielhaft erwähnten kleinsten Standard- Wendeschneidplatte läßt sich somit ein minimaler Bohrungsdurchmesser von 12 mm (evtl. 10 mm bei etwas verschlechterter Qualität) herstellen. Hierbei genügt jedoch der herkömmliche Bohrtiefenfaktor nicht, da dann nur eine Bohrtiefe unter 20 mm zu erzielen wäre, was bei etlichen Bohraufgaben nicht ausreicht. Die anspruchsgemäße Ausbildung des Spanraumes ergibt einen geraden Spanablauf mit dem nötigen Freiraum bei geringster Schwächung des Schaftes, so daß ein Bohrtiefenfaktor von 2 bis 3 erreicht wird. Damit sind trotz des kleineren Bohrdurchmessers die praxisrelevanten Bohrtiefen über 20 mm bei ausgezeichneter Bohrungsqualität beherrschbar.

Die zur Bohrerachse rechtwinkelige Lage einer Schneidkante ist von nicht gattungs­ gemäßen Werkzeugen her an sich bekannt, jedoch besteht kein Zusammenhang mit dem vorgenannten Problem.

So ist gemäß der US-PS 4 278 373 eine unsymmetrisch fünfeckige Schneidkante so angeordnet dargestellt, daß die wirksame Schneidkante rechtwinkelig zur Schaft­ achse steht. Dies dürfte nur daher kommen, daß die Schneidplatte einen gleich­ mäßigen Überstand bezüglich der planen Stirnfläche des Schaftes erhält - jedenfalls ist nichts über den Grund der Kantenausrichtung offenbart.

Gemäß der US-PS 3 963 366 werden dreieckige Schneidplatten in verschiedener Ausrichtung eingesetzt, was aber mit dem erfindungsgemäßen Problem nichts zu tun hat, weil es sich um ein Ausbohrwerkzeug handelt, bei dem nur der äußerste Schneidspitzenbereich im Schneideingriff steht. Ein Kräfteausgleich kommt dabei nicht in Frage.

Gemäß der US-PS 3 938 231 werden viereckige Schneidplatten bei einem Zapfen­ fräser eingesetzt, bei dem naturgemäß der radiale Kräfteausgleich kein Thema ist. Daß die eine im Eingriff stehende Schneidkante rechtwinkelig zur Zapfenachse dargestellt ist, ergibt sich daraus, daß man meist plane Flächen fräsen will (bei radialem Vorschub).

Gemäß der US-PS 3 027 786 schließlich wird eine dreieckige Schneidplatte so in den Bohrerschaft eingesetzt, daß ihre im Eingriff stehende Schneidkante recht­ winkelig zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist, im übrigen ist nicht gesagt, warum. So ist auch hier anzunehmen, daß dies aus Gründen einer einfacheren Darstellung so gezeichnet wurde, ebenso wie die Schaftstirnfläche als rechtwinkelig gerade Kante dargestellt ist.

Die Bemessungsangaben gemäß der Ansprüche 2 bis 6 haben sich für Bohrungsdurchmesser von 12 bis 14 mm bewährt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Voll-Bohrers gemäß der Erfindung in 2facher Vergrößerung,

Fig. 2 den vorderen Schaftteil der Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung 3 gemäß Fig. 2, vereinfacht in dem Sinn, daß nur die Einzelheiten im Bereich der Stirnseite dargestellt sind,

Fig. 4 den Schneidenbereich des Voll-Bohrers gemäß Fig. 1 am Beginn des Zerspanvorganges,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung bei etwas fortgeschrittenem Zerspanvorgang und

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung bei fortgeschrittenem Zerspanvorgang.

Der Voll-Bohrer gemäß Fig. 1 besteht aus einem Einspannschaft 11, dessen Ausbildung in bekannter Weise variieren kann und darauf eingerichtet ist, in einem Bohrfutter oder einer sonstigen Aufnahme einer Bearbeitungsmaschine festgehalten zu werden. Auf diesen folgt der eigentliche Schaft 12 mit einer an dessen Stirnseite angebrachten Wendeschneidplatte 13.

Im Ausführungsbeispiel befindet sich im Einspannschaft 11 eine Axialbohrung 14, in die eine Schrägbohrung 16 im Schafe 12 mundet. Über diesen Kanal wird Kühl­ flüssigkeit zur Schneidzone gebracht. Im Schaft 12 ist weiterhin ein Spanraum 17 ausgebildet, dessen Ausgestaltung nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben wird.

Gemäß Fig. 2 weist der Spanraum 17 als erste Begrenzungswand eine etwa 0,2 mm unterhalb einer Mittenebene des Schaftes 12 verlaufende erste Sagittalebene 18 auf, in der die Wendeschneidplatte 13 in etwa flächenbündig eingelassen ist. Die Wendeschneidplatte 13 ist mit einer Schraube 19, die in eine Gewindebohrung 21 des Schaftes 12 eingreift, umsetzbar befestigt. Die erste Sagittalebene 18 reicht in radialer Richtung über etwa 5/8 des Schaftdurchmessers und ist zur Stirnseite hin noch um etwa 1 bis 2 mm erweitert. In axialer Richtung schließt sich daran über eine Stufe eine zweite Sagittalebene 22 an, welche etwa 1,2 mm unterhalb der Mittenebene verläuft. Diese hat in etwa die Form eines Kreisabschnittes mit einem Radius von 15 bis 20 mm. Diese Ausbildung führt zu einer zwar nur gering­ fügigen, aber im Wirkungseffekt bedeutsamen Erweiterung des Spanraumes an einer kritischen Stelle. Der axiale Abstand von der Stelle 23 ihrer größten Erstreckung im Schaft 12 zur Stirnseite des Schaftes 12 entspricht etwa der Bohrtiefe und beträgt in diesem Beispiel das 2fache des Nennbohr- Durchmessers.

Der Spanraum 17 ist weiterhin durch eine zweite Begrenzungswand 24 begrenzt, die unter einem Winkel von etwa 115° zur ersten Begrenzungswand ausgerichtet ist und deren Kontur folgend von der Stirnseite des Schaftes ausgeht. Sie hat also etwa die Form eines langgestreckten J in der Ansicht gemäß Fig. 2.

Im Gegensatz zu herkömmlichen spiralig gewundenen Spanräumen ergibt sich somit einerseits eine biegesteife Form des Schaftes 12 und andererseits werden die Späne ohne Umwege abgeführt.

Die Wendeschneidplatte 13 hat in bekannter Weise einen Grundriß in der Form eines Sechsecks, bei dem an jeder zweiten Schneidecke 26 die benachbarten Schneidkanten 27 und 28 einen stumpfen Winkel von beispielsweise 158° einschließen. Die anderen Schneidecken 29 weisen eine über einen Sektor von etwa 98° reichende Abrundung mit einem kleinen Radius von etwa 0,6 mm auf. Die Schneidkanten 27 und 28 sind über eine Länge von etwa 4 mm gerade. Die Wendeschneidplatte 13 ist etwa 2,5 mm dick. Radial zur Plattenmitte hinter den Schneidkanten 27, 28 und Schneidecken 29, 26 ist eine Hohlkehle 31 ausgebildet, mit einer Breite von etwa 1 mm und einer Tiefe von etwa 0,3 mm.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Wendeplatte 13 formschlüssig, im Schaft 12 festgelegt. Ihre Lage ist dabei so gewählt, daß die zur jeweils radial äußersten Schneidecke 29 reichende und stirnseitig vorstehende Schneidkante 27 rechtwinklig bezüglich der Schaftlängsachse 32 ausgerichtet ist.

Die äußerste Kante der radial äußersten Schneidecke 29 weist zur Schaftlängsachse 32 einen Radialabstand von 6 bis 7 mm auf, je nach dem gewünschten Bohrungsdurch­ messer. Vorzugsweise erfolgt die Abstufung in Stufen von je 0,25 mm. Die Wendeschneid­ platte 13 besteht bekanntermaßen aus Hartmetall.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen die Wendeschneidplatte 13 bzw. das stirnseitige Ende des Schaftes 12 in dem der Fig. 2 entsprechenden Vergrößerungs­ maßstab in verschiedenen Zerspanungsphasen. In der Anfangsphase gemäß Fig. 4 befindet sich praktisch nur die Schneidkante 27 im Eingriff mit einem Werkstück 33. Da die Schneidkante 27 rechtwinklig zur Schaftlängsachse 32 ausgerichtet ist, ent­ stehen dabei keine seitwärts auslenkenden Kräfte in der Schneidenzone. Bei fort­ schreitender Zerspanung (Fig. 5) wird sowohl die Schneidecke 29 als auch ein kleiner Teil der Schneidkante 28 aktiv. Hier entstehen Querkräfte, die sich je­ doch weitgehend ausgleichen. Wenn schließlich die Anfangsphase beendet ist, arbeitet die Schneidkante 28 etwa mit der Hälfte ihrer Länge und die daraus resul­ tierende Querauslenkung wird durch die voll im Eingriff stehende Schneidecke 29 kompensiert. Aus der Darstellung nach Fig. 6 wurde man zunächst schließen, daß die nach links wirkende Querauslenkung zufolge des größeren Anteils der Schneidkante 28 die gegengerichtete Querauslenkung an der Schneidecke 29 übertrifft. Es wirkt sich jedoch im Rundungsbereich der Schneidecke 29 ein Keileffekt aus, der den Ausgleich bewirkt.

Bei der Zerspanungstechnik sorgt man heutzutage mit der Wahl einer optimalen Schneidengeometrie und eines geeigneten Werkstoffes bzw. einer Werkstofflegierung dafür, daß der Span möglichst rasch bricht, weil kurze, schuppenförmige Späne komplikationsfrei abgeführt und gehandhabt werden können. Dennoch ist das Abschälen der einzelnen Spanstücke von entscheiden­ der Bedeutung für die Bohrungsqualität. Wie die Fig. 6 veranschaulicht, wird der von der Schneidkante 27 abgeschalte Span in Vorschubrichtung abgehoben, parallel zur Werkzeugachse gelenkt und somit störungsfrei abgeführt.

Beim Einsatz des Voll-Bohrers in einer Bearbeitungsmaschine, bei welcher der Bohrer feststeht und das Werkstück rotiert, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Voll-Bohrer so anzuordnen, daß die erste Begrenzungswand 18 horizontal ausge­ richtet ist, wobei die zweite Begrenzungswand 24 nach oben davon absteht. Die Späne werden dabei besser abgeführt und die Gefahr vermindert, daß einzelne davon in den Spalt zwischen dem Schaft 12 und der Bohrungswand gelangen. Bei dieser Betriebs­ art kann die Schaftlängsachse 32 bis zu 0,5 mm exzentrisch gegenüber der Rotations­ achse (= Bohrungsachse) versetzt werden, womit ein größerer Bohrungsdurchmesser erzielt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Voll-Bohrer lassen sich Bohrungen herstellen, mit einem Formfehler von nur 5 µm und einer Rauhtiefe von 3-5 µm.

Die Herstellung des Spanraumes 17 bereitet keine Schwierigkeiten und kann beispielsweise mit einem entsprechend geformten Fräswerkzeug, einem sogenannten Igelfräser, hergestellt werden, der zugleich die erste und zweite Begrenzungswand bearbeitet.

Claims (6)

1. Voll-Bohrer,
mit einer Wendeschneidplatte, deren Grundriß dies Form eines Sechsecks hat, wobei an jeder zweiten Schneidecke die benachbarten Schneidkanten einen stumpfen Winkel einschließen und die anderen Schneidecken eine über einen Sektor von mehr als 90° reichende Abrundung mit einem kleinen Radius aufweisen,
mit einem Schaft, welcher einen von der Stirnseite ausgehenden Spanraum hat, der im Bereich der Bohrerspitze als erste Begrenzungswand eine im Bereich der Mittenebene des Schaftes verlaufende Sagittalebene aufweist, in der die Wendeschneidplatte etwa flächenbündig eingelassen ist und die etwa über 518 des Schaftdurchmessers reicht, und der eine zweite Begrenzungswand aufweist, die unter einem Winkel zur ersten Begrenzungswand ausgerichtet ist und deren Kontur folgend von der Stirnseite des Schaftes ausgeht,
welche Wendeschneidplatte derart an der Stirnseite des Schaftes angeordnet ist, daß eine der abgerundeten Schneidecken radial auswärts liegend den Bohrungsdurchmesser bestimmt und die davon ausgehende Schneidkante stirnseitig über den Schaft vorsteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von der den Bohrungsdurchmesser bestimmenden Schneidecke (29) ausgehende Schneidkante (27) rechtwinklig zur Schaftlängsachse (32) ausgerichtet ist,
daß die darauf nach dem stumpfen Winkel folgende Schneidkante (28) mit einem etwa der Hälfte ihrer Länge entsprechenden Teilbereich etwa zur Schaftlängsachse (32) reicht,
daß die erste Sagittalebene (18) etwa 0,2 mm unterhalb der Mittenebene des Schaftes (12) verläuft und in axialer Richtung über eine Stufe in eine zweite parallele Sagittalebene (22) übergeht, welche etwa 1,2 mm unterhalb der Mittenebene verläuft und etwa die Form eines Kreisabschnitts hat
und daß die zweite Begrenzungswand (24) unter einem Winkel von etwa 115° zur ersten Begrenzungswand (18, 22) ausgerichtet ist.

2. Voll-Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Kante der radial äußersten Schneidecke (29) einen Radialabstand zur Schaftlängsachse (32) von 6 bis 7 mm aufweist.

3. Voll-Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Radius der Schneidecken (29) der Wendeschneidplatte (13) etwa 0,6 mm mißt.

4. Voll-Bohrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (27, 28) über eine Länge von etwa 4 mm gerade sind.

5. Voll-Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (23) der größten radialen Erstreckung der zweiten Sagittalebene (22) in axialer Richtung von der Stirnseite in einem Abstand vorgesehen ist, der etwa dem 2- bis 3fachen des Nennbohrdurchmessers entspricht.

6. Voll-Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Kreisabschnittes etwa 15 bis 20 mm mißt.