DE3627798C2 - Verfahren und Kombinationswerkzeug zum Herstellen von Gewindebohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Kombinations­ werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Die DE-OS 32 46 663 offenbart ein Kombinationswerkzeug mit Bohrer (Kernlochbohrer), Gewindebohrer und Senkwerkzeug. Es werden damit bei der Herstellung einer Durchgangs-Gewindebohrung nacheinander folgende spanabhebende Arbeitsgänge ausgeführt:

• 1. Kernlochbohren,
• 2. Gewindeschneiden mit einem Schneidwerkzeug, bei dem der Durchmesser der Zahnspitzen deutlich größer ist als der Durchmesser des Kernlochbohrers und
• 3. Senken oder Anfasen.

Bei all diesen Vorgängen wird der Bohrer lediglich in Richtung seiner eigenen Längsachse bewegt und auch nur um diese eine Längsachse gedreht.

Das betreffende Werkzeug hat eine enorme Gesamtlänge, und zwischen dem Kernlochbohrer und dem Gewindeschneidwerkzeug einerseits und zwischen dem Gewindeschneidwerkzeug und dem Senkwerkzeug andererseits sind erhebliche Abstände eingehalten worden, die auch eingehalten werden müssen. Würde beispielsweise das bekannte Werkzeug für die Herstellung von Sackloch-Gewindebohrungen verwendet werden, dann müßte diese Sacklochbohrung entsprechend tief ausgeführt werden, was im Hinblick auf die Wandstärken einiger Werkstücke sicherlich nicht möglich ist. In jedem Falle tritt beim Eindringen des ersten Ganges des Gewindeschneidwerkzeugs eine verstärkte Behinderung der Späneabfuhr auf. Dies ist auch der Fall, solange der entsprechend lang zu wählende Kernlochbohrer das Werkstück noch nicht durchdrungen hat. Solange die Späneabfuhr für die Herstellung des Kernlochs dauert, darf der erste Gewindegang des Gewindeschneid­ werkzeugs noch nicht in diese Bohrung eintreten. Daher die erheblichen Längen bzw. Abstände. Ähnliche Überlegungen gelten auch für die Wahl des Abstandes zwischen dem Gewindeschneidwerkzeug und dem Senkwerkzeug.

Infolge der Tatsache, daß der Spitzendurchmesser der Zähne des Gewinde­ schneidwerkzeugs deutlich größer ist als der Durchmesser des Kernloch­ bohrers, ergibt sich hierbei eine Arbeitsweise, bei dem der Gewindebohrer nach der Herstellung des Kernloches kontinuierlich, d. h. Gang um Gang in die sich dabei nach und nach ausbildende Gewindebohrung eingeführt werden muß. Infolge der Geometrie des Werkzeuges läßt sich dieses nun nicht einfach aus der fertigen Gewindebohrung zurückziehen, sondern es muß die Drehrichtung umgekehrt werden, so daß der Gewindebohrer wieder allmählich aus der Gewindebohrung "herausgeschraubt" wird.

Das bekannte Werkzeug ist also relativ sehr lang ausgebildet, so daß seine Einwirkdauer auf das Werkstück bei gegebenem Vorschub entsprechend lang ausfällt, und das Werkzeug muß auch mit der gleichen Rückzugsge­ schwindigkeit wieder aus dem Werkstück herausgeführt werden, so daß sich erhebliche Bearbeitungszeiten ergeben. Hinzu kommt aufgrund des hohen Schlankheitsgrades des bekannten Werkzeuges seine Empfindlichkeit gegenüber Querkräften, die allerdings beim Stand der Technik keine ent­ scheidende Rolle spielen, sehr wohl aber beim Erfindungsgegenstand, worauf nachfolgend noch eingegangen werden wird.

Die US-PS 2 286 477 offenbart ein Gewindefräs-Anfas-Werkzeug ohne jeglichen Bohrer und ist infolgedessen auch nur für die Bearbeitung von hohlen bzw. vorgebohrten Gegenständen geeignet, nämlich von Granatkörpern. Sobald bei diesem Werkzeug ein Loch vorgebohrt werden müßte, müßte hierfür ein besonderes Bohrwerkzeug (Kernlochbohrer) vorgesehen werden, des­ gleichen ein Werkzeugwechsler, und die gesamte Bearbeitungsdauer würde allein durch den Werkzeugwechsel erheblich in die Länge gezogen werden. Die US-PS 2 286 477 offenbart das Gewindefräsen durch eine Planetenbe­ wegung, d. h. das Gewindeschneidwerkzeug wird nach seinem Einführen in die bereits vorhandene Öffnung hinsichtlich seiner Umdrehungsachse in radialer Richtung verschoben, worauf diese Umdrehungsachse unter Fort­ setzung der Eigendrehung des Werkzeugs um seine eigene Achse auf einer zylindrischen Bahn bewegt wird, so daß hierdurch ein Gewinde entsteht, dessen Innendurchmesser deutlich größer ist als der Außendurchmesser des Gewindefräsers, so daß dieser nach seiner Rückführung in die konzentrische Lage in axialer Richtung aus der fertig bearbeiteten Gewindebohrung heraus­ gezogen werden kann.

Der erforderliche Zeitaufwand ist verhältnismäßig hoch, weil beim Gewinde­ schneiden jeder einzelne Gewindegang durch wendelförmiges Einschneiden hergestellt wird. Es ist zwar bekannt, Kombinationswerkzeuge einzusetzen, die aus einem Bohrer und einem dahinter angeordneten Gewindeschneid­ werkzeug bestehen, so daß ein Werkzeugwechsel entfällt. Der gesamte Zeit­ aufwand verringert sich dadurch aber nicht wesentlich, weil der verhältnis­ mäßig hohe Zeitaufwand für das Gewindeschneiden unverändert bleibt, weil das Gewindeschneiden in Abhängigkeit von der Gewindesteigung nur mit relativ niedriger Vorschubgeschwindigkeit im Vor- und Rückwärtslauf statt­ finden kann. Außerdem sind diese Kombinationswerkzeuge nur bei durch­ gehenden Gewindebohrungen einsetzbar.

Der Zeitaufwand erhöht sich noch beträchtlich, wenn für die Bearbeitung des Gewindeeinlaufs ein zusätzliches Senkwerkzeug benutzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das es ermöglicht, Gewindebohrungen mit wesentlich geringerem Zeitaufwand herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Da die Herstellung der Gewindebohrung und der Gewindeeinlaufform in einem einzigen Arbeitsablauf erfolgt und da das Gewinde gefräst wird, wird ein erheblicher Zeitgewinn gegenüber dem bekannten Verfahren erreicht. Der Zeitbedarf verringert sich auf einen Bruchteil der bei dem beschriebenen her­ kömmlichen Verfahren benötigten Zeit. Die Zeitersparnis ist um so größer, je größer die Anzahl der herzustellenden Gewindegänge ist, weil bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren unabhängig von der Anzahl der Gewindegänge der Fräsvorgang nur entlang eines einzelnen Gewindeganges ausgeführt werden muß, wobei alle Gewindegänge gleichzeitig gefräst werden. Die Gewindeein­ laufform, auch als Fase oder Ansenkung bezeichnet, kann eine beliebige Gestalt aufweisen.

Für die gesamte Gewindeherstellung wird nur ein einziges Kombinations­ werkzeug benötigt, so daß Werkzeugwechselzeiten entfallen. Für den erfor­ derlichen Bewegungsablauf können NC-Softwaremodule verwendet werden, die in den meisten Fällen bei NC-Bohr- oder Fräsmaschinen bzw. Bearbei­ tungszentren ohnehin vorhanden sind und für das Zirkularfräsen bzw. das Bohren bzw. Zylinderfräsen vorgesehen sind. Spezielle Werkzeughalter für das Gewindebohren sind nicht erforderlich.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Kombinationswerkzeug nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 3.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist ein solches Kombinationswerkzeug ge­ kennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 3.

Das Senkwerkzeug für die Gewindelaufform kann entweder einstückig mit dem Schaftteil ausgeführt oder auf den Schaftteil aufgesetzt sein. Durch eine auswechselbare Gestaltung des Senkwerkzeugs sind unterschiedliche Ge­ windeeinlaufformen mit geringem Werkzeugaufwand herstellbar. Das erfin­ dungsgemäße Kombinationswerkzeug kann wie ein herkömmliches Bohr- und Fräswerkzeug nachgeschliffen werden, wobei es sogar möglich ist, ein abgenutztes Kombinationswerkzeug zur weiteren Verwendung für Gewinde­ bohrungen geringeren Durchmessers nachzuschleifen.

Eine besonders starke Verringerung des Zeitaufwandes läßt sich dadurch er­ reichen, daß das Fräsen der Gewindegänge als Hochgeschwindigkeitsfräsen durchgeführt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegen­ stand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kombinationswerkzeug zur Herstellung von angefasten Gewindebohrungen,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Kombinationswerkzeugs nach Fig. 1 und

Fig. 3 in mehreren Stellungen den Arbeitsablauf bei der Herstellung einer Gewindebohrung mit Gewindeeinlaufform.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kombinationswerkzeug 1 weist an seinem vorderen eine einen Bohrkopf 2 auf, der an seinem Umfang bei­ spielsweise zwei Fräserschneiden 3 aufweist. Der Bohrkopfdurchmesser, d. h. der von den Fräserschneiden 3 erzeugte Durchmesser, entspricht dem Ge­ windekerndurchmesser des herzustellenden Gewindes.

An den Bohrkopf 2 schließt sich ein Schaftteil 4 an, das an beispielsweise zwei gegenüberliegenden Mantellinien Schneiden 5 aufweist, die dem zu er­ zeugenden Gewindeprofil entsprechen. Der Spitzendurchmesser der Schneiden 5 ist höchstens gleich dem Bohrkopfdurchmesser; der Spitzen­ durchmesser des Schaftteils 3 ist höchstens um ein Viertel des Gewinde­ nenndurchmessers geringer als der Bohrkopfdurchmesser. Der Drallwinkel der Schneiden 5 wird je nach Bearbeitungswerkstoff zwischen 0 Grad und 30 Grad gewählt. Die Spanwinkel liegen je nach Bearbeitungswerkstoff zwischen -10 Grad und 30 Grad.

An den Schaftteil 4 schließt sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ein Senkwerkzeug 6 für die Gewindeeinlaufform an, das bei­ spielsweise zwei schräge Schneiden aufweist, die eine Fase am Gewindeein­ lauf ausbilden. Ein anschließender Aufnahmeschaft 7 dient zur Aufnahme des Kombinationswerkzeugs 1 in der Werkzeugspindel der Bearbeitungs­ maschine.

Der Bearbeitungsvorgang wird in seinen einzelnen Bearbeitungsschritten in Fig. 3a) bis g) erläutert.

Aus der in Fig. 3a) dargestellten Ausgangsstellung wird das Kombinations­ werkzeug 1 gegen das Werkstück 8 vorgefahren. Bei dieser Vorschubbe­ wegung (Fig. 3b)) wird die Gewindekernbohrung 9 gebohrt oder aufgebohrt.

Dabei wird in diesem Verfahrensschritt auch die Gewindeeinlaufform herge­ stellt.

Anschließend wird das Kombinationswerkzeug 1 um mindestens eine Ge­ windesteigung zurückgezogen (Fig. 3c)). Aus dieser Stellung wird das Kombinationswerkzeug 1 seitlich bis in eine zur Bohrungsachse exzentrische Stellung verfahren (Fig. 3d)). Diese Stellung kann radial oder auf einer Spirale angefahren werden, um eine Markierung auf der erzeugten Oberfläche auszuschließen.

Aus dieser Stellung führt das Kombinationswerkzeug 1 entlang einer kon­ zentrisch zur Bohrungsachse verlaufenden Wendellinie, die in ihrer Steigung der Gewindesteigung entspricht, eine Fräsvorschubbewegung von mindestens 360 Grad aus, wobei alle Gewindegänge 10 gefräst werden (Fig. 3e)). Dieser Verfahrensschritt kann als Wendelfräsen bezeichnet werden, da das Werkzeug beim Fräsvorgang eine Vorschubbewegung auf einer Wendellinie oder Schraubenlinie ausführt; hierbei wird einer Zirkularbe­ wegung von mindestens 360 Grad eine axiale Vorschubbewegung von mindestens einer Gewindesteigung überlagert.

Anschließend kehrt das Kombinationswerkzeug 1 in die zentrische Stellung zurück (Fig. 3f)) und wird in seine Ausgangsstellung zurückgezogen (Fig. 3g)).

Während des Fräsens der Gewindegänge 10 haben die Schneiden 3 des Bohrkopfes 2 einen Freistich 11 am Gewindeauslauf gefräst. Der gesamte Bearbeitungsvorgang, zumindest aber das Fräsen der Gewindegänge 10, kann auch als Hochgeschwindigkeitsfräsen erfolgen. Für die Herstellung einer 30 mm tiefen Gewindesackbohrung M 10 werden beim Hochge­ schwindigkeitsfräsen 6 Sekunden, bei normaler Fräsgeschwindigkeit etwa 11 Sekunden benötigt, während beim herkömmlichen Herstellungsverfahren mit Werkzeugwechsel etwa 27 Sekunden benötigt werden.

Mehrere Kombinationswerkzeuge 1 können in einen Mehrspindelbohrkopf eingesetzt werden, so daß mehrere Gewindebohrungen nach dem be­ schriebenen Verfahren gleichzeitig hergestellt werden können. Dies ist be­ sonders zweckmäßig für die Bearbeitung von z. B. Motorzylinderköpfen.

Als Werkzeugmaschine kann jede NC-gesteuerte Fräs-Bohrmaschine bzw. ein Bearbeitungszentrum mit mindestens 3-Achsen-Steuerung verwendet werden, die ein wendel- bzw. schraubenförmiges Eintauchen ermöglicht. Hierfür wird eine Zirkularbewegung mit einer achsparallelen Vorschubbe­ wegung überlagert.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen mittels eines Kombinationswerkzeugs (1), das an seiner Spitze einen Kernlochbohrer (2) und daran anschließend einen Schaftteil (4) aufweist, der an seinem Umfang dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechende Schneiden (5) mit mehreren Zähnen trägt, und das daran anschließend ein Senkwerkzeug (6) für die Herstellung einer Gewindeein­ laufform aufweist, wobei mittels des Senkwerkzeugs (6) am Ende des Bohrvorgangs für das Kernloch durch eine Fort­ setzung der Vorschubbewegung die Gewindeeinlaufform her­ gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendi­ gung der Vorschubbewegung für den Kernloch-Bohrvorgang und für die Gewindeeinlaufform das Werkzeug (1) in eine zur Bohrungsachse exzentrische Stellung verfahren und entlang einer konzentrisch zur Bohrungsachse verlaufen­ den, der Gewindesteigung entsprechenden Wendellinie um mindestens 360° bewegt wird, um alle Gewindegänge gleich­ zeitig durch Fräsen zu erzeugen, und daß das Werkzeug (1) im Anschluß daran in eine zentrische Stellung zurück­ geführt und aus der Gewindebohrung zurückgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräsen der Gewindegänge als Hochgeschwindigkeits­ fräsen durchgeführt wird.

3. Kombinationswerkzeug (1) zum Durchführen des Verfahren nach Anspruch 1, das an seiner Spitze einen Kernloch­ bohrer (2) und daran anschließend einen Schaftteil (4) aufweist, der an seinem Umfang dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechende Schneiden (5) mit mehreren Zähnen trägt, und das daran anschließend ein Senkwerkzeug (6) für die Herstellung einer Gewindeeinlaufform (Fase) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendurch­ messer der zum Fräsen ausgebildeten Schneiden (5) höch­ stens gleich dem Durchmesser des Kernlochbohrers (2) ist und daß sich das Senkwerkzeug (6) unmittelbar an den Schaftteil (4) anschließt.

4. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kernlochbohrer (2) an seinem Umfang Fräserschneiden (3) aufweist.

5. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Senkwerkzeug (6) auf einem sich an den Schaftteil (4) anschließenden Aufnahmeschaft aufgesetzt ist.

6. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Fräserzähne des Schaftteils (4) mit einer Steigung von 0° bis 2° am Umfang verlaufen.

7. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spitzendurchmesser des Schaftteils (4) um höchstens ein Viertel des Gewindenenndurchmessers geringer als der Durchmesser des Kernlochbohrers ist.