DE3880394T2

DE3880394T2 - Kombiniertes werkzeug zum bohren eines lochs und beim gewindeschneiden.

Info

Publication number: DE3880394T2
Application number: DE8888901494T
Authority: DE
Inventors: Manuel C Turchan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2008-01-28
Also published as: ATE88392T1; EP0302915A4; AU602194B2; NO884272L; NO884272D0; DK172827B1; KR970010911B1; NO175356B; EP0302915A1; EP0302915B1; BR8804966A; DE8817189U1; NO175356C; DK533088D0; DK533088A; JPH01502012A; DE3880394D1; KR890700432A; WO1988005361A1; JP2660349B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung einer Gewindebohrung in Metall oder anderen Materialien.
Bei der Bearbeitung von Metallen und anderen Materialien gibt es viele Anwendungen bei denen es wünschenswert ist, mit einem einzigen Werkzeug ein Bohrloch herzustellen und dieses mit einem Gewindeschnitt zu versehen. Das einzelne Werkzeug zur Herstellung einer Bohrung und zum Gewindeschnitt wird nicht nur für Durchgangsbohrungen, sondern auch für Sacklöcher in einem Werkstück benötigt. Der Vorteil eines derartigen Werkzeuges besteht darin, daß es die Anzahl der Bewegungen oder Arbeitsschritte, die zur Herstellung einer Gewindebohrung notwendig sind, vermindert; dies ist insbesondere in Verbindung mit Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsarbeitsschritten vorteilhaft.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, ein einzelnes Werkzeug zum Bohren eines Loches und zum Formen von Innengewinden durch Gesenkschmieden oder Prägen des Metalls zu verwenden. Ein derartiges Werkzeug ist in dem Barth Patent US-A- 2,703,419, erteilt am 8. 3.1955, offenbart, das einen Gesenkfräser beschreibt, der einen Bohrer oder eine endständige Fräse zum Schneiden des Loches, welches mit einem Gewindeschnitt zu versehen ist, am Ende desselben aufweist. Dieses Werkzeug wird rotiert, und das Loch wird gebohrt und beim Einführen des Werkzeugs mit einem Gewindeschnitt versehen, und das Werkzeug wird aus dem geschnittenem Loch herausgeschraubt. Ein ähnliches Werkzeug ist im Grenell Patent US-A- 4,271,554, erteilt am 9. 6. 1981, offenbart. Bei derartigen Werkzeugen muß der maximale Durchmesser der Gesenkfräse größer sein als der maximale Durchmesser des Bohrers oder der endständigen Fräse. Darüberhinaus ist, wie im Grenell Patent beschrieben, der Kerndurchmesser des Innengewindes kleiner als der Durchmesser des gebohrten Loches und der Gewinals der Durchmesser des gebohrten Loches und der Gewindeaußendurchmesser der Gewinde ist größer als der Durchmesser des gebohrten Loches.
Die jüngsten Dokumente, die sich auf den Stand der Technik auf diesem Gebiet beziehen, sind die Dokumente WO-A-8705546 und EP-A-237 035. Diese Dokumente fallen unter Artikel 54 (3) EPÜ.
EP-A-237 035 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindebohrung unter Verwendung eines geeigneten Werkzeuges, indem ein Bohrloch in ein Werkstück gebohrt wird und das Loch durch eine Orbitalbewegung der Werkzeugachse während des Zurückziehens mit einem Gewindeschnitt versehen wird.
WO-A-8705546 beschreibt ein Kombinationswerkzeug zum Bohren eines Loches in einem Werkstück und zum Versehen des Loches mit einem Gewindeschnitt während des Zurückziehens des Werkzeuges. Hierbei umfaßt das Werkzeug einen langgestreckten Körper mit einer Bohrspitze am vorderen Ende, einen Schaft am rückwärtigen Ende und eine Gewindefräse zwischen der Bohrspitze und dem Schaft.
Die allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kombiniertes Werkzeug zur Lochherstellung und zum Gewindeschneiden zur Verfügung zu stellen, das sowohl für Durchgangsbohrungen als auch für Sacklöcher verwendet werden kann und welches sich für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eignet.
Erfindungsgemäß wird ein Werkzeug zur Verfügung gestellt, wie es in den Ansprüchen 1 oder 2 oder 3 beschrieben ist.
Entsprechend einer ersten Gestaltung der Erfindung umfaßt das Werkzeug eine hohle Bohrspitze, die eine Vertiefung zwischen ihren Schnittkanten bildet und auf der Rotationsachse des Werkzeuges zentriert ist.
Nach einer zweiten Gestaltung der Erfindung umfaßt das Werkzeug Mittel zur Lochherstellung mit einer endständigen Fräse.
Nach einer dritten Gestaltung umfaßt das Werkzeug mit einem Schaft an einem ersten Ende, Mittel zur Lochherstellung an einem zweiten Ende und Mittel zur Gewindeherstellung zwischen dem ersten und zweiten Ende, einen ausgekehlten Senker, der zwischen den Mitteln zur Gewindeherstellung und dem Schaft angeordnet ist, und wenigstens eine Passage zur Spanabfuhr, die sich von den Mitteln zur Lochherstellung durch die Mittel zur Gewindeherstellung erstreckt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Werkzeug einen Flüssigkeitshauptdurchgang, der sich durch den Schaft und die Mittel zur Gewindeherstellung bis zu einem Punkt benachbart zu den Mitteln zur Lochherstellung erstreckt sowie eine Nebenpassage, die sich von der Hauptpassage an die Oberfläche jeder Passage zur Spanabfuhr in der Nachbarschaft der Mittel zur Lochherstellung erstreckt.
Ein völliges Verständnis dieser Erfindung kann durch folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erzielt werden. Hierin zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Werkzeuges;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das vordere Ende des Werkzeuges;
Fig. 3 eine Darstellung des Werkzeuges während des Bohrens eines Loches in einem Werkstück;
Fig. 4 eine Darstellung des Werkzeuges während des Fräsens von Gewinden in einem Werkstück;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Werkzeuges nach Fig. 1, wobei dieses zwei Auskehlungen statt vier aufweist;
Fig. 6 eine Draufsicht auf das Werkzeug nach Fig. 5;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines kombinierten Lochschneide-, Gewindeschneide- und Senkwerkzeuges;
Fig. 8 eine Draufsicht auf die Bohrspitze des Werkzeuges nach Fig. 7;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines kombinierten Loch- und Gewindeschneidewerkzeuges mit einer endständigen Fräse zum Schneiden des Loches;
Fig. 10 eine Draufsicht auf eine endständige Fräse auf einem Orbitalweg;
Fig. 11 eine Seitenansicht - eines Werkzeuges mit einer hohlen Bohrspitze und einer Gewindefräse; und
Fig. 12 eine Draufsicht auf die hohle Bohrspitze nach Fig. 11.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sind veranschaulichte Ausführungsbeispiele der Erfindung bei einem Kombinationswerkzeug zur Loch- und Gewindeherstellung dargestellt. Es wird im Verlauf der Beschreibung klar, daß das erfinderische Werkzeug in verschiedenen Formen zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ausgestaltet werden kann.
Ein Kombinationswerkzeug 10 ist in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Es umfaßt im allgemeinen einen langgestrecken geradlinigen Körper umfassend einen Schaft 12 an einem ersten Ende, der mit einem geeigneten Anschlußstück herkömmlicher Bauart zur Aufnahme durch einen Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine versehen ist. Das Werkzeug 10 umfaßt desweiteren Mittel zur Lochherstellung in Form einer Bohrspitze 14 am vorderen Ende und Mittel zur Gewindeherstellung in Form einer Gewindefräse, die zwischen der Bohrspitze 14 und dem Schaft 12 angeordnet sind. Das Werkzeug 10 besteht aus einem Material, das im Hinblick auf das ausgewählte Werkstück ausgewählt wurde und in geeigneter Weise als normiert er Körper gebildet ist.
Die Bohrspitze 12 am vorderen Ende des Werkzeuges ist ähnlicher Bauart und weist ein Paar Schneidkanten 22, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, auf. Die Bohrspitze 14 hat einen Maximaldurchmesser D und ist zur rechtsgängigen Drehung im Uhrzeigersinn um die Werkzeugachse zum Bohren des Loches in herkömmlicher Art und Weise ausgelegt.
Die Gewindefräse 16 ist mit einer Mehrzahl von Gewindeschnittklingen 24 in herkömmlicher Weise versehen. Das Werkzeug weist eine oder mehrere Auskehlungen 26 auf, die sich von der Bohrspitze durch die Gewindefräse zum Zwecke der Spanabfuhr erstrecken. Darüberhinaus ist das Werkzeug mit einer Kühlungspassage 28 mit Nebenpassagen 28a zur Zufuhr druckbeaufschlagter Flüssigkeit an die Bohrspitze und zur Unterstützung bei der Spanabfuhr versehen.
Bei der Gewindefräse 16 ist jede der Klingen 24 ringförmig ausgestaltet und die Anzahl der Klingen ist vorzugsweise gleich oder größer als die Anzahl der zu schneidenden Gewindegänge. Jede Klinge 24 umfaßt eine Anzahl von Klingenabschnitten 24a, 24b, 24c und 24d, die im Umfang ausgerichtet und durch die eingreifenden Auskehlungen voneinander getrennt sind. Jedes Klingensegment hat eine Schnittkante, die am Führungsende desselben in Übereinstimmung mit der Richtung der Schnittrotation angeordnet ist. Die Gewindefräse 16 ist zur rechtsgängigen Rotation im Uhrzeigersinn zum Schneiden von Gewindegängen ausgelegt. Die Klingensegmente der Gewindefräse haben einen maximalen Spitzendurchmesser, der gleich dem Maximaldurchmesser der Bohrspitze 14 ist.
Das Werkzeug 10 kann in jeglicher CNC (computerisiert numerisch kontrollierten) Bearbeitungsanlage verwendet werden. Darüberhinaus kann es als Werkzeug in einer speziellen Maschine, die für den Gebrauch des erfindungsgemäßen Werkzeuges ausgelegt ist, verwendet werden. Die Arbeitsschritte zur Loch- und Gewindeherstellung sind wie folgt. Zur Lochherstellung wird das Werkzeug, wie in Fig. 3 gezeigt, mit der gewünschten Geschwindigkeit um seine Längsachse rotiert und die Bohrspitze 14 in das Werkstück mit der gewünschten Vorschubrate eingeführt. Wenn die gewünschte Lochtiefe erreicht ist, wird der Vorschub gestoppt, die Werkzeugrotation jedoch fortgesetzt. Die Achse 32 des gebohrten Loches 34 ist in Fig. 4 gezeigt. Das Werkzeug wird genügend weit zurückgezogen, um einen gewünschten Zwischenraum für die Bohrspitze zur Verfügung zu stellen. Dann beginnt bei fortgesetzter Rotation in derselben Richtung die Gewindefräsphase des Durchganges, indem dem Werkzeug in zurückziehender Richtung eine schraubenförmige Bewegung verliehen wird. Die Längsachse des Werkzeuges beschreibt einen Orbitalweg 36 um die Achse 32 des Bohrloches, wie in Fig. 4 gezeigt. Während das Werkzeug 10 um seine eigene Längsachse rotiert und entlang des Orbitalweges 36 bewegt wird, wird es axial zurückgezogen, um die schraubenförmige Bewegung zum Schnitt der gewünschten Gewinde hervorzurufen. Das Werkzeug führt einen Orbitalumlauf während des axialen Zurückziehens korrespondierend zur Gewindesteigung durch. Vorzugsweise wird dem Werkzeug mehr als ein Orbitalumgang verliehen, beispielsweise ungefähr eineinhalb Umgänge, um einen sauberen Gewindeschnitt zu gewährleisten. Nachdem die Orbitalbewegung vollständig ist, wird das Werkzeug bewegt, so daß die Werkzeugachse mit der Bohrlochachse übereinstimmt und es wird sodann zurückgezogen. Selbiges Werkzeug kann dazu verwendet werden, linksgängige Gewinde zu schneiden, indem auf dieses eine Orbitalbewegung gegen den Uhrzeigersinn einwirkt.
Ein anderes Kombinationswerkzeug ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Das Werkzeug 40 ist ähnlich zu dem Werkzeug 10 der Figuren 1 bis 4, mit der Ausnahme, daß dieses mit zwei Auskehlungen statt mit vier versehen ist. Das Werkzeug 40 weist eine Bohrspitze 42 ähnlich zu der des Werkzeuges 10 auf und ist mit einer Gewindefräse 40 ähnlich zu der des Werkzeuges 10 versehen. Darüberhinaus ist das Werkzeug mit einer Hauptkühlpassage 46 und mit Nebenpassagen 46a zur Versorgung der Bohrspitze mit druckbeaufschlagter Flüssigkeit zur Kühlung und zur Unterstützung der Spanabfuhr versehen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an einem Werkzeug 50 in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Das Werkzeug 50 umfaßt eine Bohrspitze 52, eine Gewindefräse 54 und einen Senker oder Schneider 56. Die Bohrspitze 52 und die Gewindefräse 54 sind jeweils die gleichen, wie die bei dem Werkzeug 40. Der Senker 56 ist herkömmlicher Bauart und dazu ausgelegt eine Senköffnung in dem Werkstück vorzusehen, die sich zu dem ersten Gewinde hin erstreckt. Zum Bohren und Senken wird das Werkzeug mit gewünschter Geschwindigkeit um seine Längsachse rotiert und in das Werkstück mit gewünschter Vorschubrate vorgetrieben. Wenn die gewünschte Tiefe für die Senkung erreicht ist, wird der Vorschub gestoppt, die Werkzeugrotation jedoch fortgesetzt. Das Werkzeug wird genügend weit zurückgezogen, um den gewünschten Abstand für die Bohrspitze zur Verfügung zu stellen. Sodann wird bei fortgesetzter Rotation die Gewindefräsphase des Durchlaufes durchgeführt, wie oben unter Bezugnahme auf das Werkzeug 10 beschrieben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 9 und 10 bei einem Werkzeug 60 gezeigt. Das Werkzeug 60 umfaßt Mittel zur Lochherstellung in Form einer endständigen Fräse 62 am vorderen Ende. Es umfaßt darüberhinaus ein Gewindeschneidfräse 64, die von derselben Art ist wie die Gewindeschneidfräse 54 des Werkzeuges 50. Bei Verwendung des Werkzeuges 60 wird die endständige Fräse 62 zum Schnitt des Loches beim Vorschub verwendet und sie wird zum Gewindeschnitt beim Zurückziehen verwendet. Zur Herstellung des Loches wird das Werkzeug mit der gewünschten Geschwindigkeit um seine Längsachse rotiert und das Werkzeug wird in eine Orbitalbewegung um den Mittelpunkt des Loches 66 bewegt, so daß es in das Werkstück einschneidet. Wenn die gewünschte Lochtiefe erreicht ist, wird der Vorschub gestoppt, die Rotation des Werkzeuges jedoch fortgesetzt. Das Werkzeug wird genügend weit zurückgezogen um den gewünschten Abstand für die endständige Fräse zur Verfügung zu stellen. Dann beginnt bei fortgesetzter Rotation in derselben Richtung die Gewindefräsphase des Durchganges, indem eine schraubenförmige Bewegung auf das Werkzeug in zurückziehender Richtung einwirkt. Die Längsachse des Werkzeuges beschreibt einen Orbitalweg um die Bohrlochachse in dem Werkstück. Daher wird das Loch in derselben Art und Weise, wie unter Bezugnahme auf das Werkzeug 10 beschrieben, mit einem Gewindeschnitt versehen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 11 und 12 beim Werkzeug 70 gezeigt. Dieses Werkzeug erfordert weniger Vorschubkraft während des Bohrarbeitsganges. Zu diesem Zweck ist das Werkzeug 70 entsprechend dem Werkzeug 40 ausgestattet, mit der Ausnahme, daß es mit einer hohlen Bohrspitze 72 versehen ist. Die Bohrspitze 72 weist ein Paar Schnittkanten 74 auf, wobei die Vorderflanken benachbart den entsprechenden Auskehlungen sind. Die Schnittkanten sind radial voneinander durch eine sich axial erstreckende Vertiefung 76 beabstandet, die auf der Rotationsachse des Werkzeuges zentrisch angeordnet ist. Die Vertiefung 76 kann jede geeignete axiale Tiefe aufweisen und sich über die Bohrspitze in geeigneter Weise in Abhängigkeit des Materials des Werkstückes der Bohrgröße und anderen Faktoren, wie gewünscht, erstrecken. Das Werkzeug 70 weist eine Gewindeschneidfräse 78 auf, die derjenigen des Werkzeuges 40 entspricht. Beim Betrieb des Werkzeuges 70 ist der Arbeitsabschnitt zur Herstellung des Loches derselbe, wie unter Bezugnahme auf das Werkzeug 10 beschrieben. Jedoch erlaubt es die Vertiefung 76, daß eine Spitze oder Nadel des Materials bei zunehmenden Bohrvorschub ungeschnitten zurückbleibt, bis die Nadel des Materials den Boden der Vertiefung 76 erreicht und abgebrochen wird. Die Entstehung und das Abbrechen der Nadel des Materials setzt sich beim Bohrvorschub fort. Die abgebrochenen Nadeln des Materials werden mit den Bohrspänen abgeführt. Die Gewindefräsphase wird beim Zurückziehen oder bei der Aufwärtsbewegung des Werkzeuges, wie vorhin unter Bezugnahme auf das Werkzeug 10 beschrieben, durchgeführt.
Obwohl die Beschreibung dieser Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele erfolgt ist, so ist dies jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen.
Für eine Definition der Erfindung wird auf die Ansprüche im Anhang Bezug genommen.

Claims

1. Werkzeug für die Verwendung in einer Werkzeugmaschine, welches so ausgebildet ist, daß es simultan ein Schneidwerkzeug um seine Achse dreht, das Schneidwerkzeug axial bewegt, und die Achse auf einer orbitalen Bahn bewegt, wobei ein Punkt auf der Achse des Schneidwerkzeugs so bewegt werden kann, daß es eine geradlinige oder helikale Bahn definiert, wobei das Werkzeug umfaßt:

einen Körper mit einem Schaft (12) an einem Ende, ein Bohrmittel (14,22;42;52;62;72,74) an dem anderen Ende und ein Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64; 78) zwischen den Enden,

und zumindest einen Spanabführkanal (26), der sich vom Bohrmittel (14,22;42;52;62;72,74) zu dem Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64;78) erstreckt, wobei das Mittel zur Gewindeherstellung (16,24 ;44;54;64;78) einen maximalen Durchmesser aufweist, der nicht größer als der maximale Durchmesser des Bohrmittels (14,22;42;52;62;72,74) ist und wobei das Mittel zur Gewindeherstellung ohne Beeinflussung in das Loch (34) eintreten kann, das von dem Bohrmittel hergestellt wurde, und wobei das Bohrmittel (14,22; 42;52;62;72,74) eine Hohlbohrspitze (14;42;52;72) umfaßt, die eine Vertiefung (76) zwischen den Schneidekanten derselben definiert und auf die Drehachse des Werkzeugs zentriert ist.

2. Werkzeug zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine, das so ausgebildet ist, daß es simultan ein Schneidwerkzeug um seine Achse dreht, das Schneidwerkzeug axial bewegt, und die Achse auf einer orbitalen Bahn bewegt, wobei ein Punkt auf der Achse des Schneidwerkzeuges so bewegt werden kann, daß es eine geradlinige oder helikale Bahn definiert, wobei das Werkzeug umfaßt:

einen Körper mit einem Schaft (12) an einem Ende, ein Bohrmittel (14,22;42;52;62;72,74) an dem anderen Ende und ein Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64;78) zwischen den Enden,

und zumindest einen Spanabführkanal (26), der sich vom Bohrmittel (14,22;42;52;62;72,74) zu dem Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64;48) erstreckt, wobei das Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64;78) einen maximalen Durchmesser hat, der nicht größer als der maximale Durchmesser des Bohrmittels (14,22;42;52;62;72,74) ist und wobei das Mittel zur Gewindeherstellung ohne Beeinflußung in das Loch (34) eintreten kann und wobei das Bohrmittel eine Stirnfräse (62) umfaßt.

3. Werkzeug für die Verwendung in einer Werkzeugmaschine, das so ausgebildet ist, daß es simultan ein Schneidwerkzeug um seine Achse dreht, das Schneidwerkzeug axial bewegt, und die Achse auf einer orbitalen Bahn bewegt, wobei ein Punkt auf der Achse des Schneidwerkzeugs so bewegt werden kann, daß es eine geradlinige oder helikale Bahn definiert, wobei das Werkzeug umfaßt:

und zumindest einen Spanabführkanal (26), der sich vom Bohrmittel (14,22;42;52;62;72,74) zu dem Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54;64;78) erstreckt, wobei das Mittel zur Gewindeherstellung (16, 24;44; 54;64;78) einen maximalen Durchmesser hat, der nicht größer als der maximale Durchmesser des Bohrmittels (14,22;42;52;62;72,74) ist und wobei das Mittel zur Gewindeherstellung ohne Beeinflussung in das Loch (34) eintreten kann.

4. Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Mittel zur Gewindeherstellung (16,24;44;54; 64;78) eine Gewindeformfräse (16;44;54; 78) umfaßt.

5. Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das einen Flüssigkeitskanal (28) umfaßt, der durch den Schaft (12) und dem Mittel zur Gewindeherstellung (16,24) bis zu einem Punkt benachbart dem Bohrmittel (14,22) reicht und einem Zweigdurchgang (28a), der von dem Hauptdurchgang (28) bis zur Oberfläche jedes Spanabführkanals (26) nahe dem Bohrmittel reicht.