AT393098B - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

AT 393 098 B

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschließenden kurzen Übergangsteil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um weniger als 360° gewendete Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diametral verlaufende Stege und an seinem vorderen Ende mindestens zwei in je einer Aussparung der Stege angeordnete, auswechselbare Schneidplatten aufweist, die um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander jeweils mit verschiedenen Radialabständen von der Bohrerachse angeordnet sind, wobei die Spannuten, beginnend am vorderen Ende des Übergangsteiles zu dessen hinteren Ende hin, eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen.

Bei einem derartigen bekannten Bohrwerkzeug (DE-B-27 30 418, DE-U-78 30 277) oder Katalog der Patentinhaberin ("KOMET KUB Wendeplatten-Bohrer", 9/82, Seite 12) weisen die Spannuten einen konstanten Steigungswinkel auf. Die Wendelung jeder Spannut erstreckt sich über etwa 180°, d. h. etwa um eine halbe Umdrehung des Bohrwerkzeuges. Derartige Bohrer sind für eine Bohrtiefe geeignet, die etwa dreimal dem Bohrerdurchmesser entspricht. Bei größeren Bohrtiefen können sich Schwierigkeiten bei der Spanabfuhr ergeben und außerdem weisen die Bohrwerkzeuge keine ausreichende Steifigkeit auf, so daß der Bohrer bei hohen Schnittkräften von der Bohrerachse abgedrängt wird. Diese Abdrängung ist dadurch bedingt, daß auf die am Umfang des Bohrers angeordnete, radial äußere Schneidplatte größere Schnittkräfte einwirken als auf die radial innen liegende, angrenzend an die Bohrerachse arbeitende Schneidplatte. Durch die einseitig höhere Belastung des Bohrwerkzeuges wird die Abdrängung des Bohrwerkzeuges hervorgerufen. Diese Abdrängung führt dazu, daß die Bohrung einen größeren Durchmesser auf weist als der Nenndurchmesser des Bohrers und daß beim Rückzug des Bohrers an der Bohrungswandung Rillen entstehen können. Trotz der verschiedensten Vorschläge, die auf die Schneidplatten wirkenden Kräfte gegeneinander auszugleichen (DE-A-27 51 255, EP-B2-54 913), ist bisher ein vollständiger Schnittkraftausgleich nicht gelungen.

Bei einem anderen bekannten Bohrwerkzeug (DE-U-77 35 147) nimmt der Steigungswinkel vom vorderen Ende des Schneidteils, d. h. dort, wo die Schneideinsätze angeordnet sind, zum hinteren Ende hin ab. Außerdem sind die Spannuten um mehr als 360° gewendelt Hierdurch weist dieses bekannte Bohrwerkzeug an seinem hinteren Ende eine geringe Steifigkeit auf, die noch dadurch verringert wird, daß mit zunehmendem Drallwinkel die Breite der Stege äbnimmt Wie beim eingangs «wähnten Bohrwerkzeug erfolgt durch die einseitig höhere Belastung eine seitliche Abdrängung des Werkzeuges, durch welche auch die Arbeitsgenauigkeit beeinträchtigt wird.

Aus der DE-C-159 437 ist ein Spiralbohrer ohne Schneideinsätze bekannt, bei dem jede Spannut zwei annähernd rechtwinklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen aufweist. Außerdem weist jede der beiden Spannuten eine sich annähernd über die ganze Länge der zugehörigen Schneide, die jeweils einen halben Durchmesser bearbeitet, erstreckende Rille mit segmentförmigem Querschnitt auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches auch bei Bohrtiefen über viermal Bohrerdurchmesser eine ausreichende Steifigkeit und damit hohe Arbeitsgenauigkeit aufweist und eine gute Spanabfuhr gewährleistet

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht daß in an sich bekannter Weise der Steigungswinkel der Spannuten vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinteren Ende zunimmt, und daß am vorderen Ende des Ubergangsteiles, dort wo die Spannuten noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt (Anbindungsquerschnitt) des Schneidteiles verlaufende Mittellinie jedes der beiden Stege in etwa in Richtung der Gesamtresultierenden der auf die Schneidplatten einwirkenden Schnittkräfte verläuft.

Da es sich nicht «reichen läßt, die Schneidplatten so anzuordnen, daß die auf sie wirkenden Schnittkräfte sich vollständig ausgleichen, entsteht immer eine Gesamtresultierende, die das Bohrwerkzeug in einer bestimmten Richtung von der Bohrerachse abzudrängen sucht. Wenn man nun gemäß der Erfindung die beiden Stege des Schneidteiles, dort wo dieses in das Übergangsteil übergeht, so anordnet, daß die beiden Stege in Richtung der resultierenden Kraft verlaufen, dann weist das Schneidteil in dem Bereich, wo das größte Biegemoment auftritt, bezüglich einer quer zur Mittellinie verlaufenden Biegeachse das höchste Flächen-Trägheitsmoment und damit auch die größte Steifigkeit auf. Damit nun die Mittellinie der Stege an der richtigen Stelle zu liegen kommt, kann man bei einem Bohrwerkzeug mit vorgegebener maximaler Bohrtiefe, die Steigung der Spannuten nicht beliebig wählen. Der Steigungswinkel der Spannuten soll gemäß der Erfindung vom vorderen Ende des Schneidteils zu dessen hinteren Ende hin zunehmen. Am vorderen Ende sieht man einen kleinen Steigungswinkel von vorzugsweise etwa 25° bis etwa 30° vor, der die Späne möglichst rasch von dem Bereich der Schneidplatten wegtransportiert. Im hinteren Bereich des Schneidteiles muß man nun den Steigungswinkel so wählen, daß die Stege und deren Mittellinie an der gewünschten Stelle zu liegen kommen. Zwischen dem vorder«! und d«n hinteren Bereich des Schneidteiles kann der Steigungswinkel stufenweise oder kontinuierlich zunehmen. Durch den zunehmenden Steigungswinkel werden auch die Spannuten gegenüber einem Bohrwerkzeug, bei dem die Spannuten von der Bohrerspitze ab den gleichen Steigungswinkel aufweisen, verkürzt Damit wird auch der Weg, den die Späne von den Schneidplatten bis zum Ende der Bohrung zurückzulegen haben, verkürzt und die Spanabfuhr verbessert Stellt man die Spannuten, wie es üblich ist mit einem Fingerfräser her, dann ergeben sich bei einer größeren Steigung und gleichbleibendem Durchmesser des Fingerfräsers größere Stegbreiten. Diese größeren Stegbreiten sind dann am hinteren Ende des Schneidteiles vorhanden und erhöhen in diesem Bereich das Flächenträgheitsmoment. -2-

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Aus der GB-A-936 411 ist ein Spiralbohier ohne Schneideinsätze bekannt, bei dem jede der beiden Schneiden jeweils einen halben Durchmesser bearbeitet Dieser Spiralbohrer weist Spannuten auf, deren Steigungswinkel vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinterem Ende zunimmt Es ist jedoch aus dieser Druckschrift nicht zu entnehmen, zu welchem Zweck der Steigungswinkel der Spannuten am vorderen und hinteren Ende des Bohrers unterschiedlich ist Außerdem sind auch bei diesem Bohrer die Spannuten um mehr als 360°, nämlich 720°, gewendelt, so daß dieser Bohrer ebenfalls die Nachteile der eingangs erwähnten Bohrwerkzeuge aufWeist

Der Erfindungsgegenstand ergibt sich aus dem vorstehend gewürdigten Stand der Technik nicht in naheliegender Weise. Einerseits ist nämlich aus der GB-A-936 411 der Zweck der unterschiedlichen Steigungswinkel der Spannuten am vorderen und hinteren Ende des Schneidteiles nicht zu entnehmen und andererseits ist auch das zweite Merkmal des Anspruches 1 aus keiner der vorgenannten Drackschiiften bekannt Aus keiner dieser Druckschriften ist nämlich zu entnehmen, daß am vorderen Ende des Übergangsteiles, dort wo die Spannuten noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt (Anbindungsquerschnitt) des Schneidteiles verlaufende Mittellinie jedes der beiden Stege in etwa in Richtung der Gesamtresultierenden der auf die Schneidplatten einwirkenden Schnittkräfte verläuft Insofern ist die vorliegende Erfindung mangels eines Vorbildes durch die oben genannten Druckschriften nicht nahegelegt worden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispieles näher erläutert Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie (Π-ΙΙ) der Fig. 1 in vierfacher Vergrößerung.

Das Bohrwerkzeug (1) weist einen Einspannschaft (2) auf, mit welchem das Bohrwerkzeug mit einer Drehmaschine verbindbar ist Der eigentliche Arbeitsteil des Bohrwerkzeuges (1) ist entsprechend DIN 1412 mit Schneidteil (3) bezeichnet. Dieses Schneidteil (3) hat eine Länge (LI) (in DIN 1412 als "Schneidlänge" bezeichnet), die beim gezeigten Ausführungsbeispiel etwas mehr als ein Sechsfaches des Arbeitsdurchmessers (D) ist. Dementsprechend beträgt auch die maximale Bohrtiefe des dargestellten Bohrwerkzeuges (1) ein Sechsfaches des Durchmessers. Zwischen dem Einspannschaft (2) und dem Schneidteil (3) ist ein Übergangsteil (4) vorgesehen, welches beim gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Einspannschaft (2) und das Schneidteil (3). Das Übergangsteil (4) kann sich jedoch gegebenenfalls auch, zum Einspannschaft (2) im Durchmesser konisch erweitern, so daß auch der Einspannschaft (2) einen größeren Durchmesser aufweist, als das Schneidteil (3).

Am vorderen Ende des Schneidteiles (3) sind in je einer Aussparung (5) desselben zwei Schneidplatten (6 und 7) auswechselbar angeordnet. Es handelt sich um sogenannte Wendeplatten. Diese beiden Schneidplatten sind um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei die äußere Schneidplatte (6) über den Umfang des Schneidteiles (3) geringfügig vorsteht und zur Bearbeitung des äußeren Bereiches der Bohrung dient, während die Schneidplatte (7) an der Bohrerachse (A) angeordnet ist und den inneren Bereich der Bohrung bearbeitet. Die Arbeitsbereiche der beiden Schneidplatten überschneiden sich je nach Bohrerdurchmesser mehr oder weniger.

Das Schneidteil (3) weist ferner zwei diametral gegenüberliegende, wendelförmig verlaufende Spannuten (8, 9) auf, von denen die Spannut (8) der äußeren Schneidplatte (6) und die Spannut (9) der inneren Schneideplatte (7) zugeordnet ist. Bei größeren Durchmessern können auf dem gleichen Durchmesser wie die Schneidplatten (6 und 7) noch weitere Schneidplatten vorgesehen sein.

Soweit das Material zur Bildung der Spannuten (8, 9) nicht weggefräst ist, verbleiben zwischen den Spannuten (8,9) zwei Stege (10), die sich vom zentralen Kern (11) aus in radialer Richtung sektorförmig erweitern. Im Kern (11) ist eine Kühlmittelbohrung (12) vorgesehen. Die Spannuten (8, 9) haben auf die ganze Länge (LI) des Schneidteiles (3) eine gleichbleibende Tiefe. Vom hinteren Ende des Schneidteiles ab oder vom vorderen Ende des Übergangsteiles (4) nimmt die Tiefe der Spannuten (8, 9) bis zum hinteren Ende des Übergangsteiles (4) kontinuierlich ab. Am hinteren Ende des Übergangsteiles (4), dort wo der Einspannschaft (2) beginnt, laufen die Spannuten (8,9) in die Mantelfläche des Übergangsteiles aus.

Der Steigungswinkel (ß bzw. ßl), den die Spannuten mit einer Normalen (N) gegenüber der Bohrerachse einschließen, nimmt vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinteren Ende stufenweise oder zweckmäßig kontinuierlich zu. Am vorderen Ende des Schneidteiles (3) kann der Steigungswinkel (ß) gemessen am Umfang etwa 35 bis 30° betragen, während der Steigungswinkel (ßl) am hinteren Ende der Spannuten (8,9) wesentlich größer ist und von den nachfolgend erläuterten Parametern abhängig ist.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt des Schneidteiles (3) an dessen hinterem Ende bzw. am vorderen Ende des Übergangsteiles (4). An dieser Stelle haben die beiden Spannuten (8,9) noch ihre volle Tiefe und beginnen von dort aus nach hinten in die Mantelfläche des Übergangsteiles (4) auszulaufen. Die beiden diametral gegenüberliegenden Stege (10) haben je eine in der Querschnittsebene verlaufende Mittellinie (M), die durch die symmetrische Anordnung der Spannuten (8,9) eine gemeinsame, diametral verlaufende Mittellinie (M) ist. Die ITächenabschnitte jedes Steges (10) zu beiden Seiten der Mittellinie (M) sind in etwa gleich groß.

Auf jede der Schneidplatten (6, 7), deren Lage in Bezug auf den in Figur 2 dargestellten Querschnitt strichpunktiert eingezeichnet ist, wirken Schnittkräfte ein. Diese Schnittkräfte wirken nicht nur senkrecht zu den -3-

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Spanflächen der beiden Schneidplatten (6,7), sondern auch in radialer Richtung, und zwar bei der äußeren Schneidplatte (6) in der Regel radial nach innen und bei der inneren Schneidplatte (7) in der Regel radial nach außen. Es ergibt sich hieraus an jeder Schneidplatte eine resultierende Kraft (Fl bzw, F2), wobei erfahrungsgemäß die Kraft (Fl) etwa doppelt so groß ist wie die Kraft (F2). Ordnet man diese beiden Kräfte (Fl, F2), wie es in Figur 2 unten dargestellt ist, in einem Kräftediagramm an, so ergibt sich eine Gesamtresultierende (FR), Erfindungsgemäß soll nun die Mittellinie (M) der Stege (10) so angeordnet werden, daß sie in etwa in Kraftrichtung der Gesamtresultierenden (FR) verläuft, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Auf diese Weise hat dann das Schneidteil (3) in dem Querschnitt, wo es an das vordere Ende des Übergangsteiles (4) angrenzt, das größte Flächenträgheitsmoment in Bezug auf eine Biegeachse (a), die senkrecht zu der Mittelebene (m) verläuft

Damit nun die Mittellinie (M) in etwa in Richtung der Gesamtresultierende (FR) verläuft und damit das Flächenträgheitsmoment vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Schneidteiles (3) ständig zunimmt, muß die Wendelung der Spannuten (8,9) kleiner als 360° sein. Hierbei wählt man die Steigungen im mittleren und hinteren Bereich des Schneidteiles (3) so, daß die Mittellinie (M) an der gewünschten, durch die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden (FR) bestimmten Stelle zu liegen kommt. Die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden (FR) kann man entweder zeichnerisch und rechnerisch oder zweckmäßig mittels eines geeigneten Meßgerätes (Kistler, Ziff. 3, Achsen-Meßgerät) ermitteln.

Werden die Spannuten (8,9) in üblicher Weise mit einem Fingerfräser mit vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zunehmendem Steigungswinkel hergestellt, dann ergibt sich hierdurch, daß die sogenannte Stegbreite (S bzw. Sl) da Stege (10) vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinteren Ende zunimmt Hierdurch haben die Stege (10) des Schneidteiles (3) in dem Bereich des in Figur 2 dargestellten Querschnittes ihre größte Stegbreite, wodurch das Flächenträgheitsmoment des Schneidteiles (3) in diesem Bereich noch zusätzlich vergrößert wird, was ebenfalls zur Erhöhung da Steifigkeit des Bohrwerkzeuges (1) beiträgt

Versuche haben ergeben, daß bei Bohrwerkzeugen mit gleichartigem Aufbau die Kraftrichtung der Gesamtresultiercnden innerhalb eines gewissen Schwankungsbereiches in etwa in da* gleichen Richtung in bezug auf die durch die Spanflächen der beiden Schneidplattoi (6,7) hindurchgehenden Ebene liegt Wenn sich bei Bohrwerkzeugen der im Ausführungsbeispiel gezeigten Art die Wendelung jeder Spannut (8,9) von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) bis zu dem vordoen Ende des Übergangsteiles (4) über einen Winkelbaeich von etwa 250° bis etwa 270°, vorzugsweise etwa 260°, erstreckt, dann liegt die Mittellinie (M) in etwa in Kraftrichtung der Gesamtresultierenden (FR).

Wie bereits oben kurz angegeben wurde, werden die Spannuten (8,9) zweckmäßig mit einem Fingerfräser hergestellt, wobei das Bohrwerkzeug gedreht und gleichzeitig in seiner Achsrichtung relativ zum Fingerfräser verschoben wird. Wird ein Fingofiäser mit zylindrischer Form verwendet, so haben die beiden Spannuten (8,9) im Querschnitt die in Figur 2 dargestellte Form, bei da die beiden Begrenzungsflächen (8a und 8b bzw. 9a und 9b) annähernd rechtwinklig zueinander verlaufen. Die Begrenzungsflächen (8a und 9a) werden hierbei durch die Stirnfläche des Fingerfräsers gefräst, während die Begrenzungsflächen (8b und 9b) durch seine Umfangsfläche bearbeitet werden.

Es ist nun zweckmäßig, in die Begrenzungsfläche (8a), die sich am vordaot Ende des Schneidteiles (3) etwa senkrecht zur Schneidplattenebene der Schneidplatte (6) erstreckt, eine sich über die ganze Länge des Schneidteiles (3) astreckende Rille (13) mit segmentförmigem Querschnitt anzuordnen. Durch diese Rille soll erreicht werden, daß die radial nach außen dringenden Späne immer wieda zum Innern der Spannut (8) hin zurückgefördert werden. Außadem soll die Rille im vorderen Bereich des Schneidteiles (3) den Span formal. Durch die Rille (13) wird ferner da Spanraum derjenigen Spannut vagrößert, die da am Umfang angeordneten Schneidplatte (6) zugeordnet ist. Diese Schneidplatte erzeugt nämlich ein wesentlich größeres Spanvolumen als die innoe Schneidplatte (7).

Man kann auch in die entsprechende Begrenzungsfläche (9a) der anderen Spannut, welche der an der Bohrerachse (A) angeordneten Schneidplatte (7) zugeordnet ist, eine gleichartige Rille (14) einarbeiten. Diese sollte sich jedoch zweckmäßig nur von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) auf etwa 1/3 bis 1/2 seiner Länge astrecken, wie es in Figur 1 dargestellt ist Auf diese Weise wird da Querschnitt des Schneidteiles in seinem stärka beanspruchten hinteren Teil durch die Rille (14) nicht geschwächt

Da das von da innaen Schneidplatte (7) erzeugte Spanvolumen kleiner ist, reicht der Spanraum der Spannut (9) völlig aus. -4-

Claims (5)

1. AT 393 098 B PATENTANSPRÜCHE 1. Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschließenden kurzen Übergangsteil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um wenig» als 360° gewendelte Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diametral verlaufende Stege und an seinem vorderen Ende mindestens zwei in je einer Aussparung der Stege angeordnete, auswechselbare Schneidplatten aufweist, die um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander jeweils mit verschiedenen Radialabständen von der Bohrerachse angeordnet sind, wobei die Spannuten beginnend am vorderen Ende des Übergangsteiles zu dessen hinterem Ende hin eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Steigungswinkel (ß, ßl) der Spannuten (8,9) vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinterem Ende zunimmt und daß am vorderen Ende des Übergangsteiles (4), dort wo die Spannuten (8,9) noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt (Anbindungsquerschnitt) (Fig. 2) des Schneidteiles (3) verlaufende Mittellinie (M) jedes der beiden Stege (10) in etwa in Richtung der Gesamtresultierenden (FR) der auf die Schneidplatten (6,7) einwirkenden Schnittkräfte (Fl, F2) verläuft
2. 2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (ß) der Spannuten (8, 9) am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa 25° bis etwa 30° beträgt und zum hinteren Ende des Schneidteiles (3) stufenweise oder kontinuierlich zunimmt
3. 3. Bohrwerkzeug nach Anbruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wendelung jeder Spannut (8, 9) von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) bis zu dem vorderen Ende des Übergangsteiles (4) über einen Winkelbereich von etwa 250° bis etwa 270°, vorzugsweise von etwa 260°, erstreckt.
4. 4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannut (8,9) in an sich bekannter Weise zwei annähernd rechtwinklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen (8a, 8b; 9a, 9b) aufweist und daß die Spannut (8), welche der am Umfang angeordneten Schneidplatte (6) zugeordnet ist, in ihrer Begrenzungsfläche (8a), die sich am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa senkrecht zur Schneidplattenebene erstreckt, in bekannt» Weise eine sich üb» die ganze Länge des Schneidteiles (3) erstreckende Rille (13) mit segmentförmigem Querschnitt aufweist.
5. 5. Bohrw»kzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der entsprechenden Begrenzungsfläche (9a) d» anderen Spannut (9), welche der an d» Bohrerachse (A) angeordneten Schneidplatte (7) zugeordnet ist, eine an sich bekannte gleichartige Rille (14) eingearbeitet ist, welche sich von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) auf etwa 1/3 bis 1/2 seiner Länge »streckt. Hiezu 2 Blatt Zeichnung«! -5-