CH671353A5

CH671353A5 -

Info

Publication number: CH671353A5
Application number: CH4653/86A
Authority: CH
Inventors: Werner Muendlein
Original assignee: Komet Stahlhalter Werkzeug
Priority date: 1985-12-21
Filing date: 1986-11-20
Publication date: 1989-08-31
Also published as: GB2184373B; FR2591921B1; DE8536123U1; ATA308686A; JPS62157707A; SE8605407L; IT8622578A0; SE465409B; SE8605407D0; JP2504976B2; DE3545586A1; DE3545586C2; GB8630420D0; FR2591921A1; GB2184373A; AT393098B; IT1213551B

Description

BESCHREIBUNG 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° 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 hinteren Ende hin, eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen.

Bei einem derartigen bekannten Bohrwerkzeug (DE-GM 7 830 277 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 aufweist 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-OS 2 751 255, EP-PS 54 913), ist bisher ein vollständiger Schnittkraftausgleich nicht gelungen.

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 der Steigungswinkel der Spannuten vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinteren Ende zunimmt, und dass zumindest der Steigungswinkel im hinteren Bereich des Schneidteiles so gross gewählt ist, 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.

Da es sich nicht erreichen 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

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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 vorderen und dem 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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

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

Figur 1 eine Steitenansicht eines erfindungsgemässen Bohrwerkzeuges,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II—II 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, wie es strichpunktiert dargestellt ist, zum Einspannteil 2 im Durchmesser konisch erweitern, so dass auch das Einspannteil 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 180c 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, wendeiförmig verlaufende Spannuten 8, 9 auf, von denen die Spannut 8 der äusseren Schneidplatte 6 und die Spannut 9 der inneren Schneidplatte 7 zugeordnet ist. Bei grösseren Durchmessern können auf dem gleichen Durchmesser wie die Schneidplatten 6 und 7 noch weiteres 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 das Schaftteil 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 25 bis 30c 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 Über-gangsteiles 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 Flächenabschnitte 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 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 Kaft Fl bzw. F2, wobei erfahrungs-gemäss 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 Schaftteil 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 Schaftteiles 3 ständig zunimmt, muss die Wendelung der Spankanäle 8, 9 kleiner als 360° sein. Hierbei wählt man die Steigungen im mittleren und hinteren Bereich des Schaftteiles 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 Spankanäle 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 5 bzw. 51 der 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

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Querschnittes ihre grösste Stegbreite, wodurch das Flächenträgheitsmoment des Stegteiles 3 in diesem Bereich noch zusätzlich vergrössert wird, was ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit des Bohrwerkzeuges 1 beiträgt.

Versuche haben ergeben, dass bei Bohrwerkzeugen mit gleichartigem Aufbau die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden innerhalb eines gewissen Schwankungsbereiches in etwa in der gleichen Richtung in bezug auf die durch die Spanflächen der beiden Schneidplatten 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 vorderen Ende des Übergangsteiles 4 über einen Winkelbereich von etwa 250° bis etwa 270°, vorzugsweise etwa 260°, erstreckt, dann Hegt 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 Fingerfräser mit zylindrischer Form verwendet, so haben die beiden Spannuten 8, 9 im Querschnitt die in Figur 2 dargestellte Form, bei der 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 zweckmässigen die Begrenzungsfläche 8a, die sich am vorderen Ende des Schneidteiles 3 etwa senkrecht zur Schneidplattenebene der Schneidplatte 6 erstreckt, eine sich über die ganze Länge des Schneidteiles 3 erstreckende Rille 13 mit segmentförmigem Querschnitt anzuordnen. Durch diese Rille soll erreicht werden, das die radial nach aussen dringenden Späne immer wieder zum Innern der Spannut 8 hin zurückgefördert werden. Ausserdem soll die Rille im vorderen Bereich des Schneidteiles 3 den Span formen. Durch die Rille 13 wird ferner der Spanraum derjenigen Spannut vergrössert, die der am Umfang angeordneten Schneidplatte 6 zugeordnet ist. Diese Schneidplatte erzeugt nämlich ein wesentlich grösseres Spanvolumen als die innere 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 etwas lh bis '/2 seiner Länge erstrecken, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Querschnitt des Schneidteiles in seinem stärker beanspruchten hinteren Teil durch die Rille 14 nicht geschwächt. Da das von der inneren Schneidplatte 7 erzeugte Spanvolumen kleiner ist, reicht der Spanraum der Spannut 9 völlig aus.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschüessenden kurzen Übergangsteil und einem daran anschliessenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um weniger 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 Mantelfache auslaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (ß, ßl) der Spannuten (8, 9) vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinterem Ende zunimmt und dass zumindest der Steigungswinkel (ßl) im hinteren Bereich des Schneidteiles (3) so gross gewählt ist, 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. 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.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-kennzeichet, 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 eta 250° bis etwa 270°, vorzugsweise von etwa 260°, erstreckt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spannut (8,9) zwei annähernd rechtwinklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen (8a, 8b; 9a, 9b) aufweist und dass die Spannut (8), welche der am Umfang angeordneten Schneidplatte (5) zugeordnet ist, in ihrer Begrenzugsfläche (8a), die sich am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa senkrecht zur Schneidplattenebene erstreckt, eine sich über die ganze Länge des Schneidteiles (3) erstreckende Rille (13) mit segmentförxnigem Querschnitt aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der entsprechenden Begrenzungsfläche (9a) der anderen Spannut (9), welche der an der Bohrerachse (A) angeordneten Schneidplatte (7) zugeordnet ist, eine gleichartige Rille (14) eingearbeitet ist, welche sich von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) auf etwa V3 bis V2 seiner Länge erstreckt.