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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sich in Axialrichtung erstreckenden Werkzeugspitze, insbesondere Bohrspitze oder auch Fräserspitze, die einen Grundkörper mit darin eingebrachten Spannuten sowie mit einem jeweiligen Rücken zwischen den Spannuten aufweist. Die Erfindung weiterhin eine insbesondere nach diesem Verfahren hergestellte Werkzeugspitze.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Herstellung von Bohrern, beispielsweise Vollhartmetallbohrer oder auch die Herstellung von Bohrspitzen für modulare Bohrwerkzeuge, bei denen die Bohrspitzen als reversibel austauschbare Bohrspitzen in einen Trägerschaft einsetzbar sind, erfolgt üblicherweise in mehreren Schleifschritten ausgehend von einem runden Rohling, welcher auf ein zylindrisches Nennmaß geschliffen wird und in den zudem oftmals spiralförmig gewendelte Spannuten eingeschliffen werden.
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In vielen Anwendungsfällen wird für eine verbesserte Führung des Bohrers in einem erzeugten Bohrloch am Bohrrücken zumindest eine Stützfase angeordnet. Üblicherweise wird im Anschluss an eine entlang der Spannut verlaufenden Nebenschneide eine erste Stützfase und beabstandet von dieser beispielsweise am rückwärtigen Ende des Bohrrückens eine weitere Stützfase ausgebildet. Ein Spiralbohrer mit beispielsweise drei Stützfasen ist beispielsweise zu entnehmen aus der
US 465,392 A . Zur Erzeugung der Stützfasen wird in einem separaten Schleifschritt der Bohrrücken geschliffen, so dass die Stützfasen stehen bleiben.
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Insbesondere bei modularen Bohrwerkzeugen ist dies aufgrund der sehr kurzen axialen Länge der reversibel austauschbaren Bohrspitze, die oftmals lediglich im Bereich von dem ein- bis zweifachen des Bohrer-Nenndurchmessers liegt, sehr aufwendig.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 248 382 A aus dem Jahre 1910 ist ein damals übliches Herstellverfahren für Spiralbohrer beschrieben. Bei diesem Verfahren wurden die Spiralnuten innerhalb einer eine Führung bildenden Buchse gefräst. Zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens ist dabei vorgesehen, dass der zu fräsende Bohrer zunächst unrund geschliffen wird, sodass er sich innerhalb der Buchsenführung lediglich an gegenüberliegenden Facetten abstützt, welche beim fertigen Bohrer die sich an eine jeweilige Nebenschneide anschließend Stützfasen bilden. Hierdurch wird zum Einen eine geringere Reibung innerhalb der Buchsenführung erzielt und es entfällt ein Nachbearbeitungsschritt.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Erzeugung einer genuteten Werkzeugspitze mit zumindest einer Stützfase am Rücken sowie eine danach hergestellte Werkzeugspitze anzugeben.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach wird zur Herstellung einer sich in Axialrichtung erstreckenden Werkzeugspitze, die einen Grundkörper mit darin eingebrachten Spannuten sowie mit einem jeweiligen Rücken zwischen den Spannuten aufweist, in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohling unrund geschliffen, und zwar derart, dass bei jedem Rücken der Radius des Rohlings ausgehend von einer Start-Drehposition, die einer Schneideckposition entspricht, sich zunächst verringert und anschließend wieder zur Ausbildung einer Stützfase zunimmt.
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Die Werkzeugspitze ist insbesondere als Bohr- oder auch als Fräserspitze ausgebildet. Nachfolgend wird die Erfindung sowie Weiterbildungen anhand einer Bohrspitze weiter erläutert.
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Unter Start-Drehposition wird hierbei eine Umfangsposition am Rohling verstanden, bei der der Grundkörper auf den Bohr-Nenndurchmesser geschliffen wird. Diese Start-Drehposition entspricht dabei der Drehposition, an dem ein Schneideck ausgebildet ist, also eine Drehposition an dem eine stirnseitig an der Bohrspitze ausgebildete Hauptschneide am radial äußeren Ende in eine Nebenschneide übergeht.
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Anstelle eines separaten Schleifschritts zur Erzeugung der Stützfase wird diese daher direkt beim Schleifen des Rohlings auf den Bohr-Nenndurchmesser ausgebildet. Anstelle eines zylindrischen Rundschleifens erfolgt daher – im Querschnitt zur Axialrichtung betrachtet – ein Unrund-Schleifen. Ein Vorteil dieses Schleifverfahrens ist auch darin zu sehen, dass der Bohrrücken im Querschnitt betrachtet insgesamt kantenfrei ausgebildet ist. Der Bohrrücken verläuft daher entlang einer homogen stetigen Umfangslinie. Durch den einstufigen Schleifschritt zum Schleifen des Bohrers auf Nenndurchmesser sowie gleichzeitig zum Einbringen der Stützfase wird daher der Grundkörper an der Start-Drehposition mit dem größten Radius geschliffen. Ausgehend hiervon reduziert sich zunächst in Umfangsrichtung der Radius stetig und sprungfrei bis er anschließend zur Ausbildung der Stützfase wieder zunimmt bis auf einen Stützfasen-Radius.
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Zweckdienlicherweise ist ergänzend vorgesehen, dass der Radius sich im Anschluss an die Stützfase in Umfangsrichtung wieder verringert, bis der Rücken schließlich in die nachfolgende Spannut ausläuft.
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In zweckdienlicher Weiterbildung sind die Spannuten gewendelt und die im ersten Verfahrensschritt erzeugte unrunde Querschnittsgeometrie ist in Axialrichtung mit geringerem und insbesondere ohne Drall weitergeführt. Durch diese Maßnahme, insbesondere bei der Ausgestaltung ohne Drall wird daher der größte Nennradius immer an der gleichen Drehposition ausgebildet, die eben der Schneideckposition entspricht. Dadurch wird insgesamt das Herstellverfahren einfach gehalten. Allgemein weisen die Spannuten und die Stützfase unterschiedliche Drallwinkel auf. Insbesondere erstreckt sich die Stützfase in Axialrichtung parallel zu einer Mittenlängsachse der Bohrspitze. Diese Ausgestaltung geht von der Überlegung aus, dass insbesondere bei Bohrspitzen für modulare Bohrwerkzeuge komplexe Schleifgeometrien aufgrund der kurzen axialen Länge und damit verbundenen Problemen beim Einspannen kritisch sind. Weiterhin geht diese Ausgestaltung von der Überlegung aus, dass für eine gute Führung der Bohrspitze in einem erzeugten Bohrloch insbesondere die stirnseitennahen Bereiche der Stützfasen von entscheidender Bedeutung sind, wohingegen im weiteren axialen Verlauf die Stützfasen an Bedeutung für einen zuverlässigen Rundlauf verlieren. Durch die Ausgestaltung der Stützfasen ohne Drall bei gleichzeitig gewendelten Spannuten verändert sich daher die Relativposition der Stützfasen im Verhältnis zu ihrer Position am Bohrrücken zwischen zwei aufeinander folgenden Spannuten in Abhängigkeit der axialen Position.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung wird der erste Verfahrensschritt derart ausgeführt, dass anschließend an die Schneideckposition eine Führungsfase als weitere Stützfase ausgebildet wird, anschließend der Radius des Rohlings verringert und schließlich wieder zur Ausbildung der Stützfase vergrößert wird. Die Führungsfase unmittelbar angrenzend an die Schneideckposition weist dabei zumindest nahezu den Nennradius auf, wohingegen die Stützfase demgegenüber einen geringeren Radius aufweist.
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Insbesondere bei der Ausgestaltung mit den gewendelten Spannuten und gleichzeitig den sich in Axialrichtung erstreckenden beiden Stützfasen führt dies in bevorzugter Weiterbildung dazu, dass die Führungsfase in die kreuzende, gewendelte Spannut ausläuft. Die Führungsfase ist daher lediglich im Bereich des eigentlichen Schneidecks über eine kurze axiale Distanz ausgebildet.
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Zur Erzeugung der unrunden Geometrie wird der Rohling vorzugsweise um seine Mittenlängsachse rotiert und die Schleifscheibe wird senkrecht zur Axialrichtung relativ zum Rohling entsprechend der gewünschten Querschnittskontur zugestellt, so dass bei einer jeweiligen Umdrehung des Rohlings der Abstand zwischen der Schleifscheibe und dem Rohteil entsprechend der gewünschten Querschnittskontur variiert. Die Schleifscheibe wird daher senkrecht zur Mittenlängsachse zugestellt. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass der radiale Abstand zwischen Schleifscheibe und der Mittenlängsachse des Rohlings bei den jeweiligen Winkelpositionen (Drehstellungen des Rohlings) stets den gleichen Wert einnimmt, unabhängig von der axialen Position, so dass also die gesamte unrunde Querschnittskontur in Axialrichtung unverdreht weitergeführt ist.
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Zur Erzeugung der Spannuten ist ein zweiter Schleifverfahrensschritt vorgesehen. „Erster” und „zweiter” Verfahrensschritt bezeichnen lediglich, dass es sich um zwei getrennte Schleifschritte handelt. Die zeitliche Reihenfolge ist beliebig. Es können daher zunächst die Spannuten geschliffen werden und dann die unrunde Querschnittsgeometrie. Vorzugsweise wird jedoch zunächst die unrunde Querschnittsgeometrie im ersten Verfahrensschritt und anschließend die Spannuten eingeschliffen.
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Da durch das unrunde Schleifen auf einen separaten Schleifschritt zur Erzeugung der Stützfasen verzichtet ist, werden daher zur Ausbildung der Spannuten und der Stützfasen ausschließlich die beiden Verfahrensschritte eingesetzt. Ergänzend können noch Finishing Operationen wie beispielsweise Schleifen der Stirngeometrie oder auch der Nebenschneide erfolgen. Es sind jedoch keine weiteren Bearbeitungsschritte für die Erzeugung der Stützfase am Rücken vorgesehen. Die Stirngeometrie wird ergänzend in an sich bekannter Weise angeschliffen. Hierbei werden Hauptschneiden eingeschliffen, die üblicherweise über eine Querschneide miteinander verbunden sind. Im Bereich der Querschneide kann zusätzlich noch eine Ausspitzung eingeschliffen werden.
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Beim Unrund-Schleifen wird der Radius an der Stützfase zweckdienlicherweise etwa um 0,01 mm bis 0,02 mm geringer als der Radius an der Schneideckposition und damit auch an der Führungsfase ausgebildet. Hierdurch ist ein erwünschter radialer Freigang zwischen Nebenschneide bzw. Führungsfase und Stützfase erzielt.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, dass der unrunden Querschnittsgeometrie in Axialrichtung eine konische Verjüngung überlagert ist, dass also die Radien der Führungs- und Stützfase sich in Axialrichtung verjüngen. Dadurch wird ebenfalls ein in Axialrichtung erwünschter Freigang erzeugt.
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Zweckdienlicherweise handelt es sich bei der Bohrspitze um eine austauschbare Bohrspitze für ein modulares Bohrwerkzeug. Die hier beschriebene Geometrie und das Schleifverfahren sind auf eine derartige Bohrspitze angepasst. Insbesondere die Ausgestaltung mit der axial verlaufenden Stützfase bei gewendelten Spannuten ist bei derartigen Bohrspitzen unkritisch, da diese – wenn sie verschlissen sind – ausgetauscht werden. Bei Vollbohrern ohne austauschbare Bohrerspitze wird der Schneidenbereich üblicherweise nachgeschliffen, was sich vorliegend aufgrund der axial verlaufenden Stützfase bei einer gewendelten Spannut ungünstig auswirken würde.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch eine Werkzeugspitze, vorzugsweise eine Bohrspitze, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem solchen Anspruch. Eine derartige Werkzeugspitze weist vorzugsweise einen Grundkörper mit gewendelten Spannuten sowie mit einem dazwischen angeordneten Rücken auf, wobei an einem jeweiligen Rücken eine Stützfase ausgebildet ist, die achsparallel zur Axialrichtung verläuft.
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In zweckdienlicher Ausbildung ist allgemein die unrunde Querschnittsgeometrie in Axialrichtung achsparallel weitergeführt, so dass durch die Wendelung der Spannuten ein Abstand einer die Spannut begrenzenden Kante, insbesondere die Nebenschneide, zur Mittenlängsachse sich ausgehend von einem Schneideck verringert. Durch die Wendelung der Spannut schneidet diese daher die unrunde Querschnittsgeometrie mit den variierenden radialen Abständen zur Mittenlängsachse an unterschiedlichen radialen Abständen, wodurch sich die Reduzierung des Abstandes an der Kante einstellt. Dieser Reduzierung ist vorzugsweise ergänzend eine konische Verjüngung in Axialrichtung überlagert.
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Die einzelnen Umfangs-Abschnitte der unrunden Geometrie bilden dabei vorzugsweise zylindrische Teilabschnitt aus, verlaufen zumindest in einer horizontalen Schnittebene entlang einer Kreisbogenlinie. Dies gilt insbesondere für die Ausbildung der Führungsfase. Ein Verlauf entlang einer Kreisbogenlinie ist darüber hinaus aber auch für Zwischenabschnitte zwischen den beiden Stützfasen vorgesehen. Bei einer konischen Verjüngung in Axialrichtung sind die entsprechenden Umfangs-Abschnitte nicht zylindrisch sondern kegelmantelförmig ausgebildet.
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Beschreibung der Figuren
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Eine Ausführungsvariante der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
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1 eine ausschnittsweise Seitenansicht auf eine Bohrspitze sowie
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2 eine Schnittansicht entlang der Schnitteben A-A in 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die in den Figuren dargestellte Bohrspitze 2 ist insbesondere als eine reversibel austauschbare Bohrspitze zum Einsatz in einem modularen Bohrwerkzeug ausgebildet. Sie weist hierzu eine hier nicht näher dargestellte Kupplungsstelle auf, mit der sie in ein Trägerwerkzeug reversibel austauschbar einsetzbar ist. Die Bohrspitze 2 erstreckt sich entlang einer Mittenlängsachse 22 in Axialrichtung 24.
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Die Bohrspitze 2 weist allgemein eine Bohrstirn 4 mit Hauptschneiden 6, eine Zentrierspitze 8 sowie Hauptfreiflächen 10 auf. Die Bohrstirn 4 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet, beispielsweise nach Art eines Vierflächen- oder Kegelmantelschliffs etc. Die Hauptschneiden 6 sind üblicherweise über eine Querschneide über die Zentrierspitze 8 hinweg miteinander verbunden. Die Hauptschneiden 6 erstrecken sich zum äußeren Umfang bis zu einem Schneideck 12, an das sich üblicherweise in Axialrichtung 24 eine Nebenschneide 14 anschließt, die entlang einer Spannut 16 verläuft. Zwischen zwei aufeinander folgenden Spannuten 16 ist umfangsseitig jeweils ein Rücken 18 ausgebildet. Die Spannuten 16 sind daher allgemein in einen Grundkörper 20 eingebracht. Sie verlaufen im Ausführungsbeispiel gewendelt, weisen daher zur Mittenlängsachse 22 einen Drallwinkel auf.
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Am Umfang der Bohrspitze 2 im Bereich der Rücken 18 ist angrenzend an das Schneideck 12 eine erste als Führungsfase 26 bezeichnete Stützfase ausgebildet. In Umfangs- oder Drehrichtung beanstandet hiervon ist eine weitere Stützfase 28 ausgebildet. Wie aus der 1 zu entnehmen ist, verlaufen die beiden Stützfasen 26, 28 achsparallel zur Mittenlängsachse 22 und schneiden beide die Nebenschneide 14, die durch eine Kante zur jeweiligen Spannut 16 gebildet ist.
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Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung der 2 zu entnehmen ist, weist die Bohrspitze 2 insgesamt eine unrunde Querschnittsgeometrie auf. Ausgehend von einer Start-Drehposition 30, die einer Drehposition der Bohrspitze 2 an der Position des Schneidecks 12 entspricht, wird der jeweilige Rücken 18 abweichend von einer kreisrunden Kontur geschliffen. Diese kreisrunde Kontur ist in 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt, die zugleich einen Bohrer-Nennradius R repräsentiert. Am Schneideck 12 wird die Bohrerspitze 2 auf diesen Nennradius R geschliffen.
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Anschließend an die Start-Drehposition 30 schließt sich zunächst ein die Führungsfase 26 bildender Teilabschnitt an, welcher sich über wenige Grad erstreckt. In diesem Bereich der Führungsfase 26 verläuft die Umfangslinie vorzugsweise entlang eines Radius r1, welcher geringfügig kleiner als der Nennradius R ist, so dass ein gewisser Freiwinkel ausgebildet ist. An diesen ersten Teilabschnitt schließt sich ein zweiter Teilabschnitt mit weiter verringertem Radius r2 (Abstand zur Mittenlängsachse) an, so dass sich der Freigang, also der Abstand zwischen der tatsächlichen Umfangslinie und dem Nennradius R vergrößert. In einem anschließenden Umfangsabschnitt verläuft die Umfangslinie annähernd geradlinig mit einem Radius r3 weiter, bevor sie dann wieder kontinuierlich zu einem Radius r4 ansteigt, der den Stützradius der rückwärtigen Stützfase 28 bildet. Unter den Radien r1–r4 werden allgemein die Abstände zur Mittenlängsachse 22 verstanden. Die entsprechenden Teilabschnitte können, müssen jedoch nicht zwingend entlang einer Kreisbogenlinie mit dem jeweiligen Radius r1–r4 verlaufen. Die beiden Stützfasen 26, 28 sind dabei etwa unter einem Winkel von 70° voneinander beabstandet. Im Anschluss an die rückwärtige Stützfase verläuft der Rücken noch über einen Winkelabstand von beispielsweise 10° bis 30° weiter, wobei hier der Radius wieder verringert wird.
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Die Querschnittsgeometrie ist bezüglich einer Rotation um die Mittenlängsachse 22 insgesamt um 1/N × 360° rotationssymmetrisch, wobei N die Anzahl der Hauptschneiden ist. Geringfügige Abweichung von dieser exakten Rotationssymmetrie zur Erzeugung einer geringfügigen Unsymmetrie (Abweichung < 5% von der Symmetrie) zur Vermeidung von Ratterproblemen sind möglich.
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Die einzelnen Abschnitte des Rückens 18 gehen kontinuierlich, vorzugsweise stetig homogen und kantenfrei ineinander über. Zur Annäherung eines solchen stetig homogenen Verlaufs können auch mehrere Flächen aneinander angrenzen. Der Radius r4 bei der rückwärtigen Stützfase 28 ist etwa um 0,1 mm bis 0,2 mm geringer als der Nennradius R.
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Zur Ausbildung der Bohrspitze 2, insbesondere der in 2 dargestellten unrunden Querschnittsgeometrie wird die Bohrspitze 2 in einem Schleifverfahren mit einer hier nicht näher dargestellten Schleifscheibe geschliffen. Hierzu rotiert die Bohrspitze 2 um die Mittenlängsachse 22 in Drehrichtung 32. Während dieser Rotation wird die Schleifscheibe senkrecht zur Mittenlängsachse 22 in radialer Richtung entsprechend der in der 2 dargestellten Umfangskontur zugestellt. Dabei nimmt die Schleifscheibe bei gleichen Winkelstellungen jeweils den gleichen radialen Abstand zur Mittenlängsachse 22 ein. Dies bedeutet, dass an den Schneideckpositionen (entsprechen den Positionen bei 90° und 270° in 2), die Schleifscheibe sich jeweils an der Position des Nennradius R befindet und ausgehend hiervon bei einer weiteren Rotation der Bohrspitze 2 zur Mittenlängsachse 22 zunächst zugestellt und anschließend wieder zurückgezogen wird, um die gewünschte Kontur auszubilden. Nach einer 180°-Umdrehung (bei zwei Hauptschneiden 6) der Bohrspitze 2 befindet sich die Schleifscheibe dabei jeweils wieder an der exakt gleichen radialen Zustellposition. Dadurch wird die in 2 dargestellte Umfangskontur in Axialrichtung 24 jeweils ohne Drall weitergeführt, so dass die beiden Fasen 26, 28 jeweils die Nebenschneide 14 schneiden.
