DE102019202165B4

DE102019202165B4 - Bohrer und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102019202165B4
Application number: DE102019202165.4A
Authority: DE
Inventors: Herbert Rudolf KAUPER
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: DE102019202165A1; US20200261989A1

Abstract

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (4) mittels eines Bohrers (2),
- wobei der Bohrer (2) sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und eine Bohrerspitze (6) aufweist, mit einem Spitzenwinkel (S), welcher geringer ist als 180°,
- wobei der Bohrer (2) eine Mantelfläche (10) aufweist, an welcher zumindest eine Nebenschneide (12) ausgebildet ist, welche zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung (Q) quer zur Längsachse (L) ausgebildet ist,
- wobei das Werkstück (4) eine Oberfläche (O) aufweist, durch welche hindurch ein Bohrloch (8) gebohrt wird, indem in einem ersten Schritt an der Oberfläche (O) eine Planfläche (14) eingefräst wird und indem anschließend in einem zweiten Schritt ausgehend von der Planfläche (14) das Bohrloch (8) gebohrt wird,
- wobei die Planfläche (14) mittels der Nebenschneide (12) des Bohrers (2) eingefräst wird, indem dieser in einer Querrichtung (Q) quer zur Längsachse (L) vorgeschoben wird,
- wobei das Bohrloch (8) mittels desselben Bohrers (2) gebohrt wird, indem dieser in Richtung der Längsachse (L) vorgeschoben wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Bohrer sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks.
Ein Bohrer, auch als Bohrwerkzeug bezeichnet, dient allgemein der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks und speziell dem Bohren eines Lochs, genauer eines Bohrlochs, in das Werkstück. Dabei wird der Bohrer um eine Längsachse rotiert und in Richtung der Längsachse vorgeschoben. Zum Bohren des Lochs weist der Bohrer eine Bohrerspitze auf, an welcher eine Anzahl an Hauptschneiden ausgebildet sind, um beim Bohren frontseitig Material abzutragen und auf diese Weise das Loch auszubilden. Die dabei erzeugten Späne werden beispielsweise über Spannuten rückseitig aus dem Loch abgeführt.
Beim Bohren eines Lochs in ein Werkstück mit einer geneigten Oberfläche, besteht grundsätzlich das Problem, dass der Bohrer zusätzliche radiale Kräfte erfährt und dadurch seitlich abgelenkt wird. Es besteht die Gefahr, dass der Bohrer seitlich verläuft oder abrutscht. Eine geneigte Oberfläche steht allgemein nicht senkrecht zur Längsachse des Bohrers und ist beispielsweise gekrümmt ausgebildet oder plan mit schrägem Verlauf relativ zum Loch. Das Bohrloch wird dann unter Umständen nicht wie ursprünglich beabsichtigt gesetzt oder geformt. Zudem ergeben sich entsprechende mechanische Belastungen für den Bohrer.
In der DE 103 18 948 A1 ist ein Kombinationswerkzeug beschrieben, mit einer Bohrspitze und einem nachfolgenden Schaftabschnitt, welcher in einen Schruppabschnitt und einen Schlichtabschnitt unterteilt ist. Weiter ist ein Bearbeitungsverfahren beschrieben, bei welchem das Kombinationswerkzeug eine Platte zuerst durchbohrt. Anschließend wird die Platte über ihre gesamte Dicke von dem Schruppabschnitt bearbeitet.
In der DE 11 2014 006 123 T5 wird ein Schaftfräser beschrieben.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, das Bohren eines Lochs auf einer geneigten Oberfläche zu verbessern. Hierzu sollen ein geeigneter Bohrer und ein geeignetes Verfahren angegeben werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Bohrer mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für den Bohrer und umgekehrt.
Das Verfahren dient zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Bohrers und allgemein zur spanenden Bearbeitung. Der Bohrer erstreckt sich entlang einer Längsachse. Der Bohrer weist eine Bohrerspitze auf, welche am Bohrer frontseitig, also nach vorne gerichtet ausgebildet ist. Die Bohrerspitze weist einen Spitzenwinkel auf, welcher geringer ist als 180°. Die Bohrerspitze mit dem speziellen Spitzenwinkel dient zum Bohren eines Bohrlochs. Der Bohrer weist eine Mantelfläche auf, an welcher zumindest eine Nebenschneide ausgebildet ist. Die Nebenschneide ist zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung quer zur Längsachse ausgebildet. Die Nebenschneide ist also schnittfreudig ausgebildet, insbesondere indem diese mit einem Freiwinkel größer als 0° ausgebildet ist. Die Querrichtung ist also eine Fräsrichtung und entspricht einer Vorschubrichtung des Bohrers beim Fräsen. Hierbei erfolgt ein Vorschub allgemein seitwärts oder seitlich, nämlich in Querrichtung. Unter „quer“ bezüglich einer bestimmten Richtung wird allgemein insbesondere „nicht senkrecht“ zu dieser bestimmten Richtung verstanden. Speziell wird unter „quer“ bezüglich einer bestimmten Richtung insbesondere „in einem Winkel von weniger als 90° und wenigstens in einem Winkel von 60°“ zu dieser bestimmten Richtung verstanden. Insgesamt ist der Bohrer also zunächst als Bohrer zum Bohren eines Bohrlochs mittels der Bohrerspitze ausgebildet und weist aufgrund der speziellen Nebenschneide eine Zusatzfunktion „Fräsen“ auf, aufgrund welcher der Bohrer auch als Fräser verwendbar ist und zweckmäßig auch als Fräser verwendet wird.
Das Werkstück weist eine Oberfläche auf, durch welche hindurch ein Bohrloch gebohrt wird, indem in einem ersten Schritt an der Oberfläche eine Planfläche eingefräst wird und indem anschließend in einem zweiten Schritt ausgehend von der Planfläche das Bohrloch gebohrt wird. Die Oberfläche ist insbesondere eine geneigte Oberfläche. Mit anderen Worten: die Oberfläche ist nicht eben, ist also gekrümmt oder relativ zum Bohrloch geneigt oder beides. Die Planfläche ist dagegen eine ebene Fläche, d.h. die Planfläche ist plan. Die Planfläche dient vorteilhaft zur Vorbereitung des Bohrens auf der ansonsten geneigten Oberfläche. Die Oberfläche wird also zunächst durch Einfräsen einer Planfläche lokal abgeflacht, d.h. geebnet oder plan gefräst, um dann dort das Bohrloch auszubilden. Das Verfahren weist also allgemein zwei Schritte auf, nämlich einen Vorbereitungsschritt als ersten Schritt, welcher einem Bohren als zweiten Schritt vorausgeht und welcher das Bohren vorbereitet.
Die Planfläche wird mittels der Nebenschneide des Bohrers eingefräst, indem dieser in einer Querrichtung quer zur Längsachse vorgeschoben wird. Im ersten Schritt wird also die Fräsfunktion des Bohrers genutzt, um die Oberfläche des Werkstücks für das nachfolgende Bohren vorzubereiten. Hierzu wird der Bohrer gerade nicht ausschließlich in axialer Richtung vorgeschoben, sondern vielmehr überwiegend oder ausschließlich seitlich oder seitwärts, d.h. quer zur Längsachse. In einer geeigneten Ausgestaltung wird der Bohrer genau senkrecht zur Längsachse verschoben und somit in radialer Richtung. In einer anderen geeigneten Ausgestaltung wird der Bohrer dagegen nicht exakt in radialer Richtung verschoben, sondern allgemein quer zur Längsachse.
Anschließend an das Einfräsen der Planfläche wird das Bohrloch mittels desselben Bohrers gebohrt, indem dieser in Richtung der Längsachse vorgeschoben wird. Hierbei wird der Bohrer insbesondere ausschließlich in Richtung der Längsachse, d.h. in axialer Richtung vorgeschoben, ein seitlicher Vorschub erfolgt dagegen nicht. Der Bohrer trägt also im zweiten Schritt insbesondere ausschließlich frontseitig mittels der Bohrerspitze Material vom Werkstück ab. Beim Bohren ist der Bohrer vorzugsweise derart ausgerichtet, dass die Längsachse senkrecht zur Planfläche steht, sodass seitliche Kräfte auf den Bohrer vermieden werden. Das fertige Bohrloch erstreckt sich dann insbesondere senkrecht bezüglich der zuvor ausgebildeten Planfläche und allgemein geneigt bezüglich der zuvor im Bereich der Planfläche vorhandenen Oberfläche. Das Bohrloch weist demnach einen geneigten Eintrittswinkel auf, d.h. einen Eintrittswinkel, welcher bezüglich der ursprünglichen Oberfläche geneigt ist. In einer äquivalenten Betrachtung andersherum ist die Oberfläche bezüglich des Bohrlochs geneigt. Vorzugsweise wird das Bohrloch mittels des Bohrers mit einer Lochtiefe ausgebildet, welche wenigstens einem Durchmesser des Bohrers entspricht. Das Bohrloch ist also nicht lediglich eine Mulde in der Oberfläche, sondern erstreckt sich in das Werkstück hinein und weist dadurch auch eine insbesondere zylindermantelförmige Innenwand oder Bohrlochwand auf.
Zum Bohren weist die Bohrerspitze insbesondere mehrere Hauptschneiden auf und der Spitzenwinkel gibt an, in welchem Winkel die Hauptschneiden zueinander stehen. Die Bohrerspitze ist insgesamt kegelförmig ausgebildet, wobei dann die Hauptschneiden auf einer gedachten Kegelmantelfläche liegen. Der Spitzenwinkel entspricht dann einem durch die Kegelmantelfläche gebildeten Kegelspitzenwinkel. Im Gegensatz zu einem Fräser ist bei einem Bohrer der Spitzenwinkel allgemein positiv, d.h. geringer als 180°, sodass die Bohrerspitze nach außen weist. Bei einem Fräser beträgt der Spitzenwinkel dagegen wenigstens 180° und typischerweise mehr als 180°, sodass sich frontseitig an einem Fräser eine nach innen eingefallene Spitzengeometrie ergibt. Dies wird auch als negativer Spitzenwinkel bezeichnet. Der Spitzenwinkel ist ein wesentliches Kriterium zur Unterscheidung eines Fräsers von einem Bohrer. Aufgrund des negativen Spitzenwinkels ist ein Fräser üblicherweise nicht zum Bohren geeignet, da frontseitig eine spanende Bearbeitung des Werkstücks nicht möglich ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nun insbesondere darin, das Bohren auf einer beliebigen und vorteilhaft somit auch auf einer geneigten Oberfläche dadurch zu vereinfachen, dass das Fräsen zur Vorbereitung des Bohrens sowie das Bohren selbst mittels desselben Werkzeugs ausgeführt werden. Als Werkzeug wird ein spezieller Bohrer verwendet, welcher an sich ein Bohrer ist, welcher mit einer zusätzlichen Fräsfunktion ausgebildet ist. Der Bohrer ist also ein Multifunktionswerkzeug. Das Einfräsen der Planfläche und das anschließende Bohren des Bohrlochs ausgehend von der Planfläche werden dann vorteilhaft mit demselben Werkzeug durchgeführt, sodass ein aufwendiger Werkzeugwechsel nicht erforderlich ist und vorzugsweise auf einen solchen Werkzeugwechsel auch verzichtet wird. Dadurch wird die Bearbeitungszeit deutlich reduziert. Zum Bohren eines Bohrlochs in ein Werkstück mit einer Oberfläche, welche relativ zum geplanten Bohrloch geneigt ist, muss also nicht zuvor mittels eines Fräsers explizit die Oberfläche plan gefräst werden, dies erfolgt vielmehr direkt mit dem Bohrer im ersten Schritt.
Ein wesentlicher Aspekt des Bohrers ist insbesondere die speziell ausgebildete Nebenschneide. Bei einem Bohrer erstreckt sich die Nebenschneide allgemein entlang dessen Mantelfläche. Die Nebenschneide beginnt dabei frontseitig an der Bohrerspitze und stellt insbesondere sozusagen eine Fortsetzung einer Hauptschneide entlang der Mantelfläche dar. Eine jeweilige Hauptschneide des Bohrers erstreckt sich von einem Zentrum des Bohrers, typischerweise von einer Querschneide im Zentrum aus, nach außen hin zur Mantelfläche. Dort endet die Hauptschneide in einem Schneideck, welches insbesondere auch einen radial äußersten Punkt des Bohrers bildet. Ausgehend vom Schneideck erstreckt sich dann die Nebenschneide von vorne nach hinten bezüglich des Bohrers.
Die Nebenschneide folgt insbesondere einer Spannut, welche sich in Umlaufrichtung des Bohrers an die Hauptschneide anschließt. Die Spannut dient der Abfuhr von Spänen, welche mittels der Hauptschneide im Betrieb vom Werkstück abgehoben werden. Die Spannut ist geeigneterweise gewendelt ausgebildet und erstreckt sich dann schraubenlinienförmig oder helixförmig um die Längsachse herum. Die Nebenschneide berandet die Spannut und folgt somit deren Verlauf, d.h. verläuft gegebenenfalls ebenfalls entsprechend gewendelt um die Längsachse.
Grundsätzlich ist die Nebenschneide zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass der Bohrer beim Bohren im Bohrloch seitlich stabilisiert wird. Hierzu wird an der Nebenschneide vorteilhafterweise eine Führungsfase ausgebildet, welche in radialer Richtung hervorsteht, d.h. die übrige Mantelfläche ist gegenüber der Führungsfase zurückgesetzt ausgebildet. Die Führungsfase gleitet dann entlang der Innenwand des Bohrlochs und stabilisiert den Bohrer, da jedoch die übrige Mantelfläche zurückgesetzt ist, ist diese mit der Innenwand nicht in Kontakt, sodass eine Reibung des Bohrers im Bohrloch vorteilhaft reduziert wird.
Die Nebenschneide ist typischerweise ohne einen Freiwinkel ausgebildet, sodass die Mantelfläche oder wenigstens eine Führungsfase an der Innenwand des Bohrlochs anliegen. Vorliegend ist nun zur Realisierung der Fräsfunktion die Nebenschneide zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung quer zur Längsachse ausgebildet, d.h. insbesondere, dass die Nebenschneide schnittfreudig ausgebildet ist und hierzu mit einem Freiwinkel von größer 0° ausgebildet ist. Durch eine Seitwärtsbewegung, also einen Vorschub in Querrichtung, kann dann die Nebenschneide in das Werkstück eingreifen und Material abheben. Der Bohrer ist also zur spanenden Bearbeitung durch Vorschub in Querrichtung ausgebildet. Die Nebenschneide wird hierzu bei der Herstellung des Bohrers in geeigneter Weise angeschliffen, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb dann eine Schnittwirkung erzielt wird. Bei dem vorliegenden Bohrer wird zweckmäßigerweise auf eine Führungsfase an der Nebenschneide verzichtet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Nebenschneide zum Fräsen mit einem Freiwinkel ausgebildet, welcher wenigstens 5° und höchstens 30° beträgt. Dieser Wertebereich für den Freiwinkel ist besonders geeignet zum Fräsen der Planfläche im ersten Schritt und gewährleistet aber zugleich auch eine gute Stabilisierung des Bohrers beim Bohren im zweiten Schritt.
Vorzugsweise beträgt der Spitzenwinkel höchstens 170°. Der Bohrer ist somit insgesamt flach ausgebildet, d.h. flach im Vergleich zu einem für Bohrer üblichen Spitzenwinkel von 140°. Durch diese flache Ausgestaltung wird die Fräsfunktion des Bohrers unterstützt, insbesondere da der Bohrer zum Fräsen dann höchstens leicht geneigt werden muss.
Der spezielle Bohrer unterscheidet sich von einem Fräser insbesondere nicht lediglich wie bereits erwähnt durch den speziellen Spitzenwinkel und die mehreren Hauptschneiden, sondern vorzugsweise auch durch einen gegenüber einem Fräser verringerten Kerndurchmesser. Der Kerndurchmesser gibt bei einem Bohrer und einem Fräser und allgemein bei einem Rotationswerkzeug den Durchmesser des Kerns des Werkzeugs an. Dabei ist der Kern definiert durch eine Eindringtiefe der Spannuten und bezeichnet gerade denjenigen Bereich des Werkzeugs, bis zu welchem hin die Spannuten vordringen. Bei einem Fräser ist der Kerndurchmesser üblicherweise groß gewählt und entspricht dann mehr als der Hälfte des Durchmessers des Fräsers, um bei einer Seitwärtsbewegung des Fräsers eine möglichst gute Stabilität zu gewährleisten. Demgegenüber ist bei einem Bohrer der Kerndurchmesser geringer und beträgt insbesondere höchstens die Hälfte des Durchmessers des Bohrers, vorzugsweise höchstens ein Viertel des Durchmessers, sodass besonders viel Raum zur Spanabfuhr bereitsteht.
Zum Fräsen wird der Bohrer seitlich verschoben, nämlich in Querrichtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Fräsen im ersten Schritt der Bohrer mit geneigter Längsachse verschoben, indem der Bohrer derart positioniert wird, dass die Querrichtung mit der Längsachse einen Winkel einschließt, welcher dem halben Spitzenwinkel entspricht. Der Bohrer ist also bezüglich der Querrichtung, d.h. bezüglich einer Bewegungsrichtung beim Fräsen, geneigt. Die Neigung ist abhängig vom Spitzenwinkel und derart gewählt, dass beim Drehen des Bohrers die gedachte Kegelmantelfläche sozusagen halbseitig über die Planfläche schleift. Die Bohrerspitze wird also gerade nicht zur frontseitigen Bearbeitung eingesetzt, sondern es wird ausschließlich mittels der Nebenschneide Material abgetragen. Die Hauptschneiden des Bohrers werden beim Fräsen also nicht verwendet. Die Bohrerspitze taucht also beim Fräsen nicht weiter in das Werkstück ein, sodass vorteilhaft eine durchgängig ebene Planfläche erzeugt wird. Je nach Ausgestaltung der Bohrerspitze ergibt sich in der ebenen Planfläche unter Umständen eine Nut oder Rille in Querrichtung, welche durch eine Querschneide erzeugt wird, welche gegenüber den Hauptschneiden in axialer Richtung hervorsteht. Im Querschnitt entlang der Längsachse betrachtet liegt aber allgemein die Bohrerspitze aufgrund der kegelförmigen Ausgestaltung auf einer Seite auf der Planfläche auf, während die andere Seite in einem Winkel zur Planfläche steht, welcher der Differenz aus einem Halbwinkel von 180° und dem Spitzenwinkel entspricht. Bei einem beispielhaften Bohrer mit einem Spitzenwinkel von 178° liegt also die kegelförmige Bohrerspitze auf einer Seite auf der Planfläche auf und die andere Seite verläuft in einem Winkel von 2° zur Planfläche.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im ersten Schritt durch die Nebenschneide eine Seitenwand ausgebildet. Diese Seitenwand schließt sich insbesondere in der Querrichtung betrachtet an die Planfläche an. Die Seitenwand wird prinzipbedingt parallel zur Mantelfläche ausgebildet, da ja die Nebenschneide gerade in der Mantelfläche angeordnet ist. Weiter erstreckt sich die Seitenwand ausgehend von der Planfläche in einem Winkel, welcher auch als Seitenwinkel bezeichnet wird. Allgemein entspricht der Seitenwinkel prinzipbedingt demjenigen Winkel, welcher zwischen der Mantelfläche und einer jeweiligen Hauptschneide, also der gedachten Kegelmantelfläche der Bohrerspitze, ausgebildet ist. Der Seitenwinkel entspricht also einem Winkel des Bohrers am Schneideck, sodass also die Seitenfläche in Kombination mit der Planfläche die Außenkontur des Bohrers abbildet. Speziell bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Seitenwand mit der Planfläche einen Winkel, d.h. Seitenwinkel, einschließt, welcher der Differenz aus einem Halbwinkel, d.h. 180°, und dem halben Spitzenwinkel entspricht. Die Mantelfläche verläuft hierzu insbesondere parallel zur Längsachse, zumindest frontseitig am Bohrer. Bei einem beispielhaften Bohrer mit einem Spitzenwinkel von 178° schließen die Hauptschneide und die Mantelfläche dann einen Winkel von 91° ein und entsprechend beträgt auch der Seitenwinkel zwischen Planfläche und Seitenwand dann 91°.
Die Seitenwand ergibt sich insbesondere daraus, dass die Oberfläche des Werkstücks geneigt ist und beim Einfräsen der Planfläche lokal plan gefräst wird, sodass sich eine entsprechende Stufe ergibt, welche dann die Planfläche von der im Übrigen insbesondere unbearbeiteten Oberfläche abgrenzt. Die Seitenwand definiert dann die Höhe der Stufe. Je nach Neigung der Oberfläche beträgt die Höhe der Stufe und somit der Seitenwand beispielsweise 0,01 mm und bis zum 8-fachen des Durchmessers.
Die Seitenwand wird vorzugsweise als eine Fase für das Bohrloch ausgebildet und dient beim Bohren, speziell vorzugsweise bei einem nachfolgenden Tieflochbohren, als eine Führungshilfe. In einer geeigneten Ausgestaltung wird die Seitenwand als Führungshilfe für den Bohrer selbst verwendet. Besonders bevorzugt wird die Seitenwand aber alternativ oder zusätzlich als Führungshilfe für einen anderen Bohrer verwendet, welcher dem Bohren des Bohrlochs verwendet wird, insbesondere um das Bohrloch weiter zu bearbeiten. Die Nutzung der Seitenwand als Führungshilfe ist besonders geeignet beim Tieflochbohren, wenn der Bohrer als Pilotbohrer verwendet wird. Mittels desselben Bohrers wird zunächst die Planfläche erzeugt und dann das Bohrloch als Pilotbohrung für einen nachfolgenden Tieflochbohrer, d.h. nach dem Bohren des Bohrlochs wird der Bohrer durch einen Tieflochbohrer ausgetauscht, mittels welchem dann ausgehend von dem Bohrloch ein Tiefbohrloch in das Werkstück gebohrt wird. Die bezüglich der Längsachse auch des Tieflochbohrers leicht geneigte Seitenwand dient dann vorteilhaft zur vereinfachten Einführung des Tieflochbohrers in die Pilotbohrung.
Vorteilhafterweise wird nach dem Einfräsen der Planfläche im ersten Schritt und vor dem Bohren des Bohrlochs im zweiten Schritt der Bohrer derart geneigt, dass die Längsachse des Bohrers senkrecht zur Planfläche steht. Der Bohrer wird also, nachdem die Planfläche eingefräst worden ist, in diese sozusagen eingestochen, indem der Bohrer geneigt wird, sodass die Bohrerspitze in die Planfläche hineingedrückt wird. Die Längsachse wird also in eine zur Planfläche senkrechte Ausrichtung gebracht, sodass beim anschließenden Bohren des Bohrlochs, der Bohrer ausgehend von einer optimal plan gefrästen und allgemein eingeebneten Oberfläche vorgeschoben wird. Dadurch werden seitliche Kräfte, wie sie ansonsten bei einer geneigten Oberfläche auftreten würden, vorteilhaft vermieden. Die allgemein kegelförmige Bohrerspitze wird also bezüglich der Planfläche aufgerichtet und insbesondere von einer teilweise aufliegenden Ausrichtung in eine zu der oder in die Planfläche spitz zulaufenden Ausrichtung gebracht. Der Winkel, um welchen die Längsachse geneigt wird, ist abhängig vom Spitzenwinkel und entspricht der Hälfte der Differenz aus einem Halbwinkel von 180° und dem Spitzenwinkel. Bei einem beispielhaften Bohrer mit einem Spitzenwinkel von 178° wird die Längsachse zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt dann um 1° geneigt.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird nach dem Einfräsen der Planfläche der Bohrer entgegen der Querrichtung zurückverschoben, sodass beim Bohren des Bohrlochs durch die Planfläche ein Absatz ausgebildet wird. Insbesondere wird der Bohrer entgegen der Querrichtung, also in Gegenquerrichtung zurückverschoben. Im Falle der Ausbildung einer Seitenwand wird durch das Zurückverschieben absichtlich ein Abstand zwischen der Seitenwand und dem Bohrer, genauer dessen Mantelfläche, ausgebildet, sodass der Bohrer für das nachfolgende Bohren in eine besonders entspannte Axialposition gebracht wird, in welcher entsprechend geringe Seitenkräfte wirken. Zudem wird vorteilhaft eine Reibung des Bohrers an der Seitenwand vermieden. Vorzugsweise wird der Bohrer um wenigstens 0,05 mm und höchstens 1 mm zurückverschoben. Der Abstand zu einer gegebenenfalls gebildeten Seitenwand beträgt dann entsprechend auch wenigstens 0,05 mm und höchstens 1 mm.
Durch das Zurückverschieben des Bohrers wird auch ein entsprechender Absatz ausgebildet, welcher bezüglich des anschließend gebohrten Bohrlochs, speziell insbesondere eines Tiefbohrlochs, auch als Überstand, als Rand oder als teilweise ausgebildeter Kragen bezeichnet wird. Das Bohrloch geht also nicht direkt in die Seitenwand über und fluchtet auch nicht mit dieser, sondern ist vielmehr bezüglich der übrigen Oberfläche, welche die Planfläche umgibt, abgesetzt ausgebildet. Das Bohrloch ist also zumindest in Querrichtung nicht unmittelbar angrenzend an die übrige, unbearbeitete Oberfläche ausgebildet, sondern durch einen Teil der Planfläche, nämlich den Absatz, davon beabstandet.
Der Bohrer und das Verfahren sind in diversen Kontexten vorteilhaft anwendbar. In jedem Fall ergibt sich durch die Integration einer Fräsfunktion in einen Bohrer der Vorteil, dass zum Bohren eines Bohrlochs auf einer allgemein geneigten Oberfläche, also beispielsweise einer gekrümmten, unebenen oder schrägen Oberfläche, kein Werkzeugwechsel notwendig ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird das Bohrloch als ein Pilotbohrloch ausgebildet und anschließend wird dieses Pilotbohrloch mittels eines separaten Tieflochbohrers als ein Tiefbohrloch weitergebildet. Der Bohrer ist demnach als Pilotbohrer ausgebildet, mittels welchem im Rahmen einer Pilotbohrung das Bohrloch als ein Pilotbohrloch ausgebildet wird, welches anschließend mittels eines separaten Tieflochbohrers zu einem Tiefbohrloch weitergebildet wird. Zum Tieflochbohren erfolgt also ein Werkzeugwechsel, bei welchem der Pilotbohrer durch einen Tieflochbohrer ausgetauscht wird, um das Bohrloch weiterzubilden.
Ein Tieflochbohrer zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieser eine Länge aufweist, welcher wenigstens das 10-fache eines Durchmessers des Tieflochbohrers beträgt. Bei der Bestimmung der Länge wird ein Schaft des Bohrers zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine insbesondere nicht mitgerechnet. Der Tieflochbohrer ist also deutlich länger als breit, wodurch dann ein entsprechendes Tiefbohrloch erzeugt wird, welches entsprechend deutlich tiefer als breit ist.
Vorliegend ist der Bohrer vorzugsweise als ein Pilotbohrer ausgebildet, zur Erzeugung einer Pilotbohrung. Eine Pilotbohrung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese zwar eine Bohrung ist, jedoch in einem nachfolgenden Schritt noch eine weitere Bearbeitung der Bohrung erfolgt, vorzugsweise eine Vertiefung. Dies ist besonders vorteilhaft beim Tieflochbohren, wie oben bereits beschrieben. Mittels des Pilotbohrers wird zunächst die Oberfläche des Werkstücks lokal plan gefräst und dann ohne einen Werkzeugwechsel mittels desselben Bohrers ein Pilotbohrloch erzeugt. Anschließend wird der Pilotbohrer durch ein anderes Werkzeug, insbesondere einen Tieflochbohrer, ausgetauscht. Für dieses andere Werkzeug dient das Bohrloch dann als Positionierhilfe. Ein Pilotbohrer zeichnet sich gegenüber einem Tieflochbohrer insbesondere durch eine geringere Länge aus, welche in einer geeigneten Ausgestaltung wenigstens das 1-fache und höchstens das 5-fache des Durchmessers des Bohrers beträgt.
Zur Reduzierung der Reibung im Bohrloch beim Bohren ist der Bohrer vorzugsweise nach hinten hin verjüngt ausgebildet, weist also einen Durchmesser auf, welcher ausgehend von der Bohrerspitze und in Richtung der Längsachse nach hinten hin reduziert ist. Entlang des Bohrers ist der Durchmesser dann vorzugsweise um 0,1 mm bis 0,5 mm pro 100 mm Länge des Bohrers reduziert, d.h. der Durchmesser verringert sich auf einer Länge von 100 mm um 0,1 mm bis 0,5 mm.
Zum Fräsen ist die Nebenschneide wie beschrieben schnittfreudig ausgebildet. In einer ersten geeigneten Ausgestaltung ist dann die gesamte Nebenschneide zum Fräsen ausgebildet ist. Mit anderen Worten: die Nebenschneide weist entlang ihrer gesamten Länge einen Freiwinkel von größer 0° auf. Dadurch ist die Herstellung des Bohrers besonders einfach.
Alternativ einer Ausgestaltung, bei welcher die gesamte Nebenschneide zum Fräsen ausgebildet ist, ist in ebenfalls geeigneter Ausgestaltung die Nebenschneide lediglich auf einem frontseitigen Fräsabschnitt zum Fräsen ausgebildet. Der Fräsabschnitt wird auch als Frontabschnitt bezeichnet. Die Nebenschneide ist also gerade nicht insgesamt schnittfreudig ausgebildet, sondern lediglich frontseitig und im Bereich der Bohrerspitze. Dem liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, dass es bei typischer Oberfläche ausreichend ist, eine Fräsfunktion lediglich frontseitig bereitzustellen, da ein weiteres Eindringen des Bohrers im ersten Schritt nicht notwendig ist. Geeigneterweise weist der Fräsabschnitt eine Länge von wenigstens 1 mm und höchstens 10 mm auf.
In einer geeigneten Weiterbildung ist die Nebenschneide zweistufig ausgebildet, indem sich an den frontseitigen Fräsabschnitt ein rückseitiger Bohrabschnitt anschließt, wobei der Fräsabschnitt einen Fräsdurchmesser aufweist, welcher geringer ist als ein Bohrdurchmesser des Bohrabschnitts. An den Fräsabschnitt schließt sich demnach nach hinten hin ein Bohrabschnitt an, welcher auch als Rückabschnitt bezeichnet wird. Der Bohrabschnitt dient vorrangig insbesondere der Ausbildung des Bohrlochs im zweiten Schritt des Verfahrens. Der Fräsabschnitt und der Bohrabschnitt sind somit entlang der Längsachse hintereinander angeordnet, wobei der Fräsabschnitt vorn am Bohrer ausgebildet ist und der Bohrabschnitt dahinter. Die Nebenschneide ist auf dem Fräsabschnitt schnittfreudig ausgebildet, auf dem Bohrabschnitt dagegen nicht, d.h. die Nebenschneide weist auf dem Bohrabschnitt insbesondere einen Freiwinkel von 0° auf, sodass der Bohrabschnitt insgesamt nach Art einen Bohrers ausgebildet ist. Der Bohrabschnitt weist senkrecht zur Längsachse gemessen einen Durchmesser auf, welcher auch als Bohrdurchmesser bezeichnet wird. Entsprechend weist der Fräsabschnitt senkrecht zur Längsachse gemessen einen Durchmesser auf, welcher auch als Fräsdurchmesser bezeichnet wird. Der Fräsdurchmesser ist nun geringer als der Bohrdurchmesser. Der Fräsabschnitt ist also bezüglich des Bohrabschnitts in radialer Richtung abgesetzt, insbesondere zur Längsachse nach innen hin zurückgesetzt, sodass am Übergang zwischen Fräsabschnitt und Bohrabschnitt insbesondere eine Stufe ausgebildet ist. Dies ergibt sich in einer Ausgestaltung insbesondere dadurch, dass bei der Herstellung des Bohrers die Nebenschneide auf dem Fräsabschnitt zu dessen Herstellung angeschliffen wird und somit relativ zum Bohrabschnitt entsprechend Material abgetragen wird. Zum Anderen ist durch die unterschiedlichen Durchmesser gewährleistet, dass der Fräsabschnitt optimal zum Fräsen ausgebildet ist und beim Bohren kein ungewollter Materialabtrag an der Bohrlochinnenwand erfolgt und dass der Bohrer beim Bohren durch den Bohrdurchmesser optimal im Bohrloch geführt ist.
Ein besonderer Vorteil der Ausgestaltung mit zweistufiger Nebenschneide besteht insbesondere darin, dass sowohl die Bohrerspitze zum Bohren als auch der Fräsabschnitt zum Fräsen jeweils nachschleifbar sind, ohne beim Nachschleifen den Bohrdurchmesser für das Bohren zu beeinflussen. Ein Nachschleifen erfolgt vorzugsweise lediglich am Fräsabschnitt. Der Bohrdurchmesser bleibt vorteilhaft erhalten, sodass für einen Folgeprozess, speziell ein nachfolgendes Tieflochbohren oder sonstiges Bohren, eine dauerhaft hohe Präzision gewährleistet ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser entlang der Längsachse ergibt sich am Übergang vom Fräsabschnitt zum Bohrabschnitt prinzipbedingt eine Stufe, an welcher die Nebenschneide entsprechend von einem schnittfreudigen Teil in einen nicht-schnittfreudigen Teil übergeht. An dieser Stufe ergibt sich in radialer Richtung eine Kante, welche den Unterschied zwischen den beiden Durchmessern überbrückt und die beiden Teile der Nebenschneide miteinander verbindet. Diese Kante ist zweckmäßigerweise als Schneide ausgebildet, um hier im Betrieb noch Material abzutragen und den Bohrlochdurchmesser vom Fräsdurchmesser auf den Bohrdurchmesser aufzuweiten.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer zweistufigen Nebenschneide, d.h. einem insgesamt zweistufigen Bohrer, wird zunächst wie bereits beschrieben die Planfläche eingefräst. Bei der Dimensionierung der Planfläche wird zweckmäßigerweise berücksichtigt, dass der Bohrdurchmesser größer ist als der Fräsdurchmesser. Hierzu wird die Planfläche derart eingefräst, dass diese wenigstens so groß ist wie der Bohrdurchmesser. Hierzu wird der Bohrer beim Einfräsen der Planfläche entlang eines Fräspfads geführt, welcher in einer geeigneten Ausgestaltung zwei zueinander versetzte Längsabschnitt aufweist, sodass ein Planfläche eingefräst wird, welche größer ist als der Fräsdurchmesser. Anschließend wird der Bohrer insbesondere mittig über der Planfläche positioniert und dann zum Bohren eingestochen. Zunächst dringt prinzipbedingt der Fräsabschnitt in das Werkstück ein, darauffolgend jedoch mit weiterem Vorschub in Längsrichtung der Bohrabschnitt, welcher das Bohrloch dann auf den Bohrdurchmesser aufweitet.
Beim Tieflochbohren weist der nach dem zweistufigen Bohrer verwendete Tieflochbohrer vorzugsweise einen Tieflochbohrdurchmesser auf, welcher dem Bohrdurchmesser entspricht, jedoch eine geringere Toleranz aufweist. Durch diese Abstimmung der Durchmesser aufeinander ist eine besonders gute Führung des Tieflochbohrers und eine besonders hohe Präzision beim Tieflochbohren gewährleistet.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch:

1 Einen Bohrer und ein Werkstück mit einer geneigten Oberfläche,
2 einen ersten Schritt bei der Bearbeitung des Werkstücks aus 1,
3 einen zweiten Schritt bei der Bearbeitung des Werkstücks aus 1,
4 die Ausbildung eines Tiefbohrlochs in dem Werkstück aus 1,
5 eine vergrößerte Ansicht des ersten Schritts aus 2,
6 eine vergrößerte Ansicht beim Übergang vom ersten Schritt der 2 zum zweiten Schritt der 3,
7 eine vergrößerte Ansicht des zweiten Schritts aus 3,
8 den Bohrer aus 1 in einer Frontansicht,
9 eine Detailansicht eines Ausschnitts des Bohrers aus 1,
10 den Bohrer aus 1 in einer Querschnittansicht,
11 den Bohrer aus 1 in einer Seitenansicht
12 eine Variante des Bohrers und ein Werkstück in einer Seitenansicht,
13 die Anordnung aus 12 in einer Draufsicht,
14 die Anordnung aus 12 in einem ersten Schritt,
15 die Anordnung aus 14 in einer Draufsicht,
16 die Anordnung aus 12 in einem zweiten Schritt,
17 die Anordnung aus 16 in einer Draufsicht,
18 das Werkstück der 12 bis 17 und einen Tieflochbohrer.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 bis 7 zeigen Abschnitte eines Verfahrens, bei welchem mittels eines Bohrers 2 ein Werkstück 4 bearbeitet wird. Dabei zeigen die 5 bis 7 den Vorgang aus den 2 und 3 ausschnittsweise und in vergrößerter Darstellung. Der Bohrer 2 ist in den 8 bis 11 in verschiedenen Ansichten näher dargestellt. Der Bohrer 2 erstreckt sich entlang einer Längsachse L und weist eine Bohrerspitze 6 auf, welche am Bohrer 2 frontseitig, also nach vorne gerichtet ausgebildet ist. Wie speziell in den 5 bis 7, aber auch in 11 erkennbar ist, weist die Bohrerspitze 6 einen Spitzenwinkel S auf, welcher geringer ist als 180° und vorliegend höchstens 170° beträgt, sodass der Bohrer 2 insgesamt flach ausgebildet ist. Die Bohrerspitze 6 mit dem speziellen Spitzenwinkel S dient zum Bohren eines Bohrlochs 8. Der Bohrer 2 weist eine Mantelfläche 10 auf, an welcher zumindest eine Nebenschneide 12 ausgebildet ist, welche besonders deutlich in dem vergrößerten Ausschnitt der 9 erkennbar ist. Die Nebenschneide 12 ist zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung Q quer zur Längsachse L ausgebildet, wobei die Querrichtung Q nicht notwendigerweise senkrecht zur Längsachse L verläuft. Die Nebenschneide 12 ist schnittfreudig ausgebildet, vorliegend indem diese mit einem Freiwinkel F größer als 0° ausgebildet ist. Die Querrichtung Q ist also eine Fräsrichtung und entspricht einer Vorschubrichtung des Bohrers beim Fräsen.
In den 1 bis 7 weist das Werkstück 4 eine Oberfläche O auf, durch welche hindurch ein Bohrloch 8 gebohrt wird. Dazu wird wie in den 1 und 2 dargestellt in einem ersten Schritt an der Oberfläche O eine Planfläche 14 eingefräst. In 1 wird der Bohrer 2 zunächst an das Werkstück 4 herangeführt und dann in 2 in dieses seitlich eingefahren. Anschließend wird wie in 3 gezeigt in einem zweiten Schritt ausgehend von der Planfläche 14 das Bohrloch 8 gebohrt. Die Oberfläche O ist dabei eine geneigte Oberfläche O und vorliegend insgesamt gekrümmt und jedenfalls nicht eben. Die Planfläche 14 ist dagegen eine ebene Fläche und dient zur Vorbereitung des Bohrens auf der ansonsten geneigten Oberfläche O. Die Oberfläche O wird also zunächst durch Einfräsen der Planfläche 14 lokal plan gefräst, wie in 2 gezeigt, um dann dort das Bohrloch 8 auszubilden, wie in 3 gezeigt. Das Verfahren weist also allgemein zwei Schritte auf, nämlich einen in 2 gezeigten Vorbereitungsschritt als ersten Schritt und ein Bohren wie in 3 gezeigt als zweiten Schritt. Dabei wird ein spezieller Bohrer 2 verwendet, welcher an sich ein Bohrer ist, welcher mit einer zusätzlichen Fräsfunktion ausgebildet ist. Der Bohrer 2 ist also vorliegend ein Multifunktionswerkzeug. Im ersten Schritt wird dann die Fräsfunktion des Bohrers 2 genutzt, um die Oberfläche O des Werkstücks 4 für das nachfolgende Bohren vorzubereiten. Hierbei wird der Bohrer 2 seitwärts bewegt, wie in den 1 und 2 durch Pfeile angedeutet ist. Anschließend wird eine Bohrfunktion genutzt, um wie in 3 gezeigt das Bohrloch 8 zu bohren. Auf einen Werkzeugwechsel wird dabei verzichtet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird wie in 4 gezeigt dann das Bohrloch 8 genutzt, um mittels eines Tieflochbohrers 16 ein Tiefbohrloch zu bohren. Das ursprüngliche Bohrloch 8 dient also im gezeigten Ausführungsbeispiel als Pilotbohrloch für eine Tieflochbohrung. Der Bohrer 2 ist entsprechend ein Pilotbohrer und nach dem Bohren des Bohrlochs 2 erfolgt ein Werkzeugwechsel. Alternativ zu einem Tiefbohrloch wie in 4 gezeigt, wird in einer nicht gezeigten Variante lediglich ein Bohrloch 8 wie in den 1 bis 3 gezeigt gebohrt, wobei dann der Schritt in 4 entfällt und also kein Tiefbohrloch gebohrt wird.
Der Bohrer 2 weist allgemein eine Länge E und einen Durchmesser D auf. Zur Reduzierung der Reibung im Bohrloch beim Bohren ist der Bohrer 2 in einer nicht gezeigten Variante nach hinten hin verjüngt ausgebildet, weist also einen Durchmesser D auf, welcher ausgehend von der Bohrerspitze 6 und in Richtung der Längsachse L nach hinten hin reduziert ist.
In 3 wird das Bohrloch 8 mittels desselben Bohrers 2 gebohrt, mit welchem in 2 gefräst wird, indem dieser Bohrer 2 in Richtung der Längsachse L vorgeschoben wird. Dabei trägt der Bohrer 2 frontseitig mittels der Bohrerspitze 6 Material vom Werkstück 4 ab. Beim Bohren ist der Bohrer 2 weiterhin derart ausgerichtet, dass die Längsachse L senkrecht zur Planfläche 14 steht, sodass seitliche Kräfte auf den Bohrer 2 vermieden werden. Das fertige Bohrloch 8 erstreckt sich dann vorliegend senkrecht bezüglich der zuvor ausgebildeten Planfläche 14.
Zum Bohren weist die Bohrerspitze 6 wie in 8 erkennbar mehrere Hauptschneiden 18 auf und der Spitzenwinkel S gibt an, in welchem Winkel die Hauptschneiden 18 zueinander stehen. Die Bohrerspitze 6 ist insgesamt kegelförmig ausgebildet, wobei dann die Hauptschneiden 18 auf einer gedachten Kegelmantelfläche liegen. Der Spitzenwinkel S entspricht dann einem durch die Kegelmantelfläche gebildeten Kegelspitzenwinkel. Der Spitzenwinkel S ist positiv, d.h. geringer als 180°, sodass die Bohrerspitze 6 nach außen weist.
Eine jeweilige Hauptschneide 18 des Bohrers 2 erstreckt sich von einem Zentrum Z des Bohrers 2 aus, nach außen hin zur Mantelfläche 10. Dort endet die Hauptschneide 18 in einem Schneideck 20. Die spezielle Nebenschneide 12 des Bohrers 2 beginnt frontseitig an der Bohrerspitze 6 und bildet eine Fortsetzung der Hauptschneiden 18 entlang der Mantelfläche 10. Ausgehend vom Schneideck 20 erstreckt sich dann die Nebenschneide 12 von vorne nach hinten bezüglich des Bohrers 2. Wie z.B. in 11 erkennbar ist, folgt die Nebenschneide 12 einer Spannut 22, welche sich in Umlaufrichtung des Bohrers 2 an die Hauptschneide 18 anschließt und welche der Abfuhr von Spänen dient.
Vorliegend ist nun zur Realisierung der Fräsfunktion die Nebenschneide 12 zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung Q ausgebildet und hierzu mit einem Freiwinkel F von größer 0° ausgebildet ist. Hierzu wird die Nebenschneide 12 bei der Herstellung des Bohrers 2 angeschliffen, wie besonders gut aus dem vergrößerten Ausschnitt in 9 erkennbar ist, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb dann eine Schnittwirkung erzielt wird. Der Freiwinkel F der Nebenschneide 12 beträgt vorliegend zwischen 5° und 30°. Auf eine Führungsfase an der Nebenschneide 12 wurde bei dem vorliegenden Bohrer 2 verzichtet. In einer nicht gezeigten Ausgestaltung weist die Nebenschneide 12 entlang ihrer gesamten Länge einen Freiwinkel F von größer 0° auf. Dadurch ist die Herstellung des Bohrers 2 besonders einfach. In der gezeigten Variante ist dagegen die Nebenschneide 12 lediglich auf einem frontseitigen Fräsabschnitt 26 zum Fräsen ausgebildet, also lediglich frontseitig und im Bereich der Bohrerspitze 6.
Der gezeigte Bohrer 2 unterscheidet sich von einem Fräser nicht lediglich durch den speziellen Spitzenwinkel S und die mehreren Hauptschneiden 18, sondern auch durch einen gegenüber einem Fräser verringerten Kerndurchmesser KD. Vorliegend beträgt bei dem Bohrer 2 der Kerndurchmesser KD höchstens die Hälfte des Durchmessers D des Bohrers 2. Dies ist besonders deutlich erkennbar in 10, welche den Bohrer 2 in Schnittdarstellung senkrecht zur Längsachse L zeigt.
In der gezeigten Ausgestaltung wird der Bohrer 2 beim Fräsen im ersten Schritt mit geneigter Längsachse L verschoben, wie in 1 gezeigt und in 5 im Detail erkennbar. Hierzu wird der Bohrer 2 derart positioniert, dass die Querrichtung Q mit der Längsachse L einen Winkel W1 einschließt, welcher dem halben Spitzenwinkel S entspricht. Der Bohrer 2 ist also bezüglich der Querrichtung Q geneigt. Die Neigung ist abhängig vom Spitzenwinkel S und derart gewählt, dass beim Drehen des Bohrers 2 die gedachte Kegelmantelfläche über die Planfläche 14 schleift. Die Bohrerspitze 6 wird also gerade nicht zur frontseitigen Bearbeitung eingesetzt, sondern es wird ausschließlich mittels der Nebenschneide 12 Material abgetragen. Die Hauptschneiden 18 werden beim Fräsen dagegen nicht verwendet.
Im ersten Schritt wird durch die Nebenschneide 12 eine Seitenwand 24 ausgebildet, welche sich in der Querrichtung Q betrachtet an die Planfläche 14 anschließt. Dies ist im Detail in 5 gezeigt, wobei der Bohrer 2 lediglich zur besseren Sichtbarkeit etwas beabstandet vom Werkstück 4 dargestellt ist. Die Seitenwand 24 wird prinzipbedingt parallel zur Mantelfläche 10 ausgebildet und erstreckt sich ausgehend von der Planfläche 14 in einem Winkel, welcher auch als Seitenwinkel W2 bezeichnet wird. Allgemein entspricht der Seitenwinkel W2 prinzipbedingt einem Winkel des Bohrers 2 am Schneideck 20, sodass also die Seitenfläche 24 in Kombination mit der Planfläche 14 die Außenkontur des Bohrers 2 abbildet. Bei dem gezeigten Bohrer 2 mit einem Spitzenwinkel S von 178° schließen die Hauptschneide 18 und die Mantelfläche 10 einen Winkel von 92° ein und entsprechend beträgt euch der Seitenwinkel W2 zwischen Planfläche 14 und Seitenwand 24 dann 92°. Durch die Seitenwand 24 ergibt sich insgesamt eine Stufe, welche dann die Planfläche 14 von der übrigen Oberfläche O abgrenzt. Die Seitenwand 24 definiert dann eine Höhe H der Stufe, welche typischerweise zwischen 0,01 mm bis zum 8-fachen des Bohrerdurchmessers Db beträgt.
Die Seitenwand 24 bildet dann im zweiten Schritt eine Fase für das Bohrloch 8 und dient somit beim Bohren als eine Führungshilfe. Diese Nutzung der Seitenwand 24 als Führungshilfe ist besonders geeignet beim Tieflochbohren wie in 4 gezeigt und wenn der Bohrer 2 als Pilotbohrer verwendet wird. Mittels desselben Bohrers 2 wird zunächst die Planfläche 14 erzeugt und dann das Bohrloch 8 als Pilotbohrung für den nachfolgenden Tieflochbohrer 16 verwendet.
Zusätzlich wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Einfräsen der Planfläche 14 im ersten Schritt und vor dem Bohren des Bohrlochs 8 im zweiten Schritt der Bohrer 2 derart geneigt, dass die Längsachse L des Bohrers 2 senkrecht zur Planfläche 14 steht. Dies ist in 6 näher gezeigt. Die Längsachse L wird also in eine zur Planfläche 14 senkrechte Ausrichtung gebracht, sodass beim anschließenden Bohren des Bohrlochs 8 der Bohrer 2 ausgehend von einer optimal plan gefrästen und allgemein eingeebneten Oberfläche O vorgeschoben wird. Der Winkel, um welchen die Längsachse L geneigt wird, ist abhängig vom Spitzenwinkel S und entspricht der Hälfte der Differenz aus einem Halbwinkel von 180° und dem Spitzenwinkel S. Bei dem beispielhaft gezeigten Bohrer 2 mit einem Spitzenwinkel S von 178° wird die Längsachse L zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt dann um 1° geneigt.
Vorliegend wird nach dem Einfräsen der Planfläche 14 der Bohrer 2 entgegen der ursprünglichen Querrichtung Q zurückverschoben, sodass beim Bohren des Bohrlochs 8 durch die Planfläche 14 wie in 7 gezeigt ein Absatz 28 ausgebildet wird. Durch dieses Zurückverschieben wird ein Abstand A zwischen der Seitenwand 24 und dem Bohrer 2 ausgebildet. Vorliegend wird der Bohrer 2 um wenigstens 0,05 mm und höchstens 1 mm zurückverschoben, sodass der Abstand A zur Seitenwand 24 entsprechend zwischen 0,05 mm und 1 mm beträgt.
In den 12 bis 17 ist eine Variante des Bohrers 2 gezeigt. Dabei zeigen die 12 bis 15 das Einfräsen der Planfläche 14 n einem ersten Schritt und die 16 und 17 das Bohren des Bohrlochs 8 in einem zweiten Schritt. Die 12, 14 und 16 zeigen jeweils den Bohrer 2 und das Werkstück 4 in einer Seitenansicht und die 13, 15 und 17 zeigen eine zur jeweiligen Seitenansicht korrespondierende Aufsicht auf das Werkstück 4. Der Bohrer 2 ist insgesamt zweistufig ausgebildet, d.h. die Nebenschneide 12 ist zweistufig ausgebildet, indem sich an den frontseitigen Fräsabschnitt 26 ein rückseitiger Bohrabschnitt 30 anschließt. Dabei weist der Fräsabschnitt 26 einen Fräsdurchmesser Df auf, welcher geringer ist als ein Bohrdurchmesser Db des Bohrabschnitts 30. Der Fräsabschnitt 26 und der Bohrabschnitt 30 sind somit entlang der Längsachse L hintereinander angeordnet, wobei der Fräsabschnitt 26 vorn am Bohrer 2 ausgebildet ist und der Bohrabschnitt 30 dahinter. Die Nebenschneide 12 ist auf dem Fräsabschnitt 26 wie bereits beschrieben schnittfreudig ausgebildet, auf dem Bohrabschnitt 30 dagegen nicht und ist dort nach Art einen Bohrers ausgebildet. In den 13, 15 und 17 ist der Bohrer vereinfacht als ein Ring dargestellt, zur Illustration des Fräsdurchmessers Df und des demgegenüber größeren Bohrdurchmessers Db.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 4 wird zunächst wie bereits beschrieben die Planfläche 14 eingefräst. Hierzu wird der Bohrer wie in den 12 und 13 gezeigt seitlich verschoben und an das Werkstück 4 herangeführt. In 13 ist die spätere Planfläche 14 zur besseren Übersichtlichkeit bereits eingezeichnet, jedoch tatsächlich noch nicht in das Werkstück 4 eingearbeitet. Dadurch wird aber verdeutlicht, dass bei der Dimensionierung der Planfläche 14 bereits der größere Bohrdurchmesser Db berücksichtigt wird und die Planfläche 14 derart eingefräst werden soll, dass diese wenigstens so groß ist wie der Bohrdurchmesser Bd. 15 zeigt hierzu einen Fräspfad P, entlang welchem der Bohrer 2 beim Einfräsen der Planfläche 14 geführt wird. Zur besseren Übersichtlichkeit ist in 15 der Fräspfad P versetzt eingezeichnet. Zusätzlich sind in 15 drei Positionen des Bohrers 2 entlang des Fräspfads P durch entsprechende Ringe kenntlich gemacht. Der Fräspfad P weist hier zwei zueinander versetzte Längsabschnitt 32, 34 auf, sodass eine Planfläche 14 eingefräst wird, welche größer ist als der Fräsdurchmesser Df. Wie der Fräspfad P in 15 weiterhin zeigt, wird der Bohrer 2 anschließend mittig über der Planfläche 14 positioniert und wie in den 16 und 17 dargestellt zum Bohren in das Werkstück 4 eingestochen, indem der Bohrer 2 in Richtung der Längsachse L vorgeschoben wird. Dabei dringt prinzipbedingt zuerst der Fräsabschnitt 26 in das Werkstück 4 ein, darauffolgend dann der Bohrabschnitt 30, welcher das Bohrloch 8 dann auf den Bohrdurchmesser Db aufweitet.
Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser Df, Db entlang der Längsachse L ergibt sich am Übergang vom Fräsabschnitt 26 zum Bohrabschnitt 30 prinzipbedingt eine Stufe 36, an welcher die Nebenschneide 12 entsprechend von einem schnittfreudigen Teil in einen nicht-schnittfreudigen Teil übergeht. An dieser Stufe 36 ergibt sich in radialer Richtung eine Kante 38, welche den Unterschied zwischen den beiden Durchmessern Df, Db überbrückt und die beiden Teile der Nebenschneide 12 miteinander verbindet. Diese Kante 38 ist vorliegend als Schneide ausgebildet, um hier im Betrieb noch Material abzutragen und den Bohrlochdurchmesser vom Fräsdurchmesser Df auf den Bohrdurchmesser Db aufzuweiten. Bei einem ggf. anschließenden und beispielhaft in 18 gezeigten Tieflochbohren weist der nach dem zweistufigen Bohrer 2 verwendete Tieflochbohrer 16 einen Tieflochbohrdurchmesser Dt auf, welcher dem Bohrdurchmesser Db entspricht, jedoch eine geringere Toleranz aufweist.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (4) mittels eines Bohrers (2), - wobei der Bohrer (2) sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und eine Bohrerspitze (6) aufweist, mit einem Spitzenwinkel (S), welcher geringer ist als 180°, - wobei der Bohrer (2) eine Mantelfläche (10) aufweist, an welcher zumindest eine Nebenschneide (12) ausgebildet ist, welche zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung (Q) quer zur Längsachse (L) ausgebildet ist, - wobei das Werkstück (4) eine Oberfläche (O) aufweist, durch welche hindurch ein Bohrloch (8) gebohrt wird, indem in einem ersten Schritt an der Oberfläche (O) eine Planfläche (14) eingefräst wird und indem anschließend in einem zweiten Schritt ausgehend von der Planfläche (14) das Bohrloch (8) gebohrt wird, - wobei die Planfläche (14) mittels der Nebenschneide (12) des Bohrers (2) eingefräst wird, indem dieser in einer Querrichtung (Q) quer zur Längsachse (L) vorgeschoben wird, - wobei das Bohrloch (8) mittels desselben Bohrers (2) gebohrt wird, indem dieser in Richtung der Längsachse (L) vorgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Fräsen im ersten Schritt der Bohrer (2) mit geneigter Längsachse (L) verschoben wird, indem der Bohrer (2) derart positioniert wird, dass die Querrichtung (Q) mit der Längsachse (L) einen Winkel (W1) einschließt, welcher dem halben Spitzenwinkel (S) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im ersten Schritt durch die Nebenschneide (12) eine Seitenwand (24) ausgebildet wird, welche sich an die Planfläche (14) anschließt und welche sich ausgehend von der Planfläche (14) in einem Winkel (W2) erstreckt, welcher der Differenz aus 180° und dem halben Spitzenwinkel (S) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Seitenwand (24) als eine Fase für das Bohrloch (8) ausgebildet wird und beim Bohren als eine Führungshilfe dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach dem Einfräsen der Planfläche (14) im ersten Schritt und vor dem Bohren des Bohrlochs (8) im zweiten Schritt der Bohrer (2) derart geneigt wird, dass die Längsachse (L) des Bohrers (2) senkrecht zur Planfläche (14) steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach dem Einfräsen der Planfläche (14) der Bohrer (2) entgegen der Querrichtung (Q) zurückverschoben wird, sodass beim Bohren des Bohrlochs (8) durch die Planfläche (14) eine Stufe ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bohrloch (8) ein Pilotbohrloch ist und anschließend mittels eines separaten Tieflochbohrers (16) als ein Tiefbohrloch weitergebildet wird.
Bohrer (2), welcher zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, welcher sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und welcher aufweist: - eine Bohrerspitze (6), mit einem Spitzenwinkel (S), welcher geringer ist als 180°, zum Bohren eines Bohrlochs (8), - eine Mantelfläche (10), an welcher zumindest eine Nebenschneide (12) ausgebildet ist, - eine Hauptschneide, welche sich von einem Zentrum nach außen hin zur Mantelfläche erstreckt und welche in einem Schneideck endet, von welchem ausgehend sich die Nebenschneide erstreckt, - wobei die Nebenschneide (12) ausgebildet ist zum Fräsen durch einen Vorschub in einer Querrichtung (Q) quer zur Längsachse (L).
Bohrer (2) nach Anspruch 8, wobei die Nebenschneide (12) zum Fräsen mit einem Freiwinkel (F) ausgebildet ist, welcher wenigstens 5° und höchstens 50° beträgt.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Spitzenwinkel (S) höchstens 170° beträgt.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die gesamte Nebenschneide (12) zum Fräsen ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Nebenschneide (12) lediglich auf einem frontseitigen Fräsabschnitt (26) zum Fräsen ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach Anspruch 8, wobei die Nebenschneide (12) zweistufig ausgebildet ist, indem sich an den frontseitigen Fräsabschnitt (26) ein rückseitiger Bohrabschnitt (30) anschließt, wobei der Fräsabschnitt (26) einen Fräsdurchmesser (Df) aufweist, welcher geringer ist als ein Bohrdurchmesser (Db) des Bohrabschnitts (30).
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei dieser als ein Pilotbohrer ausgebildet ist, zur Erzeugung einer Pilotbohrung.