DE19735024B4 - Bohrer für zusätzliche Rückseitenbearbeitung - Google Patents

Abstract

Bohrer mit zwei Spanabführnuten, funktional aufgeteilt in einen frontseitigen Bohrteil und daran längs anschließend mit einer radialen sichelförmig freigestellten Aussparung versehen, an deren dem Bohrteil zugewandten Seite der Aussparung sich eine Rückwärtsschneide zum rückseitigen Bearbeiten des Kantenbereiches des kreisförmigen gebohrten Loches befindet, wobei beim Bohren die Mittenachse des Bohrteils und die Drehachse der Schnittbewegung koaxial und im versetzten Zustand die Mittenachse des gebohrten Loches und die Schnittbewegung zu einander koaxial sind, während die Mittenachse des Bohrteils dazu parallel oder nahezu parallel versetzt in Richtung der sichelförmig freigestellten Aussparung verläuft, wobei sich die radiale sichelförmig freigestellte Aussparung (3) in Richtung der Zustellbewegung (z) am Bohrerrücken (8) mit einer dadurch vor Spanschlag geschützten Rückwärtsschneide (19) mit nicht negativem Spanwinkel befindet und dass anordnungsbedingt zum Bohren und zum zurückziehenden Zerspanvorgang gegenläufige Drehrichtungen genutzt werden, wodurch auch die Länge des zylindrischen Bohrteils (1) in Abhängigkeit vom Steigungswinkel der Spanabführnut (30) kürzer als die...

Description

• Die Erfindung betrifft einen Bohrer zum Bohren und anschließenden Anfasen der rückseitigen Bohrungskante.
• Werkzeuge zum Bohren und daran anschließend die Rückseite des Loches Anfasen sind bekannt. Mit dem Bohrer wird zuerst gebohrt, wobei die Drehachse der Schnittbewegung mit der Mittenachse des erzeugten zylindrischen Loches sowie der Mittenachse des Bohrers (oder Bohrteilstücks) identisch sind. Nach dem Durchbohren wird der seitlich eine Aussparung aufweisende Bohrer parallel seitlich versetzt, so daß seine Mittenachse einen Abstand zur parallelen Mittenachse des Loches aufweist. Anschließend wird der Lochausgang angefast, wobei die Drehachse der Schnittbewegung mit der Mittenachse des Loches koaxial ist. Mit diesen Bohrern wird der sonst erforderliche zusätzliche Arbeitsgang des rückseitigen Anfasens eliminiert.
• Bei einem gattungsgemäßen Bohrer nach der EP 0075061 A1 ist eine besondere Ausführung bekannt. Nach dem Bohren wird der Bohrer mit einem Werkzeughalter seitlich ausgelenkt und während des Auslenkens fast er den rückseitigen Bohrungsrand an. Nachteilig ist der für die Rückwärtsschneide bauartbedingt vorgegebene Spanwinkel, weil der Steigungswinkel der wendelförmigen Spanabführnut einen praktisch unbrauchbaren negativen Spanwinkel ergibt, denn der wirksame Spanwinkel ist hier abhängig von der negierten Größe des Steigungswinkels.
• Bei einem gattungsfremden Bohrer nach DE 8912860 U1 , der die rückseitige Kante des Bohrungsausgangs 2 durch Rundfräsen anfast, wird das Einbringen einer Spanformstufe vorgeschlagen. Dies könnte naheliegend sinngemäß auch auf einem gattungsgemäßen Bohrer realisiert werden. Die eingebrachte Spanformstufe verringert jedoch die Querschnittsfläche des Bohrers, so daß das zulässige Drehmoment wegen Bruchgefahr verringert werden muß.
• Gelegentlich wickelt sich ungewollt ein Span um den Bohrer. Mit zunehmender Bohrtiefe gelangt dieser Span in den Bereich der Rückwärtsschneide. Da die Bohrschneiden und die Rückwärtsschneide für gleiche Drehrichtung gestaltet sind, trifft die Kante der Rückwärtsschneide auf diesen Span und wird aufgrund ihrer nötigen Scharfkantigkeit durch Mikroausbrüche beschädigt.
• Ist die Länge des zum Bohren ausgestalteten Bohrteils des Bohrers kürzer als die Länge des zu bohrenden Loches, so treten Späne in die sichelförmige seitliche Aussparung des Bohrers und verklemmen sich zwischen Bohrer und Wand der Bohrung. Dieser Zustand kann bereits beim Bohren zu einem Spänestau mit unkontrollierter zusätzlicher Beanspruchung des Bohrers und einem mangelhaften Arbeitsergebnis führen. Eingeklemmte Späne bewirken auch beim seitlichen Auslenken des Bohrers zum rückseitig Anfasen in der Regel Schädigungen am Bohrer oder Werkstück.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zum Anfasen der Kante des Lochausganges und zum Bohren nutzbaren Bohrer prozeßtauglich so zu gestalten, daß seine Rückwärtsschneide zum Anfasen der rückseitigen Bohrungskante einen dem Werkstückstoff angepaßten Spanwinkel aufweist und dennoch nicht durch eine Spanformstufe geschwächt wird. Zudem, daß die Schneide zum rückseitig Anfasen durch um den Bohrer gewickelten Späne keinen Schaden nimmt. Des weiteren, daß die Länge des zum Bohren benutzten Längsabschnitts des Bohrers zumindest um einen Teilbetrag kleiner als die Länge des zu bohrenden Loches sein kann, ohne zwischen Bohrer und Wand der Bohrung eingezogene und festgeklemmte Späne herbeizuführen. Darüber hinaus soll nicht nur im Rückzug gefast werden, sondern unter weiter rückziehendem Vorschub soll wahlweise auch eine Bohrung einschneidig aufgebohrt werden können. Oder es soll mit der Rückwärtsschneide im Rückzug ausschließlich aufgebohrt werden. Als Option wird hinzugefügt, daß mit dem ausgelenkten Bohrer auch rückseitig rundgefräst oder im Rückzug mit wendelförmiger Vorschubbewegung das Loch zylindrisch aufgefräst werden soll.
• Diese Aufgabe wird mit einem Bohrer mittels der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Um mit der Rückwärtsschneide im Rückzug mit hoher Präzision zu arbeiten, ist diese als Feinbohrschneide gemeinsam mit der Bohrerrückenkante zu gestalten. Zumindest ist die Schneidenecke etwas zu verrunden, ein geeigneter Spanwinkel und ein Nebeneinstellwinkel der Schneide vorzusehen.
• Es ist weiterhin möglich, den Bohrer nach Art eines Stufenbohrers mit zusätzlichen Schneiden auszustatten.
• Es ist auch mit diesem Bohrer im Falle gerader Spanabführnuten möglich, die Kante des Bohrungseinganges und -ausganges im ausgelenkten Zustand bei gegenläufiger Drehrichtung anzufasen. Der Spanwinkel beträgt auch an der Vorwärts-Fasschneide 0°.
• Es ist auch möglich, mit dieser Art Bohrer zuerst zu bohren, dann mit gegenläufiger Drehrichtung im Rückzug aufzubohren und unter Beibehaltung der Drehrichtung und Auslenkung anschließend wieder mit der Rückwärtsschneide hinter die Bohrungskante zu fahren und anschließend durch Rundfräsen die rückseitige Bohrungskante zu entgraten oder anzufasen.
• Der Bohrer kann zweckmäßig als sogenannter Vierfasenbohrer ausgeführt sein, wobei die beiden Rückenführungsfasen im Durchmesser um einen geringen Betrag kleiner ausgeführt sind. Dies ist zweckmäßig, weil der äußerste Durchmesser der Fasschneide nur wenig kleiner als der Bohrdurchmesser ist und die Radialschwingungen beim Bohren abgestützt werden müssen, um das Berühren der Rückwärtsschneide mit der Wand der Bohrung auszuschließen.
• Falls die Rückwärtsschneide als Feinbohrschneide scharfkantig ausgebildet ist, ist zweckmäßigerweise die gegenüberliegende Rückenfase auf dem Bohrdurchmesser oder sogar geringfügig größer gehalten, um zerspanungsbedingte Radialbewegungen beim Bohren aufzunehmen und somit die Rückwärtsschneide vor Schädigung durch Berührung der Wand der Bohrung zu schützen.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen primär im Erreichen eines prozeßfähigen Arbeitsablaufs beim Bohrer. und anschließenden rückseitigen Anfasen. Die Gestaltung der Spanabführnuten bewirkt einen prozeßfähigen Spanabfluß, weil keine ungünstigen verengenden Spalten zum selbsthemmenden Klemmen der Späne mehr vorhanden sind. Die Rückwärtsschneide ist mit einem dem Werkstückstoff angepaßten Spanwinkel realisierbar und ist vor Spanschlag beim Bohren geschützt, da sie am Bohrerrücken plaziert ist.
• Mittels der Lösung der erweiterten Aufgabenstellung können vorteilhafterweise Löcher gebohrt und rückseitig angefast werden, oder es können damit Löcher größeren Durchmessers durch Bohren und anschließendes Aufbohren im Rückzug erzeugt werden. Beispielsweise rückseitig angefaste Gewindekernlöcher und Durchgangslöcher, passend für eine Schraubengröße, sind damit herstellbar. Und im ausgelenkten Zustand können die aufgebohrten Durchgangslöcher zusätzlich rückseitig durch rundfräsen (ugs. zirkularfräsen) mit der Rückwärtsschneide angefast werden. Falls ausschließlich im Rückzug aufgebohrt werden soll, kann die Rückwärtsschneide zusammen mit der angrenzenden Bohrerrückenkante speziell als Schlichtschneide oder Feinbohrschneide gestaltet sein, wodurch die Haltbarkeit und die Arbeitsgüte verbessert werden. Somit sind die Bohrer vielseitig einsetzbar, verringern die sonst nötige Werkzeuganzahl und auch die Häufigkeit der Bohrwerkzeugwechsel in die Maschinenspindel.
• In der Zeichnung sind als grundsätzliche Ausgestaltungen der Bohrer eine Ausführung mit wendelförmigen Spanabführnuten und der Sonderfall mit geraden Spanabführnuten dargestellt.
• Außerdem werden Details der besonderen weiteren Ausgestaltungen dargestellt. Es zeigen
• 1 eine Seitenansicht des Bohrers mit wendelförmig ausgebildeten Spanabführnuten,
• 2 eine Querschnitt des Bohrers mit wendelförmig ausgebildeten Spanabführnuten gemäß 1, Ansicht X-X,
• 3 eine Seitenansicht des Bohrers mit geradlinig ausgebildeten Spanabführnuten,
• 4 eine Stirnansicht des Bohrers mit geradlinig ausgebildeten Spanabführnuten gemäß 3, Ansicht Y-Y.
• Die Funktion des Bohrers ist unabhängig davon, ob das zu bearbeitende Werkstück stillsteht und der Bohrer die Schnitt- und Zustellbewegung durchführt (z.B. auf NC-Bohrmaschinen mit auslenkbarer Hauptspindel) oder ob der Bohrer nur die Zustellbewegung und das Werkstück nur die Schnittbewegung ausführt (z.B. auf Drehmaschinen). Auch spiegelbildlicher Aufbau zum gezeigten ist möglich.
• Anhand 1 und 2 wird eine Ausführungsform des Bohrers erläutert. In seiner Längserstreckung besteht der Bohrer im wesentlichen aus dem Bohrteil 1, dem Schaft 2 und der dazwischen angeordneten radial sichelförmigen Aussparung 3. Der Bohrteil 1 hat stirnseitig zwei zum Bohren (oder Aufbohren) genutzte Bohrschneiden 4 bekannter Art. Diese gehen an der Schneidenecke 5 in die Bohrnebenschneiden 6 über, deren Freifläche die Bohrschneiden-Führungsfase 7 ist. Der Abstand beider Bohrschneiden-Führungsfasen 7 ist zum Schaft 2 hin in üblicher Weise geringfügig verkleinert (fachsprachlich „verjüngt"). Die Bohrerrücken 8 sind im Durchmesser kleiner als die erzeugte Bohrung 9. Im Bereich vor der Bohrerrückenkante 10 ist zumindest an der Seite, die zum Rückwärtsanfasen benutzt wird, eine zusätzliche Rückenführungsfase 11 vorgesehen. Zwei solche Rückenführungsfasen 11 sind auch zur Stabilisierung des Bohrvorgangs von Vorteil. Der diametrale Abstand der Rückenführungsfasen 11 ist etwas kleiner als derjenige der Bohrschneiden-Führungsfasen 7. Auch hier ist der Durchmesser zum Schaft 2 hin verringert (verjüngt). Die Aussparung 3 ist in radialer Richtung durch einen Kreisabschnitt 12 mit dem Radius r begrenzt, dessen Zentrum die gegenüber der Mittelachse 13 seitlich parallel um den Exzenterachsabstand e versetzte Exzenterachse 14 bildet. Der Radius r ist höchstens halb so groß wie der Bohrungsdurchmesser d. Der größte Abstand der Bohrung 9 von dem Kreisabschnitt 12 ist gleich dem Exzenterachsabstand e. Die Aussparung 3 dringt mit ihrem Kreisabschnitt 12 noch geringfügig in eine Bohrschneiden-Führungsfase 7 im abgewandten Drallbereich 15 ein. Die Tiefe der Aussparung 3 im abgewandten Drallbereich 15 ist kleiner als die Spandicke, so daß sich hier keine Späne beim Bohren hineinzwängen können. In die zweite Bohrschneiden-Führungsfase 7 dagegen dringt der Kreisabschnitt 12 im zugewandten Drallbereich 16 zum Bohrerschaft hin zunehmend tiefer ein, bis zu einem Maximum am Tiefstpunkt 17. Somit bildet sich aber auch in Längserstreckung eine in vorteilhafter Weise keilförmig zum Schaft 2 hin öffnende Spalte. Treten beim Bohren Späne im zugewandten Drallbereich 16 in die Spalte zwischen Kreisabschnitt 12 und Bohrungsgrund 9, so können sie dennoch ungehindert in Richtung Schaft 2 abfließen. Diese Gesetzmäßigkeit gilt für der zugewandten Drallbereich 16 für einen offensichtlichen Winkel von 90° des Umfangs. Im weiteren Verlauf schließt sich die Spalte, wodurch die Späne eingeklemmt würden. Damit besteht der Zusammenhang, daß beim Bohrvorgang ein Viertel der Steigung des Bohrers im Bereich der Aussparung 3 in die Bohrung eintauchen kann, ohne daß Späne klemmen. Die größtmögliche mit einem solchen Bohrer bearbeitbare Bohrungslänge l entspricht folglich der Bohrteillänge b zuzüglich eines Viertels der Steigung. Im Übergangsbereich 18 der Bohrerrückenkante 10 zur Aussparung 3 kann es für die Bearbeitung zäher Werkstoffe sinnvoll sein, die Bohrerrückenkante 10 mit einer abweisenden Fase abzuschrägen, damit sich dort ebenfalls keine Späne einklemmen können.
• Vor dem Rückwärtssenken wird zunächst die Bohrung 9 mit rechtsdrehender Schnittbewegung gebohrt und dann so weit tiefer eingefahren, bis die Aussparung 3 mit der Rückwärtsschneide 19 die rückseitige Bohrungskante 20 passiert hat. Nun wird der Bohrer durch eine Zustellbewegung z mit seiner Rückwärtsschneide 19 hinter der rückseitigen Bohrungskante 20 positioniert. Anschließend wird mit linksdrehender Schnittbewegung die Rückwärtsschneide 19 so weit unter Vorschub zurückgezogen, bis die Fase 21 entstanden ist. Alternativ ist es bedingt auch möglich, die radiale Zustellung im Arbeitsvorschub auszuführen und dabei mit der Rückwärtsschneide 19 anzufasen. Falls jedoch lange Späne in die Aussparung 3 gelangen, kann es zum störenden Einquetschen kommen.
• Anhand 3 und 4 wird der Sonderfall eines Bohrers mit geraden Spanabführnuten 30, gleichbedeutend mit Steigung unendlich, erläutert. Auch dieser besteht in seiner Längserstreckung im wesentlichen aus dem Bohrteil 1, dem Schaft 2 und der dazwischen angeordneten radial sichelförmigen Aussparung 3. Der Bohrteil 1 hat stirnseitig zwei zum Bohren genutzte Hauptschneiden 4. Diese gehen an der Schneidenecke 5 in die Bohrnebenschneiden 6 über, deren Freifläche die Bohrschneiden-Führungsfase 7 ist. Der Abstand beider Bohrschneiden-Führungsfasen 7 ist zum Schaft 2 hin geringfügig verkleinert. Die Bohrerrücken 8 sind im Durchmesser kleiner als die erzeugte Bohrung 9. Im Bereich der Bohrerrückenkante 10 ist zumindest an der Seite, die zum Rückwärtsanfasen benutzt wird, eine zusätzliche Rückenführungsfase 11 vorgesehen. Ihr Abstand zueinander ist etwas kleiner als derjenige der beiden Bohrschneiden-Führungsfasen 7 und zum Schaft 2 hin abnehmend. Die Aussparung 3 ist in radialer Richtung durch einen Kreisabschnitt 12 mit dem Radius r begrenzt, dessen Zentrum die gegenüber der Mittelachse 13 seitlich parallel um den Exzenterabstand e versetzte Exzenterachse 14 bildet. Der Radius r ist höchstens halb so groß wie der Bohrungsdurchmesser d. Der größte Abstand der Bohrung 9 von dem Kreisabschnitt 12 ist gleich dem Exzenterabstand e. Die Aussparung 3 dringt mit ihrem Kreisabschnitt 12 noch geringfügig in beide Bohrschneiden-Führungsfasen 7 ein und wird als Aussparungsrand 31 bezeichnet. Die Oberflächen beider Aussparungsränder 31 befinden sich beim Bohren in so geringem Abstand zur Bohrung 9, daß sich in den Spalt keine Späne zwängen können, da deren Dicke um ein mehrfaches größer ist. Der Arbeitsablauf des Bohrens und rückseitig Anfasens mit der Rückwärtsschneide 19 nach der Zustellbewegung z erfolgt gleich, wie bereits anhand 1 und 2 erläutert. Im Anschluß an das rückseitige Anfasen bietet es sich bei dieser Ausführung an, mit der radialen Zustellung auch den Bohrungseingang 32 mit der Vorwärts-Fasschneide 33 anzufasen, weil der Spanwinkel hier auch Null Grad ist.
• Um mit den Bohrern entsprechend 1 bis 4 auch mit rückziehendem Vorschub einschneidig aufbohren zu können, ist es erforderlich, die als Nebenschneide wirkende Bohrerrückenkante 10a zur Spitze hin zu verjüngen und zum Bohrerrücken 8 hin mit einem Freiwinkel zu gestalten. Für den Fall, daß das Werkzeug zum Bohren und anschließend ausschließlich zum Aufbohren im Rückzug genutzt wird, können im Bereich der Rückwärtsschneide 19 und ihrer als Nebenschneide wirksame Bohrerrückenkante 10a Ausgestaltungen nach den Regeln für Feinbohr- oder Aufbohrschneiden sinngemäß angewandt werden.
• Nachdem im Rückzug über die gesamte Bohrungslänge l aufgebohrt wurde, ist es möglich, zentrisch erneut in die Bohrung einzufahren und wieder die Zustellbewegung z auszuführen. Anschliessend können mit kreisförmig umlaufenden Spindeln auf Bohr- und Fräsmaschinen mit auslenkbarer Hauptspindel mittels Schraubenlinieninterpolation mit der Bohrerrückenkante 10a, die als Frässchneide wirkt, mit linksdrehender Maschinenhauptspindel Bohrungen zusätzlich im Durchmesser vergrößert werden. Das radiale Aufmaß für die Fräsbearbeitung ist höchstens bis zur Größe des Exzenterabstands e möglich. Wahlweise kann nach dem Prinzip des Gleich- oder Gegenlauffräsens bearbeitet werden.

Claims (7)

1. Bohrer mit zwei Spanabführnuten, funktional aufgeteilt in einen frontseitigen Bohrteil und daran längs anschließend mit einer radialen sichelförmig freigestellten Aussparung versehen, an deren dem Bohrteil zugewandten Seite der Aussparung sich eine Rückwärtsschneide zum rückseitigen Bearbeiten des Kantenbereiches des kreisförmigen gebohrten Loches befindet, wobei beim Bohren die Mittenachse des Bohrteils und die Drehachse der Schnittbewegung koaxial und im versetzten Zustand die Mittenachse des gebohrten Loches und die Schnittbewegung zu einander koaxial sind, während die Mittenachse des Bohrteils dazu parallel oder nahezu parallel versetzt in Richtung der sichelförmig freigestellten Aussparung verläuft, wobei sich die radiale sichelförmig freigestellte Aussparung (3) in Richtung der Zustellbewegung (z) am Bohrerrücken (8) mit einer dadurch vor Spanschlag geschützten Rückwärtsschneide (19) mit nicht negativem Spanwinkel befindet und dass anordnungsbedingt zum Bohren und zum zurückziehenden Zerspanvorgang gegenläufige Drehrichtungen genutzt werden, wodurch auch die Länge des zylindrischen Bohrteils (1) in Abhängigkeit vom Steigungswinkel der Spanabführnut (30) kürzer als die Länge (l) des zu bohrenden Loches sein kann mit der Vorgabe, dass der radiale Spalt zwischen der Wand der Bohrung (9) und der sichelförmigen radialen Aussparung (3) im Bereich der zugewandten Bohrschneiden-Führungsfase (7) sich zum Schaft (2) hin entlang der wendelförmigen Spanabführnut (30) vergrößert.
2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Rückwärtsschneide (19) angrenzende Bohrerrückenkante (10a) auch als Schneide mit einem Freiwinkel ausgestattet ist und die Bohrerrückenkante (10a) eine zur Spitze des Bohrers hin im Radius kleiner werdende „Verjüngung" aufweist und somit im ausgelenkten Zustand Eignung zum rückseitig Anfasen und/oder zum Aufbohren im Rückzug und/oder zum rückseitig Rundfräsen und/oder zum schraubenförmig im Rückzug Fräsen aufweist.
3. Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eckenförmige Übergang von der Rückwärtsschneide (19) in die angrenzende Bohrerrückenkante (10a) durch Anbringen einer kleinen Eckenverrundung stabilisiert ist.
4. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder zwei Rückenführungsfasen (11) zur Abstützung von Abdrängkräften angebracht sind.
5. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit gerader Spanabführnut (30) ausgestattet, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang der Aussparung (3) zum Schaft (2) eine Vorwärts-Fasschneide (33) zur Anfasung der Bohrungseingangskante im ausgelenkten Zustand angebracht ist.
6. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zusätzlichen Schneiden am Schaft (2) nach Art eines Stufenbohrers.
7. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zusätzlichen Kühlschmiermitteldüse für den Bereich der Rückwärtsschneide (19) ausgestattet.