DE3523919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Stand der Technik, der in der US-PS 30 73 185 offenbart ist. Durch diese US-PS ist ein Aufbohrwerkzeug mit einem Werkzeugkörper, mit einem Aufbohrkopf, der am Werkzeugkörper angeordnet ist und minde­ stens ein Schneidmesser zum Aufbohren eine Bohrung aufweist, mit einer Feinbearbeitungsvorrichtung, die am Werkzeugkörper angeordnet ist und mindestens ein Schneidmesser zum Feinbear­ beiten der vom Aufbohrkopf aufgebohrten Bohrung aufweist, und mit einem Stellantrieb zum Verstellen der Schneidmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Aufbohrwerkzeug anzugeben, mittels deren beim Aufboh­ ren von Bohrungen eine verbesserte Genauigkeit erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, bei dem

• a) im Vorhub bei unwirksamer Einstellung der Feinbearbei­ tungsvorrichtung eine bereits bestehende Bohrung aufgebohrt und
• b) im Rückhub bei einer wirksamen Einstellung der Feinbe­ arbeitungsvorrichtung die Bohrung feinbearbeitet wird.

Bei dem bekannten Aufbohrkopf sind die Schneiden des Aufbohr­ kopfes und die Schneide der Feinbearbeitungsvorrichtung innerhalb der Bohrung gleichzeitig im Eingriff. Da die Schneiden des Aufbohrkopfes auf Grund der Grobbearbeitung einen großen Materialabtrag und damit eine hohe Zerspanungs­ leistung erbringen, ist die Erwärmung der Bohrungswand verhältnismäßig hoch. Die so in das Werkstück eingeleitete Wärme bewirkt Dehnungen, die zu einer Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers führen. Die beim gleichen Hub des Aufbohrkopfes nachfolgende Feinbearbeitungsvorrichtung bearbeitet dann die durch die Wärmeeinwirkung aufgeweitete Bohrungswand, so daß die hergestellte Bohrung nicht passungs­ genau und formtreu ist.

Ein weiterer Nachteil des Aufbohrverfahrens mit dem bekannten Aufbohrwerkzeug besteht darin, daß die Bearbeitung der vorgebohrten Bohrung im Vorhub erfolgt. Dadurch wird der das Aufbohrwerkzeug tragende Werkzeugkörper während des Vorhubes auf Druck belastet. Wenn beim Vorhub die Schnei­ den des Aufbohrkopfes und der Feinbearbeitungsvorrichtung auf Inhomogenitäten, beispielsweise auf lokale härtere Stellen in der Bohrungswand treffen, dann wird der Werkzeug­ körper durch den unsymmetrischen Druck auf Biegung beansprucht, was die Herstellung einer Bohrung mit höchster Geradlinigkeit nicht gewährleistet.

Durch das erfinderische Verfahren wird erreicht, daß die Schneiden des Aufbohrkopfes nur im Vorhub im Eingriff mit der Bohrungswand sind.

Nachdem die Schneiden des Aufbohrkopfes die Bohrung verlassen haben, fließt die in das Werkstück durch die Bearbeitung al­ lein durch die Schneiden des Aufbohrkopfes hineingebrachte Wärme rasch ab. Anschließend wird im Rückhub mittels der Schneiden der Feinbearbeitungsvorrichtung eine Bohrung mit exaktem Bohrungsdurchmesser feinbearbeitet. Auch wird durch das Feinbearbeiten im Rückhub erreicht, daß im Falle von Inho­ mogenitäten in der Bohrungswand der Werkzeugkörper auf Zug und daher nicht auf Biegung beansprucht wird. Dadurch wird auch hinsichtlich der Geradlinigkeit eine äußerst exakte Bohrung erzielt.

Die Erfindung betrifft auch einen Aufbohrkopf mit den eingangs genannten Merkmalen des bekannten Aufbohrkopfes. Gemäß der Er­ findung ist vorgesehen, daß mittels des Stellantriebes das Schneidmesser der Feinbearbeitungsvorrichtung unabhängig von der Stellung des Schneidmessers des Aufbohrkopfes einstellbar ist. Dadurch wird ein Aufbohrkopf geschaffen, mittels dessen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß für die Führung des Werkzeugkörpers in einer auf ein Werkstück fest ausgerichteten Führungsbüchse dieser Stützleisten aufweist, die bei einem Aufbohrwerkzeug, das an seinem Aufbohrkopf nur mit Schneidmessern zum Aufbohren verse­ hen ist, durch die US-PS 21 95 026 bekannt sind.

Beim Anwenden des erfinderischen Verfahrens wird dadurch erreicht, daß der Werkzeugkörper sowohl beim Vorhub als auch beim Rückhub durch die Stützleisten nicht nur von der Füh­ rungsbüchse, sondern auch von der Bohrungswand geführt und dadurch eine Bohrung erreicht wird, die sich durch eine überragende Genauigkeit hinsichtlich Toleranz, Rundheit und Geradlinigkeit auszeichnet, die im Mikronbereich liegt und die mit den bekannten Werkzeugen nicht erreichbar ist.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen in Ansicht dargestellten Schnitt längs der gebrochenen Linie I-I in Fig. 3 des mit dem Werkstück im Eingriff befindlichen Aufbohrwerkzeuges in verklei­ nerter Darstellung;

Fig. 2 einen Schnitt etwa längs der Linie II-II in Fig. 3;

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 durch den die Feinbearbeitungs­ vorrichtungen enthaltenden Teil des Aufbohr­ werkzeuges;

Fig. 4 eine Explosionszeichnung der als Schälwerkzeug ausgestalteten Feinbearbeitungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt das Aufborhwerkzeug mit einem Aufbohrkopf 10, der zum Aufbohren einer bereits bestehenden Bohrung eines rohrförmigen Werkstückes 13 am vorderen Ende eines Werkzeugkörpers 20 angeordnet ist. Der Werkzeugkörper 20 weist weiterhin vier Stützleisten 16 auf, die zu seiner Führung in einer auf das Werkstück 13 fest auszurichtenden Führungsbüchse 17 vorgesehen sind. Hinter dem Aufbohrkopf 10 befindet sich eine Feinbearbeitungsvorrichtung 11 (Fig. 2).

Zur Aufnahme des Aufbohrwerkzeuges in der Führungsbüchse 17 dient eine in bekannter Weise mit einer Bearbeitungseinheit, z. B. einer Bohrmaschine, fest verbundene zweiteilige Aufnahmevorrichtung 39. Die Aufnahmevorrichtung 39 weist einen Kühlmittelzulaufkanal 40 a und einen Späneablaufka­ nal 40 b und zwei Werkstückhalter 12 auf, die kegelstumpf­ förmige Stitfte 12′ für das Werkstück 13 bilden. Der Werk­ zeugkörper 20, der über einen Werkzeugschaft 42 mit einer Arbeitsspindel verbindbar ist, wird über diese in bekannter Weise angetrieben.

Der Aufbohrkopf 10 (Fig. 2) weist an seinem Umfang in gleichen Winkelabständen voneinander vier Klemmhalter 43, die als Halterungen für Wendeschneidplatten 44 dienen, und diesen zugeordnet vier zweiteilige Führungsleisten 18 auf, die der Führung des Aufbohrkopfes 10 in der Innen­ wandung der Bohrung 19 dienen.

Hinter dem Aufbohrkopf 10 hat der Werkzeugkörper 20 einen diametral durchgehenden Schlitz 14, in dem ein Lagergehäuse für die Feinbearbeitungsvorrichtung 11 begrenzt verschiebbar gehalten ist. Dieses Lagergehäuse (siehe Fig. 4) besteht aus zwei im wesentlichen gleichen, rechteckigen Lagerplatten 50, die auf ihren einen Breit­ seiten an den beiden Längsrändern über die Breitseiten vorstehende, leistenförmige Ränder 47 aufweisen. Zur Bildung des Lagergehäuses liegen beide Lagerplatten 50 mittels Zentrierstiften 55 genau fluchtend mit den Rändern 47 aneinander und sind durch Schrauben 56 fest miteinander verbunden, so daß die einander zugekehrten Rändern 47 einen im Querschnitt rechteckigen Raum begrenzen, der an den beiden kurzen Rändern der Lagerplatten 50 offen ist. In jedem leistenförmigen Rand 47 sind sich quer über diesen erstreckend zwei muldenartige Ausspa­ rungen 51′ und eine halbzylindrische Aussparung 52′ und an jedem Ende der Ränder 47 sich in der Längsrichtung derselben erstreckende halbzylindrische Gewindegänge 57′ vorgesehen. Im aneinandergelegten Zustand bilden die muldenartigen Aussparungen 51′ zwei Paare von je koaxialen Langlöchern 51, die halbzylindrischen Aussparun­ gen 52′ ein Paar Führungsbohrungen 52 und die halbzylin­ drischen Gewindegänge 57′ vier Gewindebohrungen 57 für Gewindebolzen 61.

Die Führungsbohrungen 52 dienen zur Führung von zwei koaxialen Bolzen 52 a und 52 b, die in zwei einander gegen­ überliegende Bohrungen des Keilkörpers 32 eingeschraubt sind, der innerhalb des von den Lagerplatten 50 umschlos­ senen Raumes in Axialrichtung der Bolzen 52 a und 52 b hin und her bewegbar ist. Die den Öffnungen des von den Lagerplatten 50 umschlossenen Hohlraumes zugekehrten ebenen Seitenflächen 48 des Keilkörpers 32 verlaufen senkrecht zur Ebene der Lagerplatten und bilden einen spitzen Winkel miteinander, der durch die gemeinsame Achse der Bolzen 52 a und 52 b halbiert wird. An diesen Seitenflächen 48 liegen entsprechend geneigte Flächen 49 von Haltern 37 an, die von den durch die Ränder 47 gebil­ deten Seitenwänden des von den Lagerplatten 50 umschlos­ senen Raumes in Längsrichtung dieses Raumes hin und her bewegbar geführt sind.

An jedem Halter 37 ist ein Schneidmesser 30 mittels einer Druckplatte 59 in bekannter Weise befestigt. Außerdem ist jeder Halter 37 mit einer durchgehenden Bohrung 53 für eine Querstange 33 versehen, die in dieser Bohrung mittels eines Gewindebolzens 60 axial unverschiebbar gehalten ist und deren beide an einer Seite abgeflachten Enden in die Langlöcher 51 eingreifen. In den Gewindeboh­ rungen 57 sind Schraubenfedern 38 angeordnet, die mit einem Ende an den abgeflachten Enden der Querstangen 33 und mit ihren anderen Enden an in die Gewindebohrungen eingeschraubten Gewindebolzen 61 anliegen. Dadurch werden die Halter 37 durch die Kraft der Federn 38 federnd nachgiebig an den Seitenflächen 48 des Keilkörpers 32 gehalten.

Im Aufbohrkopf 10 ist eine zu den Bohrungen 52 des Lager­ gehäuses für die Feinbearbeitunsvorrichtung 11 koaxiale, durchgehende Bohrung 63 vorgesehen, in der ein Bolzen 34 axial verschiebbar gelagert ist, der durch die Kraft einer Feder 36 an dem ihm zugekehrten Ende des Bolzens 52 b anliegt. Die Feder 36 ist in einer Sackbohrung am anderen Ende des Bolzens 34 angeordnet und liegt mit ihrem äußeren Ende an einer Hutmutter 35 an, die auf einer mit dem Aufbohrkopfteil 10 verbundenen Büchse 62 aufgeschraubt und mittels einer Kontermutter 35′ festgelegt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht der Werkzeugkörper 20 aus einem vorderen Teil 20 a und aus einem hinteren Teil 12 b. Der vordere Teil 20 a bildet an seinem vorderen Ende den Aufbohrkopfteil 10 und weist den Schlitz für die Feinbearbeitungsvorrichtung 11 auf. Der hintere Teil 20 b ist mit dem Werkzeugschaft 42 verbunden. Beide diese Teile 20 a und 20 b sind durch eine Verschraubung 64 miteinander verbunden, deren Innengewinde in einer Zen­ tralbohrung des Teils 20 a und deren Außengewinde an einem Zapfen 65 des Teils 20 b eingeschnitten ist. In dem Zapfen 65 ist ein Zylinderraum 66 angeordnet, in dem ein Kolben 31 koaxial verschiebbar geführt ist. Koaxial mit diesem Kolben ist im Teil 20 a eine Bohrung 67 vorge­ sehen, in der ein Verbindungsbolzen 68 axial verschiebbar gelagert ist, der mit seinem einen Ende an einer Kolben­ stange 29 des Kolbens 31 und mit seinem anderen Ende an dem zweiten Bolzen 52 a des Keilkörpers 32 anliegt.

In Fig. 2 ist die Stellung des Kolbens 31 dargestellt, wenn dieser durch ein dem Druckraum 69 des Zylinderraumes 66 zugeführtes Druckmittel in seine unterste Stellung bewegt ist, in der der Bolzen 34 mit seinem vorderen Ende an der Hutmutter 35 anliegt und die Halter 37 sich in ihrer durch die Hutmutter 35 eingestellten radial äußersten Stellung befinden. In dieser in Fig. 2 gezeigten Stellung wird die Feinbearbeitungsvorrichtung 11 von dem Verbindungs­ bolzen 68, dessen vorderes Ende mit einem definierten, radialen Spiel in die Führungsbohrung 52 eingreift, in dem Schlitz des vorderen Teils 20 a des Werkzeugkörpers 20 gehalten. Dadurch wird erreicht, daß die Feinbearbeitungsvor­ richtung 11 sich um den gleichen Betrag des Spiels, das zwischen den Verbindungsbolzen 68 und Führungsbohrung 52 besteht, radial innerhalb des Schlitzes begrenzt verschieben kann. Wird der Druckraum 68 drucklos gemacht, entspannt sich die Feder 38 und verschiebt über die Bolzen 34 und 52 b den Keilkörper 32 axial in Rückhubrichtung. Dabei kommt der Bolzen 34, der zur Zentrierung der Führungsbohrung 52 an seinem dem Bolzen 52 b zugekehrten Ende konvex geformt ist, spielfrei in Eingriff mit dieser Bohrung und zen­ triert somit die Feinbearbeitungsvorrichtung 11 spielfrei innerhalb des Schlitzes.

Die Stützleisten 16 sind in Nuten 21, die parallel zur Achse 41 des Werkzeugkörpers 20 verlaufen, angeordnet. Die Stützleisten 16 weisen mit zunehmendem Abstand von ihrem vorderen Ende eine zunehmende radiale Dicke auf und der Grund 22 der Nuten 21 bildet mit der Achse 41 des Werkzeugkörpers 20 einen entsprechenden spitzen Winkel, so daß die Außenfläche der Stützleisten parallel zur Achse 41 verläuft.

Die Stützleisten 16 werden zwischen einer Gewindemutter 26 und einem Abstandhalterring 24 kraftsschlüssig verspannt, der in eine Ringnut 25 am vorderen Ende der Nuten 21 ein­ gelegt ist. Zum Einsetzen des Ringes 24 in die Ringnut 25 ist dieser zweiteilig ausgebildet.

Bei der gängigsten Bearbeitungsart wird das zwischen Werk­ stückhaltern 12 aufgenommene Werkstück 13 zuerst im Vorhub und dann im Rückhub bearbeitet. Dabei wird der Druckraum 69 des Zylinderraumes 66 drucklos gehalten, so daß die Kraft der Feder 36 den Keilkörper 32 und den Kolben 31 aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung nach oben bewegt, wodurch sich im Vorhub nur die Wendeschneidplatten 44 des Aufbohr­ kopfes 10 im Eingriff befinden, während die Halter 37 mit den Schneidmessern 30 der Feinbearbeitungsvorrichtung 11 durch die Rückstellkräfte der vier Federn 38, die auf die beiden Querstangen 33 wirken, eingefahren sind. Während des gesamten Vorhubes wird das Aufbohrwerkzeug sowohl von den Stützleisten 16 in der Führungsbüchse 17 und in der Innenwandung der Bohrung 19 als auch von den Führungs­ leisten 18 des Aufbohrkopfes 10 geführt. Im nachfolgenden Rückhub werden dann die Halter 37 mit den Schälmessern 30 durch pneumatische oder hydraulische Beaufschlagung des Kolbens 31, der über die Kolbenstange 29, den Verbindungs­ bolzen 68 und den Keilbolzen 52 a den Keilkörper 32 axial in Vorhubrichtung bis zum Anschlag des Bolzens 34 an die Hutmutter 35 verschiebt, auf den durch die Hutmutter 35 eingestellten Feinbearbeitungsdurchmesser, der schon vor der Bearbeitung im Vorhub voreingestellt werden muß, ge­ bracht.

Während diesem Bearbeitungsvorgang im Rückhub wird der Teil der Stützleisten 16, der in Vorhubrichtung hinter den Schneidmessern 30 liegt, sowohl von der Innenwandung der Bohrung 19 als auch von der Führungsbüchse 17 geführt.

Da der Flugkreisdurchmesser der Schneidmesser 30 aber nun größer ist als der des Aufbohrkopfes 10, liegen die Füh­ rungsleisten 18 nicht mehr an der Innenwandung der Bohrung 19 an.

Bei einer anderen Bearbeitungsart, bei der im Vorhub sowohl aufgebohrt als auch feinbearbeitet wird, wird der Teil der Stützleisten 16, der in Vorhubrichtung hinter den Schneidmessern 30 liegt, allein von der Führungsbüchse 17 geführt. Nur die Führungsleisten 18 des Aufbohrkopfes und der Teil der Stützleisten 16, der in Vorhubrichtung vor den Schneidmessern 30 liegt, werden von der Innenwandung der Bohrung 19 geführt.

Neben dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Bearbeitung einer durchgehenden Bohrung, bei der das Aufbohrwerkzeug beim Vorhub so weit vorgeschoben wird, daß es am anderen Ende der Bohrung aus dieser in den Späneabführkanal 40 b heraustritt, besteht bei dieser zuletzt genannten Bearbei­ tungsart weiterhin auch die Möglichkeit der Bearbeitung einer Sackbohrung, wenn das Aufschälen nur für den äußeren Bereich der Bohrung erforderlich ist.

Um eine noch höhere Variabilität hinsichtlich der Einsatz­ möglichkeiten des Aufbohrwerkzeuges zu schaffen, ist es vorgesehen, die Stützleisten 16 auf einen bestimmten, benötigten Radialdurchmesser des Aufbohrwerkzeuges einzu­ stellen. Zum Einstellen des definierten Durchmessers wird ein entsprechend dicker Abstandhalterring 24 in die Ring­ nut 25 eingelegt. Je kleiner oder größer dabei die axiale Dicke des Abstandshalterringes 24 ist, desto größer bzw. kleiner ist der eingestellte Radialdurchmesser.

Die Kühlung und Schmierung des Aufbohrwerkzeuges und des Werkstücks 13 sowie der Abtransport der Späne werden über einen Kühlmittelstrom erreicht. Der Kühlmittelstrom fließt dabei über die Kühlmittelzuführung 27 der Aufnahmevor­ richtung 39, den Kühlmittelzuführkanal 40 a und durch den Zwischenraum 46 zwischen der Führungsbüchse 17 und dem Werkstück 13 einerseits und dem Werkzeugkörper 20 anderer­ seits zu den Schneiden. Durch den Späneabführkanal 40 b kann das verbrauchte Kühlmittel mit den Spänen abgeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer Bohrung mittels eines Aufbohr­ werkzeuges, das einen Aufbohrkopf (10) und eine Feinbear­ beitungsvorrichtung (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß im Vorhub bei unwirksamer Einstellung der Feinbear­ beitungsvorrichtung (11) eine bereits bestehende Bohrung aufgebohrt und
• b) daß im Rückhub bei einer wirksamen Einstellung der Fein­ bearbeitungsvorrichtung (11) die Bohrung feinbearbeitet wird.

2. Aufbohrwerkzeug mit

• a) einem Werkzeugkörper (20),
• b) einem Aufbohrkopf (10), der am Werkzeugkörper (20) angeord­ net ist und mindestens ein Schneidmesser zum Aufbohren einer Bohrung aufweist,
• c) einer Feinbearbeitungsvorrichtung (11), die am Werkzeug­ körper angeordnet ist und mindestens ein Schneidmesser zum Feinbearbeiten der vom Aufbohrkopf aufgebohrten Boh­ rung aufweist und
• d) mit einem Stellantrieb zum Verstellen der Schneidmesser,

dadurch gekennzeichnet,

• d) daß mittels des Stellantriebes das Schneidmesser der Feinbearbeitungsvorrichtung (11) unabhängig von der Stel­ lung des Schneidmessers des Aufbohrkopfes einstellbar ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führung des Werkzeugkörpers (20) in einer auf ein Werk­ stück (13) fest ausgerichteten Führungsbüchse (17) dieser Stützleisten (16) aufweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß der Werkzeugkörper (20) mindestens einen radialen Schlitz für einen Halter (37) des Schneidmessers der Feinbearbeitungsvorrichtung (11) aufweist,
• b) daß eine Feder vorhanden ist, die das Messer der Feinbe­ arbeitungsvorrichtung in einer unwirksamen Stellung hält und
• c) daß ein axial bewegbarer Keilkörper (32) vorhanden ist, mittels dessen das Messer der Feinstbearbeitungsvorrichtung (11) in eine wirksame Stellung ausfahrbar ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für den Keilkörper (32) ein druckmittel­ betätigter Kolben (31) vorhanden ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rückstellung des Keilkörpers (32) eine Feder (36) vorhanden ist.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützleisten (16) radial auf einen bestimmten benötigten Bohrungsdurchmesser einstellbar sind.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützleisten (16) in Nuten (21) des Werkzeugkörpers (20) angeordnet sind, die parallel zur Vorschubrichtung verlaufen.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützleisten (16) mit zunehmendem Abstand von ihrem vorderen Ende eine zunehmende radiale Dicke aufweisen.

10. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (22) der Nuten (21) mit der Achse (41) des Werkzeugkörpers (20) einen spitzen Winkel bildet.

11. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Radialeinstellung die Stützleisten (16) an ihrem vorderen Ende mindestens einen Abstandhalterring (24) für den Eingriff in die Nut (21) aufweisen.