DE3545586A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Ein­ spannschaft, einem daran anschließenden kurzen Übergangs­ teil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegen­ überliegende, um weniger als 360° gewendelte Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diame­ tral verlaufende Stege und an seinem vorderen Ende mindestens zwei in je einer Aussparung der Stege angeord­ nete, auswechselbare Schneidplatten aufweist, die um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander jeweils mit verschiedenen Radialabständen von der Bohrerachse ange­ ordnet sind, wobei die Spannuten, beginnend am vorderen Ende des Übergangsteiles zu dessen hinteren Ende hin eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen.

Bei einem derartigen bekannten Bohrwerkzeug (DE-GM 78 30 277 oder Katalog der Patentinhaberin "KOMET KUB Wendeplatten-Bohrer", 9/82, Seite 12) weisen die Span­ nuten einen konstanten Steigungswinkel auf. Die Wende­ lung jeder Spannut erstreckt sich über etwa 180°, d.h. etwa um eine halbe Umdrehung des Bohrwerkzeuges. Der­ artige Bohrer sind für eine Bohrtiefe geeignet, die etwa dreimal dem Bohrerdurchmesser entspricht. Bei größeren Bohrtiefen können sich Schwierigkeiten bei der Spanabfuhr ergeben und außerdem weisen die Bohr­ werkzeuge keine ausreichende Steifigkeit auf, so daß der Bohrer bei hohen Schnittkräften von der Bohrerachse abgedrängt wird. Diese Abdrängung ist dadurch bedingt, daß auf die am Umfang des Bohrers angeordnete, radial äußere Schneidplatte größere Schnittkräfte einwirken als auf die radial innen liegende, angrenzend an die Bohrerachse arbeitende Schneidplatte. Durch die einsei­ tig höhere Belastung des Bohrwerkzeuges wird die Abdrän­ gung des Bohrwerkzeuges hervorgerufen. Diese Abdrängung führt dazu, daß die Bohrung einen größeren Durchmesser aufweist als der Nenndurchmesser des Bohrers und daß beim Rückzug des Bohrers an der Bohrungswandung Rillen entstehen können. Trotz der verschiedensten Vorschläge, die auf die Schneidplatten wirkenden Kräfte gegeneinander auszugleichen (DE-OS 27 51 255, EP-PS 54 913), ist bisher ein vollständiger Schnittkraftausgleich nicht gelungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerk­ zeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches auch bei Bohrtiefen über viermal Bohrerdurchmesser eine ausreichende Steifigkeit und damit hohe Arbeitsgenauig­ keit aufweist und eine gute Spanabfuhr gewährleistet.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Steigungswinkel der Spannuten vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinteren Ende zunimmt, und daß zumindest der Steigungswinkel im hinteren Bereich des Schneidteiles so groß gewählt ist, daß am vorderen Ende des Übergangsteiles, dort wo die Spannuten noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt (Anbindungsquerschnitt) des Schneidteiles verlaufende Mittellinie jedes der beiden Stege in etwa in Richtung der Gesamtresultierenden der auf die Schneidplatten ein­ wirkenden Schnittkräfte verläuft.

Da es sich nicht erreichen läßt, die Schneidplatten so anzuordnen, daß die auf sie wirkenden Schnittkräfte sich vollständig ausgleichen, entsteht immer eine Gesamt­ resultierende, die das Bohrwerkzeug in einer bestimmten Richtung von der Bohrerachse abzudrängen sucht. Wenn man nun gemäß der Erfindung die beiden Stege des Schneidtei­ les, dort wo dieses in das Übergangsteil übergeht, so anordnet, daß die beiden Stege in Richtung der resultie­ renden Kraft verlaufen, dann weist das Schneidteil in dem Bereich, wo das größte Biegemoment auftritt, bezüg­ lich einer quer zur Mittellinie verlaufenden Biegeachse das höchste Flächen-Trägheitsmoment und damit auch die größte Steifigkeit auf. Damit nun die Mittellinie der Stege an der richtigen Stelle zu liegen kommt, kann man bei einem Bohrwerkzeug mit vorgegebener maximaler Bohr­ tiefe, die Steigung der Spannuten nicht beliebig wählen. Der Steigungswinkel der Spannuten soll gemäß der Erfin­ dung vom vorderen Ende des Schneidteils zu dessen hin­ teren Ende hin zunehmen. Am vorderen Ende sieht man einen kleinen Steigungswinkel von vorzugsweise etwa 25° bis etwa 30° vor, der die Späne möglichst rasch von dem Bereich der Schneidplatten wegtransportiert. Im hinteren Bereich des Schneidteiles muß man nun den Steigungswinkel so wählen, daß die Stege und deren Mit­ tellinie an der gewünschten Stelle zu liegen kommen. Zwischen dem vorderen und dem hinteren Bereich des Schneidteiles kann der Steigungswinkel stufenweise oder kontinuierlich zunehmen. Durch den zunehmenden Steigungswinkel werden auch die Spannuten gegenüber einem Bohrwerkzeug, bei dem die Spannuten von der Boh­ rerspitze ab den gleichen Steigungswinkel aufweisen, verkürzt. Damit wird auch der Weg, den die Späne von den Schneidplatten bis zum Ende der Bohrung zurückzulegen haben, verkürzt und die Spanabfuhr verbessert. Stellt man die Spannuten, wie es üblich ist, mit einem Finger­ fräser her, dann ergeben sich bei einer größeren Steigung und gleichbleibendem Durchmesser des Fingerfräsers größe­ re Stegbreiten. Diese größeren Stegbreiten sind dann am hinteren Ende des Schneidteiles vorhanden und erhöhen in diesem Bereich das Flächenträgheitsmoment.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohr­ werkzeuges,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in vierfacher Vergrößerung.

Das Bohrwerkzeug 1 weist einen Einspannschaft 2 auf, mit welchem das Bohrwerkzeug mit einer Drehmaschine verbind­ bar ist. Der eigentliche Arbeitsteil des Bohrwerkzeuges 1 ist entsprechend DIN 1412 mit Schneidteil 3 bezeichnet. Dieses Schneidteil 3 hat eine Länge L 1 (in DIN 1412 als "Schneidlänge" bezeichnet), die beim gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel etwas mehr als ein Sechsfaches des Arbeits­ durchmessers D ist. Dementsprechend beträgt auch die maximale Bohrtiefe des dargestellten Bohrwerkzeuges 1 ein Sechsfaches des Durchmessers. Zwischen dem Einspann­ schaft 2 und dem Schneidteil 3 ist ein Übergangsteil 4 vorgesehen, welches beim gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Einspann­ schaft 2 und das Schneidteil 3. Das Übergangsteil 4 kann sich jedoch gegebenenfalls auch, wie es strichpunktiert dargestellt ist, zum Einspannteil 2 im Durchmesser konisch erweitern, so daß auch das Einspannteil 2 einen größeren Durchmesser aufweist, als das Schneidteil 3.

Am vorderen Ende des Schneidteiles 3 sind in je einer Aussparung 5 desselben zwei Schneidplatten 6 und 7 aus­ wechselbar angeordnet. Es handelt sich um sogenannte Wendeplatten. Diese beiden Schneidplatten sind um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei die äußere Schneidplatte 6 über den Umfang des Schneidteiles 3 geringfügig vorsteht und zur Bearbeitung des äußeren Bereiches der Bohrung dient, während die Schneidplatte 7 an der Bohrerachse A angeordnet ist und den inneren Bereich der Bohrung bearbeitet. Die Arbeits­ bereiche der beiden Schneidplatten überschneiden sich je nach Bohrerdurchmesser mehr oder weniger.

Das Schneidteil 3 weist ferner zwei diametral gegenüber­ liegende, wendelförmig verlaufende Spannuten 8, 9 auf, von denen die Spannut 8 der äußeren Schneidplatte 6 und die Spannut 9 der inneren Schneidplatte 7 zugeordnet ist. Bei größeren Durchmessern können auf dem gleichen Durch­ messer wie die Schneidplatten 6 und 7 noch weitere Schneid­ platten vorgesehen sein.

Soweit das Material zur Bildung der Spannuten 8, 9 nicht weggefräst ist, verbleiben zwischen den Spannuten 8, 9 zwei Stege 10, die sich vom zentralen Kern 11 aus in radialer Richtung sektorförmig erweitern. Im Kern 11 ist eine Kühlmittelbohrung 12 vorgesehen. Die Spannuten 8, 9 haben auf die ganze Länge L 1 des Schneidteiles 3 eine gleichbleibende Tiefe. Vom hinteren Ende des Schneidtei­ les ab oder vom vorderen Ende des Übergangsteiles 4 nimmt die Tiefe der Spannuten 8, 9 bis zum hinteren Ende des Übergangsteiles 4 kontinuierlich ab. Am hinteren Ende des Übergangsteiles 4, dort wo das Schaftteil 2 beginnt, laufen die Spannuten 8, 9 in die Mantelfläche des Über­ gangsteiles aus.

Der Steigungswinkel β bzw. b 1, den die Spannuten mit einer Normalen N gegenüber der Bohrerachse einschließen, nimmt vom vorderen Ende des Schneidteiles 3 zu dessen hinteren Ende stufenweise oder zweckmäßig kontinuierlich zu. Am vorderen Ende des Schneidteiles 3 kann der Stei­ gungswinkel β gemessen am Umfang etwa 35 bis 30° betragen, während der Steigungswinkel β 1 am hinteren Ende der Span­ nuten 8, 9 wesentlich größer ist und von den nachfolgend erläuterten Parametern abhängig ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Schneidteiles 3 an dessen hinterem Ende bzw. am vorderen Ende des Übergangs­ teiles 4. An dieser Stelle haben die beiden Spannuten 8, 9 noch ihre volle Tiefe und beginnen von dort aus nach hinten in die Mantelfläche des Übergangsteiles 4 auszu­ laufen. Die beiden diametral gegenüberliegenden Stege 10 haben je eine in der Querschnittsebene verlaufende Mit­ tellinie M, die durch die symmetrische Anordnung der Spannuten 8, 9 eine gemeinsame, diametral verlaufende Mittellinie M ist. Die Flächenabschnitte jedes Steges 10 zu beiden Seiten der Mittellinie M sind in etwa gleich groß.

Auf jede der Schneidplatten 6, 7, deren Lage in Bezug auf den in Fig. 2 dargestellten Querschnitt strichpunktiert eingezeichnet ist, wirken Schnittkräfte ein. Diese Schnitt­ kräfte wirken nicht nur senkrecht zu den Spanflächen der beiden Schneidplatten 6, 7, sondern auch in radialer Rich­ tung, und zwar bei der äußeren Schneidplatte 6 in der Regel radial nach innen ünd bei der inneren Schneidplatte 7 in der Regel radial nach außen. Es ergibt sich hieraus an jeder Schneidplatte eine resultierende Kraft F 1 bzw. F 2, wobei erfahrungsgemäß die Kraft F 1 etwa doppelt so groß ist wie die Kraft F 2. Ordnet man diese beiden Kräfte F 2, F 2, wie es in Fig. 2 unten dargestellt ist, in einem Kräfte­ diagramm an, so ergibt sich eine Gesamtresultierende FR. Erfindungsgemäß soll nun die Mittellinie M der Stege 10 so angeordnet werden, daß sie in etwa in Kraftrichtung der Gesamtresultierenden FR verläuft, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Auf diese Weise hat dann das Schaftteil 3 in dem Querschnitt, wo es an das vordere Ende des Über­ gangsteiles 4 angrenzt, das größte Flächenträgheitsmoment in Bezug auf eine Biegeachse a, die senkrecht zu der Mittelebene m verläuft.

Damit nun die Mittellinie M in etwa in Richtung der Gesamt­ resultierende FR verläuft und damit das Flächenträgheits­ moment vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Schafftei­ les 3 ständig zunimmt, muß die Wendelung der Spankanäle 8, 9 kleiner als 360° sein. Hierbei wählt man die Steigun­ gen im mittleren und hinteren Bereich des Schaftteiles 3 so, daß die Mittellinie M an der gewünschten, durch die Kraftrichtüng der Gesamtresultierenden FR bestimmten Stelle zu liegen kommt. Die Kraftrichtung der Gesamtresul­ tierenden FR kann man entweder zeichnerisch und rechne­ risch oder zweckmäßig mittels eines geeigneten Meßgerätes (Kistler, Ziff. 3, Achsen-Meßgerät) ermitteln.

Werden die Spankanäle 8, 9 in üblicher Weise mit einem Fingerfräser mit vom vorderen Ende des Schneidteiles 3 zunehmendem Steigungswinkel hergestellt, dann ergibt sich hierdurch, daß die sogenannte Stegbreite S bzw. S 1 der Stege 10 vom vorderen Ende des Schneidteiles 3 zu dessen hinteren Ende zunimmt. Hierdurch haben die Stege 10 des Schneidteiles 3 in dem Bereich des in Fig. 2 dargestellten Querschnittes ihre größte Stegbreite, wo­ durch das Flächenträgheitsmoment des Stegteiles 3 in diesem Bereich noch zusätzlich vergrößert wird, was ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit des Bohrwerkzeu­ ges 1 beiträgt.

Versuche haben ergeben, daß bei Bohrwerkzeugen mit gleich­ artigem Aufbau die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden innerhalb eines gewissen Schwankungsbereiches in etwa in der gleichen Richtung in bezug auf die durch die Span­ flächen der beiden Schneidplatten 6, 7 hindurchgehenden Ebene liegt. Wenn sich bei Bohrwerkzeugen der im Ausfüh­ rungsbeispiel gezeigten Art die Wendelung jeder Spannut 8, 9 von dem vorderen Ende des Schneidteiles 3 bis zu dem vorderen Ende des Übergangsteiles 4 über einen Winkelbe­ reich von etwa 250° bis etwa 270°, vorzugsweise etwa 260°, erstreckt, dann liegt die Mittellinie M in etwa in Kraft­ richtung der Gesamtresultierenden FR.

Wie bereits oben kurz angegeben wurde, werden die Span­ nuten 8, 9 zweckmäßig mit einem Fingerfräser hergestellt, wobei das Bohrwerkzeug gedreht und gleichzeitig in sei­ ner Achsrichtung relativ zum Fingerfräser verschoben wird. Wird ein Fingerfräser mit zylindrischer Form verwendet, so haben die beiden Spannuten 8, 9 im Querschnitt die in Fig. 2 dargestellte Form, bei der die beiden Begrenzungs­ flächen 8 a und 8 b bzw. 9 a und 9 b annähernd rechtwinklig zueinander verlaufen. Die Begrenzungsflächen 8 a und 9 a werden hierbei durch die Stirnfläche des Fingerfräsers gefräst, während die Begrenzungsflächen 8 b und 9 b durch seine Umfangsfläche bearbeitet werden.

Es ist nun zweckmäßig, in die Begrenzungsfläche 8 a, die sich am vorderen Ende des Schneidteiles 3 etwa senkrecht zur Schneidplattenebene der Schneidplatte 6 erstreckt, eine sich über die ganze Länge des Schneidteiles 3 er­ streckende Rille 13 mit segmentförmigem Querschnitt an­ zuordnen. Durch diese Rille soll erreicht werden, daß die radial nach außen dringenden Späne immer wieder zum Innern der Spannut 8 hin zurückgefördert werden. Außer­ dem soll die Rille im vorderen Bereich des Schneidteiles 3 den Span formen. Durch die Rille 13 wird ferner der Spanraum derjenigen Spannut vergrößert, die der am Um­ fang angeordneten Schneidplatte 6 zugeordnet ist. Diese Schneidplatte erzeugt nämlich ein wesentlich größeres Spanvolumen als die innere Schneidplatte 7.

Man kann auch in die entsprechende Begrenzungsfläche 9 a der anderen Spannut, welche der an der Bohrerachse A an­ geordneten Schneidplatte 7 zugeordnet ist, eine gleich­ artige Rille 14 einarbeiten. Diese sollte sich jedoch zweckmäßig nür von dem vorderen Ende des Schneidteiles 3 auf etwa 1/3 bis 1/2 seiner Länge erstrecken, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Quer­ schnitt des Schneidteiles in seinem stärker beanspruch­ ten hinteren Teil durch die Rille 14 nicht geschwächt.

Da das von der inneren Schneidplatte 7 erzeugte Span­ volumen kleiner ist, reicht der Spanraum der Spannut 9 völlig aus.

Claims (5)

1. Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschließenden kurzen Übergangsteil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneid­ teil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um weniger als 360° gewendelte Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diametral verlau­ fende Stege und an seinem vorderen Ende mindestens zwei in je einer Aussparung der Stege angeordnete, auswechselbare Schneidplatten aufweist, die um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander jeweils mit verschiedenen Radialabständen von der Bohrerachse angeordnet sind, wobei die Spannuten beginnend am vorderen Ende des Übergangsteiles zu dessen hinterem Ende hin eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hin­ teren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungs­ winkel (β, b 1) der Spannuten (8, 9) vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinterem Ende zunimmt und daß zumindest der Steigungswinkel (b 1) im hinteren Bereich des Schneidteiles (3) so groß gewählt ist, daß am vorderen Ende des Übergangsteiles (4), dort wo die Spannuten (8, 9) noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt (Anbindungsquer­ schnitt) (Fig. 2) des Schneidteiles (3) verlaufende Mittellinie (M) jedes der beiden Stege (10) in etwa in Richtung der Gesamtresultierenden (FR) der auf die Schneidplatten (6, 7) einwirkenden Schnittkräfte (F 1, F 2) verläuft.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (β) der Spannuten (8, 9) am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa 25° bis etwa 30° beträgt und zum hinteren Ende des Schneid­ teiles (3) stufenweise oder kontinuierlich zunimmt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Wendelung jeder Spannut (8, 9) von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) bis zu dem vorderen Ende des Übergangsteiles (4) über einen Winkelbereich von etwa 250° bis etwa 270°, vor­ zugsweise von etwa 260°, erstreckt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannut (8, 9) zwei annähernd rechtwinklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen (8 a, 8 b; 9 a, 9 b) aufweist und daß die Spannut (8), welche der am Umfang angeordneten Schneidplatte (6) zugeordnet ist, in ihrer Begrenzungsfläche (8 a), die sich am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa senkrecht zur Schneidplattenebene erstreckt, eine sich über die ganze Länge des Schneidteiles (3) erstreckende Rille (13) mit segmentförmigem Querschnitt aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der entsprechenden Begrenzungsfläche (9 a) der anderen Spannut (9), welche der an der Bohrerachse (A) angeordneten Schneidplatte (7) zugeordnet ist, eine gleichartige Rille (14) eingearbeitet ist, welche sich von dem vorderen Ende des Schneidteiles (3) auf etwa 1/3 bis 1/2 seiner Länge erstreckt.