DE3545586C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschließenden, kurzen Übergangsteil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um weniger als 360° gewendelte Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diametral verlaufende 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 hinteren Ende hin, eine abnehmende Tiefe aufweisen und am hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen.

Bei Spiralbohrern wird der Winkel, den eine Tangente an die Verschneidung zwischen Spannut und Umfangsfläche des Spiralbohrers gegenüber der Bohrerachse einschließt, als "Seitenspanwinkel" oder auch als "Drallwinkel" bezeichnet (vgl. Stock-Taschenbuch, Seite 11). Der Drall der Spannuten wird also als Seitenspan- oder Drallwinkel zwischen Bohrerachse und Tangente an die Spannut angegeben. Da bei einem mit Schneidplatten bestückten Bohrerwerkzeug die äußere Schneidplatte gegenüber der Umfangsfläche des Spiralbohrers vorsteht, haben die Spannuten keinen Einfluß auf die eigentliche Zerspanung. Deshalb wurde nachstehend die Bezeichnung "Drallwinkel" gewählt.

Bei einem bekannten Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art (DE-GM 78 30 277 oder Katalog der Patentinhaberin "KOMET KUB Wendeplatten-Bohrer", 9/82, Seite 12) weisen die Spannuten einen konstanten Drallwinkel auf. Die Wendelung jeder Spannut erstreckt sich über etwa 180°, d. h. etwa um eine halbe Umdrehung des Bohrwerkzeuges. Derartige 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 Bohrwerkzeuge 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 einseitig höhere Belastung des Bohrwerkzeuges wird die Abdrängung 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-PS 27 51 255, EP-PS 54 913), ist bisher ein vollständiger Schnittkraftausgleich nicht gelungen.

Bei einem anderen bekannten Werkzeug (DE-GM 77 35 147) nimmt der Drallwinkel der Spannuten gegenüber der Bohrerachse vom vorderen Ende des Schneidenteils zum hinteren Ende des Bohrwerkzeuges hin zu. Außerdem sind die Spannuten um mehr als 360° gewendelt. Hierdurch weist dieses bekannte Bohrwerkzeug an seinem hinteren Ende eine geringe Steifigkeit auf, die noch dadurch verringert wird, daß mit zunehmendem Drallwinkel die Breite der Stege abnimmt. Wie bei dem eingangs erwähnten Bohrwerkzeug erfolgt durch die einseitig höhere Belastung eine seitliche Abdrängung des Bohrwerkzeuges, durch welche auch die Arbeitsgenauigkeit beeinträchtigt wird.

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

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Drallwinkel der Spannuten gegenüber der Bohrerachse vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinterem Ende abnimmt, und daß zumindest der Drallwinkel 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 einwirkenden Schnittkräfte verläuft.

Da es sich nicht erreichen läßt, die Schneidplatten so anzuordnen, daß die auf sie wirkenden Schnittkräfte sich vollständig ausgleichen, entsteht immer eine Gesamtresultierende, die das Bohrwerkzeug in einer bestimmten Richtung von der Bohrerachse abzudrängen sucht. Wenn man nun gemäß der Erfindung die beiden Stege des Schneidteiles, dort wo dieses in das Übergangsteil übergeht, so anordnet, daß die beiden Stege in Richtung der resultierenden Kraft verlaufen, dann weist das Schneidteil in dem Bereich, wo das größte Biegemoment auftritt, bezüglich 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 Bohrtiefe den Drall der Spannuten nicht beliebig wählen. Der Drallwinkel der Spannuten gegenüber der Bohrerachse soll gemäß der Erfindung vom vorderen Ende des Schneidteils zu dessen hinterem Ende hin abnehmen. Am vorderen Ende sieht man einen großen Steigungswinkel von vorzugsweise etwa 65° bis etwa 60° vor, der die Späne möglichst rasch von dem Bereich der Schneidplatten wegtransportiert. Im hinteren Bereich des Schneidteiles muß man nun den Drallwinkel so wählen, daß die Stege und deren Mittellinie an der gewünschten Stelle zu liegen kommen. Zwischen dem vorderen und dem hinteren Bereich des Schneidteiles kann der Drallwinkel stufenweise oder kontinuierlich abnehmen. Durch den abnehmenden Drallwinkel werden auch die Spannuten gegenüber einem Bohrwerkzeug, bei dem die Spannuten von der Bohrerspitze ab den gleichen Drallwinkel 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 Fingerfräser her, dann ergeben sich bei einem kleineren Drall und gleichbleibendem Durchmesser des Fingerfräsers größere 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 Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges,

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 verbindbar 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 Ausführungsbeispiel etwas mehr als ein Sechsfaches des Arbeitsdurchmessers D ist. Dementsprechend beträgt auch die maximale Bohrtiefe des dargestellten Bohrwerkzeuges 1 ein Sechsfaches des Durchmessers. Zwischen dem Einspannschaft 2 und dem Schneidteil 3 ist ein Übergangsteil 4 vorgesehen, welches beim gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Einspannschaft 2 und das Schneidteil 3. Das Übergangsteil 4 kann sich jedoch gegebenenfalls auch 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 auswechselbar 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 Arbeitsbereiche der beiden Schneidplatten überschneiden sich je nach Bohrerdurchmesser mehr oder weniger.

Das Schneidteil 3 weist ferner zwei diametral gegenüberliegende, 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 Durchmesser wie die Schneidplatten 6 und 7 noch weitere Schneidplatten 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 Schneidteiles 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 Übergangsteiles aus. Der Drallwinkel 8 bzw. 81, den die Spannuten gegenüber der Bohrerachse A einschließen, nimmt vom vorderen Ende des Schneidteiles 3 zu dessen hinteren Ende stufenweise oder zweckmäßig kontinuierlich ab. Am vorderen Ende des Schneidteiles 3 kann der Steigungswinkel γ gemessen am Umfang etwa 65° bis 60° betragen, während der Drallwinkel γ 1 am hinteren Ende der Spannuten 8, 9 wesentlich kleiner 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 Übergangsteiles 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 auszulaufen. Die beiden diametral gegenüberliegenden Stege 10 haben je eine in der Querschnittsebene verlaufende Mittellinie 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 Schnittkräfte wirken nicht nur senkrecht zu den Spanflächen der beiden Schneidplatten 6, 7, sondern auch in radialer Richtung, und zwar bei der äußeren Schneidplatte 6 in der Regel radial nach innen und 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 Kräftediagramm 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 Übergangsteiles 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 Gesamtresultierende FR verläuft und damit das Flächenträgheitsmoment vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Schaftteiles 3 ständig zunimmt, muß die Wendelung der Spankanäle 8, 9 kleiner als 360° sein. Hier wählt man die Drallwinkel im mittleren und hinteren Bereich des Schaftteiles 3 so, daß die Mittellinie M an der gewünschten, durch die Kraftrichtung der am Gesamtresultierenden FR bestimmten Stelle zu liegen kommt. Die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden FR kann man entweder zeichnerisch und rechnerisch 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 abnehmendem Drallwinkel 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, wodurch das Flächenträgheitsmoment des Stegteiles 3 in diesem Bereich noch zusätzlich vergrößert wird, was ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit des Bohrwerkzeuges 1 beiträgt. Versuche haben ergeben, daß bei Bohrwerkzeugen mit gleichartigem Aufbau die Kraftrichtung der Gesamtresultierenden innerhalb eines gewissen Schwankungsbereiches in etwa in der gleichen Richtung in bezug auf die durch die Spanflächen der beiden Schneidplatten 6, 7 hindurchgehenden Ebene liegt. Wenn sich bei Bohrwerkzeugen der im Ausführungsbeispiel 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 Winkelbereich von etwa 250° bis etwa 270°, vorzugsweise etwa 260°, erstreckt, dann liegt die Mittellinie M in etwa in Kraftrichtung der Gesamtresultierenden FR.

Wie bereits oben kurz angegeben wurde, werden die Spannuten 8, 9 zweckmäßig mit einem Fingerfräser hergestellt, wobei das Bohrwerkzeug gedreht und gleichzeitig in seiner 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 Begrenzungsflächen 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.

Claims (2)

1. Bohrwerkzeug mit einem Einspannschaft, einem daran anschließenden kurzen Übergangsteil und einem daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schneidteil, welches zwei diametral gegenüberliegende, um weniger als 360° gewendelte Spannuten, zwei zwischen diesen verbliebene, im wesentlichen diametral verlaufende 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 hinteren Ende des Übergangsteiles in dessen Mantelfläche auslaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel (γ, γ 1) der Spannuten (8, 9) gegenüber der Bohrerachse (A), vom vorderen Ende des Schneidteiles (3) zu dessen hinterem Ende abnimmt und daß zumindest der Drallwinkel (γ 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 (Anbindungsquerschnitt) (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 Drallwinkel ( γ ) der Spannuten (8, 9) am vorderen Ende des Schneidteiles (3) etwa 65° bis etwa 60° beträgt und zum hinteren Ende des Schneidteiles (3) stufenweise oder kontinuierlich zunimmt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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°, vorzugsweise von etwa 260°, erstreckt.