DE3627798A1 - Verfahren und werkzeug zur herstellung von gewindebohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gewindebohrungen mittels eines Bohrwerkzeugs, wobei die Gewindekernbohrung gebohrt bzw. aufgebohrt und anschließend die Gewindegänge durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Gewindebohrungen auf einer numerisch gesteuerten Fräs­ oder Bohrmaschine oder einem Bearbeitungszentrum wird zunächst die Gewindekernbohrung mittels eines Bohrwerkzeugs gebohrt. Wenn bereits eine Vorbohrung vorhanden ist, wird diese auf den Gewindekerndurchmesser aufgebohrt. Anschließend erfolgt das maschinelle Gewindeschneiden mittels eines Maschinengewindebohrers, der in einer besonderen Werkzeugaufnahme angeordnet ist, die in der Regel einen Längenausgleich zuläßt. Stattdessen kann auch vorgesehen sein, die Vorschubbewegung mit der Drehbewegung in Abhängigkeit von der Steigung des zu schneidenden Gewindes zu synchronisieren.

Der erforderliche Zeitaufwand ist verhältnismäßig hoch, weil beim Gewindeschneiden jeder einzelne Gewindegang durch wendelförmiges Einschneiden hergestellt wird. Es ist zwar bekannt, Kombinationswerkzeuge einzusetzen, die aus einem Bohrer und einem dahinter angeordneten Gewindeschneidwerkzeug bestehen, so daß ein Werkzeugwechsel entfällt. Der gesamte Zeitaufwand verringert sich dadurch aber nicht wesentlich, weil der verhältnismäßig hohe Zeitaufwand für das Gewindeschneiden unverändert bleibt, weil das Gewindeschneiden in Abhängigkeit von der Gewindesteigung nur mit relativ niedriger Vorschubgeschwindigkeit im Vor- und Rückwärtslauf stattfinden kann. Außerdem sind diese Kombinationswerkzeuge nur bei durchgehenden Gewindebohrungen einsetzbar.

Der Zeitaufwand erhöht sich noch beträchtlich, wenn für die Bearbeitung des Gewindeeinlaufs ein zusätzliches Senkwerkzeug benutzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das es ermöglicht, Gewindebohrungen mit wesentlich geringerem Zeitaufwand herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrwerkzeug an seinem Umfang dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechende Fräserschneiden aufweist, daß das Bohrwerkzeug nach der Vorschubbewegung für den Bohrvorgang in eine zur Bohrungsachse exzentrische Stellung verfahren wird, daß das Bohrwerkzeug entlang einer konzentrisch zur Bohrungsachse verlaufenden, der Gewindesteigung entsprechenden Wendellinie eine Fräsvorschubbewegung von mindestens 360° ausführt und dabei alle Gewindegänge fräst, und daß das Bohrwerkzeug in eine zentrische Stellung zurückkehrt und eine Rückzugsbewegung ausführt.

Da die Herstellung der Gewindebohrung in einem einzigen Arbeitsablauf erfolgt und da das Gewinde gefräst wird, wird ein erheblicher Zeitgewinn gegenüber dem bekannten Verfahren erreicht. Der Zeitbedarf verringert sich auf einen Bruchteil der bei dem beschriebenen herkömmlichen Verfahren benötigten Zeit. Die Zeitersparnis ist um so größer, je größer die Anzahl der herzustellenden Gewindegänge ist, weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von der Anzahl der Gewindegänge der Fräsvorgang nur entlang eines einzelnen Gewindeganges ausgeführt werden muß, wobei alle Gewindegänge gleichzeitig gefräst werden.

Für die gesamte Gewindeherstellung wird nur ein einziges Werkzeug benötigt, so daß Werkzeugwechselzeiten entfallen. Für den erforderlichen Bewegungsablauf können NC- Softwaremodule verwendet werden, die in den meisten Fällen bei NC-Bohr- oder Fräsmaschinen bzw. Bearbeitungszentren ohnehin vorhanden sind und für das Zirkularfräsen bzw. das Bohren bzw. Zylinderfräsen vorgesehen sind. Spezielle Werkzeughalter für das Gewindebohren sind nicht erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens das Bohrwerkzeug am Ende der Vorschubbewegung für den Bohrvorgang auch eine Gewindeeinlaufform durch Ansenken herstellt. Dadurch läßt sich eine beliebige Gewindeeinlaufform, beispielsweise eine Fase oder Ansenkung im gleichen Arbeitsablauf erzeugen.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Bohrfräswerkzeug einen Bohrkopf mit einem dem Gewindekerndurchmesser entsprechenden Bohrkopfdurchmesser aufweist, und daß sich an den Bohrkopf ein Frässchaft anschließt, der dem zu erzeugenden Gewindeprofil - ggf. mit einer Korrektur - entsprechende Fräserschneiden mit mehreren Zähnen trägt, deren Spitzendurchmesser höchstens gleich dem Bohrkopfdurchmesser ist.

An den Frässchaft kann sich ein Senkwerkzeug für die Gewindeeinlaufform anschließen, das entweder einstückig mit dem Frässchaft ausgeführt ist oder auf einem sich an den Frässchaft anschließenden Aufnahmeschaft aufgesetzt ist. Durch die auswechselbare Gestaltung des Senkwerkzeugs sind unterschiedliche Gewindeeinlaufformen mit geringem Werkzeugaufwand herstellbar. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann wie ein herkömmliches Bohr- oder Fräswerkzeug nachgeschliffen werden, wobei es sogar möglich ist, ein abgenutztes Bohrfräswerkzeug zur weiteren Verwendung für Gewindebohrungen geringeren Durchmessers nachzuschleifen.

Eine besonders starke Verringerung des Zeitaufwandes läßt sich dadurch erreichen, daß das Fräsen der Gewindegänge als Hochgeschwindigkeitsfräsen durchgeführt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 ein Bohrfräswerkzeug zur Herstellung von Gewindebohrungen,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach Fig. 1 und

Fig. 3 in mehreren Stellen den Arbeitsablauf bei der Herstellung einer Gewindebohrung.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Bohrfräswerkzeug 1 weist an seinem vorderen Ende einen Bohrkopf 2 auf, der an seinem Umfang beispielsweise zwei Fräserschneiden 3 aufweist. Der Bohrkopfdurchmesser, d.h. der von den Fräserschneiden 3 erzeugte Durchmesser, entspricht dem Gewindekerndurchmesser des herzustellenden Gewindes.

An den Bohrkopf 2 schließt sich ein Frässchaft 4 an, der an beispielsweise zwei gegenüberliegenden Mantellinien Fräserschneiden 5 aufweist, die dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechen. Der Spitzendurchmesser der Fräserschneiden 5 ist höchstens gleich dem Bohrkopfdurchmesser; der Spitzendurchmesser des Fräserschafts ist höchstens um ein Viertel des Gewindenenndurchmessers geringer als der Bohrkopfdurchmesser. Der Drallwinkel der Fräserschneiden 5 wird je nach Bearbeitungswerkstoff zwischen 0° und 30° gewählt. Die Spanwinkel liegen je nach Bearbeitungswerkstoff zwischen -10° und 30°.

An den Frässchaft 4 schließt sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Senkwerkzeug 6 für die Gewindeeinlaufform an, das beispielsweise zwei schräge Fräserschneiden aufweist, die eine Fase am Gewindeeinlauf ausbilden. Ein anschließender Aufnahmeschaft 7 dient zur Aufnahme des Bohrfräswerkzeugs 1 in der Werkzeugspindel der Bearbeitungsmaschine.

Der Bearbeitungsvorgang wird in seinen einzelnen Bearbeitungsschritten in Fig. 3 a) bis g) erläutert. Das hierbei verwendete Bohrfräswerkzeug 1 unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bohrfräswerkzeug im wesentlichen nur dadurch, daß auf ein Senkwerkzeug für die Gestaltung des Gewindeeinlaufs verzichtet wurde. Es versteht sich jedoch, daß ein solches Senkwerkzeug auch in diesem Fall vorgesehen werden kann.

Aus der in Fig. 3 a) dargestellten Ausgangsstellung wird das Bohrfräswerkzeug 1 gegen das Werkstück 8 vorgefahren. Bei dieser Vorschubbewegung (Fig. 3 b) wird die Gewindekernbohrung 9 gebohrt oder aufgebohrt. Bei der Verwendung eines Senkwerkzeugs würde in diesem Verfahrensschritt auch die Gewindeeinlaufform hergestellt.

Anschließend wird das Bohrfräswerkzeug 1 um mindestens eine Gewindesteigung zurückgezogen (Fig. 3 c). Aus dieser Stellung wird das Bohrfräswerkzeug 1 seitlich bis in eine zur Bohrungsachse exzentrische Stellung verfahren (Fig. 3 d). Diese Stellung kann radial oder auf einer Spirale angefahren werden, um eine Markierung auf der erzeugten Oberfläche auszuschließen.

Aus dieser Stellung führt das Bohrfräswerkzeug 1 entlang einer konzentrisch zur Bohrungsachse verlaufenden Wendellinie, die in ihrer Steigung der Gewindesteigung entspricht, eine Fräsvorschubbewegung von mindestens 360° aus, wobei alle Gewindegänge 10 gefräst werden (Fig. 3 e). Dieser Verfahrensschritt kann als Wendelfräsen bezeichnet werden, da das Werkzeug beim Fräsvorgang eine Vorschubbewegung auf einer Wendellinie oder Schraubenlinie ausführt; hierbei wird einer Zirkularbewegung von mindestens 360° eine axiale Vorschubbewegung von mindestens einer Gewindesteigung überlagert.

Anschließend kehrt das Bohrfräswerkzeug 1 in die zentrische Stellung zurück (Fig. 3 f) und wird in seine Ausgangsstellung zurückgezogen (Fig. 3 g).

Während des Fräsens der Gewindegänge 10 haben die Fräserschneiden 3 des Bohrkopfes 2 einen Freistich 11 am Gewindeauslauf gefräst. Der gesamte Bearbeitungsvorgang, zumindest aber das Fräsen der Gewindegänge 10, kann auch als Hochgeschwindigkeitsfräsen erfolgen. Für die Herstellung einer 30 mm tiefen Gewindesackbohrung M 10 werden beim Hochgeschwindigkeitsfräsen 6 Sekunden, bei normaler Fräsgeschwindigkeit etwa 11 Sekunden benötigt, während beim herkömmlichen Herstellungsverfahren mit Werkzeugwechsel etwa 27 Sekunden benötigt werden.

Mehrere Bohrfräswerkzeuge 1 können in einen Mehrspindelbohrkopf eingesetzt werden, so daß mehrere Gewindebohrungen nach dem beschriebenen Verfahren gleichzeitig hergestellt werden können. Dies ist besonders zweckmäßig für die Bearbeitung von z.B. Motorzylinderköpfen.

Als Werkzeugmaschine kann jede NC-gesteuerte Fräs- Bohrmaschine bzw. ein Bearbeitungszentrum mit mindestens 3-Achsen-Steuerung verwendet werden, die ein wendel- bzw. schraubenförmiges Eintauchen ermöglicht. Hierfür wird eine Zirkularbewegung mit einer achsparallelen Vorschubbewegung überlagert.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Gewindebohrungen mittels eines Bohrwerkzeugs, wobei die Gewindekernbohrung gebohrt bzw. aufgebohrt und anschließend die Gewindegänge durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug an seinem Umfang dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechende Fräserschneiden aufweist, daß das Bohrwerkzeug nach der Vorschubbewegung für den Bohrvorgang in eine zur Bohrungsachse exzentrische Stellung verfahren wird, daß das Bohrwerkzeug entlang einer konzentrisch zur Bohrungsachse verlaufenden, der Gewindesteigung entsprechenden Wendellinie eine Fräsvorschubbewegung von mindestens 360° ausführt und dabei alle Gewindegänge fräst, und daß das Bohrwerkzeug in eine zentrische Stellung zurückkehrt und eine Rückzugsbewegung ausführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug nach der Vorschubbewegung für den Bohrvorgang eine Rückzugsbewegung um mindestens eine Gewindesteigung ausführt, bevor es in seine exzentrische Stellung verfahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug am Ende der Vorschubbewegung für den Bohrvorgang eine Gewindeeinlaufform durch Ansenken herstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gewindebohrungen gleichzeitig durch mehrere in einem Mehrfachbohrkopf aufgenommene Werkzeuge gebohrt und gefräst werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräsen der Gewindegänge als Hochgeschwindigkeitsfräsen durchgeführt wird.

6. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrfräswerkzeug (1) einen Bohrkopf (2) mit einem dem Gewindekerndurchmesser entsprechenden Bohrkopfdurchmesser aufweist, und daß sich an den Bohrkopf (2) ein Frässchaft (4) anschließt, der dem zu erzeugenden Gewindeprofil entsprechende Fräserschneiden (5) mit mehreren Zähnen trägt, deren Spitzendurchmesser höchstens gleich dem Bohrkopfdurchmesser ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) an seinem Umfang Fräserschneiden (3) aufweist.

8. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Frässchaft (4) ein Senkwerkzeug (6) für die Gewindeeinlaufform anschließt.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkwerkzeug (6) einstückig mit dem Frässchaft (4) ausgeführt ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkwerkzeug auf einem sich an den Frässchaft (4) anschließenden Aufnahmeschaft aufgesetzt ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fräserzähne des Frässchaftes (4) mit einer Steigung von 0° bis 2° am Frässchaftumfang verlaufen.

12. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidprofil der einzelnen Fräserzähne des Frässchaftes (4) zur Erzeugung des vorgegebenen Gewindeprofils korrigiert ist.

13. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendurchmesser des Frässchaftes (4) um höchstens ein Viertel des Gewindenenndurchmessers geringer als der Bohrkopfdurchmesser ist.