DE4416040A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Bohren und zugehörige Wendeschneidplatten.

Es sind Bohrwerkzeuge mit lösbar zu befestigenden Schneidplatten in verschiedenen Ausführungen bekannt. Solche Werkzeuge mit zwei Schneidplatten zeigen die DE-OS 26 10 292 und die EP-A1-0 289 651. Bei diesen Werkzeugen ist der Bereich zwischen Bohrungsmitte und Außendurchmesser der Bohrung auf die vorhandenen Schneidplatten aufgeteilt. Deshalb läßt sich ein derartiges Werkzeug als "einschneidig" bezeichnen, weil die wirksamen Schneidenbereiche der vorhandenen Schneidplatten insgesamt als einzige Schneide aufgefaßt werden können, die bei einer Umdrehung des Werkzeuges arbeitet.

Bei einem anderen bekannten Werkzeug (EP 0 172 148 A2) sind dagegen zwei Schneiden vorhanden, von denen jede beim Bohren den gleichen Flächenbereich überstreicht. Hier läßt sich von einem "Zweischneider" sprechen, weil jede der beiden Schneiden bei einer Umdrehung des Werkzeuges voll wirksam wird. Dieses Werkzeug weist jedoch keine für sich lösbar zu befestigenden Schneidplatten auf, sondern hat einen Kopf mit in diesen eingelöteten Schneidelementen.

Aus der DE 30 37 097 A1 ist außerdem ein zweischneidiges Bohrwerkzeug mit zwei um 180° versetzten lösbaren Wendeschneidplatten bekannt, die miteinander fluchtende oder parallel versetzte Hauptschneiden aufweisen, die gemeinsam einen Kernbereich von 0,2-2,5 mm Durchmesser nicht schneidend freilassen.

Die Werkzeuge nach dem Stand der Technik sind in der Regel mit einer zentralen Schmier- und Kühlmittelbohrung versehen, die bis zu einer die Bohrung quer schneidenden Zuführung vor der Werkzeugaufnahme reicht. Gegebenenfalls ist die Bohrung mit zwei Mündungen an der Bohrerspitze versehen, die hinter den beiden Schneiden ihren Auslaß haben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Bohrwerkzeug der angegebenen Gattung zu schaffen, das als echter Zweischneider arbeitet und trotzdem den Einsatz von in üblicher Weise auswechselbaren Schneidplatten ermöglicht. Die Erfindung strebt dabei auch eine Optimierung der übrigen Werkzeugteile gegenüber dem Stand der Technik an. Weitere mit alledem zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösungen in den Ansprüchen 1, 6 und den Weiterbildungen gemäß den Unteransprüchen.

Die Erfindung sieht vor, daß die Schneiden von Schneidkanten zweier lösbar zu befestigender Schneidplatten, insbesondere einer Dreifachwendeschneidplatten, gebildet sind, die folgende Merkmale aufweisen:

• - die Schneidplatten sind in ihrer Grundgestalt dreieckförmig,
• - jede Hauptschneide endet in einem Eckbereich, der eine Rundung und eine sich daran anschließende, im Verhältnis zur Hauptschneide kürzere gerade Kante aufweist,
• - der Eckwinkel zwischen der jeweiligen Hauptschneide und der kürzeren geraden Kante ist 90° oder größer.

Die beim Bohren wirkenden Schneidkanten beider Wendeschneidplatten schneiden jeweils über den kompletten Radius einer Bohrung, gemeinsam also ständig über dem gesamten Durchmesser der Bohrung. Dies ist möglich, weil die innen liegenden Eckbereiche der Schneidkanten sich bis zur Werkzeugmitte oder geringfügig darüber hinaus erstrecken, so daß gleichzeitig die Hauptschneiden und Nebenschneiden im Eingriff sind.

Der Einstellwinkel, gemessen als Neigung der Hauptschneiden von der Bohrermitte her radial auswärts, liegt vorteilhaft im Bereich von 3° bis 20°, vorzugsweise etwa 5° bis 10°. Bei diesen Winkeln wurden am Werkstück die besten Bohrergebnisse erzielt.

Die Schneidplatten können von vornherein in der angegebenen Form gefertigt sein. Weil es sich um einfache Formen handelt, kann vorteilhaft auch von Standardplatten oder genormten Platten ausgegangen werden, die dann ohne großen Aufwand durch Zuschleifen oder eine andere geeignete Bearbeitung so modifiziert werden, daß sich die erläuterte Form ergibt. Die bevorzugte Form hat an jeder der drei Schneidkanten eine längere Hauptschneide und eine kürzere Nebenschneide, die durch eine einen Winkel von etwa 120° im Minimum und 179° im Maximum überdeckende Rundung, welche zugleich die Bohrerspitze darstellt, verbunden sind. Bevorzugt sind Winkel im Bereich von 135-175°. Die Form der Wendeschneidplatte ist insgesamt asymmetrisch, bedingt durch die gegenüber der Hauptschneide um etwa 5% bis 80%, vorzugsweise 20% bis 40% kürzere Nebenschneide.

Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug zeichnet sich durch eine Reihe wesentlicher Vorteile aus, insbesondere können mit ihm hochgenaue Bohrungen großer Tiefe mit hoher Vorschubgeschwindigkeit erzeugt werden. Die jeweils durch eine Schraube oder ein entsprechendes Element befestigten Schneidplatten lassen sich schnell und einfach austauschen. Durch die Gleichheit der Schneidplatten und ihre symmetrische Anordnung sind die Kräfte beim Bohren gleich verteilt. Das Werkzeug hat ein gutes Anbohrverhalten und läßt infolge seiner Selbstzentrierung relativ große Bohrtiefen zu. Durch die dreieckige Grundform der Schneidplatten ist es möglich, eine Überdeckung im Zentrum und gleichzeitig eine geringstmögliche Schwächung des Kerns zu erreichen. Die Schneidplatten haben keine empfindlichen spitzen Ecken, sondern zeichnen sich durch stabile Eckbereiche aus, die aufgrund des gewählten Einstellwinkels zudem gegen die Reaktionskräfte auf die Schneidplatte unempfindlicher sind als bei herkömmlichen Werkzeugen. Weiterhin ergeben sich durch die Form der Schneidplatten mit Anflachung der Ecken auch günstige Anbohrstellen, bei denen die Schnittgeschwindigkeit nicht Null ist. Dabei läßt sich ferner ein Abwinkeln des Spanes und damit ein vorteilhaftes Spanbruchverhalten erzielen.

Die Lage der Schneidkanten relativ zu einer axialen Längsmittelebene des Bohrwerkzeuges läßt sich den Gegebenheiten entsprechend wählen. Bei einer in der Praxis bewährten Ausführung sind die Schneidkanten mit Bezug auf diese Ebene geringfügig zurückgesetzt um ein Maß, das der max. Toleranz bei der Fertigung des Werkstückkörpers, der Schneidplatte und deren Befestigung entspricht um sicherzustellen, daß die Schneidplatten im Überdeckungsbereich in Bohrermitte nicht kollidieren.

Das Bohrwerkzeug kann eine starre Einheit bilden. Bei einer anderen Ausführung ist das Werkzeug um ein gewisses Maß radial einstellbar. Dies kann insbesondere mittels eines Einstellgliedes geschehen, wie dies an sich bekannt ist. Die Größe der Schneidplatten ist so bemessen, daß mit einer Größe bei Verwendung unterschiedlicher Werkzeugkörper oder einer variablen Befestigung ein Bohrdurchmesserbereich beispielsweise von 22-24 mm oder 27-29 mm überdeckt werden kann. Die Bereichgrenzen sind durch den min. und max. Überdeckungsgrad der Schneidkanten in der Bohrermitte vorgebbar.

Das Bohrwerkzeug wird vorteilhafterweise mit einer speziellen Spanneinrichtung in der Arbeitsspindel befestigt. Die Genauigkeit der mit dem Werkzeug zu erstellenden Bohrung steigt, wenn es erfindungsgemäß gelingt, trotz bei zwei Schneiden höherer Vorschubgeschwindigkeit am Werkzeug auch ein minimales Rattern zu vermeiden. Praxistests haben ergeben, daß dazu eine mehrfache Linienberührung des Befestigungsschaftes in der Arbeitsspindel entsprechende Erfolge zeigt, wobei eine optimale Verspannung in der Arbeitsspindel durch orthogonal zu der axialen Längsmittelebene L liegende Spannelemente erreicht wird. Anstelle einer Linienberührung wäre optimal eine Flächenberührung, die sich jedoch theoretisch kaum erzielen läßt, es sei denn durch Herz′sche Flächenpressung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bohrwerkzeug nach der Erfindung in Gesamtansicht;

Fig. 2 den vorderen Teil des Bohrwerkzeuges in größerem Maßstab;

Fig. 3 eine Stirnansicht zu Fig. 2 und

Fig. 4 eine noch größere Darstellung der Schneidplatten und ihrer Anordnung;

Fig. 5, 6 eine zweite Form eines Werkzeugkörpers;

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform einer Schneidplatte.

In der folgenden Beschreibung sind gleichartige Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Werkzeugkörper 1 des gezeigten Bohrwerkzeugs weist einen langgestreckten Schaft 2 auf, der in einen flanschartigen Teil 3 übergeht. An diesen schließt sich ein Befestigungsteil 4 an, der in eine entsprechende Aufnahme in der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann. Selbstverständlich läßt sich der Befestigungsteil auch anders ausbilden, etwa als Kegel. Der Schaft 2 ist mit Drallnuten 5 zur Späneabfuhr versehen, von denen in Fig. 1 nur ein Auslauf angedeutet ist. Das Durchmesser-Längen-Verhältnis des Schaftes 2 kann 1 : 3 und mehr betragen, vorzugsweise 1 : 4 oder größer sein.

Am vorderen Ende des Schaftes 2 ist an gegenüberliegenden Seiten desselben je eine Ausnehmung 6 als Sitz für eine Wendeschneidplatte 7 von dreieckförmiger Grundgestalt vorgesehen. Die Schneidplatten sind jeweils mittels einer Schraube 8 oder in anderer geeigneter Weise lösbar in ihrem Sitz am Schaft 2 befestigt.

Jede Schneidplatte 7 hat drei Schneidkanten mit geradlinigen Hauptschneiden 11, die jeweils zu einer Seite hin in einem insgesamt mit der Zahl 10 bezeichneten Eckbereich enden.

Dieser weist eine Rundung 12 und eine im Verhältnis zur Hauptschneide kürzere gerade Kante 13 auf. Die letztere geht mit einer leichten Rundung in die nächste Hauptschneide 11 über, an deren Ende sich dann wiederum ein Eckbereich 10 mit Rundung 12 und kurzer gerader Kante 13 befindet. Bezüglich der dritten Schneidkante gilt dies entsprechend. Diese gewissermaßen zyklische Folge von Hauptschneide, Rundung und kurzer Kante ergibt den Umriß der Schneidplatten 7, wie besonders die Fig. 2 und 4 veranschaulichen. Umgekehrt ist natürlich die Aufeinanderfolge: Hauptschneide, kurze Kante, Rundung, Hauptschneide etc. Die kurzen Kanten 13 können als Nebenschneiden dienen und haben einen entsprechenden Freiwinkel. In Fig. 3 ist mit dem Buchstaben D das äußere Maß der Schneidplattenanordnung und damit der Bohrungsdurchmesser bezeichnet.

Beide Schneidplatten 7 sind am Schaft 2 so angeordnet, daß die jeweils zum Einsatz kommende Hauptschneide 11 unter einem spitzen Winkel, dem Einstellwinkel k, zu einer zu der Mittelachse M des Bohrwerkzeuges senkrechten Ebene Q verläuft, wobei die am weitesten in Vorschubrichtung vorstehenden Stellen S innen, d. h. zur Mittelachse M hin liegen. Es sind dies diejenigen Stellen, an denen die Hauptschneiden 11 in die kurzen Kanten 13 übergehen, wie Fig. 4 deutlich erkennen läßt. Hiermit setzt das Bohrwerkzeug beim Arbeiten zuerst am Werkstück an, wodurch sich ein günstiges Anbohrverhalten und hohe Stabilität beim Bohren ergibt. Durch die Wahl eines derartigen Einstellwinkels k, d. h. einer Rückwärtsneigung der radial auswärts liegenden Schneidenbereiche relativ zur Vorschubrichtung bzw. Bohrerspitze wird erreicht, daß die resultierenden Reaktionskräfte auf die Schneidplatte in Richtung Bohrerachse M gerichtet sind. Dadurch wird verhindert, daß eine mögliche Elastizität der Schraube 8 bzw. der Befestigung der Schneidplatten 7 zu einer Vergrößerung des Bohrdurchmessers D wegen radialen Versatzes der Schneidplatten 7 nach außen führt.

Die Stellen S haben einen gewissen Abstand von der Mittelachse M, so daß die Schnittgeschwindigkeit hier einen von Null abweichenden Wert hat. In Vorschubrichtung gesehen liegen die Stellen S zweckmäßigerweise auf gleicher Höhe, gegebenenfalls mit einer geringen Toleranz.

Der Winkel a zwischen der Hauptschneide 11 und der kurzen Kante 13 zweier benachbarter Schneidkanten beträgt zweckmäßigerweise etwa 90°. Er kann aber auch größer sein, insbesondere bis zu 10° größer.

Im Zentrumsbereich überdecken sich die Schneidplatten 7 mit Teilen ihrer Eckbereiche 10, insbesondere im wesentlichen mit den gerundeten Partien 12, wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen. Es ergibt sich dadurch auch eine geringstmögliche Schwächung des Kerns des Bohrwerkzeuges.

Die Lage der Schneidkanten der Schneidplatten 7 bezüglich einer axialen Längsmittelebene L des Bohrwerkzeuges läßt sich so wählen, wie es den jeweiligen Erfordernissen am besten entspricht. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Schneidkanten mit Bezug auf die Ebene L um einen geringen Betrag zurückgesetzt. Dieser liegt insbesondere in der Größenordnung von 0,1 mm.

Die Schneidplatte 7 können bei ihrer Herstellung die erläuterte und dargestellte Form erhalten. Die Erfindung bietet aber auch die Möglichkeit, von genormten oder standardisierten Dreiecksplatten auszugehen und diesen durch eine entsprechende, wenig aufwendige Bearbeitung, etwa durch Schleifen, die modifizierte Form zu geben.

In Fig. 2 ist an einer der beiden Schneidplatten 7 strichpunktiert bei dem Buchstaben E angedeutet, daß die Schneidplatte ursprünglich spitze Ecken gehabt haben kann, die dann abgearbeitet worden sind.

Mit der Zahl 9 ist eine Längsbohrung im Bohrwerkzeug bezeichnet, die sich zur Stirnseite desselben mit ein oder zwei Mündungen und/oder am vorderen Ende zur Seite hin fortsetzen kann und durch die sich Schmier- und/oder Kühlmittel zur Arbeitsstelle leiten läßt.

Vorzugsweise enthält der Werkzeugkörper 21 gemäß Fig. 5 zwei im Schaft 22 parallel von der Stirnseite bis zum Flanschteil 23 oder Befestigungsteil 24 verlaufende Bohrungen 19, die aus einer gemeinsamen Bohrung 20 eine Kühlmittelzufuhr erhalten. Durch diese Maßnahme läßt sich die Spannut 25 an der Bohrerspitze zur besseren Spanabfuhr bis nahe an die Bohrerachse M führen. Der Körper 21 kann wie der gemäß Fig. 1 mit in Nut 26 eingesetzten zwei Dreifachwendeschneidplatten bestückt werden.

Das Bohrwerkzeug weist eine spezielle Spanneinrichtung auf, umfassend die Nut 17 und die Zentrierbohrung 29 im Befestigungsschaft 24 sowie die Gewindebohrung 18 in Arbeitsspindel 14 einer nicht dargestellten Bohrmaschine. In die Gewindebohrung 18 ist eine Spannschraube 16 mit Komplementärgewinde einschraubbar, bis ihre Spitze 27 den Grund der Zentrierbohrung 29 erreicht. Bei weiterem Anziehen der Spannschraube 16 wird der durch Nut 17 geschwächte Querschnitt des Befestigungsschaftes 24 deformiert; dargestellt durch den Spalt 28 in Fig. 6. Als Ergebnis liegt der um einiges 1/100 mm kleinere Befestigungsschaft 24 mit seinem der Spannschraube 16 gegenüberliegenden Außenumfang mit mehrfacher Linienberührung an der Innenfläche der Spannbohrung 15 an.

Fig. 7 zeigt eine zweite konkrete Ausführungsform einer Schneidplatte 7′ mit einer Befestigungsbohrung im Zentrum, die als Wendeschneidplatte mit den Hauptschneiden 11 und den gegenüber Fig. 4 größeren Nebenschneiden 13 ausgebildet ist und auf dem Werkzeugkörper 1 oder 21 angebracht werden kann. Die Rundungen 12 und Eckbereiche 10 mit den Winkeln a sind ähnlich ausgeformt wie bei der Platte 7, die hier etwa im Maßstab 10 : 1 dargestellt ist. Das Plattengrößtmaß wird durch den Umkreis D1 um die Rundungen 12 bestimmt. Der Inkreis D3 beschreibt den Abstand der Hauptschneiden 11 und zugleich etwa die Grenze bis zu der ein Eckbereich 10 einer benachbarten Platte 7′ diese Platte überdecken kann, wenn sie auf einem Werkzeugkörper 1 oder 21 angebracht sind. D2 beschreibt den Umkreis der Spitzen S zwischen den beiden geraden Schneiden der drei Schneidkanten.

DE bezeichnet den Abstand einer Hauptschneide 11 und NE den einer Nebenschneide 13 zu der gegenüberliegenden Rundung 12.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.

Claims (10)

1. Werkzeug zum Bohren, insbesondere in volles Material, mit einem Werkzeugkörper und zwei um etwa 180° in Umfangsrichtung versetzten Schneiden zweier lösbar zu befestigender Schneidplatten (7, 7′), insbesondere Wendeschneidplatten, mit Schneidkanten, deren geradlinige Hauptschneide (11) jeweils unter einem spitzen Einstellwinkel (k) radial auswärts und rückwärts zur Vorschubrichtung geneigt verlaufen und die beim Bohren beide zumindest annähernd die gleiche Fläche spanend überstreichen, wobei die Schneidkanten mit innen liegenden Eckbereichen (10) oder Teilen (12) derselben sich bis zur Werkzeugmitte (M) oder darüber hinaus erstrecken.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellwinkel (k) im Bereich von etwa 3° bis 20° liegt.

3. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten in Bezug auf eine axiale Längsmittelebene (L) des Werkzeuges geringfügig zurückgesetzt sind.

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß identische Schneidplatten (7, 7′) für unterschiedliche Bohrdurchmesser (D) unterschiedliche Überschneidungen ihrer innen liegenden Eckbereiche (10) aufweisen.

5. Werkzeug, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem in eine Spannbohrung einer Werkzeugmaschinenspindel aufzunehmenden Schaft, gekennzeichnet durch einen in Teilen dünnwandigen Werkzeugschaft (24), der mittels einer Spannschraube (16) soweit elastisch deformierbar ist, daß er im gespannten Zustand mit der geringfügig größeren Spannbohrung (15) eine flächige Berührung oder mehrfache Linienberührung hat.

6. Lösbar zu befestigende Schneidplatte (7, 7′), insbesondere zur Verwendung an einem Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die folgende Merkmale aufweist:

• - sie ist in ihrer Grundgestalt dreieckförmig und weist drei Schneidkanten auf, die
• - jeweils eine Hauptschneide (11) haben, welche in einen Eckbereich (10) übergeht, der eine Rundung (12) und eine sich daran anschließende, im Verhältnis zur Hauptschneide (11) kürzere gerade Kante (13) aufweist, und
• - ein Eckwinkel (a) zwischen der jeweiligen Hauptschneide (11) und der kürzeren geraden Kante (13) 90° oder größer ist.

7. Schneidplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneide (11) und die als Nebenschneide ausgebildete kürzere Kante (13) einer Schneidkante einen Winkel von 135-175° einschließen.

8. Schneidplatte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneide (13) mindestens 5%, vorzugsweise 20-40%, kürzer als die Hauptschneide (11) ist.

9. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (DE) einer Rundung (12) zu der Hauptschneide (11) einer gegenüberliegenden Schneidkante größer als der Abstand (NE) zu deren Nebenschneide (13) ist.

10. Schneidplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine modifizierte Standardschneidplatte mit drei Hauptschneiden (11) ist.