Bohrwerkzeug

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Bohrwerkzeug ist beispielsweise bekannt aus der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehende EP 1 230 058. Im Bereich der Bohrerspitze eines derartigen Bohrwerkzeugs sind zwei oder mehr Hauptschneiden durch eine Querschneide miteinander verbunden. Auf dem Gebiet der Zerspanungstechnik allgemein und aus der vorgenannten EP 1 230 058 im Besonderen ist es bekannt, diese Querschneide durch die Anbringung einer sogenannten Ausspitzung zu verkleinern. Da die Schnittgeschwindigkeit im Bereich der Querschneide gleich Null ist, wird die mechanische Belastung der Bohrerspitze des Bohrwerkzeugs durch eine solche Verkleinerung der Querschneide signifikant verringert.

Üblicherweise wird bei der Herstellung von Bohrwerkzeugen die Ausspitzung der Querschneide in einem mehrstufigen Anschleifverfahren fertiggestellt. In einem ersten Schleifvorgang werden in den Bohrwerkzeugrohling die Spannuten und gegebenenfalls die am Spannutenrand vorgesehenen Nebenschneiden geschliffen. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Hauptschneiden, die Querschneide sowie die sich an die Hauptschneiden anschließenden Freiflächen geschliffen. In einem dritten Schleifvorgang wird sodann die Querschneide ausgespitzt. Für jeden Schleifvorgang wird das Schleifwerkzeug, welches üblicherweise von einer rotierenden Schleifscheibe gebildet ist, zum Schleifen der Hauptschneiden und der Querschneide, zum Schleifen der Ausspitzung und zum Schleifen der Drallnuten jeweils erneut am zu schleifenden Bohrerrohling angesetzt. Jedes erneute Ansetzen des Schleifwerkzeugs am Bohrerrohling zieht die Entstehung von Unstetigkeiten beim Schliff nach sich, wodurch am fertigen Bohrwerkzeug unerwünschte Kanten entstehen.

Diese Kanten müssen entweder durch aufwändige und kostenintensive Nachbearbeitungsverfahren im Nachhinein geglättet und entfernt werden. Unterbleibt

BESTÄTiGUNGS OPIE eine derartige Nachbearbeitung, kann die Laufgenauigkeit des Bohrwerkzeugs beeinträchtigt sein bzw. steigen die auf das Bohrwerkzeug beim Bohrvorgang einwirkenden mechanischen Belastungen, was zwangsläufig eine Verringerung der Standzeit des Bohrwerkzeugs nach sich zieht.

Aus der EP 1 230 058 ist ein Verfahren zum Schleifen einer Bohrerspitze bekannt, welches die Kantenbildung im Bereich der Bohrerspitze des dort offenbarten Bohrwerkzeugs verhindert. Nachteilig an diesem Anschleifverfahren ist die Tatsache, dass es sich nur für die dort gezeigte Anschliffart der Bohrerspitze im Bereich der Querschneide eignet.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrwerkzeugs anzugeben, welche sich für beliebige Anschliffarten des Bohrwerkzeugs im Bereich der Bohrerspitze eignet.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in Bezug auf ein Bohrwerkzeug und des Anspruchs 5 in Bezug auf ein Herstellungsverfahren für ein Bohrwerkzeug in erfinderischer Weise gelöst. Die darüber hinaus beschriebenen vorteilhaften und abgewandelten Ausgestaltungen betreffen sowohl zweckmäßige als auch für sich selbst erfinderische Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, die Ausspitzung der Querschneide und den Anschliff der Spannuten in einem einzigen Schleifvorgang zu realisieren. Hierfür setzt das Schleifwerkzeug auch nur ein Mal am Bohrerrohling an, wodurch die unerwünschte Kantenbildung von vornherein unterbleibt. Die Ausspitzung im Bereich der Querschneide geht kontinuierlich und kantenfrei in die Spannut über. Die Ausspitzung ist somit gleichsam Bestandteil der Spannut und bildet auf diese Weise das Ende der Spannut im Bereich der Hauptschneiden, also das dem Spannschaft des Bohrwerkzeugs abgewandte Ende der Spannut. Die die Spannut begrenzende Spannutwand verlaufen daher durchgehend kantenfrei bis an die Stirn des Bohrers, d.h. bis an die jeweilige Hauptschneide, bis zur Querschneide sowie bis zur sogenannten Hauptfreifläche. Gleichzeitig verjüngt sich durch die Ausspitzung der sogenannte Kerndurchmesser zur Querschneide hin. Im Querschnitt betrachtet verläuft daher die Spannutwand gleichmäßig, also knickfrei.

In bevorzugter Weiterbildung des Bohrwerkzeugs verlaufen die Spannuten wendeiförmig, so dass die Ausspitzung ebenfalls wendeiförmig ausgebildet ist. Insbesondere schließt sich an die Querschneide die Ausspitzung wendeiförmig an. Die sich in Axialrichtung an die Querschneide anschließende Spannutwand weist daher beginnend von der Querschneide an einen Drall auf.

Der Kerndurchmesser wird die Ausspitzung vorzugsweise stetig auf einen reduzierten Kerndurchmesser (d) an der Querschneide verringert, d.h. beim Schleifen wird von der Querschneide an die Schleifscheibe sukzessive in radialer Richtung zurückgeführt, so dass sich der Kerndurchmesser sukzessive verbreitert und keine Kanten in der Spannutwand entstehen.. Unter Kerndurchmesser wird allgemein der geringste Abstand in der Bohrermitte zwischen Spannutwänden verstanden.

Der reduzierte Kerndurchmesser entspricht dabei insbesondere dem 0,01 bis 0,2 fachen eines Außenmanteldurchmessers des Bohrwerkzeugs, d.h. beim Schleifen wird in dem einstufigen Schleifprozess die Schleifscheibe entsprechend nah an die Bohrermitte herangeführt.

Zweckdienlicherweise weist die Ausspitzung eine Längserstreckung in Bohrerlängsrichtung auf, die dem 0,1 bis 1 ,5 fachen eines Außenmanteldurchmessers des Bohrwerkzeugs entspricht. Über diese Länge wird daher beim Schleifverfahren die Schleifscheibe kontinuierlich vom reduzierten Kerndurchmesser auf den normalen Kerndurchmesser im Anschluss an die Ausspitzung geführt.

In bevorzugter Weiterbildung ist vorgesehen, dass am Übergang von einer Hauptfreifläche in die Spannut eine Stufe ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass Hauptfreifläche an einer in radialer Richtung verlaufenden Kante endet, an die sich dann die sich in Axialrichtung erstreckende Spannutwand anschließt.

Bevorzugt verläuft die Hauptschneide gekrümmt oder bogenförmig von der Querschneide in radialer Richtung nach außen. Alternativ hierzu ist ein geradliniger Verlauf vorgesehen.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe und zur Realisierung des Bohrwerkzeugs ist ein dreischrittiges Herstellungsverfahren vorgesehen. In einem ersten Verfahrensschritt fährt eine rotierende Schleifscheibe im Bereich der Bohrerspitze vom Schneidenende her in den Bohrwerkzeugrohling ein. Hierbei steht die Schleifscheibe vorzugsweise im Drallwinkel der zu schleifenden Spannut zum Bohrwerkzeugrohling. Bevorzugt wird die Schleifscheibe zum Spanen einer Schutzfase dann während des Schleifvorgangs einfach geringfügig verkippt. Sobald die Schleifscheibe mit dem Bohrwerkzeugrohling in Eingriff steht, wird die Schleifscheibe im zweiten Verfahrensschritt in Radialrichtung des Werkzeugrohlings zum Schleifen der Ausspitzung verfahren, um sodann in den dritten Verfahrensschritt kontinuierlich überzugehen. Im dritten Verfahrensschritt bewegt sich die Schleifscheibe entlang dem Bohrwerkzeugrohling in Axialrichtung zum Schleifen der sich an die Ausspitzung kontinuierlich anschließenden Spannut. Für den Übergang von der Ausspitzung mit dem verringerten Kerndurchmesser zur Spannut wird die Schleifscheibe in Überlagerung der Axialbewegung wieder in Radialrichtung etwas zurückgefahren. Insbesondere ist von Beginn an während des Schleifens der Ausspitzung die Axialbewegung mit der Radialbewegung überlagert.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass sich an das Schleifen der Ausspitzung das Schleifen der Spannut im gleichen Schleifvorgang ohne Absetzten der Schleifscheibe anschließt. Die Spannut wird dabei von der Querschneide durchgehend bis zum schaftseitigen Spannutende geschliffen.

In weiterer Ausgestaltung führt der Bohrerrohling während des zweiten Verfahrensschritts oder während des dritten Verfahrensschritts oder während des zwei- ten und des dritten Verfahrensschritts eine vordefinierte Rotationsbewegung aus. Mit Hilfe dieser Rotationsbewegung wird eine wendeiförmige Spannut realisiert und der Drall dieser wendeiförmigen Span- bzw. Drallnut vorgegeben. Das Verfahren eignet sich also zur Fertigung sowohl von gerade genuteten Bohrwerkzeugen als auch von drall genuteten Bohrwerkzeugen. Das Schleifen der Ausspitzung ist daher insbesondere eine überlagerte Bewegung mit einer Radial-, Axial sowie einer Drehkomponente.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist in einem weiteren Verfahrensschritt vorgesehen, den so vorgeschliffenen Bohrwerkzeugrohling mit jedwedem beliebigen Stirnanschliff zu versehen. In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt daher zunächst das Schleifen der Spannuten und der Ausspitzung in einem kontinuierlichen ansatzfreien Schleifprozess, bevor anschließend die Stirngeometrie des Bohrers geschliffen wird. Alternativ kann die Stirngeometrie auch zuvor geschliffen werden.

Vorteilhaft an der Erfindung ist die Tatsache, dass mit einem Bohrwerkzeugrohling, also mit einem Grundteil beliebig viele Schneidenvarianten realisiert werden können. Es wirkt sich positiv auf eine geringe Lagerhaltung im Bereich der Bohrwerkzeugrohlinge aus, was eine geringe Resourcenbindung nach sich zieht. Außerdem ist es mit der Erfindung möglich, das Bohrwerkzeug jeweils optimal an den jeweiligen Schneideinsatz durch einen entsprechenden Anschliff der Bohrerspitze anzupassen. Die Erfindung eignet sich deshalb auch besonders gut zur Fertigung kleiner Chargen bzw. kleiner Losgrößen bis hin zur Losgröße 1. Schließlich ermöglicht die Erfindung auch, Weiterentwicklungen im Bereich des Anschliffs der Bohrerschneiden umgehend in die laufende Fertigung einfließen zu lassen. In zweckdienlicher Ausgestaltung ist daher auch vorgesehen, zunächst insbesondere eine Vielzahl von Bohrwerkzeugrohlinge herzustellen, diese insbesondere auf Lager zu bevorraten und erst später den Stirnanschliff auszuführen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, die Ausspitzung selbst wendeiförmig bzw. drallförmig auszugestalten. Auch ist es mit der Erfindung möglich, zunächst eine gerade Querschneide vorzusehen, an welche sich eine wendeiförmige oder drallförmige Ausspitzung anschließt. Auch ist es möglich, mit dem erfindungsmäßigen Herstellungsverfahren Sonderbohrwerkzeuge herzustellen, beispielsweise Bohrwerkzeuge mit Kernverjüngung in axialer Richtung. Das beanspruchte Herstellungsverfahren eignet sich dabei besonders zur Herstellung von Bohrwerkzeugen mit 5-achsigen Bearbeitungsmaschinen.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Darstellung der Spitze eines erfindungsmäßigen Bohrwerkzeugs, wobei die linke Hälfte der Fig. 1 eine Draufsicht auf die Bohrerspitze in Längsrichtung des Bohrwerkzeugs zeigt und die rechte Hälfte eine entsprechende Seitenansicht der Bohrerspitze;

Fig. 2 zeigt eine konventionelle Bohrwerkzeugspitze ohne Ausspitzung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 zeigt eine konventionelle Bohrerspitze mit Ausspitzung nach dem

Stand der Technik, wobei die linke Hälfte der Fig. 3 die Draufsicht auf die Bohrerspitze konventioneller Ausspitzung in Bohrwerkzeuglängsrichtung und die rechte Hälfte die Seitenansicht dieser Bohrerspitze zeigt;

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht des Verlaufs des Kerndurchmessers eines

Bohrwerkzeugs nach dem Stand der Technik,

Fig. 5 zeigt die Seitenansicht des Kernverlaufs eines erfindungsmäßigen

Bohrwerkzeugs;

Fig. 6 zeigt die Seitenansicht des Kernverlaufs eines Bohrwerkzeugs mit konstantem Anschnitt;

Fig. 7 bis 11 zeigt den Kernverlauf des in Fig. 5 dargestellten Bohrwerkzeugs in geschnittener Darstellung an verschiedenen in Bohrwerkzeuglängsrichtung voneinander beabstandeten Positionen;

Fig. 12 zeigt die Stellung der Schleifscheibe eines Schleifwerkzeugs zu Beginn des erfindungsmäßigen Schleifverfahrens im Anschleifen eines Bohrwerkzeugs mit durchgebogener Hauptschneide, in der linken Darstellung in Draufsicht auf die Bohrerspitze und in der rechten Darstellung in Seitenansicht;

Fig. 13 zeigt die Ansichten aus Fig. 12 mit der Schleifscheibenstellung am

Ende des Ausspitzens der durchgebogenen Bohrwerkhauptschnei- de;

Fig. 14 die Darstellungen gemäß Fig. 12, jedoch zum Schleifen einer Ausspitzung an einem Werkzeug mit gerader Hauptschneide,

Fig. 15 die Darstellung der Schleifscheibe aus Fig. 14 am Ende des Ausspit- zungsvorgangs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 dargestellte Bohrwerkzeug weist die beiden Hauptschneiden 1a und 1b mit einer Schutzfase 12 und die Hauptschneiden 1a, 1b verbindende Querschneide 8 mit der Ausspitzung 2 auf. In der rechten Hälfte der Fig. 1 erkennbar ist der kontinuierliche Übergang der Ausspitzung 2 in die entsprechende Spannut 3a. Dem linken Teil der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass entsprechend den beiden Hauptschneiden 1a, 1b auch zwei Spannuten 3a und 3b am erfindungsmäßigen Bohrwerkzeug ausgebildet sind. Unter kontinuierlichem Übergang ist hierbei zu verstehen, dass der (Spannut-) Wandungsbereich, der sich unmittelbar an die Bohrerstirn (Stirnseite), insbesondere an die Querschneide, anschließt und sich in Axialrichtung erstreckt glatte Fläche ohne Kanten und Knickstellen aufweist. An die Hauptschneiden 1a und 1b schließen sich jeweils Hauptfreiflächen 4a und 4b an. Diese enden an einer Stufe 20 oder Kante, die den Übergang in die Spannut 3a, 3b bildet. In Fig. 1 ist noch die Rotationsrichtung 5 des Bohrwerkzeugs mit einem entsprechenden Pfeil angedeutet. In Fig. 1 dargestellt ist noch die Bohrwerkzeuglängsrichtung 6 und die Radialrichtung 7.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine der linken Ansicht in Fig. 1 entsprechende Draufsicht auf die Bohrspitze eines Bohrwerkzeugs, jedoch nach dem Stand der Technik. Auch dieses Bohrwerkzeug nach dem Stand der Technik weist zwei Hauptschneiden 1a, 1b, zwei entsprechende Hauptfreiflächen 4a, 4b und zwei Spannuten 3a, 3b auf. Eine Ausspitzung ist dort jedoch nicht vorhanden. Die beiden Hauptschneiden 1a und 1b verbindende Querschneide 8 weist bei diesem Werkzeug nach dem Stand der Technik erkennbar eine sehr viel größere Breite in Radialrichtung 7 auf, als die Querschneide 8 mit der Ausspitzung 2 an dem in Fig. 1 dargestellten Erfindungsgegenstand.

Fig. 3 zeigt schließlich die Bohrerspitze eines Bohrwerkzeugs mit konventioneller Ausspitzung nach dem Stand der Technik. Auch dieses bekannte Werkzeug weist zwei Hauptschneiden 1a, 1b, zwei Spannuten 3a, 3b und zwei Hauptfreiflächen 4a, 4b auf. Zusätzlich erkennbar sind im Übergang von den Hauptschneiden 1a, 1b zur Querschneide 8 die beiden Schleifkanten 9 im Bereich der Hauptschneiden 1a, 1b, welche durch das mehrmalige Ansetzen der Schleifscheibe am Schneidenbereich bei der Fertigung der Ausspitzung 2 an dem in Fig. 3 dargestellten konventionellen Werkzeug entstehen.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Kerndurchmessergeometrie in Seitenansicht. Im Gegensatz zu dem in Fig. 4 gezeigten Verlauf der Kerndurchmessergeometrie nach dem Stand der Technik, weist die in Fig. 5 dargestellte erfindungsmäßige Ausgestaltung einen der Wendelform der Spannut 3a, 3b entsprechend gedrillte Ausspitzung 2 auf. Diese Ausspitzung 2 hat eine Längserstreckung L in Bohrwerklängsrichtung 6. Der Betrag dieser Längserstreckung entspricht dem 0,1- bis 1 ,5- fachen Maß des Außenmanteldurchmessers D1 des Bohrwerkzeugs. Der zentrale Durchmesser d der Ausspitzung entspricht dem 0,01-fachen bis 0,2-fachen des Außenmanteldurchmessers D1. Der eigentliche Kerndurchmesser D des Bohrwerkzeugs entspricht dem 0,1 bis 0,6-fachen des Außenmanteldurchmessers D1.

Fig. 6 zeigt schließlich einen Kernverlauf mit konstantem Anschnitt. Dort entspricht die Längserstreckung L der Ausspitzung 2 maximal dem 1 ,0-fachen des Außenmanteldurchmessers D1. Die Hauptschneiden 1a, 1b dieser Ausführungsform sind nachschleifbar.

Fig. 7 bis Fig. 11 zeigt diverse„Schnitte" durch das in Fig. 5 dargestellte Bohrwerkzeug entlang der Längsrichtung 6 an unterschiedlichen Längsabständen LA. Bei den Figuren handelt es sich um computererzeugte Darstellungen, bei denen die umlaufende Begrenzungskante lediglich durch den kreisförmigen Verlauf des Außenmanteldurchmessers D1 eingezeichnet ist. Fig. 7 zeigt die Ansicht der Bohrerspitze beim Längsabstand LA=0, ist daher mit einer Stirnansicht vergleichbar. Fig. 8 zeigt den Querschnitt des in Fig. 7 dargestellten Bohrwerkzeugs geschnitten an der Stelle, die dem 0,11-fachen des Außenmanteldurchmessers D1 entsprechenden Längsabstand LA von der Bohrerspitze der Bohrwerkzeuglängsrichtung 6 entspricht. Der mittlere eingezeichnete Kreis gibt die Umfangslinie des Bohrwerkzeugs auf Höhe dieses Längsabstands LA an. Fig. 9 zeigt dasselbe Bohrwerkzeug geschnitten an der Stelle des dem 0,2-fachen des Außenmanteldurchmessers D1 entsprechenden Längsabstand LA der Bohrwerkzeugspitze. Fig. 10 zeigt das Profil bei einem Längsabstand LA, der der Hälfte des Betrags des Außenmanteldurchmessers D1 von der Bohrspitze beträgt. Fig. 11 zeigt schließlich durch das Bohrwerkzeug bei einem Längsabstand LA, der dem 1 ,5-fachen des Außenmanteldurchmessers D1 entspricht.

Aus dem Vergleich der Figuren 7 bis 9 ist zum einen sehr gut die Zunahme des Kerndurchmessers d zu erkennen. Zum anderen ist auch der gewendelte Verlauf der Spannutwandung und damit auch der Ausspitzung zu entnehmen. Der Verlauf der Spannutwandung in der Schnittebene ist durch die dicken schwarzen Linien wiedergegeben.

Die Fig. 12 bis Fig. 15 zeigen schließlich exemplarisch den Ablauf des erfindungsmäßigen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsmäßigen Bohrwerkzeugs. Zu Beginn des Herstellungsverfahrens fährt die rotierende Schleifscheibe 10 in den Bohrerrohling 11 von der Bohrerspitze her ein. Zunächst vollzieht die Schleifscheibe 10 zum Schleifen der Ausspitzung im Bereich der Hauptschneide eine Schleifbewegung in Radialrichtung 7 des Bohrerrohlings 11. Zum kontinuierlichen Schleifen der Spannuten 3a, 3b verfährt die Schleifscheibe 10 sodann in Bohrwerkzeuglängsrichtung 6 am Bohrerrohling 11 entlang. Hierzu wird im Ausführungsvariante der Bohrerrohling 11 entlang des Schleifscheibenumfangs verfahren, bzw. verändert seine Winkelstellung zur Schleifscheibe. Im ersten Beispiel gemäß den Figuren 12 und 13 von der Winkelposition der Schleifscheibe

A=36,918 in die Winkelposition A = 20,632. Der Bohrerrohling 11 variiert daher seine Winkelstellung, d.h. die Neigung seiner Mittenachse bezüglich der Radialen der Schleifscheibe 10 variiert (in der Bildebene betrachtet). Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 14 und 15 fluchtet - im Unterschied zu dem vorangegangenen Beispiel - die Mittenachse zu Beginn des Verfahrens mit der Radialen der Schleifscheibe 10.

Soll - wie beim Ausführungsbeispiel - eine gewendelte Spannut 3a, 3b geschliffen werden, rotiert der Bohrerrohling 11 während der Schleifbewegung der Schleifscheibe 10 in Rotationsrichtung 5.

Beim Schleifen einer durchgebogenen Hauptschneide 1a, 1b, wie dies die Fig. 12 und Fig. 13 zeigen, ändert sich der Scheibeneingriffspunkt beginnend von der Bohrerspitze bis zu einer Länge in Bohrwerkzeuglängsrichtung, welche dem 3- fachen Betrag des Außenmanteldurchmessers D1 entspricht. Die Änderung des Scheibeneingriffpunkts ändert sich hierbei in einem Bereich von 0° bis 120° bezogen auf die Mittellängsachse des Bohrwerkzeugs 11 zum Mittelpunkt der Schleifscheibe 10.

Fig. 14 und Fig. 15 zeigen hingegen den Anwendungsfall der Fertigung einer geraden Hauptschneide 1a und 1b.