DE2751255C2 - Bohrwerkzeug - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Schaft mit mindestens zwei in axialer Richtung verlaufenden
Ausnehmungen für die Späneabfuhr und mit zwei Schneideipsätzen, vow denen .iner am Umfang des
Schaftes am vorderen Ende einer Ausnehmung für die Späneabfuhr bis zum äußeren Bei· beitungsdurchmesser
reichend angeordnet ist, während der andere Schneideinsatz an der anderen Ausnehmung für die
Späneabfuhr innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes, an die Bohrerachse
angrenzend bzw. dieselbe geringfügig überschreitend, angeordnet ist, wobei die Schneidcinsäize in zur
Schaftachse hin verlaufenden Radialcbcncn angeordnet sind.die einen von 180" abweichenden Winkel einschließen.
Es ist ein Bohrwerkzeug der genannten An bckannl (DE-OS 26 10 292), bei welchem der innerhalb des
Schneidkreises des am Umfang angeordneten schneicleinsatzes angeordnete Schneideinsatz in bezug auf die
Drehrichtung des Bohrwerkzeuges nach vorwärts abgewinkelt ist. Dabei sind die an den Schncidcinsaiz.cn angreifenden
radialen Kräfte nicht ausgeglichen, weshalb besondere Stützleisten erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten An zu schaffen, das
keine Stützleisten erfordert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Radialebenc des inneren
Schneideinsatzes zum Ausgleich der auf den Bohrerschaft einwirkenden radialen Kräfte entgegen der
Drehrichtung des Bohrers um einen Winkel gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz nach rückwärts
abgewinkelt ist.
Hierdurch werden die angreifenden radialen Kräfte im wesentlichen ausgeglichen, wodurch Stiit/.leisicn zur
Aufnahme resultierender radialer Kräfte entfallen können.
Dies bedeutet, daß auf den Bohrerschaft nur das Antriebsmoment
und die axiale Vorschiibknift einwirken.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zcii-hmiti)»
;in Ausfiihrungsbcispiclcn naher urliiulei 1. In der /ι·ιι Ii
g.l;
Fig.3 eine Seitenansicht des Bohrwerkzeugs wahrend
eines Bohrvorgangs;
Fig.4 eine axiale Ansicht nach der Linie IV-IV in
F i g. 5, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden
to Kräfte darstellt;
Fig.5 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach
F i g. 4, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden Kräfte darstellt:
Fig.6 eine axiale Ansicht entlang der Lime VI-VI in
F i g. 7 eines mit vier Schneideinsätzen bestückten Ausführungsbeispiels:
Fig.7 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach
F ig. 6:
Fig.8 eine axiale Ansicht nach der Linie VIlI-VIlI in
Fig.9 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels mit
vier Scnneidunsuizen;
Fig.9 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach
Fig.8:
Fig. 10 eine axiale Ansicht nach der Linie X-X eines
Ausführungsbcispicls in Form eines Kernbohrers nach
Fig. II; F i g. 11 eine Slirnansicht des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 10; Fig. 12 eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausjo
führungsbeispkls das erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;
Fig. 13 eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 12:
Fig. 14 eine Stirnansicht eines abgewandelten Aus-J5
fühningsbcispicles eines Bohrwerkzeugs gemäß der Erfindung
mil drei Schneideinsätzen.
In F i g. I isi ein Bohrwerkzeug 10 dargestellt, der in
einem Werkstück eine zylindrische Bohrung herstellen kann. Er besteht aus einem Schaf» 10. der an seinem
Votierende mit zwei wcndbarcn Harimeiall-Schncidcinsäi/.cn
11 und 12 ausgerüstet ist, die an entgcgcngesel/.lcn
Seiten der Mittellinie des Bohrwerkzeugs angeordnet sind.
Sich axial erstreckende Ausnehmungen 13 und 14 sind
•r, für die Entfernung der Späne von den Einsätzen 11 bis
12 vorgesehen. Heide Schneideinsätze 11 und 12 sind mit
einer Mittclbohrung verschen und am Bohrerschaft
durch zenlrischc Spannschrauben (nicht dargestellt) befestigt, die in die Bohrungen der Schneideinsätze ein-•-,0
greifen und in Gewindelöchern im Schaft eingeschraubt sind, jeder Schneideinsatz 11 und 12 enthält gegenüberliegende
flache Oberflächen, die unter rechten Winkeln zu den Kantenflächen liegen, und es sind beide Schneidcinsät/.e.
wie am besten in F i g. 2 zu sehen, ir dem Bohrerschaft
10 so angeordnet, daß sie — in Drehrichtung gesehen — den gleichen negativen Spanwinkel aufweisen
und zusammen den gesamten Durchmesser der Bohrung erzeugen. Sclbstversiändlich kann aber das
Bohrwerkzeug wahlweise auch mit positiven Schncid-W) einsalzen, d. h. mit Sehncidcinsätzen, die mit einem freien
Winkel zwischen einer fluchen Oberfläche und benachbarten Kanienfliichen des Einsatzes versehen sind,
was bedeutet, daß auf dem Schneideinsatz notwendigerweise ein Freiwinkcl vorgesehen ist.
h-, Die Bohivrausfiilming nach den Fig. I bis 5 ist mit
zwei Schnddeinsiit/en ausgerüstet, von denen einer ein
am Umfang angeordneter Schneideinsat/ 11 ist. dessen
Kann- sich seilli< h so crslreckl, dall der Dl
ier Bohrung dadurch erzeugt wird, während der andere Schneideinsatz 12 innerhalb des Umfanges des Bohrwerkzeugs
angeordnet ist, wobei der Winkel zwischen Jen Schneideinsätzen 11 und 12 ist.
In den F i g. 4 und 6 sind die Schneidkräfte, die auf die
Schneideinsätze 11 und 12 einwirken, im einzelnen dargestellt.
Die auf den am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 einwirkenden Kräfte sind mit einem Index 1
versehen, während die auf den zentrischen Einsatz 12 einwirkenden Kräfte mit einem Index 2 versehen sind. iu
Die Tangentialkräfte sind mit einem Index / verschen,
während die radialen Kräfte mit einem Index rund die
axialen Kräfte mit einem Index a versehen sind, in F i g. 4 sind die resultierenden Schneidkräfte, die in einer
Ebene parallel zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index R versehen, während die resultierenden Kräfte in
F i g. 5, die in einer Ebene rechtwinklig zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index Pversehen sind.
Es ergibt sich somit, daß, wenn die resultierenden Schneidkräfte Pp\ und Pp2 gleich sind und in entgegengesetzte
voneinander parallele Richtungen orientiert sind, der Bohrerschaft keinen radialen Kräften ausgesetzt
ist. Der Bohrerschaft ist nur einem Drehmoment ausgesetzt, das als (Ppi ■ a + ppi - b) bereuvmet werden
kann, wobei a und b die Momentarme jedes Einsatzes bezeichnen, und einer Vorschubkraft unterworfen,
die aus (Pa\ und Pai) berechnet werden kann.
Unter diesen Umständen wird das Bohrwerkzeug genau im Zentrum der Bohrung gehalten, und es sind Verschleißleisten,
die das Bohrwerkzeug in der Bohrung führen, nicht erforderlich.
In Fig.5 ist die Situation dargestellt, in welcher die
resultierenden Schneidkräfte pp 1 und Pp2 gleich und entgegengesetzt
orientiert sind und in parallelen Richtungen verlaufen, wodurch ein Kräfleausgleich sichergestellt
ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der radial innere Schneideinsatz 12 gegenüber dem Umfang angeordneten
Schneideinsatz 11 in unter einem Winkel zueinander verlaufenden Radialebenen angeordnet ist. Dies ist
dadurch erreicht, daß der innere Schneideinsatz 12 um einen Winkel 180° + /gegenüber dem am Umfang angeordneten
Schneideinsatz 11 entgegen der Drehrichtung des Bohrwerkzeugs versetzt ist. Die Beziehungen,
die bezüglich des Winkels /auftreten, sind
45 /= ό+ Ε
wobei fJden Winkel zwischen p, 1 und Pn 1 ist, während E
den Winkel bezeichnet, der zwischen P12 und p,,? auftritt.
Ferner treten hier folgende weitere Beziehungen auf:
tan δ
IlL
P, χ
und
Da die Werte von Pr\,P,\,Pr2üna P, 2 bekannt sind, ist
es möglich, den genauen Wert des Winkels/zu errechnen.
Ferner sollte bemerkt werden, daß, wenn die verwendeten
Einsätze gerade Kanten und kleine Eckenradien aufweisen, die außer aufgrund des Arbeitswinkels bzw.
Anstellwinkels keine radialen Kräfte erzeugen, die Kenntnis der Verhältnisse
P. ι
und
Pa 7
Pn "'" P, 2
ausreicht, um den Wert vim bestimmen.
ausreicht, um den Wert vim bestimmen.
Vorzugsweise sollte der zentrale Einsatz des Ausführungsbeispiels nach den. F i g. 1 bis 5 mit einet· geneigten
Kantenfläche an der aktiven Schneidkante versehen sein, welche die Festigkeit dieser Schneidkante verbessert.
3ei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5
enthält das Bohrwerkzeug einen am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 mit einem Einstellwinkel oder
Arbeitswinkcl λ über 90" und einen inneren Schneideinsatz
12 mit einem Einstell- oder Arbeitswinkel/?kleiner
als 90°, wobei sich der letztere in das Zentrum, vorzugsweise eine Strecke innerhalb des Zentrums des Bohrers,
erstreckt. Die verbesserte Orientierung des Schneideinsatzes gemäß der Erfindung ermöglicht auch den Ausgleich
von radialen Kräften selbst dann, wenn der Einstellwinkel des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes
kleiner als 90° ist und der Einstellwinkel des zentrischen Schneideinsatzes 90° übersteigt
Es ist beispielsweise auch möglicLi, drei Schneideinsätze
vorzusehen, von denen einer ein am Umfang angeordneter Schneideinsatz ist, während die beiden anderen
innerhalb des Umfanges angeorv -,,et sind und sich in
verschiedene rauiaie Richtungen erstrecken. Es isi auch
möglich, Schneideinsätze zu verwenden, die mit gebogenen Schneidkanten versehen sind, beispielsweise runde
Schneideinsätze oder Schneideinsätze mit Schneidkanten mit winkelmäßig gebrochener Form z. B. dreieckförmige
Schneideinsätze.
Die F i g. 6 und 7 zeigen einen Schneideinsatz mit vier
Schneideinsätzen, die sich in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaße erstrecken. Zwei dieser
Einsätze, nämlich 11 und II1, sind in der gleichen Ebene
angeordnet, und zwar neben der gleichen Ausnehmung für die Späneabfuhr, während die beiden anderen
Schneideinsätze 12 und 12' in getrennten und parallelen Ebenen angeordnet sind, und zwar neben der anderen
Ausnehmung des Bohrers für die Späneabfuhr, wobei der in radialer Richtung äußerste Schneideinsatz 12' in
einer eingelassenen Oberfläche 15 angeordnet ist. Wenn die resultierenden Schneidkräfte auf den Einsätzen, die
mit A, B, C und D bezeichnet sind, paarweise gleich sind und einander entgegengerichtet sind und in parallelen
Richtungen verlaufen, ist ein Kräfteausgleich erreicht.
Die F i g. 8 und 9 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Bohrwerkzeugs mit viel Schneideinsätzen,
wobei die beiden inneren Schneideinsätze mit 11" und 12" bezeichnet sind, die auf einem sich in axialer
Richtung erstreckenden Teil 16 des Bohrerschaftes angeordnet sind, wobei sich diese beiden Schneideinsätze
in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaß erstrecken. Die anderen beiden Schneideinsätze 11
und 12 erstrecken sich in axialer Richtung in gleichem Maße, und sie sind ferner vom Zentrum des Bohrwerkzeugs
weiter entfernt angeordnet als die ersteren i^chi.uhjcinsätze. Ein Kräfteausgleich ist erreicht, wenn
die resultierenden Schneidkräfte A und D, die auf die Schneideinsätze 1 i und 12 einwirken, gleiche Werte haben,
während sie einander entgegengerichtet sind und sich parallel zueinander erstrecken, während gleichzeitig
die Kräfte B i>nd C, die auf die Schneideinsätze 11"
und 12" einwirken, ebenfalls gleich sind und in entgegengesetzte Richtungen weisen.
Die Fig. 10 und i 1 zeigen die Anwendung Ger Erfindung
a'if einen Kernbohrer, bei welchem der innere Schneideinsatz 12 sich radial um eine Strecke in das
zentrale Loch 17 df". Bohrwerkzeugs erstreckt.
In den Fig. 12 und 13 ist die Erfindung auf einen
Bohrkopf 18 angewendet, der an seiner Rückseite einen
rohrförmigen Schaftteil 19 aufweist, der mit einem Außengewinde 20 versehen ist, damit er auf eine nicht dargestellte
Bohrstange aufgeschraubt werden kann. Es sind zwei Schneideinsätze 11 und 12 mit einer sogenannten
Dreieckform vorgesehen, d. h. grundsätzlich drei- ·■> eckförmige Schneideinsätze, von denen jede Schneidkante
zwei gerade Teile enthält, die unter einem Winkel zueinander liegen. Diese dreieckförmigcn Schneideinsätze
sind auf dem Bohrkopf gemäß der Erfindung ungeordnet. Ein Kühlmedium wird unter hohem Druck to
entlang der Außenseite des Bohrkopfcs gepumpt, während
alle in der Bohrung erzeugten Späne nach rückwärts durch das Kühlmedium durch die Ausnehmungen
2t und 22 des Bohrkopfes für die Entfernung der Späne entfernt werden, wobei sich diese Ausnehmungen axial
über eine begrenzte Entfernung erstrecken und sich dann in die zylindrische öffnung 23 des Schaftteiles 19
des oöiiricopics ür.d in das hiermit gekuppelt Rohrrohr
öffnen. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, liegt der innerste
Schneideinsatz 12 unter einem Winkel zu dem Schneideinsatz 11 am Umfang, wobei dieser Winkel mit γ bezeichnet
ist Die Größe dieses Winkels ist so gewählt, daß die radialen Kräfte in der beschriebenen Weise ausgeglichen
werden.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist es r> dem Fachmann möglich, den geeigneten Wert des Winkels
y in jedem besonderen Fall mit Hilfe geeigneter Formeln mathematisch zu errechnen. Der Wert des genannten
Winkels /hängt dann davon ab, welche Anstellwinkel λ und β (siehe Fig.4) und welche besondere jo
Ausbildung des Einsatzes verwendet wird.
Als geeigneter Wert des Winkels γ kann von einem Bohrer gemäß der Erfindung ausgegangen werden, der
mit zwei dreieckförmigen Schneideinsätzen ausgerüstet ist, wie sie in den Fig. 12 und 13 gezeigt sind. Dabei j>
weist jeder Schneideinsatz einen eingeschriebenen
Kreis mit einem Durchmesser von 12,7 mm auf. wobei der Schneideinsatz so dimensioniert ist. daß ein Bohrloch
von mindestens 42 mm und bis zu 56 mm erzeugt wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sollte der
Winkel γ einen Wert im Bereich von 4' bis 10° aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 14 ist der Erfindungsgedanke
bei einem Bohrkopf der gleichen Art, wie er in den F i g. 12 und 13 beschrieben ist, angewendet,
d. h. bei einem Bohrkopf 18 mit einem rückwärtigen
rohrförmigen Schaftteil. Drei Schneideinsätze 24, 25 und 26, die beispielsweise dreieckförmige Gestalt haben,
sind am Bohrkopf vorgesehen. Alle erzeugten Späne werden nach rückwärts durch das Kühlmedium entfenit,
und zwar durch die Ausnehmungen 27, 28 und 29 für die Späneentfernung, welche sich in axialer Richtung
um eine begrenzte Strecke erstrecken und sich dann in die zylindrische öffnung 23 des rückwärtigen Schaftteiles
des Bohrkopfes öffnen. 5 >
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Bohrwerkzeug mit einem Schaft mit mindestens zwei in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen für die Späneabfuhr und mit zwei Schneideinsätzen, von denen einer am Umfang des Schaftes am vorderen Ende einer Ausnehmung für die Späneabfuhr bis zum äußeren Bearbeitungsdurchmesser reichend angeordnet ist, während der andere Schneideinsatz an der anderen Ausnehmung für die Späneabfuhr innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes an die Bohrcrachse angrenzend bzw. dieselbe geringfügig überschreitend angeordnet ist, wobei die Schneideinsätze in zur Schaftachse hin verlaufenden Radialebenen angeordnet sind, die einen von 180° abweichenden Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß dte Radialebene des inneren Schneideinsatzes (12) tian Ausgleich der auf den Bohrerschart einwirkenden radialen Kräfte entgegen der Drehrichtung des Bohrers um einen Winkel 0') gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz (U) nach rückwärts abgewinkelt ist.nung zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;Fig.2 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach
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