DE10334454B3

DE10334454B3 - Bohrgewindefräser welcher sich auch zum Einsatz bei Stahl eignet

Info

Publication number: DE10334454B3
Application number: DE2003134454
Authority: DE
Inventors: Felix Leeb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-10
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: WO2004022274A1; AU2003258573A1

Abstract

Bohrgewindefräser mit einem Schaft, mit welchem auch in Stahl als auch in langspänende Materialien (Bsp. St 37) ein Gewinde ins volle Material mit nur einem Werkzeug eingebracht werden kann. Dabei ist der Bohrerstirnschneidenbereich in drei Funktionsbereiche aufgeteilt. Einmal in einen Zentrierbereich, in einen Spanbrecherbereich und einen Fasenschneidenbereich, wodurch einmal der erzeugte Span besser gebrochen wird und vor allem schneller nach innen zur Spannut gelenkt wird. Zum Andern kann mit dieser Fasenschneide die erstellte Gewindeausnehmung angefast werden, egal welcher Ausnehmungstiefe. Durch diese schnelle Umlenkung des Spans zur Spannut kann die Umfangsschneide des Bohrers zumindest um 50% gekürzt werden, wodurch dann der seitliche Druck auf den Werkzeugschaft bei der Erstellung des Gewindes, was ja durch einen Umlauf durch einen Fräsvorgang erfolgt, zumindest um etwa dieses Maß gesenkt wird. Um ein Einhaken der Späne in die zur Spanflussrichtung offenen Flankenschneiden der Gewindezähne auszuschließen, sind diese in diesem Bereich nach hinten verschwenkt, womit dann der abzuführende Span keinen Kontakt zu dieser Schneidenfläche mehr hat. Um eine Beschädigung der Gewindeschneiden völlig ausschließen zu können, wird dadurch erreicht, indem sich eine zweite Schneidenreihe an die Gewindeschneidenreihe anschließt, wobei dann die erste Schneidenreihe in ihrem Ausmaß allseits verkürzt ist und mit einer Schutzfase belegt ist, so dass sie bei der Erstellung der ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrgewindefräser mit einem Schaft, welcher mit Stirn-, Umfangs- und Flankenschneiden sowie gewindeerzeugenden Schneiden ausgestattet und drehangetrieben sowie mit fortlaufender Z-Achszustellung ins volle Material bewegbar ist und zur Verwendung auf CNC gesteuerten Maschinen durch Bewegung mit einer Kreisbahn um die Ausnehmungsachse umlaufend verschiebbar zum Gewindefräsen als auch zum Anfasen geeignet ist und bei dem gewindeerzeugenden Schneidenreihen zum Fasenschneidenbereich des Bohrers so weit zurückgesetzt sind, dass sie bei der Erstellung einer Bohrungsausnehmung beim Bohrvorgang durch einen Stirnschneidenbereich nicht in Schneideingriff kommen, als Zusatz zum Patent 10236802.

Die Erfindung bezieht sich auf Bohrgewindefräser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 6. Ein solches Bohrgewindefräswerkzeug und dessen Verfahrensansprüche sind aus der EP 0237 035 A2 , EP 0302 915 B1 , EP 0265 445 , WO 88/05361 A1 und auch aus der WO 96/07502 A1 bekannt. Dabei ist derzeit der Einsatz solcher Werkzeuge nur in kurzspänenden als auch nur Werkstoffen mit niedriger Festigkeit wie Gusswerkstoffe, Aluminium, Aluminium-Legierungen sowie einige Kunststoffe möglich, wobei hier bereits bei einigen dieser zu bearbeitenden Materialien bei einer Gewindeausnehmungstiefe von 1,5 mal Durchmesser bereits Probleme dahin auftreten, dass diese Gewinde in ihrem unteren Ausnehmungsbereich leicht konisch werden, womit sie der Norm nicht mehr entsprechen würden. Diese begrenzte Einsatzmöglichkeit dieses Bohrgewindefräsers liegt einmal darin, dass die beim Bohrvorgang erzeugten Späne beim Abtransport aus der Bohrung die, am Umfangsbereich des Bohrers angebrachten gewindeerzeugenden Schneiden beschädigen. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, dass durch die Form der Stirnschneiden des Bohrgewindefräsers sehr breite Späne erzeugt werden, welche dann beim Abtransport über die Spannuten nicht voll in diese aufgenommen werden können bedingt durch ihre Breite. Dadurch kommen sie dann zwangsläufig auch in Kontakt mit den an die Spannuten angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden. Die in Spanflussgegenrichtung stehenden Flankenschneiden werden dabei einmal schnell stumpf, v.a. aber kommt es immer wieder vor, dass sich die Späne in diesen offenen Flankenschneiden festsetzen, wodurch dann ein Werkzeugbruch zwangsweise erfolgt. Dieser Werkzeugbruch wird auch noch v.a. dadurch unterstützt indem der Übergang von der letzten gewindeerzeugenden Schneide zur fasenerzeugenden Schneide als Sollbruchstelle (bedingt durch diese große Kerbwirkung) wirkt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass dann dieser Obergangsbereich in -Bezug Steifigkeit übergangslos im Verhältnis von ca. 1:2 erfolgt, zum Andern sind diese Werkzeuge, um diese überhaupt wirtschaftlich einsetzen zu können, meist aus Vollhartmetall erstellt, wobei hier bei manchen Einsätzen durch zusätzlichen Einsatz (gleich einlöten) von verschleißfesterem Material wie z.B. PKD Schneidstoffen der Werkzeugschafft noch zusätzlich geschwächt wird, wodurch sich diese vorhandene Kerbwirkung besonders nachteilig auswirkt.

Selbst wenn dieses Problem des ungehinderten Spanabflusses gelöst wäre, könnte mit diesen Werkzeugen kein lehrhaltiges Gewinde in tiefere Gewindeausnehmungen eingebracht werden, aber vor altem keine in hochfeste Werkstoffe, da, bedingt durch die breite Umfangsschneide, welche sich an die Stirnschneide anschließt, diese bei der Erstellung des Gewindes, welches durch einen Fräsvorgang in einem Umlauf (gleich 360°) um die Bohrachse mit entsprechend seitlichen Versatz erfolgt, auch diesen Umlauf mitmachen muss.

Dabei entsteht dann ein großer seitlicher Druck auf den Werkzeugschafft, einmal bedingt durch diese breite Umfangsschneide, zum Andem aber auch durch diese negative Flankenschneide, welche sich an die Umfangsschneide anschließt, was bei hochfesten Werkstoffen als auch bereits bei tieferen Ausnehmungen ab 1,5 × D bei Werkstoffen mit geringer Festigkeit eine Abdrängung des Werkzeuges von der vorbestimmten Umlaufbahn bewirkt, v.a. im unteren Bereich der Gewindeausnehmung (gleich konisch). Diese stark negative (ca. 30°) Flankenschneide, welche sich an die Umfangsschneide anschließt, ergibt sich zwangsläufig daraus, dass diese Werkzeuge meist mit 30° spiralgenutet gefertigt sind, um einmal die Bohrerstirnschneiden positiv schneidend zum Einsatz zu bringen, zum Andern auch den Spänabfluss über die Spannuten zu begünstigen. Diese stark negative Anstellung der Flankenschneide setzt sich auch bei den gewindeerzeugenden Schneiden fort mit dem zusätzlichen Nachteil, dass dann die zu erstellenden Gewindeausnehmungen auf der zum Tragen kommenden Flankenseite, welche beim Verspannvorgang einer Schraube hier diese zum Anliegen kommt, diese eine nicht allzu gute Oberflächenqualität aufweist. Wobei beim jetzigen Stand der Technik überhaupt kein Gewinde bei hochfesten Werkstoffen eingebracht werden kann, da bedingt durch die bereits aufgeführten Probleme ein Werkzeugbruch zwangsläufig vorprogrammiert ist, da dieser große seitliche Widerstand gerade bei der längsten Werkzeugauskragung entsteht. Auch können diese Werkzeuge oft nicht bei der Erstellung von Sacklochgewinden in dünnwandige Materialien eingesetzt werden. Dies ist auf die Gestaltung der Stirn- und Umfangsschneiden und auch auf das Arbeitsverfahren zurückzuführen. Aus diesen Summen, Bohrerspitze 140°, der großen Breite der Umfangsschneide, ein Umlauf um 360° bei der Erstellung des Gewindes sowie v.a. die gleichzeitige Erstellung der Fase beim Bohrvorgang ergibt dies einen nicht unwesentlichen nicht nutzbaren Kernlochvorlauf von ¹/₃. Beispiel: nutzbare Gewindelänge bei M16 Gewinde bei einer Tiefe von 1,5 mal Durchmesser, gleich 24 mm erfordert eine Kernlochtiefe von 36 mm (gleich 6 Gewindegänge nicht nutzbarer Kernlochvorlauf).

Dieser erforderliche große Kernlochvorlauf wirkt sich auch nachteilig auf die Stand- und Fertigungszeit u.v.a. auf die Stabilität des Werkzeuges (gleich seitliche Abdrängung) aus, wobei dies auf die sich daraus ergebende erforderliche Überlänge des Werkzeuges zurückzuführen ist. Diese große Breite der Umfangsschneide ist bei dieser Stirnschneidenform aber derzeit erforderlich, um den erzeugten Bohrspan von den am äußeren Umfang angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden nach innen zur Spannut zu leiten, um eine Einhaken in diese offenen Flankenschneiden zu vermeiden bzw. auch deren vorzeitige Abstumpfung zu verhindem. Ein weiteres Problem dieser derzeit auf dem Markt befindlichen Werkzeuge liegt darin, dass die Anfasung der Ausnehmung nur auf eine vorbestimmte Bohrungsausnehmungstiefe (gleich 1,5–2,+2,5 mal Durchmesser) möglich ist.

Für benötigte Zwischengrößen wie dies z.B. im Motorenbau der Fall ist, wo bis zu 10 verschieden tiefe Gewinde mit gleicher Steigung (z.B. M8) erstellt werden sollen, sind somit wieder Sonderwerkzeuge erforderlich, um diese Ausnehmung gleich mit anfasen zu können. Dies ergibt einmal zusätzliche Kosten für die Anschaffung und der Lagerhaltung dieser Sonderwerkzeuge, aber v.a. ergibt dies Probleme bei der Unterbringung dieser zusätzlichen Werkzeuge im Werkzeugmagazin der Maschine. Auch ist eine Trocken-Bearbeitung von z.B. Alu oder auch bei manchen Alu-Legierungen wegen der Bildung einer Aufbauschneide im Kernbereich des Bohrwerkzeuges nicht möglich. Dabei ist diese Trockenbearbeitung immer mehr im Kommen bzw. werden heute schon Werkzeugmaschinen ausgeliefert, welche nur noch eine innere Kühlmittelzufuhr durch die Arbeitsspindel in Form von Pressluft haben. Des weiteren können auch keine Gewindeausnehmungen mit derzeit geläufigen Bohrverfahren bei langspänenden Werkstoffen eingebracht werden. Durch die nun angestrebte Möglichkeit mit einem Bohrgewindefräser auch in hochfeste Werkstoffe ein Gewinde einbringen zu können, ergibt sich hieraus ein weiteres Problem indem die gewindeerzeugenden Schneiden u.v.a. deren Spitzen zu schnell stumpf werden. Wobei dies einmal darauf zurückzuführen ist, dass bei der Erzeugung der Gewindefianken das Material in Keilform (fast ganz spitz) abgetragen werden muss, zum Andern ist diese Spitze am längsten in Schneideneingriff.

Auch soll die zeitliche Einbringung einer zylindrischen Gewindeausnehmung, wofür bei manchen Werkstoffen ein zusätzlicher Schlichtvorgang vorgesehen ist bzw. auch die 45° Fase durch einen weiteren 360° Umlauf erstellt werden muss, die nach dem jetzigen Stand der Technik erforderliche Fertigungszeit zumindest nicht überschreiten. Zur Lösung dieser Stand- und Fertigungszeitprobleme könnte die aus der EP 03 029 15 B1 bekannten Lösung, diese Bohrfräswerkzeuge mit vier Umfangsschneiden auszustatten, wesentlich beitragen. Doch ist die dort gezeigte Ausführung mit den Nachteilen behaftet, dass alle vier Spannuten gleich groß sind, womit bei den Schneiden, welche bis Mitte schneiden, die Spannut für den reibungslosen Abtransport der erzeugten Späne zu klein ist. Wiederum hätten die Spannuten eine ausreichende Größe, würde dadurch das Werkzeug in seiner Stabilität zu sehr geschwächt für den auszuführenden Fräsvorgang bei der Erzeugung der Gewindegänge um den dabei entstehenden seitlichen Druck auf den Werkzeugschafft noch ausreichend aufnehmen zu können.

Aus der DE 101 09 990 A1 ein neues Arbeitsverfahren bekannt, mit welchem auch langspänende Werkstoffe (z.B. St 37) problemlos bearbeitet werden können. Um auch eine Trockenbearbeitung bei z.B. Aluminium bewerkstelligen zu können ist vorgeschlagen, die aus dem Dt. Patent 199 155 36 C1 bekannte M-Schneide beim Bohrvorgang einzusetzen. Dabei könnte in diesem spez. Fall eine zusätzliche Minimalmengenschmierung ganz hilfreich sein. Dabei kann dann auch hier mit dieser M-Schneide und deren 45° Fasenschneide die erstellte Bohrungsausnehmung gleich angefasst werden, egal welche Ausnehmungstiefe diese aufweist. Trotz dieser Vorteile kann mit diesem Werkzeug derzeit kein Gewinde ins volle Material eingebracht werden, da dafür die erforderlichen verkürzten Umfangsschneiden und die gewindeerzeugenden Schneiden fehlen. Wie bereits aufgeführt sind aus der WO 96/07502 A1 weitere Werkzeuge in dieser Richtung bekannt.

Dabei beinhaltet der dort in 1E gezeigte Bohrgewindefräser keine Möglichkeit, die erstelle Gewindeausnehmung mit diesem Werkzeug gleich mit anfasen zu können, womit dadurch für diesen Arbeitsgang ein zusätzliches Werkzeug zum, Einsatz gebracht werden muss. Bei den in 1A-1D gezeigten Werkzeugen handelt es sich nicht um Bohrwerkzeuge, sondern um Fräswerkzeuge.

Womit zwar dann dort mit dem vorhandenen 45° verlaufenden Schneidenbereich durch einen Fräsvorgang eine Fase gleich ins volle Material erstellt werden könnte und somit dann für diesen Arbeitsgang kein zusätzliches Werkzeug mehr erforderlich wäre.

Doch dürften die in 1A–1E gezeigten Werkzeuge keinerlei praktischen Einsatz zulassen, da dort die Proportionen gleich Stirnschneidendurchmesser zu den Gewindeflankentiefen und deren Gewindesteigung in einem für einen Fachmann nicht ganz nachvollziehbarem Verhältnis stehen. Sollten die Werkzeuge in etwa 1:1 zeichnerisch dargestellt sein, könnte mit dieser Gewindezähneausbildung erst eine Gewindesteigung von 3mm (gleich M24) erstellt werden. D.h. zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Kernbohrung von 21 mm Durchmesser stünde nur ein Werkzeug mit einer Bohrschneide von 12mm Durchmesser zur Verfügung. Somit müsste der restliche Kernbohrungsdurchmesser auf 21 mm mit der Erstellung des Gewindes mit erbracht werden. Diesen dann dort entstehenden seitlichen Druck auf den Werkzeugschafft bei diesem Fräsvorgang (gleich Umlauf um 360°) dürfte dieses Werkzeug auf nur einer sehr geringen Auskragungslänge widerstehen, da dieses ja nur einen Schafftdurchmesser von 7mm im Gewindebereich hat. Womit für dieses Werkzeug kein wirtschaftlicher und auch kein praktischer Einsatz möglich ist, selbst nicht in Werkstoffen mit geringer Festigkeit. Auch dürften die in den 2A–2C gezeigten Fertigungsabläufen mit solch einem Werkzeug bei der Erstellung der Fase und der Kernbohrungsausnehmung durch einen Zirkularträsvorgang keinen wirtschaftlichen Einsatz zulassen, da dieser Vorgang zeitlich viel zu lange dauert, zum Andern stark auf die Standzeit der Werkzeugschneiden geht aber v.a. auch hier bei der Erstellung des Gewindes durch einen 360° Fräsumlauf. Durch seitlichen Druck, welcher v.a. im Umfangsschneidenbereich entsteht, kann dadurch mit diesem Werkzeug keine Gewindeausnehmung in einer brauchbaren Tiefe auch nicht bei Werkstoffen mit geringer Festigkeit erstellt werden, da ja dann auch hier der Werkzeugschafftdurchmesser im gewindeerzeugenden Bereich nur 7mm aufweist.

Aus den 1–7 ist einmal der Arbeitsablauf dieser Werkzeuge beschrieben zum Anderen geht auch hier der große nicht nutzbarer Kernlochvorlauf (gleich ¹/₃ von der Kernlochtiefe) hervor. Wie dies aus den aufgeführten Problemen zu entnehmen ist, kann derzeit kein lehrhaltiges Gewinde, auch nicht in Werkstoffe mit geringer Festigkeit über 2 × D eingebracht werden, weil diese bereits stark konisch werden, wobei dies einmal auf die Werkzeugschneidenausbildung zurückzuführen ist, zum Andern v.a. aber auch auf das Arbeitsverfahren, indem einmal beim Bohrvorgang die Fase gleich mit erstellt werden muss, was eine zusätzliche Werkzeuglänge erfordert, und v.a. einen unnötigen nicht nutzbaren Kernlochvorlauf ergibt, zum Andern auf die Erstellung der Gewindeausnehmung im Gleichlauffräsvorgang, weil hierbei die seitliche Abdrängung naturgemäß größer ist als beim Gegenlauffräsen, wobei auch beim Gegenlauffräsen die Abdrängung auch zu groß wäre bei den derzeit zum Einsatz kommenden Schneidengeometrien und deren Verfahrensabläufen. Somit kann aus keiner der hier aufgeführten Erfindungen auf Bezug Schneidenausbildung und Verfahrensansprüche ein Bohrgewindefräswerkzeug entnommen werden, mit welchem die Erstellung von lehrhaltigen Gewindeausnehmungen (v.a. auch zylindrisch) ins volle Material mit nur einem Werkzeug auch in hochfeste Werkstoffe möglich wäre, wobei die Erstellung des Kernloches durch einen Bohrvorgang in Verbindung einer Bohrerschneide erfolgt und wobei mit diesem Werkzeug zugleich das Gewinde als auch die Fase erstellt werden kann und die Erstellung der Fase unabhängig von der Ausnehmungstiefe und der Herstellungsablauf auch im Trockenverfahren (gleich nur Einsatz von Pressluft) möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge zu schaffen, bei denen der Spanabfluss beim Bohrvorgang einer Gewindebohrung mit einem Bohrgewindefräser diese dort für die Erstellung der Gewindeausnehmung erforderlich gewindeerzeugenden Schneiden durch einen Zirkularumlauf nicht zu beschädigen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Desweiteren soll auch noch die Arbeitsgeschwindigkeit beim Bohrvorgang bei manchen Materialien erhöht werden, wobei es dann auch möglich sein soll, lehrhaltige Gewinde (gleich zylindrische Gewinde) in Werkstoffen mit geringer Festigkeit bei kurzspanenden Materialien auch über 2XD Tiefe einbringen zu können, wobei dabei auch noch die Gewindequalität auf der beim Verspannvorgang zu tragenden Gewindeflankenseite verbessert wird. Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Patentanspruches 6 und dessen Unteransprüchen gelöst.

Dabei sind einmal die gewindeerzeugenden Schneiden, welche sich an die die Bohrungerzeugenden Schneiden anschließen allseits soweit in ihrem Ausmaß reduziert, dass sie bei der Erstellung der Gewindegänge durch die zweite gewindeerzeugende Schneidenreihe, welche sich mit einem Abstand von ca. 85° an die die Kernbohrung erzeugenden Schneiden bei einem zweischneidigem Werkzeug anschließt und wobei hier diese im Bereich ihrer Fasenschneide (gleich Stirnschneidenbereich) soweit verkürzt ist, dass sie beim Bohrvorgang nicht in Schneideingriff kommt.

Durch diese Maßnahme wird beim Bohrvorgang in dieser zweiten Schneidenreihe kein Bohrspan erzeugt, wodurch eine Beschädigung der gewindeerzeugenden Schneiden dann fast völlig ausgeschlossen ist. Eine Beschädigung dieser Schneiden kann auch noch dadurch entstehen, indem beim Austritt der Späne auf der Werkstückoberfläche (gleich Bohrungsanfang) bei langspänenden Materialien sich diese nach Erreichen einer gewissen Länge, sich um das Werkzeug wickeln indem sie einmal durch die Fliehkraft nach hinten gedrückt werden, wenn sie zu lange werden so dass sie dann mit dieser zweiten Schneidenreihe in Berührung kommen.

Dies kann auch noch dadurch unterstützt werden, indem dann bei sehr langen Spänen diese durch Auftreffen an Widerständen wie dies einmal bedingt der Tischgröße der jeweiligen Maschine und deren abgeschlossenen Arbeitsraum begrenzt ist, zum andern ist dies v.a. bei der Erstellung von Gewinden in tiefer liegenden Flächen (gleich Abstufungen) der Fall.

Um eine Umschlingung des Werkzeuges beim Bohrvorgang durch die dort anfallenden Späne zu verhindern, ist vorgeschlagen, beim Bohrvorgang den Bohrvorschub ca. alle zehn Werkzeugumdrehungen (je nach dem zu zerspannenden Material) zu unterbrechen, wodurch dann nur kurze Späne erzeugt werden und somit eine Beschädigung der gewindeerzeugenden Schneiden der zweiten Schneidenreihe völlig ausgeschlossen wird. Durch diese leicht verkürzte zusätzliche Umfangsschneide der zweiten Schneidenreihe wird bei der Erstellung der Gewindegänge durch einen Zirkularfräsvorgang dieser Umfangsschneidenbereich dann durch diese Umfangsschneide mit erstellt, was etwa eine Halbierung der abzutragenden Spanstärke gegenüber der Spanstärke, die bei der Erstellung der Gewindegänge zu bewerkstelligen ist, erreicht, was sich dann positiv auf Fertigungszeit auswirkt, weil gerade hier in diesem Bereich (Freistichbereich) das größte Zerspannvolumen anfällt (gleich ca. 2,5 mal größer als bei den gewindeerzeugenden Schneiden).

Um dieses Freistichvolumen nochmals nach unten reduzieren zu können (gleich um nochmals ca. 30%) sind die sich an die Umfangsschneiden angeschlossenen Gewindeschneiden, welche einmal bereits nach hinten gegen die Spanflussrichtung abgekippt sind (Treppenform), noch zusätzlich negativ zur Bohrerachse anzustellen, wodurch die Höhe der Umfangsschneiden, bei welchen ja der größte Schneidendruck zu bewerkstelligen ist, auf ca. nur noch 0,3 × Gewindesteigung (P) reduziert werden kann. Diese Reduzierung ergibt sich daraus, dass sich durch die negative Anstellung der Gewindeschneiden der Abstand zum kernbohrungserzeugenden Schneidenbereich v.a. in deren Spitzen vergrößert (gleich größere Abstufung), womit ein Einhaken der abzuführenden Späne in diese offenen Gewindeflanken in Verbindung der bereits aufgeführten Treppenform noch zusätzlich ausgeschlossen wird. Diese negative Anstellung zur Bohrerachse ist dadurch gegeben, indem ja mit diesen Gewindeschneiden keinerlei Schneideingriff erfolgt. Um lehrhaltige Gewindeausnehmungen in Werkstoffen mit geringer Festigkeit auch über 2XD einbringen zu können, ohne dass sie im unteren Ausnehmungsbereich konisch werden, sollen die Erkenntnisse der Erstellung von lehrhaltigen Gewinden in Stahl beitragen. Um hier dieses Problem zu lösen, muss man sich hier nur des Fasenschneidenbereiches und v.a. der auf ca. 0,3 mal Gewindesteigung (P) reduzierten Umfangsschneide bedienen. Wie bereits aufgeführt, wird beim Bohrvorgang der dort erzeugte Span durch die ca. 45° Schneidenanstellung nach innen gelenkt gleich zur Spannut, wodurch dann, wie Versuche gezeigt haben, bei der Zerspannung dieser Materialien die Umfangsschneide bis auf ca. 0,3 × P reduziert werden kann, ohne dass sich die Späne in die offenen Flankenschneiden der Gewindeschneiden, welche in Spanflussrichtung stehen, festsetzen, womit dann alleine durch diese Veränderung die Erstellung von lehrhaltigen Gewinden bis ca. 3XD bei diesen kurzspänenden Materialien wie Gusswerkstoffe, Aluminium, Alu-Legierungen sowie einige Kunststoffe gewährleistet ist, wobei hier eine Absenkung (Treppenform) der in Spanflussrichtung stehenden offenen Flankenschneiden nicht erforderlich ist. Eine Verschwenkung würde sich aber einmal positiv auf die Standzeit dieser offenen Flankenschneiden auswirken, zum Andern bei einer Absenkung (Treppenform) der ganzen Stirnschneidenfläche auch auf die Gewindequalität der zum Tragen kommenden Gewindeflanke.

Durch diese Reduzierung auf ca. 0,3 × P ermäßigt sich damit auch der seitliche Widerstand bei der Erstellung der Gewindeausnehmungen durch einen 360° Zirkularumlauf um ca. dieses Maß, womit dann zylindrische Gewinde in dieser Ausnehmungstiefe erstellt werden können.

Um die Arbeitsgeschwindigkeit beim Bohrvorgang bei manchen Materialien erhöhen zu können, ist vorgeschlagen, alle, die als M Stirnschneiden ausgebildeten Schneiden bis Bohrerachse verlaufen zu lassen, wobei sie im Zentrumsbereich in Form einer Krümmung (hier nicht gezeigt) ineinander verlaufen (gleich 2, 3, oder 4 Zentrumsschneiden statt nur einer), wobei hierbei die Bildung einer Aufbauschneide bei manchen Materialien sehr groß ist.

Die Erfindung ist anhand der 1–4 im Einzelnen beschrieben und in einem Maßstab von ca. 5:1 erstellt (Bsp. Gewindefräser für M16).
1 zeigt einen schemenhaft dargestellten Bohrgewindefräser Stand der Technik und in diesem integriert die erfinderische verbesserte Ausführungen, wobei dieser hier rechtsschneidend ausgelegt ist, könnte aber genau so gut linksschneidend ausgelegt sein.
2 zeigt einen weiteren schemenhaft dargestellten Bohrgewindefräser in verbesserter Ausführung (gleich M Stirnschneide).
3 zeigt einen Bohrgewindefräser nur in seinem Schneidenbereich in nochmals verbesserter Ausführungsform (nur zweischneidig und mit gerade verlaufender Spannut dargestellt).
4 zeigt diese Ausführungsform im Schnitt A-A und B-B (wobei hier das Werkzeug mit zusätzlich eingebrachten zwei Schneiden dargestellt ist).
1 zeigt einen Bohrgewindefräser, der einmal den Stand der Technik wiedergibt, zum Andern sind bereits die Verbesserungen beinhaltet. Dabei sind für diese Zusatzanmeldung nur die Bezugszeichen 3b, 8b, 9b, 17–17c, 27+31 von besonderer Bedeutung.
Dabei weist dieser in seinen Stirnschneidenbereich (2) eine Stirnschneide auf, wobei diese in einem spitzen Winkel von 140° in voller Breite (2b) erstellt ist. An diese schließt sich eine Umfangsschneide (3a) in einer Breite von ca. 1 mal Gewindesteigung (P) an. An diese wiederum schließen sich die gewindeerzeugenden Schneiden (5) mit ihrer Stirnschneide (20) an, in der Anzahl der zu erstellenden festen Gewindelänge (6). An deren Enden ist eine in 45° erstellte Fasenschneide (7) am Werkzeugschafft (26) angebracht, dabei verläuft die Spannut (11) in ca. 30° zur Werkzeugachse (14).
Die in 1 integrierten Verbesserungen zeigen einmal einen Stirnschneidenbereich (2), welche durch eine Zentrierspitze (2a) in einem Spitzenwinkel von etwa 140° gebildet ist, an diese schließt sich eine in einem Spitzenwinkel von ca. 160° erstellter Schneidenbereich (2c), welcher als Spanbrecher wirkt, an. An diese wiederum schließt sich ein in 45° erstellter Schneidenbereich (8) an, wobei dieser dann auch zur Erstellung der Fase zum Einsatz kommt (gleich Fasenschneidenbereich (27)) und auf dieses erforderliche Maß (gleich mindestens Gewindeflankentiefe und ca. 10% darüber) in seiner Breite beschränkt ist. An diese schließt sich eine wesentlich verkürzte Umfangsschneide (3) an, dabei ist diese in ihrer Breite von ca. 0,3–0,5 mal Gewindesteigung (P) erstellt. Am Ende dieser schließt sich eine Flankenschneide (9a) an. An diese schließen sich mit geringem seitlichem Abstand (4) gleich ca. 3% kleiner als die kernlocherzeugenden Schneiden (2) die gewindeerzeugenden Schneiden (5) mit ihrer Stirnschneide (20) in einer Anzahl von mind. der zu erstellenden Gewindeausnehmungstiefe bis Werkzeugschafftanfang (30) an.
Dabei kann die Stirnschneide (20) gebrochen sein, indem sie zumindest bis ca. ihrer Schneidenmitte (10) in dem Bereich ihrer Flankenschneide (9) mit ca. 20° zur Bohrerachse (14) nach hinten abgesenkt ist, wodurch dann beim Bohrvorgang die abzuführenden Späne keinen Kontakt mit diesem Stirnschneidenbereich (17) mehr haben. Diese Absenkung (gleich Treppenform) kann sich auch auf die ganze Stirnschneide (17a) erstrecken, wobei dann bei entsprechender Absenkung (gleich Verschwenkung) aus der sich in Drallform (ca. 30°) erstellten, stark negativ schneidenden Flankenschneide (9b) eine fast positiv schneidende (17b) bzw. auch leicht positiv schneidende Flankenschneide (17c) ergibt. Des weiteren kann nun die Fasenschneide (7) ganz entfallen, da ja dann die Gewindeausnehmungen jeglicher Tiefe mit dem Schneidenbereich (8) angefast werden können, womit dann auch keine Sonderwerkzeuge (Zwischenlängen) und Standardlängen wie z.B. 1,5 und 2XD nicht mehr erforderlich sind. Durch diesen möglichen Verzicht auf die Fasenschneide (7) entfällt auch zugleich diese große Schwachstelle (Sollbruchstelle) in diesem Übergangsbereich (30a). Hierbei sei angemerkt, dass bei der Erstellung von Gewinden in Werkstoffe mit geringer Festigkeit diese hier angesprochene Schwachstelle (gleich Sollbruchstelle) bei diesen Materialien fast nicht zu Tage tritt, da ja hier der seitliche Widerstand bei der Erstellung der Gewindeausnehmung um ein Vielfaches niedriger ist als bei hochfesten Werkstoffen, wobei natürlich dazu auch die nun starkt verkürze Umfangsschneide wesentlich beiträgt. Dabei könnte aus Herstellungsgründen zur Bearbeitung von kurzspänenden Werkstoffen der Stirnschneidenbereich (2) auch nur aus den Schneidenbereichen (2d+8) bestehen. Um auch in langspänende Materialien (z.B. Stahl) ein Gewinde mit nur einem Werkzeug einbringen zu können, sind den gewindeerzeugenden Schneiden (5) eine jeweils weitere Schneidereihe in einem Abstand von ca. 85° angefügt (31), bei einem zweischneidigen Werkzeug.
Dabei ist diese zweiten Schneidenreihe (31) im Stimschneidenbereich (2) nur im Fasenschneidenbereich (27) vorhanden, wobei auch dieser Bereich soweit zurückgesetzt ist, dass er beim Bohrvorgang nicht in Schneideingriff kommt (z.B. Gewinde M16 Bohrvorschub/Umdrehung 0,25 mm ergibt eine Schneidenzurücksetzung von ca. 0,15 mm pro Schneidenreie, hier nicht ersichtlich). Die Umfangsschneide (3b) ist um dieses Maß der Zurücksetzung voll vorhanden, als auch die gewindeerzeugenden Schneiden (5), wobei dann bei dieser Schneidenreihe diese nicht nach hinten verschwenkt sein müssen, da ja dann hier beim Bohrvorgang keine Späne abgeführt werden müssen, bedingt durch das Fehlen der Stirnschneiden und der zurückgesetzten Fasenschneiden.
Auch ist eine positive Anstellung (21) aller in Schneideingriff kommenden Schneiden zur Bohrerachse (14) nicht mehr unbedingt erforderlich (21a), da im Bereich der Bohrerumfangsschneiden (3) die Späneabtragsstärke bei der Erstellung der Gewindegänge durch einen Zirkularumlauf um ca. gut die Hälfte reduziert ist, wodurch sich auch die erforderliche Schnittkraft um ca. dieses Maß ermäßigt.
Durch diese Schnittkraftreduzierung können dann bei fast allen Werkstoffen die Gewindegänge in nur einem 360° Umlauf erstellt werden, womit sich dann auch die Fertigungszeit nicht erhöht, obwohl dann hier nur jede zweite Gewindeschneidenreihe bei der Erstellung der Gewindegänge in Schneideingriff kommt (gleich Ausgleich durch Wegfall des Schlichtumlaufes).
Erklärung zu 1:
Die mit Bezugszeichen (31) dargestellte zweite Schneidenreihe ist nur im Bereich ihrer reduzierten Fasenschneide (8b) (gleich Fasenschneidenbereich (27)) und der Umfangsschneide (3b) zutreffend dargestellt. Mit Bezugzeichen 17–17c und 9b bezieht sich die Darstellung auf die gewindeerzeugenden Schneiden (5), welche sich an den Kernbohrung erzeugenden Schneidenbereich (2) anschließen. Dabei könnten diese auch eine abweichende Form aufweisen, da ja dann mit diesen Gewindeschneiden kein Gewinde erstellt werden muss.
2 zeigt einen Bohrgewindefräser, wobei hier der Hauptvorteil in der erhöhten Bohrleistung bei manchen Werkstoffen liegt. Dabei ist für diese Zusatzanmeldung nur das Bezugszeichen 13a von besonderer Bedeutung. Auch ist hier der Stirnschneidenbereich (2) durch eine M-Schneide gebildet, wobei diese jeweils eine kurze gerade Querschneide (12) aufweist, an welche sich eine spiegelgleiche Ausnehmung (13a) anschließt. Dabei reichen hier alle Schneiden bis zur Bohrerachse (14). An die Querschneide (12) schließt sich nach außen ein weiterer geneigter Schneidenbereich (15) an, an den sich ein weiterer Schneidenbereich (8), welcher auch als Fasenschneide zum Einsatz kommt an und wobei er in einer Gradzahl von 45° bis zur Umfangsschneide (3) verläuft. Dabei weist auch hier die Umfangs-schneide nur eine sehr geringe Breite von ca. 0,3–0,5 mal Gewindesteigung (P) auf. Am Ende dieser schließt sich eine Flankenschneide (9a) an. An diese schließen sich auch hier mit geringem seitlichem Abstand (4) die gewindeerzeugenden Schneiden (5) mit ihren Stirnschneiden (20) in einer Anzahl von mind. der zu erstellenden Gewindeausnehmungstiefe bis Werkzeugschafft (30) an. Dabei kann die Stirnschneide (20) auch hier gebrochen sein, indem sie bis ca. ihrer Schneidenmitte (10) in dem Bereich ihrer Flankenschneide (9) mit ca. 20° nach hinten abgesenkt ist, wodurch dann beim Bohrvorgang die abzuführenden Späne keinen Kontakt mit diesem Stimschneidenbereich (17) mehr haben. Diese Absenkung (gleich Treppenform) kann sich auch hier auf die ganze Stirnschneide (17a) erstrecken. Des weiteren kann auch hier die Fasenschneide (7) entfallen, da die Gewindeausnehmungen jeglicher Tiefe mit dem Schneidenbereich (8) angefast werden können, womit dann auch keine Sonderwerkzeuge (Zwischenlängen) mehr erforderlich sind.
Durch diesen Verzicht der Fasenschneide (7) entfällt die Schwachstelle (30a) (Sollbruchstelle) ganz. Um diese Schwachstelle ganz auszuschalten, verläuft der Übergang von den gewindeerzeugenden Schneiden (5) zu dem zylindrischen Werkzeugschafftbereich (26) leicht konisch ansteigend (26a) mit etwa 6,5°, wobei er im Anfangsbereich (30) nur ein Durchmessermaß, welches in etwa bei der halben Gewindezahnflankentiefe (t) liegt, aufweist. Um diese abgesetzte Form (17) zeichnerisch besser darstellen zu können, ist hier der gewindeherstellende Bereich um 90° gedreht zur Stirnschneide (2) angeordnet und verläuft samt Spannut (11) in Richtung Bohrerachse (14). Des weiteren können alle Schneidenübergänge durch Radien (R) gebildet sein bzw. können auch die Stirnschneiden 2a, 2c, 12, 13 + 15 eine Bogenform aufweisen (hier nicht gezeigt).
3 zeigt einen Bohrgewindefräser mit M Stirnschneide. Dabei ist diese Fig. Nur für diese Zusatzanmeldung im Zusammenhang der Schnittzeichnung A-A und B-B von Bedeutung.
4 zeigt diese Schnitte A-A und B-B. Dabei ist hier eine zweite Schneidenreihe (31) ersichtlich, welche sich hier bei einem zweischneidigen Werkzeug in einem Abstand von ca. 85° an die bohrungserzeugenden Schneidenreihe (25) anschließt. Des weiteren sind hier die allseits verkürzten Gewindeschneiden (5), welche zumindest soweit verkürzt sind (32), dass sie bei der Erstellung der Gewindegänge durch die zweite Schneidenreihe (31) durch einen 360° Zirkularumlauf nicht mehr in Schneideingriff kommen, ersichtlich. Hierbei können Sie in ihrem Spitzenbereich (33) mit einem Radius (34) oder auch Schutzfase (35) belegt sein oder auch zur Bohrerachse (14) negativ (36) angestellt sein. Die mit Bezugszeichen (21a) erstellte Schneidenanstellung mit einem Anstellwinkel von 0° zeigt auch den Stand der Technik an.

Claims

Bohrgewindefräser mit einem Schaft, welcher mit Stirn-, Umfangs- und Flankenschneiden sowie gewindeerzeugenden Schneiden ausgestattet und drehangetrieben sowie mit fortlaufender Z-Achszustellung ins volle Material bewegbar ist und zur Verwendung auf CNC gesteuerten Maschinen durch Bewegen mit einer Kreisbahn um die Ausnehmungsachse umlaufend verschiebbar zum Gewindefräsen als auch zum Anfasen geeignet ist und bei dem gewindeerzeugende Schneidenreihen zum Fasenschneidbereich des Bohrers so weit zurückgesetzt sind, dass sie bei der Erstellung einer Bohrausnehmung beim Bohrvorgang durch einen Stirnschneidenbereich nicht in Schneideingriff kommen, ist als Zusatz zum Patent 10236802 dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche zweite gewindeerzeugende Schneidenreihe (31) im Bereich des Fasenschneidbereiches (27) angeordnet ist, und dass die übrigen gewindeerzeugenden Schneiden (5) in ihrem allseitigen Ausmaß soweit reduziert sind, dass sie bei der Erzeugung der Gewindegänge durch die zweite gewindeerzeugende Schneidenreihe (31) nicht mehr in Schneideingriff kommen und die zweite Schneidenreihe (31) im Bereich ihres Fasenschneidenbereiches (27) dieser soweit zurückgesetzt ist, dass er bei der Erstellung der Bohrungsausnehmung beim Bohrvorgang durch den Stirnschneidenbereich (2) nicht in Schneideingriff kommt, wobei bei der zweiten Schneidenreihe (31) die gewindeerzeugenden Schneiden (5) deren Flankenschneide (9) nicht nach hinten (17) zur Bohrerachse (14) abgesenkt sein müssen.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die gewindeerzeugenden Schneiden (5), welche sich an den die Bohrungsausnehmung erzeugenden Schneidenbereich (2) anschließen zur Spanflussrichtung nach hinten zur Bohrerachse (14) abgesenkt (17 oder 17a) sind (gleich Treppenform) und in ihrem Spitzenbereich (33) abgerundet (34) oder mit einer Schutzfase (35) belegt sind.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die gewindeerzeugenden Schneiden (5), welche sich an die die Bohrungsausnehmung erzeugenden Stirnschneidenbereich (2) anschließen, zur Bohrerachse (14) negativ (36) angestellt sind und wobei diese auch abgeändert zur erstellenden Gewindeform erstellt sein können.
Bohrgewindefräser nach einem der Ansprüche 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass die dort beinhaltete Zerspannungsaufteilung von einmal Erstellung der Bohrungsausnehmung alleine durch Stirnschneidenbereich (2) und den diesen angeschlossenen Schneiden (5) und die Erstellung der Gewindegänge allein durch zweite Schneidenreihe (31) und deren beiden in ihrem Ausmaß stark reduzierten Umfangsschneiden (3+3b) von nur noch ca. 0,3–0,5 mal der zu erstellenden Gewindesteigung (P) auch für alle erdenklichen Bohrgewindefräsergeometrien bzw. deren Stirnschneidengeometrien beinhaltet ist.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auch die gewindeerzeugenden Schneiden (5) der zweiten Schneidenreihe (31) zur Spanflussrichtung nach hinten zur Bohrerachse (14) abgesenkt (17 oder 17a) sind (gleich Treppenform), wobei sich diese Absenkung auch noch in den Bereichen (17b oder 17c) bewegen kann.
Bohrgewindefräser mit einem Schaft, welcher mit Stim-, Umfangs- und Flankenschneiden sowie gewindeerzeugenden Schneiden ausgestattet und drehangetrieben sowie mit fortlaufender Z-Achszustellung ins volle Material bewegbar ist und zur Verwendung auf CNC gesteuerten Maschinen durch Bewegen mit einer Kreisbahn um die Ausnehmungsachse umlaufend verschiebbar zum Gewindefräsen als auch zum Anfasen geeignet ist und bei dem gewindeerzeugende Schneidenreihen zum Fasenschneidbereich des Bohrers so weit zurückgesetzt sind, dass sie bei der Erstellung einer Bohrausnehmung beim Bohrvorgang durch einen Stirnschneidenbereich nicht in Schneideingriff kommen, als Zusatz zum Patent 10236802 dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnschneidenbereich (2) durch jeweils eine kurze gerade Querschneide (12) gebildet ist, an welchen sich eine spiegelgleiche Ausnehmung (13a) anschließt, wobei sich deren Schneidenausbildung in der Mitte (gleich Bohrerachse (14)) treffen und an die Quer-schneide (12) schließt sich nach außen ein geneigter Schneidenbereich (15) an, an den sich ein in seinem Neigungswinkel von ca. 45° erstellter weiterer Schneidenbereich (8) anschließt, welcher in seinem Ausmaß gleich seinem Fasenschneidenbereich (27) begrenzt ist und bis zur Umfangsschneide (3) verläuft, dabei weist die Umfangsschneide nur eine geringe Breite von ca. 0,3 mal Gewindesteigung (P) auf, dabei ist der Stirnschneidenbereich (2) in seinem Fasenschneidenbereich (27) der Umfangsschneide (3) zur Bohrerachse (14) positiv schneidend (21) erstellt, an diese schließt sich eine Flankenschneide (9a) an, wobei dann die in Längsrichtung mit einem geringen Abstand (4) gleich ca. 3% kleiner als die kernlocherzeugenden Schneiden (2) angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden (5), welche zumindest in Anzahl der zu erstellenden Gewindeausnehmungstiefe vorhanden sind und sich bis Werkzeugschaft (30) erstrecken.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelgleiche Ausnehmung (13a) und deren Schneiden sowie deren Verlauf zur Bohrerachse (14) in Form einer Krümmung erfolgt, wobei in der Verbindung der übrigen Schneiden das Werkzeug auch mehrschneidig (gleich 3, 4 oder 5 Schneiden) erstellt sein kann.
Bohrgewindefräser nach einem der Ansprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich an den kernlocherzeugenden Schneidenbereich (2) und die gewindeerzeugenden Schneiden (5) eine weitere Schneidenreihe (31) anschließt, wobei hier die Stirnschneide nur im Bereich des Schneidenbereiches (8), welcher in seinem Ausmaß gleich seinem Fasenschneidenbereich (27) begrenzt ist, vorhanden ist und die Umfangsschneide (3), die Flankenschneide (9a), die gewindeerzeugenden Schneiden (5) voll vorhanden sind, wobei auch hier diese Schneiden (8+3) positiv schneidend (21) zur Bohrerachse (14) erstellt sind und die Spannut (11a) nur eine geringe Tiefe (11b) von ca. der Hälfte der Spannutentiefen (11) erreicht und der Abstand bei einem zweischneidigen Werkzeug zu den Hauptschneiden ca. 85° bzw. bei einem dreischneidigen Werkzeug ca. 57° beträgt.
Bohrgewindefräser nach einem der Ansprüche 6 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die an die Flankenschneide (9a) angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden (5) in ihrer offenen Flankenschneide (9), welche in Spanflussrichtung zeigt, nach hinten zur Bohrerachse (14) abgesenkt (17 oder 17a) sind (gleich Treppenform), wobei sich diese Absenkung auch noch in den Bereichen (17b oder 17c) bewegen kann.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die dort beinhalteten Schneiden und deren positive Anstellung, wie die auf ca. 0,3 X Gewindesteigung (P) reduzierten Umfangsschneiden (3) in Verbindung eines mit ca. 45° erstellten Schneidenbereiches (8) und deren jeweils positiv schneidende Anstellung (21) zur Bohrerachse (14) für alle erdenklichen Bohrgewindefräser bzw. deren Stirnschneidengeometrien beinhaltet ist.
Bohrgewindefräser nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die an die Flankenschneide (9a) angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden (5) in ihrer offenen Flankenschneide (9), welche in Spanflussrichtung zeigt, nach hinten zur Bohrerachse (14) abgesenkt (17 oder 17a) sind (gleich Treppenform), wobei sich diese Absenkung auch noch in den Bereichen (17b oder 17c) bewegen kann, auch auf allen bekannten Gewindewerkzeugen, sei es Werkzeuge, für welche eine Bohrungsausnehmung erforderlich ist oder auch Werkzeuge, mit welchen ins volle Material mit nur einem Werkzeug ein Gewinde erstellt werden kann, erstreckt.