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Die Erfindung betrifft eine Bohrstange gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer bekannten Bohrstange dieser Art (DE-PS 4 25 303), die eigentlich einen Stahlhalter für Mehrfachschneidwerkzeuge bildet, der das Abnehmen und Wiedereinsetzen des Werkzeughalters vereinfachen soll, um längere Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, werden die Werkzeugstähle hintereinander in einem Rahmen angeordnet und gegeneinander einstellbar befestigt, der dann mit dem Support fest verbunden wird. Eine Verformung dieses Rahmens beim Eingriff der Werkzeugstähle mit der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche ist unvermeidlich und wird, wie ohne weiteres ersichtlich, von einem Schneidstahl auf den anderen übertragen, sobald diese aufeinanderfolgend mit dem Werkstück in Eingriff treten, noch zumal zwischen den einzelnen Stählen sogenannte Zwischenlagen oder Druckstücke vorgesehen sind, die die Aufgabe haben, den Einspanndruck von Stahl zu Stahl zu übertragen. Selbst wenn der Rahmen dieses Stahlhalters an einer Bohrspindel befestigt wäre, würden die Verformungskräfte unweigerlich von einem Stahl auf den anderen übertragen werden und zu einer unerwünschten Stufenbildung in der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche führen.
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Grundsätzlich sieht sich der Fachmann bei Bohrstangen der genannten Art, an denen Bearbeitungswerkzeuge befestigt sind, dem Problem gegenüber, daß sich die Bohrstange beim Eingriff des Werkzeugs in das Werkstück elastisch verformt, so daß beim Aufeinanderfolgen eines sogenannten Vorschlichtwerkzeugs und eines Feinschlichtwerkzeugs beim Eingriff des Feinschlichtwerkzeugs in die vorgeschlichtete Bohrung aufgrund der Bohrstangenverformung es zu einer Stufenbildung in der zu bearbeitenden Bohrlochoberfläche kommt, die größer ist als die tolerierbare Durchmessertoleranz.
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Es ist nun zwar aus der DE-OS 18 01 558 ein Werkzeugaustauschsystem bekannt, bei dem ein zylindrischer Werkzeugkörper auf ebenfalls zylindrische oder konische Schaftkörper aufgeschraubt wird, wobei sich an dem dem Aufschraubende entgegengesetzten Ende des Werkzeugkörpers gegenüberliegende Schneidstähle an sogenannten Doppeleinsatzpatronen oder Nasen befinden; jedoch ist dabei die Anordnung so getroffen, daß die Verformung des mit einer Bohrstange vergleichbaren Spindelkörpers unter der Schnittkrafteinwirkung in jedem Fall die Lage aller am Bearbeitungsende des Spindelkörpers angebrachter Schneidwerkzeuge beeinflußt, und zwar selbst dann, wenn, wie bei der genannten Vorrichtung an sich überhaupt nicht vorgesehen, ein Vorschlichtwerkzeug und ein Feinschlichtwerkzeug in Axialrichtung des Spindelkörpers hintereinanderliegend gleichzeitig eine Bohrlochoberfläche bearbeiten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Bohrstange der genannten Art für spanabhebende Werkzeugmaschinen so auszubilden, daß die elastische Verformung des Werkzeughalters bzw. der Bohrstange nicht zu der unerwünschten Stufenbildung führt, falls Vorschlicht- und Feinschlichtwerkzeug hintereinander, d. h. in Richtung der Bohrstangenlängsachse, um eine Strecke versetzt, gleichzeitig mit der Bohrlochwandung in Eingriff stehen und das Vorschlichtwerkzeug das Bohrloch somit früher verläßt als das Feinschlichtwerkzeug.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Diese Lösung, die vermeidet, daß das Vorschlichtwerkzeug und das Feinschlichtwerkzeug zeitlich nacheinander in die Bohrung eingefahren werden und voneinander getrennt die Schlichtarbeit durchführen müssen, besteht nicht darin, die elastische Verformung der Bohrstange als solche vollständig zu verhindern, sondern sie bewirkt, daß die durch die Schnittkraft des Vorschlichtwerkzeugs verursachte Verformung nur in dem Teil der Stange vermieden wird, in dem das Feinschlichtwerkzeug befestigt ist. Somit kann beim Austreten des Vorschlichtwerkzeugs aus der Bohrung der Teil der Bohrstange, an dem das Vorschlichtwerkzeug befestigt ist, durchaus zurückfedern, ohne daß dieser Vorgang Auswirkungen auf das weiterhin mit der Bohrungswandung in Eingriff stehende Feinschlichtwerkzeug hat, da der sich bis an oder bis in die Nähe der Einspannebene der Bohrstange erstreckende offene Spalt verhindert, daß die Verformungskräfte vom Teil der Bohrstange für das Vorschlichtwerkzeug auf den Teil für das Feinschlichtwerkzeug übertragen werden. Auf diese Weise wird eine erhebliche Produktivitätssteigerung erzielt bei gleichzeitiger Verminderung der Bearbeitungskosten und Beibehaltung der Bearbeitungsgenauigkeit.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags sind die jeweils ein Drehwerkzeug tragenden Teile demontierbar.
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Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bekannten Bohrstange,
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Fig. 1a eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1,
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Bohrstange,
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Fig. 2a eine Stirnansicht der Bohrstange von Fig. 2, gesehen von rechts,
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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bohrstange,
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Fig. 3a eine Stirnansicht der Bohrstange von Fig. 3 von rechts,
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Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrstange,
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Fig. 4a eine Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 4,
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Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrstange,
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Fig. 5a eine Stirnansicht der Bohrstange von Fig. 5 von rechts,
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Fig. 6 eine Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrstange und
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Fig. 6a eine Stirnansicht der Bohrstange von Fig. 6 von rechts.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist anhand der Fig. 2 und 3 modellhaft veranschaulicht, wobei zum Zwecke der besseren Verständlichkeit angenommen ist, daß außer dem Starrheitsfaktor des Werkstücks und der Bohrstange auch der Starrheitsfaktor der Maschine unendlich ist, d. h. j G =∞, wobei unter Starrheitsfaktor der Quotient aus Kraft und in Kraftrichtung wirkender Bewegung, gemessen in Newton/mm, verstanden wird. Der Starrheitsfaktor j G der Maschine beträgt tatsächlich beispielsweise 2,5×10&sup4; Newton/mm, der Starrheitsfaktor j S der Bohrstange beispielsweise 0,2×10&sup4;, errechnet aus dem Quotienten f/y, wobei f die auf die Bohrstange wirkende Schnittkraft und y die in Kraftrichtung liegende Durchbiegung der Bohrstange bedeuten.
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Wenn gemäß Fig. 2 auf das in der Bohrstange 1 befindliche Vorschlichtwerkzeug 2 eine Schnittkraft F wirkt, bewegt sich im Moment der Einwirkung der Kraft F die Spitze 4 des Feinschlichtwerkzeugs 3 um den Wert y&sub1;>0 mm und gelangt in die Lage 4 a; in der Bohrung entsteht eine Stufe y&sub1; mm.
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Wird gemäß Fig. 3 eine Bohrstange 5 hergestellt, zwischen deren das Vorschlichtwerkzeug 2 tragendem Teil 6 und das Feinschlichtwerkzeug 3 tragendem Teil 7 ein sich bis in die Nähe der Einspannebene 9 der Bohrstange erstreckender, an dem einen Ende offener, fortlaufender Spalt 8 sich befindet, dann bewegt sich unter der Einwirkung der auf das Vorschlichtwerkzeug 2 wirkenden Kraft F die Spitze 4 des Feinschlichtwerkzeugs 3 nicht, d. h. y&sub2;=0. Somit wird das Feinschlichtwerkzeug 3 durch den Spalt 8 von der auf das Vorschlichtwerkzeug 2 wirkenden Kraft F unabhängig gemacht.
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Die Wirkung des Spaltes 8 kann zahlenmäßig genau ausgedrückt werden, wenn ein effektiver Starrheitsfaktor j G =∞ in Betracht gezogen wird.
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Die Schnittiefe des Vorschlichtwerkzeugs 2 ist gemäß Fig. 1
@W:°Kd°kÉþ°KD°k:2&udf54; ,
die Schnittiefe des Feinschlichtwerkzeugs 3
@W:°Kd°kÊþ°Kd°kÉ:2&udf54; ;
das Verhältnis der Schnittiefen ist nach allgemeiner technologischer Erfahrung
@W:°Kd°kÉþD°k:2&udf54;¤:¤@W:°Kd°kÊþ°Kd°kÉ:2&udf54;¤=¤4 .
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Im Falle der Bohrstange gemäß Fig. 2 entsteht bei solchen Daten nach den Festigkeitsberechnungen infolge Durchbiegung der stufenförmigen Halter eine Stufe &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Bei der Bohrstange gemäß Fig. 3 entsteht eine Stufe y&sub2; mm, welche wie folgt zu berechnen ist: &udf53;np40&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz3&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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In den Formeln sind
- F = Radialkomponente der auf das Bohrschlichtwerkzeug 2 wirkenden Schnittkraft in Newton;
j G = Starrheit der Maschine, des Spindelstockes, der Spindel usw.;
j S = Starrheitsfaktor der Bohrstange 5, wenn diese eine massive Bohrstange ohne den Spalt 8 ist, in Newton/mm;
j&min; S = Starrheitsfaktor des das Feinschlichtwerkzeug 3 tragenden Teils 7 der Bohrstange 5 in Newton/mm;
C = in Festigkeitsberechnungen berücksichtigte Konstante.
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Bei der schematischen Ansicht gemäß Fig. 3 kann der Werkzeughalter bzw. die Bohrstange mit zwei oder mehreren Schlichtwerkzeugen, z. B. mit Vorschlicht- und Feinschlichtwerkzeugen, verwirklicht werden. In Fig. 4 ist ein Werkzeughalter bzw. eine Bohrstange dargestellt, bei welchem bzw. welcher zwischen den die verschiedenen Schlichtwerkzeuge 2 a, 3 a tragenden Teilen 6 a, 7 a des Werkzeughalters 5 a ein sich bis in die Nähe der Einspannebene 9 a des Werkzeughalters 5 a erstreckender, an dem einen Ende offener, fortlaufender Spalt 8 a vorgesehen ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind im Arbeitsbereich des Werkzeughalters 5 a mehrere Spalte 8 a bis in die Nähe der Einspannebene des Werkzeughalters 5 a ausgearbeitet. Auf irgendeinem Teil sind mehrere Schlichtwerkzeuge befestigt. Zwecks Bearbeitung der konzentrischen Bohrungen 11, 12 des Werkstücks 10 können sämtliche Schlichtwerkzeuge 2 a, 3 a gleichzeitig eingreifen, wobei sie sich nicht oder nur geringfügig gegenseitig beeinflussen. Die aufeinanderfolgende Schneidkantenentfernung z der in einer Bohrung arbeitenden Schlichtwerkzeuge kann auch sehr klein, sogar nur 0,5 bis 1 mm sein.
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Im allgemeinen können die die Schlichtwerkzeuge 2 a, 3 a tragenden Teile mit dem Werkzeughalter 5 a gemäß Fig. 4 eine Einheit bilden; es bedeutet jedoch eine weitere vorteilhafte Ausführung, wenn z. B. bei Bohrungen großen Durchmessers gemäß Fig. 6 die tragenden Teile 6 a, 7 a auf einen Grundhalter 14 gesondert aufmontiert werden können.
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Ein Beispiel für die konkrete Verwendung der erfindungsgemäßen Bohrstange wird nachfolgend beschrieben:
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Der Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung ist 136,550 mm, ihre Länge 48 mm, der Starrheitsfaktor der Maschine j G =4,0 · 10&sup4; Newton/mm, der Starrheitsfaktor der massiven Bohrstange j G =3,0 · 10&sup4; Newton/mm, der Starrheitsfaktor des das Feinschlichtwerkzeug tragenden Teils 0,24 · 10&sup4; Newton/mm, der Toleranzbereich der Bohrung ±0,013 mm.
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Bei Verwendung der bekannten Bohrstange beträgt die maschinelle Hauptzeit 1,6 Minuten. Werden aber gleichzeitig Vorschlicht- und Feinschlichtwerkzeuge, jedoch mit der Bohrstange ohne Spalt verwendet, dann entsteht eine Stufe von 0,013 mm pro Seite, was eindeutig Ausschuß bedeutet.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Bohrstange beträgt die maschinelle Hauptzeit 0,8 Minuten, die Stufe ist nur 0,003 mm pro Seite, was 23% der Hälfte des Toleranzbereiches ausmacht.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Bohrstange ist besonders für Sondermaschinen und für Bearbeitungsfälle mit gleichzeitigem Vorschlichten und Feinschlichten vorteilhaft. Diese Bohrstange kann auch zum gleichzeitigen Feinbohren von konzentrischen Bohrungen verwendet werden, wenn anstatt des Vorschlichtwerkzeugs ein Feinschlichtwerkzeug montiert wird. Durch diese Bohrstange werden die Bearbeitungszeiten verkürzt, die Zahl der Aufspannungen verringert und der maschinelle Aufwand insgesamt verkleinert.