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Bohren - Tiefbohrmaschinen

Tiefbohrmaschinen

Mit Tiefbohrmaschinen werden Bohrungen hergestellt, bei denen das Verhältnis zwischen Bohrtiefe und Bohrdurchmesser in der Regel größer als 10 ist. Die klassischen Tiefbohrverfahren sind das Einlippenbohren, das BTA (Boring and Trepaning Association)-Bohren und das Ejektorbohren. Die Verfahren unterscheiden sich im Wesentlichen in der KSS-Zufuhr und in der Abfuhr des KSS-Spänegemischs.

Tiefbohrmaschine für Einlippenbohren

Bild 1 zeigt den typischen Aufbau einer Tiefbohrmaschine zur Bearbeitung wellenförmiger Werkstücke. Diese Maschinen werden in der Regel in 1- bis 6-spindliger Ausführung gebaut. Das heißt es werden bis zu 6 Werkstücke gleichzeitig bearbeitet.

Standard-Tiefbohrmaschine für Einlippenbohren (TBT Tiefbohrtechnik, Dettingen)

Basis der Maschine ist das Maschinenbett (1). Tiefbohrwerkzeuge sind bei der Zerspanung durch den extremen Schlankheitsgrad außerordentliche Schwingungserreger. Die auftretenden Schwingungen in Form von Biegeschwingungen und Axialschwingungen verursacht durch die Vorschubkraft, sowie Torsionsschwingungen verursacht durch das zu übertragende Drehmoment erfordern ein steifes Maschinenbett mit großer Masse. Die Betten werden überwiegend in geschweißter Stahlausführung hergestellt, bei größeren Belastungen in Compositbauweise, d. h. geschweißte Stahlhülle gefüllt mit wasser- oder kunstharzgebundenem Beton zur Körperschalldämpfung. Betten für Serienmaschinen werden teilweise in gegossener Ausführung oder als komplette Polymerbetonbetten hergestellt. Zur Führung der Spindeleinheit werden auf der Bettoberseite überwiegend entsprechend dem aktuellen Stand der Technik lineare Wälzführungssysteme aufgeschraubt. Über die Spindeleinheit (2) wird das Tiefbohrwerkzeug aufgenommen und erhält hier die Rotations- und Vorschubbewegung. Die in der Spindeleinheit eingebaute Hauptspindel wird entsprechend den Belastungen als relativ kurze Spindel ausgeführt, da werkzeugseitig nur Axialkräfte und keine Querkräfte auftreten. Die Spindel ist hohlgebohrt zur Durchführung des KSS. Durch die hohen Drehzahlen erfolgt die Lagerung über vorgespannte Präzisionsschrägkugellager. Die Spindelnase wird überwiegend als Kurzkegel nach DIN 55028 ausgeführt, auf den dann dem Werkzeug entsprechende Werkzeughalter aufgesetzt werden. Vorzugsweise kommen für das Einlippenbohren speziell entwickelte und über VDI 3208 [1] standardisierte Werkzeugaufnahmen zum Einsatz. Der Spindelantrieb erfolgt über stufenlos regelbare Asynchronmotoren. Die Motorbewegung wird mittels Keilrippenriemen oder Zahnriemen auf die Hauptspindel übertragen.

Maschinen für kleine Bohrdurchmesser werden üblicherweise mit Motorspindeln mit max. Drehzahl bis über 30 000 1/min bestückt. Bei Maschinen für größere Bohrdurchmesser kommen automatisch schaltbare 2-stufige Getriebe zum Einsatz. Durch die starken Torsionsschwingungen sind steife und dämpfende Spindelantriebe mit hoher Masse erforderlich. Am Spindelende wird die Drehdurchführung zur Zufuhr des Hochdruck-KSS angebaut. Speziell bei kleinen Bohrdurchmessern werden an die Drehdurchführung extreme Anforderungen gestellt, da hierbei Drehzahlen größer 30 000 1/min und KSS-Drücke bis 250 bar zu bewältigen sind.
Durch die starken Axialschwingungen ist ein steifes, stufenlos regelbares Vorschubsystem (9) erforderlich. Bei Einlippentiefbohrmaschinen werden in der Regel Kugelgewindetriebe in Verbindung mit direkt, oder über Zahnriemen oder Getriebe gekoppelten Servoantrieben eingesetzt. Etwa in Maschinenmitte ist der Bohrbuchsenträger (5) aufgebaut. Entsprechend der Bauteilbezeichnung trägt dieser Körper auf der, dem Werkstück zugewandten Seite die Anbohrführung. Bei Maschinen zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken ist in der Anbohrführung auch die Werkstückspannung in Form einer Spannkone, einer flanschartigen Scheibe mit einem, dem Werkstückdurchmesser entsprechenden Innenkegel eingebaut. In die zur Spindeleinheit zeigende Seite des Bohrbuchsenträgers wird eine Abdichtung eingebaut, die das in der Werkzeugsicke zurückströmende KSS-/Spänegemisch nicht aus dem Bohrbuchsenträger austreten lässt. Das KSS-/Spänegemisch wird über den Bohrbuchsenträger aus der Maschine ab und der KSS-Anlage zugeführt. Um ein Aus knicken langer Einlippenbohrwerkzeuge zu verhindern werden zwischen Spindeleinheit und Bohrbuchsenträger eine oder mehrere Werkzeuglünetten (3) eingebaut. Die ungestützte Werkzeuglänge darf den Faktor von ca. 40 × D (Werkzeugdurchmesser) nicht überschreiten. Durch die Spindeleinheit werden während des Bohrvorgangs die Werkzeuglünetten in Richtung des Bohrbuchsenträgers geschoben und über eine Schleppeinrichtung beim Rückhub automatisch in der Ausgangsstellung positioniert. Zur Werkstückspannung ist auf der linken Maschinenseite ein Reitstock (8) aufgebaut, der entsprechend der Werkstücklänge positioniert werden kann. Zentrierung und Drehmomentübertragung erfolgt überwiegend durch axiales Einspannen des Werkstücks zwischen Spannkonen auf Seite des Reitstocks und an der Anbohrführung. Die Anpresskraft wird hydraulisch oder elektromechanisch aufgebracht. Teilweise werden reitstockseitig auch hydraulisch betätigte Spannfutter eingesetzt. Um den Bohrungsverlauf zu minimieren werden diese Maschinen überwiegend mit einer rotierenden Werkstückspanneinrichtung ausgerüstet. Die Maschinenverkleidung ist eine Sicherheitseinrichtung und wird teilweise auch als Lärmschutzeinrichtung ausgeführt.

Kubische Werkstücke werden auf Bohrwerken entsprechend Bild 2 bearbeitet. Diese Art von Maschine zeigt im Werkzeugbereich die gleichen Funktionselemente wie die Maschine für wellenförmige Werkstücke. Jedoch kann hier die Bearbeitungseinheit oder das Werkstück über lineare und rotative Bewegungen positioniert werden, sodass bis zu dreidimensional im Raum liegende Bohrungen hergestellt werden können. Überwiegend sind auf diesen Maschinen außer Tiefbohren auch Fräsbearbeitungen, Spiralbohr-, Senk- und Gewindebohroperationen möglich.

Bild 2: Bohrwerk zum Bearbeiten kubischer Werkstücke (TBT Tiefbohrtechnik, Dettingen)


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