Wie funktioniert das CNC-Ausdrehen und welches Ausdrehwerkzeug sollten Sie wählen?

Überblick über das CNC-Ausdrehen

Genauigkeitsanforderungen beim Ausdrehen

Das Bohren ist einer der wichtigsten Bearbeitungsvorgänge, die auf einem Bearbeitungszentrum durchgeführt werden. Damit lassen sich die Maß- und Geometrietoleranzen eines Lochsystems präzise einhalten und Fehler korrigieren, die beim vorhergehenden Arbeitsgang entstanden sind.

Die meisten durch Bohren hergestellten zylindrischen Bohrungen sind kritische Pass- oder Stützbohrungen in Maschinenbauteilen und erfordern daher eine relativ hohe Maßgenauigkeit. Allgemeine Passbohrungen werden üblicherweise nach IT7 oder IT8 gefertigt, Bohrungen in Spindelgehäusen erfordern unter Umständen IT6, und weniger anspruchsvolle Bohrungen werden oft nach IT11 gefertigt.

Bei hochpräzisen Bohrungen in Halterungen und Hülsen sowie bei kritischen Bohrungen in Gehäusen sollte die geometrische Genauigkeit im Allgemeinen innerhalb eines Drittels bis zur Hälfte der Toleranz des Bohrungsdurchmessers liegen. Der Achsabstandsfehler zwischen Bohrungen wird üblicherweise auf ±0,025 bis 0,06 mm begrenzt, während der Parallelitätsfehler zwischen zwei Bohrungsachsen auf 0,03 bis 0,10 mm begrenzt wird. Die typische Oberflächenrauheit der Bohrungen beträgt Ra 1,6 bis 0,4 µm.

Prozessstufen beim Ausdrehen

Das Bohren von Löchern erfolgt häufig in den Schritten Grobbohren, Halbfertigbohren und Fertigbohren. Die erforderlichen Arbeitsschritte hängen von der Bohrungstoleranz, dem Werkstückmaterial und der Bauteilkonstruktion ab.

Grobbohren

Das Grobbohren ist ein wichtiger Vorbereitungsschritt für zylindrische Bohrungen. Dabei werden Bohrungen in Guss- oder Schmiedeteilen sowie bereits gebohrte oder senkgebohrte Bohrungen bearbeitet, um geeignete Voraussetzungen für das Halbfertig- und Fertigbearbeiten zu schaffen. Außerdem werden dadurch Fehler im Rohteil wie Risse, Sand- und Poreneinschlüsse frühzeitig aufgedeckt.

Beim Grobbohren werden in der Regel 2 bis 3 mm Materialzugabe pro Seite für das Halbfertig- und Fertigbohren belassen. Bei Präzisionsgehäuseteilen kann nach dem Grobbohren zudem ein Tempern oder Auslagern erforderlich sein, um die während der Bearbeitung entstandenen inneren Spannungen abzubauen, bevor das Fertigbohren durchgeführt wird.

Hohe Schnittparameter führen beim Grobbohren zu hohen Schnittkräften und Temperaturen sowie zu starkem Werkzeugverschleiß. Ein Grobbohrwerkzeug muss daher über ausreichende Festigkeit und Schlagzähigkeit verfügen. Seine Geometrie sollte die Schnittkraft und die Belastung des Bearbeitungssystems reduzieren und gleichzeitig eine effektive Wärmeableitung ermöglichen.

Halbfertigbohren

Beim Halbfertigbohren wird die Bohrung für das Fertigbohren vorbereitet, indem die nach dem Schruppen verbleibenden Unebenheiten ausgeglichen werden. Für eine hochpräzise Bohrung können zwei Halbfertigbohrdurchgänge erforderlich sein. Im ersten Durchgang wird der größte Teil des unebenen Materials abgetragen, im zweiten Durchgang wird der verbleibende Überschuss entfernt, um die Maß- und Formgenauigkeit zu verbessern und die Oberflächenrauheit zu verringern.

Beim Halbfertigbohren werden in der Regel 0,3 bis 0,4 mm Material pro Seite für das Fertigbohren belassen. Bei einer Bohrung mit geringeren Genauigkeitsanforderungen kann manchmal direkt vom Grobbohren zum Fertigbohren übergegangen werden.

Fertigbohren

Beim Fertigbohren werden eine höhere Schnittgeschwindigkeit und ein geringerer Vorschub eingesetzt, um das beim Schrupp- oder Halbfertigbohren verbleibende geringe Aufmaß abzutragen und die vorgegebene Innenfläche präzise zu erzielen.

Nach dem Grobbohren sollten die Spannplatten gelöst und das Werkstück neu eingespannt werden, um den Einfluss von Spannverformungen auf die Endgenauigkeit zu verringern. Eine typische radiale Schnitttiefe beim Feinbohren beträgt mindestens 0,01 mm, und der Vorschub beträgt mindestens 0,05 mm/U.

Arten von Ausdrehwerkzeugen und ihre Auswahl

Der Schneidbereich eines Bohrwerkzeugs für Bearbeitungszentren ähnelt im Wesentlichen dem eines Außen-Drehwerkzeugs. Beim Bohren auf einem Bearbeitungszentrum wird jedoch in der Regel ein freitragendes Werkzeug verwendet, weshalb die Bohrstange eine ausreichende Steifigkeit und Genauigkeit aufweisen muss. Es stehen Werkzeuge für unterschiedliche Schnittbedingungen zur Verfügung, die je nach Anzahl der Schneidkanten in ein- oder zweischneidige Bohrwerkzeuge unterteilt werden können.

Einschneidige Ausdrehwerkzeuge

Die meisten einseitigen Bohrwerkzeuge verfügen über eine einstellbare Konstruktion. Die abgebildeten Ausführungen (a), (b) und (c) werden für Durchgangsbohrungen, Stufenbohrungen und Sacklöcher verwendet. Mit der Schraube 1 wird der Schnittdurchmesser eingestellt, während die Schraube 2 die Einstellung arretiert.

Ein einseitiges Werkzeug weist eine relativ geringe Steifigkeit auf und kann während des Schneidvorgangs in Schwingungen geraten; daher wird ein größerer Anstellwinkel gewählt, um die Radialkraft zu verringern. Der Bearbeitungsdurchmesser wird durch Verschieben des Bohrwerkzeugs eingestellt, was die Justierung umständlich macht und die Effizienz mindert. Diese Bauweise wird hauptsächlich für die Einzel- und Kleinserienfertigung verwendet. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus und ihrer breiten Anpassungsfähigkeit ist sie dennoch weit verbreitet.

Zweischneidige Ausdrehwerkzeuge

Ein einfaches Doppelkant-Bohrwerkzeug verfügt über zwei symmetrische Schneidkanten an den gegenüberliegenden Enden, wobei beide Kanten gleichzeitig schneiden. Durch die ausgeglichene Schneidwirkung wird ein Großteil der auf die Bohrstange wirkenden Radialkraft aufgehoben. Dies ermöglicht größere Schnittparameter, verringert die erforderliche Steifigkeit der Bohrstange, begrenzt Vibrationen und verbessert die Schneidleistung.

Wendeschneidplatten-Bohrwerkzeuge mit doppelter Schneide finden breite Anwendung, da ihre Wendeschneidplatten leicht auszutauschen sind, kein Nachschleifen erfordern und sich einfach einstellen lassen. Durch symmetrischen Schnitt lässt sich eine hohe Bohrgenauigkeit erzielen. Im Vergleich zu einem einseitigen Werkzeug kann der Vorschub pro Umdrehung etwa verdoppelt werden, was die Produktivität steigert.

Bohrungen mit großem Durchmesser können mit einem verstellbaren Doppelschneiden-Bohrwerkzeug bearbeitet werden, dessen Kopf einen großen Verstellbereich ermöglicht. Der maximale Bohrdurchmesser kann bis zu 1.000 mm betragen.

Feineinstellbare Ausdrehwerkzeuge

Feinjustierbohrwerkzeuge werden häufig für die Fertigbohrung auf Bearbeitungszentren eingesetzt. Ihr Radialmaß lässt sich innerhalb eines definierten Bereichs mit einer Skalenauflösung von 0,01 mm einstellen.

Um das Werkzeug einzustellen, lösen Sie zunächst die Klemmschraube, drehen Sie dann die Einstellmutter mit Skala, bis der Schneidkopf den gewünschten Durchmesser erreicht hat, und ziehen Sie schließlich die Schraube wieder fest. Diese Art von Bohrwerkzeug weist einen relativ einfachen Aufbau auf und bietet hohe Genauigkeit, gute Vielseitigkeit und hohe Steifigkeit.