Stellen Sie sich vor, sich vor einer Knieoperation zu befinden, unter der Obhut eines erfahrenen orthopädischen Chirurgen. Präzisionsinstrumente, modernste Überwachungsgeräte und jahrzehntelange Erfahrung
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Jun

Wie man Straighter bohrt: Konzentrizität beim Bohren von Tiefenlöchern

Stellen Sie sich vor, sich vor einer Knieoperation zu befinden, unter der Obhut eines erfahrenen orthopädischen Chirurgen. Präzisionsinstrumente, modernste Überwachungsgeräte und jahrzehntelange Erfahrung liegen vor, da sie ein Verfahren durchführen, das idealerweise zu mehr Tagen auf dem Platz führen wird. Das chirurgische Team arbeitet geduldig und sorgfältig auf ein erfolgreiches Ergebnis hin, setzt auf Werkzeuge, um ihre Bewegungen präzise zu steuern, indem es Instrumente genau dort platziert, wo sie im Körper sein müssen, und nicht einmal einen halben Millimeter ab. Damit tiefe Löcher in Bauteilen genau sind – einschließlich chirurgischer Werkzeuge – müssen sie enge Konzentrizitätstoleranzen einhalten, und beim Schießen geschieht dies am besten bei der Gegenrotation. Für einen Hersteller ist dies von entscheidender Bedeutung. Für einen Endbenutzer, oder in diesem Fall einen Patienten, der vor einer Operation steht, kann es den Unterschied machen.

Diese Präzisionsteile sind eine von mehreren Anwendungen, die tiefe Bohrungen aufweisen, bei denen die Konzentrizität für die Funktion des Bauteils entscheidend ist. Konzentrizitätstoleranzen werden erreicht, wenn die Bohrung der gewünschten Achse des Teils folgt, wodurch Driftvom Eingangspunkt zum Ausgang vermieden wird. In einem runden Teil mit Bohrungen im Zentrum ist dies leicht zu veranschaulichen; Einige Anwendungen können tiefe Löcher enthalten, die außerhalb der Mitte oder in nicht runden Teilen liegen, aber dennoch enge Anforderungen an die Konzentrizität haben.

Eine geringe Konzentrizität in einigen Anwendungen kann zu Teilen mit schwachen Seitenwänden, nicht übereinstimmenden Löchern oder sogar verschrotteten Teilen führen. In anderen Fällen können die Hersteller die Produktion dieser Komponenten aufgrund der wahrgenommenen Unmöglichkeit oder Unproduktivität ablehnen. Durch die Zugabe eines Gegendrehverfahrens auf Tieflochbohrgeräten können kritische Rundumtoleranzen sowohl erreichbar als auch wirtschaftlich werden.

Wie gegen-Rotation die Konzentrizität verbessert

Das Bohren eines tiefen Lochs wird üblicherweise erreicht, indem die Schnittfläche eines Werkzeugs mit zwei gegensätzlichen Spindeln in einem horizontalen Aufbau gegen das Metall eines Werkstücks dreht wird. Typischerweise besteht dies aus einem stationären Werkstück und rotierendem Werkzeug, kann aber auch mit einem rotierenden Werkstück und stationärem Werkzeug oder einer dritten Option mit einem gegenläufigen Werkzeug und Werkstück konfiguriert werden.

Gemeinsame Bearbeitungszentren verwenden ein rotierendes Schneidwerkzeug, z. B. eine Mühle, und ein feststehendes, stationäres Werkstück. Eine Drehmaschine dreht alternativ ein Werkstück und schneidet mit einem stationären Werkzeug. In den meisten Fällen reichen Solche Setups aus, um die Ziele und Toleranzen einer Mehrheits-Metallschneidaufgaben zu erreichen, sind aber begrenzt, wenn es um extremere Toleranzen und Tiefen-Durchmesser-Verhältnisse geht.

Eine Werkzeugrotationskonfiguration ist am wenigsten genau, wenn es um Konzentrizität geht. In diesem Setup wird geglaubt, dass die Schwerkraft auf die Basis und den Schaft des Werkzeugs wirkt, nicht auf die Bohrspitze und zusammen mit der Drehung des Werkzeugs. Aufgrund der relativen Position des Werkzeugs und der Schwerkraft zum Werkstück führt diese Konfiguration zu den schlechtesten Ergebnissen. Dieser Werkzeugdrehprozess ist üblich für flachere Löcher auf einem Bearbeitungszentrum, aber wenn Löcher tiefer werden und Toleranzen enger werden, funktioniert dies nicht mehr als Lösung.

Werkstück-Dreh-Setups erzeugen Bohrungen, die etwa doppelt so konzentrisch sind wie Werkzeugdrehungen. Ein rotierendes Werkstück verändert die relative Schwerkraft im Vergleich zur Werkstückposition und negiert einige der Auswirkungen auf das fertige Loch. Ein rotierendes Werkstück kann auf einer Drehmaschine mit begrenzter Leistung durchgeführt werden, wird aber idealerweise auf einer speziellen Tiefbohrmaschine ausgeführt.

TieflochbohrdiagrammDas gegenläufige Werkzeug und das Werkstück verbessern sich bei beiden deutlich, da die Kräfte nie statisch sind – die wechselnde relative Schwerkraft und Ausrichtung sorgt für Bohrbedingungen ohne eine einzige konstante Netzrichtung, der das Werkzeug folgen wird. In diesem Setup ist das Werkzeug vom Driften eingeschränkt und erzeugt eine viel konzentrischere fertige Bohrung.

Die Gegenrotation ist mit der richtigen Ausrüstung und Einrichtung leicht erreichbar, egal ob es sich um kleinere Geschützbohrungen oder um größere, längere BTA-Bohrkomponenten handelt.

Tiefe Bohrungen werden in der Regel als alles mit einem Tiefen-Durchmesser-Verhältnis (D:d) von etwa 10:1 oder höher klassifiziert und können sogar extreme Verhältnisse von 100:1 erreichen. Da tiefe Löcher Annäherungsverhältnisse von 20:1 oder mehr, Bohren mit Spezialwerkzeugen auf speziellen Geräten ist optimal. Moderne Tiefbohrmaschinen wurden entwickelt, um das Potenzial von Werkzeugen wie Gundrill- und BTA-Prozessen zu maximieren.

Die Daten

Um den Einfluss der Gegendrehung darzustellen, wurde ein Test an einem 4140HT Werkstück, 30 Zoll Länge, 3/4″ Außendurchmesser und einem 1/4″ Bohrloch durchgeführt. Die Tiefe bis zum Durchmesser (D:d) dieses Tests beträgt 120:1. Dieses Teil ist leicht repräsentativ für eine Kraftübertragungswelle oder ein Luft- und Raumfahrtgestänge.

Das Bohren dieser Prüfgeräte ergab folgende Ergebnisse (mit Ultraschall gemessen):

  • Rotierendes Werkzeug, stationäre Arbeit: 0,026 Zoll Drift bei 30 Zoll Bohrlänge
  • Stationäres Werkzeug, Rotierende Arbeit: 0,015 Zoll Drift bei 30 Zoll Bohrlänge
  • Rotierendes Werkzeug, Counter Rotate Work: 0,009 Zoll Drift bei 30 Zoll Bohrlänge
    *Die Ergebnisse können je nach Material, Tiefendurchmesserverhältnis, Werkzeugen usw. variieren.

Bohrungen mit einem Tiefendurchmesserverhältnis von 40:1 oder weniger können mit begrenzter Drift mit Standardbohrverfahren durchgeführt werden. Jenseits von 40:1 beginnt die Gegenrotation wirklich Vorteile mit minimalem Drift zu liefern.

Total Drift Vergleich, Bohrmethoden

  • Rotating Tool - Stationary Workpiece
  • Stationary Tool - Rotating Workpiece
  • Counter-Rotating Tool and Workpiece

Erste Schritte mit gegenläufigen Tiefbohrlöchern

Typische Bearbeitungszentren sind oft nicht in der Lage, tiefe Bohrungen größer als ein 20:1 D:d-Verhältnis zu bohren, und sind nicht für die Gegenrotation konfiguriert. Vielmehr sind spezielle Tiefbohrmaschinen eine überlegene Überlegung, da sie speziell für die Steuerung präziser Gegenrotation entosen von Geschützbohr- und BTA-Prozessen entwickelt wurden.

Tiefbohrmaschinen, die eine erfolgreiche Gegenrotation ermöglichen, umfassen die richtigen Komponenten, die bearbeitet und montiert werden, um eine überlegene Ausrichtung zu erhalten. Diese reichen vom Maschinensockel über rotierende Lagergruppen und Spindeln bis hin zur Werkzeug- und Werkstückstütze , die allesamt die Ausrichtung aufrecht erhalten und als System arbeiten. Dadurch kann die Maschine die Genauigkeit während der Bewegung beibehalten und Konzentrizitätstoleranzen in der gesamten Tiefe der Bohrung halten.

rotierendes TieflochbohrwerkstückBei Tiefbohrmaschinenbauern beginnen Ausrichtungsüberlegungen mit der Maschinenbasis. Jedes Bauteil ist mit Ausrichtung als Priorität, sowie Bearbeitung und Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Schwerkraft konzipiert. Die Gegenrotation ist zwar auf Maschinen möglich, die mit einer zweiten rotierenden Gruppe nachgerüstet werden, muss aber häufig einem Ausrichtungsverbesserungsprozess unterzogen werden, der zusätzliche Herausforderungen mit sich bringt. Geräte, die zu diesem Zweck entwickelt wurden, haben die richtige Kombination von Vorteilen, um Konzentrizitätstoleranzen für fast jeden Bediener handhabbar zu machen.

Auf einer gegenläufigen Bohrmaschine bietet eine gute Bedienerschnittstelle ein vollständiges Bild der Prozessinformationen sowie die Kontrolle über Prozessparameter, für die Feinabstimmung und Prozesswiederholung. Hersteller können ihre Gegenrotationsanwendung optimieren und eine hochpräzise und effiziente Produktion erzielen.

Ein allgemeiner Ausgangspunkt für die Gegendrehung besteht darin, ein Drittel der Gesamtgeschwindigkeit vom Werkstück und zwei Drittel der Geschwindigkeit vom Werkzeug zu ermöglichen. Dies ist ein in der Regel empfohlener Ausgangspunkt für gegenläufiges Bohren mit Zuversicht. Bediener können sich auf ihre spezifische Anwendung einstellen und mit Industriepartnern an empfohlenen Parametern arbeiten, um die Ziele für Tiefbohrungen zu erreichen.

Produktivitätsüberlegungen

Die Zugabe von Gegenrotation in einem Tieflochbohrverfahren gibt den Bedienern einen zusätzlichen Faktor, der sowohl für Spezifikations- als auch für Produktionsanforderungen optimiert werden kann. Die Möglichkeit, verbesserte Konzentrizitätstoleranzen mit Gegenrotation zu halten, ermöglicht den Betrieb von Vorschübenn mit optimalen Geschwindigkeiten und verlängert die Standzeit. Hersteller können zuverlässig mehr Teile pro Stunde produzieren, mit weniger Werkzeugwechseln und verbessertem Werkzeugverbrauch.

Bei Anwendungen, bei denen Die Konzentrizität in der Tat von entscheidender Bedeutung ist, sind die Produktivitätsvorteile erheblich und rechtfertigen die zusätzliche Fähigkeit leicht. Die Gegenrotation erzeugt konsequent eine konzentrischere Bohrung, die in der Regel mit höheren Oberflächenschnittgeschwindigkeiten besteht und den Herstellern sowohl in Bezug auf Genauigkeit als auch Effizienz deutliche Vorteile bietet.

Hersteller können ihre Leistungsfähigkeit erhöhen, Lochtoleranzen verbessern und die Produktivität optimieren, was letztendlich Kosten senkt und einen wettbewerbsfähigen Fertigungsvorteil bietet. Mit den richtigen Ressourcen ist das Bohren von tiefen Löchern mit extremer Konzentrizität wirtschaftlich, wiederholbar und kommerziell rentabel.