Die Säulenbohrmaschine meistern: Sicherheit, Techniken und Gewindeschneiden

Lernziele

Nach Abschluss dieser Einheit sollten Sie in der Lage sein:

• Eine Säulenbohrmaschine zu identifizieren
• Die Sicherheitsregeln zu verstehen
• Das verwendete Werkzeug zu beschreiben
• Das Reiben von Bohrungen zu beschreiben
• Den Bohrprozess zu beschreiben
• Die Verfahren für maschinelles und manuelles Gewindeschneiden zu beschreiben
• Die Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben zu beschreiben

Beschreibung

Bohrmaschinen, auch Säulenbohrmaschinen genannt, werden hauptsächlich verwendet, um zylindrische Bohrungen in Werkstücke zu bohren oder zu erweitern. Die Hauptoperation an der Säulenbohrmaschine ist das Bohren, aber weitere mögliche Operationen umfassen: Reiben, Senken, Ausbohren und Gewindeschneiden.

Die im Schulungsbetrieb verwendete Standbohrmaschine ist ein sehr gängiger Maschinentyp, der sowohl in Heimwerkstätten als auch in industriellen Betrieben anzutreffen ist. Diese Bauart besteht aus vier Hauptbaugruppen: dem Kopf, dem Tisch, der Säule und dem Fuß.

Der Kopf enthält den Motor und den variablen Geschwindigkeitsmechanismus, der die Spindel antreibt. Die Spindel ist im Quill (Spindelhalter) untergebracht, der entweder manuell oder automatisch verfahren werden kann. Der Tisch ist an der Säule montiert und dient zur Werkstückaufnahme. Er kann je nach Bearbeitungsbedarf an der Säule höhenverstellt werden. Die Säule bildet das Rückgrat der Maschine; Kopf und Fuß sind daran befestigt, und sie dient als Führung für den Tisch. Der Gusseisenfuß ist das tragende Element der gesamten Struktur.

Sicherheit

1. Machen Sie sich mit der Lage der Ein- und Ausschalter vertraut.
2. Der Bohrmaschinentisch muss von lose herumliegenden Werkzeugen und Materialien freigehalten werden.
3. Stellen Sie sicher, dass alle Bohrer geschärft sind und die Bohrfutter einwandfrei funktionieren. Stumpfe Bohrer, beschädigte Schäfte oder Aufnahmen dürfen nicht verwendet werden.
4. Entfernen Sie Späne niemals mit der Hand vom Tisch. Verwenden Sie Pinsel oder andere geeignete Werkzeuge.
5. Führen Sie keine Wartungsarbeiten durch, ohne das Netzkabel gezogen zu haben.
6. Stecken Sie den Bohrfuttersenschlüssel erst ein, wenn die Maschine vollständig ausgeschaltet und zum Stillstand gekommen ist.
7. Riemen und Scheiben müssen jederzeit abgedeckt sein. Bei Beschädigung sofort dem Ausbilder melden.
8. Alle Werkstücke müssen vor Beginn der Bearbeitung in einem Schraubstock oder mit Spannzwingen gesichert werden.
9. Bewegt sich das Werkstück im Schraubstock oder in der Spannvorrichtung:
   • Versuchen Sie nicht, das Werkstück von Hand festzuhalten.
   • Versuchen Sie nicht, den Schraubstock oder die Spannvorrichtung bei laufender Maschine nachzuziehen.
   • Schalten Sie die Maschine aus und warten Sie, bis sie vollständig zum Stillstand gekommen ist, bevor Sie nachspannen.
10. Verwenden Sie die richtigen Drehzahlen und Bohrerarten für das zu bearbeitende Material.
11. Beim Einspannen des Bohrers muss dieser vollständig und zentriert im Futter sitzen.
12. Verhindern Sie, dass der Bohrer den Tisch berührt, indem Sie einen Abstandsblock verwenden und den Vorschubhub einstellen.
13. Führen Sie den Bohrer stets langsam in das Werkstück ein. Bei tiefen Bohrungen ziehen Sie den Bohrer häufig zurück, um Späne zu entfernen.
14. Bevor Sie die Bohrmaschine für beliebige Zeit verlassen, schalten Sie die Stromversorgung aus und warten Sie, bis die Maschine vollständig zum Stillstand gekommen ist.
15. Bei Beobachtung unsicherer Zustände oder Bewegungen an der Bohrmaschine melden Sie dies sofort dem Ausbilder.
16. Halten Sie die Bohrmaschine stets sauber und ordentlich.

Verfahren

Für den erfolgreichen Betrieb der Säulenbohrmaschine muss der Bediener mit der Maschine und dem gewünschten Vorgang vertraut sein. Folgende Punkte sind beim Bohren einer Bohrung zu beachten:

1. Vor dem Bohren die Bohrungsposition durch zwei sich kreuzende Linien markieren. Mit einem Körner eine Einkerbung für die Bohrerspitze anbringen, um das Anbohren zu erleichtern.
2. Den passenden Bohrer entsprechend der benötigten Größe auswählen.
3. Einen geeigneten Zentrierbohrer wählen.
4. Eine Kühlschmierflüssigkeit auswählen.
5. Das Werkstück ordnungsgemäß auf dem Tisch spannen.
6. Die richtige Drehzahl (U/min) für den Bohrer wählen. Dabei beachten: Bohrergröße, Material und Bohrtiefe.
7. Unterbrochenen Vorschub (Spänebrechen, „Peck Drilling“) anwenden, um die entstehenden Späne zu brechen.
8. Bei Bohrungen über 3/8" Durchmesser Vorbohrungen verwenden. Bohrungen in Schritten von maximal 1/4" erweitern.
9. Nach Abschluss die Bohrmaschine und den umliegenden Bereich reinigen.

Hinweis: Starre Regeln sind nicht für jeden Bohrmaschineneinsatz praktikabel, da viele Faktoren die Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub beeinflussen. Die obigen Empfehlungen in Kombination mit Kenntnis des verwendeten Werkzeugs geben dem Bediener einen vernünftigen Leitfaden.

Werkzeug

Spiralbohrer (Twist Drills)

Ein Spiralbohrer ist ein spitzes Schneidwerkzeug zur Herstellung zylindrischer Bohrungen. Er besitzt spiralförmige Nuten entlang seiner Länge zum Abtransport der Späne. Spiralbohrer sind heute am weitesten verbreitet, es gibt jedoch viele weitere Bauarten für spezielle Zwecke. Ein Spiralbohrer besteht aus drei Hauptteilen: Schaft, Körper und Spitze.

• Schaft: Der Teil, der in der Maschinenspindel gehalten wird. Über ihn wird die Antriebsleistung übertragen. Schäfte sind entweder zylindrisch (Straight Shank) oder kegelig (Taper Shank). Zylindrische Schäfte werden in Spannfuttern gehalten; bei größeren Bohrern kann Schlupf auftreten. Ab 1/2" Durchmesser werden häufig Kegelsäfte verwendet, die höhere Drehmomente mit weniger Schlupf übertragen.
• Körper: Besitzt in der Regel zwei Nuten zum Spanabtransport. Diese Nuten sind keine Schneiden und dürfen nicht zum Seitenschneiden wie bei einem Fräser verwendet werden.
• Spitze: Führt die gesamte Schneidarbeit aus und erzeugt die Späne. Die Spitze ist am Ende des Bohrers angeschliffen.

Mit Spiralbohrern hergestellte Bohrungen sind im Allgemeinen um bis zu 1% des Bohrerdurchmessers übermaßig. Die Bohrungsgenauigkeit hängt ab von: Bohrerdurchmesser, Spitzengeometrie, Futtergenauigkeit, Spindelgenauigkeit und -steifigkeit, Maschinensteifigkeit sowie Werkstückspannung. Alle Bohrungen sollten mit Körner, Zentrierbohrer oder beidem angebohrt werden.

Spiralbohrer-Größenordnungen

• Nummerngrößen: #80 (0,34 mm) bis #1 (5,79 mm)
• Buchstabengrößen: A (5,94 mm) bis Z (10,49 mm)
• Bruchzollgrößen: 1/64" (0,40 mm) aufwärts in 1/64"-Schritten

Reiben einer Bohrung

Eine Reibahle ist ein Präzisionsschneidwerkzeug, das eine Bohrung auf einen exakten Durchmesser fertigstellt. Da Bohrer leicht übermaßige Bohrungen erzeugen, werden Reibahlen dort eingesetzt, wo enge Toleranzen (ca. 0,025 mm) gefordert sind. Reibahlen haben wenig bis keine Schneidwirkung an der Stirn, daher ist eine Vorbohrung als Voroperation erforderlich. Allgemeine Richtlinien:

• Eine Vorbohrung etwas kleiner als der Enddurchmesser bohren.
• Beim Anbohren die Bohrung leicht untermaßig ausführen.
• Die Reibahle mit langsamer, konstanter Drehzahl antreiben.

1. Die Schnittgeschwindigkeit beim Reiben sollte etwa 1/3 der Bohrgeschwindigkeit für dasselbe Material betragen.
2. Vor dem Reiben ca. 0,25 mm Material bei Bohrungen bis 1/2" und ca. 0,5 mm bei größeren Bohrungen stehen lassen.
3. Eine Reibahle niemals in umgekehrter Drehrichtung drehen.
4. Die passende Kühlschmierflüssigkeit für das Material verwenden.
5. Die Reibahle während des Schneidens gelegentlich aus der Bohrung ziehen, um Späne zu entfernen, die sonst zu Galling (Kaltverschweißung) an der Präzisionsoberfläche führen können.
6. Die Maschine niemals mit der Reibahle in der Bohrung anhalten.
7. Die Reibahle reinigen und an ihren richtigen Lagerplatz zurücklegen.

Senken (Countersinks)

Beim Senken wird eine kegelförmige Erweiterung am Bohrungseingang geschnitten, um eine Vertiefung unter der Oberfläche zu schaffen. Ein kegelförmiges Schneidwerkzeug erzeugt diese Fase. Beim Senken muss der Schneider korrekt zur vorhandenen Bohrung ausgerichtet sein und mit etwa 1/3 der Bohrgeschwindigkeit für dieses Material laufen. Senken dient zum Entfernen von Graten an Bohrungskanten sowie zum bündigen Einbau von Senkkopfschrauben.

Ausbohren (Counterbores)

Ausbohren ist das zylindrische Erweitern einer Bohrung auf einer Teilstrecke ihrer Länge. Ein Ausbohrer ähnelt einem Bohrer mit Schaft und genutetem Körper, besitzt aber statt einer Spitze einen kleineren Führungszapfen (Pilot). Dieser Pilot greift in die vorgebohrte Bohrung und führt den Ausbohrer. Daher muss der Ausbohrer mit der Originalbohrung fluchten, damit der Pilot korrekt läuft. Ausbohrer werden verwendet, um Stiftschrauben, Bolzen oder Zylinderschrauben aufzunehmen, wo eine bündige Oberfläche erforderlich ist.

Gewindeschneiden (Tapping)

Ein Gewindebohrer (Tap) schneidet Innengewinde in eine zylindrische Bohrung. Er ist wie ein Bohrer genutet, aber die Nuten führen den Schneidvorgang aus. Sie erstrecken sich über die Gewindelänge und dienen auch dem Spanabtransport. Die gängigsten Gewindebohrer sind:

1. Anbohrgewindebohrer (Taper Tap): Wird zum Anschnitt der Gewinde verwendet. Mindestens die ersten sechs Gänge sind kegelig, bevor der volle Gewindedurchmesser erreicht wird.
2. Durchgangsgewindebohrer (Plug Tap): Der universelle Gewindebohrer, der nach dem Anbohrgewindebohrer eingesetzt wird. Drei bis fünf seiner ersten Gänge sind kegelig. Er ist der letzte Gewindebohrer, wenn die Bohrung durchgängig ist.

Beim Gewindeschneiden sollte stets Kühlschmiermittel verwendet werden. Empfohlen wird, den Gewindebohrer eine volle Umdrehung vorzuschieben und dann 1/4 Umdrehung zurückzudrehen, um den entstehenden Span zu brechen. Verwenden Sie stets einen Gewindebohrerschlüssel, keine Zange oder Schraubenschlüssel – diese können den Gewindebohrer beschädigen, und das ungleiche Drehmoment kann zu schlecht geschnittenen Gewinden führen.

Bohren einer Bohrung

1. Ein Zentrierbohrer sollte zur Unterstützung des Bohrens verwendet werden.
2. Ein Zentrierbohrer hat kurze Nuten und einen dicken Schaft, ist daher sehr steif und läuft nicht aus. Da er nicht so leicht schneidet wie ein Spiralbohrer, Schnittöl verwenden.
3. Die Bohrung ist nun bereit, mit dem Spiralbohrer fertiggestellt zu werden.
4. Bei großen Bohrungen wird empfohlen, zuerst eine kleinere Vorbohrung zu bohren. Dies erhöht die Genauigkeit und verlängert die Standzeit der Bohrer.
5. Ist die Bohrung tiefer als ihr Durchmesser, Kühlschmiermittel verwenden und gelegentlich zurückziehen.
6. Die Spindeldrehzahl sollte mit zunehmender Bohrergröße reduziert werden.
7. Bei Durchgangsbohrungen sicherstellen, dass der Bohrer nach dem Durchbruch nicht in den Tisch eindringt.
8. Einen Tiefenanschlag am Quill einstellen, um die gewünschte Bohrtiefe zu erreichen.

Entgraten einer Bohrung

Oft ist die obere Bohrungskante sauber, die untere weist jedoch Grate auf. Zum Entfernen ein Entgratwerkzeug in die Bohrung führen und mit mittlerem Druck an der Kante entlangfahren. Vorgang wiederholen, bis die Kanten nicht mehr scharf sind.

Maschinelles Gewindeschneiden (Power Feed Tapping)

1. Maschinelles Gewindeschneiden ähnelt dem manuellen, jedoch übernimmt die Bohrmaschine den Vorschub.
2. Vor dem Start die Bohrmaschine in den niedrigen Gang schalten.
3. Quill-Sicherung lösen und den Quill in die unterste Position fahren, um ausreichend Hub für die Gewindetiefe zu gewährleisten.
4. Spindel auf VORWÄRTS schalten und Drehzahl auf 60 U/min einstellen.
5. Gewindebohrer vorschieben. Wenn er im Material greift, führt er sich selbsttätig in die Bohrung.
6. Bei Erreichen der Gewindetiefe den Drehrichtungsschalter zügig von VORWÄRTS auf RÜCKWÄRTS umschalten. Dies dreht den Gewindebohrer heraus und verhindert Beschädigungen an Gewinde und Werkzeug.
7. Maschine ausschalten.
8. Gewindebohrung, Gewindebohrer und Maschine reinigen bevor der Arbeitsplatz verlassen wird.

Manuelles Gewindeschneiden (Hand Feed Tapping)

1. Korrekte Gewindebohrergröße für die gebohrte Bohrung sicherstellen. Abweichende Größe kann zum Bruch des Gewindebohrers führen.
2. Ein Zentrierdorn in das Futter spannen und den Quill über der Bohrung ausrichten.
3. Eine konische Führungsbüchse am Futter befestigen.
4. Den Gewindebohrer positionieren und mit dem Quill leichten Druck ausüben, während der Gewindebohrer gedreht wird.
5. Nach jedem Viertelgang Gewindeschnitt den Gewindebohrer leicht zurückdrehen.

Einheitstest

1. Was ist die Hauptoperation an der Säulenbohrmaschine?
2. Nennen Sie weitere mögliche Operationen an der Säulenbohrmaschine.
3. Die Säulenbohrmaschine besteht aus vier Hauptbaugruppen. Nennen Sie sie.
4. Nennen Sie die drei Hauptteile eines Spiralbohrers.
5. Mit was sollten alle Bohrungen angebohrt werden?
6. Nennen Sie drei Arten von Spiralbohrer-Größenordnungen.
7. Wie hoch ist die Schnittgeschwindigkeit beim Reiben?
8. Wie viel Material vor dem Reiben bei Bohrungen bis 1/2" und bei größeren Bohrungen stehen lassen?
9. Erklären Sie den Unterschied zwischen Senken und Ausbohren.
10. Erklären Sie den Unterschied zwischen maschinellem und manuellem Gewindeschneiden.

Quellenangabe

Dieses Kapitel wurde aus folgenden Quellen abgeleitet:

• Säulenbohrmaschine abgeleitet aus „Mechanical Engineering Tools“ vom Massachusetts Institute of Technology, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Reiben abgeleitet aus „Reaming with a Reamer“ von CORE-Materials, CC:BY-NC-ND.