Präzisions-CNC-Bohren: Techniken & Werkzeuge für präzise Lochherstellung

Bohren ist eine der häufigsten Techniken in der Fertigung, um Löcher zu erstellen. Im Gegensatz zu anderen Lochherstellungsmethoden wie Bohren (Aufbohren), Reiben und Gewindeschneiden wird Bohren am häufigsten verwendet, um Löcher in unversehrten Oberflächen zu erzeugen. In der präzisen CNC-Bearbeitung kann Bohren vom einfachen, groben Lochbohren bis hin zu komplexem, mehrstufigem Lochbohren reichen.

Werkzeuge zum Bohren

Viele Haushalte besitzen eine gewöhnliche Handbohrmaschine, die zum Bohren von Löchern in Wänden oder Holzoberflächen verwendet wird. Obwohl dieses Werkzeug einfach zu bedienen und hochportabel ist, eignet es sich nicht ideal für präzise, wiederholbare Löcher in Metalloberflächen. Ein Schritt in die richtige Richtung ist die Säulenbohrmaschine (Drill press). Auch ein häufiges Merkmal von Holzwerkstätten, verfügt die Säulenbohrmaschine über einen Tisch, der das Werkstück festhält, und einen Kopf, der sich hebt und senkt und einen rotierenden Bohrer hält.

CNC-Bohrmaschinen können der Grundkonfiguration einer Säulenbohrmaschine verschiedene Komplexitätsstufen hinzufügen, funktionieren aber meist nach denselben Prinzipien. Die folgenden Komponenten bilden nahezu jede CNC-Bohrmaschine:

• Kopf (Head): verantwortlich für das Halten der Spindel und des Werkzeugs sowie das Heben und Senken, während der Bohrer das Loch formt.
• Spindel (Spindle): die rotierende Welle, die Spannzange und Kopf verbindet.
• Spannzange (Chuck): das Bauteil, das den Bohrer während der Rotation festhält.
• Tisch (Platform): während manchmal durch ein anderes Bauteil ersetzt – bei horizontalen Bohrmaschinen beispielsweise – ist der Tisch verantwortlich für das sichere Halten des Werkstücks, während der Bohrer Löcher erstellt.
• Bohrer (Drill bit): schließlich ist das eigentliche Schneidwerkzeug der Bohrer. Dieses Bauteil kann in einer Vielzahl von Formen vorliegen, je nach Größe, Beschaffenheit und anderen Eigenschaften des zu bohrenden Lochs.

Der eigentliche Bohrer kann einen großen Unterschied in der Komplexität der gebohrten Löcher ausmachen. Zum Beispiel können abgestufte Löcher (Stepped holes), also Löcher mit mehreren Durchmessern, auf zwei Arten hergestellt werden. Mit einfachen Bohrern kann ein Bediener mit einem größeren Bohrer beginnen und bis zur gewünschten Tiefe für diesen Durchmesser bohren, dann einen kleineren Bohrer verwenden und ein kleineres Loch tiefer in das Werkstück bohren. Eine andere Möglichkeit, ein abgestuftes Loch zu bohren, ist die Verwendung eines Stufenbohrers mit eingebauten Schneidflächen für mehrere Durchmesser. Ebenso können komplexe Bohrer verwendet werden, um eine Fase (Chamfer) oder eine angewinkelte Fläche am oberen Rand des Lochs zu erzeugen.

Wann Bohren in der CNC-Bearbeitung eingesetzt wird

CNC-Bearbeitungseinrichtungen haben mehrere Optionen, wenn es um das Erstellen von Löchern in Werkstücken geht, einschließlich Aufbohren (Boring), Senken (Countersinking), Gewindeschneiden (Tapping) und Reiben (Reaming). Bohren wird in spezifischen Situationen eingesetzt: wenn es entweder der beste Prozess für die Aufgabe ist oder der wirtschaftlichste. Da einfachere, günstigere Werkzeuge für das Bohren verwendet werden können, wird der Prozess oft in der Rohbearbeitungsphase eingesetzt. Das heißt, ein initiales Loch wird durch Bohren erstellt, und dieses Loch wird später mit einem anderen Prozess auf engere Toleranzen gebracht.

Bohren ist auch ideal für tiefe Löcher. Laut Eric Fazakerley, Prozessingenieur bei Eagle CNC, werden tiefe Löcher immer häufiger, da Kunden diese Merkmale benötigen, um fortschrittliche mechanische Operationen zu unterstützen. „Als ich anfing, war alles beim Bohren nur 3- bis 5-mal der Lochdurchmesser tief“, sagt Fazakerley. „Wir hatten nichts Längeres. Jetzt bohren wir regelmäßig Löcher bis zu 30-fach ihres Durchmessers in der Tiefe.“

CNC-Bohrprozesse

Der Bohrvorgang beinhaltet nicht immer einen rotierenden Bohrer und einen Maschinenkopf, der sich entlang der Lochachse auf und ab bewegt. Für bestimmte Materialtypen und Lochdimensionen muss der grundlegende Bohrvorgang modifiziert werden.

• Zentrierbohren (Spot drilling): Bohren flacher Löcher, um längere Bohr- oder Aufbohrwerkzeuge bei späteren Bohroperationen in Position zu halten.
• Pickbohren (Peck drilling): wiederholtes Eintauchen eines Bohrers in ein Loch und Herausziehen zusammen mit Metallbändern, sogenannten Spänen (Swarf), die während des Bohrvorgangs entstehen. Wird oft bei relativ tiefen Löchern verwendet, wo die Spänesammlung schwieriger ist.
• Orbitalbohren (Orbital drilling): einige Bohrer sind für Orbitalbohren ausgelegt, wobei der erzeugte Lochdurchmesser größer ist als der Bohrer. Um ein Loch mit dieser Methode zu erstellen, „kreist“ der Bohrer um das Zentrum des Lochs. Dieser Prozess ähnelt dem Aufbohren.

Das untenstehende Bild zeigt ein abgestuftes Loch. Wie oben beschrieben, wurde dieses Loch so gebohrt, dass es unterschiedliche Durchmesser aufweist.

Mehr aus unserer Serie „Was Präzisionsmaschinenshops tun“

• Einführung
• Fräsen
• Drehen
• Bohren
• Bohren (Drilling)
• Sägen
• Räumen

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