Anbohren

Anbohren – Grundlagen, Werkzeuge und praktische Anwendung

Das Anbohren ist ein vorbereitender Bearbeitungsschritt zur Herstellung präziser Bohrungen. Dabei wird mit einem kurzen und stabilen Anbohrer eine kleine kegelförmige Vertiefung erzeugt. Diese Vertiefung führt den nachfolgenden Bohrer und verhindert, dass er beim Eintritt in das Werkstück seitlich verläuft.

Besonders bei CNC-Bearbeitungen, langen Spiralbohrern, kleinen Bohrungsdurchmessern oder hohen Anforderungen an die Positionsgenauigkeit kann das Anbohren die Prozesssicherheit deutlich verbessern.

Was versteht man unter Anbohren?

Beim Anbohren wird die Oberfläche des Werkstücks an der vorgesehenen Bohrungsposition mit einem speziellen Anbohrwerkzeug bearbeitet. Dabei entsteht zunächst keine Bohrung mit der vollständigen Endtiefe, sondern lediglich eine kurze Zentrierung.

Das Anbohren erfüllt mehrere Aufgaben:

• genaue Festlegung der Bohrungsposition
• Führung des nachfolgenden Bohrers
• Verringerung des seitlichen Verlaufens
• Verbesserung der Positionsgenauigkeit
• sicherer Eintritt auf glatten Oberflächen
• gegebenenfalls gleichzeitiges Ansenken oder Anfasen
• Verbesserung der Prozesssicherheit

Das Verfahren wird sowohl auf konventionellen Werkzeugmaschinen als auch auf CNC-Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren, Bohrmaschinen und Drehmaschinen eingesetzt.

Warum kann ein Bohrer verlaufen?

Ein Spiralbohrer besitzt an seiner Spitze eine Querschneide. Diese schneidet den Werkstoff nicht wie die Hauptschneiden, sondern verdrängt ihn zunächst.

Beim Auftreffen auf das Werkstück können dadurch seitliche Kräfte entstehen. Der Bohrer kann aus der vorgesehenen Position ausweichen, insbesondere bei:

• schrägen oder gewölbten Werkstückoberflächen
• unebenen Rohteilflächen
• langen oder dünnen Bohrern
• kleinen Bohrungsdurchmessern
• unzureichender Maschinensteifigkeit
• großen Werkzeugauskragungen
• fehlerhaftem Bohrerschliff
• ungenauer Werkstückspannung

Eine präzise Anbohrung bietet der Bohrerspitze eine definierte Führung und reduziert diese Gefahr.

Aufbau eines Anbohrers

Ein NC-Anbohrer ist normalerweise deutlich kürzer und steifer als ein Spiralbohrer. Er besitzt häufig zwei Schneiden und sehr kurze Spannuten.

Typische Bestandteile sind:

• Werkzeugspitze
• Hauptschneiden
• kurze Spannuten
• Werkzeugkörper
• Zylinderschaft
• gegebenenfalls eine Spannfläche
• optional eine Beschichtung

Die kurze Bauweise erhöht die Stabilität und verringert die seitliche Auslenkung des Werkzeugs.

Arten von Anbohrwerkzeugen

NC-Anbohrer

Der NC-Anbohrer ist das typische Werkzeug für CNC-Maschinen. Er wird zur präzisen Positionierung nachfolgender Bohrungen eingesetzt.

Typische Eigenschaften:

• kurze und stabile Bauweise
• hohe Rundlaufgenauigkeit
• präzise geschliffene Werkzeugspitze
• meist zwei Schneiden
• unterschiedliche Spitzenwinkel
• als HSS-, HSS-E- oder VHM-Ausführung erhältlich

Zentrierbohrer

Ein Zentrierbohrer erzeugt eine genormte Zentrierbohrung, beispielsweise für die Aufnahme eines Werkstücks zwischen Spitzen.

Er besitzt üblicherweise:

• einen kleinen Vorbohrdurchmesser
• einen nachfolgenden Senkbereich
• eine abgestufte Werkzeuggeometrie

Ein Zentrierbohrer ist deshalb nicht automatisch die beste Wahl zum Anbohren gewöhnlicher Bohrungen auf einer CNC-Fräsmaschine.

Anbohrer mit Wendeschneidplatte

Für größere Anbohrdurchmesser oder robuste Bearbeitungsaufgaben können Anbohrer mit austauschbaren Wendeschneidplatten eingesetzt werden.

Mögliche Vorteile:

• austauschbare Schneide
• hohe Wirtschaftlichkeit
• für größere Durchmesser geeignet
• teilweise auch zum Fasen oder Gravieren verwendbar

Fasfräser und Senker

Wenn die Anbohrung gleichzeitig als spätere Fase dienen soll, kann abhängig von der Anwendung ein NC-Anbohrer, Fasfräser oder Senker eingesetzt werden.

Dabei müssen Spitzenwinkel und Durchmesser zur nachfolgenden Bohrung passen.

Schneidstoffe

HSS und HSS-E

Anbohrer aus Schnellarbeitsstahl oder kobaltlegiertem HSS-E sind zäh und vergleichsweise unempfindlich.

Sie eignen sich unter anderem für:

• konventionelle Maschinen
• weniger stabile Bearbeitungsverhältnisse
• kleine und mittlere Schnittgeschwindigkeiten
• allgemeine Werkstattarbeiten
• unterschiedliche Werkstoffe

Vollhartmetall

Vollhartmetall-Anbohrer bieten eine hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit.

Typische Vorteile:

• hohe Positionsgenauigkeit
• geringe Werkzeugauslenkung
• höhere Schnittgeschwindigkeiten
• gute Maßhaltigkeit
• hohe Standzeit
• gute Eignung für CNC-Bearbeitungszentren

Hartmetall ist allerdings empfindlicher gegenüber Schlägen, Rundlauffehlern und instabilen Spannverhältnissen.

Beschichtungen

Beschichtete Anbohrer können abhängig vom Werkstoff eine höhere Verschleißfestigkeit und Standzeit erreichen.

Häufig verwendete Beschichtungen sind beispielsweise:

• TiN
• TiCN
• TiAlN
• AlTiN
• Mehrlagenbeschichtungen

Für Aluminium und andere zum Verkleben neigende Werkstoffe werden häufig unbeschichtete und polierte Werkzeuge oder speziell angepasste Beschichtungen verwendet.

Die Werkzeugauswahl sollte sich immer nach den Empfehlungen des Herstellers richten.

Der richtige Spitzenwinkel

NC-Anbohrer werden unter anderem mit folgenden Spitzenwinkeln angeboten:

• 90°
• 120°
• 140°
• weitere Sonderwinkel

Anbohrer mit 90°

Ein Anbohrer mit 90° kann zum Anbohren und gleichzeitigen Erzeugen einer 45°-Fase verwendet werden.

Das ist sinnvoll, wenn:

• die Anbohrung später als Fase dienen soll
• der nachfolgende Bohrer einen kleineren Durchmesser besitzt
• eine Kantenentgratung vorgesehen ist

Ein 90°-Anbohrer sollte jedoch nicht unkritisch für jeden Spiralbohrer eingesetzt werden. Bei einer ungünstigen Winkelkombination können zunächst die äußeren Bereiche der Bohrerschneiden belastet werden.

Anbohrer mit 120°

Ein Spitzenwinkel von 120° eignet sich häufig für Spiralbohrer mit einem Spitzenwinkel von etwa 118° bis 120°. Dadurch können die Hauptschneiden des nachfolgenden Bohrers kontrolliert in die Anbohrung eintreten.

NC-Anbohrer mit 120° werden ausdrücklich für den Eingriff der Hauptschneiden eines nachfolgenden Spiralbohrers angeboten. Hoffmann Group

Anbohrer mit 140°

Für Hochleistungsbohrer mit größeren Spitzenwinkeln können Anbohrer mit 140° oder einer entsprechend angepassten Geometrie eingesetzt werden.

Grundsätzlich sollte der Spitzenwinkel des Anbohrers auf den nachfolgenden Bohrer abgestimmt werden.

Wie tief sollte angebohrt werden?

Die Anbohrung sollte nur so tief sein, wie es für die sichere Führung des nachfolgenden Bohrers erforderlich ist.

Eine zu flache Anbohrung bietet möglicherweise keine ausreichende Führung. Eine zu tiefe Anbohrung kann dagegen:

• unnötige Bearbeitungszeit verursachen
• die äußeren Ecken des Bohrers ungünstig belasten
• eine zu große Fase erzeugen
• die Werkzeugstandzeit verkürzen
• die spätere Bohrungsgeometrie beeinflussen

Wenn gleichzeitig eine fertige Fase hergestellt werden soll, richtet sich die Anbohrtiefe nach dem gewünschten Fasendurchmesser.

Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Die Drehzahl wird grundsätzlich aus Schnittgeschwindigkeit und wirksamem Bearbeitungsdurchmesser berechnet:

n = (vc × 1.000) ÷ (π × D)

Dabei gilt:

• n = Drehzahl in min⁻¹
• vc = Schnittgeschwindigkeit in m/min
• D = wirksamer Bearbeitungsdurchmesser in mm

Beim Anbohren ist der wirksame Durchmesser häufig kleiner als der Nenndurchmesser des Werkzeugs. Deshalb sollte die Drehzahl anhand des tatsächlich erzeugten Anbohrdurchmessers bestimmt werden und nicht pauschal anhand des maximalen Werkzeugdurchmessers. Darauf weist auch der Werkzeuganbieter bei NC-Anbohrern ausdrücklich hin. Hoffmann Group

Vorschub

Der Vorschub wird normalerweise in Millimetern pro Umdrehung angegeben.

Die Vorschubgeschwindigkeit ergibt sich aus:

vf = f × n

Dabei gilt:

• vf = Vorschubgeschwindigkeit in mm/min
• f = Vorschub pro Umdrehung in mm/U
• n = Drehzahl in min⁻¹

Ein zu hoher Vorschub kann zu Ausbrüchen, Werkzeugbruch oder einer ungenauen Anbohrung führen. Ein zu geringer Vorschub kann Reibung, Erwärmung und vorzeitigen Verschleiß verursachen.

Die konkreten Werte müssen abhängig von Werkzeugdurchmesser, Schneidstoff, Beschichtung und Werkstückmaterial festgelegt werden.

Typischer Bearbeitungsablauf

Ein üblicher Ablauf auf einer CNC-Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum sieht folgendermaßen aus:

1. Werkstück sicher spannen
2. Werkstücknullpunkt festlegen
3. NC-Anbohrer einwechseln
4. Werkzeuglänge und Durchmesser kontrollieren
5. Bohrungsposition anfahren
6. Spindel und gegebenenfalls Kühlung einschalten
7. Mit geeignetem Vorschub anbohren
8. Werkzeug aus der Anbohrung zurückziehen
9. Nachfolgenden Bohrer einwechseln
10. Bohrung auf die erforderliche Tiefe herstellen
11. Bohrung gegebenenfalls senken oder entgraten

Bei mehreren Bohrungen werden häufig zunächst alle Positionen angebohrt und anschließend mit dem nächsten Werkzeug vollständig gebohrt.

Anbohren auf der Drehmaschine

Auch auf einer Drehmaschine kann ein Werkstück angebohrt werden. Dabei befindet sich der Anbohrer normalerweise im Reitstock, Werkzeugrevolver oder einer axial ausgerichteten Werkzeugaufnahme.

Wichtige Voraussetzungen sind:

• Werkzeug exakt auf Drehmitte
• geringer Rundlauffehler
• stabile Werkzeugaufnahme
• sauber geplante Stirnfläche
• kurze Werkzeugauskragung
• korrekte Ausrichtung der Maschinenachsen

Ist der Anbohrer nicht genau zur Spindelmitte ausgerichtet, können Werkzeugbruch oder eine außermittige Bohrung entstehen.

Anbohren auf schrägen Flächen

Das Anbohren auf schrägen, runden oder unebenen Flächen ist besonders anspruchsvoll. Beim ersten Kontakt wird das Werkzeug einseitig belastet.

Mögliche Maßnahmen sind:

• stabile Vollhartmetall-Anbohrer verwenden
• Auskraglänge minimieren
• Vorschub beim Eintritt reduzieren
• geeignete Werkzeuggeometrie wählen
• Oberfläche zunächst planfräsen
• gegebenenfalls eine kleine ebene Fläche erzeugen

Bei stark schrägen Flächen kann es sinnvoller sein, zunächst eine plane Anlagefläche zu fräsen und erst danach anzubohren.

Anbohren oder direkt bohren?

Nicht jede Bohrung muss zwingend angebohrt werden. Moderne Vollhartmetallbohrer besitzen häufig selbstzentrierende Geometrien und können auf ebenen Flächen direkt ins Volle bohren.

Ein zusätzlicher Anbohrvorgang ist besonders sinnvoll bei:

• hohen Anforderungen an die Position
• langen Spiralbohrern
• kleinen Bohrungsdurchmessern
• HSS-Spiralbohrern
• unebenen oder rauen Flächen
• unterbrochenen Werkstückoberflächen
• ungünstigen Eintrittsbedingungen

Bei modernen Hochleistungsbohrern sollte geprüft werden, ob der Hersteller das vorherige Anbohren empfiehlt. Eine ungeeignete Anbohrung kann die Schneidenecken des Bohrers stärker belasten, statt den Prozess zu verbessern.

Anbohren, Zentrierbohren und Vorbohren

Diese drei Begriffe werden häufig verwechselt.

Anbohren

Es wird eine kurze kegelförmige Vertiefung zur Führung des nachfolgenden Bohrers erzeugt.

Zentrierbohren

Es wird eine definierte Zentrierbohrung hergestellt, beispielsweise für das Spannen oder Bearbeiten eines Werkstücks zwischen Spitzen.

Vorbohren

Es wird bereits eine zylindrische Bohrung mit kleinerem Durchmesser hergestellt, bevor die Bohrung mit einem größeren Werkzeug erweitert wird.

Häufige Fehler beim Anbohren

Anbohrung liegt nicht auf Position

Mögliche Ursachen:

• Werkzeugrundlauf zu groß
• falscher Werkstücknullpunkt
• instabile Aufspannung
• verschlissene Schneiden
• Werkzeug zu lang ausgespannt
• Achsfehler der Maschine

Anbohrer bricht

Mögliche Ursachen:

• zu hoher Vorschub
• zu große Anbohrtiefe
• Werkzeug verkantet
• instabile Spannung
• falsche Schnittgeschwindigkeit
• Spanverklemmen
• ungeeigneter Schneidstoff

Starke Gratbildung

Mögliche Ursachen:

• stumpfe Schneiden
• ungeeignete Werkzeuggeometrie
• falscher Vorschub
• zu großer Anbohrdurchmesser
• ungeeigneter Werkstoff-Schneidstoff-Kombination

Nachfolgender Bohrer läuft trotzdem weg

Mögliche Ursachen:

• Anbohrung zu klein
• Spitzenwinkel nicht passend
• Anbohrposition fehlerhaft
• Bohrer zu lang ausgespannt
• Bohrer beschädigt oder falsch geschliffen
• Werkstückoberfläche stark geneigt

Praxistipps

• Möglichst kurze und stabile NC-Anbohrer verwenden.
• Werkzeugauskragung auf das notwendige Maß begrenzen.
• Spitzenwinkel auf den nachfolgenden Bohrer abstimmen.
• Nur so tief anbohren, wie für die Führung erforderlich.
• Drehzahl nach dem tatsächlichen Anbohrdurchmesser berechnen.
• Schneiden regelmäßig auf Verschleiß kontrollieren.
• Rundlauf von Werkzeug und Aufnahme prüfen.
• Bei schrägen Flächen den Eintrittsvorschub reduzieren.
• Herstellerangaben zu Schnittwerten beachten.
• Prüfen, ob ein moderner VHM-Bohrer überhaupt eine Anbohrung benötigt.
• Einen Zentrierbohrer nicht ohne Prüfung als universellen Anbohrer verwenden.
• Bei gleichzeitiger Fasenherstellung den gewünschten Fasendurchmesser berücksichtigen.

Vorteile des Anbohrens

• bessere Positionsgenauigkeit
• geringere Verlaufsgefahr
• sicherer Werkzeugeintritt
• bessere Führung langer Bohrer
• erhöhte Prozesssicherheit
• Möglichkeit zum gleichzeitigen Anfasen
• weniger Ausschuss bei präzisen Bohrbildern

Zusammenfassung

Beim Anbohren wird eine kurze, kegelförmige Vertiefung hergestellt, die den nachfolgenden Bohrer positioniert und führt. Besonders wichtig sind eine stabile Werkzeugausführung, eine geringe Auskraglänge und ein zum Bohrer passender Spitzenwinkel.

Nicht jede Bearbeitung benötigt eine vorherige Anbohrung. Bei modernen selbstzentrierenden Vollhartmetallbohrern kann direktes Bohren vorteilhafter sein. Wird angebohrt, müssen Durchmesser und Tiefe so gewählt werden, dass die Hauptschneiden des nachfolgenden Bohrers kontrolliert eingreifen.

Kurzdefinition:
Anbohren bezeichnet das Herstellen einer kurzen, meist kegelförmigen Vertiefung, die einen nachfolgenden Bohrer positioniert und beim Eintritt in das Werkstück führt.