Ausdrehkopf

Ausdrehkopf

Ein Ausdrehkopf ist ein einstellbares Präzisionswerkzeug zur Bearbeitung bereits vorhandener Bohrungen. Er wird auf Bohrwerken, Fräsmaschinen und CNC-Bearbeitungszentren eingesetzt, um Bohrungen auf ein genau definiertes Endmaß zu bringen.

Das Werkzeug trägt eine oder mehrere Schneiden, deren radialer Abstand zur Drehachse eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich der erzeugte Bohrungsdurchmesser innerhalb des vorgesehenen Arbeitsbereichs verändern. Ausdrehköpfe eignen sich besonders für Bohrungen, bei denen hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit, Rundheit, Zylindrizität und Oberflächenqualität bestehen.

Funktion eines Ausdrehkopfes

Beim Ausdrehen rotiert der Ausdrehkopf um die Achse der vorhandenen Bohrung. Die radial eingestellte Schneide trägt Material von der Bohrungswand ab und vergrößert den Durchmesser.

Der Ausdrehkopf kann unter anderem für folgende Aufgaben verwendet werden:

• Fertigbearbeiten vorgebohrter Bohrungen
• Herstellen genauer Bohrungsdurchmesser
• Korrigieren der Lage einer Bohrungsachse
• Bearbeiten von Passbohrungen
• Herstellen von Einstichen und Absätzen
• Bearbeiten gestufter Bohrungen
• Erzeugen definierter Oberflächen
• Bearbeiten großer Bohrungsdurchmesser

Im Gegensatz zu einem Bohrer folgt ein Ausdrehwerkzeug nicht zwingend der vorhandenen Bohrungsachse. Bei einer stabilen Aufspannung kann es Lageabweichungen einer vorgebohrten Bohrung teilweise korrigieren.

Aufbau eines Ausdrehkopfes

Ein typischer Ausdrehkopf besteht aus:

• Grundkörper
• maschinenseitiger Werkzeugaufnahme
• einstellbarem Schieber
• Ausdrehstahl oder Wendeplattenhalter
• Einstellmechanismus
• Klemmschrauben
• Skala oder Feineinstellung
• gegebenenfalls innerer Kühlmittelzufuhr

Der Werkzeugschieber lässt sich radial verstellen. Dadurch verändert sich der Abstand der Schneide zur Rotationsachse und somit der erzeugte Bohrungsdurchmesser.

Nach dem Einstellen muss der Schieber sicher geklemmt werden. Eine unzureichende Klemmung kann dazu führen, dass sich das Maß während der Bearbeitung verändert.

Schruppausdrehkopf

Schruppausdrehköpfe sind für hohe Materialabträge ausgelegt. Sie besitzen einen stabilen Grundkörper und häufig zwei gegenüberliegende Schneiden.

Je nach Einstellung arbeiten die Schneiden auf gleicher Höhe oder mit einer axialen beziehungsweise radialen Versetzung. Bei einer Stufeneinstellung übernimmt eine Schneide einen Teil des Materials, während die zweite Schneide die Bohrung weiter vergrößert.

Typische Eigenschaften eines Schruppausdrehkopfes sind:

• hohe Zerspanungsleistung
• große Zustelltiefen
• robuste Wendeschneidplatten
• stabile Werkzeugkonstruktion
• gute Spanabfuhr
• Vorbereitung der Bohrung für die Feinbearbeitung

Nach dem Schruppen bleibt normalerweise ein gleichmäßiges Aufmaß für den Feinbohrvorgang stehen.

Feinausdrehkopf

Ein Feinausdrehkopf wird für die präzise Fertigbearbeitung einer Bohrung eingesetzt. Er arbeitet meistens mit nur einer wirksamen Schneide und ermöglicht sehr kleine radiale Verstellungen.

Abhängig von der Ausführung kann die Einstellung im Mikrometerbereich erfolgen. Dadurch lassen sich enge Durchmessertoleranzen und hohe Oberflächengüten erreichen.

Typische Einsatzgebiete sind:

• Lagerbohrungen
• Passbohrungen
• Gehäusebohrungen
• Ventilsitze
• Werkzeug- und Vorrichtungsbau
• präzise Aufnahmebohrungen

Feinausdrehköpfe benötigen ein möglichst gleichmäßiges Aufmaß. Starke Unterbrechungen oder große Schwankungen des Aufmaßes können die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigen.

Plan- und Ausdrehkopf

Ein Plan- und Ausdrehkopf ermöglicht zusätzlich zur radialen Einstellung eine gesteuerte Bewegung der Schneide während der Bearbeitung. Dadurch lassen sich nicht nur zylindrische Bohrungen, sondern auch Planflächen, Einstiche, Kegel und Konturen herstellen.

Solche Werkzeuge werden häufig auf Bohrwerken oder speziellen Bearbeitungsmaschinen eingesetzt. Die radiale Bewegung kann mechanisch, über einen Vorschubmechanismus oder durch die Maschinensteuerung erfolgen.

Einstellen des Durchmessers

Der gewünschte Bohrungsdurchmesser wird durch die radiale Position der Schneide bestimmt. Dabei ist zu beachten, dass eine radiale Verstellung der Schneide den Bohrungsdurchmesser um den doppelten Wert verändert.

Wird die Schneide beispielsweise um 0,01 mm radial nach außen gestellt, vergrößert sich der theoretische Bohrungsdurchmesser um 0,02 mm.

Je nach Ausdrehkopf erfolgt die Einstellung über:

• Mikrometerschraube
• Skalenteilung
• Einstellring
• Gewindespindel
• digitales Einstellsystem
• externes Werkzeugvoreinstellgerät

Nach jeder Verstellung müssen vorhandenes Umkehrspiel und die vorgeschriebene Einstellrichtung berücksichtigt werden. Präzise Ausdrehköpfe sollten möglichst immer aus derselben Richtung auf das gewünschte Maß eingestellt werden.

Ermitteln des richtigen Einstellmaßes

Die theoretische Einstellung allein garantiert noch nicht den endgültigen Bohrungsdurchmesser. Das tatsächliche Ergebnis wird zusätzlich beeinflusst durch:

• Rundlauf des Werkzeugs
• Schneidkantengeometrie
• Werkzeugdurchbiegung
• Bearbeitungskräfte
• Werkstückspannung
• Temperatur
• Verschleiß der Schneide
• Materialeigenschaften
• Schnittgeschwindigkeit und Vorschub

Aus diesem Grund wird häufig zunächst eine Probebohrung hergestellt und gemessen. Anschließend kann der Ausdrehkopf um den erforderlichen Korrekturwert nachgestellt werden.

Werkzeugaufnahme

Ausdrehköpfe können mit unterschiedlichen maschinenseitigen Schnittstellen ausgestattet sein. Dazu gehören unter anderem:

• Steilkegel
• Hohlschaftkegel
• Zylinderschaft
• modulare Werkzeugaufnahme
• Gewinde- oder Flanschverbindung

Die Werkzeugaufnahme muss zur Maschinenspindel und zum vorgesehenen Einsatz passen. Für präzise Bohrungen sind ein geringer Rundlauffehler und eine saubere Verbindung zwischen Werkzeug und Spindel besonders wichtig.

Ausdrehstange und Werkzeugauskragung

Bei tiefen Bohrungen wird der Ausdrehkopf mit einer Ausdrehstange oder Verlängerung kombiniert. Mit zunehmender Auskragung verringert sich jedoch die Steifigkeit des Werkzeugs.

Eine große Auskragung kann folgende Probleme verursachen:

• Werkzeugdurchbiegung
• Rattern
• konische Bohrungen
• schlechte Oberflächen
• Maßschwankungen
• Schneidkantenausbrüche

Grundsätzlich sollte der Werkzeugaufbau so kurz und stabil wie möglich ausgeführt werden. Für besonders große Auskragungen können schwingungsgedämpfte Ausdrehstangen verwendet werden.

Schnittwerte beim Ausdrehen

Die Schnittwerte richten sich nach dem Werkstückmaterial, dem Schneidstoff, dem Durchmesser und der Art der Bearbeitung.

Die Drehzahl wird aus dem wirksamen Bearbeitungsdurchmesser berechnet:

n = (vc × 1.000) / (π × D)

Dabei gilt:

• n = Drehzahl in Umdrehungen pro Minute
• vc = Schnittgeschwindigkeit in Metern pro Minute
• D = Bearbeitungsdurchmesser in Millimetern

Beim Feinausdrehen werden normalerweise kleinere Zustellungen und angepasste Vorschübe verwendet. Ein zu geringer Vorschub kann jedoch dazu führen, dass die Schneide stärker reibt als schneidet.

Aufmaß für die Feinbearbeitung

Für ein gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis sollte vor dem Feinausdrehen ein ausreichend großes und möglichst konstantes Aufmaß vorhanden sein.

Ist das Aufmaß zu klein, kann die Schneide nicht zuverlässig schneiden. Ist es zu groß, steigen Bearbeitungskräfte und Werkzeugabdrängung. Die geeignete Aufmaßgröße richtet sich nach Durchmesser, Werkstoff, Schneidplatte und Stabilität des Werkzeugaufbaus.

Messen der fertigen Bohrung

Nach der Bearbeitung kann der Bohrungsdurchmesser mit unterschiedlichen Messmitteln geprüft werden:

• Innenmessschraube
• Dreipunkt-Innenmessgerät
• Innenfeinmessgerät
• Grenzlehrdorn
• Koordinatenmessmaschine
• Formmessgerät

Neben dem Durchmesser können Rundheit, Zylindrizität, Geradheit und Lage der Bohrung von Bedeutung sein.

Die Messung sollte bei einer möglichst stabilen Werkstücktemperatur erfolgen. Erwärmte Werkstücke können nach dem Abkühlen einen anderen Durchmesser aufweisen.

Typische Bearbeitungsfehler

Beim Einsatz eines Ausdrehkopfes können verschiedene Fehler auftreten:

• Bohrung zu groß oder zu klein
• konische Bohrung
• unrunde Bohrung
• Rattermarken
• schlechte Oberflächenqualität
• Maßänderung über die Bohrungstiefe
• Gratbildung am Ein- oder Austritt
• ungleichmäßiger Schneidenverschleiß
• Versatz bei Stufenbohrungen

Mögliche Ursachen sind eine zu große Werkzeugauskragung, falsche Schnittwerte, unzureichende Klemmung, verschlissene Schneiden oder ein schwankendes Aufmaß.

Wartung und Pflege

Ausdrehköpfe sind Präzisionswerkzeuge und müssen entsprechend sorgfältig behandelt werden. Der Einstellmechanismus ist vor Spänen, Schmutz und Beschädigungen zu schützen.

Regelmäßig kontrolliert werden sollten:

• Werkzeugschieber
• Einstellgewinde
• Skala
• Klemmung
• Plattensitz
• Befestigungsschrauben
• Werkzeugaufnahme
• Kühlmittelbohrungen

Vor der Einstellung müssen alle Anlageflächen sauber sein. Beschädigte Wendeschneidplatten oder Schrauben sind rechtzeitig auszutauschen.

Unterschied zwischen Ausdrehkopf und Reibahle

Ein Ausdrehkopf besitzt eine einstellbare Schneide und kann unterschiedliche Bohrungsdurchmesser innerhalb seines Arbeitsbereichs herstellen. Er kann außerdem die Lage einer vorhandenen Bohrung korrigieren.

Eine Reibahle besitzt dagegen einen festen Durchmesser und folgt weitgehend der vorhandenen Bohrung. Sie eignet sich besonders für serienmäßig wiederkehrende Bohrungen mit konstantem Maß.

Der Ausdrehkopf ist flexibler, während die Reibahle bei großen Stückzahlen häufig kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht.

Bedeutung in der CNC-Fertigung

Der Ausdrehkopf ist ein wichtiges Werkzeug zur präzisen Fertigbearbeitung von Bohrungen. Durch seine Einstellbarkeit können unterschiedliche Durchmesser mit demselben Grundwerkzeug gefertigt und verschleißbedingte Maßabweichungen ausgeglichen werden.

Ein stabiler Werkzeugaufbau, gleichmäßiges Aufmaß, geeignete Schnittwerte und eine sorgfältige Einstellung ermöglichen hohe Maßgenauigkeiten und gute Oberflächenqualitäten.