Was ist ein Bohrwerk? Aufbau, Bauarten und wann es die richtige Maschine ist

Woher der Name kommt und was er heute meint

Der Name stammt aus einer Zeit, in der die Maschine vor allem eine Aufgabe hatte: Bohrungen in großen Guss- und Schweißteilen herstellen und auf Maß aufweiten. Heute steht „Bohrwerk" als Kurzform für das Horizontal-Bohr- und Fräswerk. Es ist eine Universalmaschine, die neben dem Bohren auch fräst, plandreht und Gewinde schneidet. Vom horizontalen Bearbeitungszentrum unterscheidet es sich vor allem in zwei Punkten: in der Werkstückgröße, für die es gebaut ist, und bei vielen Bauarten in der ausfahrbaren Bohrspindel. Mit ihr reicht das Werkzeug tief ins Werkstück.

Das Merkmal, das alles Weitere bestimmt, ist die waagerecht liegende Spindel. Sie erreicht die Seitenflächen eines Werkstücks, also die Stellen, an denen Lagersitze, Flanschbohrungen und Anschlussflächen liegen. Mit einem Drehtisch werden mehrere Seiten nacheinander bearbeitet, ohne das Werkstück umzuspannen. Daraus entsteht die Genauigkeit, für die man ein Bohrwerk wählt: Alle Maße aus einer Aufspannung beziehen sich auf dasselbe Koordinatensystem.

In Anfragen erscheint der Begriff meist als Zeile im Arbeitsplan, als Vermerk „Bohrwerkarbeit" auf der Zeichnung oder als Frage, ob ein Bauteil „aufs Bohrwerk muss". Dieser Beitrag erklärt drei Dinge: was die Maschine kann, welche Bauarten es gibt und woran sich entscheidet, ob ein Bohrwerk oder eine andere Maschine die bessere Wahl ist.

Aufbau: Bett, Ständer, Spindelstock und Drehtisch

Ein Bohrwerk besteht aus wenigen großen Baugruppen. Ihre Bewegungen tragen Achsbezeichnungen, die in Maschinendaten und Angeboten wiederkehren:

• Maschinenbett und Ständer: Das Bett trägt die Führungen. Der Ständer steht senkrecht darauf und nimmt die Kräfte der Bearbeitung auf. Seine Steifigkeit begrenzt, wie viel Material ein Schnitt abtragen kann.
• Spindelstock (Y-Achse): Er fährt am Ständer auf und ab und bestimmt die Höhe, in der gebohrt wird.
• Arbeitsspindel und Bohrspindel (W-Achse): Die Arbeitsspindel treibt das Werkzeug an. Bei vielen Bohrwerken lässt sich die Bohrspindel zusätzlich aus dem Spindelstock ausfahren. So reicht das Werkzeug in tiefe Bohrungen, ohne dass Tisch oder Ständer nachfahren.
• Tisch (X- und Z-Achse): Er verfährt quer und längs zur Spindel und bringt das Werkstück in Position.
• Drehtisch (B-Achse): Er dreht das Werkstück um die senkrechte Achse. Damit erreicht eine Maschine, deren Spindel nur in eine Richtung zeigt, alle vier Seitenflächen.
• Gegenlager: Bei langen Bohrstangen stützt ein Lager auf der Gegenseite des Werkstücks die Stange ab. So entstehen fluchtende Bohrungen durch das ganze Werkstück in einem Zug.

Die Buchstaben sind nicht bei jedem Hersteller gleich belegt. Beim Vergleich von Maschinendaten zählt deshalb die Richtung, also „quer", „vertikal" oder „längs", nicht nur der Buchstabe.

Was auf einem Bohrwerk entsteht: fünf Arbeitsgänge

Die Stärke der Maschine liegt darin, dass sie mehrere Arbeitsgänge an einem Werkstück ohne Umspannen ausführt:

• Bohren: Durchgangs- und Grundbohrungen, auch tief und mit großem Durchmesser.
• Ausspindeln (Ausdrehen): Ein einschneidiges Werkzeug bringt eine vorhandene Bohrung auf Endmaß. So entstehen Passbohrungen mit engen Durchmessertoleranzen und Lagersitze, die genau fluchten. Für diesen Arbeitsgang wurde das Bohrwerk ursprünglich gebaut.
• Fräsen: Anschlussflächen, Nuten und Taschen, typischerweise an den Seitenflächen.
• Plandrehen: Ein radial verstellbares Werkzeug dreht die Stirnfläche um eine Bohrung plan und rechtwinklig zur Bohrungsachse, zum Beispiel als Anlage für einen Flansch oder Lagerdeckel.
• Gewindeschneiden: Gewinde in Anschlussbohrungen, im selben Bezugssystem wie die Bohrung selbst.

Bohren und fräsen können viele Maschinen. Entscheidend ist der Lagebezug zwischen den Arbeitsgängen: Entstehen Lagersitz, Anschlussfläche und Gewindebohrungen in einer Aufspannung, stimmen sie zueinander, und kein Umspannfehler kommt dazwischen.

CNC-Horizontalbohrwerk: Bohrwerkbearbeitung bei Bock

Bauarten: Tischbohrwerk und Plattenbohrwerk

Bohrwerke werden danach unterschieden, was sich bewegt: das Werkstück oder die Maschine.

Beim Tischbohrwerk liegt das Werkstück auf einem Tisch, der quer und längs verfährt, meist mit Drehtisch. Der Ständer steht fest oder verfährt nur in einer Richtung. Diese Bauart bietet die Mehrseitenbearbeitung über den Drehtisch. Sie eignet sich für Werkstücke, deren Größe und Gewicht der Tisch aufnehmen kann.

Beim Plattenbohrwerk steht das Werkstück still auf einer großen, fest im Boden verankerten Aufspannplatte. Stattdessen fährt der Ständer mit dem Spindelstock auf einem Bett an der Platte entlang. Weil kein Tisch das Werkstück tragen und bewegen muss, ist diese Bauart für die größten und schwersten Teile gedacht. Zwischen beiden Formen gibt es Mischbauweisen.

Nach demselben Prinzip arbeitet das Fahrständer-Fräszentrum: Das Werkstück steht, die Maschine fährt. Ein Fahrständer mit schwenkbarem Fräskopf verfährt am Werkstück entlang und fräst, bohrt und spindelt aus. Bei langen Bauteilen reicht der Verfahrweg damit weit über das hinaus, was ein Tisch bewegen könnte.

CNC-Fahrständer-Fräszentrum für lange und hohe Bauteile

Bohrwerk, Fahrständer, Portalfräse, Radialbohrmaschine: der Vergleich

Welche Maschine ein Bauteil bearbeitet, folgt aus seiner Geometrie und daraus, welche Maße zueinander stimmen müssen. Die Kurzform:

Die Merkregel: Müssen Bohrungen an mehreren Seiten eines Teils zueinander stimmen, ist es das Bohrwerk. Ist das Teil lang und liegt die Bearbeitung oben, ist es die Portalfräse. Ist das Teil rund, ist es die Karusselldrehmaschine. Sind es viele Bohrungen ohne engen Bezug zueinander, ist es die Radialbohrmaschine.

Wann ein Bohrwerk nicht die richtige Maschine ist

Ein Bohrwerk kann viel. Gerade deshalb landet dort manches, das auf einer anderen Maschine besser aufgehoben ist:

• Lange Bauteile mit Bearbeitung auf der Oberseite: Eine Traverse über mehrere Meter mit Bohrbild auf der Oberseite müsste auf dem Bohrwerk mehrfach umgesetzt werden. Auf der Portalfräse entsteht das Bohrbild in einer Aufspannung.
• Einfache Bohrbilder ohne engen Lagebezug: Durchgangsbohrungen für Schrauben, deren Lage eine Anriss- oder Schablonengenauigkeit verträgt, lassen auf dem Bohrwerk dessen Stärke ungenutzt. Die Radialbohrmaschine erledigt sie mit weniger Aufwand.
• Rotationssymmetrische Teile: Bei einem Ring oder einer Nabe müssen Innen- und Außendurchmesser zueinander laufen. Auf der Karusselldrehmaschine entstehen beide in einem Zug. Auf dem Bohrwerk ist der Außendurchmesser nur über Zirkularfräsen oder durch Umspannen erreichbar.
• Werkstücke jenseits von Tisch und Verfahrwegen: Ragt das Teil über den Tisch hinaus oder liegen die Bohrungen weiter auseinander, als die Achsen reichen, ist ein Fahrständer- oder Portalzentrum die richtige Maschine. Es lässt das Teil stehen und verfährt selbst.

Umgekehrt gilt: Wo Lagersitze fluchten, Anschlussflächen rechtwinklig zur Bohrung stehen und mehrere Seiten in einem Bezugssystem liegen müssen, ersetzt keine der anderen Maschinen das Bohrwerk.

CNC-Portalfräsen für lange Bauteile mit Bearbeitung von oben

Was die Zeichnung vorgeben sollte und was nicht

Die Zeichnung muss die Maschine nicht nennen. Sie muss die Angaben enthalten, aus denen die Maschinenwahl folgt: Bezugssystem und Bezugsflächen, Positions- und Lagetoleranzen der Bohrungen zueinander (Koaxialität, Parallelität, Rechtwinkligkeit), Passungen der Lagersitze, etwa H7, und die geforderten Oberflächen.

Ein Vermerk wie „auf dem Bohrwerk zu fertigen" legt dagegen den Weg fest statt des Ergebnisses. Im Zweifel verhindert er den Weg, der das Ergebnis sicherer erreicht. Welche Maschine, welche Reihenfolge und wie viele Aufspannungen, gehört zur Fertigungsverantwortung des Herstellers. Maßgeblich ist, dass das Bauteil die Zeichnung erfüllt. Den Nachweis liefert das Maßprotokoll, nicht die Maschinenliste.

Hilfreich sind dagegen Angaben, die die Zeichnung nicht zeigt: welche Flächen im Einbau tragen, welche Bohrungen später mit einem Gegenstück verbolzt werden und ob das Teil nach der Bearbeitung noch geschweißt wird. Solche Angaben beeinflussen die Reihenfolge der Arbeitsgänge stärker als jede Maschinenangabe.

Bohrwerk und Nachbarmaschinen in der Praxis bei Bock

In unserer Fertigung in Lorch stehen drei baugleiche CNC-Horizontalbohrwerke TOS-Varnsdorf WHN 13. Sie haben eine Bohrspindel mit Ø 130 mm und Verfahrwege von 3.500 mm quer, 2.500 mm vertikal und 1.200 mm längs. Ihr 360° drehbarer Tisch erlaubt die Mehrseitenbearbeitung in einer Aufspannung, gesteuert über Heidenhain iTNC 530. Daneben stehen die Maschinen, zwischen denen die Wahl in diesem Beitrag verläuft:

• das Fahrständer-Fräs-Bohrzentrum Soraluce FR 20.000 mit 20.000 mm × 4.000 mm × 1.600 mm Verfahrweg
• zwei Portalfräsmaschinen Zayer Thera W mit bis zu 26 m Verfahrweg
• vier Maschinen zum Radialbohren und Gewindeschneiden: Bohren bis Ø 90 mm, Gewinde M2–M60, Ausladung bis 3.000 mm
• drei Karusselldrehmaschinen bis Ø 4.800 mm Drehdurchmesser

Welche davon ein Bauteil bearbeitet, entscheiden wir anhand der Zeichnung. Muss ein Teil über mehrere Maschinen laufen, etwa das Bohrbild der Oberseite auf der Portalfräse und die Lagersitze an den Stirnseiten auf dem Bohrwerk, bleibt es dabei im Haus. Schweißen, Sandstrahlen und Lackieren folgen im selben Betrieb. Ein Plattenbohrwerk betreiben wir nicht: Werkstücke, die über die Bohrwerkstische hinausgehen, bearbeiten Fahrständer und Portalfräsen nach dem Prinzip, das Teil stehen zu lassen und die Maschine zu verfahren.

Maschinenpark mit allen Anlagen