Was ist ein Bohrwerk? Aufbau, Bauarten und wann es die richtige Maschine ist
Inhaltsverzeichnis
Warum ein Bohrwerk mehr kann als bohren
Zwei Lagerbohrungen an gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses müssen genau fluchten. Dazu kommt eine Anschlussfläche, die rechtwinklig zu den Bohrungen liegen soll. Für solche Aufgaben wird ein Horizontal-Bohr- und Fräswerk eingesetzt, meist kurz Bohrwerk genannt.
Seine Arbeitsspindel liegt waagerecht und erreicht dadurch die Seitenflächen. Über einen Drehtisch lässt sich das Werkstück wenden, während es eingespannt bleibt. Die Bearbeitungen beziehen sich damit auf dieselbe Aufspannung; ein erneutes Ausrichten entfällt.
Der Name erinnert an die ursprüngliche Hauptaufgabe: große Bohrungen herstellen und auf das genaue Maß ausspindeln. Heutige Bohrwerke können zusätzlich fräsen, plandrehen und Gewinde schneiden. Viele Bauarten haben eine ausfahrbare Bohrspindel, mit der das Werkzeug tiefer ins Werkstück reicht.
Aufbau: Bett, Ständer, Spindelstock und Drehtisch
Die Baugruppen bewegen Werkzeug und Werkstück zueinander. In Maschinendaten werden diese Bewegungen mit Achsbuchstaben bezeichnet:
- 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 Achsbezeichnungen können je nach Hersteller abweichen. Beim Maschinenvergleich helfen deshalb die zugehörigen Bewegungsrichtungen: quer, vertikal und längs.
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.
Bei einem Gehäuse können so Lagersitz, Anschlussfläche und Gewindebohrungen in derselben Aufspannung entstehen. Das erleichtert es, ihre Lage zueinander einzuhalten. Die geforderten Toleranzen werden am fertigen Teil geprüft.
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.
Bohrwerk, Fahrständer, Portalfräse, Radialbohrmaschine: der Vergleich
Die Maschinenwahl beginnt bei der Form des Bauteils und den Flächen, die bearbeitet werden sollen:
| Maschine | Prinzip | Stark bei | Grenze |
|---|---|---|---|
| Horizontal-Bohrwerk | Waagerechte Spindel, Werkstück auf Kreuz- und Drehtisch | Bohrungen und Flächen an mehreren Seiten, die zueinander stimmen müssen: Gehäuse, Lagerböcke, Getriebe- und Maschinenständer | Werkstückgröße durch Tisch und Verfahrwege begrenzt; für lange, flache Teile der Umweg |
| Fahrständer-Fräszentrum | Ständer mit schwenkbarem Fräskopf fährt am stehenden Werkstück entlang | Lange und hohe Bauteile: Rahmen, Mastbaugruppen, Maschinenbetten | Für kompakte Teile mit Bohrungen an allen Seiten ist das Bohrwerk mit Drehtisch der direktere Weg |
| Portalfräsmaschine | Portal überspannt das Werkstück, die Spindel arbeitet von oben | Lange, flache Bauteile mit großen Planflächen und Bohrbildern auf der Oberseite: Grundplatten, Traversen, Rahmen | Seitenflächen und Bohrungen quer zur Längsachse nur mit Winkelkopf oder durch Umspannen |
| Radialbohrmaschine | Bohrkopf auf schwenkbarem Ausleger an einer Säule, das Werkstück steht | Viele Bohrungen und Gewinde an großen Teilen, deren Lage über Anriss oder Bohrschablone ausreicht | Keine Fräsbearbeitung; enge Lagetoleranzen zwischen Bohrungen hängen an Anriss oder Vorrichtung |
| Karusselldrehmaschine | Das Werkstück dreht auf einer waagerechten Planscheibe, das Werkzeug steht | Rotationssymmetrische Großteile: Ringe, Flansche, Naben, Lagersitze um eine Achse | Nur für Teile, die sich um eine Achse drehen lassen; seitliche Bohrbilder brauchen eine zweite Maschine |
Als Orientierung: Mehrere genau aufeinander bezogene Seiten sprechen für das Bohrwerk, lange Bauteile mit Bearbeitung von oben für die Portalfräse. Runde Teile werden häufig gedreht. Bei einfachen Bohrarbeiten kann die Radialbohrmaschine ausreichen. Die konkrete Zuordnung erfolgt anhand der Zeichnung.
Wann ein Bohrwerk nicht die richtige Maschine ist
Manche Aufgaben lassen sich auf einer anderen Maschine mit weniger Aufwand erledigen:
- 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.
Der Vorteil des Bohrwerks wird besonders dann wichtig, wenn sich mehrere Seiten auf dieselben Bezüge stützen sollen. Bauteilgröße, Zugänglichkeit und Toleranzen entscheiden, ob sich dieser Vorteil nutzen lässt.
CNC-Portalfräsen für lange Bauteile mit Bearbeitung von oben
Welche Angaben die Maschinenwahl ermöglichen
Für die Maschinenwahl braucht die Fertigung vor allem eindeutige Bezüge, Positions- und Lagetoleranzen, Passungen und Oberflächenangaben. Ein Lagersitz mit H7 allein sagt beispielsweise noch nicht, wie er zu einer zweiten Bohrung liegen muss.
Eine Maschine muss dafür in der Regel nicht vorgegeben werden. Die Fertigung plant, mit welcher Anlage, Reihenfolge und Aufspannung die Anforderungen erreicht werden. Besteht eine verbindliche Vorgabe zum Herstellweg, gehört sie ebenfalls in die Anfrage.
Zusätzlich helfen Hinweise zur Verwendung: Welche Flächen tragen im Einbau? Welche Bohrungen werden mit einem Gegenstück verbolzt? Wird nach der Bearbeitung noch geschweißt? Daraus können sich weitere Anforderungen an die Arbeitsfolge ergeben.
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
Für eine Baugruppe können mehrere Maschinen eingesetzt werden: etwa die Portalfräse für das Bohrbild auf der Oberseite und das Bohrwerk für seitliche Lagersitze. Diese Bearbeitungen bleiben bei Bock im Haus; auch Schweißen, Sandstrahlen und Lackieren sind hier möglich. Ein Plattenbohrwerk betreiben wir nicht. Für größere Werkstücke prüfen wir die Bearbeitung auf Fahrständer und Portalfräsen.
Häufige Fragen zum Bohrwerk
Was ist ein Bohrwerk?
Ein Bohrwerk, ausgeschrieben Horizontal-Bohr- und Fräswerk, ist eine Werkzeugmaschine mit waagerecht liegender Arbeitsspindel. Es bohrt, spindelt aus, fräst, dreht plan und schneidet Gewinde an großen Werkstücken. Meist bearbeitet es über einen Drehtisch mehrere Seiten in einer Aufspannung. Gewählt wird es, wenn Bohrungen und Flächen an verschiedenen Seiten eines Teils genau zueinander liegen müssen. Bei Bock laufen solche Teile auf drei CNC-Bohrwerken TOS-Varnsdorf WHN 13.
Was ist der Unterschied zwischen einem Bohrwerk und einer Radialbohrmaschine?
Beim Bohrwerk kommen Bohrung, Fläche und Gewinde aus einer CNC-Aufspannung und stehen deshalb in einem gemeinsamen Bezugssystem zueinander. Bei der Radialbohrmaschine steht das Werkstück, und der Bohrkopf wird über einen schwenkbaren Ausleger an die Bohrstelle gebracht. Die Lage der Bohrungen ergibt sich dort aus Anriss oder Vorrichtung. Die Radialbohrmaschine ist die Wahl für viele Bohrungen ohne engen Lagebezug, das Bohrwerk für Lagersitze und Passbohrungen, die zueinander stimmen müssen. Bock hat beide im Haus und ordnet das Teil zu.
Was ist der Unterschied zwischen Tischbohrwerk und Plattenbohrwerk?
Beim Tischbohrwerk bewegt ein Kreuz- und Drehtisch das Werkstück. Beim Plattenbohrwerk steht das Werkstück auf einer festen Aufspannplatte, und der Ständer fährt daran entlang. Das Tischbohrwerk bietet die Mehrseitenbearbeitung über den Drehtisch. Das Plattenbohrwerk ist für Teile gedacht, die kein Tisch mehr tragen kann. Bei Bock übernehmen diese Rolle für große Teile das Fahrständer-Fräszentrum und die Portalfräsen, die ebenfalls am stehenden Werkstück verfahren.
Was bedeutet Ausspindeln?
Ausspindeln (auch Ausdrehen) heißt, eine vorhandene Bohrung mit einem einschneidigen Werkzeug auf Endmaß zu bringen. So entstehen Passbohrungen und Lagersitze mit engen Durchmessertoleranzen, die genau fluchten. Auf dem Bohrwerk geschieht das im selben Bezugssystem wie die übrigen Bohrungen und Flächen des Teils. Deshalb ist Ausspindeln der typische Grund, ein Teil aufs Bohrwerk zu legen.
Bohrwerk oder Portalfräse – welche Maschine passt zu meinem Bauteil?
Das hängt davon ab, wo die Bearbeitung liegt. Liegen Bohrungen und Flächen an mehreren Seiten und müssen sie zueinander stimmen, passt das Bohrwerk mit Drehtisch. Ist das Bauteil lang und liegt die Bearbeitung überwiegend auf der Oberseite, etwa bei Grundplatten und Traversen, passt die Portalfräse. Bei Bock stehen beide im selben Werk. Die Zuordnung übernehmen wir anhand Ihrer Zeichnung.
Muss ich angeben, auf welcher Maschine mein Bauteil gefertigt wird?
Nein. Die Zeichnung gibt das Ergebnis vor: Bezugssystem, Lagetoleranzen, Passungen und Oberflächen. Welche Maschine, welche Reihenfolge und wie viele Aufspannungen nötig sind, legen wir fest. Hilfreich sind Hinweise, die in der Zeichnung nicht stehen, etwa welche Flächen im Einbau tragen oder ob das Teil nach der Bearbeitung noch geschweißt wird.
Welche Bohrwerke setzt Bock ein?
Drei baugleiche CNC-Horizontalbohrwerke TOS-Varnsdorf WHN 13 mit Bohrspindel Ø 130 mm, Verfahrwegen von 3.500 mm × 2.500 mm × 1.200 mm, 360°-Drehtisch und Heidenhain-iTNC-530-Steuerung. Für größere Teile kommen das Fahrständer-Fräszentrum Soraluce FR 20.000 und zwei Portalfräsmaschinen Zayer Thera W dazu.
Normen
Normen sind mit Nummer und Ausgabe benannt; ihr Text ist kostenpflichtig und deshalb nicht verlinkt.
- Lagetoleranzen der Bohrungen zueinander (Koaxialität, Parallelität, Rechtwinkligkeit) und ihre Angabe auf der Zeichnung DIN EN ISO 1101 – Geometrische Produktspezifikation (GPS) – Geometrische Tolerierung – Tolerierung von Form, Richtung, Ort und Lauf
- Passungen der Lagersitze, etwa H7 DIN EN ISO 286-1 – Geometrische Produktspezifikation (GPS) – ISO-Code-System für Grenzabmaße und Passungen von Längenmaßen – Teil 1: Grundlagen für Toleranzen, Abmaße und Passungen
