CN115697608A - 攻丝刀具和用于产生螺纹孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生工件螺纹孔(1)的攻丝刀具，工件螺纹孔的内螺纹(9)具有螺纹外直径(d_A)和螺纹内直径(d_K)。根据本发明，攻丝刀具(23)在螺纹产生部段(29)与沉孔切削刃(49)之间具有多个内直径切削刃(34)。在攻丝行程(G)中，内直径刀具(34)被引导到内螺纹坯粗型廓(8)的螺纹槽(15)中。在退刀行程(F)中，内直径刀具(34)通过切削加工去除掉径向内部的螺纹牙顶(21)处的直径余量(Δd)直至螺纹内直径(d_K)。

Description

攻丝刀具和用于产生螺纹孔的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的攻丝刀具和根据权利要求15所述的用于产生工件螺纹孔的方法。

背景技术

在所谓的一次性攻丝过程中，利用攻丝刀具以共同的刀具行程(即攻丝行程)既执行了底孔钻削(也就是说钻底孔)又执行了内螺纹产生。为此，攻丝刀具有至少一个底孔切削刃和带有至少一个加工齿的螺纹产生部段。在该方法中，首先进行攻丝行程，在该攻丝行程中，攻丝刀具能进入到未预先钻底孔的工件中，直至达到额定螺纹深度。当达到额定螺纹深度后，接下来是退刀行程，在该退刀行程中，攻丝刀具的转速被制动，并进行转动方向反向。在转动方向反向后执行逆向行程，在该逆向行程中，能以相反的转动方向将攻丝刀具从工件螺纹孔引导出来。在此时，螺纹产生部段的加工齿在内螺纹的螺纹槽中无负荷地运动。

这种类型的攻丝刀具在其钻尖处具有用于产生底孔的端侧的底孔切削刃。相对钻尖轴向错开地设置有螺纹产生部段，在攻丝行程中，利用螺纹产生部段在底孔壁上产生内螺纹粗型廓，其中，径向内部的螺纹牙顶所位于的直径比要产生的螺纹内直径小直径余量。此外，攻丝刀具具有沉孔切削刃，借助沉孔切削刃能在工件螺纹孔的开口边缘处产生螺纹沉孔。

在现有技术中，在攻丝行程中产生的底孔已经具有了螺纹内直径。在这种情况下，端侧的底孔切削刃延伸直至的径向外部的底孔切削角部位于底孔直径上。底孔切削刃的相应大的切削刃长度在攻丝行程中受到了相应大的切削刃负荷。

这种攻丝刀具示例性地由EP 3 458 219 B1和EP 3 484 647 B1已知。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种攻丝刀具以及一种用于产生工件螺纹孔的方法，其中，在攻丝过程中减少刀具负荷。

该目的通过权利要求1或15的特征来解决。在从属权利要求中公开了本发明的优选的改进方案。

根据权利要求1的特征部分，攻丝刀具沿刀具轴向方向在螺纹产生部段与沉孔切削刃之间具有多个内直径切削刃，这些内直径切削刃在攻丝行程中可以与端侧的底孔切削刃的底孔直径无关地产生螺纹内直径。内直径切削刃在攻丝行程中在内螺纹粗型廓的螺纹槽之内引导。在攻丝行程之后紧接着沿相同的行程方向进行退刀行程，在该退刀行程中，内直径切削刃通过切削加工将径向内部的螺纹牙顶处的直径余量去除，直至螺纹内直径。

在一技术实现方案中，每个内直径切削刃可以构造在攻丝刀具的孔钻型肋的脊面上。在此，内直径切削刃从切削刃底部径向向外伸出切削刃高度。

内直径切削刃的切削刃几何形状对于在工件的螺纹孔中过程可靠地产生内螺纹方面是有利的：因此，每个内直径切削刃都可以具有沿刀具轴线延伸的径向外部的纵向切削边棱。这些纵向切削边棱可以位于螺纹内直径上。纵向切削边棱可以在朝向钻尖的切削角处与一切削刃侧边汇合。以相同方式，纵向切削边棱可以在朝向刀柄的切削角处与一切削刃侧边汇合。内直径切削刃的两个切削刃侧边可以以倾斜延伸的方式过渡到切削刃底部，该切削刃底部位于切削刃底部直径上。

在退刀行程中，相应的内直径切削刃的朝向钻尖的切削刃侧边、朝向钻尖的切削角和纵向切削边棱处于作用状态，以便去除直径余量。

为了产生底孔，攻丝刀具的端侧的底孔切削刃可以在径向外部的底孔切削角处与沿刀具轴线延伸的副切削刃汇合。径向外部的底孔切削角位于底孔直径上。根据本发明，该底孔直径小于螺纹内直径。底孔直径还可以小于或大于切削刃底部直径，或者备选地可以与切削刃底部直径相同。

内直径切削刃可以沿刀具轴线通过切削刃间隙相互隔开。切削刃间隙以如下方式定尺寸：使得在攻丝行程中，每个内直径切削刃都伸入到内螺纹粗型廓的螺纹槽中。内直径切削刃的数量至少可以与螺纹槽的数量相应。

上述刀具几何形状在攻丝行程中具有以下优点：在攻丝行程中产生的切屑因此以与攻丝行程相反的排屑方向被输送出螺纹孔。借助在攻丝行程中伸入到螺纹槽中的内直径切削刃过程可靠地防止切屑进入先前产生的螺纹粗型廓中并对先前产生的螺纹粗型廓造成损害。

由于底孔直径小于内直径，使得在攻丝行程中进给力以及转矩可以设计地比现有技术低。

在第一实施变型方案中，内直径切削刃沿刀具轴线可以位于相同的内直径上。对此备选地，内直径切削刃的内直径可以沿刀具轴线变化。

在第一实施变型方案中，在攻丝行程中，内直径切削刃可以被引导到内螺纹粗型廓的螺纹槽中而没有切削接合。在这种情况下优选的是，在攻丝行程中，内直径切削刃的切削刃侧边能支撑在先前产生的内螺纹粗型廓的螺纹牙侧面上。以该方式，在攻丝行程中提供对攻丝刀具的侧向引导。

在一个实施变型方案中，内直径切削刃的切削刃底部直径可以小于或等于底孔切削角的底孔直径。

在第二实施变型方案中，内直径切削刃在攻丝行程中可以不再没有切削作用地而是相反具有切削作用地引导到内螺纹粗型廓的螺纹槽中。在这种情况下，可以在攻丝行程中进行第一次材料去除，其中，内直径切削刃(尤其是其切削刃底部)去除直径余量的一部分。在随后的退刀行程中可以进行第二次材料去除，其中，内直径切削刃(尤其是其纵向切削边棱)去除了直径余量的剩余部分。

在另外的实施变型方案中，螺纹产生部段可以构造有至少一个逆向齿。在攻丝行程期间，逆向齿与工件不切削接合。只有在逆向行程中，逆向齿才可以从例如面对切屑的螺纹牙侧面去除或通过成型去掉可能额外留存的侧边余量，由此能完成工件内螺纹的加工。

下文是对用于产生螺纹孔的优选过程顺序的描述：钻削和攻丝在一个工序中(即在攻丝行程中)。在攻丝行程期间，内直径切削刃在螺纹型廓中保护性地运动，并防止切屑进入并损坏先前产生的螺纹型廓。与现有技术不同的是，底孔切削刃并不产生内直径，而是产生较小的底孔直径。由于底孔直径小于内直径，使得进给力和转矩可以比现有技术中更低。在达到额定螺纹深度时进行退刀行程，其中，进给和转速的同步化被切断。在刀具进给被制动时，与现有技术类似地产生退刀槽；附加地，内直径切削刃切割出内直径。内直径切削刃可以如下这样地布置，使得内直径可以沿着螺纹是变化的。在退刀行程中，刀具转动方向发生逆向。此外，接通相反的刀具进给，进行同步化，并且使刀具通过先前产生的螺纹型廓从孔不受力地引导出来。刀具可以如下这样地设计，即，使得在攻丝行程中产生的螺纹型廓不是精加工的。如有必要，在刀具在退刀槽中沿刀具轴线已经错开了加工余量后，可以在刀具从孔引导出来时进行精加工。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施例进行描述。其中：

图1示出构造在工件中的螺纹盲孔的侧剖图；

图2和图3示出攻丝刀具的不同视图；

图4以极为简化的等效图示出攻丝刀具，该攻丝刀具在图平面中只示出了与本发明有关的几何形状特征；

图5至图8示出产生图1中所示的螺纹盲孔的视图；以及

图9至12示出本发明的另外的实施例。

具体实施方式

图1示出了完成的工件螺纹孔1。借助所谓的一次性钻削加工，将具有直至目标孔深t_B的孔底3的孔1加工到工件5中，该一次性钻削加工稍后将结合图4至图8进行解释。螺纹孔1在其孔口处具有环绕的螺纹沉孔7，在进一步的延伸中，螺纹孔向下过渡到内螺纹9。内螺纹9沿孔轴线B延伸直至可用的额定螺纹深度t_G。从图1可以进一步得知，具有螺纹收尾部11的内螺纹9的螺纹槽15通到环绕的退刀槽13中，该退刀槽没有螺距，并且沿轴向方向观察构造在内螺纹9与孔底3之间。螺纹槽15具有径向外部的螺纹牙底17以及在径向上向内过渡到螺纹芯部/螺纹型芯(Gewindekern)20的侧向的上和下螺纹牙侧面18、19。螺纹牙底17位于外直径d_A上，而螺纹芯部21位于螺纹内直径d_K上。图1中的上螺纹牙侧面19是在攻丝加工时面对切屑的螺纹牙侧面，而图1中的下螺纹牙侧面18是背离切屑的螺纹牙侧面。

借助于下文结合图2、图3和图4描述的攻丝刀具23加工图1中所示的工件螺纹孔1。因此，图2中的刀具23在其钻尖25处具有三个周向均匀分布的端侧的以及横向延伸的底孔切削刃27和沿攻丝方向落后的螺纹产生部段29(图3)。

在图3中，刀具23包括刀柄24以及与之邻接的攻丝刀具基体26，沿刀具轴线W总共三个周侧分布的排屑槽28延伸至钻尖25处的相应端侧的底孔切削刃27。在每个底孔切削刃27处，钻尖25的限定排屑槽28的前刀面31和端侧的后刀面33(图2)汇合。沿刀具的圆周方向，相应的排屑槽28通过孔钻型肋35限界。图2和图3中所示的攻丝刀具23总共具有三个孔钻型肋35。排屑槽28的前刀面31在形成副切削刃36的情况下过渡到相应的孔钻型肋35的外周侧的脊面37。在图3中，副切削刃36和端侧的底孔切削刃27在径向外部的底孔切削角39处汇合。

在三个孔钻型肋35的每个外周侧的脊面37上，螺纹产生部段29分别具有加工齿41、42、43。加工齿41、42、43以不同的几何形状实施以及与钻尖25的轴向距离不同地间隔开，以便产生图1中所示的内螺纹9的螺纹槽15。

攻丝刀具23在攻丝刀具基体26与刀柄24之间的过渡处具有沉孔切削刃49，以用于形成图1中所示的螺纹沉孔7。

从图3中进一步得知，在孔钻型肋35的外周侧的脊面37上分别构造有内直径切削刃34，这些内直径切削刃分别从切削刃底部38径向向外伸出切削刃高度。

在图4中，每个内直径切削刃34都具有沿刀具轴线W延伸的径向外部的纵向切削边棱40，纵向切削边棱位于螺纹内直径d_K上。纵向切削边棱40在朝向钻尖25的切削角44处过渡到第一切削刃侧边46。以同样方式，切削刃40在朝向刀柄24的切削角48处过渡到第二切削刃侧边50。两个切削刃侧边46、50与切削刃底部38汇合，切削刃底部位于切削刃底部直径d_SG上。

端侧的底孔切削刃27在径向外部的底孔切削角39处过渡到副切削刃36。径向外部的底孔切削角39位于底孔直径d_VB上。

从图3或图4中可以进一步看出，内直径切削刃34沿刀具轴线W被切削刃间隙51彼此隔开。切削刃间隙51以如下方式定尺寸，即，在下文描述的攻丝行程G中(图5或图6)，使得每个内直径切削刃34都伸入到内螺纹粗型廓8的螺纹槽15中。内直径切削刃34的数量在此至少相应于要产生的螺纹槽15的数量。

在下文中，将结合图5至图8描述用于产生图1中所示的工件螺纹孔1的方法。因此，攻丝刀具23沿攻丝方向被引导到尚未进行底孔钻削的工件5上，并以攻丝行程G(图5或图6)进入到工件5中。在攻丝行程G中，底孔切削刃27产生底孔直径为d_VB的底孔30(图5或图6)。后续的螺纹产生部段29在底孔30的内壁部上产生内螺纹粗型廓8(图6或图7)。攻丝行程G在攻丝进给情况下并在与之同步的攻丝转速情况下沿攻丝转动方向执行，更确切地说执行直至达到额定螺纹深度t_G。在上述螺纹成形行程G期间，内直径切削刃34被引导到内螺纹粗型廓8的螺纹槽15中而不发生切削接合。如图5和图6中所示，内直径切削刃34的切削刃侧边46、50支撑在内螺纹粗型廓8的螺纹槽的螺纹牙侧面18、19上。

在图4至图8的实施例中，内直径切削刃34的切削刃底部直径d_SG小于底孔切削角39的底孔直径d_VB。

在图6中示出在攻丝行程G结束时的攻丝刀具23。紧接着，执行退刀行程(图6和图7)。与攻丝行程G区别是，在退刀行程中，进给和转速的同步性被切断。在退刀行程F中，攻丝刀具23的转速被制动，并且进行转动方向反向。同时，沉孔切削刃49产生环绕的螺纹沉孔7。此外，在退刀行程F中，内直径切削刃34通过切削加工去除掉径向内部的螺纹牙顶21(图5和图6)处的直径余量Δd，直至螺纹内直径d_K。在退刀行程F中进行的直径余量Δd的材料去除通过相应的内直径切削刃34的朝向钻尖25的切削刃侧边46、通过朝向钻尖25的切削角44以及通过纵向切削边棱40来进行。

在内螺纹粗型廓8中，径向内部的螺纹牙顶21(图5和图6)位于直径d_S上，该直径相应于底孔直径d_VB，该直径比螺纹内直径d_K小直径余量Δd。

在退刀行程F(图5和图6)中，为了准备逆向行程R(图8)执行转动方向反向。在逆向行程R中，攻丝刀具23沿逆向方向从螺纹孔1被引导出来，更确切地说以相反的逆向进给以及与之同步的逆向转速执行。这些参数被如下这样地定尺寸，即，使得攻丝刀具23的螺纹产生部段29基本上无负荷地在内螺纹9的螺纹槽15中从螺纹孔引出。

在逆向行程R(图8)中，加工齿41、42、43、底孔切削刃27、副切削刃36和内直径切削刃34无负荷地从螺纹孔1引导出来。

在下文中，将结合图9描述根据另外的实施例的攻丝刀具23的结构和作用方式。图9中所示的攻丝刀具23与前图中的攻丝刀具相应。因此，参考前面的描述。图9和图10中所示的攻丝刀具23具有附加的逆向齿69。利用逆向齿69在逆向行程R中从面对切屑的螺纹牙侧面19去除侧边余量Δz。为了准备逆向行程R，攻丝刀具23(在完成退刀行程F后)以加工余量的方式进行驱控，使得逆向齿69面对切屑的螺纹牙侧面19去除或造型掉侧边余量Δz直至成品尺寸。逆向齿69构造在孔钻型肋脊面37上。

在图11、图12和图13中示出了备选的实施方式，其中，攻丝刀具23与前图中所示的基本相应。因此，参考前面的描述。与图4至图8的实施例区别如下：图11、图12和图13中的切削刃底部直径d_SG不小于底孔切削刃39的底孔直径d_VB而是大于底孔直径。由此，内直径切削刃34的切削刃底部38在攻丝行程G(图11)中与内螺纹粗型廓8切削接合。在图11说明示的攻丝行程G中实现了第一次的材料去除M1，其中，内直径切削刃34的切削刃底部38去除了部分直径余量Δd。在接下来的退刀行程F中实现了第二次材料去除M2，其中，内直径切削刃34的纵向切削边棱40去除了直径余量Δd的剩余部分。

附图标记列表

1 螺纹孔

3 孔底

5 工件

7 螺纹沉孔

8 内螺纹粗型廓

9 内螺纹

11 螺纹收尾部

13 退刀槽

15 螺纹槽

17 径向外部的螺纹牙底

18、19 螺纹牙侧面

20 螺纹芯部

21 螺纹牙顶

23 攻丝刀具

24 刀柄

25 钻尖

27 底孔切削刃

29 螺纹产生部段

26 攻丝刀具基体

28 排屑槽

30 底孔

31 前刀面

33 端侧的后刀面

34 内直径切削刃

35 孔钻型肋

36 副切削刃

37 外周侧的脊面

38 切削刃底部

39 径向外部的底孔切削角

40 纵向切削边棱

41、42、43 加工齿

44 切削角

46 第一切削刃侧边

48 切削角

49 沉孔切削刃

50 第二切削刃侧边

51 切削刃间隙

69 逆向齿

d_SG 切削刃底部直径

d_VB 底孔直径

d_A 螺纹外直径

d_I 螺纹内直径

d_K 螺纹内直径

d_S 螺纹牙顶直径

Δd 直径余量

Δz 侧边余量

G 攻丝行程

F 退刀行程

R 逆向行程

B 孔轴线

W 刀具轴线

M1 第一次材料去除

M2 第二次材料去除

Claims (15)

1.一种用于产生工件螺纹孔(1)的攻丝刀具，该工件螺纹孔的内螺纹(9)具有螺纹外直径(d_A)和螺纹内直径(d_K)，其中，所述攻丝刀具(23)能在攻丝行程(G)中进入到未预先钻底孔的工件(5)中，更确切地说直至达到额定螺纹深度(t_G)，其中，在达到所述额定螺纹深度(t_G)之后接下来的是退刀行程(F)，在所述退刀行程中，所述攻丝刀具(23)的转速被制动并且进行转动方向反向，其中，在逆向行程(R)中，所述攻丝刀具(23)能沿相反的转动方向从所述工件螺纹孔(1)被引导出来，其中，在所述攻丝刀具(23)的钻尖(25)上构造有至少一个端侧的底孔切削刃(27)用于产生底孔(30)，其中，相对钻尖(25)轴向错开地构造有具有至少一个加工齿(41、42、43)的螺纹产生部段(29)，在攻丝行程(G)中能利用所述螺纹产生部段在底孔壁中产生内螺纹粗型廓(8)，其中，径向内部的螺纹牙顶(21)位于牙顶直径(d_S)上，所述牙顶直径比所述螺纹内直径(d_K)小直径余量(Δd)，其中，所述攻丝刀具(23)具有至少一个沉孔切削刃(49)，借助于沉孔切削刃能在所述工件螺纹孔(1)的开口边缘处产生螺纹沉孔(7)，其特征在于，所述攻丝刀具(23)沿刀具轴向方向(W)在所述螺纹产生部段(29)与所述沉孔切削刃(49)之间具有多个内直径切削刃(34)，在攻丝行程(G)中，所述内直径切削刃(34)被引导到所述内螺纹粗型廓(8)的螺纹槽(15)中，在退刀行程(F)中，所述内直径切削刃(34)通过切削加工去除在径向内部的螺纹牙顶(21)处的直径余量(Δd)直至所述螺纹内直径(d_K)。

2.根据权利要求1所述的攻丝刀具，其特征在于，每个内直径切削刃(34)都构造在所述攻丝刀具(23)的孔钻型肋(35)的脊面(37)上，和/或所述内直径切削刃(34)以切削刃高度从切削刃底部(38)径向向外伸出，所述切削刃底部位于切削刃底部直径(d_SG)上。

3.根据权利要求2所述的攻丝刀具，其特征在于，每个内直径切削刃(34)都具有沿刀具轴线(W)延伸的径向外部的纵向切削边棱(40)，所述纵向切削边棱位于所述螺纹内直径(d_K)上，尤其是所述纵向切削边棱(40)在朝向钻尖(25)的切削角(44)处与切削刃侧边(46)汇合，和/或所述切削边棱(40)在朝向刀柄(24)的切削角(48)处与切削刃侧边(50)汇合，尤其是所述切削刃侧边(46、50)过渡到所述切削刃底部(38)。

4.根据权利要求3所述的攻丝刀具，其特征在于，在退刀行程(F)中进行的直径余量(Δd)的材料去除尤其是通过相应的内直径切削刃(34)的朝向钻尖(25)的切削刃侧边(46)、通过朝向钻尖(25)的切削角(44)以及通过所述纵向切削边棱(40)实现。

5.根据前述权利要求中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，端侧的底孔切削刃(27)在径向外部的底孔切削角(39)处与沿所述刀具轴线(W)延伸的副切削刃(36)汇合，所述径向外部的底孔切削角(39)位于底孔直径(d_VB)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，所述内直径切削刃(34)沿所述刀具轴线(W)经由切削刃间隙(51)相互隔开，尤其是在攻丝行程(G)中，每个内直径切削刃(34)都伸入到所述内螺纹粗型廓(8)的螺纹槽(15)中，和/或所述内直径切削刃(34)的数量至少与所述工件螺纹孔(1)中的螺纹槽(15)的数量相应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，所有内直径切削刃(34)的内直径(d_K)是相同的，或者所述内直径切削刃(34)的内直径(d_K)沿所述刀具轴线(W)变化。

8.根据权利要求6或7所述的攻丝刀具，其特征在于，在攻丝行程(G)中产生的切屑沿与攻丝行程(G)相反的排屑方向被从所述工件螺纹孔(1)输送出，尤其是伸入到所述螺纹槽(15)中的内直径切削刃(34)使切屑在很大程度上不停留在所述螺纹槽(15)上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，所述内直径切削刃(34)的切削刃底部直径(d_SG)小于或等于所述底孔切削角(39)的底孔直径(d_VB)。

10.根据权利要求9所述的攻丝刀具，其特征在于，在攻丝行程(G)中，所述内直径切削刃(34)的切削刃底部(38)以不与所述内螺纹粗型廓(8)切削接合的方式被引导，尤其是所述内直径切削刃(34)的切削刃侧边(46、50)支撑在所述内螺纹粗型廓(8)的螺纹槽(15)的螺纹牙侧面(18、19)上，从而确保了对所述攻丝刀具(23)的引导。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，所述切削刃底部直径(d_SG)大于所述底孔切削角(39)的底孔直径(d_VB)。

12.根据权利要求11所述的攻丝刀具，其特征在于，在攻丝行程(G)中，所述内直径切削刃(34)的切削刃底部(38)与所述内螺纹粗型廓(8)切削接合。

13.根据权利要求11或12所述的攻丝刀具，其特征在于，在攻丝行程(G)中进行第一次材料去除(M1)，其中，所述内直径切削刃(34)去除直径余量(Δd)的一部分，在退刀行程(F)中进行第二次材料去除(M2)，其中，内直径切削刃(34)去除剩余部分的直径余量(Δd)。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的攻丝刀具，其特征在于，在攻丝行程(G)中产生的切屑至少部分地与所述内螺纹粗型廓(8)的面对切屑的螺纹牙侧面(19)发生碰撞，和/或尤其是所述螺纹产生部段(29)具有至少一个逆向齿(69)，借助所述逆向齿，在逆向行程(R)中能从面对切屑的螺纹牙侧面(19)去除和/或成型加工掉侧边余量(Δz)，更确切地说在对所述工件内螺纹(9)完成加工的情况下。

15.用于借助根据前述权利要求中任一项所述的攻丝刀具(23)产生工件螺纹孔(1)的方法。

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