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Anwendungsgebiet
und Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanabhebenden Herstellung
eines Gewindes, das wenigstens einen Gewindegang mit Gewindeflanken und
einen Gewindegrund aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Schneidwerkzeug
zur Herstellung eines Gewindes mit einer Schneide, die gegenüber dem
Werkstück
in mehreren Zustellstufen zugestellt wird.
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Zur
Herstellung von Innen- und Außengewinden
sind zahlreiche Verfahren bekannt. Neben dem Gewinde-Rollen sind
als spanabhebende Verfahren das Gewindeschneiden mit weitgehend
bohrungsfüllenden
Werkzeugen, das Drehen und das Fräsen von Gewinden bekannt. Beim
Drehen und Fräsen
wird das Schneidwerkzeug gegenüber
dem Werkstück
in mehreren Zustellstufen zugestellt. Aus der
US 5 964 522 A ist ein Schneidwerkzeug
mit einer Hartmetall-Schneidplatte bekannt geworden, bei der die
Zustellung etwa parallel zu einer Gewindeflanke erfolgt, so dass
jeweils ein gleichmäßiger, streifenförmiger Span
abgehoben wird.
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Die
etwa parallel zu einer der Gewindeflanken verlaufende Schneide ist
dabei weitgehend auf den spitzennahen Abschnitt der Profilschneide
beschränkt,
die im übrigen
aber Größe und Form
des in das Werkzeug geschnittenen Gewindeganges hat.
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Insbesondere
beim Schneiden von relativ großen
Gewinden, beispielsweise Bewegungsgewinden, kommt es häufig zu
unerwünschten
Schwingungen, die nicht nur einen erhöhten Werkzeugverschleiß bewirken,
sondern auch „Rattermarken" auf dem Werkstück hinterlassen.
Das gilt besonders, wenn es beispielsweise um das Schneiden der
Gewinde auf relativ dünnen
Gewindespindeln geht. Selbst wenn man in mehreren Zustellstufen
arbeitet oder, wie vorher zum Stand der Technik beschrieben, durch „schräges" Zustellen die Länge der
jeweils arbeitenden Schneide und damit die Spanbreite im wesentlichen
auf die Abmessung einer Gewindeflanke und des Gewindegrundes beschränkt, führt dies
bei vielen Anwendungen und kritischen Werkstück-Materialien noch nicht zum
Erfolg.
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Aufgabe und
Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Schneidwerkzeug
zu schaffen, mit dem auch größere Gewinde
bei kritischen Materialien mit geringeren Schneidkräften und
unter Vermeidung von Schwingungsgefahr geschnitten werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, das Schneidwerkzeug
nach Anspruch 6 gelöst.
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Das
Verfahren sieht also vor, dass das Schneidwerkzeug zusätzlich zu
seiner radialen Zustellung auch in axialer Richtung, vorzugsweise
hin und her, bewegt wird. Damit die Schneide bei jeder Zustellstufe
in axialer Richtung bis an eine der Gewindeflanken heran schneidet,
wird das Schneidwerkzeug vorzugsweise in axialer Richtung zwischen den
durch die Gewindeflanken vorgegebenen Grenzen hin und her bewegt.
Die Schneide bearbeitet daher bei jeder Zustellstufe vorzugsweise
einen Abschnitt einer der Gewindeflanken fertig. Bei einem im Querschnitt
trapezförmigen
Gewindegang wird also das Schneidwerkzeug anfänglich mit einer größeren Axial-Komponente
hin und her bewegt als zum Ende, wobei neben dem Schneidabschnitt,
der den Gewindegrund bearbeitet, jeweils zumindest ein Teil einer der
Gewindeflanken-Schneidabschnitte im Schneideingriff ist.
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Während der
Bearbeitung ist also meist der Spanquerschnitt unsymmetrisch und
hat eine L- oder hockeyschlägerartige
Form. Neben der Tatsache, dass der Span dadurch schmaler ist, ist
auch durch die unterschiedliche, unsymmetrische Spandicke sichergestellt,
dass sich keine langen Späne
bilden, sondern der Span, wie vorgesehen, bricht.
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Das
Schneidwerkzeug nach der Erfindung hat eine Schneide, die in Größe und Form
von dem Querschnitt des damit zu bearbeitenden Gewindeganges abweicht.
Sie ist insbesondere schmaler und die Gewindeflanken-Schneidabschnitte
können
auch kürzer
sein als die Tiefe des Gewindeganges bzw. die zu bearbeitenden Gewindeflanken.
Damit ist auch sichergestellt, dass der Span wesentlich schmaler
ist als die Abmessungen des Gewindeganges und weniger Schneidkraft
aufzuwenden ist. Die unsymmetrische Form des jeweils abzunehmenden
Spanquerschnittes, die sich auch während der Bearbeitung dauernd ändert, sorgt
ebenfalls dafür,
dass sich keine Schwingungen aufbauen können.
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Bevorzugt
wird also für
die Bearbeitung von größeren Gewinden,
insbesondere Bewegungsgewinden, ein Zustellverfahren beschrieben,
bei dem ein Schneidwerkzeug mit einer Schneide, die wesentlich schmaler
ist als die größten Axialabmessungen
des Gewindeganges, so bewegt wird, dass bei jedem Zustellschritt
das Werkzeug nicht nur radial, also in der Tiefe, sondern auch axial
zugestellt wird, und zwar jeweils von einer Gewindeflanke bis zur
anderen, so dass bei mehreren aufeinander folgenden Zustellstufen
oder -schritten jeweils nur ein schmaler, unsymmetrisch gestalteter
Span abgetragen wird und die Gewindeflanken sukzessive in einzelnen, den
Zustellstufen entsprechenden Abschnitten hergestellt werden. Dies
verringert die Neigung zu Schwingungen, fördert den Spanabfluss und hält die Schneidkräfte gering.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in
einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. Es
zeigen.
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1 zur
Begriffsbestimmung: die Seitenansicht eines nach der Erfindung zu
schneidenden Trapezgewindes,
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2 ein
Beispiel eines Schneidwerkzeuges in perspektivischer Ansicht,
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3a bis 3f schematische
Darstellungen von aufeinander folgenden Bearbeitungsstufen bei der
Herstellung eines Trapezgewindes,
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4 eine
Alternative zum Bearbeitungsschritt nach 3f mit
einem Schneidwerkzeug mit noch schmalerer Schneide, und
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5a bis 5e Darstellungen
entsprechend den 3 für ein Flachgewinde.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Detail eines Werkstücks 11 in Form
einer Gewindespindel mit einer Achse 40 und einem Außengewinde 12,
das die Form eines eingängigen
Trapez-Bewegungsgewindes hat. Dementsprechend weist es einen im
vorliegenden Falle geraden, d.h. zylindrischen Gewindescheitel auf,
der aber auch spitz oder abgerundet sein könnte, sowie daran anschließende Gewindeflanken 14,
die im vorliegenden Fall bei einem Trapezgewinde schräg zum Gewindegrund 15 verlaufen,
der den Kerndurchmesser bildet und im vorliegenden Fall ebenfalls
Teil eines Zylinders ist, aber auch rund oder spitz sein könnte. Es
ist auch möglich,
andere Gewindeformen, beispielsweise ein Flachgewinde herzustellen,
bei dem die Gewindeflanken radial und nicht schräg dazu verlaufen (s. 5a–5e).
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Die
Gewindeflanken 14 und der Gewindegrund 15 schließen einen
Gewindegang 16 zwischen sich ein. Er ist im Querschnitt
ebenfalls trapezförmig, d.h.
seine axialen Abmessungen sind nahe dem Außenumfang (Maß 18)
(Gewindescheitel 13) wesentlich größer als am Gewindegrund (Maß 19).
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Zur
Herstellung eines solchen Gewindes kann das in 2 dargestellte
Schneidwerkzeug 20 dienen. Es besteht aus einem Halter 21 und
einem im wesentlichen dreieckigen Schneidplättchen 22, das mit
einer zentralen Schraube 23 in einer Ausnehmung 24 des
Halters festgelegt ist.
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Das
Schneidplättchen 22 hat
an seinen drei Ecken jeweils eine Schneide 25, die so ausgebildet ist,
dass die Schneidrichtung etwa tangential zum Schneidplättchen läuft. Die
Schneide 25 hat einen Gewindegrund-Schneidabschnitt 26 an seiner
Dreiecks-Ecke und zwei sich schräg
daran anschließende
Gewindeflanken-Schneidabschnitte 27 an den Seiten des Schneidplättchens.
An die Schneidenfläche 28 schließt sich
eine Spanbrecherkante 29 an.
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Das
Schneidplättchen
ist so aufgenommen, dass es sich in der Ausnehmung 24 gegen
eine Drehung unter dem Schneiddruck abstützt und zusätzlich beim gezeigten Ausführungsbeispiel
auf einer an der Stirnseite des Halters ausgebildeten Stütznase 30.
Die Gewindeflanken-Schneidabschnitte 27 sind unter
einem Winkel gegeneinander angestellt, der der Schräge der Gewindeflanken
des damit hergestellten Werkzeugs entspricht.
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Die 3a bis 3f zeigen
nun einzelne Phasen der Gewindeherstellung an einem Beispiel durch
Dreh-Bearbeitung in einer schematischen Darstellung. Dabei ist das
Werkstück 11 nur
bezüglich
eines Gewindeganges dargestellt, der jeweils strichliert mit seiner
Form im Endzustand durch die strichlierte Linie 35 angedeutet
ist. Die Schneide 25 mit ihren einzelnen Abschnitten 26 und 27 ist
in den 3 durch eine verstärkte Linie
gezeigt. Die 3a bis 5 zeigen
also eine Detail-Draufsicht auf den vorderen Teil des Schneidwerkzeugs 20 bzw.
Des Schneidplättchens 22.
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3a zeigt,
dass die Bearbeitung damit beginnt, dass das Werkzeug, das mit seiner
Schneide 25 wesentlich schmaler ist als die größte Breite 18 des
Gewindeganges 16 (s. 1), so positioniert und
radial zuge stellt wird, dass es an einer, im vorliegenden Fall der
unteren, Gewindeflanke beginnt, einen Span 36 abzutragen,
der im Falle von 3a streifenförmig, also im wesentlichen
parallelflächig begrenzt
ist. Sein Querschnitt ist aber um Größenordnungen kleiner als die
gesamte Querschnittsfläche
des Gewindegangs 16.
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3b zeigt
nun, dass danach das Werkzeug so radial und axial zugestellt wird
(s. Pfeife 42), dass es nun mit seinem anderen, in 3b oberen Gewindeflanken-Schneidabschnitt
den ersten Abschnitt der oberen Gewindeflanke 14 bearbeitet,
und zwar bis zu seiner endgültigen
Form. Dabei ist zu erkennen, dass der Span 36 nun eine
L-förmig
abgestufte Form hat, weil die Schneide 25 zwar schmaler als
das Maß 18,
jedoch breiter als die Hälfte
des Abschnittes 18, d.h. der Gewindegangöffnung ist.
Auch dieser Span ist wesentlich kleiner als die Querschnittsfläche des
Gewindegangs 16.
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Die 3c zeigt
eine weitere Stufe, bei der das Werkzeug 20 wiederum zusätzlich zu
seiner radialen, also den Gewindegang vertiefenden Zustellung auch
in axialer Richtung verstellt wird, und zwar nun wieder zurück, so dass
jetzt wieder untere Gewindeflanke abschnittsweise geschnitten wird.
Diese axialen Hin- und Her-Bewegungen überlagern den entsprechend
der Gewindesteigung vorgesehenen axialen Vorschub für die Herstellung
eines Gewindes.
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Aus
den nun folgenden Zustellstufen 3d und 3e ist
zu erkennen, dass diese den Gewindegang vertiefende und axial hin
und her gehende Zustellung wiederholt wird, wobei sich die Spanform immer
mehr einer L- bzw.
hockeyschlägerartigen Form
annähert.
Dabei ist es möglich,
dass beide Zustellbewegungen (axial und radial bevorzugt) gleichzeitig
oder in beliebiger Aufeinanderfolge nacheinander vorgenommen werden.
Man erkennt aber, dass die axialen Ausschläge zwischen den einzelnen Stufen
mit zunehmender Bearbeitungstiefe geringer werden.
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3f zeigt
die letzte Bearbeitungsstufe, bei der, da die Schneide 25 und
insbesondere den Gewindegrund-Schneidabschnitt 26 schmaler
ist als den Gewindegrund 15, die letzte Zustellstufe lediglich
in einer Axialbewegung besteht, die als Span 36 die letzte
stehen gebliebene Ecke 37 am Gewindegrund ausräumt.
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In 4 ist
der Sonderfall der letzten Bearbeitungsstufe dargestellt, bei dem
der Gewindegrund-Schneidabschnitt 26 die gleiche Breite 17 (1)
hat, wie der Gewindegrund 15 und bei dem durch Radial-
und Axial-Zustellung
ein dünner
hockeyschlägerartiger
Span abgetragen wird.
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Die 5a bis 5e zeigen
aufeinander folgende Bearbeitungsstufen für ein Flachgewinde 12,
bei dem die Gewindeflanken 14 radial verlaufen, so dass
der Querschnitt des Gewindeganges 16 rechteckig ist. Auch
dieses Gewinde 12 ist aus einem zylindrischen Werkstück 11 herstellbar.
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Die
Schneide 25 des Schneidwerkzeugs 20 ist auch rechteckig
und steht etwas über
den angrenzenden Teil 41 des Schneidplättchens 22 vor, so
dass dieser Teil nicht mit den Gewindeflanken 14 in Eingriff kommt.
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Die
Arbeitsweise entspricht der von 3a bis 3f,
hier jedoch in fünf
Bearbeitungsstufen statt der in den 3 dargestellten
sechs Stufen. Die Zustellschritte und ihre Richtung sind den Pfeilen 42 zu
entnehmen.
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Es
ist zu erkennen, dass bei der Erfindung die Schneide 25 nicht
die gleiche Form und Größe haben
muss wie der abzuarbeitende Gewindegang. Die Schneide kann wesentlich
schmaler sein und die Gewindeflanken-Schneidabschnitte 27 können auch wesentlich
kürzer
sein als die Gewindetiefe bzw. die Breite der Gewindeflanken. Das
ergibt neben den vorher beschriebenen Vorteilen der Schwingungsarmut
und des besseren Spanabflusses sowie der geringeren Schneidkräfte den
zusätzlichen
Vorteil, dass ein Schneidwerkzeug für Gewinde verschiedener Abmessungen
eingesetzt werden kann, insbesondere, wenn es sich um Gewinde gleicher
Flankenwinkel und Gewindeform handelt. Das wird dadurch erreicht,
dass bei der Erfindung der Gewindegang nicht durch ein Werkzeug
hergestellt werden muss, dessen Profil genau dem Gewindegangprofil
entspricht, sondern zu einem Teil durch die Steuerung der einzelnen
Zustellabschnitte in Tiefe und Axialabmessung erzeugt wird. Die
auf die jeweilige Gewindegangform abzustellende Steuerung des Schneidwerkzeuges
kann auf einer nummerisch gesteuerten Dreh- oder Fräsmaschine durch ein geeignetes
Programm erzeugt werden. Es ist im Falle eines Trapezgewindes also
jeweils bei jedem Zustellschritt der axiale Ausschlag entsprechend
der Schräge
der Gewindeflanken zu verkleinern.
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Es
ist somit zu erkennen, dass es vermieden wird, dass insbesondere
am Ende der Bearbeitung ein Span über die gesamte Gewindegang-Begrenzung oder zumindest
die Breite des Gewindegrundes und einer Flanke abgenommen werden
muss, was leicht zu Schwingungen und damit zu Rattermarken führen könnte, die
gerade bei der Endbearbeitung unerwünscht sind. Die Erfindung ist
vorstehend anhand eines Trapezgewindes beschrieben worden. Sie kann
aber auch für
andere Gewindeformen und, ohne fortlaufende axiale Zustellbewegung,
auch für umlaufende
Nuten eingesetzt werden.