DE102005031561B3

DE102005031561B3 - Thread milling head has rotation device provided for rotating tool with respect to Z-axis, and adjustment device that has linear guides for eccentric adjustment of driven tool

Info

Publication number: DE102005031561B3
Application number: DE200510031561
Authority: DE
Inventors: Peter Hof
Original assignee: INGBUERO HOF GmbH; Ingenieurbuero Hof GmbH
Current assignee: INGBUERO HOF GmbH; Ingenieurbuero Hof GmbH
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-07-07

Abstract

The thread milling head has a case in which a rotation device and an adjustment device are arranged. The rotation device is provided for rotating a tool (22) with respect to the Z-axis. The adjustment device has linear guides for eccentric adjustment of the driven tool. An independent claim is also included for the thread milling apparatus including the thread milling head.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindefräskopf mit einem Fräskopfgehäuse, einer Rotationsvorrichtung zur Rotation des Fräskopfgehäuses um eine Z-Achse, einer Verstelleinrichtung im Fräskopfgehäuse zur von der Z-Achse radial beabstandeten, exzentrischen Verstellung eines angetriebenen Werkzeugspannfutters. Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Vorrichtung zum Gewindefräsen mit einem Gewindefräskopf, der eingangs genannten Art, mit einem Spindelantrieb, einer Rotationsvorrichtung für den Gewindefräskopf, einem gesteuerten und zum Rotationsantrieb synchronisierten Vorschubantrieb zur Bearbeitung eines ortsfesten Werkstücks.The The invention relates to a thread milling head with a milling head housing, a Rotary device for rotating the cutter head housing about a Z-axis, a Adjustment device in the milling head housing for radially spaced from the Z axis, eccentric adjustment a powered tool chuck. The invention relates also to a device for thread milling with a thread milling head, the initially mentioned type, with a spindle drive, a rotary device for the Gewindefräskopf, a controlled and synchronized to the rotary drive feed drive for machining a stationary workpiece.

Unter einem ortsfesten Werkstück wird verstanden, dass das Werkstück während der Bearbeitung nicht aufgrund einer, insbesondere computerunterstützen, Steuerung auf X-Y-Achsen bewegt wird, sondern fest eingespannt bleibt.Under a stationary workpiece it is understood that the workpiece while the processing is not due to a, in particular computer-assisted, control is moved on X-Y axes, but remains firmly clamped.

Die Fertigung von Innengewinden ist eine sehr anspruchsvolle Bearbeitungsaufgabe in der Zerspanungstechnik. Es sind hohe Anforderungen an die Prozesssicherheit zu stellen, weil die Werkstücke bis zum Fertigen der Innengewinde eine lange Fertigungsfolge durchlaufen und oft einen hohen Wert haben. Deshalb ist ein Werkzeugbruch unbedingt zu vermeiden, da er zu einer teuren Nacharbeit oder zu einem Ausschuss des Werk stücks führen kann.The Manufacturing internal threads is a very demanding machining task in machining technology. There are high demands on process reliability to ask because the workpieces up go through a long production sequence to manufacture the internal thread and often have a high value. Therefore a tool break is essential to avoid, as he to an expensive rework or to a committee of the work piece to lead can.

Innengewinde werden heute hauptsächlich durch Gewindeschneiden oder Gewindeborren hergestellt. Die hohe Produktivität, die vergleichsweise geringen Werkzeugkosten und der hohe Bekanntheitsgrad sind Hauptvorteile der Verfahren.inner thread are mainly due to today Thread cutting or threading made. The high productivity, the comparatively low Tool costs and high brand awareness are major benefits the procedure.

Bei Grundlochgewinden in lang spanenden Werkstoffen kann es jedoch zu Spanförderproblemen kommen. Es besteht dann die Gefahr eines plötzlichen Werkzeugbruchs. Diesen Nachteil überwindet das Gewindeformen. Es entstehen dabei keine Späne und damit auch nicht die damit verbundenen Probleme. Jedoch sollte der Werkstoff zur Umformung eine Materialdehnung von mindestens 7% aufweisen, wodurch das Einsatzspektrum für diese Technologie eingeschränkt ist. Bei spröden Gusswerkstoffen oder hochfesten bzw. gehärteten Bauteilen stößt man an die Grenzen des Verfahrens.at However, bottom hole threads in long-chipping materials may be too Spanförderproblemen come. There is then the danger of a sudden tool breakage. this Disadvantage overcomes that Tapping. There are no chips and thus not the chips related problems. However, the material should be for forming a Material expansion of at least 7%, whereby the range of application for this Technology restricted is. In brittle Cast materials or high-strength or hardened components are encountered the limits of the procedure.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist zur Innengewindefertigung das Gewindefräsen entwickelt worden, das technologische Vorteile aufweist. Bei dem Gewindefräsen können eine Schnittgeschwindigkeit und ein Vorschub des Werkzeuges unabhängig voneinander gewählt werden, wobei diese Verarbeitungsparameter eine Spanbildung und Werkzeugbelastung wesentlich beeinflussen. Verfahrensbedingt entstehen beim Gewindefräsen, im Gegensatz zum Gewindeschneiden, kurze, kommaförmige Späne, die keine Probleme bezüglich der Spanabfuhr bereiten, und es ist keine Drehrichtungsumkehr des Werkzeuges zur Spanbrechung bzw. -lösung erforderlich. Die beim Gewindefräsen verwendeten Werkzeuge weisen ein Gewindeprofil ohne Steigung auf und werden zunächst entlang einer Bohrachse auf die gewünschte Tiefe verfahren. Anschließend wird das Werkzeug über eine Einfahrschleife radial um ein bestimmtes Maß aus der Bohrachse auf den Nenndurchmesser des zu fertigenden Gewindes verfahren. Zur Ausbildung des Gewindes erfolgt eine Kreisinterpolation über 360°. Anschließend wird das Werkzeug über eine Ausfahrschleife radial auf die Bohrachse und axial aus dem Gewinde verfahren. Mit einem Werkzeug lassen sich Rechts- und Linksgewinde mit gleicher Steigung und unterschiedlichem Nenndurchmesser in verschiedenen Werkstoffen fertigen, weshalb die Anzahl benötigter Werkzeuge beschränkt ist. Im Gegensatz zum geschnittenen Gewinde ist das gefräste Gewinde über nahezu die gesamte Länge des verwendeten Werkzeuges in einer Sachlochbohrung voll ausgebildet.Around to overcome these disadvantages Thread milling has been developed for internal thread production has technological advantages. When thread milling, a Cutting speed and a feed of the tool independently chosen These processing parameters are chipping and Significantly affect tool loading. Due to the process arise during thread milling, in contrast to threading, short, comma - shaped chips, which have no problems regarding the Spanabfuhr prepare, and it is not reversing the direction of the tool for chip breaking or solution required. The thread milling used tools have a thread profile without pitch on and be first Move along a drilling axis to the desired depth. Subsequently, the Tool over a Einfahrschleife radially to a certain extent from the drilling axis on the Nominal diameter of the thread to be manufactured process. For training the thread is circular interpolated over 360 °. Then the tool is over a Extension loop radially on the drilling axis and axially out of the thread method. With a tool can be right and left hand thread with the same pitch and different nominal diameter in different Materials manufacture, which is why the number of tools required is limited. In contrast to the cut thread, the milled thread is almost over the entire length the tool used fully formed in a blind hole.

Unter der Verwendung eines kombinierten Bohr-Gewindefräs-Werkzeuges ist die Fertigung der Bohrung, Senkung und des Gewindes in einem Arbeitsgang möglich, insbesondere in einem Durchmesserbereich von 3 mm bis 16 mm, wobei selbstverständlich sowohl kleinere als auch größere Gewindedurchmesser herstellbar sind. Beim Gewindefräsen muss die Gewindegeometrie nicht wie beim Gewindeschneiden direkt mit dem Gewindewerkzeug verbunden sein. Ein Gewindeschneidwerkzeug M6 erzeugt immer ein Gewinde M6. Die Gewindegeometrie entsteht beim Gewindefräsen, wie bereits erläutert, erst durch eine Rotation des entsprechenden Werkzeuges, also eines Gewindefräsers, und die gleichzeitige Bewegung in drei Hauptachsen einer 3D-Werkzeugmaschine, wodurch der Gewindefräser relativ zum Werkstück eine Spiralbewegung ausführt.Under the use of a combined drill thread milling tool is the production of the hole, Lowering and threading in one operation possible, especially in one Diameter range from 3 mm to 16 mm, of course, both smaller as well as larger thread diameter can be produced. When thread milling the thread geometry does not have to be directly like threading be connected to the threading tool. A threading tool M6 always produces a thread M6. The thread geometry is created by Thread milling, as already explained, only by a rotation of the corresponding tool, so one Thread mill, and the simultaneous movement in three main axes of a 3D machine tool, causing the thread milling relative to the workpiece performs a spiral movement.

Vorrichtungen zum Gewindefräsen, das Verfahren und die entsprechenden Werkzeuge sind bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 103 18 203 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Gewinden, insbesondere von Innengewinden, mittels eines drehangetriebenen Gewindewerkzeugs, mit dem die Gewinde spanlos durch Druckumformung in und aus der Oberfläche des Werkstücks, insbesondere in und aus der Innenoberfläche einer Werkstückbohrung herausgetrieben werden. Das Werkstück ist in einer 3D-CNC-Werkzeugmaschine eingespannt. Eine ähnliche Werkzeugmaschine zeigt das US-Patent 5 076 744. Bei beiden Maschinen wird Werkzeug zum Gewindefräsen in X- und Y-Richtung über eine CNC-Ansteuerung kreisförmig bewegt. Dies bringt verschiedene Nachteile mit sich. Ein Nachteil ist, dass ein in X- und Y-Achsen verfahrbarer Werkstücktisch, im Folgenden als X-Y-Werkstücktisch bezeichnet, einen Kreis nur in einem Vieleck entsprechend der Auflösung des X-Y-Werkstücktisches beschreibt. Häufig können die Werkstücke nicht auf X-Y-Werkstücktischen gefertigt werden, sondern sind auf ortsfesten Werkstücktischen eingespannt, so dass das Werkzeug allein die notwendigen Bewegungen durchführen muß.Thread milling apparatus, the method and the corresponding tools are known. For example, this describes DE 103 18 203 A1 a method for producing threads, in particular internal threads, by means of a rotary-driven threading tool, with which the threads are driven without cutting by pressure forming in and out of the surface of the workpiece, in particular in and out of the inner surface of a workpiece bore. The workpiece is clamped in a 3D CNC machine tool. A similar machine tool is shown in US Pat. No. 5,076,744. In both machines, tool for thread milling in the X and Y directions is moved in a circular manner via a CNC drive. This brings different dene disadvantages. A disadvantage is that a workpiece table which can be moved in X and Y axes, referred to below as XY workpiece table, describes a circle only in a polygon corresponding to the resolution of the XY workpiece table. Often the workpieces can not be made on XY work tables, but are clamped on stationary work tables, so that the tool alone must perform the necessary movements.

Die WO 02/094491 offenbart ein Gewindefräswerkzeug mit zwei unterschiedlichen Ausführungsformen. Die eine Ausführungsform weist einen einzigen kreisförmigen Profilvorsprung zum Fräsen von Gewinden mit unterschiedlichen Gewindegrößen auf. Bei der anderen Ausführungsform weist das Gewindefräswerkzeug eine Vielzahl von Profilvorsprüngen auf, die aufgrund der Geometrie zur Herstellung lediglich einer bestimmten Gewindegröße definiert sind.The WO 02/094491 discloses a thread milling tool with two different ones Embodiments. The one embodiment has a single circular Profile projection for milling Threading with different thread sizes. In the other embodiment has the thread milling tool a variety of profile projections due to the geometry for producing only one defined thread size are defined.

Die DE 87 18 098 U1 beschreibt eine Werkzeugmaschine zum Gewindefräsbohren und einen Gewindefräsbohrkopf, der auch bei einem ortsfesten Werkstück eingesetzt werden kann. Die Ein spannvorrichtung zum Halten eines Gewindeschneidbohrers ist in einem Zylinder exzentrisch gelagert. Dieser Zylinder wird von einem Stellmotor rotiert und schafft eine exzentrische radiale Verschiebung der Spindel. Ein weiterer Stellmotor bewegt die gesamte Einheit auf einer Kreisbahn, wobei eine Vorschubvorrichtung für eine axiale Verschiebung während des Gewindefräsens sorgt, wodurch insgesamt eine notwendige Spiralbewegung für das Gewindefräsen erzeugt wird.The DE 87 18 098 U1 describes a machine tool for thread milling and a Gewindefräsbohrkopf, which can also be used in a stationary workpiece. The A clamping device for holding a tapping drill is mounted eccentrically in a cylinder. This cylinder is rotated by a servomotor and creates an eccentric radial displacement of the spindle. Another servomotor moves the entire unit in a circular path, with an advancing device for axial displacement during thread milling, thereby producing a necessary spiral motion for thread milling as a whole.

Im Weiteren zeigt die DE 28 53 488 A1 ein Bohrwerk mit einer Verstelleinrichtung die Linearführungen aufweist.In the following shows the DE 28 53 488 A1 a boring machine with an adjusting device has the linear guides.

Schließlich ziegt die DE 23 46 809 C3 eine Vorrichtung zum Gewindefräsen mit einem Gewindefräskopf, einem Spindelantrieb, einer Rotationsvorrichtung für den Gewindefräskopf und einem gesteuerten und zum Rotationsantrieb synchronisierten Vorschubantrieb zur Bearbeitung eines ortsfesten Werkstücks. Der Spindelantrieb ist ortsfest angeordnet und es ist eine Kardan-Gelenkwelle vorgesehen, um den Antrieb auf eine Arbeitsspindel zu übertragen.Finally, the goat DE 23 46 809 C3 a device for thread milling with a thread milling head, a spindle drive, a rotating device for the thread milling head and a controlled and rotational drive synchronized feed drive for machining a stationary workpiece. The spindle drive is stationary and there is provided a cardan hinge shaft to transmit the drive to a work spindle.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gewindefräskopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der preiswert und einfach aufgebaut ist und bei einer Werkzeugmaschine mit einem ortsfestem Werkstück eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Gewindefräsen der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und möglichst mit hoher Prozesssicherheit arbeitet.It is the object of the invention, a thread milling head of the aforementioned To create kind that is cheap and easy to set up and at a machine tool used with a stationary workpiece can be. About that It is another object of the invention to provide a device for thread milling to create the aforementioned type, which is simple and preferably works with high process reliability.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich des Gewindefräskopfes dadurch gelöst, dass die Verstelleinrichtung Linear führungen aufweist und eine hydraulische Vorrichtung umfasst.According to the invention Task regarding of the thread milling head solved by that the adjusting linear guides and has a hydraulic Device comprises.

Die Linearführungen gewährleisten eine exakte Exzentrizität. Die notwendigen Verstellbeträge sind direkt auf die Verstelleinrichtung übertragbar. Komplizierte Rechenoperationen zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung sind nicht erforderlich.The linear guides guarantee an exact eccentricity. The necessary adjustment amounts are directly transferable to the adjustment. Complicated arithmetic operations to control the adjustment are not required.

Durch den Einsatz der hydraulischen Vorrichtung zur exzentrischen radialen Verstellung ist die Prozesssicherheit erhöht.By the use of the hydraulic device for eccentric radial Adjustment is increased process reliability.

Bevorzugt umfasst die hydraulische Vorrichtung, insbesondere zwei, Plungerzylinder als fluidische Linearantriebe, die von einer hydraulischen Steuerung betätigt werden. Die Plungerzylinder sind gegenüberliegend angeordnet und verschieben die auf zwei Linearführungen gelagerte Arbeitsspindel in einer X-Y-Achsenebene vor. Diese X-Y-Achsenebene steht senkrecht auf der Rotationsachse der Antriebswelle, also der Z-Achse. Mindestens ein Plungerzylinder weist eine Stellschraube mit einer Skalenscheibe auf. Damit kann der Weg des Plungerzylinders und damit die Exzentrizität der Arbeitsspindel auf den entsprechenden Radius des zu fräsenden Gewindes eingestellt werden. Zweckmäßigerweise beaufschlagen die Plungerzylinder ein in dem Fräskopfgehäuse gelagertes Innengehäuse, in dem eine mit dem Werkzeugspannfutter verbundene Arbeitsspindel gelagert ist.Prefers includes the hydraulic device, in particular two, plunger cylinder as a fluidic linear drives, by a hydraulic control actuated become. The plunger cylinders are arranged opposite each other and move on two linear guides stored work spindle in an X-Y-axis plane before. This X-Y axis plane is perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft, so the Z-axis. At least one plunger cylinder has a set screw with a dial on. This can be the way of the plunger cylinder and thus the eccentricity the work spindle to the corresponding radius of the thread to be milled be set. Conveniently, the plunger cylinders act upon an inner housing mounted in the milling head housing, in which stored associated with the tool chuck work spindle is.

Um bei dem Gewindefräsen eine exakte Gewindesteigung zu erzielen, ist es erforderlich, dass die entlang der Z-Achse verlaufende Längsbewegung in einem genauen und gleich bleibenden Verhältnis zur Umdrehung der Arbeitsspindel erfolgt. Zweckmäßigerweise ist das Fräskopfgehäuse mit einer eine Antriebswelle lagernden Hohlwelle drehfest verbunden, die über einen Rollengewindetrieb unter Zwischenanordnung eines Wechselradgetriebes mit einem Vorschubmotor gekoppelt ist. Über das Wechselradgetriebe kann der Vorschub in Richtung der Z-Achse und damit die Steigung des Gewindes eingestellt werden.Around during thread milling To achieve an exact thread pitch, it is necessary that the along the Z-axis longitudinal movement in a precise and consistent relationship to the rotation of the work spindle. Conveniently, the Fräskopfgehäuse with a hollow shaft supporting a drive shaft rotatably connected, the above a roller screw with interposition of a change gear coupled with a feed motor. About the change gearbox can be the feed in the direction of the Z-axis and thus the pitch of the thread be set.

Zur Übertragung der Drehbewegung zueinander fluchtenden als auch versetzten Achsen ist die Antriebswelle mit der Arbeitsspindel kardanisch verbunden. Aufgrund der Verbindung mittels Kardangelenken sind die Antriebswelle und ein zugeordneter Hauptantriebsmotor ortsfest angeordnet, weshalb die bewegten Massen verhältnismäßig gering sind und gegebenenfalls auch große Drehmomente auf die Arbeitsspindel übertragen werden können. Zweckmäßigerweise ist die Antriebswelle über einen Zahnriementrieb mit einem Hauptantriebsmotor gekoppelt.For transmitting the rotational movement to each other aligned and staggered axes, the drive shaft is connected gimbal with the work spindle. Due to the connection by means of universal joints, the drive shaft and an associated main drive motor are arranged stationary, which is why the moving masses are relatively small and, if appropriate, large torques can be transmitted to the work spindle. Zweckmäßi gerweise the drive shaft is coupled via a toothed belt drive with a main drive motor.

In Ausgestaltung ist das Werkzeugspannfutter durch einen Einsatz eines Mehrspindelbohr- und Fräskopfes ersetzt. Der Mehrspindelbohr- und Fräskopf kann unterschiedliche Größen aufweisen und mit einer unterschiedlichen Anzahl von Werkzeugen bestückt werden und dient beispielsweise zur Bearbeitung von Radlagergehäusen von Kraftfahrzeugen. Es können demnach mehrere Bohrungen mit Gewinde gleichzeitig gefertigt werden. Im Weiteren können verschiedene Werkzeuge für unterschiedliche Gewindegrößen im Mehrspindelkopf eingesetzt sein. Somit kann ein Werkstück mit unterschiedlichen Gewinden oder verschiedene Werkstücke hintereinander gefertigt werden, ohne einen Werkzeugwechsel durchführen zu müssen. Aufwändige Rüstzeiten und Werkzeugwechselzeiten fallen damit weg. Dies hat im Weiteren den Vorteil, dass die Bearbeitungszeit eines Werkstückes verhältnismäßig kurz und die Herstellungsqualität verbessert ist, da für jede bestimmte Gewindegröße ein bestimmtes Werkzeug verwendet werden kann.In Design is the tool chuck by using a Multi-spindle drilling and milling head replaced. The multi-spindle drilling and milling head can be different Have sizes and be equipped with a different number of tools and is used for example for machining wheel bearing housings of Motor vehicles. It can Accordingly, several holes are made with thread at the same time. In addition, different Tools for different thread sizes in the multi-spindle head be used. Thus, a workpiece with different threads or different workpieces be made one behind the other, without performing a tool change too have to. elaborate up times and tool change times are eliminated. This has below the advantage that the processing time of a workpiece is relatively short and the manufacturing quality is improved since for every specific thread size a particular one Tool can be used.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung zum Gewindefräsen dadurch gelöst, dass der Spindelantrieb ortsfest angeordnet ist und eine Kardan-Gelenkwelle vorgesehen ist, um den Antrieb auf die Arbeitsspindel zu übertragen.According to the invention Task with regard to the device for thread milling thereby solved, that the spindle drive is arranged stationary and a cardan drive shaft is provided to transmit the drive to the work spindle.

Dies ist insofern vorteilhaft, als die bewegten Massen gering sind und gegebenenfalls auch große Drehmomente auf die Ar beitsspindel zu übertragen.This is advantageous in that the moving masses are low and possibly also large torques to transfer to the Ar beitsspindel.

Selbstverständlich kann auch der Hauptantriebsmotor der Werkzeugspindel an der Verstelleinrichtung direkt am Fräskopf befestigt sein, wodurch eine Kardan-Gelenkwelle nicht erforderlich ist. Dies gilt unter der Prämisse, dass die geforderten Drehmomente erzeugt werden können und der Hauptantriebsmotor mittels einer Steuerelektronik entsprechend angesteuert werden kann.Of course you can also the main drive motor of the tool spindle on the adjusting device directly on the milling head be attached, whereby a cardan propshaft is not required is. This is true under the premise that the required torques can be generated and the main drive motor by means of control electronics accordingly can be controlled.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations are usable. The scope of the invention is only through the claims Are defined.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to two embodiments with reference on the associated Schematic drawings explained in more detail. It shows:

1 Schnittansichten der Bearbeitungsfolgen beim Bohrgewindefräsen mittels des erfindungsgemäßen Gewindefräskopfs, 1 Sectional views of the machining sequences in Bohrgewindefräsen using the thread milling head according to the invention,

1a weitere Schnittansichten der Bearbeitungsfolgen beim Bohrgewindefräsen mittels des erfindungsgemäßen Gewindefräskopfs, 1a Further sectional views of the machining sequences in Bohrgewindefräsen by means of the thread milling head according to the invention,

2 eine Seitenansicht einer Bohr- und Gewindefräseinheit zum Bohrgewindefräsen mit dem Gewindefräskopf, 2 a side view of a drill and Gewindefräseinheit for Bohrgewindefräsen with the thread milling head,

3 eine Vorderansicht der Bohr- und Gewindefräseinheit nach 2, 3 a front view of the drilling and Gewindefräseinheit after 2 .

4 eine Schnittansicht der Bohr- und Gewindefräseinheit nach 2, 4 a sectional view of the drilling and Gewindefräseinheit after 2 .

5 eine Rückansicht der Bohr- und Gewindefräseinheit nach 2, 5 a rear view of the drilling and Gewindefräseinheit after 2 .

5a einen Schnitt durch die Darstellung nach 5 gemäß der Linie Va-Va 5a a section through the illustration after 5 according to the line Va-Va

6 eine Schnittansicht eines Gewindefräskopfs nach der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform und 6 a sectional view of a thread milling head according to the invention according to a second embodiment and

7 eine Vorderansicht der Darstellung nach 6. 7 a front view of the representation after 6 ,

Nach 1 und 1a wird zuerst ein Werkzeug 22, das sowohl zum Bohren als auch zum Gewindefräsen geeignet ist, bis zum Werkstück 4 im Schnellvorschubgang angefahren, dann wird im zweiten Schritt ein Kernloch mit normaler Vorschubgeschwindigkeit gebohrt und gesenkt, im dritten Schritt wird das Werkzeug um ein Maß „g" zurückgezogen, im vierten Schritt folgt eine radiale Zustellung um das Maß „e" auf den Gewindedurchmesser (Anfahrschleife), im fünften Schritt erfolgt ein Vorwärtsschub zurück um die Gewindesteigung bei gleichzeitiger Rotation des Werkzeugs um die Mittelachse des Bohrlochs, im sechsten Schritt erfolgt ein radiales Zurückführen des Werkzeugs auf das Bohrzentrum (Ausfahrschleife) und im siebten Schritt erfolgt ein Rückzug aus der fertigen Gewindebohrung. Dieses Verfahren des Gewindefräsens besitzt gegenüber dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Gewinden zahlreiche Vorteile: Es erlaubt zum einen den universellen Einsatz in fast allen lang- oder kurzspanenden Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl, rostfreie Werkstoffe, kurzspanende Gusslegierungen (GG und GGG), Aluminium und AlSi-Legierungen, Titan- und Nickellegierungen und gehärtete Werkstoffe. Auf diese Weise lassen sich sowohl links- als auch rechtslaufende Gewinde sowie auch Außen- und Innengewinde fertigen. Ein weiterer Vorteil ist bei einer ersten Ausführungsform eines für dieses Verfahren geeigneten Universalwerkzeugs mit lediglich einer Fräsrille, dass verschiedene Gewindegrößen bei gleicher Steigung mit nur einem Werkzeug gefertigt werden können. Hier fallen unnötige Werkzeugwechsel weg.To 1 and 1a becomes a tool first 22 , which is suitable both for drilling and for thread milling, to the workpiece 4 approached in the fast feed gear, then in the second step, a core hole with normal feed speed drilled and lowered, in the third step, the tool is retracted by a dimension "g", in the fourth step follows a radial delivery by the dimension "e" on the thread diameter (start-up In the fifth step, a forward thrust backwards about the thread pitch with simultaneous rotation of the tool about the center axis of the borehole, in the sixth step there is a radial return of the tool to the drilling center (Ausfahrschleife) and in the seventh step, a withdrawal from the finished threaded hole. This method of thread milling has numerous advantages over the conventional method for producing threads: it allows for universal use in almost all long- or short-chipping materials, such as steel, stainless materials, short-chipping cast alloys (GG and GGG), aluminum and AlSi Alloys, titanium and nickel alloys and hardened materials. In this way, both left- and right-handed threads as well as external and internal threads can be manufactured. Another advantage is in a first embodiment of a suitable for this method universal tool with only one milling groove that different thread sizes made at the same pitch with only one tool can be. This eliminates unnecessary tool changes.

Grundsätzlich bedeutet der Einsatz des Gewindefräsens für den Anwender reduzierte Werkzeugkosten durch weitgehend universellen Werkzeugeinsatz. Beim Gewindefräsen werden maßgenaue und lehrenhaltige Gewinde bis annähernd zum Bohrungsgrund erzeugt. Bis auf den Bereich der Einfahrschleife von 1/4-Gang (90°) oder 1/2-Gang (180°) besitzen gefräste Gewinde keinen Anschnittbereich. Ein entscheidender Vorteil des Gewindefräsens ist die hohe Prozesssicherheit. Da es sich um einen Fräsprozess handelt, entstehen immer kurze Späne. Ein Spanknäul oder Spanstau ist auch bei Problemwerkstoffen ausgeschlossen. Sollte dennoch einmal ein Gewindefräser brechen, so entsteht kein Ausschuss, da der Gewindefräser im Durchmesser kleiner als die Kernlochbohrung ist, die Bruchstücke sich somit einfach entfernen lassen und dasselbe Gewinde mit einem neuen Werkzeug fertiggefräst werden kann. Beim Gewindefräsen hat der Anwender die Möglichkeit, auch große Gewinde mit einer vergleichsweise kleinen Bohr- und Gewindefräseinheit zu fertigen. Das Gewinde wird vom Werkzeug also in einer 360°-spiralförmigen Bewegung in einem einzigen Arbeitsgang gefräst.Basically means the use of thread milling for the User reduced tooling costs through largely universal Use of tools. When thread milling become dimensionally accurate and teach-containing threads to approximate generated to the bottom of the hole. Except for the area of the entry loop of 1/4-speed (90 °) or 1/2-speed (180 °) own milled Thread no bleed area. A decisive advantage of thread milling is the high process reliability. Because it is a milling process always short chips are formed. A spanking column or Spanstau is excluded even with problem materials. Should nevertheless, once a thread milling cutter break, so no rejects, since the thread mill in the diameter smaller than the core hole, the fragments are thus easily removed leave and the same thread can be finished with a new tool. When thread milling the user has the option also great Thread with a comparatively small drill and Gewindefräseinheit too finished. The thread of the tool is thus in a 360 ° spiral movement milled in a single operation.

Bei der Herstellung eines verhältnismäßg großen Gewindes, kann gemäß 1a die erforderliche Kernlochbohrung bereits im Werkstück 22 vorgegossen oder vorgebohrt seinIn the preparation of a relatively large thread, according to 1a the required core hole already in the workpiece 22 pre-cast or pre-drilled

Die Bohr- und Gewindefräseinheit nach 2 umfasst eine Schlitteneinheit 1 mit einer Fräseinheit 2 und einem Gewindefräskopf 3. Die Bohr- und Gewindefräseinheit steht auf einem in der 3 in der Vorderansicht zu sehenden Schlittenunterteil 6, das ein Schlittenoberteil 7 mit zwei Rollenumlaufeinheiten 8 auf Linearführungsschienen führt. Ein Rollengewindetrieb 9 in Z-Richtung sorgt für den Vorschub, der von einem Vorschubmotor 32 angetrieben wird. Der Gewindefräskopf 3 weist ein Fräskopfgehäuse 15 auf, das in seinem Inneren ein Innengehäuse 16 auf Linearführungen im Form von vier Schlittenlängsführungen 23 führt. Die Schlittenlängsführungen 23, die mit dem Fräskopfgehäuse 15 beim Gewindefräsen rotieren, sind in der 2 in einer Position dargestellt, in der sie eine Verschiebung in der X-Achse ermöglichen. Die radial exzentrische Verstellung erfolgt aufgrund einer Verschiebung des Innengehäuses 16 auf diesen Schlittenlängsführungen 23. Ein Werkzeugspannfutter 21 mit dem eingespannten Werkzeug 22 zum Bohren und Gewindefräsen wird mittels eines Hauptantriebsmotors 33 angetrieben.The drilling and thread milling unit after 2 comprises a carriage unit 1 with a milling unit 2 and a thread milling head 3 , The drilling and thread milling unit stands on a in the 3 in the front view to see sled base 6 , which is a sled top 7 with two roller circulating units 8th leads to linear guide rails. A roller screw drive 9 in Z-direction provides for the feed, that of a feed motor 32 is driven. The thread milling head 3 has a milling head housing 15 on, inside it an inner casing 16 on linear guides in the form of four slide longitudinal guides 23 leads. The slide longitudinal guides 23 connected to the milling head housing 15 rotate during thread milling, are in the 2 represented in a position in which they allow a shift in the X-axis. The radially eccentric adjustment takes place due to a displacement of the inner housing 16 on these sled longitudinal guides 23 , A tool chuck 21 with the clamped tool 22 For drilling and thread milling is by means of a main drive motor 33 driven.

Das Fräskopfgehäuse 15 ist gemäß 3 rechteckig ausgestaltet und weist die Schlittenlängsführungen 23 auf. In dem Fräskopfgehäuse 15 befindet sich das Innengehäuse 16. Dieses Innengehäuse 16 wird von einer hydraulischen Verstelleinrichtung, die ein fluidischer Linearantrieb ist, von zwei gegenüberliegenden hydraulischen Plungerzylindern 17, 18 bzw. Hydraulikzylindern eingespannt, die die radiale Verstellung mit tels einer in der 4 dargestellten hydraulischen Steuereinheit 34 ausführen. An dem Plungerzylinder 17 ist eine Verstellschraube 19 mit einer Skalenscheibe 20 angeordnet, durch die sich der Verstellweg des Plungerzylinders 17 einstellen lässt.The milling head housing 15 is according to 3 rectangular designed and has the carriage longitudinal guides 23 on. In the milling head housing 15 is the inner housing 16 , This inner case 16 is from a hydraulic adjusting device, which is a fluidic linear drive, of two opposed hydraulic plunger cylinders 17 . 18 or hydraulic cylinders clamped, the radial adjustment with means of a in the 4 shown hydraulic control unit 34 To run. On the plunger cylinder 17 is an adjusting screw 19 with a dial 20 arranged through which the displacement of the plunger cylinder 17 can be set.

In 4 ist im Querschnitt der Gewindefräskopf 3 mit der Verstelleinrichtung und der Fräseinheit 2 verdeutlicht. Die Fräseinheit 2 umfasst ein Gehäuse 10, in dem eine Hohlwelle 11 gelagert ist. Die Hohlwelle 11 dient zur Rotation des Fräskopfgehäuses 15 bei der Ausführung der spiralförmigen Kreisbewegung beim Gewindefräsen. Zum Antrieb des Werkzeugs 22 befindet sich innerhalb der Hohlwelle 11 eine kugelgelagerte Antriebswelle 12, die von dem Hauptantriebsmotor 33 über einen Zahnriementrieb 38 angetrieben wird. Da sich eine Arbeitsspindel 14 im Innengehäuse 16 radial mittels der Verstelleinrichtung verstellen lässt, verbindet eine Kardan-Gelenkwelle 13 die Antriebswelle 12 mit der Arbeitsspindel 14. Die Hohlwelle 11 wird über ein Wechselradgetriebe, bestehend aus Stirnrädern 24, 25, 27, 28, 29a, 29b und einem Wechselrad 27 von einem Vorschubmotor 32 angetrieben. Um eine exakte Gewindesteigung zu erzielen, ist es erforderlich, das Wechselrad 27 in Abhängigkeit von der gewünschten Gewindesteigung auszutauschen. Zur Ansteuerung der hydraulischen Plungerzylinder 17, 18 dient die hydraulische Steuereinheit 34 mit Proportionalwegeventilen 35 sowie hydro-elektrischen Druckschaltern 36, 37 an der Fräseinheit 2.In 4 is in cross section the thread milling head 3 with the adjusting device and the milling unit 2 clarified. The milling unit 2 includes a housing 10 in which a hollow shaft 11 is stored. The hollow shaft 11 serves to rotate the cutterhead housing 15 during the execution of the spiral circular motion during thread milling. To drive the tool 22 located inside the hollow shaft 11 a ball-bearing drive shaft 12 coming from the main propulsion engine 33 via a toothed belt drive 38 is driven. As is a work spindle 14 in the inner housing 16 radially adjustable by means of the adjusting device, connects a cardan propeller shaft 13 the drive shaft 12 with the work spindle 14 , The hollow shaft 11 is via a change gear, consisting of spur gears 24 . 25 . 27 . 28 . 29a . 29b and a change wheel 27 from a feed motor 32 driven. In order to achieve an exact thread pitch, it is necessary, the change wheel 27 depending on the desired thread pitch to exchange. For controlling the hydraulic plunger cylinder 17 . 18 serves the hydraulic control unit 34 with proportional directional valves 35 as well as hydro-electric pressure switches 36 . 37 at the milling unit 2 ,

Da die Exzentrizität aufgrund diskreter radialer Werte erfolgt, wird keine aufwändige Rechnerleistung benötigt, um die Exzentrizität zu berechnen. Vielmehr kann diese aufgrund der Verstellschraube 19 und der Skalenscheibe 20 genau eingestellt werden. Es ist somit eine hydraulisch-mechanische Steuerung einer kreisförmigen Bewegung möglich und zwar im Gegensatz zu einer 3D-Werkzeugmaschine, die einen Werkstücktisch in X- und Y-Richtung in nur einer annähernden Kreisbahn, d.h. einem Vieleck, fahren kann und im Wesentlichen von der Auflösung bzw. Genauigkeit des X-Y-Werkstücktisches abhängig ist. Je höher die Auflösungsgenauigkeit des X-Y-Werkstücktisches ist, desto teuerer und aufwändiger ist ein solcher Werkstücktisch. Vorteil der Bohr- und Gewindefräseinheit ist, dass sie als separate Maschine in Transferstraßen, in Rundtakt- oder Sondermaschinen sowie an Vertikaldrehmaschinen und Drehautomaten zum Bohren und Fräsen von Gewindelöchern auf einem Teilkreisdurchmesser eingesetzt werden kann. Bei solchen Anwendungen kommen in der Regel teure X-Y-Werkstücktische nicht zum Einsatz. Aufgrund des kostengünstigen fluidischen Linearantriebs und der kostengünstigen wie einfachen Rotationsvorrichtung ergeben sich niedrigere Investitionskosten. Die Fertigung von Serienteilen mit Innengewinden ist wirtschaftlich.Since the eccentricity is due to discrete radial values, no complex computing power is needed to calculate the eccentricity. Rather, this can be due to the adjusting screw 19 and the dial 20 be set exactly. It is thus a hydraulic-mechanical control of a circular movement possible and in contrast to a 3D machine tool, which can drive a workpiece table in the X and Y direction in only one approximate circular path, ie a polygon, and essentially on the resolution or accuracy of the XY workpiece table is dependent. The higher the resolution accuracy of the XY workpiece table, the more expensive and complex is such a workpiece table. The advantage of the drilling and thread milling unit is that it can be used as a separate machine in transfer lines, in rotary transfer or special machines, as well as in vertical lathes and lathes for drilling and milling threaded holes on a pitch circle diameter. Such applications usually involve expensive XY work tables not used. Due to the cost-effective fluidic linear drive and the cost-effective and simple rotary device, lower investment costs result. The production of series parts with internal threads is economical.

Bei der alternativen Ausführungsform mit mehreren Arbeitsspindeln 52 ist gemäß den 6 und 7 statt der in der 4 gezeigten Lagerplatte 40 am Gehäuse 10 eine Lagerplatte 41 mit einem Mehrspindelbohr- und Fräskopf 47 zum gleichzeitigen Bohren und Fräsen mehrerer Gewindelöcher angebaut. Auf der Lagerplatte 41 sind vier Distanzsäulen 42 aufgebaut, an denen eine Grundplatte 43 mit Längsführungen 44 für die X-Richtung und Längsführungen 45 für die Y-Richtung befestigt sind. An den Längsführungen 44, 45 ist eine Aufnahmeplatte 46 zur Aufnahme des Mehrspindelbohr- und Fräskopfes 47 festgelegt. Die Aufnahmeplatte 46 wird beim Gewindefräsen über einen in der Arbeitsspindel 14 sitzenden, auf der Aufnahmeplatte 46 kugelgelagerten Mitnehmer 49 über ein Lager 50 und einen Lagerflansch 51 in den X- und Y-Richtungen in einem Kreis bewegt. Aufgrund der Exzentrizität mit dem Maß „e", die die hydraulische Verstelleinrichtung ausführt, beschreibt das Innengehäuse 16, das mit dem Mehrspindelbohr- und Fräskopf 47 über einen Mitnehmer 49, ein Kugellager 50 und einen Lagerflansch 51 verbunden ist, einen Kreis mit dem Radius „e". Die Arbeitsspindeln 52 des Mehrspindelbohr- und Fräskopfes 47 werden über ein auf dem Mitnehmer 49 sitzendes Stirnrad 54 und die auf den Arbeitsspindeln 52 sitzenden Stirnräder 55 angetrieben. Es können neben den Sondermehrspindelköpfen auch handelsübliche Mehrspindelköpfe verwendet werden.In the alternative embodiment with multiple spindles 52 is in accordance with the 6 and 7 instead of in the 4 shown bearing plate 40 on the housing 10 a bearing plate 41 with a multi-spindle drilling and milling head 47 for simultaneous drilling and milling of several threaded holes. On the bearing plate 41 are four distance columns 42 built on which a base plate 43 with longitudinal guides 44 for the X-direction and longitudinal guides 45 attached to the Y-direction. On the longitudinal guides 44 . 45 is a recording plate 46 for holding the multi-spindle drilling and milling head 47 established. The receiving plate 46 is used when thread milling over a in the work spindle 14 sitting, on the receiving plate 46 ball-bearing driver 49 about a camp 50 and a bearing flange 51 moved in a circle in the X and Y directions. Due to the eccentricity with the dimension "e", which executes the hydraulic adjusting device, describes the inner housing 16 that with the multi-spindle drilling and milling head 47 about a driver 49 , a ball bearing 50 and a bearing flange 51 is connected, a circle with the radius "e." The work spindles 52 of the multi-spindle drilling and milling head 47 Be about one on the driver 49 seated spur gear 54 and those on the spindles 52 sitting spurs 55 driven. It can be used in addition to the special multi-spindle heads and commercial multi-spindle heads.

11: Schlitteneinheitslide unit
22: Fräseinheitmilling unit
33: GewindefräskopfGewindefräskopf
44: Werkstückworkpiece
55
66: SchlittenunterteilCarriage base
77: SchlittenoberteilSled shell
88th: RollenumlaufeinheitenRoller monorail
99: RollengewindetriebRoller screw
1010: Gehäusecasing
1111: Hohlwellehollow shaft
1212: Antriebswelledrive shaft
1313: Kardan-GelenkwelleUniversal joint shaft
1414: Arbeitsspindelwork spindle
1515: FräskopfgehäuseFräskopfgehäuse
1616: Innengehäuseinner housing
1717: Plungerzylinderplunger
1818: Plungerzylinderplunger
1919: Verstellschraubeadjusting
2020: Skalenscheibedial
2121: WerkzeugspannfutterTool chuck
2222: WerkzeugTool
2323: SchlittenlängsführungSled longitudinal guide
2424: Stirnräderspur gears
2525: Stirnräderspur gears
2626: Wechselradchange gear
2727: Stirnräderspur gears
2828: Stirnräderspur gears
2929: Stirnräderspur gears
3030: Schwenkhebelpivoting lever
3131: Zahnkupplunggear coupling
3232: Vorschubmotorfeed motor
3333: HauptantriebsmotorMain drive motor
3434: Steuereinheitcontrol unit
3535: ProportionalwegeventilProportional directional valve
3636: hydro-elektrische Druckhydro-electric print
: schalterswitch
37.37th: hydro-elektrische Druckhydro-electric print
: schalterswitch
3838
3939
4040: Lagerplattebearing plate
4141: Lagerplattebearing plate
4242: DistanzsäuleDistance column
4343: Grundplattebaseplate
4444: Längsführunglongitudinal guide
4545: Längsführunglongitudinal guide
4646: Aufnahmeplattemounting plate
4747: Mehrspindelbohr- undmulti-spindle and
: Fräskopfmilling head
4848
4949: Mitnehmertakeaway
5050: Kugellagerball-bearing
5151: LagerflanschLagerflansch
5252: Arbeitsspindelnwork spindles
5353
5454: Stirnradspur gear
5555: Stirnradspur gear
gG: Maßmeasure
ee: Maßmeasure

Claims

Thread milling head with a milling head housing ( 15 ), a rotary device ( 11 . 25 ) for rotation of the milling head housing ( 15 ) about a Z-axis, an adjusting device ( 17 . 18 . 19 . 20 ) in the milling head housing ( 15 ) to the Z-axis radially spaced, eccentric adjustment of a driven tool chuck ( 21 ), characterized in that the adjusting linear guides ( 23 ) and comprises a hydraulic device.

Thread milling head according to claim 1, characterized in that the hydraulic device, in particular two, plunger cylinders ( 17 . 18 ) as fluidic linear drives, which are controlled by a hydraulic control ( 34 ).

Thread milling head according to claim 2, characterized in that a plunger cylinder ( 17 ) one Adjusting screw ( 19 ) with dial ( 20 ) having.

Thread milling head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plunger cylinder ( 17 . 16 ) in the milling head housing ( 15 ) stored inner housing ( 16 ) in which one with the tool chuck ( 21 ) connected work spindle ( 14 ) is stored.

Thread milling head according to claim 1, characterized in that the milling head housing ( 15 ) with a drive shaft ( 12 ) supporting hollow shaft ( 11 ), which is connected via a roller screw drive ( 9 ) with interposition of a change gear with a feed motor ( 32 ) is coupled.

Thread milling head according to claim 5, characterized in that the drive shaft ( 12 ) with the work spindle ( 14 ) is gimbaled.

Thread milling head according to claim 5 or 6, characterized in that the drive shaft ( 12 ) via a toothed belt drive with a main drive motor ( 33 ) is coupled.

Thread milling head according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tool chuck ( 21 ) by using a Mehrspindelbohr- and milling head ( 47 ) is replaced.

Device for thread milling with a thread milling head ( 3 ) according to one of claims 1 to 5, with a spindle drive ( 33 . 12 ), a rotary device ( 11 . 24 . 25 ) for the thread milling head ( 3 ), a controlled and rotational drive synchronized feed drive ( 9 ) for machining a stationary workpiece, characterized in that the spindle drive ( 12 ) is stationary and a cardan propeller shaft ( 13 ) is provided to drive on a work spindle ( 14 ) transferred to.