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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Gewindefräser zum
Ausbilden eines Außen- oder
Innengewindes an einer Außen-
oder Innenumfangsfläche
eines Werkstücks,
und genauer gesagt auf solch einen Gewindefräser, der in der Lage ist, das
Gewinde auszubilden, ohne dass unerwünschte Fremdkörper oder
ein Grat an der mit Gewinde versehenen Umfangsfläche verbleiben.
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Erörterung
des Standes der Technik
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Als
eine Art von Werkzeug zum Ausbilden eines Innengewindes an einer
Innenumfangsfläche
eines Loches, das vorab in einem Werkstück ausgebildet wurde, ist ein
Gewindefräser
mit einem zylindrischen Hauptkörper
bekannt, wobei ringförmige
Vorsprünge
an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet sind.
Jeder der ringförmigen
Vorsprünge
hat ein Profil von jeder Rille des auszubildenden Innengewindes und
erstreckt sich in einer Umfangsrichtung des zylindrischen Hauptkörpers, ohne
sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers zu
erstrecken, so dass keine Steigung vorgesehen ist. An dem zylindrischen
Hauptkörper
sind an der Umfangsfläche
Nuten so ausgebildet, dass jeder der ringförmigen Vorsprünge durch
die Nuten in eine Vielzahl von Abschnitten geteilt ist. Der Gewindefräser ist
an einem Bearbeitungszentrum oder einer Werkzeugmaschine befestigt,
die drei oder mehr numerisch gesteuerte Achsen hat, und wird, während er
um seine Achse gedreht wird, entlang eines spiralförmigen Interpolationspfades
im Inneren des ausgebildeten Lochs so bewegt, dass das Innengewinde
an der Umfangsfläche
des ausgebildeten Lochs mit Schneidkanten ausgebildet wird, die
jeweils an einer rückseitigen
Kante der in Breitenrichtung gegenüberliegenden Kanten einer entsprechenden
Nut ausgebildet sind. Ein Beispiel solch eines Gewindefräsers ist
in dem Dokument JP-S63-200916A (Veröffentlichung der Ungeprüften Japanischen
Patentanmeldung; offen gelegt 1988) offenbart. Bei diesem Gewindefräser, der
in der Japanischen Veröffentlichung offen
gelegt ist, sind zusätzlich
zu den Schneidkanten zum Ausbilden eines Innengewindes Schneidkanten an
einem körperfernen
Endabschnitt eines mit Nuten versehenen Hauptkörpers vorgesehen und Schneidkanten
an einem körpernahen
Endabschnitt des mit Nuten versehenen Hauptkörpers vorgesehen. Körpernah
und körperfern
beziehen sich hier und im Folgenden auf die Lage bezüglich der
Welle der Werkzeugmaschine oder des Bearbeitungszentrums, an der
oder an dem der Gewindefräser
jeweils befestigt ist. Die Schneidkanten, die an dem körperfernen
Endabschnitt vorgesehen sind, dienen dazu, ein Loch zu ausbilden,
das eine Innenumfangsfläche
hat, an der das Innengewinde ausgebildet werden soll, während die
Schnitkanten, die an dem körpernahen
Endabschnitt vorgesehen sind, dazu dienen, eine Fasenfläche an einem Öffnungsrand
des Lochs auszubilden.
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Bei
einem herkömmlichen
Gewindefräser wie
beispielsweise dem Gewindefräser,
der in der vorstehend benannten Japanischen Veröffentlichung offenbart ist,
ist jede der Nuten oder der Schneidkante in der gleichen Richtung
wie die Drehrichtung des Werkzeugs gewunden. Das heißt, dass
der herkömmliche
Gewindefräser
ein rechtsgängiges Schneidwerkzeug
ist, bei dem unter Betrachtung von seinem Schaft aus jede Nut oder
Schneidkante in einer Uhrzeigerrichtung so gewunden ist, dass Späne in Richtung
des Schaftes fortgeführt
werden, wenn ein Innengewinde durch den Gewindefräser ausgebildet
wird, der in Uhrzeigerrichtung um seine Achse gedreht wird. Allerdings
sieht bei solch einem herkömmlichen
Gewindefräser
ein Abschnitt jeder Schneidkante in der Nähe einer rückseitigen (d.h. schaftseitigen)
Gewindeflanke (hier im Folgenden als „hintere Gewindeflanke" bezeichnet) jedes
ringförmigen
Vorsprungs statt einer negativen Neigung eine positive Neigung vor,
und zwar sieht er einen Neigungswinkel vor, der eher stumpf als
spitz ist. Daher kann der Abschnitt keiner Schneidkante in der Nähe der hinteren
Gewindeflanke jedes ringförmigen
Vorsprungs eine zufrieden stellende Schnittleistung aufweisen, was
dazu führt,
dass Grate an einer Eingangsöffnung
des Lochs oder einem abgeschrägten Abschnitt
des ausgebildeten Innengewindes zurückbleiben, oder Grate teilweise
von dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes abgelöst werden. Die Grate, die an
dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes zurückbleiben,
sind insbesondere dort problematisch, wo der Gewindefräser ringförmige Vorsprünge hat,
die alle ein Profil haben, das so gestaltet ist, dass sie jede Gewinderille
mitsamt ihrem Scheitelpunkt schneiden, nämlich dort, wo die Grate wahrscheinlich
nicht in jedem Scheitelpunkt in einem gesamten Gewindeabschnitt
des Innengewindes zurückbleiben.
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Die 4A und 4B zeigen beispielhaft Grate, die an
einem Innengewinde verblieben sind, das unter Verwendung eines Gewindefräsers ausgebildet wurde.
Der Gewindefräser
hat eine Vielzahl von ringförmigen
Vorsprüngen,
die einen Außendurchmesser von
9,5 mm und eine Steigung von 1,25 mm (ϕ 9,5 mm × P 1,25)
haben, wobei die im Folgenden spezifizierten Schneidbedingungen
galten. Dieser Gewindefräser
hat rechtsgängige
Spiralnuten, die jeweils um einen Spiralwinkel von 15° in einer
Uhrzeigerrichtung gewunden sind, die von seinem Schaft aus gesehen
einer Drehrichtung des Werkzeugs entspricht. Die 4A zeigt einen Grat, der an einer Eingangsöffnung eines
Loches oder eines abgeschrägten
Abschnitts des Innengewindes verblieben ist, während die 4B einen schneckenhausförmigen Grat zeigt,
der teilweise von dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes abgelöst ist. Solch ein Grat, der in
dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes verbleibt, kann den Eingriff des Innengewindes
mit einem Außengewinde
beeinträchtigen.
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[Schneidbedingungen]
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- Material des Werkstücks:
SS400
- Durchmesser des vorbereiteten Lochs: ϕ 10,8 mm
- Betrag des Abschrägens
des Öffnungsrands
des vorbereiteten Lochs: C 1,5
- Größe des Innengewindes:
M12 × P
1,25
- Schneidflüssigkeit:
Wasserlösliches
Kühlmittel
- Verwendete Maschine: Horizontalbearbeitungszentrum
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des Standes der
Technik gemacht, der vorstehend diskutiert ist. Es ist daher eine
Aufgabe der Erfindung, einen Gewindefräser bereitzustellen, der in
der Lage ist, ein Gewinde auszubilden, ohne dass unerwünschte Fehlstellen
oder Grate an einer mit Gewinde versehenen Fläche zurückbleiben. Diese Aufgabe kann
gemäß einem
des ersten bis sechsten Aspekts der Erfindung gelöst werden,
die im Folgenden beschrieben sind. Es ist eine weitere Aufgabe der
Erfindung, ein Verfahren für
das Ausbilden eines Gewindes unter Verwendung des Gewindefräsers bereitzustellen.
Diese weitere Aufgabe kann gemäß dem siebten
oder achten Aspekt der Erfindung gelöst werden, welche im Folgenden
beschrieben sind.
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Der
erste Aspekt dieser Erfindung sieht einen Gewindefräser vor,
der entlang eines spiralförmigen
Interpolationspfades bewegt wird, während er um eine Achse des
Gewindefräsers
in einer Drehrichtung gedreht wird, um ein Gewinde an einer Umfangsfläche eines
Werkstücks
auszubilden. Der Gewindefräser
hat: einen zylindrischen Hauptkörper, der
(a) mindestens eine Spiralnut an einer Außenumfangsfläche des
zylindrischen Hauptkörpers
ausgebildet hat, und (b) zumindest eine Schneidkante hat, die jeweils
durch eine bei Betrachtung in Drehrichtung rückseitige Kante der in Breitenrichtung
gegenüberliegenden
Kanten einer entsprechenden der zumindest einen Spiralnut vorgesehen
wird. Jede der zumindest einen Spiralnuten erstreckt sich bei Betrachtung
in einer Richtung weg von einem körpernahen Ende des zylindrischen
Hauptkörpers
in Richtung zu einem körperfernen
Ende des zylindrischen Hauptkörpers
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung ist bei dem Gewindefräser, der in dem ersten Aspekt der
Erfindung definiert ist, jede der mindestens einen Spiralnuten um
einen Spiralwinkel gewunden, der nicht kleiner als 5° und nicht
größer als
30° ist.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung hat der zylindrische Hauptkörper bei dem Gewindefräser, der
in dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung definiert ist, zumindest
einen ringförmigen
Vorsprung an seiner Außenumfangsfläche, wobei
jeder der zumindest einen ringförmigen
Vorsprünge
ein Profil jeder Rille des Gewindes hat, das an der Umfangsfläche des
Werkstücks
ausgebildet werden soll.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung erstreckt sich bei dem Gewindefräser, der
in dem dritten Aspekt der Erfindung definiert ist, jeder der zumindest
einen ringförmigen
Vorsprünge
in einer Umfangsrichtung des zylindrischen Hauptkörpers, ohne dass
er sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung besteht bei dem Gewindefräser, der in dem dritten oder
vierten Aspekt der Erfindung definiert ist, der mindestens eine
ringförmige
Vorsprung aus einer Vielzahl von ringförmigen Vorsprüngen, die
in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers angeordnet
sind.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung ist bei dem Gewindefräser, der in einem der dritten bis
fünften
Aspekte der Erfindung definiert ist, eine Differenz zwischen einem
Außendurchmesser
und einem Innendurchmesser jeder der zumindest einen ringförmigen Vorsprünge im Wesentlichen
doppelt so groß wie
eine Höhe
des auszubildenden Gewindes.
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Der
siebte Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Ausbilden eines
Gewindes an einer Umfangsfläche
eines Werkstückes
durch Verwenden des Gewindefräsers
bereit, der in einem des ersten bis sechsten Aspekts der Erfindung
definiert ist. Das Verfahren beinhaltet ein Bewegen des Gewindefräsers entlang
des spiralförmigen
Interpolationspfades relativ zu dem Werkstück, während der Gewindefräser um die
Achse des Gewindefräsers
in der Drehrichtung relativ zu dem Werkstück gedreht wird, wobei der
Gewindefräser
entlang des spiralförmigen
Interpolationspfades bewegt wird, indem der Gewindefräser dazu
gebracht wird, um eine Achse der Umfangsfläche des Werkstückes zu
kreisen, während der
Gewindefräser
in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers bewegt
wird.
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Der
achte Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Ausbilden eines
Gewindes an einer Umfangsfläche
eines Werkstückes
durch Verwenden des Gewindefräsers
bereit, der in einem des ersten bis sechsten Aspekts der Erfindung
definiert ist. Das Verfahren beinhaltet: Ausbilden eines Lochs in
dem Werkstück
derart, dass das ausgebildete Loch eine Innenumfangsfläche als
die Umfangsfläche
des Werkstückes
vorsieht, an der ein Innengewinde als das Gewinde ausgebildet werden
soll, und derart, dass das ausgebildete Loch einen Durchmesser hat, der
größer als
ein Durchmesser des zylindrischen Hauptkörpers ist; Abschrägen eines Öffnungsrands des
Lochs derart, dass ein geneigter Abschnitt an einem axialen Endabschnitt
der Innenumfangsfläche des
Lochs ausgebildet wird; und Bewegen des Gewindefräsers entlang
des spiralförmigen
Interpolationspfades relativ zu dem Werkstück, während der Gewindefräser um die
Achse des Gewindefräsers
in der Drehrichtung relativ zu dem Werkstück gedreht wird.
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Der
neunte Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Ausbilden eines
Gewindes an einer Umfangsfläche
eines Werkstückes
durch Verwenden des Gewindefräsers
bereit, der in dem sechsten Aspekt der Erfindung definiert ist.
Das Verfahren beinhaltet: Ausbilden eines Lochs in dem Werkstück derart,
dass das ausgebildete Loch eine Innenumfangsfläche als die Umfangsfläche des
Werkstücks
vorsieht, an der das Innengewinde ausgebildet werden soll, und derart,
dass das ausgebildete Loch einen Durchmesser hat, der nicht größer als
ein Innendurchmesser des Innengewindes ist; und Bewegen des Gewindefräsers entlang
des spiralförmigen
Interpolationspfades relativ zu dem ausgebildeten Loch, während der
Gewindefräser
um die Achse des Gewindefräsers
in der Drehrichtung relativ zu dem ausgebildeten Loch gedreht wird.
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Bei
dem gemäß der Erfindung
aufgebauten Gewindefräser
erstreckt sich die zumindest eine Spiralnut, die die zumindest eine
Schneidkante definiert, bei Betrachtung in der Richtung weg von
dem körpernahen
Endabschnitt in Richtung des körperfernen Endabschnitts
in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung. Wenn dieser
Gewindefräser
zum Ausbilden des Außen-
oder des Innengewindes in einer Uhrzeigerrichtung gedreht werden
soll, ist die mindestens eine Spiralnut so angeordnet, dass sie
in einer Gegenuhrzeigerrichtung gewunden ist. Wenn dieser Gewindefräser zum
Ausbilden des Gewindes in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden
soll, ist die Spiralnut so angeordnet, dass sie in Uhrzeigerrichtung
gewunden ist. Diese Anordnung ermöglicht, dass ein Abschnitt
jeder Schneidkante in der Nähe
einer rückseitigen
Gewindeflanke (hier später
bezeichnet als „hintere
Gewindeflanke")
jedes ringförmigen Vorsprungs
statt einer positiven Neigung eine negative Neigung vorsieht, und
zwar einen Neigungswinkel vorsieht, der eher spitz als stumpf ist.
Daher hat der Abschnitt jeder Schneidkante in der Nähe der hinteren
Gewindeflanke jedes ringförmigen
Vorsprungs eine erhöhte
Schneidschärfe,
die vorteilhafter Weise verhindert, dass Grate an einer Eingangsöffnung des Lochs
oder eines abgeschrägten
Abschnitts des ausgebildeten Gewindes verbleiben, was zu einer Verbesserung
der Genauigkeit des ausgebildeten Gewindes führt.
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Bei
dem Gewindefräser
gemäß dem zweiten Aspekt
der Erfindung ermöglicht
der Spiralwinkel von jeder der mindestens einen Spiralnut, der nicht
geringer als 5° ist,
dass der oben beschriebene Abschnitt jeder Schneidkante in der Nähe zu der
hinteren Gewindeflanke jedes ringförmigen Vorsprungs, den Neigungswinkel
bereit stellt, der ausreichend spitz ist, wodurch die Verbesserung
der Schneidschärfe
sichergestellt wird. Unterdessen ermöglicht der Spiralwinkel von
jeder der zumindest einen Spiralnut, der nicht größer als
30° ist,
dass der zylindrische Hauptkörper
eine ausreichende Festigkeit gegen eine Last hat, die den Hauptkörper zu
einer Neigung drängt.
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Bei
dem Gewindefräser
gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung ist das Profil jedes ringförmigen Vorsprungs im Wesentlichen
identisch mit dem Profil jeder Rille des auszubildenden Gewindes und
die Differenz zwischen dem Außendurchmesser und
dem Innendurchmesser jedes ringförmigen
Vorsprungs ist im Wesentlichen zweimal so groß wie die Höhe oder Tiefe des auszubildenden
Gewindes. Mit anderen Worten ist das Profil jedes ringförmigen Vorsprungs
so konfiguriert, dass es der Schneidkante möglich ist, die ganze Gewinderille
mitsamt ihrem Scheitelpunkt zu schneiden, wobei das Risiko, dass Grate
vorhanden sind, die in den Scheitelpunkten verblieben sind, in einem
gesamten Gewindeabschnitt des ausgebildeten Gewindes beseitigt wird. Da
verhindert wird, dass die Grate an der Eingangsöffnung des Lochs, d.h. in dem
abgeschrägten
Abschnitt des ausgebildeten Gewindes zurückbleiben, wie dies vorstehend
beschrieben ist, ist es möglich, das
Auftreten von Graten an dem gesamten ausgebildeten Gewinde zu minimieren
und dementsprechend die Verbesserung der Genauigkeit des ausgebildeten
Gewindes noch besser sicherzustellen.
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Während der
gemäß der Erfindung
aufgebaute Gewindefräser
insbesondere dafür
geeignet ist, ein Innengewinde in einem Sackloch auszubilden, kann
der Gewindefräser
auch dafür
verwendet werden, ein Innengewinde in einem Durchgangsloch auszubilden.
Des Weiteren kann der Gewindefräser nicht
nur für
eine Ausbildung eines Innengewindes an einer Innenumfangsfläche des
Werkstücks
verwendet werden, sondern kann auch für eine Ausbildung eines Außengewindes
an einer Außenumfangsfläche des
Werkstücks
verwendet werden. Wenn das Innengewinde in dem Sackloch ausgebildet
ist, und zwar wenn das ausgebildete Gewinde den abgeschrägten Abschnitt
nur in der Eingangsöffnung
des Lochs hat, anstatt sowohl in der Eingangs- und in der Ausgangsöffnung des
Lochs, ist es möglich,
dass das ausgebildete Gewinde mit einer exzellenten Genauigkeit
vorgesehen wird, solange das Auftreten der Grate an der Eingangsöffnung des
Loches verhindert wird.
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Obwohl
das Profil jedes ringförmigen
Vorsprungs so konfiguriert ist, dass es möglich ist, jede Gewinderille
mitsamt ihrem Scheitelpunkt nach dem vorstehend beschriebenen sechsten
Aspekt der Erfindung vollständig
zu schneiden, ist dies nicht zwingend erforderlich. Das heißt, das
Profil jedes ringförmigen
Vorsprunges kann so konfiguriert sein, dass es den Gewindefräser nicht
dazu veranlasst, den Scheitelpunkt jeder Gewinderille zu schneiden.
In diesem Fall, in dem der zumindest eine ringförmige Vorsprung aus der Vielzahl
von ringförmigen
Vorsprüngen
besteht, die in axialer Richtung angeordnet sind, wie dies in dem
fünften
Aspekt der Erfindung gezeigt ist, kann jede der zumindest einen
Schneidkante, die durch die Aufeinanderfolge der Profile der ringförmigen Vorsprünge definiert
ist, als in eine Vielzahl von Abschnitten geteilt betrachtet werden,
die voneinander in der axialen Richtung beabstandet sind. Des Weiteren
ist in dem Fall, in dem ein Innengewinde an einer Innenumfangsfläche eines
vorbereiteten Lochs ausgebildet wird, der Scheitelpunkt jeder Gewinderille
durch einen Abschnitt der Innenumfangsfläche des vorbereiteten Lochs
vorgesehen, der nicht durch den Gewindefräser geschnitten wird.
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Bei
dem Gewindeausbildungsverfahren gemäß jedes des siebten bis neunten
Aspekts der Erfindung, bei dem der Gewindefräser entlang des spiralförmigen Interpolationspfades
relativ zu dem Werkstück
bewegt wird, während
er um seine Achse relativ zu dem Werkstück gedreht wird, muss die Bewegung
des Gewindefräsers
entlang des spiralförmigen Interpolationspfades
relativ zu dem Werkstück
nicht notwendigerweise dadurch erfolgen, dass nur der Gewindefräser bewegt
wird. Das heißt,
dass die Bewegung des Gewindefräsers
entlang des spiralförmigen
Interpolationspfades relativ zu dem Werkstück dadurch verursacht werden
kann, dass das Werkstück
um die Achse des Gewindefräsers
(die zu der Achse der Umfangsfläche
des Werkstücks
verschoben ist) gedreht wird, und in der axialen Richtung bewegt
wird, während
der Gewindefräser
in einer fixierten Position um seine Achse gedreht wird. Es wird angemerkt,
dass ein Betrag der axialen Bewegung des Gewindefräsers relativ
zu dem Werkstück
pro einzelner Umdrehung des Gewindefräsers um die Achse der Umfangsfläche einem
Betrag der Neigung des auszubildenden Gewindes entspricht. Es wird auch
angemerkt, dass die axiale Bewegung des Gewindefräsers relativ
zu dem Werkstück
entweder in seiner Vorwärtsrichtung
(d.h. in einer Richtung, die von dem körpernahen Ende des zylindrischen
Hauptkörpers
zu dem körperfernen
Ende des Hauptkörpers zeigt)
oder in seiner Rückwärtsrichtung
(d.h. in einer Richtung, die von dem körperfernen Ende des zylindrischen
Hauptkörpers
zu dem körpernahen
Ende des Hauptkörpers
zeigt) erfolgen kann.
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Bei
dem Gewindeausbildungsverfahren gemäß dem achten Aspekt der Erfindung,
bei dem der Eingangsöffnungsrand
des Lochs abgeschrägt
wird, bevor das Innengewinde an der Innenumfangsfläche des
Lochs ausgebildet wird, kann der gemäß der Erfindung aufgebaute
Gewindefräser
verhindern, dass Grate an dem abgeschrägten Abschnitt des Innengewindes
verbleiben. Dieses Merkmal erübrigt
die Notwendigkeit, einen zusätzlichen
Abschrägungsschritt durchzuführen, um
die Grate von dem ausgebildeten Innengewinde zu entfernen. Es wird
angemerkt, dass das Ausbilden des Loches und das Abschrägen des Öffnungsrands
des Lochs durch ein beliebiges Schneidwerkzeug wie beispielsweise
einen Bohrer und einen Senkbohrer durchgeführt werden kann. Des Weiteren
muss die Ausbildung des Loches und der Abschrägung des Öffnungsrands des Loches nicht
notwendiger Weise durch Schneidvorgänge ausgeführt werden, sondern kann durch
Schmiedevorgänge
hergestellt werden.
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Die
Anzahl des zumindest einen ringförmigen
Vorsprungs, der an der Außenumfangsfläche des
zylindrischen Hauptkörpers
ausgebildet ist, kann ebenfalls lediglich Eins betragen, so dass
der Gewindeschneidvorgang durchgeführt so wird, dass der Gewindefräser mehrere
Male um die Achse der Umfangsfläche
des Werkstücks
kreist. Allerdings ist es vorzuziehen, dass der mindestens eine
ringförmige Vorsprung
aus einer Vielzahl von ringförmigen
Vorsprüngen
oder zumindest drei ringförmigen
Vorsprüngen
besteht, die in der axialen Richtung angeordnet sind, so dass das
Gewinde, das eine vorbestimmte Länge
hat, dadurch ausgebildet werden kann, dass der Gewindefräser dazu
gebracht wird, weniger häufig,
d.h. beispielsweise nur einmal, zu kreisen.
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Die
Anzahl der zumindest einen Spiralnut, die an der Außenumfangsfläche des
zylindrischen Hauptkörpers
ausgebildet ist, kann ebenfalls lediglich Eins betragen. Allerdings
ist es vorzuziehen, dass die zumindest eine Spiralnut aus zwei oder
mehr Spiralnuten besteht, so dass der zylindrische Hauptkörper eine
Vielzahl von Schneidkanten hat, die durch die jeweiligen Spiralnuten
vorgesehen werden.
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Der
Gewindefräser
gemäß der Erfindung
ist aus einem geeigneten Werkzeugmaterial wie beispielsweise Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl und
Hartmetall gemacht, und kann falls notwendig mit einem harten Beschichtungsmittel
wie beispielsweise TiAlN, TiN und TiCN beschichtet sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile sowie die
technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung wird aus
der folgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich,
in denen:
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1 eine
Vorderansicht eines Gewindefräsers
ist, der gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgebaut ist;
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2 eine
Gruppe von Ansichten ist, die einen Ausbildungsvorgang eines Innengewindes
durch Verwenden des Gewindefräsers
der 1 zeigen;
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3A eine
Querschnittsansicht ist, die einen Grat zeigt, der an einem abgeschrägten Abschnitt
eines Innengewindes verblieben ist, das durch Verwenden eines Gewindefräsers der
Erfindung ausgebildet ist;
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3B eine
Querschnittsansicht ist, die einen Grat zeigt, der in einem abgeschrägten Abschnitt eines
Innengewindes verblieben ist, der durch Verwenden eines weiteren
Gewindefräsers
der Erfindung ausgebildet ist;
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3C eine
Querschnittsansicht ist, der einen Grat zeigt, der in einem abgeschrägten Abschnitt eines
Innengewindes verblieben ist, das durch Verwenden eines herkömmlichen
Gewindefräsers
ausgebildet ist;
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3D eine
Querschnittsansicht ist, der einen Grat zeigt, der in einem abgeschrägten Abschnitt eines
Innengewindes verblieben ist, der durch Verwenden eines weiteren
herkömmlichen
Gewindefräsers
ausgebildet ist;
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4A eine
Darstellung basierend auf einem Foto ist, das exemplarisch einen
Grat zeigt, der an einem abgeschrägten Abschnitt eines ausgebildeten
Innengewindes verblieben ist; und
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4B eine
Darstellung basierend auf einem Foto ist, das exemplarisch einen
schneckenhausförmigen
Grat zeigt, der teilweise von dem abgeschrägten Abschnitt des ausgebildeten
Innengewindes abgelöst
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Zunächst ist
unter Bezugnahme auf 1 ein Gewindefräser 10 beschrieben,
der gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgebaut ist. Der Gewindefräser 10 hat: einen
zylindrischen Schaft 12, der durch eine geeignete Haltevorrichtung
an einer Hauptwelle einer Werkzeugmaschine wie beispielsweise einem
Bearbeitungszentrum befestigt wird (auf diese Hauptwelle beziehen
sich die Angaben „körpernah" und „körperfern"); und einen zylindrischen Hauptkörper in
der Form eines mit Nuten versehenen Hauptkörpers 18, der koaxial
und einstückig
mit dem Schaft 12 ausgebildet ist. An dem mit Nuten versehenen
Hauptkörper 18 sind
eine Vielzahl von ringförmigen
Vorsprüngen 20 an
seiner Außenumfangsfläche ausgebildet
und in axialer Richtung des Hauptkörpers 18 mit einem
Abstand zwischen jedem benachbarten Paar von ringförmigen Vorsprüngen 20 entsprechend
einem Abstand eines Innengewindes 30 (siehe 2)
angeordnet, das durch den Gewindefräser 10 herzustellen
ist. Jeder der ringförmigen
Vorsprünge 20 hat
ein Profil jeder Rille des Innengewindes 30. Im Gegensatz
zu einem spiralförmigen
Vorsprung, der bei einem Gewindebohrer vorgesehen ist, erstreckt
sich jeder ringförmige
Vorsprung 20 des Gewindefräsers 10 in einer Umfangsrichtung
des Hauptkörpers 18,
ohne sich in der axialen Richtung zu erstrecken, so dass keine Steigung
vorgesehen ist. Der mit Nuten versehene Hauptkörper 18 hat des Weiteren
ein Paar von Spiralnuten 22, durch die jeder ringförmige Vorsprung 20 in
zwei Abschnitte geteilt ist, die voneinander in der Umfangsrichtung
getrennt sind. Eine Schneidkante 16 ist durch eine bei
Betrachtung in der Drehrichtung des Gewindefräsers 10 rückseitige
der in Breitenrichtung entgegengesetzten Kanten von jeder der Spiralnuten 22 vorgesehen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist der Gewindefräser 10 dazu gestaltet,
in der Uhrzeigerrichtung als der Drehrichtung für die Bearbeitung des Innengewindes 30 gedreht
zu werden, und jede Spiralnut 22 ist eine linksgängige spiralförmige Nut,
die so angeordnet ist, dass sie in er Gegenuhrzeigerrichtung, die
entgegengesetzt der Drehrichtung ist, gewunden ist. Ein Spiralwinkel α jeder Spiralnut 22 ist nicht
kleiner als 5° und
nicht größer als
30°. Eine
Differenz zwischen einem Außendurchmesser
Dmajor und einem Innendurchmesser Dminor jedes ringförmigen Vorsprungs 20 ist
so angepasst, dass er im Wesentlichen zweimal so groß wie eine
Tiefe oder Höhe h
(siehe 3A) des Innengewindes 30 ist,
so dass die Schneidkante 16 als eine ProfilSchneidkante dient,
um die ganze Gewinderille des Gewindes 30 mitsamt ihrem
Scheitelpunkt (dieser definiert einen Innendurchmesser des Gewindes 30)
schneidet, und zwar so, dass ein Gewindeboden, der zwischen jedem
benachbarten Paar der ringförmigen
Vorsprünge 20 angeordnet
ist, als ein Abschnitt der Schneidkante 16 dient. Der Gewindefräser 10 wird
durch einzelnes Stück
gebildet, das in seiner Gesamtheit aus Hartmetall gemacht ist, und
der mit Nuten versehene Hauptkörper 18 ist
mit einem harten Beschichtungsmittel beschichtet, das aus TiAlN
gemacht ist.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist ein Herstellungsvorgang
des Innengewindes 30 durch Verwenden eines Gewindefräsers 10 beschrieben,
der wie oben beschrieben aufgebaut ist. Der Vorgang beginnt mit
einem Schritt des Ausbildens eines Loches 34 in einem Werkstück 32,
wie dies in (a) von 2 gezeigt ist, in derartiger
Weise, dass das ausgebildete Loch 34 einen Durchmesser
hat, der größer als
ein Durchmesser des Hauptkörpers 18 des
Gewindefräsers 10 ist,
und der geringfügig
kleiner als ein Innendurchmesser des Innengewindes 30 ist.
Nach dem Ausbilden des Lochs 34 wird ein Eingangsöffnungsrand
des Lochs 34 abgeschrägt,
um eine abgeschrägte
oder abgefaste Fläche 36 an
einem oberen Endabschnitt einer Innenumfangsfläche des Lochs 34 (siehe
(a) der 2) auszubilden. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden das Loch 34 und die abgefaste Fläche 36 durch ein Schneidwerkzeug
oder Schneidwerkzeuge (d.h. Bohrer, Senkbohrer und Schneidfräser), d.h.
andere Werkzeuge als den Gewindefräser 10, bearbeitet.
Es wird angemerkt, dass das Loch 34 ein Sackloch ist, das
eine Bodenwand hat.
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Nach
dem Ausbilden des Lochs 34 und der abgefasten Fläche 36 wird
der Vorgang durch Verwenden des Gewindefräsers 10 fortgeführt, der
an die Welle des Bearbeitungszentrums oder einer anderen Werkzeugmaschine
befestigt wird, die drei oder mehr numerisch gesteuerte Achsen hat.
Der Gewindefräser 10 wird
zunächst
in das Loch 34 eingeführt,
wobei die Achse des Gewindefräsers 10 zu einer
Achse O des Lochs 34 ausgerichtet ist, wie dies in (b)
von 2 gezeigt ist. Dann wird der Gewindefräser 10 um
seine Achse gedreht und wird allmählich dazu gebracht, in die
Innenumfangsfläche
des Lochs 34 zu schneiden, indem der Gewindefräser 10 dazu gebracht
wird, sich dem Innenumfang mit einer bogenförmigen Heranführbewegung über etwa
90° anzunähern, wie
dies in (c) der 2 gezeigt ist. Nach dem Erreichen
einer vorbestimmten Schneidtiefe wird der Gewindefräser 10 dazu
gebracht, um die Achse O des Lochs 34 um 360° zu kreisen,
während er
um seine Achse gedreht wird, wie dies in (d) von 2 gezeigt
ist. Bei diesem Vorgang wird der Gewindefräser 10 durch eine
Helixinterpolation bewegt. Das heißt, der Gewindefräser 10 wird
in der axialen Richtung um eine Entfernung bewegt, die dem Abstand
der ringförmigen
Vorsprünge 20 entspricht, während der
Gewindefräser 10 um
die Achse O des Lochs 34 um 360° kreist, um das Innengewinde 30 auszuarbeiten.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird das Innengewinde 30, das ein rechtsgängiges Gewinde
ist, dadurch ausgearbeitet, dass der Gewindefräser 10 dazu gebracht
wird, in Gegenuhrzeigerrichtung zu kreisen und in einer Rückwärtsrichtung
bewegt zu werden (d.h. in einer Richtung, die von dem körperfernen
Ende des zylindrischen Hauptkörpers
zu dem körpernahen
Ende des Hauptkörpers zeigt).
Nachdem somit das Gewinde 30 ausgebildet wurde, wird der
Gewindefräser 10 allmählich von
der Innenumfangsfläche
des Lochs 34 mit einer bogenförmigen Wegführbewegung über 90° losgelöst, und wird zu der Achse O des
Lochs 34 zurückgeführt, wie es
in (e) von 2 gezeigt ist. Der Vorgang wird
dadurch beendet, dass der Gewindefräser 10 aus dem Loch 34 wegbewegt
wird, wobei die Achse des Gewindefräsers 10 zu der Achse
O ausgerichtet ist, wie dies in (f) von 2 gezeigt
ist.
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Bei
dem Gewindefräser 10,
der gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ausgebildet ist, erstreckt sich jede der Spiralnuten 22,
die die Schneidkante 16 definiert, in der Gegenuhrzeigerrichtung
(in einer Richtung weg von dem Schaft 12 bei Betrachtung
in Richtung des mit Nuten versehenen Hauptkörpers 18), die der
Drehrichtung (d.h. der Uhrzeigerrichtung) entgegengesetzt ist, so
dass ein Abschnitt der Schneidkante 16 in der Nähe einer
hinteren Gewindeflanke 20R (siehe 1) jedes
ringförmigen Vorsprungs 20 eine
positive Neigung statt einer negativen Neigung aufweist, und zwar
einen Neigungswinkel aufweist, der eher spitz als stumpf ist, während ein
Abschnitt der Schneidkante 16 in der Nähe einer vorderen Gewindeflanke 20F jedes
ringförmigen
Vorsprungs 20 eine negative Neigung hat. Daher hat der
Abschnitt der Schneidkante 16 in der Nähe der hinteren Gewindeflanke 20R eine
erhöhte Schnittschärfe, die
vorteilhafterweise Grate daran hindert, an der abgefasten Fläche 36 oder
dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes 30 zu verbleiben. Da der Spiralwinkel α jeder Spiralnut 22 nicht kleiner
als 5° ist,
kann des Weiteren der vorstehend beschriebene Abschnitt der Schneidkante 16 in
der Nähe
der hinteren Gewindeflanke 20R den Neigungswinkel vorsehen,
der ausreichend spitz ist, wodurch die Verbesserung der Schnittschärfe sichergestellt
ist. Unterdessen kann, da der Spiralwinkel α jeder Spiralnut 22 nicht
größer als
30° ist,
der Hauptkörper 18 eine
ausreichende Steifigkeit gegenüber einer
Last haben, die den Hauptkörper 18 dazu drängt, sich
zu verschrägen.
Infolgedessen ist der Gewindefräser 10 dazu
in der Lage, das Innengewinde 30 auszubilden, das in seiner
Gesamtheit eine exzellente Genauigkeit aufweist.
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Die 3A bis 3D zeigen
exemplarisch einen Grat 40, der in entsprechenden Fällen an
dem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes 30 erzeugt wird, in denen das
Gewinde 30 unter Verwendung verschiedener Gewindefräser ausgebildet
wird, die alle in Uhrzeigerrichtung gedreht werden. Der Gewindefräser, der
in dem Fall der 3A verwendet wird, ist gemäß der Erfindung
so aufgebaut, dass er linksgängige
Spiralnuten hat, die um einen Spiralwinkel von 10° gewunden
sind. Der Gewindefräser,
der in dem Fall der 3B verwendet wird, ist gemäß der Erfindung
so aufgebaut, dass er linksgängige Spiralnuten
hat, die um einen Spiralwinkel von 25° gewunden sind. Der Gewindefräser, der
in dem Fall der 3C verwendet wird, hat gerade
Nuten. Der Gewindefräser,
der in dem Fall der 3D verwendet wird, hat rechtsgängige Spiralnuten,
die um einen Spiralwinkel von 15° gewunden
sind. Wie dies aus den 3A bis 3D ersichtlich
ist, ist in den Fällen
der 3A und 3B bei
der Verwendung der Gewindefräser
gemäß der Erfindung,
der erzeugte Grat 40 extrem gering. Auf der anderen Seite
ist in dem Fall der 3C und 3D bei
der Verwendung der Gewindefräser,
die nicht der Erfindung entsprechen, der erzeugte Grat 40 beträchtlich
größer als
in den Fällen
der 3A und 3B, wodurch möglicherweise
ein Eingriff des Innengewindes 30 mit einem Außengewinde
behindert wird.
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Bei
dem Gewindefräser 10 des
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels
ist das Profil jedes ringförmigen
Vorsprungs 20 so gestaltet, dass der Schneidkante 16 ermöglicht wird,
als ProfilSchneidkante zu dienen, um die ganze Gewinderille des
Gewindes 30 mitsamt ihrem Scheitelpunkt zu schneiden, wodurch
das Risiko des Auftretens der Grate, die in jedem Scheitelpunkt
verbleiben, in einem gesamten Gewindeabschnitt des ausgebildeten Gewindes
beseitigt wird. Da verhindert wird, dass die Grate an den Eingangsöffnungen
des Lochs 34 verbleiben, d.h. an dem abgeschrägten Abschnitt
des ausgebildeten Gewindes 30, ist es möglich, das Auftreten von Graten
in dem gesamten ausgebildeten Gewinde 30 zu minimieren
und dementsprechend die Verbesserung der Genauigkeit des ausgebildeten Gewindes 30 weiterhin
sicherzustellen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem das
Innengewinde 30 in dem Sackloch 34 ausgearbeitet
wird, das die Bodenwand 30 hat, besitzt das ausgebildete
Gewinde den abgeschrägten
Abschnitt nur an der einen Öffnung
(Eingangsöffnung)
des Lochs 34, anstatt an zwei Öffnungen (Eingangs- und Ausgangsöffnungen)
des Lochs, wie in dem Fall, in dem das Loch ein Durchgangsloch ist.
Es ist daher möglich,
dass das ausgebildete Gewinde 30 mit einer exzellenten
Genauigkeit vorgesehen wird, solange das Auftreten der Grate an
der Eingangsöffnung
des Lochs 34 verhindert wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Eingangsöffnungsrand
des Lochs 34 abgeschrägt,
um die abgefaste Fläche 36 an
dem oberen Endabschnitt der Innenumfangsfläche des Lochs 34 zu
bilden, bevor das Innengewinde 30 an der Innenumfangsfläche des
Lochs ausgearbeitet wird. Bei dem Schritt, bei dem das Gewinde vorgesehen
wird, wird das Gewinde 30 durch den Gewindefräser 10 ausgearbeitet,
wobei im Wesentlichen keine Grate an der abgefasten Fläche 36 an dem
oberen Endabschnitt der Innenumfangsfläche des Lochs 34 verbleiben.
Somit ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Abschrägungsschritt
durchzuführen,
um die Grate von dem ausgebildeten Innengewinde 30 zu entfernen,
was zu einer Verringerung der Kosten führt, die durch den Bearbeitungsvorgang
verursacht werden.
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Ein
Versuch wurde unter Verwendung von zwei verschiedenen Gewindefräsern durchgeführt, von
denen jeder eine Vielzahl ringförmigen
Vorsprüngen
hatte, die einen Außendurchmesser
von 20 mm und eine Steigung von 1,5 mm hatten (ϕ 20 mm × P 1,5),
um die Haltbarkeit jedes der beiden verschiedenen Gewindefräsers zu überprüfen. Der
Versuch erfolgte gemäß dem Vorgang,
der in 2 gezeigt ist, wobei die Schneidbedingungen galten,
die im Folgenden spezifiziert sind. Einer der zwei verwendeten Gewindefräser war
ein Gewindefräser,
der gemäß der Erfindung
aufgebaut war und der linksgängige Spiralnuten
hatte, die um einen Spiralwinkel von 15° gewunden waren, während der
andere ein herkömmlicher
Gewindefräser
war, der gerade Nuten mit einem Spiralwinkel von 0° hatte. Bei
dem Versuch konnte der Gewindefräser
der Erfindung mehr als 5000 Innengewinde herstellen, ohne dass es
ein Problem mit dem Eingriff jedes der bearbeiteten Innengewinde
mit einem Außengewinde
gab. Allerdings war der herkömmliche
Gewindefräser
nicht mehr weiter verwendbar, nachdem er etwa 2500 Innengewinde
hergestellt hat. Als etwa 2500 Innengewinde durch den herkömmlichen
Gewindefräser
herstellt waren, vergrößerten sich
die Grate, die an einem abgeschrägten
Abschnitt des Innengewindes verblieben sind, auf einen Maß, das ein
Problem für
einen Eingriff mit einem Außengewinde
darstellt. Das heißt, der
Versuch zeigt auf, dass der Gewindefräser der Erfindung eine Werkzeuglebensdauer
hat, die in etwa zweimal so lang ist wie die des herkömmlichen Gewindefräsers, der
gerade Nuten mit einem Spiralwinkel von 0° besitzt.
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[Schneidbedingungen]
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- Material des Werkstücks:
ADC12
- Schnittgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit): 150 m/min
- Durchmesser des vorbereiteten Lochs: ϕ 28,5 mm
- Größe des Innengewindes:
M30 × P
1,5
- Gewindeschneidlänge:
21 mm
- Schneidflüssigkeit:
Wasserlösliches
Kühlmittel
- Verwendete Maschine: Vertikalbearbeitungszentrum
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Obwohl
das derzeitig bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorstehend veranschaulicht ist, ist es
selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf die Details des veranschaulichten Ausführungsbeispiels
beschränkt
ist, sondern mit zahlreichen Veränderungen,
Abwandlungen und Verbesserungen, auf die der Fachmann kommt, ausgeführt werden
kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den folgenden
Ansprüchen
definiert ist.
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Es
ist ein Gewindefräser 10 offenbart,
der entlang eines spiralförmigen
Interpolationspfades bewegt wird, während er um eine Achse des
Gewindefräsers
in einer Drehrichtung gedreht wird, um ein Gewinde 30 an
einer Umfangsfläche 34 eines
Werkstücks 32 auszubilden.
Der Gewindefräser
hat einen zylindrischen Hauptkörper 18,
der (a) zumindest eine Spiralnut 22 hat, die an einer Umfangsoberfläche des zylindrischen
Hauptkörpers
ausgebildet ist, und (b) zumindest eine Schneidkante 16 hat,
die jeweils durch eine bei Betrachtung in der Drehrichtung rückseitige
der in Breitenrichtung gegenüberliegenden Kanten
einer entsprechenden der zumindest einen Spiralnut vorgesehen ist.
Jede der zumindest einen Spiralnut erstreckt sich in einer weg von
dem körpernahen
Ende des zylindrischen Hauptkörpers
weisenden Richtung in Richtung zu dem körperfernen Ende des zylindrischen
Hauptkörpers
bei Betrachtung in einer Richtung, die entgegengesetzt der Drehrichtung
ist. Ebenfalls offen gelegt ist ein Verfahren zum Ausbilden des
Gewindes durch Verwenden des Gewindefräsers.