DE102006000173B4

DE102006000173B4 - Gewindefräser mit einer Nut, die in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung verwunden ist und Verfahren zum Ausbilden eines Innengewindes

Info

Publication number: DE102006000173B4
Application number: DE102006000173.7A
Authority: DE
Inventors: Haruyasu Andoh; Takayuki Nakajima
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: US7377732B2; DE102006000173A1; US20060233623A1; JP4553251B2; JP2006289584A

Abstract

Gewindefräser (10), der entlang eines Kreispfades um eine Achse eines Vorbereitungslochs (34), das an einem Werkstück (32) ausgebildet ist, zu bewegen ist, während er in einer Drehrichtung um eine Achse des Gewindefräsers (10) in dem Vorbereitungsloch (34) gedreht wird, um ein Innengewinde (30) an einer Innenumfangsfläche des Vorbereitungslochs (34) auszubilden, wobei der Gewindefräser (10) hat:einen zylindrischen Hauptkörper (18), der (a) zumindest eine Spiralnut (22) hat, die an einer Außenumfangsfläche des Hauptkörpers (18) ausgebildet ist, und (b) zumindest eine Schneidkante (16) hat, die jeweils durch eine bei Betrachtung in der einen Drehrichtung rückseitige Kante der in Breitenrichtung gegenüberliegenden Kanten einer Entsprechenden der zumindest einen Spiralnut (22) vorgesehen ist, wobeisich eine jede der zumindest einen Spiralnut (22) bei Betrachtung in einer Richtung weg von einem körpernahen Ende des Hauptkörpers (18) in Richtung zu einem körperfernen Ende des Hauptkörpers (18) in einer Drehrichtung erstreckt, die entgegengesetzt zu der einen Drehrichtung des Hauptkörpers (18) ist, dadurch gekennzeichnet, dasseine jede der zumindest einen Spiralnut (22) um einen Spiralwinkel (α) gewunden ist, der nicht kleiner als 5° ist und nicht größer als 30° ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
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.
Erörterung des Standes der Technik
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 Schnittkanten, die an dem körpernahen Endabschnitt vorgesehen sind, dazu dienen, eine Fasenfläche an einem Öffnungsrand des Lochs auszubilden.
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.
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.

[Schneidbedingungen]
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

Ferner sind ein Gewindefräser gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie Verfahren gemäß den Oberbegriffen von Ansprüchen 7 und 8 aus DE 103 26 073 A1 bekannt. Die WO 2004/094 094 A1 offenbart einen weiteren Gewindefräser sowie ein zugehöriges Verfahren. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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 Gewindes 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 zumindest eine 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.
Bei dem erfindungsgemäßen Gewindefräser 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.
Bei dem Gewindefräser gemäß Anspruch 5 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.
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.
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.
Bei dem Gewindeausbildungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Gewindefräser entlang des Kreispfades relativ zu dem Werkstück bewegt wird, während er um seine Achse relativ zu dem Werkstück gedreht wird, muss die Bewegung des Gewindefräsers entlang des Kreispfades relativ zu dem Werkstück nicht notwendigerweise dadurch erfolgen, dass nur der Gewindefräser bewegt wird. Das heißt, dass die Bewegung des Gewindefräsers entlang des Kreispfades 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.
Bei dem Gewindeausbildungsverfahren gemäß Anspruch 7, 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.
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.
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.
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.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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:

1 eine Vorderansicht eines Gewindefräsers ist, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist;
2 eine Gruppe von Ansichten ist, die einen Ausbildungsvorgang eines Innengewindes durch Verwenden des Gewindefräsers der 1 zeigen;
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;
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;
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;
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;
4A eine Darstellung basierend auf einem Foto ist, das exemplarisch einen Grat zeigt, der an einem abgeschrägten Abschnitt eines ausgebildeten Innengewindes verblieben ist; und
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.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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.
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 D_major und einem Innendurchmesser D_minor 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
[Schneidbedingungen]

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

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.
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.

Claims

Gewindefräser (10), der entlang eines Kreispfades um eine Achse eines Vorbereitungslochs (34), das an einem Werkstück (32) ausgebildet ist, zu bewegen ist, während er in einer Drehrichtung um eine Achse des Gewindefräsers (10) in dem Vorbereitungsloch (34) gedreht wird, um ein Innengewinde (30) an einer Innenumfangsfläche des Vorbereitungslochs (34) auszubilden, wobei der Gewindefräser (10) hat: einen zylindrischen Hauptkörper (18), der (a) zumindest eine Spiralnut (22) hat, die an einer Außenumfangsfläche des Hauptkörpers (18) ausgebildet ist, und (b) zumindest eine Schneidkante (16) hat, die jeweils durch eine bei Betrachtung in der einen Drehrichtung rückseitige Kante der in Breitenrichtung gegenüberliegenden Kanten einer Entsprechenden der zumindest einen Spiralnut (22) vorgesehen ist, wobei sich eine jede der zumindest einen Spiralnut (22) bei Betrachtung in einer Richtung weg von einem körpernahen Ende des Hauptkörpers (18) in Richtung zu einem körperfernen Ende des Hauptkörpers (18) in einer Drehrichtung erstreckt, die entgegengesetzt zu der einen Drehrichtung des Hauptkörpers (18) ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede der zumindest einen Spiralnut (22) um einen Spiralwinkel (α) gewunden ist, der nicht kleiner als 5° ist und nicht größer als 30° ist.
Gewindefräser (10) gemäß Anspruch 1, wobei an der Außenumfangsfläche des Hauptkörpers (18) zumindest ein ringförmiger Vorsprung (20) ausgebildet ist, wobei ein jeder des zumindest einen ringförmigen Vorsprungs (20) ein Profil jeder Rille des in der Innenumfangsfläche des Werkstücks (32) auszubildenden Innengewindes (30) hat.
Gewindefräser (10) gemäß Anspruch 2, wobei sich ein jeder des zumindest einen ringförmigen Vorsprungs (20) in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers (18) erstreckt, ohne sich in einer axialen Richtung des Hauptkörpers (18) zu erstrecken.
Gewindefräser (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der zumindest eine ringförmige Vorsprung (20) aus einer Vielzahl von ringförmigen Vorsprüngen (20) besteht, die in einer axialen Richtung des Hauptkörpers (18) angeordnet sind.
Gewindefräser (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Differenz zwischen einem Außendurchmesser (D_major) und einem Innendurchmesser (D_minor) eines jeden des zumindest einen ringförmigen Vorsprungs (20) im Wesentlichen doppelt so groß wie eine Höhe (h) des auszubildenden Innengewindes (30) ist.
Verfahren zum Ausbilden eines Innengewindes (30) an einer Innenumfangsfläche (34) an einem Vorbereitungsloch (34), das an einem Werkstück (32) ausgebildet ist, durch Verwenden des Gewindefräsers (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt hat: Bewegen des Gewindefräsers (10) entlang des Kreispfades relativ zu dem Werkstück (32) um eine Achse des Vorbereitungslochs (34), während der Gewindefräser (10) um seine Achse in der einen Drehrichtung, die der Drehrichtung entgegengesetzt ist, in der sich die zumindest eine Spiralnut (22) bei Betrachtung von dem körpernahen Ende in Richtung zu dem körperfernen Ende des Hauptkörpers (18) erstreckt, gedreht wird, wobei der Gewindefräser (10) entlang des Kreispfades bewegt wird, indem der Gewindefräser (10) dazu gebracht wird, um eine Achse (O) der Innenumfangsfläche des Vorbereitungslochs (34) zu kreisen, während der Gewindefräser (10) in einer axialen Richtung des Hauptkörpers (18) bewegt wird.
Verfahren zum Ausbilden eines Innengewindes (30) an einer Innenumfangsfläche an einem Vorbereitungsloch (34), das an einem Werkstück (32) ausgebildet ist, durch Verwenden des Gewindefräsers (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren die folgenden Schritte hat: Ausbilden des Vorbereitungsloches (34) in dem Werkstück (32) mit einem Durchmesser, der größer als ein Durchmesser des Hauptkörpers (18) des Gewindefräsers (10) ist; gekennzeichnet, durch Abschrägen eines Öffnungsrands des Vorbereitungslochs (34) derart, dass ein abgeschrägter Abschnitt (36) an einem axialen Endabschnitt der Innenumfangsfläche des Vorbereitungslochs (34) ausgebildet wird; und Bewegen des Gewindefräsers (10) entlang des Kreispfades relativ zu dem Werkstück (32) um eine Achse des Vorbereitungslochs (34), während der Gewindefräser (10) um seine Achse in der einen Drehrichtung gedreht wird, die endgegengesetzt zu der Drehrichtung ist, in welcher sich die Spiralnut (22) bei Betrachtung von dem körpernahen Ende in Richtung zu dem körperfernen Ende des Hauptkörpers (18) erstreckt.
Verfahren zum Ausbilden eines Innengewindes (30) in einer Innenumfangsfläche an einem Vorbereitungsloch (34), das an einem Werkstück (32) ausgebildet ist, durch Verwenden des Gewindefräsers (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte hat: Ausbilden des Vorbereitungsloches (34) in dem Werkstück (32) mit einem Durchmesser, der nicht größer als ein Innendurchmesser des Innengewindes (30) ist; und Bewegen des Gewindefräsers (10) entlang des Kreispfades relativ zu dem ausgebildeten Vorbereitungsloch (34) um eine Achse des Vorbereitungslochs (34), wobei der Gewindefräser (10) um seine Achse in der einen Drehrichtung bewegt wird, die der Drehrichtung entgegengesetzt ist, in der sich die Spiralnut (22) bei Betrachtung von dem körpernahen Ende in Richtung zu dem körperfernen Ende des Hauptkörpers (18) erstreckt.