DE102018006060A1 - Universally usable thread cutting, thread form and thread testing device with special working procedure for the semi and fully automatic production of threads and for the semi automatic and fully automatic testing of internal and external threads by means of appropriate tools - Google Patents
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Abstract
Mit der Erfindung Universell verwendbares Gewindeschneid- Gewindeform- und Gewindeprüfgerät mit speziellem Arbeitsverfahren zur halb- und vollautomatischen Herstellung von Gewinden und zum halbautomatischen und vollautomatischen Prüfen von Innen- und Außengewinden mittels Prüflehren mit automatischer Erkennung des Gewindeanfangs sowie einer integrierten, automatischen Positionsverstellung, Anschraubüberwachung mit automatischer Anschraub-Positionskorrektur und Werkzeughalter, der Fluchtungsfehler zwischen Prüflehre und Werkstück bzw. Gewinde ausgleichen kann steht ein Gerät zur Verfügung mit dem, über eine spezielle Gewichtsneutralisierung, exakte Gewinde-Längenvorgabe, sowie einem sanften Kontaktvorschub dauerhaft und prozesssicher Gewinde hergestellt oder geprüft werden können.With the invention, universally usable tapping, thread form and thread testing device with special working method for the semi and fully automatic production of threads and for the semi automatic and fully automatic testing of internal and external threads by means of test gauges with automatic recognition of the thread start as well as an integrated, automatic position adjustment, screw monitoring with automatic Screw-on position correction and tool holder, which can compensate for misalignment between the test gauge and the workpiece or thread, a device is available with which a special weight neutralization, exact thread length specification, as well as a gentle contact feed, can be used to produce or test threads permanently and reliably.
Description
Für die Gewindeherstellung werden im Regelfall Gewindeschneidwerkzeuge oder Gewindeformwerkzeuge benutzt. Um die Herstellung möglichst einfach und relativ schnell durchzuführen, gibt es die unterschiedlichsten Möglichkeiten. Die simpelste Herstellung ist den Gewindebohrer von Hand über ein Hilfsmittel ins Bohrloch zu drehen. Wobei dabei zu kontrollieren ist, dass der Gewindebohrer oder Gewindeformer auch winkelig zum Bohrloch eingeschraubt wird. Damit die Fluchtung zum Bohrloch automatisch gegeben ist und die Herstellzeit verkürzt wird, werden die Gewindewerkzeuge über die verschiedensten Hilfsmittel wie Gewindebohrer-Aufnahmen, die es teilweise auch mit manueller Drehmomenteinstellung gibt, in eine Werkzeugmaschine eingespannt z. B. in eine Ständerbohrmaschine oder Fräsmaschine und das Gewinde erzeugt. Diese Art der Gewinde Erzeugung eignet sich aber nicht für eine Massenproduktion und auch nicht zum Einbau in eine Fertigungsanlage. Dafür gibt es dann die verschiedensten Gewindeherstellgeräte.Tapping tools or thread forming tools are usually used for thread production. In order to carry out the production as simply and relatively quickly as possible, there are various possibilities. The simplest production is to turn the tap manually into the borehole using a tool. It should be checked that the tap or tap is also screwed in at an angle to the drill hole. So that the alignment to the borehole is given automatically and the manufacturing time is shortened, the threading tools are clamped in a machine tool using a variety of tools such as tap holders, some of which are also available with manual torque adjustment. B. in a drill press or milling machine and the thread. However, this type of thread generation is not suitable for mass production and also not for installation in a manufacturing system. There is a wide variety of thread manufacturing devices for this.
Um die Vorgaben (Normen) von Gewinden sowie die Gängigkeit über die nutzbare Länge sicherzustellen, sind Kontrollen unerlässlich. Überwiegend werden diese Kontrollen per Stichprobennahme mit Gut-/Schlechtprüflehren von Hand durchgeführt. Immer öfter aber wird eine 100%ige Kontrolle gefordert. Bei einer Massenproduktion ist eine 100%ige Kontrolle von Hand nicht mehr sinnvoll. Für diese Aufgabe werden dann Gewindeprüfgeräte verwendet.Checks are essential to ensure the specifications (standards) of threads as well as the freedom of movement over the usable length. Most of these checks are carried out by sampling with good / bad gauges by hand. However, 100% control is increasingly required. In the case of mass production, 100% manual control no longer makes sense. Thread testers are then used for this task.
Das meist verwendete Prüfkonzept dieser Gewindeprüfgeräte ist die automatische Prüfung der Gewindegängigkeit mit Gutlehren. Die bekannten Prüfgeräte nach diesem Prüfkonzept haben entweder eine starre Antriebswelle-Prüflehrenverbindung oder eine Prüflehrenhalterung, die der Prüflehre eine begrenzte Bewegung ermöglicht.The most commonly used test concept of these thread testers is the automatic test of the threading with good gauges. The known test devices according to this test concept either have a rigid drive shaft test gauge connection or a test gauge holder, which enables the test gauge to have limited movement.
Die starre Antriebswelle-Prüflehrenverbindung hat den Nachteil, dass schon bei kleinsten Fluchtungsfehlern von Prüflehre zum Werkstück falsche Prüfergebnisse zustande kommen. Bei den Prüfgeräten mit flexibler Prüflehrenbefestigung hängt die Prüflehre - bei horizontalem Prüfvorgang - durch das Eigengewicht nach unten. Beim Anfahren an das zu prüfende Gewinde muss sich die Prüflehre zunächst richten, d.h. die nach unten hängende Prüflehre wird durch das Andrücken ans Werkstück in Verbindung mit der Drehbewegung in die waagerechte Position gebracht.The rigid drive shaft-test gauge connection has the disadvantage that even the smallest misalignment from the test gauge to the workpiece produces incorrect test results. In the case of test devices with flexible test gauge mounting, the test gauge - with a horizontal test process - hangs downwards due to its own weight. When approaching the thread to be tested, the test gauge must first be aligned, i.e. the test gauge hanging down is brought into the horizontal position by pressing it onto the workpiece in connection with the rotary movement.
Auch bei der senkrechten Prüfrichtung, bei der zunächst die Prüflehre wie ein Senkel zentrisch nach unten hängt, wird die Prüflehre durch die Drehbewegung bzw. Fliehkraft um das Ausgleichspiel der Prüflehrenaufhängung nach außen geschleudert und richtet sich auch hier erst durch das Anfahren am zu prüfenden Gewinde. Dabei besteht die Gefahr, dass die Prüflehre und das zu prüfende Gewinde beschädigt werden. Außerdem erhöht sich dadurch der Verschleiß der Prüflehre erheblich.Even in the vertical test direction, in which the test gauge initially hangs down like a lace, the test gauge is thrown outwards by the rotational movement or centrifugal force to compensate for the compensation of the test gauge suspension and, in this case too, is only directed towards the thread to be tested. There is a risk that the test gauge and the thread to be tested will be damaged. This also significantly increases the wear on the test gauge.
Die nächste Gefahr der Beschädigungen am Gewinde und Prüflehre sowie der falschen Prüfergebnisse, bei vertikalem Prüfvorgang, besteht bei den bekannten Gewindeprüfgeräten durch das Eigengewicht der Prüfeinrichtung. Zwar wird in der Regel ein Teil der Bewegungsenergie durch eine Feder reduziert, weil aber das Anfahren an den Prüfling bei diesen Prüfkonzepten durch das Eigengewicht erfolgt, muss eine ausreichende Gewichtsenergie vorhanden sein um das Anfahren an den Prüfling sicher zu stellen.The next risk of damage to the thread and test gauge as well as the wrong test results in the case of a vertical test is the known thread testers due to the weight of the test facility. A part of the kinetic energy is usually reduced by a spring, but because the approach to the test specimen in these test concepts is carried out by the dead weight, sufficient weight energy must be available to ensure that the test specimen is started.
Weiterhin gibt es Gewindeprüfgeräte die über eine Leitspindel mit einer gefederten Prüflehrenaufhängung als Axialausgleich arbeiten. Dieses Prüfkonzept ist allerdings nur für die entsprechende Gewindesteigung geeignet und hat auch die beschriebenen Anschraub- und Fluchtungsprobleme.There are also thread testers that work via a lead screw with a sprung test gauge suspension as axial compensation. However, this test concept is only suitable for the corresponding thread pitch and also has the screwing and alignment problems described.
Mit der Erfindung „Universell verwendbares Gewindeschneid- Gewindeform- und Gewindeprüfgerät mit speziellem Arbeitsverfahren zur halb- und vollautomatischen Herstellung von Gewinden und zum halbautomatischen und vollautomatischen Prüfen von Innen- und Außengewinden mittels entsprechenden Werkzeugen“ steht ein Gerät zur Verfügung, mit dem Gewinde einfach und schnell und mit integrierten Überwachungs- und Kontrollmechanismen hergestellt werden kann, oder zum Prüfen von Gewinden (als Gewindeprüfgerät) zu verwenden ist, welches die beschriebenen Mängel der bekannten Prüflehren-Gewindeprüfgeräte beseitigt.With the invention "Universally usable thread cutting, thread forming and thread testing device with special working method for the semi and fully automatic production of threads and for the semi automatic and fully automatic testing of internal and external threads by means of appropriate tools" a device is available with which the thread can be easily and quickly and can be produced with integrated monitoring and control mechanisms, or is to be used for testing threads (as a thread testing device), which eliminates the described deficiencies of the known thread gauge testing devices.
Konzept- und FunktionsbeschreibungConcept and functional description
Über eine integrierte Startpositionserkennung wird die Größe der Werkstücke, also Höhe oder Länge, und somit auch der Gewindeanfang automatisch ermittelt. Diese Kontaktposition kann für jeden Arbeitszyklus erneut angefahren und für eine bestimmte Produktcharge oder eine vorbestimmte Produktmenge fixiert werden. Durch das selbstständige Erkennen des Gewindeanfangs und einen integrierten Positionsgeber ist das Gerät in der Lage, vorgegebene Gewindelängen exakt herzustellen oder zu prüfen.The size of the workpieces, i.e. height or length, and thus also the start of the thread is automatically determined via an integrated start position detection. This contact position can be approached again for each work cycle and fixed for a specific product batch or a predetermined product quantity. Thanks to the automatic detection of the start of the thread and an integrated position transmitter, the device is able to precisely manufacture or test the specified thread lengths.
Außerdem besitzt das Gewindeschneid- und Prüfgerät eine Anschraubüberwachung und eine automatische Anschraub-Positionskorrektur.In addition, the tapping and testing device has a screw-on monitor and an automatic screw-on position correction.
Für die Verwendung als PrüfgerätFor use as a test device
Um die Prüfergebnisse nicht zu verfälschen, ist beim Prüfen ein Fluchtungsfehlerausgleich unbedingt notwendig. Andererseits sollte die Prüflehre - auch bei Rotation - genau zentrisch zum Gewinde sein und nicht, wie bereits beschrieben, durch die Fliehkraft um die Summe des Fluchtungsspiels eine Schleuderbewegung ausführen.In order not to falsify the test results, an alignment error compensation is absolutely necessary when testing. On the other hand, the test gauge - even with rotation - should be exactly centered on the thread and not, as already described, cause the centrifugal force to spin around the sum of the alignment clearance.
Deshalb wurde für die unterschiedlichsten Prüflehren und Prüfaufgaben spezielle Halter entwickelt, die Fluchtungsfehler ausgleichen und trotz der axialen und radialen Ausgleichsmöglichkeit die Steifigkeit besitzen um die Prüflehren auch bei horizontalem Prüfvorgang und bei Rotation zentrisch zum zu prüfenden Gewinde halten.For this reason, special holders have been developed for a wide variety of test gauges and test tasks that compensate for misalignments and, despite the axial and radial compensation options, have the rigidity to keep the test gauges centered on the thread to be tested, even during horizontal testing and during rotation.
Es sind zwei verschiedene Ausführungen für den Fluchtungsfehlerausgleich vorgesehen.There are two different versions for misalignment compensation.
Für die eine Ausführung ist ein Prüflehrenhalter mit einer Gummi-Metallverbindung als Ausgleich vorgesehen und bei der zweiten Variante wird die notwendige Steifigkeit bzw. die zentrische Fixierung über eine Federkraft erreicht.For one version, a gauge holder with a rubber-metal connection is provided as compensation and in the second variant the necessary rigidity or central fixation is achieved by means of a spring force.
Eine Anpassung der notwendigen Steifigkeit und Ausgleichsweg kann über die Gummihärte (Shore) oder über entsprechende Federn erfolgen.The necessary stiffness and compensation path can be adjusted via the rubber hardness (Shore) or via appropriate springs.
Ein in Geschwindigkeit und Schubkraft einstellbarer Kontaktvorschub bewegt die Prüflehre zum Werkstück bzw. zum Gewindeanfang.A contact feed adjustable in speed and pushing force moves the test gauge to the workpiece or to the beginning of the thread.
Über die Drehbewegung der Antriebswelle bzw. der Werkzeuge (Gewindeherstellwerkzeug oder Prüflehre) und der anpassbaren Andrückkraft drehen sich diese mit dem vorgegebenen Drehmoment selbst in das Werkstück. Wird die Arbeitstiefe wegen Schwergängigkeit nicht erreicht, wird die Drehrichtung sofort umgeschaltet und das Werkzeug über ein Rückhubdrehmoment wieder herausgeschraubt. Am Startpunkt (Gewindeanfang) angekommen, wird die Einrichtung in die Grundstellung gebracht.Via the rotary movement of the drive shaft or the tools (threading tool or test gauge) and the adaptable pressing force, they rotate themselves into the workpiece with the specified torque. If the working depth is not reached due to stiffness, the direction of rotation is switched over immediately and the tool is unscrewed using a return stroke torque. Arrived at the starting point (thread start), the device is brought into the basic position.
Über die Gerätesteuerung in Verbindung mit der integrierten Vorschubmechanik können individuelle Arbeitszyklen realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass mit einem geringen zeitlichen Mehraufwand auch noch die Kernlochbohrung überprüft werden kann (bei Verwendung als Prüfgerät).Individual working cycles can be realized via the device control in conjunction with the integrated feed mechanism. This has the advantage that the core hole can also be checked with a little extra time (when used as a test device).
Die Prozesssicherheit wird durch die zu bewegende Masse beeinträchtigt.Process safety is affected by the mass to be moved.
Besonders bei vertikalem Arbeiten führt die zu bewegende Masse nicht nur zu falschen Prüfergebnissen, sondern kann durch das Aufschlagen am Werkstück das zu prüfende Gewinde und die Prüflehre sowie das Gewindeschneid- oder Formwerkzeug beschädigen.Especially when working vertically, the mass to be moved not only leads to incorrect test results, but can also damage the thread to be tested and the test gauge as well as the thread cutting or forming tool by striking the workpiece.
Aus diesem Grund wurde in die beschriebene Erfindung ein verstellbarer Massenausgleich zum Neutralisieren der Gewichtsmasse und deren Beschleunigungsenergie integriert. Ein spezieller Aufbau und das Zusammenwirken von Zylindern und deren Steuereinheiten sowie leichtgängigen Linearführungen bewirken, dass die Gewichtsmasse über eine einstellbare Kraft weitestgehend neutralisiert wird. Die spezielle Ausführung stellt sicher, dass auch während des Herstell- oder Prüfvorgangs und somit über die gesamte Arbeitslänge die Gewichtsneutralisierung relativ konstant bleibt.For this reason, an adjustable mass balance for neutralizing the weight mass and its acceleration energy has been integrated into the described invention. A special structure and the interaction of cylinders and their control units as well as smooth-running linear guides mean that the weight mass is largely neutralized via an adjustable force. The special design ensures that the weight neutralization remains relatively constant even during the manufacturing or testing process and thus over the entire working length.
Über einen Linearvorschub, bei dem die Vorschubgeschwindigkeit und die Schubkraft einstellbar sind, wird das Gewindeherstellungs- und Prüfgerät aus der Schwebehaltung an das Werkstück bewegt. Die vorgegebene Anschraubgeschwindigkeit der Werkzeuge und die anpassbare Vorschubgeschwindigkeit, die nur zum Kontaktieren und Anschrauben wirksam ist, bewirken das relativ sanfte Ansetzen der Werkzeuge am Bohrloch. Somit werden Beschädigungen an den Werkzeugen und beim Prüfen von Gewinden Beschädigungen am Gewinde ausgeschlossen. Außerdem wird damit ein Prüfergebnis verfälschender Reibungsdruck verhindert und bei der Herstellung von Gewinden ein Nachschaben der Flanken (beim Rücklauf) verhindert. Nachdem der Arbeitsvorgang beendet ist, wird die Gewindeeinheit in die Grundstellung gebracht.The threading and testing device is moved from the suspended position to the workpiece via a linear feed, in which the feed speed and the pushing force can be adjusted. The specified screwing speed of the tools and the adjustable feed rate, which is only effective for contacting and screwing, cause the tools to be positioned relatively gently on the borehole. This prevents damage to the tools and when testing threads, damage to the thread. In addition, this prevents a test result that falsifies the friction pressure and prevents the flanks from being scratched (during the return) when producing threads. After the work process is finished, the thread unit is brought into the basic position.
Das spezielle Arbeitskonzept welches bewirkt, dass das Gerät für die Herstellung von Gewinden sowie für die Prüfung von Gewinden verwendet werden kann und das Zusammenwirken von Zylindern, Kraft, Messsystem, Antrieb und Steuerung sowie die speziellen Werkzeughalter sind die wesentlichen Erfindungsmerkmale.The special working concept which means that the device can be used for the production of threads and for the testing of threads and the interaction of cylinders, force, measuring system, drive and control as well as the special tool holder are the essential features of the invention.
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DE102022131528A1 (en) | 2022-11-29 | 2024-05-29 | WST Präzisionstechnik GmbH | Method and device for automatic thread testing |
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2018
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