DE102019124800A1 - Method for producing a thread, in particular an internal thread, with hard metal - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren gemäß der Erfindung erhöht die Standzeit von Gewindebohrern aus Hartmetall.The method according to the invention increases the service life of taps made of hard metal.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes.The invention relates to a method for producing a thread, in particular an internal thread.
Ein Gewinde weist einen schraubenlinien- oder helixförmigen Gewindegang mit konstanter Gewindesteigung auf und kann als Innengewinde oder als Außengewinde erzeugt werden. Zum Erzeugen eines Innengewindes wird in aller Regel zunächst ein Kernloch (oder: eine Kernbohrung) im Werkstück erzeugt, das ein Sackloch oder auch ein Durchgangsloch sein kann, und dann in der Innenwandung des Kernloches der Gewindegang erzeugt. Das Kernloch mit darin erzeugtem Gewinde wird auch als Gewindeloch bezeichnet.A thread has a helical or helical thread turn with a constant thread pitch and can be produced as an internal thread or as an external thread. To create an internal thread, a core hole (or: a core hole) is usually first created in the workpiece, which can be a blind hole or a through hole, and then the thread is created in the inner wall of the core hole. The core hole with a thread created in it is also referred to as a threaded hole.
Zur Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind sowohl spanabhebende als auch spanlose Verfahren und Gewindewerkzeuge bekannt. Spanabhebende Gewindeerzeugung beruht auf Materialabtrag des Materials des Werkstücks im Bereich des Gewindeganges. Spanlose Gewindeerzeugung beruht auf einer Umformung des Werkstücks und Erzeugung des Gewindeganges in dem Werkstück durch Druck. Einen Überblick über im Einsatz befindliche Gewindeerzeugungswerkzeuge und Arbeitsverfahren gibt das Handbuch der Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN, Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN 3-89578-232-7), im Folgenden nur als „EMUGE-Handbuch“ bezeichnet.Both cutting and non-cutting methods and threading tools are known for thread generation or thread finishing. Machining thread generation is based on the removal of material from the workpiece material in the area of the thread. Non-cutting thread generation is based on reshaping the workpiece and generating the thread turn in the workpiece by pressure. The manual of thread technology and milling technology, publisher: EMUGE-FRANKEN, publisher: Publicis Corporate Publishing, year of publication: 2004 (ISBN 3-89578-232-7), in the following only as "EMUGE- Manual ”.
Unter die spanabhebende oder spanende Gewindeerzeugung fallen die Gewindebohrer (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 181 bis 298) und die Gewindefräser (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel
Ein Gewindebohrer ist ein Gewindeschneidwerkzeug, dessen Schneiden oder Gewindeschneidzähne entlang eines Außengewindes unter der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes angeordnet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse mit von der axialen Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Gewindesteigung abhängiger Drehgeschwindigkeit in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird und seine Schneiden permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff sind (kontinuierlicher Schnitt), so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht. Typische Geometrien eines Gewindebohrers mit dem üblichen Anschnittbereich sind im EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 250 und 251 und 284 und 285, beschrieben. Die Gewindeschneidzähne weisen in der Schneidrichtung im Querschnitt senkrecht zur Helix am Außenrand ein Schneidprofil oder Wirkprofil und nach innen anschließend eine Spanfläche auf und am entgegengesetzt zur Schneidrichtung anschließenden Zahnrücken Freiflächen oder Freiwinkel auf, so dass dort keine Berührung und damit keine Reibung mit dem Werkstück stattfindet. Eine typische Verteilung der einzelnen Gewindewirkprofile der im Anschnittbereich schräg angeschliffenen Gewindeschneidzähne mit der entsprechenden Spanaufteilung ist im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 322, gezeigt.A tap is a thread cutting tool whose cutting edges or thread cutting teeth are arranged along an external thread below the thread pitch of the thread to be produced. When creating the thread, the tap is moved into a cylindrical core hole in a workpiece with a feed that is axial to the tool axis and while rotating around its tool axis at a rotational speed dependent on the axial feed rate according to the thread pitch, the tool axis of the tap being aligned coaxially with the center axis of the core hole and its cutting edges are permanently in engagement with the workpiece on the core hole wall (continuous cut), so that a continuous thread is created on the core hole wall. Typical geometries of a tap with the usual chamfer area are described in the EMUGE manual,
Der Gewindeschneidvorgang mit einem Gewindebohrer ist zusammen mit einem typischen Drehmomentverlauf im EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seite 255, erläutert. Nach dem Schneidprozess des Gewindebohrers bis zum Eingriff aller Anschnittzähne wird die Maschinenspindel abgebremst bis zum Stillstand. Nun wird der Rücklauf oder die Reversierbewegung gestartet und der Zahnrücken des beim Gewindeschneiden vorausgehenden Gewindeschneidzahnes schert den noch in der Bohrung stehenden Span an seiner freien Rückseite ab und quetscht die Spanwurzel zwischen der Freifläche und der Lochwandung zurück.The thread cutting process with a tap is explained together with a typical torque curve in the EMUGE manual,
Unter die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge fallen die sogenannten Gewindefurcher (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324) und, nur für Außengewinde, die Gewindewalzwerkzeuge (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404).The non-cutting thread generating tools include the so-called thread formers (see EMUGE manual,
Gewindefurcher sind Gewindewerkzeuge mit einem annähernd spiral- oder schraubenförmig umlaufenden Gewindeprofil, entlang dem mehrere Drückstollen (auch als Formzähne, Furchzähne oder Formkeile bezeichnet) angeordnet sind, die durch zueinander versetzte weiter nach außen ragende und im Allgemeinen abgerundete Polygon-Eckbereiche eines annähernd polygonalen Querschnittes des Gewindefurchers gebildet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindefurcher ähnlich wie der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird. Die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vorschubgeschwindigkeit werden entsprechend der Gewindesteigung aufeinander abgestimmt. Die Drückstollen des Gewindefurchers sind permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff und drücken den Gewindegang durch plastische Verformung in die Kernlochwandung, so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht. Typische Geometrien eines Gewindefurchers mit dem üblichen Anfurchbereich sind im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 308 und 309 beschrieben. Eine typische Verteilung der einzelnen Gewindewirkprofile der im Anfurchbereich ansteigenden Gewindefurchzähne ist im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 322, gezeigt. Der Gewindefurchvorgang mit einem Gewindefurcher ist zusammen mit einem typischen Drehmomentverlauf im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 310, erläutert.Thread forming tools are threading tools with an approximately spiral or helical circumferential thread profile, along which several press studs (also referred to as shaped teeth, shaped teeth or shaped wedges) are arranged, which are offset by further outwardly protruding and generally rounded polygonal corner areas of an approximately polygonal cross-section of the Thread formers are formed. When creating the thread, the thread former is moved into a cylindrical core hole in a workpiece, similar to the tap, with an advance that is axial to the tool axis and while rotating around its tool axis, the tool axis of the tap being aligned coaxially to the central axis of the core hole. The speed of rotation and the axial feed speed are matched to one another according to the thread pitch. The press studs of the thread former are permanently in engagement with the workpiece on the core hole wall and press the thread turn into the core hole wall by plastic deformation, so that a continuous thread turn is created on the core hole wall. Typical geometries of a Thread formers with the usual starting area are described in the EMUGE manual,
Gewindebohrer und Gewindefurcher arbeiten mit einer ausschließlich axialen Vorschub- oder Arbeitsbewegung mit gemäß der Gewindesteigung synchronisierter Drehbewegung um die eigene Werkzeugachse. Der Drehsinn von Gewindebohrer und Gewindefurcher beim Erzeugen des Gewindes entspricht dem Windungssinn des zu erzeugende Gewindes. Wenn der Gewindegang erzeugt ist oder am Ende der Erzeugung des Gewindeganges wird das Werkzeug abgebremst und an einem Umkehrpunkt zum Stillstand gebracht. Die Abbremsung vor dem Erreichen des Reversier- oder Umkehrpunkts wird normalerweise durch gemäß der konstanten Gewindesteigung synchronisierte Reduzierung von axialer Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl bis auf jeweils einen Wert 0 bewirkt. Nun wird zum Zurückholen des Werkzeugs aus dem Werkstück eine Rückwärts- oder Reversierbewegung eingeleitet, bei der die axiale Vorschubrichtung und die Drehrichtung genau entgegengesetzt zur Arbeitsbewegung sind und die axialen Vorschubbewegung und Drehbewegung wieder gemäß der Gewindesteigung synchronisiert sind, um das Gewinde nicht zu beschädigen.Taps and taps work with an exclusively axial feed or working movement with a rotational movement around their own tool axis that is synchronized according to the thread pitch. The direction of rotation of the tap and the thread former when creating the thread corresponds to the direction of winding of the thread to be created. When the thread turn is generated or at the end of the generation of the thread turn, the tool is braked and brought to a standstill at a reversal point. The deceleration before reaching the reversing or reversal point is normally brought about by reducing the axial feed rate and speed to a value of 0, which is synchronized according to the constant thread pitch. To retrieve the tool from the workpiece, a backward or reversing movement is initiated, in which the axial feed direction and the direction of rotation are exactly opposite to the working movement and the axial feed movement and rotational movement are again synchronized according to the thread pitch so as not to damage the thread.
In der Praxis sind Gewindebohrer und Gewindefurcher im Einsatz, die monolithisch hergestellt werden, im Allgemeinen durch spanabhebende Bearbeitung, insbesondere Schleifen, aus einem Rohling.In practice, taps and taps are used which are produced monolithically, generally by machining, in particular grinding, from a blank.
Außerdem ist es auch bekannt, die Arbeitsbereiche von Gewindebohrern mit den Gewindezähnen oder Gewindeschneiden oder die Arbeitsbereiche von Gewindefurchern mit den Formzähnen oder Drückstollen an separaten Gewindeerzeugungselementen auszubilden und diese Gewindeerzeugungselemente an einem Trägerkörper oder Halter zu befestigen. Der Trägerkörper weist hier den Koppelschaft zum Ankoppeln an den Maschinenantrieb, meist über eine Werkzeugaufnahme, auf.In addition, it is also known to form the working areas of taps with the thread teeth or thread cutting or the working areas of thread grooves with the form teeth or press studs on separate thread generating elements and to attach these thread generating elements to a support body or holder. The carrier body here has the coupling shaft for coupling to the machine drive, usually via a tool holder.
Als Werkstoffe für den Gewindebohrer oder Gewindefurcher kommen grundsätzlich Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) oder auch Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) in Betracht.The materials used for the taps or taps are generally high-speed steel such as high-speed steel (HSS steel) or cobalt-alloyed high-speed steel (HSS-E steel) or hard metal such as a hard metal alloy, in particular P steel or K steel or cermet, or cemented carbide, in particular tungsten carbide , optionally alloyed or mixed with metals or other metal carbides, or titanium nitride or titanium carbide or titanium carbonitride or aluminum oxide, or cutting ceramics, in particular polycrystalline boron nitride (PCB), or polycrystalline diamond (PCD).
Die Verwendung der für die Bearbeitung von Werkstücken aus härteren Werkstoffen vorteilhaften härteren Werkstoffe, insbesondere Hartmetall, für Gewindefurcher oder Gewindebohrer ist in der Praxis durch die Sprödigkeit dieser Werkstoffe stark eingeschränkt vor allem bei der sehr häufigen Anwendung bei der Gewindeerzeugung in Stählen, vor allem zähen Stählen. Insbesondere entsteht in der Praxis bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Stahl das Problem, dass die verbleibenden Materialüberstände, insbesondere die Spanwurzel und störende Späne, vor allem lange Lockenspäne, beim Gewindebohren oder Furchkralle oder Formwulst beim Gewindefurchen nun beim Rückwärtslauf nach dem Umkehrpunkt zu einem Bruch des spröden Werkstoffes führen können. Deshalb haben sich Gewindebohrer und Gewindefurcher aus Hartmetall nicht auf dem Markt durchsetzen können und das vorherrschende Material ist HSS.The use of the harder materials, which are advantageous for machining workpieces made of harder materials, in particular hard metal, for taps or taps is in practice severely limited by the brittleness of these materials, especially when they are used very frequently in thread production in steels, especially tough steels . In practice, in particular, when machining workpieces made of steel, the problem arises that the remaining material protrusions, in particular the chip roots and disruptive chips, especially long curly chips, when tapping or grooving claws or form bead in thread cutting now break when running backwards after the reversal point brittle material can lead. This is why taps and taps made of carbide have not been able to establish themselves on the market and the predominant material is HSS.
Gemäß der
Aus der
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren jeweils zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes in einem Kernloch oder eines Außengewindes, in einem Werkstück anzugeben. Insbesondere soll durch das Verfahren die Standzeit von Gewindebohrern oder Gewindefurchern, die zumindest im Bereich ihrer Gewindezähne aus einem spröden Werkstoff wie Hartmetall oder Schneidkeramik bestehen, auch bei Bearbeitung von verschiedenen Stählen verbessert werden.The invention is based on the object of specifying a new method in each case for producing a thread, in particular an internal thread in a core hole or an external thread, in a workpiece. In particular, the method is intended to improve the service life of taps or thread formers, which are made of a brittle material such as hard metal or cutting ceramic, at least in the area of their thread teeth, even when machining different steels.
Zur Lösung dieser Aufgabe geeignete Ausführungsformen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind insbesondere in den Patentansprüchen angegeben, die auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, gerichtet sind.Embodiments and objects according to the invention which are suitable for solving this object are specified in particular in the patent claims, which are directed to a method for producing a thread, in particular an internal thread.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.Further refinements and developments according to the invention emerge from the respective dependent claims.
Die beanspruchbaren Merkmalskombinationen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind nicht auf die gewählte Fassung und die gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche beschränkt. Vielmehr kann jedes Merkmal einer Anspruchskategorie, beispielsweise eines Verfahrens, kann auch in einer anderen Anspruchskategorie, beispielsweise einem Werkzeug, beansprucht werden. Ferner kann jedes Merkmal in den Patentansprüchen, auch unabhängig von deren Rückbeziehungen, in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) in den Patentansprüchen beansprucht werden. Außerdem kann jedes Merkmal, das in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen, das oder die in den Patentansprüchen oder in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden.The claimable combinations of features and subjects according to the invention are not restricted to the selected version and the selected back-references of the patent claims. Rather, each feature of a claim category, for example a method, can also be claimed in another claim category, for example a tool. Furthermore, each feature in the patent claims, regardless of their back-references, can be claimed in any combination with one or more other feature (s) in the patent claims. In addition, each feature described or disclosed in the description or drawing can be used individually, independently or separately from the context in which it stands, alone or in any combination with one or more other features that are stated in the claims or is or are described or disclosed in the specification or drawing may be claimed.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 ist zum Erzeugen eines Gewindes mit einer vorgegebenen Gewindesteigung in einem vorgefertigten Kernloch in einem Werkstück vorgesehen. Bei dem Verfahren wird
- a) ein Werkzeug zum Erzeugen eines Gewindes verwendet,
- a1) wobei das Werkzeug um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse drehbar und axial zur Werkzeugachse bewegbar ist,
- a2) wobei das Werkzeug wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich umfasst, der mit einer vorgegebenen Gewindesteigung und einem vorgegebenen Windungssinn des zu erzeugenden Gewindes um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse verläuft und ein Wirkprofil aufweist, das dem Gewindeprofil des zu erzeugenden Gewindes entspricht,
- a3) wobei jeder Gewindeerzeugungsbereich einen oder mehrere Gewindezähne aufweist,
- b) das Werkzeug in einer Arbeitsbewegung während einer ersten Arbeitsphase in das vorgefertigte, d.h. bereits vorhandene, Kernloch im Werkstück bewegt,
- b1) wobei die Arbeitsbewegung eine Drehbewegung mit einem vorgegebenen Drehsinn um die Werkzeugachse des Werkzeugs und eine gemäß der Gewindesteigung des Gewindeerzeugungsbereichs mit der Drehbewegung synchronisierte axiale Vorschubbewegung des Werkzeugs in einer axialen Vorwärtsrichtung axial zur Werkzeugachse umfasst, derart, dass einer vollen Umdrehung des Werkzeugs um die Werkzeugachse ein axialer Vorschub des Werkzeugs um die vorgegebene Gewindesteigung entspricht,
- b2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich während der ersten Arbeitsphase in der Arbeitsbewegung einen unter der vorgegebenen Gewindesteigung verlaufenden Gewindegang in der Wandung des Kernloches erzeugt,
- c) wobei das Werkzeug in einer Abbremsbewegung während einer zweiten Arbeitsphase im Anschluss an die erste Arbeitsphase weiter in das Werkstück bis zu einem Umkehrpunkt bewegt wird,
- c1) wobei der axiale Vorschub des Werkzeugs bezogen auf eine volle Umdrehung zumindest während eines Teils der Abbremsbewegung, vorzugsweise während der gesamten Abbremsbewegung, betragsmäßig kleiner als die Gewindesteigung ist und beim Umkehrpunkt Null ist und
- c2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere der Gewindezahn oder die Gewindezähne, des Werkzeugs während der Abbremsbewegung wenigstens eine, insbesondere geschlossene oder ringförmige, Umfangsnut in der Wandung des Kernloches im Werkstück erzeugt.
- a) a tool is used to create a thread,
- a1) wherein the tool is rotatable about a tool axis running through the tool and can be moved axially to the tool axis,
- a2) wherein the tool comprises at least one thread generation area which runs with a predetermined thread pitch and a predetermined direction of winding of the thread to be generated around a tool axis running through the tool and has an active profile which corresponds to the thread profile of the thread to be generated,
- a3) each thread generation area having one or more thread teeth,
- b) the tool is moved into the prefabricated, ie already existing, core hole in the workpiece in one working movement during a first working phase,
- b1) wherein the working movement comprises a rotary movement with a predetermined direction of rotation around the tool axis of the tool and an axial feed movement of the tool in an axially forward direction axially to the tool axis, which is synchronized with the rotary movement according to the thread pitch of the thread generating area, such that one full revolution of the tool around the Tool axis corresponds to an axial feed of the tool by the specified thread pitch,
- b2) wherein the thread generation area during the first work phase in the Working movement creates a thread in the wall of the core hole that runs below the specified thread pitch,
- c) wherein the tool is moved further into the workpiece up to a reversal point in a braking movement during a second work phase following the first work phase,
- c1) wherein the axial advance of the tool, based on a full revolution, is at least during part of the braking movement, preferably during the entire braking movement, smaller in amount than the thread pitch and is zero at the reversal point and
- c2) wherein the thread generation area, in particular the thread tooth or the thread teeth, of the tool generates at least one, in particular closed or annular, circumferential groove in the wall of the core hole in the workpiece during the braking movement.
Die Erfindung beschreitet zur Erhöhung der Standzeit von Gewindebohrern einen anderen Lösungsweg als die vorne erwähnte
Weiterhin wird diese vorteilhafte Kombination gemäß der Erfindung außer für Gewindebohrer auch für Gewindefurcher oder für kombinierte Gewindebohr- und Gewindefurchwerkzeuge, also allgemein axial arbeitende Gewindewerkzeuge mit gemäß der Gewindesteigung helikal ausgebildeten Gewindeerzeugungsbereichen bei der Erzeugung von Gewinden in einem vorgefertigten Kernloch erweitert.Furthermore, this advantageous combination according to the invention is extended not only for taps but also for taps or for combined tapping and thread forming tools, i.e. generally axially operating threading tools with thread generating areas formed helically according to the thread pitch when generating threads in a prefabricated core hole.
In einer mehrteiligen Ausführungsform umfasst das Werkzeug einen Trägerkörper, durch den die Werkzeugachse verläuft, und wenigstens ein, insbesondere separat vom Trägerkörper hergestelltes, Gewindeerzeugungselement, das an dem Trägerkörper befestigt ist, insbesondere wechselbar oder lösbar befestigt ist, wobei jedes Gewindeerzeugungselement wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich aufweist. In a multi-part embodiment, the tool comprises a carrier body through which the tool axis runs, and at least one thread generating element, in particular produced separately from the carrier body, which is fastened to the carrier body, in particular is fastened interchangeably or detachably, each thread generating element having at least one thread generating area.
In einer Ausführungsform ist der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich an einem vorderen Endbereich des Werkzeugs angeordnet und/oder das oder jedes Gewindeerzeugungselement an einem vorderen Endbereich des Trägerkörpers, vorzugsweise an einer Stirnseite des Trägerkörpers, befestigt ist.In one embodiment, the or each thread generating area is arranged on a front end area of the tool and / or the or each thread generating element is attached to a front end area of the support body, preferably on an end face of the support body.
In einer Ausführungsform ist das Gewindeerzeugungselement als stirnseitiger Gewindekopf mit dem vollständigen Gewindeerzeugungsbereich oder allen Gewindezähnen ausgebildet ist, wobei die Werkzeugachse zentral durch den Trägerkörper und das Gewindeerzeugungselement verläuft und wobei das Gewindeerzeugungselement vorzugsweise mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement axial geführten zentralen Befestigungsschraube vorne an der Stirnseite des Trägerkörpers befestigt ist,In one embodiment, the thread generating element is designed as an end-face threaded head with the complete thread generating area or all thread teeth, the tool axis running centrally through the carrier body and the thread generating element, and the thread generating element preferably at the front by means of a central fastening screw guided axially through a central opening in the thread generating element The end face of the carrier body is attached,
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Gewindeerzeugungselemente separat am Trägerkörper befestigt und um die Werkzeugachse in Umfangsrichtung herum verteilt und voneinander beabstandet angeordnet.In a further embodiment, several thread generating elements are fastened separately to the carrier body and distributed around the tool axis in the circumferential direction and are arranged at a distance from one another.
In einer Ausführungsform mit mehrfach verwendbaren Gewindeerzeugungselementen weist das oder jedes Gewindeerzeugungselement einen arbeitenden aktiven Gewindezahn oder eine arbeitende aktive Gewindeschneide auf und zusätzlich wenigstens eine(n), insbesondere eine, zwei oder drei, weitere nicht aktiven Gewindezahn oder Gewindeschneide, der oder die durch Lösen der lösbaren Befestigung, Wenden und/oder Drehen des Gewindeerzeugungselements und Wiederbefestigen am Trägerkörper zu einem oder einer aktiven arbeitenden Gewindezahn oder Gewindeschneide wird. Beispielsweise kann
das oder jedes Gewindeerzeugungselement in einer annähernd rechteckigen oder dreieckigen symmetrischen und plattenförmigen Grundform vier bzw. drei Gewindeschneiden an den vier bzw. drei Ecken mit jeweiligen vorgelagerten Spanflächen aufweisen.In one embodiment with reusable thread generating elements, the or each thread generating element has a working active thread tooth or a working active thread cutting edge and additionally at least one, in particular one, two or three, further non-active thread tooth or thread cutting edge, which or which by loosening the releasable fastening, turning and / or turning of the thread generating element and reattaching on the carrier body to one or an active working thread tooth or thread cutting edge. For example, can
the or each thread generating element in an approximately rectangular or triangular symmetrical and plate-shaped basic shape have four or three thread cutting edges at the four or three corners with respective upstream rake faces.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das oder jedes Gewindeerzeugungselement in einer zugehörigen Aufnahme des Trägerkörpers, insbesondere an dessen Stirnfläche, eingesetzt und insbesondere mittels einer durch eine zentrale Öffnung in dem Gewindeerzeugungselement geführte Befestigungsschraube lösbar und wechselbar am Trägerkörper befestigt. Vorzugsweise sind die Aufnahmen der Dicke der Gewindeerzeugungselemente angepasst, so dass die Vorderflächen der Gewindeerzeugungselemente im Wesentlichen bündig mit der Stirnfläche des Trägerkörpers abschließen.In a preferred embodiment, the or each thread generating element is inserted in an associated receptacle of the carrier body, in particular on its end face, and in particular is detachably and exchangeably fastened to the carrier body by means of a fastening screw guided through a central opening in the thread generating element. The receptacles are preferably adapted to the thickness of the thread generating elements, see above that the front surfaces of the thread generating elements terminate essentially flush with the end surface of the carrier body.
Der Trägerkörper kann nun sehr effizient hergestellt werden und zumindest im Bereich des Gewindeerzeugungselements eine bezüglich der Werkzeugachse zylindrische Form aufweisen, insbesondere auch einen zylindrischen Hals und/oder zumindest teilweise aus einem Stahl, insbesondere hochfestem Stahl, gefertigt sein.The carrier body can now be manufactured very efficiently and at least in the area of the thread generating element have a cylindrical shape with respect to the tool axis, in particular also a cylindrical neck and / or at least partially made of steel, in particular high-strength steel.
In einer anderen Ausführungsform weist das Werkzeug monolithisch an einem Grundkörper, durch den die Werkzeugachse verläuft, gebildete Gewindeerzeugungsbereiche auf.In another embodiment, the tool has thread generating regions formed monolithically on a base body through which the tool axis extends.
In einer Ausführungsform sind in dem Grundkörper, der insbesondere eine zylindrische Grundform hat, durch mehrere, beispielsweise fünf, vorzugsweise axial zur Werkzeugachse verlaufende, Trennnuten mehrere, insbesondere fünf, aufeinander folgende Gewindezähne voneinander getrennt, die entlang des Umfangs um die Werkzeugachse angeordnet sind und im Windungssinn Gewindeschneiden und dahinter Freiflächen aufweisen, wobei insbesondere axial hinter dem aus den Gewindezähnen gebildeten Gewindeerzeugungsbereich eine zylindrische Mantelfläche des Grundkörpers gebildet ist.In one embodiment, in the base body, which in particular has a cylindrical basic shape, several, in particular five, successive thread teeth are separated from one another by several, for example five, preferably axially to the tool axis running separating grooves, which are arranged along the circumference around the tool axis and in Winding sense thread cutting and have free surfaces behind, wherein in particular axially behind the thread generating area formed from the thread teeth, a cylindrical outer surface of the base body is formed.
Wegen der Umlaufnuterzeugung geht Gewindetiefe verloren. Deshalb ist es bei dem Werkzeug und Prozess gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich in zur Werkzeugachse axialer Richtung eine axiale Erstreckung aus einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P der Gewindesteigung
Zum Ausgleich der dadurch reduzierten Führung des Werkzeugs ist in einer bevorzugten Ausführungsform vor dem Gewindeerzeugungsbereich ein zylindrischer Führungsbereich gebildet ist zur Führung des Werkzeugs an der Kernlochwandung in dem Kernloch.To compensate for the reduced guidance of the tool as a result, in a preferred embodiment a cylindrical guide area is formed in front of the thread generating area for guiding the tool on the core hole wall in the core hole.
In einer Ausführungsform ist ein Anlaufbereich vorgesehen oder wird das Gewindeprofil des Gewindeganges sukzessive von den einzelnen Gewindezähnen bis zum vollständigen Gewindeprofil geschnitten und/oder geformt wird und/oder werden die Gewindewirkprofile der einzelnen Gewindezähne aufgeteilt und ergeben am Ende zusammengesetzt das vollständige Gewindeprofil.In one embodiment, a start-up area is provided or the thread profile of the thread turn is successively cut and / or formed from the individual thread teeth to the complete thread profile and / or the thread action profiles of the individual thread teeth are divided and, when combined, result in the complete thread profile.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird nun als Material für die Gewindezähne und/oder den oder jeden Gewindeerzeugungsbereich und/oder die Gewindeerzeugungselemente und/oder den Trägerkörper und/oder den Grundkörper und/oder das ganze Werkzeug, Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) verwendet.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the material for the thread teeth and / or the or each thread generation area and / or the thread generation elements and / or the carrier body and / or the base body and / or the entire tool, hard metal such as a hard metal alloy, in particular P -Steel or K steel or cermet, or cemented carbide, in particular tungsten carbide, optionally alloyed or mixed with metals or other metal carbides, or titanium nitride or titanium carbide or titanium carbonitride or aluminum oxide, or cutting ceramics, especially polycrystalline boron nitride (PKB), or polycrystalline diamond (PKD) used.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass
- d) während der Arbeitsbewegung die (tatsächliche) Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein erstes Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf einer vorgegebenen (oder: programmierten oder im Steuerprogramm eingegebenen) maximalen Drehzahl bleibt, durchläuft und
- e) während der Abbremsbewegung die (tatsächliche Drehzahl) der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein zweites Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf derselben vorgegebenen maximalen Drehzahl bleibt, durchläuft,
- f) wobei die vorgegebene maximale Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs mindestens so groß gewählt ist, dass eine Bahngeschwindigkeit am Gewindeerzeugungsbereich von mindestens 57 m/min, insbesondere von mindestens 85 m/min, erreicht wird, was bei einem
Gewindedurchmesser von 6 mm einer maximalen Drehzahl von mindestens 3000 U/min, insbesondere mindestens 4.500 U/min, entspricht.
- d) during the working movement, the (actual) speed of the rotary movement of the tool in its temporal course runs through a first plateau at which the speed remains constant at a predetermined (or: programmed or entered in the control program) maximum speed, and
- e) during the braking movement, the (actual speed) of the rotary movement of the tool runs through a second plateau over time, at which the speed remains constant at the same predetermined maximum speed,
- f) the specified maximum speed of the rotary movement of the tool is selected to be at least large enough that a path speed of at least 57 m / min, in particular of at least 85 m / min, is achieved at the thread generation area, which is a maximum speed with a thread diameter of 6 mm of at least 3000 rpm, in particular at least 4,500 rpm.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die vorzugsweise mit den vorgenannten Ausführungsformen kombiniert wird, ist vorgesehen, dass
- d) das Werkzeug in der Arbeitsbewegung und in der Abbremsbewegung von einem Maschinenantrieb angetrieben wird und zwischen den Maschinenantrieb und das Werkzeug eine Übersetzungseinheit für die Drehbewegung, insbesondere eine Übersetzungsgetriebeeinheit, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Übersetzungsverhältnis geschaltet (oder: gekoppelt) ist,
- e) wobei das Übersetzungsverhältnis dem Quotienten aus der Drehzahl des Maschinenantriebs und der Drehzahl des Werkzeugs entspricht und maximal 1:3 beträgt, so dass das Werkzeug mindestens dreimal so schnell dreht wie der Maschinenantrieb,
- f) wobei in der Programmierung des Maschinenantriebs eine maximale Drehzahl der Drehbewegung des Maschinenantriebs programmiert wird, die dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der vorgegebenen maximalen Drehzahl der Drehbewegung am Werkzeug entspricht.
- d) the tool is driven by a machine drive in the working movement and in the braking movement and a transmission unit for the rotary movement, in particular a transmission gear unit, is connected (or coupled) with a predetermined or predefinable transmission ratio between the machine drive and the tool,
- e) where the transmission ratio corresponds to the quotient of the speed of the machine drive and the speed of the tool and is a maximum of 1: 3, so that the tool rotates at least three times as fast as the machine drive,
- f) a maximum speed of the rotary movement of the machine drive is programmed in the programming of the machine drive, which corresponds to the product of the transmission ratio and the specified maximum speed of the rotary movement on the tool.
In einer Ausführungsform liegt zwischen dem Zeitintervall des ersten Plateaus der Drehzahl und dem Zeitintervall des zweiten Plateaus der Drehzahl ein Zwischenzeitintervall, in dem die Drehzahl unter die maximale Drehzahl abfällt.In one embodiment, there is an intermediate time interval between the time interval of the first plateau of the speed and the time interval of the second plateau of the speed, in which the speed drops below the maximum speed.
Das Verhältnis der Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls zur Intervalllänge des Zeitintervalls des zweiten Plateaus liegt in einer Ausführungsform in einem Bereich von 0,5 bis 2,4.In one embodiment, the ratio of the interval length of the intermediate time interval to the interval length of the time interval of the second plateau is in a range from 0.5 to 2.4.
Die Intervalllänge des zweiten Plateaus ist in einer Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 s bis 0,25 s, insbesondere 0,02 s bis 0,13 s, gewählt und/oder die Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls ist in einer Ausführungsform zwischen 0,05 s und 0,15 s, insbesondere zwischen 0,06 und 0,10 s, gewählt.In one embodiment, the interval length of the second plateau is selected in a range from 0.01 s to 0.25 s, in particular 0.02 s to 0.13 s, and / or the interval length of the intermediate time interval is between 0.05 in one embodiment s and 0.15 s, in particular between 0.06 and 0.10 s.
In einer Ausführungsform ist die maximale Drehzahl schon zu Beginn der ersten Arbeitsphase oder der Arbeitsbewegung oder bei dem Eintrittspunkt des Werkezeugs in das Werkstück erreicht.In one embodiment, the maximum speed is already reached at the beginning of the first work phase or the work movement or at the point where the tool enters the workpiece.
In einer Ausführungsform wird die maximal erreichte Bahngeschwindigkeit am Gewindeerzeugungsbereich in einem Bereich von 57 m/min bis 189 m/min, insbesondere von 85 m/min bis 132 m/min, gewählt.In one embodiment, the maximum web speed achieved at the thread generation area is selected in a range from 57 m / min to 189 m / min, in particular from 85 m / min to 132 m / min.
In einer Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis im Allgemeinen zwischen 1:3 und 1:10 gewählt, insbesondere zwischen 1:4 und 1:8, vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:5.In one embodiment, the transmission ratio is generally selected between 1: 3 and 1:10, in particular between 1: 4 and 1: 8, preferably between 1: 4 and 1: 5.
Die Abbremsbewegung umfasst bevorzugt eine Drehbewegung mit gleichbleibendem Drehsinn wie bei der Arbeitsbewegung.The braking movement preferably comprises a rotary movement with a constant direction of rotation as in the working movement.
In der Regel beginnt der Abbremsvorgang oder die zweite Arbeitsphase bei einem axialen Vorschub, der der Gewindesteigung der ersten Arbeitsphase entspricht. Der Abbremsvorgang ist als Abbremsung von der anfänglichen Gewindesteigung bis auf Null am Ende oder an einem Umkehrpunkt zu verstehen und muss nicht über das gesamte Drehwinkelintervall eine Verringerung des axialen Vorschubs abhängig vom Drehwinkel (Abbremsbeschleunigung), insbesondere auf Werte unterhalb der Gewindesteigung beinhalten. Vielmehr sind auch Drehwinkelintervalle möglich, in denen der axiale Vorschub bezogen auf den Drehwinkel Null ist oder sogar vorübergehend negativ ist, also seine Richtung umkehrt.As a rule, the braking process or the second work phase begins with an axial feed that corresponds to the thread pitch of the first work phase. The braking process is to be understood as braking from the initial thread pitch to zero at the end or at a reversal point and does not have to include a reduction in the axial feed rate over the entire angle of rotation interval depending on the angle of rotation (braking acceleration), in particular to values below the thread pitch. Rather, rotation angle intervals are also possible in which the axial advance is zero or even temporarily negative in relation to the rotation angle, that is to say reverses its direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird während der Abbremsbewegung die axiale Vorschubbewegung abhängig vom Drehwinkel der Drehbewegung des Werkzeugs gemäß einer vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert.In a preferred embodiment, the axial advance movement is controlled during the braking movement depending on the angle of rotation of the rotational movement of the tool according to a previously stored unique relationship, in particular a function or a sequence of functions, between the axial advance of the tool and the angle of rotation.
Eine Funktion, die die Beziehung zwischen axialem Vorschub (oder: der axialen Eindringtiefe) und dem Drehwinkel definiert, kann einen kontinuierlichen Definitionsbereich und Wertebereich oder auch einen diskreten Definitionsbereich und Wertebereich mit diskreten vorab gespeicherten oder vorab ermittelten Wertepaaren oder Wertetabellen aufweisen.A function that defines the relationship between the axial feed (or: the axial penetration depth) and the angle of rotation can have a continuous definition range and value range or also a discrete definition range and value range with discrete, previously stored or previously determined value pairs or value tables.
In einer Ausführungsform ist auch die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung beim Umkehrpunkt Null. und/oder ist der gesamte oder aufsummierte axiale Vorschub des Werkzeuges während der Abbremsbewegung zwischen dem 0,1-fachen bis 2-fachen der Gewindesteigung gewählt oder eingestellt.In one embodiment, the rotational speed of the rotational movement at the reversal point is also zero. and / or the total or total axial feed of the tool during the braking movement is selected or set between 0.1 times and 2 times the thread pitch.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden während der Abbremsbewegung in mehreren aufeinanderfolgenden Abbremsschritten zueinander unterschiedliche Beziehungen, insbesondere Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gewählt oder eingestellt.In a preferred embodiment, different relationships, in particular functions, between the axial advance of the tool and the angle of rotation are selected or set during the braking movement in several successive braking steps.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist während mehreren, insbesondere auch allen, Abbremsschritten für die axiale Eindringtiefe oder der axiale Vorschub eine lineare Funktion des Drehwinkels gewählt und/oder ist die (programmierte) Steigung, d.h. die Ableitung der axialen Eindringtiefe oder des axialen Vorschubs nach dem Drehwinkel, in jedem dieser Abbremsschritte konstant und nimmt betragsmäßig von einem Abbremsschritt zu einem darauffolgenden Abbremsschritt ab.In a particularly advantageous embodiment, a linear function of the angle of rotation is selected during several, in particular all, braking steps for the axial penetration depth or the axial feed and / or the (programmed) slope, ie the derivation of the axial penetration depth or the axial feed according to the Angle of rotation, constant in each of these braking steps and decreases in amount from one braking step to a subsequent braking step.
Diese Ausführungsform kann besonders einfach implementiert werden, indem für die Arbeitsbewegung eine NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der Gewindesteigung des Gewindes verwendet wird und in den mehreren Abbremsschritten ebenfalls eine, vorzugsweise die gleiche, NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der jeweiligen konstanten Steigung als Gewindesteigungsparameter verwendet wird.This embodiment can be implemented in a particularly simple manner by using an NC control for a thread process, for example a G33 path condition, with the thread pitch of the thread for the work movement and also one, preferably the same, NC control for a thread process in the several braking steps , for example a G33 path condition, with the respective constant pitch is used as the thread pitch parameter.
In einer Ausführungsform ist während mehreren, insbesondere allen, Abbremsschritten die axiale Eindringtiefe oder der axiale Vorschub eine, insbesondere kubische, Spline-Funktion des Drehwinkels.In one embodiment, during several, in particular all, braking steps, the axial penetration depth or the axial advance is an, in particular cubic, spline function of the angle of rotation.
In einer Ausführungsform sind die unterschiedlichen Funktionen aufeinanderfolgender Abbremsschritte stetig und im Fall differenzierbarer Funktionen vorzugsweise stetig differenzierbar aneinandergesetzt.In one embodiment, the different functions of successive braking steps are continuously and, in the case of differentiable functions, preferably continuously differentiable.
In einer Ausführungsform ist, insbesondere während eines Egalisierungsschrittes, der axiale Vorschub während der Abbremsbewegung in einem Drehwinkel-Teilintervall Null und/oder erfolgt in einem Drehwinkel-Teilintervall in zur Vorwärtsrichtung der Arbeitsbewegung entgegengesetzter Rückwärtsrichtung.In one embodiment, in particular during an equalization step, the axial advance during the braking movement is zero in a rotation angle sub-interval and / or takes place in a rotation angle sub-interval in the reverse direction opposite to the forward direction of the working movement.
In einer Ausführungsform wird nach Erreichen des Umkehrpunktes eine Reversierbewegung des Werkzeuges eingeleitet, mit der das Werkzeug aus dem Werkstück bewegt wird, wobei die Reversierbewegung zunächst eine erste Reversierphase, mit der der Gewindeerzeugungsbereich des Werkzeugs zurück in den Gewindegang des erzeugten Gewindes geführt wird, und im Anschluss eine zweite Reversierphase, während der der Gewindeerzeugungsbereich durch den Gewindegang aus dem Werkstück nach außen geführt wird, umfasst.In one embodiment, after reaching the reversal point, a reversing movement of the tool is initiated, with which the tool is moved out of the workpiece, the reversing movement initially being a first reversing phase, with which the thread generating area of the tool is guided back into the thread of the generated thread, and in the Connection includes a second reversing phase, during which the thread generation area is guided out of the workpiece through the thread turn.
Die Reversierbewegung wird bevorzugt mit einem zur Arbeitsbewegung und Abbremsbewegung symmetrischen Bewegungsverlauf mit umgekehrtem Drehsinn und umgekehrtem Vorschub durchgeführt.The reversing movement is preferably carried out with a course of movement that is symmetrical to the working movement and the braking movement, with the opposite direction of rotation and the opposite feed.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Reversierbewegung in der ersten Reversierphase mit der betragsmäßig gleichen, nur in der Drehrichtung und Vorschubrichtung invertierten vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert wie in der Abbremsbewegung während der zweiten Arbeitsphase, ggf. unter Auslassung oder Verkürzung des Egalisisierungsschrittes, sofern vorhanden.In an advantageous embodiment, the reversing movement is controlled in the first reversing phase with the same absolute value, only inverted in the direction of rotation and feed direction, previously stored unique relationship, in particular a function or a sequence of functions, between the axial advance of the tool and the angle of rotation, as in the Braking movement during the second work phase, possibly omitting or shortening the equalization step, if available.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
-
1 ein Gewindeerzeugungswerkzeug bei der Erzeugung eines Gewindes, -
2 bis 10 aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens oder Zyklus zur Erzeugung eines Gewindes mit einem Gewindeerzeugungswerkzeug, insbesondere gemäß1 , -
11 ein mit dem Verfahren und Werkzeug nachden 1 bis 10 hergestelltes Gewinde, -
12 die Steuerung eines Gewindeerzeugungszyklus anhand eines Graphen der axialen Eindringtiefe als Funktion des Drehwinkels, -
13 der Endabschnitt des in12 dargestellten Graphen in der Vorwärtsbewegung als Abbremsvorgang, -
14 der Endabschnitt des in12 dargestellten Graphen in der Rückwärtsbewegung als Beschleunigungsvorgang, -
15 ein Diagramm der Eindringtiefe und der Drehzahl als Funktionen der Zeit mit einer Übersetzungseinheit zwischen Antriebseinheit und Werkzeug gemäß der Erfindung und -
16 ein Diagramm der Eindringtiefe und der Drehzahl als Funktionen der Zeit ohne eine Übersetzungseinheit zwischen Antriebseinheit und Werkzeug, -
17 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit drei Gewindezähnen an einem stirnseitigen Gewindeerzeugungselement an einem Trägerkörper in einer perspektivischen Darstellung, -
18 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit sechs stirnseitigen Gewindeerzeugungselementen an einem Trägerkörper in einer Stirnansicht, -
19 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß18 in einer perspektivischen Darstellung, -
20 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß18 und19 in einer Seitenansicht, -
21 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß18 bis 20 in einer gegenüber20 gedrehten Seitenansicht, -
22 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit acht Gewindezähnen an einem stirnseitigen Gewindeerzeugungselement an einem Trägerkörper in einer perspektivischen Darstellung, -
23 bis 26 ein monolithisches Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß der Erfindung und -
27 bis 30 Ausführungsbeispiele für Aufteilungen der Gewindewirkprofile der Gewindezähne jeweils in einem Querschnitt,
-
1 a thread creation tool when creating a thread, -
2 to10 successive steps of a method or cycle for generating a thread with a thread generating tool, in particular according to FIG1 , -
11 one with the method and tool according to the1 to10 manufactured thread, -
12th the control of a thread generation cycle using a graph of the axial penetration depth as a function of the angle of rotation, -
13th the end section of the in12th graph shown in the forward movement as a braking process, -
14th the end section of the in12th graph shown in the backward movement as an acceleration process, -
15th a diagram of the penetration depth and the speed as a function of time with a translation unit between the drive unit and tool according to the invention and -
16 a diagram of the penetration depth and the speed as a function of time without a transmission unit between the drive unit and the tool, -
17th a thread generating tool with three thread teeth on an end-face thread generating element on a carrier body in a perspective view, -
18th a thread generating tool with six end-face thread generating elements on a carrier body in an end view, -
19th the threading tool according to18th in a perspective view, -
20th the threading tool according to18th and19th in a side view, -
21 the threading tool according to18th to20th in an opposite20th rotated side view, -
22nd a thread generating tool with eight thread teeth on an end thread generating element on a carrier body in a perspective view, -
23 to26th a monolithic threading tool according to the invention and -
27 to30th Exemplary embodiments for the division of the thread action profiles of the thread teeth each in a cross section,
Erste Ausführungsbeispiele des Werkzeugs und Verfahrens gemäß der Erfindung werden im Folgenden anhand von
Das in
Die
Der Gewindesteigungswinkel
Das Werkzeug
Das Werkzeug
An einem vom Koppelbereich des Werkzeugschaftes
Der Gewindeerzeugungsbereich
Der Gewindeerzeugungsbereich
Jeder Gewindezahn ist entlang der Schraubenlinie verlaufend ausgebildet oder ausgerichtet oder angeordnet. Jeder Gewindezahn weist ein Gewindezahnprofil als Wirkprofil auf, das sich im Allgemeinen als äußerste Abmessung oder Außenprofil des Gewindezahnes in einer Projektion entlang der Schraubenlinie ergibt oder darstellt und sich in das Werkstück bei der Gewindeerzeugungsbewegung abbildet, sei es durch Schneiden oder durch Formen oder Eindrücken.Each thread tooth is formed or aligned or arranged to run along the helical line. Each thread tooth has a thread tooth profile as an effective profile, which generally results or represents the outermost dimension or outer profile of the thread tooth in a projection along the helical line and is mapped into the workpiece during the thread generating movement, be it by cutting or by shaping or pressing.
Wenn mehrere (n > 1) Gewindezähne vom Gewindeerzeugungsbereich
In den in
Die in axialer Projektion auf die Werkzeugachse
Die Gewindezähne
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird mit dem Werkzeug
- Während einer ersten Arbeitsphase oder Gewindeerzeugungsphase wird
mit dem Werkzeug 2 der Gewindegang 50 in der Kernlochwandung des Kernloches35 mittels des Gewindeerzeugungsbereichs4 erzeugt. In dieser ersten Arbeitsphase wird die axiale Vorschubgeschwindigkeit v entlang der WerkzeugachseA auf die Drehgeschwindigkeit für die Drehbewegung um die WerkzeugachseA so abgestimmt und synchronisiert, dass bei einer vollen Umdrehung der axiale Vorschub der GewindesteigungP entspricht. Die axiale Eindringtiefe (oder: der axiale Vorschub) T in Richtung der WerkzeugachseA gemessen von der Werkstückoberfläche60 in dieser ersten Arbeitsphase entspricht der GewindetiefeTG . Die VariableT entspricht in einer üblichen NC-Maschinensteuerung der z-Achse.
- During an initial work phase or thread creation phase, the tool is used
2 thethread 50 in the core hole wall of thecore hole 35 by means of the thread generation area4th generated. In this first work phase, the axial feed rate v is along the tool axisA. on the rotational speed for the rotary movement around the tool axisA. coordinated and synchronized in such a way that the axial advance of the thread pitch is achieved with one full revolutionP corresponds to. The axial penetration depth (or: the axial feed) T in the direction of the tool axisA. measured from theworkpiece surface 60 in this first working phase corresponds to the thread depthT G . The variableT corresponds to the z-axis in a normal NC machine control.
Nun wird in einer an die erste Arbeitsphase unmittelbar anschließenden zweiten Arbeitsphase in einem Abbremsvorgang (oder: in einer Abbremsbewegung) das Werkzeug
Dieser Abbremsvorgang erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform in definierten Teilschritten wie nachfolgend noch näher erläutert wird.In a preferred embodiment, this braking process takes place in defined sub-steps, as will be explained in more detail below.
Diese Abbremsbewegung in der zweiten Arbeitsphase führt dazu, dass der Gewindeerzeugungsbereich
In
In
Solche Umfangsnuten
Die Umfangsnut setzt sich somit in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilnuten zusammen, nämlich der ersten im Durchmesser kleineren Umfangsnut
Diese Ausführungen sind nur beispielhaft. Bei einer nicht dargestellten anderen Anzahl oder Verteilung von Gewindeerzeugungszähnen ergeben sich entsprechend andere Umfangsnuten.These explanations are only exemplary. In the case of a different number or distribution of thread generating teeth, not shown, correspondingly different circumferential grooves result.
Wenn man die Umfangsnut(en), beispielsweise die Umfangsnuten
Man kann die Freistichbewegung oder Abbremsbewegung, beispielsweise durch geeignete Wahl der Bewegungsparameter oder auch durch zusätzliche axiale Egalisierbewegungen, auch so ausführen, dass die Außenbreite am Gewindeprofil, insbesondere die Flanken, in der Umfangsnut nicht mehr sichtbar sind oder verschwinden und/oder die Umfangsnut nur noch eine zylindrische Gestalt hat. Damit könnte die Durchschraubbarkeit des erzeugten Werkstückgewindes verbessert oder ermöglicht werden.The undercut movement or braking movement, for example by suitable selection of the movement parameters or also by additional axial equalizing movements, can also be carried out in such a way that the outer width on the thread profile, in particular the flanks, are no longer visible in the circumferential groove or disappear and / or the circumferential groove is only visible has a cylindrical shape. In this way, the screwability of the workpiece thread produced could be improved or made possible.
In den in
Die Gesamttiefe oder Lochtiefe oder gesamte axiale Abmessung des Gewindeloches
Wenn die Gesamttiefe oder Lochtiefe
Es wird nun am Umkehrpunkt
Zu einer bevorzugten Ausbildung der ersten Reversierphase wird später noch mehr ausgeführt.More will be explained later on a preferred embodiment of the first reversing phase.
In der zweiten Reversierphase der Rückwärtsbewegung
Die Gewindeachse oder Mittelachse des Gewindes mit dem Gewindegang
Die
In dem Graphen der Funktion
In dem Diagramm der
Auf der horizontalen Achse oder Abszisse ist der (aufsummierte) Drehwinkel
Die Funktion
Der Graph (cp; T (
Es gilt also die Darstellung der linearen Funktion T (cp) in diesem Abschnitt von φ = 0 bis φ = φ0 und T = T (0), insbesondere 0 mm, bis T = T(φ0), insbesondere - 16 mm:
Die Steigung oder Ableitung dT/dφ in diesem Bereich ist konstant und entspricht dem Betrage nach P / 360°. Das bedeutet also für die Gewindesteigung
Da bei dem gewählten Beispiel der
Aufgrund des zur Drehung synchronisierten axialen Vorschubs entlang der Eindringtiefe
Der lineare Abschnitt der Funktion
In diesem linearen Abschnitt erfolgt der Gewindeerzeugungsprozess, insbesondere zur Erzeugung des Gewindeganges
Die Steigung der Geraden in
Die zeitliche Abhängigkeit des Drehwinkels φ(t) als Funktion der Zeit t und damit Eindringtiefe T(t) als Funktion der Zeit t kann während des Gewindeerzeugungsprozesses prinzipiell - auch in weiten Bereichen - variiert werden. Vorzugsweise sind aber die Drehgeschwindigkeit dcp/dt und die axiale Vorschubgeschwindigkeit dT/dt während der Arbeitsbewegung
Dies ist die bekannte und in Werkzeugmaschinensteuerungen oder NC-Steuerungen implementierte Kinematik bei der Gewindeerzeugung mittels eines axial arbeitenden Gewindewerkzeugs wie eines Gewindebohrers oder Gewindeformers.This is the well-known kinematics implemented in machine tool controls or NC controls for thread generation by means of an axially working thread tool such as a tap or thread former.
Im Anschluss an den Gewindeerzeugungsprozess (erste Arbeitsphase) erfolgt nun, insbesondere in der zweiten Arbeitsphase, ein Abbremsvorgang oder eine Abbremsbewegung
Während des Abbremsvorganges oder der Abbremsbewegung
In jedem Teilschritt oder Abbremsschritt
Die Funktion Ti(φ) ist vorzugsweise linear, der Graph also (idealisiert) eine Gerade.The function T i (φ) is preferably linear, so the graph (idealized) is a straight line.
Dabei nimmt die programmierte oder eingespeicherte Steigung von jedem Abbremsschritt
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird dieser Steigungsparameter als Gewindesteigung in der CNC-Steuerung programmiert, also insbesondere als Interpolationsparameter entlang der z-Achse oder der Gewindeachse
Somit wird also in jedem Abbremsschritt
Die Werte von Pi können beispielsweise so gewählt werden, dass aus der Gewindesteigungsbewegung heraus eine stetig fortgeführte Bewegung in den Freischneidbereich möglich ist. Es soll insbesondere möglichst die Geschwindigkeit des Werkzeugs beibehalten werden. Daraus folgend können beispielsweise verschiedene Bedingungen formuliert werden, die in Näherungsfunktionen abgebildet werden können.The values of P i can be selected, for example, in such a way that a continuously continued movement into the free cutting area is possible from the thread pitch movement. In particular, the speed of the tool should be maintained as far as possible. From this, for example, various conditions can be formulated that can be mapped in approximation functions.
Dabei gilt in jedem Abbremsschritt
Der Drehwinkelbereich
Der Eindringtiefenbereich (oder: die maximale Eindringtiefe)
Der Eindringtiefenbereich
In einem Ausführungsbeispiel einer Abbremsbewegung
Der Drehwinkelbereich
Es wird nun jedem dieser Intervalle jedes Abbremsschrittes
Die Steigungswerte
Bevorzugt werden die Eindringtiefeintervalle in den Abbremsschritten
Da der axiale Vorschub in jedem Teilabschnitt oder Teilintervall in diesem Ausführungsbeispiel konstant gewählt ist, da Ti+i -
Während der Abbremsbewegung
Die Reduzierung der Drehgeschwindigkeit dcp/dt und der axialen Vorschubgeschwindigkeit dT/dt auf 0 abhängig von der Zeit t kann z.B. kontinuierlich während der Abbremsbewegung
Aus den Trägheiten des Antriebssystems, insbesondere der Steuerung und der Maschinenantriebe und der Massenträgheit der bewegten Komponenten folgen physikalisch in realiter nicht exakt lineare, sondern etwas abgerundete Verläufe der Graphen in den Abbremsschritte
Vor Einleitung einer Ausfahr- oder Reversierbewegung kann man ggf. noch einen Zwischenschritt durchführen, etwa einen Säuberungsvorgang. Hier kann man beispielsweise Spanwurzelreste durch weitere Drehung des Werkzeugs entfernen oder die Umfangsnut von Resten der Gewindespitzen säubern, um einen saubereren zylindrischen Bereich zu bekommen. Dann ließe sich eine Schraube noch besser eindrehen.Before initiating an extension or reversing movement, an intermediate step can be carried out, such as a cleaning process. Here you can, for example, remove the remains of the chip roots by turning the tool further, or you can clean the circumferential groove of remnants of the thread tips in order to get a cleaner cylindrical area. Then a screw could be screwed in even better.
Nach Erreichen des Umkehrpunktes
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun die Steuerkurve oder Funktion gemäß
Die Drehbewegung wird für die Rückwärtsbewegung
Insbesondere kann auch eine Ausführungsform für die zweite Arbeitsphase in reversierter Reihenfolge für die erste Reversierphase verwendet werden. Es kann also in der ersten Reversierphase ausgehend vom Umkehrpunkt
Es können aber auch andere Funktionen T(
Vorzugsweise wird ausgehend von dem Endwinkelwert
Zugeordnet ist jedem dieser Beschleunigungsschritte Sj ein zugehöriges Drehwinkelintervall [
Im Anschluss wird dann in umgekehrter Richtung der
Die gleiche Steuerkurve oder Funktion T(cp) wie in der Vorwärtsbewegung
In einer Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(
Es kann also ein NC-Programm für Gewindebohren oder Gewindefurchen gewählt werden, insbesondere mit einer G33, insbesondere G331 und G332, Wegbedingung mit einzugebender Gewindesteigung, und es kann nun eine Folge oder Menge von Werten für die Eindringtiefe angegeben werden, bei denen auf einen neuen Gewindesteigungsparameter umgeschaltet wird, wobei der Gewindesteigungsparameter bis zum nächsten Wert der Eindringtiefe beibehalten wird.An NC program for tapping or thread forming can therefore be selected, in particular with a G33, in particular G331 and G332, path condition with a thread pitch to be entered, and a sequence or set of values for the penetration depth can now be specified for which a new Thread pitch parameter is switched, the thread pitch parameter being retained until the next value of the penetration depth.
Die
In
Der Drehwinkelbereich
In
Es wird nun jedem dieser Intervalle jedes Abbremsschrittes
Die Steigungswerte
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der
Da der axiale Vorschub in jedem Teilabschnitt oder Teilintervall im Ausführungsbeispiel der
Während der Abbremsbewegung
Die Reduzierung der Drehgeschwindigkeit dcp/dt und der axialen Vorschubgeschwindigkeit dT/dt auf 0 abhängig von der Zeit t kann z.B. kontinuierlich während der Abbremsbewegung
Die real nicht exakt linearen, sondern etwas abgerundeten Verläufe der Graphen in den Abbremsschritte
Idealisiert dargestellt oder in der Programmierung der Abbremsbewegung selbst hinterlegt ergibt sich jedoch die beschriebene Abfolge von linearen Funktionen oder aneinandergereihten linearen Abschnitten mit stufenweise abnehmender Steigung, d.h. stufenweise abnehmender jeweils konstanter Vorschubgeschwindigkeit, in den einzelnen Abbremsschritten
In
Es können aber auch andere Funktionen T(
Vorzugsweise wird ausgehend von dem Endwinkelwert
Zugeordnet ist jedem dieser Beschleunigungsschritte Sj ein zugehöriges Drehwinkelintervall [φ10, φ11], [φ11, φ12], ... , [φj-1, φj], [φj, φi+1], ... [φ19, φ20], wobei φj aus der ersten Reversierphase einfach
Im Anschluss wird dann in umgekehrter Richtung der
Die gleiche Steuerkurve oder Funktion T(cp) wie in der Vorwärtsbewegung
In einer Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(
Es kann also ein CNC-Programm für Gewindebohren oder Gewindefurchen gewählt werden, insbesondere mit einer G33, insbesondere G331 und G332, Wegbedingung mit einzugebender Gewindesteigung, und es kann nun eine Folge oder Menge von Werten für die Eindringtiefe angegeben werden, bei denen auf einen neuen Gewindesteigungsparameter umgeschaltet wird, wobei der Gewindesteigungsparameter bis zum nächsten Wert der Eindringtiefe beibehalten wird.A CNC program for tapping or thread forming can therefore be selected, in particular with a G33, in particular G331 and G332, path condition with a thread pitch to be entered, and a sequence or set of values for the penetration depth can now be specified for which a new Thread pitch parameter is switched, the thread pitch parameter being retained until the next value of the penetration depth.
Eine Abfolge wäre z.B.A sequence would be e.g.
Arbeitsbeweaung:Work assessment:
- ■ Bei der Eindringtiefe
T = 0 wähle den GewindesteigungsparameterP und behalte diesen bis T =T0 bei. Es wird eine Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit eingestellt. - ■ Bei
T =T0 wechsle auf den Gewindesteigungsparameter P1 und behalte diesen bis T = T1 bei. - ■ Bei
T =Ti wechsle auf den Gewindesteigungsparameter Pi+1 und behalte diesen bis T = Ti+1 bei für alle imit 1 ≤ i ≤ n. - ■ Reduziere die Drehgeschwindigkeit oder
Drehzahl bis auf 0 bei T =Tn .
- ■ The depth of penetration
T = 0 choose the thread pitch parameterP and keep this until T =T 0 at. A speed or rotational speed is set. - ■ At
T =T 0 change to the thread pitch parameter P 1 and keep it until T = T 1 . - ■ At
T =T i change to the thread pitch parameter P i + 1 and keep this until T = T i + 1 for all i with 1 ≤ i ≤ n. - ■ Reduce the rotational speed or rotational speed down to 0 at T =
T n .
Reversierbewegung:Reversing movement:
-
■ Bei
T =Tn reversiere die axiale Vorschubbewegung und die Drehbewegung mit einer eingestellten Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit und starte wieder in jeweils umgekehrter Richtung mit dem Gewindesteigungsparameter Pn und behalte diesen bis T = Tn-1 bei.■ AtT =T n reverse the axial feed movement and the rotary movement with a set rotational speed or rotational speed and start again in the opposite direction with the thread pitch parameter P n and maintain this until T = T n-1 . -
■ Bei
T = Tj wechsle auf den Gewindesteigungsparameter Pj und behalte diesen bis T = Tj-1 bei für alle j als absteigender Index mit 1 ≤ j ≤ n-1.■ AtT = T j change to the thread pitch parameter P j and keep this until T = T j-1 for all j as a descending index with 1 j-n-1. -
■ Bei
T =T0 wähle den GewindesteigungsparameterP und behalte diesen bis T = 0 bei.■ AtT =T 0 choose the thread pitch parameterP and keep this until T = 0.
Auch wenn diese Ausführungsform der Arbeitsbewegung in der zweiten Arbeitsphase und/oder der Reversierbewegung in der ersten Reversierphase, die insbesondere einer linearen Interpolation entspricht, aufgrund ihrer einfachen Implementierung in bestehende Maschinenprogramme Vorteile aufweist, können gemäß der Erfindung in allen Ausführungsformen auch andere Abhängigkeiten oder Funktionen oder Interpolationen in einzelnen Teilschritten oder Teilintervallen für die Beziehung zwischen T und
Bei der beschriebenen linearen Interpolation werden die linearen Kurvenabschnitte oder Graphenabschnitte stetig aneinander angesetzt, d.h. die Anfangspunkte (
In allen Ausführungsformen oder Interpolationen können anstelle linearer Abschnitte auch Kurvenabschnitte oder Graphenabschnitte gewählt werden, die stetig differenzierbar aneinandergesetzt (oder: verknüpft, miteinander verbunden) werden. Das bedeutet, dass nicht nur der Anfangspunkt jedes Intervalls mit dem Endpunkt des vorhergehenden Intervalls übereinstimmt, also ein stetiger Übergang an den Verknüpfungspunkten zwischen den Intervallen erfolgt, sondern zusätzlich die Graphenabschnitte oder deren Funktionen auch in diesen Verknüpfungspunkten differenzierbar sind und ihre Ableitung den gleichen Wert aufweisen. Dadurch werden glatte oder stetig differenzierbare Übergänge zwischen den Graphen in den einzelnen Abbremsschritten oder Intervallen erreicht, was dem Bewegungsablauf förderlich ist. Auch der Übergang im Drehwinkel
Beispiele für Funktionen, die sich für einen solche stetig differenzierbare Interpolation eignen, sind Polynome höheren Grades als 1, insbesondere dritten Grades wie beispielsweise kubische Splines.Examples of functions that are suitable for such a continuously differentiable interpolation are polynomials of degree higher than 1, in particular third degree, such as, for example, cubic splines.
Hier kann eine Spline-Interpolation Anwendung finden. Durch eine Polynomfunktion 3. Grades als Splinefunktion
Ferner kann auch eine durchgehende, insbesondere streng monoton oder auch monoton fallende Funktion für den Abbremsvorgang oder zumindest einen überwiegenden Teil der Abbremsschritte
Beispielsweise kann die folgende Exponentialfunktion verwendet werden:
Die beschriebenen theoretischen Kurven oder Funktionen können insbesondere durch einen entsprechende Anzahl von einzelnen NC-Steuerungsdatensätze abgebildet werden.The theoretical curves or functions described can in particular be mapped by a corresponding number of individual NC control data records.
In einer weiteren Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(
Es kann in einer dritten Variante kann auch die Zeit als Eingabeparameter vorgegeben werden und ergeben sich die Werte des Drehwinkels φ(t) und der Eindringtiefe T(t) aus der Abhängigkeit von der Zeit t und der Abhängigkeit voneinander mittels der Steigungsparameter
Die Steuerung oder Synchronisierung kann in einer Ausführungsform in einem offenen Regel- oder Steuerkreis ohne Messung der Prozessgrößen Eindringtiefe und Drehwinkel erfolgen. Jedem Drehwinkelwert wird dabei mittels einer Wertetabelle oder durch Berechnung nach den hinterlegten Formeln ein Eindringtiefenwert zugeordnet und Drehantrieb und Axialantrieb werden entsprechend angesteuert.In one embodiment, the control or synchronization can take place in an open control or control circuit without measuring the process variables, penetration depth and angle of rotation. A penetration depth value is assigned to each angle of rotation value by means of a table of values or by calculation according to the stored formulas, and the rotary drive and axial drive are controlled accordingly.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Messung wenigstens einer der beiden Prozessgrößen Eindringtiefe und Drehwinkel erfolgen und können die Messwerte in die Steuerung rückgekoppelt werden, um eine Regelung, beispielsweise gemäß der in
Die Eindringtiefe
In weiteren Ausführungsformen kann in der zweiten Arbeitsphase zusätzlich ein Egalisierungsschritt oder konstanter Umlaufschritt stattfinden, währenddessen die Eindringtiefe T(
In einer Ausführungsform wird bei Erreichen der maximalen Eindringtiefe
In einer weiteren Ausführungsform wird die maximale Eindringtiefe
Das Werkzeug und seine Gewindezähne drehen somit im Schritt Sn auf einer Kreisbahn oder zylindrischen Bahn steigungslos bzw. sogar im Schritt Sn-1 mit einer positiven Steigung wieder um einen kleinen Betrag nach außen in dem Werkstück.The tool and its thread teeth thus rotate in step S n on a circular path or cylindrical path without a gradient or even in step S n-1 with a positive gradient again by a small amount outwards in the workpiece.
Diese Bewegung dient insbesondere dazu, die Umfangsnut zu egalisieren und die Oberfläche des Werkstücks zu säubern, die erzeugte Gewindebohrung möglichst vollständig von Spanmaterial zu evakuieren und ggf. auch Verspannungen zwischen Werkstück und Werkzeug abzubauen, die durch die Bearbeitungskräfte vorher aufgebaut wurden. Der Schritt Sn als letzter Schritt der Abbremsbewegung
Der gesamte Drehwinkel
Bei der Reversierbewegung
Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung können im Übergang in den Freischnitt (Umfangsnut) sowie im Freischnitt selbst vorteilhafte Bewegungsabläufe erzielt werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeuges kann möglichst hoch und gleichbleibend (stetig) verlaufen. Die Maschine (inkl. Steuerung) kann die Bewegung hochdynamisch abbilden. Im Freischnitt oder der Umfangsnut kann außerdem eine durchschraubbare Geometrie erzeugt werden.By means of the measures according to the invention, advantageous sequences of movements can be achieved in the transition into the free cut (circumferential groove) and in the free cut itself. The working speed of the tool can be as high and constant as possible. The machine (including control) can map the movement in a highly dynamic manner. A geometry that can be screwed through can also be created in the cutout or the circumferential groove.
Sieht man sich die Verhältnisse an der Maschine an, so ist erkennbar, dass im System eine Massenträgheit sowie eine Trägheit in den Antrieben und im Steuerungssystem physikalisch vorhanden ist. Um die Geschwindigkeit aus dem Gewinde auch in dem Freistich, d.h. der Umfangsnut, hoch zu halten, wird insbesondere durch eine stetige Bewegungsbahn von z-Achse (Variable
Um die Maschine zu programmieren, können die theoretischen Bewegungsbahnen in entsprechende NC-Sätze übertragen werden. Hierbei können geringfügige Abweichungen oder Annäherungen (in Form von beispielsweise zusammengesetzten Helixbewegungen) vorkommen.In order to program the machine, the theoretical trajectories can be transferred to corresponding NC blocks. Here, slight deviations or approximations (in the form of, for example, compound helical movements) can occur.
Bei der technischen Umsetzung eines Gewindeerzeugungsprozesses wie dem vorliegenden ist auch die zeitliche Abhängigkeit der Eindringtiefe
Die Bahngeschwindigkeit v(t) hängt vom Radius r und damit dem Gewindelochdurchmesser, einerseits und der Drehgeschwindigkeit ω(t) = dφ(t)/dt = 2 π n(t) gemäß der vektoriellen Beziehung v = r × ω ab und ist demnach für größere Radien r bei gleicher Drehzahl n größer, also z.B. bei M8-Gewinden (r = 4 mm) größer als bei M6-Gewinden (r = 3 mm).The path speed v (t) depends on the radius r and thus the thread hole diameter, on the one hand, and the rotational speed ω (t) = dφ (t) / dt = 2 π n (t) according to the vector relationship v = r × ω and is therefore for larger radii r larger at the same speed n, e.g. larger for M8 threads (r = 4 mm) than for M6 threads (r = 3 mm).
Es soll idealerweise möglichst lange oder über einen möglichst langen Zeitraum während des Prozesses eine wenigstens annähernd konstante maximale Bahngeschwindigkeit vmax erreicht oder beibehalten werden. Dies gilt insbesondere für die Abbremsbewegung oder Freistichbewegung
Das Werkzeug wird im Allgemeinen hinsichtlich seiner Leistung und Geometrie auf diesen maximalen Wert vmax optimiert. Dieser maximalen Bahngeschwindigkeit vmax entspricht eine wenigstens annähernd konstante maximale Drehzahl nmax, die aber vom Radius oder Durchmesser des Werkzeuges abhängt, wie schon beschrieben.The tool is generally optimized with regard to its performance and geometry to this maximum value v max . This maximum path speed v max corresponds to an at least approximately constant maximum speed nmax, which, however, depends on the radius or diameter of the tool, as already described.
Gemäß dem EMUGE-Handbuch, Seiten 282 bis 283, sollten für ein Gewindebohren abhängig vom Werkstoff des Werkstücks und vom Werkstoff des Gewindebohrers (VHM oder HSS) ebenfalls verschiedene Schnittgeschwindigkeiten gewählt werden, so z.B. von 40 bis 100 m/min. in nicht gehärteten Stählen und von 5 bis 80 m/min. in Gusseisen und von 10 bis 60 m/min. in Aluminiumlegierungen für die dort angegebenen verschiedenen Gewindebohrertypen.According to the EMUGE manual, pages 282 to 283, different cutting speeds should also be selected for tapping, depending on the material of the workpiece and the material of the tap (solid carbide or HSS), e.g. from 40 to 100 m / min. in not hardened Steels and from 5 to 80 m / min. in cast iron and from 10 to 60 m / min. in aluminum alloys for the various types of taps specified there.
Nach aufwendigen Versuchen und Untersuchungen der Erfinder haben sich schließlich Werte für die Bahngeschwindigkeit vmax aus einem Werteintervall von 57 m/min bis 189 m/min, insbesondere von 85 m/min bis 132 m/min als besonders zweckmäßig herausgestellt, insbesondere in Aluminiumwerkstoffen.After extensive experiments and investigations by the inventors, values for the web speed v max from a value range from 57 m / min to 189 m / min, in particular from 85 m / min to 132 m / min, have finally proven to be particularly useful, especially in aluminum materials.
Aus diesen Bahngeschwindigkeitsbereichen werden in etwa folgende bevorzugte Drehzahlbereiche in U/min (1/min = 1/60 Hz) für die maximale Drehzahl abgeleitet.The following preferred speed ranges in rpm (1 / min = 1/60 Hz) for the maximum speed are derived from these web speed ranges.
Bei einem M6-Gewinde (Durchmesser 6 mm) liegt die maximale Drehzahl nmax des Werkzeugs zwischen 3.000 U/min und 10.000 U/min, vorzugsweise zwischen 4.500 U/min und 7.000 U/min.With an M6 thread (
Bei einem anderen Gewindedurchmesser verändert sich die Drehzahl oder der Drehzahlbereich gemäß dem Verhältnis von 6 mm zu dem anderen Gewindedurchmesser, also z.B. bei M8 statt M6 um den Faktor
Bei einem M8-Gewinde (Durchmesser 8 mm) beispielsweise liegt somit die maximale Drehzahl nmax des Werkzeugs zwischen 2.250 U/min und 7.500 U/min, vorzugsweise zwischen 3.375 U/min und 5.250 U/min.With an M8 thread (
Technisch ist, wie schon ausgeführt, eine primäre Zielvorgabe oder Prozessbedingung, sowohl während der Gewindeerzeugung, also der ersten Arbeitsphase mit der Arbeitsbewegung
Die maximale Drehzahl soll darüber hinaus in einer weiteren Zielvorgabe oder Prozessbedingung auch schon bereits beim Eintritt in das Werkstück bei einem vorgegebenen Sicherheitsabstand erreicht sein.In addition, in a further target specification or process condition, the maximum speed should already be reached when entering the workpiece at a predetermined safety distance.
Es stellte sich nun überraschenderweise heraus, dass bei den genannten bevorzugten maximalen Drehzahlen von 4.000 U/min bis 6.000 U/min, insbesondere für M6 und M8, selbst mit diesem High-end-Maschinenequipment in der Freistichbewegung keine konstante maximale Drehzahl und damit Bahngeschwindigkeit erreicht werden konnte, was zu verringerten Standzeiten bis mitunter zum Werkzeugbruch führte. Der Schleppfehler, also der Versatz zwischen Sollwert und Istwert der Achsposition, wird bei Werkzeugmaschinen mit steigender Drehzahl größer. Entgegenwirken kann man diesem Fehler zwar durch eine Erhöhung des Kv-Faktors, der die Geschwindigkeit angibt, wie schnell der Schleppfehler geschlossen wird. Jedoch sind der Erhöhung des Kv-Faktors Grenzen gesetzt, da sonst das Regelsystem der Maschine instabil wird, Überschwinger entstehen und die Maschine zu vibrieren beginnt.It has now surprisingly been found that at the preferred maximum speeds of 4,000 rpm to 6,000 rpm, especially for M6 and M8, even with this high-end machine equipment, the undercut movement does not achieve a constant maximum speed and thus path speed could be, which led to reduced tool life up to and including tool breakage. The following error, i.e. the offset between the setpoint and the actual value of the axis position, increases with increasing speed in machine tools. This error can be counteracted by increasing the Kv factor, which indicates the speed at which the following error is closed. However, there are limits to increasing the Kv factor, otherwise the machine's control system will become unstable, overshoots will occur and the machine will begin to vibrate.
Die Erfindung beruht nun in einer Ausführungsform auf der Überlegung, eine Übersetzungseinheit zwischen der Spindel der Maschine und dem Werkzeug zwischenzuschalten oder anzuordnen, die mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis von wenigstens 1:3 die Drehzahl der Maschinenspindel auf eine höhere Drehzahl am Werkzeug übersetzt. Die Drehzahl an der Maschinenspindel ist dabei gleich dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der Drehzahl des Werkzeugs. Durch diese Maßnahme konnte überraschenderweise ein ausreichendes Drehzahlplateau mit der maximalen Drehzahl sowohl während der ersten Arbeitsphase (Gewindeerzeugung) als auch während der zweiten Arbeitsphase (Freistich- oder Umlaufnuterzeugung) erzielt werden.In one embodiment, the invention is based on the idea of interposing or arranging a transmission unit between the spindle of the machine and the tool, which translates the speed of the machine spindle to a higher speed on the tool with a predetermined transmission ratio of at least 1: 3. The speed at the machine spindle is equal to the product of the transmission ratio and the speed of the tool. With this measure, it was surprisingly possible to achieve a sufficient speed plateau with the maximum speed both during the first work phase (thread generation) and during the second work phase (undercut or circumferential groove generation).
Das Übersetzungsverhältnis wird im Allgemeinen zwischen 1:3 und 1:10 gewählt, insbesondere zwischen 1:4 und 1:8, vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:5. Es stellte sich heraus, dass höhere Übersetzungsverhältnisse keine signifikanten weiteren Verbesserungen brachten.The transmission ratio is generally chosen between 1: 3 and 1:10, in particular between 1: 4 and 1: 8, preferably between 1: 4 and 1: 5. It turned out that higher gear ratios did not bring any significant further improvements.
Sollten Werkzeugmaschinensteuerungen die genannten Zielvorgaben ebenfalls erreichen, auch ohne Übersetzungseinheit, so fallen solche Ausführungen ebenfalls unter die Realisierung der Erfindung und deren Schutzbereich.If machine tool controls should also achieve the stated objectives, even without a translation unit, such designs also fall under the implementation of the invention and its scope of protection.
In Ausführungsbeispielen anhand der
Der Gewindeerzeugungszyklus der
Der Gewindeerzeugungszyklus der
In
Es sind als Drehzahl n(t) in
Die beiden Drehzahlen nw(t) und ns(t) sind über das Übersetzungsverhältnis
In
Auf der Zeitachse der Zeit t sind in
Der früheste Zeitpunkt t0 entspricht dem Beginn des Gewindeerzeugungszyklus beim Eintrittspunkt EP. Der Eintrittspunkt EP liegt bei T(to) an der Werkstückoberfläche und ist um einen Sicherheitsabtsand hier beispielsweise - 2 mm von T = 0 mm, bei dem die Bewegung in der z-Achse beginnt, beabstandet. Beim Zeitpunkt to beginnt die erste Arbeitsphase der Arbeitsbewegung
Beim Zeitpunkt t2 endet diese erste Arbeitsphase und geht in die zweite Arbeitsphase die Freistichbewegung oder Abbremsbewegung
In der zweiten Arbeitsphase zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t5 findet die Abbremsbewegung oder Freistichbewegung
Speziell kann wieder eine Änderung der Gewindesteigungen Pi im Abstand von jeweils 0,1 mm mit programmierten Gewindebefehlen G331 mit dem Steigungsbereich von 0,9 mm - 0,05 mm (Gewinde selbst hat P = 1 mm) eingestellt sein. Maschineninterne Routinen interpolieren dabei in der Regel die eingegebenen Befehle zu einer stetigen Kurve für jede Achse. Durch die verringerten Steigungen in der Freistichbewegung wird insbesondere die Spanwurzel im Bohrgrund verkleinert, bis sie bei der Rückwärtsbewegung kein Hindernis mehr darstellt.Specifically, a change in the thread pitches Pi at intervals of 0.1 mm each can be set with programmed thread commands G331 with a pitch range of 0.9 mm - 0.05 mm (thread itself has P = 1 mm). Machine-internal routines usually interpolate the commands entered into a continuous curve for each axis. Due to the reduced gradients in the undercut movement, in particular the chip root in the drill base is reduced in size until it no longer represents an obstacle in the backward movement.
Beim Umkehrpunkt
Ab dem Umkehrpunkt
In den in
Es wurde in den Ausführungsbeispielen der
Wie man in den
In der Ausführung gemäß der Erfindung mit Übersetzungseinheit gemäß
Diese maximale Drehzahl nmax wird nun über ein Plateau mit einem Zeitintervall Δt1 zwischen den Zeitpunkten to und t1 konstant gehalten, d.h. nw(t) = nmax bzw. entsprechend nS(t) = nS,max in dem Zeitintervall zwischen t0 und t1 der Intervalllänge Δt1.This maximum speed nmax is now kept constant over a plateau with a time interval Δt 1 between times to and t 1 , ie nw (t) = nmax or correspondingly n S (t) = n S, max in the time interval between t 0 and t 1 of the interval length Δt 1 .
Beim Zeitpunkt t4 nimmt die Drehzahl nw(t) wieder ab bis auf ein lokales Minimum bei einer Minimumsdrehzahl nmin, das bzw. die schon innerhalb der Abbremsbewegung
Die Drehzahldifferenz zwischen maximaler Drehzahl nmax und Minimumsdrehzahl nmin ist mit Δn bezeichnet, also Δn = nmax - nmin und sollte 0,8 nmax nicht übersteigen. Δn ist abhängig von der verwendeten Maschine und Maschinensteuerung.The speed difference between maximum speed nmax and minimum speed n min is denoted by Δn, i.e. Δn = nmax - nmin and should not exceed 0.8 nmax. Δn depends on the machine and machine control used.
Nun steigt nach Erreichen der Minimumsdrehzahl nmin infolge der Steuerung der Freistichbewegung
Der zeitliche Verlauf der Drehzahl nw(t) ist bei anderen Werten für das Übersetzungsverhältnis I, insbesondere in einem Wertebereich von I = 3 bis 8, und bei anderen Werten für die maximale Drehzahl nmax insbesondere in einem Wertebereich von 3.000 bis 10.000 U/min, auch in den verschiedenen Kombinationen, qualitativ gleich. Insbesondere treten ebenso die beiden Plateaus Δt1 und Δt3 mit dem Zwischenzeitintervall Δt2 auf.With other values for the transmission ratio I, in particular in a value range from I = 3 to 8, and with other values for the maximum rotational speed nmax in particular in a value range from 3,000 to 10,000 rpm, the time profile of the speed nw (t) is, also in the different combinations, qualitatively the same. In particular, the two plateaus Δt 1 and Δt 3 also occur with the intermediate time interval Δt 2 .
Die absoluten Werte der Intervalllänge des zweiten Plateaus Δt3 hängen von dem Übersetzungsverhältnis I und der maximalen Drehzahl nmax und auch von der Maschinensteuerung ab. Insbesondere kann die Intervalllänge Δt3 des zweiten Plateaus in einem Bereich von 0,01 s bis 0,25 s, insbesondere 0,02 s bis 0,13 s, gewählt werden.The absolute values of the interval length of the second plateau Δt 3 depend on the transmission ratio I and the maximum speed nmax and also on the machine control. In particular, the interval length Δt 3 of the second plateau can be selected in a range from 0.01 s to 0.25 s, in particular 0.02 s to 0.13 s.
Ab dem Zeitpunkt t4 nimmt die Drehzahl nW(t) auf 0 bei dem Umkehrpunkt
Das Zwischenzeitintervall Δt2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t3, das zwischen den beiden Plateaus, also den Zeiträumen Δt1 und Δt3 mit maximaler Drehzahl nmax, liegt, ist auch maschinenabhängig und dürfte im Allgemeinen nicht zu vermeiden, sein, sollte jedoch möglichst kurz gehalten werden.The intermediate time interval Δt 2 between the times t 1 and t 3 , which lies between the two plateaus, i.e. the periods Δt 1 and Δt 3 with maximum speed nmax, is also machine-dependent and should generally not be avoidable, but should be possible be kept short.
Die absoluten Werte für die Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls Δt2 für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse I und maximalen Drehzahlen nmax liegen, insbesondere zwischen 0,05 s und 0,15 s, bevorzugt zwischen 0,06 und 0,10 s, variieren also in der Regel nicht so stark wie bei Δt3.The absolute values for the interval length of the intermediate time interval Δt 2 for the various gear ratios I and maximum speeds nmax are, in particular, between 0.05 s and 0.15 s, preferably between 0.06 and 0.10 s, and therefore generally do not vary as strong as at Δt 3 .
Interessant ist hier unter anderem auch das Verhältnis Δt2 / Δt3 des Zeitintervalls Δt2 zwischen den Plateaus und des Zeitintervalls des zweiten Plateaus Δt3, denn das Zeitintervall Δt2 des ersten Plateaus ist auch von der Gewindelänge abhängig.The ratio Δt 2 / Δt 3 of the time interval Δt 2 between the plateaus and the time interval of the second plateau Δt 3 is also of interest here, because the time interval Δt 2 of the first plateau is also dependent on the thread length.
Im Allgemeinen liegt das Verhältnis Δt2 / Δt3 in einem Bereich von 0,3 bis 3,4 für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse I und maximalen Drehzahlen nmax, insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 2,4.In general, the ratio Δt 2 / Δt 3 is in a range from 0.3 to 3.4 for the various transmission ratios I and maximum speeds nmax, in particular in a range from 0.5 to 2.4.
Dieser Verlauf der Drehzahl nW(t) während der Arbeitsbewegung zwischen den Zeitpunkten t1 und t5 wiederholt sich, wie in
In der Ausführung ohne Übersetzungseinheit gemäß
Bei dem Zeitpunkt t3 erreicht die Drehzahl nw(t) ein lokales Minimum nmin das schon innerhalb der Abbremsbewegung
Dieser Verlauf der Drehzahl nW(t) während der Arbeitsbewegung zwischen den Zeitpunkten t1 und t5 wiederholt sich in der Reversierbewegung zwischen den Zeitpunkten t5 und t10 punktgespiegelt am Umkehrpunkt
Die Flankenanstiege oder Steigungen bei der Drehzahl sind in beiden Ausführungsbeispielen und generell durch die maximale Drehbeschleunigung der Maschinenspindel begrenzt bzw. bestimmt.The flank rises or slopes in the speed are limited or determined in both exemplary embodiments and generally by the maximum rotational acceleration of the machine spindle.
Bei Ausführungen mit der Übersetzungseinheit wie gemäß
Eine Ausführungsform einer Übersetzungseinheit kann durch eine Modifikation des Speedsynchro® der Anmelderin gebildet sein. Im Unterschied zu dem bekannten ist eine starre Kopplung ohne einen Längenausgleich mittels Elastomeren realisiert, um die Genauigkeit der in der Nähe des Umkehrpunktes
Es hat sich nun gezeigt, dass mit der Abbrems- oder Freistichbewegung
Somit sind in dem oder durch das Verfahren gemäß der Erfindung mit der axialen Gewindeerzeugungsbewegung mit der integrierten Abbrems- oder Freistichbewegung
Das Gewindeerzeugungswerkzeug kann nun in Ausführungsformen, wie beispielsweise in
In anderen Ausführungsformen kann das Gewindeerzeugungswerkzeug, wie beispielsweise in
Der Trägerkörper oder der Grundkörper kann auch einen Hals aufweisen, d.h. zum Gewindeerzeugungsbereich hin im Durchmesser sich stetig oder stufenartig verjüngen oder abnehmen.The carrier body or the base body can also have a neck, i.e. the diameter tapering or decreasing continuously or in steps towards the thread generation area.
Mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement
In den
Die Gewindeerzeugungselemente
Jedes dieser Gewindeerzeugungselemente
Jeweils ein Gewindesteg mit zwei Gewindeschneiden
Es sind aber auch Ausführungen von Gewindeerzeugungselementen
Die äußersten radialen Abstände der aktiven Gewindeschneiden
In
Mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement
Das Gewindeerzeugungselement ist in
In anderen Ausführungsformen, wie in
Es können auch zusätzliche, nicht dargestellte Formschlüsse zur zusätzlichen Verdrehsicherung oder ggf. auch Axialsicherung an der Verbindungsstelle zwischen Trägerkörper
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Vor dem aus den Gewindezähnen Z1 bis Z5 gebildeten Gewindeerzeugungsbereich ist nun zusätzlich ein zylindrischer Führungsbereich
Die Gewindeerzeugungsbereiche
Aufgrund der Freistichbewegung
Die Gewindezähne können alle schneidend oder alle formend oder auch in beliebiger Reihenfolge oder Ausbildung schneidend oder formend ausgebildet sein.The thread teeth can all be designed to cut or all to form or also to cut or form in any order or configuration.
Bevorzugt ist ein Anschnitt oder Anfurchbereich oder Anlauf im Gewindeerzeugungsbereich
Beispielsweise nehmen die äußeren radialen Abstände der Gewindezähne von der Werkzeugachse
Die
Es entstehen sukzessive hinzukommende Gewindezahnprofilflächen ΔAi als Differenzprofile von zwei aufeinanderfolgenden Gewindezahnprofilen, z.B. bei fünf Gewindezähnen
In
In
In
In
Gleiche Gewindezahnprofilflächen, insbesondere ΔA1 = ΔA2 wie z.B. in
Bei anders gestalteten und/oder mehr oder weniger als fünf Gewindezähnen kann die Aufteilung auch anders gestaltet werden.In the case of differently designed and / or more or less than five thread teeth, the division can also be designed differently.
In allen Ausführungsformen sind bevorzugt zumindest die Gewindezähne, der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich oder die Gewindeerzeugungselemente, in monolithischen Ausführungsformen auch das ganze Werkzeug, aus Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD). Aufgrund der Freistichbewegung ist die Haltbarkeit und Standzeit dieser eher spröden Werkstoffe deutlich erhöht.In all embodiments, preferably at least the thread teeth, the or each thread generation area or the thread generation elements, in monolithic embodiments also the entire tool, are made of hard metal such as a hard metal alloy, in particular P steel or K steel or cermet, or cemented hard metal, in particular tungsten carbide, optionally alloyed or mixed with metals or other metal carbides, or titanium nitride or titanium carbide or titanium carbonitride or aluminum oxide, or cutting ceramics, especially polycrystalline boron nitride (PKB), or polycrystalline diamond (PKD). Due to the undercut movement, the durability and service life of these rather brittle materials is significantly increased.
Es kann aber auch alternativ Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) verwendet werden.Alternatively, high-speed steel such as high-speed steel (HSS steel) or cobalt-alloyed high-speed steel (HSS-E steel) can also be used.
Der Trägerkörper, an dem das Gewindeerzeugungselement befestigt ist, kann aus beliebigem Material sein, vorzugsweise aber einem einfacher herzustellenden Werkstoff wie z.B. hochfesten Stahl. Es ist im Prinzip auch möglich, dass der Trägerkörper aus Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) oder ebenfalls aus Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) gebildet oder hergestellt ist.The carrier body to which the thread generating element is attached can be made of any material, but preferably a material that is easier to manufacture, such as high-strength steel. In principle, it is also possible that the carrier body is made of high-speed steel such as high-speed steel (HSS steel) or cobalt-alloyed high-speed steel (HSS-E steel) or also of hard metal such as a hard metal alloy, in particular P steel or K steel or cermet, or sintered carbide , in particular tungsten carbide, optionally alloyed or mixed with metals or other metal carbides, or titanium nitride or titanium carbide or titanium carbonitride or aluminum oxide, or cutting ceramics, in particular polycrystalline boron nitride (PCB), or polycrystalline diamond (PCD) is formed or manufactured.
Ferner können zusätzliche Beschichtungen, insbesondere Verschleißschutzschichten, auf das Werkzeug, insbesondere dessen Gewindeerzeugungsbereich oder zumindest dessen Gewindezähne aufgebracht werden.Furthermore, additional coatings, in particular wear protection layers, can be applied to the tool, in particular its thread generation area or at least its thread teeth.
Der Trägerkörper weist vorzugsweise eine interne Kühl- und/der Schmiermittelzufuhr und somit interne Kanäle auf. Der Trägerkörper kann auf verschiedene Weisen hergestellt sein u.a. auch durch 3D-Druck und/oder spanende Bearbeitung.The carrier body preferably has an internal coolant and / or lubricant supply and thus internal channels. The carrier body can be produced in various ways, including by 3D printing and / or machining.
Bevorzugt im vorderen Bereich oder als vorderer Gewindezahn ist in einer Ausführungsform ein Gewindezahn vorgesehen, der ein Gewindezahnprofil mit einer vorderen Gewindezahnprofilflanke und einer hinteren Gewindezahnprofilflanke aufweist sowie eine sich unmittelbar an die vordere Gewindezahnprofilflanke anschließende vordere Flankenfreifläche an einer vorderen Gewindezahnflanke und eine sich unmittelbar an die hintere Gewindezahnprofilflanke anschließende hintere Flankenfreifläche an einer hinteren Gewindezahnflanke aufweist. Die vordere Flankenfreifläche ist gegenüber einer vorderen Gewindezahnflankeneinhüllenden, die entlang der oder parallel zur Schraubenlinie und durch die vordere Gewindezahnprofilflanke verläuft, nach hinten freigestellt oder zurückversetzt. Es ist nun die hintere Flankenfreifläche gegenüber einer hinteren Transversalebene, die senkrecht zur Werkzeugachse gerichtet ist und durch den hintersten Punkt des Gewindezahnprofils oder der hinteren Gewindezahnprofilflanke verläuft, nach vorne versetzt oder freigestellt. Die Schraubenlinie ist gegenüber der hinteren Transversalebene um den Gewindesteigungswinkel nach hinten geneigt. Durch diese Freistellung des Gewindezahnes wird eine Reibung des Gewindezahnes an der Werkstückoberfläche sowohl an seiner vorderen Gewindezahnfreifläche als auch an seiner hinteren Gewindezahnfreifläche sowohl während der Arbeitsbewegung als auch während der Abbremsbewegung vermieden oder zumindest stark reduziert. Dabei sind hier und im Folgenden „vorne“ oder „vordere“ als in Richtung der Vorwärtsbewegung oder dem Windungssinn des Gewindeerzeugungsbereiches folgend zu verstehen und „hinten“ oder „hintere“ als in entgegengesetzter Richtung, also entgegengesetzt zur Richtung der Vorwärtsbewegung oder in Richtung der Rückwärtsbewegung oder entgegengesetzt zum Windungssinn des Gewindeerzeugungsbereiches zu verstehen.In one embodiment, preferably in the front area or as the front thread tooth, a thread tooth is provided which has a thread tooth profile with a front thread tooth profile flank and a rear thread tooth profile flank as well as a front flank flank flank directly adjoining the front thread tooth profile flank on a front thread tooth flank and one directly adjacent to the rear one Has thread tooth profile flank subsequent rear flank flank on a rear thread tooth flank. The front flank clearance surface is exposed to the rear or set back with respect to a front thread tooth flank envelope which runs along or parallel to the helical line and through the front thread tooth profile flank. It is now the rear flank clearance surface opposite a rear transverse plane, which is directed perpendicular to the tool axis and runs through the rearmost point of the thread tooth profile or the rear thread tooth profile flank, offset to the front or exposed. The helical line is inclined backwards by the thread pitch angle with respect to the rear transverse plane. This exposure of the thread tooth prevents or at least greatly reduces friction of the thread tooth on the workpiece surface both on its front thread tooth flank and on its rear thread tooth flank both during the working movement and during the braking movement. Here and in the following, “front” or “front” are to be understood as following in the direction of the forward movement or the direction of winding of the thread generation area and “rear” or “rear” as in the opposite direction, i.e. opposite to the direction of the forward movement or in the direction of the backward movement or opposite to the direction of the winding of the thread generation area.
In Ausführungsformen ist die vordere Flankenfreifläche gegenüber der vorderen Gewindezahnflankeneinhüllenden um einen vorderen Flankenfreiwinkel geneigt oder zurückversetzt ist, der im Allgemeinen in einem Intervall zwischen 0° und 10°, insbesondere zwischen 0° und 2°, liegt. In vorteilhaften Ausführungsformen ist die hintere Flankenfreifläche gegenüber der hinteren Transversalebene um einen Winkel geneigt oder zurückversetzt, der im Allgemeinen in einem Intervall zwischen 0° und 6°, insbesondere zwischen 2° und 5° liegt, und/oder gegenüber einer hinteren Gewindezahnflankeneinhüllenden, die entlang der oder parallel zur Schraubenlinie verläuft, um einen hinteren Flankenfreiwinkel geneigt oder zurückversetzt ist, der größer ist als der Gewindesteigungswinkel und im Allgemeinen in einem Intervall zwischen dem Gewindesteigungswinkel und 6°, insbesondere zwischen 4° und 5°, liegt. Die Flankenfreiflächen können helikal, d.h. in der Abwicklung linear, verlaufen oder auch (anders) gekrümmte Formen annehmen, insbesondere sich zumindest abschnittsweise noch stärker aufeinander zu verjüngen oder auch weniger stark aufeinander zu verjüngen. In einer solchen Ausführungsform kann der entsprechende Flankenfreiwinkel eine Begrenzungslinie oder -fläche festlegen, die von der Flankenfreifläche nicht (nach außen) überschritten wird.In embodiments, the front flank clearance surface is inclined or set back with respect to the front thread tooth flank envelope by a front flank clearance angle which is generally in an interval between 0 ° and 10 °, in particular between 0 ° and 2 °. In advantageous embodiments, the rear flank flank face is inclined or set back with respect to the rear transverse plane by an angle which is generally in an interval between 0 ° and 6 °, in particular between 2 ° and 5 °, and / or with respect to a rear thread tooth flank envelope that extends along which extends or runs parallel to the helix, is inclined or set back by a rear flank clearance angle which is greater than the thread pitch angle and generally in an interval between the thread pitch angle and 6 °, in particular between 4 ° and 5 °. The flank free surfaces can run helically, i.e. linearly in the development, or also assume (differently) curved shapes, in particular tapering even more towards one another at least in sections or also tapering less strongly towards one another. In such an embodiment, the corresponding flank clearance angle can define a boundary line or surface which is not exceeded (outwards) by the flank clearance area.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere in seinem hinteren Bereich oder als hintersten Gewindezahn, wenigstens einen Gewinde- und Räumzahn auf. Dieser Gewinde- und Räumzahn weist in einem im Windungssinn gesehen vorderseitigen Bereich ein Gewindezahnelement mit einem Gewindezahnprofil als Wirkprofil zum Erzeugen oder Nachbearbeiten des Gewindes auf. Ferner weist der Gewinde- und Räumzahn in einem im Windungssinn gesehen rückwärtigen Bereich ein Räumelement zum Räumen des erzeugten Gewindes bei einer Reversierbewegung auf, wobei das Räumelement ein Räumprofil als Wirkprofil aufweist, das vorzugsweise dem Gewindeprofil des erzeugten Gewindes entspricht und/oder dem Gewindezahnprofil an seinem vorderseitigen Bereich entspricht.In a further embodiment, the thread generation area, in particular in its rear area or as the rearmost thread tooth, has at least one thread and reaming tooth. This thread and reaming tooth has a thread tooth element with a thread tooth profile as an active profile for generating or reworking the thread in a front-side area, viewed in the direction of the winding. Furthermore, the thread and reaming tooth has a reaming element for reaming the generated thread during a reversing movement in a rear region, viewed in the direction of the winding on, wherein the clearing element has a clearing profile as an active profile, which preferably corresponds to the thread profile of the generated thread and / or corresponds to the thread tooth profile on its front area.
Das Räumelement weist vorzugsweise eine Räumschneide auf, die ein Räumprofil aufweist, das zum Gewindezahnprofil des Gewindezahnelements korrespondiert, insbesondere ein gleiches oder zumindest an Räumprofilflanken des Räumprofils gleiches Wirkprofil aufweist wie das Gewindezahnprofil. Ferner weist das Räumelement in einer vorteilhaften Ausführungsform eine entgegengesetzt zum Windungssinn gesehen der Räumschneide nachgeordnete furchend arbeitende Räumfläche auf, wobei sich die Wirkprofile der Räumschneide und der Räumfläche zu dem gesamten Räumprofil des Räumelements überlagern. Die Räumfläche steigt vorzugsweise radial nach außen im Windungssinn gesehen an und kann in einen Zahnsteg, der insbesondere ein konstantes Profil oder keine Freiflächen aufweist, übergehen, wobei insbesondere ein Räumprofilkopf der Räumfläche und/oder des Zahnsteges kleiner als ein Räumprofilkopf der Räumschneide ist. Die Zahnflanken des Gewinde- und Räumzahnes können zumindest überwiegend oder vollständig entlang zugehöriger vorderer Gewindezahnflankeneinhüllenden bzw. hinterer Gewindezahnflankeneinhüllenden oder ohne Freiflächen verlaufen.The clearing element preferably has a clearing blade which has a clearing profile that corresponds to the thread tooth profile of the threaded tooth element, in particular has an active profile that is the same or at least the same on the clearing profile flanks of the clearing profile as the thread tooth profile. Furthermore, in an advantageous embodiment, the clearing element has a furrowing clearing surface which is arranged downstream of the clearing edge when viewed opposite to the direction of winding, the active profiles of the clearing edge and the clearing surface superimposing one another to form the entire clearing profile of the clearing element. The clearing surface preferably rises radially outward in the direction of the winding and can merge into a toothed web, which in particular has a constant profile or no free surfaces, wherein in particular a clearing profile head of the clearing surface and / or the toothed web is smaller than a clearing profile head of the reaming edge. The tooth flanks of the thread and reaming tooth can run at least predominantly or completely along associated front thread tooth flank envelopes or rear thread tooth flank envelopes or without free areas.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Werkzeugs weist der Gewindeerzeugungsbereich sowohl wenigstens einen Gewindezahn wie beschrieben als auch wenigstens einen Gewinde- und Räumzahn auf, wobei der Gewinde- und Räumzahn im Windungssinn gesehen der letzte Zahn des Gewindeerzeugungsbereiches ist und damit der erste Zahn bei der Reversierbewegung.In a particularly advantageous embodiment of the tool, the thread generation area has both at least one thread tooth as described and at least one thread and reaming tooth, the thread and reaming tooth being the last tooth of the thread generation area in the direction of the winding and thus the first tooth in the reversing movement.
In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Gewindezahn oder der Gewinde- und Räumzahn in seinem im Windungssinn vorderseitigen Bereich oder im Gewindezahnelement eine Gewindeschneide auf und vorzugsweise auch eine im Windungssinn gesehen der Gewindeschneide nachgeordnete Gewindefurchfläche zum Erzeugen einer Oberfläche mit guter Oberflächengüte, wobei sich die Wirkprofile der Gewindeschneide und der Gewindefurchfläche zu dem, vorzugsweise dem Gewindeprofil entsprechenden, Gewindezahnprofil an dem vorderseitigen Bereich überlagern. Die Gewindefurchfläche kann radial nach außen entgegengesetzt zum Windungssinn ansteigen und vorzugsweise in einen oder in den Zahnsteg, der insbesondere als Kalibrierbereich dient und/oder ein konstantes Profil oder keine Freiflächen aufweist, übergehen. Ein Gewindezahnprofilkopf der Gewindefurchfläche und/oder des Zahnsteges kann nun kleiner sein als der Gewindezahnprofilkopf der Gewindeschneide.In a further embodiment, at least one thread tooth or the thread and reaming tooth has a thread cutting edge in its front area in the direction of the winding or in the thread tooth element and preferably also a thread cutting surface downstream of the thread cutting edge in the direction of the winding for generating a surface with good surface quality, the active profiles of the Overlay the thread cutting edge and the thread forming surface to form the thread tooth profile, preferably corresponding to the thread profile, on the front-side area. The thread-forming surface can rise radially outwards in the opposite direction to the direction of the winding and preferably merge into or into the toothed web, which in particular serves as a calibration area and / or has a constant profile or no free surfaces. A thread tooth profile head of the thread groove surface and / or the tooth web can now be smaller than the thread tooth profile head of the thread cutting edge.
Es seien hier noch einmal einige charakteristischen Vorzüge und Merkmale der Erfindung in Stichworten wiedergegeben:
- Führungsgewinde kann nicht mehr ausbrechen
- - Statt Spannuten kann ein Hals geschliffen werden, der die Späne nicht behindert
- - Durch kleinen Führungs-/Dichtzylinder kann das Werkzeug für Sacklochbearbeitung mit IKZ so eingestellt werden, dass der Kühlmittelstrahl direkt auf die Schneide oder auf den Span gelenkt wird
- - Dadurch eventuell sehr tiefe Sacklochbohrungen möglich
- - Sehr kurzer Gewindeauslauf analog Gewindefräsen mit einschraubbarem Freistich (Hydraulik!)
- - Kein Umkehrschnitt! Spanwurzeln werden im Freischneidprozess entfernt
- - konstante Schnittgeschwindigkeit (analog Drehprozess) mit Speedsynchro®
- - Variable Anschnittaufteilung (-gestaltung), beispielsweise Anstrehlung, Anschnittwinkel auch nach hinten, Radius am Außen, am Vollzahn eine Art Verbreiterung. Bevorzugt Anstrehlung kombiniert mit zylindrischem Anschnitt
- - Freiheitsgrade in der Gestaltung des Schneidkeils (z.B. Spanwinkel, Spanleitstufe, Schräge, Drall, Negativfase, Freiwinkel)
- - Gezielte Schneidkantenpräparation
- - Günstige Komplettbearbeitung auf CNC (monolithische GB)
- - Schneidplatten führen zu niedrigen Tool Cost per Hole bei großen Serien
- - Bei Schneidplatten: Einstellbare Platten für unterschiedliche Toleranzen
- - Schneidende und / oder Formende Gewindeanteile oder Kernschneidanteile möglich
- Anzahl der Gewindezähne:
- - Mindestens ein Gewindeschneidzahn, maximal mehrere Gewindeschneidzähne und mehrere Nuten, über maximal 3 Gewindegänge axial angeordnet
- -
Bevorzugt etwa über 0,5 -1,5 x Gewindesteigung axial angeordnet - - Bevorzugt über einen Gewindegang axial angeordnet
- - Ungleiche Teilung bei der Anordnung der Zähne am Umfang
- - Teilweise oder ganz additiv hergestellt, beschichtet, unbeschichtet, oberflächenbehandelt
- Bei Schneidplatten allgemein:
- - Einstellbare Platten für verschiedene Toleranzen
- - Verschiedene Schneidplattengeometrien, z.B. Schmetterlingsplatten oder Standardplatten (ISO), dreieckig, viereckig, rhombisch, etc.
- Dreiecksplatte:
- - Schneidkopf mit mehreren Schneiden
- Guide thread can no longer break out
- - Instead of flutes, a neck can be ground that does not obstruct the chips
- - With the help of a small guide / sealing cylinder, the tool for blind hole machining with ICZ can be set so that the coolant jet is directed directly onto the cutting edge or onto the chip
- - This means that very deep blind holes may be possible
- - Very short thread runout analogous to thread milling with screw-in undercut (hydraulic!)
- - No reverse cut! Chip roots are removed in the free cutting process
- - Constant cutting speed (analogous to the turning process) with Speedsynchro®
- - Variable gate division (design), for example stratification, gate angle also to the rear, radius on the outside, a kind of widening on the full tooth. Preferably spotlighting combined with a cylindrical gate
- - Degrees of freedom in the design of the cutting wedge (e.g. rake angle, chip breaker, bevel, twist, negative bevel, clearance angle)
- - Targeted cutting edge preparation
- - Cheap complete machining on CNC (monolithic GB)
- - Inserts lead to a low tool cost per hole for large series
- - For cutting inserts: adjustable inserts for different tolerances
- - Cutting and / or shaping thread portions or core cutting portions possible
- Number of thread teeth:
- - At least one thread cutting tooth, a maximum of several thread cutting teeth and several grooves, arranged axially over a maximum of 3 thread turns
- - Preferably arranged axially about 0.5-1.5 x thread pitch
- - Preferably arranged axially via a thread
- - Unequal pitch in the arrangement of the teeth on the circumference
- - Partly or entirely additively manufactured, coated, uncoated, surface treated
- For cutting inserts in general:
- - Adjustable plates for different tolerances
- - Different insert geometries, e.g. butterfly inserts or standard inserts (ISO), triangular, square, rhombic, etc.
- Triangle plate:
- - Cutting head with several cutting edges
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- WerkzeugTool
- 44th
- GewindeerzeugungsbereichThread creation area
- 55
- Gewindethread
- 66th
- Werkstückworkpiece
- 1010
- Gewindeerzeugungselement Thread generating element
- 11 bis 1311 to 13
- GewindezahnThread tooth
- 1414th
- SeitenflächeSide face
- 1515th
- SpannutSpannut
- 2020th
- TrägerkörperCarrier body
- 2121
- Schaftshaft
- 2222nd
- StirnseiteFront side
- 2525th
- TrennnutSeparating groove
- 2626th
- Kühl- und/oder SchmiermittelaustrittCoolant and / or lubricant leak
- 2727
- BefestigungsschraubeFastening screw
- 3030th
- GrundkörperBase body
- 3131
- MantelflächeOuter surface
- 3232
- StirnflächeFace
- 3333
- FührungsflächeGuide surface
- 3434
- StirnfaseBevel
- 3535
- KernlochCore hole
- 3636
- GewindelochThreaded hole
- 40, 4140, 41
- GewindezahnThread tooth
- 5050
- GewindegangThread
- 51, 5251, 52
- UmfangsnutCircumferential groove
- 5353
- KernlochgrundCore hole bottom
- 5555
- GewindeprofilThread profile
- 6060
- WerkstückoberflächeWorkpiece surface
- 71 bis 7671 to 76
- GewindeerzeugungselementThread generating element
- 8080
- GewindeerzeugungselementThread generating element
- 81 bis 8881 to 88
- GewindezahnThread tooth
- aa
- NutlängeGroove length
- AA.
- WerkzeugachseTool axis
- ABFROM
- AbbremsbewegungDeceleration movement
- bb
- GewindelückeThread gap
- BBBB
- BeschleunigungsbewegungAcceleration movement
- cc
- GewindeprofilbreiteThread profile width
- dd
- KernlochdurchmesserCore hole diameter
- DD.
- GewindelochdurchmesserThread hole diameter
- FF.
- FreiflächeOpen space
- F1 bis F3F1 to F3
- FreiflächeOpen space
- GG
- GewindeschneideThread cutting
- G1 bis G3G1 to G3
- GewindeschneideThread cutting
- GPGP
- GewindeprofilThread profile
- GZGZ
- GewindezahnThread tooth
- MM.
- GewindemittelachseThread center axis
- PP
- GewindesteigungThread
- P1 bis P10 P 1 to P 10
- SteigungsparameterSlope parameters
- RBRB
- RückwärtsbewegungBackward movement
- ΔA1 bis ΔA5ΔA1 to ΔA5
- GewindezahnprofilwirkflächeThread tooth profile effective surface
- S1 bis S10 S 1 to S 10
- AbbremsschrittDeceleration step
- S11 bis S20 S 11 to S 20
- BeschleunigungsschrittAcceleration step
- TT
- EndringtiefeEnd ring depth
- TG T G
- GewindetiefeThread depth
- TL T L
- GewindelochtiefeThread hole depth
- T0 bis T10 T 0 to T 10
- TiefenwertDepth value
- Ti, Tn T i , T n
- TiefenwertDepth value
- ΔTΔT
- EindringtiefenbereichPenetration depth range
- UPUP
- UmkehrpunktTurning point
- VBVB
- VorwärtsbewegungForward movement
- WW.
- WindungssinnTwist sense
- ZZ
- GewindezahnThread tooth
- ΔPΔP
- Steigung pitch
- ΔαΔα
- TeilungswinkelPitch angle
- δδ
- GewindesteigungswinkelThread pitch angle
- εε
- ÖffnungswinkelOpening angle
- φφ
- Summierter DrehwinkelTotal angle of rotation
- ΔφΔφ
- DrehwinkelbereichRotation angle range
- φ0 bis φ20 φ 0 to φ 20
- DrehwinkelwertAngle of rotation value
- φi, φn φ i , φ n
- DrehwinkelwertAngle of rotation value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2229257 B1 [0014, 0021]EP 2229257 B1 [0014, 0021]
- DE 102016008478 A1 [0015, 0021]DE 102016008478 A1 [0015, 0021]
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-
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