-
Verfahren zum Wirbeln von Gewinden und Vorrichtung dazu Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Wirbeln von Gewinden an schnell umlaufenden Werkstücken
und eine Vorrichtung dazu. Verfahren und Vorrichtung eignen sich auch zum Wirbeln
von Mehrfachgewinden und Gewinden hoher Steigung. Das Verfahren läßt sich in Verbindung
mit der üblichen Werkstücksbearbeitung auf Drehmaschinen u. dgl., zum Beispiel Drehautomaten
und Revolverdrehbänken, durchführen.
-
Bei den bekannten Wirbelverfahren laufen das Werkstück langsam, das
Werkzeug oder die Werkzeuge dagegen mit einem Vielfachen, in der Regel mit einem
hundertfachen Wert der Drehzahl des Werkstückes um. Die bekannten Wirbelverfahren
lassen sich deshalb nicht zugleich oder unmittelbar vor oder nach anderen Bearbeitungsvorgängen
mit stillstehenden Werkzeugen am gleichen Werkstück auf der gleichen Drehmaschine
anwenden, weil für die Wirtschaftlichkeit dieser übrigen Bearbeitungsvorgänge, wie
z. B. Drehen, Bohren usw., höhere Werkstücksdrehzahlen nötig sind, die man während
des Wirbelns entsprechend herabsetzen müßte. Solche Drehzahlumstellungen sind bereits
auf einfachen Drehbänken und Revolverdrehbänken zeitraubend und stören den normalen
Arbeitsablauf; auf Mehrspindeldrehautomaten sind sie von vornherein nicht durchführbar.
-
Das Verfahren nach der Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe,
bei schnell umlaufenden Werkstücken die Drehzahl des Werkzeugs so abzustimmen, daß
die erforderliche Drehzahl für das Gewindewirbeln im wesentlichen der normalen Drehzahl
bei den übrigen Bearbeitungsvorgängen auf der gleichen Maschine angeglichen wird
und dadurch die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge in einem Zug mit dem Gewindewirbeln
auf der gleichen Maschine wirtschaftlich durchführbar sind, ohne daß die Qualität
der gewirbelten Gewinde darunter leidet.
-
Das Verfahren nach der Erfindung erreicht dies dadurch, daß die Drehzahl
des Werkzeugs gleich oder als ganzzahliges Vielfaches oder als ganz,zahliger Bruchteil
der Drehzahl des Werkstückes, vergrößert oder vermindert um einen dem Eingriffwinkel
entsprechenden Betrag, gewählt wird. Unter Eingriffswinkel wird dabei im folgenden
der Zentriwinkel am Werkstück verstanden, über dem das Werkstück im Eingriff mit
dem Werkstück steht.
-
Mit Vorteil laufen beim Verfahren nach der Erfindung Werkstück und
Werkzeug in entgegengesetzten Drehrichtungen. Man erzielt dann bei angemessenem
Durchmesser der Werkzeuglaufbahn die erwünschte hohe Schnittgeschwindigkeit. Um
auch hierbei das vorteilhafte Anschneiden des Spans immer am dicken Ende, d. h.
den Schnittbeginn am noch unbearbeiteten Werkstücksumfang, zu erreichen, vermindert
man die Drehzahl des Werkzeugs um einen dem Eingriffswinkel entsprechenden Betrag.
Das Anschneiden des Spans vom dicken Ende her, was der Spanbildung beim G.leichlauffräsen
entspricht, schont das Schnittwerkzeug, erlaubt das Wirbeln mit günstiger Standzeit
und erzielt präzise, glatte Gewinde.
-
Läßt man das Werkstück mit einem ganz,zahligen Bruchteil der Drehzahl
des Werkzeugs laufen und vermindert oder vergrößert diese Drehzahl um einen dem
Spanwinkel entsprechenden Betrag, dann erhält man ein Mehrfachgewinde. Die Drehzahl
der Drehmaschinenspindel wird auch in diesem Fall hochtourig beibehalten. Mehrfachgewinde
hoher Teilungsgenauigkeit kann man durch das Arbeiten mit mehreren Werkzeugen herstellen,
wenn man laut Erfindung die Werkzeugdrehzahl entsprechend vermehrt oder vermindert
und einem gerade geteilten Werkstück eine ungerade Zahl von Werkzeugen und einem
ungerade geteilten Werkstück eine gerade Zahl von Werkzeugen gegenüberstellt. Unter
Teilung wird dabei die auf den Umfang eines Werkstücks im Axialschnitt entfallende
Zahl von Gewindegängen verstanden. Einfach-, Zweifach-, Dreifach und Vierfachgewinde
haben also die Teilung 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw.4. In diesem Fall läuft dann jedes Werkzeug
durch jede Spur, wodurch man eine hohe Teilgenauigkeit und Sauerkeit des Gewindes
erhält.
-
Die spanbildende Drehzahldifferenz kann man z. B. durch Zahnräder
erzielen. Man kann aber auch nach der weiteren Erfindung zwischen Werkstück und
Werkstückantrieb eine umlaufende Gewindepatrone einschalten, die gleiche Steigung
wie das Werkstück
hat, und das Werkstück oder der Werkstüdkstr eg
durch Drehung in der Gewindepatrone axial schieben. Die axiale Verschiebung erzielt
dann die Vergrößerung oder Verminderung des Eingriffswinkels. Schaltet man bei dieser
Anordnung den axialen Vorschub ab; dann kann man das rotierende Werkstück zum Polygon
bearbeiten, bei dem die Flächen zur Werkstücksachse über die ganze Werkstückslänge
immer "die -gleiche - Raumlage behalten. Eine sehr kleine voreilende Drehung
des Werkstücks ergibt Polygongewinde hoher Steigung.
-
Man kann also nach der Erfindung auf einem mit einem Wirbelaggregat
' ergänzten Drehautomaten in einfacher Weise und ohne große Umstellung Gewinde schneiden,
bohren, drehen und Polygone herstellen.
-
Die Zeichnung bringt in vereinfachter, schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
für das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung. Dabei zeigt ..
-
Fig. 1 eine Seitenansicht von Werkstück und Werkzeug, zum Teil im
Schnitt, mit Angaben zum Drehzahlverhältnis, Fig. 2 eine Draufsicht auf Werkstück
und Werkzeug mit Darstellung des Schnitts und Fig.3 eine Anordnung mit axial verschiebbarer
Gewindepatrone im Schnitt.
-
Beim bekannten Wirbeln wählt man zur Herstellung eines eingängigen,
metrischen Gewindes M 28 - 1,5 in St. 50 die Werkzeugdrehzahl mit etwa n = 1200/Min.
Da 'die Drehmaschine bei der normalen Drehbearbeitung dieses Materials und dieses
Durchmessers mit Spindeldrehzahlen von etwa n = 600 arbeiten sollte, müßte man die
Werkstückdrehzahl zur Durchführung des Wirbelns auf etwa n = 15/Mn. herabsetzen.
Mit dieser Drehzahl kann man aber auf der gleichen Drehmaschine nur Gewinde wirtschaftlich
wirbeln, jedoch nicht gleichzeitig auch noch wirtschaftlich drehen oder bohren.
Bei dem Drehzahlverhältnis 1200: 15 erhält man eine gute Werkzeugstandzeiten ergebende
Schnittgeschwindigkeit von , etwa 180 in/Min.
-
Beim Verfahren nach der Erfindung wird nun gemäß Fig. 1 und 2 die
Drehzahl des Werkstücks 1 mit der auch für andere Arbeitsvorgänge auf der gleichen
Drehmaschine geeigneten Größe von n = 600, die der Werkzeugglocke 5 in gleicher
Größe, jedoch vermindert um den dem Eingriffswinkel entsprechenden Betrag, das ist
n = 15/Min., mit n = 585/Min. gewählt.
-
Das Werkstück 1; d. h: der in das Futter 4 der Drehmaschine eingespannte
Gewindezapfen einer Welle 3, rotiert dabei um die Achse Z1. Das Werkzeug 2 ist in
einer Werkzeugglocke 5 eingespannt und rotiert um die Achse Z2 und damit exzentrisch
im Gegenlauf um das Werkstück 1. Dann schneidet das Werkzeug 2 bei jedem Umlauf
des Werkstücks 1 einmal in dessen Umfang bis zur vollen Gewindetiefe, wobei infolge
der Werkzeugnacheilung der Span immer am dicken Ende bei a angeschnitten und am
dünnen Ende bei b mit der zweckmäßigen hohen Schnittgeschwindigkeit von etwa 120
m/Min. ausgeschnitten wird.
-
Für die Herstellung des Gewindes M 28 - 1,5; 22,5 mm lg. am Werkstück
1 benötigt man also bei gleicher Schnittgeschwindigkeit wie bisher die gleiche Wirbelzeit
und kann das schnell laufende Werkstück ohne Drehzahländerung zugleich in anderer
Weise bearbeiten. .° Ein doppelgängiges Gewinde gleicher Steigung, jedoch halber
Tiefe des eingängigen Gewindes erhält man bei der Anordnung laut Fig. 1 und 2; wenn
man die Werkzeugglocke 5 doppelt so rasch mit n = 1230/Min. oder das Werkstück 1
halb so rasch mit n = 300/Min. umlaufen läßt und zugleich den Abstand der Zentren
Z1 und Z2 auf die halbe Gewindetiefe herabsetzt. Das Werkzeug 2 schneidet dann bei
jeder vollen Drehung des Werkstücks 1 zweimal an diametral einander genau gegenüberliegenden
Stellen. Durch entsprechende Maßnahmen erhält man Dreifach-, Vierfach- und Fünffachgewinde
mit einem Drittel, einem Viertel bzw. Fünftel der Gewindetiefe usw., die beim schlupffreien
Antrieb vom Werkstück 1 und Werkzeug 2 eine durch Gewindedrehen mit Teileinrichtung,
Teilungsfräsen oder Abwalzfräsen nicht erzielbare Genauigkeit haben, da sowohl die
Fertigungsfehler der Teileinrichtung, als auch der Abwalzfräser ausgeschaltet sind.
, Beim Ausführungsbeispiel kann man nicht nur die Drehzahldifferenz, sondern auch
die Leitspindel und Leitpatrone oder Leitkurve. in weiten Grenzen variieren und
deshalb auch mehrgängige Antriebsschnecken und mehrgängige Leit- und @u@-,@lls,ndein
mit hoher Teilungs- und Steigungsgenauiaeit herstellen, wenn man an Stelle der Werkzeugglocke.5
eine Werkzeüghoblwelle, z:: B. einen Werkzeugring, verwendet.
-
Fig. 3 bringt eine solche Anordnung zur Bearbeitung einer dreißiggängigen
Leichtmetall-Gewindefassung hoher Steigung wie sie bei Fotoobjektiven .Anwendung
findet. Dieses Werkstück 6 sitzt auf einem Spanndorn des Wexkstückträgers 7, dessen
Schaft 7a mit einem Gewinde 8 gleich hoher Steigung in eine ein entsprechendes Innengewinde
tragerade Gewindepatrone 9 eingeschraubt ist: Die Gewindepatrone 9 ist im Ständer
10 drehbar gelagert und hat mit dem Werkzeug 11 einen gemeinsamen Antrieb, wobei
das Drehzahlverhältnis ,zwischen Werkstück und Werkzeug ganzzahlig ist. Das Werkzeug
11 sitzt in einem zum Werkstück 6 exzentrisch umlaufenden und in den Steigungswinkel
des beabsichtigten Gewindes geneigten Werkzeugring 12. Der Werkzeugring 12 ist mit
Kugellagern 13 in einem zur Werkstücksachse senkrecht verschiebbaren Austellschütten
(nicht dargestellt) drehbar gelagert und vorn Kegelrad 15 über dem Zahnkranz 16
angetrieben: Der Werkzeugring 12 bzw. "sein; Lager 14 ist gegenüber dem Anstellschlitten
schwenkbar.
-
Zur Herstellung des dreißiggängigen Objektivgewindes gibt man der
Gewindepatrone 9 und damit dem Werkstück 6 die Drehzahl n = 300/Min: und dem Werkzeugring
12 die Drehzahl n = 9000/Min. in gleicher Richtung. Den Drehzahlunterschied um den
Eingriffswinkel erhält man durch axiale Verschiebung des Spanndornschaftes 7a: Die
axiale Vorschubgeschwindigkeit des Spanndorns 7 mit dem Werkstück 6 bestimmt die
Zerspannungsleistung. Die axiale Verschiebung` kann man hydraulisch oder mechanisch
erzielen. Das Innengewinde der Gewindepatrone 9 besteht zweckmäßig aus Kunststoff.
-
Stimmt das Leitgewinde 8 nach Steigung, Teilung, Durchmesser und Profil
mit dem Gewinde des Werk-Stücks 6 überein, dann kann man mit der Anordnung laut
Fig. 3 theoretisch auch ein unendlich lauges Werkstück (strichpunktiert angedeutet)
herstellen,
wobei sich das hergestellte Gewinde in die Gewindepatrone
9 einschraubt. Trotzdem braucht man dazu keine Maschine mit einem langen Bett.
-
Bei der Herstellung einer dreigängigen Schnecke von etwa 30 0 und
Modul 2,5 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läuft das Werkstück mit ra
= 1000 um. Ein mit vier Stählen besetzter Werkzeugring muß dann mit n = 750/Min.
umlaufen. Dann fährt jeder Stahl des Werkzeugringes abwechselnd durch jede Gewindespur,
und eine bisher unerreichte Teilungsgenauigkeit ist die Folge.