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Die Erfindung betrifft eine Gewindebohrspindel mit einer -treibenden
und einer getriebenen Welle, die miteinander über eine Drehschwingungen erzeugende
Exzenterwelle verbunden sind.
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Durch die britische Patentschrift 534 348 ist eine Gewindebohrspindel
bekannt, bei der das Gewndeschneidwerkzeug während des Gewindeschneidens eine oszillierende
Bewegung ausführt. Diese oszillierende Bewegung wird durch mehrere exzentrisch ausgebildete
Zahnräder, die eine antreibende und eine getriebene Weile -miteinander verbinden,
erzielt. Bei dieser Anordnung erfolgt die Oszillationsbewegung des Gewindeschneidwerkzeuges
senkrecht zur Drehachse, was insbesondere in bezug auf Fertigungstoleranzen sowie
Schneid- und Schmierverhältnisse am Werkzeug ungünstig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, dem Gewindeschneidwerkzeug Drehschwingungen
ohne nachteiligen Einfluß auf die Fertigungstoleranzen und Schneidverhältnisse überlagern
zu können.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die getriebene
Welle mit einem der Steigung des zu erzeugenden Gewindes entsprechenden Gewinde
versehen ist, das in einer am umlaufenden Teil des Spindelgehäuses angeordneten
Leitmutter geführt ist.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Gewindebohrspindel erfolgt im
Gegensatz zu der bekannten Gewindebohrspindel die Oszillations- und Schwingungsbewegung
nicht senkrecht zur Drehachse, sondern in Richtung der Gewindesteigung des Gewindeschneidwerkzeuges.
Dies ist sehr vorteilhaft in bezug auf die Schneid- und Schmierverhältnisse sowie
hin.-sichtlich der erreichbaren Fertigungstoleranz, die mit einer erfindungsgemäßen
Gewindebohrspindel bis auf 10 #t gesenkt werden kann, Weiterhin ergibt sich eine
ausgezeichnete Oberflächengüte des erfindungsgemäß hergestellten Gewindes, die mit
der beim Schleifen erzielbaren vergleichbar ist. Außerdem sind die Schnittkräfte
klein, was sich günstig auf die Lebensdauer des Gewindeschneidwerkzeuges auswirkt.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß .die heim Gewindeschneiden
entstehenden Späne sehr einfach und leicht entfernt werden können, ohne daß sie
sich verklemmen. _ _ Da infolge der in Gewindesteigungsrichtung erfolgenden Schwingungen
Oberflächenspannungen weitgehend vermieden werden können, weist ein erfindungsgemäß
hergestelltes Gewinde einen guten Korrosionswiderstand auf, denn der Korrosionswiderstand
ist in etwa umgekehrt proportional der Größe der Oberflächenspannungen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist an Hand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße
Gewindebohrspindel längs Linie 1-I in Fig.2, F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch
die Gewindebohrspindel längs Linie I1-II in F i g.1, F i g. 3 und 4 Ausschnitte
aus F i g.1 in vergrößerter Darstellung.
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In einem Gehäuse 1 ist eine als Spindelgehäuse dienende Hohlwelle
2 angeordnet, die eine treibende Welle 5 aufnimmt, welche ihrerseits von einer am
oberen Ende derselben angeordneten Rolle 3 an- i getrieben wird. Der Antrieb von
der Rolle 3 auf die Welle 5 erfolgt über eine Hohlwelle 4, die mit der Rolle 3 und
der Welle 5 in beliebiger Weise drehfest verbunden ist. Am unteren Ende der Welle
5 ist ein Zahnrad 6 angeordnet, weiches mit einem Zahnrad 7 kämmt. Das Zahnrad 7
trägt einen exzentrisch angeordneten Stift öder mit einem Gleitstein 9 im Eingriff
steht, welcher in einer Ausnehmung einer Schwingplatte 10 gleiten kann und
hierbei dieselbe bei einer Drehung der Welle 5 und der Zahnräder 6, 7 in Schwingungen
versetzt. Der Schwingungswinkel der Schwingplatte 10 entspricht der doppelten Exzentrizität
des Exzenterstiftes B. Die Schwingplatte 10 ist über .eine Welle 11 mit einer Welle
12 drehfest verbunden und überträgt somit ihre Schwingungen auf die derart angetriebene
Welle 12. Die Welle 12 ist mit einem Halter 13 für einen Gewindebohrer 14 versehen
und trägt am äußeren Umfang ein Gewinde 12', dessen Steigung dem zu erzeugenden
Gewinde entspricht. Das Gewinde 12' ist in einer Leitmutter 15 geführt, welche in
dem unteren Teil des umlaufenden Spindelgehäuses 2 angeordnet ist. Infolge des Exzenterantriebes.
und der Führung der Welle 12 mit Hilfe der Gewinde 12' und 15 führt der Gewindebohrer
14 Schwingungen aus, die in Gewindeschneidrichtung liegen und durch die Pfeile 25
und 26 in der Zeichnung angedeutet sind.
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Eine weitere Rolle 16 wird durch einen motorgetriebenen Keilriemen
angetrieben und dreht eine Schnecke 17, die konzentrisch zur Rolle 16 angeordnet
ist. Die Schnecke 17 steht mit einem Schneckenrad 18 im Eingriff, welches auf einem
zylindrischen Hohlkörper 20 angeordnet ist, der mit dem Spindelgehäuse 2
drehfest, z. B. durch einen Keil 19, verbunden ist. -Eine innere Führungsschraube
21 weist die gleiche Steigung auf wie der Gewindebohrer 14 und ist auf dem
Spindelgehäuse 2 mittels einer Mutter 23 aufgespannt. Die innere Führungsschraube
21 steht mit einer äußeren Führungsschraube 22, d. h. mit einer Gewindeleitmutter
im Eingriff, -wie dies insbesondere in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt ist. Die
Gewindeleitmutter 22 ist an dem Gehäuse 1 befestigt. Bei einer Drehung des Schneckenrades
17 wird somit der Gewindebohrer 14 entsprechend der Steigung der Führungsschraube
und der Gewindeleitmutter voroderzurückbewegt.
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Wenn die Rollen 3 und 13 gleichzeitig in Drehung versetzt werden,
führt der Gewindebohrer 14 eine Schneid- und eine Vorschubbewegung aus, wobei
er sich in Richtung des Pfeiles 26, d. h. in Gewindeschneidrichtung; bewegt und
gleichzeitig eine oszillierende Bewegung ausführt; wobei in ein Werkstück 24 das
Gewinde eingeschnitten wird.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Gewindebohrspindel können
die Schnittkräfte auf einen Wert von etwa ein Fünftel bis ein Zehntel der beim herkömmlichen
Gewindeschneiden auftretenden Kräfte herabgesetzt werden. Das erfindungsgemäß hergestellte
Gewinde ist frei von jedem Grat und weist eine Fertigungstoleranz von ± 5 #t auf.
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Ein weiterer Vorteil - der erfindungsgemäßen Gewindebohrspindel ist
darin zu sehen, daß die Zahl der Schwingungen beliebig hoch sein kann, während bei
der bekannten Anordnung ein vergleichsweise nur sehr niedriger Wert von z. B. zwei
Schwingungen pro Umdrehung der Hauptspindel erreicht werden kann, was im wesentlichen
dem Wert beim Gewindeschneiden von Hand entspricht. Erfindungsgemäß ist es im Gegensatz
hierzu möglich; mehrere hundert Schwingungen pro Umdrehung der Hauptspindel,
d.
h. der Welle 12, zu erzielen. Diese hohe Schwingungszahl trägt ebenfalls zur Erzielung
einer niedrigen Schnittkraft, einer guten Maßhaltigkeit usw. bei.
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Vorteilhaft ist ferner, daß erfindungsgemäß nicht nur eine hohe Schwingungszahl
pro Umdrehung der Hauptspindel erreicht werden kann, sondern daß darüber hinaus
die Einstellung der Schwingungszahl unabhängig von der Drehzahl der Hauptspindel
möglich ist, so daß entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten im speziellen Anwendungsfall
eine geeignete Anpassung der Schwingungszahl an die Drehzahl möglich ist. Hierbei
ist es zweckmäßig, wenn die maximale Schwingungsgeschwindigkeit größer ist als die
Schnittgeschwindigkeit, wobei sich die Schwingungsgeschwindigkeit in bekannter Weise
aus Frequenz und Amplitude ergibt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gewindeschneiden erfolgt eine kurzzeitige
Scherverformung; die bei ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der Schwingungsdauer
T = 1/f liegt, wobei f die Frequenz ist. Bei dem erfindungsgemäßen Gewindeschneiden
wird in der Scherfläche dicht bei der Werkzeugspanfläche ein mikroskopischer Einriß
durch eine konzentrierte Beanspruchung erzielt, die im Spitzenbereich am Schneidwerkzeug
während des fortlaufenden Zyklus und der kurzen Schneiddauer auftritt. Hierdurch
wird der Schneidwiderstand verringert, und man erhält eine glatte Scherverformung
der Scherfläche. Außerdem wird der Reibungskoeffizient an der Werkzeugspan. fläche
herabgesetzt, so daß die beim Gewindeschneiden entstehende Reibungswärme gering
ist.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Gewindeschneiden erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten
liegen bei maximal 30 m/Min. Der Durchschnittswert liegt bei etwa 10 m/Min. Die
Schwingungsfrequenz liegt in der Regel bei etwa 200 Schwingungen pro Sekunde.
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Bei der erfindungsgemäßen Gewindebohrspindel können die üblichen umlaufenden
Gewindeschneidwerkzeuge verwendet werden.