DE19930617B4

DE19930617B4 - Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen

Info

Publication number: DE19930617B4
Application number: DE1999130617
Authority: DE
Inventors: Ernst Meyer; Helmut Dipl.-Ing. Glimpel
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: EMUGE-WERK RICHARD GLIMPEL GMBH & CO. KG FABRIK
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-07-03
Also published as: US6460435B1; DE19930617A1; EP1072348B1; ATE305838T1; DE50011280D1; EP1072348A2; EP1072348A3

Abstract

Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen,
bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Werkstückspindel ein Werkstück, an dem das Gewinde zu fräsen ist, trägt,
bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Fräserspindel einen Gewindefräser, der zum Fräsen des Gewindes einen Arbeitsbereich bildet, trägt, bei der die Werkstückspindel und die Fräserspindel mit ihren Drehachsen zueinander parallel sind und sich zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander axial bewegen,
bei der der Gewindefräser im Arbeitsbereich Zähne aufweist, deren Zahnprofil im Hinblick auf das Gewindeprofil des zu fräsenden Gewindes ausgelegt ist, und
bei der die axiale Gegeneinander-Bewegung von Werkstückspindel und Fräserspindel bei einem Drehzahlverhältnis≠ 1 erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Werkstückspindel (1) und die Fräserspindel (4) zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander radial bewegt (9) werden und die zu/bei dem Gewindefräsen vorgesehene axiale Gegeneinander-Bewegung (10) kürzer als das Gewinde (8) ist, wobei zunächst die radiale Bewegung (9) bei einem Drehzahlverhältnis gleich 1 und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Werkstückspindel ein Werkstück, an dem das Gewinde zu fräsen ist, trägt, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Fräserspindel einen Gewindefräser, der zum Fräsen des Gewindes einen Arbeitsbereich bildet, trägt, bei der die Werkstückspindel und die Fräserspindel mit ihren Drehachsen zueinander parallel sind und sich zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander axial bewegen, bei der der Gewindefräser im Arbeitsbereich Zähne aufweist, deren Zahnprofil im Hinblick auf das Gewindeprofil des zu fräsenden Gewindes ausgelegt ist, und bei der die axiale Gegeneinander-Bewegung von Werkstückspindel und Fräserspindel bei einem Drehzahlverhältnis ≠ 1 erfolgt.
Es wird auch ein Gewindefräser für diese Vorrichtung beschrieben, der einen Arbeitsbereich bildet, der in Reihen angeordnete Zähne aufweist, deren Zahnprofil im Hinblick auf das Gewindeprofil eines angegebenen zu fräsenden Gewindes ausgelegt ist.

Bei einer bekannten ( CH 666 429 A5 = DE 34 02 743 A1 ) Vorrichtung der eingangs genannten Art werden die Werkstückspindel und die Fräserspindel zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander nur axial bewegt, wobei der Gewindefräser unter Fräsen des Gewindes allmählich in das Werkstück axial hineinwandert bzw. eindringt. Damit das Gewinde mit der gewünschten Länge hergestellt werden kann, ist der Arbeitsbereich kürzer als das gewünschte Gewinde und ist die axiale Bewegung zumindest ebenso lang wie und in der Regel länger als das Gewinde. Bei der axialen Bewegung wird das Gewinde gefräst und die axiale Bewegung dauert ihrer Abmessungslänge wegen zeitlich relativ lang.

Aus der DE 197 35 340 A1 ist ein Verfahren zum Gewindefräsen bekannt, bei dem das Werkstück mit einer vorgegebenen Werkstück-Drehzahl rotiert. Ein mit einer vorgegebenen Fräser-Drehzahl rotierender Fräser bewegt sich mit einem vorgegebenen, gleichmäßigen Vorschub auf der Längsachse des Werkstücks. Soll ein konisches Innengewinde gefertigt werden, bewegt sich der Fräser zusätzlich gleichzeitig auch in radialer Richtung.

In der DE 44 00 001 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes mit veränderlich modifizierbarem Gewindeprofil beschrieben. Die Herstellung des Gewindes erfolgt in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen, wobei mindestens zwei unterschiedliche Gewindesteigungen verwendet werden. Dieses Verfahren ist insbesondere für Gewinde auf gekrümmten Flächen vorgesehen.

Aus der DE 39 22 707 A1 sind ein Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen und ein Werkzeug zur Ausübung dieses Verfahrens bekannt. Dabei wird ein kombiniertes Bohr- und Gewindefräswerkzeug verwendet. Das Einfräsen des Gewindes erfolgt durch seitliches Versetzen des Gewindefräsers und schraubenförmiges Bewegen des Werkzeugs um die Bohrungslängsachse.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zeitliche Dauer der dem Gewindefräsen dienenden axialen Gegeneinander-Bewegung von Werkstückspindel und Fräserspindel verkürzt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel und die Fräserspindel zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander radial bewegt werden und die zu/bei dem Gewindefräsen vorgesehene axiale Gegeneinander-Bewegung kürzer als das Gewinde ist, wobei zunächst die radiale Bewegung bei einem Drehzahlverhältnis gleich 1 und davon gesondert dann die axiale Bewegung erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Gewindefräsen im wesentlichen durch die radiale Verstellung. Die vollständige Länge des zu fräsenden Gewindes wird durch die radiale Zustellung erzeugt, was das Gewindefräsen insgesamt beschleunigt. Wenn man z.B. eine bestimmte Ausführungsform der bekannten ( CH 666 429 A) Vorrichtung mit einer entsprechenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleicht, dann erfolgt die Erzeugung eines Gewindes bei der Erfindung 2 bis 3 mal so schnell wie beim Bekannten. Der Arbeitsbereich des Gewindefräsers hat zumindest die Länge des zu fräsenden Gewindes. Die axiale Gegeneinander-Bewegung wird in Verbindung mit dem Drehzahlverhältnis ≠ 1 angewendet, um das Gewinde exakt rund zu fräsen bzw. das Gewinde zu glätten. Die radiale Bewegung ist abhängig von der Drehzahl des Werkstückes. Die Erfindung liegt in der Anwendung der dem Gewindefräsen dienenden radialen Zustellung des Gewindefräsers bei sich drehendem Werkstück. Die anfallenden Späne sind von vorteilhafter Gestalt und die Belastung der Gewindefräszähne ist günstig. Bei rein radialer Zustellung ist die Belastung der Zähne gleichmäßiger.

Alternativ ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel und die Fräserspindel zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander radial bewegt werden und die zu/bei dem Gewindefräsen vorgesehene axiale Gegeneinander-Bewegung kürzer als das Gewinde ist, wobei die radiale Bewegung und die axiale Bewegung einander überlagernd gleichzeitig erfolgen.

Dadurch wird der gesamte Fräsvorgang verkürzt, da eine Umstellung der Vorrichtung nicht erforderlich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Schrägstellung des Gewindefräsers relativ zum Werkstück nicht gegeben. Dies ermöglicht die Verwendung größerer Längen des Arbeitsbereichs des Gewindefräsers und größerer Längen des zu fräsenden Gewindes. Es kann bis zu einer Tiefenbegrenzung Gewinde gefräst werden. Da das Werkstück rotiert, entfällt eine Umlaufbewegung des Gewindefräsers. Die Zähne sind in den Gängen um die Fräserachse herum mit Steigung angeordnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich für das Fräsen von Außengewinde und für das Fräsen von Innengewinde gestalten. Das zu 1 ungleiche Drehzahlverhältnis beträgt z.B. 0,8 : 1 – 1,2 : 1, wobei es gleichgültig ist, welche der beiden Spindeln mit 1 angesetzt wird. Das zu 1 ungleiche Drehzahlverhältnis bleibt während des Fräsens des Gewindes konstant. Die Drehzahlen werden werkstückabhängig eingestellt und die Schnittgeschwindigkeiten sind wie bei der bekannten Vorrichtung. Dort wo der Gewindefräser in das Werkstück eingreift, bewegen sich der Gewindefräsen und das Werkstück gegenläufig.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn das zu 1 ungleiche Drehzahlverhältnis 0,95 : 1 – 1,05 : 1 ist. Dies ergibt eine feinere bzw. glattere Oberfläche des gefrästen Gewindes.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn den Gewindefräser-Arbeitsbereich an zimindest einem Ende mit einem Anschnitt versehen ist. Dieser Gewindefräser lässt sich nicht nur auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzen, sondern auch bei der bekannten ( CH 666 429 A5 ) Vorrichtung.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es noch, wenn die axiale Gegeneinander-Bewegung mindestens so groß ist wie die Steigung des zu erzeugenden Gewindes dividiert durch die Anzahl der um den Umfang des Arbeitsbereiches angeordneten Zähne. In der Regel ist die axiale Bewegung gleich dieser Strecke. Die axiale Bewegung ist dann auf das nötige Mindestmaß beschränkt.

Der Gewindefräser ist nun dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnprofil der Zähne des Arbeitsbereiches verschieden ist von dem Gewindeprofil des angegebenen Gewindes, indem es im Hinblick auf das angegebene Gewinde korrigiert (kompensiert) ist, und dass die Zähne unter Steigung angeordnet sind. Die Art und das Maß der Abweichung des Zahnprofils von dem zu erzeugenden Gewindeptofil ergeben sich aufgrund der Parallelität von Werkstückachse und Fräserachse durch die Steigung des zu fräsenden Gewindes.

Zur Erklärung der Profilkorrektur bzw. der Profilkompensation wird folgendes bemerkt: Der Fräser bzw. die das Gewinde erzeugenden Zähne des Fräsers dreht sich in einen Ebene, die nicht identisch mit der Ebene ist, die an jeder beliebigen infinitesimal kleinen Stelle parallel zum zu erzeugenden Werkstückprofil ist. Deshalb erfolgt auch keine identische Abbildung der im Normalschnitt (rechtwinkelig zur Steigung) betrachteten Fräser-Profil-Geometrie auf die Werkstück-Geometrie (im Normalschnitt). Vielmehr wird die Profil-Geometrie des Fräsers durch die Richtungsdifferenz der Wirkebenen in einen Projektion auf das Werkstück abgebildet. Um die gewollte Geometrie zu erhalten, muss die Fräser-Geometrie durch eine der Projektion in der Größe identi sche und in der Richtung entgegengesetzte Projektion von der Fräser-Profil-Geometrie abgeleitet werden. Somit erhalten Fräser und Werkstück jeweils im Normalschnitt betrachtet eine voneinander unterschiedliche Profil-Geometrie. Dabei wird die Fräser-Profil-Geometrie von der zu erzeugenden Werkstück-Profil-Geometrie und der sich aus der Lage der Wirkebenen ergebenden Abbildung ermittelt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Profil-Kompensation.

Der erfindungsgemäße Gewindefräser ist definiert durch die eigene Gestalt und zusätzliche Angaben, die am Gewindefräser selbst und/oder an einem Schriftstück, wie einer Verpackung des Gewindefräsers, einem Beipackzettel oder einem Prospekt, angegeben sind. Diese zusätzlichen Angaben umfassen das Gewindeprofil des zu fräsenden Gewindes, im Hinblick auf welches das Zahnprofil korrigiert ist, und den Hinweis, dass sich der Gewindefräser an einer Vorrichtung zum Gewindefräsen, die nur vier Achsen (also keine zusätzliche Kippachse) aufweist, verwenden lässt. Für den Gewindefräser gilt also, dass er für eine Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen bestimmt ist, die mit zwei zueinander parallelen Drehachsen und zwei Zustellungen ausgerüstet ist.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt

1 schematisch eine Seitenansicht mit Aufbruch einer Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen,

2 ein Werkstück und einen Gewindefräsen für die Vorrichtung gemäß 1, in einer ersten Stellung vor dem Gewindefräsen,

3 das Werkstück und den Gewindefräser gemäß 2, in einer zweiten Stellung nach dem Gewindefräsen,

4 das Werkstück und den Gewindefräser gemäß 2, in der ersten Stellung vor dem Gewindefräsen,

5 das Werkstück und den Gewindefräser gemäß 4, in einer Zwischenstellung bei nur teilweise gefrästen Gewinde,

6 das Werkstück und den Gewindefräser gemäß 4, in der zweiten Stellung nach dem Gewindefräsen,

7 im Schnitt ein zweites Werkstück und einen zweiten Gewindefräser für die Vorrichtung gemäß 1, in einer zweiten Stellung nach dem Gewindefräsen,

8 eine Seitenansicht der Darstellung in 7,

9 eine Draufsicht eines dritten Werkstücks und eines dritten Gewindefräsers für die Vorrichtung gemäß 1, in einer zweiten Stellung nach dem Gewindefräsen,

10 eine Seitenansicht der Darstellung in 9 und 11 ein Zahnprofil und ein zugehöriges Gewindeprofil.

Die Vorrichtung gemäß 1 weist an einer Werkstückspindel 1 eine Spanneinrichtung 2 auf, die ein Werkstück 3 hält. Es ist auch eine Fräserspindel 4 vorgesehen, die eine Spanneinrichtung 5 aufweist, die einen Gewindefräser 6 hält, der einen Arbeitsbereich 7 bildet. Mit dem Arbeitsbereich 7 wird an dem Werkstück 3 ein Gewinde 8 gefräst, wobei die Fräserspindel 4 eine radiale Bewegung 9 und eine axiale Bewegung 10 macht. Die Achse 11 der Werkstückspindel 1 und damit des Werkstücks 3 und die Achse 12 der Fräserspindel 4 und damit des Arbeitsbereiches 7 sind zueinander parallel. Der Arbeitsbereich 7 ist mit Zähnen 13 besetzt.
In der ersten Stellung gemäß 2 ist der Gewindefräser 6 relativ zum Werkstück 3 bzw. zu einem Streifen 14, in dem das Gewinde gefräst werden soll, positioniert. Der Gewindefräser 6 wird dann gleichzeitig um ein Maß 15 radial zugestellt und um ein Maß 16 axial zugestellt und gelangt so unmittelbar in die Stellung gemäß 3, in der in dem Streifen 14 das Gewinde 8 gefräst ist. Bei der Ausführungsform gemäß 4 – 6 wird der Gewindefräser 6 zunächst nur um das Maß 15 radial zugestellt und in die Zwischenstellung gemäß 5 gebracht. Sodann wird der Gewindefräser um das Maß 16 axial zugestellt und in die zweite Stellung gemäß 6 gebracht.
7 und 8 verdeutlichen nochmals das Werkstück 3 und den Gewindefräser 6 gemäß 2 und 3. Der Arbeitsbereich 7 des Gewindefräsers 6 ist an beiden Enden mit einem Anschnitt 17 versehen. Gemäß 8 rotiert das Werkstück 3 im Uhrzeigersinn 18 und der Gewindefräser 6 im Gegenuhrzeigersinn 19. Der Gewindefräser und das Werkstück bewegen sich dort, wo sie zusammenwirken, also gegenläufig. Während 1 – 8 die Verhältnisse für das Fräsen eines Innengewindes zeigen, zeigen 9 und 10 die Verhältnisse für das Fräsen eines Außengewindes.
Gemäß 11 wird zum Fräsen eines Gewindeprofils 18 des Gewindes 8 ein Zahnprofil 19 der Zähne 13 vorgesehen, dessen Verschiedenheit vom Gewindeprofil durch schraffierte Flächen 20 verdeutlicht ist.

Claims

Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Werkstückspindel ein Werkstück, an dem das Gewinde zu fräsen ist, trägt, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Fräserspindel einen Gewindefräser, der zum Fräsen des Gewindes einen Arbeitsbereich bildet, trägt, bei der die Werkstückspindel und die Fräserspindel mit ihren Drehachsen zueinander parallel sind und sich zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander axial bewegen, bei der der Gewindefräser im Arbeitsbereich Zähne aufweist, deren Zahnprofil im Hinblick auf das Gewindeprofil des zu fräsenden Gewindes ausgelegt ist, und bei der die axiale Gegeneinander-Bewegung von Werkstückspindel und Fräserspindel bei einem Drehzahlverhältnis≠ 1 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (1) und die Fräserspindel (4) zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander radial bewegt (9) werden und die zu/bei dem Gewindefräsen vorgesehene axiale Gegeneinander-Bewegung (10) kürzer als das Gewinde (8) ist, wobei zunächst die radiale Bewegung (9) bei einem Drehzahlverhältnis gleich 1 und davon gesondert dann die axiale Bewegung (10) erfolgt.
Vorrichtung zum Rotationsgewindefräsen, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Werkstückspindel ein Werkstück, an dem das Gewinde zu fräsen ist, trägt, bei der eine sich mit einer Drehzahl drehende Fräserspindel einen Gewin defräser, der zum Fräsen des Gewindes einen Arbeitsbereich bildet, trägt, bei der die Werkstückspindel und die Fräserspindel mit ihren Drehachsen zueinander parallel sind und sich zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander axial bewegen, bei der der Gewindefräser im Arbeitsbereich Zähne aufweist, deren Zahnprofil im Hinblick auf das Gewindeprofil des zu fräsenden Gewindes ausgelegt ist, und bei der die axiale Gegeneinander-Bewegung von Werkstückspindel und Fräserspindel bei einem Drehzahlverhältnis ≠ 1 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (1) und die Fräserspindel (4) zu/bei dem Gewindefräsen gegeneinander radial bewegt (9) werden und die zu/bei dem Gewindefräsen vorgesehene axiale Gegeneinander-Bewegung (10) kürzer als das Gewinde (8) ist, wobei die radiale Bewegung (9) und die axiale Bewegung (10) einander überlagernd gleichzeitig erfolgen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu 1 ungleiche Drehzahlverhältnis 0,8 : 1 bis 1,2 : 1 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu 1 ungleiche Drehzahlverhältnis 0,95 : 1 bis 1,05 : 1 ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Gegeneinander-Bewegung mindestens so groß ist, wie die Steigung des zu erzeugenden Gewindes (8) dividiert durch die Anzahl der um einen Umfang des Arbeitsbereiches (7) angeordneten Zähne (13).