DE2528389A1

DE2528389A1 - Verfahren und vorrichtung zum fraesen von gewinden

Info

Publication number: DE2528389A1
Application number: DE19752528389
Authority: DE
Inventors: Gunnar Dahlin
Original assignee: AUTOMATINDUSTRIER I GAEVLE AB
Current assignee: AUTOMATINDUSTRIER I GAEVLE AB
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1976-01-15
Also published as: US4034646A; SE7408398L; SE402412B

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-lng. Wolff
H. Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng. Held
Dipl.-Phys. Wolff

Reg.-Nr. 124 716 Unsere Ref.: 482033ria

D - 7 Stuttgart 1, Lange StraBe

Tel. (0711) 29 63 10 u. 29 72

Telex 07 22312 (patwod) Telegrammadresse:

tlx 07 22312 wolff Stuttgart PA Dr. Brandes: Sitz München Postscheckkonto Stgt. 7211-700 Deutsche Bank AG, Stgt. 14/28630 Bürozeit:

9-11.30 Uhr, 13.30-16 Uhr außer samstags

23. Juni 1975

Automatindustrier i Gävle AB, Gävle, Schweden

Verfahren und Vorrichtung zum Fräsen von Gewinden

509883/0376 Telefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen von Gewinden, bei dem ein Werkstück und ein Fräswerkzeug in Drehbewegung versetzt werden und bei dem dem Werkstück und/oder Fräswerkzeug eine Vorschubbewegung vermittelt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung von mehrgängigen, mehrere Gewindeeingänge aufweisenden Gewinden .

Beim Gewindefräsen sind mehrere Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen jedoch der Nachteil auftritt, daß bei der Herstellung von Gewinden mit mehreren Gewindeeingängen jede Gewinderille einzeln durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden muß, wobei gewöhnlich eine Gewinderille nach der anderen gefräst wird. Dadurch ergibt sich eine lange Bearbeitungszeit für jedes einzelne Werkstück, und es sind komplizierte Einrichtungen erforderlich, mittels denen das Werkstück so verdreht werden kann, daß der Abstand zwischen den Gewinderillen genau dem Sollwert entspricht.

Außerdem sind bereits für das Fräsen von Profilen,beispielsweise von hexagonalen oder quadratischen Profilen und dergleichen (also nicht für das Gewindefräs en) _| Fräsmaschinen bekannt, die zwei'drehbare parallele Spindeln besitzen, von denen eine das zu bearbeitende Werkstück aufnimmt und die andere mit dem Fräskopf versehen ist. Die Drehbewegung dieser beiden Spindeln steht zueinander in solcher Beziehung» daß ein ganzzahliges Verhältnis zwischen den Drehzahlen der beiden Spindeln erhalten wird. Daher durchläuft das Werkstück solche Stellungen, daß es, wenn es mit den Schneiden des Fräswerkzeugs in Berührung kommt, längs der gleichen Erzeugenden bearbeitet wird. - - So wird beispielsweise, wenn die Drehzahl des Fräskopfs sechsmal höher ist als die Drehzahl des Werkstücks und wenn der Fräskopf zwei gleiche, diametral angeordnete Schneiden besitzt, das Werkstück zu einem

509883/0376

•3.

dreieckigen Querschnitt gefräst.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Prinzipien des Polygon-Fräsverfahrens vorteilhaft für Zwecke des Gewindefr äsens zur Anwendung zu bringen.

Durch die Erfindung soll ein Fräsverfahren der in Rede stehenden Art geschaffen werden, das nicht nur die Herstellung von Gewinden mit hoher Genauigkeit auf wirtschaftliche Weise ermöglicht, sondern mittels dessen auch beim Fräsen von mehrgängigen Gewinden sämtliche Gewinderillen in einem Arbeitsgang gefräst werden können.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück und das Fräswerkzeug mit zueinander in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Drehzahlen angetrieben werden und daß der Drehbewegung des Werkstücks oder des Fräswerkzeugs eine von der Vorschubbewegung von Werkstück bzw. Fräswerkzeug gesteuerte, zusätzliche Drehbewegung überlagert wird. Dadurch, daß auf diese Weise bei dem Werkstück oder dem Fräswerkzeug eine Geschwindigkeitsabweichung gegenüber dem ganzzahligen Drehzahlverhältnis hervorgerufen wird, bewegen sich diejenigen Stellen, die die Schneidkante das Werkstück beaufschlagt, schrittweise längs des ümfangs des Werkstücks. Da.darüberhinaus diese

ist

Geschwindigkeitsabweichung vorschubabhängig/, also abhängig vom Vorschub des Werkstücks, wenn der Vorschub werkstückseitig vorgenommen wird, oder abhängig vom Vorschub des Fräswerkzeugs, wenn der Vorschub seitens der Frässpindel durchgeführt wird, wird erreicht, daß eine schraubenförmige Nut oder eine Gewinderille in dem Werkstück hervorgerufen wird.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Steigung des Gewindegangs oder der Gewindegänge lediglich durch die Leitspindel bestimmt wird und somit völlig unabhängig ist von den absoluten Drehzahlen von Frässpindel und werkstückseitiger

509883/0376

Spindel ebenso wie von der absoluten Bewegungsgeschwindigkeit der Leitspindel.Daher kann:j.auf einfache Weise die Gewindesteigung durch Auswechseln der Leitspindel und des derselben zugeordneten Gewindeeinsatzes der Hauptspindel geändert werden. Das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der Spindeln und die Anzahl der Schneiden der Frässpindel bestimmen dabei die Anzahl der Gewindeeingänge (Mehrgängigkeit des Gewindes). Die verschiedenen Gewindedurchmesser hängen ausschließlich von der Gestaltung der Schneiden und dem Abstand zwischen den Spindeln ab, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Durchmesserwerte ganz genau auf gewünschte Sollwerte unabhängig von den anderen Versteil-Parametern einzustellen.

Das Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks und der Drehzahl der Spindeln ist jedoch bestimmend für die Oberflächenfeinheit der Gewinde, d.h. die Oberflächenfeinheit hängt davon ab, in welch enger Folge die Schneiden der Frässpindel nacheinander das Werkstück spanabhebend beaufschlagen. Da die Steigung des Gewindes ausschließlich durch die Leitspindel bestimmt wird, läßt sich der Sollwert der Steigung mit hoher Genauigkeit erreichen, und da sämtliche Gewinderillen durch Spanabhebung mittels einer einzigen Schneide erzeugt werden können, lassen sich völlig identische Gewinde herstellen. Da außerdem die Lageahordnung jeder Gewinderille längs der Achse des Werkstücks durch das übersetzungsverhältnis zwischen Frässpindel und Hauptspindel bestimmt wird, läßt sich auch in diesem Punkt eine hohe Genauigkeit erreichen, ohne daß komplizierte Teilvorrichtungen für die Erreichung genauer Symmetrie erforderlich wären. Darüberhinaus ermöglicht es die Erfindung sämtliche Gewinderillen, wenn es sich um mehrgängige Gewinde handelt, in einem einzigen Arbeitsgang zu fräsen, so daß keine Wiederholung des Fräsvorgangs erforderlich ist und dementsprechend eine große Einsparung an Bearbeitungszeit erzielt wird.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 3 angegebenen Merk- '

509883/0376

ζ .

malen gelöst.

Vorzugsweise sind Frässpindel und Hauptspindel relativ zueinander in der Weise geneigt angeordnet, daß die Schneiden der Frässpindel beim Verspanungsvorgang am Arbeitspunkt sich parallel zu den Gewinderillen bewegen. Auf diese Weise wird eine sehr hohe Oberflächengüte erhalten, insbesondere an den Gewindeflanken. Außerdem können auf diese Weise scharfe Gewindeprofile hergestellt werden, insbesondere bei Gewinden mit einer großen Steigung.

Die für die Bewegung der Leitspindel erforderliche Kraft oder Gegenkraft wird entweder in Form einer rotierenden Antriebskraft oder in Form einer translatorischen Druckkraft zugeführt. Vorzugsweise wirkt eine Rotations-Antriebskraft mit kleiner Steigung und eine translatorisehe Druckkraft mit einer großen Steigung auf die Leitspindel ein. Es ist auch möglich, die die Leitspindel steuernde Kraft so einzustellen, daß durch diese Kraft sowohl eine geeignete Vorschubgeschwindigkeit beim Fräsvorgang erzeugt als auch die Leitspindel betätigt wird. Auf diese Weise wird eine einfache Überwachungsmöglichkeit für die Schärfe und Genauigkeit der Schneiden beim Fräsvorgang geschaffen.

Bei einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung ist es auch möglich, konische Gewinde zu fräsen, indem die Spindeln relativ zueinander in einem anderen Winkel eingestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen teils abgebrochen gezeichneten Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen des hier zu beschreibenden Verfahrens, und

Fig. 2 eine abgebrochen gezeichnete Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

S09883/0376

• G-

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine Hauptspindel 6 für ein Werkstück 8 und eine horizontale Frässpindel 2 auf, die an ihrer Vorderseite mit einer Schneide 1 versehen ist. Die Frässpindel 2 ist in einem Träger 3 gelagert, der zur Symmetrieachse der Frässpindel orthogonal verschiebbar an einem horizonalen Supporttisch 4 gelagert ist. Die Hauptspindel 6 ist in einem Ständer 5 vor der Frässpindel in der Weise drehbar gelagert, daß die horizontalen Projektionen der Achsen der Frässpindel 2 und der Hauptspindel 6 zueinander parallel verlaufen. Der Ständer 5 ist am Supporttisch 4 befestigt. Die Hauptspindel 6 ist relativ zu dem horizontalen Supporttisch geneigt und etwas tiefer angeordnet als die Frässpindel 2. Die Hauptspindel 6 ist an ihrem vorderen, der Frässpindel 2 zugekehrten Ende mit einem Werkstückträger 9 versehen, an dem das Werkstück 8 fest angebracht ist. Der Werkstückträger 9 ist konzentrisch in der Hauptspindel 6 gelagert und an seinem hinteren Teil mit einem Leit-Schraubengewinde, hier Leitspindel 17 genannt, versehen.

Im Interesse der Vereinfachung und der Verbesserung der Obersichtlichkeit sind diejenigen Vorrichtungsteile nicht dargestellt, die erforderlich sind, um Frässpindel 2 und Hauptspindel 6 in Drehung zu versetzen.

Damit durch die am Werkstückträger 9 ausgebildete Leitspindel 17 dem Werkstück 8 eine Drehung mit gewünschter Bewegungsphase sowie eine Vorschubbewegung erteilt werden kann, wird dem Werkstückträger 9 eine Drehbewegung (relativ zur Drehbewegung der Hauptspindel 6) mittels eines hydraulisch betätigten Rotations-Antriebs erteilt, der in der Hauptspindel 6 angeordnet ist. Dieser Antrieb weist einen Hydraulikzylinder 14 auf, der am hinteren Ende der Hauptspindel 6 angeordnet und mit geeigneten Anschlüssen versehen ist. Innerhalb des Hydraulikzylinders 14 ist ein Kolben 11 bewegbar angeordnet. Der Kolben 11 ist mit einer sich nach vorn erstreckenden Schubstange 10 versehen, die an ihrem von dem Kolben abgekehrten Ende einen geringeren Durchmesser aufweist und mit diesem verjüngten Ende .über eine Keil-

509883/0376

nutverzahnung mit dem Werkstückträger 9 drehfest verbunden, jedoch relativ zu diesem verschiebbar ist. Die Schubstange 10 ist mit einem Stift 16 versehen, der in einer schraubenförmigen Nut 18 in einem mit der Hauptspindel 6 verbundenen und auch zur Führung der Schubstange 10 dienenden Zylinder 13 angeordnet ist. Wenn sich der Kolben 11 in seiner hintersten Stellung befindet, befindet sich der Stift 16 am hinteren Ende der Nut 18 und das mit der Keilnutverzahnung versehene verjüngte Ende der Schubstange 10 ist am weitesten aus dem Werkstückträger 9 heraus zurückgezogen, der hierbei mit seiner Leitspindel 17 am weitesten in die Hauptspindel 6 hineingeschraubt ist.

Wenn die Vorrichtung zur Gewindeherstellung eingesetzt wird, beginnt der Arbeitsgang aus der oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausgangsstellung. Frässpindel und Hauptspindel drehen sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der gleichen Richtung, so daß ein Gegenläuf-Fräsvorgang durchgeführt werden kann, wobei sich die Frässpindel 2 beispielsweise mit der vierfachen Drehzahl der Hauptspindel 6 dreht. Da beim gezeigten Beispiel die Frässpindel 2 lediglich eine Schneide besitzt, werden somit vier Gewindeeingänge erhalten. Wird der Kolben 11 mit hydraulischer Druckkraft am Beginn des Arbeitsgangs beaufschlagt, und zwar in der Weise, daß die hydraulische Druckkraft auf das hintere Ende des Kolbens wirkt, dann wird die Schubstange 10 nach vorn geschoben, wobei die Schubstange 10 gleichzeitig zwangsmäßig in eine schraubenartige Drehung/versetzt wird, da der Stift 16 in der Nut 18 des Zylinders 13 geführt ist. Diese Drehung der Schubstange 10 wird über die Keilnutverzahnung auf den Werkstückträger 9 übertragen. Wenn der Werkstückträger 9 auf diese Weise zwangsmäßig in Drehung versetzt wird, bewirkt die Leitspindel 17, daß der Werkstückträger 9 und das auf diesem befestigte Werkstück 8 gleichzeitig eine Vorschubbewegung gegen die Frässpindel 2 hin durchführen, wobei diese Vorschubbewegung der anfänglich erwähnten Bewegung von Frässpindel und Hauptspindel überlagert ist. Die Geschwindigkeit dieser Vorschub- und Drehbewegung ist so gewählt, daß die gewünschten Werte beim Fräsvorgang erhalten werden. Wenn

509883/0376

2528383

Sich der Kolben 11 längs der gesamten Ausdehnung des Hydraulikzylinders 14 bewegt hat, hat auch die Leitspindel17 ihre kombinierte Vorschub- und Drehbewegung durchgeführt und der Fräsvorgang des Werkstücks ist abgeschlossen.

In Fällen ,wo die Steigung der Leitspindel sehr groß werden muß, ist es natürlich auch möglich, vorteilhafterweise die Schubstange ohne Keilnutverzahnung direkt im Werkstückträger anzubringen, so daß in direkter Kraftübertragung die Bewegung in Form einer Axialkraft anstatt in Form einer Rotations-Antriebskraft von der Schubstange auf den Werkstückträger übertragen wird.

Es ist natürlich auch möglich, speziell bei langen Gewinden, den Vorschub und die überlagerte Drehbewegung seitens der Frässpindel vorzunehmen. Auch kann Gleichlauffräsen ebenso wie das beim Ausführungsbeispiel gezeigte Gegenlauffräsen durchgeführt werden ,und es ist auch möglich, Innengewinde zu fräsen.

509883/0376

Claims

Patentansprüche

f 1)^Verfahren zum Fräsen von Gewinden, bei dem ein Werkstück und ein Fräswerkzeug in Drehbwegung versetzt werden und bei dem dem Werkstück und/oder Fräswerkzeug eine Vorschubbewegung vermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück und das Fräswerkzeug mit zueinander in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Drehzahlen angetrieben werden und daß der Drehbewegung des Werkstücks oder des Fräswerkzeugs eine von der Vorschubbewegung von Werkstück bzw. Fräswerkzeug gesteuerte, zusätzliche Drehbewegung überlagert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Werkstücks relativ zur Drehachse des Fräswerkzeugs geneigt angeordnet wird, so daß die Schneide oder die Schneiden des Fräswerkzeugs beim Fräsvorgang parallel zu der Gewinderille oder den Gewinderillen bewegt wird bzw. werden.
3) Vorrichtung zum Fräsen von Gewinden gemäß dem Verfahren nach Anspruch ljt^foder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Getriebe vorgesehen ist, mittels dessen das Werkstück (8) und das Fräswerkzeug (1) mit zueinander in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Drehzahlen antreibbar sind_;und daß ein zweites Getriebe (10,16,17,18) vorhanden ist, mittels dessen dem Werkstück (8) oder dem Fräswerkzeug (1) eine überlagerte zusätzliche, vorschubabhängige Drehbwegung erteilbar ist.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Getriebe eine Frässpindel (2) und eine werkstuckseitige Hauptspindel (6) mit zueinander in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Drehzahlen antreibt, daß das Werkstück (8) an einem Werkstückträger (9) starr angebracht ist, daß das zweite Getriebe eine am Werkstückträger (9) ausgebildete Leitspindel (17) , die mit der Hauptspindel (6) in Gewinde-

509883/0376

eingriff steht, aufweist und daß der Werkstückträger (9) für eine durch das Gewinde der Leitspindel (17) bewirkte Vorschubbewegung relativ zur Hauptspindel (6 ) drehbar ist.
5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung auf den Werkstückträger (9) über eine Stange (10) übertragen wird, die im Werkstückträger (9) verschiebbar gelagert, mit diesem jedoch drehfest verbunden ist.
6) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung auf den Werkstückträger (9) mittels einer Stange übertragen wird, die im Werkstückträger drehbar, jedoch unverschiebbar gelagert ist.
7) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (10) einen sich radial erstreckenden Stift (16) aufweist, der in einer schraubenförmigen Nut (18) in der Hauptspindel (6) geführt ist, so daß bei einer axial verlaufenden, z.B. mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens (11) erfolgenden, Verschiebebewegung der Stange (10) eine Drehbewegung derselben relativ zur Hauptspindel (6) erzeugt wird, so daß der Werkstückträger (9) innerhalb der Hauptspindel (6) verdreht wird.

509883/0376