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Verfahren zum Herstellen von Gewinden und Gewinderollkopf
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gewinden mit
einem Gewinderollkopf und einen Gewinderollkopf zur Durchführung des Verfahrens.
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Voraussetzung für das Herstellen qualitativ einwandfreier Gewinde
mit Hilfe des Gewinderollens und für eine lange Lebensdauer der Rollwerkzeuge ist
ein störungsfreier Ablauf des Rollvorganges Beim Einsatz von Gewinderollwerkzeugen,
insbesondere auf mehrspindligen Drehautomaten oder sonstigen Rollautomaten ist jedoch
in nicht vorhersehbaren Abständen mit gewissen Störungen zu rechnen.
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Eine wesentliche Störgröße bildet die Veränderung des Vordrehdurchmessers.
Eine solche Veränderung ist aufgrund einer Abnutzung des Drehstahls unvermeidbar,
denn mit der Anzahl vorgedrehter Werkstücke wächst auch der Verschleiß des Drehstahls
und damit steigt gleichzeitig der Vordrehdurchmesser
an. Da der
Vordrehdurchmesser des mit einem Gewinde zu versehenden Werkstückes Einfluß hat
auf die erzielten Abmaße des fertig gerollten Gewindes, ist die Überwachung dieses
Störeinflußes von großer Bedeutung, damit der Drehstahl in bestimmten zeitlichen
Abständen nachgestellt bzwo erneuert wird0 Ein Nachstellen des Drehstahles sollte
jedoch unter Ausnutzung größtmöglicher Standzeit des Drehstahles, doh.
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erst dann erfolgen, wenn der Vordrehdurchmesser auf einen Wert gewachsen
ist, der gerade noch die Herstellung eines toleranzhaltigen Gewindes ermöglicht0
Der geeignete Zeitpunkt für eine Nachstellung des Drehstahles ist für das Bedienungspersonal
nicht einfach festzustellen, zumal es oft mehrere Drehautomaten gleichzeitig zu
überwachen hat und damit nicht fortlaufend jeden einzelnen Rollvorgang kontrollieren
kann. in der Regel stellt deshalb das Bedienungspersonal aus Sicherheitsgründen
den Drehstahl zu früh nach, so daß die Standzeit nicht vollständig ausgenutzt wird
und eine Einbuße an Wirtschaftlichkeit in Kauf genommen wird. Stellt andererseits
jedoch das Bedienungspersonal den Drehstahl zu spät nach, so muß möglicherweise
mit zwei Folgeerscheinungen gerechnet werden, denn im einen, noch günstigen Fall
wird eine Reihe von Ausschußgewinden produziert. im anderen, ungünstigen Fall wird
durch das übermäßige Ansteigen des Vordrehdurchmessers eine sehr große Umformkraft
erforderlich bei der Herstellung des Gewindes, die zum vorzeitigen Standzeitende
der Gewinderollen oder gar zum Bruch des Rollkopfes zu führen vermag.
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Eine weitere Störgröße des Gewinderollprozesses kann durch Späne bedingt
werden0 Dabei handelt es sich um Späne, die Während des Vordrehens oder während
anderer spanender Bearbeitungsgänge im Drehautomaten anfallen und zufällig in den
Rollkopf gelangen. Durch diese Späne können sich übermäßige Umformkräfte ergeben,
die ebenfalls zu einer vorzeitigen Zerstörung von Gewinderollen und Gewinderollkopf
führen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Rollen
von Gewinden zu schaffen, durch das jegliche maßgebliche Störgrößen rechtzeitig
zu erkennen sind im Hinblick auf das Herstellen toleranzhaltiger Gewinde unter Ausnutzung
größtmöglicher Werkzeugstandzeiten, mit dem Ziel, dadurch auch die Wirtschaftlichkeit
des Gewinderollens zu verbessern. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen daß eine
beim Rollen des Werkstückes am Gewinderollkopf auftretende Kraft elektronisch gemessen
und das Maximum und/oder das Minimum des Kraftverlaufes mit vorgegebenen, einstellbaren
Grenzwerten verglichen wird.
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Diese Lösung geht aus von Ergebnissen wissenschaftlicher Untersuchungen
der beim Gewinderollen auftretenden Verhältnisse, die nachstehend zum besseren Verständnis
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert sind.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: einen Tangentialgewinderollkopf in
der Seitenansicht
Fig2: den Gewinderollkopf in der Vorderansicht,
Fig.3: zwei Diagramme der Axialkraft beim Tangential-Gewinderollens Fig.4: vier
Diagramme der Axialkraftverläufe, Fig0 5: zwei Diagramme zum Flankendurchmesser,
Fig0 6: zwei Diagramme zum Vordrehdurchmesser, Fig.7: einen Tangentialgewinderollkopf
mit elektronischer Meßeinrichtung und Datenverarbeitungseinrichtung.
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Jede Art von Störeinflüssen beim Gewinderollen beeinflußt die Umformkräfte,
die bei der Herstellung eines Gewindes auf einem zu bearbeitenden Werkstück aufzubringen
sind0 Dabei handelt es sich um Kräfte, die in drei Koordinatenrichtungen wirken.
Und zwar sind dies die Axialkraft FA, die Radialkraft FR sowie die Tangentialkraft
FT.
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Entsprechend den Figuren 1 und 2 wirkt die Axialkraft FA senkrecht
zu der Vorschubrichtung "u" des Tangentialgewinderollkopfes in Richtung der Achse
des zu bearbeitenden Werkstückes 1.
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Die Radialkraft FR wirkt radial auf die Gewinderollen 2. Die Tangentialkraft
FT wirkt entgegen der Vorschubrichtung "u" auf die Gewinderollen 2.
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Bedingt durch die Kinematik des Rollens, die im wesentlichen durch
die Veränderung des Werkstückdurchmessers während des Rollvorganges gekennzeichnet
ist, besitzen die Kräften einen von verschiedenen Parametern abhängigen Verlauf.
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Die Figur 3 zeigten Arbeitszyklus eines Gewinderollvorganges, der
sich aus dem Vorlauf des Rollkopfes, seinem Verharren sowie dem Rücklauf des Rollkopfes
zusammensetzt. Während des Arbeitsvorschubes Av findet die eigentliche Umformung
bzw. Gestaltung des Gewindes statt. Während dieser Umformung treten die verschiedenen
Kraftkomponenten auf. Ein möglicher Axialkraftverlauf während der Umformung ergibt
sich aus Figur 3b. In diesem Fall hat die Axialkraft einen wellenförmigen Verlauf,
Sie nimmt zunächst positive Werte an, sinkt dann im zweiten Teil des Umformprozesses
auf ein negatives Maximum der Axialkraft ab, um am Ende des Rollvorganges wieder
den Wert Null zu erreichens Andere mögliche Axialkraftverläufe ergeben sich je nach
der Geometrie der Gewinderolle bzw. nach dem Vordrehdurchmesser.
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So können die Kräfte während eines Umformprozesses ausschließlich
positiv sein entsprechend Fig. 4a oder ausschließlich negativ entsprechend Fig.
4bo Daneben sind Kraftverläufe möglich, die vom Positiven ins Negative wechseln
entsprechend der Darstellung in den Figuren 4c und 4do Weitere Untersuchungen des
Verlaufes der Radialkraft sowie der Tangentialkraft haben ergeben, daß sich die
Axialkraft von diesen beiden genannten Kraftkomponenten wesentlich dadurch
unterscheidet,
daß sie empfindlicher auf jegliche Störgröße reagiert0 beim Gewinderollen mit einem
Tangentialrollkopf.
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Insbesondere besitzt sie eine wesentlich größere Verstärkerwirkung.
Ändert sich beispielsweise der Vordrehdurchmesser und damit auch der Flanken durchmesser
des erzeugten Gewindes von einem minimal zulässigen Wert d2 min auf einen maximal
zulässigen Wert d2 max entsprechend der Figur 5a, so steigt die ermittelte Kraft
von einem Minimalwert Fmin auf einen min Maximalwert FmaxO Die Differenz dieser
beiden Kraftkomponenten Radialkraft einerseits und Tangentialkraft andererseits,
d.ho die Verstärkung V ist relativ gering. Die Axialkraft dagegen reagiert bei Veränderung
des Flankendurchmessers um die Toleranzbreite wesentlich empfindlicher, wie Figur
5b zeigt, Die Verstärkung V ist hier um ein Vielfaches größer als bei den beiden
anderen Kraftkomponenten und zeigt damit jede Veränderung innerhalb der nur wenige
zehntel Millimeter betragenden Durchmessertoleranz zuverlässig an. Dieser Zusammenhang
gilt jedoch für das Tangentialgewinderollen.
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Der Zusammenhang zwischen dem Vordrehdurchmesser und dem erreichbaren
Flankendurchmesser ergibt sich aus Figur 6a. Daneben besteht ein Zusammenhang zwischen
dem Vordrehdurchmesser und auftretender Axialkraft entsprechend Figur 6bo Steigt
der Vordrehdurchmesser von dv min auf den maximal zulässigen Wert d max" so steigt
auch die Axialkraft von FA min auf den Maximalwert FA max0 Dabei ist FA min als
unterer Grenzwert und FA max
als oberer Grenzwert zu betrachten.
Kräfte, die innerhalb dieser Grenzwerte liegen, signalisieren, daß das erzeugte
Gewinde auch innerhalb der Toleranz gefertigt wurde. Ein Werkstück mit dem Vordrehdurchmesser
d liegt beispielsweise innerhalb der geforderten ToleranzbreiteO Ist der Vordrehdurchmesser
jedoch kleiner als dv min oder größer als d max so liegen die erzeugten Gewinde
außerhalb der Toleranz v max, und sind dem Ausschuß zuzurechnen. Vorteilhaft ist
es deshalb, wenn sowohl beim Unterschreiten der Minimalkraft wie auch beim Überschreiten
der Maximalkraft während des Rollens eines Gewindes Signale ausgelöst werden, die
das Bedienungspersonal alarmieren oder die Maschine selbstätig abschalten, denn
wird der eingestellte Minimum-Grenzwert unterschritten, so hat das Werkstück nicht
einen ausreichend großen Durchmesser, wird hingegen der eingestellte Maximum-Grenzwert
überschritten, so ist der Durchmesser des Werkstückes und die Belastung des Gewinderollkopfes
zu groß.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechend Figur 7
sind auf dem Rollkopfhalter 4 eines Tangentialgewinderollkopfes 3 mit Gewinderollen
2 zum Herstellen eines Gewindes auf einem Werkstück 1 Dehnungsmeßstreifen 6 befestigt,.,
die in einer Brückenschaltung liegen. Mit ihnen wird die auftretende Axialkraft
gemessen. Die Axialkraft bewirkt nämlich eine Biegung innerhalb des Rollkopfhalters
4, deren kraftproportionale Dehnung über einen Meßverstärker 7 einem Präzisionsgleichrichter
8 zugeleitet wird. Mittels des Gleichrichters 8 lassen sich negative
Kraftsignale,
wie sie beispielsweise in Figur 4b wiedergegeben sind, in positive Signale umwandeln.
Ausschlaggebend für die Bewertung sind nämlich nicht positive oder negative Kraftsignale
sondern lediglich die Maximalwerte der Axialkräfte0 Vom Gleichrichter 8 wird das
Signal dem Rechner 9 zugeleitetS der im Sinne eines Vergleichers arbeitet. An diesen
Vergleicher bzw. Rechner ist ein Grenzwertgeber 10 angeschlossen, mit dem eine Grenzwerteinstellung
erfolgen kann. Der einzustellende Grenzwert ist abhängig von der Gewindeabmessung,
von der Rollengeometrie sowie von Werkstoffeigenschaften und muß demzufolge dem
jeweilig vorliegenden Bearbeitungsfall angepaßt sein. Zusätzlich ermöglicht ein
Tendenzanzeiger 11 dem Bedienungspersonal zu beurteilen, wie weit der momentane
Wert des Vordrehdurchmessers bzwo der Axialkraft von den zulässigen Grenzewerten
entfernt liegt. Dafür kann die Tendenzanzeige beispielsweise aus einem Leuchtband
bestehen.
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Leuchtet in einem solchen Fall beispielsweise eine bestimmte Länge
des Bandes auf, so liegt der momentane Meßwert innerhalb der Toleranzbreite. Leuchtet
das Leuchtband nicht, so ist der momentane Meßwert unterhalb der unteren Toleranzgrenze.
Leuchtet das gesamte Leuchtband in voller Länge, so ist die obere Toleranzgrenze
erreicht. Unabhängig davon kann beispielsweise bei Bedarf auch das Meßsignal auf
einen Schreiber gegeben werden0 Dies kann erfolgen über den Signalausgang 12, wenn
an einen solchen ein Schreiber angeschlossen wird. Unabhängig davon kann beim Überschreiten
einer Toleranzgrenze eine Blinkleuchte 13 eingeschaltet werden0 Weiterhin ist eine
Kopplung mit dem Antriebsmotor der Maschine möglich, der bei einem Überschreiten
oder Unterschreiten
der Grenzwerte stillgesetzt wird. Dies kann
erfolgen über externe Anschlüsse 14 oder 150 Dafür ist auch als weitere Möglichkeit
die Verarbeitung des Signales innerhalb eines Regelkreises denkbar, der mit einem
automatischen Vorschub des Drehstahles zusammenhängt0 Das kann dahingehend erfolgen,
daß bei Überschreitung des oberen Grenzwertes der Drehstahl so lange nachgestellt
wird, bis der untere Grenzwert erreicht ist.
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An die Ausgänge 14,. 15 kann auch bei Bedarf ein Drucker angeschlossen
werden, der die ermittelten Werte protokolliert und somit einen Beleg erstellt.
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Bedingt durch das besondere Verhalten der Axialkraft beim Tangentialgewinderollen
ist das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung besonders geeignet für
Tangentialgewinderollen, Denkbar ist jedoch auch eine Kontrolleinrichtung in ähnlicher
Form für das Axial- und Radialgewinderollen. Dafür könnten dann andere Kräfte wie
die Radialkraft als Meßgröße Verwendung finden.
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Grundsätzlich ist es möglich, beim Rollen von Gewinden den gemessenen
Maximumwert des Kraftverlaufes mit einem ersten einstellbaren Grenzwert zu vergleichen
und außerdem das gemessene Minimum des Kraftverlaufes mit einem weiteren Grenzwert
zu vergleichen. Darauf ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch nicht beschränkt.
Statt dessen kann auch nur ein Vergleich erfolgen,
beispielsweise
des gemessenen Maximums mit einem Grenzwert, um einerseits die Qualität des Werkstückes
insoweit sicherzustellen, daß keine Werkstücke mit zu großen Durchmessern hergestellt
werden,und außerdem den Gewinderollkopf gegen eine zu hohe Belastung zu schützen.
Wird andererseits jedoch statt dessen lediglich das Minimum des Kraftverlaufes mit
einem Grenzwert verglichen, so kann dadurch ein höherer Ausschuß an Werkstücken
vermieden werden, nämlich von solchen Werkstücken, die einen zu kleinen Durchmesser
haben.