DE3922707A1 - Verfahren zum herstellen von gewindebohrungen und werkzeug zur ausuebung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen mit einem kombinierten Bohr- und Gewin­ defräswerkzeug mit folgenden bekannten Verfahrensschrit­ ten:

• - Anfahren des Werkzeuges an das Werkstück;
• - Bohren oder Aufbohren des Kernloches sowie gegebe­ nenfalls Ansenken des Kernlochrandes;
• - Fräsen des Gewindes durch seitliches Versetzen des Bohr-Gewindefräsers und schraubenförmiges Bewegen dieses Werkzeuges um die Bohrungsmittelachse.

Die Erfindung betrifft des weiteren Werkzeuge zur Aus­ führung dieses Verfahrens.

Verfahren der genannten Art sind beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 36 27 798 beschrieben. Sie haben den Vorzug, mit einem einzigen, hochpräzisen Kombinationswerkzeug sowohl die Kernbohrung in das Werk­ stück einbringen zu können bzw. dort bereits vorhandene Bohrungen auf Sollmaß erweitern zu können als auch nach­ träglich das erforderliche Gewinde einzufräsen, ohne daß ein zeitraubender Werkzeugwechsel erforderlich wä­ re. Hinzu kommt noch, daß die erwähnten Kombinations­ werkzeuge insgesamt preiswerter herzustellen sind als die Summe der sonst erforderlichen Einzelwerkzeuge.

Das vorbekannte Bearbeitungsverfahren hat indes immer noch den Nachteil, daß die beiden Arbeitsschritte "Boh­ ren des Kernloches" und "Fräsen des Gewindes" durch eine zusätzliche Werkzeugrückbewegung um wenigstens eine Gewindesteigung ergänzt werden müssen. Diese Rück­ bewegung verzögert naturgemäß die weitere zügige Bear­ beitung des Werkstückes, was sich in der Serienferti­ gung zu erheblichen Totzeiten aufaddiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekann­ ten Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen mit einem kombinierten Bohr- und Gewindefräswerkzeug weiter­ zuentwickeln, um eine noch zügigere Bearbeitung zu ge­ währleisten und auch um mit einfacher aufgebauten Werk­ zeugen eine größere Anzahl zum Teil auch unterschiedli­ cher Gewindebohrungen zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das kombinierte Bohr- und Gewindefräswerkzeug nach Errei­ chen der tiefsten Kernlochbohrstellung ohne Zurückzie­ hen des Werkzeuges in Richtung quer zur Längsachse seit­ lich versetzt und schraubenförmig um die Bohrungslängs­ achse nach außen bewegt wird. Dabei wird vorzugsweise so vorgegangen, daß das kombinierte Bohr- und Gewindefräswerkzeug nach Erreichen der tiefsten Kernlochbohrstellung mit einer Steigung von einem Gewindegang pro 360° schraubenförmig um die Bohrungslängsachse nach außen bewegt wird, wobei

• - bei Werkzeugen mit nur einem Fräskranz die Anzahl der Umläufe gleich der Anzahl der Gewindegänge ist und
• - bei Werkzeugen, deren Zähnezahl mindestens der An­ zahl der Gewindegänge entspricht, mit nur einem Umlauf des Werkzeuges gearbeitet wird.

Der Wegverlauf, auf dem das Werkzeug aus der tiefsten Kernlochstellung seitlich versetzt wird, ist beliebig. Vorzugsweise wird aber das Werkzeug längs einer nicht- linearen Kurve seitlich versetzt, um es auf diese Weise sanft in die Sollstellung einzufahren. Der wesentliche, sich im Verfahren niederschlagende Arbeitsschritt be­ steht also darin, daß auf das sonst erforderliche Zu­ rückziehen des Werkzeuges aus der tiefsten Bohrlochstel­ lung verzichtet wird und daß das Werkzeug sogleich aus dieser tiefsten Stellung seitlich in die Fräsposition verfahren wird. Alle bisher zwangsläufig sich ergeben­ den Totzeiten, die zum Anhalten und Umsteuern der Werk­ zeugmaschine erforderlich waren, entfallen somit, so­ daß es zu erheblichen Verkürzungen der Gesamt-Bearbei­ tungszeit kommt.

Ausgehend von dem erwähnten Grundgedanken kann der Ge­ windefräsvorgang auch in zwei Zyklen ausgeführt werden, wobei zunächst in an sich bekannter Weise ein Schrupp­ vorgang und anschließend ein Schlichtvorgang durchge­ führt wird. Die dazu erforderlichen Spezialwerkzeuge werden weiter unten im einzelnen erläutert.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, mit einem einzigen Werkzeug verschiedene Gewin­ dedurchmesser herzustellen. Hierzu ist ein hinterschlif­ fenes Werkzeug mit nur einem oder mehreren Gewindefräs­ kränzen erforderlich, welche ebenfalls weiter unten be­ schrieben wird.

Erhält man beim Einsatz von Werkzeugen der nachfolgend beschriebenen Art oder auch der vorbekannten Werkzeuge konische Gewinde, so kann man dies durch eine entspre­ chend gewählte Gegen-Konizität der Werkzeuge kompensie­ ren.

Schließlich kann man den Fräsvorgang in Schruppen und Schlichten unterteilen. Man kann hierzu Werkzeuge mit Vorschneidezähnen einsetzen. Der Schnittdruck läßt sich auch durch den Einsatz von Werkzeugen reduzieren, bei denen Kern und Gewinde von verschiedenen Schneiden ge­ fräst werden oder bei denen der Fräserteil ausgesetzte Zähne aufweist. Schließlich kann man den Schnittdruck bei der seitlichen Bewegung durch Reduzierung des schrägstehenden Anteiles der Stirnschneiden verringern.

Im Rahmen der Erfindung werden verschiedene Werkzeuge zur Durchführung des erwähnten Verfahrens vorgeschla­ gen. In Übereinstimmung mit bekannten Werkzeugen sind auch diese Werkzeuge mit einem Arbeitskopf und einem daran anschließenden Einspannschaft ausgerüstet. Der Arbeitskopf weist Stirnschneiden für die Herstellung des Kernloches auf, wenigstens einen Kranz von Gewindefräszähnen sowie gegebenenfalls eine weitere Schneide zum Einsenken des Kernlochrandes. Die Werkzeuge sind in einer Ausführungsform zunächst dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschneiden unmittelbar in die Radialschneiden übergehen. Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß das Werkzeug mehrere Kränze von Gewindefräszähnen aufweist, wobei der erste Kranz einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die nachgeordneten Kränze. Bei einer anderen Ausführungsform ist es so, daß das Werkzeug mehrere Kränze von Gewindefräszähnen hat, deren erster Kranz dem Gewindeprofil nicht vollständig entspricht, sondern beispielsweise etwas breiter ist. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Stirnschneiden leicht nachzuschleifen.

Des weiteren wird ein Werkzeug zur Durchführung des oben erwähnten Verfahrens vorgeschlagen, mit einem Ar­ beitskopf und einem daran anschließenden Einspann­ schaft, wobei der Arbeitskopf Stirnschneiden für die Herstellung des Kernloches sowie kranzförmig angeordne­ te Gewindefräszähne aufweist. Die Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschneiden in einen längsachsparallelen Fräsbereich übergehen, an den sich ein Kranz von Gewindefräszähnen anschließt. Eine andere Ausführungsform geht vom gleichen Stande der Technik aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschnei­ den unmittelbar in einen Kranz von Gewindefräszähnen übergehen, an den sich ein längsachsparalleler Fräsbe­ reich anschließt oder eine Kombination aus diesen bei­ den Ausführungsformen. Die unterschiedlichen Einsatzge­ biete dieser Ausführungsformen werden am Schluß der Zeichnungsbeschreibung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1-7 eine grundsätzliche prinzipielle Schritt­ folge bei der Arbeit mit einem kombinier­ ten Bohr- und Gewindeschneidwerkzeug mit mehreren Schneidkränzen;

Fig. 8-12 die Darstellung einer Schrittfolge mit einkränzigem Werkzeug;

Fig. 13 die vergrößerte Wiedergabe einer Werk­ zeugausführung mit unterschiedlichen Fräskranzdurchmessern;

Fig. 14 die vergrößerte Wiedergabe einer Werk­ zeugausführung mit unterschiedlichen Fräskranzdurchmessern und ausgesetzten Fräszähnen;

Fig. 15, 16 und 17 schematische Wiedergabe der Seitenan­ sicht von Kombinationswerkzeugen zum Her­ stellen unterschiedlich dimensionierter Gewindeabmessungen, gleiche Steigung vorausgesetzt.

In der Zeichnung ist das zu bearbeitende Werkstück je­ weils mit (1) bezeichnet. Der Bearbeitungsprozeß be­ ginnt damit, daß das Werkstück in bekannter Weise in die Bearbeitungsmaschine eingespannt wird und das Bear­ beitungswerkzeug (2) an die Oberfläche des Werkstückes herangefahren wird.

Das Bearbeitungswerkzeug besteht aus einem Arbeitskopf (3) mit daran anschließendem Einspannschaft (4). Der Arbeitskopf (3) weist Stirnschneiden (5) für die Her­ stellung des Kernloches (6) auf, welche im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel unmittelbar in Radialschneiden (7) übergehen. Diese Radialschneiden werden beim Einboh­ ren des Kernloches (6) nicht benötigt; sie dienen bei einem späteren Arbeitsgang zum Fräsen der Gewindegänge. Bei dem in den Fig. 1-7 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind die Radialschneiden in mehreren Kränzen (8) übereinander angeordnet.

Das dargestellte Kombinationswerkzeug weist des weite­ ren noch eine Schneide (9) zum Ansenken des Kernloch­ randes (10) sowie eine in diesem Fall längsachsparallel angeordnete Späneabführnut (11) auf.

Die Fig. 1-7 zeigen folgende Arbeitspositionen:

Fig. 1 Anfahren des Werkzeuges (2) an das Werk­ stück (1);

Fig. 2 Einbohren des Kernloches (6); das Kernloch ist zu etwa Dreiviertel fertiggestellt;

Fig. 3 Einsenken des Kernlochrandes (10) mittels der Schneide (9); das Kernloch (6) ist jetzt fertiggestellt;

Fig. 4 seitliches Ausfahren des Bearbeitungswerk­ zeuges (2) um den Betrag (b). Das Werkzeug wird seitlich verschoben, ohne vorher ganz oder teilweise aus dem Kernloch zurückgezo­ gen worden zu sein. Das Werkzeug dreht sich dabei fortwährend um seine Längsachse, so daß die Stirnschneiden (5) die Basis des Kernloches erweitern;

Fig. 5 Fräsen des Gewindes durch eine einzige Umdrehung des Werkzeuges um die Längsachse des Kernloches; alle Gewindegänge werden dabei gleichzeitig gefräst;

Fig. 6 Zurückfahren des Werkzeuges zur Mittenachse der Bohrung;

Fig. 7 Zurückziehen des Werkzeuges aus dem ferti­ gen Gewinde.

In den Fig. 8-12 ist die Bearbeitungsfolge unter Verwen­ dung einer anderen Ausführungsform des Bearbeitungswerk­ zeuges (2) wiedergegeben. Gleiche Gegenstände sind da­ bei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auch dieses Bearbeitungswerkzeug (2) weist einen Einspannschaft (4) auf, der am unteren Ende in einen Arbeitskopf (3) über­ geht. Der Arbeitskopf (3) ist mit Stirnschneiden (5) ausgerüstet, die zum Einbohren des Kernloches (6) die­ nen. lm Gegensatz zum Bearbeitungswerkzeug (2) gemäß den Fig. 1-7 weist das Bearbeitungswerkzeug gemäß den Fig. 8-12 nur einen einzigen Kranz (8) von Radialschnei­ den (7) auf.

Die in den Fig. 8-12 schematisch dargestellten Arbeits­ schritte sind folgende:

Fig. 8 Anfahren des Bearbeitungswerkzeuges (2) an das Werkstück (1);

Fig. 9 Einbohren des Kernloches (6); das Werkzeug (2) ist an seiner tiefsten Stelle ange­ langt;

Fig. 10 seitliches Verschieben des Bearbeitungswerk­ zeuges um den Betrag (b) bei gleichzeitiger Rotation des Werkzeuges um seine Längs­ achse;

Fig. 11 schraubenförmiges Hochfahren des Bearbei­ tungswerkzeuges (2) unter gleichzeitiger fortwährender Rotation; Einschneiden der Ge­ windegänge (12);

Fig. 12 das Bearbeitungswerkzeug (2) ist am oberen Rande des nun mit Gewindegängen (12) ausge­ statteten Kernloches (6) angelangt; als letztes wird der Kernlochrand (10) ange­ senkt.

In Fig. 13 ist eine Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Bearbeitungswerkzeuges vergrößert wiedergegeben. Es ist erkennbar und durch die Projektionslinien (13) deutlich gemacht, daß der in Arbeitsrichtung erste Kranz (8) einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die nachfolgenden Kränze.

In Fig. 14 ist eine Werkzeugausführung schematisch wiedergegeben, welche unterschiedliche Fräskranzdurch­ messer und außerdem ausgesetzte Fräszähne aufweist.

ln den Fig. 15 und 16 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeuges darge­ stellt. Beim Werkzeug gemäß Fig. 15 wird während des Gewindefräsvorganges zuerst das Gewinde und dann mit Hilfe des längsachsparallelen Fräsbereiches (14) der Kern nachgefräst. Bei dem Werkzeug gemäß Fig. 16 ist es umgekehrt. Mit diesem Werkzeug wird zuerst der Kern und dann das Gewinde gefräst. Je nach Dimensionierung der Zonen (14) kann man nur den Kern verarbeiten oder auch eine Spanaufteilung beim Gewindefräsen erzielen.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 17 darge­ stellt. Es handelt sich um eine Kombination der Ausfüh­ rungsform gemäß den Fig. 15 und 16.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Gewindebohrungen mit einem kombinierten Bohr- und Gewindefräswerkzeug mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Anfahren des Werkzeuges an das Werkstück;
• - Bohren oder Aufbohren des Kernloches sowie gegebe­ nenfalls Einsenken des Kernlochrandes;
• - Einfräsen des Gewindes durch seitliches Versetzen des Gewindefräsers und schraubenförmiges Bewegen dieses Werkzeuges um die Bohrungslängsachse,

dadurch gekennzeichnet, daß das kombinierte Bohr- und Gewindefräswerkzeug (2) nach Erreichen der tiefsten Kernlochbohrstellung ohne Zurückziehen des Werkzeuges in Richtung quer zur Längsachse seitlich versetzt und schraubenförmig um die Bohrungslängsachse nach außen bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kombinierte Bohr- und Gewindefräswerkzeug (2) nach Erreichen der tiefsten Kernlochbohrstellung und nach seitlichem Versetzen mit einer Steigung von einem Gewindegang pro 360° schraubenförmig um die Bohrungslängsachse nach außen bewegt wird, wobei

• - bei Werkzeugen mit nur einem Fräskranz die Anzahl der Umläufe gleich der Anzahl der Gewindegänge ist und
• - bei Werkzeugen, deren Zähnezahl mindestens der Anzahl der Gewindegänge entspricht mit nur einem Umlauf des Werkzeuges gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug aus der tiefsten Kernlochstellung längs einer nicht-linearen Kurve seitlich versetzt wird.

4. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Arbeitskopf und einem daran anschließenden Einspannschaft, wobei der Arbeitskopf Stirnschneiden für die Herstel­ lung des Kernloches, wenigstens einen Kranz von Ge­ windefräszähnen sowie gegebenenfalls Schneiden zum Ansenken des Kernlochrandes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschneiden (5) unmittelbar in die Radial­ schneiden (7) übergehen.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mehrere Kränze (8) von Gewindefräs­ zähnen aufweist, wobei der erste Kranz (8) einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die nachge­ ordneten Kränze (8).

6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mehrere Kränze (8) von Gewindefräs­ zähnen aufweist, deren erster Kranz (8) dem Gewinde­ profil nicht vollständig entspricht, sondern bei­ spielsweise etwas breiter ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug nur einen Kranz (8) von Gewindefräs­ zähnen aufweist.

8. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Arbeitskopf und einem daran anschließenden Einspannschaft, wobei der Arbeitskopf Stirnschneiden für die Herstel­ lung des Kernloches sowie kranzförmig angeordnete Ge­ windeschneidzähne aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschneiden (5) in einen längsachsparal­ lelen Fräsbereich (14) übergehen, an den sich ein Kranz (8) von Gewindefräszähnen anschließt.

9. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Arbeitskopf und einem daran anschließenden Einspannschaft, wobei der Arbeitskopf Stirnschneiden für die Herstel­ lung des Kernloches sowie kranzförmig angeordnete Ge­ windefräszähne aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschneiden (5) unmittelbar in einen Kranz (8) von Gewindefräszähnen übergehen, an den sich ein längsachsparalleler Fräsbereich (14) an­ schließt.