JP7488888B2 - 方法、および、ねじ山を製造するための歯車ユニットを備える装置 - Google Patents
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Description
a)ねじ山を製造するために工具が使用される場合であって、
a1)工具が少なくとも1つのねじ切り領域を備え、
a2)ねじ切り領域が工具を通って延びる工具軸を中心として、所定のねじ山ピッチと製造されるねじ山の所定の巻き方向で走行し、
b)第1作業フェーズにおいて工具が作業動作でワークピースに移動されるものであり、
b1)作業動作は、工具軸を中心とする所定の回転方向の回転動作と、工具軸を中心とする工具の完全な1回転が所定のねじ山ピッチによる工具の軸方向の送り量に対応するように、ねじ切り領域のねじ山ピッチに応じて回転動作と同期された、工具の軸方向の前進方向における工具の軸方向の送り動作と、備え、
b2)ねじ山領域は、第1作業フェーズの間、ワークピースに、所定のねじ山ピッチで延びるねじ山の巻きを製造し、
c)工具は、第1作業フェーズに続く第2作業フェーズの間、減速動作(円周溝製造動作、アンダーカット動作)において反転点までワークピースの中にさらに移動され、
c1)減速動作の少なくとも一部の間、好ましくは減速動作の全体の間、完全な1回転に対する工具の軸方向の送り量は、ねじ山ピッチより量が小さく、反転点でゼロであり、
c2)工具のねじ切り領域が、減速動作の間に、少なくとも1つの、特に閉じた又は環状の周辺溝をワークピースに製造する、
方法が提供される。
作業動作の間、時間経過に伴う工具の回転動作の(実際の)回転速度は、前記回転速度が所定の(または制御背プログラムにおいてプログラムまたは入力された)最大回転速度で一定のままである第1平坦域を通過し、
減速動作の間、時間経過に伴う工具の回転動作の(実際の)回転速度が、回転速度が同じ所定の最大回転速度で一定のままである第2平坦域を通過し、
工具の回転動作の所定の最大回転速度は、ねじ切り領域における少なくとも57m/分、特に少なくとも85m/分の工具経路送り速度が得られるように少なくとも十分に大きく選ばれ、これはねじ直径6mmに対して少なくとも3,000rpm、特に少なくとも4,500rpmの最大回転速度に相当する、
方法を提供する。
工具は、作業動作および減速動作において機械駆動装置によって駆動され、機械駆動装置と工具との間に、回転動作のための変速ユニット、特に、所定のまたは決定可能な変速比を有する変速歯車ユニットが介在(または結合)されており、
変速比は機械駆動装置の回転速度と工具の回転速度との商に対応し、工具が機械駆動装置より少なくとも3倍早く回転するように最大で1:3であり、
機械駆動装置の回転動作の最大回転速度は、変速比と、工具における回転動作の所定の最大回転速度との積に相当し、機械駆動装置のプログラムにプログラムされている、
方法が提供される。
P=π・Dtan・δ
|T(φ)|=(P/360°)φ
ここで、Pはねじ山ピッチである。
P=360°|dT/dφ|
P=|dTi/dφ|
がプログラムまたは設定され、ここで、1≦i≦nのすべてのiに対して、
Pi+1<Pi
である。さらに、
Pi<P
すなわち、第2作業フェーズまたは減速動作ABの間の勾配は、第1作業フェーズの間のねじ山ピッチPよりも小さい。しかしながら、特に、本発明の一般性を制限することなく、Pi=P(n-1)/nであることが可能である。最後の値Pnは、一般に、値Piのうち最も小さい値であっても、常に0よりも大きい。
T(φ)=Ti-1-(Pi/360°)(φ-φi-1)
であり、ここで、1≦i≦nのすべてのiについての減速ステップSiにおいて、φ∈[φi-1,φi]に対して、T(φi-1)=Ti-1およびT(φi)=Tiを境界条件として適用している。
作業動作:
・侵入深さT=0で、ねじ山ピッチパラメータPを選択し、T=T0までこれを維持する。回転速度が設定される。
・T=T0で、ねじ山ピッチパラメータP1に変更し、T=T1までそれを維持する。
・1≦i≦nのすべてのiについて、T=Tiで、ねじ山ピッチパラメータPi+1に変更し、T=Ti+1までそれを維持する。
・T=Tnで、回転速度を0にする。
そして好ましくは、
反転動作:
・T=Tnで、設定された速度または回転速度で、軸方向の送り動作および回転動作を反転させ、ねじ山ピッチパラメータPnでそれぞれ反対方向に再開し、T=Tn-1までそれを維持する。
・1≦j≦n-1の降順インデックスとしてのすべてのjについて、T=Tjで、ねじ山ピッチパラメータPjに変更し、それをT=Tj-1まで維持する。
・T=T0で、ねじ山ピッチパラメータPを選択し、T=0までそれを維持する。
第3の変形例では、時間を入力パラメータとして事前決定することもでき、回転角度φ(t)および侵入深さT(f)の値は時間(t)との依存関係と、ピッチパラメータPとPiによる相互の依存関係から形成される。
これは、有効な工具の歯および切れ刃の高速で安定した速度に表れる。これにより、均一なチップの除去が可能になる。
3 ドリル領域
4 ねじ切り領域
5 タップ穴
6 ワークピース
8 タッピングおよびチップ除去歯
9 回転防止ユニット
10 コレット
11 クランプナット
12 出力軸(またはチャックヘッド)
13 インナーダクト
16 変速ユニット
20 作業領域
21 工具シャンク
25 分離溝
31,32 (主)ドリル切れ刃
33 ドリル先端
41,42 タッピング/ねじ切り歯
50 ねじ山の巻き
51,52,53 周辺溝
55 タッピングプロファイル
56 穿孔サブ領域
60 ワークピース表面
61,62,63,64 歯車
65 軸ボルト
67 接続ねじ
68 内歯
74 初期溝形成面
75 ねじ山切れ刃
81,82 歯のフランク
83 歯の隆起
84 ねじ山の溝形成面
85 ねじ山切れ刃
86 チップ除去切れ刃
88 チップ除去面
90 機械ロータ(または駆動軸、シャンク)
91 アダプタ
92 保持空間
96A,97A 軸受
97A,97B 軸受
99 移送管
100 ハウジング
101 再度ハウジング
102 フード
103 固定ボルト
104 接続部
105 ロック要素
106 外側要素
107 駆動軸
108 リング歯車
109 ロックソケット
111 停止面
112 突起
113 停止面
117 保持領域
118 案内部
119 バネ
127 中空シャンク
129 スナップリング
φ 回転角度
φG 回転角範囲
φL 最大回転角範囲
ΔT 侵入深さ範囲/最大侵入深さ
a 溝長さ
A 工具軸
AB 減速動作
b ねじ山ギャップ
B 軸
BB 加速動作
C ねじ山幅/有効なタッピングプロファイルのタッピングプロファイル幅
D ねじ山の外径
d コア穴直径
d’ 外径
EP 入口点
F1,F2 タッピング歯のプロファイルのフランク
GP,GP’ タッピング歯のプロファイル
K,K’ タッピング歯のプロファイルヘッド
M ねじ山の中心軸
n 回転速度
nmax 最大回転速度
nS スピンドルの回転速度
nW 工具の回転速度
P ねじ山のピッチ
P1~P10 ピッパラメータ/ピッチ値
RB 反転/後進動作
RD 後進回転方向
RF1,RF2 チップ除去プロファイルフランク
RK,RK’ チップ除去プロファイルヘッド
RP,RP’ チップ除去プロファイル
Si、S1~S10 減速ステップ
T 侵入深さ/軸方向の送り量
TG ねじ山ピッチ/ねじ山長さ
TL 総深さ/穴深さ/軸方向寸法
Tmax 最大侵入深さ
UP 反転点
VB 前進動作
VB 前進回転方向
W 巻き方向
ZA 中心軸
Claims (21)
- ワークピースに所定のねじ山ピッチを有するねじ山を製造する方法であって、
a)ねじ山を製造するために工具が使用される場合であって、
a1)前記工具が少なくとも1つのねじ切り領域(4)を備え、
a2)前記ねじ切り領域(4)が前記工具を通って延びる工具軸(A)を中心として、所定のねじ山ピッチ(P)と製造されるねじ山(50)の所定の巻き方向(W)で走行し、
b)第1作業フェーズにおいて前記工具が作業動作で前記ワークピースに移動されるものであり、
b1)前記作業動作は、工具軸(A)を中心とする所定の回転方向の回転動作と、前記工具軸を中心とする前記工具の完全な1回転が所定のねじ山ピッチによる前記工具の軸方向の送り量に対応するように、前記ねじ切り領域のねじ山ピッチに応じて前記回転動作と同期された、前記工具の軸方向の前進方向(VB)における前記工具の軸方向の送り動作と、備え、
b2)前記ねじ切り領域は、第1作業フェーズの間、前記ワークピースに、所定のねじ山ピッチで延びるねじ山の巻きを製造し、
c)前記工具は、前記第1作業フェーズに続く第2作業フェーズの間、減速動作(AB)において反転点(UP)までワークピースの中にさらに移動され、
c1)減速動作の少なくとも一部の間、好ましくは減速動作の全体の間、完全な1回転に対する前記工具の軸方向の送り量は、ねじ山ピッチより量が小さく、反転点でゼロであり、
c2)前記工具のねじ切り領域が、前記減速動作の間に、少なくとも1つの、特に閉じた又は環状の周辺溝(51、52、53)を前記ワークピースに製造し、
d)前記作業動作の間、時間経過に伴う前記工具の前記回転動作の回転速度は、前記回転速度が所定の最大回転速度(nmax)で一定のままである第1平坦域を通過し、
e)前記減速動作の間、時間経過に伴う前記工具の前記回転動作の実際の回転速度が、回転速度が同じ所定の最大回転速度(nmax)で一定のままである第2平坦域を通過し、
f)前記工具の前記回転動作の前記所定の最大回転速度は、ねじ切り領域における少なくとも57m/分、特に少なくとも85m/分の周速度が得られるように選ばれる、
方法。 - ねじ直径6mmの場合、前記最大回転速度は、少なくとも3,000rpm、特に少なくとも4,500rpmが選ばれる、請求項1に記載の方法。
- 前記回転速度が前記最大回転速度を下回る中間の時間区間(Δt2)が、前記第1平坦域の時間区間(Δt1)と前記第2平坦域の時間区間(Δt3)の間に位置する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記中間の時間区間(Δt2)の区間長さと、前記第2平坦域の時間区間(Δt3)の区間長さとの比(Δt2/Δt3)が0.5~2.4の範囲内である、請求項3に記載の方法。
- 前記第2平坦域の時間区間(Δt3)の区間長さが、0.01秒~0.25秒、特に0.02秒~0.13秒の範囲内にあるように選ばれ、および/または、前記中間の時間区間(Δt2)の区間長さが、0.05秒~0.15秒、特に0.06秒~0.10秒にあるように選ばれる請求項3または4に記載の方法。
- 前記ねじ切り領域で達成される最大周速度が、57m/分~189m/分、特に85m/分~132m/分の範囲内にある、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 前記最大回転速度は、前記第1作業フェーズもしくは前記作業動作の開始時、あるいは前記工具の前記ワークピースにへの入口点で既に到達している、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- ワークピースに所定のねじ山を有するねじ山を製造するための、特に請求項1から7のいずれかに記載の、方法であって、
a)ねじ山を製造するために工具が使用される場合であって、
a1)前記工具が少なくとも1つのねじ切り領域(4)を備え、
a2)前記ねじ切り領域(4)が前記工具を通って延びる工具軸(A)を中心として、所定のねじ山ピッチ(P)と製造されるねじ山(50)の所定の巻き方向(W)で走行し、
b)第1作業フェーズにおいて前記工具が作業動作で前記ワークピースに移動されるものであり、
b1)前記作業動作は、工具軸(A)を中心とする所定の回転方向の回転動作と、前記工具軸を中心とする前記工具の完全な1回転が所定のねじ山ピッチによる前記工具の軸方向の送り量に対応するように、前記ねじ切り領域のねじ山ピッチに応じて前記回転動作と同期された、前記工具の軸方向の前進方向(VB)における前記工具の軸方向の送り動作と、備え、
b2)前記ねじ切り領域は、第1作業フェーズの間、前記ワークピースに、所定のねじ山ピッチで延びるねじ山の巻きを製造し、
c)前記工具は、前記第1作業フェーズに続く第2作業フェーズの間、減速動作(ABB)において反転点(UP)までワークピースの中にさらに移動され、
c1)減速動作の少なくとも一部の間、好ましくは減速動作の全体の間、完全な1回転に対する前記工具の軸方向の送り量は、ねじ山ピッチより量が小さく、反転点でゼロであり、
c2)前記工具のねじ切り領域が、前記減速動作の間に、少なくとも1つの、特に閉じた又は環状の周辺溝(51、52、53)を前記ワークピースに製造し、
d)前記工具は、前記作業動作および前記減速動作において機械駆動装置によって駆動され、前記機械駆動装置と前記工具との間に、前記回転動作のための変速ユニット、特に、所定のまたは決定可能な変速比を有する変速歯車ユニットが介在(または結合)されており、
e)前記変速比は前記機械駆動装置の前記回転速度と前記工具の前記回転速度との商に対応し、最大で1:3であり、
f)前記機械駆動装置の前記回転動作の最大回転速度は、変速比と、前記工具における前記回転動作の前記所定の最大回転速度との積に相当し、前記機械駆動装置のプログラムにプログラムされている、
方法。 - 変速比が一般に1:3と1:10との間、特に1:4と1:8との間、好ましくは1:4と1:5との間で選択される、請求項8に記載の方法。
- 前記ねじ切り領域が、製造される前記ねじ山のタッピングプロファイルに対応する有効なプロファイルを有し、および/または、前記ねじ切り領域が少なくとも1つのタッピング歯(41,42,8)、好ましくは2つのタッピング歯を有し、当該または少なくとも1つのタッピング歯が前記減速動作中に少なくとも1つの、特に閉じた又は環状の円周溝または周辺溝を前記ワークピースに製造する、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記第2作業フェーズの少なくとも大部分または前記第2作業フェーズの全体の間、前記工具が前記第1作業フェーズにおける前記作業動作の間と同じ前進方向に移動される、および/または、前記減速動作が前記減速動作と同じ回転方向の回転動作を備える、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 前記回転動作の前記回転速度が反転点でゼロであり、および/または、前記減速動作中の前記工具の軸方向の送り量の全体または累積がねじ山ピッチの0.1倍~2倍の間で選ばれる、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 前記減速動作の間、前記軸方向の送り動作は、前記工具の前記軸方向の送り量と回転角度との間の、予め記憶された固有の関係、特に関数または関数の関数のシーケンスにしたがって、前記工具の前記回転動作の回転角度に応じて制御される、請求項1から12のいずれかに記載の方法。
- 前記減速動作の間、複数の連続する減速ステップにおいて、前記工具の前記軸方向の送り量と回転角度との間の相互に異なる関係、特に関数が選択または設定される、請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 複数の減速ステップの間、前記軸方向の進入深さまたは前記軸方向の送り量に関して回転角度の線形関数が選択され、および/または、ピッチ、すなわち回転角度に対する前記軸方向の進入深さまたは前記軸方向の送り量の微分が、これらの減速ステップのそれぞれにおいて一定であり、かつある減速ステップから次の減速ステップへと量が減少するように設定される、請求項14に記載の方法。
- ねじ切りプロセスのためのNCコマンド、例えばG33パス条件が、ねじ山のねじ山ピッチで用いられ、複数の減速ステップにおいて、ねじ切りプロセスのためのNCコマンド、好ましくは同じコマンド、例えばG33パス条件が、同様にねじ山ピッチパラメータとしてそれぞれの一定のピッチとともに用いられる、請求項15に記載の方法。
- 複数の減速ステップの間、前記軸方向の侵入深さまたは前記軸方向の送り量は、回転角度の、特に3次の、スプライン関数であり、および/または、連続する減速ステップの異なる関数が連続し、微分可能な関数の場合、好ましくは連続的に微分可能に結合されている、請求項14から16のいずれかに記載の方法。
- 特に平滑化ステップの間、前記軸方向の送り量は、回転角度のサブ区間における加速動作の間、ゼロであり、および/または、前記作業動作の前記前進方向と反対方向である後進方向における回転角度のサブ区間で行われる、請求項1から17のいずれかに記載の方法。
- 前記反転点に到達した後、前記工具の反転動作が、前記工具を前記ワークピースの外に移動させる手段によって開始され、この反転動作は、前記工具の前記ねじ切り領域が製造された前記ねじ山の巻きに戻って案内される第1反転フェーズと、前記ねじ切り領域が前記ワークピースの前記ねじ山の巻きを通って外に案内される第2反転フェーズと、を備え、この反転動作は好ましくは、反対の回転方向および反対の送り量を有する前記作業動作および前記減速動作に関して対称であり、および/または、前記第1反転フェーズにおける前記反転動作は、好ましくは、前記第2作業フェーズの間の前記減速動作におけるように、同じ量の、しかし回転方向および送り方向において反転した、特に前記工具の前記軸方向の送り量と回転角度との間の関数、または一連の関数を用いて制御され、任意選択で、存在する場合には、平滑化ステップを省略または短縮しうる、請求項1から18のいずれかに記載の方法。
- 前記反転動作中に、タッピングおよびチップ除去歯(8)が、異物、特にチップまたはチップ根をねじ山から除去し、特に前記ワークピース表面、特に前記ねじ山の内部を滑らかにすることもでき、および/または特にチップ除去手順の間に前記ねじ山の巻きの内壁からの隙間が生じないようにする、請求項19に記載の方法。
- a)工具はさらに、ドリル領域(3)を備え、
b)前記第1作業フェーズにおける作業動作の間に、前記工具の前記ドリル領域が前記ワークピースにコア穴を製造し、前記ねじ切り領域が前記ドリル領域によって製造された前記コア穴の内壁に、所定のネジピッチで延びるねじ山の巻きを製造し、前記ドリル領域および前記ねじ切り領域は、好ましくは移動に関して互いに剛性的に結合され、互いに対する相対位置を変えることなく一緒に前記作業動作を実行し、および/または、前記ドリル領域は、好ましくは、前記ねじ切り領域よりもさらに前方、特に前端または自由端に位置する領域に配置され、および/または、前記ねじ切り領域は、前記ドリル領域よりも前記工具軸に対してさらに半径方向外側に突出している、請求項1から20のいずれかに記載の方法。
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