Herstellung von Innengewinden

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1 Herstellung von Innengewinden 1/10 Seit langem werden Gewinde als ideales Mittel für lösbare Verbindungen verwendet und unterschiedlichste Herstellungsverfahren und Fertigungsmethoden haben sich seit dem etabliert. Nicht nur die Einführung von CNC- Werkzeugmaschinen, sondern auch die Weiterentwicklung der Werkzeuge haben einen entscheidende Anteil an den heutigen Verfahren. Siemens hat zusammen mit EMUGE eine Übersicht der Herstellungsverfahren, deren Anwendungen und die Realisierung der Gewindezyklen in der Steuerung zusammengestellt.

2 2/10 2/10 Inhaltsverzeichnis Herstellung von Innengewinden... 1 Verfahren für die Herstellung von Innengewinden... 2 Gewindebohren - Verfahren für alle Fälle... 3 Gewindefurchen - Spanlos zum Ziel... 4 Gewindefräsen Präzision und Produktivität... 5 Gewindezyklen mit SINUMERIK ShopMill und ShopTurn... 7 Zyklus für Gewindebohren/-furchen... 7 Zyklus für Gewindefräsen... 8 Zyklus für Bohrgewindefräsen... 8 Einfache Programmierung mit Hilfe von Positionsmuster... 9 Informationen im Internet Verfahren für die Herstellung von Innengewinden Grundsätzlich können Innengewinde spanend oder spanlos hergestellt werden. Dabei werden die Verfahren Gewindeschneiden, Gewindefurchen (Gewindeformen) und Gewindefräsen unterschieden. Beim Gewindebohren werden Gewinde in vorgebohrte Löcher mit Gewindebohrern von Hand oder maschinell geschnitten. Dieses Verfahren ist für fast alle Einsatzgebiete und Werkstoffe verwendbar. Zur spanlosen, maschinellen Herstellung von Normalgewinden werden Gewindefurcher (Gewindeformer) verwendet. Anders als beim Gewindebohren entsteht das Gewinde nicht durch Ausschneiden von Material sonder durch Kaltverformung. Das Material wird in das gewünschte Profil gedrückt, ohne den Faserverlauf des Innengewindes zu unterbrechen. Aus diesem Grund ist der Durchmesser des vorgebohrten Loches größer als beim Gewindebohren, da beim Gewindefurchen die Gewindeflanken "geformt" werden. Mit der Entwicklung von computergesteuerten Werkzeugmaschinen wurde das Gewindefräsen als weiteres Verfahren eingeführt. Durch gezielte Überlagerung der Kreis- und Vorschubbewegung des Fräswerkzeugs mit dessen Eigendrehung, wird der Gewindegang in die Bohrung gefräst und eignet sich daher auch für dünnwandige Werkstücke und hohe Oberflächengüte.

3 3/10 3/10 Gewindebohren - Verfahren für alle Fälle Der Klassiker unter den Herstellungsverfahren überzeugt noch heute durch sein breites Einsatzgebiet auch auf einfachen Maschinen. Der Materialabtrag erfolgt stufenförmig in einem kontinuierlichen Schnitt und eignet sich für alle Werkstoffe unter einer Härte von 60 HRC. Im Bild ist eine Auswahl der Gewindebohrer von EMUGE dargestellt. Verfahrensmerkmale: spanendes Verfahren für die Innenbearbeitung kontinuierlicher Schnitt Materialabtrag durch stufenförmiges Aufeinanderfolgen der Schneiden geeignet für alle Werkstoffe (Ausnahme: Werkstoffe>60HRC) Schneidstoff ist in den meisten Fällen HSS-E (Schnellarbeitsstahl mit Kobalt legiert) Spanbildung nicht sichtbar für jeden Bearbeitungsfall ein angepasstes Werkzeug Voraussetzungen: in der Regel axiales Ausgleichsfutter erforderlich Vorteile breites Einsatzgebiet Einsatz auf einfachen Maschinen möglich einfacher Aufbau der Werkzeuge nachschleifbare Werkzeuge Nachteile Spanprobleme bei tiefen Gewinden Gefahr des axialen Verschneidens (Vorweite) der Gewinde Umschalten der Werkzeugspindel beim Rückzug (Ausnahme: Schneidapparat)

4 4/10 4/10 Gewindefurchen - Spanlos zum Ziel In dem spanlosen Verfahren wird das Gewinde durch einen stufenförmigen Umformprozess erzeugt und erreicht durch die Kaltverformung erhöhte statische und dynamische Festigkeit bei sehr guter Oberflächengüte. Besonders bei dünnen Werkstoffen wie z. B. Blechen findet das Verfahren häufig Verwendung. Im Bild ist eine Auswahl der Gewindefurcher der Serie InnoForm von EMUGE dargestellt. Verfahrensmerkmale: spanloses Verfahren stufenförmiger Umformprozess Innenbearbeitung Erzeugen der Gewindekontur durch Verdrängen des Materials Werkzeugwerkstoff ist in den meisten Fällen HSS-E Voraussetzungen: Werkstoffe mit einer Festigkeit < 1200 N/mm2 und einer Bruchdehnung von > 8% in der Regel axiales Ausgleichsfutter erforderlich größerer Kernloch-/Vorbohrdurchmesser erforderlich erweiterte Kerndurchmesser-Toleranz des gefurchten Innengewindes nach DIN13-50 zulässig Vorteile Einsatz auf einfachen Maschinen möglich höhere Umfangsgeschwindigkeiten möglich erhöhte statische und dynamische Festigkeit des Gewindes kein axiales Verschneiden (Vorweite) der Gewinde keine Spanprobleme für größere Gewindetiefen geeignet

5 5/10 5/10 größere Werkzeugbruchsicherheit höhere Standzeiten gegenüber Gewindebohrern hohe Oberflächenqualität Nachteile enge Toleranz des Vorbohrdurchmessers erforderlich Drehmoment bis zum doppelten Schnittmoment eines Gewindebohrers z. Zt. noch hochwertiger Schmierstoff erforderlich Materialaufwurf an Ein- und Auslauf des Gewindes keine Nachschärfarbeiten möglich unvollständig ausgeformter Gewindekern Gewindefräsen Präzision und Produktivität Das Gewindefräsen eignet sich für fast alle Werkstoffe und bietet die größte Flexibilität und Produktivität aller Verfahren. Durch den Fräsvorgang werden die Gewindeflanken sauber bearbeitet und garantieren daher höchste Präzision. Im Bild ist eine Auswahl der Gewindefräser von EMUGE dargestellt. Verfahrensmerkmale: spanendes Verfahren unterbrochener Schnitt Innen- und Außenbearbeitung Möglichkeit der Bohrungs- und Gewindeherstellung in einer Bearbeitung (Bohrgewindefräser, Zirkularbohrgewindefräser) geeignet für nahezu alle Werkstoffe Schneidstoffe sind vorwiegend Hartmetall, zunehmend PKD (Polykristalliner Diamant)

6 6/10 6/10 Voraussetzungen: 3-Achsen-CNC-Steuerung solide Werkzeug- und Werkstückspannung stabile Fräsmaschine bezogen auf herzustellende Abmessung des Gewindes Vorteile nahezu durchmesserunabhängiges Arbeiten in Abmessung und Toleranz ein Werkzeug für Rechts- und Linksgewinde keine Spanprobleme kein Umschalten der Werkzeugspindel kein axiales Verschneiden (Vorweiten) der Gewinde geringer Schnittdruck auch bei dünnwandigen Werkstücken saubere Gewindeflanken Gewindetiefe bis zum Bohrungsgrund einfache Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe ein Werkzeug für Grund- und Durchgangsloch Einsparung von Werkzeugplätzen kein Steigungsverzug kurze Hauptzeiten durch hohe Schnittgeschwindigkeit und Vorschub bei konischen Gewinden keine Spanwurzelreste hohe Positionsgenauigkeit bei Werkzeugbruch problemloses Entfernen des Werkzeugs aus dem Werkstück Nachteile je nach Werkzeugtyp Gewindetiefen nur bis ca.3 x Gewindedurchmesser Fräserdurchmesser maximal 2/3 x Gewindedurchmesser oder Einsatz von profilkorrigierten Werkzeugen Profilabweichungen bei kleinem Gewindeprofilwinkel und grober Steigung wie z. B. bei Trapez-, Sägen- und Rundgewinden

7 7/10 7/10 Gewindezyklen mit SINUMERIK ShopMill und ShopTurn Gerade beim Gewindebohren und fräsen müssen viele Technologiewerte berücksichtigt werden. Bei freier Programmierung können daher Fehler entstehen. Mit den Gewinde-Zyklen von ShopTurn und ShopMill ist die Programmierung einfach und schnell durchzuführen. Zyklen sind vorgefertigte Technologieunterprogramme, mit denen bestimmte Bearbeitungsvorgänge wie zum Beispiel das Gewindebohren realisiert werden können. Bei der Programmierung werden daher nur die notwendigen Parameter des Zyklus mit Werten versehen. Diese Werte werden übersichtlich mit einer Beschreibung und einem Hilfebild in einem Dialog dargestellt. Während der Eingabe werden die Werte auf Konsistenz geprüft und bei fehlerhaften oder fehlenden Werten wird eine Fehlermeldung angezeigt. Erst wenn der Zyklus fehlerfrei programmiert ist, kann der Dialog mit Übernahme bestätigt werden. Zyklus für Gewindebohren/-furchen Für das Gewindebohren/-furchen steht ein gemeinsamer Zyklus zur Verfügung. Dieser berücksichtigt sowohl die Anforderungen beim Bohren wie auch beim Furchen. Grundsätzlich werden bei jedem Zyklus das Werkzeug und dann die Schnittgeschwindigkeit gewählt. Die Angabe der Steigung kann praxisgerecht in mm/u bzw. inch/u o- der für exotische Gewinde in MODUL und Gänge/" eingetragen werden. Die verfahrensspezifischen Parameter berücksichtigen individuelle Eigenschaften der Herstellungsverfahren, z. B. ob das Gewinde auf einen Schnitt (für Gewindefurchen) oder mit Spänebrechen hergestellt werden soll. Im Dialog muss nur die entsprechende Eigenschaft gewählt werden, der ShopTurn, ShopMill Gewindebohren in einem Schnitt dafür nötige Programmcode, z. B. für die Rückzugsbewegung und Drehrichtungsumkehr beim Spänebrechen, wird automatisch von ShopTurn bzw. ShopMill erstellt.

8 8/10 8/10 Zyklus für Gewindefräsen Mit einem Formfräser kann mit dem Zyklus ein beliebiges Innen- oder Außengewinde hergestellt werden. Das Gewinde kann als Rechts- oder Linksgewinde gefertigt werden, die Bearbeitung erfolgt von oben nach unten oder umgekehrt. Unterstützt werden ein- und mehrzahnige Fräsplatten, deren Zahnanzahl auch beim Fräsen von Sackgewinden berücksichtigt werden. Der Fräsvorgang wird als Schrupp- und Schlichtvorgang mit Angabe des Aufmasses und maximaler Schnittzustellung parametriert. Über die Angabe der Steigung in mm/u, MODUL oder Gänge/" zusammen mit dem Nenndurchmesser werden die Maße des Gewindes festgelegt. Der Gewindeanschnitt wird über den Startwinkel definiert. ShopTurn, ShopMill Gewindefräsen eines Innengewinde Zyklus für Bohrgewindefräsen Beim Bohrgewindefräser kann ein Innengewinde mit bestimmter Tiefe und Steigung in einem Arbeitsgang hergestellt werden. D.h. für das Bohren und Gewindefräsen wird dasselbe Werkzeug verwendet, ein zusätzlicher Werkzeugwechsel entfällt. Das Gewinde kann als Rechts- oder Linksgewinde gefertigt werden. Für das Bohren und Fräsen sind unterschiedliche Vorschübe parametrierbar. Zuerst wird die Bohrung erzeugt und dann das Gewinde gefräst. Vor dem Fräsvorgang kann das Werkzeug zum Entspanen automatisch an die Werkstückoberfläche gefahren werden. Gefräst werden kann im Gleichlauf, Gegenlauf oder kombiniert. Ansonsten bietet der Zyklus die gleichen Möglichkeiten wie das Gewindefräsen. ShopTurn, ShopMill Bohrgewindefräsen

9 9/10 9/10 Einfache Programmierung mit Hilfe von Positionsmuster Für die Herstellung von Innengewinden sind in der Regel getrennte Arbeitsschritte notwendig, die einzeln programmiert werden. Zuerst wird für die Bohrung zentriert, vorgebohrt und dann das Innengewinde durch Bohren, Fräsen oder Furchen erstellt. Befinden sich mehrere gleiche Innengewinde auf dem Werkstück, müssen die Arbeitsschritte an allen Positionen wieder neu programmiert werden. Zur Reduzierung des Programmieraufwands lassen sich Unterprogramme erstellen, die jeweils an den Positionen aufgerufen werden. Mit ShopTurn und ShopMill kann die Programmierung noch effizienter im Arbeitsplan erfolgen. Alle Arbeitsschritte werden nur einmal programmiert und dann mit einem Positionsmuster verkettet. Das heißt, die Programmierung für das Zentrieren, Bohren und Gewindebohren wird einmal erstellt und dann jeweils auf alle Positionen des Musters angewendet. Als Positionsmuster stehen konfigurierbare Zyklen für Linien, Lochkreise, Gitter, Rahmen und beliebige Positionen zur Verfügung. Arbeitsplan einer Gewindebearbeitung mit Zentrieren und Bohren, auf ein Positionsmuster Lochkreis. Positionsmuster Gitter mit Angabe der Lochanzahl und Anfangswinkel

10 10/10 10/10 Informationen im Internet SINUMERIK Portal CNC4you Informationen zu SINUMERIK und ShopMill Informationen zu EMUGE Werkzeughersteller u. a. von Gewindefräser, Gewindefurcher und -bohrer.