Ein Gewinderollverfahren basierend auf CNC-Drehmaschinen

Nach der Verwendung einer CNC-Horizontaldrehmaschine zum Bearbeiten von Gewinden mit langen Wellen (z. B. Zugstangen für hydraulische Pressen) kann das Drehwerkzeug die Bearbeitungsanforderungen oder die Bearbeitungsgenauigkeit des Gewindegrunds nicht erfüllen. Daher sind an der Gewindeunterseite rechte Winkel oder Unebenheiten vorhanden, wodurch Spannungskonzentrationen entstehen und die Spannung leicht brechen kann. Die Notwendigkeit, an der Gewindeunterseite zu rollen, führt dazu, dass das gewalzte Metall eine plastische Verformung erzeugt.

Nach dem Walzen auf der Unterseite des Gewindes wird die Unterseite des Gewindes abgerundet, wodurch die Rauheit verringert wird, die Spannung auf der Unterseite des Gewindes verringert wird, die Kraft auf den Gewindeabschnitt erhöht und die Härte und Festigkeit des Teils verbessert wird.

Beim Gewindewalzen von unten wird derzeit meist auf herkömmlichen Drehmaschinen manuell gearbeitet. Diese Methode ist einfacher und lässt sich im Bearbeitungsprozess leicht anpassen. Bei der manuellen Bearbeitung kann es jedoch leicht zu Fehlbedienungen und damit zu Schäden kommen. Außerdem ist die manuelle Bearbeitung stärker von der Erfahrung der Mechanik abhängig und eine gleichbleibende Produktionsqualität ist schwierig.

Obwohl die CNC-Drehmaschine für die automatisierte Bearbeitung zuständig ist, ist die Produktionsqualität gleichmäßiger, solange die Bearbeitung zu Beginn gemäß dem voreingestellten Bearbeitungsprogramm erfolgen kann und manuelle Bedienvorgänge reduziert werden.

Da die CNC-Drehmaschine jedoch nach der Ausführung des Bearbeitungsprogramms nicht mittendrin anhalten kann, sondern die Bearbeitung am Ende anhalten muss und sich der Rollvorgang vom Schneidvorgang unterscheidet, sind die Anforderungen an den Gewinderollvorgang relativ hoch. Bei einer falschen Rollmethode besteht ein größeres Risiko, dass Teile und Werkzeuge beschädigt werden oder sogar die CNC-Drehmaschine beschädigt wird.

Daher verwendet die Industrie derzeit selten CNC-Drehmaschine Für das Gewindewalzen hoffen die Techniker auf diesem Gebiet, dass es ein auf CNC-Drehmaschinen basierendes Gewindewalzverfahren gibt, mit dem sich der automatische Walzvorgang realisieren und das Bearbeitungsrisiko verringern lässt.

Realisierungsprogramm

Um den Realisierungsprozess des gesamten Gewindewalzprogramms klarer darzustellen, dienen die folgenden Abbildungen als einfache Einführung.

Konkrete Umsetzung

Vor der Bearbeitung auf einer CNC-Maschine werden der Fräser 2 und der zu walzende Gewindeabschnitt 11 des Werkstückes 1 ausgerichtet, sodass sich der Fräser 2 während des Bearbeitungsvorganges präzise in der Gewindenut 111 bewegen kann.

Dazu wird der Wälzfräser 2 zunächst seitlich an den Gewindeabschnitt 11 herangefahren und auf die Z-Achsen-Koordinaten des Startpunkts des Werkzeugs während der Bearbeitung eingestellt;

Anschließend wird der Wälzfräser 2 in ganzzahligen Vielfachen der Teilung entlang der Z-Achse bewegt, ohne dass während des Werkzeugeinstellvorgangs der Wälzfräser 2 entlang der Z-Achse bewegt wird;

Drehen Sie dann das Werkstück 1 manuell und bewegen Sie den Fräser 2 entlang der X-Achse, sodass die Gewindenut 111 dem Fräser 2 zugewandt ist und der Fräser 2 in die Gewindenut 111 eindringt und den Zahnboden berührt. Stellen Sie zu diesem Zeitpunkt die X-Achsenkoordinaten des Startpunkts des Werkzeugs ein und stellen Sie den aktuellen Winkel der Hauptspindel als Startwinkel der Bearbeitung ein, was bedeutet, dass der Startwinkel der Hauptspindel für die ursprüngliche Bearbeitung des Werkstücks geändert wird.

Methode zur Werkzeugeinstellung: Indem der Fräser 2 vom Startpunkt des Werkzeugs zu einer Position bewegt wird, die ein Vielfaches der Teilung beträgt, und dann nicht mehr entlang der Z-Achse bewegt wird, indem das Werkstück 1 und der Schraubenschlitz 111 manuell gedreht werden, um sich an die Position des Fräsers 2 anzupassen, bewegt sich der Schraubenschlitz 111 beim Drehen des Werkstücks 1 zur einfachen Steuerung und Einstellung über eine kürzere Distanz auf der Z-Achse, und das Drehen des Werkstücks 1 ist genauer und bequemer als das Bewegen des Fräsers 2 auf der Z-Achse, um die Beschädigung des Gewindes durch die übermäßige Bewegung des Fräsers 2 entlang der Z-Achse zu minimieren, wenn er sich im Schraubenschlitz 111 befindet. Dies reduziert die Gewindebeschädigung durch eine übermäßige Bewegung des Fräsers 2 entlang der Z-Achse, während er sich im Schlitz 111 befindet.

Da die Verfahrstrecke des Fräsers 2 vom Startpunkt des Werkzeugs ein ganzzahliges Vielfaches der Gewindesteigung beträgt, kann der Fräser 2 während der Bearbeitung in den Schlitz 111 eintreten, wenn der Schlitz 111 in dieser Position richtig ausgerichtet ist, und die Position des Startpunkts des Werkzeugs ist weniger anspruchsvoll, und es besteht keine Notwendigkeit, das Werkzeug mit dem Ende des Gewindeabschnitts 11 auszurichten, wodurch die bequeme Ausrichtung des Fräsers 2 und des Gewindes auf einer numerisch gesteuerten Maschine realisiert und die Genauigkeit der Werkzeugausrichtung erhöht wird, und das Bearbeitungsprogramm ausgeführt wird, nachdem die Werkzeugausrichtung präzise realisiert wurde. Wenn eine genaue Werkzeugeinstellung erreicht ist, wird das Bearbeitungsprogramm ausgeführt, um mit dem Fräsen zu beginnen, und der Fräser 2 kann die Unterseite der Zähne entlang der Gewinde reibungslos fräsen, wodurch das Fräsen der Gewinde auf der CNC-Werkzeugmaschine realisiert und das Bearbeitungsrisiko verringert wird.

In einigen speziellen Ausführungsformen befindet sich der Startpunkt des Werkzeugs in der Hinterschneidungsnut 12 des Gewindeabschnitts 11, der Durchmesser der Hinterschneidungsnut 12 ist kleiner als der Durchmesser der Unterseite der Gewindezähne, es gibt eine Übergangsrampe 13 zwischen dem Gewindeabschnitt 11 und der Hinterschneidungsnut 12, und das Ende des Gewindes befindet sich auf der Übergangsrampe 13, wodurch ein abgeschrägter Übergang von der Übergangsrampe 13 zur Unterseite der Zähne des Gewindeendes entsteht, und die Oberseiten der Gewindeteile des Gewindeabschnitts auf der Übergangsrampe 13 neigen sich, wenn sich die Übergangsrampe 13 zur Unterseite der Zähne des Gewindeabschnitts neigt. Des Weiteren ist die Oberseite des Gewindeabschnitts der Übergangsfase 13 mit der Übergangsfase 13 geneigt, d. h. die Tiefe von der Oberseite des Gewindes bis zur Unterseite des Gewindes in der Übergangsfase 13 wird zunehmend flacher, und die Querschnittsgröße des Schlitzes 111 wird in Richtung der Falznut 12 zunehmend kleiner, vgl. FIGS. 3 und 5.

Wenn sich der Fräser 2 dem Gewindeabschnitt 11 von der Seite der zurückweichenden Nut 12 aus nähert, durchläuft der Fräser 2 zuerst die Übergangsfase 13 und nähert sich allmählich dem Boden der Zähne der Schraubennut 111, wobei der Kontakt und der Druck mit dem Boden der Zähne allmählich zunehmen und die Querschnittsgröße der Schraubennut 111 allmählich größer wird. Wenn der Fräser 2 gerade in die Schraubennut 111 eintritt, ist die Höhe der Schraubenzähne auf beiden Seiten der Schraubennut 111 sehr gering und der Fräser 2 tritt leicht in die Schraubennut 111 ein, siehe Fig. 5, die die Tiefe von der Oberseite bis zur Unterseite der Zähne der Schraubennut 111 entlang der Erstreckungsrichtung zeigt. Fig. 5 zeigt den Querschnitt der Schraubennut 111 in der Erstreckungsrichtung nahe der Trägernut 12.

Wenn das Wälzfräsen von der Startseite des Schneidprozesses des Gewindeabschnitts 11 aus beginnt und diese Seite die Endfläche ist, (siehe FIG. 4) zeigt FIG. 4 den Querschnitt der Seite der Schraubennut 111 entlang der Erstreckungsrichtung nahe der Endfläche, die Höhe des Zahngrundes kann hoch sein, der Wälzfräser 2 kann direkt mit dem Zahngrund kollidieren und der Druck ist hoch, wenn er zum ersten Mal in Kontakt kommt, und außerdem gibt es am Ende des Gewindeabschnitts 11 auf dieser Seite keine Fase oder die Fase ist sehr klein, die Höhen der Zähne der Schraubennut 111 sind hoch und der Wälzfräser 2 muss leicht in den Gewindeabschnitt 11 eindringen können, (siehe FIG.). 5. Außerdem weist das Ende des Gewindeabschnitts 11 auf dieser Seite keine Fase auf oder die Fase ist sehr klein und die Gewinde auf beiden Seiten des Schlitzes 111 sind relativ hoch und der Fräser 2 muss direkt zwischen die Gewinde auf beiden Seiten eindringen und die Position des Fräsers 2 und des Schlitzes 111 muss sehr präzise sein, um eindringen zu können, sonst kann es leicht passieren, dass das Messer getroffen wird und das Gewinde und die Ausrüstung beschädigt werden.

Diese Lösung verringert oder vermeidet eine direkte Kollision des Wälzfräsers 2 mit der Unterseite des Zahns oder des Gewindes, wenn dieser zum ersten Mal in den Gewindeabschnitt 111 eintritt, was zu einer reibungsloseren Bearbeitung führt und das Risiko des Gewinderollens auf einer CNC-Drehmaschine weiter verringert.

In einigen speziellen Ausführungsformen bewegt sich der Wälzfräser 2 entlang der Z-Achse, während er sich in einem Winkel entlang der X-Achse vom Gewindesegment 11 weg bewegt. Während des Vorgangs des Wälzfräsers 2 werden die mit dem Wälzfräser 2 verbundenen Lager sowie die Lager der Spindel größerem Druck und größerer Hitze ausgesetzt, was die Lager nach längerer Zeit durchbrennen lassen kann, oder die Spindel kann einer übermäßigen Kraft ausgesetzt sein und mit einem Überlastalarm abgeschaltet werden, was die Bearbeitung beeinträchtigt oder sogar zu Fehlfunktionen der Anlage führt.

Daher wird der Fräser 2 so eingestellt, dass er sich während des Bearbeitungsvorgangs entlang der X-Achse vom Gewindeabschnitt 11 weg bewegt, d. h. der Fräser 2 wird während der Bewegung der Z-Achse nach außen geneigt und bildet einen Winkel α, wie in Fig. 1 gezeigt, und die Frästiefe wird allmählich reduziert und schließlich vom Zahngrund weg bewegt, sodass der Fräser 2 beim Fräsen des Gewindeabschnitts 11 nicht den gesamten Gewindeabschnitt 12, sondern einen Abschnitt in der Nähe der Rückzugsnut 11 fräst, und die Länge des Fräsers 2 ist die Länge des tatsächlichen Fräsens in Bezug auf die Länge M in Fig. 1, sodass die Bearbeitungszeit verkürzt werden kann. Darüber hinaus wird auch der Rolldruck im Verfahren insgesamt reduziert, und da die Mutter hauptsächlich mit der Seite des Gewindeabschnitts 11 in der Nähe der Aussparung 12 verbunden ist, wenn der Gewindeabschnitt 11 des Werkstücks 1 in Verbindung mit der Mutter einer Kraft ausgesetzt wird, d. h. die Hauptspannungsposition des Gewindeabschnitts 11 befindet sich in einem Abschnitt in der Nähe der Aussparung 12, beeinträchtigt daher das Rollen nur eines Abschnitts in der Nähe der Aussparung 12 nicht die normale Verwendung des Werkstücks 1, was die Druckbelastungszeit und den Druck auf den Wälzfräser 2 und die Hauptwelle reduziert und den Druck auf die CNC-Maschine weiter verringert und den Druck auf das CNC-Werkzeug verringert. Dies reduziert die Zeit und den Druck des Wälzfräsers 2 und der Spindel und verringert weiter das Risiko des Gewinderollens auf der CNC-Drehmaschine.

In einigen speziellen Ausführungsformen kann der Wälzfräser 2 mehrere Male auf die gewünschte Tiefe gerollt werden, wodurch der Druck bei jeder Rolle verringert und die Belastung der CNC-Drehmaschine reduziert wird.

Die Bearbeitung mit mehreren Vorschüben kann wie folgt erfolgen: Beim Walzen des ersten bis vierten Schnitts wird die Bearbeitung jedes Mal um 0.1 mm erhöht, wodurch der Fräser schrittweise bis zur gewünschten Tiefe vertieft wird.

Beim Fräsen über den fünften Schnitt hinaus, beispielsweise vom fünften bis zum zehnten Schnitt, wird die Tiefe des Fräsers nicht vergrößert, der Fräser geht entsprechend der Tiefe des vierten Schnitts leer, und die Zahnunterseite des gesamten Gewindes wird auf diese Tiefe zugeschnitten.

In einigen spezifischen Ausführungsformen umfasst der Wälzfräser 2 einen Wälzfrässitz und ein Wälzfräsrad, das drehfest mit dem Wälzfrässitz verbunden ist, wobei das Wälzfräsrad und der Wälzfrässitz einen oszillierenden Spalt zwischen dem Wälzfräsrad und dem Wälzfrässitz aufweisen, damit sich das Wälzfräsrad während des Wälzfräsprozesses an die Schraubennut 111 anpassen und oszillieren kann, um Schäden an den Schraubengewinden aufgrund von Bearbeitungsfehlern zu minimieren.

Aufgrund des Schwingungsspiels zwischen der Rolle und dem Rollensitz muss die Passgenauigkeit der Rolle, die in die Gewindenut 111 eintritt, nachdem die CNC-Drehmaschine mit der Bearbeitung begonnen hat, höher sein. Durch Verwendung dieser Methode der Werkzeugeinstellung und durch Reduzierung der Positionsgenauigkeitsanforderung beim Eintritt von einer Seite der Rückzugsnut 12 als Ausgangspunkt kann der Wälzfräser 2 genauer in die Gewindenut 111 eindringen.

Schlussfolgerung

Der Einsatz von CNC-Drehmaschinen wird immer beliebter, während herkömmliche Werkzeugmaschinen langsam aus der Mode kommen. In diesem Dokument wird ein Gewinderollverfahren auf Basis einer CNC-Drehmaschine beschrieben. Es löst das Problem, dass herkömmliche Drehmaschinen oft nicht für das Gewinderollen geeignet sind.

Lösen Sie das Problem, dass es bei der manuellen Bedienung gewöhnlicher Werkzeugmaschinen in bestehenden Anwendungen leicht zu Fehlbedienungen kommt und die Produktionsqualität nur schwer konstant gehalten werden kann.

Lösen Sie das technische Problem des höheren Risikos der Verwendung CNC-Drehmaschinenbearbeitung in bestehenden Anwendungen und bieten schließlich effizientere und qualitätsgesichertere Lösungen zum Gewindewalzen, um den Fortschritt des Bearbeitungsprozesses zu fördern.