DE102019124800B4

DE102019124800B4 - Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, mit Hartmetall

Info

Publication number: DE102019124800B4
Application number: DE102019124800.0A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Hechtle; Thomas Funk; Julian Krause; Jürgen Lange; Christian Beer
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2024-09-19
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: DE102019124800A1; WO2021052835A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes mit einer vorgegebenen Gewindesteigung in einem vorgefertigten Kernloch in einem Werkstück,a) bei dem ein Werkzeug zum Erzeugen eines Gewindes verwendet wird,a1) wobei das Werkzeug um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse (A) drehbar und axial zur Werkzeugachse bewegbar ist,a2) wobei das Werkzeug wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich (4) umfasst, der mit einer vorgegebenen Gewindesteigung (P) und einem vorgegebenen Windungssinn (W) des zu erzeugenden Gewindes (50) um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse (A) verläuft und ein Wirkprofil aufweist, das dem Gewindeprofil des zu erzeugenden Gewindes entspricht,a3) wobei jeder Gewindeerzeugungsbereich einen oder mehrere Gewindezähne aufweist,b) bei dem das Werkzeug in einer Arbeitsbewegung während einer ersten Arbeitsphase in das vorgefertigte Kernloch im Werkstück bewegt wird,b1) wobei die Arbeitsbewegung eine Drehbewegung mit einem vorgegebenen Drehsinn um die Werkzeugachse (A) des Werkzeugs und eine gemäß der Gewindesteigung des Gewindeerzeugungsbereichs mit der Drehbewegung synchronisierte axiale Vorschubbewegung des Werkzeugs in einer axialen Vorwärtsrichtung (VB) axial zur Werkzeugachse umfasst, derart, dass einer vollen Umdrehung des Werkzeugs um die Werkzeugachse ein axialer Vorschub des Werkzeugs um die vorgegebene Gewindesteigung entspricht,b2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich während der ersten Arbeitsphase in der Arbeitsbewegung einen unter der vorgegebenen Gewindesteigung verlaufenden Gewindegang (50) in der Wandung des Kernloches (36) erzeugt,c) wobei das Werkzeug in einer Abbremsbewegung (AB) während einer zweiten Arbeitsphase im Anschluss an die erste Arbeitsphase weiter in das Werkstück bis zu einem Umkehrpunkt (UP) bewegt wird,c1) wobei der axiale Vorschub des Werkzeugs bezogen auf eine volle Umdrehung zumindest während eines Teils der Abbremsbewegung, vorzugsweise während der gesamten Abbremsbewegung, betragsmäßig kleiner als die Gewindesteigung ist und beim Umkehrpunkt Null ist undc2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere der Gewindezahn oder die Gewindezähne, des Werkzeugs während der Abbremsbewegung wenigstens eine, insbesondere geschlossene oder ringförmige, Umfangsnut (51, 52) in der Wandung des Kernloches (36) im Werkstück erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes.
Ein Gewinde weist einen schraubenlinien- oder helixförmigen Gewindegang mit konstanter Gewindesteigung auf und kann als Innengewinde oder als Außengewinde erzeugt werden. Zum Erzeugen eines Innengewindes wird in aller Regel zunächst ein Kernloch (oder: eine Kernbohrung) im Werkstück erzeugt, das ein Sackloch oder auch ein Durchgangsloch sein kann, und dann in der Innenwandung des Kernloches der Gewindegang erzeugt. Das Kernloch mit darin erzeugtem Gewinde wird auch als Gewindeloch bezeichnet.
Zur Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind sowohl spanabhebende als auch spanlose Verfahren und Gewindewerkzeuge bekannt. Spanabhebende Gewindeerzeugung beruht auf Materialabtrag des Materials des Werkstücks im Bereich des Gewindeganges. Spanlose Gewindeerzeugung beruht auf einer Umformung des Werkstücks und Erzeugung des Gewindeganges in dem Werkstück durch Druck. Einen Überblick über im Einsatz befindliche Gewindeerzeugungswerkzeuge und Arbeitsverfahren gibt das Handbuch der Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN, Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN 3-89578-232-7), im Folgenden nur als „EMUGE-Handbuch“ bezeichnet.
Unter die spanabhebende oder spanende Gewindeerzeugung fallen die Gewindebohrer (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 181 bis 298) und die Gewindefräser (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372) sowie, nur für Außengewinde, die Schneideisen (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404).
Ein Gewindebohrer ist ein Gewindeschneidwerkzeug, dessen Schneiden oder Gewindeschneidzähne entlang eines Außengewindes unter der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes angeordnet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse mit von der axialen Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Gewindesteigung abhängiger Drehgeschwindigkeit in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird und seine Schneiden permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff sind (kontinuierlicher Schnitt), so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht. Typische Geometrien eines Gewindebohrers mit dem üblichen Anschnittbereich sind im EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 250 und 251 und 284 und 285, beschrieben. Die Gewindeschneidzähne weisen in der Schneidrichtung im Querschnitt senkrecht zur Helix am Außenrand ein Schneidprofil oder Wirkprofil und nach innen anschließend eine Spanfläche auf und am entgegengesetzt zur Schneidrichtung anschließenden Zahnrücken Freiflächen oder Freiwinkel auf, so dass dort keine Berührung und damit keine Reibung mit dem Werkstück stattfindet. Eine typische Verteilung der einzelnen Gewindewirkprofile der im Anschnittbereich schräg angeschliffenen Gewindeschneidzähne mit der entsprechenden Spanaufteilung ist im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 322, gezeigt.
Der Gewindeschneidvorgang mit einem Gewindebohrer ist zusammen mit einem typischen Drehmomentverlauf im EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seite 255, erläutert. Nach dem Schneidprozess des Gewindebohrers bis zum Eingriff aller Anschnittzähne wird die Maschinenspindel abgebremst bis zum Stillstand. Nun wird der Rücklauf oder die Reversierbewegung gestartet und der Zahnrücken des beim Gewindeschneiden vorausgehenden Gewindeschneidzahnes schert den noch in der Bohrung stehenden Span an seiner freien Rückseite ab und quetscht die Spanwurzel zwischen der Freifläche und der Lochwandung zurück.
Unter die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge fallen die sogenannten Gewindefurcher (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324) und, nur für Außengewinde, die Gewindewalzwerkzeuge (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404).
Gewindefurcher sind Gewindewerkzeuge mit einem annähernd spiral- oder schraubenförmig umlaufenden Gewindeprofil, entlang dem mehrere Drückstollen (auch als Formzähne, Furchzähne oder Formkeile bezeichnet) angeordnet sind, die durch zueinander versetzte weiter nach außen ragende und im Allgemeinen abgerundete Polygon-Eckbereiche eines annähernd polygonalen Querschnittes des Gewindefurchers gebildet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindefurcher ähnlich wie der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird. Die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vorschubgeschwindigkeit werden entsprechend der Gewindesteigung aufeinander abgestimmt. Die Drückstollen des Gewindefurchers sind permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff und drücken den Gewindegang durch plastische Verformung in die Kernlochwandung, so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht. Typische Geometrien eines Gewindefurchers mit dem üblichen Anfurchbereich sind im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 308 und 309 beschrieben. Eine typische Verteilung der einzelnen Gewindewirkprofile der im Anfurchbereich ansteigenden Gewindefurchzähne ist im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 322, gezeigt. Der Gewindefurchvorgang mit einem Gewindefurcher ist zusammen mit einem typischen Drehmomentverlauf im EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seite 310, erläutert.
Gewindebohrer und Gewindefurcher arbeiten mit einer ausschließlich axialen Vorschub- oder Arbeitsbewegung mit gemäß der Gewindesteigung synchronisierter Drehbewegung um die eigene Werkzeugachse. Der Drehsinn von Gewindebohrer und Gewindefurcher beim Erzeugen des Gewindes entspricht dem Windungssinn des zu erzeugende Gewindes. Wenn der Gewindegang erzeugt ist oder am Ende der Erzeugung des Gewindeganges wird das Werkzeug abgebremst und an einem Umkehrpunkt zum Stillstand gebracht. Die Abbremsung vor dem Erreichen des Reversier- oder Umkehrpunkts wird normalerweise durch gemäß der konstanten Gewindesteigung synchronisierte Reduzierung von axialer Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl bis auf jeweils einen Wert 0 bewirkt. Nun wird zum Zurückholen des Werkzeugs aus dem Werkstück eine Rückwärts- oder Reversierbewegung eingeleitet, bei der die axiale Vorschubrichtung und die Drehrichtung genau entgegengesetzt zur Arbeitsbewegung sind und die axialen Vorschubbewegung und Drehbewegung wieder gemäß der Gewindesteigung synchronisiert sind, um das Gewinde nicht zu beschädigen.
In der Praxis sind Gewindebohrer und Gewindefurcher im Einsatz, die monolithisch hergestellt werden, im Allgemeinen durch spanabhebende Bearbeitung, insbesondere Schleifen, aus einem Rohling.
Außerdem ist es auch bekannt, die Arbeitsbereiche von Gewindebohrern mit den Gewindezähnen oder Gewindeschneiden oder die Arbeitsbereiche von Gewindefurchern mit den Formzähnen oder Drückstollen an separaten Gewindeerzeugungselementen auszubilden und diese Gewindeerzeugungselemente an einem Trägerkörper oder Halter zu befestigen. Der Trägerkörper weist hier den Koppelschaft zum Ankoppeln an den Maschinenantrieb, meist über eine Werkzeugaufnahme, auf.
Als Werkstoffe für den Gewindebohrer oder Gewindefurcher kommen grundsätzlich Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) oder auch Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) in Betracht.
Die Verwendung der für die Bearbeitung von Werkstücken aus härteren Werkstoffen vorteilhaften härteren Werkstoffe, insbesondere Hartmetall, für Gewindefurcher oder Gewindebohrer ist in der Praxis durch die Sprödigkeit dieser Werkstoffe stark eingeschränkt vor allem bei der sehr häufigen Anwendung bei der Gewindeerzeugung in Stählen, vor allem zähen Stählen. Insbesondere entsteht in der Praxis bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Stahl das Problem, dass die verbleibenden Materialüberstände, insbesondere die Spanwurzel und störende Späne, vor allem lange Lockenspäne, beim Gewindebohren oder Furchkralle oder Formwulst beim Gewindefurchen nun beim Rückwärtslauf nach dem Umkehrpunkt zu einem Bruch des spröden Werkstoffes führen können. Deshalb haben sich Gewindebohrer und Gewindefurcher aus Hartmetall nicht auf dem Markt durchsetzen können und das vorherrschende Material ist HSS.
Gemäß der EP 2 229 257 B1 haben Hartmetall-Gewindebohrer aufgrund der größeren Materialhärte und höheren Druckfestigkeit und der größeren Temperaturstabilität Vorzüge gegenüber Gewindebohrern aus Schnellstahl, beispielsweise theoretisch eine höhere Rotationsgeschwindigkeit und höhere Standzeit. Hartmetall-Gewindebohrer sind vorteilhaft zum Bohren von Gewinden in Graugusseisen (GG) oder Aluminium im Einsatz. Jedoch haben Gewindebohrer aus Hartmetall in Stählen eine vergleichsweise geringe Standzeit, die meist kleiner ist als bei vergleichbaren HSS- oder HSS-E-Gewindebohrern. Die geringeren Standzeiten bei Hartmetall-Gewindebohrern resultieren vermutlich daher, dass die Gewindeschneiden aufgrund der höheren Sprödigkeit und geringeren Elastizität sowie geringeren Bruchfestigkeit und Zähigkeit von Hartmetall gegenüber Schnellstahl vorzeitig brechen oder teilweise abreißen oder abgetragen werden. Die EP 2 229 257 B1 schlägt nun vor, eine gezielte und definierte Verrundung zumindest eines Teils der Schneidkanten von Gewindeschneidzähnen, zumindest im Bereich der Außenschneiden oder Kopfschneiden, eines Gewindebohrers zu erzeugen und damit die Standzeit zu erhöhen, selbst wenn die Gewindeschneidkanten aus Hartmetall bestehen und Gewinde in Stahl geschnitten werden. Die Krümmung der Schneidenverrundung und/oder die Abtragtiefe der verrundeten Schneidkante wird im Vergleich zur idealen Keilform in Abhängigkeit von wenigstens den zwei Parametern Anzahl der Gewindeschneidzähne im Anschnittbereich und Gewindesteigung und vorzugsweise auch noch von dem dritten Parameter Zunahme des maximalen radialen Abstandes der Außenschneiden oder Kopfschneiden der Gewindeschneidzähne über den Anschnittbereich gewählt.
Aus der DE 10 2016 008 478 A1 ist ein Kombinationswerkzeug bekannt, mit dem in einem Arbeitsschritt ein Gewindeloch in einem Werkstück allein durch eine axiale Arbeitsbewegung erzeugt wird. Mit diesem Kombinationswerkzeug, das als Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug bezeichnet wird, werden die Kernlochbohrung und das Innengewinde-Schneiden in einem gemeinsamen Werkzeughub durchgeführt. Um die Werkzeug-Belastung zu reduzieren, wird in DE 10 2016 008 478 A1 vorgeschlagen, dass nach dem Gewindebohr-Hub nicht unmittelbar der Reversier-Hub folgt, sondern vielmehr zuvor ein Nutformschritt oder Nutform-Hub erfolgt, bei dem eine an das Innengewinde anschließende Umlaufnut ohne Gewindesteigung gebildet wird, in der das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeuges belastungsfrei drehen kann. Das Gewindebohr-Werkzeug wird über die Soll-Gewindetiefe für den Gewindebohr-Hub hinaus bis zum Erreichen einer Soll-Bohrungstiefe bewegt, und zwar mit einem Nutform-Vorschub sowie einer Nutform-Drehzahl, die zueinander nicht synchronisiert sind und unterschiedlich zum Gewindebohr-Vorschub und zur Gewindebohr-Drehzahl sind. Die Umlaufnut wird während des Nutform-Hubes mit Hilfe der Hauptschneide sowie des Gewinde-Schneidzahns (oder allgemeiner Gewindezahn) des Gewindeprofils am Gewindebohr-Werkzeug erzeugt. Bei Erreichen der Soll-Bohrungstiefe wird der Nutform-Vorschub auf 0 reduziert. Gleichzeitig wird auch die Nutform-Drehzahl auf 0 reduziert, um die für den Reversier-Hub erforderliche Drehrichtungsumkehr zu ermöglichen. Die DE 10 2016 008 478 A1 macht keine Angaben zu den Werkstoffen für das Werkzeug.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren jeweils zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes in einem Kernloch oder eines Außengewindes, in einem Werkstück anzugeben. Insbesondere soll durch das Verfahren die Standzeit von Gewindebohrern oder Gewindefurchern, die zumindest im Bereich ihrer Gewindezähne aus einem spröden Werkstoff wie Hartmetall oder Schneidkeramik bestehen, auch bei Bearbeitung von verschiedenen Stählen verbessert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe geeignete Ausführungsformen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind insbesondere in den Patentansprüchen angegeben, die auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, gerichtet sind.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.
Die beanspruchbaren Merkmalskombinationen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind nicht auf die gewählte Fassung und die gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche beschränkt. Vielmehr kann jedes Merkmal einer Anspruchskategorie, beispielsweise eines Verfahrens, kann auch in einer anderen Anspruchskategorie, beispielsweise einem Werkzeug, beansprucht werden. Ferner kann jedes Merkmal in den Patentansprüchen, auch unabhängig von deren Rückbeziehungen, in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) in den Patentansprüchen beansprucht werden. Außerdem kann jedes Merkmal, das in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen, das oder die in den Patentansprüchen oder in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 ist zum Erzeugen eines Gewindes mit einer vorgegebenen Gewindesteigung in einem vorgefertigten Kernloch in einem Werkstück vorgesehen. Bei dem Verfahren wird

a) ein Werkzeug zum Erzeugen eines Gewindes verwendet,
- a1) wobei das Werkzeug um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse drehbar und axial zur Werkzeugachse bewegbar ist,
- a2) wobei das Werkzeug wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich umfasst, der mit einer vorgegebenen Gewindesteigung und einem vorgegebenen Windungssinn des zu erzeugenden Gewindes um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse verläuft und ein Wirkprofil aufweist, das dem Gewindeprofil des zu erzeugenden Gewindes entspricht,
- a3) wobei jeder Gewindeerzeugungsbereich einen oder mehrere Gewindezähne aufweist,
b) das Werkzeug in einer Arbeitsbewegung während einer ersten Arbeitsphase in das vorgefertigte, d.h. bereits vorhandene, Kernloch im Werkstück bewegt,
- b1) wobei die Arbeitsbewegung eine Drehbewegung mit einem vorgegebenen Drehsinn um die Werkzeugachse des Werkzeugs und eine gemäß der Gewindesteigung des Gewindeerzeugungsbereichs mit der Drehbewegung synchronisierte axiale Vorschubbewegung des Werkzeugs in einer axialen Vorwärtsrichtung axial zur Werkzeugachse umfasst, derart, dass einer vollen Umdrehung des Werkzeugs um die Werkzeugachse ein axialer Vorschub des Werkzeugs um die vorgegebene Gewindesteigung entspricht,
- b2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich während der ersten Arbeitsphase in der Arbeitsbewegung einen unter der vorgegebenen Gewindesteigung verlaufenden Gewindegang in der Wandung des Kernloches erzeugt,
c) wobei das Werkzeug in einer Abbremsbewegung während einer zweiten Arbeitsphase im Anschluss an die erste Arbeitsphase weiter in das Werkstück bis zu einem Umkehrpunkt bewegt wird,
- c1) wobei der axiale Vorschub des Werkzeugs bezogen auf eine volle Umdrehung zumindest während eines Teils der Abbremsbewegung, vorzugsweise während der gesamten Abbremsbewegung, betragsmäßig kleiner als die Gewindesteigung ist und beim Umkehrpunkt Null ist und
- c2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere der Gewindezahn oder die Gewindezähne, des Werkzeugs während der Abbremsbewegung wenigstens eine, insbesondere geschlossene oder ringförmige, Umfangsnut in der Wandung des Kernloches im Werkstück erzeugt.

Die Erfindung beschreitet zur Erhöhung der Standzeit von Gewindebohrern einen anderen Lösungsweg als die vorne erwähnte EP 2 229 257 B1 . Während in EP 2 229 257 B1 eine Verbesserung am Werkzeug, nämlich die Schneidkantenverrundung, vorgeschlagen wird, welche beim Werkzeug der Erfindung natürlich auch vorgesehen sein kann, beruht die Erfindung auf der Überlegung, den Prozess, also den Bewegungsablauf des Werkzeugs und die Programmierung der Maschinensteuerung, zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den für den Spezialfall des kombinierten Bohr- und Gewindebohrwerkzeugs, das ins Vollmaterial arbeitet und Kernloch und Gewinde zugleich erzeugt, gemäß der vorne erwähnten DE 10 2016 008 478 A1 vorgesehenen Nutformschritt zwischen dem Gewindeerzeugungsschritt und dem Umkehrpunkt nunmehr bei der konventionellen Erzeugung von Gewinden in bereits vorgefertigten Kernlöchern mit einem Gewindebohrer, der kein Bohrteil oder keinen Bohrbereich aufweist oder aufweisen muss, anzuwenden und zu diesem Zwecke auch weiter zu verbessern.
Weiterhin wird diese vorteilhafte Kombination gemäß der Erfindung außer für Gewindebohrer auch für Gewindefurcher oder für kombinierte Gewindebohr- und Gewindefurchwerkzeuge, also allgemein axial arbeitende Gewindewerkzeuge mit gemäß der Gewindesteigung helikal ausgebildeten Gewindeerzeugungsbereichen bei der Erzeugung von Gewinden in einem vorgefertigten Kernloch erweitert.
In einer mehrteiligen Ausführungsform umfasst das Werkzeug einen Trägerkörper, durch den die Werkzeugachse verläuft, und wenigstens ein, insbesondere separat vom Trägerkörper hergestelltes, Gewindeerzeugungselement, das an dem Trägerkörper befestigt ist, insbesondere wechselbar oder lösbar befestigt ist, wobei jedes Gewindeerzeugungselement wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich aufweist.
In einer Ausführungsform ist der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich an einem vorderen Endbereich des Werkzeugs angeordnet und/oder das oder jedes Gewindeerzeugungselement an einem vorderen Endbereich des Trägerkörpers, vorzugsweise an einer Stirnseite des Trägerkörpers, befestigt ist.
In einer Ausführungsform ist das Gewindeerzeugungselement als stirnseitiger Gewindekopf mit dem vollständigen Gewindeerzeugungsbereich oder allen Gewindezähnen ausgebildet ist, wobei die Werkzeugachse zentral durch den Trägerkörper und das Gewindeerzeugungselement verläuft und wobei das Gewindeerzeugungselement vorzugsweise mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement axial geführten zentralen Befestigungsschraube vorne an der Stirnseite des Trägerkörpers befestigt ist,
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Gewindeerzeugungselemente separat am Trägerkörper befestigt und um die Werkzeugachse in Umfangsrichtung herum verteilt und voneinander beabstandet angeordnet.
In einer Ausführungsform mit mehrfach verwendbaren Gewindeerzeugungselementen weist das oder jedes Gewindeerzeugungselement einen arbeitenden aktiven Gewindezahn oder eine arbeitende aktive Gewindeschneide auf und zusätzlich wenigstens eine(n), insbesondere eine, zwei oder drei, weitere nicht aktiven Gewindezahn oder Gewindeschneide, der oder die durch Lösen der lösbaren Befestigung, Wenden und/oder Drehen des Gewindeerzeugungselements und Wiederbefestigen am Trägerkörper zu einem oder einer aktiven arbeitenden Gewindezahn oder Gewindeschneide wird. Beispielsweise kann
das oder jedes Gewindeerzeugungselement in einer annähernd rechteckigen oder dreieckigen symmetrischen und plattenförmigen Grundform vier bzw. drei Gewindeschneiden an den vier bzw. drei Ecken mit jeweiligen vorgelagerten Spanflächen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das oder jedes Gewindeerzeugungselement in einer zugehörigen Aufnahme des Trägerkörpers, insbesondere an dessen Stirnfläche, eingesetzt und insbesondere mittels einer durch eine zentrale Öffnung in dem Gewindeerzeugungselement geführte Befestigungsschraube lösbar und wechselbar am Trägerkörper befestigt. Vorzugsweise sind die Aufnahmen der Dicke der Gewindeerzeugungselemente angepasst, so dass die Vorderflächen der Gewindeerzeugungselemente im Wesentlichen bündig mit der Stirnfläche des Trägerkörpers abschließen.
Der Trägerkörper kann nun sehr effizient hergestellt werden und zumindest im Bereich des Gewindeerzeugungselements eine bezüglich der Werkzeugachse zylindrische Form aufweisen, insbesondere auch einen zylindrischen Hals und/oder zumindest teilweise aus einem Stahl, insbesondere hochfestem Stahl, gefertigt sein.
In einer anderen Ausführungsform weist das Werkzeug monolithisch an einem Grundkörper, durch den die Werkzeugachse verläuft, gebildete Gewindeerzeugungsbereiche auf.
In einer Ausführungsform sind in dem Grundkörper, der insbesondere eine zylindrische Grundform hat, durch mehrere, beispielsweise fünf, vorzugsweise axial zur Werkzeugachse verlaufende, Trennnuten mehrere, insbesondere fünf, aufeinander folgende Gewindezähne voneinander getrennt, die entlang des Umfangs um die Werkzeugachse angeordnet sind und im Windungssinn Gewindeschneiden und dahinter Freiflächen aufweisen, wobei insbesondere axial hinter dem aus den Gewindezähnen gebildeten Gewindeerzeugungsbereich eine zylindrische Mantelfläche des Grundkörpers gebildet ist.
Wegen der Umlaufnuterzeugung geht Gewindetiefe verloren. Deshalb ist es bei dem Werkzeug und Prozess gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich in zur Werkzeugachse axialer Richtung eine axiale Erstreckung aus einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P der Gewindesteigung P aufweist oder bei dem der zur Werkzeugachse axiale Abstand zwischen dem entgegengesetzt zum Windungssinn ersten Gewindezahn und letzten Gewindezahn des Gewindeerzeugungsbereichs aus einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P der Gewindesteigung P gewählt ist, also möglichst kurz, was ein Unterschied zu einem konventionellen Gewindebohrer oder Gewindefurcher ist.
Zum Ausgleich der dadurch reduzierten Führung des Werkzeugs ist in einer bevorzugten Ausführungsform vor dem Gewindeerzeugungsbereich ein zylindrischer Führungsbereich gebildet ist zur Führung des Werkzeugs an der Kernlochwandung in dem Kernloch.
In einer Ausführungsform ist ein Anlaufbereich vorgesehen oder wird das Gewindeprofil des Gewindeganges sukzessive von den einzelnen Gewindezähnen bis zum vollständigen Gewindeprofil geschnitten und/oder geformt wird und/oder werden die Gewindewirkprofile der einzelnen Gewindezähne aufgeteilt und ergeben am Ende zusammengesetzt das vollständige Gewindeprofil.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird nun als Material für die Gewindezähne und/oder den oder jeden Gewindeerzeugungsbereich und/oder die Gewindeerzeugungselemente und/oder den Trägerkörper und/oder den Grundkörper und/oder das ganze Werkzeug, Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) verwendet.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass

d) während der Arbeitsbewegung die (tatsächliche) Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein erstes Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf einer vorgegebenen (oder: programmierten oder im Steuerprogramm eingegebenen) maximalen Drehzahl bleibt, durchläuft und
e) während der Abbremsbewegung die (tatsächliche Drehzahl) der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein zweites Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf derselben vorgegebenen maximalen Drehzahl bleibt, durchläuft,
f) wobei die vorgegebene maximale Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs mindestens so groß gewählt ist, dass eine Bahngeschwindigkeit am Gewindeerzeugungsbereich von mindestens 57 m/min, insbesondere von mindestens 85 m/min, erreicht wird, was bei einem Gewindedurchmesser von 6 mm einer maximalen Drehzahl von mindestens 3000 U/min, insbesondere mindestens 4.500 U/min, entspricht.

In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die vorzugsweise mit den vorgenannten Ausführungsformen kombiniert wird, ist vorgesehen, dass

d) das Werkzeug in der Arbeitsbewegung und in der Abbremsbewegung von einem Maschinenantrieb angetrieben wird und zwischen den Maschinenantrieb und das Werkzeug eine Übersetzungseinheit für die Drehbewegung, insbesondere eine Übersetzungsgetriebeeinheit, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Übersetzungsverhältnis geschaltet (oder: gekoppelt) ist,
e) wobei das Übersetzungsverhältnis dem Quotienten aus der Drehzahl des Maschinenantriebs und der Drehzahl des Werkzeugs entspricht und maximal 1:3 beträgt, so dass das Werkzeug mindestens dreimal so schnell dreht wie der Maschinenantrieb,
f) wobei in der Programmierung des Maschinenantriebs eine maximale Drehzahl der Drehbewegung des Maschinenantriebs programmiert wird, die dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der vorgegebenen maximalen Drehzahl der Drehbewegung am Werkzeug entspricht.

In einer Ausführungsform liegt zwischen dem Zeitintervall des ersten Plateaus der Drehzahl und dem Zeitintervall des zweiten Plateaus der Drehzahl ein Zwischenzeitintervall, in dem die Drehzahl unter die maximale Drehzahl abfällt.
Das Verhältnis der Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls zur Intervalllänge des Zeitintervalls des zweiten Plateaus liegt in einer Ausführungsform in einem Bereich von 0,5 bis 2,4.
Die Intervalllänge des zweiten Plateaus ist in einer Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 s bis 0,25 s, insbesondere 0,02 s bis 0,13 s, gewählt und/oder die Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls ist in einer Ausführungsform zwischen 0,05 s und 0,15 s, insbesondere zwischen 0,06 und 0,10 s, gewählt.
In einer Ausführungsform ist die maximale Drehzahl schon zu Beginn der ersten Arbeitsphase oder der Arbeitsbewegung oder bei dem Eintrittspunkt des Werkezeugs in das Werkstück erreicht.
In einer Ausführungsform wird die maximal erreichte Bahngeschwindigkeit am Gewindeerzeugungsbereich in einem Bereich von 57 m/min bis 189 m/min, insbesondere von 85 m/min bis 132 m/min, gewählt.
In einer Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis im Allgemeinen zwischen 1:3 und 1:10 gewählt, insbesondere zwischen 1:4 und 1:8, vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:5.
Die Abbremsbewegung umfasst bevorzugt eine Drehbewegung mit gleichbleibendem Drehsinn wie bei der Arbeitsbewegung.
In der Regel beginnt der Abbremsvorgang oder die zweite Arbeitsphase bei einem axialen Vorschub, der der Gewindesteigung der ersten Arbeitsphase entspricht. Der Abbremsvorgang ist als Abbremsung von der anfänglichen Gewindesteigung bis auf Null am Ende oder an einem Umkehrpunkt zu verstehen und muss nicht über das gesamte Drehwinkelintervall eine Verringerung des axialen Vorschubs abhängig vom Drehwinkel (Abbremsbeschleunigung), insbesondere auf Werte unterhalb der Gewindesteigung beinhalten. Vielmehr sind auch Drehwinkelintervalle möglich, in denen der axiale Vorschub bezogen auf den Drehwinkel Null ist oder sogar vorübergehend negativ ist, also seine Richtung umkehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird während der Abbremsbewegung die axiale Vorschubbewegung abhängig vom Drehwinkel der Drehbewegung des Werkzeugs gemäß einer vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert.
Eine Funktion, die die Beziehung zwischen axialem Vorschub (oder: der axialen Eindringtiefe) und dem Drehwinkel definiert, kann einen kontinuierlichen Definitionsbereich und Wertebereich oder auch einen diskreten Definitionsbereich und Wertebereich mit diskreten vorab gespeicherten oder vorab ermittelten Wertepaaren oder Wertetabellen aufweisen.
In einer Ausführungsform ist auch die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung beim Umkehrpunkt Null. und/oder ist der gesamte oder aufsummierte axiale Vorschub des Werkzeuges während der Abbremsbewegung zwischen dem 0,1-fachen bis 2-fachen der Gewindesteigung gewählt oder eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden während der Abbremsbewegung in mehreren aufeinanderfolgenden Abbremsschritten zueinander unterschiedliche Beziehungen, insbesondere Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gewählt oder eingestellt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist während mehreren, insbesondere auch allen, Abbremsschritten für die axiale Eindringtiefe oder der axiale Vorschub eine lineare Funktion des Drehwinkels gewählt und/oder ist die (programmierte) Steigung, d.h. die Ableitung der axialen Eindringtiefe oder des axialen Vorschubs nach dem Drehwinkel, in jedem dieser Abbremsschritte konstant und nimmt betragsmäßig von einem Abbremsschritt zu einem darauffolgenden Abbremsschritt ab.
Diese Ausführungsform kann besonders einfach implementiert werden, indem für die Arbeitsbewegung eine NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der Gewindesteigung des Gewindes verwendet wird und in den mehreren Abbremsschritten ebenfalls eine, vorzugsweise die gleiche, NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der jeweiligen konstanten Steigung als Gewindesteigungsparameter verwendet wird.
In einer Ausführungsform ist während mehreren, insbesondere allen, Abbremsschritten die axiale Eindringtiefe oder der axiale Vorschub eine, insbesondere kubische, Spline-Funktion des Drehwinkels.
In einer Ausführungsform sind die unterschiedlichen Funktionen aufeinanderfolgender Abbremsschritte stetig und im Fall differenzierbarer Funktionen vorzugsweise stetig differenzierbar aneinandergesetzt.
In einer Ausführungsform ist, insbesondere während eines Egalisierungsschrittes, der axiale Vorschub während der Abbremsbewegung in einem Drehwinkel-Teilintervall Null und/oder erfolgt in einem Drehwinkel-Teilintervall in zur Vorwärtsrichtung der Arbeitsbewegung entgegengesetzter Rückwärtsrichtung.
In einer Ausführungsform wird nach Erreichen des Umkehrpunktes eine Reversierbewegung des Werkzeuges eingeleitet, mit der das Werkzeug aus dem Werkstück bewegt wird, wobei die Reversierbewegung zunächst eine erste Reversierphase, mit der der Gewindeerzeugungsbereich des Werkzeugs zurück in den Gewindegang des erzeugten Gewindes geführt wird, und im Anschluss eine zweite Reversierphase, während der der Gewindeerzeugungsbereich durch den Gewindegang aus dem Werkstück nach außen geführt wird, umfasst.
Die Reversierbewegung wird bevorzugt mit einem zur Arbeitsbewegung und Abbremsbewegung symmetrischen Bewegungsverlauf mit umgekehrtem Drehsinn und umgekehrtem Vorschub durchgeführt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Reversierbewegung in der ersten Reversierphase mit der betragsmäßig gleichen, nur in der Drehrichtung und Vorschubrichtung invertierten vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert wie in der Abbremsbewegung während der zweiten Arbeitsphase, ggf. unter Auslassung oder Verkürzung des Egalisisierungsschrittes, sofern vorhanden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

1 ein Gewindeerzeugungswerkzeug bei der Erzeugung eines Gewindes,
2 bis 10 aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens oder Zyklus zur Erzeugung eines Gewindes mit einem Gewindeerzeugungswerkzeug, insbesondere gemäß 1,
11 ein mit dem Verfahren und Werkzeug nach den 1 bis 10 hergestelltes Gewinde,
12 die Steuerung eines Gewindeerzeugungszyklus anhand eines Graphen der axialen Eindringtiefe als Funktion des Drehwinkels,
13 der Endabschnitt des in 12 dargestellten Graphen in der Vorwärtsbewegung als Abbremsvorgang,
14 der Endabschnitt des in 12 dargestellten Graphen in der Rückwärtsbewegung als Beschleunigungsvorgang,
15 ein Diagramm der Eindringtiefe und der Drehzahl als Funktionen der Zeit mit einer Übersetzungseinheit zwischen Antriebseinheit und Werkzeug gemäß der Erfindung und
16 ein Diagramm der Eindringtiefe und der Drehzahl als Funktionen der Zeit ohne eine Übersetzungseinheit zwischen Antriebseinheit und Werkzeug,
17 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit drei Gewindezähnen an einem stirnseitigen Gewindeerzeugungselement an einem Trägerkörper in einer perspektivischen Darstellung,
18 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit sechs stirnseitigen Gewindeerzeugungselementen an einem Trägerkörper in einer Stirnansicht,
19 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß 18 in einer perspektivischen Darstellung,
20 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß 18 und 19 in einer Seitenansicht,
21 das Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß 18 bis 20 in einer gegenüber 20 gedrehten Seitenansicht,
22 ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit acht Gewindezähnen an einem stirnseitigen Gewindeerzeugungselement an einem Trägerkörper in einer perspektivischen Darstellung,
23 bis 26 ein monolithisches Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß der Erfindung und
27 bis 30 Ausführungsbeispiele für Aufteilungen der Gewindewirkprofile der Gewindezähne jeweils in einem Querschnitt,

1 bis 30

Erste Ausführungsbeispiele des Werkzeugs und Verfahrens gemäß der Erfindung werden im Folgenden anhand von 1 bis 11 erläutert.
Das in 1 gezeigte Werkzeug 2 wird zum Erzeugen eines Gewindes 5 in einem Werkstück 6 eingesetzt. Dazu wird das Werkzeug in einer Arbeitsbewegung oder einem Arbeitshub oder einer Gewindeerzeugungsbewegung, die aus einer Drehbewegung um die Werkzeugachse einerseits und einer axialen Vorschubbewegung entlang der Werkzeugachse zusammengesetzt ist, in das Kernloch 35 im Werkstück 6 bewegt. Der Durchmesser des Kernloches 35 ist mit d bezeichnet.
Die 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gewindeloches 36 mit einem Gewindegang 50 und einem Gewindeprofil 55 des Gewindes 5, das mit einem Verfahren oder einem Werkzeug gemäß der Erfindung, beispielsweise nach 1 oder 2 bis 10, hergestellt werden kann.
Der Gewindesteigungswinkel δ des Gewindeganges 50 mit der Gewindesteigung P und dem Durchmesser D wird bezüglich einer Transversalebene E, die senkrecht zur Werkzeugachse A gerichtet ist, gemessen und ist aus der folgenden Beziehung $P = π \cdot D tan \cdot δ$
berechenbar. Typische Werte für den Gewindesteigungswinkel δ liegen beispielsweise zwischen 1° und 5°.
Das Werkzeug 2 ist einerseits um eine durch das Werkzeug 2 verlaufende Werkzeugachse A drehbar oder rotatorisch bewegbar und andererseits entlang oder axial zur Werkzeugachse A axial oder translatorisch bewegbar. Diese beiden Bewegungen werden, vorzugsweise durch eine Kontrolleinheit, insbesondere Maschinensteuerung, aufeinander abgestimmt oder synchronisiert, während das Werkzeug 2 an einer Oberfläche 60 des Werkstücks 6 und bis auf eine Lochtiefe LT in das Kernloch 35 des Werkstücks 6 eindringt. Die Werkzeugachse A bleibt während der Erzeugung des Gewindes 5 relativ zum Werkstück 6 ortsfest oder lagekonstant. Die Gewindemittelachse M des Gewindes 5 ist während des Prozesses koaxial zur Werkzeugachse A oder fällt mit dieser zusammen.
Das Werkzeug 2 ist vorzugsweise mittels eines Koppelbereichs an einem axial zur Werkzeugachse A verlaufenden oder ausgebildeten Werkzeugschaft 21 mittels eines nicht dargestellten Drehantriebs, insbesondere einer Werkzeugmaschine und/oder Antriebs- oder Werkzeugmaschinenspindel, rotatorisch oder in einer Drehbewegung um seine Werkzeugachse A als Drehachse in einem Vorwärtsdrehsinn VD und in einem entgegengesetzten Rückwärtsdrehsinn RD antreibbar. Ferner ist das Werkzeug 2 axial in einer axialen Vorwärtsbewegung VB oder einer axialen Rückwärtsbewegung RB axial zur Werkzeugachse A bewegbar, insbesondere mittels eines Axialantriebs, der wiederum in der Werkzeugmaschine und/oder Antriebs- oder Werkzeugmaschinenspindel vorgesehen sein kann.
An einem vom Koppelbereich des Werkzeugschaftes 21 abgewandten freien Endbereich des Werkzeuges 2 ist ein Trägerkörper 20 vorgesehen, an dem ein Gewindeerzeugungsbereich 4 monolithisch oder einstückig ausgebildet ist oder über eines oder mehrere separate Gewindeerzeugungselemente (in 1 nicht dargestellt) angeordnet oder befestigt ist.
Der Gewindeerzeugungsbereich 4 ist der entlang einer Schraubenlinie (oder: Helix, Gewindegang), deren Steigung der Gewindesteigung P und deren Windungssinn dem Windungssinn des zu erzeugenden Innengewindes oder Gewindeganges 50 entspricht, verläuft oder ausgebildet ist. Die Schraubenlinie ist in diesem Sinne technisch und nicht als rein mathematische eindimensionale Linie zu verstehen, sondern hat auch quer zur mathematischen Linie eine gewisse Ausdehnung, die der entsprechenden Abmessung des Gewindeerzeugungsbereiches 4 entspricht. Mathematisch müsste man sonst von einer Schar von zueinander parallel verlaufenden Schraubenlinien oder eventuell von einem Schraubenband oder Helixband sprechen. Der Windungssinn des Gewindeerzeugungsbereiches 4 als Rechtsgewinde oder Linksgewinde entspricht der Überlagerung aus axialer Vorwärtsbewegung VB und Vorwärtsdrehbewegung VD.
Der Gewindeerzeugungsbereich 4 umfasst einen oder mehrere, d.h. eine Anzahl n größer oder gleich 1, Gewindezähne, die schneidend und/oder formend ausgebildet sind. Vorzugsweise ist n = 2.
Jeder Gewindezahn ist entlang der Schraubenlinie verlaufend ausgebildet oder ausgerichtet oder angeordnet. Jeder Gewindezahn weist ein Gewindezahnprofil als Wirkprofil auf, das sich im Allgemeinen als äußerste Abmessung oder Außenprofil des Gewindezahnes in einer Projektion entlang der Schraubenlinie ergibt oder darstellt und sich in das Werkstück bei der Gewindeerzeugungsbewegung abbildet, sei es durch Schneiden oder durch Formen oder Eindrücken.
Wenn mehrere (n > 1) Gewindezähne vom Gewindeerzeugungsbereich 4 umfasst sind, so sind diese Gewindezähne wenigstens annähernd entlang der Schraubenlinie (oder in axialer Richtung) versetzt zueinander angeordnet. Unter eine solche Anordnung entlang der Schraubenlinie fallen auch Ausführungsformen, bei denen Gewindezähne leicht seitlich zu einer Ideallinie versetzt sind, beispielsweise um Gewindewirkprofile auch mit unterschiedlicher Bearbeitung an den Gewindeflanken oder eine unterschiedliche Aufteilung oder Überlagerung der Gewindewirkprofile auf das bzw. zu dem Gesamtgewindeprofil zu realisieren. Wichtig ist hinsichtlich dieser Anordnung der Gewindezähne lediglich, dass sich ihre Anordnung bei der Arbeitsbewegung auf einen Gewindegang im Werkstück mit derselben Gewindesteigung P abbildet.
In den in 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei Gewindezähne 41 und 42 vorgesehen, die beispielsweise um eine halbe oder allgemein 1/n der Gewindesteigung P zueinander axial versetzt sind, in Winkelrichtung also entsprechend einer halben Umdrehung oder um 180° versetzt sind. Der Außendurchmesser des Gewindeerzeugungsbereichs 4 und des Gewindeganges 50 und damit des Gewindes 5 ist mit D bezeichnet. Das Gewindeprofil des Innengewindes, also der Querschnitt durch den Gewindegang 50, wird erzeugt durch das aus den einzelnen Wirkprofilen der Gewindezähne, z.B. 41 und 42, bei vollständigem Durchlauf durch das Werkstück zusammengesetzte oder überlagerte Gewindewirkprofil.
Die in axialer Projektion auf die Werkzeugachse A gemessene Gewindeprofilbreite des Gewindewirkprofils ist mit c bezeichnet und entspricht dem maximalen Abstand der Gewindeprofilflanken. Der in axialer Projektion auf die Werkzeugachse A gemessene axiale Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gewindeprofilen des Gewindeganges 50 ist die Gewindelücke b. Die Summe aus der Gewindelücke b und der Gewindebreite c entspricht hier der Gewindesteigung P.
Die Gewindezähne 41 und 42 sind in diesen Ausführungsbeispielen durch Trennnuten 25, die insbesondere Spannuten oder auch Kühl- und/oder Schmiermittelnuten bilden, in dem Trägerkörper 20 und/oder dem Gewindeerzeugungselement(en) voneinander getrennt. Die Trennnuten 25 setzen sich durch den Gewindeerzeugungsbereich 4 hindurch insbesondere bis in den Schaftbereich fort und verlaufen vorzugsweis gedrallt unter einem konstanten oder variablen Drallwinkel, der typischerweise in einem Intervall von 0° bis 50°, insbesondere 20° bis 35° liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird mit dem Werkzeug 2 oder einem anderen Werkzeug gemäß der Erfindung folgendes Verfahren durchgeführt:

Während einer ersten Arbeitsphase oder Gewindeerzeugungsphase wird mit dem Werkzeug 2 der Gewindegang 50 in der Kernlochwandung des Kernloches 35 mittels des Gewindeerzeugungsbereichs 4 erzeugt. In dieser ersten Arbeitsphase wird die axiale Vorschubgeschwindigkeit v entlang der Werkzeugachse A auf die Drehgeschwindigkeit für die Drehbewegung um die Werkzeugachse A so abgestimmt und synchronisiert, dass bei einer vollen Umdrehung der axiale Vorschub der Gewindesteigung P entspricht. Die axiale Eindringtiefe (oder: der axiale Vorschub) T in Richtung der Werkzeugachse A gemessen von der Werkstückoberfläche 60 in dieser ersten Arbeitsphase entspricht der Gewindetiefe T_G. Die Variable T entspricht in einer üblichen NC-Maschinensteuerung der z-Achse.

Nun wird in einer an die erste Arbeitsphase unmittelbar anschließenden zweiten Arbeitsphase in einem Abbremsvorgang (oder: in einer Abbremsbewegung) das Werkzeug 2 in einem Drehwinkelintervall derart abgebremst, dass der axiale Vorschub V bei einem Drehwinkel von 360°, d.h. bei einer vollen Umdrehung, des Werkzeugs 2 kleiner als die Gewindesteigung P ist und bis auf Null abnimmt. In der Regel beginnt der Abbremsvorgang oder die zweite Arbeitsphase bei einem auf einen Drehwinkel von 360° bezogenen axialen Vorschub, der der Gewindesteigung P der ersten Arbeitsphase entspricht, also V = P, und reduziert dann den axialen Vorschub pro 360° Drehwinkel auf Werte unterhalb der Gewindesteigung P, also V < P. Der Abbremsvorgang ist als Abbremsung von der anfänglichen Gewindesteigung V = P bis auf Null am Ende oder an einem Umkehrpunkt, also V = 0, zu verstehen und muss nicht über das gesamte Drehwinkelintervall eine Verringerung des axialen Vorschubs V abhängig vom Drehwinkel (Abbremsbeschleunigung) beinhalten. Vielmehr sind auch Drehwinkelintervalle möglich, in denen der axiale Vorschub bezogen auf den Drehwinkel Null ist oder sogar vorübergehend negativ ist, also seine Richtung umkehrt.
Dieser Abbremsvorgang erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform in definierten Teilschritten wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Diese Abbremsbewegung in der zweiten Arbeitsphase führt dazu, dass der Gewindeerzeugungsbereich 4 nun - in eigentlich atypischer oder funktionsfremder Weise - wenigstens eine umlaufende Nut oder Umlaufnut oder Umfangsnut (oder: einen Freistich) in der Kernlochwandung des Kernloches 35 erzeugt. Der Vorgang in der zweiten Arbeitsphase kann deshalb außer als Abbremsvorgang auch als Umfangsnuterzeugung oder Umlaufnuterzeugung oder Freistichbewegung, bei rein schneidendem Werkzeug auch als Freischneidbewegung bezeichnet werden.
In 1 sind die Gewindeerzeugungszähne 41 und 42 mit gleichem Außenradius D/2 und vorzugsweise gleichem Gewindewirkprofil, das schon dem Endprofil des Gewindeganges 50 entspricht, dargestellt. Die Gewindeerzeugungszähne 41 und 42 des Werkzeugs gemäß 1 erzeugen in der zweiten Arbeitsphase eine Umfangsnut 51 mit dem durchgehenden Außendurchmesser D und der axialen Länge a, die sich aus dem gesamten axialen Vorschub der Abbremsbewegung in der zweiten Arbeitsphase bis zum Umkehrpunkt ergibt, erzeugen.
In 11 sind dagegen zwei Umfangsnuten 51 und 52 dargestellt, wobei die erste Umfangsnut 51 einen zwischen dem Kernlochdurchmesser d und dem Gewindeaußendurchmesser D liegenden Außendurchmesser d' aufweist und die zweite Umfangsnut 52 einen Außendurchmesser hat, der dem Gewindeaußendurchmesser D entspricht.
Solche Umfangsnuten 51 und 52 können während der zweiten Arbeitsphase beispielsweise mit zwei um P/2 versetzten Gewindeerzeugungszähnen 41 und 42 wie beispielsweise in 1 dargestellt, erzeugt werden, die wie folgt modifiziert werden: Es kann der erste Gewindeerzeugungszahn 41 in 1 nur einen Außenradius d'/2 aufweisen und somit ein Anschnitt- oder Anfurchzahn sein, der den Gewindegang 50 nicht bis zur vollen Profiltiefe oder bis zum finalen Gewindegrund erzeugt, während der der zweite Gewindeerzeugungszahn 42 bereits den vollen Außendurchmesser D aufweist, also die volle Gewindeprofiltiefe erzeugt (Vollzahn).
Die Umfangsnut setzt sich somit in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilnuten zusammen, nämlich der ersten im Durchmesser kleineren Umfangsnut 51, die vom ersten Gewindeerzeugungszahn 41 erzeugt wird, und der mit dem vollen Durchmesser D ausgebildeten zweiten Umfangsnut 52, die vom zweiten Gewindeerzeugungszahn 42 erzeugt wird.
Diese Ausführungen sind nur beispielhaft. Bei einer nicht dargestellten anderen Anzahl oder Verteilung von Gewindeerzeugungszähnen ergeben sich entsprechend andere Umfangsnuten.
Wenn man die Umfangsnut(en), beispielsweise die Umfangsnuten 51 und 52 in 11 oder die Umfangsnut 51 in 1, in axialer Richtung kontinuierlich oder ununterbrochen erzeugen will sind, wird der axiale Vorschub V bei voller Umdrehung oder 360° insbesondere um mindestens b/n gegenüber P reduziert, um die Gewindelücke b zu schließen oder nicht mehr zu erzeugen, wobei n die Zahl der Gewindeerzeugungszähne im Gewindeerzeugungsbereich 4 ist.
Man kann die Freistichbewegung oder Abbremsbewegung, beispielsweise durch geeignete Wahl der Bewegungsparameter oder auch durch zusätzliche axiale Egalisierbewegungen, auch so ausführen, dass die Außenbreite am Gewindeprofil, insbesondere die Flanken, in der Umfangsnut nicht mehr sichtbar sind oder verschwinden und/oder die Umfangsnut nur noch eine zylindrische Gestalt hat. Damit könnte die Durchschraubbarkeit des erzeugten Werkstückgewindes verbessert oder ermöglicht werden.
In den in 1 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispielen ist n = 2 mit den beiden Gewindeerzeugungszähne 41 und 42 bzw. Umlaufnuten 51 und 52, so dass also der axiale Vorschub V beim Abbremsvorgang vorzugsweise kleiner als P - b/2 eingestellt wird. Das Gewindewirkprofil der Gewindeerzeugungszähne, hier 41 und 42, erzeugt dann in der Überlagerung bei der Bewegung kein Gewinde mehr, sondern wenigstens eine durchgehende Umfangsnut, die durchgehend den Außendurchmesser hat, der dem des zugehörigen Gewindeerzeugungszahnes auf seiner jeweiligen Bahn bei der Abbremsbewegung in der zweiten Arbeitsphase entspricht.
Die Gesamttiefe oder Lochtiefe oder gesamte axiale Abmessung des Gewindeloches 5 nach der zweiten Arbeitsphase ist mit T_L bezeichnet und entspricht im Wesentlichen der Summe aus der Gewindetiefe T_G als axialem Vorschub in der ersten Arbeitsphase und der axialen Nutlänge a als axialem Vorschub in der zweiten Arbeitsphase sowie der axialen Tiefe des stehenbleibenden Bohrungsteilbereichs 56.
Wenn die Gesamttiefe oder Lochtiefe T_L des Gewindeloches 5 erreicht ist, kommt das Werkzeug 2 zum Stillstand und erreicht einen Umkehrpunkt UP.
Es wird nun am Umkehrpunkt UP unmittelbar eine Reversier- oder Rückwärtsbewegung RB eingeleitet, mit der das Werkzeug 2 zunächst in einer ersten Reversierphase durch die Umlaufnut(en) 51, 52 bis zum Gewindegang 50 zurückbewegt wird und dann in einer zweiten Reversierphase durch das Gewinde 5 bzw. den Gewindegang 50 nach außen aus dem Gewindeloch 36 und dann dem Werkstück 6 herausbewegt wird oder ausgefädelt wird.
Zu einer bevorzugten Ausbildung der ersten Reversierphase wird später noch mehr ausgeführt.
In der zweiten Reversierphase der Rückwärtsbewegung RB werden wieder der axiale Vorschub und die Drehbewegung des Werkzeugs 2 aufeinander gemäß der Gewindesteigung P synchronisiert, um das Gewinde nicht zu beschädigen, nur dass jeweils die Richtung des axialen Vorschubs in der Pfeilrichtung der Rückwärtsbewegung RB gegenüber der Pfeilrichtung der Vorwärts- oder Arbeitsbewegung VB vertauscht oder entgegengesetzt ist und die Drehrichtung der Drehbewegung ebenfalls umgekehrt wird, also statt dem Vorwärtsdrehsinn VD nun der Rückwärtsdrehsinn VR eingestellt wird.
Die Gewindeachse oder Mittelachse des Gewindes mit dem Gewindegang 50 ist mit M bezeichnet und fällt während der gesamten Arbeitsbewegung, also sowohl in der ersten Arbeitsphase als auch in der zweiten Arbeitsphase, und auch während der Reversierbewegung, also sowohl in der ersten Reversierphase als auch in der zweiten Reversierphase, mit der Werkzeugachse A des Werkzeugs 2 zusammen oder ist koaxial zu dieser.
Die 12 zeigt anhand eines Diagramms ein Ausführungsbeispiel eines Prozesses (oder: Verfahrens) oder eines Steuerungsablaufs, der zur Erzeugung eines Gewindes im Werkstück verwendet werden kann.
In dem Graphen der Funktion T (φ) gemäß 12 ist, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, insbesondere die Erzeugung eines Gewindeloches, also ein vollständiger Gewindeerzeugungszyklus gemäß der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, insbesondere ein Gewindeerzeugungszyklus mit erster Arbeitsphase, zweiter Arbeitsphase, Umkehrpunkt, erster Reversierphase und zweiter Reversierphase, beispielsweise wie bereits anhand 1 bis 10 beschrieben.
In dem Diagramm der 12 ist auf der vertikalen Achse oder Ordinate die Eindringtiefe (oder: vertikale oder axiale Koordinate) T als in axialer Richtung, d.h. entlang der Werkzeugachse A und der zur Werkzeugachse A koaxialen Gewindemittelachse M, verlaufende und gemessene Koordinate für den axialen Vorschub in mm aufgetragen. Die Werte für die Eindringtiefe T nehmen von dem ganz oben dargestellten Wert, der insbesondere der axialen Eintrittsposition an der Werkstückoberfläche 60 des Werkstücks 6 entspricht (die auch in 2 dargestellt ist) nach unten bis zu einem untersten Wert ab, sind also als negative Werte nach unten aufgetragen. Der Zahlenbereich geht in dem Beispiel der 1 bespielhaft von T = 0 mm als oberstem Wert bis z.B. T = - 17 mm als unterstem Wert, es sind aber, je nach gewünschter Gewindelänge und Werkzeuggestaltung, selbstverständlich auch andere Werte möglich.
Auf der horizontalen Achse oder Abszisse ist der (aufsummierte) Drehwinkel φ der Drehbewegung des Werkzeugs 2 um dessen Werkzeugachse A in Grad [°] aufgetragen. Der Drehwinkel φ geht aus von dem Eintrittsdrehwinkel oder anfänglichen Drehwinkel φ = 0° bei der axialen Eintrittsposition T = 0 mm bei einem Eintrittspunkt EP = (0, 0) und nimmt nach rechts zu positiven Werten hin bis zu dem auf der Abszisse als letzten Wert eingetragenen Wert von φ = 8000° zu. Der Drehwinkel φ nimmt bei der Vorwärtsdrehbewegung VD oder in einem Vorwärtsdrehsinn hin zu positiven Werten zu und bei der Rückwärtsdrehbewegung RD oder einem dem Vorwärtsdrehsinn entgegengesetzten Rückwärtsdrehsinn ab. Dabei entspricht ± 360° einer vollständigen Umdrehung des Werkzeugs 2 um seine Werkzeugachse A.
Die Funktion T (φ) beschreibt die Abhängigkeit oder Synchronisierung der axialen Vorschubbewegung in der axialen Koordinate (oder: Tiefe im Werkstück 6) T von oder mit der Drehbewegung in der Koordinate φ und wird typischerweise in einer Steuerung wie einer numerischen Steuerung oder CC-Steuerung der Werkzeugmaschine, insbesondere in Form einer vorab ermittelten und gespeicherten Wertetabelle oder auch als Funktion zur jeweiligen Berechnung, hinterlegt. Nach der in der CNC-Technik üblichen Nomenklatur entspräche die T-Koordinate der Z-Achse (Spindelachse), wobei die positive Richtung konventionell vom Werkstück zum Werkzeug verläuft, wie beispielsweise in 1 bei der Koordinate T eingezeichnet.
Der Graph (φ; T (φ)) der Funktion T (φ) verläuft gemäß 12 zunächst einen für einen Gewindebohrer oder Gewindefurcher typischen und der Erzeugung des Gewindeganges entsprechenden linearen Abschnitt, d.h. in Form einer Geraden, von dem Ausgangspunkt φ = 0° und T = 0 mm bis zu einem Gewindeendpunkt bei φ₀ und T(φ₀), bei dem der Gewindegang oder die eigentliche Gewindeerzeugung endet und der in dem dargestellten Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit - 16 mm beträgt.
Es gilt also die Darstellung der linearen Funktion T (φ) in diesem Abschnitt von φ = 0 bis φ = φ₀ und T = T (0), insbesondere 0 mm, bis T = T(φ₀), insbesondere - 16 mm: $| T (φ) | = (P/360 °) φ$
mit der Gewindesteigung P.
Die Steigung oder Ableitung dT/dφ in diesem Bereich ist konstant und entspricht dem Betrage nach P / 360°. Das bedeutet also für die Gewindesteigung $P = 360 ° | dT/d φ |$
Da bei dem gewählten Beispiel der 12 der zum eingetragenen Winkelwert φ = 3600° entsprechende Wert für die Gewindetiefe T = - 10 mm ist, ist die Steigung der Geraden - 1 mm / 360° und damit die Gewindesteigung P = 1 mm.
Aufgrund des zur Drehung synchronisierten axialen Vorschubs entlang der Eindringtiefe T bzw. Gewindemittelachse M sind bei einer vollständigen Umdrehung um 360° alle Komponenten des Werkzeugs 2 um die Gewindesteigung P weitergewandert.
Der lineare Abschnitt der Funktion T (φ) entspricht der üblichen synchronisierten Gewindebohrer- oder Gewindefurcher-Kinematik und kann in einer CNC-Steuerung beispielsweise als schon fest programmierte Wegbedingung (Adressbuchstabe G oder G-Funktion) hinterlegt sein, z.B. als G33, insbesondere G331 und G332, wobei die Gewindesteigung P als Interpolationsparameter parallel zur Z-Achse eingegeben wird, typischerweise unter dem Adressbuchstaben K in der CNC-Nomenklatur.
In diesem linearen Abschnitt erfolgt der Gewindeerzeugungsprozess, insbesondere zur Erzeugung des Gewindeganges 50 in der ersten Arbeitsphase, von dem insbesondere in 3 bis 6 verschiedene Positionen oder Abschnitte mit zunehmender Eindringtiefe T gezeigt sind, und wird als Resultat ein Gewinde der Gewindetiefe T_G als Intervalllänge der Eindringtiefe T, insbesondere von T = 0 bis T₀, über die Intervalllänge oder den Drehwinkelbereich φ_G des Drehwinkels φ, insbesondere von φ = 0° bis φ = φ₀ erzeugt. Im Beispiel der 12 findet der Gewindeerzeugungsprozess (erste Arbeitsphase) von φ = 0° bis φ = φ₀ und von der entsprechenden Eindringtiefe T = 0 mm bis T = - 16 mm statt.
Die Steigung der Geraden in 12 zwischen φ = 0 und φ = φ₀ entspricht der axialen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 2, die gemäß der Gewindesteigung P auf den Drehwinkel φ synchronisiert ist.
Die zeitliche Abhängigkeit des Drehwinkels φ(t) als Funktion der Zeit t und damit Eindringtiefe T(t) als Funktion der Zeit t kann während des Gewindeerzeugungsprozesses prinzipiell - auch in weiten Bereichen - variiert werden. Vorzugsweise sind aber die Drehgeschwindigkeit dφ/dt und die axiale Vorschubgeschwindigkeit dT/dt während der Arbeitsbewegung VB jeweils konstant. Wenn die Drehgeschwindigkeit dφ/dt verändert wird, muss also entsprechend auch die axiale Vorschubgeschwindigkeit dT/dt, also die Ableitung der Eindringtiefe T nach der Zeit t entsprechend angepasst werden, damit die Synchronisierung des axialen Vorschubs Z gemäß der Beziehung Z = P/360° erhalten bleibt.
Dies ist die bekannte und in Werkzeugmaschinensteuerungen oder NC-Steuerungen implementierte Kinematik bei der Gewindeerzeugung mittels eines axial arbeitenden Gewindewerkzeugs wie eines Gewindebohrers oder Gewindeformers.
Im Anschluss an den Gewindeerzeugungsprozess (erste Arbeitsphase) erfolgt nun, insbesondere in der zweiten Arbeitsphase, ein Abbremsvorgang oder eine Abbremsbewegung AB in einem Drehwinkelbereich Δφ zwischen den Drehwinkelwerten φ₀ und φ_n und einem zugehörigen Eindringtiefenbereich ΔT, der im Beispiel der 18 von T(φ₀) = - 16 mm bis T(φ_n) = - 17 mm reicht. Am Ende der Abbremsbewegung AB ist ein Umkehrpunkt UP erreicht, bei dem das Werkzeug 2 sowohl hinsichtlich der Drehbewegung als auch hinsichtlich der axialen Vorschubbewegung kurzzeitig zu Stillstand kommt. Beim Umkehrpunkt UP sind der maximale Drehwinkelbereich φ_L, wobei φ_L = φ_G + Δφ, und die maximale Eindringtiefe T_L für das Gewindeloch 36 erreicht.
Während des Abbremsvorganges oder der Abbremsbewegung AB wird die axiale Vorschubgeschwindigkeit abhängig vom Drehwinkel, die der Steigung des dargestellten Graphen für die Funktion T(φ) entspricht, verringert, und zwar gemäß einer Abhängigkeit oder Funktion, die vorzugsweise streng monoton (Steigung immer fallend) oder monoton (Steigung fallend und ggf. abschnittsweise auch Null) ist, jedoch ggf. auch in Teilabschnitten auch wieder vorübergehend leicht ansteigen kann. Vorzugsweise wird die Steigung in einer vorgegebenen Anzahl n von einzelnen definierten programmierten oder eingespeicherten Teilschritten oder Abbremsschritten S_i sukzessive verringert, wobei die Gesamtzahl oder Anzahl n eine natürliche Zahl mit n > 1 ist, im Allgemeinen 200 > n > 2, insbesondere 20 > n > 5 gewählt ist und wobei i der Zählindex für den Abbremsschritt S_i ist und zwischen 1 und n liegt, also 1 ≤ i ≤ n gilt.
In jedem Teilschritt oder Abbremsschritt S_i ist vorzugsweise eine der Steuerung eines Gewindeprozesses entsprechende Synchronisierung von axialem Vorschub T (oder von der Vorschubgeschwindigkeit dT/dt) und dem Drehwinkel φ (oder der Drehgeschwindigkeit dφ/dt) eingestellt oder programmiert, indem jedem Abbremsschritt S_i mit 1 ≤ i ≤ n eine zugehörige vorgegebene Funktion T_i(φ) mit einem zugehörigen Werteintervall [T_i-1, T_i] über dem zugehörigen Drehwinkelintervall [φ_i-1, φ_i] zugeordnet oder programmiert wird.
Die Funktion T_i(φ) ist vorzugsweise linear, der Graph also (idealisiert) eine Gerade.
Dabei nimmt die programmierte oder eingespeicherte Steigung von jedem Abbremsschritt S_i zum nächsten Abbremsschritt S_i+1 stufenweise oder sukzessive ab, d.h. |dT_i/dφ|> |dT_i+1/dφ|. Die Steigung entspricht jeweils einem Steigungsparameter.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird dieser Steigungsparameter als Gewindesteigung in der CNC-Steuerung programmiert, also insbesondere als Interpolationsparameter entlang der z-Achse oder der Gewindeachse M in einer G33, insbesondere G331 und G332, Wegbedingung. Dadurch können die bereits in der Steuerprogrammierung vorgegebenen Wegbedingungen oder G-Funktionen genutzt werden und es muss nur der Eingabeparameter der Gewindesteigung sukzessive geändert oder neu programmiert werden.
Somit wird also in jedem Abbremsschritt S_i der zugehörige Steigungsparameter $P_{i} = | {dT}_{i} / d φ |$
programmiert oder eingestellt, wobei $P_{i+1} < P_{i}$
für alle i mit 1 ≤ i ≤ n. Ferner ist $P_{i} < P$
d.h. die Steigung in der zweiten Arbeitsphase oder während der Abbremsbewegung AB kleiner ist als die Gewindesteigung P während der ersten Arbeitsphase. Insbesondere aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann P_i = P (n - i)/n sein. Im Allgemeinen ist der letzte Wert P_n immer noch größer als 0, auch wenn er der kleinste Wert der Werte P_i ist.
Die Werte von P_i können beispielsweise so gewählt werden, dass aus der Gewindesteigungsbewegung heraus eine stetig fortgeführte Bewegung in den Freischneidbereich möglich ist. Es soll insbesondere möglichst die Geschwindigkeit des Werkzeugs beibehalten werden. Daraus folgend können beispielsweise verschiedene Bedingungen formuliert werden, die in Näherungsfunktionen abgebildet werden können.
Dabei gilt in jedem Abbremsschritt S_i für alle i mit 1 ≤ i ≤ n die Beziehung: $T (φ) = T_{i-1} - (P_{i} / 360 °) (φ− φ_{i-1})$
für φ ∈ [φ_i-1, φ_i] mit den Randbedingungen T(φ_i-1) = T_i-1 und T(φ_i) = T_i.
Der Drehwinkelbereich Δφ für die Abbremsbewegung AB in der zweiten Arbeitsphase ist im Allgemeinen kleiner gewählt als der Drehwinkelbereich φ_G für die Gewindeerzeugung in der ersten Arbeitsphase, insbesondere ist Δφ < 0,5 φ_G und vorzugsweise Δφ < 0,2 φ_G gewählt. Das kann insbesondere davon abhängen, wie groß die nutzbare Gewindelänge ist. Ein anderer Einflussfaktor ist die beabsichtigte Funktion im Freistich. Falls man neben dem reinen Abbremsen zusätzlich noch weitere Drehungen zum Freischneiden der Späne machen möchte, können wieder Umdrehungen hinzukommen (siehe weiter unten zu 21 und 22)
Der Eindringtiefenbereich (oder: die maximale Eindringtiefe) ΔT für die Abbremsbewegung AB in der zweiten Arbeitsphase ist im Allgemeinen kleiner gewählt als der Eindringtiefenbereich oder die Gewindelänge T_G für die Gewindeerzeugung in der ersten Arbeitsphase, insbesondere ist ΔT < 0,5 T_G, vorzugsweise ΔT < 0,2 T_G gewählt.
Der Eindringtiefenbereich ΔT für die Abbremsbewegung AB kann insbesondere gleich P gewählt werden. Ebenso ist ein Eindringtiefenbereich ΔT kleiner P möglich, um die Gewindelochtiefe kleiner zu halten, z.B. 0,5 P oder auch 0,25 P. Aus Gründen der Zerspanung kann es eventuell auch günstig sein, größere Freistichhöhen oder einen größeren Eindringtiefenbereich ΔT zu wählen, insbesondere bis zu 2 P und in Ausnahmefällen auch größer.
In einem Ausführungsbeispiel einer Abbremsbewegung AB in einem Drehwinkelbereich Δφ und einem zugehörigen Eindringtiefenbereich ΔT sei beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit n = 10 gewählt und sind somit zehn Abbremsschritte S₁ bis S₁₀ mit den zugehörigen Steigungsparametern P₁ bis P₁₀ vorgesehen.
Der Drehwinkelbereich Δφ ist entsprechend aufgeteilt in die n = 10 Drehwinkelintervalle [φ₀, φ₁], [φ₁, φ₂], ... , [φ_i-1, φ_i], [φ_i, φ_i+1], ... [φ₉, φ₁₀] und diesen Intervallen zugehörig sind die entsprechenden Eindringtiefenintervalle [T₀, T₁], [T₁, T₂], ... , [T_i-1, T_i], [T_i, T_i+1], ... , [T₉, T₁₀], in die der Eindringtiefenbereich ΔT aufgeteilt ist, der im Beispiel der 12 von T(φ₀) = -16 mm bis T(φ₁₀) = - 17 mm reicht und/oder der Gewindesteigung - P = - 1 mm entspricht. Jedem Intervall entspricht ein Teilschritt S_i.
Es wird nun jedem dieser Intervalle jedes Abbremsschrittes S_i ein zugehöriger Steigungsparameter P_i, insbesondere als Gewindesteigung oder Interpolationsparameter der CNC-Steuerung, zugeordnet, also den beiden Intervallen [φ₀, φ₁] und [T₀, T₁] die Steigung P₁, dem Intervallpaar [φ₁, φ₂] und [T₁, T₂] die Steigung P₂ und so weiter bis zur Steigung P₁₀ für das letzte Intervallpaar [φ₉, φ₁₀] und [T₉, T₁₀].
Die Steigungswerte P₁ bis P₁₀ werden so gewählt, dass P_i+1 < P_i ist für i = 1 bis i = n, insbesondere n = 10. In jedem Teilabschnitt oder Abbremsschritt S_i bleibt die Gewindesteigung P₁ bis P₁₀ konstant, so dass sich im Wesentlichen gerade Teilabschnitte des Graphen der Funktion T (φ) ergeben, in denen eine synchronisierte „Gewindebewegung“ stattfindet, also die axiale Vorschubgeschwindigkeit dem Quotienten aus P_i/360° entspricht.
Bevorzugt werden die Eindringtiefeintervalle in den Abbremsschritten S_i für alle i mit 1 ≤ i ≤ n (hier z.B. n = 10) gleich groß gewählt, so dass die Länge der Intervalle T₁ - T₀ = T₂ - T₁ = T_i - T_i-1 = T_i+1 - T_i = T_n - T_n-1 gleich oder äquidistant gewählt ist, also $T_{i} - T_{i-1} = Δ T/n .$
Da der axiale Vorschub in jedem Teilabschnitt oder Teilintervall in diesem Ausführungsbeispiel konstant gewählt ist, da T_i+1 - T_i für alle i gleich oder äquidistant gewählt ist, ergeben sich bei geringer werdender Steigung P_i und damit abnehmender axialer Vorschubgeschwindigkeit größer werdende Drehwinkelintervalle φ_i+1 - φ_i $φ_{i+1} - φ_{i} > φ_{i} - φ_{i-1}$
in dem Drehwinkelbereich Δφ in den Abbremsschritten S_i. D.h. der Drehwinkelabstand φ₂ - φ₁ ist kleiner als der Drehwinkelabstand φ₃ - φ₂ und der Drehwinkelabstand φ_i+1 - φ_i ist größer als der Winkelabstand φ_i - φ_i-1. Den größten Winkelabstand oder Winkelbereich deckt der letzte Teilabschnitt ab zwischen den Drehwinkelwerten φ₁₀ - φ₉. Dies entspricht einem kontinuierlichen und in jedem Teilabschnitt oder Abbremsschritt S_i verlangsamten Abbremsvorgang.
Während der Abbremsbewegung AB wird die zeitliche Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit dφ/dt und die axiale Vorschubgeschwindigkeit dT/dt so gewählt oder gesteuert oder programmiert, dass das Werkzeug 2 am Umkehrpunkt UP = (φ_n, T_n) bzw. (φ₁₀, T₁₀) zur Ruhe kommt, also dφ/dt = 0 und dT/dt = 0 bei φ = φ_n bzw. T = T_n oder bei φ = φ₁₀ bzw. T = T₁₀. Das Werkzeug 2 am Umkehrpunkt UP ist auch in 7 gezeigt.
Die Reduzierung der Drehgeschwindigkeit dφ/dt und der axialen Vorschubgeschwindigkeit dT/dt auf 0 abhängig von der Zeit t kann z.B. kontinuierlich während der Abbremsbewegung AB erfolgen oder auch beispielsweise erst in dem letzten Abbremsschritt S_n oder S₁₀.
Aus den Trägheiten des Antriebssystems, insbesondere der Steuerung und der Maschinenantriebe und der Massenträgheit der bewegten Komponenten folgen physikalisch in realiter nicht exakt lineare, sondern etwas abgerundete Verläufe der Graphen in den Abbremsschritte S₁ bis S₁₀ oder bei der Abbremsbewegung AB. Idealisiert dargestellt oder in der Programmierung der Abbremsbewegung selbst hinterlegt ergibt sich jedoch die beschriebene Abfolge von linearen Funktionen oder aneinandergereihten linearen Abschnitten mit stufenweise abnehmender Steigung, d.h. stufenweise abnehmender jeweils konstanter Vorschubgeschwindigkeit, in den einzelnen Abbremsschritten S_i beispielsweise S₁ bis S₁₀.
Vor Einleitung einer Ausfahr- oder Reversierbewegung kann man ggf. noch einen Zwischenschritt durchführen, etwa einen Säuberungsvorgang. Hier kann man beispielsweise Spanwurzelreste durch weitere Drehung des Werkzeugs entfernen oder die Umfangsnut von Resten der Gewindespitzen säubern, um einen saubereren zylindrischen Bereich zu bekommen. Dann ließe sich eine Schraube noch besser eindrehen.
Nach Erreichen des Umkehrpunktes UP wird nun in einer Ausführungsform, wie insbesondere in 12 dargestellt, eine Reversierbewegung oder Rückwärtsbewegung RB eingeleitet, die zunächst in einer ersten Reversierphase eine Beschleunigungsbewegung BB umfasst bis zum Einfädeln in den Gewindegang 50, was beispielsweise in 8 dargestellt ist, und in einer zweiten Reversierphase eine Rückwärtsbewegung RB, in der das Werkzeug 2 durch den Gewindegang 50 synchronisiert nach außen ausgefädelt wird, was beispielsweise in 9 dargestellt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun die Steuerkurve oder Funktion gemäß 12 in umgekehrter Reihenfolge und/oder symmetrisch zum Umkehrpunkt UP verwendet oder durchlaufen werden.
Die Drehbewegung wird für die Rückwärtsbewegung RB bzw. BB vom Vorwärtsdrehsinn VD in den Rückwärtsdrehsinn RD umgekehrt, d.h. der Drehwinkel φ ausgehend von φ = φ_n bzw. φ = φ₁₀ vorzugsweise beim Umkehrpunkt UP reduziert oder in negativer Richtung zurückgedreht, bis schließlich wieder der Ausgangswert φ = 0 erreicht ist und das Werkzeug 2 aus dem Werkstück 6 austritt. Die vorzugsweise unverändert übernommene Abhängigkeit oder Funktion T(φ) führt nun dazu, dass die Eindringtiefe T mit abnehmendem Drehwinkel betragsmäßig kleiner wird, also von T = T_n bzw. T = T₁₀ beim Umkehrpunkt UP wieder bis auf T = 0 beim Eintrittspunkt EP bei φ = 0 abnimmt, der somit also zugleich auch der Austrittspunkt ist. Insbesondere entspricht die erste Reversierphase der zweiten Arbeitsphase und die zweite Reversierphase der ersten Arbeitsphase.
Insbesondere kann auch eine Ausführungsform für die zweite Arbeitsphase in reversierter Reihenfolge für die erste Reversierphase verwendet werden. Es kann also in der ersten Reversierphase ausgehend vom Umkehrpunkt UP die gleiche Abhängigkeit oder Funktion T(φ) in entgegengesetzter Reihenfolge für die Beschleunigungsbewegung BB in Umkehrung der Abbremsbewegung AB verwendet werden.
Es können aber auch andere Funktionen T(φ) und Teilschritte verwendet werden, die vorzugsweise zu dem Punkt (φ₀, T₀) zurückführen, an dem auch die Abbremsbewegung AB begann bzw. die erste Arbeitsphase endete, so dass der richtige Einfädelpunkt für das Werkzeug für das Zurückfahren durch den Gewindegang 50 erreicht werden kann.
Vorzugsweise wird ausgehend von dem Endwinkelwert φ_n oder φ₁₀ in umgekehrter Reihenfolge zunächst eine Beschleunigungsphase als erste Reversierphase mit einer Beschleunigungsbewegung BB durchgeführt mit den gleichen Inkrementalschritten. Diese Schritte sind nunmehr jedoch Beschleunigungsschritte S_j mit n+1 ≤ j ≤ 2 n sind, beginnend mit S₁₁ bis S₂₀ für n =10.
Zugeordnet ist jedem dieser Beschleunigungsschritte S_j ein zugehöriges Drehwinkelintervall [φ₁₀, φ₁₁], [φ₁₁, φ₁₂], ... , [φ_j-1, φ_j], [φ_j, φ_i+1], ... [φ₁₉, φ₂₀], wobei φ_j aus der ersten Reversierphase einfach φ_i aus der zweiten Arbeitsphase entspricht, wenn man i + j = n setzt. Die Steigungsparameter bleiben ebenfalls gleich, nur in umgekehrter Reihenfolge, also werden sie von P₁₀ über P₉, P₈ bis zu P₁ für die Teilabschnitte der Steuerkurve gemäß 12 von rechts nach links durchlaufen, bis der Tiefenwert T₀ erreicht wird. Es wird ein neuer Winkelwert φ₁₁ zeitlich nach dem Winkelwert φ₁₀ angenommen und es entspricht das Intervall [φ₁₀, φ₁₁] dem Intervall [T₁₀, T₉], mit der Gewindesteigung P₁₀ und das anschließende Winkelintervall [φ₁₁, φ₁₂] dem Eindringtiefenintervall [T₉, T₈] mit der entsprechenden Gewindesteigung P₉ usw. bis zum letzten Teilabschnitt von [φ₁₉, φ₂₀] entsprechend [T₁, T₀] mit der Gewindesteigung P₁.
Im Anschluss wird dann in umgekehrter Richtung der 12 der lineare Abschnitt der Kurve von φ₀ bis φ = 0 entsprechend der Eindringtiefe T von T₀ bis zu T = 0 durchlaufen. Die der Steigung der Geraden in 12 entsprechende axiale Vorschubgeschwindigkeit bei der Rückwärtsbewegung ist nun wieder P/360° mit umgekehrter Richtung. Dadurch wird das Werkzeug gerade umgekehrt durch das in der Vorwärtsbewegung erzeugte Gewinde geführt, ohne dass in dem Gewinde eine Beschädigung des erzeugten Gewindeganges stattfindet. Die Rückwärtsbewegung ist also genau so synchronisiert wie die Vorwärtsbewegung, nur mit umgekehrter Drehrichtung, so dass sich der Winkel φ von dem Winkel φ_n gerade wieder rückwärts in seinem Wert abnimmt bis auf φ = 0 und auch bei umgekehrter axialer Vorschubgeschwindigkeit nunmehr die Gewindetiefe von T = T₀ bis T = 0 mathematisch gesehen zunimmt.
Die gleiche Steuerkurve oder Funktion T(φ) wie in der Vorwärtsbewegung VB in den beiden Arbeitsphasen auch in der Rückwärtsbewegung RB in den beiden Reversierphasen zu verwenden, hat einerseits den Vorteil, dass sich das Werkzeug 2 positionsgenau oder bewegungsgenau steuern lässt und sich insbesondere beim Einfädeln in den Gewindegang 50 in der richtigen Stellung befindet, und derart die Kräfte beim Reversieren sehr gering gehalten werden können und/oder eine hohe Rückfahr- oder Ausfahrgeschwindigkeit ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(φ) werden die Werte der Eindringtiefe T als gemessene oder von der Steuerung oder Programmierung vorgegebene Eingabeparameter verwendet und ergeben sich die zugehörigen Werte des Drehwinkels φ aus der Abhängigkeit mittels der zugeordneten Steigungsparameter P und P_i.
Es kann also ein NC-Programm für Gewindebohren oder Gewindefurchen gewählt werden, insbesondere mit einer G33, insbesondere G331 und G332, Wegbedingung mit einzugebender Gewindesteigung, und es kann nun eine Folge oder Menge von Werten für die Eindringtiefe angegeben werden, bei denen auf einen neuen Gewindesteigungsparameter umgeschaltet wird, wobei der Gewindesteigungsparameter bis zum nächsten Wert der Eindringtiefe beibehalten wird.
Die 13 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel einer Abbremsbewegung AB in einer vergrößerten Ansicht des rechten unteren Bereichs des Diagramms der 12 in einem Drehwinkelbereich Δφ und einem zugehörigen Eindringtiefenbereich ΔT.
In 13 ist beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit n = 10 gewählt und es sind somit zehn Abbremsschritte S₁ bis S₁₀ mit den zugehörigen Steigungsparametern P₁ bis P₁₀ eingezeichnet.
Der Drehwinkelbereich Δφ ist entsprechend aufgeteilt in die n = 10 Drehwinkelintervalle [φ₀, φ₁], [φ₁, φ₂], ... , [φ_i-1, φ_i], [φ_i, φ_i+1], ... [φ₉, φ₁₀] und diesen Intervallen zugehörig sind die entsprechenden Eindringtiefenintervalle [T₀, T₁], [T₁, T₂], ... , [T_i-1, T_i], [T_i, T_i+1], ... , [T₉, T₁₀], in die der Eindringtiefenbereich ΔT aufgeteilt ist, der im Beispiel der 12 von T(φ₀) = -16 mm bis T(φ₁₀) = - 17 mm reicht und/oder der Gewindesteigung - P = - 1 mm entspricht. Jedem Intervall entspricht ein Teilschritt S_i.
In 13 ist, anders als in 12, der Differenzdrehwinkel ausgehend von φ₀ aufgezeichnet. Wenn man in 13 die gleichen Werte auf der Drehwinkelachse für φ wie in 12 eintragen will, so sind alle Werte auf der horizontalen Achse mit dem Wert von φ₀, der in 12 beispielsweise 5800° beträgt, zu addieren. Die Abbremsbewegung AB beginnt bei dem Drehwinkelwert φ₀ und dem zugehörigen Eindringtiefenwert T₀ und endet bei dem Enddrehwinkelwert φ₁₀ und dem zugehörigen Eindringtiefenwert T₁₀.
Es wird nun jedem dieser Intervalle jedes Abbremsschrittes S_i ein zugehöriger Steigungsparameter P_i, insbesondere als Gewindesteigung oder Interpolationsparameter der CNC-Steuerung, zugeordnet, also den beiden Intervallen [φ₀, φ₁] und [T₀, T₁] die Steigung P₁, dem Intervallpaar [φ₁, φ₂] und [T₁, T₂] die Steigung P₂ und so weiter bis zur Steigung P₁₀ für das letzte Intervallpaar [φ₉, φ₁₀] und [T₉, T₁₀].
Die Steigungswerte P₁ bis P₁₀ werden so gewählt, dass P_i+1 < P_i ist für i = 1 bis i = 10 in 13 oder n in 12. In jedem Teilabschnitt oder Abbremsschritt S_i bleibt die Gewindesteigung P₁ bis P₁₀ konstant, so dass sich im Wesentlichen gerade Teilabschnitte des Graphen der Funktion T (φ) ergeben, in denen eine synchronisierte „Gewindebewegung“ stattfindet, also die axiale Vorschubgeschwindigkeit dem Quotienten aus P_i/360° entspricht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 13 wurden die Eindringtiefeintervalle in den Abbremsschritten S_i für alle i mit 1 ≤ i ≤ n (hier z.B. n = 10) gleich groß gewählt, so dass die Länge der Intervalle T₁ - T₀ = T₂ - T₁ = T_i - T_i-1 = T_i+1 - T_i = T_n - T_n-1 gleich oder äquidistant gewählt ist, also $T_{i} - T_{i-1} = Δ T/n$
im dargestellten Ausführungsbeispiel der 13 als - 1 mm/10 = - 0,1 mm gewählt ist.
Da der axiale Vorschub in jedem Teilabschnitt oder Teilintervall im Ausführungsbeispiel der 13 konstant gewählt ist, da T_i+1 - T_i für alle i gleich oder äquidistant gewählt ist, ergeben sich bei geringer werdender Steigung P_i und damit abnehmender axialer Vorschubgeschwindigkeit größer werdende Drehwinkelintervalle φ_i+1 - φ_i $φ_{i+1} - φ_{i} > φ_{i} - φ_{i-1}$
in dem Drehwinkelbereich Δφ in den Abbremsschritten S_i. D.h. der Drehwinkelabstand φ₂ - φ₁ ist kleiner als der Drehwinkelabstand φ₃ - φ₂ und der Drehwinkelabstand φ_i+1 - φ_i ist größer als der Winkelabstand φ_i - φ_i-1. Den größten Winkelabstand oder Winkelbereich deckt der letzte Teilabschnitt ab zwischen den Drehwinkelwerten φ₁₀ - φ₉. Dies entspricht einem kontinuierlichen und in jedem Teilabschnitt oder Abbremsschritt S_i verlangsamten Abbremsvorgang.
Während der Abbremsbewegung AB wird die zeitliche Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit dφ/dt und die axiale Vorschubgeschwindigkeit dT/dt so gewählt oder gesteuert oder programmiert, dass das Werkzeug 2 am Umkehrpunkt UP = (φ_n, T_n) bzw. (φ₁₀, T₁₀) zur Ruhe kommt, also dφ/dt = 0 und dT/dt = 0 bei φ = φ_n bzw. T = T_n oder bei φ = φ₁₀ bzw. T = T₁₀.
Die Reduzierung der Drehgeschwindigkeit dφ/dt und der axialen Vorschubgeschwindigkeit dT/dt auf 0 abhängig von der Zeit t kann z.B. kontinuierlich während der Abbremsbewegung AB erfolgen oder auch beispielsweise erst in dem letzten Abbremsschritt S_n oder S₁₀.
Die real nicht exakt linearen, sondern etwas abgerundeten Verläufe der Graphen in den Abbremsschritte S₁ bis S₁₀ der 13 folgen physikalisch aus den Trägheiten des Antriebssystems, insbesondere der Steuerung, einschließlich deren Interpolationsroutinen zur Glättung der Übergänge, und der Maschinenantriebe und der Massenträgheit der bewegten Komponenten.
Idealisiert dargestellt oder in der Programmierung der Abbremsbewegung selbst hinterlegt ergibt sich jedoch die beschriebene Abfolge von linearen Funktionen oder aneinandergereihten linearen Abschnitten mit stufenweise abnehmender Steigung, d.h. stufenweise abnehmender jeweils konstanter Vorschubgeschwindigkeit, in den einzelnen Abbremsschritten S_i beispielsweise S₁ bis S₁₀.
In 14 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wie in der ersten Reversierphase ausgehend vom Umkehrpunkt UP die gleiche Abhängigkeit oder Funktion T(φ) in entgegengesetzter Reihenfolge für die Beschleunigungsbewegung BB in Umkehrung der Abbremsbewegung AB z.B. gemäß 12 und 13 verwendet werden kann.
Es können aber auch andere Funktionen T(φ) und Teilschritte als in 5 verwendet werden, die vorzugsweise zu dem Punkt (φ₀, T₀,) zurückführen, an dem auch die Abbremsbewegung AB begann bzw. die erste Arbeitsphase endete, so dass der richtige Einfädelpunkt für das Werkzeug für das Zurückfahren durch den Gewindegang 50 erreicht werden kann.
Vorzugsweise wird ausgehend von dem Endwinkelwert φ_n oder φ₁₀ in umgekehrter Reihenfolge zunächst eine Beschleunigungsphase als erste Reversierphase mit einer Beschleunigungsbewegung BB durchgeführt mit den gleichen Inkrementalschritten. Diese Schritte sind nunmehr jedoch Beschleunigungsschritte S_j mit n+1 ≤ j ≤ 2 n sind, in 14 beginnend mit S₁₁ bis S₂₀ für n =10.
Zugeordnet ist jedem dieser Beschleunigungsschritte S_j ein zugehöriges Drehwinkelintervall [φ₁₀, φ₁₁], [φ₁₁, φ₁₂], ... , [φ_j-1, φ_j], [φ_j, φ_i+1], ... [φ₁₉, φ₂₀], wobei φ_j aus der ersten Reversierphase einfach φ_i aus der zweiten Arbeitsphase entspricht, wenn man i + j = n setzt. Die Steigungsparameter bleiben ebenfalls gleich, nur in umgekehrter Reihenfolge, also in 5 werden sie von P₁₀ über P₉, P₈ bis zu P₁ für die Teilabschnitte der Steuerkurve gemäß 13 von rechts nach links durchlaufen, bis der Tiefenwert T₀ erreicht wird. Gemäß 14 wird der neue Winkelwert φ₁₁ zeitlich nach dem Winkelwert φ₁₀ angenommen und entspricht das Intervall [φ₁₀, φ₁₁] dem Intervall [T₁₀, T₉], mit der Gewindesteigung P₁₀ und das anschließende Winkelintervall [φ₁₁, φ₁₂] dem Eindringtiefenintervall [T₉, T₈] mit der entsprechenden Gewindesteigung P₉ usw. bis zum letzten Teilabschnitt von [φ₁₉, φ₂₀] entsprechend [T₁, T₀] mit der Gewindesteigung P₁.
Im Anschluss wird dann in umgekehrter Richtung der 12 der lineare Abschnitt der Kurve von φ₀ bis φ = 0 entsprechend der Eindringtiefe T von T₀ bis zu T = 0 durchlaufen. Die der Steigung der Geraden in 1 entsprechende axiale Vorschubgeschwindigkeit bei der Rückwärtsbewegung ist nun wieder P/360° mit umgekehrter Richtung. Dadurch wird das Werkzeug gerade umgekehrt durch das in der Vorwärtsbewegung erzeugte Gewinde geführt, ohne dass in dem Gewinde eine Beschädigung des erzeugten Gewindeganges stattfindet. Die Rückwärtsbewegung ist also genau so synchronisiert wie die Vorwärtsbewegung, nur mit umgekehrter Drehrichtung, so dass sich der Winkel φ von dem Winkel φ_n gerade wieder rückwärts in seinem Wert abnimmt bis auf φ = 0 und auch bei umgekehrter axialer Vorschubgeschwindigkeit nunmehr die Gewindetiefe von T = T₀ bis T = 0 mathematisch gesehen zunimmt.
Die gleiche Steuerkurve oder Funktion T(φ) wie in der Vorwärtsbewegung VB in den beiden Arbeitsphasen auch in der Rückwärtsbewegung RB in den beiden Reversierphasen zu verwenden, hat einerseits den Vorteil, dass sich das Werkzeug 2 positionsgenau oder bewegungsgenau steuern lässt und sich insbesondere beim Einfädeln in den Gewindegang 50 in der richtigen Stellung befindet, und derart die Kräfte beim Reversieren sehr gering gehalten werden können und/oder eine hohe Rückfahr- oder Ausfahrgeschwindigkeit ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(φ) werden die Werte der Eindringtiefe T als gemessene oder von der Steuerung oder Programmierung vorgegebene Eingabeparameter verwendet und ergeben sich die zugehörigen Werte des Drehwinkels φ aus der Abhängigkeit mittels der zugeordneten Steigungsparameter P und P_i.
Es kann also ein CNC-Programm für Gewindebohren oder Gewindefurchen gewählt werden, insbesondere mit einer G33, insbesondere G331 und G332, Wegbedingung mit einzugebender Gewindesteigung, und es kann nun eine Folge oder Menge von Werten für die Eindringtiefe angegeben werden, bei denen auf einen neuen Gewindesteigungsparameter umgeschaltet wird, wobei der Gewindesteigungsparameter bis zum nächsten Wert der Eindringtiefe beibehalten wird.
Eine Abfolge wäre z.B.
Arbeitsbewegung:

▪ Bei der Eindringtiefe T = 0 wähle den Gewindesteigungsparameter P und behalte diesen bis T = T₀ bei. Es wird eine Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit eingestellt.
▪ Bei T = T₀ wechsle auf den Gewindesteigungsparameter P₁ und behalte diesen bis T = T₁ bei.
▪ Bei T = T_i wechsle auf den Gewindesteigungsparameter P_i+1 und behalte diesen bis T = T_i+1 bei für alle i mit 1 ≤ i ≤ n.
▪ Reduziere die Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl bis auf 0 bei T = T_n.

Reversierbewegung:

▪ Bei T = T_n reversiere die axiale Vorschubbewegung und die Drehbewegung mit einer eingestellten Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit und starte wieder in jeweils umgekehrter Richtung mit dem Gewindesteigungsparameter P_n und behalte diesen bis T = T_n-1 bei.
▪ Bei T = T_j wechsle auf den Gewindesteigungsparameter P_j und behalte diesen bis T = T_j-1 bei für alle j als absteigender Index mit 1 ≤ j ≤ n-1.
▪ Bei T = T₀ wähle den Gewindesteigungsparameter P und behalte diesen bis T = 0 bei.

Auch wenn diese Ausführungsform der Arbeitsbewegung in der zweiten Arbeitsphase und/oder der Reversierbewegung in der ersten Reversierphase, die insbesondere einer linearen Interpolation entspricht, aufgrund ihrer einfachen Implementierung in bestehende Maschinenprogramme Vorteile aufweist, können gemäß der Erfindung in allen Ausführungsformen auch andere Abhängigkeiten oder Funktionen oder Interpolationen in einzelnen Teilschritten oder Teilintervallen für die Beziehung zwischen T und φ vorgesehen werden oder auch Kombinationen daraus.
Bei der beschriebenen linearen Interpolation werden die linearen Kurvenabschnitte oder Graphenabschnitte stetig aneinander angesetzt, d.h. die Anfangspunkte (φ_i, T_i) jedes Intervalls entsprechen den Endpunkten des jeweils vorhergehenden Intervalls und beim ersten Intervall dem Endpunkt (φ₀, T₀) des linearen Graphen der Gewindeerzeugung. Diese Verknüpfungspunkte werden auch als Stützstellen bezeichnet.
In allen Ausführungsformen oder Interpolationen können anstelle linearer Abschnitte auch Kurvenabschnitte oder Graphenabschnitte gewählt werden, die stetig differenzierbar aneinandergesetzt (oder: verknüpft, miteinander verbunden) werden. Das bedeutet, dass nicht nur der Anfangspunkt jedes Intervalls mit dem Endpunkt des vorhergehenden Intervalls übereinstimmt, also ein stetiger Übergang an den Verknüpfungspunkten zwischen den Intervallen erfolgt, sondern zusätzlich die Graphenabschnitte oder deren Funktionen auch in diesen Verknüpfungspunkten differenzierbar sind und ihre Ableitung den gleichen Wert aufweisen. Dadurch werden glatte oder stetig differenzierbare Übergänge zwischen den Graphen in den einzelnen Abbremsschritten oder Intervallen erreicht, was dem Bewegungsablauf förderlich ist. Auch der Übergang im Drehwinkel φ₀ von der Gewindeerzeugungsbewegung in der ersten Arbeitsphase zur Abbremsbewegung AB in der zweiten Arbeitsphase oder dann entsprechend vorzugsweise auch von der ersten Reversierphase zur zweiten Reversierphase ist vorzugsweise stetig differenzierbar oder mit derselben Steigung gewählt
Beispiele für Funktionen, die sich für einen solche stetig differenzierbare Interpolation eignen, sind Polynome höheren Grades als 1, insbesondere dritten Grades wie beispielsweise kubische Splines.
Hier kann eine Spline-Interpolation Anwendung finden. Durch eine Polynomfunktion 3. Grades als Splinefunktion $T (φ) = a_{3} φ^{3} + a_{2} φ^{2} + a_{1} φ+ a_{0}$
mit den bei Spline-Interpolation üblichen Randbedingungen lässt sich beispielsweise eine bis in die dritte Ableitung stetige Funktion erstellen.
Ferner kann auch eine durchgehende, insbesondere streng monoton oder auch monoton fallende Funktion für den Abbremsvorgang oder zumindest einen überwiegenden Teil der Abbremsschritte S_i, beispielsweise eine Exponentialfunktion oder logarithmische Funktion, verwendet werden
Beispielsweise kann die folgende Exponentialfunktion verwendet werden: $T = - e^{\frac{- P}{π \cdot fd} \cdot x} + 1;$
wobei fd der Flankendurchmesser ist und x eine fortlaufende natürliche Zahl.
Die beschriebenen theoretischen Kurven oder Funktionen können insbesondere durch einen entsprechende Anzahl von einzelnen NC-Steuerungsdatensätze abgebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform einer Umsetzung der beschriebenen Abhängigkeiten oder Funktionen für T(φ) werden die Werte des Drehwinkels φ als gemessene oder von der Steuerung oder Programmierung vorgegebene Eingabeparameter verwendet und ergeben sich die zugehörigen Werte der Eindringtiefe T aus der Abhängigkeit mittels der Steigungsparameter P und P_i.
Es kann in einer dritten Variante kann auch die Zeit als Eingabeparameter vorgegeben werden und ergeben sich die Werte des Drehwinkels φ(t) und der Eindringtiefe T(t) aus der Abhängigkeit von der Zeit t und der Abhängigkeit voneinander mittels der Steigungsparameter P und P_i.
Die Steuerung oder Synchronisierung kann in einer Ausführungsform in einem offenen Regel- oder Steuerkreis ohne Messung der Prozessgrößen Eindringtiefe und Drehwinkel erfolgen. Jedem Drehwinkelwert wird dabei mittels einer Wertetabelle oder durch Berechnung nach den hinterlegten Formeln ein Eindringtiefenwert zugeordnet und Drehantrieb und Axialantrieb werden entsprechend angesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Messung wenigstens einer der beiden Prozessgrößen Eindringtiefe und Drehwinkel erfolgen und können die Messwerte in die Steuerung rückgekoppelt werden, um eine Regelung, beispielsweise gemäß der in 12 gezeigten Sollkurve, in einem geschlossenen Regelkreis zu verwirklichen. Der Drehwinkel φ wird in der Regel im Bereich des Antriebs, insbesondere der Antriebsspindel, mittels Drehwinkelsensoren oder Messung von mit dem Drehwinkel in eindeutiger Beziehung stehenden physikalischen Größen bestimmt. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, den Drehwinkel direkt am Werkzeug 2 zu messen.
Die Eindringtiefe T kann durch axiale Positionssensoren gemessen werden und auch hier wieder im Allgemeinen am Antrieb, insbesondere der Antriebsspindel, oder auch in einer besonderen Ausführungsform am Werkzeug oder Werkstück selbst.
In weiteren Ausführungsformen kann in der zweiten Arbeitsphase zusätzlich ein Egalisierungsschritt oder konstanter Umlaufschritt stattfinden, währenddessen die Eindringtiefe T(φ) = const. ist oder zumindest keine weitere Vorschubbewegung in Vorwärtsrichtung ausgeführt wird. Der Drehsinn der Drehbewegung bleibt während des Egalisierungsschrittes vorzugsweise gleich, wird also nicht reversiert.
In einer Ausführungsform wird bei Erreichen der maximalen Eindringtiefe ΔT bei einem Drehwinkel φ_n-1 der entsprechende Wert T(φ) für den darauffolgenden Schritt S_n bis zu dem Drehwinkel φ_n beim Umkehrpunkt UP konstant gehalten, d.h. T(φ_n-1) = T_n-1 = T_n = T(φ_n).
In einer weiteren Ausführungsform wird die maximale Eindringtiefe ΔT schon bei einem Drehwinkel φ_n-2 mit dem entsprechenden Wert T(φ_n-2) = T_n-2 erreicht. Nun wird der Wert T(φ) für den darauffolgenden Schritt S_n-1 bis zu dem Drehwinkel φ_n-1 wieder reduziert, d.h. die axiale Vorschubrichtung umgekehrt, und die Eindringtiefe auf den Wert T(φ_n-1) = T_n-1 < T_n-2 reduziert. Das Werkzeug läuft also mit einem leichten Reversiervorschub in der Umlaufnut. Diese definierte Bewegung in negativer T-Richtung vom Bohrungsgrund weg kann vorteilhaft sein, um den Freistich oder die Umfangsnut hinsichtlich Durchschraubbarkeit weiter zu verbessern. Ab dem Drehwinkel φ_n-1 wird wieder der entsprechende Wert T(φ) für den darauffolgenden Schritt S_n bis zu dem Drehwinkel φ_n beim Umkehrpunkt UP konstant gehalten, d.h. T(φ_n-1) = T_n-1 = T_n = T(φ_n). Es kann aber, vor allem bei schon (weitgehend) erzeugter Umfangsnut auch eine relativ große und/oder schnelle Rückholbewegung und/oder auch eine axiale Hin- und Herbewegung des Werkzeuges beim Egalisieren erfolgen, die auch einen axialen Vorschub pro 360° aufweisen kann, der sogar größer als die Gewindesteigung P ist.
Das Werkzeug und seine Gewindezähne drehen somit im Schritt S_n auf einer Kreisbahn oder zylindrischen Bahn steigungslos bzw. sogar im Schritt S_n-1 mit einer positiven Steigung wieder um einen kleinen Betrag nach außen in dem Werkstück.
Diese Bewegung dient insbesondere dazu, die Umfangsnut zu egalisieren und die Oberfläche des Werkstücks zu säubern, die erzeugte Gewindebohrung möglichst vollständig von Spanmaterial zu evakuieren und ggf. auch Verspannungen zwischen Werkstück und Werkzeug abzubauen, die durch die Bearbeitungskräfte vorher aufgebaut wurden. Der Schritt S_n als letzter Schritt der Abbremsbewegung AB sowie auch der vorletzte Schritt S_n-1 kann somit auch als Egalisierungsschritt bezeichnet werden.
Der gesamte Drehwinkel φ_n - φ_n-1 des Egalisierungsschritts S_n bzw. φ_n - φ_n-2 des Egalisierungsschritts S_n und S_n-1 kann in weiten Grenzen frei gewählt werden, beispielsweise zwischen 180° und 2000°, und wird in der Regel größer gewählt werden, beispielsweise 3 mal größer, als der Drehwinkel φ_n-1 - φ₀ bzw. φ_n-2 - φ₀ des vorherigen monoton fallenden Abschnitts (Übergangsbereich).
Bei der Reversierbewegung RB kann in der ersten Reversierphase beispielsweise der Egalisierungsschritt auch teilweise oder ganz wegfallen.
Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung können im Übergang in den Freischnitt (Umfangsnut) sowie im Freischnitt selbst vorteilhafte Bewegungsabläufe erzielt werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeuges kann möglichst hoch und gleichbleibend (stetig) verlaufen. Die Maschine (inkl. Steuerung) kann die Bewegung hochdynamisch abbilden. Im Freischnitt oder der Umfangsnut kann außerdem eine durchschraubbare Geometrie erzeugt werden.
Sieht man sich die Verhältnisse an der Maschine an, so ist erkennbar, dass im System eine Massenträgheit sowie eine Trägheit in den Antrieben und im Steuerungssystem physikalisch vorhanden ist. Um die Geschwindigkeit aus dem Gewinde auch in dem Freistich, d.h. der Umfangsnut, hoch zu halten, wird insbesondere durch eine stetige Bewegungsbahn von z-Achse (Variable T) und Drehachse (Variable φ) die Maschine in die Lage versetzt, vorzugsweise mit einer hohen Bahngeschwindigkeit diese Bewegung zu realisieren. Dies wirkt sich dann in einer hohen und stetigen Geschwindigkeit der wirksamen Werkzeugzähne und -schneiden aus. Dies ist wiederum für eine gleichmäßige Zerspanung günstig.
Um die Maschine zu programmieren, können die theoretischen Bewegungsbahnen in entsprechende NC-Sätze übertragen werden. Hierbei können geringfügige Abweichungen oder Annäherungen (in Form von beispielsweise zusammengesetzten Helixbewegungen) vorkommen.
Bei der technischen Umsetzung eines Gewindeerzeugungsprozesses wie dem vorliegenden ist auch die zeitliche Abhängigkeit der Eindringtiefe T = T(t) und des Drehwinkels φ = φ(t) oder der Drehzahl oder Frequenz n = n(t) von der Zeit t festzulegen. Dadurch wird die am Werkstück resultierende Bahngeschwindigkeit v(t) (Umfangsgeschwindigkeit, Bearbeitungsgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit), also die Geschwindigkeit in tangentialer Richtung an die Trajektorie, festgelegt.
Die Bahngeschwindigkeit v(t) hängt vom Radius r und damit dem Gewindelochdurchmesser, einerseits und der Drehgeschwindigkeit ω(t) = dφ(t)/dt = 2 π n(t) gemäß der vektoriellen Beziehung v = r × ω ab und ist demnach für größere Radien r bei gleicher Drehzahl n größer, also z.B. bei M8-Gewinden (r = 4 mm) größer als bei M6-Gewinden (r = 3 mm).
Es soll idealerweise möglichst lange oder über einen möglichst langen Zeitraum während des Prozesses eine wenigstens annähernd konstante maximale Bahngeschwindigkeit v_max erreicht oder beibehalten werden. Dies gilt insbesondere für die Abbremsbewegung oder Freistichbewegung AB.
Das Werkzeug wird im Allgemeinen hinsichtlich seiner Leistung und Geometrie auf diesen maximalen Wert v_max optimiert. Dieser maximalen Bahngeschwindigkeit v_max entspricht eine wenigstens annähernd konstante maximale Drehzahl n_max, die aber vom Radius oder Durchmesser des Werkzeuges abhängt, wie schon beschrieben.
Gemäß dem EMUGE-Handbuch, Seiten 282 bis 283, sollten für ein Gewindebohren abhängig vom Werkstoff des Werkstücks und vom Werkstoff des Gewindebohrers (VHM oder HSS) ebenfalls verschiedene Schnittgeschwindigkeiten gewählt werden, so z.B. von 40 bis 100 m/min. in nicht gehärteten Stählen und von 5 bis 80 m/min. in Gusseisen und von 10 bis 60 m/min. in Aluminiumlegierungen für die dort angegebenen verschiedenen Gewindebohrertypen.
Nach aufwendigen Versuchen und Untersuchungen der Erfinder haben sich schließlich Werte für die Bahngeschwindigkeit v_max aus einem Werteintervall von 57 m/min bis 189 m/min, insbesondere von 85 m/min bis 132 m/min als besonders zweckmäßig herausgestellt, insbesondere in Aluminiumwerkstoffen.
Aus diesen Bahngeschwindigkeitsbereichen werden in etwa folgende bevorzugte Drehzahlbereiche in U/min (1/min = 1/60 Hz) für die maximale Drehzahl abgeleitet.
Bei einem M6-Gewinde (Durchmesser 6 mm) liegt die maximale Drehzahl n_max des Werkzeugs zwischen 3.000 U/min und 10.000 U/min, vorzugsweise zwischen 4.500 U/min und 7.000 U/min.
Bei einem anderen Gewindedurchmesser verändert sich die Drehzahl oder der Drehzahlbereich gemäß dem Verhältnis von 6 mm zu dem anderen Gewindedurchmesser, also z.B. bei M8 statt M6 um den Faktor 6/8 = 0,75.
Bei einem M8-Gewinde (Durchmesser 8 mm) beispielsweise liegt somit die maximale Drehzahl n_max des Werkzeugs zwischen 2.250 U/min und 7.500 U/min, vorzugsweise zwischen 3.375 U/min und 5.250 U/min.
Technisch ist, wie schon ausgeführt, eine primäre Zielvorgabe oder Prozessbedingung, sowohl während der Gewindeerzeugung, also der ersten Arbeitsphase mit der Arbeitsbewegung VB, als auch und vor allem während der Freistichbewegung, also der zweiten Arbeitsphase mit der Abbremsbewegung AB, eine möglichst lange Zeitdauer die gewünschte Bahngeschwindigkeit und damit die maximale Drehzahl möglichst konstant zu erreichen oder zu halten. Das bedeutet mit anderen Worten, es soll über möglichst lange Zeiträume während der Arbeitsbewegung, einschließlich der zweiten Arbeitsphase (Freistichbewegung), ein möglichst langes Plateau mit der maximalen Drehzahl in der zeitabhängigen Funktion der Drehzahl n(t) gewährleistet werden. So kann der Prozess möglichst lange bei der für das Werkzeug optimalen maximalen Drehzahl betrieben werden und zu hohe Kräfte und Beschleunigungen auf das Werkzeug können vermieden werden.
Die maximale Drehzahl soll darüber hinaus in einer weiteren Zielvorgabe oder Prozessbedingung auch schon bereits beim Eintritt in das Werkstück bei einem vorgegebenen Sicherheitsabstand erreicht sein.
Es stellte sich nun überraschenderweise heraus, dass bei den genannten bevorzugten maximalen Drehzahlen von 4.000 U/min bis 6.000 U/min, insbesondere für M6 und M8, selbst mit diesem High-end-Maschinenequipment in der Freistichbewegung keine konstante maximale Drehzahl und damit Bahngeschwindigkeit erreicht werden konnte, was zu verringerten Standzeiten bis mitunter zum Werkzeugbruch führte. Der Schleppfehler, also der Versatz zwischen Sollwert und Istwert der Achsposition, wird bei Werkzeugmaschinen mit steigender Drehzahl größer. Entgegenwirken kann man diesem Fehler zwar durch eine Erhöhung des Kv-Faktors, der die Geschwindigkeit angibt, wie schnell der Schleppfehler geschlossen wird. Jedoch sind der Erhöhung des Kv-Faktors Grenzen gesetzt, da sonst das Regelsystem der Maschine instabil wird, Überschwinger entstehen und die Maschine zu vibrieren beginnt.
Die Erfindung beruht nun in einer Ausführungsform auf der Überlegung, eine Übersetzungseinheit zwischen der Spindel der Maschine und dem Werkzeug zwischenzuschalten oder anzuordnen, die mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis von wenigstens 1:3 die Drehzahl der Maschinenspindel auf eine höhere Drehzahl am Werkzeug übersetzt. Die Drehzahl an der Maschinenspindel ist dabei gleich dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der Drehzahl des Werkzeugs. Durch diese Maßnahme konnte überraschenderweise ein ausreichendes Drehzahlplateau mit der maximalen Drehzahl sowohl während der ersten Arbeitsphase (Gewindeerzeugung) als auch während der zweiten Arbeitsphase (Freistich- oder Umlaufnuterzeugung) erzielt werden.
Das Übersetzungsverhältnis wird im Allgemeinen zwischen 1:3 und 1:10 gewählt, insbesondere zwischen 1:4 und 1:8, vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:5. Es stellte sich heraus, dass höhere Übersetzungsverhältnisse keine signifikanten weiteren Verbesserungen brachten.
Sollten Werkzeugmaschinensteuerungen die genannten Zielvorgaben ebenfalls erreichen, auch ohne Übersetzungseinheit, so fallen solche Ausführungen ebenfalls unter die Realisierung der Erfindung und deren Schutzbereich.
In Ausführungsbeispielen anhand der 15 und 16 wird der Unterschied mit und ohne Übersetzungseinheit deutlich. Ein Ausführungsbeispiel für die verwendete Übersetzungseinheit ist in 17 gezeigt.
Der Gewindeerzeugungszyklus der 15 wurde gemäß der Erfindung mit einer Übersetzungseinheit zwischen dem Maschinenantrieb bzw. der Maschinenspindel der Werkzeugmaschine und Werkzeug durchgeführt. Das Übersetzungsverhältnis der Übersetzungseinheit, das dem Verhältnis aus der Drehzahl oder der Drehgeschwindigkeit des Antriebs, hier also dem Maschinenantrieb oder der Maschinenspindel, zu der Drehzahl bzw. der Drehgeschwindigkeit des Abtriebs, hier also des Werkzeugs 2 oder seines Werkzeughalters, entspricht, ist dabei kleiner eins gewählt, d.h. die Übersetzung erfolgt ins Schnelle. Im dargestellten Beispiel der 16 wurde eine Übersetzungseinheit mit einem Übersetzungsverhältnis von ca. 4,4 gewählt, indem ein erfindungsgemäß modifiziertes Speedsynchro^® der Anmelderin eingesetzt wurde. Es wurde eine maximale Drehzahl der Spindel von 1.020 1/min = 17 1/s = 17 Hz eingestellt, entsprechend einer Drehzahl des Werkzeugs von 4.500 1/min = 75 1/s = 75 Hz
Der Gewindeerzeugungszyklus der 16 wurde ohne eine Übersetzungseinheit zwischen Maschinenspindel der Werkzeugmaschine und Werkzeug durchgeführt, d.h. die Drehzahl der Spindel entsprach der des Werkzeugs. Es wurde eine maximale Drehzahl der Spindel von 4.500 1/min = 75 1/s = 75 Hz eingestellt.
In 15 und 16 sind empirisch ermittelte zeitliche Abhängigkeiten oder Steuerungen der Eindringtiefe T= T(t) oder z-Achsen-Koordinate einerseits und der Drehzahl n = n(t) als Funktion der Zeit t über den gesamten Gewindeerzeugungszyklus zwischen dem Eintrittspunkt EP und dem Umkehrpunkt UP und wieder zurück dargestellt. Die Eindringtiefe T(t) = T(φ(t)) ergibt sich als Funktion der Zeit t aufgrund der gewählten Abhängigkeit T(φ), die bereits ausführlich beschrieben wurde. Die Drehzahl n(t) hängt mit der Winkelgeschwindigkeit ω = ω(t) = dφ/dt, die der ersten zeitlichen Ableitung des Drehwinkels des Drehwinkels φ = φ(t) entspricht, wie folgt zusammen 2π n(t) = dφ/dt. Die Winkelgeschwindigkeit ω bzw. die Drehzahl n(t) und die axiale Geschwindigkeit v(t) sind wieder synchronisiert, insbesondere gemäß einer Ausführung nach 12.
Es sind als Drehzahl n(t) in 15 zwei verschiedene Drehzahlen über der Zeit aufgetragen, einerseits die Drehzahl n_W(t) des Werkzeugs 2 und andererseits die Drehzahl n_S(t) der Maschinenspindel.
Die beiden Drehzahlen n_W(t) und n_S(t) sind über das Übersetzungsverhältnis ${I = n}_{s} (t) / n_{w} (t)$
der Übersetzungseinheit miteinander verknüpft. Das Übersetzungsverhältnis I ist im Allgemeinen größer als 3 gewählt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 16 beträgt das Übersetzungsverhältnis I der Übersetzungseinheit etwa
I = 4,4.
In 16 ist dagegen als Drehzahl n(t) nur eine Drehzahl über der Zeit aufgetragen, nämlich die Drehzahl n_W(t) des Werkzeugs 2, denn wegen der fehlenden Übersetzungseinheit sind die Drehzahl n_W(t) des Werkzeugs 2 und die Drehzahl n_S(t) der Maschinenspindel gleich, d.h. n_S(t) = n_W(t).
Auf der Zeitachse der Zeit t sind in 15 und 16 elf Zeitpunkte t₀ bis t₁₀ aufgetragen.
Der früheste Zeitpunkt t₀ entspricht dem Beginn des Gewindeerzeugungszyklus beim Eintrittspunkt EP. Der Eintrittspunkt EP liegt bei T(t₀) an der Werkstückoberfläche und ist um einen Sicherheitsabtsand hier beispielsweise - 2 mm von T = 0 mm, bei dem die Bewegung in der z-Achse beginnt, beabstandet. Beim Zeitpunkt t₀ beginnt die erste Arbeitsphase der Arbeitsbewegung VB, bei der das Gewinde erzeugt wird. Hier ist die Eindringtiefe T(t) mit dem Drehwinkel φ(t) oder der Drehzahl n(t) über die Gewindesteigung synchronisiert wie beispielsweise in 12 gezeigt. In dieses Zeitintervall fallen beispielsweise die 5 und 6, bei denen der Gewindeerzeugungsbereich 4 den Gewindegang 50 erzeugt.
Beim Zeitpunkt t₂ endet diese erste Arbeitsphase und geht in die zweite Arbeitsphase die Freistichbewegung oder Abbremsbewegung AB über. Hier bei T(t₂) ist die Gewindetiefe T_G erreicht, die im vorliegenden Fall beispielsweise ca. 11 mm beträgt.
In der zweiten Arbeitsphase zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₅ findet die Abbremsbewegung oder Freistichbewegung AB statt, die beim Umkehrpunkt UP endet. Die Eindringtiefe T(t) nimmt, deutlich langsamer werdend, um den Eindringtiefenberiech ΔT = T(t₅) - T(t₂) bis auf den untersten Wert T(t₅) beim Umkehrpunkt UP (betragsmäßig) zu, der im dargestellten Beispiel -14 mm beträgt. Hier ist die Gewindelochtiefe T_L erreicht. Beginnend zum Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₅, der dem Umkehrpunkt UP entspricht, findet also der Abbremsvorgang oder die Freistichbewegung zum Erzeugen der Umfangsnut(en) oder Freistiche, insbesondere 51 in 1 und 10 sowie 51 und 52 in 11, statt, insbesondere die Abbremsbewegung AB gemäß 12 und 13 und/oder die Abbremsbewegung mit der erfindungsgemäßen vorgegebenen Abhängigkeit zwischen der Eindringtiefe T = T(φ) und dem Drehwinkel φ (nicht zu verwechseln mit der Kurve T(t) in 15 und 16). Während des Abbremsvorgangs ändert sich in der Ausführungsform gemäß 12 die Eindringtiefe um ΔT und der Drehwinkel um Δφ.
Speziell kann wieder eine Änderung der Gewindesteigungen Pi im Abstand von jeweils 0,1 mm mit programmierten Gewindebefehlen G331 mit dem Steigungsbereich von 0,9 mm - 0,05 mm (Gewinde selbst hat P = 1 mm) eingestellt sein. Maschineninterne Routinen interpolieren dabei in der Regel die eingegebenen Befehle zu einer stetigen Kurve für jede Achse. Durch die verringerten Steigungen in der Freistichbewegung wird insbesondere die Spanwurzel im Bohrgrund verkleinert, bis sie bei der Rückwärtsbewegung kein Hindernis mehr darstellt.
Beim Umkehrpunkt UP erreicht die Eindringtiefe T(t) ihren tiefsten und betragsmäßig größten Wert T_L und der Drehwinkel φ(t) ebenfalls seinen größten oder weitesten Wert φ_L. Die axialen Geschwindigkeit v(t) = dT/dt und die Drehzahl n(t) = dφ/dt/ 2π nehmen beim Umkehrpunkt UP jeweils momentan den Wert Null an, das heißt das Werkzeug 2 kommt hier momentan zum Stillstand, wie beispielsweise in 7 dargestellt.
Ab dem Umkehrpunkt UP bei dem Zeitpunkt t₅ beginnt nun die Reversierbewegung RB des Werkzeugs 2, die wieder in eine erste Reversierphase mit der Beschleunigungsbewegung BB, die zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₈ liegt, und eine zweite Reversierphase, die zwischen den Zeitpunkten t₈ und t₁₀ liegt, unterteilt ist. Bei dem Zeitpunkt t₁₀ ist wieder die Werkstückoberfläche erreicht und T(t₁₀) = T(t₀), im vorliegenden Beispiel -2 mm.
In den in 15 und 16 dargestellten Ausführungsbeispielen ist, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, die Steuerung der Vorschubbewegung VB und der Reversierbewegung RB im Wesentlichen symmetrisch zum Umkehrpunkt UP gestaltet, d.h. die Graphen für die Eindringtiefe T = T(t) sind im Wesentlichen achsen- oder spiegelsymmetrisch zu einer durch den Zeitpunkt t₅ des Umkehrpunktes UP verlaufenden senkrechten Symmetrieachse und die Graphen der Drehzahlen n_W(t) und n_S(t) sind jeweils im Wesentlichen punktsymmetrisch zum Punkt (t₅, 0) beim Umkehrpunkt UP.
Es wurde in den Ausführungsbeispielen der 15 und 16 die Abhängigkeit oder Synchronisierung der Eindringtiefe T = T(φ) von bzw. mit dem Drehwinkel φ mit variierendem Gewindesteigungsparameter in der Freistichbewegung AB gemäß 12 und 13 und 14 gewählt.
Wie man in den 15 und 16 sofort erkennen kann, unterscheiden sich die realen zeitlichen Verläufe der Drehzahl n_W(t) trotz theoretisch gleich in der Maschinensteuerung programmierter resultierender maximaler Drehzahl n_max am Werkzeug, hier 4.500 U/min, ganz erheblich. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
In der Ausführung gemäß der Erfindung mit Übersetzungseinheit gemäß 15 erhöht die Maschinensteuerung die Drehzahl n_W(t) gemäß der vorgegebenen maximalen Drehbeschleunigung ab dem Zeitpunkt bei T = 0 mm und erreicht schon kurz vor dem Zeitpunkt t₀ am Eintrittspunkt EP den maximalen Wert n_s.max der Drehzahl der Maschinenspindel und den entsprechenden übersetzten maximalen Wert der Drehzahl des Werkzeugs. Dieser maximale Wert der Drehzahl des Werkzeugs erreicht nun oder entspricht nun der theoretischen, programmierten maximalen Drehzahl n_max des Werkzeugs, hier den vollen 4.500 U/min, entsprechend n_s.max = I n_max = 1.020 U/min für die Spindel.
Diese maximale Drehzahl n_max wird nun über ein Plateau mit einem Zeitintervall Δt₁ zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ konstant gehalten, d.h. n_W(t) = n_max bzw. entsprechend n_S(t) = n_S,max in dem Zeitintervall zwischen t₀ und t₁ der Intervalllänge Δt₁.
Beim Zeitpunkt t₄ nimmt die Drehzahl n_W(t) wieder ab bis auf ein lokales Minimum bei einer Minimumsdrehzahl n_min, das bzw. die schon innerhalb der Abbremsbewegung AB, also hier kurz nach dem Zeitpunkt t₂, liegt.
Die Drehzahldifferenz zwischen maximaler Drehzahl n_max und Minimumsdrehzahl n_min ist mit Δn bezeichnet, also Δn = n_max - n_min und sollte 0,8 n_max nicht übersteigen. Δn ist abhängig von der verwendeten Maschine und Maschinensteuerung.
Nun steigt nach Erreichen der Minimumsdrehzahl n_min infolge der Steuerung der Freistichbewegung AB die Drehzahl n_W(t) sogleich wieder an und erreicht wiederum zum zweiten Mal die maximale Drehzahl n_max bei dem Zeitpunkt t₃, die über ein zweites Plateau mit einem Zeitintervall Δt₃ zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ konstant gehalten wird, d.h. n_W(t) = n_max bzw. entsprechend n_S(t) = n_S,max in dem Zeitintervall zwischen t₃ und t₄ der Intervalllänge Δt₃.
Der zeitliche Verlauf der Drehzahl n_W(t) ist bei anderen Werten für das Übersetzungsverhältnis I, insbesondere in einem Wertebereich von I = 3 bis 8, und bei anderen Werten für die maximale Drehzahl n_max insbesondere in einem Wertebereich von 3.000 bis 10.000 U/min, auch in den verschiedenen Kombinationen, qualitativ gleich. Insbesondere treten ebenso die beiden Plateaus Δt₁ und Δt₃ mit dem Zwischenzeitintervall Δt₂ auf.
Die absoluten Werte der Intervalllänge des zweiten Plateaus Δt₃ hängen von dem Übersetzungsverhältnis I und der maximalen Drehzahl n_max und auch von der Maschinensteuerung ab. Insbesondere kann die Intervalllänge Δt₃ des zweiten Plateaus in einem Bereich von 0,01 s bis 0,25 s, insbesondere 0,02 s bis 0,13 s, gewählt werden.
Ab dem Zeitpunkt t₄ nimmt die Drehzahl n_W(t) auf 0 bei dem Umkehrpunkt UP bei dem Zeitpunkt t₅ ab.
Das Zwischenzeitintervall Δt₂ zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₃, das zwischen den beiden Plateaus, also den Zeiträumen Δt₁ und Δt₃ mit maximaler Drehzahl n_max, liegt, ist auch maschinenabhängig und dürfte im Allgemeinen nicht zu vermeiden, sein, sollte jedoch möglichst kurz gehalten werden.
Die absoluten Werte für die Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls Δt₂ für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse I und maximalen Drehzahlen n_max liegen, insbesondere zwischen 0,05 s und 0,15 s, bevorzugt zwischen 0,06 und 0,10 s, variieren also in der Regel nicht so stark wie bei Δt₃.
Interessant ist hier unter anderem auch das Verhältnis Δt₂ / Δt₃ des Zeitintervalls Δt₂ zwischen den Plateaus und des Zeitintervalls des zweiten Plateaus Δt₃, denn das Zeitintervall Δt₂ des ersten Plateaus ist auch von der Gewindelänge abhängig.
Im Allgemeinen liegt das Verhältnis Δt₂ / Δt₃ in einem Bereich von 0,3 bis 3,4 für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse I und maximalen Drehzahlen n_max, insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 2,4.
Dieser Verlauf der Drehzahl n_W(t) während der Arbeitsbewegung zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₅ wiederholt sich, wie in 15 zu sehen, in der Reversierbewegung zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₁₀ punktgespiegelt am Umkehrpunkt UP mit zwei Plateaus maximaler Drehzahl - n_max, nämlich dem Plateau Δt₃ zwischen den Zeitpunkten t₆ und t₇ und dem Plateau Δt₁ zwischen den Zeitpunkten t₉ und t₁₀ und dem dazwischenliegenden Bereich geringerer Drehzahl mit dem betragsmäßigen Drehzahlminimum - n_min zwischen den Zeitpunkten t₇ und t₉.
In der Ausführung ohne Übersetzungseinheit gemäß 16 erhöht die Maschinensteuerung die Drehzahl n_W(t) gemäß der vorgegebenen maximalen Drehbeschleunigung ab dem Zeitpunkt bei T = 0 mm über den Zeitpunkt t₀ am Eintrittspunkt EP bis zu dem Zeitpunkt t₁, bis ein punktuelles lokales und globales Maximum bei diesem Zeitpunkt t₁ erreicht wird, jedoch ohne Plateau, d.h. ohne ein Zeitintervall, in dem die Drehzahl auf ihrem maximalen Wert bleibt. Vielmehr wird der maximale Wert der Drehzahl n_W(t) sogleich wieder verlassen, d.h. die Drehzahl n_W(t) nimmt ab dem Zeitpunkt t₁ unmittelbar wieder ab. Ferner liegt der real erreichte maximale Wert der Drehzahl n_W(t) unterhalb der programmierten maximalen Drehzahl n_max.
Bei dem Zeitpunkt t₃ erreicht die Drehzahl n_W(t) ein lokales Minimum n_min das schon innerhalb der Abbremsbewegung AB, also hier kurz nach dem Zeitpunkt t₂, liegt. Nun steigt infolge der Steuerung der Freistichbewegung AB die Drehzahl n_W(t) wieder an und erreicht ein zweites lokales Maximum bei dem Zeitpunkt t₄ und nimmt danach erst bis auf 0 bei dem Umkehrpunkt UP bei dem Zeitpunkt t₅ ab. Das Maximum bei dem Zeitpunkt t₄ ist kleiner als das Maximum bei dem Zeitpunkt t₁ und ist punktuell, d.h. auch hier bildet sich kein Plateau mit konstanter Drehzahl heraus.
Dieser Verlauf der Drehzahl n_W(t) während der Arbeitsbewegung zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₅ wiederholt sich in der Reversierbewegung zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₁₀ punktgespiegelt am Umkehrpunkt UP mit zwei betragsmäßigen Maxima bei den Zeitpunkten t₆ und t9 und einem dazwischenliegenden betragsmäßigen Minimum - n_min dem Zeitpunkt t₈. Auch in der Reversierbewegung wird die betragsmäßig maximale Drehzahl - n_max nicht erreicht und stellen sich nicht die gewünschten Plateaus der Drehzahl ein.
Die Flankenanstiege oder Steigungen bei der Drehzahl sind in beiden Ausführungsbeispielen und generell durch die maximale Drehbeschleunigung der Maschinenspindel begrenzt bzw. bestimmt.
Bei Ausführungen mit der Übersetzungseinheit wie gemäß 15 wurden gegenüber Ausführungen ohne Übersetzungseinheit wie gemäß 16 Verbesserungen der Gewindequalität, Maschinenabnutzung, Werkzeugbelastung und hierdurch vermutlich auch der Werkzeugstandzeit festgestellt.
Eine Ausführungsform einer Übersetzungseinheit kann durch eine Modifikation des Speedsynchro^® der Anmelderin gebildet sein. Im Unterschied zu dem bekannten ist eine starre Kopplung ohne einen Längenausgleich mittels Elastomeren realisiert, um die Genauigkeit der in der Nähe des Umkehrpunktes UP vorgenommenen Steuerungsschritte nicht zu gefährden.
Es hat sich nun gezeigt, dass mit der Abbrems- oder Freistichbewegung AB oder Umlaufnuterzeugung gemäß der Erfindung eine Säuberung der zurückbleibenden Materialrückstände wie Spanwurzel oder Formwulst schon vor der Umkehrung der Werkzeugbewegung beim Umkehrpunkt stattfindet und deshalb bei der Reversierbewegung keine zu große Belastung mehr auf die Gewindezähne auftritt. Dadurch können Brüche bei Gewindezähnen aus den spröden, harten Werkstoffen vermieden werden und somit auch Gewindeerzeugungsbereiche oder Gewindezähne, insbesondere an separat gefertigten auswechselbare Gewindeerzeugungselementen, aus Hartmetall oder einem anderen ähnlich spröden Werkstoff verwendet werden.
Somit sind in dem oder durch das Verfahren gemäß der Erfindung mit der axialen Gewindeerzeugungsbewegung mit der integrierten Abbrems- oder Freistichbewegung AB oder Umlaufnuterzeugung nunmehr praktisch beliebige axiale Gewindeerzeugungswerkzeuge also Gewindebohrer oder Gewindefurcher oder Kombinationen daraus oder andere schneidend und spanlos formende axial arbeitende Gewindeerzeugungswerkzeuge einsetzbar, insbesondere auch solche mit Gewindezähnen aus Hartmetall oder einem anderen spröden Werkstoff, insbesondere Gewindezähnen an separaten, an einem Trägerkörper oder Halter lösbar befestigten Gewindeerzeugungselementen.
Das Gewindeerzeugungswerkzeug kann nun in Ausführungsformen, wie beispielsweise in 17 bis 22 dargestellt ist, einen Trägerkörper und einen auf ein oder mehrere am Trägerkörper lösbar oder auswechselbar befestigte Gewindeerzeugungselement(e) verteilten Gewindeerzeugungsbereich mit einem oder mehreren Gewindezähnen aufweisen.
In anderen Ausführungsformen kann das Gewindeerzeugungswerkzeug, wie beispielsweise in 23 bis 26 dargestellt ist, monolithisch ausgebildet sein, wobei der Gewindeerzeugungsbereich mit einem oder mehreren Gewindezähnen an einem Grundkörper mit diesem einstückig hergestellt ist, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung wie Schleifen.
Der Trägerkörper oder der Grundkörper kann auch einen Hals aufweisen, d.h. zum Gewindeerzeugungsbereich hin im Durchmesser sich stetig oder stufenartig verjüngen oder abnehmen.
17 zeigt ein Gewindeerzeugungswerkzeug, insbesondere einen Gewindebohrer, mit drei Gewindezähnen 11, 12 und 13 an den Ecken eines eine dreieckige Grundform aufweisenden, plattenförmigen Gewindeerzeugungselements 10. Das Gewindeerzeugungselement 10 ist nach außen durch drei die Dreiecksform wiedergebende ebene Seitenflächen 14 begrenzt, die sich bis zu den hinteren Bereichen der Freiflächen F1 bis F3 der Gewindezähne 1 bis 13 erstrecken. Vorne gehen die Freiflächen F1 bis F3 in Gewindeschneiden G1 bis G3 der Gewindezähne 1 bis 13 über. Die Gewindeschneiden G1 bis G3 liegen an jeweiligen Spanflächen, die von jeweils einer an den jeweiligen Gewindezahn 11 bis 13 angrenzenden und vorzugsweise axial oder gerade verlaufenden Spannut 15 gebildet sind.
Mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement 10 axial geführten zentralen Befestigungsschraube 27 ist das Gewindeerzeugungselement 10 vorne an der Stirnseite oder Stirnfläche 22 eines Trägerkörpers 20 befestigt. Die Werkzeugachse A verläuft zentral durch den Trägerkörper 20 und das Gewindeerzeugungselement 10.
In den 18 bis 21 ist ein Ausführungsbeispiel eines Gewindeerzeugungswerkzeuges mit mehreren, hier beispielsweise sechs, und aufgrund von mehrfachen Gewindeschneiden mehrfach verwendbaren Gewindeerzeugungselementen 71 bis 76 gezeigt.
Die Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 weisen in einer annähernd rechteckigen symmetrischen und plattenförmigen Grundform vier Gewindeschneiden G an den vier Ecken mit jeweiligen vorgelagerten Spanflächen auf.
Jedes dieser Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 ist in einer zugehörigen Aufnahme 91 bis 96 des Trägerkörpers 20 an dessen Stirnfläche 22 eingesetzt und mittels einer durch eine zentrale Öffnung in dem Gewindeerzeugungselement 71 bis 76 geführte, nicht dargestellte Befestigungsschraube lösbar und wechselbar am Trägerkörper 20 befestigt. Die Aufnahmen 91 bis 96 können der Dicke der Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 angepasst sein, so dass die Vorderflächen der Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 im Wesentlichen bündig mit der Stirnfläche 22 des Trägerkörpers 20 abschließen. Durch Drehen um 180° oder Wenden der Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 sind diese viermal. d.h. mit jeweils einer der vier Gewindeschneiden G verwendbar nach Art einer Wendeschneidplatte.
Jeweils ein Gewindesteg mit zwei Gewindeschneiden G kann bildet einen Gewindezahn GZ. Die Gewindezähne GZ der verschiedenen Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 liegen wieder auf einer Helix mit der Gewindesteigung P, vorzugsweise jeweils axial um ΔP und in Umfangsrichtung um einen Teilungswinkel Δα gleich beabstandet.
Es sind aber auch Ausführungen von Gewindeerzeugungselementen 71 bis 76 mit nur drei oder zwei oder auch nur einer Gewindeschneide G möglich und auch mit anderen als rechteckigen oder plattenförmigen Grundformen und auch mit einer anderen Anzahl als 6.
Die äußersten radialen Abstände der aktiven Gewindeschneiden G der Gewindezähne der Gewindeerzeugungselemente 71 bis 76 sind mit r1 bis r6 bezeichnet und nehmen vorzugsweise entgegengesetzt zum Windungssinn zu, also r1 < r2, r2 < r3, ... bis r5 < r6.
In 22 ist nun ein Gewindeerzeugungswerkzeug mit einem Gewindeerzeugungselement 80 an einer Stirnfläche 22 eines Trägerkörper 20 dargestellt. Das wieder als Arbeitskopf ausgebildete und plattenförmige Gewindeerzeugungselement 80 hat hier eine sternförmige Grundform mit beispielsweise acht Gewindezähne 81 bis 88, die um die zentral durch das Gewindeerzeugungselement 80 und den Trägerkörper 20 verlaufende Werkzeugachse A beispielsweise äquidistant angeordnet sind und vor denen wieder durch eine Spannut eine Spanfläche gebildet ist.
Mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement 80 axial geführten zentralen Befestigungsschraube 27 ist das Gewindeerzeugungselement 80 vorne an der Stirnfläche 22 des Trägerkörpers 20 befestigt.
Das Gewindeerzeugungselement ist in 17 wie auch in 22 als stirnseitiger Arbeitskopf oder Gewindekopf mit dem vollständigen Gewindeerzeugungsbereich oder allen Gewindezähnen ausgebildet. Der Trägerkörper 20 kann deshalb denkbar einfach ausgebildet sein und beispielsweise, wie in 17 oder 22 dargestellt, ein einfach herzustellender Körper mit bezüglich der Werkzeugachse A zylindrischer Form oder Schaftform sein, dessen halber Durchmesser kleiner ist als der radiale Abstand der Gewindezähne von der Werkzeugachse A. An der Mantelfläche des Trägerkörpers 20 können Kühl- und/oder Schmiermittelaustritte 26 vorgesehen sein.
In anderen Ausführungsformen, wie in 18 bis 21 dargestellt, sind mehrere separat am Trägerkörper lösbar befestigte Gewindeerzeugungselemente vorgesehen, die um die Werkzeugachse A in Umfangsrichtung herum verteilt und voneinander beabstandet angeordnet sind. Jedes Gewindeerzeugungselement kann einen wirksamen oder arbeitenden Gewindezahn oder Gewindeschneide aufweisen, jedoch auch zusätzlich nach Art einer Wendeplatte weitere nicht aktive aber durch Wenden und/oder Ummontieren des Gewindeerzeugungselements am Trägerkörper aktiv werdende Gewindezähne oder Gewindeschneiden als Reserven aufweisen. Neben einer lösbaren Befestigung ist aber auch eine unlösbare Befestigung des Gewindeerzeugungselements am Trägerkörper möglich, beispielsweise durch Löten oder Aufdrucken im 3D-Druck.
Es können auch zusätzliche, nicht dargestellte Formschlüsse zur zusätzlichen Verdrehsicherung oder ggf. auch Axialsicherung an der Verbindungsstelle zwischen Trägerkörper 20 und Gewindeerzeugungselement, beispielsweise 10 gemäß 17 oder 80 gemäß 22, vorgesehen sein.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 23 bis 26 ist ein monolithisch hergestellter vorderer Bereich eines Gewindebohrers gezeigt, der somit im Wesentlichen aus einem Material gebildet ist. In einem Grundkörper, der eine zylindrische Grundform hat, sind durch mehrere, beispielsweise fünf, axial zur Werkzeugachse A verlaufende Trennnuten 25 mehrere, insbesondere fünf, aufeinander folgende Gewindezähne Z1 bis Z5 voneinander getrennt, die entlang des Umfangs um die Werkzeugachse A angeordnet sind und im Windungssinn Gewindeschneiden G und dahinter Freiflächen F aufweisen. Hinter dem aus den Gewindezähnen Z1 bis Z5 gebildeten Gewindeerzeugungsbereich ist die zylindrische Mantelfläche des Grundkörpers mit 31 bezeichnet.
Vor dem aus den Gewindezähnen Z1 bis Z5 gebildeten Gewindeerzeugungsbereich ist nun zusätzlich ein zylindrischer Führungsbereich 33 gebildet zur Führung des Werkzeugs an der Kernlochwandung in dem Kernloch 36. Zur Stirnseite 32 des Grundkörpers geht der Führungsbereich 33 über eine stirnseitige Fase 34 über. In der Stirnseite 32 kann ein zentraler Austritt für Kühl- und/oder Schmiermittel sein.
Die Gewindeerzeugungsbereiche 4 und ihre Gewindezähne, insbesondere 41 und 42 in 1 bis 10 oder 11 bis 13 in 17 oder die im Windungssinn angeordneten G bei 71 bis 76 in 18 bis 21 oder 81 bis 88 in 22 oder Z1 bis Z5 in 23 bis 26, sind entlang der gemäß dem zu erzeugenden Gewindegang 50 ausgebildeten Helix oder Schraubenlinie mit der Gewindesteigung P hintereinander und um die entsprechenden Teilungswinkel zueinander angeordnet und greifen auch entsprechend zeitlich nacheinander in jede Stelle im Werkstück entlang des Gewindeganges 50 ein. Der axiale Abstand ΔP der Gewindezähne bzw. ihrer Gewindeschneiden hängt mit den Teilungswinkeln zusammen. Bei gleichmäßiger Teilung sind sowohl die Teilungswinkel als auch die axialen Abstände gleich, bei ungleicher Teilung verschieden groß.
Aufgrund der Freistichbewegung AB geht nun durch die Umlaufnut mindestens deren axiale Abmessung bei der Gewindetiefe verloren. Die axiale Abmessung der Umfangsnut wird aber umso größer, je länger der Gewindeerzeugungsbereich sich entlang der Werkzeugachse A erstreckt. Deshalb ist es bei dem Werkzeug und Prozess gemäß der Erfindung vorteilhaft, den Gewindeerzeugungsbereich 4 oder den axialen Abstand zwischen dem entgegengesetzt zum Windungssinn ersten Gewindezahn und letzten Gewindezahn möglichst klein zu halten, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P.
Die Gewindezähne können alle schneidend oder alle formend oder auch in beliebiger Reihenfolge oder Ausbildung schneidend oder formend ausgebildet sein.
Bevorzugt ist ein Anschnitt oder Anfurchbereich oder Anlauf im Gewindeerzeugungsbereich 4 ausgebildet. Das bedeutet, dass das Gewindeprofil des Gewindeganges 50 sukzessive von den einzelnen Gewindezähnen bis zum vollständigen Gewindeprofil geschnitten oder geformt wird. Es werden also die Gewindewirkprofile der einzelnen Gewindezähne aufgeteilt und ergeben am Ende das vollständige Gewindeprofil.
Beispielsweise nehmen die äußeren radialen Abstände der Gewindezähne von der Werkzeugachse A entgegengesetzt zum Windungssinn zu, so dass der Gewindegrund des Gewindegangs 50 immer tiefer eingearbeitet wird. Dies ist beispielsweise in den Ausführungsbeispielen gemäß 18 bis 21 und 23 bis 26 sichtbar. Aufgrund des axial kurzen Gewindeerzeugungsbereiches 4 erstreckt sich dieser Abschnitt oder Anfurchbereich vorzugsweise über den gesamten Gewindeerzeugungsbereich und es gibt dann keinen Kalibrier- oder Führungsbereich mit Gewindezähnen gleichen Gewindeprofiles. Das hat den Nachteil, dass das Werkzeug nicht so gut in dem Kernloch und dem gerade erzeugten Gewinde geführt ist wie ein konventioneller Gewindebohrer.
Die 27 bis 30 zeigen Ausführungsbeispiele einer Aufteilung der Gewindewirkprofile, beispielsweise bei dem Werkzeug 2 gemäß 1 bis 10 oder 17 bis 26. Das Gewindeprofil wird sukzessive durch Überlagerung einzelner Wirkprofile von aufeinanderfolgenden Gewindezähnen, ob schneidend oder formend, erzeugt. Dies ist insbesondere eine spezielle Ausbildung eines Anschnitt- oder Anfurchbereichs.
Es entstehen sukzessive hinzukommende Gewindezahnprofilflächen ΔAi als Differenzprofile von zwei aufeinanderfolgenden Gewindezahnprofilen, z.B. bei fünf Gewindezähnen ΔA1 bis ΔA5, bis schließlich das gesamte Gewindeprofil GP als überlagertes Wirkprofil entsteht.
In 27 liegen die Gewindezahnprofile und die Differenzprofile oder Gewindezahnprofilflächen ΔAi symmetrisch in einem trapezförmigen oder metrischen Gewindeprofil GP und nehmen in einer geometrischen Streckung in Form größer werdender einzelner trapezförmiger oder metrischer Gewindezahnprofile zu, so dass sowohl die Gewindeflanken als auch der Gewindegrund von jedem Gewindezahn weiter eingearbeitet werden.
In 28 liegen die Gewindezahnprofile und die Differenzprofile oder Gewindezahnprofilflächen ΔAi wieder symmetrisch in einem trapezförmigen oder metrischen Gewindeprofil GP, haben jedoch gleichen Flankendurchmesser und nehmen in der Höhe größer werdender einzelner trapezförmiger oder metrischer Gewindezahnprofile zu, so dass nur der Gewindegrund und die benachbarten Gewindeflankenabschnitte von jedem Gewindezahn weiter eingearbeitet werden.
In 27 liegen die Gewindezahnprofile und die Differenzprofile oder Gewindezahnprofilflächen ΔAi symmetrisch in einem trapezförmigen oder metrischen Gewindeprofil GP und nehmen in einer geometrischen Streckung in Form größer werdender einzelner trapezförmiger oder metrischer Gewindezahnprofile zu, so dass sowohl die Gewindeflanken als auch der Gewindegrund von jedem Gewindezahn weiter eingearbeitet werden.
In 28 werden zunächst größer werdende dreieckförmige Gewindezahnprofile für die ersten vier Gewindezähne verwendet, so dass ein asymmetrisches dreieckförmiges Differenzprofil oder Gewindezahnprofilfläche ΔA1 und entsprechend schräge streifenförmige Differenzprofile oder Gewindezahnprofilflächen ΔA2 bis ΔA4 entstehen. Das endgültige trapezförmige oder metrische Gewindeprofil GP wird dann vom letzten Gewindezahn komplettiert gemäß Differenzprofil oder Gewindezahnprofilfläche ΔA5.
30 zeigt eine besondere Gewindeprofilaufteilung für trapezförmige oder metrische Gewindeprofile GP, bei der zunächst zwei Gewindezähne mit im Wesentlichen gleich großen Trapezgewindeprofilflächen ΔA1 und ΔA2 an gegenüberliegenden Gewindeflanken des Gewindeprofils GP eingesetzt werden und dann zwei größer werdende trapezförmige Gewindeprofile der beiden nachfolgenden Gewindezähne wieder an gegenüberliegenden Gewindeflanken des Gewindeprofils GP, so dass die Differenzprofile oder Gewindezahnprofilflächen ΔA3 und ΔA4 entstehen. Das endgültige trapezförmige oder metrische Gewindeprofil GP wird dann vom letzten Gewindezahn komplettiert gemäß Differenzprofil oder Gewindezahnprofilfläche ΔA5.
Gleiche Gewindezahnprofilflächen, insbesondere ΔA1 = ΔA2 wie z.B. in 30 bedeuten in der Regel gleiche Volumina des geschnittenen oder geformten Gewindegangteilprofils des Gewindeganges 50. Gleiche Gewindezahnprofiltiefen, insbesondere wie z.B. in 27 und 28, bedeuten in der Regel gleiche Spandicken beim Schneiden oder Eindrücktiefen beim Formen der entsprechenden Gewindegangteilprofile des Gewindeganges 50.
Bei anders gestalteten und/oder mehr oder weniger als fünf Gewindezähnen kann die Aufteilung auch anders gestaltet werden.
In allen Ausführungsformen sind bevorzugt zumindest die Gewindezähne, der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich oder die Gewindeerzeugungselemente, in monolithischen Ausführungsformen auch das ganze Werkzeug, aus Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD). Aufgrund der Freistichbewegung ist die Haltbarkeit und Standzeit dieser eher spröden Werkstoffe deutlich erhöht.
Es kann aber auch alternativ Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) verwendet werden.
Der Trägerkörper, an dem das Gewindeerzeugungselement befestigt ist, kann aus beliebigem Material sein, vorzugsweise aber einem einfacher herzustellenden Werkstoff wie z.B. hochfesten Stahl. Es ist im Prinzip auch möglich, dass der Trägerkörper aus Schnellarbeitsstahl wie Hochleistungsschnellstahl (HSS-Stahl) oder cobaltlegierter Hochleistungsschnellstahl (HSS-E-Stahl) oder ebenfalls aus Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) gebildet oder hergestellt ist.
Ferner können zusätzliche Beschichtungen, insbesondere Verschleißschutzschichten, auf das Werkzeug, insbesondere dessen Gewindeerzeugungsbereich oder zumindest dessen Gewindezähne aufgebracht werden.
Der Trägerkörper weist vorzugsweise eine interne Kühl- und/der Schmiermittelzufuhr und somit interne Kanäle auf. Der Trägerkörper kann auf verschiedene Weisen hergestellt sein u.a. auch durch 3D-Druck und/oder spanende Bearbeitung.
Bevorzugt im vorderen Bereich oder als vorderer Gewindezahn ist in einer Ausführungsform ein Gewindezahn vorgesehen, der ein Gewindezahnprofil mit einer vorderen Gewindezahnprofilflanke und einer hinteren Gewindezahnprofilflanke aufweist sowie eine sich unmittelbar an die vordere Gewindezahnprofilflanke anschließende vordere Flankenfreifläche an einer vorderen Gewindezahnflanke und eine sich unmittelbar an die hintere Gewindezahnprofilflanke anschließende hintere Flankenfreifläche an einer hinteren Gewindezahnflanke aufweist. Die vordere Flankenfreifläche ist gegenüber einer vorderen Gewindezahnflankeneinhüllenden, die entlang der oder parallel zur Schraubenlinie und durch die vordere Gewindezahnprofilflanke verläuft, nach hinten freigestellt oder zurückversetzt. Es ist nun die hintere Flankenfreifläche gegenüber einer hinteren Transversalebene, die senkrecht zur Werkzeugachse gerichtet ist und durch den hintersten Punkt des Gewindezahnprofils oder der hinteren Gewindezahnprofilflanke verläuft, nach vorne versetzt oder freigestellt. Die Schraubenlinie ist gegenüber der hinteren Transversalebene um den Gewindesteigungswinkel nach hinten geneigt. Durch diese Freistellung des Gewindezahnes wird eine Reibung des Gewindezahnes an der Werkstückoberfläche sowohl an seiner vorderen Gewindezahnfreifläche als auch an seiner hinteren Gewindezahnfreifläche sowohl während der Arbeitsbewegung als auch während der Abbremsbewegung vermieden oder zumindest stark reduziert. Dabei sind hier und im Folgenden „vorne“ oder „vordere“ als in Richtung der Vorwärtsbewegung oder dem Windungssinn des Gewindeerzeugungsbereiches folgend zu verstehen und „hinten“ oder „hintere“ als in entgegengesetzter Richtung, also entgegengesetzt zur Richtung der Vorwärtsbewegung oder in Richtung der Rückwärtsbewegung oder entgegengesetzt zum Windungssinn des Gewindeerzeugungsbereiches zu verstehen.
In Ausführungsformen ist die vordere Flankenfreifläche gegenüber der vorderen Gewindezahnflankeneinhüllenden um einen vorderen Flankenfreiwinkel geneigt oder zurückversetzt ist, der im Allgemeinen in einem Intervall zwischen 0° und 10°, insbesondere zwischen 0° und 2°, liegt. In vorteilhaften Ausführungsformen ist die hintere Flankenfreifläche gegenüber der hinteren Transversalebene um einen Winkel geneigt oder zurückversetzt, der im Allgemeinen in einem Intervall zwischen 0° und 6°, insbesondere zwischen 2° und 5° liegt, und/oder gegenüber einer hinteren Gewindezahnflankeneinhüllenden, die entlang der oder parallel zur Schraubenlinie verläuft, um einen hinteren Flankenfreiwinkel geneigt oder zurückversetzt ist, der größer ist als der Gewindesteigungswinkel und im Allgemeinen in einem Intervall zwischen dem Gewindesteigungswinkel und 6°, insbesondere zwischen 4° und 5°, liegt. Die Flankenfreiflächen können helikal, d.h. in der Abwicklung linear, verlaufen oder auch (anders) gekrümmte Formen annehmen, insbesondere sich zumindest abschnittsweise noch stärker aufeinander zu verjüngen oder auch weniger stark aufeinander zu verjüngen. In einer solchen Ausführungsform kann der entsprechende Flankenfreiwinkel eine Begrenzungslinie oder -fläche festlegen, die von der Flankenfreifläche nicht (nach außen) überschritten wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere in seinem hinteren Bereich oder als hintersten Gewindezahn, wenigstens einen Gewinde- und Räumzahn auf. Dieser Gewinde- und Räumzahn weist in einem im Windungssinn gesehen vorderseitigen Bereich ein Gewindezahnelement mit einem Gewindezahnprofil als Wirkprofil zum Erzeugen oder Nachbearbeiten des Gewindes auf. Ferner weist der Gewinde- und Räumzahn in einem im Windungssinn gesehen rückwärtigen Bereich ein Räumelement zum Räumen des erzeugten Gewindes bei einer Reversierbewegung auf, wobei das Räumelement ein Räumprofil als Wirkprofil aufweist, das vorzugsweise dem Gewindeprofil des erzeugten Gewindes entspricht und/oder dem Gewindezahnprofil an seinem vorderseitigen Bereich entspricht.
Das Räumelement weist vorzugsweise eine Räumschneide auf, die ein Räumprofil aufweist, das zum Gewindezahnprofil des Gewindezahnelements korrespondiert, insbesondere ein gleiches oder zumindest an Räumprofilflanken des Räumprofils gleiches Wirkprofil aufweist wie das Gewindezahnprofil. Ferner weist das Räumelement in einer vorteilhaften Ausführungsform eine entgegengesetzt zum Windungssinn gesehen der Räumschneide nachgeordnete furchend arbeitende Räumfläche auf, wobei sich die Wirkprofile der Räumschneide und der Räumfläche zu dem gesamten Räumprofil des Räumelements überlagern. Die Räumfläche steigt vorzugsweise radial nach außen im Windungssinn gesehen an und kann in einen Zahnsteg, der insbesondere ein konstantes Profil oder keine Freiflächen aufweist, übergehen, wobei insbesondere ein Räumprofilkopf der Räumfläche und/oder des Zahnsteges kleiner als ein Räumprofilkopf der Räumschneide ist. Die Zahnflanken des Gewinde- und Räumzahnes können zumindest überwiegend oder vollständig entlang zugehöriger vorderer Gewindezahnflankeneinhüllenden bzw. hinterer Gewindezahnflankeneinhüllenden oder ohne Freiflächen verlaufen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Werkzeugs weist der Gewindeerzeugungsbereich sowohl wenigstens einen Gewindezahn wie beschrieben als auch wenigstens einen Gewinde- und Räumzahn auf, wobei der Gewinde- und Räumzahn im Windungssinn gesehen der letzte Zahn des Gewindeerzeugungsbereiches ist und damit der erste Zahn bei der Reversierbewegung.
In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Gewindezahn oder der Gewinde- und Räumzahn in seinem im Windungssinn vorderseitigen Bereich oder im Gewindezahnelement eine Gewindeschneide auf und vorzugsweise auch eine im Windungssinn gesehen der Gewindeschneide nachgeordnete Gewindefurchfläche zum Erzeugen einer Oberfläche mit guter Oberflächengüte, wobei sich die Wirkprofile der Gewindeschneide und der Gewindefurchfläche zu dem, vorzugsweise dem Gewindeprofil entsprechenden, Gewindezahnprofil an dem vorderseitigen Bereich überlagern. Die Gewindefurchfläche kann radial nach außen entgegengesetzt zum Windungssinn ansteigen und vorzugsweise in einen oder in den Zahnsteg, der insbesondere als Kalibrierbereich dient und/oder ein konstantes Profil oder keine Freiflächen aufweist, übergehen. Ein Gewindezahnprofilkopf der Gewindefurchfläche und/oder des Zahnsteges kann nun kleiner sein als der Gewindezahnprofilkopf der Gewindeschneide.
Es seien hier noch einmal einige charakteristischen Vorzüge und Merkmale der Erfindung in Stichworten wiedergegeben:

Führungsgewinde kann nicht mehr ausbrechen
- - Statt Spannuten kann ein Hals geschliffen werden, der die Späne nicht behindert
- - Durch kleinen Führungs-/Dichtzylinder kann das Werkzeug für Sacklochbearbeitung mit IKZ so eingestellt werden, dass der Kühlmittelstrahl direkt auf die Schneide oder auf den Span gelenkt wird
- - Dadurch eventuell sehr tiefe Sacklochbohrungen möglich
- - Sehr kurzer Gewindeauslauf analog Gewindefräsen mit einschraubbarem Freistich (Hydraulik!)
- - Kein Umkehrschnitt! Spanwurzeln werden im Freischneidprozess entfernt
- - konstante Schnittgeschwindigkeit (analog Drehprozess) mit Speedsynchro®
- - Variable Anschnittaufteilung (-gestaltung), beispielsweise Anstrehlung, Anschnittwinkel auch nach hinten, Radius am Außen, am Vollzahn eine Art Verbreiterung. Bevorzugt Anstrehlung kombiniert mit zylindrischem Anschnitt
- - Freiheitsgrade in der Gestaltung des Schneidkeils (z.B. Spanwinkel, Spanleitstufe, Schräge, Drall, Negativfase, Freiwinkel)
- - Gezielte Schneidkantenpräparation
- - Günstige Komplettbearbeitung auf CNC (monolithische GB)
- - Schneidplatten führen zu niedrigen Tool Cost per Hole bei großen Serien
- - Bei Schneidplatten: Einstellbare Platten für unterschiedliche Toleranzen
- - Schneidende und / oder Formende Gewindeanteile oder Kernschneidanteile möglich

Anzahl der Gewindezähne:

- Mindestens ein Gewindeschneidzahn, maximal mehrere Gewindeschneidzähne und mehrere Nuten, über maximal 3 Gewindegänge axial angeordnet
- Bevorzugt etwa über 0,5 -1,5 x Gewindesteigung axial angeordnet
- Bevorzugt über einen Gewindegang axial angeordnet
- Ungleiche Teilung bei der Anordnung der Zähne am Umfang
- Teilweise oder ganz additiv hergestellt, beschichtet, unbeschichtet, oberflächenbehandelt

Bei Schneidplatten allgemein:

- Einstellbare Platten für verschiedene Toleranzen
- Verschiedene Schneidplattengeometrien, z.B. Schmetterlingsplatten oder Standardplatten (ISO), dreieckig, viereckig, rhombisch, etc.

Dreiecksplatte:

- Schneidkopf mit mehreren Schneiden

Bezugszeichenliste

2: Werkzeug
4: Gewindeerzeugungsbereich
5: Gewinde
6: Werkstück
10: Gewindeerzeugungselement
11 bis 13: Gewindezahn
14: Seitenfläche
15: Spannut
20: Trägerkörper
21: Schaft
22: Stirnseite
25: Trennnut
26: Kühl- und/oder Schmiermittelaustritt
27: Befestigungsschraube
30: Grundkörper
31: Mantelfläche
32: Stirnfläche
33: Führungsfläche
34: Stirnfase
35: Kernloch
36: Gewindeloch
40, 41: Gewindezahn
50: Gewindegang
51, 52: Umfangsnut
53: Kernlochgrund
55: Gewindeprofil
60: Werkstückoberfläche
71 bis 76: Gewindeerzeugungselement
80: Gewindeerzeugungselement
81 bis 88: Gewindezahn
a: Nutlänge
A: Werkzeugachse
AB: Abbremsbewegung
b: Gewindelücke
BB: Beschleunigungsbewegung
c: Gewindeprofilbreite
d: Kernlochdurchmesser
D: Gewindelochdurchmesser
F: Freifläche
F1 bis F3: Freifläche
G: Gewindeschneide
G1 bis G3: Gewindeschneide
GP: Gewindeprofil
GZ: Gewindezahn
M: Gewindemittelachse
P: Gewindesteigung
P1 bis P10: Steigungsparameter
RB: Rückwärtsbewegung
ΔA1 bis ΔA5: Gewindezahnprofilwirkfläche
S1 bis S10: Abbremsschritt
S11 bis S20: Beschleunigungsschritt
T: Endringtiefe
TG: Gewindetiefe
TL: Gewindelochtiefe
T0 bis T10: Tiefenwert
Ti, Tn: Tiefenwert
ΔT: Eindringtiefenbereich
UP: Umkehrpunkt
VB: Vorwärtsbewegung
W: Windungssinn
Z: Gewindezahn
ΔP: Steigung
Δα: Teilungswinkel
δ: Gewindesteigungswinkel
ε: Öffnungswinkel
φ: Summierter Drehwinkel
Δφ: Drehwinkelbereich
φ0 bis φ20: Drehwinkelwert
φi, φn: Drehwinkelwert

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Gewindes mit einer vorgegebenen Gewindesteigung in einem vorgefertigten Kernloch in einem Werkstück, a) bei dem ein Werkzeug zum Erzeugen eines Gewindes verwendet wird, a1) wobei das Werkzeug um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse (A) drehbar und axial zur Werkzeugachse bewegbar ist, a2) wobei das Werkzeug wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich (4) umfasst, der mit einer vorgegebenen Gewindesteigung (P) und einem vorgegebenen Windungssinn (W) des zu erzeugenden Gewindes (50) um eine durch das Werkzeug verlaufende Werkzeugachse (A) verläuft und ein Wirkprofil aufweist, das dem Gewindeprofil des zu erzeugenden Gewindes entspricht, a3) wobei jeder Gewindeerzeugungsbereich einen oder mehrere Gewindezähne aufweist, b) bei dem das Werkzeug in einer Arbeitsbewegung während einer ersten Arbeitsphase in das vorgefertigte Kernloch im Werkstück bewegt wird, b1) wobei die Arbeitsbewegung eine Drehbewegung mit einem vorgegebenen Drehsinn um die Werkzeugachse (A) des Werkzeugs und eine gemäß der Gewindesteigung des Gewindeerzeugungsbereichs mit der Drehbewegung synchronisierte axiale Vorschubbewegung des Werkzeugs in einer axialen Vorwärtsrichtung (VB) axial zur Werkzeugachse umfasst, derart, dass einer vollen Umdrehung des Werkzeugs um die Werkzeugachse ein axialer Vorschub des Werkzeugs um die vorgegebene Gewindesteigung entspricht, b2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich während der ersten Arbeitsphase in der Arbeitsbewegung einen unter der vorgegebenen Gewindesteigung verlaufenden Gewindegang (50) in der Wandung des Kernloches (36) erzeugt, c) wobei das Werkzeug in einer Abbremsbewegung (AB) während einer zweiten Arbeitsphase im Anschluss an die erste Arbeitsphase weiter in das Werkstück bis zu einem Umkehrpunkt (UP) bewegt wird, c1) wobei der axiale Vorschub des Werkzeugs bezogen auf eine volle Umdrehung zumindest während eines Teils der Abbremsbewegung, vorzugsweise während der gesamten Abbremsbewegung, betragsmäßig kleiner als die Gewindesteigung ist und beim Umkehrpunkt Null ist und c2) wobei der Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere der Gewindezahn oder die Gewindezähne, des Werkzeugs während der Abbremsbewegung wenigstens eine, insbesondere geschlossene oder ringförmige, Umfangsnut (51, 52) in der Wandung des Kernloches (36) im Werkstück erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem a) das Werkzeug einen Trägerkörper (20), durch den die Werkzeugachse verläuft, und wenigstens ein, insbesondere separat vom Trägerkörper hergestelltes, Gewindeerzeugungselement, das an dem Trägerkörper befestigt ist, insbesondere wechselbar oder lösbar befestigt ist, b) wobei jedes Gewindeerzeugungselement wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich an einem vorderen Endbereich des Werkzeugs angeordnet ist und/oder bei dem das oder jedes Gewindeerzeugungselement an einem vorderen Endbereich des Trägerkörpers, vorzugsweise an einer Stirnseite (22) des Trägerkörpers, befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem das Gewindeerzeugungselement als stirnseitiger Gewindekopf mit dem vollständigen Gewindeerzeugungsbereich oder allen Gewindezähnen ausgebildet ist, wobei die Werkzeugachse zentral durch den Trägerkörper und das Gewindeerzeugungselement verläuft, wobei das Gewindeerzeugungselement insbesondere mittels einer durch eine zentrale Öffnung im Gewindeerzeugungselement axial geführten zentralen Befestigungsschraube (27) vorne an der Stirnseite des Trägerkörpers befestigt ist,
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Gewindeerzeugungselement eine dreieckige Grundform aufweist mit drei Gewindezähnen (11, 12 und 13) mit Gewindeschneiden (G) und Freiflächen (F) an den Ecken und/oder plattenförmig ausgebildet ist und/oder nach außen durch drei die Dreiecksform wiedergebende ebene Seitenflächen (14) begrenzt ist, die sich insbesondere bis zu den hinteren Bereichen von Freiflächen (F1 bis F3) der Gewindezähne, erstrecken, und/oder an den jeweiligen Gewindezahn (11 bis 13) angrenzende und vorzugsweise axial verlaufende Spannuten (15) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Gewindeerzeugungselement (80) eine sternförmige Grundform aufweist und/oder plattenförmig ausgebildet ist und/oder mehrere, insbesondere acht, Gewindezähne aufweist, die um die Werkzeugachse angeordnet sind und vor denen eine Spannut gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem mehrere Gewindeerzeugungselemente separat am Trägerkörper befestigt sind und um die Werkzeugachse A in Umfangsrichtung herum verteilt und voneinander beabstandet angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das oder jedes Gewindeerzeugungselement einen arbeitenden aktiven Gewindezahn oder eine arbeitende aktive Gewindeschneide aufweist und zusätzlich wenigstens eine(n), insbesondere eine, zwei oder drei, weitere nicht aktiven Gewindezahn oder Gewindeschneide aufweist, der oder die durch Lösen der lösbaren Befestigung, Wenden und/oder Drehen des Gewindeerzeugungselements und Wiederbefestigen am Trägerkörper zu einem oder einer aktiven arbeitenden Gewindezahn oder Gewindeschneide wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das oder jedes Gewindeerzeugungselement in einer annähernd rechteckigen oder dreieckigen symmetrischen und plattenförmigen Grundform vier bzw. drei Gewindeschneiden (G) an den vier bzw. drei Ecken mit jeweiligen vorgelagerten Spanflächen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das oder jedes Gewindeerzeugungselement (71 bis 76) in einer zugehörigen Aufnahme (91 bis 96) des Trägerkörpers (20), insbesondere an dessen Stirnfläche (22), eingesetzt ist und insbesondere mittels einer durch eine zentrale Öffnung in dem Gewindeerzeugungselement geführte Befestigungsschraube lösbar und wechselbar am Trägerkörper befestigt ist, wobei vorzugsweise die Aufnahmen der Dicke der Gewindeerzeugungselemente angepasst sind, so dass die Vorderflächen der Gewindeerzeugungselemente im Wesentlichen bündig mit der Stirnfläche (22) des Trägerkörpers abschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem der Trägerkörper zumindest im Bereich des Gewindeerzeugungselements eine bezüglich der Werkzeugachse A zylindrische Form aufweist, insbesondere einen zylindrischen Hals aufweist, und/oder bei dem der Trägerkörper zumindest teilweise aus einem Stahl, insbesondere hochfestem Stahl, gefertigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Werkzeug monolithisch an einem Grundkörper, durch den die Werkzeugachse verläuft, gebildete Gewindeerzeugungsbereiche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem in dem Grundkörper, der insbesondere eine zylindrische Grundform hat, durch mehrere, beispielsweise fünf, vorzugsweise axial zur Werkzeugachse verlaufende, Trennnuten mehrere, insbesondere fünf, aufeinander folgende Gewindezähne (Z1 bis Z5) voneinander getrennt sind, die entlang des Umfangs um die Werkzeugachse angeordnet sind und im Windungssinn Gewindeschneiden und dahinter Freiflächen aufweisen, wobei insbesondere axial hinter dem aus den Gewindezähnen gebildeten Gewindeerzeugungsbereich eine zylindrische Mantelfläche des Grundkörpers gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem vor dem Gewindeerzeugungsbereich ein zylindrischer Führungsbereich (33) gebildet ist zur Führung des Werkzeugs an der Kernlochwandung in dem Kernloch (36), wobei insbesondere der Führungsbereich zu einer Stirnseite (32) des Grundkörpers über eine stirnseitige Fase übergeht und/oder n der Stirnseite ein zentraler Austritt für Kühl- und/oder Schmiermittel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der oder jeder Gewindeerzeugungsbereich in zur Werkzeugachse axialer Richtung eine axiale Erstreckung aus einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P der Gewindesteigung P aufweist oder bei dem der zur Werkzeugachse axiale Abstand zwischen dem entgegengesetzt zum Windungssinn ersten Gewindezahn und letzten Gewindezahn des Gewindeerzeugungsbereichs aus einem Bereich zwischen 0,5 P und 1,5 P der Gewindesteigung P gewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gewindeprofil des Gewindeganges sukzessive von den einzelnen Gewindezähnen bis zum vollständigen Gewindeprofil geschnitten und/oder geformt wird und/oder bei dem die Gewindewirkprofile der einzelnen Gewindezähne aufgeteilt werden und am Ende das vollständige Gewindeprofil ergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Material für die Gewindezähne und/oder den oder jeden Gewindeerzeugungsbereich und/oder die Gewindeerzeugungselemente und/oder den Trägerkörper und/oder den Grundkörper und/oder das ganze Werkzeug, Hartmetall wie eine Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder Sinterhartmetall, insbesondere Wolframcarbid, gegebenenfalls legiert oder gemischt mit Metallen oder anderen Metallcarbiden, oder Titannitrid oder Titancarbid oder Titancarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder polykristalliner Diamant (PKD) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem a) während der Arbeitsbewegung die Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein erstes Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf einer vorgegebenen maximalen Drehzahl (n_max) bleibt, durchläuft und b) während der Abbremsbewegung die tatsächliche Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs in ihrem zeitlichen Verlauf ein zweites Plateau, bei dem die Drehzahl konstant auf derselben vorgegebenen maximalen Drehzahl (n_max) bleibt, durchläuft, c) wobei die vorgegebene maximale Drehzahl der Drehbewegung des Werkzeugs mindestens so groß gewählt ist, dass eine Bahngeschwindigkeit am Gewindeerzeugungsbereich von mindestens 57 m/min, insbesondere von mindestens 85 m/min, erreicht wird, was bei einem Gewindedurchmesser von 6 mm einer maximalen Drehzahl von mindestens 3000 U/min, insbesondere mindestens 4.500 U/min, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem zwischen dem Zeitintervall (Δt₁) des ersten Plateaus und dem Zeitintervall (Δt₃) des zweiten Plateaus ein Zwischenzeitintervall (Δt₂) liegt, in dem die Drehzahl unter die maximale Drehzahl abfällt, wobei das Verhältnis (Δt₂ / Δt₃) der Intervalllänge des Zwischenzeitintervalls (Δt₂) zur Intervalllänge des Zeitintervalls (Δt₃) des zweiten Plateaus in einem Bereich von 0,5 bis 2,2, vorzugsweise 0,7 bis 1,6, liegt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei dem die maximale Drehzahl bereits zu Beginn der ersten Arbeitsphase oder der Arbeitsbewegung oder bei dem Eintrittspunkt des Werkezugs in das Werkstück erreicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem a) das Werkzeug in der Arbeitsbewegung und in der Abbremsbewegung von einem Maschinenantrieb angetrieben wird und zwischen den Maschinenantrieb und das Werkzeug eine Übersetzungseinheit für die Drehbewegung, insbesondere eine Übersetzungsgetriebeeinheit, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Übersetzungsverhältnis geschaltet (oder: gekoppelt) ist, b) wobei das Übersetzungsverhältnis dem Quotienten aus der Drehzahl des Maschinenantriebs und der Drehzahl des Werkzeugs entspricht und maximal 1:3 beträgt, so dass das Werkzeug mindestens dreimal so schnell dreht wie der Maschinenantrieb, c) wobei in der Programmierung des Maschinenantriebs eine maximale Drehzahl der Drehbewegung des Maschinenantriebs programmiert wird, die dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der vorgegebenen maximalen Drehzahl der Drehbewegung am Werkzeug entspricht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Übersetzungsverhältnis zwischen 1:3 und 1:8 und vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:5 gewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während wenigstens eines überwiegenden Teils der zweiten Arbeitsphase oder während der gesamten zweiten Arbeitsphase das Werkzeug in derselben Vorwärtsrichtung wie bei der Arbeitsbewegung in der ersten Arbeitsphase bewegt wird und/oder wobei die Abbremsbewegung eine Drehbewegung mit gleichbleibendem Drehsinn wie bei der Arbeitsbewegung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung beim Umkehrpunkt Null ist und/oder bei dem der gesamte oder aufsummierte axiale Vorschub des Werkzeuges während der Abbremsbewegung zwischen dem 0,1-fachen bis 2-fachen der Gewindesteigung gewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Abbremsbewegung die axiale Vorschubbewegung abhängig vom Drehwinkel der Drehbewegung des Werkzeugs gemäß einer vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert wird und
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während der Abbremsbewegung in mehreren aufeinanderfolgenden Abbremsschritten zueinander unterschiedliche Beziehungen, insbesondere Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gewählt oder eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem während mehreren Abbremsschritten für die axiale Eindringtiefe oder den axialen Vorschub eine lineare Funktion des Drehwinkels gewählt wird und/oder bei dem die Steigung, d.h. die Ableitung der axialen Eindringtiefe oder des axialen Vorschubs nach dem Drehwinkel, in jedem dieser Abbremsschritte konstant und betragsmäßig von einem Abbremsschritt zu einem darauffolgenden Abbremsschritt abnehmend eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem für die Arbeitsbewegung eine NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der Gewindesteigung des Gewindes verwendet wird und in den mehreren Abbremsschritten ebenfalls eine, vorzugsweise die gleiche, NC-Steuerung für einen Gewindeprozess, beispielsweise eine G33 Wegbedingung, mit der jeweiligen konstanten Steigung als Gewindesteigungsparameter verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem während mehreren Abbremsschritten die axiale Eindringtiefe oder der axiale Vorschub eine, insbesondere kubische, Spline-Funktion des Drehwinkels ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die unterschiedlichen Funktionen aufeinanderfolgender Abbremsschritte stetig und im Fall differenzierbarer Funktionen vorzugsweise stetig differenzierbar aneinander gesetzt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, insbesondere während eines Egalisierungsschrittes, der axiale Vorschub während der Abbremsbewegung in einem Drehwinkel-Teilintervall Null ist und/oder in einem Drehwinkel-Teilintervall in zur Vorwärtsrichtung der Arbeitsbewegung entgegengesetzter Rückwärtsrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der nach Erreichen des Umkehrpunktes eine Reversierbewegung des Werkzeuges eingeleitet wird, mit der das Werkzeug aus dem Werkstück bewegt wird, wobei die Reversierbewegung zunächst eine erste Reversierphase, mit der der Gewindeerzeugungsbereich des Werkzeugs zurück in den Gewindegang des erzeugten Gewindes geführt wird, und im Anschluss eine zweite Reversierphase, während der der Gewindeerzeugungsbereich durch den Gewindegang aus dem Werkstück nach außen geführt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem die Reversierbewegung mit einem zur Arbeitsbewegung und Abbremsbewegung symmetrischen Bewegungsverlauf mit umgekehrtem Drehsinn und umgekehrtem Vorschub durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, bei dem die Reversierbewegung in der ersten Reversierphase der betragsmäßig gleichen, nur in der Drehrichtung und Vorschubrichtung invertierten vorab gespeicherten eindeutigen Beziehung, insbesondere einer Funktion oder einer Abfolge von Funktionen, zwischen dem axialen Vorschub des Werkzeugs und dem Drehwinkel gesteuert wird wie in der Abbremsbewegung während einer zweiten Arbeitsphase, ggf. unter Auslassung oder Verkürzung des Egalisisierungsschrittes, sofern vorhanden.