Eigenschaften der Gewindefräsbearbeitung
Beim Gewindefräsen handelt es sich um ein modernes Bearbeitungsverfahren, bei dem Gewinde durch spiralförmige Interpolation mit rotierenden Schneidwerkzeugen hergestellt werden. Diese Methode weist mehrere charakteristische Merkmale auf, die sie von herkömmlichen Gewindeschneidverfahren wie Gewindeschneiden oder Matrizengewindeschneiden unterscheiden.
Merkmale des Prozessmechanismus
Der grundlegende Mechanismus umfasst die Erzeugung spiralförmiger Werkzeugwege, bei denen der Fräser gleichzeitig eine Drehbewegung und eine koordinierte lineare Bewegung ausführt. Das Werkzeug dreht sich um seine eigene Achse, während das Maschinensteuerungssystem den Werkzeugmittelpunkt entlang einer spiralförmigen Bahn durch Kreisinterpolation in zwei Achsen kombiniert mit linearem Vorschub in der dritten Achse bewegt. Dadurch entsteht die Gewindeform durch die geometrische Hüllkurve der Schneidkanten und nicht durch direkte Profilformung. Der Prozess erfordert eine präzise Synchronisierung zwischen Spindeldrehung und Achsenvorschüben, um eine genaue Gewindesteigung zu erreichen.
Eigenschaften des Werkzeugsystems
Gewindefräswerkzeuge gibt es in verschiedenen Konfigurationen mit jeweils spezifischen Eigenschaften. Werkzeuge aus Vollhartmetall bieten eine hohe Steifigkeit und Präzision für Gewinde mit kleinem bis mittlerem Durchmesser. Wendeschneidplattenwerkzeuge bieten Kostenvorteile für Anwendungen mit großen Durchmessern durch austauschbare Schneidkanten. Werkzeuge mit mehreren Formen können mit einer einzigen Fräsergeometrie verschiedene Gewindesteigungen erzeugen und so den Bedarf an Werkzeugbeständen reduzieren. Einzel--Werkzeuge bearbeiten Gewinde über mehrere radiale Durchgänge und bieten so Flexibilität für benutzerdefinierte Gewindeformen. Der Werkzeugdurchmesser ist bei Innenanwendungen immer kleiner als der fertige Gewindedurchmesser, was einen entscheidenden Sicherheitsvorteil bei Werkzeugbrüchen bietet.
Leistungsmerkmale der Bearbeitung
Der Schneidvorgang erzeugt kurze, segmentierte Späne statt langer, kontinuierlicher Späne, was die Spanabfuhr erheblich verbessert und das Risiko einer Spanansammlung in der Bohrung verringert. Die Schnittkräfte verteilen sich auf mehrere Nuten und Durchgänge, was im Vergleich zum Gewindeschneiden zu geringeren Anforderungen an das Spitzendrehmoment führt. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sich das Gewindefräsen für Gewinde mit großem Durchmesser auf Maschinen mit begrenzter Drehmomentkapazität. Der Prozess erzeugt Gewinde mit hervorragender Oberflächengüte und präziser Maßkontrolle, da der Schneidvorgang das Material schert, anstatt es zu drücken oder zu zerreißen.
Material- und Anwendungseigenschaften
Das Gewindefräsen beweist eine außergewöhnliche Vielseitigkeit bei allen Materialtypen. Der Prozess bearbeitet effektiv weiche Materialien wie Aluminium und Messing, schwer zu bearbeitende Legierungen wie Titan und Inconel, gehärtete Stähle bis 65 HRC und technische Kunststoffe wie PEEK. Diese breite Materialfähigkeit ist auf die geringeren Schnittkräfte und die bessere Wärmeableitung im Vergleich zum Gewindeschneiden zurückzuführen. Die Methode eignet sich hervorragend für Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern, wie z. B. Verbindungselemente in der Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate und hydraulische Komponenten, bei denen die Qualität der Gewindepassung sich direkt auf die Funktionsleistung auswirkt.
Merkmale der betrieblichen Flexibilität
Mit demselben Werkzeug können durch einfaches Umkehren der Spindeldrehrichtung sowohl Rechts- als auch Linksgewinde hergestellt werden. Ein Werkzeugdurchmesser deckt einen Bereich von Gewindedurchmessern für eine bestimmte Steigung ab und reduziert so die Anzahl der im Magazin erforderlichen Werkzeuge. Der Prozess berücksichtigt verschiedene Gewindestandards, einschließlich metrischer einheitlicher Gewinde, Whitworth-Gewinde, Rohrgewinde und Sonderformen, ohne dass für jede Spezifikation spezielle Werkzeuge erforderlich sind. Außengewinde können auf Bearbeitungszentren mit Drehtischen oder auf Mehrachsenmaschinen bearbeitet werden, wodurch der Anwendungsbereich über das einfache Gewindeschneiden von Löchern hinaus erweitert wird.
Qualitäts- und Zuverlässigkeitsmerkmale
Beim Gewindefräsen wird die volle Gewindetiefe bis zum Boden von Sacklöchern erreicht, ohne dass die für Gewindebohrer typische unvollständige Gewindezone entsteht. Diese Funktion maximiert die Thread-Interaktionslänge in der Tiefe-begrenzter Anwendungen. Das Verfahren ermöglicht eine einfache Anpassung der Gewindegröße durch Werkzeugverschleißkompensation oder geringfügige Änderung des Spiralinterpolationsdurchmessers und ermöglicht so eine präzise Passungskontrolle ohne Werkzeugwechsel. Wenn ein Werkzeug während der Bearbeitung bricht, ist das verbleibende Fragment kleiner als der Lochdurchmesser, was im Vergleich zum Herausziehen gebrochener Gewindebohrer eine relativ einfache Entfernung ermöglicht. Diese Eigenschaft reduziert das Ausschussrisiko und die Reparaturschwierigkeiten erheblich.
Programmier- und Setup-Eigenschaften
Der Prozess erfordert eine komplexere Programmierung als das Gewindeschneiden, da er die Fähigkeit zur spiralförmigen Interpolation und eine ordnungsgemäße Verwaltung der Fräserkompensation erfordert. Programmierer müssen korrekte Einfahrbewegungen berechnen, eine ordnungsgemäße Synchronisierung zwischen Dreh- und Linearbewegungen gewährleisten und radiale Anfahr- und Rückzugssequenzen verwalten. Zu den Einrichtungsvorgängen gehört die genaue Messung des tatsächlichen Werkzeugdurchmessers und die Eingabe korrekter Kompensationswerte. Bei kleinen Gewinden erfordert das Verfahren in der Regel etwas längere Zykluszeiten im Vergleich zum Gewindeschneiden. Dieser Nachteil verringert sich jedoch bei größeren Durchmessern, bei denen das Gewindeschneiden langsamer oder unpraktischer wird.
Wirtschaftsmerkmale
Die anfänglichen Werkzeugkosten können bei einfachen Anwendungen höher sein als bei Standardgewindebohrern, aber der Kostenvorteil verbessert sich bei großen Durchmessern, bei denen Gewindebohrer teuer oder nicht verfügbar sind. Die Standzeit der Werkzeuge übersteigt im Allgemeinen die von Gewindeschneidwerkzeugen, da sich der Verschleiß auf mehrere Schneidkanten und Durchgänge verteilt. Reduzierte Maschinenstillstandszeiten aufgrund der Wiederherstellung defekter Werkzeuge und weniger Werkzeugwechsel tragen zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten bei. Die Möglichkeit, ein Werkzeug für mehrere Gewindegrößen und -formen zu verwenden, reduziert die Gesamtinvestition in Werkzeuge für Lohnfertigungsumgebungen.
Begrenzungsmerkmale
Das Verfahren erfordert einen ausreichenden radialen Freiraum um das Loch herum für den Werkzeugzugriff und ist daher für Lochmuster mit sehr geringem -Abstand oder enge Räume ungeeignet. Kleine Innengewinde unter etwa M3 oder 4-40 werden aufgrund der Werkzeugstärke und Herstellungsbeschränkungen unpraktisch. Die Notwendigkeit einer spiralförmigen Interpolationsfähigkeit beschränkt den Prozess auf CNC-Maschinen mit vollständiger Kontursteuerung und schließt einfachere Bohr- und Gewindeschneidmaschinen aus. Bei sehr tiefen Gewinden sind möglicherweise größere Werkzeuglängen erforderlich, was die Steifigkeit beeinträchtigt und das Ablenkungsrisiko erhöht.
