Gewindeschneidwerkzeug Es ist bekannt, Gewindeschneidwerkzeuge in der Form von Gewindebohrern zur Herstellung von Innengewinde oder Schneideisen zur Herstellung von Aussengewinde im Anschneidbereich mit voll ausge schnittenen Zähnen zu versehen, die gegenüber denen des Fertigschneidbereiches in zunehmendem Masse zurückgesetzt sind, dabei aber mit den Zähnen des Fertigschneidbereiches exakt im Steigungsmass des Gewindes liegen. Derartige Werkzeuge sind der früher üblichen Bauart, bei der der Anschneidbereich ledig lich durch konisches Abschleifen nicht zurückge setzter Zähne hergestellt war, wesentlich überlegen. Insbesondere gestatten sie das Schneiden eines Ge windes unter Benutzung nur eines Werkzeuges. Sie machen also die sonst üblichen Vorschneider über flüssig.
Wenn bei derartigen Gewindeschneidern die Zähne des Anschneidbereiches in das Material .ein dringen, so schneiden sie Nuten von dreieckförmigem Querschnitt mit ständig zunehmender Tiefe. Dabei zeigt sich, dass bei Anwendung relativ hoher Schnitt- geschwindigkeiten" wie sie für maschinellen Antrieb des Werkzeuges in Betracht kommen, und bei ge wissen nicht leicht zerspanbaren Werkstoffen das Gewinde am Gewindegrund, also dort, wo die Spitzen der Zähne des Werkzeuges arbeiten, nicht immer völlig sauber ausfällt, so dass Nacharbeit nötig wer den kann. Diesen Mangel sucht die Erfindung zu beseitigen.
Gemäss der Erfindung werden die Spitzen der Zähne des Anschneidbereiches innerhalb einer mitt leren Zone des Werkzeuges in zum vorderen Ende des Werkzeuges zunehmendem Masse stumpf abge schnitten. Das Werkzeug wird dadurch in drei Zonen aufgeteilt. Die vordere, zunächst am Werkstück an greifende Zone besteht aus voll ausgeschnittenen, spitzen Zähnen, die nicht anders arbeiten als die zurückgesetzten Zähne des Anschneidbereiches der bekannten Bauart. Mit den Zähnen dieser Zone wird das Gewinde jedoch :nur auf einen Teil seiner vollen Tiefe geschnitten. Hierauf treten die stumpf abge schnittenen Zähne der zweiten, mittleren Zone in Tätigkeit.
Diese Zähne schneiden nicht nur mit den Kanten ihrer Flanken, sondern auch mit den durch das Abschneiden der Spitzen entstandenen Kanten an ihren Köpfen, die zerspanungstechnisch wesentlich günstiger arbeiten als die nicht abgeschnittenen Zähne in der Umgebung ihrer Spitzen. Mit den stumpf ab geschnittenen Zähnen der mittleren Zone wird das Gewinde bis annähernd auf volle Tiefe geschnitten. Hierauf treten die Zähne der dritten, letzten Zone in Wirksamkeit, die wie bei allen Gewindeschneidern mit wenig Spanabhebung das Gewinde fertigstellen.
Es ist für die Erfindung wesentlich, dass das Werkzeug zunächst mit den exakt im Steigungsmass liegenden spitzen Zähnen des Anschneidbereiches greift und es damit in bezug auf das Werkstück sicher und :genau festlegt, und dass hierauf ein Wech sel in der Zahnform eintritt und mit Zähnen ge schnitten wird, wie sie für den ersten Anschnitt nicht brauchbar wären.
Die Zone dieser stumpf abge schnittenen, im Querschnitt ungefähr trapezförmigen Zähne kann :sich dabei rückwärts bis in den Fertig schneidbereich hinein erstrecken, wie :sich aus dem gezeichneten Ausführungsbeispiel im einzelnen erge ben wird. Es empfiehlt sich, die mittlere Zone mit stumpf fortgeschrittenen Zähnen vorwärts bis dorthin zu erstrecken, wo die spitzen Zähne des Anschneidbe- reiches auf etwa ein Drittel bis die Hälfte der Ge windetiefe in das Werkstück eindringen.
Dann wird nur :ein kleiner Teil der Schneidarbeit von den spitzen Zähnen verrichtet. Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungs beispiel der Erfindung. Es zeigen Fig.1 eine schematische Darstellung in stark vergrössertem Massstabe des Gewindeteils eines Ge windeschneiders, der entweder ein Gewindebohrer zur Herstellung eines Innengewindes oder ein Schneideisen zur Herstellung eines Aussengewindes sein kann, Fig. 2 einen Gewindeschneider in Seitenansicht, dessen Gewindeteil entsprechend Fig. 1 gestaltet ist, und zwar zu Beginn der Herstellung eines Innen gewindes, und Fig.3 bis 12 Diagramme, die die Entstehung eines Gewindes bei der Anwendung des Werkzeuges nach der Erfindung veranschaulichen.
Der Gewindebohrer 1 nach Fig.2 besteht aus einem Schaft 2 und einem Gewindebereich, der sich aus drei Zonen 3, 4 und 5 zusammensetzt. Vier Längsnuten 6 erstrecken sich über den gesamten Ge windebereich und bis in den Schaft 2 hinein. Diese Nuten schneiden jede volle Windung in vier Ab schnitte, von denen jeder einen Schneidzahn bildet. Diese Zähne sind zwecks Bildung des Freiwinkels und des Anstellwinkels in der üblichen Weise hinter schnitten zu denken.
In der stark vergrössertem Darstellung der drei Zonen 3, 4 und 5 des Gewindes sind die Seiten der Zähne 7 in der Zone 3 mit 8, der Gewindegrund mit 9 und die Zahnspitzen mit 10 bezeichnet. Man ge winnt am besten eine klare Vorstellung von den geometrischen Verhältnissen, wenn man zunächst an nimmt, dass die Zähne in der mittleren Zone 4 nicht trapezförmig sind, sondern in der gestrichelt gezeich neten Weise die gleiche Dreieckform haben wie die Zähne der Zone 5. So betrachtet besteht der Gewinde bereich aus zwei Zonen 11 und 12, von denen die Zone 11 zylindrisch und die Zone 12 konisch ist.
Die teilweise gestrichelt gezeichneten Zähne 13 in der Zone 12 sind am Zahngrund mit 14 und an der Zahnspitze mit 15 bezeichnet. In der Zone 5, die einen Teil der Zone 12 bildet, ist der Zahngrund der Zähne 16 mit<B>17</B> bezeichnet, während ihre Spitzen 18 heissen. Sämtliche Zähne haben den gleichen Flankenwinkel.
Von wesentlicher Bedeutung ist der Umstand, dass der Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Zähne gleich welcher Zone über den gesamten Ge windebereich des Werkzeuges gleich der Ganghöhe p des zu schneidenden Gewindes ist. Dies gilt jedoch nicht durchweg für den Zahngrund benachbarter Zähne.
Gemäss Fig. 1 ist vielmehr innerhalb der einen Vollwindung, die den Übergang von der Zone 11 zur Zone 12 bildet, der Abstand zwischen dem Zahn grund 9' und dem benachbarten Zahngrund 14' um eine Strecke<I>x</I> grösser als die Ganghöhe<I>p.</I> Das Werk zeug würde unbrauchbar werden, wenn man hiervon abweichend den Abstand des Zahngrundes 14' vom Zahngrund 9' gleich der Ganghöhe p machen und dafür den Abstand zwischen den Zahnspitzen 10' und 15' um eine der Strecke x entsprechende Strecke kleiner als die Ganghöhe p machen würde.
Die Zähne der mittleren Zone 4 seien nunmehr so betrachtet, wie sie mit vollen Linien gezeichnet sind und tatsächlich ausgeführt werden. Die Zähne 13 sind sämtlich trapezförmig und haben im Gegen satz zu den Zähnen der Zonen 3 und 5 keine Spitzen, sondern Schneidkanten 19, deren Länge, gesehen in Fig. 1, von links nach rechts wächst. Die Schneid kanten 19 liegen sämtlich auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes, der durch die strichpunktierte Linie 20 angedeutet ist. Dieser Kegelstumpf erstreckt sich bis in die zylindrische Zone 11.
In Fig. 2 bis 12 ist dargestellt, wie ein Gewinde schneider, der gemäss Fig. 1 gestaltet ist, in einem Loch 21 eines Werkstückes 22 ein Gewinde schnei- net. Dabei ist angenommen, dass das Werkzeug erst mit seinem zweiten Gewindegang 16a derart greift, dass Material entfernt wird. Da jeder Gewindegang des Werkzeuges aus vier Zähnen besteht, entstehen bei jeder Volldrehung vier Späne. Die Form und Grösse dieser Späne ist von wesentlicher Bedeutung und in Fig. 3 bis 12 in gegenüber Fig. 2 etwa sech- zehnfacher Vergrösserung dargestellt.
Der erste Zahn der Windung 16a schneidet einen im Querschnitt dreieckförmigen Span, der dem klein sten gestrichelten Dreieck in Fig. 3 entspricht. Die drei folgenden Zähne des gleichen Gewindeganges schneiden im Querschnitt dachförmige Späne. Die Windung 16a schneidet daher insgesamt einen im Querschnitt dreieckigen Gewindegang 22'. Die nun mehr bei 21' eingreifenden Zähne des zweiten Ganges 16b schneiden vier Späne vom Gesamtquerschnitt 23 gemäss Fig. 4. Diese Spanform bleibt auch beim Ein griff der Zähne der Windungen 16c und 16d unver ändert, jedoch unter ständigem Wachsen des Span querschnittes, wie die gestrichelten Flächen 24 und 25 in Fig. 5 und 6 zeigen.
Mit dem Eingriff des ersten Zahnes der Windung 13a der Zone 4 ändert sich die Spanform. Der erste Zahn schneidet aus den Seiten des zuvor entstan denen Dreiecks zwei kleine, einfach gestaltete Späne 26a :gemäss Fig.7, während die darauffolgenden Zähne der gleichen Windung je zwei winkelförmige Späne 26b herausschneiden. Das zuvor geschnittene Dreieck wird daher durch zwei Trapezflächen 27 er weitert. Die nunmehr nacheinander eingreifenden Zähne der Windungen 13b und 13c schneiden win- kelförmige Späne, wobei die Windung 13b gemäss Fig. 8 zwei Flächen 28 und die Windung 13c gemäss Fig. 9 zwei. Flächen 29 entfernt.
Beim Eingriff der Zähne der Windung 13d än dert sich die Spanform erneut, und zwar schneiden die Zähne der Windung 13d U-förmige Späne von einer Gesamtfläche 30 in Fig. 10, während die Zähne der Windung 13e eine Trapezfläche 31 gemäss Fig. 11 entfernen.
Die nunmehr eingreifenden Zähne der ersten Windung 7a der zylindrischen Zone 3 schneiden vier Späne, die zusammen die Dreieckfläche 32 ergeben, womit die verlangte Gewindeform hergestellt ist. Die Zähne der restlichen Windungen<I>7b, 7c, 7d</I> und 7e haben lediglich eine schlichtende Wirkung. Sie glätten die Gewindeflanken und beseitigen kleine Unge nauigkeiten, die sich bei den vorangegangenen Schnitten ergeben haben können.
Das Werkzeug nach der Erfindung arbeitet mithin in drei aufeinanderfolgenden Phasen. In der ersten Phase wird die Schraubenlinie des herzustellenden Gewindes durch scharfe, spitze Zähne mit anfäng lich sehr geringer Materialentfernung in das Werk stück hineingeschnitten. Der zu überwindende Schnittwiderstand ist in dieser ersten Phase zunächst klein, und es besteht daher keine Gefahr, dass das Werkzeug in irgendeiner Richtung auswandert. Die zweite Phase beginnt wiederum mit kleinen Spänen. Der Spanquerschnitt steigt jedoch schnell an, und bei jeder Umdrehung wird eine beträchtliche Material menge herausgeschnitten. Auch in dieser Phase be steht keine Gefahr einer Auswanderung, weil das Werkzeug in den Gewindegängen, die während der vorangegangenen Phase geschnitten worden sind, sicher geführt wird.
In der dritten Phase werden nur noch kleine Späne geschnitten, und die Flanken des Gewindes werden geschlichtet und geglättet.
Vorstehend ist die Erfindung für den Fall der Herstellung eines Innengewindes erläutert worden. Sie kann jedoch in gleicher Weise an Schneideisen Anwendung finden, die zur Herstellung von Aussen gewinde dienen.
Wenn in dieser Beschreibung von den Spitzen der Schneidzähne die Rede ist, so bezieht sich dies auf die geometrische Grundform des Zahnprofils und schliesst die in der Regel vorgeschriebenen kleinen Abrundungen nicht aus.
Die einzelnen Zähne des Werkzeuges müssen in den Zonen 4 und 5 mindestens so weit hinterschnit ten werden, dass sie nicht über die Spirale hinweg ragen, die man in der Projektion auf eine zur Achse senkrechte Ebene erhält.
Thread cutting tool It is known to provide thread cutting tools in the form of taps for producing internal threads or dies for producing external threads in the cutting area with fully cut teeth that are increasingly set back compared to those of the finishing cutting area, but with the teeth of the finishing cutting area exactly lie in the pitch dimension of the thread. Such tools are the previously common design, in which the cutting area was made single Lich by conical grinding not zurückge set teeth, significantly superior. In particular, they allow a Ge thread to be cut using only one tool. So you make the usual pre-cutters superfluous.
If the teeth of the cutting area penetrate into the material in such thread cutters, they cut grooves of triangular cross-section with constantly increasing depth. It turns out that when using relatively high cutting speeds "as they come into consideration for the machine drive of the tool, and with certain materials that are not easily machinable, the thread at the thread root, ie where the tips of the tool teeth work, not always turns out completely clean, so that reworking may be necessary. This deficiency is sought by the invention.
According to the invention, the tips of the teeth of the cutting area are bluntly cut abge within a middle zone of the tool in increasing mass to the front end of the tool. This divides the tool into three zones. The front zone, initially on the workpiece, consists of fully cut, pointed teeth that do not work any differently than the recessed teeth of the cutting area of the known type. With the teeth of this zone, however, the thread is: cut to only part of its full depth. Then the blunt cut teeth of the second, middle zone come into action.
These teeth cut not only with the edges of their flanks, but also with the edges on their heads created by cutting off the tips, which work much more efficiently in terms of machining than the teeth that have not been cut off in the vicinity of their tips. With the blunt cut teeth of the central zone, the thread is cut to almost its full depth. Then the teeth of the third, last zone come into operation, which, as with all thread cutters, complete the thread with little chip removal.
It is essential for the invention that the tool first engages with the pointed teeth of the cutting area that are exactly in the pitch dimension and thus securely and precisely defines it with respect to the workpiece, and that thereupon a change occurs in the tooth shape and with teeth ge is cut in a way that would not be useful for the first gate.
The zone of these blunt-cut teeth, approximately trapezoidal in cross-section, can: extend backwards into the finished cutting area, as: will result from the illustrated embodiment in detail. It is advisable to extend the middle zone with the bluntly advanced teeth to the point where the pointed teeth of the cutting area penetrate the workpiece to about a third to half the thread depth.
Then only: a small part of the cutting work is done by the sharp teeth. The drawing illustrates an embodiment of the invention. 1 shows a schematic representation on a greatly enlarged scale of the threaded part of a Ge thread cutter, which can be either a tap for producing an internal thread or a die for producing an external thread, is designed, namely at the beginning of the production of an internal thread, and Fig. 3 to 12 diagrams illustrating the formation of a thread when using the tool according to the invention.
The tap 1 according to FIG. 2 consists of a shank 2 and a thread area which is composed of three zones 3, 4 and 5. Four longitudinal grooves 6 extend over the entire Ge thread area and into the shaft 2 into it. These grooves cut each full turn in four sections, each of which forms a cutting tooth. These teeth are to be thought of undercut in the usual way in order to form the clearance angle and the angle of attack.
In the greatly enlarged representation of the three zones 3, 4 and 5 of the thread, the sides of the teeth 7 in zone 3 are designated by 8, the thread base by 9 and the tooth tips by 10. The best way to get a clear idea of the geometrical relationships is to first assume that the teeth in the middle zone 4 are not trapezoidal, but rather have the same triangular shape as the teeth in zone 5, as shown in broken lines considered, the thread area consists of two zones 11 and 12, of which zone 11 is cylindrical and zone 12 is conical.
The teeth 13 in zone 12, some of which are shown in dashed lines, are designated by 14 on the tooth base and by 15 on the tooth tip. In zone 5, which forms part of zone 12, the tooth base of teeth 16 is designated by <B> 17 </B>, while their tips are called 18. All teeth have the same flank angle.
Of essential importance is the fact that the distance between the tips of adjacent teeth, whichever zone, over the entire Ge thread area of the tool is equal to the pitch p of the thread to be cut. However, this does not always apply to the tooth base of adjacent teeth.
According to FIG. 1, within the one full turn that forms the transition from zone 11 to zone 12, the distance between the tooth base 9 'and the adjacent tooth base 14' is greater than by a distance <I> x </I> the pitch <I> p. </I> The tool would become unusable if, deviating from this, the distance between the tooth base 14 'and the tooth base 9' was made equal to the pitch p and the distance between the tooth tips 10 'and 15' would make a distance corresponding to the distance x smaller than the pitch p.
The teeth of the middle zone 4 are now considered as they are drawn with full lines and are actually executed. The teeth 13 are all trapezoidal and in contrast to the teeth of the zones 3 and 5 have no tips, but cutting edges 19, the length of which, as seen in FIG. 1, grows from left to right. The cutting edges 19 all lie on the lateral surface of a truncated cone, which is indicated by the dash-dotted line 20. This truncated cone extends into the cylindrical zone 11.
In FIGS. 2 to 12 it is shown how a thread cutter, which is designed according to FIG. 1, cuts a thread in a hole 21 of a workpiece 22. It is assumed that the tool only engages with its second thread 16a in such a way that material is removed. Since each thread turn of the tool consists of four teeth, four chips are produced with each full turn. The shape and size of these chips is of essential importance and is shown in FIGS. 3 to 12 in an approximately sixteen-fold enlargement compared to FIG.
The first tooth of the turn 16a cuts a chip that is triangular in cross section and corresponds to the smallest dashed triangle in FIG. The three following teeth of the same thread turn cut roof-shaped chips in cross section. The turn 16a therefore cuts a total of a thread 22 'with a triangular cross-section. The teeth of the second gear 16b, which now engage more at 21 ', cut four chips from the total cross section 23 according to FIG dashed areas 24 and 25 in Figs.
With the engagement of the first tooth of the turn 13a of the zone 4, the chip shape changes. The first tooth cuts two small, simply shaped chips 26a from the sides of the triangle formed previously: according to FIG. 7, while the following teeth of the same turn each cut out two angular chips 26b. The previously cut triangle is therefore extended by two trapezoidal surfaces 27. The teeth of the windings 13b and 13c now engaging one after the other cut angular chips, the winding 13b according to FIG. 8 having two surfaces 28 and the winding 13c according to FIG. 9 having two. Areas 29 removed.
When the teeth of the turn 13d engage, the chip shape changes again, namely the teeth of the turn 13d cut U-shaped chips from a total surface 30 in FIG. 10, while the teeth of the turn 13e remove a trapezoidal surface 31 according to FIG.
The now engaging teeth of the first turn 7a of the cylindrical zone 3 cut four chips which together result in the triangular surface 32, with which the required thread shape is produced. The teeth of the remaining turns <I> 7b, 7c, 7d </I> and 7e only have a finishing effect. They smooth the thread flanks and eliminate small inaccuracies that may have resulted from previous cuts.
The tool according to the invention therefore works in three successive phases. In the first phase, the helical line of the thread to be produced is cut into the work piece by sharp, pointed teeth with very little material removal at the beginning. The cutting resistance to be overcome is initially small in this first phase, and there is therefore no risk of the tool migrating in any direction. The second phase begins again with small chips. However, the chip cross-section increases rapidly and a considerable amount of material is cut out with each revolution. In this phase, too, there is no risk of migration because the tool is safely guided in the threads that were cut during the previous phase.
In the third phase, only small chips are cut and the flanks of the thread are finished and smoothed.
The invention has been explained above for the case of producing an internal thread. However, it can be used in the same way on dies that are used to produce external threads.
When the tips of the cutting teeth are mentioned in this description, this refers to the basic geometric shape of the tooth profile and does not exclude the small roundings that are usually prescribed.
The individual teeth of the tool must be undercut in zones 4 and 5 at least so far that they do not protrude beyond the spiral that is obtained in the projection onto a plane perpendicular to the axis.