CNC-Gewindeschneiden - Definition, Verfahren, Anwendung und Parameter des maschinellen Gewindeschneidens

CNC-Gewindeschneiden oder numerisch gesteuertes Gewindeschneiden ist eine Bearbeitungstechnik, bei der mit speziellen CNC-Maschinen Gewinde auf Metalloberflächen hergestellt werden. Bei diesem Verfahren werden Präzisionswerkzeuge eingesetzt, um genaue und wiederholbare Gewinde zu erzeugen, was in der industriellen Fertigung von entscheidender Bedeutung ist.

Gewindeschneiden auf CNC-Drehmaschinen

Die CNC-Drehmaschine ist eine der am häufigsten verwendeten Gewindeschneidmaschinen. Beim Gewindeschneiden auf einer CNC-Drehmaschine wird die Außenfläche eines Bauteils bearbeitet. Die computergesteuerte Maschine bearbeitet das Werkstück mit hoher Präzision und fertigt Gewinde mit einem bestimmten Profil und Durchmesser.

Gewindeschneiden auf einer CNC-Fräsmaschine

Die CNC-Fräsmaschine ist eine weitere Maschine, die beim Gewindeschneiden eingesetzt wird. Im Gegensatz zur Drehmaschine wird die CNC-Fräsmaschine zum Gewindeschneiden verwendet. Der Mechanismus besteht aus einem rotierenden, numerisch gesteuerten Fräser, mit dem ein Gewinde in der gewünschten Form und Größe hergestellt werden kann.

Was sind die Parameter für das Gewindeschneiden?

Die Parameter für das Gewindeschneiden, wie Durchmesser, Gewinderichtung und -winkel, werden mit dem CNC-Steuerungsprogramm der Maschine eingestellt. Weitere wichtige Parameter sind die Gewindetiefe, die Gewinderichtung (rechts oder links) und der Gewindetyp (z. B. metrisch, Zoll). Die genaue Einstellung dieser Parameter ist entscheidend für die korrekte Funktion des fertigen Bauteils. Im Folgenden werden die wichtigsten Parameter für das Gewindeschneiden ausführlich beschrieben: 

• Gewindedurchmesser - Dies ist einer der wichtigsten Werte im Gewindeschneidprozess. Der Gewindedurchmesser ist der Abstand zwischen gegenüberliegenden Punkten an den Gewindewänden. Man unterscheidet zwischen dem Außendurchmesser (maximaler Abstand zwischen den Gewindespitzen) und dem Innendurchmesser (minimaler Abstand zwischen den Gewindetälern). Dieser Wert hängt von der Art und Größe des Gewindes ab, das wir herstellen wollen.
• Gewinderichtung - Die Gewinderichtung oder Torsion legt fest, ob das Gewinde rechts- oder linksgängig ist. Rechtsgewinde werden im Uhrzeigersinn geklemmt, während Linksgewinde gegen den Uhrzeigersinn geklemmt werden. Die Wahl der Gewinderichtung hängt von der Endverwendung des Bauteils ab.
• Gewindewinkel - Der Gewindewinkel ist der Winkel, der zwischen den symmetrischen Wänden des Gewindeprofils gemessen wird. Sein Wert hängt vom Gewindetyp ab - bei einem metrischen Gewinde beträgt dieser Winkel beispielsweise 60 Grad, während er bei einem Zollgewinde (UNC/UNF) 55 Grad beträgt.
• Gewindetiefe - Die Gewindetiefe ist der Abstand zwischen der Spitze und dem Tal des Gewindes. Sie ist ein wichtiger Parameter, der die Festigkeit und Funktionalität des Gewindes beeinflusst.
• Gewindetyp - Der Gewindetyp bestimmt die Form und das Profil des Gewindes. Es gibt viele verschiedene Gewindetypen, darunter metrische, zöllige, trapezförmige oder Rohrgewinde. Jede Art hat ihre eigene spezifische Anwendung und erfordert den Einsatz eines geeigneten Werkzeugs zur Herstellung.

Gewindeschneiden an CNC-Werkzeugmaschinen

Das Gewindeschneiden auf CNC-Werkzeugmaschinen ist ein Verfahren, bei dem in einem numerisch gesteuerten Prozess Außen- und Innengewinde hergestellt werden. Hierfür werden spezielle Werkzeuge wie Gewindeschneidmaschinen und Fräsmaschinen eingesetzt. Der Vorteil dieser Technik liegt in der hohen Präzision und Wiederholbarkeit, die in der Serienfertigung äußerst wichtig ist.

Gewindeschneiden von Löchern

Das Gewindeschneiden von Löchern ist eine der wichtigsten Anwendungen des CNC-Gewindeschneidens. Dank der präzisen numerischen Steuerung ist es möglich, Innengewinde mit spezifischen Parametern herzustellen. Dieses Verfahren ist bei der Herstellung von Maschinen- und Anlagenkomponenten von großer Bedeutung, da die Genauigkeit des Gewindes die Funktion des gesamten Mechanismus beeinflussen kann.

CNC-Gewindeschneiden von Metall

Dieses Verfahren ist in der Metallindustrie weit verbreitet. Dank der fortschrittlichen CNC-Technologie ist es möglich, verschiedene Arten von Metall zu schneiden, wie z.B.: 

• Stahl, 
• Aluminium, 
• Kupfer,
• Titan. 

Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung sehr präziser und wiederholbarer Gewinde, die in vielen Branchen von entscheidender Bedeutung sind.

Was ist Gewinderollen?

Gewinderollen ist ein alternatives Verfahren zum Gewindeschneiden, bei dem das Material durch spezielle Rollen verformt wird. Diese Technik wird häufig eingesetzt, wenn eine besonders hohe Festigkeit des Gewindes erforderlich ist, wie z. B. in der Automobilbranche. Das Gewindewalzen kann auch auf CNC-Maschinen (computergesteuerte Maschinen) durchgeführt werden, die einen noch präziseren und wiederholbaren Prozess gewährleisten.

Wie funktioniert das CNC-Gewindewalzen?

Der Prozess des Gewindewalzens auf CNC-Maschinen beginnt mit der Auswahl eines geeigneten Werkzeugs, das in das Maschinenfutter eingespannt wird. Für das Außengewinde werden häufig Schneidwerkzeuge wie Drehmesser verwendet, während für das Innengewinde Gewindebohrer oder Fräser eingesetzt werden. Anschließend stellt der Maschinenprogrammierer mithilfe einer CNC-Software alle erforderlichen Parameter ein. Dazu gehören u. a. der Gewindedurchmesser, die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll, die Gewindetiefe, die Gewinderichtung (im oder gegen den Uhrzeigersinn) und der Gewindetyp. Sobald diese Parameter eingestellt sind, ist die Maschine bereit, den Gewindeschneidvorgang zu starten. Während des Gewindeschneidens dreht sich das Schneidwerkzeug mit der entsprechenden Geschwindigkeit und bewegt sich entlang der in der CNC-Software programmierten Bahn. Als Ergebnis dieses Prozesses wird ein Gewinde mit den programmierten Parametern auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt.

Bei welchen Produkten kann das CNC-Gewindeschneiden eingesetzt werden?

Das CNC-Gewindeschneiden findet in vielen verschiedenen Branchen Anwendung. Aufgrund der Präzision und Wiederholbarkeit des Prozesses ist es ideal für Situationen, in denen jedes Bauteil strengen Normen entsprechen muss. In der Automobilindustrie wird das CNC-Gewindeschneiden zur Herstellung vieler Komponenten verwendet, wie z.B.: 

• Bolzen, 
• Muttern, 
• Wellen und viele andere. 

In der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Präzisionsgewinde entscheidend für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Flugzeugen. In der Schwerindustrie, z. B. bei der Herstellung von Windturbinen oder Bergbauausrüstungen, müssen die Gewinde extrem robust sein, was mit der CNC-Gewindeschneidetechnik erreicht werden kann.

Maschinengewindebohrer und Bohrungseigenschaften 

Maschinengewindebohrer sind Werkzeuge, die speziell für das Gewindeschneiden konzipiert sind. Sie sind sehr robust und langlebig, was bedeutet, dass sie über einen langen Zeitraum eingesetzt werden können, ohne zu verschleißen. Die Löcher, in die wir Gewinde schneiden, können entweder Durchgangslöcher" oder Sacklöcher" sein. Bei den Durchgangslöchern handelt es sich um Löcher, die das Material vollständig durchdringen, bei den Sacklöchern um Löcher, die im Inneren des Materials enden. Das Einfädeln von Durchgangslöchern ist in der Regel einfacher, weil die Späne auf der anderen Seite des Lochs entweichen können. Manchmal werden Gewindebohrer mit einem speziellen Material beschichtet, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. 

Was sind Innengewinde und wie werden sie hergestellt?

Innengewinde werden mit einem einschneidigen Gewindeschneidwerkzeug anstelle eines herkömmlichen Gewindeschneidwerkzeugs hergestellt. Wenn Teile über Innenbohrungen verfügen, die ein Gewinde erfordern, müssen die eigentlichen Gewinde aus dem CAD-Modell entfernt werden, so dass nur der Grunddurchmesser übrig bleibt. Eine gut entwickelte Software ist in der Lage, eine zu schneidende Bohrung zu identifizieren, wenn:

1. Es liegt innerhalb des Durchmessers des entsprechenden Gewindes,
2. Mit einer der drei Hauptfräsachsen ausgerichtet ist,
3. Orthogonal zur Drehachse der Drehmaschine ist.

Auch das Innengewindeschneiden an Drehteilen ist möglich. Viele der beschriebenen Techniken können beim Gewindeschneiden auf einer Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen angewendet werden, obwohl die verfügbaren Gewinde möglicherweise begrenzter sind als beim Fräsen. Die Bandbreite der UNC- und UNF-Gewinde reicht von 4-40 bis ½-20, und die metrischen Gewinde bewegen sich zwischen M3 und M10. Mit aktiven Werkzeugen können Radial-, Axial- und Zentralgewinde hergestellt werden.  Dies wirkt sich auf das Gewindeschneiden aus, da einige Gewinde nur in der mittleren Position verfügbar sind. Bei der Bearbeitung eines Innengewindes kann es vorkommen, dass die Bohrung tiefer ist als die Möglichkeiten des Gewindewerkzeugs. In diesem Fall gibt es mehrere Möglichkeiten, die je nach den spezifischen Anforderungen in Betracht kommen. 

Wir beschreiben diese im Folgenden: 

• Verwendung eines tieferen Werkzeugs - Wenn längere Gewindewerkzeuge zur Verfügung stehen, können diese verwendet werden, um tiefere Bohrungen zu bearbeiten. Es ist jedoch zu beachten, dass längere Werkzeuge möglicherweise weniger stabil sind und das Risiko von Brüchen oder Beschädigungen erhöhen.
• Manuelle Bearbeitung - Wenn eine Maschine nicht in der Lage ist, Gewinde in der erforderlichen Tiefe zu schneiden, kann die manuelle Bearbeitung eine Alternative zu diesem Verfahren sein. Dies ist jedoch mit zusätzlichen Kosten und Zeitaufwand verbunden.
• Neukonstruktion - In einigen Fällen ist es möglich, ein Teil so zu konstruieren, dass die Gewindetiefe verringert wird, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.
• Gewindeschneidfreie Technologie - Für Bohrungen mit großen Tiefen kann die gewindeschneidfreie Technologie, wie z. B. das Trockengewindebohren, eine geeignete Lösung sein. Auf diese Weise können Gewinde bis zu einer großen Tiefe hergestellt werden, ohne dass eine Spanabfuhr erforderlich ist.

Jede der oben genannten Optionen hat ihre Vor- und Nachteile, so dass die Wahl der richtigen Lösung von den spezifischen Anforderungen des Projekts und den Werkzeugbeschränkungen abhängt. Es ist wichtig, diese Faktoren bei der Konstruktion des Teils und der Planung des Gewindeschneidprozesses zu berücksichtigen.

Was sind Außengewinde und wie funktionieren sie?

Die Integration von Drehmaschinen in unsere Prozesse hat es uns ermöglicht, unser Angebot an Außengewinden zu erweitern. Wir sind in der Lage, eine Vielzahl von Außengewindegrößen anzubieten, sofern Ihre Teile mit dem Drehprozess kompatibel sind. Wir verwenden ein kundenspezifisches Gewindewerkzeug, das auf bestimmte Gewindegrößen, -tiefen und -positionen in der Teilegeometrie zugeschnitten ist. Die moderne Drehtechnik, die wir verwenden, ermöglicht es uns, Außengewinde auf der Mittellinie des Teils zu erstellen - ebenso wie numerisch gesteuerte Werkzeuge es uns ermöglichen, Innengewinde zu schneiden, solange die gleichen Richtlinien wie beim Fräsen befolgt werden. Dies ist nicht auf Mittelbohrungen beschränkt - Gewinde können auch in axialen und radialen Bohrungen erzeugt werden. 

Wie stelle ich Außengewinde her? 

Wie bei Innengewinden müssen auch bei der Konstruktion von Außengewinden für Teile, die auf Drehmaschinen bearbeitet werden, die eigentlichen Gewinde aus dem CAD-Modell entfernt werden, damit die Software sie identifizieren kann. Außerdem sollten Außengewinde mit Blick auf das Fräsen und nicht auf das Drehen modelliert werden. Außengewinde werden im Vergleich zu Innengewinden seltener entworfen, aber wir sind in der Lage, sie effektiv herzustellen. Außengewinde werden mit der Hälfte des Werkzeugdurchmessers hergestellt, dann wird das Werkstück um 180 Grad gedreht und die Gewinde auf der gegenüberliegenden Seite werden auf die gleiche Weise hergestellt. Für große, dicke Außengewinde ist diese Methode gut geeignet. Kleine Außengewinde, wie z. B. 6-32, sind mit einem Kugel- oder Flachfräser schwieriger herzustellen, da bei einer zu kleinen Steigung ein größerer Radius am Gewindegrund verbleiben würde. In diesem Fall kann es erforderlich sein, den Prozess durch ein Gewindeschneidwerkzeug laufen zu lassen, um überschüssiges Material zu entfernen. 

Die Rolle des Drehmoments beim Gewindeschneiden

Das Drehmoment, das auf die Spindel einer CNC-Maschine wirkt, ist einer der wichtigsten Aspekte des Gewindeschneidens. Es ist für die Kraft verantwortlich, mit der die Gewindeschneidmaschine gedreht wird, damit sie das Material schneiden kann. Es muss groß genug sein, damit der Gewindeschneider das Material durchschneiden und ein Gewinde formen kann, darf aber nicht so groß sein, dass es das Werkzeug oder das Material beschädigt. Außerdem kann ein zu hohes Drehmoment zu einem übermäßigen Verschleiß des Werkzeugs oder sogar zu einem Bruch führen. Andererseits kann ein zu geringes Drehmoment dazu führen, dass das Gewindeschneidwerkzeug das Material nicht richtig schneiden kann, was zu einem fehlerhaften Gewinde führen kann.

Einstellung des Drehmoments

Bei CNC-Maschinen ist das Drehmoment einstellbar und kann so genau an die Anforderungen der jeweiligen Aufgabe angepasst werden. Die Anpassung des Drehmoments an das Material und die Größe des zu schneidenden Gewindes ist der Schlüssel zum optimalen Ergebnis. Drehmoment während des Gewindeschneidens zu überwachen. Plötzlich auftretende Drehmomentspitzen können auf Probleme hinweisen, wie z. B. einen blockierten Gewindeschneider, was zu Schäden an der Maschine oder dem Werkzeug führen kann. Viele CNC-Maschinen verfügen über integrierte Überwachungssysteme, die den gesamten Prozess automatisch stoppen können, wenn das Drehmoment den sicheren Bereich überschreitet.

Zusammenfassung

Beim CNC-Gewindebohren werden Gewinde in Bohrungen oder Muster auf der Oberfläche einer Bohrung erzeugt. Wenn wir dies auf einer Maschine tun, verwenden wir Maschinengewindebohrer. Beim Gewindeschneiden ist es wichtig, die Schnittparameter, wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit, sorgfältig zu wählen. Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Gewindeschneider durch das Material bewegt, während die Vorschubgeschwindigkeit die Strecke angibt, die der Gewindeschneider pro Umdrehung zurücklegt. Wenn die Schnittgeschwindigkeit beispielsweise 800 beträgt, bedeutet dies, dass sich der Einfädler mit 800 Metern pro Minute bewegt. Das Drehmoment ist die Kraft, die wir auf die Spindel (den Teil der Maschine, der den Gewindeschneider dreht) ausüben müssen, damit sie sich mit der richtigen Geschwindigkeit dreht. Dies ist wichtig, denn zu viel Kraft kann den Gewindeschneider oder das Material beschädigen, und zu wenig Kraft kann das Gewindeschneiden unwirksam machen. Um den Gewindeschneidvorgang korrekt durchzuführen, ist es wichtig, über die richtigen Fähigkeiten und Kenntnisse zu verfügen. Dazu gehört die Fähigkeit, Gewindeschneidbacken richtig auszuwählen, die Schneidparameter einzustellen und die Maschine richtig zu bedienen. Andernfalls kann der Gewindeschneidprozess schwierig und potenziell gefährlich sein und zu Schäden am Material oder an den Werkzeugen führen. Unser Unternehmen und unsere qualifizierten Mitarbeiter können Sie bei diesem schwierigen Prozess unterstützen.