Kann dieses CNC-Gewindeschneidzentrum gleichzeitig Gewindeschneiden und Gewindefräsen durchführen?

Das Moderne CNC-Gewindeschneidzentrum kann Gegengewindeschneiden und Gewindefräsen durchführen, und bei vielen erweiterten Modellen können beide Vorgänge innerhalb desselben Bearbeitungsprogramms ohne manuelles Eingreifen ausgeführt werden. Ob sie jedoch wirklich „gleichzeitig“ im selben Loch und zum selben Zeitpunkt auftreten, hängt vom Spindeldesign, der Steuerungsarchitektur und der Werkzeugkonfiguration der Maschine ab. In der Praxis wechseln High-End-CNC-Gewindeschneidzentren mithilfe automatischer Werkzeugwechsler (ATC) in Sekundenschnelle zwischen diesen Vorgängen, wodurch der Prozess für Produktionsumgebungen funktional nahtlos wird.

In diesem Artikel wird erläutert, wie das Rückwärtsgewindeschneiden und Gewindefräsen in einem CNC-Gewindeschneidzentrum funktioniert, welche Hardware- und Softwarefunktionen erforderlich sind und wie Sie beurteilen können, ob eine bestimmte Maschine Ihren Anforderungen an das Gewindeschneiden entspricht.

Was ist Rückwärtsgewindeschneiden in einem CNC-Gewindeschneidzentrum?

Rückwärtsgewindeschneiden – auch Gegengewindeschneiden oder starres Gewindeschneiden mit Umkehrung genannt – ist ein Gewindeschneidprozess, bei dem sich die Spindel in eine Richtung dreht, um den Gewindebohrer in das Werkstück zu treiben, und dann die Drehung umkehrt, um ihn sauber zurückzuziehen. Dies ist eine Standardfunktion bei praktisch allen modernen CNC-Gewindeschneidzentren, die damit ausgestattet sind Starre Gewindeschneidfunktion .

Im starren Gewindeschneidmodus synchronisiert die CNC-Steuerung die Drehzahl (U/min) der Spindel mit der Vorschubgeschwindigkeit der Z-Achse im präzisen Verhältnis zur Gewindesteigung des Gewindebohrers. Das Gewindeschneiden eines M8×1,25-Gewindes mit 1.000 U/min erfordert beispielsweise einen Z-Achsen-Vorschub von genau 1.250 mm/min . Während des Rückzugs kehrt die Spindel mit der gleichen synchronisierten Geschwindigkeit um, wodurch Gewindeschäden und Gewindebohrerbrüche vermieden werden.

Zu den wichtigsten G-Codes, die hierfür in gängigen Steuerungssystemen von CNC-Gewindeschneidzentren verwendet werden, gehören:

• G84 — Standard-Gewindebohrzyklus für starre Werkstücke (Gewinde im Uhrzeigersinn, Einfahren gegen den Uhrzeigersinn)
• G74 — Rückwärts-Gewindeschneidzyklus (Gewindeschneiden gegen den Uhrzeigersinn, Zurückziehen im Uhrzeigersinn), verwendet für Linksgewinde
• G84.2 / G84.3 — Erweiterte starre Gewindebohrzyklen sind für Fanuc- und Mitsubishi-Steuerungen verfügbar, um die Synchronisierungsgenauigkeit zu verbessern

Die meisten CNC-Gewindeschneidzentren namhafter Hersteller erreichen die Spindelumkehr innerhalb von Sekunden 0,05 bis 0,1 Sekunden , wodurch die Auswirkungen auf die Zykluszeit bei Gewindeschneidvorgängen mit hohem Volumen minimiert werden.

Was ist Gewindefräsen auf einem CNC-Gewindeschneidzentrum?

Beim Gewindefräsen wird ein rotierendes, mehrschneidiges Gewindefräswerkzeug verwendet, das sich in einer spiralförmigen Interpolationsbahn um den Innenumfang der Bohrung bewegt, um das Gewindeprofil zu schneiden. Im Gegensatz zum Gewindeschneiden wird die Schnittkraft auf mehrere Durchgänge verteilt und eignet sich daher ideal für:

• Harte Materialien wie gehärteter Werkzeugstahl (über 45 HRC) oder Inconel
• Gewinde mit großem Durchmesser (typischerweise M20 und höher), bei denen das Gewindedrehmoment unpraktisch wäre
• Sacklöcher, bei denen die Spanabfuhr entscheidend ist
• Situationen, die sowohl Rechts- als auch Linksgewinde mit einem einzigen Werkzeug erfordern

Gewindefräsen auf einem CNC-Gewindeschneidzentrum erfordert simultane 3-Achsen-Interpolation (X-, Y- und Z-Achsen bewegen sich gleichzeitig), was von praktisch allen modernen CNC-Steuerungen unterstützt wird, einschließlich Fanuc 0i-MF, Siemens 828D und Mitsubishi M80. Ein typischer Gewindefräszyklus für ein M16×2,0-Gewinde in Edelstahl könnte eine Spindelgeschwindigkeit von verwenden 3.500 U/min mit einer spiralförmigen Vorschubgeschwindigkeit von 800 mm/min .

Kann ein CNC-Gewindeschneidzentrum beide Vorgänge im selben Programm ausführen?

Absolut. Ein CNC-Gewindeschneidzentrum mit automatischem Werkzeugwechsler (ATC) kann innerhalb eines einzigen CNC-Programms das Rückwärtsgewindeschneiden bei einigen Löchern und das Gewindefräsen bei anderen ausführen. Die Maschine wählt das passende Werkzeug aus dem Magazin aus und schaltet den Betrieb automatisch um. Auf einer Maschine mit a 24-Werkzeug-ATC und eine Werkzeugwechselzeit von unter 1,5 Sekunden (Chip-zu-Chip) ist dieser Übergang in der Gesamtzykluszeit nahezu unbemerkt.

In der folgenden Tabelle werden die beiden Vorgänge nebeneinander verglichen, um zu klären, wann die einzelnen Methoden bevorzugt werden:

Maschinenanforderungen zur Unterstützung beider Vorgänge

Nicht jedes CNC-Gewindeschneidzentrum ist gleichermaßen leistungsfähig. Um sowohl das Gewindeschneiden als auch das Gewindefräsen zuverlässig ausführen zu können, sollte die Maschine die folgenden Spezifikationen erfüllen:

Spindelleistung

Die Spindel muss einen großen Drehzahlbereich unterstützen. Das Rückwärtsgewindeschneiden für kleine Gewindebohrer (M2–M6) kann Geschwindigkeiten von erfordern 3.000–8.000 U/min , während das Gewindefräsen für größere Gewinde in Stahl möglicherweise nur erforderlich ist 1.500–3.500 U/min mit höherem Drehmoment. Eine Spindel mit einer Nennleistung von mindestens 7,5 kW und 47 Nm Drehmoment deckt die meisten Produktionsszenarien ab.

CNC-Controller-Fähigkeit

Die Steuerung muss sowohl vorgefertigte Gewindebohrzyklen (G84, G74) als auch die Spiralinterpolation für das Gewindefräsen unterstützen. Controller wie z Fanuc 0i-MF Plus, Siemens 840D sl und Mitsubishi M80 Alle unterstützen diese Funktionen nativ. Bestätigen Sie, dass Ihre spezifische Controller-Version die Spiralinterpolation standardmäßig und nicht als kostenpflichtige Option umfasst.

Kompatibilität der Werkzeughalter

Starres Gewindeschneiden erfordert einen soliden, nicht kompensierenden Werkzeughalter für maximale Synchronisierungsgenauigkeit. Beim Gewindefräsen kommen hochpräzise Spannzangenfutter (ER-Serie) oder Hydrodehnspannfutter mit Rundlauf unten zum Einsatz 0,003 mm , was sich direkt auf die Gewindequalität und die Oberflächenbeschaffenheit auswirkt.

Kühlmittelsystem

Zum Gewindefräsen in tiefen Löchern, Kühlmittelzufuhr durch die Spindel bei 40–70 bar wird dringend empfohlen, um Späne aus der spiralförmigen Bahn zu entfernen. Eine unzureichende Spanabfuhr ist eine der häufigsten Ursachen für Fehler und Oberflächenfehler beim Gewindefräsen.

Anwendungsbeispiel aus der Praxis

Betrachten Sie einen hydraulischen Verteilerblock aus Edelstahl 316. Das Teil erfordert:

1. Vierundzwanzig M6×1,0-Durchgangslöcher wurden mit umgekehrtem Gewindebohren (G84-Zyklus) bei 4.500 U/min hergestellt
2. Vier M30×2,0-Anschlussgewinde, erstellt durch Gewindefräsen mittels Spiralinterpolation bei 2.200 U/min
3. Zwei M12×1,75-Linksgewinde mit G74-Gewindeschneidzyklus

Ein CNC-Gewindeschneidzentrum mit einem ATC mit 32 Werkzeugen erledigt alle drei Vorgänge in einem einzigen Setup, wobei die Steuerung automatisch das richtige Werkzeug und den richtigen Zyklus für jedes Merkmal aufruft. Gesamtbearbeitungszeit für alle Gewindeschneidvorgänge: ca. 6,5 Minuten , im Vergleich zu über 20 Minuten bei der Verarbeitung auf separaten Maschinen. Dies verdeutlicht den zentralen Produktionsvorteil der Kombination beider Funktionen in einem einzigen CNC-Gewindeschneidzentrum.

Allgemeine Einschränkungen, die Sie beachten sollten

Obwohl die Möglichkeit besteht, sollten Benutzer die folgenden praktischen Einschränkungen beachten, wenn sie ein CNC-Gewindeschneidzentrum für beide Vorgänge konfigurieren:

• Größe des Werkzeugmagazins: Der gleichzeitige Betrieb beider Gewindebohrersätze und Gewindefräser verbraucht schnell Werkzeugtaschen. Ein Magazin mit weniger als 16 Werkzeugen kann die Flexibilität bei komplexen Teilen einschränken.
• Controller-Lizenzierung: Einige CNC-Gewindeschneidzentren der Einstiegsklasse werden standardmäßig mit deaktivierter Spiralinterpolation ausgeliefert; Für die Aktivierung ist möglicherweise eine kostenpflichtige Softwarelizenz des Controller-Herstellers erforderlich.
• Spindelausrichtung: Das Gewindefräsen erfordert in einigen fortgeschrittenen Zyklen eine genaue Positionierung der C-Achse der Spindel; Überprüfen Sie bei Bedarf, ob Ihr Computer dies unterstützt.
• Programmierkomplexität: Der G-Code zum Gewindefräsen ist komplexer als ein einfacher G84-Gewindebohrzyklus. Verwenden Sie CAM-Software mit einem Gewindefräs-Postprozessor, um Programmierfehler zu reduzieren.

Das gut ausgestattete CNC-Gewindeschneidzentrum ist vollständig in der Lage, Rückwärtsgewindeschneiden und Gewindefräsen durchzuführen – entweder in abwechselnder Reihenfolge innerhalb desselben Programms oder als dedizierte Vorgänge an verschiedenen Merkmalen desselben Teils. Der Schlüssel liegt darin, sicherzustellen, dass die Maschine über eine starre Gewindebohrsynchronisation, Unterstützung für 3-Achsen-Helixinterpolation, eine leistungsfähige CNC-Steuerung und eine ausreichende Werkzeugmagazinkapazität verfügt. Für Hersteller, die komplexe Teile aus harten Materialien herstellen, verkürzt die Kombination beider Gewindeschneidstrategien in einem einzigen CNC-Gewindeschneidzentrum die Rüstzeit erheblich, verbessert die Konsistenz und senkt die Gesamtproduktionskosten.