Gewindebearbeitung auf CNC-Bearbeitungszentren: Bewährte Techniken & Best Practices
Gewindebearbeitung ist eine der wichtigsten Anwendungen auf CNC-Bearbeitungszentren (BAZ). Gewindequalität und -effizienz wirken direkt auf Teilequalität und BAZ-Produktivität.
Mit steigender BAZ-Leistung und besseren Werkzeugen verbessern sich Gewindeverfahren stetig – Genauigkeit und Effizienz nehmen zu. Damit Technologen Verfahren situationsgerecht wählen, Effizienz steigern und Qualitätsunfälle vermeiden, werden hier gängige Gewindebearbeitungsmethoden an BAZ zusammengefasst:
Gewindebohren (Tapping)
1. Klassifikation & Eigenschaften
Gewindebohren mit Gewindebohrer ist das häufigste Verfahren. Hauptsächlich für kleine Gewindebohrungen (D < 30 mm) und geringe Lagegenauigkeitsanforderungen.
In den 1980ern: ausschließlich flexibles Gewindebohren (Ausgleichsspannfutter). Ausgleichsfutter kompensieren axial den Vorschubfehler durch Asynchronität von Maschinenvorschub und Spindeldrehzahl → korrekter Steigungswinkel. Nachteil: komplex, teuer, verschleißanfällig, niedrige Effizienz. Mit besserer BAZ-Performance wurde starres Gewindebohren (Rigid Tapping) Standardausstattung.
Heute dominiert starres Gewindebohren: Gewindebohrer in Federspannzange (Collet) gespannt, Maschinenvorschub und Spindeldrehzahl synchron gesteuert.
Vorteile vs. Ausgleichsfutter: Einfache Struktur, niedriger Preis, breite Nutzung (auch für Fräser, Bohrer) → Werkzeugkostensenkung. Hochgeschwindigkeits-Gewindebohren → höhere BAZ-Effizienz, niedrigere Kosten.
2. Gewindekernloch vor dem Bohren festlegen
Kernlochbearbeitung beeinflusst Bohrstandzeit und Gewindequalität stark. Bohrer für Kernloch: Durchmesser nahe oberer Toleranzgrenze des Kernlochs wählen.
Beispiel: M8 Gewinde → Kernloch Ø 6,7 +0,27 mm → Bohrer Ø 6,9 mm. Reduziert Bearbeitungsaufwand für Gewindebohrer, senkt Belastung, erhöht Standzeit.
3. Gewindebohrer-Auswahl
Zuerst: Passenden Bohrer zum Werkstoff wählen. Hersteller bieten werkstoffspezifische Bohrer – genau prüfen!
Gewindebohrer reagieren empfindlicher auf Werkstoff als Fräser/Bohrer. Beispiel: Gusseisen-Gewindebohrer für Aluminium → Gewindeausfall, Fehlgewinde, Bohrbruch → Ausschuss. Zweitens: Durchgangs- vs. Sacklochbohrer unterscheiden. Durchgangsbohrer: längerer Einlauf, Spanabfuhr vorwärts. Sacklochbohrer: kürzerer Einlauf, Spanabfuhr rückwärts. Mit Durchgangsbohrer in Sackloch → Gewindetiefe nicht sicherstellbar. Drittens: Bei Ausgleichsfutter: Schaftdurchmesser & Vierkantbreite = Futtermaße. Bei starrem Gewindebohren: Schaftdurchmesser = Spannzangendurchmesser. Nur richtige Auswahl sichert reibungslosen Ablauf.
4. CNC-Programmierung für Gewindebohren
Programmierung relativ einfach. Moderne BAZ haben feste Gewindebohr-Unterprogramme – nur Parameter zuweisen. Aber: Unterschiedliche Steuerungen → unterschiedliches Unterprogrammformat, unterschiedliche Parameterbedeutung.
Beispiel Siemens 840C: G84 X_ Y_ R2_ R3_ R4_ R5_ R6_ R7_ R8_ R9_ R10_ R13_ – 12 Parameter zu belegen.
Gewindefräsen (Thread Milling)
1. Eigenschaften
Gewindefräsen nutzt Gewindefräser, BAZ 3-Achs-Verknüpfung: X/Y Kreisinterpolation + Z Linearvorschub.
Hauptanwendung: Großgewinde & schwer zerspanbare Werkstoffe. Eigenschaften:
- Hohe Schnittgeschwindigkeit, Effizienz, Präzision. Werkstoff: Hartmetall → hohe Vc. Hohe Werkzeugfertigungsgenauigkeit → hohe Gewindegenauigkeit.
- Breiter Werkzeugeinsatzbereich. Gleicher Steigung → ein Werkzeug für Links- & Rechtsgewinde → Werkzeugkostensenkung.
- Gute Spanabfuhr & Kühlung. Bessere Schneidleistung als Gewindebohrer. Besonders für Al, Cu, rostfreie Stähle & schwer zerspanbare Werkstoffe. Ideal für Großteile & wertvolle Werkstoffe – Gewindequalität & Werkstücksicherheit.
- Kein Führungszapfen nötig. Geeignet für Sacklöcher mit kurzem Kernloch & Bohrungen ohne Ausdrehung.
2. Gewindefräser-Typen
- Wendeplatten-Gewindefräser (Indexable): Breiter Einsatz. Gewindetiefe < Schneidenlänge oder > Schneidenlänge bearbeitbar.
- Vollhartmetall-Gewindefräser (Solid Carbide): Für Gewindetiefe < Werkzeuglänge.
3. CNC-Programmierung für Gewindefräsen
Programmierung unterscheidet sich von anderen Werkzeugen. Fehlerhaftes Programm → Werkzeugbruch oder Gewindefehler. Beachten:
- Kernloch vorher sauber bearbeiten: Kleinloch bohren, Großloch ausbohren → Kernlochgenauigkeit sichern.
- Ein-/Austragen auf Bogenbahn: meist ½ Kreis, Z-Achse ½ Steigung → Gewindeform sichern. Radiuskorrektur dabei aktivieren.
- X/Y Kreisinterpolation 1 Umdrehung → Z-Achse 1 Steigung verfahren, sonst Fehlgewinde.
- Konkreter Beispielprogramm: Fräser Ø16, Gewinde M48×1,5, Tiefe 14.
(Kernlochprogramm weggelassen – Bohrung ausbohren)
G0 G90 G54 X0 Y0 G0 Z10 M3 S1400 M8 G0 Z-14,75 (Einfahren auf tiefste Gewindeposition) G01 G41 X-16 Y0 F2000 (Vorschubposition, Radiuskorrektur ein) G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500 (Einfahren ½ Kreisbogen) G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400 (Ganzes Gewinde fräsen) G03 X-16 Y0 Z0,75 I-20 J0 F500 (Austragen ½ Kreisbogen) G01 G40 X0 Y0 (Zentrum, Radiuskorrektur aus) G0 Z100 M30
Gewindedrehen im BAZ (Picking / Single-Point Threading)
1. Eigenschaften
Bei großen Gewinden an Kastenbauteilen, ohne Gewindebohrer/ Gewindefräser: Drehmeißel auf Bohrstange → Gewindeausdrehen (ähnlich Drehen).
Praxisbeispiel: Losgröße, Gewinde M52×1,5, Lagegenauigkeit 0,1 mm. Großes Gewinde → Bohren unmöglich, kein Gewindefräser. Nach Test: Gewindedrehen sichert Anforderungen.
2. Vorsichtsmaßnahmen
- Nach Spindelstart: Wartezeit für Erreichen der Nenndrehzahl.
- Rückzug: Bei handgeschliffenem Gewindemeißel (nicht symmetrisch schleifbar) kein Rückwärtslauf. Spindel orientieren (M19), Werkzeug radial wegbewegen, dann zurückziehen.
- Bohrstangenfertigung präzise – Nutenposition konsistent. Inkonsistenz → Mehrwerkzeugbearbeitung unmöglich → Fehlgewinde.
- Auch bei feinem Gewinde: niemals in einem Schnitt. Mindestens 2 Schnitte (Roh-/Fertig) → sonst Ausriss & schlechte Rauheit.
- Geringe Effizienz → nur Einzelfertigung/Kleinserie, Sondersteigungen, fehlende Werkzeuge.
3. Beispielprogramm
N5 G90 G54 G0 X0 Y0 N10 Z15 N15 S100 M3 M8 N20 G04 X5 (Verzögerung: Spindel auf Soll-Drehzahl) N25 G33 Z-50 K1,5 (Gewindeschneiden) N30 M19 (Spindel orientieren) N35 G0 X-2 (Werkzeug radial weg) N40 G0 Z15 (Zurückziehen)
Herstellungsprozess
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