Gewindebearbeitung im CNC-Bearbeitungszentrum: Gewindebohren, Gewindefräsen & Drehverfahren

Gewindefertigung ist eine der wichtigsten Anwendungen im BAZ. Gewindequalität & -effizienz bestimmen Teilequalität & Maschinenproduktivität direkt.

Mit steigender BAZ-Leistung & besserer Werkzeuge verbessern sich Verfahren stetig – Genauigkeit & Effizienz steigen. Damit Technologen passendes Verfahren wählen, Produktionseffizienz steigern & Qualitätsunfälle vermeiden, hier die gängigen Methoden in der Praxis:

1. Gewindebohren (Tap Processing)

1.1 Einordnung & Eigenschaften

Häufigste Methode für Gewindebohrungen. Hauptsächlich für kleine Durchmesser (D < 30 mm) & moderate Lagegenauigkeitsanforderungen.

1980er: Flexibles Gewindebohren (Spannfutter mit Axialausgleich für Asynchronizität Spindel/Vorschub → korrekte Steigung). Nachteil: Komplex, teuer, verschleißanfällig, niedrige Effizienz. Moderne BAZ: Rigides Gewindebohren = Standardausstattung.

Heute Hauptmethode: Rigides Gewindebohren. Gewindebohrer im Spannzangenfutter (kein Ausgleich), Spindelveorschub & Drehzahl synchronisiert (CNC-gesteuert).

Vorteile vs. flexibel: Spannzange einfach, günstig, vielseitig (auch Fräser/Bohrer spannbar → Werkzeugkostensenkung). Hochgeschwindigkeits-Gewindeschneiden möglich → höhere BAZ-Effizienz, geringere Fertigungskosten.

1.2 Kernloch vor Gewindebohren festlegen

Kernlochqualität entscheidend für Bohrerstandzeit & Gewindequalität. Bohrerdurchmesser nahe oberer Toleranzgrenze des Kernlochs wählen.

Beispiel: M8 Gewinde → Kernloch Ø 6,7 +0,27 mm → Bohrer Ø 6,9 mm. Reduziert Bohrerbearbeitungsanteil, senkt Last, erhöht Standzeit.

1.3 Gewindebohrer-Auswahl

Primär: Passend zum Werkstoff. Hersteller bieten werkstoffspezifische Sorten. Kritisch: Gewindebohrer reagieren empfindlicher auf Werkstoff als Fräser/Bohrer. Beispiel: Gusseisen-Gewindebohrer für Alu → Gewindeausfall, Fehlgänge, Bohrbruch → Ausschuss. Zweitens: Durchgangs- vs. Sacklochbohrer unterscheiden. Durchgang: langer Führungskegel, Spanabfuhr vorwärts. Sackloch: kurzer Kegel, Spanabfuhr rückwärts. Durchgangsbohrer im Sackloch → Tiefe nicht sicherstellbar. Drittens: Bei flexiblem Gewindebohren: Schaftdurchmesser & Vierkantpassung zum Gewindebohrfutter. Bei rigiden: Schaftdurchmesser = Spannzangendurchmesser. Nur passende Auswahl → prozesssicher.

1.4 CNC-Programmierung Gewindebohren

Relativ einfach. BAZ haben oft festen Gewindezyklus – nur Parameter zuweisen. Achtung: Steuerungssysteme unterscheiden sich → Subroutine-Format & Parameterbedeutung variieren.

Beispiel SIEMENS 840C: G84 X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_ – 12 Parameter zu belegen.

2. Gewindefräsen (Thread Milling)

2.1 Eigenschaften

Gewindefräser, 3-Achs-Verfahren (X/Y Kreisinterpolation, Z Linearvorschub). Hauptanwendung: Großgewinde & schwer zerspanbare Werkstoffe.

Merkmale:

• Hohe Geschwindigkeit, Effizienz, Präzision. Hartmetallwerkzeug → hohe vc. Hohe Werkzeugherstellgenauigkeit → hohe Gewindegenauigkeit.
• Ein Werkzeug für Rechts- & Linksgewinde gleicher Steigung → Werkzeugkostensenkung.
• Gute Spanabfuhr & Kühlung → bessere Schnittbedingungen als Bohrer. Ideal für Alu, Cu, rostfreie Stähle.
• Besonders für Großteile & wertvolle Werkstoffe: Gewindequalität & Werkstücksicherheit gewährleistet.
• Kein Führungskegel → geeignet für Sacklöcher mit kurzem Kernloch & ohne Auslauf.

2.2 Werkzeugtypen

• Wendeschneidplatten-Gewindefräser (maschinell geklemmte Hartmetallplatten): Breiter Einsatzbereich. Gewindetiefe < Plattenlänge & > Plattenlänge bearbeitbar.
• Vollhartmetall-Gewindefräser: Für Gewindetiefe < Werkzeuglänge.

2.3 CNC-Programmierung Gewindefräsen

Anders als Standardwerkzeuge. Fehlerhaftes Programm → Werkzeugbruch oder Gewindefehler. Wichtige Punkte:

1. Kernloch präzise vorfertigen: Kleinbohrung bohren, Großbohrung ausbohren (Bohren/Ausbohren) für Kernlochgenauigkeit.
2. Ein-/Ausfahren auf Kreisbogen (meist ½ Kreis), Z-Versatz ½ Steigung → Gewindeform sichern. Werkzeugradiuskorrektur (G41/G42) dabei aktivieren.
3. X/Y Kreisinterpolation 1 Umdrehung → Z-Vorschub genau 1 Steigung. Sonst: Gewinde „verhakt“ (Random Buckling).

Konkreter Beispielprogramm: Fräser Ø16, Gewinde M48×1,5, Tiefe 14.

(Kernlochbohrung ausgelassen – ausbohren)
G0 G90 G54 X0 Y0
G0 Z10 M3 S1400 M8
G0 Z-14.75  (Tiefste Gewindegang)
G01 G41 X-16 Y0 F2000  (Einfahren, Radiuskorrektur an)
G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500  (½ Kreis Einfahren)
G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400  (Vollgewinde fräsen)
G03 X-16 Y0 Z0.75 I-20 J0 F500  (½ Kreis Ausfahren)
G01 G40 X0 Y0  (Mitte, Radiuskorrektur aus)
G0 Z100
M30

3. Drehverfahren im BAZ (Pick Method / Single Point Threading)

3.1 Eigenschaften

Große Gewinde an Kastenbauteilen. Kein Gewindebohrer, kein Gewindefräser → Drehmeißel auf Bohrbügel (Boring Bar) → Gewindedrehen (wie Drehmaschine).

Praxisbeispiel: Charge M52×1,5, Lagegenauigkeit 0,1 mm. Hohe Lageanforderung + großes Gewinde → Bohren unmöglich, kein Fräser → Pick-Verfahren getestet & erfolgreich.

3.2 Vorsichtsmaßnahmen

• Nach Spindelstart: Verzögerung (G04) bis Nenndrehzahl erreicht.
• Ausfahren: Handgeschliffener Meißel → nicht symmetrisch → kein Rückwärtsausfahren (M03/M04). Spindel orientieren (M19), Werkzeug radial wegfahren, dann zurückziehen.
• Werkzeughalter präzise fertigen – besonders Nutposition konsistent. Inkonsistenz → Mehrwerkzeugbearbeitung unmöglich → Fehlgänge.
• Selbst feines Gewinde: mind. 2 Schnitte (Schruppen + Schlichten). Ein Schnitt → Ausriss, schlechte Rauheit.
• Geringe Effizienz → nur Einzelfertigung/Kleinserie, Sondersteigungen, fehlende Werkzeuge.

3.3 Beispielprogramm

N5  G90 G54 G0 X0 Y0
N10 Z15
N15 S100 M3 M8
N20 G04 X5  (Wartezeit Spindel)
N25 G33 Z-50 K1.5  (Gewindeschneiden)
N30 M19  (Spindel orientieren)
N35 G0 X-2  (Werkzeug wegfahren)
N40 G0 Z15  (Zurückziehen)

Fazit

Hauptverfahren im BAZ: Gewindebohren, Gewindefräsen, Drehverfahren (Notlösung). Bohren & Fräsen = Standard. Nur durch richtige Verfahrens- & Werkzeugwahl: Gewindeeffizienz & -qualität steigern, BAZ-Auslastung optimieren, Kosten senken.