CN105555450B - 冷却剂输送系统、装备有该系统的刮削机以及由该系统执行的刮削方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于输送冷却剂的冷却剂输送系统，以带走在通过绕其旋转轴线旋转的刮削轮加工齿状轮廓的过程中产生的热量。提供有输送路径段，在正交于旋转轴线延伸的平面上的投影中看，该第一输送路径段布置成比刮削轮的齿状轮廓更靠近所述轴线并具有在轴向方向上的尺寸分量。

Description

冷却剂输送系统、装备有该系统的刮削机以及由该系统执行 的刮削方法

本发明涉及用于输送冷却剂的冷却剂输送系统，该冷却剂的目的是带走在通过绕其旋转轴线旋转的刮削轮来加工齿状轮廓的过程中产生的热量。

这种冷却剂输送系统明显是已知技术现状的一部分。在也被称为动力刮削的齿状轮廓的刮削中，由于刮削轮的快速旋转，因此在切屑加工过程中产生包括较小切屑的非常多的切屑。由此产生的热量通过冷却剂、例如采用冷却油的形式的流体带走。适合这个目的的冷却剂为也很熟悉刮削过程本身的从业人员熟悉。这个过程的好总结可以例如在EP 2537 615 A1中找到。

在例如用于加工内齿状轮廓的动力刮削机的技术现状中，冷却剂到切削区域的输送是围绕着刀具被引导。适于这些种类的机床的冷却剂输送系统通常以这样的方式构造，其使得冷却剂管道一直布置到刮削轮高度，以便借助一个或多个自由喷射喷嘴，从外部供应的冷却油可以被引向大约在刮削轮外径的水平的切削区域。

然而，尤其在内齿状轮廓的加工中已经发现，这些技术现状的冷却剂输送系统引起在其设定和调整上的问题复发，并且在某些情况下，冷却剂管道遭受损坏并需要进行昂贵的修复。

因此本发明的目的是提出提供改进的可靠性或至少简化冷却剂输送系统和刮削机的整体组合的操作的冷却剂输送系统。

这个任务由本发明通过在引言段落中的上述种类的冷却剂系统的进一步发展阶段来解决，其基本的不同之处在于具有第一输送路径段，在正交于旋转轴线延伸的平面上的投影中看，该第一输送路径段被布置成比刮削轮的齿状轮廓更靠近轴线并具有在轴向方向上的尺寸分量。

本发明通过对以下事实的认识而被显著地推动，该事实是，具体地，在内齿状轮廓的加工中，以前所用的冷却剂输送系统布置在一方面需要冷却剂管道适于具体工件，以允许冷却剂流正确地瞄准工件，这增加了冷却剂管道与工件相碰的风险。在另一方面，还认识到，由于刮削机的相对紧凑空间布置，因此刀具或刀夹的更换因邻近冷却剂管道而变得更困难。具体地，在刀具更换以后的冷却剂输送的新设定的情况下，操作员的所需小心注意可能偶尔缺乏、并且错误设定可能导致较不满意的加工过程乃至冷却油管道与工件或夹紧装置之间的碰撞，由此管道会被损坏。

根据本发明，冷却剂的输送沿来自刀具(刮削轮)的方向进来。由于在正交于旋转轴线延伸的平面上的投影中看，输送路径段的布置布置成比刮削轮的齿状轮廓更靠近轴线，因此几何学上来看的冷却剂输送从在刮削轮的装配单元及其夹具之内发生，而不是如在现有技术那样从外部发生。因此，在本发明阶段，认识到引起干涉问题的在外部上的冷却剂管道布置不再是必要的。因此，如果需要的话，甚至可以更容易进行自动刀具更换。操作员不再需要上述小心注意，并且也会导致机床停机的冷却液管道的损坏风险被可靠阻止。

虽然本发明的优点在内齿状轮廓的刮削中特别明显，但本发明不限于这方面并且同样可应用于外齿状工件。此外，本发明不排除使用外部油输送路径。例如，能够添加外部冲洗油喷嘴以将切屑从已经切削的齿隙冲走(其中，当齿状轮廓单独提出更容易借助流体喷嘴达到的目标时，冲洗喷嘴可以比冷却喷嘴布置得更远)。

原则上，完全可想到，第一输送路径段在空间上固定，例如采用沿中心轴线延伸穿过在这种情况下构造为中空主轴的刀具主轴、并穿过通过刮削轮的镗孔的同样中空的刀夹的管道形式，并且冷却液流随后通过合适管道几何形状被引向切削区域。然而，在本发明的特别优选实施例中，第一输送路径段设计成与刮削轮一起旋转。这更适合刀具主轴和夹紧装置的简单设计构型，尤其是鉴于刮削过程中的高转速。此外，在第一输送路径段参与旋转的情况下，冷却剂经受也可以赋予良好使用的离心力。

第一输送路径段有利地穿过刮削轮。在这点上重点注意，第一输送路径段可以构造为单一管道，但不限于这种设计构型。第一输送路径段也可以分成多个水动力平行管道。因此，刮削轮可以设计成具有中心孔或也具有供第一输送路径段通过的一个或多个偏心定位孔。

在有利的实施例中，第一输送路径段至少部分地延伸穿过支承刮削轮的刮削轮夹具。因此，也是在刮削轮夹具的区域中，在正交于旋转轴线延伸的平面上的投影中看，第一输送路径段至少部分地位于比刮削轮的齿状轮廓更靠近轴线。这进一步降低了所需的操作员勤奋水平，并且刀具更换可以以特别简单的方式自动进行。

在冷却剂已经通过刀具以后，其原则上可以通过一个或多个自由喷射喷嘴瞄准切削区域。如果输送路径段参与旋转，则合适喷嘴布置应最佳地沿所有方向喷射冷却液，即覆盖360°范围。

然而，在本发明的特别优选实施例中，冷却剂供应流的方向也在第一输送路径段的下游受到控制。为了执行这个功能，本发明提供冷却剂供应流的第二输送路径段，其中，第二输送路径段具有相对于旋转轴线从内到外径向定向的尺寸分量。优选地，第二输送路径段应同样与刮削轮一起旋转。

如上面已经提到的，在冷却剂输送流参与旋转的实施例中，会有作用在冷却剂上的离心力，这有助于将冷却剂从内向外径向推动。因此，在刮削轮平面上的冷却油的出口处不需要产生油压的特定工具(即，从第一输送路径段)。特别优选实施例中的冷却剂输送布置以这样的方式构造，其使得冷却油沿刮削轮的切削面流到切削刃。

如果第二输送路径段的至少一部分相对于绕旋转轴线的旋转对称地构造，则是有利的。这确保冷却剂在刮削轮的切削面上的基本均匀分布，以便可以保持可靠的去热效果。在特别优选实施例中，第二输送路径段的至少一部分由布置在刮削轮的切削刃侧上的屏蔽罩界定。该屏障可以例如以罩盖的形式实现，尤其具有旋转对称构型并且优选地具有轻微锥形轮廓。这具有的结果是，沿屏障的内表面流动的冷却剂的流速将具有在旋转轴线的方向上的、即向刮削轮的切削面的矢量分量。

屏蔽罩可以有利地延伸到刮削轮的齿的区域中。如果齿是分步地磨锐的，则屏蔽罩的外边缘可以坐靠于齿的下边缘。这留下基本三角形的孔，借助于离心加速度穿过该三角形孔的冷却剂沿刮削轮的切削面沿主要径向方向流动并止于切削区域中。因此，冷却剂以瞄准的方式被引导到使用它的位置。

依赖于设计构型，屏蔽罩的外边界也可以具体地以可调整的量与齿的下边缘间隔开。然而，借助于位于抵靠刮削轮的屏障罩的边界的设计选择，能够通过屏蔽罩的附连产生接触力，由此刮削轮的边缘被轻微压入罩中。这也有助于抵消连接变松的趋向，例如当刀具主轴加速或减速时。

在直齿刮削轮、即非分步地磨锐的刮削轮中，必须找到合适设计方法以创造在第二输送路径段的轴向边界、屏蔽罩与刮削轮本身之间的所需出口孔。例如，屏蔽罩的周缘可以具有与刮削轮的齿相同数量的或等于齿数可被再分的整数的通道孔。同样地，沿周缘的连续间隙可以通过设定屏蔽罩与面对屏蔽罩的刮削轮表面之间适当距离来实现。后一想法可以例如通过适当大小的间隔件、例如套管来实现，在这种情况下，屏蔽罩可以夹紧并定位在套管与用于将屏蔽罩固定在位的螺钉头之间。

在有利实施例中，屏蔽罩的固定件设计成可调，以允许适应刮削轮的高度变化。刮削轮的高度例如以重新磨锐而变化。调整所具有的目的是，不管刮削轮已经重新磨锐到什么程度，冷却剂到切削面的径向通道的孔的横截面积都没有变化。这可以例如通过屏蔽罩的安置和附连来实现。例如，附连螺钉可以根据刮削轮的当前高度进一步转动。关于如上所述的使用间隔件(套管)的想法，由于重新磨锐，也能够将不同长度的套管用于刮削轮的不同高度。

在有利实施例中，屏蔽罩的固定工具界定第一输送路径段的至少一部分。因此，固定工具被赋予双重功能。具体地说，其可以构造为其螺纹与刮削轮夹具的内螺纹紧密配合的中空螺栓。冷却剂流入中空螺栓并穿过优选地以等方位角间隔布置的多个径向定向的出口孔而离开。在这种情况下，从主要轴向主流向到主要径向主流向的转变也可以发生在固定工具内。具体地，在内冷却剂管道的偏心布置的情况下，屏蔽罩的固定工具也可以是更简单的构型，例如实心螺栓。

对于冷却剂输送系统的第一输送路径段与冷却剂储液器或冷却剂回路的连接，优选解决方案是使用选择旋转管道联轴器。旋转管道连接器被本发明领域中经过培训的人员熟悉并且这里将不作进一步描述。这种旋转联接原则上也可以已经在刮削轮刀夹的周缘处实现。然而，为了简单构造起见，如果冷却介质的流路延伸穿过使刮削轮能够旋转(并且优选地与刮削轮一起旋转)的刀具主轴，并且具体地穿过用于固定刮削轮的夹紧装置或穿过承载刮削轮的刮削轮夹具，则是优选的。在这种情况下，旋转管道联轴器也可以相对于夹紧装置布置在刀具主轴的相反端，具体地在中心位置上。然而，也能够设计通过主轴但在夹紧装置外面的冷却介质的流路，例如在偏心布置的管道的情况下。

如上所述，根据本发明，具有其刮削轮夹具的刮削轮和一体合并的冷却剂输送管道(第一和第二输送路径段)一起形成在刀具更换中可以整体更换的单元。因此，本发明也覆盖用于刮削过程的刀具布置，其包括设计成用来刮削齿状轮廓的刮削轮、承载刮削轮并设计成夹到刮削机的夹紧装置的刮削轮夹具以及根据上述实施例之一的冷却剂输送系统，只要后者(沿冷却剂流路的相反方向看)远达刮削轮夹具。

这种功能单元可以接着通过密封插入连接器、例如通过插入主轴中的一个或多个装有密封圈的管道孔的一个或多个连接管而联接到装备有兼容冷却剂管道的刮削机。

本发明所需求保护的范围还包括刮削机，该刮削机装备有根据上述实施例之一的冷却剂输送系统。

从方法导向的观点上看，本发明的任务通过用于加工和/或展成齿状轮廓、具体地是工件上的内齿状轮廓的刮削方法来解决，其中，旋转刮削轮将材料以切屑的方式从工件去除，并且冷却介质被运送来带走在过程中产生的热量，以及其中，方法的区别基本上在于事实：冷却介质的输送通过具体地与刮削轮一起旋转的输送路径段发生，以及输送从刮削轮、具体地在刮削轮的平面上沿向外径向方向发生。

根据本发明的方法的优点从上面关于根据本发明的冷却剂输送系统解释的优点得出。其目的具体地说是致使冷却剂沿刮削轮的切削面流到刮削轮的切削刃，即以获得一直到切削区域的冷却介质引导流路。

本发明的进一步区别特征、细节和优点将从下列参照附图的描述中变得明显，附图中，

图1示出了刮削轮夹具和具有一体式冷却剂输送布置的刮削轮的组装单元，以及

图2示出了夹到刀具主轴的图1的单元。

图1示出了刮削轮夹具5的轴向剖面以及以本质上传统的方式安装在刮削轮夹具5上的刮削轮2，刮削轮2设计成用来通过刮削过程加工和/或展成工件上的齿状轮廓。图1中的刮削轮2的齿状轮廓用附图标记4标识。刮削轮夹具5的背对刮削轮的侧面适当构造成用来夹到刀具主轴上。在该实例中，刮削轮夹具的连接结构由平面接触面和锥形突起组成，锥形突起设计成插入刀轴主轴自身中的互补形状的锥形座。锥形突起又具有凹口，该凹口具有用于夹紧装置的夹紧支架的内接合表面(也参见图2)。然而，也能够使用其它种类的刀具安装件。所示布置将被本领域中经过培训的人员熟悉并广泛使用。

刮削轮2具有中心轴向镗孔，刮削轮2可以通过该镗孔放置在刮削轮夹具5的中心上，其中，为了在安装过程中居中，球轴套设置在中间。在该实例中，刮削轮2并不夹到刮削轮夹具上，而是通过螺钉附连到刮削轮夹具，螺钉在图1的剖视图中不能看到(仅螺钉头可见，因为它们没有位于图的剖面上)。

冷却剂输送系统一体合并在所示的刮削轮夹具5和刮削轮2的组装单元中。作为该布置的一部分，刮削轮夹具5具有中心镗孔6，镗孔6延伸为与刮削轮的旋转轴线C2同轴的连续通道，并在面向刮削轮的端部处包括内螺纹。镗孔6与拧入内螺纹的中空螺栓16的轴向通道一起形成用于冷却剂的中心管道，该中心管道延伸到刮削轮2的远侧，刮削轮2的切削面10和切削刃布置在该远侧。

认为明显的是，冷却剂通过刮削轮夹具5和刮削轮2的运送也可以通过不同管道布局来实现，例如通过偏心延伸的管道、不平行于旋转轴线C2的管道、分成分支的管道或类似布置。

在沿用箭头表示的流向流过刮削轮夹具5以后，冷却剂、例如冷却油相对于旋转轴线C2沿径向方向通过四个径向孔17(其中仅实际示出两个，而其余的在图1中象征性示出)离开，并且到达位于承载切削面10的刮削轮2的侧面上的空间中。然而，在出口点，流体尚未处于其中离心力将致使流体沿向外的径向方向无障碍流动的运动状态下。相反地，作为本发明想法一部分的罩18通过中空螺栓16固定到位，其中，罩18的外周缘搁置在齿状轮廓4的边缘上。在所示实例中，齿是分步地磨锐的，使得在每个齿处形成处于盖18的外周缘与切削面之间的三角形孔，冷却油通过该三角形孔沿径向方向离开并结束沿切削面10到刮削轮2的切削刃的流动，如用径向向外定向的箭头所示。

盖18基本上具有圆锥体或球的部分表面的形状，使得在这种情况下从中空螺栓16的四个径向孔出来的冷却油在一方面均匀分布在整个周缘上并且此外被直接引导到切削面10。而且，当将重新磨锐刀具设回到位时，罩不与附连螺丝头干涉。此外，在刮削过程中的刮削轮夹具5和刮削轮2的高转速可能在罩18与刮削轮的相对表面之间的空间中引起湍流模式，如两个旋转箭头所示的，由此冷却油更均匀分布在中空空间中。在任何情况下，当油以足够速度(每单位时间的油量)输送并通过离心力移动时，具有足够流速的冷却油恒定流沿切削面10产生。此外，离心力的应用消除了额外将冷却剂管道系统加压至超过提供期望冷却剂流速所需的压力的需求。

在所示实施例中，由于因分步地磨锐的齿4而存在的通道孔允许足够流体供应流，因此不需要上述种类的间隔轴套来设定罩18的外径与齿边之间的具体距离。然而，孔也可以通过其它的方式创造或更改，具体地通过绕中空螺栓16的间隔轴套，这将当然必须使径向孔17空出。以这样的方式，第二输送路径段的径向出口孔的孔横截面可调。如果齿不是分步地磨锐的，则可以有布置在罩周缘的孔，或者其可以具有沿其边界的挖去部或狭缝。

如已经从图1明显看出的，借助具有一体合并的冷却剂输送系统的刮削轮夹具5和刮削轮2的组装单元，从外面输送冷却剂的任何装置因其已经实现为部分刀具而可以全部被摒弃。虽然未在附图中示出，但根据本发明的刮削机因此优选地没有装备外部冷却剂输送系统，并且其所需的设计空间可以节省。然而，主要提供冲洗功能的上述额外外部管道仍可以存在。这些管道也可以以足够距离布置，使得它们不会干涉刀具更换并且将不必在刀具更换后重新对准。

图2示出了刮削轮夹具5如何安装在刀具主轴20上。刀具主轴20固定在旋转固定件30中的旋转轴承、例如机床的部分中，并且可以以正常的方式、例如直接通过电动机(未示出)驱动。刮削轮夹具通过布置在刀具主轴20的中心镗孔中的夹紧装置固定。关于夹紧装置，仅夹盘22的远端在图2中可见。然而，本发明并不局限于任何具体的夹紧布置。唯一重要方面是，冷却剂供应系统必须具有到刮削轮夹具5中的冷却液管道的兼容连接器。在所示实施例中，刮削轮夹具包括采用管状连接器7的形式的入口孔，管状连接器7在安装刮削轮夹具的过程中自动进入刀具主轴20的中心镗孔28中。密封圈防止该区域中的冷却剂泄漏。在这个实例中，在主轴的相反轴向端，有冷却回路的冷却剂管道的非旋转部分借助于旋转管道联轴器(未示出)的接口。然而，该接口也可以布置在另一位置。

本发明可以实现而没有局限于这里所示的具体实施例。相反地，单独和以任何组合的方式取得的下列权利要求中以及前面描述中提出的特征可以是实现在其不同实施例中的本发明所不必可少的。

Claims (15)

1.输送冷却剂的冷却剂输送系统，所述冷却剂用来带走在通过绕其旋转轴线(C2)旋转的刮削轮(2)来加工齿状轮廓的过程中所产生的热量，

其特征在于：输送路径段，在正交于所述旋转轴线延伸的平面上的投影中看，所述输送路径段被布置成比所述刮削轮的所述齿状轮廓(4)更靠近所述旋转轴线，并具有在轴向方向上的尺寸分量；

布置在所述刮削轮的切削刃侧上的屏蔽罩(18),所述屏蔽罩一直径向延伸到所述刮削轮的齿的区域中，

其中，所述齿是分步地磨锐的,使得在每个齿处形成处于所述屏蔽罩(18)的外周缘与所述刮削轮的切削面之间的三角形孔，所述冷却剂沿所述刮削轮的切削面(10)流到所述刮削轮的切削刃。

2.如权利要求1所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述输送路径段(6)与所述刮削轮一起旋转。

3.如权利要求1或2所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述输送路径段穿过所述刮削轮的一个或多个孔。

4.如权利要求1或2所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述输送路径段至少部分地穿过承载所述刮削轮的刮削轮夹具(5)。

5.如权利要求1或2所述的冷却剂输送系统，其特征在于，具有另一输送路径段(8)，所述另一输送路径段(8)具有相对于所述旋转轴线在向外的径向方向上的尺寸分量。

6.如权利要求5所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述另一输送路径段(8)的至少一部分由所述屏蔽罩(18)界定。

7.如权利要求6所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述屏蔽罩的固定件(16)可调节，以允许适应所述刮削轮的高度变化。

8.如权利要求6所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述屏蔽罩的固定件界定所述输送路径段(6)的至少一部分，并具体地构造为中空螺栓(16)。

9.如权利要求7所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述屏蔽罩的所述固定件界定所述输送路径段(6)的至少一部分，并具体地构造为中空螺栓(16)。

10.如权利要求1或2所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述输送路径段进一步穿过刀具主轴(20)，所述刀具主轴(20)允许所述刮削轮旋转，并且具体地为此设有旋转管道联轴器。

11.如权利要求1或2所述的冷却剂输送系统，其特征在于，所述输送路径段进一步穿过夹紧装置，所述夹紧装置固定所述刮削轮和承载着所述刮削轮的刮削轮夹具。

12.用于刮削过程的装置，其包括：刮削轮(2)，所述刮削轮(2)设计成用来刮削齿状轮廓；刮削轮夹具(5)，所述刮削轮夹具(5)承载所述刮削轮并设计成夹到刮削机的刀具主轴上；以及如权利要求1至9中的一项所述的冷却剂输送系统(6、8)。

13.刮削机，其具有如权利要求1至11中的一项所述的冷却剂输送系统(6、8)，并具有如权利要求12所述的装置。

14.加工和/或展成工件上的内齿状轮廓的刮削方法，其中，旋转刮削轮将材料以切屑的方式从所述工件去除，并且冷却介质被输送来移除在刮削过程中产生的热量，

其特征在于，所述冷却介质的所述输送通过具体地与所述刮削轮一起旋转的输送路径段而从所述刮削轮发生；

所述刮削轮的切削刃侧布置有屏蔽罩(18),所述屏蔽罩一直径向延伸到所述刮削轮的齿的区域中，

其中，所述齿是分步地磨锐的,使得在每个齿处形成处于所述屏蔽罩(18)的外周缘与所述刮削轮的切削面之间的三角形孔，所述冷却介质沿所述刮削轮的切削面(10)流到所述刮削轮的切削刃。

15.如权利要求14所述的刮削方法，其特征在于，使所述冷却介质沿所述刮削轮的切削面流到所述刮削轮的切削刃。