DD204648A1

DD204648A1 - FLOW CONTROL DEVICE FOR GAS AND LIQUID MEDIA IN A TOOL MACHINE WORKING SPINDLE

Info

Publication number: DD204648A1
Application number: DD23630581A
Authority: DD
Inventors: Dieter Guenther; Gerhard Boerner
Original assignee: Dieter Guenther; Gerhard Boerner
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1983-12-07
Also published as: DE3243112A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Werkzeugmaschinen zum selbsttaetigen Steuern des Durchflusses von gasfoermigen und fluessigen Medien durch die Arbeitsspindel zur Werkzeugschneide.Das Ziel der Erfindung besteht in einer Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Werkzeugmaschinen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Passage von gasfoermigen oder fluessigen Medien durch die Arbeitsspindel innerhalb dieser selbsttaetig steuerbar zu gestalten,so dass das jeweils der Arbeitsspindel zugefuehrte Medium sich selbst den Durchgang zur Werkzeugschneide schafft.Erreicht wird dies, indem die zur Werkzeugspannung in der Arbeitsspindel dienende Zugstange an einem Ende als Zylinder ausgebildet ist, in der ein Kolben mit einer konzentrischen Bohrung und einer Dichtflaeche aufgenommen ist. Die Bohrung des Kolbens ist mit einem Kugelventil verschliessbar (Fig. 1). Die Vorspannung des Kugelventils ist derart, dass der Druck des fluessigen Kuehlmittels zum Oeffnen des Kugelventils groesser ist als der erforderliche Druck zum Verschieben des Kolbens. Die Erfindung kann vorzugsweise an Werkzeugmaschinen angewendet werden.The invention relates to a device on machine tools for automatic control of the flow of gaseous and liquid media through the work spindle to Werkzeugschneide.Das object of the invention is to improve the performance characteristics of machine tools. The object of the invention is to make the passage of gaseous or liquid media through the work spindle within this selbsttectig controllable, so that each of the work spindle supplied medium itself creates the passage to the cutting tool. This is achieved by the tool voltage in the work spindle serving drawbar is formed at one end as a cylinder in which a piston is received with a concentric bore and a sealing surface. The bore of the piston can be closed with a ball valve (FIG. 1). The bias of the ball valve is such that the pressure of the liquid coolant to open the ball valve is greater than the pressure required to displace the piston. The invention can preferably be applied to machine tools.

Description

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Title of the invention

Durchflußsteuereinrichtung für Gas- und Flüssigmedien in einer Werkzeugmaschinenarbeitsspindel.Flow control device for gas and liquid media in a machine tool spindle.

Anwendungsgebiet der Erfindung An application of the invention s area

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Werkzeugmaschinen zum selbsttätigen Steuern des Durchflusses von flüssigen und gasförmigen Medien durch die Arbeitsspindel zur V/erkzeugschneide.The invention relates to a device on machine tools for automatically controlling the flow of liquid and gaseous media through the work spindle to the V / erkzeugschneide.

Characteristic of the known technical solutions

In der DE-OS 2 400 461 ist eine Vorrichtung zum Bespülen eines spanabhebenden Werkzeuges beschrieben, die insbesondere für Werkzeugmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel-geeignet ist.In DE-OS 2 400 461 a device for purging a cutting tool is described, which is particularly suitable for machine tools with automatic tool change.

Das flüssige Medium wird hierbei nicht im Zentrum der Drehspindel, sondern am werkzeugseitigen Ende dieser von deren Umfang aus in radialer Richtung zugeleitet. Dementsprechend bezieht sich die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe auf die Gestaltung der Flüssigkeitszufuhr von einem feststehenden Gehäuse über den Kopf der Drehspindel in das Werkzeug. Aufgrund der durch die hohen Spindeldrehzahlen bedingten Fliehkraft an der Außenfläche des Spindelkopfes ist die Abdichtung zwischen dem Spindelkopf und dem Werkzeug problematisch.The liquid medium is in this case not supplied in the center of the rotary spindle, but at the tool end of this end of the circumference in the radial direction. Accordingly, the solution of the problem underlying the invention relates to the design of the liquid supply from a fixed housing over the head of the rotary spindle in the tool. Due to the high spindle speeds due centrifugal force on the outer surface of the spindle head, the seal between the spindle head and the tool is problematic.

Die,Zuführungseinrichtung ist nur einmal am Umfang des Spindelkopfes angeordnet. Daher kann beim Werkzeugwechsel das Werkzeug nur in einer von zwei möglichen definierten Positionen in der Spindel gespannt werden.The, feeding device is arranged only once on the circumference of the spindle head. Therefore, when changing tools, the tool can only be clamped in one of two possible defined positions in the spindle.

2&BEL 1931*9804062 & BEL 1931 * 980406

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Weiterhin beeinflußt diese einseitige Anordnung der Zuführung bei hohen Drehzahlen die Rundlaufgenauigkeit der Drehspindel.Furthermore, this one-sided arrangement of the feed at high speeds affects the concentricity of the rotary spindle.

Es ist auch eine Kühlmittelzuführung bekannt (DE-OS 1 913 231),^!die eine zentrische Zuleitung des Kühlmittels axial durch die Spindel hindurch zu den Kühlmittelbohrungen des Werkzeuges aufweist.'It is also a coolant supply known (DE-OS 1 913 231) ^,! which has a centric feed line of the coolant axially through the spindle to the coolant holes of the tool.

Beide bekannte Lösungen sind nicht dafür vorgesehen, den wechselweisen Durchfluß von flüssigen oder gasförmigen Medien durch die Arbeitsspindel zu steuern» Pie tat jedoch, aus verschiedenen Gründen vorteilhaft. Beim Wechsel der Werkzeuge, die durch den Werkzeugschaft hindurch von innen mit flüssigem Kühlmittel gekühlt wurden, wirken sich im Werkzeug verbleibende Kühlmittelreste störend aus. •Mittels der angeführten bekannten Lösungen ist es nicht möglich, Kühlmittelreste aus dem Werkzeuginneren vor dem Werkzeugwechsel zu entfernen. Auch ist es nicht möglich, wahlweise mit flüssigen Mitteln oder Druckluft zu kühlen. Mittels der Druckluft können auch Späne aus dem unmittelbaren Bearbeitungsbereich entfernt werden. Weiterhin bekannt ist mit der DE-OS 2 936 130 eine Kühlmitteleinrichtung für Werkzeugmaschinen, die es ermöglicht, zusätzlich zu den üblichen flüssigen Kühl- und Schmiermitteln gleichzeitig oder auch nur ausschließlich Preßluft dem Werkzeug zuzuführen. Diese Einrichtung ist jedoch nicht für den Einbau in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine geeignet.Both known solutions are not intended to control the alternate flow of liquid or gaseous media through the work spindle. "However, pie did, for several reasons, to advantage. When changing the tools, which were cooled by the tool shaft from the inside with liquid coolant, remaining coolant residues in the tool have a disturbing effect. • By means of the cited known solutions, it is not possible to remove coolant residues from the tool interior before the tool change. Also, it is not possible to cool either with liquid agents or compressed air. By means of compressed air, chips can also be removed from the immediate processing area. It is also known from DE-OS 2 936 130 a coolant device for machine tools, which makes it possible to supply the tool in addition to the usual liquid coolants and lubricants simultaneously or even exclusively compressed air. However, this device is not suitable for installation in the work spindle of a machine tool.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Gebrauchseigenschaften einer Werkzeugmaschine und die Arbeitsbedingungen des Bedienungspersonals zu verbessern sowie die Nutzungsdauer der Werkzeuge zu erhöhen.The object of the invention is to improve the performance characteristics of a machine tool and the operating conditions of the operators as well as to increase the service life of the tools.

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Explanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Passage von gasförmigen oder flüssigen Medien durch die Arbeitsspindel innerhalb dieser selbsttätig steuerbar zu gestalten, so daß das jeweils der Arbeitsspindel zugeführte Medium sich selbst durch seinen Druck den Durchgang zur Werkzeugschneide verschafft.It is an object of the invention to make the passage of gaseous or liquid media by the work spindle within this automatically controllable, so that each of the work spindle supplied medium itself procured by its pressure the passage to the cutting edge.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zur Werkzeugspannung in der Arbeitsspindel dienende Zugstange an ihrem Werkzeugseitigen Ende als Zylinder zur Aufnahme eines Kolbens ausgebildet ist, daß der Kolben eine konzentrische Bohrung und werkzeugseitig ein mit einer Dichtfläche am Spannbolzen zusammenarbeitendes Dichtelement besitzt und daß die konzentrische Bohrung des Kolbens mit einem Kugelventil verschließbar ist. Dabei ist das Kugelventil mit einer.solchen Vorspannung versehen, daß der Druck des flüssigen Mediums, insbesondere Kühl- und Schmiermittel, zum Öffnen des Kugelventils größer als der erforderliche Druck zum Verschieben des Kolbens ist. Für den Zugang eines gasförmigen Mediums, insbesondere Druckluft, als Kühl- und Säuberungsmittel, in den Zwischenraum zwischen Dichtelement und Dichtfläche zum Zurückverschieben des Kolbens und damit zur Öffnung des freien Durchganges des gasförmigen Mediums durch die axiale Bohrung des Spannbolzens und des Steilkegelschaftes zur Werkzeugschneide sind Kanäle vorgesehen.According to the invention the object is achieved in that the serving for tool clamping in the work spindle tie rod is formed at its tool end as a cylinder for receiving a piston, that the piston has a concentric bore and tool side cooperating with a sealing surface on the clamping bolt sealing element and that the concentric Bore of the piston can be closed with a ball valve. In this case, the ball valve is provided with ein.solchen bias that the pressure of the liquid medium, in particular coolant and lubricant, to open the ball valve is greater than the pressure required to move the piston. For the access of a gaseous medium, in particular compressed air, as a cooling and cleaning means, in the space between the sealing element and sealing surface for moving back the piston and thus the opening of the free passage of the gaseous medium through the axial bore of the clamping bolt and the taper shank to the tool cutting edge are channels intended.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden.The invention will be described below with reference to an embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt Pig. 1 die Durchflußsteuereinrichtung in der Stellung, in der die Zufuhr eines flüssigen Kühl - und Schmiermittels erfolgt.In the accompanying drawing Pig. 1, the flow control device in the position in which the supply of a liquid coolant and lubricant takes place.

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Der Steilkegelschaft des Werkzeuges wird durch eine Zugstange 2 über drei Spannklauen 3 und einem am Steilkegelschaft 1 befestigten Spannbolzen 4 im Aufnahmekegel der Arbeitsspindel 5 gespannt. Die Zugstange 2 ist als Rohr ausgebildet, an dessen hinterem Ende in bekannter iwtKW und hier nicht dargestellter V/eise die Zufuhr des Kühl- und Schmiermittels erfolgt. Die Zugstange 2 enthält an ihrem vorderen Ende einen Zylinder 6 zur Aufnahme eines Kolbens 7, Dieser besitzt eine konzentrische Bohrung 8, die durch ein vorgespanntes Kugelventil 9 abgesperrt werden kann. Der vordere Teil des Kolbens 7 trägt ein Dichtelement 10, das mit einer Dichtfläche 11 am Spannbolzen 4 zusammenarbeitetThe steep taper shank of the tool is clamped by a pull rod 2 via three clamping jaws 3 and a clamping pin 4 fixed to the steep taper shank 1 in the receiving cone of the work spindle 5. The pull rod 2 is formed as a tube, at its rear end in known iwtKW and here not shown V / eise the supply of coolant and lubricant takes place. The pull rod 2 includes at its front end a cylinder 6 for receiving a piston 7, this has a concentric bore 8, which can be shut off by a biased ball valve 9. The front part of the piston 7 carries a sealing element 10 which cooperates with a sealing surface 11 on the clamping bolt 4

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Nachdem zu Beginn eines neuen Bearbeitungsganges das Werkzeug in der Arbeitsspindel 5 gespannt ist und die Kühl- und Schmiermittelzufuhr in die als Rohr ausgebildete Zugstange 2 eingeleitet worden ist, tritt das Kühl- und Schmiermittel unter Druck in den Zylinder 6 und schiebt den Kolben 7 nach vorn bis zur Anlage des Dichtelementes 10 an die Dichtfläche 11. Damit ist eine dichte Verbindung für das Kühl- und Schmiermittel zwischen Maschine und Werkzeug hergestellt. The operation of the device is the following: After the tool is clamped in the work spindle 5 at the beginning of a new machining operation and the coolant and lubricant supply has been introduced into the pull rod 2 designed as a tube, the coolant and lubricant enters the cylinder 6 under pressure and pushes the piston 7 forward to the abutment of the sealing element 10 to the sealing surface 11. Thus, a tight connection for the coolant and lubricant between machine and tool is made.

Der nun weiter erfolgende Druckanstieg öffnet das Kugelventil 9 und ermöglicht dem Kühl- und Schmiermittel den Durchlauf durch den Spannbolzen 4 in den Steilkegelschaft und von dort - hier nicht dargestellt - über die Kühlmittelbohrungen des Steilkegelschaftes 1 zur Werkzeugschneide. Nach Beendigung des Arbeitsganges wird das Werkzeug durch die nach vorn drückende Zugstange 2, die ihre Kraft über den Kolben 7 auf den Spannbolzen 4 überträgt, ausgestoßen. Dabei gelangt der Kolben 7 in seine hintere Endstellung und nimmt damit seine Ausgangslage wieder ein.The now continuing pressure increase opens the ball valve 9 and allows the coolant and lubricant to pass through the clamping bolt 4 in the tapered shank and from there - not shown here - on the coolant holes of the taper shank 1 to the tool cutting edge. After completion of the operation, the tool by the forward push rod 2, which transmits its force on the piston 7 on the clamping bolt 4, ejected. In this case, the piston 7 reaches its rear end position and thus resumes its initial position.

In Figur 2 ist die Lage des Kolbens 7 bei der Zufuhr von Druckluft zur Werkzeugschneide dargestellt.FIG. 2 shows the position of the piston 7 during the supply of compressed air to the tool cutting edge.

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Die Zuführung von Druckluft erfolgt dabei· vom hinteren Ende der Hauptspindel 5 über den Freiraum 13 zwischen Zugstange 2 und Hauptspindel 5 sowie die in die Zugstange 2 eingearbeiteten Kanäle 12 in den Zwischenraum zwischen Dichtelement 10 des Kolbens 7 und Dichtfläche 11. Der auf die Stirnfläche des Kolbens 7 wirkende Druck schiebt diesen zurück.. Dabei wird der freie Durchgang der Druckluft durch die axiale Bohrung des Spannbolzens 4 und die Kühlmittelbohrungen des Steilkegelschaftes 1 und damit zur Werkzeugschneide geöffnet.The supply of compressed air takes place here · from the rear end of the main spindle 5 via the free space 13 between the drawbar 2 and the main spindle 5 and the incorporated into the pull rod 2 channels 12 in the space between the sealing element 10 of the piston 7 and sealing surface 11. The on the end face of the Piston 7 acting pressure pushes back this .. The free passage of compressed air through the axial bore of the clamping bolt 4 and the coolant holes of the tapered shank 1 and thus the tool cutting edge is opened.

Erfolgt beispielsweise für den nächsten Arbeitsgang ein Wechsel des Mittels von Druckluft in flüssiges Kühl- und Schmiermittel, so wird nach der Umstellung des Mittels an der nicht dargestellten Zufuhr zur Arbeitsspindel 5 keine weitere Veränderung erforderlich. Der Druck des dann einsetzenden Kühlmittelstromes stellt in der oben geschilderten Weise die Verbindung mit dem Werkzeug durch Verschieben des Kolbens 7 selbsttätig wieder her.If, for example, for the next operation, a change of the means of compressed air in liquid coolant and lubricant, so after the conversion of the agent to the supply, not shown, to the work spindle 5 no further change is required. The pressure of the then beginning coolant flow in the manner described above, the connection with the tool by moving the piston 7 automatically restored.

Mit dieser konstruktiven Lösung kann die ohnehin zur Säuberung des Steilkegels der Arbeitsspindel 5 nach einem Bearbeitungsvorgang benötigte Druckluft gleichfalls zum Entfernen von Kühlmittelresten aus dem Werkzeug und, sofern werkstoffbedingt erforderlich, zum Kühlen des Werkzeuges angewendet werden.With this constructive solution, the compressed air required anyway for cleaning the steep cone of the work spindle 5 after a machining operation can also be used for removing coolant residues from the tool and, if required by the material, for cooling the tool.

Claims

23630 5 1 Invention claim

1. Flow control device for gas and liquid media in a machine tool working spindle, in which a tool with taper shank and extending therein to the cutting edge coolant holes can be received, with a concentric mounted in the work spindle tie rod for tensioning the tool as well as a formed by work spindle, tie rod and taper shank System, fed by the center of the gas and liquid media of the tool cutting v / earth, characterized in that the pull rod (2) at its tool-side end as a cylinder (6) for receiving a piston (7) is formed, that the piston (7 ) has a concentric bore (8) and on the tool side with a sealing surface (11) on the clamping bolt (4) cooperating sealing element (10), and that the concentric bore (8) of the piston (7) with a ball valve (9) is closable.

2. Flow control device according to item!, Characterized in that the ball valve (9) is provided with such a bias that the pressure of the liquid medium, in particular coolant and lubricant, to open the ball valve (9) greater than the pressure required to move of the piston (7).

3. Flow control device according to item 1 and 2, characterized in that channels (12) are provided, the access of a gaseous medium, in particular compressed air, as a cooling and cleaning agent in the space zv / ischen sealing element (10) and sealing surface (11) To reverse the chi just the piston (7) and thus allow the opening of the free passage of the gaseous medium through the axial bore of the clamping bolt (4) and the taper shank (1) to the tool cutting edge.

For this purpose drawings drawings