DD221952A1

DD221952A1 - Einrichtung zum kuehlen der hauptspindel von werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DD221952A1
Application number: DD25868483A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Boerner; Peter Boehme; Dieter Guenther
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Union
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-05-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich- auch in ihrer Anwendung- auf das Gebiet der Werkzeugmaschinen und hat zum Ziel, deren Gebrauchseigenschaften zu verbessern. Die Aufgabe besteht darin, an einer mit einer Einrichtung zum automatischen Spannen und Lösen von Werkzeugen ausgestatteten Werkzeugmaschine Kühl- oder Schmiermittel für den Zerspanungsprozess axial durch die Hauptspindel hindurchzuleiten und die Hauptspindel mit einem Spindelkühlmittel zu kühlen. Dazu haben die drei Einrichtungen teilweise gemeinsame multifunktionelle Elemente. Die Gewindebuchse der Einrichtung zum automatischen Spannen und Lösen von Werkzeugen ist Bestandteil der Leitung für das Spindelkühlmittel und ist mit einem Rohr zur Durchführung eines Kühl- oder Schmiermittels für den Zerspanungsprozess durch die Hauptspindel zum Werkzeug verschraubt (Fig.1). Der zum automatischen Lösen des Werkzeuges erforderliche Hydraulikkolben enthält eine Bohrung für die Zuführung des Kühl- oder Schmiermittels für den Zerspanungsprozeß sowie abgedichtete Ringräume für den Zu- und Abfluss des Spindelkühlmittels. In der Hauptspindel fließt das Spindelkühlmittel in zwischen zentrisch angeordneten Rohren befindlichen Zwischenräumen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkzeugmaschinen. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere bei Werkzeugmaschinen zweckmäßig, die mit einer Einrichtung zum automatischen Spannen und Lösen eines Werkzeuges ausgestattet sind und deren Hauptspindel mit hoher Drehzahl rotiert.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bei der Zerspanung metallischer Werkstoffe auf Werkzeugmaschinen eingesetzte Energie wird zu einem großen Teil in Wärme umgewandelt, die an den Bauelementen und Baugruppen der Werkzeugmaschine zu Deformationen und in der Folge zu Beeinträchtigungen der erzielbaren Arbeitsgenauigkeit und u. U. zu Funktionsstörungen führen können. Zur Minderung dieser nachteiligen Folgen wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen.

Mit der DE-OS 2019267 ist eine Lösung bekannt, die den Wärmeübergang von Werkzeug auf die Hauptspindel durch eine wärmedämmende Zwischenlage reduzieren soll. Durch den die Zwischenlage durchdringenden Werkzeugkegelschaft und dessen Aufnahme in der Hauptspindel ist die Wärmedämmung jedoch nur teilweise möglich und damit unzureichend. Völlig unberücksichtigt bleibt die in den Lagerstellen der Hauptspindel insbesondere bei hohen Drehzahlen entstehende Wärme, die zu thermisch bedingten Längenänderungen der Hauptspindel führen kann.

Mit der in der DE-OS 1402924 vorgeschlagenen Lösung wird beabsichtigt, durch Kühlen der äußeren Umbauteile der Hauptspindellagerung Wärme von den innenliegenden Lagern abzuführen und damit deren Funktionssicherheit zu gewährleisten. Die von der Zerspanung herrührende und auf die Hauptspindel übertragene Wärme wird hierbei nur in geringem Umfange abgeführt. Dadurch werden thermisch bedingte Längenänderungen der Hauptspindel nur unwesentlich eingeschränkt, so daß das Erreichen des angestrebten nützlichen Effektes unsicher ist. Die DE-OS 2346480 betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen der Spindel von Werkzeugmaschinen. Vorgesehen ist, einen Kühlmittelstrom durch Kanäle im Inneren der Spindel zu führen, wobei die Kanäle des Wärmetauschers zur Abführung der Wärme von der Spindel dienen. Damit ist eine weitgehende Ableitung der von verschiedenen Wärmequellen sich ausbreitenden Wärme über die Spindel möglich, da der Kontakt des Kühlmittels mit der Spindel nahezu über deren gesamte Länge gegeben ist.

Die Anwendung dieser technischen Lösung gestattet jedoch nicht die Zuführung eines Mittels zur Schmierung und Kühlung des Zerspanungsprozesses durch die Hauptspindel. Ebenso ist die Werkzeugspannung mittels einer zentral in der Hauptspindel angeordneten Spannstange nicht möglich. Die besondere Bedeutung dieses Nachteiles liegt darin, daß die Spannstange eine Voraussetzung für die automatische Werkzeugspannung ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Gebrauchseigenschaften von Werkzeugmaschinen zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei der Zerspanung von metallischen Werkstoffen ohne ein Kühl- oder Schmiermittel kann ein großer Teil der entstehenden Wärme über das Werkzeug von der Hauptspindel aufgenommen werden, da deren Wärmeleitvermögen größer als das der umgebenden Luft ist. Wenn ein Kühl- oder Schmiermittel für die Zerspanung angewendet werden soll, ist es vorteilhaft, daß es den Werkzeugschneiden von innen zugeführt wird und somit zweckmäßigerweise durch die Hauptspindel hindurchgeleitet werden muß.

Im Zusammenhang mit den bei modernen Werkzeugmaschinen angebrachten Einrichtungen zum automatischen Spannen und Lösen des Werkzeuges besteht durch die Konzentration von Baugruppen und Systemen in und um die Hauptspindel keine Möglichkeit, weitere Systeme unabhängig voneinander anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, an einer mit einer Einrichtung zum automatischen Spannen und Lösen von Werkzeugen ausgestatteten Werkzeugmaschine Kühl- oder Schmiermittel für den Zerspanungsprozeß axial durch die Hauptspindel hindurchzuleiten und die Hauptspindel mit einem Spindelkühlmittel zu kühlen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb eines in der Hauptspindel angeordneten Rohres für den Durchfluß des Spindelkühlmittels ein weiteres Rohr zur Durchführung des Mittels zur Kühlung und Schmierung des

Zerspanungsprozesses zentrisch angeordnet ist. Auf dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt des Rohres für das Mittel

zur Kühlung und Schmierung des Zerspanungsprozesses ist eine Gewindebuchse aufgeschraubt, die Bestandteil der Einrichtungzum automatischen Spannen und Lösen von Werkzeugen ist und der Übertragung der von Teflerfedern aufgebrachten Axialkraftauf das im Spindelkopfsich befindende Werkzeug zu dessen Spannung dient. Die zwischen der Buchse und dem Rohr für das

Spindelkühlmittel angeordnete Gewindebuchse enthält Aussparungen für den Durchfluß des Spindelkühlmittels. Der zum automatischen Lösendes Werkzeuges erforderliche und zentrisch zur Hauptspindel angeordnete Hydraulikkolben

enthält eine ebenfalls zentrische Bohrung als Zuführung für das Mittel zur Kühlung und Schmierung des Zerspanungsprozessesгит entsprechenden sich anschließenden Rohr. Weiterhin enthält der Hydraulikkolben zwei Ringräume, in denen Dichtelementezwischen umlaufenden und feststehenden Bauelementen angeordnet sind.

Ein Ringraum ist mit der radial zur umlaufenden Hauptspindel feststehend angeordneten Anschlußverschraubung für den Zufluß des Spindelkühlmittels sowie einem ringförmigen Spalt zwischen einer Buchse und dem Rohr für das Mittel zur Kühlung

und Schmierung des Zerspanurigsvorganges verbunden.

Ein weiterer Ringraum ist mit den Bohrungen der Gewindebuchse sowie der radial feststehenden Anschlußverschraubung für

den Abfluß des Spindelkühlmittels verbunden.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt Figur 1 das der Werkzeugaufnahme abgewandte Ende des Hauptspindelsystems einer Werkzeugmaschine im Schnitt.

Figur 2 stellt den Querschnitt längs der angegebenen Schnittlinie in Figur 1 dar.

In der Figur 1 ist das hintere Ende einer Hauptspindel 2 dargestellt, die in bekannter und hier nicht dargestellter Weise mittels Wälzlagern im Spindelstock drehbar gelagert ist und am vorderen Ende Einrichtungen zur Aufnahme der Werkzeuge besitzt. Die Hauptspindel 2 ist nahezu auf ihrer gesamten Länge hohlgebohrt und enthält ein Rohr 3. Zwischen der Außenwand des Rohres 3 und der Bohrung der Hauptspindel 2 wird ein Hohlraum 14 zur Aufnahme des abfließenden Spindelkühlmittels 1 gebildet, der nahezu über die gesamte Länge der Hauptspindel 2 sich erstreckt. Im Inneren des Rohres 3 befindet sich ein weiteres Rohr 4 zur Durchführung des Mittels zur Kühlung und Schmierung des Zerspanprozesses 5. Dieses Rohr 4 trennt das Spindelkühlmittel 1 vom Mittel zur Kühlung und Schmierung des Zerspanprozesses 5. Es ist an seinem vorderen, hier nicht dargestellten Ende mit Klauen zum Einziehen der Werkzeuge in die Werkzeugaufnahme der Hauptspindel 2 verbunden. Die Kraft zum Einziehen der Werkzeuge wird von Tellerfedern 6 erzeugt und über den Gewindering 15 und die Gewindebuchse 16 mittels Gewinden auf das Rohr 4 übertragen.

Am Gehäuse 13 ist ein Hydraulikzylinder 24 mit einem mehrteiligen Kolben 7 befestigt. Zum Zwecke des Lösens der Werkzeuge wird durch Kolbenkraft über das Axiallager 17 und die sich mit der Hauptspindel 2 drehende Gewindebuchse 16 und den Gewindering 15 die Tellerfeder 6 zusammengedrückt und über das Gewinde der Gewindebuchse 16 das Rohr 4 zum Ausstoßen des Werkzeuges nach vorn gedrückt.

Von der Anschlußverschraubung 11 her wird das Spindelkühlmittel 1 einem im Inneren des Hydraulikkolbens 7 bestehenden Ringraum 9 zugeführt. Von hier aus nimmt es seinen Weg über den Raum zwischen Rohr 4 und Buchse 18 und die kreisabschnittsförmigen Aussparungen 19 der Gewindebuchse 16 in den Hohlraum 20 längs der Hauptspindel 2, der zwischen den Rohren 3 und 4 gebildet wird. Nahe der Werkzeugaufnahme enthält das Rohr 3 hier nicht dargestellte Durchbrüche, über die das Spindelkühlmittel 1 in den äußeren Hohlraum 14 überströmen kann. Auf seinem Weg von hier aus bis zum hinteren Ende der Hauptspindel 2 fließt das Spindelkühlmittel 1 an der Bohrungswand der Hauptspindel 2 entlang und nimmt einen großen Teil der durch Reibung in den Lagern und Zerspanungsarbeit entstandenen und auf die Hauptspindel 2 übertragenen Wärme auf. Am Ende der Hauptspindel 2 strömt das Spindelkühlmittel 1 über den Ringraum 21 und die Bohrungen 22 in den Ringraum 23, von dem es über die Anschlußverschraubung 12 das Spindelsystem verläßt. Das Spindelkühlmittel wird von der Anschlußverschraubung 12 einem externen Kühlaggregat zugeführt, von dem es mit einem niedrigeren Temperaturniveau wieder zum Hauptspindelsystem gefördert wird. Der Hydraulikkolben 7 enthält eine zentrische Bohrung 8 гиг Durchführung des Mittels zur Kühlung und Schmierung des Zerspanprozesses 5. Von hier aus gelangt es in das Rohr 4, daß über das Dichtelement 10 gegenüber dem nicht drehenden Hydraulikkolben 7 abgedichtet ist. Durch das Rohr 4 wird das Mittel zur Schmierung und Kühlung des Zerspanprozesses 5 vom hinteren Ende des Hauptspindelsystems an den Kopf der Hauptspindel 2 zur Weiterleitung an das Werkzeug gefördert.

Claims

Erfindungsanspruche:

1. Einrichtung zum Kühlen der Hauptspindel von Werkzeugmaschinen, wobei die Hauptspindel in ihrem Inneren nahezu auf ihrer gesamten Länge von hin- und rückfließendem Spindelkühlmittel durchflossen wird und die durch ihre Richtung verschiedenen Kühlmittelströme durch die Wand eines zentrisch in der Hauptspindel angeordneten Rohres getrennt sind, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des in der Hauptspindel (2) angeordneten Rohres (3) für den Durchfluß des Spindelkühlmittels (1) ein weiteres Rohr (4) zur Durchführung eines Mittels zur Kühlung und Schmierung des Zerspanprozesses (5) zentrisch angeordnet ist, daß auf einem mit Gewinde versehenen Abschnitt des Rohres (4) eine Gewindebuchse (16) einer an sich bekannten Einrichtung zum automatischen Spannen und Lösen eines Werkzeuges aufgeschraubt ist, wobei die von Tellerfedern (6) aufgebrachte Axialkraft für die Werkzeugspannung über die Gewindebuchse (16) und das Rohr (4) übertragbar ist, und daß die Gewindebuchse (16) als Bestandteil der Leitung für das Spindelkühlmittel (1) zwischen einer Buchse (18) und dem Rohr (3) angeordnet ist und Aussparungen (19) enthält.
2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zum automatischen Lösen des Werkzeuges erforderliche und zentrisch zur Hauptspindel (2) angeordnete Hydraulikkolben (7) eine ebenfalls zentrische Bohrung (8) als Zuführung für das Mittel zur Kühlung und Schmierung des Zerspanungsprozesses (5) zum Rohr (4) enthält und andererseits Ringräume (9,23) mit Dichtelementen (10) zwischen umlaufenden und feststehenden Bauelementen besitzt, wobei der Ringraum (9) mit der radial zur umlaufenden Hauptspindel (2) feststehend angeordneten Anschlußverschraubung (11) für den Zufluß des Spindelkühlmittels (1) sowie einem ringförmigen Spalt zwischen der Buchse (18) und dem Rohr (4) verbunden ist und der Ringraum (23) mit den Bohrungen (22) der Gewindebuchse (16) sowie der radial feststehenden Anschlußverschraubung (12) für den Abfluß des Spindelkühlmittels (1) verbunden ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen