DD221952A1

DD221952A1 - DEVICE FOR COOLING THE MAIN SPINDLE OF MACHINE TOOLS

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. 1The invention also relates in its application to the field of machine tools and has the aim of improving their performance properties. The object is to pass coolant or lubricant for the cutting process axially through the main spindle on a machine tool equipped with a device for automatically tensioning and loosening tools, and to cool the main spindle with a spindle coolant. For this purpose, the three facilities have partly common multifunctional elements. The threaded bushing of the tool automatic tensioning and releasing device is part of the spindle coolant pipe and is screwed to the tool by a pipe for passing a coolant or lubricant for the cutting process through the main spindle (FIG. 1). The required for automatic release of the tool hydraulic piston includes a bore for the supply of coolant or lubricant for the machining process and sealed annular spaces for the inflow and outflow of the spindle coolant. In the main spindle, the spindle coolant flows in intermediate spaces arranged between centrally arranged tubes. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to the field of machine tools. The application of the invention is particularly useful in machine tools, which are equipped with a device for automatically clamping and releasing a tool and the main spindle rotates at high speed.

Characteristic of the known technical solutions

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.The energy used in the machining of metallic materials on machine tools is converted to a large extent into heat, which leads to the components and assemblies of the machine tool to deformation and as a result to impair the achievable working accuracy and u. U. may lead to malfunction. To mitigate these adverse consequences, various solutions have already been proposed.

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.With the DE-OS 2019267 a solution is known which is intended to reduce the heat transfer from the tool to the main spindle by a heat-insulating intermediate layer. Due to the interposition penetrating tool shank and its inclusion in the main spindle, however, the thermal insulation is only partially possible and thus inadequate. Completely ignored remains the heat generated in the bearings of the main spindle, especially at high speeds, which can lead to thermally induced changes in length of the main spindle.

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.With the solution proposed in DE-OS 1402924, it is intended to dissipate heat from the internal bearings by cooling the outer components of the main spindle bearing and thus to ensure their functional safety. The heat originating from the cutting and transferred to the main spindle is dissipated only to a small extent. As a result, thermally induced changes in length of the main spindle are only insignificantly limited, so that the achievement of the desired beneficial effect is uncertain. DE-OS 2346480 relates to a device for cooling the spindle of machine tools. It is intended to guide a flow of coolant through channels in the interior of the spindle, wherein the channels of the heat exchanger for dissipating the heat from the spindle. Thus, a substantial dissipation of the heat from various sources of heat propagating through the spindle is possible because the contact of the coolant is given to the spindle almost over the entire length.

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.However, the application of this technical solution does not allow the supply of a means for lubrication and cooling of the cutting process by the main spindle. Likewise, the tool clamping is not possible by means of a centrally arranged in the main spindle tension rod. The particular significance of this disadvantage is that the tension rod is a prerequisite for automatic tool clamping.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Gebrauchseigenschaften von Werkzeugmaschinen zu verbessern.The aim of the invention is to improve the performance characteristics of machine tools.

Explanation of the essence of the invention

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.When machining metallic materials without a coolant or lubricant, a large portion of the heat generated by the tool can be absorbed by the main spindle, since its thermal conductivity is greater than that of the surrounding air. When a coolant or lubricant is to be used for machining, it is advantageous that it is supplied to the tool cutting from the inside and thus must be conveniently passed through the main spindle.

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.In connection with the devices mounted on modern machine tools for automatic clamping and releasing of the tool, there is no possibility of arranging further systems independently of one another by concentrating assemblies and systems in and around the main spindle.

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.The object of the invention is therefore to pass on a machine tool equipped with a device for automatically tensioning and loosening tools coolant or lubricant for the machining process axially through the main spindle and to cool the main spindle with a spindle coolant.

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 desAccording to the invention, this object is achieved in that within a arranged in the main spindle tube for the flow of the spindle coolant another tube for performing the means for cooling and lubrication of

Cutting process is arranged centrically. On the threaded section of the tube for the medium

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 dasFor cooling and lubrication of the cutting process, a threaded bushing is screwed, which is part of the device for automatically clamping and loosening tools and the transmission of the Teflerfedern applied axial force on the tool located in Spindelkopfsich tool to the voltage. The between the bush and the pipe for the

Spindle coolant arranged threaded bushing contains recesses for the flow of the spindle coolant. The automatic piston required for automatic release of the tool and arranged centrally to the main spindle

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.Also includes a central bore as a feed to the means for cooling and lubricating the cutting process, according to the subsequent tube. Furthermore, the hydraulic piston includes two annular spaces in which sealing elements between rotating and stationary components are arranged.

An annular space is arranged with the radially to the rotating main spindle fixed connection fitting for the Influence of the spindle coolant and an annular gap between a sleeve and the tube for the means for cooling

und Schmierung des Zerspanurigsvorganges verbunden.and lubrication of Zerspanurigsvorganges connected.

Another annulus is with the holes of the threaded bush and the radially fixed connection fitting for

den Abfluß des Spindelkühlmittels verbunden.connected to the drain of the spindle coolant.

embodiment The invention will be described below with reference to an embodiment.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt Figur 1 das der Werkzeugaufnahme abgewandte Ende des Hauptspindelsystems einer Werkzeugmaschine im Schnitt.In the accompanying drawing, Figure 1 shows the end facing away from the tool holder end of the main spindle system of a machine tool in section.

FIG. 2 shows the cross section along the indicated section line in FIG.

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.In the figure 1, the rear end of a main spindle 2 is shown, which is rotatably supported in a known manner and not shown here by means of rolling bearings in the headstock and has at the front end means for receiving the tools. The main spindle 2 is hollow drilled almost over its entire length and contains a tube 3. Between the outer wall of the tube 3 and the bore of the main spindle 2, a cavity 14 for receiving the outflowing spindle coolant 1 is formed, almost over the entire length of the main spindle 2 itself extends. Inside the tube 3 there is another tube 4 for carrying out the means for cooling and lubricating the Zerspanprozesses 5. This tube 4 separates the spindle coolant 1 from the means for cooling and lubrication of Zerspanprozesses 5. It is at its front end, not shown here connected with claws for drawing the tools in the tool holder of the main spindle 2. The force for pulling the tools is generated by disc springs 6 and transmitted via the threaded ring 15 and the threaded bush 16 by means of threads on the tube 4.

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.On the housing 13, a hydraulic cylinder 24 is fixed with a multi-part piston 7. For the purpose of releasing the tools, the plate spring 6 is compressed by piston force on the thrust bearing 17 and rotating with the main spindle 2 threaded bushing 16 and the threaded ring 15 and the pipe 4 for ejecting the tool pushed forward over the thread of the threaded bushing 16.

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.From the connection fitting 11, the spindle coolant 1 is supplied to an annular space 9 existing in the interior of the hydraulic piston 7. From here it makes its way across the space between pipe 4 and bushing 18 and the circular portion-shaped recesses 19 of the threaded bushing 16 in the cavity 20 along the main spindle 2, which is formed between the tubes 3 and 4. Near the tool holder, the tube 3 contains breakthroughs, not shown here, via which the spindle coolant 1 can flow into the outer cavity 14. On its way from here to the rear end of the main spindle 2, the spindle coolant 1 flows along the bore wall of the main spindle 2 and absorbs a large part of the heat generated by friction in the bearings and machining work and transmitted to the main spindle 2. At the end of the main spindle 2, the spindle coolant 1 flows via the annular space 21 and the bores 22 into the annular space 23, from which it leaves the spindle system via the threaded connection 12. The spindle coolant is supplied from the connection fitting 12 to an external cooling unit, from which it is conveyed back to the main spindle system at a lower temperature level. The hydraulic piston 7 contains a central bore 8 g carrying out the means for cooling and lubrication of Zerspanprozesses 5. From here it enters the tube 4 that is sealed by the sealing element 10 against the non-rotating hydraulic piston 7. Through the pipe 4, the means for lubricating and cooling the Zerspanprozesses 5 is conveyed from the rear end of the main spindle system to the head of the main spindle 2 for transmission to the tool.

Claims

Invention claims:

1. A device for cooling the main spindle of machine tools, wherein the main spindle is traversed in its interior almost along its entire length by back and forth flowing spindle coolant and the different coolant flows through their direction through the wall of a centrally arranged in the main spindle tube are characterized in that within the main spindle (2) arranged in the tube (3) for the flow of the spindle coolant (1), a further tube (4) for carrying out a means for cooling and lubrication of the Zerspanprozesses (5) is arranged centrally, that on a threaded portion of the tube (4) a threaded bushing (16) of a known device for automatically clamping and loosening a tool is screwed, wherein the plate springs (6) applied axial force for the tool clamping via the threaded bushing (16) and the tube (4) is transferable, and that the threaded bushing (16) a Is part of the line for the spindle coolant (1) between a bushing (18) and the tube (3) and recesses (19).

2. Device according to item 1, characterized in that the automatic loosening of the tool required and centric to the main spindle (2) arranged hydraulic piston (7) has a likewise central bore (8) as a supply for the means for cooling and lubrication of the cutting process (5 ) To the tube (4) and on the other hand, has annular spaces (9,23) with sealing elements (10) between rotating and stationary components, wherein the annular space (9) with the radially to the rotating main spindle (2) fixedly arranged connecting fitting (11) for the Inflow of the spindle coolant (1) and an annular gap between the bushing (18) and the tube (4) is connected and the annular space (23) with the bores (22) of the threaded bushing (16) and the radially fixed connection fitting (12) for the outflow of the spindle coolant (1) is connected.

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