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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reinigung
einer Zerspanungsmaschine bzw. von Komponenten hiervon. Derartige Verfahren
bzw. Vorrichtungen sind insbesondere von Bedeutung bei Zerspanungsmaschinen,
die einen automatischen Werkzeugwechsel zulassen.
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Aus
der
DE 199 13 715
C1 ist beispielsweise ein Reinigungsverfahren für die Bestückungsseite
einer Werkzeugmaschine bekannt, wonach die Bestückungsseite mit einem Fluid
abgespült
bzw. abgeblasen wird. Die zugehörige
Werkzeugmaschine besitzt einen um eine horizontale Achse drehbaren
Doppelschwenktisch, dessen erster Schwenktisch als Bearbeitungsseite
und dessen zweiter Schwenktisch als Bestückungsseite vorgesehen ist.
Dabei sind Bearbeitungs- und Bestückungsseite durch Verschwenken
vertauschbar. Auf der Bestückungsseite
weist die Werkzeugmaschine eine Blas- und/oder Spüleinrichtung
auf, um die Bestückungsseite
bei geschlossenem Bestückungsraum
abzuspülen
bzw. abzublasen. Dazu wird der bestückungsseitige Schwenktisch während des
Abspülens
bzw. Abblasens mindestens einmal um seine Achse geschwenkt. Als
nachteilig bei einer derartigen Anordnung erweist es sich, das der
bestückungsseitige
Schwenktisch während
des Reinigungsprozesses zumindest einmal um seine Achse verschwenkt
werden muss. Dies bedingt unnötig
lange Reinigungs- bzw. Bestückungsphasen.
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Die
DE 198 41 928 A1 offenbart
darüber
hinaus eine Ausblas- und
Ausspritzeinrichtung für Schnellspannzylinder
mit Deckel, die Verunreinigungen, Bohrspäne und Rückstände von Bohremulsion von den
Funktionseinheiten und deren Oberflächen entfernen soll. Dies betrifft
unter anderem die Spannflächen
des Schnellspannzylinders. Zur Reinigung wird dabei Druckluft verwendet,
was ein separates Druckluftversorgungssystem sowie eine komplizierte Druckluftverteilung
innerhalb des Schnellspannzylinders erfordert. Vor allem ist die
Ausblas- und Ausspritzeinrichtung spezifisch an den genannten Schnellspannzylinder
angepasst, so dass eine universeller Einsatz dieses Reinigungsverfahrens
auch bei anderen Anwendungen nicht möglich ist.
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Ausgehend
davon ist es die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Reinigungsverfahren
sowie eine zugehörige
Reinigungsvorrichtung für
eine Zerspanungsmaschine anzugeben, das bzw. die Werkzeugwechselfehler
infolge von Verunreinigungen der Zerspanungsmaschine wirkungsvoll
reduziert.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Reinigung einer Zerspanungsmaschine
bzw. von Komponenten der Zerspanungsmaschine nach Patentanspruch
1. Danach umfasst die Zerspanungsmaschine eine drehbare Spindel,
einen Werkzeughalter zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs, eine
Spannzange zum Verspannen des Werkzeughalters über einen Spannsitz an der
Spindel, eine Vorrichtung zur in der Spindel innenliegenden Kühlmittelzufuhr
und eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel am Werkzeughalter.
Derartige Zerspanungsmaschinen werden u. a. zur Durchführung von
Bohroperationen verwendet. Um einen fehlerfreien Betrieb der Zerspanungsmaschine
vor allem bei automatischem Werkzeugwechsel zu ermöglichen,
ist es notwendig, die entsprechenden Komponenten der Zerspanungsmaschine
zu reinigen. Dazu wird zunächst
der Werkzeughalter zum automatischen Werkzeugwechsel axial aus der
Spindel bewegt und anschließend
erfolgt am Werkzeughalter mittels der Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel
ein Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs. Während sich der Werkzeughalter
nach dem Werkzeugwechsel axial wieder in die Spindel bewegt, werden
der Spannsitz am Werkzeughalter sowie der Spindelinnenraum mit Kühlmittel
gespült. Die
hierfür
erforderliche Kühlmittelzufuhr
erfolgt innenliegend in der Spindel. Damit werden ggf. vorhandene
Bearbeitungsrückstände, insbesondere
Materialspäne,
entfernt und der Werkzeughalter kann danach durch die Spannzange über den
Spannsitz sauber an der Spindel verspannt werden. Das Reinigungsverfahren
verbessert vor allem im Bereich des Spannsitzes den Reinigungsgrad
und ermöglicht
somit eine fehlerfreie Verspannung des Werkzeughalters an der Spindel.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
des Reinigungsverfahrens wird dadurch erreicht, dass die Spülung mit
Kühlmittel
unter hohem Druck, vorzugsweise 60–80 bar, erfolgt. Dies erleichtert
die Entfernung unerwünschter
Verschmutzungen und verstärkt somit
den Reinigungseffekt. Dabei ist die Spüldüse vorzugsweise derart gestaltet,
dass sich insbesondere in Verbindung mit dem hohen Spüldruck ein
gegenüber
der Spüldüsenachse
kegelförmig
gefächerter
Kühlmittelstrahl
einstellt. Dieser kegelförmige Kühlmittelstrahl
ist insbesondere sinnvoll bei Werkzeughaltern, die über einen
kegelförmigen
Spannsitz verfügen.
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Um
den Werkzeughalter nach einem Werkzeugwechsel zuverlässig an
der Spindel zu verspannen, empfiehlt es sich die Spülung mit
Kühlmittel
vor dem tatsächlichen
Verspannen des Werk zeughalters zu beenden. Das Verspannen des Werkzeughalters wird
somit von der Kühlmittelspülung nicht
beeinträchtigt.
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Erfindungsgemäß wird nicht
nur ein Verfahren, sondern auch eine entsprechende Vorrichtung zur
Reinigung der Zerspanungsmaschine vorgeschlagen. Dabei umfasst die
Zerspanungsmaschine eine drehbare Spindel, einen Werkzeughalter
zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs, eine Spannzange zum Verspannen
des Werkzeughalters mittels eines Spannsitzes an der Spindel, eine
Vorrichtung zur in der Spindel innenliegenden Kühlmittelzufuhr und eine Vorrichtung
zum automatischen Werkzeugwechsel am Werkzeughalter. Um das bereits
erwähnte
Reinigungsverfahren durchführen
zu können,
ist an der Spannzange eine Spüldüse zur Erzeugung
eines definierten Kühlmittelspülstrahls
vorgesehen. Durch geeignete Ausbildung der Spüldüse kann der definierte Kühlmittelstrahl
gezielt an die zu reinigenden Komponenten der Zerspanungsmaschine
angepasst werden. Hierbei ist es einerseits möglich, die Spüldüse einteilig
an der Spannzange anzuformen, um beispielsweise einen geringeren
Bauteilaufwand zu erreichen. Andererseits ist es auch denkbar, die
Spüldüse als separates
Bauteil an der Spannzange zu befestigen. Dies erhöht die Flexibilität, da je
nach Anforderung die jeweils geeignete Spüldüse an der Spannzange befestigt
werden kann.
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Eine
bevorzugte Variante der Vorrichtung zur Reinigung einer Zerspanungsmaschine
ergibt sich dadurch, dass die im wesentlichen zylindrische Spüldüse in einer
trichterförmigen
Ausnehmung der Spannzange angeordnet ist. Dadurch lässt sich
vorteilhaft ein kegelförmiger
Kühlmittelstrahl
einstellen.
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Eine
weitere Verbesserung der Reinigungswirkung des Kühlmittelstrahls lässt sich
dadurch erreichen, dass die Spüldüse am Düsenaustritt
mehrere Düsenkanäle aufweist,
die gegenüber
der Spüldüsenachse
verdrillt ausgerichtet sind, wobei die Düsenkanäle gegenüber der Spüldüsenachse vorzugsweise einen
ersten Winkel α =
10–15° einschließen. Die
verdrillte Ausrichtung der Düsenkanäle lässt sich insbesondere überlagern
mit einer gegenüber
der Spüldüsenachse
kegelförmig
gefächert
Neigung der Düsenkanäle. Dabei
schließen
die Düsenkanäle gegenüber der
Spüldüsenachse
vorzugsweise einen zweiten Neigungswinkel β = 10–20° ein. Im einzelnen sorgt die
spezifische Ausrichtung der Düsenkanäle für eine stabile
Ausbildung des Kühlmittelstrahls. Darüber hinaus
erweist es sich als sinnvoll, dass jeder Düsenkanal gegenüber einem
im Innern der Spannzange angeordneten Zufuhrkanal für das Kühlmittel
einen kleineren Querschnitt aufweist. Hierdurch wird die Hochdruckspülung durch
den Kühlmittelstrahl
sichergestellt.
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Weitere
sinnvolle Detailmerkmale der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen
in den Figuren zu entnehmen, die im folgenden näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 einen
Ausschnitt einer Zerspanungsmaschine während eines aktivierten Reinigungsverfahrens
in geschnittener Prinzipdarstellung;
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2 eine
Spannzangenaufnahme mit Spüldüse aus 1 in
räumlicher
Schnittansicht;
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3 zwei
vergrößerte Ansichten
der Spüldüse aus 2;
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Die
in den Figuren zumindest im Ausschnitt gezeigte Zerspanungsmaschine,
dient der spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere metallischen.
Hierunter fallen unter anderem auch Zerspanungsmaschinen mit drehbarem
Werkzeug, wie sie beispielsweise für Bohroperationen eingesetzt
werden. Eine derartige Zerspanungsmaschine umfasst gemäß 1 eine
drehbare Spindel 1, an der ein zugehöriges Bearbeitungswerkzeug 2 mittels eines
Werkzeughalters 3 verdrehfest angeordnet werden kann. Dazu
ist innerhalb der Spindel 1 eine Spannzange 6 mittels
einer Zugstange 9 verschiebbar angeordnet. Die Spannzange 6 weist
eine Spannzangenaufnahme 7 und schwenkbar dazu angeordnete
Spannklammern 8 auf. Dabei dienen die Spannklammern 8 zum
Hintergreifen eines Kragens 10 am Werkzeughalter 3,
um diesen über
einen Spannsitz 4, 5 verdrehfest mit der Spindel 1 zu
verspannen. Im einzelnen weist der Werkzeughalter 3 eine
kegelförmige
Spannsitzfläche 4,
die zum Verspannen gegen eine zugehörige kegelförmige Spannsitzfläche 5 an
der Spindel 1 gedrückt
wird. Dies geschieht durch axiales Einziehen des Werkzeughalters 3 in
die Spindel 1, infolge einer Axialverschiebung der Spannzange 6.
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Die
Zerspanungsmaschine weist außerdem eine
nicht gezeigte Vorrichtung zum automatischen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs 2 auf.
Im vorliegenden Fall ist das Bearbeitungswerkzeug beispielsweise
als Bohrwerkzeug ausgeführt.
Diese Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel sorgt am Werkzeughalter
für einen
raschen Austausch eines ersten Bearbeitungswerkzeugs gegen ein zweites.
Dadurch lassen sich unterschiedliche Zerspanungsoperationen umsetzen,
was die Flexibilität
der Zerspanungsmaschine erhöht.
Während
eines automatischen Werkzeugwechsels wird der Werkzeughalter 3 mit
dem ersten Bearbeitungswerkzeug 2 durch Axialverschiebung
der Zugstange 9 mit Spannzange 6 aus der Spindel 1 bewegt.
Dabei öffnen
sich die Spannklammern 8 radial, so dass der Werkzeughalter 3 freigegeben
wird. Mittels der Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel
wird am Werkzeughalter das erste Bearbeitungswerkzeug 2 gegen ein
zweites Bearbeitungswerkzeug 2 ausgetauscht. Anschließend wird
der Werkzeughalter 3 mit dem zweiten Bearbeitungswerkzeug 2 axial
wieder in die Spindel 1 bewegt, wobei der Werkzeughalter 3 mittels
der Spannzange 6 an der Spindel 1 verspannt wird.
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Die
Zerspanungsmaschine verfügt
ferner über
eine Vorrichtung zur in der Spindel 1 innenliegenden Kühlmittelzufuhr.
Die Vorrichtung umfasst einen Kühlkanal 11,
der innenliegend durch die Zugstange 9 sowie die Spannzange 6 durchgeführt ist und
sich in einem Kühlkanal 12 im
Werkzeughalter 12 fortsetzt. Schließlich wird dieser Kühlkanal 13 auch
innenliegend im Bearbeitungswerkzeug 2 fortgeführt. Dadurch
wird sichergestellt, dass Kühlmittel nahezu
punktgenau am Ort der Zerspanung zugeführt wird, um während der
Bearbeitung das Werkzeug zu kühlen
und zu schmieren.
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Darüber hinaus
wird die Kühlmittelzufuhr über den
Kühlkanal 11 dazu
verwendet zumindest Komponenten der Zerspanungsmaschine zu reinigen.
Die sorgfältige
Reinigung der Zerspanungsmaschine ist insbesondere infolge des automatischen Werkzeugwechsels
von Bedeutung, da anderenfalls unerwünschte Werkzeugwechselfehler
auftreten können.
Solche Werkzeugwechselfehler sind häufig auf Verschmutzungen der
Zerspanungsmaschine, insbesondere des Spannsitzes 4, 5,
zurückzuführen, wobei
die Verschmutzungen beispielsweise in zurückbleibenden Spänen oder
sonstigen Bearbeitungsrückständen bestehen.
Daher wird innerhalb der Zerspanungsmaschine ein Verfahren zur Reinigung
insbesondere des Werkzeughalters 3 sowie des Spindelinnenraums 14 angewendet.
Danach werden vor allem die Spannsitzflächen 4, 5 am
Werkzeughalters 3 bzw. im Spindelinnenraum 14 mit
einem definierten Kühlmittelstrahl 15 ge spült. Dieser definierte
Kühlmittelstrahl 15 wird
durch eine an der Spannzange 6 angeordnete Spüldüse 20 erzeugt und
verläuft
gegenüber
einer Spüldüsenachse 21 im wesentlichen
kegelförmig.
Die eigentliche Spülung mit
Kühlmittel
erfolgt unter hohem Druck, vorzugsweise zwischen 60 und 80 bar.
In Überlagerung
mit der kegelförmigen
Auffächerung
des Kühlmittelstrahls 15 führt dies
zu einer verbesserten Reinigungswirkung an den ebenfalls kegelförmigen Spannsitzflächen 4, 5.
Dabei findet die Kühlmittelspülung während des
automatischen Werkzeugwechsels statt und zwar im einzelnen während der Werkzeughalter 3 nach
dem Werkzeugwechsel wieder axial in die Spindel 1 bewegt
wird. Auf diesem Wege werden besonders wirkungsvoll Bearbeitungsspäne oder
sonstigen Bearbeitungsrückstande
vom Spannsitz 4, 5 entfernt. Unerwünschte Werkzeugwechselfehler
infolge eines verschmutzten Spannsitzes 4, 5 werden
somit verhindert. Bevor der Werkzeughalter 3 wieder an
der Spindel 1 verspannt wird, ist die Kühlmittelspülung zur Reinigung beendet,
um die Verspannung nicht zu beeinträchtigen. Ist der Werkzeughalter 3 erst
an der Spindel 1 verspannt, wird die gesamte Kühlmittelzufuhr 11, 20, 12, 13 zur üblichen
Kühlung
sowie Schmierung des Bearbeitungswerkzeugs 2 verwendet.
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Aus 2 ist
die Anordnung der Spüldüse 20 innerhalb
der Spannzangenaufnahme 7 zu entnehmen. Dabei ist die Spüldüse 20 als
separates Bauteil an dem dem Werkzeughalter 3 zugewandten Ende
der Spannzangenaufnahme 7 befestigt, insbesondere durch
Verschrauben. Die lösbare
Befestigung der Spüldüse 20 ermöglicht je
nach Ausführung des
Werkzeughalters 3 die flexible Verwendung unterschiedlicher
Spüldüsen an der
Spannzangenaufnahme 7. Analog ist es auch denkbar, die
Spüldüse 20 einteilig
an der Spannzangenaufnahme 7 auszubilden. Grundsätzlich weist
die Spannzangenaufnahme 7 einen innen liegenden Kühlkanal 11 zur
Kühlmittelzufuhr
auf und besitzt ferner am dem Werkzeughalter 3 zugewandten
Ende einen Hinterschnitt 16, in den die Spannklammern 8 eingreifen.
An diesem Ende der Spannzangenaufnahme ist außerdem eine trichterförmige Ausnehmung 17 vorgesehen,
in der auch die Spüldüse 20 angeordnet
ist. Dabei weist die Spüldüse 20 einen
an die trichterförmige
Ausnehmung 17 angepassten kegelförmigen Düsenaustritt 22 mit
mehreren Düsenkanälen 23 auf.
Die aufeinander abgestimmte Gestaltung der trichterförmigen Ausnehmung 17 und
des kegelförmigen
Düsenaustritts 22 ermöglicht die
gezielte Einstellung eines definierten Kühlmittelstrahls 15.
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Die
spezifische Gestaltung der Spüldüse 20 wird
unter anderem auch durch die beiden Ansichten der 3 wiedergegeben.
Die Spüldüse 20 besitzt einen
im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 24, der hohl
ausgeführt
ist und im Innern einen Zufuhrkanal 25 für das Kühlmittel
aufweist. Am kegelförmigen Düsenaustritt 22 sind
mehrere Düsenkanäle 23 vorgesehen,
insbesondere vier, die jeweils über
eine Radialbohrung 26 mit dem Zufuhrkanal 25 verbunden sind.
Um den gewünschten,
kegelförmig
gefächerten Kühlmittelstrahl
zu erzielen, ist jeder Düsenkanal 23 gegenüber der
Spüldüsenachse 21 in
zwei räumlichen
Dimensionen geneigt. Zunächst
sind die Düsenkanäle 23 gegenüber der
Spüldüsenachse 21 verdrillt
ausgerichtet, so dass jeder Düsenkanal 23 gegenüber der
Spüldüsenachse 21 einen
ersten Winkel α einschließt. Besonders
gute Reinigungseffekte durch den Kühlmittelstrahl lassen sich
erzielen, wenn der erste Winkel α,
der die Verdrillung angibt, Werte zwischen 10–15° annimmt. Weiterhin sind die Düsenkanäle 23 gegenüber der
Spüldüsenachse 21 auch
radial kegelförmig
aufgefächert.
Diesbezüglich ist
das Maß der Auffächerung
an die jeweilige kegelförmige
Kontur des Werkzeughalters 3 angepasst. Die Düsenkanäle 23 sind
gegenüber
der Spüldüsenachse 21 derart
kegelförmig
ausgerichtet, dass jeder Düsenkanal 23 gegenüber der
Spüldüsenachse 21 einen
zweiten Winkel β einschließt. Dieser
zweite Winkel β,
der die kegelförmige
Auffächerung
gegenüber
der Spüldüsenachse 21 bestimmt,
nimmt vorzugsweise Werte zwischen 10–20° an. Allgemein ist jeder Düsenkanal 23 derart
gestaltet, dass sein Querschnitt kleiner als der Querschnitt des
Zufuhrkanals 25 ausfällt,
um somit einen Kühlmittelstrahl 15 mit
hohem Druck bereit zu stellen.