DE102023133456A1

DE102023133456A1 - Bearbeitungssystem mit strömungsdrossel für bearbeitung mit auf überkritischem kohlendioxid basierender minimalmengenschmierung

Info

Publication number: DE102023133456A1
Application number: DE102023133456.5A
Authority: DE
Inventors: Richard Earl Williford; Ethan Timothy Hughey; David Alan Stephenson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2023-11-29
Publication date: 2024-06-13
Also published as: CN118180979A; US20240189956A1

Abstract

Ein Bearbeitungssystem beinhaltet eine Kühlmittelrohrbaugruppe, die einen rohrförmigen Körper, eine Schulter, eine Drossel und eine Hülse beinhaltet. Der rohrförmige Körper ist um eine zentrale Achse angeordnet und definiert eine zentrale Bohrung, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich axial von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt. Die Schulter erstreckt sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen. Die Drossel ist an den rohrförmigen Körper gekoppelt und definiert mindestens eine Öffnung, die sich durch die Drossel erstreckt, sodass die Drossel dazu konfiguriert ist, die Strömung von der zentralen Bohrung durch das distale Ende des rohrförmigen Körpers auf einen Strömungsbereich von weniger als 0,126 mm² zu beschränken. Die Hülse ist drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und definiert eine Außengewindeform. Die Hülse beinhaltet eine Gegenschulter, die sich radial innerhalb von der Schulter erstreckt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Bearbeitungssystem für Bearbeitung mit auf überkritischem Kohlendioxid basierender Minimalmengenschmierung (minimum quantity lubrication - MQL).
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen, und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Die herkömmliche Bearbeitungsschmierung verwendet große Volumina an flüssigem Schmiermittel, um die Arbeitskanten eines Werkzeugs zu schmieren und zu kühlen. Einige moderne Bearbeitungsprozesse verwenden Bearbeitungssysteme mit Minimalmengenschmierung (MQL), die ein mageres Gemisch aus Ölnebel, das durch Druckluft getragen wird, verwenden, um die Schneidkanten des Werkzeugs zu schmieren. Während diese typischen MQL-Systeme für viele Anwendungen gut funktionieren, um den Ölverbrauch zu reduzieren und die Schneidqualität zu verbessern, kann die Leistung typischer MQL-Systeme für einige andere Anwendungen, wie etwa tiefe Löcher in harten Materialien oder beim Bearbeiten von Bimetallwerkstücken, geringer sein als gewünscht.
Eine neue Form der MQL-Bearbeitung versucht, die Druckluft durch überkritisches Kohlendioxid unter hohem Druck (z. B. etwa 100 bar) zu ersetzen, sodass das Schmierfluid ein Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl ist. Herkömmliche Flüssigschmiersysteme und sogar typische MQL-Systeme sind jedoch nicht dazu ausgestaltet, dieses Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl zu handhaben oder das Gemisch dem Schneidwerkzeug effizient bereitzustellen. Darüber hinaus ist diese Form der Bearbeitung relativ neu, sodass nur wenige Bearbeitungssysteme und -werkzeuge speziell entwickelt worden sind, um dieses Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl zu handhaben. In dieser Hinsicht können es die relativ hohen Drücke dieser Systeme schwierig machen, das Gemisch an das Werkzeug abzugeben. Darüber hinaus erfordern typische MQL-Systeme mit überkritischem Kohlendioxid die Verwendung von Spezialschneidwerkzeugen, die Kühlmittelaustrittslöcher aufweisen, die einen Durchmesser von 0,4 mm oder weniger aufweisen, sodass sich das überkritische Kohlendioxid ausdehnt, wenn es an den Schneidkanten nahe dem Werkstück aus dem Werkzeug austritt. Diese Spezialschneidwerkzeuge können schwierig und kostspielig herzustellen sein.
Die Lehren der vorliegenden Offenbarung beheben diese und andere Probleme bei der MQL-Bearbeitung mit überkritischem Kohlendioxid.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Bearbeitungssystem bereit, das eine Kühlmittelrohrbaugruppe beinhaltet, die einen rohrförmigen Körper, eine Schulter, eine Drossel und eine Hülse beinhaltet. Der rohrförmige Körper ist um eine zentrale Achse angeordnet und definiert eine zentrale Bohrung, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt. Die Schulter erstreckt sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen. Die Drossel ist an den rohrförmigen Körper gekoppelt und definiert mindestens eine Öffnung, die sich durch die Drossel erstreckt, sodass die Drossel dazu konfiguriert ist, die Strömung von der zentralen Bohrung durch das distale Ende des rohrförmigen Körpers auf einen Strömungsbereich von weniger als 0,126 mm² zu beschränken. Die Hülse ist drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und definiert eine Außengewindeform. Die Hülse beinhaltet eine Gegenschulter, die sich radial innerhalb von der Schulter erstreckt.
In Variationen des Bearbeitungssystems gemäß dem vorstehenden Absatz, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können: ist die Drossel durch mindestens eines von einer Presspassung in die zentrale Bohrung, einer Gewindeverbindung, einer Lötverbindung und einer Schweißverbindung an den rohrförmigen Körper gekoppelt; ist die Drossel näher an dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers als an dem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet; ist die Drossel eine Scheibe, die innerhalb der zentralen Bohrung angeordnet ist, und ist ein Ende der Scheibe bündig mit dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers oder in Bezug auf dieses vertieft; beträgt eine axiale Dicke der Scheibe 5 mm oder weniger; sind der rohrförmige Körper und die Drossel aus dem gleichen Material ausgebildet; ist die Drossel aus Aluminium oder Edelstahl ausgebildet; besteht die mindestens eine Öffnung aus einer einzelnen Öffnung, die einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist; weist die zentrale Bohrung einen Durchmesser zwischen 7 mm und 8 mm auf; beinhaltet die Kühlmittelrohrbaugruppe ferner eine erste Dichtung in Kontakt mit der Hülse, dem rohrförmigen Körper und einer Seite der Schulter, die in die erste axiale Richtung weist; beinhaltet die Kühlmittelrohrbaugruppe ferner eine zweite Dichtung, wobei die zweite Dichtung mit der Hülse, dem rohrförmigen Körper und einer Seite der Schulter in Kontakt steht, die in eine zweite axiale Richtung weist, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist; umfasst das Bearbeitungssystem ferner einen Werkzeughalterkörper, der einen angetriebenen Teil und einen Werkzeugaufnahmeteil beinhaltet, wobei der Werkzeughalterkörper eine erste Innengewindeform definiert, die dazu konfiguriert ist, mit der Außengewindeform der Hülse zusammenzupassen; umfasst das Bearbeitungssystem ferner eine Einstellschraube, wobei der Werkzeughalterkörper eine zweite Innengewindeform definiert, die mit einer durch die Einstellschraube definierten Außengewindeform in Gewindeeingriff steht, wobei die Einstellschraube eine Sitzfläche definiert, die dazu konfiguriert ist, eine Gegenfläche eines in den Werkzeugaufnahmeteil eingeführten Werkzeugs zu kontaktieren, wobei die Einstellschraube einen zentralen Kanal koaxial zu der zentralen Achse definiert, beträgt ein maximaler Abstand zwischen einem Auslass der Öffnung der Drossel und einem Einlass des zentralen Kanals der Einstellschraube weniger als 100 mm; umfasst das Bearbeitungssystem ferner eine Spindel und ein Schmiersystem, wobei die Spindel an den Werkzeughalterkörper gekoppelt und dazu konfiguriert ist, den Werkzeughalterkörper um die zentrale Achse zu drehen, wobei das Schmiersystem dazu konfiguriert ist, ein Schmiermittel dem Innenraum des rohrförmigen Körpers zuzuführen, sodass das Schmiermittel von dem Innenraum des rohrförmigen Körpers durch die Öffnung der Drossel zu dem zentralen Kanal in der Einstellschraube strömt; beinhaltet das Schmiersystem ein Zuführrohr, das um die zentrale Achse angeordnet ist, und ist eine Dichtung zwischen dem Zuführrohr und einer radial äußeren Fläche des rohrförmigen Körpers ausgebildet; ist das durch das Schmiersystem bereitgestellte Schmiermittel ein Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl.
In einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Bearbeitungssystem bereit, das eine Kühlmittelrohrbaugruppe beinhaltet, die einen rohrförmigen Körper, eine Schulter, eine Drossel und eine Hülse beinhaltet. Der rohrförmige Körper ist um eine zentrale Achse angeordnet und definiert eine zentrale Bohrung, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt. Die Schulter erstreckt sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen. Die Drossel ist innerhalb der zentralen Bohrung angeordnet und definiert eine einzelne Öffnung, die sich durch die Drossel erstreckt und einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist. Die Hülse ist drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und definiert eine Außengewindeform. Die Hülse beinhaltet eine Gegenschulter, die sich radial innerhalb von der Schulter des rohrförmigen Körpers erstreckt.
In einer Variation des Bearbeitungssystems gemäß dem vorstehenden Absatz ist die Drossel näher an dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers als an dem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und ist ein Ende der Drossel bündig mit dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers oder in Bezug auf dieses vertieft.
In noch einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Kühlmittelrohr für einen Werkzeughalter eines Bearbeitungssystems bereit. Das Kühlmittelrohr beinhaltet einen rohrförmigen Körper, eine Schulter, eine Scheibe und eine Hülse. Der rohrförmige Körper ist um eine zentrale Achse angeordnet und definiert eine zentrale Bohrung, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt. Die zentrale Bohrung weist einen Durchmesser zwischen 7 mm und 9 mm auf. Die Schulter erstreckt sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen. Die Scheibe ist innerhalb der zentralen Bohrung des rohrförmigen Körpers fixiert und weist eine axiale Dicke von weniger als 5 mm auf. Die Scheibe definiert eine einzelne Öffnung, die sich axial durch die Scheibe erstreckt. Die einzelne Öffnung weist einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm auf. Die Hülse ist drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und definiert eine Außengewindeform. Die Hülse beinhaltet eine Gegenschulter, die sich radial innerhalb von der Schulter des rohrförmigen Körpers erstreckt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele lediglich Zwecken der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Zum umfassenden Verständnis der Offenbarung werden nun verschiedene Formen davon beispielhaft beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen Folgendes gilt:

1 ist eine Querschnittsansicht eines Bearbeitungssystems gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Werkzeughalters des Bearbeitungssystems aus 1, die eine Kühlmittelrohrbaugruppe und eine Einstellschraube des Werkzeughalters veranschaulicht; und
3 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Werkzeughalters des Bearbeitungssystems aus 1, die eine Drossel der Kühlmittelrohrbaugruppe und ein Ende der Einstellschraube veranschaulicht.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Bearbeitungssystem 10 veranschaulicht. In dem bereitgestellten Beispiel ist das Bearbeitungssystem 10 eine mehrachsige Fräse, obwohl andere Arten von Bearbeitungssystemen verwendet werden können (z. B. eine Drehmaschine oder eine Standbohrmaschine). Das Bearbeitungssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen eine Spindel 110, ein Schmiermittelsystem 114 und einen Werkzeughalter 118. Die Spindel 110 ist zur Drehung um eine zentrale Achse 122 gelagert und ist antriebsmäßig an einen Elektromotor (nicht gezeigt) gekoppelt, der dazu konfiguriert ist, die Spindel 110 um die Achse 122 zu drehen. Der Werkzeughalter 118 beinhaltet einen Werkzeughalterkörper 126, eine Aufnahme oder Kühlmittelrohrbaugruppe 130 und eine Einstellschraube 134.
Ein angetriebener Teil 138 des Werkzeughalterkörpers 126 ist zur gemeinsamen Drehung um die Achse 122 an die Spindel 110 gekoppelt und ein Werkzeugaufnahmeteil 142 ist dazu konfiguriert, ein Werkzeug 146 zu halten, um das Werkzeug 146 um die Achse 122 zu drehen. Das Werkzeug 146 kann ein beliebiges geeignetes Werkzeug sein, wie zum Beispiel ein Bohrer oder ein Fräswerkzeug, und weist Innendurchlässe (nicht speziell gezeigt) auf, die einen Einlass 150 an einem Ende des Werkzeugs 146 mit mindestens einem Auslass 154 am gegenüberliegenden Ende des Werkzeugs 146 nahe den Schneidkanten des Werkzeugs 146 zur Fluidkommunikation dazwischen verbinden.
Zusätzlich unter Bezugnahme auf 2 ist die Einstellschraube 134 innerhalb einer zentralen Bohrung 156 des Werkzeughalterkörpers 126 angeordnet und beinhaltet einen Schaft 158 und einen Sitz 162. Der Sitz 162 ist innerhalb eines vorderen Teils der zentralen Bohrung 156 angeordnet, in den das Werkzeug 146 (1) aufnehmbar ist. Der Sitz 162 beinhaltet eine Sitzfläche 166, die axial nach vorne weist und dazu konfiguriert ist, eine Dichtung mit einer Gegenfläche 170 (1) des Werkzeugs 146 auszubilden, sodass eine durch die Einstellschraube 134 definierte Bohrung 174 in Fluidkommunikation mit dem Einlass 150 des Werkzeugs 146 steht.
In dem bereitgestellten Beispiel sind die Sitzfläche 166 und die Gegenfläche 170 kegelstumpfförmig, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können, wie zum Beispiel eine flache Form. In dem bereitgestellten Beispiel ist die Bohrung 174 eine einzelne Bohrung, die um die Achse 122 zentriert ist, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können, wie zum Beispiel versetzt von der Achse 122 und/oder eine Vielzahl von Bohrungen, die um die Achse 122 angeordnet ist.
Der Schaft 158 definiert eine Außengewindeform 178, die um die Achse 122 angeordnet ist und in Gewindeeingriff mit einer Innengewindeform 182 steht, die innerhalb eines hinteren Teils der zentralen Bohrung 156 des Werkzeughalterkörpers 126 definiert ist. Der Eingriff zwischen den Gewindeformen 178, 182 ermöglicht, dass die axiale Position des Sitzes 162 eingestellt wird. In einer Form kann die Bohrung 174 vollständig oder teilweise als eine quadratische oder sechseckige Form geformt sein, sodass ein Einstellwerkzeug (nicht gezeigt) in die zentrale Bohrung 156 eingeführt werden kann, um die Einstellschraube 134 in Eingriff zu nehmen, um die axiale Position durch Drehung relativ zu dem Werkzeughalterkörper 126 einzustellen.
In dem bereitgestellten Beispiel ist der Sitz 162 in einem Teil der zentralen Bohrung 156 angeordnet, der einen größeren Durchmesser aufweist als der Teil, in den die Welle aufgenommen ist, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Schmiersystem 114 eine Schmiermittelquelle 210, die zur Fluidkommunikation damit an ein Zuführrohr oder eine Zuführleitung 214 innerhalb der Spindel 110 gekoppelt ist. Die Schmiermittelquelle 210 ist dazu konfiguriert, ein Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl der Leitung 214 bereitzustellen. In dem bereitgestellten Beispiel dreht sich die Leitung 214 mit der Spindel 110 und ist mit der Schmiermittelquelle 210 verbunden. In einer alternativen Konfiguration kann die Leitung 214 drehfest sein, während sich die Spindel 110 um sie dreht.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Kühlmittelrohrbaugruppe 130 einen rohrförmigen Körper 310, eine Hülse 314 und eine Drossel 318. Der rohrförmige Körper 310 ist um die Achse 122 angeordnet und erstreckt sich axial von einem hinteren Ende 322 zu einem vorderen Ende 324 des rohrförmigen Körpers 310. Der rohrförmige Körper definiert eine Rohrbohrung 326, die um die Achse 122 zentriert ist. Die Leitung 214 ist nahe (d. h. näher an) dem hinteren Ende 322 abdichtend an den rohrförmigen Körper 310 gekoppelt, sodass die Leitung 214 in Fluidkommunikation mit der Rohrbohrung 326 steht. In dem bereitgestellten Beispiel ist der Innendurchmesser der Leitung 214 größer als ein Außendurchmesser des rohrförmigen Körpers 310 und ist eine Dichtung 330 dazwischen angeordnet, um die Leitung 214 abdichtend an den rohrförmigen Körper 310 zu koppeln, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können, wie zum Beispiel die Leitung abdichtend an einer Endfläche des rohrförmigen Körpers 310 oder abdichtend in die Rohrbohrung 326 aufgenommen.
In dem bereitgestellten Beispiel weist die Rohrbohrung 326 einen Durchmesser zwischen 7 mm und 8 mm auf, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können. In dem bereitgestellten Beispiel stellt die Rohrbohrung 326 einen Strömungsweg mit konstantem Durchmesser von dem hinteren Ende 322 zu der Drossel 318 bereit, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können.
Die Hülse 314 koppelt den rohrförmigen Körper 310 an den Werkzeughalterkörper 126. Die Hülse 314 ist nahe dem vorderen Ende 324 um den rohrförmigen Körper 310 angeordnet. In dem bereitgestellten Beispiel weist die Hülse 314 eine Außengewindeform 334 auf, die um die Achse 122 angeordnet ist und mit einer durch den Werkzeughalterkörper 126 definierten Innengewindeform 338 in einem Teil der zentralen Bohrung 156, der sich hinter dem Teil befindet, in dem der Schaft 158 angeordnet ist, in Gewindeeingriff steht. In dem bereitgestellten Beispiel weist der Teil der zentralen Bohrung 156, der die Innengewindeform 338 beinhaltet, einen größeren Durchmesser auf als der Teil, in dem der Schaft 158 angeordnet ist.
In dem bereitgestellten Beispiel beinhaltet der rohrförmige Körper 310 eine Schulter 342, die sich nahe dem vorderen Ende 324 um den Umfang des rohrförmigen Körpers 310 erstreckt, und eine Dichtung 346 (z. B. einen O-Ring), die an einer vorderen Seite der Schulter 342 um den rohrförmigen Körper 310 angeordnet ist. Die Hülse 314 definiert eine Bohrung 350, die durch das vordere und das hintere Ende der Hülse 314 offen ist. Ein vorderer Teil der Bohrung 350 weist einen größeren Durchmesser auf als die Schulter 342 und der Durchmesser der Bohrung 350 nimmt an einer Schulter 354 ab, die sich radial innerhalb von der Schulter 342 erstreckt. Auf diese Weise drückt ein Drehen der Hülse in eine Festziehrichtung der Gewindeformen 334, 338 die Dichtung 346 zwischen der Schulter 342 und einer Stufe des Werkzeughalterkörpers 126 zusammen, um eine Dichtung dazwischen auszubilden. In dem bereitgestellten Beispiel kann optional eine zweite Dichtung 358 (z. B. ein O-Ring) zwischen den Schultern 342, 354 angeordnet sein, um eine Dichtung dazwischen bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Drossel 318 nahe dem vorderen Ende 324 (d. h. näher an dem vorderen Ende 324) an den rohrförmigen Körper 310 gekoppelt und dazu konfiguriert, die Strömung aus der Rohrbohrung 326 durch das vordere Ende 324 zu beschränken. Die Drossel 318 definiert mindestens eine Drosselbohrung 410, die sich axial durch die Drossel 318 erstreckt und einen Gesamtquerschnittsströmungsbereich (d. h. senkrecht zur Achse 122) von weniger als 0,126 mm² aufweist. In dem bereitgestellten Beispiel definiert die Drossel 318 eine einzelne Drosselbohrung 410, die einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist. In einer Form beträgt der Durchmesser der Drosselbohrung 410 0,3 mm, obwohl andere Größen von weniger als 0,4 mm verwendet werden können. In dem bereitgestellten Beispiel ist die einzelne Drosselbohrung 410 um die Achse 122 zentriert, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können, wie etwa versetzt davon. In einer anderen Form, die nicht speziell gezeigt ist, definiert die Drossel 318 zwei oder mehr Drosselbohrungen, die einen Gesamtquerschnittsströmungsbereich von weniger als 0,126 mm² aufweisen.
In dem bereitgestellten Beispiel ist die Drossel 318 eine Scheibe, die ein von dem rohrförmigen Körper 310 getrenntes Materialstück ist und innerhalb der Rohrbohrung 326 an dem rohrförmigen Körper 310 angebracht ist. In einer Form kann die Drossel 318 in die Rohrbohrung 326 eingepresst sein. In einer anderen Form kann die Drossel 318 eine Schrumpfpassung aufweisen. In einer anderen Form kann die Drossel 318 innerhalb der Rohrbohrung 326 verlötet oder verschweißt sein. In noch einer anderen Form kann ein Klebematerial, Epoxidharz oder dergleichen die Drossel 318 in der Rohrbohrung 326 halten. In noch einer anderen Form können die Drossel 318 und die Rohrbohrung 326 zusammenpassende Gewindeformen aufweisen, welche die beiden Komponenten aneinanderkoppeln. In noch einer weiteren Form kann sich die Drossel 318 außerhalb der Rohrbohrung 326 befinden und an dem vorderen Ende 324 montiert sein, wie zum Beispiel durch Löten oder Schweißen.
In noch einer anderen Form, die nicht gezeigt ist, kann die Drossel 318 einstückig mit dem rohrförmigen Körper 310 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Rohrbohrung 326 derart ausgebildet werden, dass sie sich nicht vollständig durch das vordere Ende 324 erstreckt, kann dann die Drosselbohrung 410 von der Rohrbohrung 326 durch das vordere Ende 324 ausgebildet werden.
In dem bereitgestellten Beispiel ist die Drossel 318 in der axialen Richtung (d. h. der axialen Richtung der Achse 122) 5 mm dick oder weniger. In einer Form ist die Drossel 318 in der axialen Richtung 3 mm dick, obwohl andere Dicken verwendet werden können.
In einer Form kann die Drosselbohrung 410 durch Bohren ausgebildet werden. In einer anderen Form kann die Drosselbohrung 410 durch Drahtelektroentladungsbearbeitung (electro discharge machining - EDM) ausgebildet werden.
In einer Form besteht die Drossel 318 aus der gleichen Art von Material wie der rohrförmige Körper 310. Zum Beispiel können die Drossel 318 und der rohrförmige Körper 310 beide aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder einem anderen geeigneten Material bestehen. In einer anderen Form besteht die Drossel 318 aus einer anderen Art von Material als der rohrförmige Körper 310. Zum Beispiel kann die Drossel 318 aus Aluminium bestehen, während der rohrförmige Körper 310 zum Beispiel aus Stahl besteht, obwohl andere Kombinationen von Materialien verwendet werden können. Es versteht sich j edoch, dass die Drossel 318 aus einem Material gefertigt sein muss, das dazu geeignet ist, überkritischem Kohlendioxid unter relativ hohen Drücken (z. B. 100 bar oder 10.000 kPa) ausgesetzt zu sein, ohne die Struktur der Drossel 318 zu beschädigen oder die Drosselbohrung 410 zu verunreinigen, wie etwa aufgrund von Korrosion.
Die Drossel 318 ist derart positioniert, dass ein Auslass 418 der Drosselbohrung 410 axial von einem Einlass 422 der Bohrung 174 der Einstellschraube 134 beabstandet ist. Der Durchmesser der Bohrung 174 ist größer als der der Drosselbohrung 410, sodass sich das MQL-Fluid mit überkritischem Kohlendioxid ausdehnt, wenn es aus der Drosselbohrung 410 austritt und in die Bohrung 174 eintritt. In einer Form kann die Bohrung 174 im Bereich von 2,9 mm bis 5,4 mm liegen, obwohl andere Größen der Bohrung 174 verwendet werden können. In einer Form beträgt der Abstand zwischen dem Auslass 418 und dem Einlass 422 weniger als 100 mm. In dem bereitgestellten Beispiel wird dadurch, dass dieser Abstand mehr als 100 mm beträgt, möglicherweise ermöglicht, dass sich das MQL-Fluid mit überkritischem Kohlendioxid zu stark ausdehnt, bevor es in das Werkzeug 146 eintritt (1), und wird somit möglicherweise ein Teil der Kühlkapazität des MQL-Fluids mit überkritischem Kohlendioxid verschwendet, indem der Werkzeughalter 118 anstelle des Werkzeugs 146 gekühlt wird (1).
In dem bereitgestellten Beispiel ist ein vorderes Ende 426 der Drossel 318 bündig mit dem vorderen Ende 324 des rohrförmigen Körpers 310. In einer anderen Form kann das vordere Ende 426 axial hinter dem vorderen Ende 324 vertieft sein, obwohl es sich weiterhin innerhalb von 100 mm des Einlasses 422 befindet. In noch einer anderen Form kann sich das vordere Ende 426 vor dem vorderen Ende 324 des rohrförmigen Körpers 310 befinden, obwohl darauf geachtet werden sollte, dass der Werkzeughalterkörper 126 bzw. die Einstellschraube 134 nicht kontaktiert wird.
Die vorliegende Offenbarung beinhaltet zudem ein Verfahren zum Modifizieren eines typischen Bearbeitungssystems mit Flüssigschmiermittel für einen Betrieb mit MQL mit überkritischem Kohlendioxid. In dieser Form können die Leitung 214, der Werkzeughalterkörper 126, die Dichtung 330, der rohrförmige Körper 310, die Hülse 314, die Dichtungen 346, 358 und die Einstellschraube 134 Komponenten von bestehenden, typischen Flüssigschmiermittelsystemen sein und durch Einführen der Drossel 318 in die Rohrbohrung 326 oder anderweitiges Anbringen der Drossel 318 an dem vorderen Ende 324 des rohrförmigen Körpers 310 modifiziert werden. Diese relativ kostengünstige Modifikation hat das unerwartete und überraschende Ergebnis, dass ermöglicht wird, dass bestehende Systemkomponenten (d. h. solche, die relativ große Schmiermittelbohrungen aufweisen, die speziell für Flüssigschmiermittel ausgestaltet sind) auf eine Verwendung von MQL mit überkritischem Kohlendioxid umgestellt werden können. Zusätzlich hat es sich als besonders unerwartet herausgestellt, wie der relativ kleine Durchmesser der Drosselbohrung 410 effektiv ermöglichen kann, dass ein typisches Flüssigschmiermittelsystem mit MQL mit überkritischem Kohlendioxid verwendet wird, obwohl sich die Drosselbohrung 410 nur über eine relativ kurze Länge (z. B. weniger als 5 mm) in dem Gesamtströmungsweg des größeren Schmiermittelkanals erstreckt, wenn die Drossel 318 speziell derart in dem rohrförmigen Körper 310 positioniert wird, dass sich der Auslass 418 der Drosselbohrung 410 innerhalb von 100 mm von dem Einlass 422 der Einstellschraube 134 befindet.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung ein Bearbeitungssystem zur Verwendung mit MQL-Bearbeitung mit überkritischem Kohlendioxid bereit, das die Effizienz und die Qualität für gewisse Bearbeitungsanwendungen verbessert. Während sich die vorliegende Offenbarung auf Bearbeitungssysteme zur Verwendung mit überkritischem Kohlendioxid bezieht, können die Lehren der vorliegenden Offenbarung auch mit anderen überkritischen MQL-Gemischen oder kryogenen MQL-Gemischen (z. B. flüssigem Stickstoff und Öl) verwendet werden.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Kenngrößen angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, einschließlich industrieller Praxis, Material, Fertigung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit.
Wie in dieser Schrift verwendet, sollte die Formulierung mindestens eines von A, B und C dahingehend ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht ausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sollen Variationen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
Gemäß einer Ausführungsform sind der rohrförmige Körper und die Drossel aus dem gleichen Material ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Drossel aus Aluminium oder Edelstahl ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bearbeitungssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Kühlmittelrohrbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen rohrförmigen Körper, der um eine zentrale Achse angeordnet ist und eine zentrale Bohrung definiert, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt; eine Schulter, die sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen erstreckt; eine Drossel, die innerhalb der zentralen Bohrung angeordnet ist und eine einzelne Öffnung definiert, die sich durch die Drossel erstreckt und einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist; und eine Hülse, die drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet ist und eine Außengewindeform definiert, wobei die Hülse eine Gegenschulter beinhaltet, die sich radial innerhalb von der Schulter des rohrförmigen Körpers erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Drossel näher an dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers als an dem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet und ist ein Ende der Drossel bündig mit dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers oder in Bezug auf dieses vertieft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlmittelrohr für einen Werkzeughalter eines Bearbeitungssystems bereitgestellt, wobei das Kühlmittelrohr Folgendes aufweist: einen rohrförmigen Körper, der um eine zentrale Achse angeordnet ist und eine zentrale Bohrung definiert, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt, wobei die zentrale Bohrung einen Durchmesser zwischen 7 mm und 9 mm aufweist; eine Schulter, die sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen erstreckt; eine Scheibe, die innerhalb der zentralen Bohrung des rohrförmigen Körpers fixiert ist und eine axiale Dicke von 5 mm oder weniger aufweist, wobei die Scheibe eine einzelne Öffnung definiert, die sich axial durch die Scheibe erstreckt, wobei die einzelne Öffnung einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist; und eine Hülse, die drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet ist und eine Außengewindeform definiert, wobei die Hülse eine Gegenschulter beinhaltet, die sich radial innerhalb von der Schulter des rohrförmigen Körpers erstreckt.

Claims

Bearbeitungssystem, umfassend: eine Kühlmittelrohrbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen rohrförmigen Körper, der um eine zentrale Achse angeordnet ist und eine zentrale Bohrung definiert, die um die zentrale Achse angeordnet ist und sich in einer ersten axialen Richtung von einem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers zu einem distalen Ende des rohrförmigen Körpers erstreckt; eine Schulter, die sich von einer Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers radial nach außen erstreckt; eine Drossel, die an den rohrförmigen Körper gekoppelt ist und mindestens eine Öffnung definiert, die sich durch die Drossel erstreckt, sodass die Drossel dazu konfiguriert ist, die Strömung von der zentralen Bohrung durch das distale Ende des rohrförmigen Körpers auf einen Strömungsbereich von weniger als 0,126 mm² zu beschränken; und eine Hülse, die drehbar um das distale Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet ist und eine Außengewindeform definiert, wobei die Hülse eine Gegenschulter beinhaltet, die sich radial innerhalb von der Schulter erstreckt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Drossel durch mindestens eines von einer Presspassung in die zentrale Bohrung, einer Gewindeverbindung, einer Lötverbindung und einer Schweißverbindung an den rohrförmigen Körper gekoppelt ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Drossel näher an dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers als an dem proximalen Ende des rohrförmigen Körpers angeordnet ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 3, wobei die Drossel eine Scheibe ist, die innerhalb der zentralen Bohrung angeordnet ist, und ein Ende der Scheibe bündig mit dem distalen Ende des rohrförmigen Körpers oder in Bezug auf dieses vertieft ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 4, wobei eine axiale Dicke der Scheibe 5 mm oder weniger beträgt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Öffnung aus einer einzelnen Öffnung besteht, die einen Durchmesser zwischen 0,250 mm und 0,400 mm aufweist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die zentrale Bohrung einen Durchmesser zwischen 7 mm und 8 mm aufweist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlmittelrohrbaugruppe ferner eine erste Dichtung in Kontakt mit der Hülse, dem rohrförmigen Körper und einer Seite der Schulter, die in die erste axiale Richtung weist, beinhaltet.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlmittelrohrbaugruppe ferner eine zweite Dichtung beinhaltet, wobei die zweite Dichtung mit der Hülse, dem rohrförmigen Körper und einer Seite der Schulter in Kontakt steht, die in eine zweite axiale Richtung weist, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner einen Werkzeughalterkörper umfasst, der einen angetriebenen Teil und einen Werkzeugaufnahmeteil beinhaltet, wobei der Werkzeughalterkörper eine erste Innengewindeform definiert, die dazu konfiguriert ist, mit der Außengewindeform der Hülse zusammenzupassen.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 10, das ferner eine Einstellschraube umfasst, wobei der Werkzeughalterkörper eine zweite Innengewindeform definiert, die mit einer durch die Einstellschraube definierten Außengewindeform in Gewindeeingriff steht, wobei die Einstellschraube eine Sitzfläche definiert, die dazu konfiguriert ist, eine Gegenfläche eines in den Werkzeugaufnahmeteil eingeführten Werkzeugs zu kontaktieren, wobei die Einstellschraube einen zentralen Kanal koaxial zu der zentralen Achse definiert.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 11, wobei ein maximaler Abstand zwischen einem Auslass der Öffnung der Drossel und einem Einlass des zentralen Kanals der Einstellschraube weniger als 100 mm beträgt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 11, das ferner eine Spindel und ein Schmiersystem umfasst, wobei die Spindel an den Werkzeughalterkörper gekoppelt und dazu konfiguriert ist, den Werkzeughalterkörper um die zentrale Achse zu drehen, wobei das Schmiersystem dazu konfiguriert ist, ein Schmiermittel einem Innenraum des rohrförmigen Körpers zuzuführen, sodass das Schmiermittel von dem Innenraum des rohrförmigen Körpers durch die Öffnung der Drossel zu dem zentralen Kanal in der Einstellschraube strömt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei das Schmiersystem ein Zuführrohr beinhaltet, das um die zentrale Achse angeordnet ist, und eine Dichtung zwischen dem Zuführrohr und einer radial äußeren Fläche des rohrförmigen Körpers ausgebildet ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei das durch das Schmiersystem bereitgestellte Schmiermittel ein Gemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Öl ist.