DE10238203A1

DE10238203A1 - Werkzeugmaschine mit Minimalmengenschmierung

Info

Publication number: DE10238203A1
Application number: DE10238203A
Authority: DE
Inventors: Detlef Nitsche; Dirk Dr. Thamke
Original assignee: Honsberg Lamb Sonderwerkzeugmaschinen; Honsberg Lamb Sonderwerkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: DE10238203B4; DE10238203C5

Abstract

Zur Durchführung einer Minimalmengenschmierung an der Kontaktstelle zwischen Werkzeug (16) und Werkstück (18) wird dem Spindelkopf (10) einer Werkzeugmaschine durch eine Flüssigkeitsleitung (30) flüssiges Schmiermittel und durch eine Luftleitung (31) Druckluft zugeführt. Druckluft und Schmiermittel werden an einer Mischvorrichtung (22) im Inneren der Spindelwelle (14) gemischt. Die Flüssigkeitsleitung (30) enthält eine volumetrische Pumpe (35) mit steuerbarer Förderrate. Die Förderrate wird entsprechend dem Typ des aus einem Werkzeugmagazin (41) entnommenen Werkzeugs (16), das dem Spindelkopf (16) im Einsatz ist, eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimalmengenschmierung bei der Bearbeitung eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine und eine Werkzeugmaschine mit Minimalmengenschmierung der Werkstückbearbeitung.
Bei der Werkstückbearbeitung ist es üblich, eine Kühlschmierung vorzunehmen, wobei ein flüssiges Schmiermittel auf die Eingriffsstelle des Werkzeugs am Werkstück geleitet wird. Das Schmiermittel besteht in der Regel aus einer Emulsion von Öl und Wasser. Seine Aufgabe besteht darin, das Werkzeug und das Werkstück zu kühlen und die Späne abzuführen.
Der Einsatz großer Mengen an flüssigem Schmiermittel verursacht nicht nur einen erheblichen Aufwand und hohe Kosten, sondern stellt auch eine erhebliche Umweltbelastung dar. Es entsteht ein Gemisch aus Schmiermittel und metallischen Spänen, bei dem die Gemischkomponenten schwer zu trennen sind.
Bei dem Prinzip der Minimalmengenschmierung (MMS) wird ein Gemisch aus Druckluft und flüssigem Schmiermittel auf den Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück gelenkt, wobei das flüssige Schmiermittel in geringem Mengenstrom zugesetzt wird und sich als hauchdünner Film auf den Spänen absetzt. Entsprechend der Art der miteinander in Kontakt kommenden Werkstoffe, der Zerspanungsgeschwindigkeit und anderer Parameter werden Druckluft und Schmiermittel in unterschiedlichen Mengenverhältnissen zugeführt, so dass das Gemisch mehr oder weniger fett wird. Unter einem fetten Gemisch versteht man eines mit hohem Ölanteil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Minimalmengenschmierung anzugeben, bei dem mit einfachen Mitteln sichergestellt wird, dass beim Einsatz eines Werkzeugs ein adäquates Verhältnis von Druckluft und flüssigem Schmiermittel zugeführt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit dem Verfahren des Patentanspruchs 1. Hiernach erfolgt die Zufuhr von flüssigem Schmiermittel mit einer einstellbaren Förderrate, die von dem jeweils verwendeten Werkzeug abhängt und beim Einsetzen des Werkzeugs automatisch eingestellt wird.
Erfindungsgemäß ist jedem Werkzeug eine bestimmte Förderrate des Schmiermittels zugeordnet. Diese Förderrate kann als Kenngröße gespeichert werden. Beim Einsetzen des Werkzeugs in die Werkzeugmaschine wird automatisch die Kenngröße des betreffenden Werkzeugs oder Werkzeugtyps aufgerufen und eingestellt. Die Zufuhr der Komponente aus flüssigem Schmiermittel erfolgt anschließend mit der diesem Werkzeug zugeordneten individuellen Förderrate.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Förderrate der flüssigen Schmiermittelkomponente individuell eingestellt. Auch die Druckluft wird mit im Wesentlichen konstantem Mengenstrom zugeführt. Die Regulierung des Mengenstromes der Druckluft erfolgt vorzugsweise durch ein Proportionalventil. Hierbei handelt es sich um ein Drosselventil, dessen Drosselquerschnitt durch ein Steuersignal in proportionaler Weise verändert werden kann. Die Druckluft dient als Kühlmedium, zum Fortblasen der Metallspäne und als Trägermedium für das flüssige Schmiermittel.
Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine mit Minimalmengenschmierung der Werkstückbearbeitung, mit

–einem Werkzeugmagazin, das mehrere Werkzeuge enthält,
– einem Spindelkopf, der eine drehend angetriebene Spindel mit einer Spindelwelle und einer Werkzeugaufnahme aufweist, und
– einer Mischvorrichtung, die an eine Druckluftquelle und an eine Schmiermittelquelle angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schmiermittelquelle eine steuerbare volumetrische Pumpe aufweist, deren Förderrate entsprechend dem Typ des in die Werkzeugaufnahme der Spindel eingesetzten Werkzeugs automatisch eingestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Werkzeugmaschine sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung ist schematisch die Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine in Kombination mit einer Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt schematisch den Spindelkopf 10 einer Werkzeugmaschine. Der Spindelkopf 10 weist ein Spindelkopfgehäuse 11 auf, in dem mit Lagern 12,13 eine Spindelwelle 14 gelagert ist. Der Drehantrieb der Spindelwelle 14 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung fortgelassen. An dem vorderen Ende der Spindelwelle 14 befindet sich die Werkzeugaufnahme 15, beispielsweise in Form eines Spannfutters, zum Festhalten des Werkzeugs 16. Das Werkzeug 16 weist eine Zerspanungsspitze 17 auf, die an dem Werkstück 18 angreift und dieses bearbeitet.
Durch die Spindelwelle 14 erstrecken sich zwei Leitungen 20,21, von denen die Leitung 20 eine Ölleitung und die Leitung 21 eine Druckluftleitung ist. Am vorderen Ende der Spindelwelle 14, also nahe der Werkzeugaufnahme 15, befindet sich eine Mischvorrichtung 22, an der die beiden Leitungen 20 und 21 zusammenkommen. Von der Mischvorrichtung 22 führt eine Leitung 23 zu der Werkzeugaufnahme 15. Die Leitung 23 ist abdichtend mit einer durch das Werkzeug 16 hindurchführenden Leitung 24 verbunden, welche in mindestens eine Austrittsdüse 25 mündet, an der das Öl-Luft-Gemisch austritt.
Am rückwärtigen Ende der Spindelwelle 14 ist eine Drehdurchführung 26 angebracht, die ein feststehendes Gehäuse 27 und ein mit der Spindelwelle 14 verbundenes Innenteil 28 aufweist. Die Drehdurchführung 26 verbindet die Leitung 20 mit einer Flüssigkeitsleitung 30 und die Leitung 21 mit einer Druckluftleitung 31. Die Druckluftleitung 31 ist außerdem mit Luftdüsen 32 verbunden, die an der Frontseite des Spindelkopfes 10 ortfest angebracht sind und konvergierende Luftstrahlen 33 auf die Eingriffsstelle des Werkzeugs am Werkstück richten.
Die Druckluftleitung 31 ist an eine (nicht dargestellte) Druckluftquelle angeschlossen, die Druckluft mit konstantem Druck liefert. Im Zuge der Druckluftleitung 31 ist eine Mengenstrom-Regeleinrichtung 50 vorgesehen, die den Mengenstrom der durch die Leitung 21 fließenden Luft konstant hält. Die Mengenstrom-Regeleinrichtung 50 ist ein steuerbares Drosselventil, das als Proportionalventil ausgebildet ist. Das Proportionalventil wird über eine Steuerleitung 51 vom Steuercomputer 37 gesteuert. Es dient dazu, den Luftstrom volumenmäßig zu regeln. Dies ist zweckmäßig, um bei "kritischen" Werkzeugen die erzeugten Späne mittels eines erhöhten Luftstroms besser abführen zu können.
Die Flüssigkeitsleitung 30 ist an eine volumetrische Pumpe 35 angeschlossen. Eine volumetrische Pumpe 35 ist eine Pumpe, die Flüssigkeit mit einer definiert bemessenen Förderrate liefert, also beispielsweise eine Zahnradpumpe oder eine impulsbetriebene Kolbenpumpe. Die Pumpe 35 saugt Flüssigkeit aus einem Tank 36 an.
Die Steuerung der Pumpe 35 erfolgt durch einen Steuercomputer 37, der eine Eingabeeinrichtung 38 in Form einer Tastatur, ein Display 39 und eine Auf-Ab-Eingabe 40 aufweist. Der Steuercom puter 37 steuert auch ein Werkzeugmagazin 41, das Werkzeuge 16 verschiedenen Typs enthält. Jedes der Werkzeuge 16 kann automatisch durch entsprechende Steuerung in die Werkzeugaufnahme 15 eingesetzt werden, was entweder nach dem Pick-up-Verfahren geschieht oder durch Einsatz eines automatisch gesteuerten Werkzeugwechslers.
Das Werkzeugmagazin 41 enthält zahlreiche Lagerstellen 42 für die einzelnen Werkzeuge 16. Der Steuercomputer 37 enthält für jedes Werkzeug 16 eine Information über Werkzeugdaten sowie eine diesem Werkzeug zugehörige Kennzahl, die die erforderliche Förderrate der Pumpe 35 sowie die Größe des zu erzeugenden Luft-Mengenstromes angibt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass zu jedem Werkzeug 16, das aus dem Werkzeugmagazin 41 in die Spindel eingesetzt wird, die adäquate Förderrate an der Pumpe 35 eingestellt wird.
In Abhängigkeit von dem Typ des betreffenden Werkzeugs 16, das in die Werkzeugaufnahme 15 eingesetzt wird, steuert der Computer 37 automatisch die Förderrate der volumetrischen Pumpe 35. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass für jedes zum Einsatz kommende Werkzeug 16 das Schmiermittel mit der entsprechenden individuellen Förderrate zugeführt wird.
Bei der Mischvorrichtung 22 handelt es sich beispielsweise um eine Venturidüse, bei der die Luft als Trägermedium verwendet wird, um die Flüssigkeit zu zerstäuben und mitzureißen. Auch die Luft wird in geregeltem Mengenstrom zugeführt.
An der Eingabevorrichtung 38 können die Förderrate des Schmiermittels und die Größe des Luft-Mengenstromes für ein bestimmtes Werkzeug manuell eingegeben werden. Außerdem können die manuell oder automatisch eingegebenen Werte durch Betätigung der Auf-Ab-Eingabe 40 vom Benutzer verändert werden.

Claims

Verfahren zur Minimalmengenschmierung bei der Bearbeitung eines Werkstücks (18) in einer Werkzeugmaschine mit einem auswechselbaren Werkzeug (16), mit folgenden Schritten: – Zuführen von Druckluft und flüssigem Schmiermittel zu einer Mischvorrichtung (22) zur Bildung. eines Gemisches, – Leiten des Gemisches durch das Werkzeug (16) zu einem Auslass (25) , dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von flüssigem Schmiermittel mit einer einstellbaren Förderrate erfolgt, die von dem jeweils verwendeten Werkzeug (16) abhängt und beim Einsetzen des Werkzeugs automatisch eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft mit einem von dem Werkzeug (16) abhängigen Mengenstrom zugeführt wird.
Werkzeugmaschine mit Minimalmengenschmierung der Werkstückbearbeitung, mit – einem Werkzeugmagazin (41), das mehrere Werkzeuge (16) enthält, – einem Spindelkopf (10), der eine drehend angetriebene Spindelwelle (14) mit einer Werkzeugaufnahme (15) aufweist, – einer Mischvorrichtung (22), die an eine Druckluftquelle und an eine Schmiermittelquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelquelle eine steuerbare volumetrische Pumpe (35) aufweist, deren Förderrate entsprechend dem Typ des in die Werkzeugaufnahme (15) der Spindelwelle (14) eingesetzten Werkzeugs (16) automatisch eingestellt wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Typ des Werkzeugs (16) anhand der Lagerstelle des Werkzeugmagazins (41) erkannt wird, aus der das Werkzeug (16) entnommen wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckluftquelle und der Mischvorrichtung (22) eine Mengenstrom-Regeleinrichtung (50) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Mengenstrom-Regeleinrichtung (50) erzeugte Luft-Mengenstrom durch einen Steuercomputer (37) vorgegeben wird.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (22) in der Spindelwelle (14) angeordnet ist und getrennte Leitungen (20,21) für Schmiermittel und Druckluft durch die Spindelwelle (14) zur Mischvorrichtung (22) führen.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spindelkopf (10) Luftdüsen (32) zum Fortblasen von Spänen und zur Kühlung vorgesehen sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrate der Pumpe (35) an einem Steuercomputer (37) manuell veränderbar ist.