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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kühlmittel
aus wenigstens einer Kühlmittelbohrung
eines Werkzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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Zur
spanenden Bearbeitung von Werkstücken
auf Bearbeitungsmaschinen werden Bohrwerkzeuge, Fräswerkzeuge,
Gewindebohrwerkzeuge und dergleichen eingesetzt. Zur Kühlung der
Schneidkante, zur Abfuhr der beim Zerspanungsprozeß entstehenden
Wärme sowie
zum Abtransport der anfallenden Späne werden häufig Kühlschmierstoffe eingesetzt.
Insbesondere bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, die beispielsweise
bei der Großserienfertigung
von PKW-Getriebegehäusen aus
Leichtmetallwerkstoffen angewendet wird, treten hohe Werkzeugdrehfrequenzen
auf. Wird dabei Kühlmittel
von außen
auf die Werkzeuge aufgebracht, so ist meistens das zu bearbeitende
Werkstück
oder die Spannvorrichtung im Weg, so daß nur relativ wenig Kühlwirkung
an die Werkzeugschneiden gelangt und der Abtransport der Späne nur unzureichend
stattfindet. Dadurch ist eine prozeßsichere Fertigung nicht gewährleistet.
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Deshalb
werden bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung häufig Werkzeuge mit innerer
Kühlmittelzuführung eingesetzt.
Die Werkzeuge sind dazu innerhalb des Werkzeugkörpers mit meist nahe an der Rotationsachse
liegenden Bohrungen versehen, durch die Kühlschmierstoff mit hohem Druck,
z.B. mit 50 bar, direkt an die Schneidkanten transportiert wird. Die
Benetzung der Schneidkante mit Kühlschmierstoff
sowie der sichere Abtransport der anfallenden Späne ist dadurch gewährleistet.
Der Transport des Kühlmittels
zum Werkzeug erfolgt dann durch eine entsprechende Bohrung innerhalb
der Maschinenspindel.
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Für die Großserienfertigung
werden meist sogenannte Bearbeitungszentren eingesetzt, die die erforderlichen
Bearbeitungen programmgesteuert abarbeiten und die zur Bearbeitung
erforderlichen Werkzeuge in einem Werkzeugmagazin vorhalten. Der
Werkzeugwechsel, also der Austausch des in der Maschinenspindel
befindlichen Werkzeuges gegen ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin,
erfolgt automatisch, wobei verschiedene Verfahren zur Anwendung
kommen. Bei einem bekannten Verfahren, dem sogenannten Pick-Up-Verfahren,
erfolgt der Werkzeugtransport zwischen Maschinenspindel und Werkzeugmagazin
durch die Maschinenspindel selbst, d.h. sie wird zur entsprechenden Übergabeposition
im Werkzeugmagazin bewegt.
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Bei
einem weiteren Verfahren erfolgt der Werkzeugtransport zwischen
der Maschinenspindel und dem Werkzeugmagazin durch einen Wechselgreifer
und eine Verschiebeeinrichtung. Die Maschinenspindel bewegt sich
dabei in die Übergabeposition
des Wechselgreifers, der in einer Bereitstellungsposition bereits
das nächste
Werkzeug vorhält.
Das nach der Bearbeitung ausgewechselte Werkzeug wird dann vom Wechselgreifer
an eine Verschiebeeinrichtung übergeben,
in der das Werkzeug zum Werkzeugmagazin transportiert wird.
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Bei
einem bekannten Verfahren wird vor dem Transport eines Werkzeuges
von der Maschinenspindel in das Werkzeugmagazin die in der Kühlmittelbohrung
eines Werkzeuges vorhandene Restmenge des Kühlschmierstoffes durch Ausblasen
mit Druckluft entfernt. Das Werkzeug befindet sich während des
Ausblasens noch in der Ma schinenspindel und kann zum Werkzeugwechsel
erst dann entnommen werden, wenn das Kühlmittel vollständig ausgeblasen
ist. Zum Ausblasen wird die in der Maschinenspindel zur Zuführung von
Kühlmittel
an das Werkzeug vorgesehene Bohrung mit Druckluft beaufschlagt,
weshalb neben dem im Werkzeug verbliebenen Kühlschmierstoff auch der in
der Spindelbohrung befindliche Kühlschmierstoff
ausgeblasen werden muß.
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Das
Ausblasen wird sofort gestartet, nachdem das Werkzeug seine Bearbeitung
beendet hat. Das heißt,
das Ausblasen erfolgt bereits während
des Verfahrens der Maschinenspindel von ihrer Arbeitsposition zur
Werkzeugübergabeposition.
Weil die Zeit zum vollständigen
Entfernen des Kühlmittels
aus einem Werkzeug meist länger
dauert als das Verfahren der Maschinenspindel von der Arbeitsposition
zur Werkzeugübergabeposition,
entsteht eine Stillstandszeit. Der Werkzeugwechsel kann also erst
erfolgen, wenn das Kühlmittel
aus einem Werkzeug vollständig
entfernt ist.
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Insbesondere
bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und dem zunehmenden Einsatz
von Leichtmetallwerkstoffen kommen extrem kurze Werkzeugeinsatzzeiten
bei der Bearbeitung von Werkstücken
zustande. Bei den Werkzeugwechselzeiten wirken sich schon Verlängerungen
um Sekundenbruchteile stark auf die Maschinenproduktivität aus. Verlängert sich
der Werkzeugwechsel durch das Ausblasen der Werkzeuge nur um eine
halbe Sekunde, so addiert sich dies bei mehreren zehntausend Werkzeugwechseln
pro Jahr zu einer Gesamtzeit, die die Maschinenproduktivität um mehrere
Prozentpunkte verschlechtert.
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Wird
das Ausblasen nicht durchgeführt,
besteht die Gefahr, daß der
nicht entfernte Kühlschmierstoff
während
längerer
Maschinenstillstandzeiten in der Bohrung verharzt, im Betrieb dann
kein oder kein ausreichendes Kühlschmiermittel
durch die Bohrungen mehr fließen kann
und der Bearbeitungsprozeß in
der Folge empfindlich gestört
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
und die gattungsgemäße Vorrichtung
so auszubilden, daß der
Kühlschmierstoff
aus den Kühlmittelbohrungen
der Werkzeuge entfernt werden kann, ohne daß dabei Stillstandszeiten entstehen.
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Diese
Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Kühlmittel
außerhalb
der Maschinenspindel entfernt. Sie wird durch den Reinigungsvorgang
zeitlich nicht mehr blockiert, sondern kann sofort die Bearbeitung
mit dem nächsten
Werkzeug aufnehmen, wodurch die Maschinenproduktivität deutlich
erhöht wird.
Weil nur noch die Kühlmittelbohrung
im Werkzeug gereinigt wird, wird die vernebelte Kühlmittelmenge
deutlich reduziert.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
befindet sich die Reinigungseinrichtung außerhalb der Maschinenspindel.
Die Reinigung des Werkzeuges kann darum durchgeführt werden, während in
die Maschinenspindel ein neues Werkzeug eingesetzt wird.
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Vorteilhaft
wird die Kühlmittelbohrung
während
des Werkzeugtransports von der Maschinenspindel in ein Werkzeugmagazin
hauptzeitparallel gereinigt.
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Bevorzugt
wird das Kühlmittel
mittels Druckluft ausgeblasen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Variante wird der Druck der Druckluft
so dosiert, daß bei
nicht zeitkritischen Bearbeitungen nur mit geringem Druck das Kühlmittel
ausgeblasen wird. Dann tritt nur eine geringe Vernebelung des Kühlmittels
auf.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
Vorderansicht eine Maschinenspindel, ein Werkzeugmagazin, einen
Wechselgreifer sowie eine Verschiebeeinrichtung mit einer Ausblaseinrichtung,
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2 im
Schnitt ein Werkzeug, eine Verschiebeeinrichtung und eine Ausblaseinrichtung,
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3 im
Schnitt ein Werkzeugmagazin mit einer ortsfesten Ausblaseinrichtung.
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1 zeigt
in Vorderansicht eine Maschinenspindel 1 einer Bearbeitungsmaschine,
ein Werkzeugmagazin 15, einen Wechselgreifer 10 sowie
eine Verschiebeeinrichtung 20 mit einer Ausblaseinrichtung 30.
Der Werkzeugwechsel erfolgt dabei in bekannter Weise dergestalt,
daß die
Maschinenspindel 1 von einer beliebigen Arbeitsposition
P zur Übergabe
des Werkzeuges 2 an den Wechselgreifer 10 in eine Übergabeposition
A bewegt wird. Der Wechselgreifer 10, der um eine parallel
zur Maschinenspindelachse liegende Achse 11 schwenkbar
ist, ist zweiarmig ausgebildet und hat zwei Greifarme 12, 13. Wird
die Maschinenspindel 1 in die Übergabeposition A bewegt, befindet
sich der Greifarm 12 bereits in der Wechselposition A,
so daß das
in der Maschinenspindel 1 sitzende Werkzeug 2 in
die Greiföffnung
am frei en Ende des Greifarmes 12 gelangt. Im diametral gegenüber liegenden
Greifarm 13 des Wechselgreifers 10 befindet sich
bereits das nächste
zur Bearbeitung vorgesehene Werkzeug 3 in Bereitstellungsposition
B. Das Werkzeug 3 wurde hauptzeitparallel, also während der
Bearbeitung eines Werkstückes durch
das Werkzeug 2, aus dem Werkzeugmagazin 15 aus
der Magazinübergabeposition
C mittels der Verschiebeeinrichtung 20 in die Bereitstellungsposition
B transportiert. Der Verschiebeweg (Pfeil 21 in 1)
erstreckt sich demnach zwischen der Bereitstellungsposition B und
der Magazinübergabeposition
C.
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Die
Werkzeuge werden im Werkzeugmagazin 15 in Köchern 16 gelagert
und darin entlang der Transportbahn 17 transportiert. Die
Köcher 16 werden
in Halter 67 aufgenommen, die an einem endlos umlaufenden
Transportmittel 68, wie einer Kette, befestigt sind. Die
Werkzeuge verbleiben während
des Transports in der Verschiebeeinrichtung 20 in den Köchern 16.
Das Werkzeug 3 wird von der Bereitstellungsposition B durch
den Wechselgreifer 10 durch Translation und Rotation um
die Achse 11 in bekannter Weise in der Position A in die
Maschinenspindel 1 eingewechselt. Bei der Rotation des
Wechselgreifers 10 um die Achse 11 wird das Werkzeug 2 aus
der Position A in die Position B bewegt und vom Köcher 16 aufgenommen,
dem das einzuwechselnde Werkzeug 3 entnommen worden ist.
Der Köcher 16 mit
dem Werkzeug 2 wird mittels der Verschiebeeinrichtung 20 in
die Magazinübergabeposition
C verschoben, in der der Köcher 16 in
einen der Halter 67 eingesetzt wird. Anschließend wird
das für
die nächste
Bearbeitung erforderliche Werkzeug an die Magazinübergabeposition
C gebracht.
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Das
Werkzeug 2 hat einen Kühlmittelkanal, durch
den während
der Bearbeitung des Werkstückes
Kühlmittel
zugeführt
wird. Der im Werkzeug 2 befindliche Rest an Kühlmittel
wird während
des Transportes des Werkzeuges 2 mittels der Verschiebeeinrichtung
mit Hilfe einer Ausblaseinrichtung 30 entfernt. Sie ist
beweglich, so daß das
Ausblasen während
des Transports des Werkzeuges 2 von der Bereitstellungsposition
B zur Magazinübergabeposition
C hauptzeitparallel ohne zusätzliche
Stillstandszeiten erfolgen kann.
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Das
Kühlmittel
kann auch durch Absaugen oder dergleichen entfernt werden.
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2 zeigt
im Schnitt die Verschiebeinrichtung 20 mit dem Werkzeug 2 und
der Ausblasvorrichtung 30. Das Werkzeug 2 weist
einen kegeligen Werkzeugschaft 6 auf, der im Köcher 16 in
einer korrespondierenden kegeligen Öffnung 17 aufgenommen
und durch nicht dargestellte Federelemente rastend gehalten wird.
Im Werkzeug 2 ist ein Bohrwerkzeug 7 drehfest
eingespannt, das nahe seiner Drehachse mehrere durchgängige, axiale
Kühlkanäle 8 aufweist,
durch die das Kühlmittel
während
der Bearbeitung des Werkstückes
in bekannter Weise zugeführt
wird. Nach der Bearbeitung wird das Werkzeug 2 im Köcher 16 in
der Verschiebeeinrichtung 20 entlang des Verschiebeweges 21 von
der Bereitstellungsposition B zur Magazinübergabeposition C in der beschriebenen
Weise transportiert (s. 1). Bereits in der Bereitstellungsposition
B wird die Ausblaseinrichtung 30 an eine Druckluftzuführung 31 am Köcher 16 angedockt.
Bei dieser Andockbewegung 33, die vorteilhaft parallel
zur Verschieberichtung 21 erfolgt, wird eine Hülse 34 gegen
die Kraft einer Feder 35 an eine Dichtfläche 18 am
Köcher 16 gedrückt, wobei
ein zusätzliches
Dichtelement 36, vorzugsweise ein Dichtring, eine vollständige Abdichtung
gewährleistet.
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Die
Ausblaseinrichtung 30 ist in einer Platte 42 fest
angebracht, die durch einen Antrieb 40 verschiebbar ist.
Er ist vorteilhaft eine hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Anordnung.
Die Platte 42 sitzt auf einer Kolbenstange 69.
Die Hülse 34 ist in
einer Aufnahme 70 der Platte 42 begrenzt beweglich
gelagert. Die Druckfeder 35 liegt in der Aufnahme 70 und
umgibt die Hülse 34.
Sie steht in Richtung auf den Köcher 16 über die
Platte 42 vor. Die Druckfeder 34 stützt sich
mit einem Ende am Boden der Aufnahme 70 und mit ihrem anderen
Ende an einem im Außendurchmesser
erweiterten Hülsenabschnitt 71 ab, mit
dem die Hülse 34 in
der Aufnahme 70 geführt
ist. In das andere, ebenfalls über
die Platte 42 vorstehende Ende der Hülse 34 ragt die Druckluftzuführung 31.
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Der
Köcher 16 hat
eine Bohrung 19, über
die die Druckluft von der Hülse 34 zugeführt wird.
Ein (nicht dargestelltes) Druckluftventil wird dann geöffnet, wenn
die Druckluftzuführung 31 am
Köcher 16 andockt.
Das Druckluftventil kann aber auch programmgesteuert geöffnet werden.
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Die
Bohrung 19 mündet
in eine axiale Vertiefung 71 des Köchers 16, die ihrerseits
in die Öffnung 17 mündet. Die
Druckluft kann von ihr aus in die Kühlkanäle 8 gelangen.
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Die
Zeit zum vollständigen
Ausblasen des Kühlmittels
ist sehr kurz, weil im Gegensatz zum Stand der Technik nur das Kühlmittel
aus dem Werkzeug 2, insbesondere aus den Kühlkanälen 8,
jedoch nicht aus der Bohrung der Maschinenspindel ausgeblasen werden
muß. Der
Ausblasvorgang erfolgt deshalb innerhalb der Transportzeit der Verschiebeeinrichtung 20,
so daß keine
Stillstandszeiten entstehen. Die Platte 42 weist an ihrem
freien Ende eine vorstehende Nase 44 auf, die in eine Nut 49 im
Köcher 16 formschlüssig eingreift.
Wird die Platte 42 mit dem Antrieb 40 verschoben,
nimmt sie mit ihrer Nase 44 den Köcher 16 mitsamt dem
Werkzeug 2 mit und verschiebt es zwischen den Positionen
B und C. Zur Sicherstellung einer präzisen Verschiebebewegung ist
die Verschiebeeinrichtung 20 mit zueinander parallelen
Führungsbahnen 46 und 47 versehen.
In der Führungsbahn 46 wird
der Köcher 46 und
in der Führungsbahn 47 die
Platte 42 geführt.
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3 zeigt
im Schnitt ein Ketten- oder Scheibenmagazin 15 mit einer
Variante, bei der das Ausblasen der Werkzeuge 2 direkt
im Magazin erfolgt. Die Verwendung dieser Variante bietet sich bevorzugt
beim Pick-up Werkzeugwechselverfahren an. Die Werkzeuge 2 werden
auch hier in Köchern 16 abgelegt
und entlang der Transportbahn 17 in an sich bekannter Weise
bewegt. Die Ausblasvorrichtung 60 ist im Werkzeugmagazin 15 ortsfest
angebracht und hat eine gegen die Kraft wenigstens einer Druckfeder 62 verschiebbare
Hülse 72,
die als Kolben ausgebildet ist, der in einem Zylinder 64 verschiebbar
gelagert ist. Die Druckfeder 62 umgibt die Hülse 72 und stützt sich
mit ihrem einen Ende an einem endseitigen Radialflansch 73 der
Hülse 72 und
mit ihrem anderen Ende an einer Stirnwand 74 des Zylinders 64 ab.
Die Hülse 72 wird
mit dem Radialflansch 73 im Zylinder 64 geführt und
ragt abgedichtet durch die Zylinderstirnwand 74.
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Der
Zylinder 64 ist auf einem Träger 75 des Werkzeugmagazins 15 befestigt.
In den Zylinder 64 mündet
wenigstens eine Bohrung 65, über die Druckmedium, vorzugsweise
Druckluft, in den Zylinderraum gelangen kann. Durch das Druckmedium
wird die Hülse 72 gegen
die Kraft der Druckfeder 62 aus einer eingefahrenen Ruhestellung
in eine Andockstellung aus dem Zylinder 64 ausgefahren.
Die Hülse 72 wird
so weit bewegt, bis sie mit ihrer Stirnseite an der Stirnseite 18 des
Köchers 16 zur
Anlage kommt.
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Die
Hülse 72 wird
von einer Druckluftleitung 61 axial wenigstens teilweise
durchsetzt. Sie ist durch den Zylinder 64 und den Magazinträger 75 nach
außen
geführt
und an eine Druckmittelquelle angeschlossen. In der Stirnseite 18 des
Köchers 16 befindet
sich eine Bohrung 19, über
die die Druckluft in einen Hohlraum 76 des Halters 67 gelangt.
Von hier aus strömt
die Druckluft in den Schaft 6 des Werkzeuges 2 und
in die Kühlkanäle 8.
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Zur
Vermeidung von Kollisionen befindet sich die Hülse 72 während des
Transports der Werkzeuge 2 in einer zurückgezogenen Stellung, in der die
Stirnseite der Hülse 72 bündig mit
der Stirnseite des Zylinders 64 liegt. Nachdem das Werkzeug 2 die Ausblasposition
erreicht hat, wird die Hülse 72 in
der beschriebenen Weise ausgefahren. Sie legt sich an die Stirnseite 18 des
Köchers 16 an.
In der Stirnseite der Hülse 72 befindet
sich vorteilhaft eine die Austrittsöffnung umgebende Dichtung 66,
vorzugsweise ein Dichtring, die sich unter elastischer Verformung
an die Stirnseite 18 des Köchers 16 anlegt. Dadurch wird
eine optimale Abdichtung beim Ausblasvorgang erzielt. Die Andockbewegung 63 erfolgt über den
einfach wirkenden Zylinder 64, der über die Bohrung 65 mit
Druckluft beaufschlagt und durch die Druckfeder 62 zurückgestellt
wird.
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In 3 ist
die Hülse 72 in
einer Zwischenstellung während
der Andockbewegung 63 zur Dichtfläche 18 gezeigt. Das
Werkzeug 2 verbleibt bis zur vollständigen Entfernung des Kühlmittels
in der Ausblasposition.
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Die
Halter 67 werden in jeweils zwei übereinander liegenden Führungen 77, 78 geführt, in
welche die Halter 67 mit Führungsrollen 79 eingreifen. Sie
sind an den freien Enden von Armen 80 drehbar gelagert,
die von den Haltern 67 quer zur Transportrichtung im Werkzeugmagazin 15 abstehen.
Die Führungen 77, 78 sind
durch Profilschienen gebildet und weisen an ihren einander zugewandten
Seiten jeweils einen Schlitz 81, 82 auf, durch
den die Führungsrollen 79 von
unten bzw. von oben in die Führungen 77, 78 ragen.
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Bei
kurzen Werkzeugeinsatzzeiten, wie sie bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
häufig
auftreten, kann dann die dadurch verzögerte Werkzeugbereitstellung
zu Stillstandszeiten führen.
Um dies zu vermeiden, kann in einer weiteren nicht dargestellten Variante
die Ausblasvorrichtung 60 im Magazin mit dem jeweils auszublasenden Werkzeug
entlang der Transportbahn 17 des Werkzeugmagazins 15 mitbewegt
werden. Dadurch kann sofort nach dem Einwechseln eines Werkzeuges
aus der Spindel 1 in das Werkzeugmagazin 15 das
nächste
für die
Bearbeitung vorgesehene Werkzeug bereitgestellt werden.
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Bei
einer weiteren (nicht dargestellten) Variante erfolgt das Ausblasen
der Werkzeuge im Wechselgreifer 10.
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Das
Kühlmittel
kann auch durch Absaugen, Verdampfen und dergleichen entfernt werden.
Die Verwendung von Druckluft als Reinigungsmittel hat den Vorteil,
daß die
Druckluft in der Regel bei Bearbeitungsmaschinen zur Verfügung steht.