DE19861306B4

DE19861306B4 - Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug

Info

Publication number: DE19861306B4
Application number: DE19861306A
Authority: DE
Inventors: Achim Feinauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: DE19835677B4; DE19835677A1; DE19861489B4; DE19835677C5

Abstract

Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem innenliegenden Kanal (10) für das Kühl-/Schmiermittel ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für das Kühl-/Schmiermittel hat, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugaufnahme ein das Kühl- und Schmiermittel von einem zentrischen Anschluss (4) zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) führendes Einsatzteil (18, 26) vorgesehen ist, welches einen Verbindungskanal mit einem vom Anschluss (4) zum Werkzeug (6) hin gleichbleibenden oder abnehmenden Durchflussquerschnitt definiert und auf der dem Werkzeug zugewandten Seite zumindest einen Kanal (28) definiert, der eine Geometrie hat, die an diejenige des eingespannten Werkzeugs (6) angepasst ist, und der derart radial schräg nach außen geführt ist, dass seine Mündungsstelle axial mit dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug (6) fluchtet, wobei die Relativpositionierung der fluchtenden Kanäle (10, 28) über eine Verzahnung (12) zwischen Werkzeug (6) und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl-/Schmiermittel in ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Werkzeug zur Verwendung mit einer solchen Vorrichtung.
Derartige Vorrichtungen werden dazu verwendet, um Kühl-/Schmiermittel von einer Werkzeugmaschine zu einem Bearbeitungswerkzeug zu führen, das mit einer Werkzeugaufnahme (Spannfutter, Schrumpffutter etc.) versehen oder als monolithisches Werkzeug ausgebildet ist. Derartige Hochleistungswerkzeuge haben sich in Axialrichtung zur Schneide hin erstreckende innenliegende Kühl-/Schmiermittelkanäle, durch die hindurch das Kühl-/Schmiermittel oder ein anderes Kühl-/Schmiermedium in den Zerspanungsbereich geleitet werden kann. Diese innenliegenden Kanäle sind vielfach außermittig angeordnet, beispielsweise dann, wenn sie in den wendelförmigen Bohrerstegen liegen. Häufig hat die Werkzeugmaschine einen axial verschiebbaren Auswerfer, über den das Werkzeug ausgestoßen werden kann. Die Übergabe des Kühl-/Schmiermittels von der Maschine zum Werkzeug erfolgt vorzugsweise in zentrisch und in axialer Richtung.
Das Kühl-/Schmiermittel tritt in der Regel durch die Spindel und/oder den Auswerfer in den oder die Kanäle des Werkzeuges ein. Zur Verbesserung des Strömungsüberganges wird der werkzeugmaschinenseitige Anschluss als Düse ausgebildet, die in ein mit der Werkzeugaufnahme verbundenes Röhrchen eintaucht, so dass das Kühl-/Schmiermittel über das Röhrchen und den sich anschließenden Bereich der Werkzeugaufnahme hin zum Werkzeug geführt ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Gas-/Flüssigkeitsgemischen (Fettalkohol, Öl) zeigte es sich, dass im Strömungsbereich zwischen der Düse und dem Werkzeug ein erheblicher Staudruck auftreten kann, der zu einer Entmischung des Gemisches führen kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart zu verbessern, dass eine zuverlässige Zuführung eines Kühl-/Schmiermittels von der Werkzeugmaschine zu einem Werkzeug gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das dem Werkzeug zuzuführende Kühl-/Schmiermittel gerichtet mit einem vorbestimmten, optimierten Strömungspfad vom Anschluss zum Werkzeug geführt, so dass definierte Durchflussbedingungen geschaffen werden.
Aufgrund der Relativpositionierung zwischen Werkzeug und Einsatzteil fluchtet zumindest ein radial schräg nach außen geführter Kanal axial mit zumindest einem innen liegenden Kanal im Werkzeug. Dadurch wir ein definierter Strömungspfad für das Kühl- und Schmiermittel geschaffen und unerwünschte Entmischungen eines aus Luft und Öl bestehenden Gemisches vermieden, so dass insbesondere bei Minimalmengenschmierung (MMS) an der Schneide eine gleichbleibende gute Qualität der Schmiermittelversorgung sichergestellt wird.
Das Einsatzteil kann in optimaler Weise an die Geometrie der Werkzeuge angepasst werden, so dass in diesen keine Einrichtungen zur Verbesserung des Strömungsüberganges, wie beispielsweise Dichteinrichtungen, trichterförmige Einführöffnungen, etc. ausgebildet werden müssen. Dies hat insbesondere bei Werkzeugen aus Hartmetall erhebliche Kostenvorteile zur Folge, da die Ausbildung dieser Einrichtungen einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordern würde. Das Einsatzteil kann Bestandteil einer Verbindungshülse sein, die somit an die Werkzeuggeometrie wesentlich einfacher anpassbar ist, da sie aus vergleichsweise einfach zu bearbeitenden Materialen herstellbar ist. Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn Gas-/Flüssigkeitsgemische eingesetzt werden. Denn in diesem Fall wird die Kühl-/Schmiermittelwirkung gerade dadurch verbessert, weil der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals vom werkzeugmaschinenseitigen Anschluss zum Werkzeug hin gleich bleibt oder aber abnimmt, wodurch ein Staudruck durch eine Querschnittsverengung verhindert wird. Folglich kann die Emulsion in dem vorbestimmten Mischungsverhältnis in die Werkzeugkanäle eintreten.
Eine optimale Anlage einer das Einsatzteil aufnehmenden Verbindungshülse sowohl am Werkzeug als auch an dem werkzeugmaschinenseitigen Anschluss ist gewährleistet, wenn diese federnd in der Werkzeugaufnahme oder an der Werkzeugmaschine gelagert ist.
Diese federnde Lagerung kann beispielsweise über eine mechanische Feder, durch geeignete hydraulisch oder pneumatisch wirkende Einrichtungen oder auf sonstige Weise erfolgen.
Die dichtende Anlage des Einsatzteils an Werkzeug lässt sich weiter verbessern, wenn eine das Einsatzteil aufnehmende Verbindungshülse zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Hülsenteile über eine Druckfeder gegen die jeweiligen Anlageflächen gespannt werden. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der werkzeugmaschinenseitige Hülsenteil den werkzeugseitigen Hülsenteil überlappend umgreift.
Bevorzugterweise können zumindest im Übergangsbereich zum werkzeugmaschinenseitigen Anschluss Dichtungseinrichtungen vorgesehen sein.
Werkzeugaufnahmen und monolithische Werkzeuge werden in der Regel mit Leitungen oder Röhrchen zur Kühlmittelzufuhr ausgeführt, die in dichtende Anlage an den werkzeugmaschinenseitigen Anschluss bringbar sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für derartige Werkzeugaufnahmen taucht die Verbindungshülse in das Röhrchen ein oder durchsetzt dieses.
Eine vorstehend beschriebene Verbindungshülse lässt sich besonders vorteilhaft bei Konstruktionen einsetzen, bei denen der werkzeugmaschinenseitige Anschluss als Düsenkörper ausgebildet ist, der gleichzeitig als Auswerfer für das Werkzeug dient.
Sonstige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Zwar ist aus dem Dokument DE 87 04 477 U1 ein innen gekühltes Bohrwerkzeug bekannt geworden, das aus Werkzeugspirale und Spannschaft besteht und bei dem die Werkzeugspirale unter Abdichtung ihrer Kühlkanäle gegen den Innenraum einer Spannzange gegen eine mit einer zentrischen Ausnehmung versehene Justierschraube pressbar ist. Zwischen Werkzeugspirale und der Justierschraube befindet sich ein auf der Werkzeugspirale aufgelöteter Stützkörper, der auf der der Werkzeugspirale zugewandten Seite eine konische Ausnehmung für den Eingriff einer komplementär geformten Stirnseite der Werkzeugspirale sowie Ausnehmungen aufweist, welche die Mündungsöffnungen der Kühlkanäle mit einer zentrischen Durchgangsbohrung verbindet.
Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Stützkörper allerdings neben der Durchgangsbohrung eine diametral verlaufende Nut, die radial so weit nach außen geführt ist, dass sie in Fluchtung mit den Mündungsöffnungen der Kühlkanäle liegt. Der Strömungsquerschnitt von der Durchgangsbohrung zur Nut hin nimmt also zu.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine. Diese hat eine Spindel 2, in der ein Düsenkörper 4 zur Kühl-/Schmiermittelzufuhr der Werkzeugmaschine axial verschiebbar geführt ist. Die axial verschiebbare Anordnung des Düsenkörpers 4 ermöglicht es, dass dieser gleichzeitig auch als Auswerfer für ein Werkzeug 6 wirken kann, das in einer an der Spindel 2 befestigten Werkzeugaufnahme 8, beispielsweise einem hydraulischen Spannfutter eingespannt ist.
Das in der Figur dargestellte Werkzeug 6 hat Kanäle 10 zur Zuführung von Kühl-/Schmiermittel zu einer nicht dargestellten Werkzeugschneide. Derartige Werkzeuge 6sind in der Regel aus Hartmetall oder sonstigen besonders verschleißfesten Materialien hergestellt.
Die hydraulische Spannkupplung ist mit einer Hydrodehnhülse ausgeführt, über die das Werkzeug 6 festgespannt wird. Derartige Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden kann.
In der Axialbohrung 14 der Werkzeugaufnahme 8 ist eine Verbindungshülse 16 gelagert, die sich von dem Endabschnitt des Werkzeugs 6 hin zum Düsenkörper 4 erstreckt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungshülse 16 mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil 18 und einem düsenseitigen Hülsenteil 20 ausgebildet. Das in der Figur links angeordnete Hülsenteil 18 hat einen radial zurückgesetzten Führungsvorsprung 22, der abschnittsweise in einen entsprechend ausgebildeten Führungsvorsprung 24 des düsenseitigen Hülsenteils 20 eintaucht. Die beiden vom Überlappungsabschnitt entfernten Endabschnitte der Hülsenteile 18, 20 sind in Radialrichtung vergrößert. Der vergrößerte Teil des Hülsenteils 18 bildet einen Aufnahmeabschnitt für einen auswechselbaren Einsatz 26, in dem Kanäle 28 ausgebildet sind. Die Geometrie dieser Kanäle 28 ist an diejenige der eingespannten Werkzeuge 6 angepasst. Die Auswechselbarkeit der Einsätze 26 ermöglicht es, die Verbindungshülse 16 auf einfache Weise an unterschiedliche Werkzeuggeometrien anzupassen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Einsatz 26 in den Endabschnitt des Hülsenteils 18 eingeschraubt.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hülsenteil 18 mit einem Außengewinde des in 1 linken Endabschnitts in die Axialbohrung 14 eingeschraubt. Durch diese Schraubverbindung ist die Axialposition des Hülsenteils 18 zur Anpassung an unterschiedliche Werkzeuggeometrien einstellbar. Bei monolithischen Werkzeugen mit integrierter Werkzeugaufnahme wird das Hülsenteil 18 von rechts auf Anschlag eingeschraubt, da eine Axialanpassung nicht erforderlich ist.
An den einander zuweisenden Stirnflächen des Werkzeugs 6 und des Hülsenteils 18 bzw. des Einsatzes 20 sind gestrichelt angedeutete Verzahnungselemente 12angebracht, die eine Relativpositionierung der Kanäle 10, 28 ermöglichen. Der Einsatz 26 kann auch einstückig mit dem Hülsenteil 16 ausgeführt werden.
Der radial vergrößerte Endabschnitt des Hülsenteils 20 ist mit einer Anlagefläche 30 ausgebildet, dessen Geometrie an die entsprechende Anlagefläche des Düsenkörpers 4 angepasst ist. In der Anlagefläche 30 können am Hülsenteil 24 geeignete Dichteinrichtungen, beispielsweise ein O-Ring 32 aufgenommen werden.
An den einander zuweisenden Radialschultern 34 und 36 der Hülsenteile 18, 20 ist eine Druckfeder 38 abgestützt, über die das Hülsenteil 20 gegen die Anlagefläche des Düsenkörpers 4 vorgespannt ist.
Wie des weiteren aus der Figur entnehmbar ist, hat die Werkzeugaufnahme 8 an ihrem düsenkörperseitigen Abschnitt ein Röhrchen 40 zur Kühlmittelzufuhr, in das der Düsenkörper 4 sowohl in seiner Grundposition als auch in seiner Auswurfstellung eintaucht oder das vom Düsenkörper 4 durchsetzt ist. Das Röhrchen 40 ist beispielsweise über zwei O-Ringe elastisch in der Werkzeugaufnahme 8 gelagert, so dass es beim Ansetzen ausweichen kann. Die Befestigung des Röhrchens 40 erfolgt über ein Fixiermutter 44. In 1 ist mit durchgezogenen Linien die Variante dargestellt, bei der die Verbindungshülse 16 in das Röhrchen 40 eintaucht. Bevorzugt wird die gestrichelt angedeutete Ausführungsform, bei der das Hülsenteil 20' das Röhrchen 40' durchsetzt und aus diesem hervorsteht. Der Endabschnitt des Röhrchens 40' ist umgebördelt und dient als Verliersicherung für ein Dichtungselement 49.
In der Innenbohrung des Röhrchens 40 für die erstgenannte Variante ist ein Axialanschlag 46 für den düsenkörperseitigen Hülsenteil 20 ausgebildet.
Der obere Teil der Figur zeigt die Verbindungshülse 16 in ihrer Grundposition bei gespannter Werkzeugaufnahme, d. h. bei unbetätigtem Auswerfer 50. Bei Betätigung des Auswerfers 50 läuft dieser auf eine Anschlagschulter 52 der Werkzeugaufnahme 8 auf, so dass diese ausgestoßen wird. Bei dieser Auswerfbewegung wird auch der Düsenkörper 4 nach links (1) bewegt und schiebt die Verbindungshülse 16 zusammen. Der untere Teil der Figur zeigt die zusammengeschobene Verbindungshülse 16 bei betätigtem Auswerfer. Wie die Darstellung zeigt, verjüngt sich der Strömungsquerschnitt der Verbindungshülse vom Düsenkörper 4 weg hin zum Werkzeug 6, so dass die eingangs genannten Entmischungsvorgänge nicht oder nur vermindert auftreten können. Der Düsenkörper 4 kann bei einer vereinfachten Ausführungsform als Rohr ausgebildet sein. Für die Erfindung ist es unerheblich, ob das Öl-/Gasgemisch in der Spindel oder außerhalb, beispielsweise im Bereich der Werkzeugaufnahme, gebildet wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass es entscheidend darauf ankommt, den Strömungskanal vom Anschluss 4 zum Werkzeug definiert und mit gleichbleibendem oder sich verjüngendem Querschnitt auszubilden, wodurch ein definierter Strömungspfad für das Kühl-/Schmiermittel geschaffen wird. Dadurch gelingt es, unerwünschte Entmischungen eines aus Luft und Öl bestehenden Gemischs, wie es z. B. bei der MMS-(Mininimalmengenschmierung)Technologie verwendet wird, zu vermeiden und die Qualität des Schmiermittels an der Schneide gleich bleibend gut zu halten.
Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem innenliegenden Kanal (10) für das Kühl-/Schmiermittel ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für das Kühl-/Schmiermittel hat. Um insbesondere bei Minimalmengenschmierung (MMS) an der Schneide eine gleich bleibend gute Qualität der Schmiermittelversorgung sicher zu stellen, ist in der Werkzeugaufnahme ein das Kühl- und Schmiermittel von einem zentrischen Anschluss (4) zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) führendes Einsatzteil (18, 26) vorgesehen. Das Einsatzteil definiert einen Verbindungskanal mit einem vom Anschluss (4) zum Werkzeug (6) hin gleichbleibenden oder abnehmenden Durchflussquerschnitt und auf der dem Werkzeug zugewandten Seite zumindest einen Kanal (28), der radial schräg nach außen zu einer Stelle geführt ist, die axial mit dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug fluchtet. Ferner wird ein Werkzeug geschaffen, das sich zur Verwendung mit einer solchen Vorrichtung eignet.

Claims

Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem innenliegenden Kanal (10) für das Kühl-/Schmiermittel ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für das Kühl-/Schmiermittel hat, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugaufnahme ein das Kühl- und Schmiermittel von einem zentrischen Anschluss (4) zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) führendes Einsatzteil (18, 26) vorgesehen ist, welches einen Verbindungskanal mit einem vom Anschluss (4) zum Werkzeug (6) hin gleichbleibenden oder abnehmenden Durchflussquerschnitt definiert und auf der dem Werkzeug zugewandten Seite zumindest einen Kanal (28) definiert, der eine Geometrie hat, die an diejenige des eingespannten Werkzeugs (6) angepasst ist, und der derart radial schräg nach außen geführt ist, dass seine Mündungsstelle axial mit dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug (6) fluchtet, wobei die Relativpositionierung der fluchtenden Kanäle (10, 28) über eine Verzahnung (12) zwischen Werkzeug (6) und Einsatzteil (18, 26) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Werkzeug (6) am Einsatzteil (18, 26) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (18, 26) axial verstellbar in der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil einen auswechselbaren Einsatz (26) hat, dessen Geometrie an die Kanalgeometrie und -anordnung des Werkzeuges (6) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss als axial verschiebbarer Düsenkörper (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung von Verzahnungselementen (12) an einander zuweisenden Stirnflächen des Werkzeugs (6) und des Einsatzteils (18, 20) bzw. eines darin liegenden Einsatzes (26) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungselemente radial außerhalb des zumindest einen Kanals (10) im Werkzeug (6) vorgesehen sind.
Werkzeug zur Verwendung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem zylindrischen Spannschaft und zumindest einem zur Achse versetzten, axial durchgehenden, und zu einer Werkzeugschneide führenden, innen liegenden Kühl-/Schmierkanal, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) auf seiner dem Schneidteil abgewandten Seite eine Stirnfläche hat, in der die Mündungsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmierkanals liegt, die auf eine Stirnfläche eines zur fluchtenden Einspeisung von Kühl-/Schmiermittel dienenden Einsatzteils zu weist, und die eine Verzahnung (12) zur Relativpositionierung bezüglich des Einsatzteils aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Hartmetall besteht.