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Bearbeitungsvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Steilkegelwerkzeug,
dessen Kegelschaft endseitig einen Kupplungskopf trägt, einer um ihre Achse rotierend
antreibbaren, hohlen Arbeitsspindel, die endseitig mit einem Aufnahmekonus für den
Kegelschaft versehen ist, einer in der Arbeitsspindel axial verschiebbaren Zugstange,
deren werkzeugseitiges Ende mit dem Kupplungskopf verriegelbar ist und mit einer
Kühlmittelzuführeinrichtung, deren Kühlmittelkanäle sich zumindest abschnittsweise
durch das Steilkegelwerkzeug und die Zugstange hindurch erstrecken und im Kühlmittelweg
zwischen dem Steilkegelwerkzeug und der Zugstange lösbar miteinander verbunden sind.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 74 21 499 ist eine Werkzeugmaschine
bekannt, deren Steilkegelwerkzeuge mittels einer in einer hohlen Arbeitsspindel
verschiebbar geführten Zugstange in einen Aufnahmekonus der Arbeitsspindel eingezogen
werden können. Um dem Werkzeug Kühlmittel über die Arbeitsspindel zuführen zu können,
weist das Steilkegelwerkzeug
einen Kühlmittelkanal auf, der im
Bereich des Kegelschafts bzw. des Aufnahmekonus in einen Kühlmittelkanal der Arbeitsspindel
übergeht. Im Bereich der Austrittsstelle' des Kühlmittelkanals der Arbeitsspindel
ist ein bei Rotation der Arbeitsspindel fliehkraftbetätigt öffnendes Ventil vorgesehen,
welches bei stillstehender Arbeitsspindel schließt und das Ausfließen des Kühlmittels
verhindert Das Ventil verhindert aber nicht, daß beim Abnehmen des Steilkegelwerkzeugs
Kühlmittelreste in den Aufnahmekonus fließen und diesen verschmutzen Darüber hinaus
muß beim Einsetzen des Steilkegelwerkzeugs darauf geachtet werden, daß die Kühlmittelkanäle
des Kegelschafts und des Aufnahmekonus zueinander ausgerichtet sind Aus der VDI-Zeitung
123 (1981) Nr. 14, Seite 188 ist eine andere Werkzeugmaschine bekannt, bei der das
Kühlmittel über eine Axialbohrung der Zugstange zugeführt und im Bereich des Steilkegelwerkzeugs
in einen Kühlmittelkanal der Arbeitsspindel übergeleitet wird. Das Steilkegelwerkzeug
trägt außerhalb des Aufnahmekonus der Arbeitsspindel eine Rohrkupplung, über die
ein Kühlmittelkanal des Steilkegelwerkzeugs mit dem Kühlmittelkanal der Arbeitsspindel
verbunden werden kann. Diese Lösung bringt eine Verbesserung hinsichtlich der Verschmutzungsgefahr
des Aufnahmekonus. Allerdings müssen hier die vergrößerten Schaftabmessungen des
Steilkegelwerkzeugs in Kauf genommen werden und es muß zusätzlich die Arbeitsspindel
bearbeitet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der durch die Arbeitsspindel
erfolgenden Kühlmittelzufuhr zu einem Steilkegelwerkzeug derart, daß das Kühlmittel
gleichachsig zur Arbeitsspindel in das Steilkegelwerkzeug eingeleitet werden kann,
ohne daß beim Abnehmen des Steilkegelwerkzeugs der Aufnahmekonus der Arbeitsspindel
verschmutzt würde.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steilkegelwerkzeug
oder die Zugstange eine mit dem Kühlmittelkanal dieses Teils verbundene, zum jeweils
anderen Teil hin offene, zentrische Tasche und das jeweils andere Teil einen mit
dessen Kühlmittelkanal verbundenen, abgedichtet in die Tasche einsteckbaren axialen
Rohrstutzen aufweist und daß der Innenmantel der Tasche eine den eingesteckten Rohrstutzen
umschließende Ringnut aufweist, die mit wenigstens einem quer zur Drehachse aus
der Tasche in den Außenraum führenden Leckkanal verbunden ist.
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Die Ringnut bildet einen Sammelraum, der das beim Abnehmen des Steilkegelwerkzeugs
trotz des geschlossenen Sperrventils noch ausfließende Kühlmittel bzw. das trotz
der Abdichtung zwischen Tasche und Rohrstutzen durchleckende Kühlmittel über die
Leckkanäle nach außen abführt.
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Die Tasche ist bevorzugt im Kegelschaft des Steilkegelwerkzeugs vorgesehen
und öffnet sich zur axialen Stirnseite des Kupplungskopfs, während der Leckkanal
durch den Kegelschaft hindurch vor die Öffnung des Aufnahmekonus geführt ist. Bei
rotierender Arbeitsspindel wird das in die Ringnut leckende Kühlmittel vor dem Aufnahmekonus
abgeschleudert. Kühlmittel, welches sich bei stillstehender Arbeitsspindel noch
in der Ringnut sammeln sollte, wird beim Entnehmen des Steilkegelwerkzeugs mitgenommen,
wobei die gegen den Rohrstutzen abgedichtete Tasche zusätzlich noch den Rohrstutzen
abstreift.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrventil im Rohrstutzen
angeordnet und mittels eines Steuerglieds des Steilkegelwerkzeugs steuerbar. Das
Sperrventil verschließt zweckmäßigerweise die Mündung des Rohrstutzens, so daß das
vor dem Rohrstutzen verbleibende Kühlmittelrestvolumen sehr klein bleibt. Das Steuerglied
des Steilkegelwerkzeugs öffnet das Sperrventil mechanisch, wenn der Rohrstutzen
die Ringnut der Tasche vollständig durchsetzt.
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Zweckmäßigerweise ist auch im Kühlmittelweg des Steilkegelwerkzeugs
ein Sperrventil vorgesehen, welches in ähnlicher Weise von einem Steuerglied der
Zugstange steuerbar ist.
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Das Sperrventil des Steilkegelwerkzeugs, welches zur Minderung des
Kühlmittelrestvolumens dem Sperrventil des Rohransatzes möglichst dicht benachbart
ist, verhindert das Rückfließen von Kühlmittel, welches sich gegebenenfalls noch
im Kühlmittelkanal des Steilkegelwerkzeugs befindet.
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Das Sperrventil des Steilkegelwerkzeugs sitzt bevorzugt in einer in
der Tasche axial verschiebbaren Hülse, die federnd auf den in die Tasche eingesteckten
Rohrstutzen zu vorgespannt ist. Die Hülse stellt unabhängig von der Position der
Zugstange relativ zum Steilkegelwerkzeug einen gleichbleibenden Abstand der beiden
Sperrventile voneinander und von den ihnen zugeordneten Steuergliedern sicher Die
Sperrventile weisen jeweils verschiebbar gelagerte Ventilkörper auf, die federnd
auf den Ventilkörpern des jeweils anderen Sperrventils zu vorgespannt sind. Bei
geschlossenem Sperrventil ragen die Ventilkörper über die Stirnseite des Rohransatzes
bzw. der Hülse vor und bilden zugleich das Steuerglied für das jeweils andere Sperrventil.
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Die Vorspannkraft des in der Hülse des Steilkegelwerkzeugs angeordneten
Ventilkörpers ist gleich oder größer als die Vorspannkraft des Ventilkörpers des
Rohrstutzens. Bei in seiner Betriebsstellung sich befindendem Steilkegelwerkzeug
ist das Sperrventil des Rohrstutzens ständig geöffnet, während das Sperrventil des
Steilkegelwerkzeugs je nach der Größe der Vorspannkraft entweder bereits ebenfalls
geöffnet ist oder durch den die Vorspannkraft überwindenden Druck des Kühlmittels
geöffnet wird.
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Um die Kühlmittelkanäle und die Leckkanäle des Steilkegelwerkzeugs
möglichst einfach fertigen zu können, weist der Kegel schaft bevorzugt eine zu seiner
Drehachse zentrische, mit einem Innengewinde versehene Bohrung auf, in die eine
Gewindehülse
eingeschraubt ist, deren Innenmantel die Tasche bildet und deren über den Kegelschaft
vorstehender Teil als Kupplungskopf ausgebildet ist. Der gegenüber dem Durchmesser
des Innengewindes vergrößerte Kupplungskopf dichtet die von der benachbarten Stirnseite
des Kegelschafts her eingearbeiteten Leckkanäle ab. Die durch den Kegelschaft führenden
Leckkanäle lassen sich dadurch mit der im Kupplungskopf vorgesehenen Ringnut verbinden,
daß die Gewindehülse zwischen Gewinde und Kupplungskopf innerhalb der Gewindebohrung
mit einer Außenumfangsnut versehen ist, daß die Ringnut über eine oder mehrere über
den Umfang verteilte Verbindungsbohrungen mit der Außenumfangsnut verbunden ist
und daß der Leckkanal bzw. die gegebenenfalls über den Umfang verteilten Leckkanäle
des Kegelschafts in der Außenumfangsnut münden. Jeder Leckkanal ist bevorzugt als
etwa parallel zu Kegelmantellinien des Kegelschafts verlaufende Sackbohrung ausgebildet,
die axial außerhalb des Aufnahmekonus über radiale Stichbohrungen mit dem Außenmantel
des Steilkegelwerkzeugs verbunden ist.
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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt einen Axiallängsschnitt durch
eine Arbeitsspindel mit zentraler Kühlmittel zuführung und eingesetztem Steilkegelwerkzeug
in zwei Positionen ihrer Zugstange, wobei das Steilkegelwerkzeug in der oberen Hälfte
der Zeichnung in seiner in die Arbeitsspindel eingezogenen und mit der Zugstange
verriegelten Stellung zeigt und in der unteren Stellung das Steilkegelwerkzeug in
ungespannter und entriegelter Stellung dargestellt ist.
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Das werkzeugseitige axiale Ende einer in nicht näher dargestellter
Weise drehbar gelagerten und rotierend angetriebenen, hohlen Arbeitsspindel 1 weist
einen zu diesem Ende hin sich erweiternden gleichachsigen Aufnahmekonus 3 für einen
Kegelschaft 5 eines ansonsten nicht näher dargestellten Steilkegelwerkzeugs 7, beispielsweise
eines Bohrers oder Fräsers auf. Im Inneren der Arbeitsspindel 1 ist eine
Zugstange
9 axial verschiebbar geführt, die an ihrem werkzeugseitigen Ende eine an einem Kupplungskopf
11 des Steilkegelwerkzeugs 7 angreifende Spannzange 13 trägt. Ein nicht dargestelltes,
zwischen der Arbeitsspindel 1 und der Zugstange 9 eingespanntes Federpaket zieht
den Kegelschaft 5 des Steilkegelwerkzeugs 7 in den Aufnahmekonus 3 ein, wobei die
Spannzange 13 selbsttätig verriegelt wird. Die Spannstellung ist in der oberen Hälfte
der Figur dargestellt.
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Ein ebenfalls nicht dargestellter, in Gegenrichtung zwischen der Arbeitsspindel
1 und der Zugstange 9 wirksamer Hydraulikantrieb verschiebt die Zugstange 9 gegen
die Kraft der Federpakets auf das Steilkegelwerkzeugs 7 zu, wobei die Spannzange
13 selbsttätig geöffnet und das Steilkegelwerkzeug 7 ausgestoßen wird. Zur Erhöhung
der Zugkraft der Zugstange 9 kann zwischen das Federpaket und die Zugstange ein
Keilgetriebe geschaltet sein, wie es beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
27 41 166 dargestellt ist.
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Die Spannzange 13 umfaßt mehrere, mit gleichen Winkelabständen an
einer Lagerhülse 15 der Zugstange 9 radial schwenkbar gelagerte Sperrklinken 17.
Die Sperrklinken 17 tragen im Bereich ihres dem Kupplungskopf 11 abgewandten Endes
eine radial nach innen weisende, in eine Ringnut 19 der Lagerhülse 15 eingreifende
Nase 21, die auf einem Ringwulst 23 am Boden der Ringnut 19 kippbar aufliegt. Auf
der dem Kupplungskopf 11 axial abgewandten Seite des Ringwulstes 23 umspannt eine
Ringfeder 25 sämtliche Sperrklinken 17 und zwängt das dem Kupplungskopf 11 zugewandte,
mit einer radial nach innen weisenden Klaue 27 versehene Ende jeder Sperrklinke
17 radial nach außen, wie dies für die untere Sperrklinke der Figur dargestellt
ist. In ihrer radial nach innen geschwenkten Stellung greift die Klaue 27 in eine
Ringnut 29 des Kupplungskopfs 11 ein, wie die in der Figur oben dargestellte Sperrklinke
17 zeigt. Die Schwenkstellung der Sperrklinke 17 wird, abhängig von der Stellung
der Zugstange 9, von einer zum Steilkegelwerkzeug 7 weisenden, schräg zur Drehachse
verlaufenden Ringschulter 31 der Arbeitsspindel 1 gesteuert,
die
mit einer von jeder Sperrklinke 17 radial nach außen weisenden, nockenartigen Nase
33 zusammenwirkt. Die Nase 33 wird in der SpannStellung der Zugstange 9 von einer
an die Ringschulter 31 anschließenden Durchmesserverringerung 35 in Eingriff mit
der Ringnut 29 des Kupplungskopfs 11 gehalten.
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Dem Steilkegelwerkzeug 7 kann über einen gleichachsig dazu und zur
Arbeitsspindel 1 verlaufenden Kühlmittelweg Kühlmittel zugeführt werden. Das Kühlmittel
wird über eine nicht näher dargestellte Drehkupplung einem die Zugstange bildenden
Zugrohr 39 zugeführt, auf dessen werkzeugseitiges, axiales Ende die Lagerhülse 15
mit einem O-Ring 41 abgedichtet aufgeschraubt ist. Die Lagerhülse 15 ist ihrerseits
in einer Lagerbohrung 43 der Arbeitsspindel 1 verschiebbar geführt und mit einem
weiteren O-Ring 45 gegen die Lagerbohrung 43 abgedichtet. Das werkzeugseitige, axiale
Ende der Lagerhülse 15 trägt einstückig einen zylindrischen Rohransatz 47, der in
eine taschenartige, zylindrische Öffnung 49 des Kupplungskopfs 11 bzw. des Kegelschafts
5 eingesteckt ist. In axialer Verlängerung der öffnung 49 schließt sich ein zu den
Schneidflächen des Steilkegelwerkzeugs führender Kühlmittelkanal 51 an. Im Bereich
des Kupplungskopfs 11 umschließt eine im Innenmantel der öffnung 49 vorgesehene
Ringnut 53 den in die Öffnung 49 eingesteckten Rohrstutzen 47. Zwei in Ringnuten
am Innenumfang der öffnung 49 axial beiderseits der Ringnut 53 vorgesehene O-Dichtringe
dichten die Ringnut 53 gegen den Rohrstutzen hin ab. Die Ringnut 53 ist über mehrere
mit gleichen Winkelabständen um die Drehachse herum angeordnete Leckkanäle 59 mit
dem Außenraum verbunden. Die Ringnut 53 bildet einen Sammelraum für aus dem Rohrstutzen
47 ausgetretenes Kühlmittel, welches über die Leckkanäle 59 abfließen kann, ohne
daß es den Aufnahmekonus 3 der Arbeitsspindel 1 verschmutzt.
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Der Kegelschaft 5 des Steilkegelwerkzeugs 7 weist eine zur Zugstange
9 hin offene Gewindebohrung 61 auf, in die eine
vom Kupplungskopf
11 axial abstehende Gewindehülse 63 eingeschraubt und mit einem O-Ring 65 abgedichtet
ist. Der Außendurchmesser der Gewindehülse 63 ist kleiner als der stoß frei in den
Kegelschaft 5 übergehende Außendurchmesser des Kupplungskopfs 11. Der Kupplungskopf
11 bildet eine zum Kegelschaft 5 weisende, mit einem O-Ring 67 gegen dessen Stirnseite
abgedichtete, axial gerichtete Schulter 69. In der den Übergang von der Gewindehülse
63 zur Schulter 69 bildenden Kehle ist eine Umfangsnut 71 vorgesehen, die durch
schräg vom Kegelschaft 5 nach innen zur Drehachse gerichtete Bohrungen 73 mit der
Ringnut 53 verbunden ist. Im Kegelschaft 5 verlaufen parallel zu den Kegelmantellinien
Sackbohrungen 75, die an der Ringnut 71 münden und bis über das werkzeugseitige
axiale Ende der Arbeitsspindel 1 hinausreichen. Außerhalb des Aufnahmekonus 3 sind
die Sackbohrungen 75 über radiale Stichbohrungen 77 mit dem Außenraum verbunden.
Das in die Ringnut 53 eingeflossene Kühlmittel wird über die Bohrungen 73, 75 und
77 bei rotierender Arbeitsspindel 1 abgeschleudert. Die radial außen liegenden Flächen
dieser Bohrungen gehen stufenlos ineinander über, so daß auch bei stehender, waagrechter
Arbeitsspindel ein im wesentlichen stufenloser Abt flußweg gegeben ist.
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Der Rohrstutzen 47 enthält ein Sperrventil 79, welches den Kühlmittelfluß
bei abgenommenem Steilkegelwerkzeug 7 selbsttätig sperrt. Das Sperrventil 79 umfaßt
einen in dem Rohransatz verschiebbaren Stift 81, der an seinem werkzeugfernen Ende
in einer für Kühlmittel durchlässigen Ringscheibe 83 verschiebbar geführt ist. An
seinem anderen Ende trägt der Stift 81 eine elastische Ringdichtung 85, die von
einer zwischen der Ringdichtung 85 und der Ringscheibe 83 eingespannten Schraubendruckfeder
87 gegen einen an der axialen Stirnseite des Rohrstutzens 47 nach radial innen vorspringenden
Ventilsitz 89 gedrückt wird. Als Widerlager für die Ringdichtung 85 dient ein bei
geschlossenem Sperrventil über die Stirnseite des Rohrstutzens 47 axial vorstehender
Kopf 91, der Stange 81. Die Ringscheibe 83 stützt sich an
einer
von der Seite des Zugrohrs 39 her in die Lagerhülse 15 eingeschraubten Hülse 93
ab.
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In dem innerhalb der Gewindehülse 63 verlaufenden Teil der Öffnung
49 sitzt axial verschiebbar eine Hülse 95, die an ihrem werkzeugseitigen axialen
Ende einen in einer Durchmesservergrößerung 97 der Öffnung 49 geführten, nach außen
vorspringenden Ringbund 99 trägt. Eine zwischen der Hülse 95 und einem Widerlager
101 im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Gewindehülse 63 eingespannte Schraubendruckfeder
103 spannt die werkzeugferne Stirnseite der Hülse 95 gegen die Stirnseite des Rohransatzes
47. Innerhalb der Hülse ist ein weiteres Sperrventil 105 vorgesehen, welches gleichartig
zum Sperrventil 79 aufgebaut ist und beim Abnehmen des Steilkegelwerkzeugs 7 das
Rückfließen des Kühlmittels aus dem Kanal 51 verhindert. Das Sperrventil 105 umfaßt
einen an seinem werkzeugnahen Ende über eine für Kühlmittel durchlässige Ringscheibe
107 in der Hülse 95 geführten Stift 109, der an seinem anderen Ende eine elastische
Ringdichtung 111 trägt. Eine den Stift 109 umschließende, zwischen der Ringscheibe
107 und der Ringdichtung 111 eingespannte Schraubendruckfeder 113 drückt die als
Ventilkörper dienende Ringdichtung 111 gegen einen von der werkzeugfernen Stirnseite
der Hülse 95 nach radial innen vorspringenden Ventilsitz 115. Als Widerlager der
Ringdichtung 111 dient ein bei abgenommenem Steilkegelwerkzeug 7 über die Stirnseite
der Hülse 95 vorragender Widerlagerkopf 117. Die Ringscheibe 107 stützt sich ihrerseits
an einem zwischen der Schraubendruckfeder 103 und der Hülse 95 eingespannten Ring
119 ab.
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Befindet sich der Kupplungskopf 11 in der in der Figur dargestellten
Stellung, in der die Klauen 27 der Spannzange 13 im axialen Bereich der Ringnut
29 des Kupplungskopfs 11 sich befinden, so stoßen die Widerlager 91 und 115 der
beiden Sperrventile 79 bzw. 105 aneinander und öffnen die Ventile.
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Die Schraubendruckfeder 103 ist stärker bemessen als die Schraubendruckfeder
113. Die Schraubendruckfeder 113 ist
ihrerseits gleich stark bemessen
wie die Schraubendruckfeder 87. In der gespannten Stellung bzw. in der für das Spannen
vorbereiteten Stellung sind die Sperrventile 79 und 105 somit geöffnet.
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Beim Abnehmen des Steilkegelwerkzeugs 7 von der Arbeitsspindel 1 schließen
beide Sperrventile 79, 105 Da diese Sperrventile den Stirnseiten des Rohrstutzens
47 bzw. der Hülse 95 dicht benachbart sind, ist das Restvolumen an Kühlmittel zwischen
den Sperrventilen 79, 105 sehr gering.
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Das restliche Kühlmittel fließt beim Abziehen des Steilkegelwerkzeugs
7 in die Ringnut 53 und von dort über die Leckkanäle 59 nach außen, ohne daß es
den Aufnahmekonus 3 der Arbeitsspindel 1 verschmutzen würde.
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