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Titel der Erfi#ci
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Kühlmittelzuführung für wechselbar in einer Arbeit@spindel auf genommene
Schneidwerkzeuge Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Kühlnitteizuführung
für wechselbar in einer Arbeitsspindel aufgenommene Schneidwerkzeuge, mit einem
zentrisch in der Arbeitsspindel angcorcncten und axial verschiebbaren Kühlmittelrohr,
das stirnseitig in eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit der Kühlmittel@ohrung
des Werkzeuges gebracht wird und an seinem anderen Ende mit einer Kühlmittelquelle
verbunden ist. Das bevorzugte Anwendungsgebiet sind Werkzeugmaschinen, insbesondere
mit automatischem Werkzeugwechsel, bei denen sowohl Kühlmittelversorgte @erkzeuge
als auch solche ohne Kühlmittelzuführung zum Einsatkommen.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist eine Kühlmittelzuführung
für lösbar an einer umlaufenden und axial verschiebbaren Spindel angebrachte Schneidwerkzeuge
bekannt,bei der ein in der hohl ausgebildeten Spindel verschiebbares Rohr an eine
Kühlmittelquelle angeschlossen ist und entgegen dem Druck einer Feder in eine flüssigl<eits
dichte Verbindung mit der Kühlmittelbohrung des Werkzeuges gebracht wird (VE-OS
19 13 231). Das I<ühlmittelrohr ist an seiner dem Werkzeug zugewandten Stirnseite
mit einem aus Gummi oder gleichartigem Material bestehenden, konisch auslaufenden
Endteil versehen,das in Wirkstellung in eine dementsprechende Mündung der Kün'lmittelbohrung
des eingewechselten Yverkzeuges eingreift Die Einrichtung besitzt eine technischen
Mittel die sichern, daß eine automatische Kühlmittelzuführung nur dann erfolgt,
wenn sich ein kühlmittelversorgtes Wericzeug in der Arbeitsspindel befindet.
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Fehlbedienungen und Fehler in der Maschinensteuerung/Programmierung
können deshalb dazu führen,daß unbeabsichtigt Kühlmittel zugeführt wird. Dadurch
wird bei nicht eingewechseltem Werkzeug Kühlmittel unkontrolliert in den Spindelraum
eintreten oder es kann sich durch ein in der Arbeitsspindel aufgenommenes Werkzeug
ohne Kühlmittelversorgung der Druck im System der Kühlmittelzuführung so erhöhen,
daß die FunktionssicIierheit in diesem Bereich angeordneter Dichtungen nicht mehr
gewährleistet ist. In beiden Fällen kann das ein Eindringen von Kühlmittel in abzudichtende
Funktionseinheiten der Spindelbaugruppe zur Folge haben und zu erheblichen Schäden
führen. Diese Einrichtung ist deshalb besonders für solche Anwendungsfälle ungeeignet,
wo in einem Bearbeitungszyklus Werkzeuge mit und ohne Kühlmittelzuführung zum Einsatz
kommen und sich demzufolge nur zeitweise eine Versorgung mit Kühlmittel erforderlich
macht.
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Nachteilig ist weiterhin der zu betreibende Wartungsaufwand für die
Aufrechterhaltung der flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen Werkzeug und Kühlmittelrohr.
So ist die /uswechslung des dem Kühlmittel rohr zugeordneten und aus Verschleiß~
gründen zu ersetzenden konischen Endteiles relativ umständlich sowie aufwendig und
muß zudem bei stillstehender Maschine durchgeführt werden,was zwangsläufig zu einer
Erhöhung der Ausfallzeiten führt.
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Bei Maschinen, wo Kühlmittel in großen Mengen und mit hohem Druck
zugeführt und die VJerkzeuge ständig gewechselt werden, ist das Auftreten von Leckage
im Bereich der Verbindung von Werkzeug und Kühlmittelrohr nicht zu vermeiden. Die
bekannte Einrichtung sieht eine Beseitigung von Leckage nicht vor.
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Sie ist deshalb insbesondere für waagerechte Arbeitsspindeln ungeeignet,
da in derartigen Anwendungsfällen die Leckage im Spindelinnern verbleibt und in
dichtzuhaltende Bereiche der Spindelbaugruppe eindringen kann.
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Es ist bekannt'den Zustrom des mittig in die Arbeitsspindel eingebrachten
kühlmittels für den Zeitraum des Werkzeug wechsels durch ein im System der Kühlmittelzuführung
und an der Kühlmittelaustrittstelle zum Werkzeug angeordnetes RücIoschlagventil
zu unterbrechen (DE-GM 7421499, GB 2010137, Transfer-Center TC der Fa. Fritz Werner,
Berlin(West)/ Prospekt).
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Der Einsatz von Rückschlagventilen sowie Richtungsänderungen des I<ühlmittelstromes
führen zu erheblichen Strömungsverlusten und damit zu einer dementsprechenden Minderung
der Austrittsgeschwindigkeit des Kühlmittels an der Werkzeugschneide. Das ist für
solche Maschinen von wesentlichem Nachteil,bei denen relativ hohe Schnittgeschwindigkeiten
oder Bohrungen großer Länge realisiert werden und demzufolge den Werkzeugen das
Kühlmittel mit hohem Druck und in großer Menge zuzuführen ist.
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Eine diesen Nachteil kompensierende Erhöhung der Leistung an der Ieühimittelquelle
erfordert einen entsprechenden Mehraufwand an Material und Energie. Darüber hinaus
verkompliziert der Einsatz von Rückschlagventilen im System der spindelinternen
Kühlmittelzuführung die Einbaubedingungen.
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Bekannt ist weiterhin eine I<ühlmittelzuführung,bei der in Abhängigkeit
des Werkzeugeingriffes in ein Werkstück, das Werkzeug mit Kühlmittel versorgt wird
(DE-OS 2758676). Dabei werden das mit Beginn der Werkstückbearbeitung anwachsende
Drehmoment des Spindelantriebsmotors beziehungsweise die auf das Werkzeug einwirkende
raft meßtechnisch erfaßt und in ein Signal umgewandelt,das zur Uffnung eines in
der Kühlmittelleitung angeordneten Durchflußsteuerventiles genutzt wird, was die
Zuführung des Kühlmittels zum Werkzeug bewirkt. Analog dazu wird das Ventil geschlossen
und dadurch der Kühlmittelstrom unterbrochen,wenn das Werkzeug außer Eingriff ist.
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Diese Einrichtung weist ebenfalls den schon erwähnten Nachteil der
Anordnung eines Ventiles in der J<ühlmittelzuführung auf. Der regel-und steuerungstechnische
Aufwand für die Unterbrechung und Auslösung der J<ühlmittelzuführung ist relativ
hoch,wobei die Einrichtung erst ab einer lilericzeuggröße einsetzbar ist,bei der
eine Veränderung der oben genannten Parameter überhaupt beziehungsweise rechtzeitig
erfaßt werden kann. Darüber hinaus fehlen technische Mittel,die eine watilweise
Kühlmittelzuführung ermöglichen. Da in jedem Fall bei Werzeugeingriff die Kühlmittelzuführung
ausgelöst wird, ist diese Einrichtung für Maschinen, bei denen in einem Bearbeitungszyklus
wechselbare Werkzeuge mit und ohne Kühlmittelzuführung zum Einsatz kommen,ungeeignet.
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Ein gemeinsamer Nachteil aller genannten Lösungen besteht darin,daß
es einrichtungsseitig nicht vorgesehen ist,nach dem jeweiligen Werktzeugwechsel
im Spindelinnern verbliebenes Kühlmittel zu entfernen, wodurch sich ein erhöhter
Abdichtaufwand erforderlich macht,sollen Schäden in der Spindelbaugruppe vermieden
werden.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist die wahlweise durchführbare
automatische Versorgung eines Werkzeuges mit Kühlmittel,wobei die Sicherheit bei
der Zuführung erhöht, Strömungsverluste minimiert und der einrichtungsbedinyte Aufwand
gesenkt werden sowie das Eindringen von Kühlmittels in abzudichtende Funktionseinheiten
der Spindelbaugruppe vermieden wird.
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Wesen der Erfindung Die technischen Ursachen für die Mängel der bekannten
Lösungen sind im wesentlichen - die Art und Weise der Betätigung des Kühlmittel
rohres durch das jeweilige Werkzeug sowie dessen funktionelle Beschränkung auf die
Herstellung der flüssigkeitsdichten Verbindung zum Werkzeug und die Zuführung des
Kühlmittels, - die Anordnung eines Rückschlagventiles im System der spindelinternen
Kühlmittelzuführung, - die Abhängigkeit der Kühlmittelzuführung vom Werkzeugeingriff
im Werkstück, - die fehlenden technischen Mittel zum Entfernen von Kühlmittel aus
dem Spindelinnern.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Kühlmittelzuführung
für wechselbar in einer Arbeitsspindel augenommene Schneidwerkzeuge zugrunde,bei
der unter Verwendung eines zentrisch in der Arbeitsspindel angeordneten und axial
verschiebbaren Kühlmittelrohres eine Zuführung des Kühlmittels nur dann eingeleitet
wird,wenn sich ein kühlmittelversorgtes Werkzeug in der Arbeitsspindel befindet,wobei
eine Druckminderung im System der Kühlmittelzuführung weitgehend vermieden wird
und Leckage sowie nach dem Werkzeugwechsel im Spindelinneren verbliebenes Kühlmittel
entfernt werden und die für die Aufrechterhaltung der flüssigiceitsdichten Verbindung
zwischen Werkzeug und Kühlmittel rohr notwendige Wartung maschinenextern erfolgen
kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit Kühlmittel
zu versorgende Werkzeug eine mit dem Kühlmittelrohr in Wirieverbindung stehende
Kodierung aufweist und das Kühlmittel t el rohran einer spindelexternen Lagerstelle
drehbeweglich von einer axial verschiebbaren Lagerung aufgenommen wird1 die mit
der Maschinensteuerung in schaltungstechnischer Verbindung steht und zeitweise in
eine die Lagerstelle zum Kühlmitteleintritt hin abdichtende Stellung bringbar ist,
wobei vorzugsweise das Kühlmittel rohr von einer mit Druckluft beaufschlagbaren
Bohrung umgeben sowie mit einer dem Kühlmitteleintritt zugeordneten Druckluftquelle
verbindbar ist und im Bereich der Verbindung von Werkzeug und Kühlmittelrohr in
der Arbeitsspindel eine verschließbare Leckageabführung vorgesehen ist.
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Die Kodierung ist als Dicht kopf ausgebildet, der in an sich bekannter
leise mit einer komplementären Mündung des Kühlmittelrohres in flüssigkeitsdichter
Verbindung steht.
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Das Kühlmittelrohr wird fest von einer Dichtbuchse aufgenommen, die
einerseits in einem längs seiner Achse verschiebbaren Führungsring drehbeweglich
und axial fixiert gelagert ist sowie andererseits einen dem Kühlmitteleintritt zugewandten
und mit einer ortsfesten Dichtung zeitweise in Wirkverbindung stehenden Dicitkegel
aufweist, denen vorzugsweise eine Spaltdichtung vorgeordnet ist.
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Die Spaltdichtung wird von einer sich an den Dicht kegel anschließenden
zylindrischen Fläche der Dichtbuchse und einer Bohrung des kühlmitteleintritts gebildet.
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Der Führungsring ist entgegen der Werkzeugeinführung federbelastet
und steht mit Endschaltern in Wirkverbindung, die mit der Maschinensteuerung schaltungstechnisch
verbunden sind.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung besteht die Leckageabführung
aus Je einer radialen Eintritts- und Ausschleuderbohrung sowie einer diese miteinander
verbindenden Bohrung, von denen die Ausschleuderbohrung zeitweise verschließbar
ist.
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Dabei ist die Arbeitsspindel im Bereich ihrer vorderen Stirnseite
von einem ortsfesten Abführring umschlossen, in dessen innere,kreisförmige und mit
einer nach außen führenden Austrittsbohrung versehene Abführrinne die Ausschleuderbohrung
einmündet, wobei die Abführrinne durch eine Dichtfläche unterbrochen wird, die in
Werkzeugwechselstellung der Arbeitsspindel eine abdichtende Stellung zur Ausschleuderbohrung
einnimmt.
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Nach einem letzten Merkmal der Erfindung ist die Druckluft, quelle,zeitversetzt
zur-I<ühimittelquelle wirkend'am Kühlmitteleintritt angeschlossen.
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Wird ein Werkzeug mit Kühlmittelzuführung in die Arbeitsspindel eingewechselt>trifft
dessen Kodierung auf das Kühlmittelrohr und bewegt dieses in Richtung des Kühlmitteleintritt.
Die Endstellung des Kühlmittelrohres,in der die flüssigkeitsdichte Verbindung zum
Werkzeug hergestellt ist und die Lagerung des Kühlmittelrohres eine abdichtende
Stellung zum Kühlmitteleintritt einnimmt,wird durch einen Endschalter der Maschinensteuerung
signalisiert. Damit ist die Voraussetzung für die Einleitung der programmierten
Kühlmittelzurührung gegeben.
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Im Bereich der Verbindung von Werkzeug und Kühlmittelrohr auftretende
Leckage tritt über die Leckageabführung und den Abführring nach außen, wenn die
Arbeitsspindel Drehbewegungen ausführt, Vor einem geplanten Werkzeugwechsel werden
programmgemäß die Kühlmittelzuführung beendet und bei noch in der Arbeitsspindel
befindlichem Werkzeug Druckluft über den Kühlmitteleintritt in das Kühlmittel rohr
gegeben, wodurch das im System verbliebene Kühlmittel ausgeblasen wird.
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Die infolge des Werkzeugwechsels einsetzende Axialverschiebung des
Werkzeuges aus der Arbeitsspindel bewirkt eine analoge Bewegung des federbelasteten
Kühlmittelrohres in seine Ausgangsstellung. Diese ist dadurch charakt-erisiert,
daß die Verbindung zum Werkzeug sowie die Abdichtstellung der Lagerung des ICühlmittelrohres
zum Kühlmitteleintritt aufgehoben sind.
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Ein zweiter in der Bewegungsbahn dieser Lagerung angeordneter Endschalter
signalisiert der Maschinensteuerung die ordnungsgemäße Stellung des Kühlmittelrohres.
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Hat das auszuvechselnde erzeug die Arbeitsspindel verlassen, kann
die das ühlmittelrohr umgebende Bohrung mit Druckluft beaufschlagt erden, wodurch
insbesondere eine Reinigung der Werkzeugaufnahme von Kühlmittelresten erfolgt. Die
in Werk zeugstellung der Arbeitsspindel zwangsläufige Verschließung der Lsckageabfüh
rung vermeidet eine Minderung des Ausblaseffektes. Bei einem nicht mit Kühlmittel
zu versorgenden Wericzeug entfällt die IModierung,so daß bei dessen Einwechselung
kein Kontakt mit dem Kühlmittelrohr zustande kommt,das in seiner Auhsgangsstellung
verharrt. Dadurch gibt es entsprechend dem bescaiebenen Funktionsablauf keine Information
an die Maschinensteuerung, wodurch eine Kühlmittelzuführung möglich ist.
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Ausführunqsbeispiel Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig.: 1 eine chematische Darstellung
der Kühlmittelführung Fig.: 2 einen Schnitt A-A nach Fig. 1.
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In der von der Arbeitsspindel 1 aufgenommenen Zugstange 2 einer nicht
gezeigten Werzeugspannung ist das Kühlmittelrohr 3 angeordnet. Zu diesem Zweck ist
die Zugstange 2 mit einer durchgehenden Bohrung 4 versehen, deren Durchmesser so
gewählt wird, daß zwischen der Zugstange 2 und dem Kühlmittelrohr 3 ein Raum entsteht'dem
über eine Bohrung 5 Druckluft zugeführt werden kann. Diese Druckluft dient zum Ausblasen
der Werkzeugaufnahme 6,nachdem diese ein kühlmittelversorgtes Werkzeug 7 verlassen
hat. Darüber hinaus wird ein Dichteffekt gegen eventuell eindringende,aus der Verbindung
zwischen Kühlmittelrohr 3 und Werkzeug 7 herrührende Leckage erzielt.
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Zwischen einem eingewechselten kühlmittelversorgten Werkzeug 7 und
dem Kühlmittelrohr 3 besteht eine flüssigkeitsdichte Verbindung. Dazu ist jedes
derartige Werkzeug 7 mit einer als Dichtkopf ausgebildeten Kodierung 8 versehen,die
in Wiricstellung in eine komplementäre Mündung 9 des Kühlmittelrohres 3 eingreift.
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Für die sichere Entfernung der insbesondere beim Werkzeugwechsel kühlmittelverso
rgter Werkzeuge 7 möglicherweise entstehenden Leckage ist in der Arbeitsspindel
1 eine Leckageabführung 10 vorgesehen. Sie besteht aus je einer radialen Eintrittebohrung
11 und Ausschleuderbohrung 12 sowie einer diese miteinander verbindenden Bohrung
13 . Die nusschleuderbohrung 12 mündet in eine Abführrinne 14 eines die Arbeitsspindel
1 umschließenden,ortsfesten Abführringes 15.
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Eine mit der Abführrinne 14 verbundene Austrittsbohrung 16 im Abführring
15 ermöglicht den Abfluß der Leckage, wobei die Abführrinne 14 durch eine Dichtfläche
17 unterbrochen wird,die in Werkzeugwechselstellung der Arbeitsspindel 1 die Ausschleuderbohrung
12 abdichtet, wodurch der Ausblaseffekt für die Werkzeugaufnahme 6 voll erhalten
bleibt (Fig. 2).
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An der spindelexternen Lagerstelle 18, die zweckmäßigerweise hinter
dem Spannantrieb für die Werkzeugspannung angeordnet ist, wird das Kühltnittelrohr
3 drehbeweglich von einer axial verschiebbaren Lagerung 19 aufgenommen. Dabei ist
das Kühlmittelrohr 3 fest mit einer Dichtbuchse 20 verbunden,die ihrerseits mittels
eines Wälzlagers 21 und Zwischenringes 22 in einem längs seiner Achse verschiebbaren
Führungsring 23, drehbar und ansonsten fixiert,aufgenommen wird. Der Führungsring
23 ist in der Bohrung 24 des Lagergehäuses 25 gelagert und wird im Falle der Einwechselung
eines kühlmittelversorgten Werkzeuges 7 gegen Druckfedern 26, 27 verschoben,die
sich gegen eine die Lagerstelle 18 nach hinten begrenzende Platte 28 abstützen.
Die Dichtbuchse 20 weist nach dem Ausführungsbeispiel einen Dichtkegel 29 auf,der
in Abhängigkeit der Verschiebebewegungen des Kühlmittelrohres 3 mit einer ortsfesten,im
Bereich des Kühimitteleintritte 30 angeordneten Dichtung 31 zeitweise in Wirkverbindung
steht.
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Dem Dicht kegel 29 und der Dichtung 31 ist eine Spaltdichtung vorgeordnet,die
von einer sich an den Dichtkegel 29 anschließenden zylindrischen Fläche 32 und einer
Bohrung 33 des Kühlmitteleintritts 30 gebildet wird. Das Ausführungsbeispiel zeigt
die Ausführungsform mit einer llellendichtung, möglich ist jedoch beispielsweise
auch die Verwendung einer Gleitringdichtung. In diesem Fall entfällt der Dichtkegel
29, wobei der drehbewegliche Teil der Dichtung der Dichtbuchse 20 und der feststehende
Teil dem Kühlmitteleintritt 30 zugeordnet sind. Am Kühlmitteleintritt 30 ist neben
der Kühlmittelquelle 34 eine zeitversetzt zu dieser wirkende Druckluft quelle 35
angeschlossen,die Druckluft zum Ausblasen des Kühlmittelrohres 3 und des auszuwechselnden
kühlmittelversorgten llerkzeuges 7 erzeugt. Durch eine Bohrung 36 wird über eine
nicht dargestellte Rohreitung im Bereich der Lagerstelle 1S entstehende Leckage
abgeführt.
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Am Führungsring 23 ist ein Blech 37 befestigt'das wechselweise mit
Endschaltern 38,39 in Kontakt tritt,von denen der Endschalter 38 die für die Kühlmittelzuführung
erforderlichte Stellung des Kühlmittel rohres 3 und der Endschalter 39 dessen ordnungsgemäße
Ausgangsstellung der Maschinensteuerung signalisieren Die Vorteile der erfindungsgemäßen
Lösung bestehen insbesondere - in der Erhöhung der Sicherheit bei der automatischen
Kühlmittelzuführung, - in der Erzielung großer Durchflußmengen und einer hohen Austrittsgeschwindiglceit
des Kühlmittels an der Werkzeugschneide bei relativ geringer Pumpenleistung, - in
einer Vereinfachung der Einbau- und Wartungsbedingungen, - in einer Vermeidung leckagebedingter
Schäden in der Spindelbaugruppe.
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