DE3633082A1

DE3633082A1 - Vorrichtung zum kuehlen und schmieren rotierender schneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE3633082A1
Application number: DE19863633082
Authority: DE
Inventors: Hermann Reinhardt; Detlev Luetzkendorf; Erhard Gratz; Eberhard Dressel; Dietmar Kuerschner; Hans-Joachim Mende; Gerd-Werner Oechsner; Gerhard Ender
Original assignee: Veb Werkzeugkombinat Schmalkalden
Current assignee: Veb Werkzeugkombinat Schmalkalden
Priority date: 1985-12-07
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1987-06-11
Also published as: DD253347A3; RU1819743C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren rotierender Schneidwerkzeuge, insbesondere Bohr- und Fräswerkzeuge, bestehend aus einem gegenüber dem drehenden Werkzeug stillstehenden Kühlmittelring, einem Nutensystem zum Abdichten des Kühlmittelringes auf dem Grundkörper sowie Kühlmittelkanälen und -bohrungen zur Weiterleitung des Kühlmittels zu den Werkzeugschneiden.

Bei vielen Zerspanungsvorgängen ist eine intensive Kühlung der Werkzeugschneiden erforderlich, um eine maximale Standzeit zu erreichen. Beim Bohren kommt hinzu, daß durch das Kühlmittel die Späne aus dem Bohrloch geschwemmt werden sollen. Vor allem beim Bohren, aber auch beim Fräsen ist es von Vorteil, das Kühlmittel durch Kühlmittelbohrungen im Werkzeug unmittelbar an die Werkzeugschneiden zu bringen, da nur so eine wirklich intensive Kühlung gewährleistet ist.

Deshalb sind schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen auf dem Werkzeuggrundkörper ein Kühlmittelring mit einer Kühlmittelzuführung angeordnet ist, der gegenüber dem drehenden Werkzeug stillsteht. Schwierigkeiten dabei bereitet jedoch die Abdichtung zwischen Kühlmittelring und Grundkörper, um das Austreten von Kühlmittel zu verhindern.

Kühlmittelringe aus Metall, die mit sehr genauen Passungen auf dem Grundkörper angeordnet sind, haben den Nachteil, daß sie durch feine Metallteilchen im Kühlmittel sehr leicht festfressen. Auch der Einsatz von Dichtringen aus Filz und den bekannten Wellendichtringen brachte nicht den gewünschten Erfolg. Der in der GB-PS 13 66 638 vorgeschlagene Kühlmittelring aus Kunststoff führte ebenfalls nicht zur Lösung des Problems, da der Verschleiß der durch die Elastizität des Kunststoffes am Grundkörper anliegenden Dichtflächen sehr groß ist und die Dichtwirkung nach kurzer Zeit nachläßt.

In der DE-PS 31 29 403 wird ein Werkzeug vorgeschlagen, bei dem der Grundkörper im Bereich des Kühlmittelringes mit zwei gewindeartigen, in den Kühlmittelringkanal mündenden Förderrillen mit rechts- und linksgängiger Steigung versehen sind, wobei die Tiefe der im Querschnitt v-förmigen Förderrillen mit zunehmendem Abstand vom Kühlmittelringkanal immer kleiner wird.

Der Kühlmittelring ist mit einer sehr genauen Passung auf dem Grundkörper die Förderrillen überdeckend angeordnet und gegen axiales Verschieben gesichert.

Durch die Form und Steigung der Förderrillen soll erreicht werden, daß austretendes Kühlmittel bei drehendem Werkzeug zurückgefördert wird. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß der Kühlmittelring auf Grund der sehr genauen Passung durch feine Metallteilchen im Kühlmittel festfressen kann. Ein Nachteil ist auch darin zu sehen, daß jedes Werkzeug mit einem Kühlmittelring und Förderrillen versehen sein muß. Damit wird der Herstellungsaufwand für solche Werkzeuge sehr groß und die Werkzeuge sind teuer. Hinzu kommt, daß diese Vorrichtung nur für eine Drehrichtung geeignet ist. Für eine andere Drehrichtung müssen die Förderrillen jeweils die entgegengesetzte Steigung haben.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren rotierender Schneidwerkzeuge zu entwickeln, die sowohl für links- als auch für rechtsdrehende Werkzeuge geeignet ist, bei der der Kühlmittelring auch im Dauerbetrieb sicher abdichtet und die große Durchflußmengen an Kühlmittel ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge zu entwickeln, an der Schneidwerkzeuge unterschiedlicher Durchmesser und Drehrichtung anbringbar sind und bei der zwischen den Dichtflächen des Kühlmittelringes und des Grundkörpers so viel Spiel vorhanden ist, daß feine Metallteilchen im Kühlmitte nur geringen Verschleiß verursachen und trotz des großen Spieles eine gute Abdichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelring mit einem auf einer radialen Dichtfläche angeordneten hohlzylindeförmigen Ansatz mit konkavkegeliger Stirnfläche des Grundkörpers und mit einem auf der gegenüberliegenden radialen Dichtfläche angeordneten hohlzylinderförmigen Ansatz mit konkavkegeliger Stirnfläche in eine halbschwalbenschwanzförmige Ringnut in der radialen Dichtfläche des Anschlagringes eingreifend mit Spiel auf dem Grundkörper angeordnet ist, wobei durch die in die halbschwalbenschwanzförmigen Ringnuten eingreifenden hohlzylinderförmigen Ansätze mit konkavkegeliger Stirnfläche jeweils zwei im Winkel aneinander angrenzende Ringkanäle mit sich vom Kühlmittelringkanal weg verengenden dreieckförmigen Querschnitt gebildet sind, daß in den axialen Dichtflächen des Kühlmittelringes und des Grundkörpers beidseitig des Kühlmittelringkanals schwalbenschwanzförmige Ringnuten und in den radialen Dichtflächen des Kühlmittelringes, des Grundkörpers und des Anschlagringes Ringnuten mit vorzugsweise v-förmigem Querschnitt angeordnet sind und daß die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten, die Ringnuten und die Ringkanäle mit dreieckförmigem Querschnitt mit einem niedrigviskosen Schmiermittel gefüllt sind.

Die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten des Kühlmittelringes sind vorzugsweise gegenüber den schwalbenschwanzförmigen Ringnuten des Grundkörpers teilweise in axialer Richtung versetzt.

Die Ringnuten mit vorzugsweise v-förmigem Querschnitt sind vorteilhafterweise in radialer Richtung versetzt angeordnet und haben einen Flankenwinkel von 60°.

Für Werkzeuge mit größerem Durchmesser ist die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung als eine im wesentlichen zylinderförmige Baugruppe ausgebildet und zwischen Werkzeug und Maschinenspindel angeordnet.

In dieser Ausführung ist die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung vorzugsweise mit einem Verteilring versehen, der mit einem Ringkanal, in den die vom Kühlmittelringkanal ausgehenden Kühlmittelbohrungen münden, ausgestattet ist.

Von diesem Ringkanal ausgehend sind im Verteilerring Verteilerbohrungen angeordnet, die mit den Kühlmittelbohrungen des angeflanschten Werkzeuges deckungsgleich sind.

Für Werkzeuge kleineren Durchmessers mit Zylinder- oder Kegelschaft ist die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung vorzugsweise als Basishalter ausgebildet.

Der Kühlmittelring ist mit über den Umfang verteilt angeordneten Schmiernippeln versehen, von denen aus Schmiermittelbohrungen zu den schwalbenschwanzförmigen Ringnuten und den hohlzylinderförmigen Ansätzen führen.

Insbesondere sind beidseitig der Kühlmittelzuführung in deren Nähe Schmiernippel angeordnet.

Die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten, die Ringkanäle mit dreieckförmigem Querschnitt, die Ringnuten und die Zwischenräume zwischen den axialen und radialen Dichtflächen sind mit einem niedrigviskosen Schmiermittel gefüllt.

Durch geeignete Einrichtungen wird verhindert, daß sich der Kühlmittelring während des Zerspanungsvorganges mitdrehen kann. Das Kühlmittel gelangt über die Kühlmittelzufuhr in den Kühlmittelrinkanal, von diesem durch die Kühlmittelbohrungen und den Ringkanal und die Verteilerbohrungen des Verteilerringes in die Kühlmittelbohrungen des Werkzeuges und tritt in unmittelbarer Nähe der Werkzeugschneiden aus diesen aus.

Läßt die Dichtwirkung aufgrund mangelnder Schmierung nach, strömt das Kühlmittel zwischen den axialen Dichtflächen hindurch zunächst in die schwalbenschwanzförmigen Ringkanäle, wo der Druck abfällt und das Kühlmittel, bedingt durch die Schwalbenschwanzform, verwirbelt wird. Erst wenn die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten vollständig mit Kühlmittel gefüllt sind, gelangt Kühlmittel unter Verdrängung des niedrigviskosen Schmiermittels in den ersten Ringkanal mit dreieckförmigem Querschnitt. Dabei wird das niedrigviskose Schmiermittel, bedingt durch den dreieckförmigen Querschnitt des Ringkanales und dessen Anordnung, verdichtet, so daß die Dichtwirkung einige Zeit aufrechterhalten wird.

Im zweiten Ringkanal mit dreieckförmigem Querschnitt tritt dann derselbe Effekt ein.

Der oben beschriebene Vorgang tritt im praktischen Betrieb jedoch nur dann auf, wenn die Schmierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vernachlässigt wird, so daß das Kühlmittel dieses nach und nach verdrängen kann und Kühlmittel austritt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen verschiedene Vorteile.

Es besteht die Möglichkeit, an einer Vorrichtung Schneidwerkzeuge unterschiedlicher Durchmesser anzubringen, wobei insbesondere die Ausführung mit Verteilering das Anbringen von Schneidwerkzeugen großer Durchmesser und unterschiedlicher Zähnezahl ermöglicht.

Ein Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit der axialen und radialen Dichtflächen auf Grund des großen Spieles gering sind. Bedingt durch das große Spiel zwischen Kühlmittelring und Grundkörper ist auch die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung groß, da kaum Verschleiß auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer an der Maschinenspindel befestigten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit deren angeflanschten Ausbohrwerkzeug im Schnitt

Fig. 2 die werkzeugseitige Ansicht einer Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung gemäß Fig. 1

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A gemäß Fig. 2

Fig. 4 die vergrößerte Darstellung des Schnittes B-B gemäß Fig. 2

Fig. 5 die Seitenansicht einer als Basishalter ausgebildeten Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge teilweise im Schnitt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge, bestehend aus dem Grundkörper 1, dem Kühlmittelring 2, dem Anschlagring 3 sowie dem Verteilerring 4, an der Maschinenspindel 5 befestigt, während das Ausbohrwerkzeug 6 an der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeflanscht ist. Das Kühlmittel gelangt über einen an die Kühlmittelzuführbohrung 7 angeschlossenen Druckschlauch in den Kühlmittelringkanal 8 des Grundkörpers 1, von wo es durch Kühlmittelbohrungen 9 in den Ringkanal 10 des Verteilerringes 4 strömt. Vom Ringkanal 10 gelangt das Kühlmittel durch Verteilerbohrungen 11 und deckungsgleich zu diesen im Ausbohrwerkzeug 6 angeordnete Kühlmittelbohrungen 12 in die unmittelbare Nähe der Werkzeugschneiden 13. Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind beidseits des Kühlmittelringkanales 8 schwalbenschwanzförmige Ringnuten 14 in den axialen Dichtflächen 15 des Grundkörpers 1 angeordnet.

In die axiale Dichtfläche 16 des Kühlmittelringes sind teilweise versetzt zu den schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 14 des Grundkörpers 1 schwalbenschwanzförmige Ringnuten 17 eingearbeitet. Der Kühlmittelring 22 ist auf der radialen Dichtfläche 18 mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz 19 mit konkavkegeliger Stirnfläche 20 und einer Ringnut 21 mit v-förmigem Querschnitt und in gleicher Weise auf der gegenüberliegenden radialen Dichtfläche 22 mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz 23 mit konkavkegeliger Stirnfläche 24 und einer Ringnut 25 mit v-förmigem Querschnitt versehen. Der hohlzylinderförmige Ansatz 19 greift in eine in die axiale Dichtfläche 26 des Anschlagringes 4 eingearbeitete halbschwalbenschwanzförmige Ringnut 27 ein, so daß zwei im Winkel zueinander angeordnete Ringkanäle 28 und 29 mit dreieckförmigem Querschnitt gebildet werden.

Die Ringkanäle 28, 29 verengen sich, bedingt durch ihren dreieckförmigen Querschnitt, mit zunehmendem Abstand vom Kühlmittelringkanal 8. In gleicher Weise greift der hohlzylinderförmige Ansatz 23 mit konkavkegeliger Stirnfläche 24 in eine in die radiale Dichtfläche 30 des Grundkörpers 1 eingearbeitete halbschwalbenschwanzförmige Ringnut 31 unter Bildung zweier im Winkel aneinander angrenzender Ringkanäle 32 und 33 ein.

Die radialen Dichtflächen 26 und 30 des Anschlagringes 3 und des Grundkörpers 1 sind mit Ringnuten 34, 35 mit v-förmigem Querschnitt versehen.

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich, sind am Kühlmittelring 2 Schmiernippel 36 angebracht, durch die die Ringkanäle mit dreieckförmigem Querschnitt 28, 29, 32, 33, die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 14, 17 sowie die Zwischenräume zwischen den axialen Dichtflächen 16, 18, 22, 30 und die Ringnuten 21, 25, 34, 35 über die Schmiermittelbohrungen 37 im Kühlmittelring 2 mit niedrigviskosen Schmiermittel gefüllt werden.

Das Abschmieren erfolgt jeweils vor der Inbetriebnahme, um eine gute Abdichtung zu gewährleisten.

Während des Abschmierens muß der Kühlmittelring etwas gedreht werden, damit alle Hohlräume zwischen dem Kühlmittelring 2 und dem Grundkörper 1 gleichmäßig mit dem niedrigviskosen Schmiermittel gefüllt werden. Läßt die Dichtwirkung infolge ungenügender Schmierung oder zu hohen Kühlmitteldruckes nach, dringt das Kühlmittel zunächst zwischen den axialen Dichtflächen 15 und 16 in die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 14 und 17 ein.

Sind die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 14, 17 mit Kühlmittel gefüllt, strömt das Kühlmittel zwischen den axialen Dichtflächen 15, 16 und den radialen Dichtflächen 18, 26, 22, 30, das Schmiermittel verdrängend, in die Ringkanäle mit dreieckförmigem Querschnitt 29, 30, wobei das darin befindliche Schmiermittel auf Grund des sich vom Kühlmittelkanal 8 weg verjüngenden dreieckförmigen Querschnittes zusammengedrängt und dadurch die Dichtwirkung zunächst einige Zeit aufrechterhalten wird. In den nachfolgenden im Winkel angeordneten Ringkanälen mit dreieckförmigem Querschnitt 28 und 32 tritt derselbe Effekt ein. Erst wenn auch hier das Schmiermittel vollständig verdrängt worden ist, kann das Kühlmittel zwischen den radialen Dichtflächen 18, 26, 22 und 30 hindurch austreten, wobei hier die Dichtwirkung durch die Ringnuten 21, 34, 25 und 35 mit v-förmigem Querschnitt einige Zeit aufrechterhalten wird.

Bei einer regelmäßigen Abschmierung ist jedoch die Dichtwirkung so gut, daß nur sehr wenig Kühlmittel austreten kann.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge als Basishalter für Werkzeuge mit Zylinderschaft ausgebildet ist.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Vorrichtung so auszubilden, daß Werkzeuge mit Kegelschaft aufgenommen werden können.

Aufstellung der in der Erfindungsbeschreibung verwendeten Bezugszeichen 1 - Grundkörper
2 - Kühlmittelring
3 - Anschlagring
4 - Verteilerring
5 - Maschinenspindel
6 - Ausbohrwerkzeug
7 - Kühlmittelzuführbohrung
8 - Kühlmittelringkanal
9 - Kühlmittelbohrungen
10 - Ringkanal
11 - Verteilerbohrungen
12 - Kühlmittelbohrungen
13 - Werkzeugschneide
14 - schwalbenschwanzförmige Ringnuten
15 - axiale Dichtflächen des Grundkörpers 1
16 - axiale Dichtfläche des Kühlmittelringes 2
17 - schwalbenschwanzförmige Ringnuten
18 - radiale Dichtfläche
19 - hohlzylinderförmiger Ansatz
20 - konkavkegelige Stirnfläche
21 - ringförmige Nut
22 - radiale Dichtfläche
23 - hohlzylinderförmiger Ansatz
24 - konkavkegelige Stirnfläche
25 - ringförmige Nut
26 - axiale Dichtfläche des Anschlagringes 3
27 - halbschwalbenschwanzförmige Ringnut
28 - Ringkanäle mit dreieckförmigem
Querschnitt
29
30 - radiale Dichtfläche des Grundkörpers 1
31 - halbschwalbenschwanzförmige Ringnut
32 - Ringkanäle mit dreieckförmigem
Querschnitt
33
34 - Ringnuten mit v-förmigem Querschnitt
35
36 - Schmiernippel
37 - Schmiermittelbohrungen

Claims

1. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge, insbesondere Bohr- und Fräswerkzeuge, bestehend aus einem gegenüber dem Grundkörper stillstehenden Kühlmittelring, einem Nutensystem zum Abdichten des Kühlmittelringes auf dem Grundkörper sowie Kühlmittelkanälen und -bohrungen zur Weiterleitung des Kühlmittels zu den Werkzeugschneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelring (2) mit einem auf einer radialen Dichtfläche (22) angeordneten hohlzylinderförmigen Ansatz (23) mit konkavkegeliger Stirnfläche (24) in eine halbschwalbenschwanzförmige Ringnut (31) in der radialen Dichtfläche (30) des Grundkörpers (1) und mit einem auf der gegenüberliegenden radialen Dichtfläche (18) angeordneten hohlzylinderförmigen Ansatz (19) mit konkavkegeliger Stirnfläche (20) in eine halbschwalbenschwanzförmige Ringnut (27) in der radialen Dichtfläche (26) eines mit dem Grundkörper (1) verbundenen Anschlagringes (3) eingreifend mit Spiel auf dem Grundkörper (1) angeordnet ist, wobei durch die in die halbschwalbenschwanzförmigen Ringnuten (27, 31) eingreifenden hohlzylinderförmigen Ansätze (19, 23) mit konkavkegeligen Stirnflächen (20, 24) jeweils zwei im Winkel aneinander angrenzende Ringkanäle (29, 28, 32, 33) mit sich vom Kühlmittelringkanal (8) weg verengenden dreieckförmigen Querschnitt gebildet sind, daß in den axialen Dichtflächen (16, 15) des Kühlmittelringes (2) und des Grundkörpers (1) beidseitig des Kühlmittelringkanales (8) schwalbenschwanzförmige Ringnuten (14, 17) und in den radialen Dichtflächen (18, 22, 26, 30) des Kühlmittelringes (2), des Grundkörpers (1) und des Anschlagringes (3) Ringnuten (21, 25, 34, 35) mit vorzugsweise v-förmigem Querschnitt angeordnet sind und daß die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten (14, 17), die Ringnuten (21, 25, 34, 35) und die Ringkanäle mit dreieckförmigem Querschnitt (28, 29, 32, 33) mit einem niedrigviskosen Schmiermittel gefüllt sind.

2. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten (17) des Kühlmittelringes (2) gegenüber den schwalbenschwanzförmigen Ringnuten (14) des Grundkörpers (1) in axialer Richtung teilweise versetzt angeordnet sind.

3. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (21, 25, 34, 35) mit vorzugsweise v-förmigem Querschnitt und einem Flankenwinkel von 60° ausgebildet und in radialer Richtung versetzt angeordnet sind.

4. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung für Schneidwerkzeuge größerer Durchmesser als eine im wesentlichen zylinderförmige, zwischen Schneidwerkzeug (6) und Maschinenspindel (5) angeordnete Baugruppe ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung mit einem Verteilerring (4) mit Ringkanal (10) und in diesen mündenden Kühlmittelbohrungen (9) versehen ist.

6. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung von rotierenden Schneidwerkzeugen kleinerer Durchmesser mit Zylinder- oder Kegelschaft als Basishalter ausgebildet ist.

7. Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung rotierender Schneidwerkzeuge nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelring (2) mit Schmiernippeln (36) und zu den schwalbenschwanzförmigen Ringnuten (14, 17) und den hohlzylinderförmigen Ansätzen (19, 23) mit konkavkegeligen Stirnflächen (20, 24) führenden Schmiermittelbohrungen (37) versehen ist.