DE3702216A1

DE3702216A1 - Kuehlschmiermittelzufuehreinrichtung fuer rotierende schneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE3702216A1
Application number: DE19873702216
Authority: DE
Inventors: Hermann Reinhardt; Detlef Luetzkendorf; Erhard Gratz; Eberhardt Dressel; Dietmar Kuerschner; Gerd-Werner Oechsner; Gerhard Ender
Original assignee: Veb Werkzeugkombinat Schmalkalden
Current assignee: Veb Werkzeugkombinat Schmalkalden
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1987-10-01
Also published as: CS87287A1; DD258900A3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung sind Kühlschmiermittelzuführeinrichtungen für rotierende Schneidwerkzeuge wie Bohr- und Fräswerkzeuge, insbesondere für die Bearbeitung schwerspanbarer Werkstoffe oder auch für die spanende Bearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten.

Bei einer Vielzahl von Zerspanungsprozessen ist eine intensive Kühlung der Werkzeugschneiden erforderlich. Deshalb wird in vielen Fällen das Kühlschmiermittel durch eine Düse auf die Werkzeugschneiden gespritzt. Besonders bei rotierenden Schneidwerkzeugen und den heute üblichen hohen Werkzeugdrehzahlen wird ein großer Teil des Kühlschmiermittels weggeschleudert, so daß die Kühlwirkung nur gering ist.

Aus diesem Grund sind Kühlschmiermittelzuführeinrichtungen entwickelt worden, durch die das Kühlschmiermittel in Kühlschmiermittelkanäle des Werkzeuggrundkörpers und von dort direkt zu den Werkzeugschneiden geleitet wird. Kühlschmiermittelzuführeinrichtungen bestehen aus einem Werkzeuggrundkörper oder einem gesonderten Grundkörper auf dem ein mit Dichtelementen versehener Kühlmittelring angeordnet ist, der gegenüber dem drehenden Grundkörper stillsteht und an den die Kühlmittelzuführleitung angeschlossen ist.

Eine solche Kühlschmiermittelzuführeinrichtung ist aus der DE-PS 31 09 543 bekannt. Da bei dieser Ausführungsform aber jedes Werkzeug mit einem Kühlmittelring und Dichtelementen versehen sein muß, sind solche Werkzeuge sehr teuer.

Deshalb ist vorgeschlagen worden, die Kühlschmiermittelzuführeinrichtung an der Arbeitsspindel so anzuordnen, daß rotierende Schneidwerkzeuge in üblicher Weise in den Innenkegel der Arbeitsspindel eingesetzt werden können, wobei das Kühlschmiermittel durch deckungsgleiche Bohrungen in der Kühlschmiermittelzuführeinrichtung und im Werkzeug zu den Werkzeugschneiden geleitet wird. Eine solche Kühlschmiermittelzuführeinrichtung ist aus der DE-PS 30 24 585 bekannt. Zur Weiterleitung des Kühlschmiermittels wird hier ein entsprechend ausgebildeter Mitnehmerstein der Arbeitsspindel verwendet.

Beim Werkzeugwechsel schließt sich ein im Mitnehmerstein angeordnetes Ventil, so daß kein Kühlschmiermittel austreten kann. Das hat den Vorteil, daß die Paßflächen des Aufnahmekegels des Werkzeuges und der Arbeitsspindel nicht durch Kühlschmiermittel verschmutzt werden können und dadurch keine Beeinträchtigung der Lagegenauigkeit des rotierenden Schneidwerkzeuges erfolgen kann.

Bei den heute üblichen hohen Drehzahlen treten jedoch Druckverluste durch Radialkräfte in der Kühlschmiermittelzuführeinrichtung auf. Es ist deshalb von Vorteil die Kühlschmiermittelzuführeinrichtung mit einer Pumpeinrichtung zu versehen, durch die diese Druckverluste ausgeglichen werden.

In der DE-OS 34 43 610 ist eine Kühlschmiermittelzuführeinrichtung vorgeschlagen worden, bei der der Kühlmittelringkanal im Kühlmittelring exzentrisch zur Werkzeugdrehachse angeordnet ist und in einem Querschlitz des Werkzeuggrundkörpers zwei in den Kühlmittelringkanal ragende, gegeneinander federnd abgestützte Flügelteile angeordnet sind, so daß eine Flügelzellenpumpe gebildet ist. Diese Kühlschmiermittelzuführeinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß durch die mehrfache Umlenkung des Kühlschmiermittelstromes im Grundkörper Druckverluste durch erhöhte Strömungswiderstände und Verwirbelungen entstehen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim automatischen Werkzeugwechsel jedes Werkzeug mit einer solchen Kühlschmiermittelzuführeinrichtung ausgestattet sein muß. Damit sind die Werkzeugkosten sehr hoch.

Ziel der Erfindung ist es, eine mit einer Pumpeinrichtung versehene Kühlschmiermittelzuführeinrichtung zu entwickeln, die fest auf der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine angeordnet ist, den Einsatz verschiedener rotierender Schneidwerkzeuge mit und ohne Kühlschmiermittelzufuhr ermöglicht und auch nachträglich noch auf der Arbeitsspindel von Werkzeugmaschinen angebracht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Kühlschmiermittelzuführeinrichtungen für rotierende Schneidwerkzeuge zu verbessern, wobei die Kühlschmiermittelzuführeinrichtung so auf der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine angeordnet sein soll, daß die rotierenden Schneidwerkzeuge in den Aufnahmekegel der Arbeitsspindel eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den Kühlmittelring und einen im Kühlmittelring drehbar gelagerten, mit einer Innenverzahnung und einem ein- oder mehrgängigen Außengewinde versehenen Läufer eine Rohrspindelpumpe gebildet ist, wobei der Läufer durch im Kühlmittelring gelagerte Zahnräder mit einer Außenverzahnung eines mit dem Grundkörper verbundenen Zahnkranzes, vorzugsweise mit einem Übersetzungsverhältnis 2 : 1 in Wirkverbindung gebracht ist.

Der Läufer ist vorzugsweise mit einem mehrgängigen Außenspitzgewinde versehen. Der Kühlmittelring ist aus einem äußeren und zwei inneren Kühlmittelteilringen zusammengesetzt, wobei diese durch Schrauben miteinander verbunden sind.

Zwischen den beiden inneren Kühlmittelteilringen sind drei Zahnradpaare bestehend aus jeweils einem in die Außenverzahnung des Zahnkranzes und einem in die Innenverzahnung des Läufers eingreifenden Zahnrad angeordnet.

Die Kühlschmiermittelaustrittsöffnung des Grundkörpers befindet sich außerhalb des Außendurchmessers der Arbeitsspindel und wird durch eine federbelastete Verschlußklappe abgedeckt, so daß kein Kühlschmiermittel austreten kann. Zur Weiterleitung des Kühlschmiermittels zum rotierenden Schneidwerkzeug wird ein Zuführmitnehmerstein mit einem Kühlschmiermittelkanal großen Querschnittes verwendet, wobei durch eine Nase am Zuführmitnehmerstein die Verschlußklappe der Kühlschmiermittelaustrittsöffnung des Grundkörpers beim Einsetzen des rotierenden Schneidwerkzeuges in die Arbeitsspindel nach innen gedrückt wird. Durch die Steuerung der Werkzeugmaschine wird ein Hydraulikventil geschaltet, so daß beim Werkzeugwechsel oder beim Einsatz eines Werkzeuges ohne Kühlschmiermittelzufuhr das Kühlschmiermittel in eine Rückflußleitung und nicht zur Kühlschmiermittelzuführeinrichtung geleitet wird. Das Kühlschmiermittel wird in einer Schlauchleitung zur Kühlschmiermittelzuführeinrichtung gepumpt. Bei drehender Arbeitsspindel dreht sich der im Kühlmittelring gelagerte Läufer mit etwa der halben Arbeitsspindeldrehzahl. Durch den Anschlußstutzen am stillstehenden Kühlmittelring gelangt das Kühlschmiermittel in die Gewindegänge des Läufers und wird, bedingt durch die Gewindesteigung zum Ringkanal gefördert, von wo aus das Kühlschmiermittel durch den Kühlschmiermittelkanal des Zuführmitnehmersteines und die Kühlschmiermittelbohrungen des rotierenden Schneidwerkzeuges zu den Werkzeugschneiden gelangt. Durch den mit halber Arbeitsspindeldrehzahl rotierenden Läufer sind die auf das Kühlschmiermittel wirkenden Fliehkräfte und damit die Druckverluste kleiner als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlschmiermittelzuführeinrichtungen, wobei die Druckverluste durch die Pumpwirkung des Läufers ausgeglichen werden.

Hinzu kommt, daß der durch feinste Metallteilchen im Kühlschmiermittel bedingte Verschleiß an den Dichtflächen zwischen dem Läufer und dem stillstehenden Kühlmittelring und zwischen dem Läufer und dem mit der Arbeitsspindeldrehzahl rotierenden Grundkörper auf Grund der niedrigen Drehzahl des Läufers kleiner ist und dadurch die Dichtwirkung länger aufrechterhalten bleibt. Da die Kühlschmiermittelaustrittsöffnung außerhalb des Außendurchmessers der Arbeitsspindel angeordnet ist und durch Hydraulikventile die Kühlschmiermittelzufuhr beim Werkzeugwechsel unterbrochen wird, kann kein Kühlschmiermittel in den Innenkegel der Arbeitsspindel bzw. auf den Außenkegel des rotierenden Schneidwerkzeuges gelangen, so daß die Lagegenauigkeit der Werkzeugschneiden beim Werkzeugwechsel nicht beeinträchtigt wird. Ein Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlschmiermittelzuführeinrichtung besteht auch darin, das diese nachträglich auf der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine angebracht werden kann und während des Werkzeugwechsels auf der Arbeitsspindel verbleibt, so daß für verschiedene rotierende Schneidwerkzeuge nur eine Kühlschmiermittelzuführeinrichtung erforderlich ist. Das führt zu einer erheblichen Reduzierung der Werkzeugkosten. Außerdem besteht auch die Möglichkeit rotierende Schneidwerkzeuge ohne innere Kühlschmiermittelzufuhr einzusetzen, da die Kühlschmiermittelzuführeinrichtung bedingt durch die Anordnung und die Möglichkeit der axialen Verschiebung auf der Arbeitsspindel hierbei nicht hinderlich ist.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Seitenansicht einer auf einer Arbeitsspindel angeordneten Kühlschmiermittelzuführeinrichtung mit eingesetztem rotierenden Schneidwerkzeug im Schnitt.

Fig. 2: die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kühlschmiermittelzuführeinrichtung teilweise geschnitten.

Fig. 3: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlschmiermittelzuführeinrichtung im Schnitt A-A gemäß Fig. 1.

Fig. 4: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlschmiermittelzuführeinrichtung im Schnitt B-B gemäß Fig. 1.

Auf der Arbeitsspindel 1 ist der Grundkörper 2 der Kühlschmiermittelzuführeinrichtung angeordnet. Der gegenüber der Arbeitsspindel 1 und dem Grundkörper 2 stillstehende Kühlmittelring 3 besteht aus dem äußeren Kühlmittelteilring 3 a und den inneren Kühlmittelteilringen 3 b und c, die mittels der Kugellager 4 auf dem Grundkörper 2 gelagert sind. In die Arbeitsspindel 1 ist ein rotierendes Schneidwerkzeug 5 mit Kühlschmiermittelkanälen 6 und Zuführmitnehmerstein 7 eingesetzt. Der Zuführmitnehmerstein 7 ist mit einem Kühlschmiermittelkanal 8 versehen, wobei durch die Nase 9 die federbelastete Verschlußklappe 10 der Kühlschmiermittelaustrittsöffnung 11 in den Kühlschmiermittelkanal 12 des Grundkörpers 2 gedrückt wird. Die beiden inneren Kühlmittelteilringe 3 b und c sind durch mehrere Schrauben 13 und Distanzstücke 14 miteinander verbunden, während der äußere Kühlmittelteilring 3 a mit dem inneren Kühlmittelteilring 3 b durch Schrauben 15 verbunden ist. Zwischen dem äußeren Kühlmittelteilring 3 a und den inneren Kühlmittelteilringen 3 b und c sowie dem Grundkörper 2 ist der mit einer Innenverzahnung 16 und einem mehrgängigen Außenspitzgewinde 17 versehene Läufer 18 drehbar gelagert, wobei das Außenspitzgewinde 17 so ausgebildet ist, daß zwischen dem Läufer 18, dem Grundkörper 2 und dem äußeren Kühlmittelteilring 3 a ein Kühlmittelringkanal 19 gebildet ist, in den der zur Kühlschmiermittelaustrittsöffnung 11 führende Kühlschmiermittelkanal 12 des Grundkörpers 2 mündet. Auf dem Grundkörper 2 ist zwischen den Kugellagern 4 ein Zahnkranz 20 mit einer Außenverzahnung 21 drehsicher befestigt. Zwischen den inneren Kühlmittelteilringen 3 b und c sind drei Zahnradpaare bestehend aus jeweils einem in die Außenverzahnung 21 des Zahnkranzes 20 eingreifenden Zahnrad 22 und einem in die Innenverzahnung 16 des Läufers 18 eingreifenden Zahnrad 23 gelagert, wobei das Übersetzungsverhältnis etwa 2 : 1 beträgt. Am äußeren Kühlmittelring 3 a ist ein Anschlußstutzen 24 befestigt.

Die Kühlmittelzuführeinrichtung wird auf der Arbeitsspindel 1 der Werkzeugmaschine durch mehrere Sicherungsschrauben 25 gegen axiales Verschieben gesichert. Bei drehender Arbeitsspindel 1 dreht sich der Läufer 18 etwa mit der halben Arbeitsspindeldrehzahl. Durch die Steuerung der Werkzeugmaschine oder manuell wird ein Hydraulikventil geschaltet, so das das Kühlschmiermittel über eine Schlauchleitung und den Anschlußstutzen 24 in die Gewindegänge des Außenspitzgewindes 17 des Läufers 18. gelangt. Bedingt durch die Steigung des Außenspitzgewindes 17 entsteht eine Pumpwirkung durch die infolge der auf das Kühlschmiermittel wirkenden Fliehkräfte auftretende Druckverluste ausgeglichen werden und das Kühlschmiermittel in den Kühlmittelringkanal 19 gepumpt wird. Von hier aus strömt das Kühlschmiermittel durch die Kühlschmiermittelkanäle 12, 8, 6 des Grundkörpers 2, des Zuführmitnehmersteines 7 und des rotierenden Schneidwerkzeuges 5 zu den Werkzeugschneiden.

Bei erforderlichem Werkzeugwechsel wird durch die Steuerung der Werkzeugmaschine oder manuell ein Hydraulikventil geschaltet, so daß das Kühlschmiermittel über eine Rückflußleitung zum Sammelbehälter fließen kann. Wird das rotierende Schneidwerkzeug 5 aus dem Innenkegel der Arbeitsspindel 1 herausgenommen, gibt die Nase 9 des Zuführmitnehmersteines 7 die federbelastete Verschlußklappe 10 frei, so daß die Kühlschmiermittelaustrittsöffnung 11 durch die Verschlußklappe 10 geschlossen wird und das noch in der Kühlschmiermittelzuführeinrichtung befindliche Kühlschmiermittel nicht auslaufen kann. Dadurch wird eine Verschmutzung des Innenkegels der Arbeitsspindel 1 bzw. des Außenkegels des rotierenden Schneidwerkzeuges 5 mit Kühlschmiermittel vermieden.

Aufstellungder in der Erfindungsbeschreibung verwendeten Bezugszeichen 1 - Arbeitsspindel
2 - Grundkörper
3 - Kühlmittelring
3 a - äußerer Kühlmittelring
3 b, c - innere Kühlmittelteilringe
4 - Kugellager
5 - rotierendes Schneidwerkzeug
6 - Kühlschmiermittelkanal des rotierenden Schneidwerkzeuges 5
7 - Zuführmitnehmerstein
8 - Kühlschmiermittelkanal des Zuführmitnehmersteines 7
9 - Nase
10 - Verschlußklappe
11 - Kühlschmiermittelaustrittsöffnung
12 - Kühlschmiermittelkanal des Grundkörpers 2
13 - Schrauben
14 - Distanzstücke
15 - Schrauben
16 - Innenverzahnung des Läufers 18
17 - Außenspitzgewinde des Läufers 18
18 - Läufer
19 - Kühlmittelringkanal
20 - Zahnkranz
21 - Außenverzahnung des Zahnkranzes 20
22 - Zahnräder
23 - Zahnräder
24 - Anschlußstutzen
25 - Sicherungsschrauben

Claims

1. Kühlschmiermittelzuführeinrichtung für rotierende Schneidwerkzeuge, bestehend aus einem auf der Arbeitsspindel befestigten Grundkörper, einem auf dem Grundkörper angeordneten und mit Dichtelementen versehenen, gegenüber der Arbeitsspindel und dem Grundkörper stillstehenden Kühlmittelring sowie Kühlschmiermittelkanälen und einer Pumpeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Kühlmittelring (3) und einen im Kühlmittelring (3) drehbar gelagerten, mit einer Innenverzahnung (16) und einem ein- oder mehrgängigen Außengewinde versehenen Läufer (18) eine Rohrspindelpumpe gebildet ist, wobei der Läufer (18) durch im Kühlmittelring (3) gelagerte Zahnräder (22, 23) mit einer Außenverzahnung (21) eines mit dem Grundkörper (2) verbundenen Zahnkranzes (20) vorzugsweise mit einem Übersetzungsverhältnis 2 : 1 in Wirkverbindung gebracht ist.

2. Kühlschmiermittelzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (18) mit einem mehrgängigen Außenspitzgewinde (17) versehen ist.

3. Kühlschmiermittelzuführeinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelring (3) aus einem äußeren Kühlmittelteilring (3 a) und zwei inneren Kühlmittelteilringen (3 b, c) zusammengesetzt ist.

4. Kühlschmiermittelzuführeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den inneren Kühlmittelringen (3 b, c) drei Zahnradpaare bestehend aus jeweils einem in die Außenverzahnung (21) des Zahnkranzes (20) eingreifenden Zahnrad (22) und einem in die Innenverzahnung (16) des Läufers (18) eingreifenden Zahnrad (23) angeordnet sind.