DE602004003631T2 - Verfahren zur Herstellung einer Kühlflüssigkeitsdüse - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • (1) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlmitteldüse zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine.
  • (2) Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
  • Zur Aufrechterhaltung der Wirksamkeit bei der spanenden Bearbeitung ist es wichtig, ein Fluid-Kühlmittel/Schmiermittel (z.B. Öl oder Materialien auf Wasserbasis) vorzusehen.
  • Eine Vorrichtung zum Bearbeiten des Randes eines Werkstücks ist in der DE 202 16 396 U gezeigt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlmitteldüse zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine mit einem rotierenden Werkzeug, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
  • Bei verschiedenen Ausführungen können die Passagen einen die Öffnung umgebenden Sammelraum aufweisen. Es kann eine Anzahl von Auslässen symmetrisch um eine Achse vorgesehen sein. Es kann eine Anzahl von Auslässen derart positioniert sein, dass zugehörige Kühlmittelauslassströme in Richtung einer Achse des Werkzeugs gelenkt werden, wenn das Werkzeug in einer installierten Position ist. Die Auslässe können länglich sein. Es können mindestens fünf Auslässe und ein einziger Einlass vorhanden sein. Die Öffnung kann einen Durchmesser von weniger als 3 cm aufweisen. Die Düse kann in Kombination mit der Werk zeugmaschine und dem Werkzeug vorgesehen sein, und es kann eine Anzahl von Kühlmittelauslassströmen die Auslässe verlassen und schräg an einer Seite des Werkzeugs auftreffen.
  • Die Düse weist eine Öffnung zum Aufnehmen des Werkzeugs auf. Die Düse hat einen Kühlmitteleinlauf und mindestens einen Kühlmittelauslass. Interne Oberflächenbereiche definieren eine oder mehrere Passagen zwischen dem mindestens einen Kühlmitteleinlauf und dem Kühlmittelauslass.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Kühlmittelauslässen vorgesehen sein, wobei für jeden von diesen gilt, dass er bei einer gemeinsamen Radialposition relativ zu einer Achse ist sowie bei einer einzigartigen Winkelposition um die Achse ist. Zusätzlich zu diesen Kühlmittelauslässen sind möglicherweise keine weiteren Kühlmittelauslässe vorhanden.
  • Die Details von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind in den Begleitzeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung einer Düse gemäß den Prinzipien der Erfindung;
  • 2 eine vertikale Schnittdarstellung der Düse der 1 entlang der Linie 1-1;
  • 3 eine Röntgenbilddarstellung der Düse der 1 von vorne;
  • 4 eine Darstellung einer vorderen Düsenerhebung der Düse der 1;
  • 5 eine vergrößerte Darstellung der Düse entlang der Linie 5-5 der 2; und
  • 6 eine von hinten gesehene Perspektivansicht der Düse der 1.
  • In den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen gleichartige Elemente.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt eine Düse 20 zum Schmieren/Kühlen eines Werkzeugs 22, das von einer Spindel 24 einer Werkzeugmaschine gehalten ist. Ein exemplarisches Werkzeug ist ein Bohrer mit Superschleifeigenschaften. Das Werkzeug hat einen Schaft mit einem distalen, doppelt konvexen (z.B. halbkugelförmigen) Kopf 26 und einen distalen Schaftbereich 28, die einen Schleifüberzug oder eingebettete Schleifpartikel aufweisen (z.B. plattiertes kubisches Bornitrid oder Diamantkorn). Das Werkzeug weist einen mittleren vergrößerten Bereich 30 mit Abflachungen (nicht gezeigt) zum Greifen durch ein Werkzeug sowie einen proximalen Bereich (nicht gezeigt) zum Anbringen des Werkzeugs an der Spindel auf. Die Düse hat eine vordere Oberfläche 40 (2) und eine rückwärtige Oberfläche 42. Die rückwärtige Oberfläche kann Einrichtungen (z.B. einen Kanal 44) zur Verbindung mit komplementären Einrichtungen an der Vorderseite der Werkzeugmaschine aufweisen, um die Düse in einer Betriebsposition in exakte Ausrichtung mit der Werkzeugmaschine zu bringen. Es können Befestigungseinrichtungen vorgesehen sein, wie z.B. Befestigungsöffnungen 46 (1) zum Aufnehmen von Ansätzen, die von der Werkzeugmaschine weg ragen, oder Befestigungselemente, die sich in die Werkzeugmaschine hinein erstrecken, um die Düse in der Betriebsposition in ausgefluchteter Weise lösbar zu befestigen. Alternativ hierzu kann ein Klemmmechanismus in Verbindung mit einem automatisierten Werkzeugwechsler vorgesehen sein. In der Betriebsposition hat die Düse eine Öffnung 50, die eine zentrale Längsachse 500 der Spindel und des Werkzeugs umgibt. Die Öffnung ist in ihrem Hauptteil durch eine innere Oberfläche 52 definiert, die in eng benachbarter Relation zu dem Mittelbereich 30 des Werkzeugs vorgesehen ist (z.B. mit einem radialen Freiraum von bis zu ca. 1 cm und in engerer Weise 5 mm). Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein vorderer Bereich 56 der Spindel in einer Ausnehmung 58 in der rückwärtigen Oberfläche der Düse aufgenommen. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel umgibt die Ausnehmung 58 den vorderen Bereich der Spindel mit einem angemessenen radialen Freiraum und steht über Passagen 60 (1) mit dem lateralen Umfang der Düse in Verbin dung. Die Passagen 60 gestatten den Durchtritt von Kühlluft bis zum Erreichen der Spindel.
  • Eine wesentliche Funktion der Düse besteht in der Zufuhr eines kühlenden und/oder schmierenden Fluids zu dem Werkzeug. An ihrem unteren Ende hat die Düse einen Fluideinlauf 62, der Fluid einem Schacht 64 eines Fluidpassagennetzes zuführt, dessen jeweilige Bereiche durch zugehörige innere Oberflächenbereiche der Düse definiert sind. Der Schacht 64 speist beispielsweise drei Zweige 66, 68 und 70 (3). Die Zweige speisen einen Sammelraum 72, der die Achse 500 umgibt. Die Zweigauslässe zu dem Sammelraum sind in Intervallen von etwa gleichen 120° voneinander beabstandet, um für eine gleichmäßige Zufuhr von Fluid zu dem Sammelraum zu sorgen. Eine kreisförmige Anordnung von Auslasspassagen 74 (2) erstreckt sich von dem Sammelraum zu einer die Öffnung 50 umgebenden Düsenerhebung 76 an der vorderen Oberfläche 40 (4). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich jede Auslasspassage zu einem Auslass 80 an einer Auslasserhebung 82, die von einer leicht nach innen weisenden kegelstumpfförmigen Randoberfläche 84 der Düsenerhebung 76 hervorsteht. Der Auslass und ein umgebender Rand 86 sind derart ausgerichtet, dass sie nach vorne sowie nach innen in Richtung auf die Achse 500 weisen. Ein Endbereich 90 jeder Auslasspassage divergiert strömungsabwärts und ist entlang einer Ebene entlang der Achse 500 länglich ausgebildet, so dass er eine Länge L in dieser Ebene sowie eine Breite W in der dazu quer verlaufenden Richtung aufweist. Eine derartige Konfiguration erzeugt einen Sprühstrahl 100, der in dieser Ebene in einem ungefähren Winkel θ, nach außen aufgefächert wird, so dass er entlang dem mittleren Bereich 30 bei einer Mittenlinie 101 in einem spitzen Winkel θ2 zu der Achse 500 auf das Werkzeug auftrifft. Die Winkel θ1, und θ2 sind derart gewählt, dass die Sprühstrahlen im Wesentlichen den gesamten Bereich entlang der Länge des Schleifbereichs des Hohlbohrers abdecken. Die große Anzahl von Auslässen sorgt für eine in hohem Maße redundante Abdeckung entlang dem Umfang des Hohlbohrers, so dass während der spanenden Bearbeitung die Effekte einer Blockage von einem oder mehreren der Sprühstrahlen durch das Werkstück minimiert sind.
  • 6 zeigt weitere Details der exemplarischen Düse. Entlang dem Boden der Öffnung 50 ist eine Vertiefung 102 in der Oberfläche 52 ausgebildet und dient als Ablauf. Diese Vertiefung erstreckt sich nach unten entlang der stufigen vorderen Oberflächenbereiche 104 und 106 der Ausnehmung 58, um eine Drainage um die Spindel herum zu ermöglichen. In ähnlicher Weise ist die Oberfläche 106 mit offenen Kanalausnehmungen 108 versehen, die als Fortsetzungen der Kühlpassagen 60 ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen unterstützen die nach außen gehende Ventilation eines Kühlmittelnebels.
  • Die Düse ist durch selektives Lasersintern (SLS) eines Keramikmaterials als einziges, unitäres Stück gebildet. Auf diese Weise lässt sich eine rasche und kostengünstige Herstellung erzielen, insbesondere für kleine Mengen. Zum Zweck einer einfachen Herstellung, für die Festigkeit sowie die Verteilung der Auslässe, umgibt die Düse vorteilhafterweise komplette 360° der Öffnung. Diese Konstruktion ermöglicht z.B. eine ähnliche Erstreckung des Sammelraums.
  • Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel besitzen die Auslässe allesamt eine bestimmte Größe und Formgebung und befinden sich auf einem bestimmten Radius von der Achse 500 und sind um diese Achse gleichmäßig beabstandet. Die dargestellte Düse weist 20 Auslässe auf. Ein exemplarischer breiter Bereich beträgt von zwei bis vierzig Auslässen. Engere Bereiche beinhalten fünf bis 30 und zehn bis fünfundzwanzig Auslässe.
  • Vorstehend sind eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Dennoch versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass man den Umfang der Erfindung verlässt. Zum Beispiel können verschiedene Details der Düse zur Verwendung bei bestimmten Werkzeugmaschinen, Werkzeugen und Anwendungen konfiguriert sein. Bei Flanken-SAM-Anwendungen können die Auslässe derart verteilt sein, dass ihre Ströme in vorteilhafter Weise an dem bearbeiteten Werkstück vorbei gehen. Dies kann eine ungleichmäßige Auslassverteilung und/oder eine größere Überlappung/Redundanz bei den Strömen beinhalten. In entsprechender Weise ist der Umfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Kühlmitteldüse (20) zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine mit einem rotierenden Werkzeug (22), wobei die Düse aufweist: mindestens einen Kühlmitteleinlauf (62); mindestens einen Kühlmittelauslass (80); interne Oberflächenbereiche, welche eine oder mehrere Passagen (74) zwischen dem mindestens einen Kühlmitteleinlauf (62) und dem mindestens einen Kühlmittelauslass (80) definieren; und eine Öffnung (50) zum Aufnehmen des Werkzeugs; gekennzeichnet durch den Schritt des Bildens der Düse als ein einziges, unitäres Stück durch selektives Lasersintern eines Keramikmaterials.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eine Passage oder die mehreren Passagen (74) einen die Öffnung (50) umgebenden Sammelraum (72) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens einen Kühlmittelauslass (80) eine Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) positioniert ist, um zugehörige Kühlmittelauslassströme in Richtung einer Achse (500) des Werkzeugs (22) zu lenken, wenn das Werkzeug in einer installierten Position ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) länglich ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelauslässen mindestens fünf Auslässe (80) aufweist und der mindestens eine Kühlmitteleinlass ein einziger Kühlmitteleinlass (62) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei für die Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) gilt, dass jeder bei einer gemeinsamen Radialposition relativ zu einer Achse (500) ist und jeder bei einer einzigartigen Winkelposition um die Achse ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei es zu der Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) keine weiteren Kühlmittelauslässe gibt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelauslässen (80) symmetrisch um eine Achse (500) ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (50) eine Durchgangsöffnung ist und die Düse (20) komplette 360° der Durchgangsöffnung (50) umgibt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (50) einen Durchmesser von weniger als 3 cm hat.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt des Bereitstellens einer Werkzeugmaschine und eines Werkzeugs (22) und einer Mehrzahl von derart angeordneten Kühlmittelauslässen, so dass eine Mehrzahl von Kühlmittelauslassströmen (100) den mindestens einen Auslass (80) verlässt und schräg an einer Seite des Werkzeugs (22) auftrifft.
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