Beschreibung:
Spannfutter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter mit einem Futterkorper, in dem eine zentrale Aufnahme für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs ausgebildet ist, und einem Spannmechanismus, um einen in die Aufnahme eingeschobenen Werkzeugschaft in der Aufnahme zu fixieren, wobei in dem Futterkorper ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist, um dem maschinenseitigen Ende eines in die Aufnahme eingeschobenen Werkzeugs mit innerer Kühlmittelzufuhr ein Kühlmittel zuzuführen.
Spannfutter dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden in erster Linie eingesetzt, um einen Werkzeugschaft wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft in der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren.
In zunehmendem Maß erfolgt die Kühlung und/oder Schmierung der Werkzeuge im Bereich der Schneide über einen Kühlmittelkanal, der sich axial von der Werkzeugschneide zum gegenüberliegenden Ende des Werkzeugschaftes er-
BESTÄΠGUNGSKDPIE
streckt. Beim Einsatz von solchen Werkzeugen mit innerer Kühlmittelzufuhr ist in dem Spannfutter ein Kühlmittelkanal ausgebildet, der von dem spindelseitigen Ende zur Aufnahme des Spannfutters verläuft und dazu dient, dem spindelseitigen Ende des Werkzeugs ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. In der Regel erfolgt die Kühlmittelzufuhr durch eine ohnehin vorhandene Durchgangsbohrung im Futterkorper.
Bei vielen Spannfuttern, die für den Einsatz einer solchen Mindermengenschmiertechnik für Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr ausgestattet sind, besteht nun das Problem, daß aufgrund von Querschnittsverengungen in der Durchgangsbohrung, innenliegenden Gewinden sowie seitlichen Querbohrungen das zugeführte Luft/Öl-Gemisch verwirbelt wird und sich die Ölbestandteile von der Luft trennen. Dies kann nämlich zur Folge haben, daß sich die Ölbestandteile als Flüssigkeit im Futter niederschlagen, so daß der eigentlich zur Mindermengenschmierung benötigte Ölnebel nicht an der Werkzeugschneide ankommt und eine Kühlschmierung nicht mehr sichergestellt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Spannfutter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine einwandfreie Zufuhr eines Kühl- und/oder Schmiermittels von der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zum Schaft eines in das Spannfutter eingesetzten Werkzeuges gewährleistet ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Kühlmittelkanal im Futterkorper ein sich zwischen dem maschinenseitigen Ende des Futterkörpers und der Aufnahme erstreckendes Kühlmittelzuführrohr vorgesehen ist. Erfindungsgemäß erfolgt somit die Zufuhr des Kühl- und/oder Schmiermittels von der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zur Aufnahme für das Werkzeug durch ein in den Futterkorper eingesetztes Rohr, das einteilig ausgeführt, aber auch axial unterteilt sein kann. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Kühl- und/oder Schmiermittel im wesentlichen frei von äußeren Einflüssen durch den Futterkorper geführt werden kann. Insbesondere können Verwirbe- lungen aufgrund von seitlichen Querbohrungen, Querschnittsverengungen usw. praktisch vollständig vermieden werden, indem beispielsweise ein Rohr mit einem im wesentlichen konstanten Innendurchmesser verwendet wird. Das Rohr kann auch einen sich in Strömungsrichtung verringernden Strömungsquerschnitt besitzen. In vielen Anwendungsfällen wird das Kühlmittelzuführrohr nämlich in seinem Anschlußbereich zur Maschinenseite hin einen erheblich größeren Innendurchmesser besitzen als an dem aufnahmeseitigen Ende. In diesen Fällen können ein oder mehrere Übergangsabschnitte vorgesehen sein, in denen sich der Innendurchmesser stetig verringert. Wesentlich ist hierbei, daß die Innenkontur des Rohres so gebildet ist, daß durch die Querschnittsveränderung nur geringe Verlustleistungen entstehen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß das Kühlmittelzuführrohr mit keinem oder zu-
mindest nur geringem zusätzlichen Aufwand in die derzeit verwendeten Standardfutter eingebaut werden kann, da diese ohnehin eine sich zwischen dem spindelseitigen Ende und der Aufnahme erstreckende Durchgangsbohrung aufweisen, in welche das Kühlmittelzuführrohr beispielsweise eingeschraubt werden kann. Hierzu eignet sich beispielsweise das Gewinde, das häufig in Spannfutterkörpern zur Fixierung eines Axialanschlags für das Werkzeug ohnehin vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Kühlmittelzuführrohr in den Bereich der Aufnahme hineinragt und einen Axialanschlag für das Werkzeug bildet.
Wenn das Spannfutter in an sich bekannter Weise als Steilkegelwerkzeughalter mit einem maschinenseitig in den Futterkorper eingeschraubten Anzugsbolzen ausgebildet ist, ist in Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Anzugsbolzen hohl ausgeführt ist und mit zumindest einem weiteren Rohrelement das Kühlmittelzuführrohr bildet. In diesem Fall greifen Anzugsbolzen' und Rohrelement zweckmäßigerweise ineinander ein. Insbesondere können sie inein- andergesteckt oder miteinander verschraubt sein. Alternativ kann das Spannfutter auch mit einer HSK- Maschinenschnittstelle versehen sein, wobei dann anstelle des Anzugsbolzens ein übliches Anschlußelement zur Verbindung mit einer maschinenseitigen Kühlmittelzuführeinrichtung vorgesehen ist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen.
In der Zeichnung zeigt
Figur 1 eine Ausführungsform eines als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildeten Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung in geschnittener Seitenansicht und
Figur 2 eine Ausführungsform eines Werkzeughalters mit einer HSK-Maschinenschnittstelle in geschnittener Seitenansicht.
In Figur 1 ist ein als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildetes Spannfutter dargestellt. Das Spannfutter umfaßt einen Futterkorper 1 aus einem formsteifen Material, der an seinem einen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 2 zur Einspannung in einer drehangetriebenen Arbeitsspindel A einer Werkzeugmaschine aufweist. An dem anderen Ende des Futterkörpers 1 ist ein Anschlußschaft 3 mit einer zentralen Aufnahmebohrung 4 vorgesehen, in die ein zylindrischer Schaft eines Werkzeugs W wie beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers eingeschoben werden kann, und zwischen dem Befestigungskonus 2 und dem Anschlußschaft 3 liegt ein Mittelteil 5 vergrößerten Durchmessers.
Das dargestellte Spannfutter ist als Dehnspannfutter ausgebildet und weist in an sich bekannter Weise zur Fixierung des Schafts in der Aufnahmebohrung 4 im Bereich des Anschlußschafts 3 des Futterkörpers 1 einen Dehnspannmechanismus auf, von dem in der Zeichnung lediglich eine schmale Ringkammer 6 dargestellt ist. Diese ist um die Aufnahmebohrung 4 herum angeordnet und koaxial zu dieser ausgerichtet. Die Ringkammer 6, deren axiale Länge etwa dem erforderlichen Spannbereich entspricht, wird zur Auf- nahmebohrung 4 hin von einer relativ schmalen Innenwand 7 und radial nach außen von einer Außenwand 8, deren Wandstärke um ein mehrfaches größer als die Wandstärke der Innenwand 7 ist, begrenzt. Die Ringkammer 6 ist mit einem Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl gefüllt und steht in nicht dargestellter Weise über einen im Futterkorper 1 ausgebildeten Kanal mit einer Hydraulikmittelquelle in Verbindung, durch die zum Spannen des Werkzeugs W mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Druckmittelquelle kann in an sich bekannter Weise von einem im Futterkorper 1 ausgebildeten Zylinderraum gebildet sein, der endseitig durch ein kolbenartiges Stellorgan verschlossen ist, das zur Erhöhung des Drucks in den Zylinderraum eingeschraubt bzw. zur Verringerung des Drucks aus dieser herausgeschraubt werden kann. Dieser hydraulische Druck wird über den Kanal zur Ringkammer 6 übertragen und bewirkt eine elastische Auswölbung der Innenwand 7 nach innen, bis diese den in die Aufnahmebohrung 4 eingsetzten Werkzeugschaft fest umschließt.
Alternativ können auch andere Spannmechanismen vorgesehen sein, um das Werkzeug W in der Aufnahme 4 zu fixieren. Beispielsweise kann ein Schrumpfsitz hergestellt werden, indem der Futterkorper unter Aufweitung der Aufnahme erwärmt und nach Einschieben des Werkzeugs W wieder abgekühlt wird. In diesem Fall stellt der die Aufnahme bildende Teil des Futterkörpers den Spannmechanismus dar.
Bei dem in die Aufnahme 4 eingesetzten Werkzeug W handelt es sich um ein sogenanntes Werkzeug mit innerer Kühlmittelzufuhr, das, wie in der Zeichnung angedeutet ist, eine zentrale Durchgangsbohrung 9 aufweist, die sich vom spindelseitigen Ende bis zur Schneide des Werkzeugs W erstreckt, um der Werkzeugschneide ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. Dieses Kühl- und/oder Schmiermittel, das beispielsweise ein Luft/Öl-Gemisch in Form eines Ölnebels sein kann, wird dem maschinenseitigen Ende des Werkzeugs W von der Arbeitsspindel A der Werkzeugmaschine her über einen in dem Futterkorper 1 ausgebildeten Kühlmittelkanal zugeführt. Dieser Kühlmittelkanal wird erfindungsgemäß von einem Kühlmittelzuführrohr 10 gebildet, das sich zwischen der Aufnahme 4 und dem spindelseitigen Ende des Futterkörpers 1 erstreckt und einen konstanten Innendurchmesser aufweist, so daß der Aufnahme 4 das Kühl- und/oder Schmiermittel ohne die Gefahr von Ver- wirbelungen zugeführt werden kann.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das Kühlmittelzuführrohr 10 in die ohnehin in dem Futterkör-
per 1 vorhandene Durchgangsbohrung eingesetzt und zweiteilig ausgebildet. Der erste, arbeitsspindelseitige Abschnitt des Kühlmittelzuführrohrs 10 wird dabei von einem hohl ausgebildeten Anzugsbolzen 11 gebildet, der in für Steilkegelwerkzeughalter typischer Weise in das arbeitsspindelseitige Ende des Futterkörpers eingeschraubt ist, und an den Anzugsbolzen 11 schließt sich ein Rohrelement 12 an, das an seinem einen Ende in den Anzugsbolzen 11 unter Abdichtung durch einen O-Ring 13 eingesetzt ist und an seinem anderen, aufnahmeseitigen Ende mit dem Futterkorper 1 verschraubt ist. Hierzu weist das Rohrelement 12 einen Außengewindeabschnitt 12a auf, der mit einem Innengewindeabschnitt la des Futterkörpers 1 in Eingriff steht. Der Innengewindeabschnitt la dient normierweise der Aufnahme eines Axialanschlages für das Werkzeug W, der beispielsweise über ein Kegelradgetriebe verstellt werden kann, wie dies in der deutschen Patentanmeldung 198 36 912.3 der Anmelderin beschrieben ist, so daß der Innengewindeabschnitt la nicht speziell hergestellt zu werden braucht. Im übrigen kann das Rohrlement 12 auch als axialer Anschlag für den Werkzeugschaft dienen.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannfutters dargestellt, das mit einer HSK- Maschinenschnittstelle versehen ist. Das Spannfutter dieser Ausführungsform besitzt den gleichen Grundaufbau wie das zuvor unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebene Spannfutter mit einem Futterkorper 1 aus einem formsteifen Material, der an seinem einen Ende mit der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine koppelbar ist und an sei-
nem anderen axialen Ende eine zentrale Aufnahmebohrung 4 aufweist, in die ein zylindrischer Werkstückschaft eingeschoben und über einen Dehnspannmechanismus, von dem lediglich die Ringkammer 6 dargestellt ist, festgespannt werden kann.
Um Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr verwenden zu können, ist in dem Futterkorper 1 ein Kühlmittelzuführrohr 10 vorgesehen, das sich zwischen der Aufnahme 4 und dem spindelseitigen Endbereich des Futterkörpers 1 erstreckt. Das Kühlmittelzuführrohr 2 ist dabei in die ohnehin in dem Futterkorper 1 vorhandene Durchgangsbohrung eingesetzt und zweiteilig ausgebildet. Der erste, ar- beitsspindelseitige Abschnitt des Kühlmittelzuführrohrs 10 wird dabei von einem Anschlußelement 14 gebildet, auf welches ein Anschlußelement eines arbeitsspindelseitigen Kühlmittelzuführsystems aufgeschoben werden kann, und an das Anschlußelement 14 schließt sich ein Rohrelement 12 an, das in das Anschlußelement 14 verschiebbar eingesetzt ist und an seinem anderen, aufnahmeseitigen Ende mit dem Futterkorper 1 verschraubt ist und in die Aufnahme 4 hineinragt. Das Rohrelement 12 dient hier als Axialanschlag für den Werkzeugschaft und kann beispielsweise über ein Kegelradgetriebe axial verstellt werden.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform besitzt das Kühlmittelzuführrohr 10 im Gegensatz zu dem Kühlmittelzuführrohr der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform keinen konstanten Durchmesser, sondern ist der Durchmesser im Bereich des Anschlußelements 14 erheblich
größer als der Innendurchmesser am aufnahmeseitigen Ende, wobei der einlaßseitige Endbereich des Rohrelements 12 als konisch zulaufender Übergangsbereich 15 ausgebildet ist, der die Abschnitt unterschiedlichen Durchmessers miteinander verbindet. Der Ubergangsbereich 15 erstreckt sich über etwa 1/3 der Länge des Rohrelements 12, um einen möglichst „sanften" Übergang zu schaffen. Durch die stetigen Übergänge zwischen den Bereichen unterschiedlichen Durchmessers werden Verlustleistungen minimal gehalten .