DE19726942A1 - Werkzeugmaschine mit Bypass-Spülung - Google Patents
Werkzeugmaschine mit Bypass-SpülungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit
einer Spindel, die eine Werkzeugaufnahme für Werkzeughalter
aufweist, einer Werkzeugwechselvorrichtung zum Überführen der
Werkzeughalter zwischen deren jeweiliger Magazinposition und
einer Arbeitsposition in der Werkzeugaufnahme, und einer
Innenkühlung, die durch einen längs durch die Spindel ver
laufenden Innenkanal einem in die Werkzeugaufnahme einge
spannten Werkzeughalter Kühlmittel zuführt, um ein im Einsatz
befindliches Werkzeug zu durchspülen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben
einer derartigen Werkzeugmaschine, das insbesondere den Werk
zeugwechsel betrifft.
Eine Werkzeugmaschine der vorstehend genannten Art ist der
Anmelderin bekannt.
Die bekannte Werkzeugmaschine weist eine in einem Spindel
gehäuse drehbar gelagerte Spindel auf, an deren Stirnseite
zentrisch eine Aufnahme für Werkzeughalter vorgesehen ist.
Derartige Werkzeughalter sind in der Regel genormt, sie wei
sen einen Steilkegel auf, der komplementär zu der Werkzeug
aufnahme in der Spindel ausgebildet ist. An den Steilkegel
schließt sich nach unten ein verdickter Bund an, an dem eine
Greifernut vorgesehen ist. Unterhalb des Bundes verläuft ein
Halteschaft, in dem Werkzeuge befestigt werden können.
Beim Einspannen des Werkzeughalters in die Spindel gelangt
der Steilkegel in Anlage mit einer konischen Innenfläche der
Werkzeugaufnahme, wobei für das Einspannen des Werkzeug
halters eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die auf an sich
bekannte Weise arbeitet.
Statt der Steilkegel können auch Kegel-Hohlschäfte vorgesehen
sein, die mit einer oberen Öffnung versehen sind, durch die
die Zangensegmente und die Spannstange eines Spannsystems in
das Innere des Kegel-Hohlschaftes eingreifen, um diesen in
die Werkzeugaufnahme einzuziehen. Die Plananlage zwischen
Spindel und Werkzeughalter erfolgt hier nicht vorrangig über
die konische Außenfläche des Kegel-Hohlschaftes, sondern über
eine nach oben weisende Ringfläche des verdickten Bundes, die
mit einer Anlagefläche an der Stirnseite der Spindel in
Plananlage kommt, wenn der Werkzeughalter in die Werkzeug
aufnahme eingezogen wird.
In der Spannstange verläuft zentrisch ein Innenkanal, der mit
einer Innenkühlung der Werkzeugmaschine verbunden ist. An
ihrem unteren Ende weist die Spannzange einen verdickten
Spannzapfen auf, in dem eine nach unten offene Bohrung vorge
sehen ist, in die der Innenkanal mündet. Zugeordnet befindet
sich innen in einem Kegel-Hohlschaft ein Kühlmittelröhrchen,
das in die Bohrung des Spannzapfens eingreift, wenn dieser
beim Einspannen eines Werkzeughalters in den Kegel-Hohlschaft
hineingelangt. Das Kühlmittelröhrchen ist mit einer Innen
bohrung versehen, die zu dem eingespannten Werkzeug führt.
Wenn der Werkzeughalter mit dem Kegel-Hohlschaft in die Werk
zeugaufnahme eingespannt ist, kann folglich Kühlmittel durch
den Innenkanal in der Spannzange sowie die Innenbohrung in
dem Kühlmittelröhrchen zu dem Werkzeug gelangen, um dieses
von innen zu kühlen und gleichzeitig Späne abzuspülen.
Bei der bekannten Werkzeugmaschine ist an dem Spindelgehäuse
eine die Spindel umgebende Hülse vorgesehen, die relativ zu
der Längsachse der Spindel verfahren werden kann. An der
Hülse ist eine Werkzeugwechselvorrichtung angeordnet, die
eine Anzahl von Werkzeugwechslern umfaßt, von denen jeder
einen wie oben beschriebenen Werkzeughalter trägt. Jeder
Werkzeugwechsler ist mit einer Greiferhand ausgestattet, die
den Werkzeughalter an der Greifernut erfaßt. Die Greiferhand
wiederum ist an zwei Greiferarmen gelagert, die eine Paralle
logrammführung bilden. Einer der Greiferarme ist mit einer
Antriebseinheit aus Zylinder und Kolbenstange verbunden, wo
bei durch das Aus- und Einfahren der Kolbenstange die
Greiferhand und damit der von ihr getragene Werkzeughalter
von der Magazinposition in die Arbeitsposition in der Spindel
bzw. von der Arbeitsposition zurück in die Magazinposition
überführt wird. Durch eine Längsverschiebung der Hülse und
damit des Werkzeugwechslers zu der Spindel wird der
Steilkegel bzw. der Kegel-Hohlschaft in die Werkzeugaufnahme
eingeschoben bzw. aus ihr zurückgezogen.
In der Magazinposition sind die Werkzeughalter mit ihren
Steilkegeln oder Kegel-Hohlschäften in Köcher eingeführt, die
die Werkzeughalter vor Verschmutzung schützen.
Es ist bekannt, daß bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit
dem Werkzeug, das von dem jeweils in die Werkzeugaufnahme der
Spindel eingespannten Werkzeughalter getragen wird, bei der
insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine der Arbeitsbereich
mit Kühlmittel gespült wird, um zum einen das Werkstück zu
kühlen und zum anderen die bei der Bearbeitung entstehenden
Späne aus dem Arbeitsbereich des jeweiligen Werkzeuges wegzu
spülen und ferner Späne vom Werkzeug und dessen Werkzeug
halter zu entfernen. Wie es allgemein bekannt ist, erfolgt
dieses Spülen im Bereich der Spindel nur während der Be
arbeitung des Werkstückes, während des Werkzeugwechsels ist
aus offensichtlichen Gründen keine Spülung erforderlich.
Unterstützend zu dieser "Außenspülung" ist bei der eingangs
erwähnten Werkzeugmaschine noch die oben besprochene Innen
kühlung vorgesehen, durch die das Werkzeug von innen gekühlt
wird, um eine Überhitzung sowie die damit verbundenen
Probleme des im Eingriff befindlichen Werkzeuges zu ver
meiden. Diese Innenkühlung ist aus offensichtlichen Gründen
nur eingeschaltet, wenn das Werkzeug im Einsatz ist.
Es hat sich nun herausgestellt, daß offenbar wegen unzu
reichender Außenspülung dennoch Späne an dem Steilkegel bzw.
Kegel-Hohlschaft hängenbleiben, die in der Magazinstellung
des jeweiligen Werkzeughalters an der äußeren Konusfläche
und/oder an der Ringfläche des verdickten Bundes antrocknen.
Bei dem nächsten Einspannen eines derart verschmutzten Werk
zeughalters in die Werkzeugaufnahme der Spindel kommt es dann
insbesondere bei Werkzeughaltern mit Kegel-Hohlschaft zu
Fehlern bei der Plananlage, so daß das Werkzeug nicht zen
trisch und fluchtend zu der Spindelachse eingespannt wird.
Aus diesen Gründen ist es erforderlich, insbesondere bei
Werkzeughaltern mit Kegel-Hohlschaft relativ häufig Wartungs
arbeiten durchzuführen, um Bearbeitungsfehler durch infolge
der Verschmutzung mit Spänen nicht korrekt eingespannte
Werkzeughalter zu vermeiden. Ferner müssen relativ häufig
Werkzeughalter und Spindeln ausgetauscht werden, weil die an
dem Werkzeughalter verbleibenden Späne sich in die
Anlageflächen eindrücken, was auf Dauer ein lagegenaues
Einspannen von Werkzeughaltern auch dann verhindert, wenn die
Anlageflächen später wieder spänefrei sind.
Derartige Probleme sind aus dem Stand der Technik bereits
seit längerem bekannt. So gibt es Werkzeugmaschinen, bei
denen durch eine Bohrung in der Längsachse der Spindel Luft
zugeführt wird, um die Werkzeugaufnahme vor dem Einkuppeln
eines neuen Steilkegels auszublasen. Aus der DE 33 20 873 A1
ist in diesem Zusammenhang eine Ausblasanordnung bekannt, bei
der die Werkzeugaufnahme der Spindel in jeder beliebigen
Drehstellung der Spindel ausgeblasen werden kann. Hierzu ist
an der Spindel eine äußere Ringnut vorgesehen, von der Kanäle
quer durch die Spindel in die Werkzeugaufnahme hinein ver
laufen. In dem Spindelgehäuse ist eine zugeordnete Ringnut
vorgesehen, die von außen mit Druckluft versorgt wird. Über
die beiden Ringnuten und die Querbohrung gelangt so von außen
Druckluft in den oberen Bereich der Werkzeugaufnahme oberhalb
der Innenkegelfläche.
Eine vergleichbare Konstruktion ist aus der EP 0 417 549 B1
bekannt, wo der Kanal jedoch in dem oberen Drittel der Innen
kegelfläche mündet.
Die DE 26 32 228 A1 offenbart ebenfalls eine vergleichbare
Konstruktion, dort münden jedoch gleich mehrere Kanäle über
den Umfang verteilt in der Kegelfläche, und zwar an ihrem
unteren Ende. Die Kanäle verlaufen schräg nach unten und
innen zur Spindelachse, wobei durch diese schräge Anordnung
nicht nur die Werkzeugaufnahme ausgeblasen, sondern auch der
Steilkegel abgeblasen werden soll. Die Neigung der Kanäle ist
dabei so gewählt, daß der Steilkegel weit vor Erreichen der
Öffnung der Werkzeugaufnahme abgeblasen wird, so daß die
abgeblasenen Späne nicht in die Werkzeugaufnahme gelangen
können.
Bei allen drei insoweit beschriebenen Werkzeugmaschinen wird
Druckluft seitlich durch das Spindelgehäuse und von dort über
eine entsprechende Anordnung von Kanälen und Ringnuten in die
Spindel geleitet. Sämtliche Werkzeugmaschinen sind für den
Einsatz mit Werkzeughaltern mit Steilkegel ausgelegt und be
nötigen eine gesonderte Druckluftzufuhr, die beim Einkuppeln
bzw. Einspannen eines Werkzeughalters entsprechend an
gesteuert werden muß.
Die gesondert zu steuernde und bereitzustellende Luftzufuhr
stellt dabei einen zusätzlichen Kostenfaktor dar und er
fordert weiteren Konstruktionsaufwand, was allgemein von
Nachteil ist. Ferner wurde festgestellt, daß dieses Abblasen
teilweise nicht effektiv genug ist, es bleiben immer noch
Späne am Werkzeughalter haften, insbesondere wenn sie infolge
angetrockneten Kühlmittels dort sozusagen verklebt sind.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die eingangs genannte Werkzeugmaschine so weiterzubilden, daß
auf konstruktiv einfache Weise ein effektiveres Entfernen von
Spänen von dem Werkzeughalter erreicht wird.
Bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine wird diese Auf
gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von dem Innenkanal
zumindest ein Spülkanal abzweigt, dessen zumindest eine Aus
laßöffnung im Bereich der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei dem eingangs
genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die Innenkühlung
während des Überführens eines Werkzeughalters in die Arbeits
position eingeschaltet wird, um durch den Innenkanal hindurch
die Werkzeugaufnahme und/oder den Werkzeughalter mit Kühl
mittel abzuspülen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst. Hinsichtlich des neuen Verfahrens
haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung erkannt, daß
ein Abspülen des Werkzeughalters mit Kühlmittel während des
Einkuppelns trotz des erhöhten Kühlmittelverbrauchs einen
signifikanten Vorteil gegenüber dem Abblasen mit Druckluft
mit sich bringt. Durch das Kühlmittel werden nämlich die an
getrockneten Späne wieder abgelöst, das getrocknete Kühl
mittel gibt so die an ihm haftenden Späne wieder frei. Durch
reines Abblasen mit Druckluft wäre dies nicht möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die sowieso an der
bekannten Werkzeugmaschine vorhandene Steuerung für die
Innenkühlung verwendet werden kann, um das Abspülen während
des Einkuppelns zu bewirken. Konstruktiv muß die bekannte
Werkzeugmaschine also nicht verändert werden, um ein
effektives Entfernen von Spänen zu erreichen. Dieses Spülen
entfernt nun aber nicht nur Späne von dem gerade unter der
Werkzeugaufnahme befindlichen Werkzeughalter, vielmehr wird
durch den hohen Druck, mit dem das Kühlmittel gefördert wird,
auch die Werkzeugaufnahme innen gereinigt. Das Kühlmittel
tritt nämlich unten an dem Spannzapfen aus, wird teilweise
von dem Werkzeughalter zurück in die Werkzeugaufnahme
reflektiert und entfernt dort ggf. anhaftende Späne.
Eine weitere Steigerung der Effizienz wird erreicht, indem
die Werkzeugmaschine erfindungsgemäß weitergebildet wird,
also sozusagen einen Bypass aufweist, so daß während des Ein
wechselns durch die Innenkühlung auch Kühlmittel über den
Spülkanal geführt wird, wobei die Auslaßöffnung geeignet ge
legt werden kann, so daß sozusagen ein doppelter Kühl
mittelangriff auf den einzuwechselnden Werkzeughalter er
folgt. Die Auslaßöffnung kann z. B. im Spindelgehäuse seitlich
neben der Werkzeugaufnahme sitzen.
Der höhere Kühlmittelverbrauch, der durch das ggf. nur kurz
fristige Einschalten der Innenkühlung während des Überführens
eines Werkzeughalters in seine Arbeitsposition erfolgt, wird
durch die längeren Standzeiten mehr als kompensiert, die sich
jetzt bei der Werkzeugaufnahme und den Werkzeughaltern er
geben, da diese nicht mehr durch klebengebliebene Späne be
schädigt werden. Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens
sowie der neuen Werkzeugmaschine liegt selbstverständlich
darin, daß wegen der effektiv entfernten Späne eine sehr ge
naue Plananlage erreicht wird, was die Bearbeitungs
genauigkeit deutlich erhöht, so daß die Wartungsintervalle
verlängert werden können.
In einer Weiterbildung der neuen Werkzeugmaschine ist bevor
zugt, wenn der Spülkanal in der Spindel verläuft, wobei die
Auslaßöffnung vorzugsweise in einer Stirnseite der Spindel
liegt.
Hier ist von Vorteil, daß die aus dem Stand der Technik bei
der Druckluft bekannten Abdichtprobleme zwischen dem Spindel
gehäuse und der drehbaren Spindel vermieden werden. Außerdem
ist diese Anordnung konstruktiv sehr einfach, es ist
lediglich erforderlich, den Innenkanal in der Spindel
seitlich anzubohren und diesen Kanal dann nach unten zu der
Stirnseite der Spindel zu führen. Im einfachsten Fall sind
also lediglich zwei Bohrungen erforderlich, um den Bypass zu
ermöglichen. Selbstverständlich können viele Spülkanäle
umfänglich gleichverteilt in der Spindel vorgesehen werden,
so daß eine entsprechende Anzahl von Auslaßöffnungen um die
Werkzeugaufnahme herum angeordnet ist. Die dort dann
austretenden Spülstrahlen treffen beim Einwechseln des
Werkzeughalters dann sowohl auf die Außenkegelfläche als auch
auf den verdickten Bund.
Dabei ist es dann bevorzugt, wenn die Werkzeugaufnahme für
Werkzeughalter mit Hohlschaftkegel (HSK) ausgebildet ist, wo
bei an der Stirnseite eine Anlagefläche vorgesehen ist, die
bei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem HSK-Werkzeughalter
mit dessen Ringfläche in Plananlage ist, wodurch der HSK-
Werkzeughalter lagegenau positioniert wird, und wenn die Aus
laßöffnung in der Anlagefläche liegt.
Hier ist von Vorteil, daß zum einen ein zielgenaues Abspülen
der Ringfläche sowie durch zurückspritzendes Kühlmittel auch
der Anlagefläche möglich ist. Ferner werden die verschiedenen
Auslaßöffnungen sozusagen automatisch verschlossen, wenn näm
lich die Anlagefläche und die Ringfläche miteinander in
Plananlage sind. Damit ist sichergestellt, daß beim späteren
Einsatz der Innenkühlung der Bypass verschlossen ist, so daß
der Kühlmitteldruck ausreicht, um Kühlmittel durch das Werk
zeug zu drücken. Da die Position eines HSK-Werkzeughalters
durch die Plananlage zwischen Anlagefläche und Ringfläche be
stimmt wird, ermöglicht die genannte Ausgestaltung der neuen
Werkzeugmaschine ein effektives Entfernen der Späne genau
dort, wo sie besonders stören würden.
Weiter ist es bevorzugt, wenn in der Spindel zum auto
matischen Einspannen von Werkzeughaltern eine Spannvor
richtung vorgesehen ist, die eine koaxial zu der Spindel in
einer Innenbohrung längsverschieblich angeordnete Spannstange
umfaßt, die von dem Innenkanal in Längsrichtung durchsetzt
ist und mit einem Kühlmittelröhrchen eines Werkzeughalters
bei dessen Einspannen in Eingriff gelangt, so daß dieser
durch den Innenkanal mit Kühlmittel versorgt wird.
Diese Maßnahme verbindet die an sich bekannte Innenkühlung
mit Übergabe mittels eines Kühlmittelröhrchens an das zu
kühlende Werkzeug auf konstruktiv einfache Weise mit dem
Bypass infolge des Spülkanals. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß sich beim Einspannen, also dann, wenn das Kühl
mittelröhrchen in die Spannstange eingreift, dort allmählich
ein zunehmender Gegendruck aufbaut, der durch die kleinen
Bohrungen in dem Werkzeug bedingt ist, in das das Kühlmittel
hineingepreßt wird. Durch diesen Gegendruck wird jetzt immer
mehr Kühlmittel unter immer höherem Druck aus den Auslaß
öffnungen ausgestoßen, wodurch ein immer stärkeres und damit
sehr effektives Abblasen sowohl der Ringfläche als auch der
Anlagefläche erfolgt, bis bei Plananlage zwischen Anlage
fläche und Ringfläche die Auslaßöffnungen verschlossen
werden.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn in der
Spannstange zumindest eine in den Innenkanal mündende Quer
bohrung vorgesehen ist, die mit einem in der Spindel vor
gesehenen, zu der Innenbohrung offenen Übergaberaum zusammen
wirkt, in den der Spülkanal mündet, wobei vorzugsweise der
Übergaberaum ein Ringraum ist, der sich um die Spannstange
herum erstreckt, wobei ferner vorzugsweise oberhalb und
unterhalb des Ringraumes in der Innenbohrung Dichtungen vor
gesehen sind, die zwischen der Spannstange und der Spindel
sitzen.
Diese Maßnahmen sind konstruktiv von Vorteil, sie ermöglichen
eine einfache Übergabe des Kühlmittels von der längsver
schieblichen Spannstange in die radial zu der Spannstange ab
gehenden Spülkanäle, wobei durch die beiden Dichtungen eine
einfache Abdichtung nach oben und nach unten erfolgt. Diese
Dichtungen beeinträchtigen die Funktion der Spannvorrichtung
nicht, denn bei einem Werkzeugwechsel wird die Spannstange
lediglich einmal um einen gewissen Hub nach unten gefahren,
um das gerade eingespannte Werkzeug zu lösen, und dann beim
Einspannen des neuen Werkzeuges um diesen Hub wieder zurück
gezogen.
Weiter ist es noch bevorzugt, wenn der Abstand der beiden
Dichtungen in Längsrichtung der Spannstange größer ist als
ein von der Spannstange beim Einspannen eines Werkzeughalters
durchzuführender Hub.
Hier ist von Vorteil, daß während des ganzen Hubes der Spann
stange der Innenkanal mit dem Spülkanal kommunizieren kann,
so daß während des gesamten Einspannvorganges eines neuen
Werkzeughalters dieser sowohl über den Innenkanal als auch
über den Spülkanal mit Spülmittel abgespült werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwend
bar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver
lassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht und im Längs
schnitt eine Werkzeugmaschine, auf der das neue
Verfahren durchgeführt werden kann; und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Werkzeug
maschine aus Fig. 1 im Bereich der Spindel, wobei
in einem schematischen Längsschnitt der untere Teil
der Spindel sowie darunter ein HSK-Werkzeughalter
angedeutet sind.
In Fig. 1 ist schematisch eine Werkzeugmaschine 10 gezeigt,
die ein Spindelgehäuse 11 aufweist, in dem eine Spindel 12
drehbar gelagert ist.
Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt eine Werkzeugwechsel
vorrichtung 13, die einen an dem Spindelgehäuse 11 höhenver
schiebbar angeordneten Wechslerkorb 14 umfaßt, der auch Hülse
genannt wird. An dem Wechslerkorb 14 sind mehrere Werkzeug
wechsler 15 vorgesehen, von denen in Fig. 1 zwei
schematisiert dargestellt sind.
Jeder Werkzeugwechsler 15 umfaßt ein Parallelogrammgestänge
16, das eine Greiferhand 17 trägt. In jeder Greiferhand 17
ist ein Werkzeughalter 18 angeordnet, an dem ein Werkzeug 19
befestigt ist, das jeweils nur schematisch dargestellt ist.
Der in Fig. 1 linke Werkzeugwechsler 15 hat den von ihm ge
tragenen Werkzeughalter 18 in dessen Magazinposition hoch
geschwenkt, während der rechte Werkzeugwechsler 15 den von
ihm gehaltenen Werkzeugwechsler 18 unter eine Werkzeug
aufnahme 20 geschwenkt hat, die in der Spindel 12 zentrisch
vorgesehen ist. Wird jetzt die Hülse 14 in Fig. 1 nach oben
geschoben, so gelangt der Werkzeughalter 18 in die Werkzeug
aufnahme 20 hinein und befindet sich dann in seiner Arbeits
position.
Bei der insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine 10 ist eine
Innenkühlung 21 vorgesehen, die eine Pumpe 22 umfaßt, die aus
einem Kühlmittelbehälter 23 Kühlmittel durch eine Zuleitung
24 zu der Werkzeugmaschine 10 pumpt. In der Zuleitung 24 ist
noch ein Absperrschieber 25 vorgesehen, über den die Innen
kühlung 21 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird.
An den Absperrschieber 25 schließt sich ein Innenkanal 26 an,
der die Spindel 12 zentrisch durchsetzt und unten in der
Werkzeugaufnahme 20 mündet, unter der in Fig. 1 der Werkzeug
halter 18 mit seinem Kegel 28 sitzt.
Wenn jetzt die Innenkühlung 21 durch Betätigen des Absperr
schiebers 25 eingeschaltet wird, so fließt Kühlmittel in
Richtung eines Pfeiles 29 durch den Innenkanal 26 und tritt
unten als Abspülstrahl 31 aus, der den Kegel 28 außen von an
haftenden Spänen befreit, bevor er in die Werkzeugaufnahme 20
eingespannt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Kegel 28 ein
üblicher Steilkegel, der durch an sich bekannte Spannzangen
in die Werkzeugaufnahme 20 eingezogen wird, die aus Gründen
der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Wenn
der Werkzeughalter 18 in die Werkzeugaufnahme 20 eingespannt
ist, dann fließt das Kühlmittel von dem Innenkanal 26 in eine
Bohrung 32 des Werkzeughalters, von wo es sich durch kleine,
nicht dargestellte Kanäle in das Werkzeug 19 verteilt, um
dieses im Betrieb von innen zu kühlen.
Eine Werkzeugmaschine, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, be
findet sich auf dem der Öffentlichkeit nicht zugängigen
Werksgelände der Anmelderin.
Diese Werkzeugmaschine wird nun auf neue Weise beim Ein
wechseln eines Werkzeuges 18 so betrieben, daß die Innen
kühlung 21 zumindest vorübergehend eingeschaltet wird, wenn
ein neuer Werkzeughalter 18 mit seinem Steilkegel 28 in die
Werkzeugaufnahme 20 eingesetzt wird. Der dabei entstehende
Abspülstrahl 31 reinigt zum einen die Werkzeugaufnahme 20 von
innen und spült zum anderen anhaftende Späne von der Außen
fläche des Kegels 28 sowie den verdickten Bund des Werkzeug
halters 18 ab.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine Weiter
bildung der Werkzeugmaschine aus Fig. 1 gezeigt, wobei ledig
lich der untere Bereich der Spindel 12 sowie ein unter der
Spindel 12 angeordneter Hohlschaftkegel-Werkzeughalter 34
schematisch gezeigt sind. Dieser HSK-Werkzeughalter 34 weist
einen an sich bekannten Hohlschaftkegel 35 auf, der eine
konische Außenfläche 36 besitzt. Nach unten schließt sich an
dem Hohlschaftkegel 35 ein verdickter Bund 37 an, an dem
außen umlaufend eine Greifernut 38 vorgesehen ist, an der die
Greiferhand 17 (Fig. 1) in bekannter Weise angreift. Der ver
dickte Bund 37 weist eine nach oben zeigende Ringfläche 39
auf.
In seinem Inneren ist der Hohlschaftkegel 35 zunächst mit
einem Widerlager 40 versehen, wobei ferner zentrisch ein
Kühlmittelröhrchen 41 vorgesehen ist, in dem eine Durchgangs
bohrung 42 verläuft. Die Durchgangsbohrung 42 geht in die
schon aus Fig. 1 bekannte Bohrung 32 über, die sich zu dem
Werkzeug verzweigt. Ferner sind in Fig. 2 noch Ablauf
bohrungen 43 zu erkennen, durch die aus dem Inneren des Hohl
schaftkegels 35 Kühlmittel abgeführt wird.
Der insoweit beschriebene Hohlschaftkegel-Werkzeughalter 34
ist der Öffentlichkeit noch nicht zugänglich gemacht worden,
seine Entwicklung wurde bei der Anmelderin soeben erst abge
schlossen.
Komplementär zu der konischen Außenfläche 36 ist in der Werk
zeugaufnahme 20 eine Innenkegelfläche 45 vorgesehen. Die
Spindel 12 weist an ihrer Stirnseite 46 ferner eine Anlage
fläche 47 auf, die mit der Ringfläche 39 des verdickten
Bundes 37 in Plananlage gelangt und die Position des HSK-
Werkzeughalters 34 in der Spindel 12 bestimmt, wenn er durch
Spannzangen 48 einer an sich bekannten, automatischen Spann
vorrichtung 49 eingespannt wurde.
Die Spannvorrichtung 49 ist für HSK-Werkzeughalter 34 allge
mein bekannt, so daß die Spannzangen 48 nur andeutungsweise
gezeigt sind.
In einer Innenbohrung 50 der Spindel 12 verläuft eine Spann
stange 51, die an ihrem unteren Ende einen verdickten Spann
zapfen 52 trägt. In dem Spannzapfen 52 ist eine nach unten
offene, erweiterte Bohrung 53 vorgesehen, in deren äußerem
Bereich ein innerer Dichtring 54 angeordnet ist.
In Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Innenkanal 26 zentrisch in
der Spannstange 51 verläuft und in die erweiterte Bohrung 53
mündet.
Oberhalb der Spannvorrichtung 49 sind zwischen Spindel 12 und
Spannstange 51 eine obere sowie eine untere Dichtung 56, 57
vorgesehen, die zueinander einen Abstand 58 haben und
zwischen sich einen zur Spannstange 51 hin offenen Ringraum
59 aufweisen, der in einer Wand der Innenbohrung 50 vorge
sehen ist und die Spannstange 51 umschließt.
In der Spannstange 51 sind mehrere Querbohrungen 61 vor
gesehen, von denen in Fig. 2 drei gezeigt sind. Von dem
Ringraum 59 erstrecken sich Spülkanäle 62 zunächst radial zur
Seite und dann nach unten, wo sie in Auslaßöffnungen 63 mün
den, die in der Anlagefläche 57 angeordnet sind und bei 65
angedeutete Spülstrahlen abgeben, wenn die Innenkühlung 21
(Fig. 1) eingeschaltet ist.
In der in Fig. 2 gezeigten Situation soll der HSK-Werkzeug
halter 34 in die Werkzeugaufnahme 20 eingespannt werden, wozu
er in Fig. 2 nach oben bewegt wird. Um mögliche Späne von der
konischen Außenfläche 36, der Ringfläche 39 sowie der Anlage
fläche 47 zu entfernen, wird während dieses Einspannvorgangs
die Innenkühlung 21 zumindest zeitweise eingeschaltet. Das
Kühlmittel strömt dabei in den Innenkanal 26 und tritt unten
aus dem Spannzapfen 52 als Abspülstrahl 31 aus, der bereits
aus Fig. 1 bekannt ist. Ein Teil des Kühlmittels gelangt über
die Querbohrungen 61 in den Ringraum 59 und von dort über die
Spülkanäle 62 zu den Auslaßöffnungen 63, wo es als Spül
strahlen 65 austritt. Diese Spülstrahlen 65 treffen wegen der
Lage der Auslaßöffnungen 63 in der Anlagefläche 47 genau auf
die Ringfläche 39, so daß sie diese effektiv von eventuell
anhaftenden Spänen befreien. Durch gestrichelte Pfeile 66 ist
hochspritzendes Kühlmittel bezeichnet, das die Anlagefläche
47 reinigt.
Beim Hochfahren des HSK-Werkzeughalters 34 in die Werkzeug
aufnahme 20 hinein gelangt zunächst Kühlmittel in den Innen
raum des HSK-Werkzeughalters 34, das jedoch durch die Ablauf
bohrungen 43 wieder abgeführt wird. Schließlich greift das
Kühlmittelröhrchen 41 mit seinem verdickten Kopf in den
Spannzapfen 52 ein, wobei der Dichtring 54 für eine gute Ab
dichtung zwischen Spannzapfen 52 und Kühlmittelröhrchen 41
sorgt. Je weiter sich das Kühlmittelröhrchen 41 dem Spann
zapfen 52 nähert und sich in diesen hineinschiebt, desto
größer wird der Gegendruck, den das Kühlmittel in dem Innen
kanal 26 erfährt. Dieser Gegendruck ist insbesondere durch
die feinen Bohrungen in dem zu durchspülenden Werkzeug be
dingt, die von der Bohrung 32 aus versorgt werden.
Dieser Gegendruck führt jetzt dazu, daß immer mehr Kühlmittel
unter immer höherem Druck in die Spülkanäle 62 gelangt, so
daß die Spülstrahlen 65 immer stärker werden, wodurch eine
immer bessere Reinigungswirkung erzielt wird.
Wenn der HSK-Werkzeughalter 34 schließlich ganz in die Werk
zeugaufnahme 20 eingeschoben wurde, greifen die Spannzangen
28 hinter die Widerlager 40 und ziehen die Ringfläche 39 in
Plananlage zu der Anlagefläche 47, wodurch die Position des
HSK-Werkzeughalters 34 bestimmt wird. In diesem Zusammenhang
wird dann die Spannstange 51 zurückgezogen, so daß sie mit
ihrem verdickten Spannzapfen 52 die Spannzangen 48 in be
kannter Weise nach außen drückt. Der Hub, den die Spannstange
51 dabei vollzieht, ist vorzugsweise geringer als der Abstand
58 der Dichtungen 56 und 57, so daß im Betrieb mit Innen
kühlung kein Kühlmittel zwischen Spannstange 51 und Spindel
12 entweichen kann. Ein Entweichen durch die Auslaßöffnungen
63 wird durch die feste Plananlage zwischen Ringfläche 39 und
Anlagefläche 47 verhindert.
Claims (11)
1. Werkzeugmaschine mit einer Spindel (12), die eine Werk
zeugaufnahme (20) für Werkzeughalter (18, 34) aufweist,
einer Werkzeugwechselvorrichtung (13) zum Überführen der
Werkzeughalter (18, 34) zwischen deren jeweiliger
Magazinposition und einer Arbeitsposition in der Werk
zeugaufnahme (20), und einer Innenkühlung (21), die durch
einen längs durch die Spindel (12) verlaufenden Innen
kanal (26) einem in die Werkzeugaufnahme (20) ein
gespannten Werkzeughalter (18, 34) Kühlmittel zuführt, um
ein im Einsatz befindliches Werkzeug (19) zu durchspülen,
dadurch gekennzeichnet, daß von dem Innenkanal (26)
zumindest ein Spülkanal (62) abzweigt, dessen zumindest
eine Auslaßöffnung (63) im Bereich der Werkzeugaufnahme
(20) angeordnet ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spülkanal (62) in der Spindel (12) verläuft.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslaßöffnung (63) in einer Stirnseite (46) der
Spindel (12) liegt.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkzeugaufnahme (20) für Werkzeughalter (34) mit
Hohlschaftkegel (HSK) ausgebildet ist, wobei an der
Stirnseite (46) eine Anlagefläche (47) vorgesehen ist,
die bei in die Werkzeugaufnahme (20) eingespanntem HSK-
Werkzeughalter (34) mit dessen Ringfläche (39) in
Plananlage ist, wodurch der HSK-Werkzeughalter (34)
lagegenau positioniert wird, und daß die Auslaßöffnung
(63) in der Anlagefläche (47) liegt.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Spindel (12) zum automatischen
Einspannen von Werkzeughaltern (18, 34) eine Spannvor
richtung (49) vorgesehen ist, die eine koaxial zu der
Spindel (12) in einer Innenbohrung (50) längsverschieb
lich angeordnete Spannstange (51) umfaßt, die von dem
Innenkanal (26) in Längsrichtung durchsetzt ist und mit
einem Kühlmittelröhrchen (41) eines Werkzeughalters (18,
34) bei dessen Einspannen in Eingriff gelangt, so daß
dieser durch den Innenkanal (26) mit Kühlmittel versorgt
wird.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Spannstange (51) zumindest eine in den Innen
kanal (26) mündende Querbohrung (62) vorgesehen ist, die
mit einem in der Spindel (12) vorgesehenen, zu der Innen
bohrung (50) offenen Übergaberaum zusammenwirkt, in den
der Spülkanal (62) mündet.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergaberaum ein Ringraum (59) ist, der sich um
die Spannstange (51) herum erstreckt.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb und unterhalb des Ringraumes (59) in der
Innenbohrung (50) Dichtungen (56, 57) vorgesehen sind,
die zwischen der Spannstange (51) und der Spindel (12)
sitzen.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (58) der beiden Dichtungen (56, 57) in
Längsrichtung der Spannstange (51) größer ist als ein von
der Spannstange (51) beim Einspannen eines
Werkzeughalters (18, 34) durchzuführender Hub.
10. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (10) mit
einer Spindel (12), die eine Werkzeugaufnahme (20) für
Werkzeughalter (18, 34) aufweist, einer Werkzeugwechsel
vorrichtung (13) zum Überführen der Werkzeughalter (18,
34) zwischen deren jeweiliger Magazinposition und einer
Arbeitsposition in der Werkzeugaufnahme (20), und einer
Innenkühlung (21), die durch einen längs durch die
Spindel (12) verlaufenden Innenkanal (26) einem in die
Werkzeugaufnahme (20) eingespannten Werkzeughalter (18,
34) Kühlmittel zuführt, um ein im Einsatz befindliches
Werkzeug (19) zu durchspülen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkühlung (21) während
des Überführens eines Werkzeughalters (18, 34) in die
Arbeitsposition eingeschaltet wird, um durch den Innen
kanal (26) hindurch die Werkzeugaufnahme (20) und/oder
den Werkzeughalter (18, 34) mit Kühlmittel abzuspülen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
durch einen von dem Innenkanal (26) abzweigenden Spül
kanal (62) ein Werkzeughalter (18, 34) beim Überführen in
seine Arbeitsposition abgespült wird.
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