ИНСТРУМЕНТОДЕРЖАТЕЛЬ
INSTRUMENT HOLDER

Данное изобретение касается инструментодержателя для размещения инструмента, с корпусом, с подвижно установленным в корпусе передаточным элементом для передачи движения на инструмент, установленный на первом концевом участке инструментодержателя, с крепежным участком на втором концевом участке инструментодержателя, противоположном первому концевому участку инструментодержателя, для закрепления этого инструментодержателя на станке, и с участком охлаждающей линии для проведения охлаждающего средства от второго концевого участка инструментодержателя к первому концевому участку этого инструментодержателя.
Из уровня техники известны инструментальные шпиндели для использования в станке, которые для охлаждения и смазки инструмента при обработке заготовки имеют сквозную внутреннюю трубку, с помощью которой охлаждающее средство подается к инструменту.
В EP 1 480 783 Bl описан станок со шпинделем, который имеет инструментальное гнездо для сменного инструментодержателя, который при работе станка зажимается в инструментальном гнезде и для приема охлаждающе-смазочного средства имеет трубку для охлаждающего средства; далее, внутри шпинделя расположен первый канал с выходным отверстием, которое выходит внутри инструментального гнезда, причем трубка для охлаждающего средства при затянутом инструментодержателе входит в выходное отверстие первого канала, причем первый канал содержит сквозную внутреннюю трубку, первый конец которой соединен с источником аэрозоля, а второй конец которой выполнен с возможностью точного подключения к трубке для охлаждающего средства.
Помимо этого, известны инструментодержатели для ультразвуковой обработки заготовок, причем такой инструментодержатель посредством пьезо-системы приводится в колебание.
В EP 1 763 416 B1 описан инструмент с инструментодержателем и с передним концом шпинделя, причем этот инструментодержатель на первом конце имеет прием для подгонки к вращающемуся переднему концу шпинделя, а на втором конце имеет инструментальное гнездо, и с инструментальной головкой, вставляемой в инструментальное гнездо, причем инструментодержатель и передний конец шпинделя образуют вибродвигатель, и этот вибродвигатель с помощью пьезо-системы приводит инструментодержатель в колебание, а пьезо-система содержит первую неподвижную катушку и находящуюся на расстоянии от нее, воздействующую на инструментодержатель вторую катушку, причем эта вторая катушка соединена с пьезоэлектрическими исполнительными элементами.
При использовании трубки для охлаждающего средства в вибрационном инструментодержателе один конец трубки для охлаждающего средства в направлении шпинделя жестко соединен с корпусом этого вибрационного инструментодержателя. На другом конце трубка для охлаждающего средства в направлении инструмента должна соответственно уплотняться с помощью подходящего уплотнительного элемента. Этот уплотнительный элемент установлен вблизи узлов колебаний вибрационной системы, чтобы избежать нагрузок уплотнительного элемента непрерывным колебательным движением. Однако, при таком выполнении возникает проблема, состоящая в том, что поперечное сечение трубки, а тем самым и обеспечиваемое ею прохождение охлаждающего средства слишком мало для того, чтобы гарантировать оптимальное охлаждение инструмента. К тому же колебательный привод тоже не может охлаждаться достаточно хорошо.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить инструментодержатель с оптимизированным прохождением охлаждающего средства.
Эта задача решается посредством инструментодержателя согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные примеры выполнения предлагаемого изобретением инструментодержателя.
Предлагаемый изобретением инструментодержатель для размещения инструмента содержит: корпус; подвижно установленный в этом корпусе передаточный элемент для передачи движения на инструмент, установленный на первом концевом участке инструментодержателя; крепежный участок на втором концевом участке инструментодержателя, противоположном первому концевому участку этого инструментодержателя, для закрепления инструментодержателя на станке; и участок охлаждающей линии для направления охлаждающего средства от второго концевого участка инструментодержателя к первому концевому участку инструментодержателя, причем этот участок охлаждающей линии содержит первый подсегмент (подучасток), проходящий через передаточный элемент, и причем этот первый подсегмент по меньшей мере частично выполнен как отверстие в передаточном элементе.
Участок охлаждающей линии состоит из частей инструментодержателя, которые контактируют с охлаждающим средством. Если охлаждающее средство течет прямо через отверстие в подвижной части инструментодержателя вместо того, чтобы течь по проведенной через это отверстие тонкостенной отдельной трубке (которая, например, может быть легко повреждена при монтаже), то это повышает стабильность конструкции. Например, этот передаточный элемент может приводиться в колебательное движение и передавать эти колебания на инструмент. Корпус и крепежный участок инструментодержателя при этом не колеблются вместе с ними. Охлаждающее средство на своем пути к инструменту проводится, таким образом, через не вибрирующий участок и через вибрирующий участок инструментодержателя. С помощью предлагаемой изобретением конструкции можно отказаться от имеющего двойную стенку прохода для охлаждающего средства, так что может быть использовано большее поперечное сечение, чтобы провести охлаждающее средство к инструменту, благодаря чему объемный поток подаваемого в направлении инструмента охлаждающего средства может быть увеличен. Кроме того, давление, под которым охлаждающее средство направляется через участок охлаждающей линии, может быть увеличено вследствие большей толщины стенок канала для охлаждающего средства и связанной с этим возросшей стойкостью конструкции к давлению. Благодаря этому инструмент, а также участки инструментодержателя в окружении отверстия могут лучше охлаждаться. В конечном итоге достигается высокая точность обработки заготовок.
Предпочтительно участок охлаждающей линии включает в себя проходящий через крепежный участок второй подсегмент (подучасток), причем первый подсегмент и второй подсегмент расположены подвижно относительно друг друга.
Этим обеспечивается то преимущество, что движение передаточного участка, например, колебание относительно других частей инструментодержателя может восприниматься (поглощаться) посредством соответствующего движения первого подсегмента участка охлаждающей линии относительно второго подсегмента. Участок охлаждающей линии может также состоять из трех или более подсегментов, которые выполнены подвижными относительно друг друга.
Предпочтительно первый подсегмент на обращенном ко второму подсегменту конце имеет первый соединительный участок для соединения со вторым подсегментом, а второй подсегмент на обращенном к первому подсегменту конце имеет второй соединительный участок для соединения с первым подсегментом, причем первый соединительный участок и второй соединительный участок вставлены друг в друга.
Такое выполнение соединения обоих подвижных относительно друг друга подсегментов участка охлаждающей линии имеет то преимущество, что оба соединительных участка тоже всегда перекрываются друг с другом при движении частей инструментодержателя, и тем самым гарантируется, что в инструментодержателе имеется сквозной канал для охлаждающего средства.
Предпочтительно первый соединительный участок выполнен в виде полой цапфы и расположен на первом подсегменте участка охлаждающей линии так, что отверстие в передаточном элементе продолжается внутренним пространством этой полой цапфы, а второй соединительный участок предпочтительно охватывает первый соединительный участок по периметру для ввода охлаждающего средства из второго подсегмента в первый подсегмент.
Здесь возникает то преимущество, что охлаждающее средство может направляться от неподвижной, соответственно, не вибрирующей части инструментодержателя в подвижную, соответственно, вибрирующую часть инструментодержателя, не просачиваясь внутрь инструментодержателя вне участка охлаждающей линии.
Предпочтительно инструментодержатель содержит расположенный между первым соединительным участком и вторым соединительным участком уплотнительный элемент для герметизации от выступания охлаждающего средства из участка охлаждающей линии.
Преимущество здесь заключается в том, что даже при движении соединительных участков относительно друг друга охлаждающее средство не может выступать из участка охлаждающей линии.
Предпочтительно уплотнительный элемент выполнен в виде кольца из пластмассы, которое прижато к внешней стенке первого соединительного участка.
Таким образом, такое соединение между первым подсегментом и вторым подсегментом участка охлаждающей линии может быть надежно уплотнено.
Предпочтительно внешняя стенка первого соединительного участка отшлифована.
Преимущество здесь заключается в том, что при движении первого соединительного участка относительно окружающего его второго соединительного участка первый соединительный участок не застревает на втором соединительном участке, так что не возникает никаких механических напряжений, которые могли бы привести к повреждению уплотнительного элемента.
Предпочтительно инструментодержатель содержит соединенный с передаточным элементом ультразвуковой преобразователь для генерирования ультразвукового колебания для инструмента, причем ультразвуковой преобразователь, передаточный элемент и первый подсегмент участка охлаждающей линии образуют колебательную систему в корпусе, причем этот участок охлаждающей линии расположен в инструментодержателе по центру, а ультразвуковой преобразователь по меньшей мере по части периметра окружает указанное отверстие в передаточном элементе для охлаждения ультразвукового преобразователя указанным охлаждающим средством в этом отверстии.
Такого рода расположение проводящих охлаждающее средство элементов инструментодержателя и ультразвукового преобразователя в инструментодержателе имеет то преимущество, что охлаждающее средство может использоваться не только для охлаждения инструмента, но и для охлаждения ультразвукового преобразователя. Это важно, в частности, для того, чтобы предотвращать обусловленное нагревом изменение параметров колебания колебательной системы и инструмента.
Для инструментодержателя с колебательной системой в предлагаемой изобретением конструкции необходимо осуществлять герметизацию первого и второго соединительных участков в месте максимальной амплитуды колебания. Поэтому в таком инструментодержателе тем более важно, чтобы поверхность первого соединительного участка была гладко отшлифована для предотвращения истирания уплотняющего материала.
2
Предпочтительно отверстие в передаточном элементе выполнено так, что охлаждающее средство проходит через передаточный элемент с использованием проточного поперечного сечения по меньшей мере 4,9 мм и/или под давлением по меньшей мере 60 бар.
Например, указанное отверстие может иметь диаметр 2,5 мм. Так как в предлагаемой изобретением конструкции можно отказаться от дополнительной трубки для охлаждающего средства в указанном отверстии, то для проведения охлаждающего средства может быть использована полная ширина этого отверстия, что ведет к увеличению объемного потока на 20% по сравнению с обычным проходом для охлаждающего средства и к повышению давления охлаждающего средства в инструментодержателе до 80 бар. Благодаря этому, прежде всего, повышается эффективность внутреннего охлаждения, но также и охлаждения инструмента.
Предпочтительно первый подсегмент имеет разветвление, а передаточный участок имеет множество отверстий участка охлаждающей линии, так что охлаждающее средство, выходя из разветвления, направляется к этим отверстиям.
Отверстия в форме боковых выпусков пригодны для слива охлаждающего средства для таких инструментов, как сверла или фрезы, которые не имеют внутренних каналов. При этом посредством объемного потока охлаждающего средства охлаждается также пьезоэлектрический привод. Кроме того, сравнительно высокое давление может использоваться также и для внешнего охлаждения инструмента.
Предпочтительно инструментодержатель имеет сменно установленный на инструментодержателе отклоняющий элемент для отклонения выходящего из этих отверстий охлаждающего средства по направлению к установленному в инструментодержателе инструменту.
Преимущество здесь заключается в том, что тем самым обеспечивается быстрая подгонка геометрии потока охлаждающего средства к используемому инструменту.
Предпочтительно инструментодержатель имеет стабилизирующий элемент, расположенный по периметру вокруг первого соединительного участка и второго соединительного участка, для стабилизации соединения первого подсегмента участка охлаждающей линии и второго подсегмента участка охлаждающей линии.
Преимущество здесь заключается в том, что область инструментодержателя, в которой соединяются подсегменты участка охлаждающей линии, становится стабильнее.
Предпочтительно охлаждающее средство представляет собой воздух или воду, или эмульсию.
Воздух и вода обладают тем преимуществом, что они могут предоставляться экономично. Преимущество эмульсии в том, что она имеет высокие смазочные свойства.
Предлагаемый изобретением станок содержит предлагаемый изобретением инструментодержатель, причем вставляемый в инструментодержатель инструмент и размещенные в корпусе инструментодержателя части этого инструментодержателя во время обработки заготовок могут охлаждаться вдоль осевого направления инструментодержателя охлаждающим средством на участке охлаждающей линии.
На чертежах показано следующее.
Фиг.1 - пример выполнения предлагаемого изобретением инструментодержателя, вид в разрезе.
Фиг.2А/В - другой пример выполнения предлагаемого изобретением инструментодержателя, вид в разрезе.
Ниже данное изобретение описывается и разъясняется более подробно на примерах его выполнения и представленных в качестве примера чертежах.
На Фиг.1 показан один пример выполнения предлагаемого изобретением инструментодержателя 100 на виде в разрезе. Инструментодержатель 100 выполнен как продольный элемент с первым концевым участком 30 и вторым концевым участком 50, который противоположен первому концевому участку 30. На первом концевом участке 30 может быть размещен инструмент 200 (не показан). На втором концевом участке 50 выполнен крепежный участок 40, с помощью которого инструментодержатель 100 может крепиться к станку 300 с возможность замены.
Инструментодержатель 100 имеет корпус 10, в котором расположена колебательная система, включающая в себя ультразвуковой преобразователь 70 и передаточный элемент 20. Ультразвуковой преобразователь 70 содержит уложенные в стопку дискообразные пьезоэлементы, которые посредством генератора (не показан) приводятся в механическое ультразвуковое колебание. Это колебание за счет механического соединения ультразвукового преобразователя 70 с передаточным элементом 20 передается на этот передаточный элемент 20, а оттуда на инструмент 200.
С целью охлаждения и смазки инструмента при обработке заготовки инструментодержатель 100 имеет участок 60 охлаждающей линии, через который охлаждающее средство подается от отверстия участка 60 охлаждающей линии в области крепежного участка 40 через инструментодержатель 100 к отверстию участка 60 охлаждающей линии в области передаточного участка 20 и выходит из него под давлением.
В передаточном элементе 20 первый подсегмент 61 участка 60 охлаждающей линии образован как отверстие, к которому примыкает первый соединительный участок 63 в форме полой цапфы. Полая цапфа 63 по периметру окружена вторым соединительным участком 64, который может быть выполнен как отрезок трубки. Второй соединительный участок 64 имеет для этого внутренний диаметр, который лишь немного больше, чем наружный диаметр полой цапфы 63. Отверстие полой цапфы 63 позиционировано внутри второго соединительного участка 64 на расстоянии от отверстия этого соединительного участка 64.
Полость во втором соединительном участке 64 является частью второго подсегмента 62 участка 60 охлаждающей линии, которая примыкает к первому подсегменту 61 участка 60 охлаждающей линии. Эта полость во втором соединительном участке 64 может быть продолжена посредством канала в переходном участке 66 участка 60 охлаждающей линии. Этот канал может быть продолжен трубчатым участком 67, который соединяется с устройством (не показано), подводящим охлаждающее средство в инструментодержатель 100. В этом примере выполнения канал в переходном участке 66 и трубчатый участок 67 точно так же являются частью второго подсегмента 62 участка 60 охлаждающей линии. Таким образом охлаждающее средство может от второго концевого участка 50 инструментодержателя 100 через всю длину участка 60 охлаждающей линии подводиться к инструменту 200 на первом концевом участке 30 инструментодержателя 100.
При ультразвуковом колебании колебательной системы колеблются те части инструментодержателя 100, которые образуют первый подсегмент 61 участка 60 охлаждающей линии, т.е. передаточный участок 20 и полая цапфа 63. Те части инструментодержателя 100, которые образуют второй подсегмент 62 участка 60 охлаждающей линии, при этом не колеблются. Полая цапфа 63 совершает, таким образом, колебание во втором (не вибрирующем) соединительном участке 64. Чтобы при этом полая цапфа 63 и второй соединительный участок 64 не приходили в непосредственный механический контакт, стенки цапфы отшлифованы и в кольцевом пространстве между полой цапфой 63 и вторым соединительным участком 64 к полой цапфе 63 прижат уплотнительный элемент 65 в форме кольца круглого сечения. Это кольцевое уплотнение 65 обеспечивает, тем самым, маленькое минимальное расстояние между полой цапфой 63 и вторым соединительным участком 64 и герметизирует соединение между первым подсегментом 61 и вторым подсегментом 62 участка 60 охлаждающей линии от выступания охлаждающего средства из участка 60 охлаждающей линии.
2
Охлаждающее средство течет прямо в отверстии передаточного участка 20. Благодаря этому для проведения охлаждающего средства может использоваться весь диаметр отверстия, например, 2,5 мм, т.е. площадь поперечного сечения, например, 4,9 мм. Образованная передаточным элементом 20 стенка вокруг отверстия сравнительно толстая (больше, чем диаметр отверстия). К тому же вокруг второго соединительного участка 64 и вокруг части переходного участка 66 в корпусе 10 расположен стабилизирующий элемент 80. Таким образом, полости внутри корпуса 10, которые не являются частью участка 60 охлаждающей линии, в значительной мере устраняются. Благодаря этому охлаждающее средство может под высоким давлением до 80 бар подаваться через инструментодержатель 100.
Ультразвуковой преобразователь 70 в форме кольцевого элемента расположен вокруг отверстия в передаточном участке 20, причем между отверстием и ультразвуковым преобразователем 70 в радиальном направлении полости нет. Охлаждающее средство, текущее через передаточный участок 20, обеспечивает охлаждение стенки вокруг отверстия и непосредственный механический контакт передаточного участка 20 с ультразвуковым преобразователем 70, а тем самым и охлаждение ультразвукового преобразователя 70.
На Фиг.2A и Фиг.2B показан еще один пример выполнения предлагаемого изобретением инструментодержателя 100 (вид в разрезе в двух различных перспективах), который отличается от примера выполнения на Фиг.1 тем, что указанное отверстие в передаточном участке 20 имеет разветвление 68, так что охлаждающее средство подводится к нескольким отверстиям 69, которые находятся в передаточном участке 20 возле инструмента 200. Это имеет большое значение при использовании инструментов 200, которые не имеют внутренних каналов для охлаждающего средства, таких, например, как сверло или фреза. При этом охлаждающее средство не может, как показано на Фиг.1, направляться через отдельное отверстие участка 60 охлаждающей линии и далее через инструмент 200 к режущей кромке инструмента. В показанном на Фиг.2 примере выполнения охлаждающее средство вместо этого, выходя из разветвления 68, направляется в несколько каналов 71 (например, в три канала 71, как на Фиг.2A - Фиг.2B), которые могут быть расположены вокруг инструмента 200, к отверстиям 69.
Там охлаждающее средство с помощью отклоняющего элемента 21 на инструментодержателе 100 направляется вокруг инструмента 200 к режущей кромке инструмента. Отклоняющий элемент 21 может быть с возможностью замены размещен на инструментодержателе 100. Таким образом, во-первых, ультразвуковой преобразователь 70 дополнительно охлаждается с обращенной к инструменту 200 стороны, а во-вторых, охлаждается также внешняя сторона инструмента.
Данное изобретение не ограничивается описанными выше примерами выполнения, но более того, отдельные аспекты и, соответственно, отдельные признаки вышеописанных примеров выполнения могут комбинироваться, чтобы создать другие варианты выполнения данного изобретения.
Перечень ссылочных позиций
100 инструментодержатель
10 корпус
20 передаточный элемент
21 отклоняющий элемент
30 первый концевой участок
40 крепежный участок
50 второй концевой участок
60 участок охлаждающей линии
61 первый подсегмент
62 второй подсегмент
63 первый соединительный участок
64 второй соединительный участок
65 уплотнительный элемент
66 переходный участок
67 трубчатый участок
68 разветвление
69 отверстие
71 канал
70 ультразвуковой преобразователь
80 стабилизирующий элемент
200 инструмент
300 станок