ШТРЕВЕЛЬ С ВНЕШНЕЙ И ВНУТРЕННЕЙ ПОДАЧЕЙ ОХЛАДИТЕЛЯ И СТАНОК С ЧПУ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ТАКОЙ ШТРЕВЕЛЬ
PULL STUD WITH OUTER AND INNER COOLANT FEED AND CNC MACHINE USING SAID PULL STUD

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники
[0001] Варианты осуществления изобретения относятся к оборудованию для механической обработки, а более конкретно - к штревелям, используемым в оборудовании для механической обработки.
Описание уровня техники
[0002] Механическая обработка относится к процессам, применяемым для удаления материала с заготовки для получения заданной формы или геометрии. Механической обработке часто подвергают металлические заготовки с целью получения детали для конкретного применения. Механическая обработка включает фрезерование, токарную обработку и сверление. При фрезеровании вращается инструмент и его режущие поверхности входят в контакт с заготовкой для удаления металла. При токарных работах вращается заготовка и входит в контакт с резцом. Сверление отверстий производят вращающимся инструментом.
[0003] На заре развития промышленности механическую обработку производили вручную. По мере развития техники, в отношении как генерации энергии, так и средств механической обработки, механическая обработка становилась все более автоматизированной, например, стали использовать кулачки, что сделало возможным массовое производство деталей одинаковой формы или профиля. В дальнейшем техника продолжала развиваться в направлении создания программируемых станков, которые сегодня широко используются в современных механических цехах.
Примером программируемого станка является станок с числовым программным управлением (ЧПУ). ЧПУ позволяет выполнять на одном станке механическую обработку с жесткими допусками и перепрограммировать его на обработку других деталей.
[0004] При механической обработке используют инструмент для срезания с заготовки тонкой металлической стружки, которую затем удаляют. Образование и удаление стружки происходит при относительном движении инструмента и заготовки, когда они находятся в контакте друг с другом. Инструмент и заготовка вращаются на больших скоростях относительно друг друга, что, помимо снятия стружки, приводит к выделению тепла. Для охлаждения и смазки инструмента часто в зоне обработки разбрызгивают жидкость.
[0005] В зависимости от процесса и специфики работы жидкость, например охладитель, можно подавать к инструменту изнутри или извне. При внутренней подаче охладитель проходит внутри станка, через инструментодержатель и подается на режущий инструмент. При внешней подаче охладитель направляется в наружное отверстие или фланец в инструментодержателе и затем подается на режущий инструмент. Пример такой подачи показан на фиг. 1. Инструментодержатель 2 присоединен к штревелю 4. Внешний охладитель 6 входит в канал 8 инструментодержателя, выходит из него и смазывает режущий инструмент (не показан). Более подробно известный штревель 4 (имеющий также номенклатуру "DIN69872/B"), предназначенный для использования в системах с внешней подачей охладителя, показан на фиг. 2. Альтернативно, внешнюю подачу охладителя можно производить по трубам, которые не являются частью шпинделя станка и/или инструментодержателя.
[0006] При внутренней подаче охладитель часто направляется внутри станка в инструментодержатель и затем к режущему инструменту, как показано на фиг. 3. С инструментодержателем 304 соединен штревель 302. Охладитель 306 входит в штревель 302, проходит через канал 308 в канал 310 в инструментодержателе 304 и поступает из него на режущий инструмент (не показан). Более подробно известный штревель 302 (имеющий также номенклатуру "DIN69872/A"), предназначенный для использования с системами внутреннего охлаждения, показан на фиг. 4. Поскольку для разных видов механической обработки потребности в охладителе различны, необходимость в наличии деталей, требуемых для перехода от внутренней подачи охладителя к внешней, и выполнение самого этого перехода могут увеличить время простоя станка и стоимость работ, что снижает общую производительность станка. Кроме того, если штревель 302 при работе с внутренней подачей охладителя используется с инструментодержателем 2, предназначенным для внешней подачи охладителя, то охладитель может вызвать сбой в работе из-за того, что он может попасть в шпиндель и вывести из строя электрические детали, которые должны быть сухими.
[0007] Поэтому желательно иметь устройства и способы, повышающие производительность станков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Согласно варианту осуществления изобретения, предложен штревель для соединения инструментодержателя с цангой в шпинделе. Штревель содержит тело, имеющее продольный проход, сообщающийся с полостью, которая сообщается с множеством продольных каналов; уплотнительное кольцо, установленное между концом продольного прохода и полостью; пружину, установленную в полости; и шарик, установленный с возможностью его смещения пружиной. Шарик предназначен для открывания конца продольного прохода путем выхода из контакта с уплотнительным кольцом, когда первая сила, с которой на шарик действует пружина, меньше второй силы, с которой на него действует текучая среда, текущая через продольный проход, причем первая и вторая силы действуют по существу в противоположных направлениях.
[0009] Согласно другому варианту осуществления изобретения, предложен способ сборки штревеля, в котором имеется как внутренний тракт подачи охладителя, так и внешний тракт подачи охладителя. Способ включает формирование тела для приема инструментодержателя, которое имеет продольный проход, сообщающийся с полостью, которая сообщается с множеством продольных каналов; установку уплотнительного кольца между концом продольного прохода и полостью; установку пружины в полости и формирование шарика, смещаемого пружиной, для открывания конца продольного прохода путем вывода его из контакта с уплотнительным кольцом, когда первая сила, с которой на шарик действует пружина, меньше второй силы, с которой на него действует текучая среда, текущая через продольный проход, причем первая и вторая силы действуют по существу в противоположных направлениях.
[00010] Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, предложен станок с числовым программным управлением, в котором имеются по меньшей мере два тракта подачи охладителя и который содержит шпиндель, включающий затяжной болт; внутреннюю втулку и цангу; инструментодержатель и штревель. Штревель содержит тело для приема инструментодержателя, имеющее продольный проход, сообщающийся с полостью, которая сообщается с множеством продольных каналов; уплотнительное кольцо, установленное между концом продольного прохода и полостью; пружину, установленную в полости, и шарик, выполненный с возможностью смещения пружиной, для открывания конца продольного прохода путем выхода из контакта с уплотнительным кольцом, когда первая сила, с которой на шарик действует пружина, меньше второй силы, с которой на него действует текучая среда, текущая через продольный проход, причем первая и вторая силы действуют по существу в противоположных направлениях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00011] На чертежах представлены в качестве примеров варианты осуществления изобретения, при этом
[00012] на фиг. 1 показан инструментодержатель и штревель для использования при внешней подаче охладителя,
[00013] на фиг. 2 показан штревель для использования при внешней подаче охладителя,
[00014] на фиг. 3 показан инструментодержатель и штревель для использования при внутренней подаче охладителя,
[00015] на фиг. 4 показан штревель для использования при внутренней подаче охладителя,
[00016] на фиг. 5 показаны детали для крепления инструментодержателя к шпинделю, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00017] на фиг. 6 показан штревель для использования как при внутренней, так и при внешней подаче охладителя, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00018] на фиг. 7 показан торец штревеля, сопрягаемый с инструментодержателем, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00019] на фиг. 8 показано открытое положение, закрытое положение и ход пружины в штревеле, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00020] на фиг. 9 показана внешняя подача охладителя, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00021] на фиг. 10 показана внутренняя подача охладителя, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00022] на фиг. 11 показан штревель, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00023] на фиг. 12 показан торец штревеля, сопрягаемый с инструментодержателем, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00024] на фиг. 13-17 показаны детали штревеля, согласно вариантам осуществления изобретения,
[00025] на фиг. 18 показаны операции способа работы при внутренней или внешней подаче охладителя, согласно вариантам осуществления изобретения, и
[00026] на фиг. 19 показаны операции способа сборки штревеля, согласно вариантам осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00027] В подробном описании вариантов осуществления изобретения даны ссылки на чертежи, причем одни и те же или аналогичные элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями. Элементы на чертежах не всегда изображены в одинаковом масштабе. Кроме того, данное описание не ограничивает изобретения, объем которого определяется его формулой.
[00028] В данном описании выражения «один вариант осуществления изобретения» или «вариант осуществления изобретения» означают, что какая-либо особенность, деталь или характеристика, описанная в связи с конкретным вариантом, содержатся по меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения. Поэтому выражения «в одном варианте» или «в варианте», встречающиеся в разных местах описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту. Кроме того, конкретные особенности, детали или характеристики могут как угодно сочетаться в одном или нескольких вариантах.
[00029] Как указано при описании уровня техники, устройства и способы, обеспечивающие повышение эффективности, желательны для таких станков, в которых инструментодержатель и штревель используются по меньшей мере с двумя возможными трактами подачи охладителя, например с внутренним и внешним трактами подачи охладителя. Перед описанием примеров осуществления изобретения, которые позволяют повысить эффективность станка, будет рассмотрена фиг. 5, изображающая инструментодержатель 504 и штревель 502. Согласно вариантам осуществления изобретения, шпиндель 506 станка может содержать затяжной болт 508, внутреннюю втулку 510 и цангу 512 для зажима и удерживания штревеля 502. Шпиндель 506 может быть таким, который используется в станках с числовым программным управлением.
[00030] Штревель 502 может быть соединен посредством резьбы с инструментодержателем 504. Инструмент (не показан) закреплен на конце инструментодержателя 504, противоположном тому его концу, который соединен со штревелем 502. Имеется проход 514 для охладителя. Хотя на фиг. 5 инструментодержатель 504 имеет только внутренний тракт для охладителя, он может быть выполнен в версии с внешним трактом для охладителя, например, аналогичным показанному на фиг. 1. Более подробно штревель 502 и проход 514 для охладителя описаны ниже.
[00031] На фиг. 6 и 7 показан штревель 502, согласно вариантам осуществления изобретения, который может использоваться в станках с внутренним или внешним трактом охладителя. На фиг. 6 показано продольное сечение штревеля 502, а на фиг. 7 - его вид с торца, на котором видны несколько каналов 618 для охладителя, выходящих из штревеля 502. Согласно фиг. 6, штревель 502 содержит тело 602, в котором выполнен продольный проход 604 для приема и транспортировки охладителя при работе в режиме внутренней подачи охладителя. На одном конце продольного прохода 604 имеется уплотнительное кольцо 606, окружающее этот конец и примыкающее к полости 608. Уплотнительное кольцо 606 может также контактировать с шариком 610, и оно имеет такую форму, что шарик 610, будучи посажен в уплотнительное кольцо 606, закрывает продольный проход 604. При полной посадке в кольцо 606 шарик 610 препятствует прохождению текучей среды в любом из двух возможных направлений. Это положение полной посадки шарика 610 или положение закрытия показано на фиг. 6, однако согласно другим вариантам осуществления изобретения, шарик 610 может находиться в другом положении, например в положении открытия, позволяющем охладителю перемещаться, если сила, действующая на него и заставляющая его перемещаться по продольному проходу 604, больше силы пружины 612 (как показано на фиг. 8 и более подробно описано ниже).
[00032] Согласно вариантам осуществления изобретения, шарик 610 находится в контакте с пружиной 612, которая, в свою очередь, находится в контакте с шайбой 614. Шайба 614 находится также в контакте с другим кольцом, например пружинным кольцом 616 Зегера. С полостью 608 сообщаются несколько каналов 618 для текучей среды. Как описано выше, на фиг. 7 приведен вид с торца, где видно несколько каналов для охладителя, выходящих из штревеля 502. Хотя на фиг. 7 показано четыре канала 618 для текучей среды, при необходимости их может быть больше для обеспечения желательной транспортировки текучей среды в сопрягаемый инструментодержатель 504.
[00033] Согласно описанным выше вариантам осуществления изобретения, штревель 502 может быть открыт или закрыт в зависимости от положения шарика 610, как показано на фиг. 8. В верхней части фиг. 8 штревель 502 показан в закрытом положении, при котором шарик 610 сидит на уплотнительном кольце 606 и препятствует протеканию текучей среды между продольным проходом 604 и полостью 608. Это происходит, когда сила F1, с которой движущаяся по продольному проходу 604 текучая среда действует на шарик 610, меньше силы F2, приложенной к шарику 610 пружиной 612. В нижней части фиг. 8 штревель 502 показан в открытом положении, когда шарик 610 не сидит на уплотнительном кольце 606 и не препятствует протеканию текучей среды между продольным проходом 604 и полостью 608. Это имеет место тогда, когда приложенная к шарику 610 сила F1 текучей среды, текущей по продольному проходу 604, больше силы F2, приложенной к шарику 610 пружиной 612. Расстояние, на которое перемещается шарик 610 между положениями открытия и закрытия, соответствует рабочему ходу "d" пружины 612, т.е. расстоянию, на которое она смещается. Это расстояние составляет, например, 5,0 мм и/или лежит в пределах 3,0 мм - 6,0 мм. Согласно варианту осуществления изобретения, охладитель может находиться под давлением приблизительно 6 бар, но в других вариантах осуществления изобретения это давление может быть другим.
[00034] Согласно вариантам осуществления изобретения, штревель 502 и инструментодержатель 504 могут работать в конфигурации с внешней подачей охладителя, как показано на фиг. 9. Стрелки показывают направление протекания охладителя. Охладитель входит через отверстия переходного фланца 902 в центральный канал 904 инструментодержателя 504. Наибольшая часть охладителя движется "вниз", к выходу 906 смазки инструмента, однако некоторая часть охладителя может попытаться подняться вверх к штревелю 502. Прохождению охладителя в штревель 502 препятствует шарик 610, сидящий на уплотнительном кольце 606, чтобы защитить электрические детали в шпинделе 506 станка.
[00035] Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, штревель 502 и инструментодержатель 504 могут работать в конфигурации с внутренней подачей охладителя, как показано на фиг. 10. Стрелки указывают направление протекания охладителя. Охладитель входит в штревель 502 и течет по продольному проходу 604. Сила F1 охладителя, приложенная к шарику 610, больше силы F2, приложенной к нему пружиной 612, вследствие чего шарик 610 перемещается в положение открытия. Охладитель проходит через полость 608 в каналы 618, откуда он течет в центральный канал 904 в инструментодержателе 504 и на выход 906 для смазки режущего инструмента.
[00036] Согласно варианту осуществления изобретения, штревель может быть изготовлен с размерами, указанными в Таблице 1, которая соответствует фиг. 11 и 12.
[00037] Однако согласно другим вариантам осуществления изобретения, размеры штревеля 502 можно изменять для подгонки к используемому инструментодержателю 504, чтобы обеспечить желательный поток охладителя и размещение желательной пружины 612. Другие размеры, допуски, материалы и данные по термообработке можно взять исходя из нормативов стандарта DIN69872 и модифицировать их по мере необходимости для подгонки к вариантам, рассмотренным в данном описании.
[00038] Другие детали, которые используются в штревеле 502, согласно следующим вариантам осуществления изобретения, показаны на фиг. 13-17. На фиг. 13 показано уплотнительное кольцо 606, на фиг. 14 - пружина 612, на фиг. 15 - шайба 614, на фиг. 16 - кольцо 616 Зегера и на фиг. 17 - шарик 610. В качестве примера в Таблице 2 указаны размеры и материалы для этих деталей.
[00039] Однако согласно другим вариантам, размеры можно модифицировать для подгонки к используемому инструментодержателю 504, чтобы обеспечить требуемый расход охладителя и возможность размещения желательной пружины 612. Аналогично, можно изменить используемые материалы.
[00040] Согласно вариантам осуществления изобретения, предложен способ работы устройства механической обработки, в котором можно использовать либо внутренний тракт подачи охладителя, либо внешний тракт подачи охладителя, как показано на фиг. 18. Способ включает следующие операции:
при работе в режиме внутренней подачи охладителя, открывание в штревеле внутреннего тракта охладителя путем воздействия на шарик охладителем с первой силой для перемещения шарика на расстояние, достаточное для открывания внутреннего тракта охладителя, причем первая сила, с которой охладитель действует на шарик, больше направленной противоположно ей второй силы, с которой на шарик действует пружина (операция 1800), и
при работе в режиме внешней подачи охладителя, закрывание в штревеле внутреннего тракта охладителя путем воздействия на шарик пружиной со второй силой для его посадки на уплотнительное кольцо с целью закрывания внутреннего тракта охладителя, причем вторая сила, с которой пружина действует на шарик, больше всех направленных противоположно сил, действующих на шарик (операция 1802).
[00041] Согласно вариантам осуществления изобретения, предложен способ сборки штревеля, в котором используется либо внутренний тракт охладителя, либо внешний тракт охладителя, как показано на фиг. 19. Способ включает следующие операции:
формирование тела для приема инструментодержателя, которое имеет продольный проход, сообщающийся с полостью, которая сообщается с множеством продольных каналов (операция 1902),
установку уплотнительного кольца между концом продольного прохода и полостью (операция 1904),
установку в полости пружины (операция 1906) и установку шарика с возможностью его смещения пружиной, причем шарик предназначен для открывания конца продольного прохода путем выхода из контакта с уплотнительным кольцом, когда первая сила, действующая на шарик от пружины, меньше второй силы, действующей от текучей среды, текущей через продольный проход, при этом первая и вторая силы действуют по существу в противоположных направлениях (операция 1908).
[00042] Согласно вариантам осуществления изобретения, предложен станок с числовым программным управлением для механической обработки, содержащий шпиндель 506, установленный с возможностью вращения, содержащий затяжной болт 508, внутреннюю втулку 510 и цангу 512 для зажима и удерживания штревеля 502, который соединен посредством резьбы с инструментодержателем 504, имеющим центральный канал для внешней подачи охладителя, подаваемого на выход для смазки инструмента. При этом в станке может иметься по меньшей мере два тракта охладителя, внутренний тракт для охладителя, выполненный в инструментодержателе, как показано на фиг 5, и внешний тракт для охладителя, например, аналогичный показанному на фиг. 1.
В целом станок с числовым программным управлением выполнен, как описано, например, в патенте США №6059702, за исключением шпиндельного узла, описанного ранее в данном документе, и его компонентов, включая штревель, выполненный в соответствии с вариантами выполнения, также описанными ранее в данном документе.
Поскольку для разных видов механической обработки потребности в охладителе различны, возникает необходимость в наличии двух трактов охладителя и, соответственно, деталей, обеспечивающих возможность простого перехода от внутренней подачи охладителя к внешней, без замены деталей. Такое выполнение позволяет снизить время простоя станка и стоимость работ, что повышает общую производительность станка. Также предотвращается сбой в работе станка из-за того, что охладитель может попасть в шпиндель и вывести из строя электрические детали, которые должны быть сухими.
[00043] Описанные выше варианты осуществления изобретения представлены только для пояснения его сущности и не ограничивают его объем. Изобретение допускает различные изменения, которые могут быть сделаны в описанных вариантах специалистами в данной области. Все такие изменения должны соответствовать сущности изобретения и находиться в пределах объема изобретения, определяемого его формулой. Например, описанные варианты осуществления изобретения могут применяться к другим штревелям, например DIN69871 40-50-60 и другим. Элементы, операции или указания в данном описании не должны считаться критичными или существенными для изобретения, если об этом не сказано явно. Кроме того, использование единственного числа подразумевает включение одного или большего количества элементов.
[00044] Примеры, рассмотренные в приведенном выше описании, включая лучшие варианты использования изобретения, предназначены для раскрытия изобретения и позволяют любому специалисту в данной области реализовать его на практике, в том числе создать любые устройства или системы и соответствующие способы. Объем изобретения определяется его формулой и может охватывать другие варианты его осуществления, очевидные специалистам. Эти варианты находятся в объеме формулы изобретения, если их конструктивные элементы не отличаются в буквальном смысле от указанных в формуле или если они эквиваленты конструктивным элементам, указанным в формуле.