工具保持器和切割设备

技术领域

本发明涉及一种用于固定切削工具的工具保持器和具有工具保持器的切割设备。工具保持器为例如适配套筒、收缩保持器、卡盘等。

背景技术

从现有技术中已知在切割设备中使用工具保持器，以便保持例如末端铣削机或钻等切割工具。

为了冷却插入的切割工具，从现有技术中已知，工具保持器本身可包括冷却剂借以输送到切割工具的结构。所述结构可以是形成于工具保持器中并且在与切割工具的切割端对准的前表面上具有相应排出喷嘴的冷却剂管线。在切割设备的操作中，冷却剂相应地经由排出喷嘴离开并落在切割工具上，使得所述切割工具在操作期间得到冷却。

然而，在已知解决方案中，只有一小部分的冷却剂直接碰到切割工具，从而致使对切割工具的冷却不太有效。

因此，本发明所解决的问题是提供使得可有效冷却所使用的切割工具的工具保持器。

发明内容

根据本发明，这个问题借助于一种用于固定切削工具的工具保持器来解决，其具有沿着保持中心轴线延伸的保持主体，所述保持主体具有第一工具侧端和与所述第一端相对的第二工具保持器侧端。所述保持主体包括与所述保持中心轴线间隔开的至少一个冷却剂供应通道，其中排出元件布置在所述第二端处，在所述排出元件中形成至少一个通道状排出喷嘴，所述喷嘴流体连接到所述冷却剂供应通道并且冷却剂可通过所述喷嘴喷射到保持在所述工具保持器中的工具上。在所述排出喷嘴中居中延伸的喷嘴纵向轴线在径向方向和周向方向上相对于所述保持中心轴线倾斜。

在排出喷嘴以这种方式倾斜的情况下，实现以下优点：冷却剂流对准且加速，使得作用于冷却剂流的加速度抵消操作期间存在的离心力，所述离心力在切割设备的旋转期间产生。以此方式，高比例的冷却剂直接撞击切割工具，使得其得到特别有效的冷却。

特别地，利用根据本发明的工具保持器，在冷却剂的流速、排出行为、流动刚度和流动模式方面实现了特别良好的结果。

所提及的优点特别是在每分钟3,000至15,000转的速度下且在10巴至50巴的压力范围内实现。

径向方向上的倾斜度尤其使得泄漏的冷却剂流被径向朝内引导。

例如，径向方向和/或周向方向上的倾斜度介于3°与30°之间，特别是介于6°与15°之间。在这种角度下，离开排出喷嘴的冷却剂至少大部分沿着插入在工具保持器中的切割工具的轴流动，一直到切割边缘。

在一个示例性实施例中，径向方向上的倾斜度是8°并且周向方向上的倾斜度是15°。

例如，周向方向上的倾斜度大于径向方向上的倾斜度。因此，冷却剂流的加速度在抵消所产生的离心力方面特别有效。

根据一个实施例，多个排出喷嘴沿周向方向分布，其中所述排出喷嘴在径向方向和/或周向方向上的倾斜度不同。这意味着至少一个排出喷嘴在径向方向和/或周向方向上的倾斜度与其余排出喷嘴不同。因此，个别排出喷嘴的倾斜度可以针对某一操作状态(即针对某一速度或流体压力)进行优化。以此方式，可实现：对于不同的限定的操作状态，可分别存在至少一个最优对准的排出喷嘴。

优选地，至少一个排出喷嘴朝向出口渐缩。锥形增大了冷却剂的流动速率，这在冷却剂从排出喷嘴离开的排出行为方面是有利的。

优选地，当在出口的方向上观察时，排出喷嘴在侧视图中在周向方向上顺时针倾斜。这种倾斜度尤其有利，因为作用于正离开的冷却剂的加速度抵消离心力。所述优点是在假设其中插入有工具保持器的所使用的切割设备是标准的右旋设备的情况下实现的。

至少一个冷却剂供应通道可至少部分地在保持主体内部延伸，或可至少部分地构造为在所述保持主体的外圆周上延伸的凹槽，或至少部分地构造为狭槽。在第一种情况下，冷却剂供应通道因此至少部分地嵌入在所述保持主体中，其方式为使得所述冷却剂供应通道在周向上封闭。在第二种情况下，冷却剂供应通道至少部分地径向开放，并且由其中保持工具保持器的一个工具保持器[原文如此：其中保持工具的工具保持器]的相关联壁完整(即，封闭)]。在狭槽的情况下，冷却剂供应通道由工具保持器的相关联壁和插入的切割工具封闭。所有变型都可能将冷却剂可靠地引入到切削区中或将其引导到切削区中。

在狭槽的情况下，还实现了这样的优点：增加工具保持器的灵活性，使得所述工具保持器可在径向方向上进行调整。这在工具保持器是保持在膨胀卡盘中的适配套筒时尤其有利。因此，经由膨胀卡盘和插入的适配套筒，夹持力可施加到插入到适配套筒中的切割工具，而不损坏所述适配套筒。

只要至少一个冷却剂供应通道在保持主体内部延伸或被构造为凹槽，即可根据需要提供额外狭槽以便增加工具保持器的灵活性。

狭槽形式的冷却剂供应通道对于工具保持器的较薄壁厚度也是有利的，因为对于所述壁厚度较薄的工具保持器来说，难以制造封闭的通道或凹槽。

所述冷却剂供应通道可包括冷却歧管区段，所述冷却剂经由所述冷却歧管区段分配到多个排出喷嘴，其中至少两个通道状排出喷嘴与所述冷却歧管区段相关联，特别是其中所述冷却歧管区段仅延伸覆盖所述主体的所述圆周的部分区域。对于冷却歧管区段，有可能由共同的冷却剂供应通道供应多个排出喷嘴，这是因为流过冷却剂供应通道的冷却剂经由冷却歧管区段分配到与冷却歧管区段相关联的排出喷嘴。例如，每个冷却剂供应通道提供三个排出喷嘴，经由冷却歧管区段向所述喷嘴供应冷却剂。由于多个排出喷嘴借助于冷却歧管区段流体连接到冷却剂供应通道的事实，所需的冷却剂供应通道的数目减少，且因此制造成本降低。换句话说，可以经由具有很少冷却通道的冷却剂歧管区段输出足够大体积的冷却剂流。

所述工具保持器优选地通过增材制造工艺制造，特别是通过三维打印工艺制造。

根据本发明，所述问题进一步通过根据本发明的具有工具保持器的切割设备来解决，其中所述切割设备包括具有保持区段的膨胀卡盘，所述工具保持器(特别是适配套筒)插入在所述保持区段中。如已结合工具保持器所描述，借助于根据本发明的切割设备来实现对插入到工具保持器中的切割工具的特别有效的冷却。

附图说明

本发明的其它优点和特征来自以下描述和所参考的附图。附图示出了：

-图1是具有根据本发明的工具保持器的根据本发明的切割设备，以截面视图示出，

-图2是图1中的工具保持器，以透视图示出，

-图3是图1的工具保持器的截面视图，

-图4是工具保持器的工具保持器侧端，

-图5是存在于工具保持器中的冷却剂供应通道的路径，

-图6a到6d示出冷却剂流以各种速度在10巴的流体压力下从工具保持器排出之后的路径，

-图7a到7d示出冷却剂流以各种速度在30巴的流体压力下从工具保持器排出之后的路径，并且

-图8a到8d示出冷却剂流以各种速度在50巴的流体压力下从工具保持器排出之后的路径。

具体实施方式

图1以截面视图示出了切割设备10。切割设备10具有膨胀卡盘12和工具保持器14，所述工具保持器在示例性实施例中为适配套筒。然而，工具保持器14也可以是收缩保持器、膨胀卡盘保持器、膨胀卡盘自身等。

膨胀卡盘12包括插入到基部主体17的保持区段18中的膨胀衬套16。

膨胀衬套16特别地连接到基部主体17，特别是进行焊接，从而产生向外密封的压力室19。

通过增大压力室19中的流体压力，膨胀衬套16的壁向内凸起以便固定切割工具。

密封环21可任选地布置在工具保持器14与衬套16之间(参见图3)。

例如钻或末端铣削机等切割工具可以保持在工具保持器14中，如图2和3的透视图或截面视图所示。

在示例性实施例中，使用工具保持器14以便减小用于保持切割工具的有效直径。

工具保持器14具有沿着保持中心轴线20延伸的保持主体22。

保持主体22优选地构造成一体，并且例如通过三维打印工艺制成。

保持主体22具有第一端24和第二端26，所述第一端是工具保持器14的处于夹持状态的工具侧端，所述第二端与第一端相对并且是工具保持器14的处于夹持状态的工具保持器侧端。

保持主体22具有至少一个冷却剂供应通道28，并且在示例性实施例中为四个冷却剂供应通道，它们与保持中心轴线20间隔开。

在示例性实施例中，冷却剂供应通道28大体上构造为狭槽30。

冷却剂供应通道28的区段，特别是邻接第一端24的入口区段，分别被构造为在保持主体22的外圆周上延伸的凹槽32。

在示例性实施例中，两个凹槽32延伸到狭槽30中。

由于冷却剂供应通道28的入口区段被构造为凹槽的事实，工具保持器14在第一端24处封闭，即不被狭槽30中断。这确保了工具保持器14的充分稳定性以及膨胀卡盘12中的准确配合。

在为简单起见未示出的替代实施例中，冷却剂供应通道28可分别完全形成为凹槽32。

在另一替代方案中，冷却剂供应通道28可在保持主体22内部延伸。

当工具保持器14保持在如图1所示的膨胀卡盘12中且切割工具另外插入工具保持器14中时，冷却剂供应通道28在周向上封闭。

排出元件34布置在保持主体22的第二端26处。排出元件34特别地与保持主体22一体地形成。

排出元件34具有环形轴环形状，并且当将工具保持器14插入到切割设备10中时还充当轴向止挡件。换句话说，排出元件34是工具保持器14的圆盘形端区段，其具有相对于圆柱形保持主体22增大的直径。

在排出元件34中，多个通道状排出喷嘴36得以形成并且流体连接到一个冷却剂供应通道28。

冷却剂可通过排出喷嘴36从保持在工具保持器14中的切割工具喷出。

在图2中，在排出元件34的前表面可见排出喷嘴36的排出开口38。因此，还可见排出喷嘴36的数目和布置。

在示例性实施例中，存在沿周向分布的十二个排出喷嘴36，其中排出喷嘴36之间的距离变化，并且有三个排出喷嘴36与共同的冷却剂供应通道28相关联，下文将进一步详细解释。

在图3中，特别地在详细视图中，可见在排出喷嘴36中居中延伸的喷嘴纵向轴线40在径向方向上朝向保持中心轴线20倾斜，即，使得排出冷却剂流被径向朝内引导。

径向方向上的倾斜度介于3°与30°之间，在示例性实施例中为8°。

图4以详细视图示出了透视图形式的工具保持器14的工具保持器侧端26，其中透明地示出工具保持器14的壁以使得可观察排出喷嘴36。

从图4可见，喷嘴纵向轴线40不仅在径向方向上倾斜，还在周向方向上倾斜。

周向方向上的倾斜度也可以介于3°与30°之间。在示例性实施例中，周向方向上的倾斜度为15°。

因此，周向方向上的倾斜度大于径向方向上的倾斜度。

当在出口的方向上观察时，排出喷嘴36在侧视图中在周向方向上顺时针倾斜。换句话说，排出喷嘴克服操作期间产生的离心力在周向方向上倾斜。

排出喷嘴36为圆锥形形状并且朝向出口渐缩。

图4中还可见，每个冷却剂供应通道28包括冷却歧管区段42，冷却剂通过所述冷却歧管区段分配到多个排出喷嘴36，其中在示例性实施例中，三个通道状排出喷嘴36与冷却歧管区段42相关联。

冷却歧管区段42仅延伸覆盖保持主体22的圆周的部分区域。

冷却歧管区段42的布置和形状在图5中也特别清晰可见，其中示出具有冷却歧管区段42和排出喷嘴36的冷却剂供应通道28作为印模。

另外，在图5中示出冷却剂入口44，也作为印模。

在图6到8中示出了切割设备10操作期间的各种操作状态，其中分别在图6到8中示出插入工具保持器14中的切割工具的工具轴46的一部分以及针对各种操作条件的冷却剂在工具保持器14外部的流动路径。

图6a到6d示出了其中在10巴的流体压力下将冷却剂供应到工具保持器14的相应操作状态。

图6a到6d中所示的状态在速度方面不同。更具体地说，在图6a中，示出了每分钟3000转的速度的状态，在图6b中，示出了每分钟7000转的速度的状态，在图6c中，示出了每分钟10,000转的速度的状态，在图6d中，示出了每分钟15,000转的状态。

图7a到7d示出了相同速度下在所供应冷却剂的30巴的流体压力下的相应状态。

图8a到8d示出了在所供应冷却剂的50巴的流体压力下的相应状态。

从图6到8的图示中可见，借助于根据本发明的排出喷嘴36的路径实现了冷却剂在工具保持器14外部的特别有利的流动路径，其中冷却剂沿着所使用的切割工具的轴46流动，因此发生对切割工具的可靠冷却。

只有在相对较低的压力和非常高的速度下，冷却剂才会由于操作期间存在的离心力发生显著分散，如图6d可见。这是由于冷却剂在相对较低的压力下的流动刚度相对较低。

在所示实施例中，所有排出喷嘴36在径向方向上以及周向方向上具有相同的倾斜度。

然而，也可以设想一些排出喷嘴36会在径向方向和/或周向方向上改变它们的倾斜度。因此，可以针对不同操作条件，特别是针对不同速度和不同流体压力，优化不同的排出喷嘴36。

例如，设想向至少一个排出喷嘴36提供更大的倾斜度，以便改善较低压力和较高速度下的冷却。

附图标记列表

10切割设备

12膨胀卡盘

14工具保持器

16膨胀衬套

17基部主体

18保持区段

19压力室

20保持中心轴线

21密封环

22保持主体

24第一端

26第二端

28冷却剂供应通道

30狭槽

32凹槽

34排出元件

36排出喷嘴

38排出开口

40喷嘴纵向轴线

42冷却歧管区段

44冷却剂入口

46工具轴