机械加工工件的工具转轴及机械加工工具、装置和方法

机械加工工件的工具转轴及机械加工工具、装置和方法
【专利摘要】提供了机械加工工件的工具转轴及机械加工工具、装置和方法，该机械加工装置(1)具有用于加工工件(2)的工具转轴(3)，其与提供冷却流体(5)的第一提供单元(6)连接，并与提供流体(18)或润滑剂-流体混和物(7)的第二提供单元(8)连接。控制单元(9)控制提供单元(6，8)。由测量传感器来执行控制，调节冷却流体(5)和/或流体(18)或润滑剂-流体混和物(7)的流速。工具转轴(3)设置有供应冷却流体(5)和/或流体(18)或润滑剂-流体混和物(7)的两个供应通道，将冷却流体(5)和/或流体(18)或润滑剂-流体混和物(7)供应至机械加工工具(4)。对多数切割工艺和工件(2)材料产生最佳机械加工工艺。
【专利说明】
机械加工工件的工具转轴及机械加工工具、装置和方法

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于工件的机械加工的工具转轴，并涉及一种用于此类工具转轴的机械加工工具。本发明进一步涉及一种包括此类工具转轴的机械加工装置，以及用于工件的机械加工的相关方法。

【背景技术】
[0002]WO 2010/124 045 Al公开了一种工具转轴，其具有用于将低温冷却流体供应至机械加工工具的轴向供应通道。该供应通道由固定且与工具转轴的旋转轴线同心布置的真空隔热管道形成。经由该管道供应的低温冷却流体在到达工具切割边缘之前，经过轴向地形成于刀架和工具中的供应通道。由于在工件的机械加工过程中供应低温冷却流体的事实，所以对于难以机械加工的材料，达到比较高的机械加工速度。此结构的缺点是，在工件的机械加工过程中供应低温冷却流体并不是对于所有材料来说都是有利的；存在一些这样的材料，其中，所实现的优点是那么微不足道，以至于并不能证明额外的费用是合理的。


【发明内容】

[0003]因此，本发明的目的是提供一种工具转轴，其可对大多数的各种切割工艺和/或材料提供一种简单且灵活的机械加工工件的方式。
[0004]该目的通过一种用于机械加工工件的工具转轴来实现，该工具转轴包括:壳体；允许驱动机械加工工具以使其旋转的驱动单元；以及用于夹紧和释放机械加工工具的夹紧单元，该夹紧单元布置在壳体中，以便可围绕旋转轴线旋转，并可通过驱动单元驱动，以相对于壳体围绕旋转轴线旋转；用于将冷却流体供应至机械加工工具的第一供应通道；以及用于将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至机械加工工具的第二供应通道。根据本发明，工具转轴具有:用于供应冷却流体的第一供应通道，以及用于将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至被夹紧的机械加工工具的第二供应通道。所述供应通道被构造为，在工具转轴中至少部分地彼此分离。优选地，所述供应通道被构造为，在工具转轴中完全彼此分离。所述供应通道提供一种简单且灵活的将冷却流体和/或流体和/或润滑剂-流体混和物供应至机械加工工具的方式，这取决于待加工的材料。换句话说，工具转轴提供不同的操作模式。该流体特别是气体，从而供应润滑剂-气体混和物。
[0005]在第一操作模式中，将冷却流体(特别是低温冷却流体)经由第一供应通道供应至机械加工工具，其中，同时并不供应流体，特别是不供应润滑剂-流体混和物。因此，工具转轴可通过低温冷却来操作。
[0006]然而，在第二操作模式中，将润滑剂-流体混和物经由第二供应通道供应至机械加工工具，其中，同时并不供应冷却流体。因此，工具转轴可通过传统的最小量润滑(MQL)来操作。特别地，可以将润滑剂的量减小至零，使得经由第二供应通道仅供应流体，特别是气体，例如空气。
[0007]在第三操作模式中，将冷却流体经由第一供应通道供应至机械加工工具，同时，将流体(特别是润滑剂-流体混和物)经由第二供应通道供应至机械加工工具。这允许实现高效冷却和/或润滑，其中，工件机械加工过程中的冷却和/或润滑特性可根据冷却流体的温度和/或冷却流体的流速而灵活地适应。将冷却流体与流体(特别是润滑剂-流体混和物)混和，或者在工具转轴中混和或者在夹紧于工具转轴中的机械加工工具中混和。优选地，可将润滑剂的量减小至零，从而允许供应润滑剂-流体混和物，或仅供应流体(例如空气)。将冷却流体(例如氮气)与流体(例如空气)混和，可允许借助于冷流体(特别是冷空气)而产生限定冷却工艺。如果在工件的机械加工过程中不允许使用润滑剂，例如，当为航空、电力行业或医疗技术机械加工工件时，或者，如果润滑剂与切割边缘或切割物质发生反应，例如，立方氮化硼(CBN)，则使用冷流体或冷空气的限定冷却工艺允许大幅改进工件机械加工工艺。
[0008]如果混和发生在工具转轴中，那么供应通道或者合并到彼此中，或者通向工具转轴中的混和室。在此情况中，机械加工工具仅需要一个工具供应通道，其中，将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)的混和物供应至机械加工工具中的分布通道。
[0009]如果冷却流体与流体(特别是润滑剂-流体混和物)在机械加工工具中混和，那么所述供应通道彼此单独地被构造为到达被夹紧的机械加工工具，以防止冷却流体与润滑剂-流体混和物在工具转轴中混和。如果混和发生在工具转轴正后方的机械加工工具中，那么所述供应通道直接通向机械加工工具的混和室，所述混和室形成通向分布通道的工具供应通道。如果混和不发生在工具转轴的正后方，而是例如发生在机械加工工具的中心或端部，那么机械加工工具具有用于冷却流体的第一工具供应通道和用于流体(特别是润滑剂-流体混和物)的第二工具供应通道，它们通向将混和物引导至分布通道的混和室。
[0010]冷却流体和/或流体和/或润滑剂-流体混和物的供应对大多数的各种切割工艺和材料提供了一种简单且灵活的优化工件机械加工的方式。
[0011]以下工具转轴提供了一种简单的供应冷却流体的方式，在该工具转轴中，第一供应通道由与旋转轴线同心地布置且安装在壳体中以围绕所述旋转轴线旋转的管道形成。优选地，将管道优选地安装为旋转至连接单元的供应侧，连接单元刚性地固定至壳体，或旋转至旋转馈通(feedthrough)的供应侧。在排放侧,管道优选地安装在夹紧单元中。由于管道与机械加工工具共同旋转的事实，所以在机械加工工具和管道之间没有相对旋转运动。管道的内部空间形成第一供应通道。
[0012]以下工具转轴提供了一种灵活的供应低温冷却流体的方式，在该工具转轴中，第一供应通道由热绝缘管道形成。特别地，该管道具有在0°c不大于0.40W/(mK)的特定热导率，特别是不大于0.30W/ (mK)，特别是不大于0.20W/ (mK)，特别的不大于0.1Off/ (mK)。热绝缘设计防止低温冷却流体的不必要的温度升高以及与管道接触的部件的不必要的温度降低。该管道是例如真空隔热的或由纤维复合材料制成，特别是由碳纤维增强塑料(CFP)制成。纤维复合材料的管道还具有高机械稳定性，从而在高机械加工速度下确保高可靠性和刚度。该管道可包括金属套筒，特别是钢套筒。该管道还叫做喷枪(lance)。
[0013]以下工具转轴提供了一种简单的供应流体(特别是润滑剂-流体混和物)的方式，在该工具转轴中，第二供应通道至少部分是环形的且围绕第一供应通道。所述供应通道的布置确保工具转轴的紧凑设计。如果以管道的方式形成第一供应通道，那么管道的壁部特别允许产生热流，如果其由适当的材料制成的话。因此，管道的壁部用作流体(特别是润滑剂-流体混和物)与冷却流体之间的热交换器。结果，借助于冷却流体来获得流体(特别是润滑剂-流体混和物)的有效冷却。特别地，在将流体(特别是润滑剂-流体混和物)与冷却流体混和之前，使流体冷却。
[0014]以下工具转轴提供了一种简单的形成环形第二供应通道的方式，在该工具转轴中，与夹紧单元接合的致动杆具有轴向孔，该轴向孔具有孔径Db，在该轴向孔中布置有具有外径Da的管道，其中，Da < Db，从而管道形成第一供应通道，并且，管道和致动杆之间的环形空间形成第二供应通道的至少一部分。优选地，该管道可在旋转轴线的方向上与致动杆一起移动，以夹紧和/或释放机械加工工具。为了夹紧和/或释放机械加工工具，优选地，致动杆与致动单元接合。例如，致动单元被构造为气动的、液压的或电动机械的致动单元。优选地,致动单元被构造为活塞-气缸单元，或被构造为具有线性齿轮的驱动电机。
[0015]以下工具转轴提供了一种简单的轴向供应并排出冷却流体的方式，在该工具转轴中，第一供应通道具有远离机械加工工具的第一供应开口和面向机械加工工具的第一排出开口，在所有情况下，第一供应开口和第一排出开口均与旋转轴线同心地布置。
[0016]以下工具转轴提供了一种简单的将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至第二供应通道的方式，特别是，如果第二供应通道以环形围绕第一供应通道，在该工具转轴中，第二供应通道具有远离机械加工工具的第二供应开口，第二供应通道布置在相对于旋转轴线的径向方向上。优选地，第二供应通道设置有至少一个第二排出开口，第二排出开口布置在轴向方向上和/或相对于旋转轴线的径向方向上。
[0017]以下工具转轴提供了一种简单的可靠供应流体(特别是润滑剂-流体混和物)的方式，在该工具转轴中，偏转件布置在第二供应通道中，偏转件以如下方式构造，使得经由第二供应开口径向地供应的流体(特别是润滑剂-流体混和物)可偏转至轴向方向。偏转件导致径向供应的流体(特别是润滑剂-流体混和物)偏转至轴向方向，使得第二供应通道具有更低的流阻。优选地，偏转件具有至少一个引导面，该引导面在从第二供应开口开始的轴向方向上是弯曲的。优选地，可驱动该偏转件，以围绕旋转轴线旋转。为此目的，优选地，偏转件与致动杆和/或形成第一供应通道的管道接合。可旋转驱动的偏转件在轴向方向上产生流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流动。优选地，可旋转驱动的偏转件设置有多个以旋转对称方式布置的引导面。特别地，这些引导面以涡轮叶片的方式构造。
[0018]以下工具转轴提供了一种简单且灵活的利用具有一个轴向工具供应通道的传统机械加工工具的方式，在该工具转轴中，供应通道通向特别地形成于夹紧单元的区域中的混和空间。由于供应通道或者合并到彼此中或者其通向壳体内的混和室(特别是夹紧单元的区域中)的事实，所以在机械加工工具的前面产生冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)的混和物，允许将混和物经由工具供应通道供应至工具的至少一个切割边缘。
[0019]本发明的另一目的是提供一种用于根据本发明的工具转轴的机械加工工具，其对大多数的各种切割工艺和/或材料提供了一种简单且优化的灵活机械加工工件的方式。
[0020]该目的通过用于根据本发明的工具转轴的机械加工工具来实现，该机械加工工具包括:用于与夹紧单元相互作用的夹紧部分；用于从第一供应通道接收冷却流体的第一工具供应通道；用于从第二供应通道接收流体(特别是润滑剂-流体混和物)的第二工具供应通道；至少一个切割边缘；以及至少一个工具排出开口，该工具排出开口与工具供应通道连接，允许在该至少一个切割边缘的区域中排出冷却流体和/或流体(特别是润滑剂-流体混和物)。由于机械加工工具具有第一工具供应通道和分开的第二工具供应通道的事实，所以可以将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)彼此分离地供应至机械加工工具。如果机械加工工具被夹紧在根据本发明的工具转轴中，那么第一供应通道与第一工具供应通道连接，而第二供应通道与第二工具供应通道连接。
[0021]根据设计，冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)可以在机械加工工具中混和，之后将其供应至至少一个切割边缘，或者可以将它们彼此分离地供应至该至少一个切割边缘。在工具转轴的第一操作模式中，仅将冷却流体(特别是低温冷却流体)经由第一工具供应通道供应至该至少一个切割边缘。在工具转轴的第二操作模式中，仅将流体(特别是润滑剂-流体混和物)经由第二工具供应通道供应至该至少一个切割边缘。在工具转轴的第三操作模式中，将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)两者，特别是二者的混和物，供应至该至少一个切割边缘。优选地，第二工具供应通道允许供应流体和/或润滑剂-流体混和物。为此目的，例如，可以将润滑剂的量减小至零，使得仅供应流体。结果，根据本发明的机械加工工具允许以简单且可靠的方式执行工具转轴的所有这三种操作模式。特别地，机械加工工具设置有不止一个切割边缘。
[0022]特别地，根据本发明的机械加工工具具有至少一个温度测量传感器。优选地，该至少一个温度测量传感器布置在工具混和室中，工具供应通道通向该工具混和室。优选地，该至少一个温度测量传感器允许将信号无线传输至根据本发明的机械加工装置的控制单元。
[0023]以下机械加工工具提供了一种简单的在切割之前将冷却流体与流体(特别是润滑剂-流体混和物)混和的方式，在该机械加工工具中，用于将冷却流体与流体(特别是润滑剂-流体混和物)混和的工具供应通道通向工具混和室，并且，多个分布通道从工具混和室延伸至多个切割边缘。几个分布通道从工具混和室延伸至相应的切割边缘，这允许将混和物从混和室供应至切割边缘。混和室可以形成在机械加工工具中的任何位置处。优选地，混和室形成在机械加工工具的端部附近，换句话说，形成在面向工具转轴的端部处，或形成在面向待加工工件的端部处。特别地，混和室与工具旋转轴线同轴地形成。
[0024]以下机械加工工具提供了一种简单的形成工具供应通道的方式，在该机械加工工具中，与工具旋转轴线同心地形成一轴向孔，其中，工具管道布置于其中。工具管道的内部空间形成第一工具供应通道。在面向工件的一侧，轴向孔优选地是封闭的，换句话说，轴向孔以盲孔的方式构造，使得工具管道的端部通向由轴向孔形成的工具混和室。优选地，工具管道具有外径Dwa，其小于轴向孔的孔径Dwb，使得工具管道和机械加工工具的底座本体之间的环形空间形成第二工具供应通道。工具管道可被构造为，例如，与工具转轴的管道相对应。工具管道可进一步由PTFE制成。工具管道也叫做工具喷枪。
[0025]以下机械加工工具提供了一种简单的形成工具供应通道的方式，在该机械加工工具中，第一工具供应通道由工具管道形成，并且，该工具管道至少部分地限定第二工具供应通道。第一工具供应通道由工具管道的内部空间形成。优选地，第二工具供应通道轴向地形成在工具管道的壁部中，和/或形成为工具管道和机械加工工具的底座本体之间的环形空间。优选地，第二工具供应通道具有两个通道部分。在第一通道部分中，在工具管道的壁部的外围中形成多个通道或连接通道，所述连接通道通向第二通道部分中的公共环形通道或环形空间，第二通道部分形成于工具管道和机械加工工具的底座本体之间。在第一通道部分中，可以如下方式构造工具管道中的通道，使得工具管道完全和/或部分地形成通道的外围，并且，所述通道由工具管道和底座本体和/或套筒形成。结果，第一通道部分确保将工具管道牢固地安装或固定在机械加工工具的底座本体中。
[0026]本发明的另一目的是提供一种机械加工装置，其对大多数的各种切割工艺理和/或材料提供了一种简单且优化的灵活地机械加工工件的方式。
[0027]此目的通过用于机械加工工件的机械加工装置来实现，该机械加工装置包括:根据本发明的工具转轴；用于提供冷却流体的第一提供单元；用于提供流体(特别是润滑剂-流体混和物)的第二提供单元；以及用于控制提供单元的控制单元。冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)经由提供单元提供给工具转轴。通过控制单元来控制冷却流体和/或流体和/或润滑剂-流体混和物的供应。为了机械加工工件，特别地，根据本发明的机械加工工具被夹紧在根据本发明的工具转轴中。优选地，机械加工装置包括用于机械加工工件的机床，该机床包括根据本发明的工具转轴。优选地，该机床用于由金属和/或陶瓷构成的工件或材料的成形切割。
[0028]以下机械加工装置提供了一种简单的将冷却流体供应至工具转轴的方式，在该机械加工装置中，第一提供单元包括用于冷却流体的压力储存装置，该压力储存装置特别地是隔热的和/或可冷却的。优选地，压力储存装置是隔热的和/或可冷却的，从而允许提供具有低于环境温度的温度Tk的冷却流体。优选地，隔热的压力储存装置具有外壁，该外壁具有在0°C不大于0.40ff/(mK)的特定热导率，特别地，不大于0.30W/(mK)，特别地，不大于0.20W/ (mK)，特别地，不大于0.1Off/ (mK)。优选地，压力储存装置通过冷却组件来冷却。特别地，以如下方式来构造压力储存装置，使得可以以永久方式来提供具有不高于o°c的温度Tk的冷却流体，特别地，不高于-10°C，特别地，不高于_50°C。
[0029]以下机械加工装置提供了一种简单的调节冷却流体通过工具转轴的流速的方式，在该机械加工装置中，第一提供单元包括用于调节冷却流体的流速的第一阀。特别地，第一阀允许增量地和/或连续地调节冷却流体的流速。如果必要，第一阀可进一步用作停止阀，其停止将冷却流体供应至工具转轴。特别地，可通过控制单元来驱动第一阀。
[0030]以下机械加工装置提供了一种简单且灵活的供应流体和/或润滑剂-流体混和物的方式，在该机械加工装置中，第二提供单元包括用于将润滑剂与流体混和的混和装置，特别地，该混和装置被构造为最小量混和装置。该混和装置允许提供润滑剂-流体混和物，使其最佳地适应于待执行的工件机械加工过程。例如，润滑剂是固体或液体。例如，固体润滑剂是石墨，而润滑油可以用作用作液体润滑剂。特别地，流体以气体形式提供，例如空气。优选地，混和装置被构造为最小量混和装置。这允许执行传统的最小量润滑。优选地，该混和装置允许将润滑剂的量减小至零，从而允许供应流体，例如空气或润滑剂-流体混和物。
[0031]特别地，最小量混和装置可在高于大气压力I至12巴的范围内的压力Pe下操作，特别地，高于大气压力2至10巴，特别地，高于大气压力3至8巴。最小量混和装置进一步可在流体的50至4001/min的流速或体积流速下操作，特别地，100至3501/min,特别地，150至3001/min，并在润滑剂的O至500ml/h的流速或体积流速下操作，特别地，I至400ml/h，特别地，5 至 300ml/h (11 = Idm3 = 0.0Olm3)。
[0032]以下机械加工装置提供了一种简单且灵活的调节流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速的方式，在该机械加工装置中，第二提供单元包括用于调节流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速的第二阀。特别地，第二阀允许增量地和/或连续地调节流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速。特别地，第二阀可用作停止阀，其停止将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至工具转轴，如果必要的话。特别地，可通过控制单元来驱动第二阀。
[0033]以下机械加工装置确保最佳的工件机械加工，在该机械加工装置中，至少一个测量传感器用于调节冷却流体和/或流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速。该至少一个测量传感器允许以精确的方式调节并供应冷却流体和/或流体和/或润滑剂-流体混和物。优选地，该机械加工装置具有:用于计量冷却流体的流速的第一流量计；和/或用于计量流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速的第二流量计。优选地，相应的流量计布置在相关的提供单元和工具转轴之间。优选地，第一流量计和/或第二流量计与控制单元信号连通，从而允许通过相关的阀来调节冷却流体和/或流体(特别是润滑剂-流体混和物)的流速。作为替代方式或除此之外，该机械加工装置包括至少一个温度计，特别地，该至少一个温度计允许确定冷却流体的温度Τκ，和/或流体(特别是润滑剂-流体混和物)的温度Te，和/或冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)的混和物的温度Tm。优选地，该至少一个温度计与控制单元信号连通，允许通过与其相关的阀来调节冷却流体和/或流体和/或润滑剂-流体混和物的流速。
[0034]优选地，该至少一个温度计用来确定流体(特别是润滑剂-流体混和物)的温度Te，和/或冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)的混和物的温度TM。为此目的，特别地，该至少一个温度计布置在工具转轴的混和室的区域中，和/或布置在机械加工工具的工具混和室的区域中，或相关的刀架或夹紧部分的区域中。如果该至少一个温度计布置在工具转轴中，那么，优选地，其布置在夹紧单元的区域中。与控制单元的数据或信号传输是无线的。
[0035]以下机械加工装置提供了一种简单且灵活的执行最佳的工件机械加工工艺的方式(特别是对于大多数的不同的切割工艺和/或材料)，在该机械加工装置中，以如下方式构造控制单元，使得可选择以下操作模式:将冷却流体供应至工具转轴，同时不供应流体，特别是润滑剂-流体混和物；将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至工具转轴，同时不供应冷却流体；以及同时供应冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)。该机械加工装置可在一种操作模式或不止一种操作模式中操作，因此，最佳地可适应于相应类型的工件机械加工。在第一操作模式中，仅将冷却流体供应至工具转轴。特别地，冷却流体是允许执行干工件机械加工的低温冷却流体。例如，适当的低温冷却流体是在工件机械加工之后蒸发的液态氮或气态氮。此外，可想到在不高于0°c的温度Tk下仅使用空气，特别地，不高于-10°C，特别地，不高于-50°C。在第二操作模式中，仅供应流体，特别是润滑剂-流体混和物。因此，该机械加工装置可在所谓的最小量润滑模式中操作。在第三操作模式中，同时供应冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)。此外，可想到在_140°C至20°C的温度下供应例如冷却空气。为此目的，例如，可想到经由供应通道供应冷却流体或低温冷却流体和流体(不供应润滑剂)。结果，该机械加工装置可以简单且有效的方式在冷却和/或润滑模式中操作。根据工件机械加工的类型，该机械加工装置确保可彼此单独调节的最佳冷却和润滑。
[0036]本发明的另一目的是提供一种允许简单且灵活地机械加工工件的方法，其中，对大多数的不同的切割工艺和/或工件，该机械加工工艺是最佳的。
[0037]该目的通过一种用于机械加工工件的方法来实现，该方法包括以下步骤:提供根据本发明的机械加工装置，该机械加工装置包括被夹紧在工具转轴中的机械加工工具；通过机械加工工具来机械加工工件；以及在工件的机械加工过程中，经由机械加工工具将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)同时供应至机械加工工具的至少一个切割边缘。同时供应冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)确保了在工件机械加工过程中的最佳冷却和/或润滑，特别是因为，冷却流体可与流体(特别是润滑剂-流体混和物)单独地供应和调节。这产生了一种简单且灵活地机械加工工件的方式，这对于不同的切割工艺和/或材料是最佳的。将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)经由机械加工工具供应至该至少一个切割边缘，因此，可以精确限定的方式将其供应至该至少一个切割边缘。特别地，以根据本发明的方式来构造机械加工工具。
[0038]以下方法确保了最佳的工件机械加工，在该方法中，在以下操作模式中另外地操作机械加工装置:将冷却流体供应至工具转轴，同时不供应流体，特别是润滑剂-流体混和物；以及将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至工具转轴，同时不供应冷却流体。根据工件机械加工的类型，如果需要仅供应冷却流体或仅供应流体(特别是润滑剂-流体混和物)，那么在这些操作模式中操作该机械加工装置。这允许机械加工工艺最佳地适应于工件机械加工的类型。
[0039]以下方法允许将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)的混和物供应至至少一个切割边缘，在该方法中，将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)在该至少一个切割边缘的前面(特别是机械加工工具中或工具转轴中)混和。由于已将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)在该至少一个切割边缘的前面(特别是机械加工工具的混和室中或工具转轴的混和室中)混和的事实，所以均匀的混和物被供应至该至少一个切割边缘，从而确保一致的高机械加工质量。
[0040]以下方法确保了在工件机械加工过程中简单且有效地冷却，在该方法中，当将冷却流体供应至工具转轴时，冷却流体具有不高于1°c的温度τκ，特别地，不高于o°c，特别地，不高于-10°C，特别地，不高于-50°c。优选地，冷却流体是低温冷却流体，当供应至工具转轴时，其是气态或液态的。优选地，低温冷却流体是氮气。特别地，低温冷却流体具有低于-600C的温度Tk,特别地，低于-120。。，特别地，低于-150。。，特别地，低于-180°C。冷却流体可进一步具有至少_60°C的温度Τκ，特别地，至少_50°C，特别地，至少_40°C。例如，可在温度Tk下供应空气，其中，-60°C< Tk ( -10°C。最低温度确保供应冷的冷却流体，然而，在工具转轴中提供隔热没有在低温Tk下供应低温冷却流体复杂。
[0041]以下方法提供了一种简单且灵活的冷却流体(特别是润滑剂-流体混和物)的方式，在该方法中，将冷却流体供应至工具转轴时具有的温度Tk低于将流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至工具转轴时的温度Te。将冷却流体与流体(特别是润滑剂-流体混和物)混和时所获得的混和物，具有温度Tm，根据冷却流体的温度Tk和冷却流体的流速，温度Tm低于流体(特别是润滑剂-流体混和物)的温度Te。通过冷却流体的温度Tk和/或流速，可简单且灵活地调节温度TM。如果第一供应通道由被第二供应通道以环形的方式围绕的管道形成，那么，该管道可被构造为热交换器，允许流体(特别是润滑剂-流体混和物)在供应至工具转轴时已经冷却。
[0042]以下方法确保最佳的工件机械加工，在该方法中，将润滑剂-流体混和物以最小量润滑的形式供应至机床。根据工件机械加工的类型，所供应的润滑剂-流体混和物包含最小量的润滑剂，因此，需要更小量的润滑剂，同时将被润滑剂污染的待处理碎屑的量减到最小。

【专利附图】

【附图说明】
[0043]从几个实施方式的以下描述中，本发明的其他特征、优点和细节将变得显而易见。在图中，
[0044]图1示出了用于工件的机械加工的机械加工装置的示意图，该机械加工装置包括工具转轴，该工具转轴用于将冷却流体和流体(特别是润滑剂-流体混和物)供应至根据第一实施方式的机械加工工具；
[0045]图2示出了通过图1中的工具转轴和夹紧在其中的机械加工工具的轴向剖视图；
[0046]图3示出了夹紧单元的区域中的图2中的工具转轴的放大剖视图；
[0047]图4示出了转轴的区域中的图2中的工具转轴的放大剖视图；
[0048]图5示出了连接单元的区域中的图2中的工具转轴的放大剖视图；
[0049]图6示出了沿着图5中的剖面线V1-VI的通过连接单元的剖视图；
[0050]图7示出了通过夹紧在工具转轴中的机械加工工具的轴向剖视图；
[0051]图8示出了夹紧部分的区域中的图7中的机械加工工具的放大剖视图；
[0052]图9示出了沿着图8中的剖面线IX-1X的通过机械加工工具的剖视图；
[0053]图10示出了夹紧部分的区域中的根据第二实施方式的机械加工工具的放大剖视图；
[0054]图11示出了沿着图10中的剖面线X1-XI的通过机械加工工具的剖视图；
[0055]图12示出了通过工具转轴和夹紧在其中的根据第三实施方式的机械加工工具的轴向剖视图；以及
[0056]图13示出了通过工具转轴和夹紧在其中的根据第四实施方式的机械加工工具的轴向剖视图。

【具体实施方式】
[0057]以下是参考图1至图9对本发明的第一实施方式的描述。机械加工装置I设置有工具转轴3，用于对工件2进行切屑机械加工的机械加工工具4被夹紧在工具转轴中。机械加工装置I具有用于提供冷却流体5的第一提供单元6以及用于提供流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)的第二提供单元8。通过控制单元9来致动提供单元6、8。
[0058]第一提供单元6包括压力储存装置10，该压力储存装置可通过冷却组件11来冷却。压力储存装置10的外壁12是隔热的，以防止冷却流体5的不必要的温度升高。冷却流体5可在压力ρκ和温度Tk下储存在压力储存装置10的内部空间13中。特别地，压力ρκ相当于高于大气压力至少1.5巴，特别地，至少3巴，特别地，至少5巴。为了将冷却流体5供应至工具转轴3，提供单元6设置有可调节的第一阀14和流量计15，它们与控制单元9信号连通。因此，第一阀14允许调节或调整冷却流体的流速，严格的说，是体积流速QK。
[0059]第二提供单元8包括用于从润滑剂17和流体18产生润滑剂-流体混和物7的混和装置16。特别地，流体18是气体。特别地，混和装置16可用作最小量混和装置16，以执行最小量润滑。特别地，混和装置16可以如下方式操作，使得润滑剂17的量可减小至零，从而仅供应流体18。特别地，流体18是气体，例如空气。第二提供单元8进一步包括可调节的第二阀19和第二流量计20，它们与控制单元9信号连通。混和装置16允许在压力pe、温度Te下并以混和比Ve提供流体18，特别是润滑剂-流体混和物7。可通过阀19来调节或调整流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)的流速或体积流速Qg。
[0060]机械加工装置I是未更详细地示出的机床的一部分，用于对由金属制成的工件2进行机械加工。为此目的，以如下方式来构造控制单元9，使得可选择以下操作模式:
[0061 ] a)将冷却液5供应至工具转轴，同时不供应流体18或润滑剂-流体混和物7 ；
[0062]b)将流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7，特别是对于最小量润滑)供应至工具转轴3，同时不供应冷却流体5 ；以及
[0063]c)将冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)同时供应至工具转轴3。
[0064]根据需要，可通过控制单元9，阀14、19和相关的流量计15、20来分别调节流速或体积流速Qk和Qe。这提供了一种简单且灵活的相对于待执行的切割工艺和/或待切割的材料执行最佳工件机械加工的方式。
[0065]机械加工装置I包括致动单元21，用于夹紧和释放机械加工工具4。例如，该致动单元被构造为液压致动单元，在下文中也叫做液压单元21。液压单元21经由两条压力管线22、23与工具转轴2连接，允许通过对压力管道22或23施加压力来释放或夹紧机械加工工具4。致动单元21与控制单元9信号连通，以夹紧和释放相应的机械加工工具4。
[0066]工具转轴3具有壳体24，在该壳体中，转轴25经由轴承27、28以通常的方式安装，以围绕旋转轴线26旋转。机械加工装置I具有驱动单元29,该驱动单元包括驱动电机30和与其相连的驱动电子装置31，允许驱动机械加工工具4旋转。驱动电机包括:与壳体24刚性地连接的定子32 ；以及与转轴25刚性地连接的相关转子33，以驱动转轴围绕旋转轴线26旋转。驱动电子装置31确保向驱动电机30供应能量，并且，其与控制单元9信号连通，以致动驱动电机30。
[0067]工具转轴3具有用于夹紧和释放机械加工工具4的夹紧单元34。夹紧单元34包括多个夹头35和相连的夹紧锥36。夹紧单元34布置在转轴25的孔37中，孔37与旋转轴线同心地布置。夹头35以分布在旋转轴线26周围的方式布置在孔37中，并以可沿径向方向枢转的方式安装至转轴25。夹紧锥36与旋转轴线26同心地布置，并由夹头35围绕。通过使夹紧锥36在夹紧方向38上轴向地移动，夹头35在径向方向上展开，通过使夹紧锥36在与夹紧方向38相反的方向上移动，夹头35可移动至非展开的释放状态。
[0068]夹紧锥36与致动杆39连接，以使其轴向移动。致动杆39与旋转轴线26同心地布置，并贯穿孔37，直到壳体24的远离夹紧单元34的端部。为了产生夹紧力，设置有至少一个弹簧件51，其在转轴挡块52和致动杆挡块53之间布置在孔37中。优选地，该至少一个弹簧件51被构造为，与旋转轴线26同心地布置且围绕致动杆39的盘形弹簧包(package)。
[0069]在壳体24的远离夹紧单元34的端部，连接单元40以与旋转轴线26同心的方式固定至壳体24。连接单元40具有:用于冷却流体5的第一连接部分41 ;用于液压单元21的第二连接部分42 ;以及用于流体18或润滑剂-流体混和物7的第三连接部分43。
[0070]冷却流体5经由第一连接部分7供应。为此目的，第一供应管道44以与旋转轴线26同心的方式可拆卸地固定至第一连接部分41。液压单元21的压力管线22、23与第二连接部分42连接。在第二连接部分42中，布置有可轴向移动的活塞45，使得活塞45与第二连接部分42形成活塞-气缸单元。活塞45将由第二连接部分42形成的内部气缸空间46分成两个部分空间47、48。每条压力管线22、23通向相应的一个部分空间47、48。内部气缸空间46以通常的方式密封。活塞45经过第三连接部分43，并经由其端部与致动杆39连接。致动杆39和与其连接的活塞45安装成借助于轴承49、50在第三连接部分43中旋转。经由第三连接部分43，连接单元40与壳体24刚性地连接。连接单元40也叫做旋转馈通。
[0071]在工具转轴3中形成有第一供应通道54，以将冷却流体5供应至机械加工工具4。第一供应通道54由管道54’形成。管道54’与旋转轴线26同心地布置，并且从连接单元40延伸至夹紧单元34。为此目的，在活塞45和管道54’布置于其中的致动杆39中形成有轴向孔55。管道54’轴向地和径向地固定至致动杆39，允许管道54’被驱动，以与转轴25和致动杆39 —起旋转，同时，当更换机械加工工具4时，可与致动杆39 —起轴向地移动。因此，管道54’被安装为相对于壳体24围绕旋转轴线26旋转。
[0072]管道54’以热绝缘的方式构造。为此目的，管道54’具有在0°C下不大于0.80W/(mK)的特定热导率，特别地，不大于0.40W/ (mK)，特别地，不大于0.30W/ (mK)，特别地，不大于 0.20W/ (mK)，特别地，不大于 0.1Off/ (mK)。
[0073]例如,管道54’被构造为真空隔热管道。为此目的,管道54’具有内管和围绕所述内管的外管，其中，管线在其端部互相连接。排空由管道限定的隔热空间；结果，管道54’具有非常低的特定热导率。为了补偿由冷却流体5导致的内管和外管的不同的线性膨胀，内管和/或外管是可调节长度的。例如，如果低温冷却流体5流过管道54’，那么内管的温度降低，直到等于低温冷却流体5的温度为止，同时，外管的温度降低至低得多的程度，这是由于布置于其间的隔热介质的原因。因此，内管的长度增加至比外管的长度大得多的程度。为了防止损坏管道54’，至少一条管线是可调节长度的。优选地，外管设置有弯曲形状的金属波纹管，允许发生热线性膨胀。管道54’进一步由例如纤维复合材料制成，特别是碳纤维增强塑料(CFP)。
[0074]当供应管道44被连接时，管道54’的供应端插入其中。因此，第一供应通道54或管道54’的第一供应开口 56与旋转轴线26同心地布置。管道54’借助于环形密封件57相对于第一连接部分41密封。例如，密封件57由PTFE(聚四氟乙烯)制成。在排出端，管道54’以与旋转轴线26同心的方式借助于轴承件58安装在夹紧锥36中。因此，第一供应通道54或管道54’的第一排出开口 59与旋转轴线26同心地布置。管道54’的端部布置在夹紧维36中。
[0075]为了将流体18或润滑剂-流体混和物7供应至机械加工工具4，工具转轴3进一步设置有第二供应通道。第二供应通道60包括:径向地延伸至旋转轴线26的第一通道部分61 ;以及与旋转轴线26同心地延伸的第二通道部分62。第一通道部分61形成于第三连接部分43中，并在径向方向上一直延伸至轴向孔55。换句话说，第一通道部分61形成远离机械加工工具4的第二供应开口 63，其相对于旋转轴线26布置在径向方向上。第二供应开口 63设置有允许供应流体18或润滑剂-流体混和物7的第二供应管道64。
[0076]为了密封第一通道部分61，当在轴向方向上看时，两个环形密封件91、92布置在其两侧上，所述密封件与活塞45和第三连接部分43邻接。密封件91、92布置在轴承49、50之间。例如，密封件91、92由PTFE制成。第一通道部分61经由偏转部分65通向第二通道部分62。
[0077]偏转部分65包括环形空间66，第一通道部分61通向该环形空间，并且，活塞45的一部分与旋转轴线26同心地布置在该环形空间中。可旋转驱动的活塞45被构造为环形空间66的区域中的偏转件，允许将流体18或润滑剂-流体混和物7 (在每种情况下，经由第二供应开口 63被径向地供应)偏转至轴向方向。为此目的，活塞45设置有多个(例如四个)引导通道部分67，所述引导通道部分相对于旋转轴线26旋转对称。在每种情况下，弓丨导通道部分67设置有至少一个引导面，所述引导面被弯曲至如下程度，使得流体18或润滑剂-流体混和物7从第一通道部分61的径向方向被偏转至第二通道部分62的轴向方向，以便在机械加工工具4的方向上被传送。优选地，所述引导面以涡轮叶片的方式被构造。
[0078]引导通道部分67通向第二通道部分62。第二通道部分62是环形的，以围绕第一供应通道54或管道54’。因此，第二通道部分62在一侧上由管道54’限制，在另一侧上由活塞45、致动杆39和夹紧锥36限制。换句话说，第二通道部分62被构造为环形空间。该环形空间具有由外径Da、管道54’和轴向孔55的相应孔径Db限定的径向尺寸。
[0079]第二供应通道60具有布置在夹紧锥36的区域中的第二排出开口 68。第二排出开口 68是环形的，并在径向方向上由管道54’和夹紧锥36限制。轴承件58设置有多个通孔(breakthrough) 69，允许引导流体18或润滑剂-流体混和物7通过其中。结果，供应通道54和60沿着其全长被构造为分开的实体，从而，当同时供应时，防止冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)在工具转轴3中混和。
[0080]机械加工工具4具有底座本体70，该底座本体可通过工具转轴驱动，以围绕工具旋转轴线71旋转。当夹紧机械加工工具4时，工具旋转轴线71与旋转轴线26成一直线。在机械加工工具4的靠近工件的端部，多个切割边缘72固定至底座本体70，所述切割边缘以旋转对称的方式分布在工具旋转轴线71周围。
[0081]底座本体70设置有允许将机械加工工具4夹紧在其中的夹紧部分73。在夹紧部分73中，底座本体70具有环形形状，并设置有设置在面向工具转轴3的端部处的环形保持凸起74。夹紧部分73限定了容纳空间75，该容纳空间设置有面向工具转轴3的开口 76。开口 76在径向方向上由保持凸起74限制。开口 76和相关的容纳空间75的功能是插入并容纳夹紧单元34。
[0082]从容纳空间75开始，轴向孔77与旋转轴线71同心地一直延伸至底座本体70的靠近工件的端部。轴向孔77被构造为盲孔，换句话说，其在靠近工件的端部并不穿过底座本体70。邻近容纳空间75，轴向孔77具有第一孔部分78 (其具有孔径Dwbi)和后续的第二孔部分(其具有第二孔径Dwb2)。第一孔径Dwm大于第二孔径Dwb2，使得孔部分78、79形成环形挡块80。
[0083]在轴向孔77中，形成有第一工具供应通道81，用于从第一供应通道54接收冷却流体5，并且设置有第二工具供应通道82，用于从第二供应通道60接收流体18或润滑剂-流体混和物7。为此目的，第一工具供应通道81由工具管道81’形成。工具管道81’也叫做工具喷枪。例如，工具管道81’由碳纤维增强塑料(CFP)或PTFE制成。
[0084]工具管道81’借助于固定件93固定在轴向方向上。固定件93布置在第一孔部分78中。例如，固定件93被构造为固定螺母，其与底座本体70形成螺纹连接。
[0085]从容纳空间75开始，工具管道81’ 一直延伸至工具混和室83，工具混和室形成在轴向孔77的靠近工件的端部处。工具管道81’与旋转轴线71同心地布置，并且在第二孔部分79的区域中具有外径Dwa，该外径比孔径Dwb2小，使得工具管道81’和底座本体70 —起形成环形空间84。在第一孔部分78的区域中和容纳空间75中，第二孔部分79的壁厚大于第二孔部分79的壁厚，使得工具管道81’对于环形挡块80形成对立挡块85。除此之外，在工具管道81’的面向工具转轴3的端部处形成有多个连接通道86，所述连接通道在轴向方向上从自由前端一直延伸至环形空间84。连接通道86和环形空间84 —起形成第二工具供应通道82。
[0086]分布通道87从混和室83延伸至切割边缘72。每个分布通道87设置有工具排出开口 88，冷却流体5和/或流体18和/或润滑剂-流体混和物7可经由工具排出开口在切割边缘72的区域中离开机械加工工具4。工具供应通道81、82通向混和室83，以产生冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)的混和物。
[0087]在混和室83中，布置有温度计100。温度计100允许测量冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)的混和物的温度Tm，并将该温度经由无线连接传送至控制单元9。温度计100允许调节冷却流体5的流速Qk和/或流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)的流速Qg。
[0088]工具管道81’以如下方式构造，使得当夹紧机械加工工具4时，将管道54’插入工具管道81’中。一环形密封件89布置在工具管道81’的内壁处，以密封管道54’、81’。例如，密封件89由PTFE制成。工具管道81’以能够插入夹紧锥36中的方式被进一步构造。当夹紧机械加工工具4时，由此将工具管道81’的壁部布置在管道54’和夹紧锥36之间的环形空间中，使得供应通道54’和81’以及60和82互相连接。为了密封供应通道60和82，夹紧锥36的内壁设置有环形密封件90。例如，密封件90由PTFE制成。
[0089]机械加工工具I的操作模式如下所述:
[0090]为了夹紧机械加工工具4，首先致动夹紧单元34，以便移动至打开位置。为此目的，经由液压单元21对压力管道22加压，使得部分空间47充满压力介质，从而活塞45在与夹紧方向38相反的方向上轴向地移动。经由致动杆39，将活塞45的轴向运动传送至夹紧锥36，使得夹紧锥36远离夹头35移动，从而释放夹头35。使管道54’与致动杆39 —起轴向地移动。使致动杆39在与至少一个弹簧件51的偏压力相反的方向上轴向地移动。
[0091]然后，以通常的方式将机械加工工具4夹紧在工具转轴3中。为此目的，使机械加工工具4相对于夹紧单元34在轴向方向上移动，例如，利用传统的工具更换器，使得夹头35和夹紧锥36布置在容纳空间75的端部附近。当这种情况发生时，将工具管道81’的壁部引入管道54’和夹紧锥36之间的环形空间中。
[0092]在下一个步骤中，将机械加工工具4夹紧在工具转轴3中。为此目的，借助于液压单元21对压力管道23加压，使得部分空间48充满压力介质，活塞45在夹紧方向38上轴向地移动。由至少一个弹簧件51支撑该轴向运动。活塞45和致动杆39的轴向运动使得夹紧锥36也在夹紧方向38上移动，使得夹头35以通常的方式展开，以便与保持凸起74 一起形成倒锥，以夹紧机械加工工具4。管道54’在夹紧方向38上与致动杆39 —起移动。然而，当这种情况发生时，工具管道81’的端壁保持在管道54’和夹紧锥36之间的环形空间中。现在夹紧机械加工工具4，并使供应通道54和81以及60和82互相连接。
[0093]为了机械加工工件，借助于驱动单元29驱动转轴25以及夹紧在其中的机械加工工具4旋转。夹紧单元34、致动杆39、活塞45和管道54’被驱动与转轴25 —起旋转。根据相应的切割工艺和待加工的工件2的材料，操作员可从以下操作模式中来选择利用控制单元9来调节的工件机械加工:
[0094]在第一操作模式中，仅将冷却流体5供应至机械加工工具4。换句话说，同时不供应流体或润滑剂-流体混和物7。为此目的，打开第一阀14，并经由流量计15和控制单元9对冷却流体5调节所需的流速QK。第二阀19在第一操作模式中保持关闭。
[0095]冷却流体5从压力储存装置10经由供应管道44流至连接单元40。在第一连接部分41的区域中，冷却流体5经由第一供应开口 56进入管道54’的内部空间，在此，冷却流体流至布置于夹紧单元34的区域中的排出开口 59。在排出开口 59处，冷却流体5进入工具管道81’的内部空间，并流经底座本体70直到混和室83，在那里不发生混和，因为不提供润滑剂-流体混和物7。从混和室83开始，冷却流体5经过分布通道81流至工具排出开口88，在那里，将冷却流体排出至切割边缘72的区域中。在从工具排出开口 88排出之后，冷却流体5在工件的机械加工过程中冷却切割边缘72和工件2。
[0096]当供应至工具转轴3时，冷却流体5具有不大于10°C的温度Τκ，特别地，不大于(TC，特别地，不大于-10°c，特别地，不大于-50°c。例如，冷却流体是低温冷却流体5，且优选地，具有不大于_60°C的温度Τκ，特别地，不大于_120°C，特别地，不大于_150°C，特别地，不大于-180°C。例如，将冷却流体5构造为冷却空气，或构造为液态或气态氮。氮气在离开机械加工工具4之后蒸发。在高于大气压力I至5巴的压力ρκ下提供冷却流体5。
[0097]在第二操作模式中，仅将流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)供应至机械加工工具4。换句话说，同时不供应冷却流体5。为此目的，打开第二阀19，并且，经由流量计20调节流体18或润滑剂-流体混和物7的所需流速Qe。第一阀14保持关闭。通过混和装置16从润滑剂17和流体18产生润滑剂-流体混和物7，其在每种情况下均以所需比例Ve提供。优选地，混和装置16是最小量混和装置，其仅提供最小所需量的润滑剂17与流体18混和。特别地，流体18是气体，例如空气。可用等于零的量的润滑剂17来操作混和装置16，使得仅供应流体18。在高于大气压力I至6巴的范围内的压力pe下和所需温度Te下提供流体18或润滑剂-流体混和物7。例如，可以如下方式调节流体18的温度Te，使得将其减小至所需值，从而，确保流体18在进入混和装置16时具有所需温度。
[0098]流体18或润滑剂-流体混和物7从混和装置16经过供应管道64流至连接单元40。在第三连接部分43中，流体18或润滑剂-流体混和物7经由第二供应开口 63径向地进入第一通道部分61，在此，通过用作偏转件的活塞45的旋转，并借助于引导通道部分67，使流体或润滑剂-流体混和物偏转，然后，将其在轴向方向上传送。然后，流体18或润滑剂-流体混和物7在轴向方向上流过第二通道部分62，一直流至排出开口 68，在那里，其进入第二工具供应通道82的连接通道86。在机械加工工具4中，流体18或润滑剂-流体混和物7首先流过连接通道86，然后流过环形空间84，一直流至混和室83。在混和室83中，不发生混和，因为不供应冷却流体5。从混和室83开始，流体18或润滑剂-流体混和物7流过分布通道87，并经由工具排出开口 88排出至切割边缘72的区域中。润滑剂-流体混和物7以通常的方式润滑切割边缘72，并对切割边缘72提供有限量的冷却，而流体18也对切割边缘72提供有限量的冷却。润滑剂-流体混和物7允许以传统的最小量润滑来操作工具转轴3。
[0099]在第三操作模式中，将冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)同时供应至机械加工工具4。为此目的，经由阀14、19和相关的流量计15、20来调节冷却流体5的所需流速Qk以及流体18或润滑剂-流体混和物7的所需流速Qe。如参考第一操作模式所述，冷却流体5流至混和室83。相应地，如参考第二操作模式所述，流体18或润滑剂-流体混和物7流至混和室83。在混和室83中，从冷却流体5和流体18 (特别是润滑剂-流体混和物7)产生混和物M。这在图7中示出。混和物M流经分布通道87，并在切割边缘72的区域中离开工具排出开口 88，在此，根据需要，切割边缘72和待加工的工件2被润滑和/或冷却。为了进行冷却，冷却流体5进入工具转轴3时具有的温度Tk低于流体18或润滑剂-流体混和物7进入工具转轴3时的温度Te。结果，混和物M具有温度TM，根据温度Tk和Tg以及根据流速Qk和Qe，温度Tm介于温度Tk和Te之间，从而Tk < Tm < Te。如果根据第三操作模式，同时供应冷却流体5和流体18 (特别是气体，例如空气)，那么流体18允许获得限定的冷却效果。例如，冷却流体5是低温冷却流体，特别是氮气，例如，流体18是空气，结果是，在第三操作模式中，通过冷空气可实现限定的冷却效果。在不允许使用润滑剂17来机械加工工件时，这是特别有利的。
[0100]换句话说，本发明提供了几种操作模式，这些操作模式可经由控制装置9调节，以单独或连续地运行，这取决于待执行的相应切割工艺和待加工的相应材料。这确保了最优的工件机械加工。
[0101]以下参考图10和图11描述本发明的第二实施方式。在容纳空间75和第一孔部分78的区域中，工具管道81’在其外侧上设置有轴向凹槽94，所述轴向凹槽分布在工具旋转轴线71周围，并在轴向方向上延伸。在轴向凹槽94的区域中，工具管道81’由套筒95围绕，该套筒在面向夹紧单元34的端部设置有多个套筒通道96。当安装套筒95时，每个套筒通道96通向相应的轴向凹槽94。一个套筒通道96与相应的轴向凹槽94 一起形成一个连接通道86，该轴向凹槽在径向方向上由套筒95限制。轴向凹槽94增加了连接通道86的流动横截面。在之前实施方式的描述中，阐述了与机械加工装置I和机械加工工具4的结构及其功能相关的其他细节。
[0102]以下参考图12描述本发明的第三实施方式。与之前的实施方式相对照，在机械加工工具4的面向工具转轴3的一侧形成有工具混和室83。为此目的，第二供应通道82仅由连接通道86形成，该连接通道在其一端经过工具管道81’，以便形成通向第一工具供应通道81的排出开口 97。换句话说，第二工具供应通道82仅由连接通道86形成。因此，第一工具管道81’的布置在排出开口 97下游的部分形成工具混和室83。在混和室83中产生的混和物以以上已经描述的方式流至切割边缘72。在之前实施方式的描述中阐述了与机械加工装置I和机械加工工具4的结构及其功能相关的其他细节。
[0103]以下参考图13描述本发明的第三实施方式。与之前的实施方式相对照，工具管道81’被构造为工具混和室83，换句话说，沿着其全长的公共的工具供应通道。换句话说，机械加工工具4未设置有任何单独的工具供应通道81和82。冷却流体5和流体18或润滑剂-流体混和物7的混和点位于夹紧单元34的区域中的工具转轴3中。供应通道54、60通向与工具转轴3相关的混和室98，当将机械加工工具4夹紧在工具转轴3中时，混和室98与工具混和室83和工具管道81’连接。为此目的，管道54’的一端安装在混和套筒99中。混和套筒99布置在管道54’和夹紧锥36之间，并且具有多个分布在旋转轴线26周围的连接通道101。连接通道101将第二通道部分62与混和室98连接。换句话说，连接通道101是第二供应通道60的一部分。在混和室98中，布置有温度计100，例如，该温度计集成在混和套筒99中。温度计100允许测量冷却流体5和流体18或润滑剂-流体混和物7的混和物的温度TM，并将该温度经由无线连接传输至控制单元9。温度计100允许调节冷却流体5的流速Qk和/或流体18或润滑剂-流体混和物7的流速Qe。
[0104]由于混和工艺发生在工具转轴3中的事实，所以机械加工工具4具有相当简单的设计，并且不需要两个单独的工具供应通道。此类型的机械加工工具的基本原理是已知的。在之前实施方式的描述中，阐述了与机械加工装置I和机械加工工具4的结构及其功能相关的其他细节。
【权利要求】
1.用于机械加工工件的工具转轴，所述工具转轴包括: 壳体(24) 驱动单元(29),允许驱动机械加工工具(4)以使其旋转；以及 夹紧单元(34)，用于夹紧和释放所述机械加工工具(4)，所述夹紧单元(34): 布置在所述壳体(24)中，以能够围绕旋转轴线(26)旋转；并且 能够通过所述驱动单元(29)驱动，以相对于所述壳体(24)围绕所述旋转轴线(26)旋转; 第一供应通道(54)，用于将冷却流体(5)供应至所述机械加工工具(4);以及 第二供应通道(60)，用于将流体(18)供应至所述机械加工工具(4)。
2.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述流体(18)是润滑剂-流体混和物⑵。
3.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述第一供应通道(54)由管道(54’ )形成，其与所述旋转轴线(26)同心地布置，并安装在所述壳体(24)中，以围绕所述旋转轴线(26)旋转。
4.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述第一供应通道(54)由热绝缘管道(54’ )形成。
5.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述第二供应通道￠0)至少部分是环形的，并围绕所述第一供应通道(54)。
6.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，与所述夹紧单元(34)接合的致动杆(39)具有轴向孔(55)，所述轴向孔具有孔径Db，具有外径Da的管道(54’)布置在所述轴向孔中，其中，DA<DB，从而所述管道(54’ )形成第一供应通道(54)，并且，所述管道(54’ )和所述致动杆(39)之间的环形空间形成所述第二供应通道￠0)的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述第一供应通道(54)具有:远离所述机械加工工具(4)的第一供应开口(56)，以及面向所述机械加工工具(4)的第一排出开口(59)，在每种情况下，所述第一供应开口和所述第一排出开口与所述旋转轴线(26)同心地布置。
8.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述第二供应通道￠0)具有远离所述机械加工工具(4)的第二供应开口(63)，所述第二供应开口相对于所述旋转轴线(26)布置在径向方向上。
9.根据权利要求8所述的工具转轴，其特征在于，一偏转件(45)布置在所述第二供应通道(60)中，所述偏转件以如下方式构造，使得经由所述第二供应开口(63)径向地供应的流体(18)能够偏转至轴向方向。
10.根据权利要求1所述的工具转轴，其特征在于，所述供应通道(54，60)通向混和空间(98)。
11.根据权利要求10所述的工具转轴，其特征在于，所述混和空间(98)形成在所述夹紧单元(34)的区域中。
12.用于根据本发明的工具转轴的机械加工工具，所述机械加工工具包括: 夹紧部分(73)，用于与所述夹紧单元(34)相互作用； 第一工具供应通道(81)，用于从所述第一供应通道(54)接收冷却流体(5)； 第二工具供应通道(82)，用于从所述第二供应通道￠0)接收流体(18)； 至少一个切割边缘(72);以及 至少一个工具排出开口(88)，其与所述工具供应通道(81，82)连接，允许由冷却流体(5)和流体(18)组成的组中的至少一个排出至所述至少一个切割边缘(72)的区域中。
13.根据权利要求12所述的机械加工工具，其特征在于，用于将冷却流体(5)和流体(18)混和的所述工具供应通道(81，82)通向工具混和室(83)，并且，多个分布通道(87)从所述工具混和室(83)延伸至多个切割边缘(72)。
14.根据权利要求12所述的机械加工工具，其特征在于，一轴向孔(77)工具旋转轴线(71)同心地形成，其中，工具管道(81’ )布置于所述轴向孔中。
15.根据权利要求12所述的机械加工工具，其特征在于，所述第一工具供应通道(81)由工具管道(81’ )形成，并且，所述工具管道(81’ )至少部分地限定所述第二工具供应通道(82)。
16.用于机械加工工件的机械加工装置，所述机械加工装置包括: 根据本发明的工具转轴(3)； 第一提供单元出)，用于提供所述冷却流体(5)； 第二提供单元(8)，用于提供所述流体(18);以及 控制单元(9)，用于控制所述提供单元出，8)。
17.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，所述第一提供单元(6)包括用于所述冷却流体(5)的压力储存装置(10)。
18.根据权利要求17所述的机械加工装置，其特征在于，所述压力储存装置(10)至少是隔热的和可冷却的中的一种。
19.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，所述第一提供单元(6)包括用于调节冷却流体(5)的流速的第一阀(14)。
20.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，所述第二提供单元(8)包括用于使润滑剂(17)与流体(18)混和的混和装置(16)。
21.根据权利要求20所述的机械加工装置，其特征在于，所述混和装置(16)被构造为最小量混和装直。
22.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，所述第二提供单元(8)包括用于调节流体(18)的流速的第二阀(19)。
23.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，包括至少一个测量传感器(15，20，100)，用于调节由冷却流体(5)和流体(18)组成的组中的至少一个的流速。
24.根据权利要求16所述的机械加工装置，其特征在于，所述控制单元(9)以如下方式构造，使得能够选择以下操作模式: a)将冷却流体(5)供应至所述工具转轴(3)，同时不供应流体(18)； b)将流体(18)供应至所述工具转轴(3)，同时不供应冷却流体(5);以及 c)同时供应冷却流体(5)和流体(18)。
25.用于机械加工工件的方法，所述方法包括以下步骤: 提供根据本发明的机械加工装置(I)，所述机械加工装置(I)包括被夹紧在工具转轴(3)中的机械加工工具(4)； 通过所述机械加工工具(4)来机械加工工件(2);以及 在所述工件(2)的机械加工过程中，经由所述机械加工工具(4)将冷却流体(5)和流体(18)同时供应至所述机械加工工具(4)的至少一个切割边缘(72)。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于所述机械加工装置(I)以如下操作模式另外操作: a)将冷却流体(5)供应至所述工具转轴(3)，同时不供应流体(18)； b)将流体(18)供应至所述工具转轴(3)，同时不供应冷却流体(5)。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将冷却流体(5)和流体(18)在所述至少一个切割边缘(72)的前面混和。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，将冷却流体(5)和流体(18)在由所述机械加工工具(4)和所述工具转轴(3)组成的组中的一个中混和。
29.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，当冷却流体(5)被供应至所述工具转轴(3)时，具有不大于10°C的温度Τκ。
30.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，冷却流体(5)被供应至所述工具转轴(3)时的温度Tk低于流体(18)被供应至所述工具转轴(3)时的温度Te。
31.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将润滑剂-流体混和物(7)以最小量润滑的形式供应至所述机械加工工具(3)。
【文档编号】B23Q11/10GK104339229SQ201410364844
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】阿明·翁德里希, 霍尔格·科尔布, 海纳·朗 申请人:美格工业自动化系统有限公司