ВВЕРТНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И ГНЕЗДО ДЛЯ ТАКОГО ИНСТРУМЕНТА
SCREW-IN TOOLS AND SLOT FOR SUCH TOOL

Область техники
Изобретение относится к ввертному инструменту по ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к держателю такого ввертного инструмента и к инструментальному устройству с ввертным инструментом и держателем ввертного инструмента.
Уровень техники
Из патентного документа WO 2006/033617 А1 известен ввертный инструмент, который содержит головку инструмента и хвостовик инструмента с наружной резьбой и с первой опорной областью, расположенной между головкой инструмента и наружной резьбой. В этом известном ввертном инструменте первая опорная область выполнена либо как радиальный буртик с плоской торцовой поверхностью и цилиндрической внутренней поверхностью прилегания, либо как коническая поверхность прилегания. В первом из этих случаев благодаря торцовой поверхности радиального буртика достигается точное осевое позиционирование ввертного инструмента в пределах приемного устройства, однако, центрирование посредством цилиндрической поверхности прилегания происходит лишь в ограниченных пределах. Коническая поверхность прилегания позволяет достигать лучшего центрирования, однако возможно деформирование наружных стенок гнезда для ввертного инструмента наружу под расклинивающим воздействием конической поверхности прилегания, что может негативно отражаться на регулировании осевого положения.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - создание такого ввертного инструмента, такого держателя ввертного инструмента и такого инструментального устройства с ввертным инструментом и с держателем для него, которые делают возможными точное по расположению и воспроизводимое помещение и крепление ввертного инструмента.
Эта задача решена ввертным инструментом с признаками пункта 1, держателем ввертного инструмента с признаками пункта 11 и инструментальным устройством с признаками пункта 22 формулы изобретения. Целесообразные варианты усовершенствования и предпочтительные варианты исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Во ввертном инструменте согласно изобретению опорная область, расположенная между головкой инструмента и наружной резьбой 2, образуется двумя коническими поверхностями прилегания с разными углами конуса. В держателе, относящемся к ввертному инструменту, опорная область, которая расположена между передней торцевой стороной держателя ввертного инструмента и внутренней резьбой, также образована двумя коническими опорными поверхностями с разными углами конуса. Таким образом создается опорная область с двойным конусом, который позволяет получить увеличенную опорную поверхность и улучшенное центрирующее и опорное действие по сравнению с плоским прилеганием или с прямой поверхностью прилегания.
Первая коническая поверхность прилегания ввертного инструмента, примыкающая к головной части инструмента, и соответствующая ей первая коническая опорная поверхность у торцевой стороны держателя ввертного инструмента предпочтительно имеют относительно большой угол конуса. Здесь оказался подходящим угол конуса, равный 170°. В предпочтительном варианте осуществления к этой поверхности во ввертном инструменте примыкает вторая коническая поверхность прилегания, а в держателе ввертного инструмента - соответствующая ей вторая коническая опорная поверхность. Эта вторая поверхность прилегания и соответствующая ей вторая опорная поверхность предпочтительно имеют относительно небольшие углы конуса. Здесь благоприятным образом показал себя угол конуса 10°. Однако, возможно и наличие, например, цилиндрической промежуточной области, предусматриваемой между обеими коническими поверхностями. Двойной конус описанного вида с двумя разными углами конуса дает то преимущество, что малый угол конуса позволяет хорошо центрировать ввертный инструмент в держателе, а большой угол конуса предоставляет дополнительное центрирование, однако, с сильно уменьшенными силами, действующими на разжимание держателя ввертного инструмента. Кроме того, благодаря конической первой поверхности прилегания повышается жесткость инструмента, так как рабочий орган не может соскальзывать при радиальной нагрузке, как это случается при плоской поверхности прилегания.
При этом для ориентации конической первой поверхности прилегания и относящейся к ней конической первой опорной поверхности возможны два варианта осуществления. В первом, предпочтительном варианте осуществления диаметры этих конических поверхностей уменьшаются в направлении вворачивания инструмента, то есть конусы, которые лежат в основе обеих конических поверхностей, образующих двойной конус, указывают в одном и том же направлении. В этом варианте исполнения возможно легкое разжимание держателя ввертного инструмента коническими поверхностями. При этом напряжение в резьбе с увеличением угла ввинчивания увеличивается менее резко по сравнению с плоской осевой поверхностью прилегания, и, таким образом, возможна более тонкая регулировка предварительного напряжения при монтаже ввертного инструмента. Поскольку ввертные инструменты производятся преимущественно цельными, из очень жестких материалов, необходимая для фиксации резьбы упругая деформация резьбы большей частью ограничивается деформацией внутренней резьбы держателя инструмента. Таким образом, из соображений обеспечения максимально долгого срока службы такого держателя инструмента, точная регулировка напряжения резьбы чрезвычайно важна. С двойным конусом описанного вида становится возможной точная, поскольку она лучше регулируется, настройка напряжения резьбы. В дальнейшем возможном варианте осуществления диаметры конической первой поверхности прилегания и относящейся к ней конической первой опорной поверхности увеличиваются в направлении вворачивания инструмента, то есть конусы, которые лежат в основе обеих конических поверхностей, образующих двойной конус, указывают в противоположных направлениях. Такой вариант осуществления двойного конуса противодействует разжиманию держателя ввертного инструмента, так как радиальные силы, обусловленные коническими поверхностями, действуют в противоположных направлениях. Особенное преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что благодаря сокращенному усилию разжимания держателя ввертного инструмента достигается лучшее влияние крутящего момента при ввинчивании на напряжение резьбы и тем самым более точная регулировка напряжения в резьбе с описываемыми выше преимуществами.
В рамках еще одного предпочтительного решения на свободном конце хвостовика инструмента и соответственно также на внутреннем конце отверстия держателя ввертного инструмента предусмотрена еще одна опорная область с областью прилегания или соответственно с дополнительной опорной областью. Эта дополнительная область прилегания в хвостовике ввертного инструмента выполняется, например, сферической, в то время как относящаяся к ней дополнительная опорная область в держателе ввертного инструмента выполняется как цилиндрическая опорная поверхность. Вследствие сферической формы области прилегания и цилиндрической формы опорной поверхности в этой области достигается только частичный контакт между ввертным инструментом и держателем ввертного инструмента. Сферическая дальнейшая область прилегания имеет размер с припуском по сравнению с цилиндрической опорной поверхностью, что целесообразно, и предварительное напряжение в этой дальнейшей опорной области не зависит от глубины вворачивания. Однако представляются допустимыми и другие варианты осуществления дополнительной опорной области. Так, на ввертном инструменте и на держателе для него возможны также предусмотренные сферические, конические или цилиндрические поверхности прилегания или опорные поверхности в любых комбинациях.
Наружная резьба на ввертном инструменте и соответствующая внутренняя резьба в держателе ввертного инструмента в целесообразном случае имеют высоту профиля резьбы, уменьшающуюся в направлении свободного конца хвостовика инструмента или внутреннего конца отверстия. Однако резьба может иметь и постоянную высоту профиля.
Для наружной резьбы и соответствующей внутренней резьбы оказалась особенно целесообразной трапецеидальная резьба или прямоугольная резьба, однако, резьба может быть выполнена и как треугольная резьба, круглая резьба, резьба с пилообразным профилем или другая аналогичная.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления предусмотрена вставная втулка, которая вставляется в держатель инструмента. Эта вставная втулка может включать в себя опорные поверхности первой и второй опорной области и резьбу, но также и только часть этих элементов. Путем выбора подходящего материала для вставной втулки может достигаться демпфирование колебаний. Кроме того, при этом возможно также изготовление держателя инструмента из твердого, но хрупкого материала, а вставной втулки с резьбой - из более мягкой, зато скорее эластичной стали, что благоприятно для надежной фиксации резьбового соединения. К тому же возможно и приспосабливание держателя инструмента для приема в него инструментов с разными геометрическими характеристиками путем использования различных вставных втулок. Вставная втулка может состоять из одной части или из нескольких частей, которые также могут состоять из разных материалов.
Для упрощения производства ввертного инструмента возможно наличие желобка для зажима, предусмотренного на хвостовике инструмента для зажимания ввертного инструмента. В желобок для зажима могут входить, например, элементы зажима в форме цанги зажимного механизма для зажимания инструмента в держателе ввертного инструмента. При зажимании с помощью желобков для зажима возможно оснащение инструмента и держателя инструмента приспособлением для защиты от проворачивания.
Держатель ввертного инструмента может состоять, например, из стали, из твердого сплава, из алюминия или волокнистого композита, в частности, со стекловолокном или с углеродными волокнами.
Краткое описание фигур чертежей
Дальнейшие особенности и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов осуществления на основе чертежей. Показаны:
фигура 1 - держатель ввертного инструмента и ввертный инструмент в продольном разрезе;
фигура 2 - держатель ввертного инструмента и ввертный инструмент с фигуры 1 в аксонометрическом изображении;
фигура 3 - фрагмент X с фигуры 1;
фигура 4 - фрагмент Y с фигуры 1;
фигура 5 - фрагмент Z с фигуры 1;
фигура 6 - ввертный инструмент с трапецеидальной резьбой;
фигура 7 - держатель ввертного инструмента в соответствии с фигурой 6;
фигура 8 - ввертный инструмент с прямоугольной резьбой;
фигура 9 - держатель ввертного инструмента в соответствии с фигурой 8;
фигура 10 - дальнейший вариант осуществления ввертного инструмента с трапецеидальной резьбой;
фигура 11 - увеличенный фрагмент Y с фигуры 10;
фигура 12 - дальнейший вариант осуществления держателя ввертного инструмента и ввертного инструмента в продольном разрезе и
фигура 13 - увеличенный фрагмент Y с фигуры 12.
Осуществление изобретения
На фигурах 1 и 2 показано инструментальное устройство с ввертным инструментом 1 и с соответствующим ему держателем 2 в продольном разрезе и в аксонометрическом изображении. Ввертный инструмент 1 здесь имеет головку 3 инструмента, выполненную в виде фрезы со сферической головкой, и хвостовик 4 инструмента, конически сужающийся назад, с наружной резьбой 5. Между головкой 3 инструмента и наружной резьбой 5 предусмотрена первая опорная область с первой конической поверхностью 6 прилегания, для прилегания к конической сопряженной опорной поверхности 7 на передней торцевой стороне держателя 2 ввертного инструмента, и вторая коническая поверхность 8 прилегания, для прилегания ко второй конической опорной поверхности 9 внутри держателя ввертного инструмента. В результате в переходном промежутке между головкой 3 инструмента и наружной резьбой 5 получается двойной конус, который обеспечивает улучшенное центрирование и повышенное опорное действие. На свободном заднем конце 10 хвостовика 4 инструмента находится вторая опорная область 11.
Как следует в особенности из фигуры 2, головка 3 инструмента на своей наружной части имеет несколько распределенных по окружности поверхностей 12 под ключ, служащих для вворачивания ввертного инструмента 1 в держатель 2 ввертного инструмента. Возможно также использование поверхностей 12 под ключ для автоматической смены инструмента во фрезерном станке. Кроме того, между задним концом наружной резьбы 5 и задней второй опорной областью 11 в задней области хвостовика 4 инструмента предусмотрен желобок 13 для зажима, предназначенный для автоматического зажимания ввертного инструмента 1 в держателе 2 ввертного инструмента. Например, зажимающие элементы зажимного механизма, имеющие форму цанги, могут входить в желобок 13 для зажима, чтобы надежно захватывать или удерживать ввертный инструмент 1 в держателе 2 ввертного инструмента. Кроме того, сквозь ввертный инструмент 1 проходит видимое на фигуре 1 центральное сквозное отверстие 14, через которое к области обработки могут проводиться смазочные и охлаждающие жидкости, нагнетаемый воздух или другая рабочая среда. Сквозное отверстие 14 расположено соосно относительно центральной оси 15 ввертного инструмента 1, однако, возможны и другие конструкции - например, с параллельными или расположенными под углом друг к другу продольными осями.
Держатель 2 ввертного инструмента, относящийся к ввертному инструменту 1, имеет приемное отверстие 16 с внутренней резьбой 17. На передней торцевой стороне держателя 2 инструмента предусмотрена внешняя опорная область с первой опорной поверхностью 7, соприкасающейся с первой поверхностью 6 прилегания и со второй опорной поверхностью 9, соприкасающейся со второй поверхностью 8 прилегания ввертного инструмента 1. Также в держателе 2 ввертного инструмента расположено, соосно относительно его центральной оси 18, приточное отверстие 19 для подвода рабочей среды к сквозному отверстию 14 ввертного инструмента 1, причем и здесь также возможно другое сравнимое расположение сквозного отверстия 14. Возможно также расположение в держателе 2 ввертного инструмента радиальных отверстий 20, впадающих в приемное отверстие 16 или также в подвод 19. Возможно расположение на наружной стороне держателя 2 ввертного инструмента втулки 22 для внешнего подвода охлаждающего средства, снабженной кольцеобразным пазом 21 во внутренней стороне. Кольцевой паз 21, однако, может быть сформирован также в держателе 2 ввертного инструмента.
В вариантах исполнения, представленных на фигурах 1-7, наружная резьба 5 ввертного инструмента 1 и соответствующая ей внутренняя резьба 17 держателя 2 ввертного инструмента выполнены в виде трапецеидальной резьбы с представленным на фигуре 3 углом исходного контура, равным 30°. Однако возможно выполнение наружной резьбы 5 ввертного инструмента 1 и соответствующей ей внутренней резьбы 17 держателя 2 ввертного инструмента в виде трапецеидальной резьбы с другими углами профиля. В противоположность обычным видам резьбы, в которых витки резьбы имеют неизменную высоту профиля, используемая здесь наружная резьба 5 имеет высоту профиля, уменьшающуюся в направлении от головки 3 детали к свободному заднему концу 10 хвостовика 4 инструмента. У внутренней резьбы 17 держателя 2 ввертного инструмента высота профиля резьбы также уменьшается в направлении от второй опорной поверхности 9 до второй опорной области 11.
Из фигуры 4 видно, что первая поверхность 6 прилегания ввертного инструмента 1 и соответствующая ей первая опорная поверхность 7 держателя 2 ввертного инструмента наклонены каждая на 5° относительно плоскости, перпендикулярной центральным осям 15 или 18, в направлении переднего конца головки 3 инструмента. Вследствие этого первая коническая поверхность 6 прилегания, а также первая коническая опорная поверхность 7 имеют угол конуса, равный минимум 140° и максимум 179°, но предпочтительно 170°. Диаметр второй конической поверхности 8 прилегания ввертного инструмента 1 и диаметр второй конической опорной поверхности 9 держателя 2 ввертного инструмента уменьшаются в направлении вворачивания, так что получается угол конуса, равный минимум 1° и максимум 90°, но предпочтительно 10°, что означает угол конических поверхностей 5° относительно центральных осей 15 или 18.
Вторая опорная область 11 ввертного инструмента 1 выполнена согласно фигуре 5 сферической и прилегает к цилиндрической поверхности 24 прилегания в конце приемного отверстия 16. Дальнейшая внутренняя область прилегания в держателе ввертного инструмента образована цилиндрической поверхностью 24 прилегания. Сферическая опорная область 11 обеспечивает только частичный контакт между ввертным инструментом 1 и держателем 2 ввертного инструмента. Сферическая вторая опорная область 11 имеет размер с припуском по сравнению с цилиндрической поверхностью 24 прилегания, что целесообразно для создания в этой второй опорной области напряжения, не зависящего от глубины вворачивания.
На фигурах 8 и 9 показан еще один пример осуществления ввертного инструмента 1 и соответствующего ему держателя 2. В противоположность исполнению с фигур 6 и 7 в этом варианте осуществления наружная резьба 5 ввертного инструмента 1 и внутренняя резьба 17 держателя 2 ввертного инструмента выполнены в виде прямоугольной резьбы. В остальном это исполнение соответствует предыдущему варианту осуществления, так что соответствующие друг другу компоненты снабжены одними и теми же обозначениями. И при этом исполнении используемая здесь наружная резьба 5 также имеет высоту профиля, уменьшающуюся в направлении от головки 3 инструмента к свободному заднему концу 10 хвостовика 4 инструмента. Кроме того, и для внутренней резьбы 17 держателя 2 ввертного инструмента высота профиля резьбы здесь также уменьшается в направлении от второй опорной поверхности 9 ко второй опорной области 11.
На фигурах 10 и 11 показан вариант осуществления, в котором диаметры конической первой поверхности 6 прилегания ввертного инструмента 1 и соответствующей ей конической первой опорной поверхности 7 держателя 2 ввертного инструмента расширяются в направлении вворачивания ввертного инструмента 1. Первая поверхность 6 прилегания и соответствующая первая опорная поверхность 7 наклонены каждая на 5° относительно плоскости, перпендикулярной центральным осям 15 или 18, в направлении хвостовика 4 инструмента. Вследствие этого первая коническая поверхность 6 прилегания, а также первая коническая опорная поверхность 7, как и в варианте осуществления с фиг. 4, имеет угол конуса 170°. Вторая коническая поверхность 8 прилегания и вторая коническая опорная поверхность 9 сужаются, образуя угол 5° относительно центральных осей 15 и 18, так что получается угол конуса 10°. В отличие от вариантов осуществления с фигур 1-9, конусы, лежащие в основе обеих конических поверхностей, образующих двойной конус, направлены в противоположные друг другу стороны.
В фигуре 12 показан вариант осуществления, при котором в приемное отверстие 16 держателя 2 ввертного инструмента вставлена вставная втулка 25, которая содержит вторую коническую опорную поверхность 9, внутреннюю резьбу 17 и цилиндрическую поверхность 24 прилегания. Радиальные отверстия 20 проходят сквозь держатель 2 ввертного инструмента и вставную втулку 25 и впадают в приемное отверстие 16 держателя 2 ввертного инструмента.
На фигуре 13 показано увеличенное изображение втулки 22 для внешнего подвода охлаждающего средства. В направлении инструмента втулка 22 имеет один или несколько выходов 26, сквозь которые средство для охлаждения, выводимое наружу через радиальные отверстия 20 и выходящее через внешние отверстия 23, проводится до инструмента или до обрабатываемого места. Возможно выполнение выхода или выходов 26 в форме проходящего по окружности зазора, отверстий щелей или иных аналогичных элементов.
Изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше и представленными на чертеже. Так, возможно, например, использование внешнего подвода охлаждающего средства с радиальными отверстиями и втулкой, желобков для зажима, служащих для автоматического зажимания в станке, вставной втулки или также держателя инструмента, выполненного из волокнистых композитов, по отдельности или в сочетаниях, для ввертных инструментов или держателей, в которых применяются только простые конические, цилиндрические или плоские поверхности прилегания или опорные поверхности, или другие центрирующие либо направляющие элементы. Эти варианты осуществления не ограничиваются ввертными инструментами или держателями с двойным конусом.