СПОСОБ УСТАНОВКИ ОСЕВЫХ ДВУХЛЕЗВИЙНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
METHOD TO MOUNT AXIAL TWO-EDGED CUTTING TOOLS

Изобретение относится к области обработки резанием, а именно к установке осевых двухлезвийных инструментов: сверл, зенкеров, фрез и других в цанговом патроне, устанавливаемом в шпинделе станка.
Из уровня техники известен способ установки пластин в корпусах фрез, позволяющий с помощью вспомогательных элементов регулировать положение пластин в корпусе («Справочник конструктора-инструментальщика», под ред. В.А. Гречишникова, С.В. Кирсанова, М., Машиностроение, 2006, с.278-279).
Регулирование положения в таких конструкциях позволяет уменьшить биение зубьев, но значительно усложняет конструкцию инструмента.
Стоимость инструмента при этом резко возрастает. Кроме того, такой способ трудно или невозможно использовать для двухлезвийных инструментов с малым (около 10 мм) диаметром из-за недостатка места для размещения регулирующих элементов.
Кроме того, из уровня техники известен также способ крепления режущей части сборного вращающегося режущего инструмента с целью использования разных материалов режущей части и корпуса, а также расширения технологических возможностей (RU 2448815 C2, 27.04.2012, B23B 51/02).
В этих конструкциях не предусмотрена возможность регулирования и уменьшения биения зубьев.
Также из уровня техники известны различные способы и устройства крепления инструмента, позволяющие сократить время смены инструмента (RU 2465113 C2, 27.10.2012, B23Q 3/14); улучшающие условия смазки (RU 2174896 C2, 20.10.2001, B23B 51/12); предохраняющие инструмент от перегрузки (RU 2009789 C1, 30.03.1994, B23C 5/26).
Указанные способы и устройства не позволяют регулировать и уменьшать радиальное биение зубьев инструмента.
Помимо прочего, из уровня техники известен способ крепления концевых фрез с числом зубьев не менее трех в цанговом патроне. Данный способ предусматривает несколько, не менее одного, предварительных позиционирований инструмента в патроне с помощью меток, с поворотом после каждой фиксации, и окончательную фиксацию инструмента в патроне в позиции с минимальным биением зубьев (RU 2466832 C1, 20.11.2012, B23C 9/00).
Как показали теоретические расчеты и многочисленные эксперименты, с использованием разных станков и патронов для двухлезвийного инструмента такой способ малоэффективен. В частности, если делать один поворот и два измерения, то мала вероятность существенного уменьшения биения. Это объясняется тем, что закономерность изменения радиального биения зубьев в зависимости от углового положения инструмента в патроне для двухлезийного инструмента принципиально отличается от закономерностей многолезвийного.
Наиболее близким к заявленному решению по назначению и достигаемому техническому результату является известный из уровня техники способ крепления инструмента в цанговом патроне, который состоит в том, что цилиндрический хвостовик инструмента вставляют в отверстие патрона и зажимают лепестками цанги путем завинчивания гайки или ключа, после сжатия лепестков цанги и зажима хвостовика завершают крепление и остановку инструмента (Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента, Справочник, М., Машиностроение, 1996, с.78-99).
Недостаком такого способа является невозможность регулирования инструмента относительно патрона и, как следствие, высокий показатель радиального биения инструмента, порядка 10-30 мкм и более. При черновой обработке биение приводит к значительному снижению стойкости инструмента, при чистовой обработке стойкость может также резко снижаться, при этом ухудшается качество обработанной поверхности, а именно - увеличивается ее шероховатость.
Техническим результатом, на достижение которого направлен заявленный способ, является обеспечение возможности закрепления инструмента в цанговом патроне в положении с наименьшим показателем радиального биения зубьев за счет определенной ориентировки инструмента относительно шпинделя, при этом без использования дополнительной специализированной оснастки обеспечивается возможность оптимальной установки инструментов с малыми диаметрами (порядка 10 мм и менее, для которых часто применяют два зуба).
Указанный технический результат достигается посредством того, что в способе установки осевого двухлезвийного режущего инструмента, включающем позиционирование инструмента внутри цангового патрона, расположенного в шпинделе станка, с последующей его окончательной фиксацией, согласно изобретению изначально на патрон наносят четыре метки с интервалом 60°, а на хвостовик инструмента наносят одну метку, затем инструмент поворачивают, совмещая метку на хвостовике инструмента с метками на патроне, измеряя при этом радиальное биение инструмента, а окончательную фиксацию инструмента проводят по метке, соответствующей минимальному значению радиального биения инструмента.
Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где
- на фиг.1 изображена схема крепления осевого двухлезвийного инструмента в патроне шпинделя;
- на фиг.2 - сечение В-В инструмента по фиг.1;
- на фиг.3 - график зависимости радиального биения зубьев двухлезвийного инструмента от угла v его установки в патроне;
- на фиг.4 - график зависимости радиального биения зубьев инструмента от угла v его установки в патроне в соответствии с заявленным способом.
Способ установки двухлезвийного инструмента осуществляют следующим образом.
На патрон 1 (фиг.1) наносят четыре метки 2 с интервалом между ними 60°, а на хвостовик 3 инструмента 4 наносят одну метку 5 (фиг.1). Инструмент 4 закрепляют в цанговом патроне 1, установленном в шпинделе 6 станка, таким образом, что метка 5 совпадает по угловому положению с одной из меток 2 на патроне 1 (фиг.1 и 2). После чего индикатором 7 измеряют радиальное биение зубьев инструмента 4 (то есть биение кромок 8; далее - биение Δ, мкм) при вращении шпинделя 6 с инструментом 4 и патроном 1 по стрелке ω.
Индикатор 7 можно устанавливать горизонтально, а метку 5 на инструмент 4 можно также наносить после его позиционирования в патроне 1.
Далее ослабляют крепление инструмента 4 в цанговом патроне 1 и поворачивают инструмент 4 вокруг его оси до момента, когда метка 5 совпадет со следующей меткой 7 патрона 1. После чего закрепляют инструмент 4 в патроне 1 и снова измеряют биение Δ.
Таким образом, при трех поворотах инструмента 4 относительно патрона 1 на угол v установки инструмента в патроне (далее - угол v) четыре раза замеряют биение Δ, при совпадении метки 5 с каждой из меток 2.
После чего окончательную фиксацию инструмента 4 проводят по той из меток 2, которой соответствует минимальное биение Δ.
Для инструмента малого диаметра (около 2-3 мм и менее) измерение биения можно осуществлять различными средствами, в том числе лазерными приборами. Максимальный диаметр инструмента не ограничен, при условии возможности его поворота в цанговом или ином патроне. Цанговые патроны применяют, чаще всего, для инструментов с диаметром до 25-40 мм.
Пример.
Осевой инструмент - концевая фреза с диаметром 8 мм, закрепленная в цанговом патроне с гидрозажимом. После трех поворотов и 4-х измерений, - биение Δ в четырех угловых положениях равно: 16 мкм, 8 мкм, 1,5 мкм и 7 мкм.
При окончательной фиксации в третьем угловом положении, то есть, когда метка фрезы совпадала с третьей меткой патрона, биение составило менее 1 мкм.
Полученная величина биения в 8 раз меньше среднего биения, равного (16+8+1+7)/4=8 мкм; и в 16 раз меньше максимального биения, равного 16 мкм.
Экспериментальные измерения по данному способу проводились на осевых двухлезвийных инструментах (фрезах, сверлах) с диаметром 6-18 мм, разных производителей. Использовались различные станки, в том числе, производства Германии (фирмы Hermle), США (HAAS), Италии (La Proma). Для крепления использовались различные типы цанговых патронов - с гидропластом, с гайкой и с гидравликой.
Экспериментально доказано, что величина радиального биения при использовании данного способа уменьшается в 3-20 раз, в частности, в зависимости от типа цангового патрона, точности элементов крепления и вылета инструмента.
В процессе экспериментов, проведенных авторами, была выявлена зависимость биения Δ от угла v (фиг.3), которая удовлетворительно согласуется с опытными измерениями. Так, график на фиг.4 значений биения Δ, полученных при разных углах v, соответствующий данным приведенного выше примера, имеет форму, близкую к предложенной на фиг.3. Указанная зависимость с допустимым приближением выражается графиком, симметричным относительно вертикальной оси S-S. На фиг.3 ось S-S симметрии графика проходит параллельно оси Δ через точку 180° на оси v.
Это означает, что оптимальное значение угла v, при котором биение Δ - минимально, следует искать в интервале полуоборота инструмента, то есть в интервале 180°, а не в интервале 360°. При этом не имеет значения, из какой начальной точки на оси v начнется отсчет углового положения оси инструмента: любой интервал но углу v в 180° всегда включает такое значение угла v, при котором величина Δ минимальна.
Если измерения делать в пределах 180° с интервалом в 60°, то максимально возможное отклонение найденного таким способом оптимального угла v от известного составит ±30°.
При этом отклонение биения Δ от минимального достаточно мало. Например, для инструмента с диаметром 8 мм, при максимально возможном биении Δ - 18 мкм (при v - 0°, тип графика - на фиг.3), минимальное биение Δ - 2 м/м при v=180°, при v - 180°±30° теоретическое биение составит Δ=2±1 мкм.
Таким образом, заявленный способ прост в осуществлении, не требует каких-либо затрат на специальную оснастку и может быть использован на различных станках, в том числе с ЧПУ.
Заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет достигнуть ранее указанный технический результат. При этом простота и отсутствие затрат на оснастку при реализации технического результата, обеспечивается с использованием простых средств и действий.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- способ, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для установки осевых двухлезвийных инструментов - сверл, зенкеров, фрез и других - на распространенных стандартных станках с использованием стандартных патронов;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в нижеизложенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств;
- способ, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленный способ соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.