РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, ДЕРЖАВКА И СПОСОБ СБОРКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
CUTTING TOOL, HOLDER AND METHOD OF CUTTING TOOL ASSEMBLY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение, в общем, относится к режущим инструментам для обработки металлов. В частности, оно относится к сменным режущим вставкам, имеющим удлиненный и по существу цилиндрический хвостовик, точно фиксируемый в режущих инструментах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В данной области известен ряд способов зажима, по существу, цилиндрического хвостовика в зажимной части режущего инструмента. В одном способе используется конусная втулка и гильза, выполненная с возможностью поворота вокруг втулки посредством резьбы для уменьшения ее диаметра, в результате чего обеспечивается зажим хвостовика режущей вставки. Недостатком данного способа зажима является то, что после смены режущей вставки трудно установить новую режущую вставку в точном исходном ориентированном положении старой режущей вставки. Повторяемость ориентации режущей вставки представляет собой очень важную характеристику, когда речь идет о механической обработке, например об обработке малых внутренних отверстий. Малейшее отклонение ориентации или положения конца хвостовика увеличивается на конце режущей части, что в наиболее вероятном случае приводит к ненадлежащему качеству обработки поверхности.
В Европейском патенте 0385280 описан расточной резец, имеющий режущий элемент с крюкообразным концом, зажимаемый в углублении, находящемся в патронной части резца. При данном способе зажима зажимной винт ввинчивают в патрон с прижатием его к хвостовой части режущего элемента с крюкообразным концом, которая расположена в углублении. Следовательно, хвостовая часть будет поджиматься к другой стороне патрона по отношению к зажимному винту. Несмотря на то, что данный способ лучше способа с втулкой с точки зрения повторяемости, он имеет определенные недостатки. Например, зажимной винт обеспечивает приложение усилия в одной точке на одном конце режущего элемента с крюкообразным концом. Следовательно, усилие будет приложено асимметрично по отношению к продольной оси режущего элемента. Другая особенность данного способа заключается в том, что, как и в случае большинства типов винтов, существует предельная величина крутящего момента, которую может выдерживать винт и, следовательно, передавать на хвостовик. Следовательно, без использования специального инструмента с ограничением по крутящему моменту витки резьбы или винта, или резьбового отверстия могут подвергаться пластической деформации. Это может оказаться проблематичным с точки зрения обеспечения повторяемости. Существует еще один аспект, который имеет отношение к большинству способов зажима, которые требуют использования винтов. Процесс завинчивания винта является трудоемким, и почти всегда существует необходимость в инструменте для приложения крутящего момента (например, в отвертке/винтоверте). Например, требуются: установка отвертки в заданном положении на головке винта, поворот отвертки в одном направлении, замена инструмента и последующий поворот винта в другом направлении.
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в разработке нового механизма зажима, который позволяет в значительной степени уменьшить или преодолеть вышеупомянутые недостатки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением предложен режущий инструмент, содержащий режущую вставку и державку, при этом державка имеет продольную ось Н державки.
1
2
3
1
2
Державка содержит хвостовик державки и зажимную часть. Зажимная часть содержит зажимную втулку и стакан, расположенный внутри зажимной втулки. Зажимная втулка имеет продольную ось S зажимной втулки, определяющую направление D расфиксации, при этом стакан имеет по меньшей мере одно гнездо под элемент для приложения нагрузки, расположенный в нем. Стакан имеет внутреннюю и наружную поверхности стакана, при этом внутренняя поверхность стакана образует большую опорную стенку, соединенную с меньшей опорной стенкой, при этом большая опорная стенка образует угол α≤90° с плоскостью Т, касательной к меньшей опорной стенке. Внутренняя поверхность стакана дополнительно образует ограничительную стенку, перпендикулярную к меньшей и большей опорным стенкам, при этом меньшая и большая опорные стенки параллельны оси Н державки. Зажимная втулка имеет внутреннюю и наружную поверхности втулки, при этом внутренняя поверхность втулки имеет первую и вторую внутренние части, продолжающиеся на заданную длину параллельно оси S втулки и образованные точками Р и Р в поперечном сечении, выполненном перпендикулярно оси S втулки. Точка Р, расположенная дальше от оси S втулки, чем точки Р и Р, делит вторую внутреннюю часть на первый и второй участки.
Режущая вставка имеет ось В вставки и содержит хвостовик вставки и режущую часть, при этом хвостовик вставки имеет периферийную поверхность, имеющую цилиндрическую часть и нецилиндрическую часть, при этом режущая часть имеет режущий кончик, который имеет по меньшей мере одну режущую кромку.
Зажимная втулка выполнена с возможностью поворота между положением фиксации и положением расфиксации режущего инструмента. В положении расфиксации элемент для приложения нагрузки расположен между вторым участком и осью Н державки. В положении фиксации элемент для приложения нагрузки расположен между первым участком и осью Н державки, при этом нецилиндрическая часть опирается на большую опорную стенку, цилиндрическая часть опирается на меньшую опорную стенку и на элемент для приложения нагрузки, а элемент для приложения нагрузки опирается на первый участок.
В соответствии с настоящим изобретением гнездо под элемент для приложения нагрузки имеет ограничивающую опорную поверхность, и в положении фиксации элемент для приложения нагрузки опирается на ограничивающую опорную поверхность и на первый участок зажимной втулки.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения элемент для приложения нагрузки имеет цилиндрическую форму.
В соответствии с настоящим изобретением стакан открыт наружу в осевом направлении вперед и через гнездо под элемент для приложения нагрузки.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения наружная поверхность стакана имеет, по существу, цилиндрическую форму.
В соответствии с настоящим изобретением часть внутренней поверхности стакана представляет собой поверхность, по существу ответную по форме цилиндрической части хвостовика вставки.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения меньшая опорная стенка выполнена плоской и перпендикулярной большей опорной стенке.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения первая внутренняя часть зажимной втулки имеет цилиндрическую форму.
В соответствии с настоящим изобретением первая внутренняя часть зажимной втулки выполнена больше второй внутренней части.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения первый и второй участки имеют заданные длины дуг, взятые в поперечном сечении, перпендикулярном оси S втулки, при этом длина дуги первого участка больше длины дуги второго участка.
3
В соответствии с настоящим изобретением при перемещении режущего инструмента из положения расфиксации в положение фиксации точка Р проходит над самой дальней частью элемента для приложения нагрузки от оси Н державки.
В соответствии с настоящим изобретением также предложена державка, имеющая продольную ось Н державки и содержащая:
1
2
3
1
2
хвостовик державки и зажимную часть, содержащую зажимную втулку, имеющую продольную ось S втулки, определяющую направление D расфиксации, и стакан, расположенный внутри зажимной втулки, при этом стакан имеет по меньшей мере одно гнездо под элемент для приложения нагрузки, расположенный в нем, причем стакан имеет внутреннюю и наружную поверхности стакана, при этом внутренняя поверхность стакана образует большую опорную стенку, соединенную с меньшей опорной стенкой, при этом большая опорная стенка образует угол α≤90° с плоскостью Т, касательной к меньшей опорной стенке; и ограничительную стенку, перпендикулярную меньшей и большей опорным стенкам, причем меньшая и большая опорные стенки параллельны оси Н державки; при этом зажимная втулка имеет внутреннюю и наружную поверхности втулки, причем внутренняя поверхность втулки имеет первую и вторую внутренние части, продолжающиеся на заданную длину параллельно оси S втулки и образованные точками Р и Р в поперечном сечении, выполненном перпендикулярно оси S втулки; при этом точка Р, расположенная дальше от оси S втулки, чем точки Р и Р, делит вторую внутреннюю часть на первый и второй участки.
В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предложен способ сборки режущего инструмента, включающий этапы, на которых:
поворачивают зажимную втулку в положение расфиксации режущего инструмента;
вводят хвостовик вставки в стакан до тех пор, пока задняя поверхность режущей вставки не упрется в ограничительную стенку стакана; и
поворачивают зажимную втулку в направлении, противоположном направлению D расфиксации, до тех пор, пока режущий инструмент не окажется в положении фиксации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения и чтобы показать как оно может быть осуществлено на практике, ниже приводятся ссылки на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой вид в перспективе режущего инструмента в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 представляет собой вид в перспективе режущего инструмента по фиг.1, выполненный с пространственным разнесением элементов;
фиг.3 представляет собой вид в перспективе стакана, показанного на фиг.2, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 представляет собой поперечное сечение зажимной втулки, выполненное в плоскости, указанной линией IV-IV на фиг.2;
фиг.5 представляет собой поперечное сечение режущего инструмента в положении расфиксации, выполненное в плоскости, указанной линией V-V на фиг.1;
фиг.6 представляет собой поперечное сечение, аналогичное поперечному сечению, показанному на фиг.5, но с режущим инструментом в положении фиксации;
фиг.7 представляет собой поперечное сечение, аналогичное поперечному сечению, показанному на фиг.6, но для другого варианта осуществления режущего инструмента; и
фиг.8 представляет собой сечение державки, выполненное вдоль линии VIII-VIII на фиг.5, при удаленной режущей вставке.
Следует понимать, что для простоты и ясности иллюстрации элементы, изображенные на чертежах, не обязательно должны быть выполнены точно или в масштабе. Например, размеры некоторых элементов могут быть сильно увеличены относительно других элементов для ясности, или несколько физических элементов может быть включено в один функциональный блок или элемент. Кроме того, при рассмотрении соответствующие ссылочные позиции могут повторяться на чертежах для обозначения соответствующих или подобных элементов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеприведенном описании будут описаны различные особенности настоящего изобретения. Для разъяснения приведены определенные конфигурации и детали, предназначенные для обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Тем не менее, для специалиста в данной области техники также будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без отдельных деталей, представленных в данном описании. Кроме того, хорошо известные элементы могут быть опущены или упрощены, чтобы не затруднять понимание настоящего изобретения.
Со ссылкой сначала на фиг.1 и 2, показывающие соответствующие виды в перспективе режущего инструмента 10 в собранном виде и с пространственным разнесением элементов в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Режущий инструмент 10 включает в себя державку 12 и режущую вставку 14, удерживаемую в державке 12 с возможностью расфиксации.
Режущая вставка 14 имеет продольную ось С вставки, определяющую направление режущей вставки 14 спереди назад, режущую часть 16 на переднем конце режущей вставки 14 и хвостовик 18 вставки на заднем конце режущей вставки 14. Режущая часть 16 имеет режущий кончик 20, который имеет по меньшей мере одну режущую кромку 22. Хвостовик 18 вставки имеет заднюю поверхность 24 и продолжающуюся в продольном направлении, периферийную поверхность 26, продолжающуюся вперед от задней поверхности 24. Периферийная поверхность 26 имеет цилиндрическую часть 28 и нецилиндрическую, предпочтительно плоскую часть 30.
Державка 12 имеет ось Н державки, определяющую направление державки 12 спереди назад, зажимную часть 32 на переднем конце державки 12 и хвостовик 34 державки на заднем конце державки 12. Зажимная часть 32 включает в себя уплотнительное кольцо 36, стакан 40 и зажимную втулку 42, выполненную с возможностью упругого деформирования. Уплотнительное кольцо 36 служит, во-первых, в качестве уплотнительного материала, предотвращающего разбрызгивание смазочно-охлаждающей жидкости из зажимной части 32. Во-вторых, уплотнительное кольцо 36 обеспечивает фрикционную опору, предотвращающую случайное смещение зажимной втулки 42 из зажимной части 32.
Далее со ссылкой на фиг.3-8. На фиг.3 показан увеличенный вид стакана 40. Стакан 40 имеет внутреннюю и наружную поверхности 44, 46 стакана и гнездо 48 под элемент для приложения нагрузки, открытое как со стороны внутренней, так и со стороны наружной поверхностей 44, 46 стакана посредством соответственно внутреннего и наружного отверстий 50, 52. Часть внутренней поверхности 44 стакана представляет собой поверхность, по существу ответную по форме цилиндрической части 28 хвостовика 18 вставки. Стакан 40 открыт в осевом направлении вперед со стороны переднего отверстия 54 стакана, через которое режущая вставка 14 может быть вставлена и извлечена. Стакан 40 открыт в радиальном направлении наружу в зоне продольного отверстия 56 стакана вдоль длины стакана 40, что обеспечивает возможность легкого доступа для механической обработки внутренней поверхности 44 стакана. Стакан также выполнен с задним отверстием 57, которое образовано каналом (не показан) для смазочно-охлаждающей жидкости, проходящим через хвостовик 34 державки и предназначенным для подачи смазочно-охлаждающей жидкости к режущей вставке 14. Внутренняя поверхность 44 стакана имеет меньшую опорную стенку 58 и предпочтительно плоскую, большую опорную стенку 60. Меньшая и большая опорные стенки 58, 60 простираются вдоль оси Н державки и предпочтительно параллельны оси Н державки.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления большая опорная стенка 60 образует угол α≤90° с плоскостью Т, касательной к меньшей опорной стенке 58 (см. фиг.7), в области контакта между периферийной поверхностью 26 хвостовика 18 вставки и меньшей опорной стенкой 58. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления меньшая опорная стенка 58 является плоской, а большая опорная стенка 60 образует угол α≤90° с меньшей опорной стенкой 58 (см. фиг.6).
Внутренняя поверхность 44 стакана имеет ограничительную стенку 59, расположенную на заднем конце стакана 40. Ограничительная стенка 59 может быть перпендикулярной как меньшей, так и большей опорным стенкам 58, 60. Ограничительная стенка 59 служит в качестве средства для установки режущей вставки 14 в осевом направлении, и меньшая и большая опорные стенки 58, 60 служат в качестве средств для установки режущей вставки 14 в плоскости, перпендикулярной оси Н державки, в результате чего обеспечивается точная установка режущей вставки 14 и, следовательно, точное позиционирование режущего кончика 20.
В гнезде 48 под элемент для приложения нагрузки расположен элемент 62 для приложения нагрузки, имеющий длину L1, при этом гнездо 48 под элемент для приложения нагрузки имеет ограничительную поверхность 64 и ограничительную опорную поверхность 66, которые ограничивают перемещение элемента 62 для приложения нагрузки в направлении по касательной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления элемент 62 для приложения нагрузки имеет цилиндрическую форму. Каждая ограничительная поверхность 64, 66 продолжается от внутреннего отверстия 50 до наружного отверстия 52 и продолжается в продольном направлении на длине гнезда 48 под элемент для приложения нагрузки. Внутреннее отверстие 50 гнезда 48 под элемент для приложения нагрузки имеет ширину, которая меньше диаметра элемента 62 для приложения нагрузки, что предотвращает проход элемента 62 для приложения нагрузки через внутреннее отверстие 50. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления внутреннее отверстие 50 гнезда 48 под элемент для приложения нагрузки имеет меньшую длину по сравнению с длиной элемента 62 для приложения нагрузки, что также может обеспечить предотвращение прохождения элемента 62 для приложения нагрузки через внутреннее отверстие 50.
Со ссылкой на фиг.4 показано поперечное сечение зажимной втулки 42, выполненное перпендикулярно продольной оси S втулки, которая определяет направление D расфиксации. Зажимная втулка 42 имеет внутреннюю и наружную поверхности 68, 70 втулки, продолжающиеся параллельно оси S втулки. Наружная поверхность 70 втулки имеет периферийные углубления 72 (см. фиг.2), образованные для облегчения передачи крутящего момента.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Внутренняя поверхность 68 втулки имеет первую и вторую внутренние части 74, 76, продолжающиеся в продольном направлении на заданной длине L2>L1. Первая и вторая внутренние части 74, 76 образованы точками Р и Р в поперечном сечении, выполненном перпендикулярно оси S втулки. Первая внутренняя часть 74 больше второй внутренней части 76. Вторая внутренняя часть 76 содержит точку Р, которая расположена дальше от оси S втулки, чем точки Р и Р, и которая разделяет вторую внутреннюю часть 76 на первый и второй участки 78, 80. Первый участок 78 имеет длину Р-Р дуги, а второй участок 80 имеет длину Р-Р дуги. Длины дуг измерены в поперечном сечении, взятом перпендикулярно оси S втулки, в направлении D расфиксации. Длина дуги первого участка 78 больше длины дуги второго участка 80 в поперечном сечении, выполненном перпендикулярно к оси S втулки.
1
2
3
Таким образом, из вышеизложенного видно, что первая внутренняя часть 74 соответствует цилиндрическому профилю и соединена в противоположных в направлении вдоль окружности, первом и втором местах (обозначенных в поперечном сечении по фиг.4 точками Р и Р) со второй внутренней частью 76, и вторая внутренняя часть 76 выступает в радиальном направлении наружу и образует границы внутреннего углубления 86 втулки в зажимной втулке 42, при этом внутреннее углубление 86 втулки имеет изменяющийся радиальный размер и включает в себя первый и второй участки 78, 80, которые сходятся в третьем месте (обозначенном в поперечном сечении по фиг.4 точкой Р) на внутренней поверхности, которое находится дальше от оси (S) втулки, чем разнесенные, противоположные в направлении вдоль окружности, первое и второе места, в которых первая и вторая внутренние части соединены.
Фиксацию режущей вставки 14 в державке 12 выполняют посредством поворота зажимной втулки 42 из положения расфиксации режущего инструмента 10 (подобного показанному на фиг.5) в положение фиксации режущего инструмента 10 (подобное показанному на фиг.6 и 7). При повороте зажимной втулки 42 из положения расфиксации в положение фиксации зажимная втулка 42 обеспечивает приложение усилия к элементу 62 для приложения нагрузки, который, в свою очередь, обеспечивает приложение усилия к режущей вставке 14 на цилиндрической части 28 режущей вставки 14, что обеспечивает поджатие режущей вставки 14 к меньшей и большей опорным стенкам 58, 60.
Когда режущий инструмент 10 достигнет положения фиксации, элемент 62 для приложения нагрузки будет находиться в обеспечивающем зажим контакте с тремя поверхностями: второй ограничительной поверхностью 66, первым участком 78 зажимной втулки 42 и цилиндрической частью 28 режущей вставки 14. В данном положении режущая вставка 14 находится в обеспечивающем зажим контакте с двумя другими поверхностями: нецилиндрическая часть 30 примыкает к большей опорной стенке 60, и цилиндрическая часть 28 примыкает к меньшей опорной стенке 58.
Данное расположение опорных поверхностей обеспечивает возможность точной установки новой режущей вставки в державке 12, когда она заменяет изношенную режущую вставку. Следовательно, режущий кончик 20 новой режущей вставки 14 будет также точно установлен относительно положения изношенного режущего кончика 20 старой режущей вставки 14.
Положение хвостовика 18 вставки (и, следовательно, режущего кончика 20) в плоскости, перпендикулярной оси Н державки, главным образом определяется меньшей и большей опорными стенками 58, 60. Большая определенность точного местоположения режущего кончика 20 достигается за счет качества обработки поверхности как цилиндрической, так и нецилиндрической частей 28, 30 хвостовика 18 вставки. Тем не менее, поскольку режущий инструмент 10 осуществляет резание в основном направлении, перпендикулярном большей опорной стенке 60, точность местоположения режущего кончика 20 в данном направлении не имеет существенного значения. Следовательно, отсутствует необходимость в осуществлении затрат на обеспечение высокого качества обработки поверхности для нецилиндрической части 30 хвостовика 18. Другой способ задания правильного положения режущего кончика 20 заключается в том, что режущий кончик 20 будет всегда расположен в плоскости, которая проходит через ось Н державки и перпендикулярна большей опорной стенке 60.
2
2
Когда режущий инструмент 10 находится в положении расфиксации и при этом хвостовик 18 вставки может быть вставлен в стакан 40, существует только одна возможная ориентация хвостовика 18 вставки, при которой он может прилегать к внутренней поверхности 44 стакана в стакане 40. Только тогда, когда нецилиндрическая часть 30 хвостовика 18 вставки будет обращена к большей опорной стенке 60, хвостовик 18 вставки будет прилегать к внутренней поверхности 44 стакана. Кроме того, только тогда, когда режущий инструмент 10 будет находиться в положении расфиксации, у элемента 62 для приложения нагрузки будет достаточно места для смещения наружу главным образом в направлении от оси Н державки, по направлению к внутренней поверхности 68 втулки, что обеспечивает возможность прилегания хвостовика 18 вставки внутри к внутренней поверхности 44 стакана. Когда режущий инструмент 10 находится в положении расфиксации, элемент 62 для приложения нагрузки находится в области первого участка, и никакое усилие не будет приложено со стороны зажимной втулки 42 к элементу 62 для приложения нагрузки. Первый участок 78 образован так, чтобы он обеспечивал частичное размещение элемента 62 для приложения нагрузки и служил в качестве ограничителя, ограничивающего крутящий момент, при этом предотвращается перемещение точки Р над элементом 62 для приложения нагрузки или «подъем» точки Р поверх элемента 62 для приложения нагрузки при повороте зажимной втулки 42 в направлении D расфиксации. В положении расфиксации элемент 62 для приложения нагрузки находится в состоянии расфиксации, и он необязательно находится в опорном контакте одновременно со всеми тремя поверхностями: второй ограничительной поверхностью 66, вторым участком 80 зажимной втулки 42 и цилиндрической частью 28 режущей вставки 14.
3
3
1
Поскольку при повороте зажимной втулки 42 в направлении, противоположном направлению D расфиксации, вторая внутренняя часть 76 может упруго деформироваться, точка Р может перемещаться над той точкой элемента 62 для приложения нагрузки, которая находится дальше всего от оси Н державки. Поскольку точка Р расположена дальше от оси Н державки, чем точка Р, расстояние между первым участком 78 и осью Н державки постепенно уменьшается. В данном случае это приводит к увеличению давления на элемент 62 для приложения нагрузки пропорционально величине поворота зажимной втулки 42.
Настоящее изобретение обеспечивает возможность использования быстро реализуемого и простого способа введения режущей вставки 14 в хвостовик 34 державки и фиксации ее в нем и соответственно быстро реализуемого и простого способа замены режущей вставки 14. Все, что требуется от оператора, перед которым стоит задача установки режущей вставки 14, - это убедиться в том, что зажимная втулка 42 находится в положении расфиксации, вставить хвостовик 18 вставки в стакан 40 до тех пор, пока задняя поверхность 24 режущей вставки 14 не упрется в ограничительную стенку 59 стакана 40, и повернуть зажимную втулку 42 в направлении, противоположном к направлению D расфиксации, до тех пор, пока режущий инструмент 10 не окажется в положении фиксации. Поворот зажимной втулки 42 может быть осуществлен или вручную, или посредством инструмента для передачи крутящего момента, такого как специальный гаечный ключ. Когда оператору требуется заменить изношенную режущую вставку 14, способ очень похож на способ введения. Оператор должен повернуть зажимную втулку 42 в направлении D расфиксации до тех пор, пока режущий инструмент 10 не окажется в положении расфиксации, извлечь изношенную режущую вставку 14 из стакана 40 и затем вставить новую режущую вставку, как описано выше.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на один или более конкретных вариантов осуществления, описание должно восприниматься в целом как поясняющее и не должно толковаться как ограничивающее изобретение показанными вариантами осуществления. Для специалистов в данной области техники могут быть очевидными различные модификации, хотя специально не показанные в данном документе, но находящиеся в пределах объема изобретения.