Фреза многолопастная для обработки камня и дерева

Полезная модель относится к области деревопереработки, в частности рассматривает конструкцию такого инструмента как фреза, для обработки торцевых (боковых) поверхностей и стенок деревянных заготовок и изделий (сложных поверхностных профилей). Может использоваться для аналогичной обработки изделий из камня природного происхождения (песчаного камня или ракушечного камня). В целом такая фреза может применяться для любого типа материалов, твердость которых существенно ниже твердости режущих элементов фрезы.
В результате анализа уровня техники установлено, что все фрезы цилиндрические для исполнения фасонных фрезерований сконструированы по одному алгоритму. Этот алгоритм заключается в том, что такая фреза состоит, по сути, из двух основных элементов: тела фрезы в виде цилиндра с центральным отверстием (под закрепление) и с пазами на наружной поверхности, идущими вдоль образующей цилиндра (прямолинейно или криволинейно, например, по винтовой линии), и режущих пластин из твердосплавных сталей, которые закрепляются в этих пазах. Отличия фрез друг от друга заключается в разных формах пазов и различных исполнениях режущих пластин.
Так известна фреза для обработки в деревянных заготовках пазов, четвертей, шипов и сложных лекальных профилей, содержащая корпус с пазами, в которых установлены режущие ножи с передними и задними клиньями, при этом фреза снабжена настроечными пальцами, взаимодействующими с корпусом, передними и задними клиньями и режущими ножами, а профиль верхних кромок передних клиньев выполнен эквидистантным по отношению к профилю верхних кромок задних клиньев и форме режущих кромок ножей (RU 2173613, B23C 5/12, B23C 5/20, B27G 13/12, опубл. 20.09.2001).
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
В этом решении настроечные пальцы автоматически настраивают режущие кромки ножей с высокой точностью относительно оси вращения фрезы и страхуют от аварийного вылета ножи и клинья. Фигурные ножи фрезеруют, фигурные передние клинья прижимают ножи и фасками ломают стружку. Фигурные задние клинья не позволяют ломаться и вибрировать ножам. При переходе работы на другой профиль клинья и ножи заменяются на нужный профиль, при этом ножи вновь автоматически настраиваются по высоте настроечными пальцами.
В известной фрезе самой сложной деталью является цилиндр, так как его пазы на наружной поверхности - это места крепления режущих пластин и элементов позиционирования и настройки режущей кромки. Поэтому эти пазы не только гнезда для установки режущих пластин, но и для их закрепления и для их ориентации относительно оси цилиндра и ориентации каждой режущей пластины относительно смежно расположенных режущих пластин. В связи с этим получение такого цилиндра и наладка положения режущих частей в этом цилиндре относится к сложным технологическим операциям получения высокоточной детали. Это указывает на сложность и трудоемкость изготовления фрезы. При смене режущих элементов необходимо повторно проводить корректировку положения режущих кромок относительно оси вращения корпуса фрезы.
При этом следует учитывать, что настроечные пальцы - это винтовые элементы, которые вкручиванием в тело (корпус) фрезы обеспечивают не только позиционирование режущей кромки, но и их закрепление в пазах. Но любое винтовое соединение обладает одним серьезным недостатком, который заключается в ослаблении винтовой (резьбовой) затяжки вследствие вибрационных процессов, возникающих в корпусе фрезы. Поэтому известная конструкция фрезы требует постоянного контроля и регулировки винтовыхболтовых соединений в части их затяжки.
В связи с этим можно прийти к выводу, что известные фрезы, в том числе и фреза по прототипу, представляют собой сложную и нетехнологичную в изготовлении конструкцию.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции фрезы в части позиционирования режущих кромок относительно оси вращения корпуса.
Указанный технический результат достигается тем, что во фрезе многолопастная для обработки камня и дерева, содержащей корпус в виде цилиндра с центральным отверстием для связи с инструментом вращения фрезы и с расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга пазами на наружной поверхности, идущими вдоль образующей цилиндра, а так же режущие элементы, закрепляемые в указанных пазах с расположением режущей кромки каждого снаружи корпуса, каждый паз в корпусе выполнен прямоугольной формы в поперечном сечении и имеет плоские параллельно расположенные боковые стенки, режущие элементы выполнены каждый из прямоугольной в плане пластины, закрепляемой сваркой в соответствующем пазу корпуса и имеющей выступающий из корпуса край, на котором по высоте этого края выполнено посадочное место для закрепления пластины из победита, край которой выполнен с режущей кромкой, обращенной в направлении от корпуса, при этом режущая кромка пластины из победита представляет собой скос на торцевой стенке этой пластины, расположенный под углом до 20° к плоскости, перпендикулярной боковой поверхности этой же пластины.
При этом режущая кромка может быть выполнена прямолинейной или криволинейной для образования фасонных профилей. Пластина из победита может быть установлена выступающей своей частью с режущей кромкой за край прямоугольной в плане пластины.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - вид сверху на фрезу четырехлопастную;
фиг. 2 - фреза с прямолинейной режущей кромкой, вид сбоку;
фиг. 3 - фреза с криволинейной режущей кромкой, вид сбоку;
фиг. 4 - вариант исполнения режущего элемента с закреплением пластины из победита болтовым соединением;
фиг. 5 - вариант исполнения режущего элемента с закреплением пластины из победита болтовым сваркой.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается новая конструкция многолопастной фрезы для обработки камня и дерева, которая относится к типу цилиндрических фрез. Эта фреза состоит из тела фрезы в виде цилиндра с центральным отверстием (под закрепление) и с прямолинейными пазами на наружной поверхности, идущими вдоль образующей цилиндра параллельно образующей, опорных пластин для закрепления режущих пластин из твердосплавных сталей, при этом опорные пластин крепятся в указанных пазах цилиндра, а режущие пластины крепятся на ступенчатой кромке на опорных пластинах. Как видно, в рассматриваемой фрезе используется другой конструктивный алгоритм: с применением промежуточных элементов - опорных пластин. Этим заявленная фреза принципиально отличается от известных цилиндрических фрез.
В заявленной фрезе не требуется высокая точность изготовления цилиндра корпуса, так как пространственное положение режущих пластин решается при их закреплении на опорных пластинах, которые могут быть скорректированы механической обработкой. То есть, несмотря на большее количество деталей, исследуемая фреза проще в изготовлении и более технологична, так как не требует специального и точного инструментария.
В общем случае, фреза многолопастная для обработки камня и дерева (фиг. 1-3) содержащая корпус 1 в виде стального цилиндра с центральным отверстием 2 для связи с инструментом вращения фрезы (не показан) и с расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга пазами 3 на наружной поверхности, идущими вдоль образующей цилиндра. Каждый паз 3 в корпусе 1 выполнен прямоугольной формы в поперечном сечении и имеет плоские параллельно расположенные боковые стенки 4. Эти пазы предназначены для расположения в них и закрепления режущих элементов 5 (так называемых режущих лопастей) в положении, при котором режущие кромки 6 каждого режущего элемента 5 расположены снаружи корпуса 1 (фиг. 1-3). В таком варианте исполнения заявленная фреза повторяет известные решения.
Особенностью заявленной многолопастной фрезы является то, что
режущие элементы 5 выполнены каждый составным. Каждый режущий элемент содержит прямоугольную в плане стальную пластину 7, которая закрепляется сваркой в соответствующем пазу 3 корпуса 1 так, что ее край выступает из корпуса наружу. На выступающем крае по его высоте выполнено посадочное место для закрепления пластины 8 из твердосплавного материала, например, из победита. Пластина 8 из победита (твердосплавная вставка) приваривается к стальной пластине 7 или эта пластина 8 может быть закреплена винтовым крепежным элементом 9 (фиг. 4). Край пластины 8 из победита выполнен с режущей кромкой 6, обращенной в направлении от корпуса, при этом режущая кромка пластины из победита представляет собой скос на торцевой стенке этой пластины, расположенный под углом α до 20° к плоскости, перпендикулярной боковой поверхности этой же пластины.
Использование твердосплавных пластин позволяет повысить эксплуатационную стойкость фрезы на 25-30% за счет отсутствия термических напряжений. Кроме того, за счет наличия в структуре тугоплавких карбидов твёрдосплавная кромка обладает высокой твёрдостью HRA 80-92 (HRC 73-76), теплостойкостью (800°-1000°), поэтому ими можно работать со скоростями, в несколько раз превышающими скорости резания для быстрорежущих сталей.
При этом режущая кромка 6 может быть выполнена прямолинейной (фиг. 2) или криволинейной (фиг. 3 и 5) для образования фасонных профилей. Пластина 8 из победита может быть установлена выступающей своей частью с режущей кромкой за край прямоугольной в плане пластины 7.
Автором были изготовлены фрезы разного типоразмера по рассмотренной схеме создания фрез. Корпус фрезы представляет из себя полый цилиндр (от 50 до 140 мм в диаметре и высотой от 2 до 8 см) с прорезями (от 3 до 6) по бокам наружной части барабана. Прорези делаются от 2 мм до 3 см в глубину, по всей высоте барабана. Прорези располагаются симметрично друг от друга на расстоянии от 2,5 см до 8 см. Цилиндр имеет отверстие по центру для установки фрезы на вал станка. Внутренние ребра рисунка отверстия в центре барабана имеют форму зазубрины или гладкие, в зависимости от вала на который будет вставляться фреза. На наружной части барабана привариваются лопасти (от 3 до 6) под небольшим углом от 0 до 20°. Лопасти являются режущими элементами. Форма лопасти представляет собой прямоугольник, с одной стороны прямая, с другой стороны лопасть имеет по режущей кромке форма профиля, для получения которого используется фреза. Ширина лопасти от 2 до 30 см, высота лопасти от 3 до 16 см. Лопасти изготавливаются из стали толщиной от 10 до 16 мм, и в зависимости от толщины металла лопасти соответственно выбирается ширина боковых прорезей на цилиндре. На лопасти по краю делается ступенчатая кромка глубиной от 2 до 6 мм, и высотой от 8 мм до 16 мм для режущей части, которая изготавливается из победитовых пластин. Кромка это - углубление для победитовых пластин, в зависимости от того, какие пластины берутся, такое углубление и делается. Победитовые пластины могут быть как для обработки песчаного камня, также для обработки ракушечного камня, также и для дерева, поэтому пластины могут быть разной высоты и ширины.
Изготовление фрезы проводится следующим образом. Рассматривается типовой пример изготовления: сначала изготавливают корпус из стальной болванки методом обработки на токарном станке с последующим отрезанием диска заданной толщины.
После этого в диске высверливают центральное отверстие и организуют на его стенке выступы или пазы для установки на вал вращения. Затем фрезерованием организуют в теле диска пазы с параллельными боковыми стенками. Пазы должны быть расположены равнодистантно относительно друг друга по окружности диска. Ширина каждого паза выбирается в соответствии с толщиной стальных пластин, из которых будут формироваться режущие элементы. Для получения режущих элементов нарезают пластины прямоугольной формы в плане и с одного их края фрезеровкой создают ступенчатый выступ, который будет являться посадочным местом для твердосплавных вставок (получают пластину-основание). Торцевые поверхности пластин обрабатываются для придания плоскостности. После этого изготавливают из твердосплавного материала пластинки прямоугольной формы, у которых один край обрабатывают фигурно, чтобы придать форму профиля, который желательно получить при обработке деревянной заготовки. Затем пластинки из твердосплавного материала размещают на ступенчатом выступе так, чтобы часть свободного края этой пластинки выступала за край пластины-основы, и приваривают твердосплавную вставку к пластине-основанию. Затем формируют режущую кромку путем стачивания под заданным углом кромки твердосплавной вставки.
После получения всех узлов фрезы осуществляют ее сборку. Для этого корпус фиксируют на приспособлении, повторяющем вал вращения. Используя шаблон, который повторяет форму профиля режущей кромки фрезы и точно фиксирует расстояние от этой кромки до оси вращения корпуса, размещают собранную лопасть в пазу корпуса так, чтобы режущая кромка располагалась с опиранием в профиль шаблона. При этом существенным является то, что лопасть должна пластиной-носителем по свободной посадке войти в паз (опирание в стенку дна паза не обязательно). Фиксируют выбранное положение лопасти и приваривают ее к корпусу. Аналогичные действия проводят с другими лопастями на этом же шаблоне. После приваривания всех лопастей проводят балансировку фрезы путем среза поверхностного материала с корпуса на той стороне, на которой масса получена больше, чем на противоположной. После этого считается, что фреза готова к использованию.
Особенностью заявленной резы является то, что позиционирование режущих кромок проводится не относительно оси вращения корпуса или самого корпуса, а относительно окружности вращения режущей части каждой лопасти фрезы и за счет того, что режущие элементы можно радиально смещать, чтобы вписаться в эту окружность. Такой технический прием позволяет уйти от требований высокой точности изготовления всех узлов и деталей фрезы, а неточности изготовления компенсировать при сборке. Этим и достигается упрощение конструкции фрезы.
Настоящая полезная модель промышленно применима и позволяет без применения специальных настроечных инструментов и контрольных приспособлений изготавливать фрезы для обработки камня и дерева. Фреза относится к виду технологичных конструкций так как обладает простой схемой позиционирования режущих кромок относительно оси вращения корпуса, которая не связана с точностью выполнения режущих элементов и корпуса фрезы.