Устройство для регулировки осевого положения концевого инструмента

Полезная модель относится к области обработки материалов резанием и предназначено для обеспечения заданного осевого положения концевого инструмента относительно торца шпинделя при предварительной настройке инструмента вне станка на заданные размеры обработки.
Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранное в качестве прототипа устройство для регулировки осевого положения концевого инструмента, содержащее выполненное в корпусе регулировочное резьбовое соединение с приводом перемещения концевого инструмента, установленного в цанге, вдоль его оси для обеспечения его заданного вылета от торца шпинделя станка.
Концевой инструмент, установленный в цанге, перемещается за счет вращения регулировочной гайки по резьбовому цилиндрическому хвостовику, который размещен в корпусе с помощью шпоночного соединения. После достижения заданного осевого положения инструмента, резьбовой цилиндрический хвостовик закрепляется в корпусе, а корпус в свою очередь устанавливается в шпинделе станка (Маслов А.Р Конструирование инструментальной оснастки. // М: Янус-К. 2012. - 152 с., стр. 72)
Недостатком известного устройства, в том числе технической проблемой является низкая точность закрепления концевого инструмента из-за большого количества промежуточных звеньев, влияющих на величину радиального биения режущих кромок инструмента, что в свою очередь приводит к снижению точности обработки и уменьшению периода стойкости инструмента.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение точности закрепления концевого инструмента за счет уменьшения количества звеньев, влияющих на величину радиального биения режущих кромок инструмента, что повышает точность обработки и увеличивает период стойкости инструмента.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулировки осевого положения концевого инструмента, содержащее выполненное в корпусе регулировочное резьбовое соединение с приводом перемещения концевого инструмента, установленного в цанге, вдоль его оси для обеспечения заданного вылета от торца шпинделя станка, имеет выполненные в корпусе глухое отверстие и соосное с концевым инструментом резьбовое отверстие, привод перемещения концевого инструмента выполнен в виде косозубой зубчатой передачи, ведомое колесо которой предназначено для взаимодействия с хвостовиком концевого инструмента и снабжено наружной резьбой, взаимодействующей резьбой резьбового отверстия корпуса устройства, а ведущее колесо расположено в глухом отверстии и зафиксировано в направлении своей оси, перпендикулярной оси концевого инструмента.
Полезная модель поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 схематично изображено осевое сечение устройства для регулировки осевого положения концевых фрез.
На фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение устройства для регулировки осевого положения концевых фрез.
На фиг. 3 дана схема размерной цепи известного устройства.
Устройство для регулировки осевого положения концевого инструмента 1 (см. фиг. 1 и фиг. 2) содержит выполненное в корпусе 2 регулировочное резьбовое соединение 3 с приводом перемещения концевого инструмента 1, установленного в цанге 4, вдоль его оси для обеспечения заданного вылета L от торца шпинделя станка (на чертеже не показан). В корпусе 2 выполнено глухое отверстие 5 и соосное с концевым инструментом 1 резьбовое отверстие 6, привод перемещения концевого инструмента 1 выполнен в виде косозубой зубчатой передачи, ведомое колесо 7 которой предназначено для взаимодействия с хвостовиком концевого инструмента 1 и снабжено наружной резьбой 8, взаимодействующей с резьбой резьбового отверстия 6 корпуса 2 устройства, а ведущее колесо 9 расположено в глухом отверстии 5 и зафиксировано в направлении своей оси, перпендикулярной оси концевого инструмента 1, посредством втулки 10 и винта 11.
Устройство для регулировки осевого положения вылета концевого инструмента работает следующим образом.
Инструмент 1 вставляется в цангу 4 до взаимодействия с ведомым колесом 7. В результате вращения ведущего колеса 6, зафиксированного относительно корпуса 2 втулкой 10 и винтом 11, через косозубую передачу передается вращение ведомому колесу 7, которое своей наружной резьбой 8 вращается по резьбе 6 в корпусе 2 и перемещает инструмент 1 вдоль его оси до заданного осевого положения L, после достижения которого хвостовик инструмента 1 закрепляется в цанге 4, а корпус 2 устанавливается в шпиндель станка.
Отличием предложенной конструкции от прототипа является более высокая точность закрепления концевого инструмента по биению его режущей части за счет уменьшения количества звеньев, влияющих на эту точность, что подтверждается нижеприведенными пояснениями и расчетами в отношении конкретного примера.
Угловые ошибки составляющих звеньев (перекосы осей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей) (см. фиг. 3) суммируются путем приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена через передаточные отношения.
(См. Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента: справочник. 3-е изд., испр. и доп. // М.: Машиностроение, 2008. - 320 с., стр. 12):
∑
уст
где К - коэффициент относительного рассеивания замыкающего звена Δ;
i
e - перекос (или параллельное смещение) оси в i-ом звене;
i
i
К - коэффициент относительного рассеивания e;
∑
Коэффициент К определяется по зависимости:
i
Для каждого звена величина К определяется на основании большого количества измерений соответствующих размеров поверхностей.
∑
В качестве e принимают половину допускаемого биения присоединительных поверхностей устройства. Допускаемые значения этой величины, определяются как биение режущей части концевого инструмента на заданном расстоянии L от торца шпинделя до соответствующих режущих кромок.
∑
1
2
Коэфициенты К приведены в табл. 1. Значения биения конического отверстия шпинделя е и нормированного перекоса е принимают в соответствии с требованиями технических условий на станки. Значения зазоров в цилиндрическом соединении полностью выбираемых в одну сторону, рассчитывают по формуле:
i
где К - коэффициент рассеивания допуска при изготовлении цилиндрических деталей шлифованием;
А
δ - поле допуска отверстия;
В
δ - поле допуска вала.
Звенья, составляющие размерную цепь известного устройства, приведены на схеме, изображенной на фиг. 3.
∑
е - замыкающее звено размерной цепи;
1
е - биение конического отверстия шпинделя;
2
е - биение шпинделя от перекоса осей;
3
е - биение отверстия в корпусе от перекоса в коническом соединении;
4
е - биение резьбового хвостовика от зазора в цилиндрическом соединении;
5
е - биение посадочного отверстия в корпусе;
6
е - биение резьбового хвостовика от перекоса в цилиндрическом соединении;
7
е - биение конического отверстия относительно резьбового хвостовика;
8
е - биение посадочного отверстия в цанге от перекоса в коническом соединении;
9
е - биение цилиндрического отверстия в цанге;
1
4
5
7
9
2
3
6
8
Звенья e, е, е, е, е является векторами биений, не зависящими от вылета, а звенья е, е, е, е - векторами перекосов, которые необходимо учитывать при изменении вылета инструмента.
Передаточные отношения при составляющих звеньях размерных цепей характеризуют степень и направленность влияния составляющего звена на замыкающие. Для определения передаточных отношений в размерной цепи для звеньев-векторов перекосов следует учитывать размеры вылетов звеньев устройства.
В связи с тем, что передаточные отношения векторов перекосов в плоскости замыкающего звена могут быть интерпретированы как биения, а биения является величиной сугубо положительной, то все передаточные отношения в рассматриваемой размерной цепи имеют положительные значения.
Составляющие уравнения размерной цепи известного устройства имеют вид:
- величина вылета, на котором нормируется величина соответствующих перекосов.
Уравнение размерной цепи:
∑
∑
где: К коэффициент относительного рассеивания величины замыкающего звена е;
i
К - коэффициент относительного рассеивания i-го звена (см. табл. 1).
1
2
Номинальные размеры и допускаемые отклонения составляющих звеньев е и е определяют по техническим нормам на металлорежущие станки. Размер вылета инструмента из цанги принимается равным 50 мм. Заданное расстояние L - 140 мм.
Данные для расчета размерной цепи известного устройства приведены в табл. 2.
∑
После подстановки значений заданных размеров, передаточных отношений и коэффициентов рассеяния получаем значение величины биения режущей части концевого инструмента, закрепленного в известном устройстве 2e=0,046 мм на вылете 140 мм от торца шпинделя.
4
5
6
7
Для заявленного устройства из размерной цепи исключаются звенья е, е, е и е, что положительно влияет на технический результат, значительно уменьшая биение режущей части концевого инструмента.
∑
Рассчитанная по формуле (3) величина биения 2e режущей части концевого инструмента, закрепленного в цанге заявленного устройства, составляет 0,020 мм на вылете 140 мм от торца шпинделя, что более чем в два раза меньше, чем у известного устройства при решении одной и той же технической задачи и удовлетворяет требованиям к закреплению концевого инструмента.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение точности закрепления концевого инструмента за счет уменьшения количества промежуточных звеньев устройства.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной не дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.