КОМБИНИРОВАННЫЙ ОСЕВОЙ ИНСТРУМЕНТ
COMBINED AXIAL TOOL

Предлагаемое изобретение относится к металлообработке, а именно к комбинированным инструментам для обработки отверстий, нарезания резьб различного диаметра, а также для фрезерования контурных и плоских поверхностей.
Известен комбинированный осевой инструмент, содержащий сверло и метчик [1, 2]. Он предназначен для нарезания резьбы одного диаметра, соответствующего просверленному отверстию.
Разработан комбинированный осевой инструмент, содержащий сверло, фрезу и зенкер [3]. Он предназначен для реверсивного сверления отверстий, фрезерования контурных и плоских поверхностей, снятия фасок по контуру. Его недостатками являются невозможность нарезания резьб и снятия фасок в просверленных отверстиях, значительная протяженность и невысокая жесткость.
Другой многоступенчатый инструмент, содержащий сверло, метчик и зенкер, позволяет сверлить отверстие, нарезать в нем резьбу и снимать фаску [4]. Его недостатками являются ограниченная область применения: невозможность нарезания резьб в глухих отверстиях, фрезерование по контуру, кроме того, значительная длина рабочей части и вследствие этого невысокая жесткость.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в расширении технологических возможностей, а именно в сверлении, зенковании фасок и зенкеровании отверстий, нарезании резьб различного диаметра, в том числе и в глухих отверстиях, фрезеровании контурных и плоских поверхностей. Предлагаемый инструмент имеет возможность реверсивного резания, обеспечивает соосность всех ступеней обработанного отверстия, а благодаря реверсивным режущим зубьям обеспечивает стойкость в два раза выше обычных инструментов.
Это достигается тем, что комбинированный осевой инструмент сверло-метчик и зенкер имеет хвостовик сверла-метчика с участком некруглого сечения, а зенкер - сопрягаемое некруглое отверстие и установлен на хвостовике с возможностью осевого перемещения, при этом между ними расположена пружина сжатия, например, телескопическая.
По другому варианту исполнения зенкер имеет корпус с базовой наружной поверхностью, а отверстие в нем выполнено ступенчатым с участком некруглого сечения, переходящим в цилиндрический, в котором расположена цилиндрическая пружина сжатия, соединенная с хвостовиком сверла-метчика.
Режущие зубья, по крайней мере, одной ступени инструмента, например зенкера, выполнены двухлезвийными и симметричного профиля.
Предлагаемый комбинированный инструмент поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид, продольный разрез; фиг.2 - вид с рабочего торца на фиг.1; фиг.3 и 4 - сечения А-А и Б-Б на фиг.1 соответственно; фиг.5 - инструмент с реверсивными режущими зубьями, продольный разрез до метчика; фиг.6 и 7 - сечения В-В и Г-Г на фиг.5 соответственно; фиг.8 - сверление и зенкование фаски, нарезание резьбы; фиг.9 - сверление и зенкерование; фиг.10 - сверление глухого отверстия и зенкование фаски; фиг.11 - фрезерование отверстия большего диаметра, чем у инструмента, и снятие фаски.
Комбинированный осевой инструмент содержит сверло 1, метчик 2 и зенкер 3 (фиг.1-4). Сверло и метчик выполнены заодно целое, имеют одинаковое число перьев и однонаправленные винтовые стружкоотводные канавки 4. Они плавно переходят в стружкоотводные канавки 5 зенкера. Диаметр сверла равен диаметру отверстия под резьбу, нарезаемую метчиком. Хвостовик 6 сверла-метчика имеет участок 7 некруглого сечения (фиг.4). Его полигранный профиль выполнен с числом граней, кратным или равным числу режущих зубьев инструмента, в конкретном исполнении для двух перьев сверла-метчика и четырех зубьев 8 зенкера 3 - квадратным. Зенкер имеет сопрягаемое с участком 7 хвостовика квадратное отверстие и установлен на нем с возможностью осевого перемещения (см. штрихпунктир на фиг.1). Между ним и хвостовиком расположена телескопическая пружина сжатия 9. Ее витки для удобства отвода стружки перекрывают друг друга в направлении от зенкера. Пружина удерживается на инструменте фиксацией первого витка на участке 7 хвостовика. При установке инструмента в шпиндель станка свободный конец пружины упирается в его торец.
По другому варианту исполнения зенкер 3 имеет корпус 10 с базовой наружной поверхностью, предназначенной для посадки в шпиндель станка (фиг.5). Режущие перья сверла-метчика 1, 2 и зубья 8 зенкера 3 выполнены двухлезвийными и симметричного профиля (фиг.6, 7). Отверстие в зенкере выполнено ступенчатым с участком 11 некруглого, например квадратного, сечения, переходящим в цилиндрический 12. Сопрягаемая ступень 7 хвостовика сверла-метчика переходит в стержень 13, на котором установлена и зафиксирована стопорной шайбой пружина сжатия 14 (см. фиг.5). Другим концом она упирается в торец цилиндрического отверстия 12 корпуса зенкера. Пробка 15 с лапкой для выталкивания инструмента из гнезда шпинделя завинчена в резьбу отверстия 12.
Инструмент с зенкером, корпус которого имеет посадочную поверхность в шпиндель станка, обладает повышенной жесткостью и улучшенным отводом стружки. Упругое соединение сверла-метчика с зенкером обеспечивает равномерность подачи метчика при нарезании резьбы.
Работа инструмента происходит следующим образом. Для нарезания резьбы в детали 15 просверливают отверстие сверлом 1 и рассверливают метчиком 2 на режимах сверления с частотой вращения n и осевой подачей S (фиг.8). В процессе сверления зенкер 3 обрабатывает в отверстии внутреннюю фаску под углом 45°, сжимая телескопическую пружину 8. По окончании прохода инструмент выводят из отверстия. Зенкер продолжает зенковать фаску до тех пор, пока не упрется в метчик. После вывода из отверстия инструмент смещают относительно оси вращения на величину «е», равную высоте резьбы. Эта установка выполняется автоматически, сдвигом инструментального суппорта на шпинделе. Затем шпинделю сообщают медленное вращение с круговой подачей Sкр, согласованной с осевой S по условию: за 1 оборот шпинделя подача S равна шагу резьбы. Зенкер 3 продолжает зенковать фаску при медленном вращении до вывода метчика на ее уровень.
Таким же образом можно нарезать резьбу в отверстиях значительно большего диаметра, чем у метчика, например на диаметре зенкера, соответствующем мелкой резьбе с шагом метчика.
Другая операция - сверление и зенкерование большего диаметра в детали 16 осуществляется зенкером 3 с частотой вращения n и осевой подачей S (фиг.9). Зенкер снимает припуск при сжатой телескопической пружине 9 в прямом и обратном направлениях осевой подачи. Точность отверстия получается выше, чем после сверления.
Сверление глухого отверстия диаметром, равным диаметру метчика 2, осуществляется с частотой вращения n и подачей S (фиг.10). При зенковании фаски зенкером 3 частота вращения n повышается для сокращения времени снятия фаски и повышения качества отверстия.
Обработка отверстия произвольного контура в детали 18 большего размера, чем диаметр инструмента, осуществляется при вращении инструмента с частотой n и подачах во взаимно перпендикулярных направлениях Sx и Sy, по своим величинам соответствующих контуру отверстия (фиг.11). Фрезерование контура осуществляется по прогрессивной схеме срезания припуска метчиком 2. Его режущие кромки равномерно чередуются по шагу и обеспечивают плавное резание. После фрезерования контурной поверхности обрабатывается внутренняя фаска зенкером 3 с тем же соотношением подач Sx и Sy при продвижении инструмента в осевом направлении S на заданную высоту фаски.
Комбинированный осевой инструмент является многофункциональным и предназначен для обработки контурных поверхностей и отверстий в корпусных деталях, а также для нарезания резьб в открытых или в предварительно обработанных глухих отверстиях. Он позволяет сократить время технологических операций за счет уменьшения холостого времени на смену инструментов и продолжительности переходов. Применение двухсторонних режущих лезвий вдвое увеличивает стойкость инструмента.
Источники информации
1. Патент США №4651374, МПК В23С 5/20, 1987.
2. Фрумин Ю.Л. Высокопроизводительный резьбообрабатывающий инструмент. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1977. - 183 с. Стр.61, рис.45.
3. Патент РФ №2364478, МПК В23В 51/08. Комбинированный осевой инструмент. 2009.
4. Патент ФРГ №3516724, МПК В23В 51/08. BGS-Bohrer, 1986.