ДЕРЖАТЕЛЬ ИНСТРУМЕНТА И МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК
TOOL HOLDER AND METAL-CUTTING MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к держателю инструмента, обеспечивающему прикрепление инструмента, например концевой фрезы, торцевой фрезы, сверлильной головки, метчика или развертки, к основному валу металлорежущего станка, а также относится к металлорежущему станку, в котором используется этот держатель инструмента.
Уровень техники
Чтобы продлить срок службы инструмента во время механической обработки с использованием металлорежущего станка на этот инструмент, как правило, подают смазочно-охлаждающую жидкость (охладитель).
Обычно в качестве способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости применяют способ ее внешней подачи, при котором эту жидкость эжектируют в направлении инструмента из форсунки, установленной с внешней стороны. Однако в случае внешней подачи выбросу смазочно-охлаждающей жидкости из форсунки может препятствовать обрабатываемая деталь, что не дает жидкости достичь обрабатываемой части, поэтому трудно подавать эту жидкость эффективным образом. Кроме того, обрабатываемая деталь и форсунка могут мешать друг другу и, как следствие, форсунку необходимо располагать на значительном удалении от обрабатываемой детали, что затрудняет точную подачу смазочно-охлаждающей жидкости на обрабатываемую часть. Более того, с распространением таких металлорежущих станков как центры механической обработки, в которых инструменты во время механической обработки заменяют при помощи устройства автоматической смены инструмента (ATC, Automatic Tool Changer), возникла необходимость в изменении положения подачи смазочно-охлаждающей жидкости для каждого инструмента, но способ внешней подачи смазочно-охлаждающей жидкости, при котором положение и ориентация форсунки являются неизменными, невозможно приспособить под это требование. Поэтому способ внешней подачи смазочно-охлаждающей жидкости был заменен способом подачи через режущий инструмент или способом подачи через зазор, которые будут описаны ниже, и в настоящее время способ внешней подачи смазочно-охлаждающей жидкости редко используется в металлорежущих станках.
В случае способа подачи через режущий инструмент внутри инструмента создают отверстие для подачи смазочно-охлаждающей жидкости, которое открыто с верхнего конца инструмента, и смазочно-охлаждающую жидкость подают на обрабатываемую часть через это отверстие (см. патентные документы 1 и 2).
Однако в случае способа подачи через режущий инструмент отверстие для подачи смазочно-охлаждающей жидкости открыто с верхнего конца инструмента, поэтому в инструменте, который обрабатывает деталь резанием с использованием лезвия на его внешней поверхности, например в торцевой фрезе или концевой фрезе, лезвие невозможно смазывать и охлаждать эффективным образом. Кроме того, так как отверстие для подачи смазочно-охлаждающей жидкости должно быть предусмотрено внутри инструмента, этот инструмент становится дорогим. Более того, если инструмент имеет небольшой диаметр, внутри этого инструмента очень трудно создать отверстие для подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
В то же время, в случае способа подачи через зазор, к верхнему концу держателя инструмента прикрепляют гайку, обеспечивающую зазор, и смазочно-охлаждающую жидкость эжектируют через зазор между этой гайкой и внешней поверхностью инструмента. Таким образом, способ подачи через зазор можно использовать вместе с инструментами, которые не имеют внутреннего отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
Например, в патентном документе 3 описан держатель инструмента, который можно использовать для способа подачи через зазор. В этом держателе инструмента к верхнему концу прикреплена гайка, обеспечивающая зазор, которая имеет спиральную канавку на своей внутренней периферийной стороне, и смазочно-охлаждающую жидкость эжектируют через зазор между этой гайкой и внешней периферией инструмента. В результате смазочно-охлаждающая жидкость, эжектируемая таким образом, чтобы она перемещалась по спиральной канавке упомянутой гайки, эффективным образом подается на обрабатываемую часть вдоль боковой поверхности инструмента.
Далее, в патентном документе 4, хотя он и не относится к способу подачи смазочно-охлаждающей жидкости в держатель инструмента, описан шпиндель, в котором применяется способ привода за счет сцепления, согласно которому при передаче вращения от промежуточного вала, соединенного со шпинделем металлорежущего станка, скорость увеличивают за счет передаточного механизма на основе сцепления, а затем вращение передают на основной вал. Передаточный механизм на основе сцепления состоит из сателлитного зубчатого колеса и центрального зубчатого колеса планетарной передачи, что позволяет передавать вращение от сателлитного зубчатого колеса, которое вращается вместе со шпинделем, на центральное зубчатое колесо, которое соединено с основным валом. На верхнем конце основного вала, вращение на который передается от промежуточного вала через передаточный механизм на основе сцепления, предусмотрена область крепления рабочего инструмента, к которой прикреплен инструмент (например, шлифовальный круг).
Кроме того, шпиндель, описанный в патентном документе 4, снабжен охлаждающим устройством, предназначенным для охлаждения передаточного механизма на основе сцепления и подшипника основного вала. Охлаждающее устройство включает кожухи охлаждения, установленные, соответственно, с внешней стороны передаточного механизма на основе сцепления и с внешней стороны подшипника основного вала, и канал охлаждающей среды, проходящий из места с внешней стороны промежуточного вала к кожуху охлаждения, установленному на подшипнике основного вала, через кожух охлаждения, установленный на передаточном механизме на основе сцепления. Охлаждающая среда, поступающая в канал охлаждающей среды, проходит через кожух охлаждения передаточного механизма на основе сцепления и кожух охлаждения подшипника основного вала, а затем эжектируется через эжекционное отверстие, предусмотренное в крышке подшипника, которая прижимает внешнее кольцо подшипника основного вала.
Патентный документ 1: Опубликованная заявка на японский патент № 2009-6435.
Патентный документ 2: Опубликованная заявка на японский патент № Н4-176538.
Патентный документ 3: Опубликованная заявка на японский патент № 2003-1545.
Патентный документ 4: Японская заявка на полезную модель № Н3-123657.
Однако в случае способа подачи через зазор, выброшенная смазочно-охлаждающая жидкость разбрасывается из-за центробежной силы, поэтому эту жидкость невозможно подавать эффективным образом на обрабатываемую часть. В частности, если инструмент вращается с высокой скоростью, обрабатываемая часть выделяет большое количество тепла, поэтому для охлаждения инструмента требуется большое количество смазочно-охлаждающей жидкости. Однако трудно подавать значительное количество смазочно-охлаждающей жидкости на обрабатываемую часть из-за влияния центробежной силы.
В шпинделе, в котором применяется способ привода на основе сцепления, описанный в патентном документе 4, охлаждающая среда эжектируется через эжекционное отверстие, расположенное с внешней стороны основного вала, но при этом данное отверстие предусмотрено в положении, удаленном от инструмента, прикрепленного к области крепления рабочего инструмента, которая находится на верхнем конце основного вала. Причиной является то, что между шпинделем металлорежущего станка и основным валом, к верхнему концу которого прикреплен инструмент, должен быть установлен передаточный механизм на основе сцепления, чтобы обеспечить увеличение этим механизмом скорости вращения, имеющейся на стороне шпинделя металлорежущего станка, с последующей передачей вращения на сторону основного вала. Таким образом, трудно подавать охлаждающую среду на обрабатываемую часть точным образом через эжекционное отверстие, расположенное далеко от инструмента.
Кроме того, в шпинделе, описанном в указанном документе 4, чтобы сделать возможной передачу вращения от сателлитного зубчатого колеса к центральному зубчатому колесу в передаточном механизме на основе сцепления, необходимо воспрепятствовать вращению корпуса, установленного с внешней стороны сателлитного зубчатого колеса, вместе с этим колесом. Если не воспрепятствовать одновременному вращению корпуса, этот корпус будет вращаться при качении сателлитного зубчатого колеса, так что на центральное зубчатое колесо не будет передаваться крутящий момент, когда сателлитное зубчатое колесо вращается вокруг него, и, как следствие, центральное зубчатое колесо не будет вращаться. Поэтому в шпинделе, описанном в патентном документе 4, в корпус на его верхней поверхности вставлен штифт, препятствующий вращению, для предотвращения одновременного вращения корпуса. Другими словами, согласно патентному документу 4 одновременное вращение корпуса предотвращается с целью обеспечить возможность передачи вращения от сателлитного зубчатого колеса на центральное зубчатое колесо в передаточном механизме на основе сцепления, но не с целью уменьшить влияние центробежной силы на охлаждающую среду, эжектируемую через эжекционное отверстие, предусмотренное в крышке подшипника.
Таким образом, в патентном документе 4 указано, что одновременное вращение корпуса необходимо предотвратить, чтобы реализовать исходные функции передаточного механизма на основе сцепления только в случае, когда между шпинделем металлорежущего станка и основным валом, к верхнему концу которого прикреплен инструмент, установлен такой передаточный механизм. Соответственно, в патентном документе 4 отсутствует описание решения, которое позволяет эжектировать смазочно-охлаждающую жидкость из положения поблизости от обрабатываемой части и подавать ее в требуемое место без влияния центробежной силы.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предусмотрено с учетом описанной выше ситуации, и его задачей является предложить держатель инструмента и металлорежущий станок, которые позволяют эжектировать охладитель из положения поблизости от обрабатываемой части и подавать охладитель в требуемое место без необходимости предусмотрения отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента.
Согласно настоящему изобретению держатель инструмента для прикрепления инструмента к основному валу металлорежущего станка, включает: хвостовую часть, предусмотренную на одном конце держателя инструмента и выполненную с возможностью удерживания основным валом; часть крепления инструмента, предусмотренную на другом конце держателя инструмента и имеющую на своей торцевой поверхности отверстие для ввода, в которое вводят инструмент; крышку, имеющую трубчатую стенку, которая закрывает внешнюю периферию части крепления инструмента, и донную поверхность, которая закрывает торцевую поверхность части крепления инструмента; подшипник, установленный между трубчатой стенкой крышки и частью крепления инструмента; и ограничитель, который предотвращает вращение крышки вместе с частью крепления инструмента, причем на донной поверхности крышки предусмотрены сквозное отверстие, через которое проходит инструмент, и эжекционное отверстие, расположенное на периферии сквозного отверстия, чтобы эжектировать охладитель в направлении инструмента.
При этом охладитель может представлять собой смазочно-охлаждающую жидкость на водной или другой основе, туман (жидкие микрочастицы, содержащиеся в газе) или воздух.
В этом держателе инструмента крышка прикреплена таким образом, чтобы она закрывала внешнюю периферию и торцевую поверхность части крепления инструмента, вращение крышки вместе с держателем инструмента (частью крепления инструмента) предотвращают при помощи подшипника и ограничителя, и через эжекционное отверстие, предусмотренное в донной поверхности крышки, эжектируют охладитель, что позволяет в значительной степени препятствовать влиянию центробежной силы на эжектируемый охладитель.
Кроме того, так как охладитель эжектируется через эжекционное отверстие, предусмотренное в донной поверхности крышки, нет необходимости в предусмотрении отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента, в отличие от обычного способа подачи через режущий инструмент.
Более того, в донной поверхности крышки предусмотрено сквозное отверстие, через которое проходит инструмент, и охладитель эжектируют через эжекционное отверстие, расположенное на периферии сквозного отверстия, что позволяет расположить эжекционное отверстие поблизости от обрабатываемой части. В результате охладитель можно подавать на обрабатываемую часть точным образом.
Кроме того, в описанном выше держателе инструмента подшипник в предпочтительном случае смазывают и охлаждают частью охладителя.
При таком смазывании и охлаждении подшипника с использованием части охладителя можно вращать инструмент с высокой скоростью, не вызывая заклинивания подшипника.
В описанном выше держателе инструмента внутри хвостовой части и части крепления инструмента в предпочтительном случае предусмотрен первый канал, через который протекает охладитель, поданный со стороны основного вала, так что охладитель направляется через первый канал между торцевой поверхностью части крепления инструмента и донной поверхностью крышки, между трубчатой стенкой крышки и частью крепления инструмента в предпочтительном случае предусмотрен второй канал, через который охладитель, направленный между торцевой поверхностью части крепления инструмента и донной поверхностью крышки по первому каналу, протекает к подшипнику, и подшипник в предпочтительном случае смазывают и охлаждают охладителем, поданным по второму каналу.
При таком предусмотрении первого канала, через который охладитель, поданный со стороны основного вала, протекает внутрь хвостовой части и части крепления инструмента, канал охладителя от основного вала до эжекционного отверстия в донной поверхности крышки получают, просто прикрепляя держатель инструмента к основному валу. В результате можно легко выполнять автоматическую замену держателя инструмента при помощи устройства автоматической смены инструмента (ATC).
Кроме того, при подаче охладителя в подшипник через второй канал можно смазывать и охлаждать подшипник, что позволяет предотвратить заклинивание подшипника. Таким образом, даже если инструмент вращается с высокой скоростью, механическую обработку можно выполнять в устойчивом режиме и не вызывая заклинивания подшипника. Автор настоящего изобретения на практике доказал, что в подшипнике не происходит заклинивания при скорости вращения инструмента приблизительно 20000 об/мин, если в подшипник через второй канал подается смазочно-охлаждающая жидкость на водной основе.
В этом случае внутри крышки может быть предусмотрен третий канал, включающий соединяющее отверстие, продолжающееся наружу в радиальном направлении крышки, и выпускное отверстие, ведущее наружу из соединяющего отверстия, через которое охладитель выпускают после смазывания и охлаждения подшипника.
При предусмотрении третьего канала, обеспечивающего выпуск охладителя после охлаждения и смазывания подшипника, можно предотвратить застаивание охладителя в подшипнике, так что в подшипник постоянно подается свежий охладитель, что позволяет выполнять охлаждение и смазывание эффективным образом. Кроме того, охладитель через третий канал постепенно протекает от подшипника наружу, поэтому можно предотвратить примешивание пузырьков воздуха из атмосферы снаружи при вращении подшипника. Более того, даже если в охладитель по некоторой причине попадает инородный материал, этот материал гарантированно можно вывести наружу, чтобы не ухудшить характеристики подшипника.
В описанном выше держателе инструмента на внешней периферии крышки может быть предусмотрена углубленная область, а ограничитель может включать штифт, препятствующий вращению, который взаимодействует с углубленной областью для предотвращения одновременного вращения крышки.
При использовании ограничителя, включающего штифт, препятствующий вращению, который входит во взаимодействие с углубленной областью на внешней периферии крышки, одновременное вращение крышки можно предотвратить при помощи простой конструкции.
В этом случае зазор (люфт) между углубленной областью и штифтом, препятствующим вращению, в окружном направлении крышки, когда этот штифт вошел во взаимодействие с углубленной областью, предпочтительно составляет не менее 0,1 мм и не более 0,5 мм.
При задании зазора (люфта) в окружном направлении крышки между углубленной областью на внешней периферии этой крышки и штифтом, препятствующим вращению, в состоянии вхождения штифта во взаимодействие с углубленной областью, который составляет не менее 0,1 мм, штифт, препятствующий вращению, легко можно вставить в углубленную область. В то же время при задании зазора (люфта), который составляет не более 0,5 мм, можно избежать ситуаций, в которых крышка вращается, когда такой инструмент как метчик вращается в обратном направлении, так что на охладитель влияет центробежная сила, или штифт, препятствующий вращению, сталкивается с поверхностью стенки углубленной области, так что возникает удар.
Кроме того, внешний диаметр крышки в месте, где предусмотрена углубленная область, по существу, может быть постоянным, вне зависимости от диаметра части крепления инструмента.
При таком решении штифт, препятствующий вращению, можно вводить в углубленную область на внешней периферии крышки при перемещении на один и тот же ход, вне зависимости от диаметра части крепления инструмента. В результате можно легко выполнять автоматическую замену держателя инструмента при помощи ATC.
Кроме того, по всей окружности крышки в предпочтительном случае предусмотрено множество углубленных областей, а ограничитель в предпочтительном случае дополнительно включает исполнительный механизм, который перемещает штифт, препятствующий вращению, а также включает пружину, которая установлена между исполнительным механизмом и этим штифтом.
При установке пружины между исполнительным механизмом, который перемещает штифт, препятствующий вращению, и этим штифтом, пружина сгибается, если штифт, препятствующий вращению, слегка отклоняется от положения углубленной области после его прижатия к внешней периферии крышки исполнительным механизмом, в результате этот штифт входит во взаимодействие с углубленной областью. Как следствие, можно легко выполнять автоматическую замену держателя инструмента при помощи ATC.
Кроме того, пружина сжимается, чтобы поглотить излишний ход штифта, препятствующего вращению, поэтому величина, на которую исполнительный механизм перемещает штифт, препятствующий вращению, может быть задан в общем для крышек всех размеров.
В этом случае ограничитель предпочтительно дополнительно включает шток, выполненный с возможностью выдвижения и убирания в диагональном направлении относительно аксиального центрального направления инструмента движущей силой исполнительного механизма, а штифт, препятствующий вращению, установлен на штоке посредством пружины.
При установке штока, выдвижение и убирание которого по диагонали относительно аксиального центрального направления инструмента обеспечивают при помощи движущей силы исполнительного механизма, можно предотвратить ситуацию, когда ограничитель (исполнительный механизм и шток) и обрабатываемая деталь мешают друг другу.
В описанном выше держателе инструмента внутри хвостовой части и части крепления инструмента может быть предусмотрен первый канал, через который протекает охладитель, поданный со стороны основного вала, в результате охладитель направляют между торцевой поверхностью части крепления инструмента и донной поверхностью крышки через первый канал, и в первом канале выше (по направлению потока) задней торцевой поверхности инструмента может быть установлен выпрямляющий элемент для выпрямления потока охладителя, так что охладитель течет в направлении зазора между боковым краем задней торцевой поверхности инструмента и поверхностью внутренней стенки части крепления инструмента, образующих первый канал.
При такой установке выпрямляющего элемента выше (по направлению потока) задней торцевой поверхности инструмента в первом канале, предусмотренном внутри части крепления инструмента, при помощи выпрямляющего элемента можно выпрямлять поток охладителя таким образом, чтобы он постепенно проходил через зазор между боковым краем задней торцевой поверхности инструмента и поверхностью внутренней стенки части крепления инструмента, без столкновения с задней торцевой поверхностью инструмента. В результате можно предотвратить потерю кинетической энергии потоком охладителя, вызванную столкновением охладителя с задней торцевой поверхностью инструмента.
В частности, в случае, если в качестве охладителя используется воздух, кинетическая энергия потока охладителя (воздуха) сильно снижается, когда охладитель ударяет о заднюю торцевую поверхность инструмента. Таким образом, установка описанного выше выпрямляющего элемента чрезвычайно выгодна с точки зрения сохранения кинетической энергии потока охладителя (воздуха).
В этом случае выпрямляющий элемент может увеличивать давление охладителя за счет уменьшения площади сечения первого канала.
Центробежная сила меняется в соответствии со скоростью вращения инструмента. Поэтому подача охладителя, протекающего через первый канал, в зазор между периферийным краем задней торцевой поверхности инструмента и поверхностью внутренней стенки части крепления инструмента может оказаться затруднительной, и в результате часть охладителя может ударяться о заднюю торцевую поверхность инструмента или поверхность внутренней стенки части крепления инструмента. При уменьшении площади сечения первого канала с использованием выпрямляющего элемента, как описано выше, таким образом, чтобы давление охладителя увеличивалось, улучшается направленность потока охладителя, проходящего через выпрямляющий элемент к желаемому месту (зазору между периферийным краем задней торцевой поверхности инструмента и поверхностью внутренней стенки части крепления инструмента). Поэтому охладитель, протекающий через первый канал, можно более эффективным образом направлять в зазор между периферийным краем задней торцевой поверхности инструмента и поверхностью внутренней стенки части крепления инструмента.
Кроме того, при увеличении давления охладителя, протекающего через первый канал, с использованием выпрямляющего элемента охладитель, имеющий высокое давление, можно принудительно эжектировать через эжекционное отверстие. В частности, если в качестве охладителя используется воздух, труднее подавать количество охладителя (воздуха), которое требуется для охлаждения инструмента, по сравнению с другими типами охладителя, поэтому увеличение давления охладителя с использованием выпрямляющего элемента чрезвычайно выгодно с точки зрения обеспечения принудительного эжектирования охладителя, имеющего высокое давление, через эжекционное отверстие.
Описанный выше держатель инструмента дополнительно может включать направляющую часть, которая предусмотрена между трубчатой стенкой крышки и частью крепления инструмента, чтобы выталкивать охладитель в направлении торцевой поверхности части крепления инструмента.
При предусмотрении направляющей части между трубчатой стенкой крышки и частью крепления инструмента можно выталкивать охладитель в направлении торцевой поверхности части крепления инструмента, поэтому охладитель, имеющий высокое давление, можно принудительно эжектировать через эжекционное отверстие в донной поверхности крышки. В частности, если в качестве охладителя используется воздух, труднее подавать количество охладителя (воздуха), которое требуется для охлаждения инструмента, по сравнению с другими типами охладителя, поэтому предусмотрение направляющей части чрезвычайно выгодно с точки зрения обеспечения принудительного эжектирования охладителя, имеющего высокое давление, через эжекционное отверстие.
В этом случае внутреннее кольцо подшипника, прикрепленное к внешней периферии части крепления инструмента, может включать, со стороны торцевой поверхности этой части, удлиненную часть, которая не закрыта внешним кольцом подшипника, и на удлиненной части внутреннего кольца может быть предусмотрена направляющая часть.
При таком решении направляющая часть вращается одновременно с вращением внутреннего кольца, прикрепленного к внешней периферии части крепления инструмента, так что охладитель выталкивается в направлении торцевой поверхности части крепления инструмента. Как следствие, нет необходимости в установке источника энергии для приведения в действие направляющей части. Более того, так как направляющая часть предусмотрена на удлиненной части внутреннего кольца, можно избежать увеличения числа компонентов.
Описанный выше держатель инструмента может дополнительно включать блокирующую часть, которая предотвращает вытекание охладителя из пространства между крышкой и частью крепления инструмента, так что это пространство заполнено охладителем, находящимся под давлением.
При таком предотвращении вытекания охладителя из пространства между крышкой и часть крепления инструмента с использованием блокирующей части, находящийся под давлением охладитель, который заполняет упомянутое пространство, может работать как демпфер, чтобы демпфировать вибрацию и дрожание, создаваемые частью крепления инструмента, и в результате можно предотвратить уменьшение точности механической обработки и износ инструмента. Отметим, что причина, по которой охладитель, заполняющий пространство между крышкой и частью крепления инструмента, работает как демпфер, заключается в том, что ограничителем предотвращается вращение крышки вместе с частью крепления инструмента, поэтому крышка остается неподвижной, так что держатель инструмента и крышка независимы друг от друга.
В описанном выше держателе инструмента вокруг сквозного отверстия в донной поверхности предпочтительно предусмотрено множество эжекционных отверстий, и соответствующие эжекционные отверстия предпочтительно имеют разные углы наклона относительно аксиального центрального направления инструмента.
При таком предусмотрении множества эжекционных отверстий под разными углами наклона относительно аксиального центрального направления инструмента, можно эжектировать охладитель во множестве направлений, так что можно подавать этот охладитель в широком диапазоне. Поэтому, если обрабатываемая деталь препятствует подаче охладителя, так что охладитель трудно подавать на обрабатываемую часть, этой обрабатываемой части может достичь охладитель, выброшенный через одно из эжекционных отверстий.
Кроме того, во время механической обработки с использованием сверлильной головки или метчика смазочно-охлаждающую жидкость невозможно подавать непосредственно на обрабатываемую часть внутри отверстия, предусмотренного в обрабатываемой детали, поэтому охладитель необходимо эжектировать в направлении зазора между периферийным краем отверстия на поверхности обрабатываемой детали и инструментом, так что охладитель подается внутрь отверстия через этот зазор. При этом, если инструмент представляет собой сверлильную головку или метчик, держатель инструмента в процессе работы постепенно приближается к обрабатываемой детали, поэтому место, в котором охладитель попадает на обрабатываемую деталь, не остается неизменным. Однако при предусмотрении множества эжекционных отверстий под разными углами наклона относительно аксиального центрального направления инструмента охладитель, эжектируемый через одно из эжекционных отверстий, всегда может попасть в зазор между периферийным краем отверстия на поверхности обрабатываемой детали и инструментом. Таким образом, охладитель всегда может подаваться внутрь отверстия через зазор, что делает возможным охлаждение обрабатываемой части внутри отверстия и может способствовать удалению отходов обработки (стружки).
В описанном выше держателе инструмента эжекционное отверстие может быть предусмотрено путем соединения круглой части с удлиненной частью отверстия, которая имеет ширину меньше диаметра круглой части и проходит от круглой части в направлении от сквозного отверстия, а угол наклона удлиненной части отверстия относительно аксиального центрального направления инструмента может быть больше угла наклона круглой части относительно этой оси.
При применении эжекционного отверстия, имеющего такую форму, струя охладителя, эжектируемая через круглую часть таким образом, чтобы она падала вниз сравнительно вдоль инструмента, толкается в сторону этого инструмента охладителем, эжектируемым через удлиненную часть отверстия, что позволяет подавать этот охладитель к инструменту в широком диапазоне. Соответственно, можно уменьшить число эжекционных отверстий, что приведет к уменьшению общей площади этих отверстий, и в результате можно препятствовать уменьшению давления охладителя, эжектируемого через эти отверстия.
В описанном выше держателе инструмента крышка предпочтительно выполнена такой конструкции, которая позволяет свободно устанавливать и снимать, по меньшей мере, ее донная поверхность.
Положение эжекционного отверстия в донной поверхности крышки, диаметр эжекционного отверстия и угол наклона эжекционного отверстия относительно аксиального центрального направления инструмента в предпочтительном случае изменяют в соответствии с размерами инструмента (в частности, его длиной), типом инструмента, параметрами работы и т.д. Как следствие, если донная поверхность крышки, в которой предусмотрено эжекционное отверстие, выполнено с возможностью свободных установки и снятия, к держателю инструмента можно прикреплять крышку, имеющую подходящее эжекционное отверстие, так что охладитель можно подавать в направлении обрабатываемой части еще более эффективным образом.
Металлорежущий станок, соответствующий настоящему изобретению, включает описанный выше держатель инструмента.
Металлорежущий станок включает описанный выше держатель инструмента, поэтому можно в значительной степени препятствовать влиянию центробежной силы на эжектируемый охладитель, и можно избежать необходимости создавать отверстие для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента.
Согласно настоящему изобретению, крышку прикрепляют таким образом, чтобы она закрывала внешнюю периферию и торцевую поверхность части крепления инструмента, предотвращают вращение крышки одновременно с вращением держателя инструмента (частью крепления инструмента) при помощи подшипника и ограничителя, и охладитель эжектируют через эжекционное отверстие, предусмотренное в донной поверхности крышки, поэтому можно в значительной степени препятствовать влиянию центробежной силы на эжектируемый охладитель. В результате охладитель можно подавать в желаемое место.
Кроме того, так как охладитель эжектируют через эжекционное отверстие, предусмотренное в донной поверхности крышки, нет необходимости в предусмотрении отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента, в отличие от обычного способа подачи через режущий инструмент.
Более того, в донной поверхности крышки предусмотрено сквозное отверстие, через которое проходит инструмент, и охладитель эжектируют через эжекционное отверстие, расположенное на периферии этого сквозного отверстия, поэтому эжекционное отверстие можно расположить поблизости от обрабатываемой части. В результате охладитель можно подавать на обрабатываемую часть точным образом.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана примерная конструкция держателя инструмента, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения, причем на Фиг.1А приведен вид всего держателя инструмента в разрезе, а на Фиг.1В подробно показана конструкция, внутри которой установлены шарики подшипника;
на Фиг.2 приведен разрез при сечении плоскостью А-А, показанной на Фиг.1А;
на Фиг.3 показан пример расположения эжекционного отверстия, через которое эжектируется смазочно-охлаждающая жидкость, причем на Фиг.3А приведен вид сверху, на Фиг.3В приведен разрез при сечении плоскостью В-В, показанной на Фиг.3А, на Фиг.3С приведен разрез при сечении плоскостью С-С, показанной на Фиг.3А, и на Фиг.3D приведен разрез при сечении плоскостью D-D, показанной на Фиг.3А;
на Фиг.4 приведен разрез, иллюстрирующий конструкцию канала для протекания смазочно-охлаждающей жидкости через подшипник;
на Фиг.5 показана примерная конструкция внешнего кольца, в котором предусмотрен третий канал, причем на Фиг.5А приведен разрез, на Фиг.5В приведен вид в направлении Е, показанном на Фиг.5А, и на Фиг.5С приведен вид в направлении F, показанном на Фиг.5В;
Фиг.6 иллюстрирует то, каким образом, ограничитель ограничивает перемещение кольца, препятствующего вращению;
на Фиг.7 в увеличенном масштабе показана область, указанная на Фиг.6 ссылочным обозначением G;
Фиг.8 иллюстрирует взаимосвязь между внешним диаметром кольца, препятствующего вращению, и ходом пневматического цилиндра, причем на Фиг.8А показан случай, когда часть крепления инструмента имеет небольшой диаметр, а на Фиг.8В показан случай, когда часть крепления инструмента имеет большой диаметр;
на Фиг.9 показана другая примерная конструкция крышки, имеющей эжекционное отверстие, причем на Фиг.9А приведен вид сверху, а на Фиг.9В приведен разрез при сечении плоскостью Н-Н, показанной на Фиг.9А;
на Фиг.10 показана примерная конструкция держателя инструмента, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения, причем на Фиг.10А приведен вид держателя инструмента в разрезе, иллюстрирующий его конструкцию в общих чертах, а на Фиг.10В в увеличенном масштабе показана часть I, указанная на Фиг.10А;
на Фиг.11 показана примерная конструкция выпрямляющего элемента, установленного в первом канале держателя инструмента, причем на Фиг.11А приведен вид сверху, а на Фиг.11В приведен разрез при сечении плоскостью J-J, показанной на Фиг.11А; и
на Фиг.12 приведен вид в перспективе, иллюстрирующий примерную конструкцию направляющей части, предусмотренной между крышкой держателя инструмента и внешней периферией части крепления инструмента.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Ниже варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны в соответствии с приложенными чертежами. При этом отметим, что если не указано иное, предполагается, что размеры, материалы, геометрия, относительное расположение и т.д. составных частей, рассмотренных в этих вариантах осуществления настоящего изобретения, не ограничивают объем этого изобретения и являются просто иллюстративными примерами.
Первый вариант
На Фиг.1 показана примерная конструкция держателя инструмента, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения, причем на Фиг.1А приведен вид всего держателя инструмента в разрезе, а на Фиг.1В подробно показана конструкция, внутри которой установлен шарик подшипника. На Фиг.2 приведен разрез при сечении плоскостью А-А, показанной на Фиг.1А. На Фиг.3 показан пример расположения эжекционного отверстия, через которое эжектируется смазочно-охлаждающая жидкость, причем на Фиг.3А приведен вид сверху, на Фиг.3В приведен разрез при сечении плоскостью В-В, показанной на Фиг.3А, на Фиг.3С приведен разрез при сечении плоскостью С-С, показанной на Фиг.3А, и на Фиг.3D приведен разрез при сечении плоскостью D-D, показанной на Фиг.3А.
Как показано на Фиг.1А, держатель 1 инструмента используется для прикрепления инструмента Т к основному валу (шпинделю) S и включает основное тело 2 фрезерного патрона, крышку 20, подшипник 30 и ограничитель 40.
На стороне основания основного тела 2 фрезерного патрона предусмотрена хвостовая часть 2А, которая удерживается основным валом S. Хвостовая часть 2А представляет собой так называемый ВТ-хвостовик (BT, Bottle grip Taper), в концевой области которого ввинчена оправка 3 для автоматической смены инструмента. Кроме того, внутри основного вала S установлен сцепной стержень (не показан), выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении этого вала. При приведении в действие сцепного стержня таким образом, чтобы оправка 3 двигалась в сторону основного вала S, держатель 1 инструмента (основное тело 2 фрезерного патрона) закрепляется в основном валу S.
Отметим, что вместо BT-хвостовика в качестве хвостовой части 2А можно использовать HSK-хвостовик, KM-хвостовик, NT-хвостовик или хвостовик любой другой желаемой формы.
На стороне вершины основного тела 2 фрезерного патрона предусмотрена часть 2В крепления инструмента, имеющая отверстие 4 для ввода, открытое с торцевой поверхности 5 этого основного тела 2. Инструмент Т вводят в отверстие 4 для ввода в части 2В крепления инструмента и закрепляют за счет зажимающей силы, действующей со стороны цанги 6. Инструмент Т закрепляют при помощи цанги 6 следующим образом.
Как показано на Фиг.2, цанга 6 снабжена множеством прорезей 7, и часть ее контактной поверхности, которая контактирует с внутренней стенкой отверстия 4 для ввода, предусмотренного в части 2В крепления инструмента, выполнена конусной (см. Фиг.1А). Таким образом, диаметр цанги 6 уменьшается при ее перемещении в сторону основного вала S и увеличивается при ее перемещении в противоположном направлении.
С одного конца цанги 6 ввинчен зажимающий болт 8 таким образом, что цанга 6 и зажимающий болт 8 составляют единое целое. Кроме того, внутри основного тела 2 фрезерного патрона установлена зажимающая гайка 10, которая закреплена при помощи закрепляющего болта 11. Наружная резьба зажимающего болта 8 и внутренняя резьба зажимающей гайки 10 сопряжены в резьбовой области 12.
Когда нужно прикрепить инструмент Т к основному телу 2 фрезерного патрона, шестиугольную область 14, предусмотренную в концевой части зажимающего болта 8, вращают при помощи специального шестиугольного ключа, что вызывает отведение зажимающего болта 8 (перемещение в сторону основного вала S) в его осевом направлении. В результате цанга 6 перемещается в сторону основного вала S вместе с зажимающим болтом 8, что приводит к уменьшению ее диаметра для захвата инструмента Т.
С другой стороны, когда инструмент Т нужно вынуть из основного тела 2 фрезерного патрона, шестиугольную область 14 зажимающего болта вращают в противоположном направлении. В результате цанга 6 перемещается в противоположную сторону от основного вала S вместе с зажимающим болтом 8, что приводит к увеличению ее диаметра для высвобождения инструмента из захвата этой цангой.
Крышка 20 в общем выполнена в форме стакана и, как показано на Фиг.1А, включает трубчатую стенку 22, закрывающую внешнюю периферию части 2В крепления инструмента, и донную поверхность 24, закрывающую торцевую поверхность 5 этой части 2В. Трубчатая стенка 22 предусмотрена цилиндрической формы, включая внешнее кольцо 34 подшипника 30.
В донной поверхности 24 крышки 20 предусмотрены сквозное отверстие 21, через которое проходит инструмент Т, и эжекционное отверстие 23, расположенное на периферии сквозного отверстия 21, через которое эжектируется смазочно-охлаждающая жидкость С. Эжекционное отверстие 23 наклонено относительно аксиального центрального направления инструмента таким образом, чтобы оно постепенно приближалось к внешней периферии инструмента Т с увеличением расстояния от основного вала S, и угол α его наклона в предпочтительном случае выбирают подходящим образом, чтобы смазочно-охлаждающую жидкость С можно было подавать в желаемое место инструмента Т.
Кроме того, как показано на Фиг.3, под соответствующими различными углами α наклона (α1, α2, …, α6) относительно аксиального центрального направления инструмента может быть предусмотрено множество эжекционных отверстий 23 (23-1, 23-2, …, 23-6). Например, углы α наклона могут быть заданы таким образом: α1=45°, α2=40°, α3=35°, α4=30°, α5=25° и α6=20°.
При таком предусмотрении множества эжекционных отверстий 23 (23-1, 23-2, …, 23-6) под различными углами α наклона относительно аксиального центрального направления инструмента можно эжектировать смазочно-охлаждающую жидкость С во множестве направлений, что обеспечит возможность подавать эту жидкость в широком диапазоне. Таким образом, если смазочно-охлаждающей жидкости С мешает обрабатываемая деталь, так что трудно подавать эту жидкость на обрабатываемую часть, смазочно-охлаждающая жидкость С, эжектируемая через одно из эжекционных отверстий 23, может достичь обрабатываемой части.
Отметим, что углы α наклона соответствующих эжекционных отверстий 23 предпочтительно выбирают в соответствии с длиной инструмента Т, а в случае, когда применяется множество типов инструментов Т, имеющих разную длину, предпочтительно заранее подготовить крышки 20, имеющие эжекционные отверстия 23 с углами α наклона, которые соответствуют длине соответствующего инструмента Т.
Кроме того, во время механической обработки с использованием сверлильной головки или метчика, смазочно-охлаждающую жидкость невозможно подавать непосредственно на обрабатываемую часть внутри отверстия, предусмотренного в обрабатываемой детали, поэтому эту жидкость необходимо эжектировать в направлении зазора между боковым краем отверстия в поверхности обрабатываемой детали и инструментом, что позволит подавать смазочно-охлаждающую жидкость внутрь отверстия через зазор. Однако если инструмент Т представляет собой сверлильную головку или метчик, держатель 1 инструмента (донная поверхность 24 крышки 20) в процессе работы постепенно приближается к обрабатываемой детали, так что место, в котором смазочно-охлаждающая жидкость С, эжектируемая через эжекционное отверстие 23, попадает на обрабатываемую деталь, не остается неизменным. Однако при предусмотрении множества эжекционных отверстий 23 (23-1, 23-2, …, 23-6) под различными углами α наклона относительно аксиального центрального направления инструмента смазочно-охлаждающая жидкость С, эжектируемая через одно из этих эжекционных отверстий 23, всегда может попасть в зазор между боковым краем отверстия в поверхности обрабатываемой детали и инструментом. Таким образом, смазочно-охлаждающую жидкость всегда можно подавать внутрь отверстия через зазор, что делает возможным охлаждение обрабатываемой части внутри отверстия и может способствовать удалению отходов обработки (стружки).
Крышка 20 в предпочтительном случае выполнена такой конструкции, которая позволяет свободно устанавливать и снимать, по меньшей мере, ее донную поверхность 24. Например, донная поверхность 24 и часть трубчатой стенки 22 (часть трубчатой стенки 22, в которую не входит внешнее кольцо 34) могут быть выполнены с возможностью навинчивания на внешнее кольцо 34 за счет предусмотрения резьбовой области 38 (см. Фиг.4).
Положение, диаметр и угол наклона эжекционного отверстия 23 в донной поверхности 24 относительно аксиального центрального направления инструмента предпочтительно меняют в соответствии с размерами инструмента Т (в частности, его длиной), типом инструмента Т, параметрами работы и т.д. Как следствие, когда, по меньшей мере, донная поверхность 24 выполнена с возможностью свободных установки и снятия, смазочно-охлаждающую жидкость С можно подавать в направлении обрабатываемой части более эффективным образом, используя донную поверхность 24 (и часть трубчатой стенки 22), которая имеет эжекционное отверстие 23, подходящее для использования с соответствующим инструментом Т, в результате замены части, включающей эту донную поверхность 24.
В соответствующих областях внутри хвостовой части 2А и части 2В крепления инструмента предусмотрен первый канал 16, что позволяет подавать смазочно-охлаждающую жидкость С через этот канал 16 от основного вала S в пространство между торцевой поверхностью 5 части 2В крепления инструмента и донной поверхностью 24 крышки 20. Как показано стрелкой на Фиг.1, первый канал 16 состоит из внутреннего канала оправки 3 и зажимающего болта 8, а также прорезей 7 (см. Фиг.2) в цанге 6. Отметим, что часть смазочно-охлаждающей жидкости С, подаваемой между торцевой поверхностью 5 части 2В крепления инструмента и донной поверхностью 24 крышки 20 через первый канал 16, эжектируется в направлении инструмента Т через эжекционное отверстие 23, а остаток подается в подшипник 30 через второй канал 18, который будет описан ниже.
При таком предусмотрении первого канала 16, через который смазочно-охлаждающая жидкость С, подаваемая со стороны основного вала S, поступает в соответствующие области внутри хвостовой части 2А и части 2В крепления инструмента, канал для смазочно-охлаждающей жидкости С, проходящий от основного вала S до эжекционных отверстий 23, можно получить, просто прикрепляя держатель 1 инструмента к основному валу S. В результате держатель 1 инструмента с легкостью можно использовать в ходе операции замены, выполняемой при помощи устройства автоматической смены инструмента (ATC).
Подшипник 30 представляет собой шариковый подшипник, в котором между внутренним кольцом 32, прикрепленным к внешней периферии части 2В крепления инструмента, и внешним кольцом 34, представляющим собой часть трубчатой стенки 22 крышки 20, установлено множество шариков. Внутреннее кольцо 32 подшипника 30 вращается с высокой скоростью вместе с основным телом 2 фрезерной головки. При этом перемещение кольца 26, препятствующего вращению, которое прикреплено к внешнему кольцу 34 подшипника 30, ограничено ограничителем 40, который будет описан ниже, поэтому внешнее кольцо 34 остается неподвижным.
Шарики подшипника 30 устанавливают следующим образом. Сначала на внутренней периферии внешнего кольца 34 создают радиусную канавку 35 в состоянии, когда в установочное отверстие 33 для шарика, предусмотренное во внешнем кольце 34, ввинчен закрывающий винт 37. Затем закрывающий винт 37 удаляют, после чего внешнее кольцо 34 прикрепляют к внутреннему кольцу 32, и шарик подшипника 30 устанавливают в радиусную канавку 35 между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34 через установочное отверстие 33. Затем установочное отверстие 33 закрывают закрывающим винтом 37, на вершине которого предусмотрена радиусная канавка. В результате шарик подшипника 30 расположен в радиусной канавке между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34. Отметим, что наружная резьба, предусмотренная на закрывающем винте 37, и внутренняя резьба, предусмотренная в установочном отверстии 33 для шарика, в которую ввинчивается наружная резьба, предусмотрены только у основания закрывающего винта 37 и со стороны внешней периферии внешнего кольца 34, так что при ввинчивании закрывающего винта 37 в установочное отверстие 33 для шарика перемещение этого винта 37 ограничено. Это позволяет задавать зазор между шариком подшипника 30 и радиусной канавкой 35 в закрывающем винте 37 с высокой степенью точности.
Далее, между трубчатой стенкой 22 и внешней периферией части 2В крепления инструмента предусмотрен второй канал 18, через который часть смазочно-охлаждающей жидкости С, направляемой в пространство между торцевой поверхностью 5 части 2В крепления инструмента и донной поверхностью 24 крышки 20 через первый канал 16, течет к подшипнику 30. Смазочно-охлаждающая жидкость С, подаваемая в подшипник 30 через второй канал 18, охлаждает и смазывает этот подшипник 30, чтобы предотвратить его заклинивание.
Как следствие, заклинивания подшипника 30 не возникает, даже если инструмент Т вращается с высокой скоростью, поэтому операцию механической обработки можно выполнять в устойчивом режиме. Автор изобретения на практике доказал, что в подшипнике 30 не возникает заклинивания при скорости вращения инструмента приблизительно 20000 об/мин, когда через второй канал 18 в подшипник 30 подается смазочно-охлаждающая жидкость С на водной основе.
Теперь подробно будет описано протекание смазочно-охлаждающей жидкости С через подшипник 30. На Фиг.4 приведен разрез, иллюстрирующий конструкцию канала для протекания смазочно-охлаждающей жидкости через подшипник 30.
Как показано на чертеже, между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34 по всей их окружности предусмотрен зазор 36 (36А, 36В, 36С). Смазочно-охлаждающая жидкость, проходящая через второй канал 18 между трубчатой стенкой 22 и внешней периферией части 2В крепления инструмента, охлаждает и смазывает подшипник 30 при ее протекании через зазор 36 (36А, 36В, 36С). После охлаждения и смазывания подшипника 30 смазочно-охлаждающая жидкость выпускается через третий канал 50, как показано стрелкой на Фиг.4. Третий канал 50 состоит из соединяющего отверстия 52, через которое смазочно-охлаждающая жидкость вытекает в радиальном направлении из радиусной канавки, в которой установлены шарики подшипника 30, канавки 53 на верхней поверхности, через которую смазочно-охлаждающая жидкость вытекает в радиальном направлении после прохождения через зазор 36С, чтобы попасть на верхнюю поверхность внешнего кольца 34, и сквозного отверстия 54, в котором смазочно-охлаждающая жидкость из соединяющего отверстия 52 и смазочно-охлаждающая жидкость из канавки 53 на верхней поверхности объединяются перед выпуском вниз.
Предусмотрение третьего канала 50 с целью обеспечить выпуск смазочно-охлаждающей жидкости С после охлаждения и смазывания подшипника 30 позволяет предотвратить застаивание этой жидкости в подшипнике 30, так что в подшипник 30 всегда подается свежая смазочно-охлаждающая жидкость С, что позволяет эффективным образом выполнять охлаждение и смазывание. Кроме того, смазочно-охлаждающая жидкость С постепенно протекает из подшипника 30 в направлении наружу через третий канал 50, поэтому можно предотвратить смешивание с пузырьками воздуха из атмосферы снаружи при вращении подшипника 30. Более того, даже если в смазочно-охлаждающую жидкость по некоторой причине попадает инородный материал, этот материал можно гарантированно вывести наружу, чтобы не ухудшить характеристики подшипника 30.
Ширину зазора 36В между шариками подшипника 30, расположенными в двух разных рядах, предпочтительно задают больше соответствующей ширины других зазоров 36А и 36С. В результате смазочно-охлаждающую жидкость С к шарикам подшипника 30, расположенным во втором ряду (шарики подшипника 30, показанные на Фиг.4 сверху), можно подавать в устойчивом режиме. Кроме того, задание такой ширины зазора 36С, служащего в качестве канала непосредственно после шариков подшипника 30 из второго ряда, которая является наименьшей шириной в зазоре 36 (36А, 36В, 36С), так что смазочно-охлаждающая жидкость протекает через соединяющее отверстие 52 под достаточным давлением, позволяет предотвратить застаивание в подшипнике 30, что приводит к увеличению эффективности охлаждения и смазывания, а также одновременно предотвратить примешивание пузырьков воздуха и обеспечить эффективный вывод инородного материала. Например, ширина зазора 36В может быть задана равной приблизительно 0,5 мм, ширина зазора 36А может быть задана равной приблизительно 0,2 мм и ширина зазора 36С может быть задана равной приблизительно 0,05 мм.
Отметим, что ширину (или диаметр) соединяющего отверстия 52 канавки 53 на верхней поверхности и сквозного отверстия 54 предпочтительно задают таким образом, чтобы они превышали ширину зазора 36А, служащего в качестве канала непосредственно перед шариками подшипника 30 из первого ряда (другими словами, ширину на входной стороне третьего канала 50). Это способствует выпуску смазочно-охлаждающей жидкости после охлаждения и смазывания подшипника 30, и можно предотвратить застаивание смазочно-охлаждающей жидкости в подшипнике 30, что позволяет постоянно подавать в этот подшипник свежую смазочно-охлаждающую жидкость, в результате охлаждение и смазывание можно выполнять более эффективным образом. Например, диаметр соединяющего отверстия 52 может быть задан равным приблизительно 0,3 мм, а соответствующие ширина (диаметр) канавки 53 на верхней поверхности и сквозного отверстия 54 могут быть заданы равными приблизительно 0,5 мм.
Кроме того, внешнее кольцо 34 и кольцо 26, препятствующее вращению, могут быть выполнены как отдельные детали, и третий канал 50 может быть предусмотрен отдельно во внешнем кольце 34. Например, как показано на Фиг.4, кольцо 26, препятствующее вращению, можно прикреплять с возможностью снятия к внешней периферии внешнего кольца 34, в котором заранее предусмотрен третий канал 50, с использованием фиксирующего винта 29.
При предусмотрении внешнего кольца 34, отдельного от кольца 26, препятствующего вращению, в случае, если эти кольца 34 или 26 повреждаются или разрушаются, поврежденный или разрушившийся компонент может быть выборочно заменен сам по себе.
Кроме того, при предусмотрении третьего канала 50 только во внешнем кольце 34 можно легко выполнять механическую обработку, что позволяет снизить стоимость изготовления. Далее это будет описано с использованием Фиг.5. На Фиг.5 показана примерная конструкция внешнего кольца 34, в котором предусмотрен третий канал 50, причем на Фиг.5А приведен разрез, на Фиг.5В приведен вид в направлении Е, показанном на Фиг.5А, и на Фиг.5С приведен вид в направлении F, показанном на Фиг.5В.
В окружном направлении предусмотрено множество третьих каналов 50, состоящих из соединяющего отверстия 52, канавки 53 на верхней поверхности и сквозного отверстия 54 (например, в шести местах, расположенных с интервалом 60 градусов). Соединяющее отверстие 52, сообщающееся с радиусной канавкой 35, которая служит направляющей для шариков подшипника 30, легко может быть предусмотрено путем пробивки отверстия с внешней боковой стороны внешнего кольца. Далее, канавка 53 на верхней поверхности и сквозное отверстие 54 легко могут быть предусмотрены при помощи резания на верхней поверхности или внешней периферии внешнего кольца 34. Таким образом, если сравнивать со случаем, когда третий канал 50 создают в представляющих собой единую деталь внешнем кольце 34 и кольце 26, препятствующем вращению, можно легко выполнить механическую обработку для получения третьего канала 50, что позволяет снизить стоимость изготовления.
Как показано на Фиг.1А, ограничитель 40 включает штифт 42, препятствующий вращению, который входит во взаимодействие с углубленной областью 27, предусмотренной на внешней периферии кольца 26, препятствующего вращению, плунжерный шток 46, служащий опорой этому штифту 42 через пружину 44, и пневматический цилиндр 48, который обеспечивает выдвижение и убирание плунжерного штока 46. Отметим, что пневматический цилиндр 48 может быть прикреплен к оси Z на стороне металлорежущего станка.
Когда плунжерный шток 46 перемещается в направлении по своей длине за счет движущей силы со стороны пневматического цилиндра 48 таким образом, что штифт 42, препятствующий вращению, входит во взаимодействие с углубленной областью 27 кольца 26, препятствующего вращению, это кольцо 26 блокируется. Отметим, что плунжерный шток 46 расположен выше кольца 26, препятствующего вращению, таким образом, что направление по его длине является диагональю относительно аксиального центрального направления инструмента Т, поэтому можно предотвратить ситуацию, когда обрабатываемая деталь, плунжерный шток 46 и пневматический цилиндр 48 мешают друг другу.
Фиг.6 иллюстрирует то, каким образом, ограничитель 40 ограничивает перемещение кольца 26, препятствующего вращению. На Фиг.7 в увеличенном масштабе показана область, указанная на Фиг.6 ссылочным обозначением G.
Как показано на Фиг.6, по всей окружности кольца 26, препятствующего вращению, на его внешней периферии предусмотрено значительное количество углубленных областей 27. Ширину W (см. Фиг.7) углубленной области 27 в окружном направлении кольца 26, препятствующего вращению, задают таким образом, чтобы снаружи она была больше, чем внутри, что позволяет легко вставить штифт 42, препятствующий вращению, в углубленную область 27. Кроме того, у основания штифта 42, препятствующего вращению, установлена пружина 44, поэтому, когда этот штифт 42, прижатый к внешней периферии кольца 26, препятствующего вращению, слегка отклоняется от положения углубленной области 27, пружина 44 изгибается, что позволяет штифту 42 войти во взаимодействие с углубленной областью 27. Более того, вершина штифта 42, препятствующего вращению, является сферической, поэтому этот штифт 42 плавно входит во взаимодействие с углубленной областью 27, не застревая на внешней поверхности кольца 26, препятствующего вращению. В результате держатель 1 инструмента с легкостью можно использовать в ходе операции замены, выполняемой при помощи устройства автоматической смены инструмента (ATC).
Далее, зазор в окружном направлении между углубленной областью 27 и штифтом 42, препятствующим вращению (другими словами, разница между шириной W углубленной области 27 и диаметром D вершины штифта 42, препятствующего вращению) в состоянии, когда этот штифт 42 вошел во взаимодействие с углубленной областью 27, предпочтительно составляет не менее 0,1 мм и не более 0,5 мм.
Предусмотрение зазора в окружном направлении между углубленной областью 27 кольца 26, препятствующего вращению, и штифтом 42, препятствующим вращению, в состоянии вхождения, составляющего не менее 0,1 мм, позволяет легко вставлять этот штифт 42 в углубленную область 27. В то же время предусмотрение зазора, не превышающего 0,5 мм, позволяет избежать ситуаций, в которых кольцо 26, препятствующее вращению, вращается, если такой инструмент как метчик вращается в обратном направлении, так что на смазочно-охлаждающую жидкость С, эжектируемую через эжекционное отверстие 23, влияет центробежная сила, либо штифт 42, препятствующий вращению, сталкивается с поверхностью 28 стенки углубленной области, так что возникает удар.
Кроме того, внешний диаметр кольца 26, препятствующего вращению, которое снабжено углубленной областью 27, может быть сделан по существу неизменным, вне зависимости от диаметра части 2В крепления инструмента.
Фиг.8 иллюстрирует взаимосвязь между внешним диаметром кольца 26, препятствующего вращению, и ходом пневматического цилиндра 48, причем на Фиг.8А показан случай, когда часть 2В крепления инструмента имеет небольшой диаметр, а на Фиг.8В показан случай, когда часть 2В крепления инструмента имеет большой диаметр.
Как показано на Фиг.8А и 8В, при обеспечении по существу неизменного внешнего диаметра D кольца 26, препятствующего вращению, штифт 42, препятствующий вращению, может входить во взаимодействие с углубленной областью 27 этого кольца 26 при перемещении на одну и ту же величину хода L, даже если диаметр части 2В крепления инструмента отличается. Следовательно, даже если автоматическая замена держателя 1 инструмента выполняется при помощи устройства автоматической смены инструмента (ATC), нет необходимости менять ход пневматического цилиндра 48 для каждого держателя 1 инструмента. В результате можно легко выполнять автоматическую замену держателя 1 инструмента при помощи ATC.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения, как описано выше, крышка 20 установлена таким образом, чтобы она закрывала внешнюю периферию и торцевую поверхность 5 части 2В крепления инструмента, вращение крышки 20 вместе с вращением держателя 1 инструмента (части 2В крепления инструмента) предотвращается при помощи подшипника 30 и ограничителя 40, и смазочно-охлаждающая жидкость С эжектируется через эжекционное отверстие 23, предусмотренное на донной поверхности 24 крышки 20, поэтому можно в значительной степени устранить влияние центробежной силы на эжектируемую смазочно-охлаждающую жидкость С. В результате смазочно-охлаждающую жидкость С можно подавать в желаемое место.
Кроме того, так как смазочно-охлаждающая жидкость С выбрасывается через эжекционное отверстие 23, предусмотренное в донной поверхности 24 крышки 20, нет необходимости в предусмотрении отверстия для подачи этой жидкости внутри инструмента Т, в отличие от обычного способа подачи через режущий инструмент.
Более того, в донной поверхности 24 крышки 20 предусмотрено сквозное отверстие 21, через которое проходит инструмент Т, и смазочно-охлаждающая жидкость выбрасывается через эжекционное отверстие 23, расположенное на периферии сквозного отверстия 21, поэтому это отверстие 23 можно располагать близко к обрабатываемой части. В результате смазочно-охлаждающую жидкость можно подавать на обрабатываемую часть точным образом.
Отметим, что в этом варианте осуществления настоящего изобретения был описан пример (см. Фиг.8А и 8В), в котором кольцо 26, препятствующее вращению, предусмотрено по существу с неизменным внешним диаметром, не зависящим от диаметра части 2В крепления инструмента, чтобы обеспечить неизменный ход пневматического цилиндра 48, при этом устройство, в котором нет необходимости менять ход пневматического цилиндра 48, даже если используется кольцо 26, препятствующее вращению, которое имеет внешний диаметр, соответствующий диаметру части 2В крепления инструмента, может быть реализовано так, как описано ниже. При таком осуществлении можно легко выполнять автоматическую замену держателя 1 инструмента при помощи ATC, и, в то же время, можно обеспечить компактность кольца 26, препятствующего вращению.
Ход пневматического цилиндра 48 задают в соответствии с держателем инструмента, у которого часть 2В крепления инструмента имеет наименьший диаметр (другими словами, с держателем инструмента, у которого кольцо 26, препятствующее вращению, имеет наименьший внешний диаметр) из всех держателей инструмента, используемых устройством автоматической смены инструмента (ATC). Другими словами, ход пневматического цилиндра 48 задают таким образом, что штифт 42, препятствующий вращению, достигает углубленных областей 27 кольца 26, препятствующего вращению, которое имеет наименьший внешний диаметр. Эту заданную величину хода используют в общем для всех держателей инструмента, используемых устройством автоматической смены инструмента (ATC). Если используется держатель инструмента, имеющий часть 2В крепления инструмента с наибольшим диаметром и пневматический цилиндр 48 пытается переместить штифт 42, препятствующий вращению, на заданную величину хода, пружина 44 сжимается, чтобы компенсировать избыточный ход. При этом реальную длину и/или постоянную пружины 44 предпочтительно выбирают таким образом, чтобы контакт между штифтом 42, препятствующим вращению, и углубленной областью 27 кольца 26, препятствующего вращению, не ухудшался из-за излишней силы упругости, когда пружина 44 сжимается.
Кроме того, в этом случае скорость, с которой плунжерный шток 46 выталкивается пневматическим цилиндром 48, можно задавать таким образом, чтобы она поэтапно уменьшалась во время операции выдвижения, чтобы смягчить удар, возникающий при контакте штифта 42, препятствующего вращению, и углубленной области 27 кольца 26, препятствующего вращению. Например, если ход, при котором штифт 42, препятствующий вращению, приходит в контакт с углубленной областью 27 во время использования держателя инструмента, имеющего часть 2В крепления инструмента с наибольшим диаметром, задают равным L0, то скорость выталкивания плунжерного штока 46 можно изменять приблизительно до произвольного предела Lth (<L0). Другими словами, скорость выталкивания плунжерного штока 46 можно увеличивать в диапазоне хода 0<L<Lth, и уменьшать в диапазоне хода Lth<L. Таким образом, даже если используется держатель инструмента, имеющий часть 2В крепления инструмента с наибольшим диаметром, скорость выталкивания плунжерного штока 46 уменьшается перед контактом штифта 42, препятствующего вращению, с углубленной областью 27 (т.е. когда ход достигает предела Lth), в результате смягчается удар, возникающий при контакте штифта 42, препятствующего вращению, и углубленной области 27 кольца 26, препятствующего вращению.
Кроме того, в этом варианте осуществления настоящего изобретения был описан пример, в котором в донной поверхности 24 крышки 20 предусмотрено круглое эжекционное отверстие 23 (см. Фиг.3А), но форма эжекционного отверстия 23 этим примером не ограничивается, и это отверстие может иметь любую желаемую форму.
На Фиг.9 показан другой пример крышки, в которой эжекционное отверстие 23 предусмотрено другой формы, причем на Фиг.9А приведен вид сверху, а на Фиг.9В приведен разрез при сечении плоскостью Н-Н, показанной на Фиг.9А. Как показано на Фиг.9А и 9В, эжекционное отверстие 23 может иметь форму, при которой круглая часть 60 соединена с удлиненной частью 62 отверстия, проходящей от круглой части 60 в направлении от сквозного отверстия 21, через которое проходит инструмент Т. Ширина W2 удлиненной части 62 отверстия меньше диаметра D2 круглой части 60. Кроме того, углы γ1, γ2 наклона удлиненной части 62 отверстия относительно аксиального центрального направления инструмента больше углов β1, β2 наклона круглой части 60 относительно этой оси. Отметим, что в донной поверхности 24 крышки 20 может быть предусмотрено множество эжекционных отверстий 23, и углы наклона круглых частей 60 и удлиненных частей 62 у соответствующих эжекционных отверстий 23 относительно аксиального центрального направления инструмента могут меняться.
Если используется эжекционное отверстие 23, состоящее из круглой части 60 и удлиненной части 62, струя смазочно-охлаждающей жидкости, выбрасываемая через круглую часть 60 таким образом, чтобы она падала вниз сравнительно вдоль инструмента Т, толкается в сторону этого инструмента струей смазочно-охлаждающей жидкости, эжектируемой через удлиненную часть 62 отверстия, что позволяет подавать эту жидкость к инструменту Т в широком диапазоне. Соответственно, можно уменьшить число эжекционных отверстий 23, что приведет к уменьшению общей площади эжекционных отверстий 23, и в результате можно препятствовать уменьшению давления смазочно-охлаждающей жидкости, эжектируемой через эти отверстия.
Кроме того, в предпочтительном случае создают поверхность 63 фаски путем выборочного скашивания области, удаленной от сквозного отверстия 21, на краю удлиненной части 62 отверстия на внутренней донной поверхности 24 крышки 20. При таком решении давление смазочно-охлаждающей жидкости, эжектируемой через удлиненную часть 62 отверстия, увеличивается при ее протекании по поверхности 63 фаски в результате возникающего уменьшения площади сечения, что позволяет увеличить кинетическую энергию смазочно-охлаждающей жидкости, эжектируемой через удлиненную часть 62 отверстия.
Кроме того, в этом варианте осуществления настоящего изобретения был описан пример, в котором ограничитель 40 выполнен таким образом, чтобы облегчить автоматическую замену держателя 1 инструмента при помощи ATC, но до тех пор, пока ограничитель 40 позволяет предотвратить одновременное вращение крышки 20, на его конструкцию не накладывается никаких особых ограничений, и этот ограничитель 40 может иметь любую желаемую конструкцию.
Более того, в этом варианте осуществления настоящего изобретения был описан пример, в котором через эжекционное отверстие 23 эжектируется смазочно-охлаждающая жидкость, но вместо смазочно-охлаждающей жидкости можно использовать и другой охладитель, такой как туман или воздух.
Далее, в этом варианте осуществления настоящего изобретения в качестве примера подшипника 30 был указан шариковый подшипник, в котором между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34 установлены шарики, но на подшипник 30 не накладывается особых ограничений, и может быть использован любой подшипник, обеспечивающий такую опору для кольца 26, препятствующего вращению, на внешней периферии части 2В крепления инструмента, чтобы кольцо 26 могло свободно вращаться относительно этой внешней периферии.
Кроме того, в этом варианте осуществления настоящего изобретения был описан пример, в котором для перемещения штифта 42, препятствующего вращению, используется пневматический цилиндр 48, но вместо пневматического цилиндра 48 можно использовать любое желаемое исполнительное устройство, например гидравлический цилиндр или двигатель.
Второй вариант
Далее будет описан держатель инструмента, соответствующий второму варианту осуществления настоящего изобретения. В приведенном далее описании элементы, идентичные используемым в держателе 1 инструмента, соответствующем первому варианту осуществления настоящего изобретения, указаны теми же ссылочными обозначениями, и их описание опущено. Держатель инструмента, соответствующий данному варианту осуществления настоящего изобретения, будет описан с сосредоточением внимания на его отличиях от держателя 1 инструмента, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.10 показана примерная конструкция держателя инструмента, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения, причем на Фиг.10А приведен вид держателя инструмента в разрезе, иллюстрирующий его конструкцию в общих чертах, а на Фиг.10В в увеличенном масштабе показана часть I, указанная на Фиг.10А. На Фиг.11 показана примерная конструкция выпрямляющего элемента, установленного в первом канале 16 держателя инструмента, причем на Фиг.11А приведен вид сверху, а на Фиг.11В приведен разрез при сечении плоскостью J-J, показанной на Фиг.11А. На Фиг.12 приведен вид в перспективе, иллюстрирующий примерную конструкцию направляющей части, предусмотренной между крышкой 20 держателя инструмента и внешней периферией части 2В крепления инструмента.
Как показано на Фиг.10А, в держателе 100 инструмента, соответствующем этому варианту осуществления настоящего изобретения, в концевой части зажимающего болта 8 ввинчен выпрямляющий элемент (средство управления давлением) 70. Как показано на Фиг.11А и 11В, в выпрямляющем элементе 70 предусмотрена пара сквозных отверстий 74А, 74В, по существу кольцевой формы, являющихся составной частью первого канала 16, таким образом, чтобы они располагались вокруг выступающей части 72, которая выступает в направлении, противоположном направлению протекания охладителя (смазочно-охлаждающей жидкости, тумана, воздуха или тому подобного) через первый канал 16. Кроме того, выпрямляющий элемент 70 в целом выполнен по существу цилиндрической формы, и на его внешней периферии предусмотрена наружная резьба 78, которую ввинчивают во внутреннюю резьбу, предусмотренную в концевой части зажимающего болта 8. Выпускные части 76 соответствующих сквозных отверстий 74А, 74В изогнуты наружу, если смотреть в радиальном направлении выпрямляющего элемента 70. Угол θ изгиба выпускной части 76 относительно аксиального центрального направления выпрямляющего элемента 70 выбирают таким образом, чтобы охладитель протекал в направлении зазора между периферийным краем задней торцевой поверхности 71 инструмента Т и поверхностью внутренней стенки части 2В крепления инструмента (если говорить более конкретно, внутренней поверхностью цанги 6 или поверхностью стенки отверстия 4 для ввода в месте, соответствующем прорезям 7 в цанге 6).
При такой конструкции в первом канале 16 выпрямляющего элемента 70 с верхней (по направлению потока) стороны задней торцевой поверхности 71 инструмента Т поток охладителя, протекающего через первый канал 16, выпрямляется и в результате направляется в упомянутый зазор между периферийным краем задней торцевой поверхности 71 инструмента Т и поверхностью внутренней стенки части 2В крепления инструмента. Соответственно, охладитель может проходить через зазор между периферийным краем задней торцевой поверхности 71 инструмента Т и поверхностью внутренней стенки части 2В крепления инструмента постепенно, без прямого столкновения с задней торцевой поверхностью 71 инструмента Т. В результате можно предотвратить потерю кинетической энергии потоком охладителя, вызванную столкновением охладителя с задней торцевой поверхностью 71 инструмента Т.
В случае если в качестве охладителя используется воздух, кинетическая энергия потока охладителя (воздуха) снижается особенно сильно, когда охладитель ударяет о заднюю торцевую поверхность 71 инструмента Т. Таким образом, установка выпрямляющего элемента 70 чрезвычайно выгодна с точки зрения сохранения кинетической энергии потока охладителя (воздуха).
Далее, площадь сечения первого канала 16 внутри выпрямляющего элемента 70 (другими словами, суммарная площадь сечения сквозных отверстий 74А, 74В) меньше площади сечения первого канала 16 с верхней стороны (по направлению потока) выпрямляющего элемента 70. Если говорить более конкретно, площадь сечения первого канала 16 постепенно уменьшается в направлении сверху вниз (по направлению потока) за счет выступающей части 72, и, в конце концов, становится равной суммарной площади сечения сквозных отверстий 74А, 74В. В результате давление охладителя, протекающего через первый канал 16, увеличивается при прохождении через выпрямляющий элемент 70. Отметим, что выступающая часть 72 выпрямляющего элемента 70 имеет по существу коническую форму и поэтому не вызывает потери давления охладителя. Таким образом, охладитель можно разделить и плавно направить в соответствующие сквозные отверстия 74А, 74В.
За счет сужения первого канала 16 с использованием выпрямляющего элемента 70 для увеличения давления охладителя, как описано выше, улучшается направленность потока охладителя, протекающего через выпускные части 76 в направлении желаемого места (упомянутого выше зазора между периферийным краем задней торцевой поверхности 71 инструмента Т и поверхностью внутренней стенки части 2В крепления инструмента). Таким образом, охладитель, протекающий через первый канал 16, можно более эффективным образом направлять в зазор между периферийным краем задней торцевой поверхности 71 инструмента Т и поверхностью внутренней стенки части 2В крепления инструмента. В результате охладитель можно подавать в эжекционное отверстие 23 с сохранением высокого давления и принудительно эжектировать через это отверстие 23.
Далее, за счет увеличения давления охладителя, протекающего через первый канал 16, с использованием выпрямляющего элемента 70 можно принудительно эжектировать охладитель, имеющий высокое давление, через эжекционное отверстие 23. В частности, если в качестве охладителя используется воздух, труднее подавать количество охладителя (воздуха), которое требуется для охлаждения инструмента Т, по сравнению с другими типами охладителя, поэтому увеличение давления охладителя с использованием выпрямляющего элемента 70 чрезвычайно выгодно с точки зрения обеспечения принудительного эжектирования охладителя, имеющего высокое давление, через эжекционное отверстие 23.
Отметим, что выпрямляющий элемент 70 может состоять из полимера и может быть изготовлен с использованием известного способа, например литья под давлением. При таком решении можно уменьшить стоимость изготовления выпрямляющего элемента 70. Таким образом, можно заранее подготовить множество выпрямляющих элементов 70, имеющих сквозные отверстия 74А, 74В различного размера и выпускные части 76, предусмотренные под разными углами θ изгиба относительно аксиального центрального направления выпрямляющего элемента 70, и использовать выборочно в качестве подходящего выпрямляющего элемента 70, соответствующего типу инструмента Т.
Более того, как показано на Фиг.10А, в держателе 100 инструмента во втором канале 18 между трубчатой стенкой 22 крышки 20 и внешней периферией части 2В крепления инструмента предусмотрена направляющая часть 80. Как показано на Фиг.10А и Фиг.12, направляющая часть 80 предусмотрена как единое целое с внутренним кольцом 32 подшипника 30. Если говорить более конкретно, внутреннее кольцо 32 подшипника 30 удлинено в сторону торцевой поверхности 5 части 2В крепления инструмента таким образом, чтобы на внутреннем кольце 32 возникала удлиненная часть 81 (см. Фиг.12), которая не закрывается внешним кольцом 34, и направляющая часть 80 предусмотрена на удлиненной части 81. Направляющая часть 80 состоит из углубленной области 82, предусмотренной путем удаления части внешней периферии удлиненной части 81, и выступающей области 84, предусмотренной на внешней периферии удлиненной части 81 вдоль границы углубленной области 82. Углубленная область 82 состоит из поверхности 82А боковой стенки, поверхности 82В верхней стенки и наклонной поверхности 82С. Наклонная поверхность 82С наклонена таким образом, чтобы она отклонялась в направлении, противоположном направлению вращения внутреннего кольца 32, в сторону торцевой поверхности 5 части 2В крепления инструмента. Угол наклона наклонной поверхности 82С относительно аксиального центрального направления внутреннего кольца 32 может быть задан, например, в диапазоне от не менее 30 градусов до не более 45 градусов. Отметим, что в окружном направлении удлиненной части 81 может быть предусмотрено множество направляющих частей 80.
При таком предусмотрении направляющей части 80 во втором канале 18, когда внутреннее кольцо 32 вращается в направлении стрелки на Фиг.12 вместе с частью 2В крепления инструмента, охладитель, поступающий в углубленную область 82, выталкивается наклонной поверхностью 82С в сторону торцевой поверхности 5 части 2В крепления инструмента. В результате охладитель, имеющий высокое давление, можно принудительно эжектировать через эжекционное отверстие 23, предусмотренное в донной поверхности 24 крышки 20. В частности, если в качестве охладителя используется воздух, труднее подавать количество охладителя (воздуха), которое требуется для охлаждения инструмента Т, по сравнению с другими типами охладителя, поэтому предусмотрение направляющей части 80 чрезвычайно выгодно с точки зрения обеспечения принудительного эжектирования охладителя, имеющего высокое давление, через эжекционное отверстие 23.
Кроме того, во время механической обработки с использованием инструмента Т направляющая часть 80 вращается вместе с частью 2В крепления инструмента, поэтому нет необходимости в установке отдельного источника энергии для приведения в действие направляющей части 80. Более того, направляющая часть 80 предусмотрена в удлиненной части 81 внутреннего кольца 32, поэтому можно избежать увеличения числа компонентов, которое сопровождает использование направляющей части 80.
Отметим, что во втором канале 18 существует и другой поток охладителя, отличающийся от того потока охладителя, который выталкивается направляющей частью 80 в направлении торцевой поверхности 5 части 2В крепления инструмента. Если говорить более конкретно, охладитель, который протекает между торцевой поверхностью 5 части 2В крепления инструмента и донной поверхностью 24 крышки из первого канала 16, но не эжектируется через эжекционное отверстие 23, меняет направление на обратное под влиянием противодействующей силы со стороны донной поверхности 24 крышки 20, что приводит к его протеканию к подшипнику 30. Кроме того, охладитель, выталкиваемый направляющей частью в сторону торцевой поверхности 5 части 2В крепления инструмента, меняет направление на обратное под влиянием противодействующей силы со стороны донной поверхности 24 крышки 20, что приводит к его протеканию к подшипнику 30. Как следствие, поток охладителя во втором канале 18 является составным и включает закрученный поток, но, вне зависимости от структуры потока охладителя, протекающего через второй канал 18, давление охладителя в этом канале, несомненно, увеличивается из-за предусмотрения направляющей части 80. Поэтому в подшипник 30 через второй канал 18 можно подавать достаточное количество охладителя, что позволяет смазывать и охлаждать этот подшипник 30 эффективным образом. В частности, если в качестве охладителя используется воздух, труднее подавать количество охладителя (воздуха), которое требуется для охлаждения подшипника 30, по сравнению с другими типами охладителя, поэтому увеличение давления во втором канале 18 за счет предусмотрения направляющей части 80 чрезвычайно выгодно с точки зрения обеспечения гарантированной подачи охладителя в подшипник 30.
Кроме того, как показано на Фиг.10А, в держателе 100 инструмента предусмотрена блокирующая часть 90, которая препятствует вытеканию охладителя из пространства 91 между крышкой 20 и внешней периферией части 2В крепления инструмента. Пространство 91 представляет собой зону, которая включает второй канал 18 между трубчатой стенкой 22 крышки 20 и внешней периферией части 2В крепления инструмента, а также пространство между кольцом 26, препятствующим вращению, в крышке 20 и упомянутой внешней периферией части 2В крепления инструмента.
Как показано на Фиг.10А и 10В, блокирующая часть 90 состоит из внутреннего фланца 92, предусмотренного в области верхнего края кольца 26, препятствующего вращению, и кольцевого элемента 94, прикрепленного к внешней периферии части 2В крепления инструмента таким образом, чтобы он закрывал внутренний фланец 92.
Кроме того, между торцевой поверхностью внутреннего фланца 92 и внешней периферией части 2В крепления инструмента предусмотрен небольшой зазор 96, а между нижней поверхностью кольцевого элемента 94 и верхней поверхностью внутреннего фланца 92 предусмотрен небольшой зазор 98. Небольшие зазоры 96, 98 предусмотрены, чтобы гарантировать, что часть 2В крепления инструмента и прикрепленный к ней кольцевой элемент 94 не контактируют с кольцом 26, препятствующим вращению, что делает возможным относительное вращение части 2В крепления инструмента и кольца 26, препятствующего вращению.
Хотя на Фиг.10А это четко не показано, канал для охладителя внутри подшипника 30 конструктивно состоит из зазора 36 (36А, 36В, 36С) и третьего канала 50 (если говорить более конкретно, соединяющего отверстия 52, канавки 53 на верхней поверхности и сквозного отверстия 54), аналогично первому варианту осуществления настоящего изобретения, описанному с использованием Фиг.4.
Небольшие зазоры 96, 98 в блокирующей части 90 задают таким образом, чтобы они были меньше зазора 36 (36А, 36В, 36С). Например, если ширина зазора 36В задана равной приблизительно 0,5 мм, ширина зазора 36А задана равной приблизительно 0,2 мм, и ширина зазора 36С задана равной приблизительно 0,05 мм, то небольшие зазоры 96, 98 в блокирующей части 90 могут быть заданы равными не более 0,01 мм. При таком решении можно эффективным образом предотвратить вытекание охладителя из пространства 91 при помощи блокирующей части 90 при одновременном сохранении количества охладителя, проходящего через подшипник 30 в зазоре 36 (36А, 36В, 36С).
Кроме того, канал, образованный небольшим зазором 96 между торцевой поверхностью внутреннего фланца 92 и внешней периферией части 2В крепления инструмента и небольшим зазором 98 между нижней поверхностью кольцевого элемента 94 и верхней поверхностью внутреннего фланца 92, является изогнутым, что еще более эффективным образом предотвращает вытекание охладителя из пространства 91.
При таком предотвращении вытекания охладителя из пространства 91 между крышкой 20 и внешней периферией части 2В крепления инструмента с использованием блокирующей части 90 можно сохранить высокое давление охладителя, заполняющего это пространство 91. В результате находящийся под давлением охладитель в пространстве 91 может работать как демпфер (подушка), чтобы демпфировать вибрацию и дрожание, создаваемые частью 2В крепления инструмента, и в результате можно предотвратить уменьшение точности механической обработки и износ инструмента Т. Отметим, что причина, по которой охладитель, заполняющий пространство 91 между крышкой 20 и внешней периферией части 2В крепления инструмента, работает как демпфер, заключается в том, что ограничителем 40 предотвращается вращение крышки 20 вместе с частью 2В крепления инструмента, поэтому крышка 20 остается неподвижной, независимо от части 2В крепления инструмента.
Согласно эксперименту, проведенному автором настоящего изобретения, когда резание выполнялось с использованием концевой фрезы, при предусмотрении блокирующей части 90 можно было в значительной степени уменьшить нагрузку на основной вал (%) по сравнению со случаем, когда резание выполнялось с использованием той же самой концевой фрезы, но без предусмотрения блокирующей части 90. Например, после изучения влияния наличия блокирующей части 90 на нагрузку на основной вал (%) для чистовой концевой фрезы (power mill), имеющей диаметр 5 мм, было обнаружено, что нагрузка на основной вал составляла приблизительно 5%, когда блокирующая часть 90 не была предусмотрена, и приблизительно 3%, когда блокирующая часть 90 была предусмотрена. Из результата этого эксперимента ясно видно, что при использовании блокирующей части 90 можно демпфировать вибрацию и дрожание, создаваемые частью 2В крепления инструмента.
Кроме того, при предусмотрении блокирующей части 90 можно предотвратить проникновение инородного материала в пространство 91. В результате можно избежать ситуации, при которой инородным материалом ухудшаются характеристики подшипника 30.
Как будет описано ниже, держатель 100 инструмента также отличается от держателя 1 инструмента, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения, способом установки шариков подшипника 30. Если говорить более конкретно, держатель 100 инструмента отличается от первого варианта осуществления настоящего изобретения тем, что вместо закрывающего винта 37 используется закрывающая деталь 37′, не имеющая резьбы.
В держателе 100 инструмента шарики подшипника 30 устанавливают при помощи следующей процедуры. Сначала на внутренней периферией внешнего кольца 34, включающего закрывающую деталь 37′, создают радиусную канавку 35 в состоянии, когда в установочное отверстие 33 для шарика, предусмотренное во внешнем кольце 34, вставлена эта закрывающая деталь 37′. Затем закрывающую деталь 37′ удаляют, после чего внешнее кольцо 34 прикрепляют к внутреннему кольцу 32 и шарик подшипника 30 устанавливают в радиусную канавку 35 между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34 через установочное отверстие 33. Затем установочное отверстие 33 закрывают закрывающей деталью 37′, в которой предусмотрена радиусная канавка 35. И, наконец, закрывающую деталь 37′ прикрепляют к внешнему кольцу 34 при помощи фиксирующего винта 102. В результате шарик подшипника 30 расположен в радиусной канавке 35 между внутренним кольцом 32 и внешним кольцом 34.
Отметим, что на Фиг.10А показаны только закрывающая деталь 37′ и фиксирующий винт 102, предусмотренные для шариков подшипника 30 верхнего ряда, из двух имеющихся в подшипнике 30 рядов - верхнего и нижнего, при этом закрывающая деталь 37′ и фиксирующий винт 102 аналогично предусмотрены для шариков подшипника 30 в нижнем ряду.
Закрывающую деталь 37′ закрепляют при помощи фиксирующего винта 102, чтобы расположить ее таким образом, что поверхность качения в закрывающей детали 37′, на которой предусмотрена радиусная канавка 35, совмещается с поверхностью качения той части внешнего кольца 34, которая отличается от закрывающей детали 37′ и в которой также предусмотрена радиусная канавка.
Когда шарик подшипника 30 установлен с использованием закрывающего винта 37, как в первом варианте осуществления настоящего изобретения, трудно совместить поверхность качения в закрывающем винте 37, в которой предусмотрена радиусная канавка 35, с поверхностью качения на внешнем кольце 34, в которой также предусмотрена радиусная канавка 35. Таким образом, при закрывании установочного отверстия 33 для шарика с использованием закрывающей детали 37′, не имеющей наружной резьбы, вместо закрывающего винта 37 и позиционировании закрывающей детали 37′ с использованием фиксирующего винта 102, можно легко совместить поверхность качения закрывающей детали 37′, на которой предусмотрена радиусная канавка 35, с поверхностью качения на внешнем кольце 34, на которой также предусмотрена радиусная канавка 35.
Выше подробно были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, но данное изобретение этими вариантами не ограничивается и могут быть внесены различные дополнения и модификации в том объеме, который не выходит за пределы сущности этого изобретения.
Например, элементы, описанные для первого варианта осуществления настоящего изобретения, могут быть подходящим образом объединены с элементами, описанными для второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Ссылочные позиции
1 Держатель инструмента
2 Основное тело фрезерного патрона
2А Хвостовая часть
2В Часть крепления инструмента
3 Оправка
4 Отверстие для ввода
5 Торцевая поверхность
6 Цанга
7 Прорезь
8 Зажимающий винт
10 Зажимающая гайка
11 Закрепляющий болт, зажимающий гайки
12 Резьбовая область
14 Шестиугольная область зажимающего болта
16 Первый канал
18 Второй канал
20 Крышка
21 Сквозное отверстие
22 Трубчатая стенка
23 Эжекционное отверстие
24 Донная поверхность
26 Кольцо, препятствующее вращению
27 Углубленная область
28 Поверхность стенки
29 Фиксирующий винт
30 Подшипник
32 Внутреннее кольцо
33 Установочное отверстие для шарика
34 Внешнее кольцо
35 Радиусная канавка
36 Зазор
37 Закрывающий винт
37′ Закрывающая деталь
38 Резьбовая область
40 Ограничитель
42 Штифт, препятствующий вращению
44 Пружина
46 Плунжерный шток
48 Пневматический цилиндр
50 Третий канал
52 Соединяющее отверстие
53 Канавка на верхней поверхности
54 Сквозное отверстие
60 Круглая часть
62 Удлиненная часть отверстия
63 Поверхность фаски
70 Выпрямляющий элемент (средство управления давлением)
71 Задняя торцевая поверхность
72 Выступающая часть
74А Сквозное отверстие
74В Сквозное отверстие
76 Выпускная часть
78 Резьбовая область
80 Направляющая часть
81 Удлиненная часть
82 Углубленная область
82А Поверхность боковой стенки
82В Поверхность верхней стенки
82С Наклонная поверхность
84 Выступающая часть
90 Блокирующая часть
91 Пространство
92 Внутренний фланец
94 Кольцевой элемент
96 Небольшой зазор
98 Небольшой зазор
100 Держатель инструмента
102 Фиксирующий винт
S Основной вал
Т Инструмент