СБОРНЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ДЕРЖАВКА ДЛЯ НЕГО
COMPOSITE CUTTING TOOL AND IT HOLDER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к сборному режущему инструменту, содержащему державку и головку для использования в основном в процессах обработки металлов резанием и, в частности, для операций растачивания и обработки внутренних канавок.
Уровень техники
В области обработки внутренних канавок и растачивания вращающихся металлических заготовок, режущие пластины, выполненные из твердого материала, а именно из твердого сплава, могут быть закреплены на державке различными путями.
В патенте США 3,289,273 раскрыт сборный режущий инструмент, содержащий державку с продольной осью и сменную головку с припаянной к ней твердосплавной пластиной. Державка включает гнездо с канавкой в виде ласточкина хвоста, имеющей две боковые поверхности, наклоненные под острым углом к поверхности гнезда, при этом головка имеет посадочную поверхность с вдвижным элементом в виде ласточкина хвоста, имеющим две ответные боковые поверхности, причем каждая из этих поверхностей точно обработана так, что головка будет автоматически ориентирована в направлении вдоль продольной оси при установке ее на державке. Вдвижной элемент перемещается по канавке до положения, в котором резьбовое отверстие державки располагается приблизительно соосно с конической выемкой в головке перед тем, как установочный винт, размещенный в резьбовом отверстии, затягивается относительно конической выемки для окончательной ориентации головки в направлении, перпендикулярном продольной оси.
В этом режущем инструменте сделаны попытки обеспечить средства быстрого и точного повторного ориентирования головки после ее удаления с державки, хотя это предполагает, что могут быть трудности вначале размещения вдвижного элемента в гнезде в виде ласточкина хвоста. Недостаток первого варианта этого сборного инструмента состоит в том, что составляющая главной силы резания, тангенциальная к вращающейся заготовке, направлена по существу перпендикулярно и от поверхности гнезда державки.
В патенте США 4,102,591 раскрыт режущий инструмент, содержащий державку с продольной осью и твердосплавную режущую пластину с выступающей режущей частью, съемно закрепленную в державке. Наружный конец державки включает выемку с плоской поверхностью дна, наклоненную приблизительно под углом 45° к продольной оси, и боковую поверхность, перпендикулярную поверхности дна. Режущая пластина также имеет перпендикулярные поверхность дна и боковую поверхность, расположенные напротив поверхности дна и боковой поверхности выемки соответственно, и наклонную боковую поверхность, расположенную противоположно и под острым углом к поверхности дна и боковой поверхности выемки. Крепежный винт, установленный в резьбовом отверстии, перпендикулярном поверхности дна выемки, имеет головку, которая при затягивании воздействует на наклонную боковую поверхность режущей пластины для направления составляющей зажимного усилия к поверхности дна и боковой поверхности выемки. При этом также в процессе операции резания силы резания, действующие на режущую часть режущей пластины, направлены к поверхности дна и боковой поверхности выемки.
Этот режущий инструмент использует относительно большую твердосплавную режущую пластину, имеющую средства присоединения к державке и единственную режущую часть, что является недостатком с учетом относительно высокой стоимости твердосплавного режущего инструмента.
В патенте США 7,240,593 раскрыто режущее устройство, содержащее установочное устройство в виде прутка по существу цилиндрической формы с продольной осью и съемно закрепляемой головкой с гнездом для установки режущей пластины. Установочное устройство в виде прутка имеет передний сопрягаемый конец, перпендикулярный продольной оси с выступом, имеющим две длинные вертикальные поверхности и наклоненные под углом 45° верхнюю и нижнюю поверхности, каждая из которых параллельна продольной оси. Головка имеет задний сопрягаемый конец с выемкой, которая расположена на выступе путем сопряжения их поверхностей и закреплена винтом, проходящим через головку и взаимодействующим с резьбовым отверстием установочного устройства и наклоненным под острым углом к продольной оси.
Это изобретение имеет недостаток, состоящий в том, что режущее устройство обеспечивает только умеренно точное положение головки по отношению к установочному устройству в вертикальном направлении. Другим недостатком является возможность того, что головка может легко отделиться и отпасть от установочного устройства при удалении винта.
Задачей настоящего изобретения является создание державки для закрепления головки, в которой бы значительно уменьшались или преодолевались вышеотмеченные недостатки. Задачей изобретения является также создание сборного режущего инструмента модульного типа, позволяющего использовать взаимозаменяемые головки.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы направить и распределить силы резания более эффективно между головкой и державкой.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы повысить технологичность державки и головки с обеспечением быстродействующих средств для повторяемого и точного позиционирования головки по отношению к державке.
Раскрытие изобретения
В соответствии с предпочтительными вариантами настоящего изобретения предложен сборный режущий инструмент для механической обработки на металлорежущем станке заготовки, содержащий:
державку, имеющую продольную ось, проходящую в направлении спереди назад, периферийную наружную поверхность и передний сопрягаемый конец, и
головку, имеющую задний сопрягаемый конец и передний конец для размещения пластины, на котором съемно закреплена режущая пластина,
передний сопрягаемый конец державки содержит:
охватываемый или охватывающий элемент для присоединения головки, имеющий резьбовое отверстие с центральной осью и множество опорных поверхностей стенки, смежных плоской опирающейся поверхностью,
задний сопрягаемый конец головки содержит:
охватываемый или охватывающий элемент для присоединения державки, имеющий резьбовое отверстие и множество смежных опирающихся поверхностей стенки, смежных плоской опорной поверхности,
причем опорная поверхность находится в контакте с опирающейся поверхностью, по меньшей мере три из множества опирающихся поверхностей стенки находятся в контакте с по меньшей мере тремя из множества опорных поверхностей стенки, а крепежный винт проходит через сквозное отверстие и взаимодействует с резьбовым отверстием,
при этом по меньшей мере три из множества опорных поверхностей стенки не расположены в одной плоскости и наклонены под острым третьим углом к главной плоскости, содержащей продольную ось, если смотреть в направлении опирающейся поверхности.
Также в соответствии с предпочтительными вариантами настоящего изобретения предложена державка, имеющая продольную ось, проходящую в направлении спереди назад, периферийную наружную поверхность и передний сопрягаемый конец, содержащий:
охватываемый или охватывающий элемент для соединения с головкой, имеющий резьбовое отверстие под винт, и множество опорных поверхностей стенок, примыкающих к плоской опирающейся поверхности,
причем по меньшей мере три из множества опорных поверхностей стенок не расположены в одной плоскости и наклонены под острым третьим углом к главной плоскости, содержащей продольную ось, если смотреть в направлении опирающейся поверхности.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых штрихпунктирные линии представляют границы вырывов на проекциях и на которых:
на фиг.1 представлен вид в перспективе на сборный режущий инструмент в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
на фиг.2 представлен вид сбоку в разобранном состоянии на сборный режущий инструмент, показанный на фиг.1;
на фиг.3 представлен вид сверху на державку в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
на фиг.4 представлено поперечное сечение державки, показанной на фиг.3, взятое вдоль линии IV-IV;
на фиг.5 представлен вид в направлении к плоской опирающейся поверхности державки, показанной на фиг.3;
на фиг.6 представлено поперечное сечение державки, показанной на фиг.5, взятое вдоль линии VI-VI;
на фиг.7 представлен вид сверху на головку в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
на фиг.8 представлен вид в направлении плоской опорной поверхности головки, показанной на фиг.7;
на фиг.9 представлено поперечное сечение державки, показанной на фиг.8, взятое вдоль линии IX-IX;
на фиг.10 представлен вид сбоку с частичным вырывом на сборный режущий инструмент (без крепежного винта) в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
на фиг.11 представлен вид слева на сборный режущий инструмент (без крепежного винта), показанный на фиг.10;
на фиг.12 представлен вид в перспективе в разобранном состоянии на сборный режущий инструмент в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения;
на фиг.13 представлен вид сбоку в разобранном состоянии на сборный режущий инструмент, показанный на фиг.12;
на фиг.14 представлен вид в направлении плоской опирающейся поверхности державки в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения; и
на фиг.15 представлен вид в направлении плоской опорной поверхности головки в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Вначале обратим внимание на фиг.1 и 2, показывающие сборный режущий инструмент 10, содержащий державку 12 и правую головку 14 с режущей пластиной 16, съемно закрепленной на ней. Державка 12 и головка 14 могут быть выполнены из закаленной стали, режущая пластина 16 может быть выполнена путем прессования в форме и спекания из твердого сплава, например на основе карбида вольфрама, и может быть с покрытием или без покрытия.
В соответствии с первым вариантом настоящего изобретения державка 12, как показано на фиг.3-6, включает по существу цилиндрическую хвостовую часть 18, проходящую в направлении F, R спереди назад с периферийной поверхностью 20 и продольной осью А, и передним сопрягаемым концом 22. Хотя передний сопрягаемый конец 22 может быть охватываемым или охватывающим, в первом варианте настоящего изобретения он включает охватывающий элемент 23 для соединения с головкой в форме гнезда 24 для размещения головки, частично ограниченного выступающей плоской опирающейся поверхностью 26. Опирающаяся поверхность 26 пересекает периферийную наружную поверхность 20 хвостовой части 18 и может иметь четыре опорных участка 28, 30, 32, 34, расположенных в одной плоскости и разделенные участками 36, 38, 40 выборок. Гнездо 24 для размещения головки включает нижнюю поверхность 42, имеющую резьбовое отверстие 44 с центральной осью В, и периферийную поверхность 46, смежную опирающейся поверхности 26 и имеющую четыре опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки, каждая из которых наклонена под внутренним острым первым углом β к опирающейся поверхности 26, при этом первая, вторая, третья и четвертая опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки расположены смежно с первым, вторым, третьим и четвертым опорными участками 28, 30, 32, 34 соответственно. Каждая из опорных поверхностей 48, 50, 52, 54 стенки может быть выполнена с поднутрением в направлении F вперед, а гнездо 24 для размещения головки может быть открыто на периферийную поверхность 20 хвостовой части 18, где нижняя поверхность 42 гнезда и его периферийная поверхность 46 пересекаются с периферийной наружной поверхностью 20. Периферийная поверхность 46 гнезда пересекается с периферийной наружной поверхностью 20 и включает опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки, каждая из которых расположена под одним и тем же первым углом β к опирающейся поверхности 26, что дает возможность быстрого и эффективного производства с менее жесткими техническими требованиями к инструменту.
Следует отметить, что в подробном описании изобретения и формуле изобретения «внутренний угол» относится к углу между двумя конструктивными элементами, измеренному внутри державки 12 или головки 14, а «наружный угол» относится к углу между двумя конструктивными элементами, измеренному снаружи державки 12 или головки 14.
В соответствии с первым вариантом настоящего изобретения головка 14, как показано на фиг.7-9, имеет гнездо 56 для размещения режущей пластины на ее переднем конце 57, по существу цилиндрическую переходную часть 58 с периферийной наружной поверхностью 60, имеющей тот же диаметр, что и хвостовая часть 18 державки 12, и задний сопрягаемый конец 62. Хотя задний сопрягаемый конец 62 может быть выполнен охватываемым или охватывающим в первом варианте настоящего изобретения он включает охватываемый элемент 63 для присоединения державки в форме зацепляющего выступа 64, частично ограниченного нижней плоской опорной поверхностью 66, пересекающей периферийную наружную поверхность 60 переходной части 58. Зацепляющий выступ 64 включает верхнюю поверхность 68, имеющую сквозное отверстие 70, и периферийную поверхность 72, смежную опорной поверхности 66, имеющей четыре опирающихся поверхности 74, 76, 78, 80 стенки, каждая из которых наклонена под наружным острым вторым углом φ к опорной поверхности 66. Верхняя поверхность 68 выступа и его периферийная поверхность 72 могут пересекаться с наружной поверхностью 60 переходной части 58.
Как показано на фиг.1 и 2, режущая пластина 16, которая может быть индексируемой, имеет более одной главной режущей кромки 82, 84, и съемно закреплена на плоской нижней опорной поверхности 86 гнезда 56 посредством крепежного элемента 88.
Как видно на фиг.3-6, державка 12 имеет главную плоскость Р1, содержащую продольную ось А и также центральную ось В резьбового отверстия 44 под винт, при этом державка 12 имеет зеркальную симметрию относительно главной плоскости Р1.
Все четыре опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки не расположены в одной плоскости и если смотреть в направлении опирающейся поверхности 26 образуют наружный острый третий угол α с главной плоскостью Р1, при этом первая и третья опорные поверхности стенок 48, 52 образуют наружный острый четвертый угол σ со второй и четвертой опорными поверхностями 50, 54 стенки, соответственно, при этом четвертый угол σ равен удвоенному третьему углу α, а первая и третья опорные поверхности 48, 52 стенки и вторая и четвертая опорные поверхности 50, 54 стенки расположены соответственно параллельно.
Теперь обратим внимание на фиг.10 и 11, показывающие сборный режущий инструмент 10. Зацепляющий выступ 64 заднего сопрягаемого конца 62 вначале размещается в гнезде 24 переднего сопрягаемого конца 22 с единственно возможной ориентацией до контакта между опорной поверхностью 66 и опирающейся поверхностью 26. Затем головка 14 сдвигается в окончательно собранное положение по отношению к державке 12, в котором по существу цилиндрическая переходная часть 58 головки 14 расположена соосно с по существу цилиндрической хвостовой частью 18 державки 12, а сквозное отверстие 70 зацепляющего выступа 64 расположено соосно с центральной осью В гнезда 24 для размещения головки.
Как показано на фиг.1 и 2, крепежный винт 90 затем вставляется в сквозное отверстие 70 и затягивается в резьбовом отверстии 44, чтобы жестко закрепить головку 14 на державке 12.
В окончательно собранном положении контакт установлен между опорной поверхностью 66 и четырьмя лежащими в одной плоскости опорными участками 28, 30, 32, 34 опирающейся поверхности 26, при этом четыре опирающиеся поверхности 74, 76, 78, 80 стенки зацепляющего выступа 64 одновременно находятся в контакте с четырьмя опорными поверхностями 48, 50, 52, 54 стенки гнезда 24 для размещения головки соответственно, причем второй угол φ, образованный между каждой из первой, второй, третьей и четвертой опирающихся поверхностей 74, 76, 78, 80 стенки и опорной поверхностью 66 по существу равен первому углу β, образованному между каждой из первой, второй, третьей и четвертой опорными поверхностями 48, 50, 52, 54 стенки и опирающейся поверхностью 26.
Технологические допуски, связанные с производством державки 12 и головки 14 и силы резания, действующие при обработке на режущую пластину 16 и передающиеся через сборный режущий инструмент 10, могут содействовать приемлемому уменьшению количества опирающихся поверхностей в контакте с опорными поверхностями до минимум трех.
В окончательно собранном положении вспомогательная плоскость Р2, содержащая продольную ось А и пересекающая рабочую главную режущую кромку 82, расположена перпендикулярно главной плоскости Р1, при этом в процессе обработки сборным режущим инструментом 10 составляющая Ft главной силы резания, тангенциальная к вращающейся заготовке 92, направлена параллельно главной плоскости Р1 и перпендикулярно вспомогательной плоскости Р2. При этом плоская опирающаяся поверхность 26 расположена перпендикулярно главной плоскости Р1 и наклонена под острым пятым углом γ к продольной оси А, составляющая Ft главной силы резания передается через как опорные участки 28, 30, 32, 34 опирающейся поверхности 26, так и опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки гнезда 24 для размещения головки на переднем сопрягаемом конце 22 державки 12.
Наклон плоской опирающейся поверхности 26 под острым пятым углом γ к продольной оси А также увеличивает поднутрение, образованное опорными поверхностями 48, 50, 52, 54 стенки гнезда 24 для размещения головки в направлении вперед F так, что силы, направленные в направлении F вперед и стремящиеся отделить головку 14 от державки 12, передаются через как крепежный винт 90, так и опорные поверхности 48, 50, 52, 54 стенки гнезда 24 для размещения головки на передний сопрягаемый конец 22 державки 12.
Наклон плоской опирающейся поверхности 26 под острым пятым углом γ к продольной оси А также обеспечивает большую площадь опирающейся поверхности по сравнению с опирающейся поверхностью, перпендикулярной продольной оси А, при том же диаметре хвостовой части 18.
Выполнение державки 12 с зеркальной симметрией относительно главной плоскости Р1 обеспечивает то, что при замене правой головки 14 на эквивалентную левую головку (не показана), составляющая Ft главной силы резания также передается через как опорные участки 28, 30, 32, 34 опирающейся поверхности 26, так и опорной поверхности 48, 50, 52, 54 стенки гнезда 24 для размещения головки зеркально симметричным образом относительно главной плоскости Р1.
Центральная ось В резьбового отверстия 44 под винт проходит от нижней поверхности 42 гнезда в направлении поперечном продольной оси А и наклонена под острым шестым углом δ к плоской опирающейся поверхности 26, чем гарантируется то, что боковые составляющие усилия затягивания от крепежного винта 90 направлены между четырьмя опирающимися поверхностями 74, 76, 78, 80 стенки заднего сопрягаемого конца 62 головки 14 и четырьмя опорными поверхностями стенок 48, 50, 52, 54 переднего сопрягаемого конца 22 державки 12. Центральная ось В резьбового отверстия 44 под винт пересекает также вспомогательную плоскость Р2, чем гарантируется то, что составляющая силы затягивания от крепежного винта 90 направлена в том же направлении, как составляющая Ft главной силы резания.
Далее будет описан второй вариант настоящего изобретения со ссылкой на фиг.12-15, показывающие сборный режущий инструмент 110, содержащий державку 112, имеющую передний сопрягаемый конец 122, и головку 114, имеющую задний сопрягаемый конец 162.
Некоторые элементы сборного режущего инструмента 110 являются общими с элементами первого варианта и показаны на фиг.1-11, и поэтому описание этих элементов будет опущено для упрощения.
Следует также понимать, что некоторые элементы заднего сопрягаемого конца 62 головки 14 по первому варианту будут теперь соответствовать переднему сопрягаемому концу 122 державки 112 по второму варианту, а некоторые элементы переднего сопрягаемого конца 22 державки 12 по первому варианту будут теперь соответствовать заднему сопрягаемому концу 162 головки 114 по второму варианту.
Передний сопрягаемый конец 122 державки 112 включает охватываемый элемент 123 для присоединения головки в форме зацепляющего выступа 124, частично ограниченного нижней плоской опирающейся поверхностью 126, при этом задний сопрягаемый конец 162 головки 114 включает охватывающий элемент 163 для соединения с державкой в форме гнезда 164 для размещения державки, частично ограниченного выступающей плоской опорной поверхностью 166.
Зацепляющий выступ 124 может иметь периферийную поверхность 146, включающую две отдельные периферийные части 193, 194, каждая из которых ограничена периферийной наружной поверхностью 20 хвостовой части 18 державки 112 и имеет две опорные поверхности 148, 152 и 150, 154 стенки, соответственно.
Гнездо 164 для размещения державки может иметь периферийную поверхность 172, включающую две отдельные части 195, 196, каждая из которых ограничена периферийной наружной поверхностью 60 переходной части 58 головки 114 и имеет две опирающиеся поверхности 174, 178 и 176, 180 стенки, соответственно.
Зацепляющий выступ 124 переднего сопрягаемого конца 122 вначале размещается в гнезде 164 для размещения державки заднего сопрягаемого конца 162 в единственно возможной ориентации до контакта между опирающейся поверхностью 126 и опорной поверхностью 166. Затем головка 114 сдвигается в окончательно собранное положение относительно державки 112.
Хотя настоящее изобретение было описано с некоторой степенью конкретности, следует понимать, что в него могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за рамки объема, определенного приложенной формулой изобретения.