ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ
TOOL FOR BILLET MACHINING

[0001] Настоящее изобретение относится к инструменту для механической обработки заготовки. Инструмент содержит режущую головку, содержащую втулку и режущий элемент, который прикреплен к втулке и на котором расположена по меньшей мере одна режущая кромка. Режущая головка проходит вдоль первой продольной оси. Кроме того, инструмент содержит держатель, выполненный с возможностью крепления режущей головки с возможностью отсоединения. Держатель проходит вдоль второй продольной оси.
[0002] Хотя инструмент в соответствии с изобретением в целом относится ко всем типам инструментов для механической обработки заготовки, настоящее изобретение относится, в частности, к фрезерному инструменту, особенно предпочтительно к устройству для фрезерования дорожек качения.
[0003] Типичный инструмент раскрыт в WO 2010/012367 A1.
[0004] При фрезеровании пальцев и втулок шарнирных соединений обычно используют специальные инструменты, так называемые устройства для фрезерования дорожек качения. Эти устройства для фрезерования дорожек качения осуществляют резание на переднем торце с различной шириной взаимодействия и глубиной обработки, причем, в этой связи, устройство для фрезерования дорожек качения обычно устанавливают под углом, например, 20°. В некоторых случаях дорожки качения соответствуют цилиндрическим вырезам, а в некоторых случаях дорожки качения являются криволинейными, что требует применения инструментов очень жестких на изгиб. Фрезерование выполняют как в мягких, так и в твердых материалах. В зависимости от применения в настоящее время используют различные типы инструментов.
[0005] Примерные устройства для фрезерования дорожек качения раскрыты в DE 199 56 592 А1 и DE 199 45 360 А1.
[0006] Особое требование к конструкции устройств для фрезерования дорожек качения заключается в обеспечении области сопряжения между держателем и режущей головкой, которая имеет соответствующую жесткость для поглощения сил, возникающих во время механической обработки. Вследствие угловой установки устройства для фрезерования дорожек качения область сопряжения между держателем и режущей головкой в таких инструментах подвергается воздействию высокого изгибающего напряжения. Таким образом, область сопряжения должна быть выполнена с возможностью поглощения этого изгибающего напряжения без снижения точности инструмента.
[0007] Международная патентная заявка WO 2010/012367 А1, уже приводимая во введении, раскрывает множество подходящих решений для областей сопряжения, которые удовлетворяют вышеупомянутым требованиям к устройствам для фрезерования дорожек качения. Тем не менее, еще есть возможности для усовершенствования этой области сопряжения.
[0008] Задачей настоящего изобретения является усовершенствование описанного во введении инструмента для механической обработки заготовки таким образом, чтобы область сопряжения между держателем и режущей головкой была еще более устойчивой, и чтобы было возможно более точное позиционирование режущей головки.
[0009] На основании инструмента, упомянутого во введении, эта задача решена в том смысле, что втулка содержит первую осевую несущую поверхность, которая по меньшей мере частично окружает первую продольную ось и проходит перпендикулярно первой продольной оси, причем втулка содержит первую коническую несущую поверхность, которая по меньшей мере частично окружает первую продольную ось и проходит симметрично относительно первой продольной оси, при этом втулка также содержит внутреннюю резьбу, которая расположена внутри втулки в области, расположенной между первой осевой несущей поверхностью и первой конической несущей поверхностью, причем держатель содержит вторую несущую поверхность, которая по меньшей мере частично окружает вторую продольную ось и проходит перпендикулярно второй продольной оси, и при этом держатель содержит вторую коническую несущую поверхность, которая по меньшей мере частично окружает вторую продольную ось и проходит симметрично относительно второй продольной оси, причем держатель также содержит наружную резьбу, которая расположена на держателе в области, расположенной между второй осевой несущей поверхностью и второй конической несущей поверхностью, причем в собранном состоянии инструмента внутренняя резьба свинчена с наружной резьбой, первая продольная ось совпадает со второй продольной осью, первая осевая несущая поверхность прилегает ко второй осевой несущей поверхности, и первая коническая несущая поверхность прилегает ко второй конической несущей поверхности.
[0010] Аналогично решению, раскрытому в WO 2010/012367 A1, режущая головка в соответствии с настоящим изобретением навинчивается на держатель. Однако тип позиционирования режущей головки относительно держателя является новаторским по сравнению с решением, раскрытым в WO 2010/012367 A1. Позиционирование режущей головки и/или втулки режущей головки осуществляют в соответствии с изобретением посредством двух соответствующих конических поверхностей и двух соответствующих плоских поверхностей.
[0011] Конические поверхности в настоящем случае обозначены как первая и вторая конические несущие поверхности, причем первая коническая несущая поверхность расположена на режущей головке, а вторая коническая несущая поверхность расположена на держателе.
[0012] Плоские поверхности в настоящем случае обозначены как первая и вторая осевые несущие поверхности, причем первая осевая несущая поверхность расположена на режущей головке, а вторая осевая несущая поверхность расположена на держателе.
[0013] Опорные несущие поверхности, т.е. конические и осевые несущие поверхности, в каждом случае расположены по разные стороны внутренней и наружной резьбы, так что режущая головка и держатель прилегают друг к другу с одной стороны резьбы вдоль осевых несущих поверхностей и прилегают друг к другу с другой стороны резьбы вдоль конических несущих поверхностей.
[0014] Область сопряжения этого типа обеспечивает чрезвычайно устойчивую опору и в то же время очень точное позиционирование. Осевые несущие поверхности поглощают силы только в осевом направлении. Однако конические несущие поверхности одновременно служат для улучшения центрирования режущей головки и поглощают силы как в осевом, так и в радиальном направлении.
[0015] Использование конических несущих поверхностей в дополнение к осевым несущим поверхностям обеспечивает явные преимущества. Конические несущие поверхности имеют преимущество, в частности, по сравнению с цилиндрическими несущими поверхностями, заключающееся в улучшенном центрировании режущей головки, поскольку производственные допуски уменьшаются в направлении, перпендикулярном продольной оси, в процессе непрерывного завинчивания.  Кроме того, может быть улучшено сближение конических поверхностей друг с другом в направлении продольной оси, поскольку контакт между коническими наружными поверхностями образуется только во время конечного позиционирования. Таким образом, здесь конические наружные поверхности изнашиваются в гораздо меньшей степени, чем в случае цилиндрических наружных поверхностей. Еще одним преимуществом является большая площадь поверхности конусной огибающей конических несущих поверхностей по сравнению с цилиндрической огибающей цилиндрических несущих поверхностей, в результате чего увеличивается процент площади опоры конических несущих поверхностей.
[0016] В предпочтительном варианте осуществления изобретения в собранном состоянии инструмента режущая головка и держатель контактируют друг с другом исключительно вдоль внутренней и/или наружной резьбы и вдоль осевой и конической несущих поверхностей. В соответствии с этим предпочтительным вариантом осуществления дополнительные несущие поверхности или точки контакта отсутствуют.
[0017] В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения первая осевая несущая поверхность расположена на переднем торце втулки, а первая коническая несущая поверхность расположена во внутренней части втулки.
[0018] В результате, первая коническая несущая поверхность хорошо защищена от повреждений. Это предпочтительно, в частности, для точного позиционирования втулки относительно держателя.
[0019] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения на переднем торце держателя расположена фаска, которая примыкает ко второй конической несущей поверхности.
[0020] Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что первая коническая несущая поверхность не повреждается при введении держателя в режущую головку. Фаска, расположенная на держателе, служит в качестве фаски для осуществления введения.
[0021] В соответствии еще с одним вариантом осуществления на держателе расположено скругление между наружной резьбой и второй осевой несущей поверхностью.
[0022] Это скругление служит в качестве скругления перехода между наружной резьбой и второй осевой несущей поверхностью и имеет преимущество, в частности, заключающееся в увеличении, таким образом, прочности при подрезе.
[0023] В соответствии еще с одним вариантом осуществления держатель содержит вал, на котором расположена наружная резьба, причем вал по меньшей мере частично выполнен из твердого металла, а втулка по меньшей мере частично выполнена из стали.
[0024] Изготовление вала держателя из твердого металла обеспечивает высокий уровень жесткости и устойчивости вала, что является большим преимуществом, в частности, в случае фрезерования дорожек качения. Таким образом, по сравнению с держателем, выполненным из стали, вал в соответствии с изобретением, выполненный из твердого металла, имеет относительно длинный срок службы.
[0025] Держатель дополнительно содержит держатель вала, в котором вал может быть закреплен с возможностью отсоединения, причем держатель вала по меньшей мере частично выполнен из стали. Таким образом, в каждом случае переход от твердого металла к стали и/или от стали к твердому металлу осуществлен в соответствующих областях сопряжения инструмента, предложенного в соответствии с изобретением, что, в свою очередь, является предпочтительным по причинам устойчивости.
[0026] Режущий элемент предпочтительно выполнен из твердого металла, кубического нитрида бора (cubic boron nitride, CBN) или поликристаллического алмаза (polycrystalline diamond, PCD). Втулка и режущий элемент предпочтительно спаяны друг с другом. Однако, в принципе, могут быть также рассмотрены другие типы соединений, например, винтовые соединения.
[0027] В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения первая коническая несущая поверхность наклонена под первым углом наклона относительно первой продольной оси. Вторая коническая несущая поверхность наклонена под вторым углом наклона относительно второй продольной оси, причем первый и второй углы наклона имеют одинаковую величину.
[0028] Таким образом, углы наклона соответствуют половине угла раскрытия соответствующего конуса. Два угла наклона предпочтительно находятся в диапазоне 10°-45°, особенно предпочтительно в диапазоне 15°-30°.
[0029] В соответствии еще с одним вариантом осуществления каждая из внутренней резьбы и наружной резьбы выполнена в виде трапецеидальной резьбы.
[0030] Трапецеидальная резьба очень устойчива и подходит для передачи больших сил.
[0031] Предпочтительно каждая из внутренней резьбы и наружной резьбы содержит по меньшей мере два шага резьбы.
[0032] В соответствии еще с одним вариантом осуществления в держателе расположен канал для охлаждающего вещества, проходящий вдоль второй продольной оси. Во втулке расположено множество распределительных каналов, сообщающихся с полостью, которая находится во втулке и которая в собранном состоянии инструмента соответствует каналу для охлаждающего вещества.
[0033] Это обеспечивает возможность подачи охлаждающего вещества и смазочного материала непосредственно в область резания или по меньшей мере очень близко к ней. Полость во втулке служит для распределения смазочного материла и охлаждающего вещества внутри втулки к отдельным распределительным каналам.
[0034] В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения на внешней поверхности втулки расположена плоская поверхность, которая ориентирована параллельно первой продольной оси.
[0035] Эта плоская поверхность служит в качестве поверхности взаимодействия и/или зажимной поверхности для инструментального ключа для установки режущей головки на держателе.
[0036] Само собой разумеется, что признаки, упомянутые выше и описанные более подробно ниже, могут быть использованы не только в соответственно указанной комбинации, но также в других комбинациях или сами по себе в пределах объема настоящего изобретения.
[0037] Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на примерные варианты осуществления, показанные на чертежах. На чертежах:
на Фиг. 1 показан перспективный вид примерного варианта осуществления инструмента в соответствии с изобретением;
на Фиг. 2 показан вид с пространственным разделением деталей инструмента, показанного на Фиг. 1;
на Фиг. 3 показан вид в разрезе инструмента, показанного на Фиг. 1;
на Фиг. 4 показан перспективный вид режущей головки инструмента, показанного на Фиг. 1;
на Фиг. 5 показан вид с пространственным разделением деталей режущей головки, показанной на Фиг. 4;
на Фиг. 6 показан вид в плане спереди режущей головки, показанной на Фиг. 4;
на Фиг. 7 показан первый вид в разрезе режущей головки, показанной на Фиг. 6;
на Фиг. 8 показан второй вид в разрезе режущей головки, показанной на Фиг. 6;
на Фиг. 9 показан перспективный вид режущей головки в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления; и
на Фиг. 10 показан перспективный вид режущей головки в соответствии с третьим примерным вариантом осуществления.
[0038] На Фиг. 1-3 показан первый примерный вариант осуществления инструмента в соответствии с изобретением в собранном состоянии (Фиг. 1), в разобранном состоянии (Фиг. 2) и в разрезе (Фиг. 3). В каждом случае инструмент обозначен в целом ссылочной позицией 10.
[0039] Инструмент 10 выполнен в виде устройства для фрезерования дорожек качения. Инструмент 10 содержит режущую головку 12 и держатель 14, в котором режущая головка 12 закреплена с возможностью отсоединения. Режущая головка 12 содержит втулку 16 и режущий элемент 18, прикрепленный к втулке 16.
[0040] Держатель 14 содержит вал 20 и держатель 22 вала, в котором вал 20 закреплен с возможностью отсоединения. На заднем конце держателя 22 вала выполнен узел 24 крепления инструмента, с помощью которого инструмент 10 может быть зажат в станке (не показан).
[0041] Втулка 16 режущей головки 12 навинчена на вал 20 держателя 14. Вал 20 закреплен с возможностью вращения в держателе 22 вала. Предпочтительно вал 20 установлен в держатель 22 вала посредством горячей запрессовки. Однако, в принципе, здесь также возможно использование винтового соединения или другого типа фиксированного соединения с возможностью вращения.
[0042] Режущая головка 12 проходит по существу вдоль первой продольной оси 28. Держатель 14 проходит по существу вдоль второй продольной оси 30. Обе продольные оси 28, 30 совпадают, когда инструмент 10 собран.
[0043] Отдельные компоненты инструмента 10 предпочтительно изготовлены в поочередной последовательности из твердого металла и стали. Режущий элемент 18 предпочтительно выполнен из твердого металла. Втулка 16 предпочтительно выполнена из стали. Вал 20 предпочтительно выполнен из твердого металла. Держатель 22 вала предпочтительно выполнен из стали.
[0044] Втулка 16 и режущий элемент 18 спаяны друг с другом. В предпочтительном варианте режущий элемент 18 припаян встык к втулке 16 при помощи тугоплавкого припоя. Отверстие 32, расположенное по центру в режущем элементе 18 (см. Фиг. 7), и соответствующий ему штифт 34, расположенный на втулке 16, служат для облегчения позиционирования во время процесса пайки. Однако следует отметить, что между втулкой 16 и режущим элементом 18 также возможны другие типы соединения, например, винтовое соединение.
[0045] Настоящее изобретение относится, в частности, к соединению между режущей головкой 12 и держателем 14, более конкретно, к соединению между втулкой 16 и валом 20. В этой области сопряжения обеспечено чрезвычайно устойчивое, жесткое на изгиб и очень точно позиционируемое соединение следующим образом: втулка 16 содержит первую осевую несущую поверхность 36, которая соответствует второй осевой несущей поверхности 38, расположенной на валу 20. Кроме того, втулка 16 содержит внутреннюю резьбу 40, которая соответствует соответствующей наружной резьбе 42, расположенной на валу 20. Более того, втулка 16 содержит первую коническую несущую поверхность 44, которая соответствует второй конической несущей поверхности 46, расположенной на валу 20.
[0046] В предпочтительном варианте осуществления изобретения в собранном состоянии инструмента 10 режущая головка 12 и втулка 20 контактируют друг с другом лишь вдоль внутренней и/или наружной резьбы 40, 42 и вдоль осевой и конической несущих поверхностей 36, 38 и 44, 46. Силы, действующие в периферийном направлении, поглощаются внутренней резьбой 40 и наружной резьбой 42. Осевые силы поглощаются как коническими несущими поверхностями 44, 46, так и осевыми несущими поверхностями 36, 38. Конические несущие поверхности 44, 46 вследствие их наклонного положения дополнительно поглощают силы в радиальном направлении. Конические несущие поверхности 44, 46 в дополнение к устойчивой опоре также служат для точного позиционирования режущей головки 12 относительно вала 20.
[0047] Первая осевая несущая поверхность 36 расположена на нижнем переднем торце втулки 16 и проходит перпендикулярно первой продольной оси 28 режущей головки 12. Первая осевая несущая поверхность 36 предпочтительно выполнена в виде кольцевой поверхности.
[0048] Вторая осевая несущая поверхность 38 расположена на верхнем торце вала 20 и проходит перпендикулярно второй продольной оси 30 держателя 14. Вторая осевая несущая поверхность 38 предпочтительно также выполнена в виде кольцевой поверхности.
1
1
1
[0049] Первая коническая несущая поверхность 44 расположена во внутренней части втулки 16 и проходит в поперечном направлении, т.е. не параллельно, относительно первой продольной оси 28 режущей головки 12. Первая коническая несущая поверхность 44 предпочтительно расположена под первым углом α наклона относительно первой продольной оси 28 (см. Фиг. 7). Этот угол α наклона соответствует половине угла раскрытия конуса, причем первая коническая несущая поверхность 44 расположена на его наружной поверхности. Первый угол α наклона предпочтительно находится в диапазоне 10°-45°, особенно предпочтительно в диапазоне 15°-30°. Первая коническая несущая поверхность 44 окружает первую продольную ось 28, предпочтительно полностью.
2
1
[0050] Вторая коническая несущая поверхность 46 расположена на верхнем переднем торце вала 20 и под вторым углом α наклона, имеющим ту же величину, что и первый угол α наклона, относительно второй продольной оси 30 держателя 14. Внутренняя резьба 40, обеспеченная на внутренней части втулки 16, расположена в области, находящейся между первой осевой несущей поверхностью 36 и первой конической несущей поверхностью 44. Аналогичным образом, наружная резьба 42, расположенная на валу 20, также расположена в области, находящейся между второй осевой несущей поверхностью 38 и второй конической несущей поверхностью 46.
[0051] Тот факт, что внутренняя резьба 40 расположена в области между первой осевой несущей поверхностью 36 и первой конической несущей поверхностью 44, не означает однако, что внутренняя резьба 40 на двух своих концах непосредственно примыкает к первой осевой несущей поверхности 36 и первой конической несущей поверхности 44. Это может быть так, но не обязательно. Кроме того, в каждом случае между ними может быть обеспечен подрез или свободное пространство.
[0052] Аналогичным образом, вторая осевая несущая поверхность 38 и вторая коническая несущая поверхность 46 могут непосредственно примыкать к двум противоположным концам наружной резьбы 42, но не обязательно. Кроме того, в каждом случае между ними может быть обеспечен подрез или свободное пространство.
[0053] Внутренняя резьба 40 и наружная резьба 42 предпочтительно выполнены в виде трапецеидальной резьбы по меньшей мере с двумя шагами резьбы в каждом случае.
[0054] На валу 20 над второй конической несущей поверхностью 46 расположена фаска 48, выполненная с возможностью предотвращения повреждения первой конической несущей поверхности 44 при введении вала 20 во втулку 16. Таким образом, вторая коническая несущая поверхность 46 расположена между этой фаской 48 и наружной резьбой 42. На нижнем конце наружной резьбы 42, т.е. между наружной резьбой 42 и второй осевой несущей поверхностью 38, расположено скругление 50 перехода (см. Фиг. 2). Это скругление 50 перехода служит для повышения прочности при подрезе.
[0055] Кроме того, как видно из Фиг. 8, внутренняя резьба 40 не примыкает непосредственно к первой конической несущей поверхности 44. Между внутренней резьбой 40 и первой конической несущей поверхностью 44 расположен внутренний подрез 52. Кроме того, на противоположном конце внутренней резьбы 40 расположен внутренний подрез 54.
[0056] К тому же, предложенный в соответствии с изобретением инструмент 10 содержит канал 56 для охлаждающего вещества, который проходит во внутренней части держателя 14. Канал 56 для охлаждающего вещества проходит, помимо прочего, во внутренней части вала 20 вдоль продольной оси 30. На верхнем торце вала 20 охлаждающее вещество поступает из канала 56 для охлаждающего вещества в полость 58 во внутренней части втулки 16. Из этой полости 58 смазочный материал и охлаждающее вещество разделяется между множеством распределительных каналов 60, расположенных во внутренней части втулки 16, и выходит из втулки 16 на ее верхнем торце.
[0057] Кроме того, на внешней поверхности  втулки 16 выполнена плоская поверхность 62, которая служит в качестве поверхности взаимодействия с гаечным ключом с открытым зевом для установки режущей головки 12. Эта плоская поверхность 62 предпочтительно проходит параллельно первой продольной оси 28 режущей головки 12.
[0058] На Фиг. 9 и 10 показаны дополнительные возможные примерные варианты осуществления режущих головок 12', 12''. Эти режущие головки существенно отличаются от режущей головки 12 в соответствии с первым примерным вариантом осуществления с точки зрения геометрии режущих кромок. Например, режущие элементы 18', показанные на Фиг. 9, являются режущими элементами пластинчатой формы, которые изготовлены из кубического нитрида бора (CBN) и по отдельности припаяны к втулке 16'. Режущий элемент 18'', показанный на Фиг. 10, подходит, например, для фрезерного инструмента для фрезерования пазов.
[0059] Однако внутренняя конструкция и область сопряжения в соответствии с изобретением между втулкой 16 и валом 20 не отличаются или только незначительно отличаются в примерных вариантах осуществления, показанных на Фиг. 9 и 10, от первого примерного варианта осуществления, показанного на Фиг. 1-8, поэтому варианты осуществления, которые относятся к ним, дополнительно здесь не повторяются.