Режущий инструмент
CUTTING TOOL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к инструментам, таким как режущие инструменты для обработки металлов резанием. Более конкретно, изобретение относится к режущим инструментам, содержащим держатель и сменный режущий элемент.
Режущий инструмент, содержащий сменный режущий элемент и держатель, описан в US 5971670. Режущий элемент содержит первую часть, имеющую режущие кромки, и вторую часть, имеющую наружную резьбу для соединения с внутренней резьбой на охватывающей части держателя. Для установки указанных элементов относительно друг друга и их жесткого соединения друге другом имеются цилиндрические поверхности и плоские упорные поверхности. В предпочтительном варианте выполнения этого известного инструмента наружная и внутренняя резьбы являются коническими.
В US 2006/0073744 описан подобный режущий инструмент, который дополнительно содержит осевой канал, проходящий сквозь держатель и режущий элемент и сообщающийся с отверстиями на конце режущего элемента для выдачи охлаждающей или смазочной жидкости.
В обоих известных инструментах требуется двойная цилиндрическая поверхность для хорошего контроля в процессе соединения сменного режущего элемента с держателем и высокая точность изготовления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления изобретения предложен инструмент, содержащий сменный режущий элемент и держатель, к которому может быть прикреплен сменный режущий элемент с возможностью замены. Сменный режущий элемент имеет первую часть по меньшей мере с одной режущей кромкой и вторую часть для соединения с держателем, имеющую коническую наружную упорную поверхность и наружную цилиндрическую резьбу. Сменный режущий элемент предназначен для снятия стружки с обрабатываемых металлических деталей, например путем фрезерования, сверления или другой механической обработки. Держатель имеет внутреннюю цилиндрическую резьбу, в которую, когда сменный режущий элемент и держатель соединены друг с другом, ввинчена указанная наружная цилиндрическая резьба с возможностью ее вывинчивания. Держатель имеет также внутреннюю коническую упорную поверхность, взаимодействующую с наружной конической упорной поверхностью режущего элемента. Наружная коническая упорная поверхность и внутренняя коническая упорная поверхность находятся в контакте друг с другом для установки режущего элемента и держателя относительно друг друга.
Наружная цилиндрическая резьба и внутренняя цилиндрическая резьба проще в изготовлении, чем коническая резьба, которая использовалась в известных инструментах. Контакт между наружной и внутренней коническими поверхностями обеспечивает хороший контроль при соединении сменного режущего элемента с держателем.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, наружная и внутренняя резьбы являются трапецеидальными и самоцентрирующимися резьбами.
Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления изобретения, сменный режущий элемент имеет первую торцевую упорную поверхность, а держатель имеет вторую торцевую упорную поверхность, причем первая торцевая упорная поверхность и вторая торцевая упорная поверхность могут находиться в контакте друг с другом для установки сменного режущего элемента и держателя относительно друг друга в осевом направлении. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая торцевая осевая упорная поверхность образована на плоской стороне кольцевого выступа, обращенной к держателю, а вторая торцевая упорная поверхность образована на переднем плоском конце держателя, обращенном к сменному режущему элементу. Первая и вторая торцевые упорные поверхности перпендикулярны к оси инструмента и предпочтительно являются непрерывными кольцевыми поверхностями. В других вариантах осуществления изобретения торцевые упорные поверхности могут прерываться, например радиальными углублениями.
Наружная коническая упорная поверхность сменного режущего элемента может выступать относительно первой торцевой упорной поверхности режущего элемента.
Торцевые упорные поверхности и внутренняя и наружная конические упорные поверхности расположены так, что когда сменный режущий элемент соединен с помощью резьбы с держателем, торцевые упорные поверхности находятся в контакте друг с другом и конические упорные поверхности находятся в контакте друг с другом, в результате чего достигается центрирование сменного режущего элемента относительно держателя и обеспечивается жесткость инструмента.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения наружный диаметр наружной цилиндрической резьбы меньше наименьшего диаметра конической наружной упорной поверхности, а диаметр внутренней цилиндрической резьбы меньше наименьшего диаметра конической внутренней упорной поверхности.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения держатель имеет по меньшей мере один продольный канал для охлаждающей или смазочной текучей среды. Под продольным каналом понимается канал, проходящий по длине держателя, предпочтительно по существу параллельно его оси. Может быть предусмотрено несколько каналов, хотя достаточно одного канала, к тому же один канал проще выполнить. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения продольный канал проходит от внутренней цилиндрической резьбы к противоположному концу держателя. В некоторых вариантах сменный режущий элемент имеет по меньшей мере один проход, который, когда режущий элемент соединен с держателем, сообщается с продольным каналом и с боковой поверхностью режущего элемента вблизи по меньшей мере одной режущей кромки. Выражение «вблизи режущей кромки» означает, что расстояние до режущей кромки достаточно мало и позволяет подавать смазку или охлаждающую среду в зону механической обработки, в особенности для охлаждения или смазки режущей кромки (кромок).
Предпочтительно, чтобы было несколько проходов. Количество и расположение проходов может зависеть от формы, количества и расположения режущих кромок на сменном режущем элементе инструмента.
Согласно другому аспекту изобретения, сменный режущий элемент имеет несколько боковых отверстий, сообщающихся с проходом и оканчивающихся в разных местах на боковой поверхности сменного режущего элемента вблизи по меньшей мере одной режущей кромки.
Согласно другому усовершенствованию изобретения, держатель имеет по меньшей мере одно отверстие, проходящее от по меньшей мере одного продольного канала в держателе к его боковой поверхности. По меньшей мере одно отверстие держателя предпочтительно оканчивается на его боковой поверхности вблизи сменного режущего элемента. Выражение «вблизи сменного режущего элемента» подразумевает такое расстояние до него, что вытекающая из указанного отверстия струя охлаждающей среды или смазки может достичь зоны обработки на детали, обрабатываемой инструментом.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения указанное по меньшей мере одно отверстие держателя отклоняется от его оси и ориентировано так, что струя охлаждающей среды или смазки направляется в зону механической обработки, отклоняясь от оси держателя.
Наличие одного или нескольких отверстий, сообщающихся с продольным каналом держателя и выходящих на его боковую поверхность, позволяет очищать зону механической обработки посредством одной или нескольких струй охлаждающей среды или смазочной жидкости и обойтись без специальных средств для промывки зоны механической обработки, таких как сопла, установленные отдельно от инструмента. Достигается более эффективная очистка зоны обработки и более легкий доступ к ней.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в целях улучшения очистки держатель имеет несколько отверстий, расположенных предпочтительно на равных расстояниях друг от друга.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предложен сменный режущий элемент для инструмента для снятия стружки, предназначенный для соединения с держателем и содержащий первую часть с по меньшей мере одной режущей кромкой и вторую часть для соединения с держателем, имеющую коническую наружную упорную поверхность и наружную цилиндрическую резьбу.
В приведенном выше кратком описании указаны особенности различных вариантов осуществления изобретения, чтобы можно было лучше понять последующее подробное описание и оценить вклад изобретения в области техники. Другие особенности изобретения описаны ниже и изложены в прилагаемой формуле. При рассмотрении приведенных в подробном описании вариантов осуществления изобретения нужно иметь в виду, что эти варианты не ограничены описанными и представленными на чертежах конструктивными элементами и их расположением. Изобретение допускает другие варианты осуществления и может быть реализовано различным образом. Также следует иметь в виду, что используемые в описании фразеология и терминология не ограничивают объем изобретения.
Таким образом, специалистам должно быть понятно, что концепция, на которой основано описание, может использоваться для создания других конструкций, способов и/или систем, позволяющих достичь цели настоящего изобретения. Поэтому важно понимать, что формула изобретения охватывает эквивалентные конструкции, которые соответствуют его сущности и объему.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение и его преимущества будут понятнее при рассмотрении его подробного описания, сопровождаемого чертежами, на которых:
Фиг.1 изображает сбоку с частичным разрезом инструмент со сменным режущим элементом, соединенным с держателем,
Фиг.2 изображает сбоку с частичным разрезом сменный режущий элемент инструмента, показанного на фиг 1, в увеличенном масштабе,
Фиг.3 изображает сбоку с частичным разрезом другой сменный режущий элемент, который может быть соединен с держателем, в увеличенном масштабе и
Фиг.4 изображает в увеличенном масштабе продольный разрез держателя, показанного на фиг 1, со снятым сменным режущим элементом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем описании даны ссылки на чертежи. Одинаковые или подобные элементы имеют одинаковые цифровые позиции. На чертежах не обязательно соблюдается масштаб. Описание не ограничивает изобретения, объем которого определяется его формулой.
Выражения «один вариант осуществления изобретения», или «вариант осуществления изобретения», или «некоторые варианты осуществления изобретения» означают, что определенная особенность, конструкция или характеристика, описанная применительно к какому-либо варианту, присущи по меньшей мере одному варианту осуществления изобретения. Поэтому встречающаяся в разных местах описания фраза «в одном варианте», «в варианте» или «в некоторых вариантах» не обязательно относится к одному и тому же варианту (вариантам) осуществления изобретения. Кроме того, конкретные особенности, конструкции или характеристики могут сочетаться любым приемлемым образом в одном или нескольких вариантах осуществления изобретения.
На фиг. 1 показан вариант выполнения инструмента 1 на виде сбоку с частичным продольным разрезом. Инструмент 1 содержит держатель 3 и сменный режущий элемент 5. Ось держателя 3 обозначена «А-А». Когда сменный режущий элемент 5 установлен на держателе 3, ось элемента 5 совпадает с осью А-А держателя, являющейся осью вращения инструмента 1. В некоторых вариантах держатель 3 имеет удлиненную форму с первым концом 3А и вторым концом 3В. Первый конец 3А снабжен резьбовым отверстием 7 с внутренней цилиндрической резьбой 9. Второй конец 3В имеет плоскую торцевую упорную поверхность 10. От плоской торцевой осевой упорной поверхности 10 внутрь в тело держателя 3 проходит отверстие 11 со стенкой 12 в форме усеченного конуса, образующей внутреннюю коническую упорную поверхность. Отверстие 11 переходит дальше в отверстие 13 внутри держателя. Цилиндрическая внутренняя поверхности отверстия 13 имеет внутреннюю цилиндрическую резьбу 15. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения внутренняя цилиндрическая резьба 15 имеет трапецеидальное самоцентрирующееся поперечное сечение.
От отверстия 7 к отверстию 13 проходит продольный канал 17, который может использоваться для подачи охлаждающей или смазочной жидкости в зону механической обработки.
В некоторых вариантах держатель 3 имеет первую наружную поверхность 19 в форме усеченного конуса, сужающегося к концу 3А, и вторую наружную поверхность 20 в форме усеченного конуса, сужающегося к концу 3В держателя 3. Между первой и второй наружными поверхностями 19, 20 расположен кольцевой выступ 21 с плоскими участками 22 под ключ для затягивания и ослабления держателя при его присоединении к станку (не показан) и отсоединении от него.
Сменный режущий элемент 5 имеет первую, переднюю, часть 5А и вторую, заднюю, часть 5В. Первая часть 5А имеет одну или несколько режущих кромок 25, количество, положение и форма которых зависит от вида механической обработки, для которой предназначен сменный режущий элемент. Между указанными частями сменного режущего элемента 5 расположен кольцевой заплечик 27, образующий предпочтительно плоскую торцевую упорную поверхность, взаимодействующую с торцевой упорной поверхностью 10 держателя 3. Между кольцевым заплечиком 27 и режущей кромкой (кромками) 25 находится промежуточная часть 29, имеющая форму цилиндра или предпочтительно форму усеченного конуса. На наружной поверхности промежуточной части 29 предусмотрены плоские участки 29А под ключ для затягивания и ослабления режущего элемента 5 соответствующим ключом (не показан) при присоединении режущего элемента 5 к держателю 3 и отсоединении от него.
От кольцевого заплечика 27 отходит выступ 31 в форме усеченного конуса, образующий коническую наружную упорную поверхность, предназначенную для взаимодействия с конической внутренней упорной поверхностью 12 держателя 3. От выступа 31 отходит цилиндрический хвостовик 35 с наружной цилиндрической резьбой 37, которая ввинчивается во внутреннюю цилиндрическую резьбу 15 держателя 3, когда к нему присоединяют сменный режущий элемент.
Режущая кромка (кромки) 25 и промежуточная часть 29 расположены в первой части 5А сменного режущего элемента 5, а выступ 31 и хвостовик 35 с наружной цилиндрической резьбой - во второй части 5В сменного режущего элемента 5.
Между кольцевым заплечиком 27 и выступом 31, имеющим форму усеченного конуса, предпочтительно выполнена кольцевая канавка 39, а между этим выступом 31 и хвостовиком 35 предпочтительно выполнена еще одна кольцевая канавка 41.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на чертежах, сменный режущий элемент 5 имеет проход 45 для охлаждающей или смазочной текучей среды. Входное отверстие прохода 45 находится на передней поверхности хвостовика 35, имеющего наружную цилиндрическую резьбу, а выходное отверстие прохода 45, в зависимости от формы режущих кромок 25, может находиться на переднем конце части 5А сменного режущего элемента 5 или быть глухим. В обоих случаях проход 45 может сообщаться с одним или несколькими боковыми отверстиями 47, выходящими на наружную боковую поверхность передней части 5А режущего элемента 5.
Когда сменный режущий элемент 5 нужно соединить с держателем 3, цилиндрический резьбовой хвостовик 35 вставляют в отверстие 11, а наружную цилиндрическую резьбу 37 вводят в зацепление с внутренней цилиндрической резьбой 15. Путем вращения режущего элемента 5 относительно держателя 3 осуществляют дальнейшее ввинчивание наружной цилиндрической резьбы 37 во внутреннюю цилиндрическую резьбу 15 до тех пор, пока коническая наружная упорная поверхность 33 не будет прилегать к конической внутренней упорной поверхности 12А и одновременно не будет достигнут контакт между двумя торцевыми упорными поверхностями 10, 27. Это, с одной стороны, обеспечивает центрирование режущих кромок 25 относительно оси держателя 3 благодаря взаимодействию конических упорных поверхностей 33 и 12А, а с другой стороны, придает жесткость инструменту благодаря взаимодействию плоских торцевых упорных поверхностей 10, 27. При надлежащей точности изготовления инструмента с достаточно малыми допусками может быть достигнут одновременный контакт между поверхностями в каждой паре поверхностей 10, 27 и 12А, 33.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения держатель 3 имеет по меньшей мере одно отверстие 51, проходящее от продольного канала 17 к наружной поверхности 20 держателя 3, имеющей форму усеченного конуса. В примере, показанном на чертежах, имеются четыре проходящие под углом отверстия 51, смещенные относительно друг друга, однако количество отверстий 51 может быть другим, например их может быть три или два. Каждое отверстие 51 выходит на коническую поверхность 20 вблизи конца 3В держателя. Отверстия 51 предпочтительно расположены наклонно к оси А-А. Отверстие 51 или каждое отверстие 51 может проходить по оси В-В, расположенной под углом β к оси А-А держателя 3. Угол β может находиться в пределах 10-90º, точнее в пределах 15-90º, в частности в пределах 20-90º, например в пределах 20-60º. Отверстия образуют сопла для выдачи охлаждающей или смазочной текучей среды, расположенные на расстоянии от режущих кромок 25 сменного режущего элемента 5. Ориентация отверстий 51 и их расстояние от конца 3В держателя таковы, что струи охлаждающей среды или смазки, выходящие из отверстий при механической обработке, промывают зону обработки. Струи текучей среды слегка отклоняются от оси А-А вращения инструмента 1 и потому будут эффективно удалять стружку из сравнительно обширной зоны вокруг сменного режущего элемента инструмента 1. Промывка может выполняться в ходе механической обработки и, при необходимости, в ходе отдельных дополнительных операций между последовательными операциями механической обработки.
В данном описании рассмотрены примеры для раскрытия изобретения, в том числе лучшие варианты осуществления изобретения, позволяющие любому специалисту реализовать изобретение на практике. Объем изобретения, определяемый его формулой, может включать в себя другие варианты осуществления изобретения, очевидные для специалистов.