СВЕРЛИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ СО СВЕРЛИЛЬНОЙ КОРОНКОЙ (ВАРИАНТЫ)
DRILL TOOL WITH DRILL BIT (VERSIONS)

Изобретение относится к сверлильному инструменту с имеющим центральную ось вращения основным корпусом и соединенной разъемно с основным корпусом сверлильной коронкой, при этом сверлильная коронка содержит соединяемую с расположенным с торца основного корпуса посадочным гнездом соединительную деталь, которая содержит расположенные с разносом по периметру, по меньшей мере, два центрирующих участка с выпуклой кривизной, которые с точной подгонкой входят в зацепление с дополняющими их ответно вогнутыми центрирующими участками посадочного гнезда, и при этом соединительная деталь содержит находящийся в зацеплении с поводком вращения посадочного гнезда, по меньшей мере, один ответно дополняющий поводковый упор.
Известен сверлильный инструмент этого типа (EP 0813459 B1), в котором соединение между основным корпусом и соединяемой деталью осуществляется при помощи стяжного винта, который ввернут в резьбовое отверстие в основном корпусе и коническим острием входит с зацеплением в эксцентрическое коническое углубление сверлильной коронки. Коническое углубление в основном корпусе и коническое острие стяжного винта способствуют тому, что между основным корпусом и сверлильной коронкой создается сопряжение в торцовых поверхностях. Применение дополнительных зажимных средств затрудняет пользование известным сверлильным инструментом при замене сверлильной коронки. Это относительно усложняет также изготовление отдельных деталей и ведет к ослаблению материала в зоне места разъема.
Из WO 03/070408 известен сверлильный инструмент, который содержит имеющий центральную ось вращения основной корпус и соединенную разъемно с основным корпусом сверлильную коронку, причем сверлильная коронка содержит соединяемую с расположенным с торца основного корпуса посадочным гнездом соединительную деталь, которая содержит расположенные с разносом по периметру, по меньшей мере два центрирующих участка с выпуклой кривизной, которые с точной подгонкой входят в зацепление с ответными им соответственно вогнутыми центрирующими участками посадочного гнезда, причем соединительная деталь содержит находящийся в зацеплении с поводком вращения посадочного гнезда, по меньшей мере, один ответный поводковый упор. Центрирующие участки соединительной детали и/или посадочного гнезда содержат прижимные поверхности, перекатывающиеся друг по другу по типу поворотной шпонки в направлении, противоположном заданному рабочему направлению вращения, до взаимной стыковки поводкового упора с поводком вращения.
Исходя из этого ближайшего уровня техники задача изобретения состоит в том, чтобы создать сверлильный инструмент вышеназванного типа, который прост в пользовании и при замене сверлильной коронки, а также, несмотря на небольшой конструктивный размер своих деталей, обладает высокой стабильностью формы и стабильностью подвода инструмента.
Для решения этой задачи предлагаются охарактеризованные в независимых пунктах 1, 12, 16, 19 и 24 формулы варианты осуществления изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения и дальнейшие модификации вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
Решение согласно изобретению базируется на том, что особенно простая заменяемость сверлильной коронки при высокой точности замены может быть достигнута за счет того, что между сверлильной коронкой и основным корпусом достигается стабильное геометрическое и силовое замыкание, что делает излишним использование дополнительных зажимных средств. Для достижения этой цели согласно изобретению предлагается, что центрирующие участки соединительной детали и/или посадочного гнезда имеют прижимные поверхности, которые до стыковки поводкового упора с поводком вращения в направлении, противоположном заданному рабочему направлению вращения, прокатываются друг по другу по типу поворотной шпонки. Заданное силовое замыкание достигается тем, что, по меньшей мере, один из обращенных друг к другу центрирующих участков может упруго деформироваться или изгибаться.
Согласно одному предпочтительному варианту решения поставленной задачи контуры прижимных поверхностей соединительной детали и/или посадочного гнезда имеют диаметрально противоположные друг другу эксцентрические относительно оси вращения и относительно друг друга участки окружности, причем вогнутые центрирующие участки посадочного гнезда образуют в поперечном сечении концентрические относительно оси вращения участки окружности с заданным радиусом, и выпуклые центрирующие участки соединительной детали состоят из концентрического относительно оси вращения направляющего участка с радиусом, соответствующим радиусу со стороны посадочного гнезда, и содержат тангенциально примыкающий к ним эксцентрический относительно оси вращения прижимной участок в форме части окружности с радиусом, превышающим радиус со стороны посадочного гнезда, причем эксцентрические прижимные участки соединительной детали и центрирующие участки в форме частей окружности посадочного гнезда в своем положении зажима прилегают друг к другу с силовым замыканием.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что контуры прижимных поверхностей соединительной детали имеют диаметрально противоположные друг другу эксцентрические относительно оси вращения участки окружности, причем угол конусности составляет от 1° до 8°, причем угол конусности (2°) со стороны соединительной детали более крутой, чем угол конусности со стороны посадочного гнезда.
Еще один вариант решения поставленной задачи согласно изобретению предусматривает, что контуры прижимных поверхностей соединительной детали имеют диаметрально противоположные друг другу эксцентрические относительно оси вращения участки окружности, причем упорная наклонная поверхность поводкового упора сверлильной коронки образует плоский или бочкообразный участок, который ограничен двумя расположенными друг против друга краевыми участками, из которых один имеет вогнутую кривизну, а другой - выпуклую кривизну, которые, образуя острый угол, непосредственно или опосредованно через выемку переходят соответственно в перпендикулярный оси вращения сверлильной коронки участок торцевой поверхности, причем острые углы краевых участков являются по существу равновеликими и соответствуют прямому углу, уменьшенному на установочный угол упорной наклонной поверхности.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения контуры прижимных поверхностей соединительной детали имеют диаметрально противоположные друг другу эксцентрические относительно оси вращения участки окружности, причем в зоне задних поверхностей или вспомогательных задних поверхностей сверлильной коронки расположены разделенные друг от друга угловым расстоянием, открытые с краев, по меньшей мере, две выемки под ключ.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что контуры прижимных поверхностей соединительной детали и/или посадочного гнезда образуют диаметрально противоположные друг другу Архимедовы спирали.
Для облегчения монтажа и вместе с тем достижения желательного силового замыкания согласно изобретению предлагается, что вогнутые прижимные поверхности посадочного гнезда со стороны круглого корпуса в своем контурном сечении образуют относительно оси вращения концентрические делительные окружности с заданным радиусом, а выпуклые прижимные поверхности соединительной детали со стороны сверлильной коронки состоят из концентрического относительно оси вращения направляющего участка в форме части окружности с радиусом, соответствующим радиусу со стороны посадочного гнезда, и тангенциально примыкающего к нему эксцентрического относительно оси вращения прижимного участка в форме части окружности с радиусом, превышающим радиус со стороны посадочного гнезда, при этом эксцентрические прижимные участки в форме части окружности соединительной детали и концентрические прижимные поверхности в форме части окружности посадочного гнезда в своем положении зажима прилегают друг к другу с силовым замыканием. При этом радиус эксцентрического прижимного участка в форме части окружности соединительной детали с учетом эксцентриситета превышает радиус концентрического направляющего участка. Особенно простой монтаж осуществляется за счет того, что соединительная деталь и посадочное гнездо на месте разъема могут поворачиваться относительно друг друга по типу штыкового затвора.
Дополнительное геометрическое замыкание при монтаже сверлильной коронки согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения достигается за счет того, что прижимные поверхности образуют обращенные попарно друг к другу конические поверхности, образующие конус с осью конуса, совпадающей с заданной осью вращения. При этом соединительная деталь и посадочное гнездо целесообразно имеют обращенные друг к другу, в соединенном положении под действием конических прижимных поверхностей прижатые друг к другу, ориентированные по существу перпендикулярно оси вращения торцевые поверхности или участки торцевых поверхностей. Поэтому вместе с геометрическим замыканием имеет место фрикционное замыкание в зоне участков торцевых поверхностей. Предпочтительно угол конусности взаимно дополняющих друг друга конических поверхностей составляет от 1° до 8°, при этом угол конусности со стороны соединительной детали может быть немного более крутым, чем угол конусности со стороны посадочного гнезда, что позволяет в положении зажима с учетом деформации получить соединение по поверхности с силовым замыканием в зоне конических поверхностей.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что поводок вращения посадочного гнезда и ответный ему поводковый упор на соединительной детали в соединенном положении составляют образующую геометрическое замыкание между основным корпусом и сверлильной коронкой стыковочную наклонную поверхность. При этом установочный угол стыковочной наклонной поверхности составляет целесообразно от 8° до 15°. В предпочтительном варианте осуществления изобретения стыковочная наклонная поверхность поводкового упора сверлильной коронки образует плоский или выпуклый участок, который ограничен двумя расположенными друг против друга краевыми участками, из которых один имеет вогнутую кривизну, а другой выпуклую кривизну и которые, образуя острый угол, непосредственно или опосредованно через выемку переходят соответственно в перпендикулярный относительно оси вращения участок торцевой поверхности. Так как участки торцевых поверхностей ориентированы параллельно друг другу, то острые углы краевых участков являются по существу равновеликими и соответствуют прямому углу, уменьшенному на установочный угол стыковочной наклонной поверхности.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что соединительная деталь и посадочное гнездо имеют предпочтительно цилиндрическую, коническую или бочкообразную центральную цапфу и ответную ей центральную выемку как средство для предварительного центрирования.
На сверлильной коронке установлено, по меньшей мере, одно лезвие, работающее в заданном направлении вращения вокруг оси вращения. Благоприятным образом с торцевой стороны предусмотрены со смещением один относительно другого примерно на 180° или 120° два или три лезвия. Далее, сверлильная коронка и основной корпус имеют благоприятным образом переходящие одна в другую через место разъема канавки для отвода стружки, которые проходят предпочтительно по спирали, по меньшей мере частично, вдоль основного корпуса. При этом стружкоотводящие канавки ограничены целесообразно по боковым сторонам ребрами, причем в ребрах основного корпуса соответственно расположен канал для охлаждающей жидкости, который на конце основного корпуса со стороны сверлильной коронки имеет расположенное внутри одной из стружкоотводящих канавок выходное отверстие. При этом выходное отверстие может образовать проходящий вдоль стружкоотводящих канавок открытый по краям желобок или может заходить в него, причем желобки переходят соответственно в расположенный в сверлильной коронке и ведущий к одной режущей кромке желобок.
Благоприятным образом сверлильная коронка состоит из более твердого материала, чем основной корпус. Например, сверлильная коронка изготовлена как прессованная или отлитая деталь из твердого сплава или керамического материала. С другой стороны, основной корпус может быть закален, по меньшей мере, в зоне его функциональных поверхностей, выполненных как поверхность контакта или передняя поверхность сверлильной коронки.
Чтобы сверлильную коронку простым способом соединить с основным корпусом или отделить от него, в предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается, что в зоне задней поверхности или вспомогательной задней поверхности сверлильной коронки расположены разделенные одна от другой угловым расстоянием, открытые с краев, по меньшей мере, две выемки под ключ, причем разделяющее их угловое расстояние целесообразно составляет примерно 180°. Выемки под ключ предпочтительно открыты с краев в осевом и радиальном направлениях. Для равномерного распределения усилий ключа на различные выемки преимуществом является, если выемки под ключ имеют ориентированные по существу параллельно оси вращения, ограниченные дном упорные поверхности под ключ, которые имеют примерно одинаковую высоту в направлении открывания и закрывания. Для достижения этой цели является преимуществом, если дно выемки под ключ проходит наклонно к перпендикулярной относительно оси вращения окружной плоскости, при этом дно выемки ориентировано, по меньшей мере, в окружном направлении, примерно параллельно соответствующей задней поверхности или вспомогательной задней поверхности.
Ниже изобретение поясняется более детально на основе чертежа, на котором показаны:
Фиг.1a и 1б - вид сбоку и сверху сверлильного инструмента со сверлильной коронкой;
Фиг.1в - вырез в сверлильном инструменте, в увеличенном изображении, с фиг.1a;
Фиг.2a и 2б - два вида сбоку сверлильной коронки сверлильного инструмента в различных положениях вращения;
Фиг.3a и 3б - другой вид сбоку и сверху сверлильной коронки для наглядного пояснения выемок под ключ;
Фиг.4 - наглядное изображение посадочного гнезда на основном корпусе;
Фиг.5а и 5б - вид сбоку и сверху основного корпуса;
Фиг.5в - сечение вдоль линии сечения С-С с фиг.5б, в увеличенном изображении;
Фиг.6a и 6б - вид сбоку и вид снизу сверлильной коронки с указанием размеров;
Фиг.7a-7д - виды сверху на сверлильный инструмент с различными угловыми положениями сверлильной коронки относительно основного корпуса для наглядного пояснения вариантов ввинчивания сверлильной коронки в основной корпус;
Фиг.8 - схема находящихся в зацеплении друг с другом, имеющих контур в виде частей окружности прижимных поверхностей соединительной детали и посадочного гнезда для пояснения расположения и функции эксцентрических прижимных участков соединительной детали.
Показанные на чертеже сверлильные инструменты разделены надвое в месте 30 разъема и состоят из несущего хвостовик 14 основного корпуса 32 и имеющей острие 10 сверла сверлильной коронки 34. Сверлильная коронка 34 и основной корпус 32 на месте 30 разъема соединяются друг с другом с геометрическим и силовым замыканием. Основной корпус 32 изготовлен предпочтительно из инструментальной стали или из быстрорежущей стали, тогда как сверлильная коронка 34, как фасонная деталь, выполнена из материала из группы, включающей твердый сплав или керамику, и изготовлена литьем под давлением как спеченная порошковая или прессованная деталь. В принципе сверлильная коронка 34 может быть изготовлена также из инструментальной стали с износостойким покрытием.
Показанный на фиг.1a сверлильный инструмент содержит острие 10 сверла, примыкающую к острию сверла стружкоотводящую деталь 12 и отформованный ниже на стружкоотводящей детали 12 хвостовик 14. Острие 10 сверла содержит два главных лезвия 16 и соединяющую со стороны острия между собой главные лезвия 16 перемычку 18, а также примыкающие к главным лезвиям 16 и перемычке 18 главные задние поверхности 20' и вспомогательные задние поверхности 20''. От главных лезвий 16 по стружкоотводящей детали 12 проходят две спиральные стружкоотводящие канавки 22, которые на стороне основного корпуса проходят до хвостовика 14. Место 30 разъема находится между стружкоотводящими канавками 22 в зоне стружкоотводящей детали 12. Стружкоотводящие канавки 22 по боковым сторонам ограничены ребрами 26, в которых расположен соответствующий канал 28 для охлаждающей жидкости. Каналы 28 для охлаждающей жидкости имеют такой же шаг витка, как и ребра 26, и переходят на сторону сверлильной коронки в прямолинейный участок 28' канала. Участки 28' каналов высечены там спиральными стружкоотводящими канавками 22, образуя овальное ведущее в стружкоотводящую канавку выходное отверстие 36. Выходные отверстия расположены таким образом, что они направлены на соответствующие главные лезвия 16 сверлильной коронки 34. Выходные отверстия 36 могут входить в непоказанный проходящий вдоль соответствующей стружкоотводящей канавки 22 открытый с краев желобок. Он может переходить соответственно в расположенный в сверлильной коронке 34 ведущий к одному из главных лезвий 16 непоказанный желобок.
Радиально выступающие за наружный периметр сверлильной коронки 34 углы 84 режущих кромок переходят в направляющую кромку 86, к которой примыкает проходящее в окружном направлении через часть периметра сверлильной коронки, радиально выступающее за наружную боковую поверхность направляющее ребро 88.
Начинающиеся в направлении схода стружки непосредственно за главными лезвиями 16 стружкоотводящие канавки 22 ограничены соответственно со стороны лезвий передней поверхностью 90.
На своей оппозитной относительно главной и вспомогательной задней поверхности 20', 20'' стороне сверлильная коронка 34 снабжена соединительной деталью 96, которая соединяется с расположенным с торцевой стороны на основном корпусе 32 посадочным гнездом 94, образуя место 30 разъема. Соединительная деталь 96 содержит для этой цели расположенные с разносом по периметру два центрирующих участка 40 с выпуклой кривизной, которые входят в зацепление с ответными им, соответственно вогнутыми, центрирующими участками 42 посадочного гнезда 94. Далее, соединительная деталь 96 содержит находящийся в зацеплении с поводком 44 вращения посадочного гнезда 94 ответно дополняющий поводковый упор 46.
Особенность изобретения состоит в том, что центрирующие участки 40, 42 соединительной детали 96 и посадочного гнезда 94 до стыковки поводкового упора 46 с поводком вращения в направлении, противоположном рабочему направлению вращения вокруг оси 24 вращения, определенному направлением резания главных лезвий 16, содержат прилегающие друг к другу по типу поворотной шпонки прижимные поверхности 48, 50. Прижимные поверхности 48, 50 соединительной детали 96 и/или посадочного гнезда 94 содержат для этой цели диаметрально противоположные друг другу, эксцентрические один относительно другого участки окружности (ср. фиг.6б, а также 7a-7д), которые имеют уменьшающийся относительно оси вращения в направлении, противоположном заданному рабочему направлению вращения, радиус. Если в этом случае, по меньшей мере, одна из обращенных друг к другу прижимных поверхностей упруго деформируется или изгибается с образованием силового замыкания, происходит вышеназванное заклинивание по типу поворотной шпонки. При этом происходит, что прижимные поверхности 48, 50 образуют обращенные одна к другой, дополняющие друг друга до конуса с осью, совпадающей с заданной осью 24 вращения, конические поверхности 42, 44 (фиг.6a и фиг.4), углы конусности которых в направлении зажима расходятся, и в показанном примере осуществления на стороне сверлильной коронки 34 угол составляет 2°, а на стороне основного корпуса 32 - 2,2°. Кроме того, сверлильная коронка 34 и основной корпус 32 имеют обращенные одна к другой торцевые поверхности 52, 54, которые по существу ориентированы перпендикулярно оси 24 вращения и которые в соединенном положении под воздействием конических прижимных поверхностей 48, 50 попарно прижимаются друг к другу.
Как видно из фиг.7a-7д, сверлильная коронка и основной корпус посредством соединительной детали 96 и посадочного гнезда 94 соединены между собой по типу штыкового затвора. Для предварительного центрирования сверлильная коронка 34 имеет на свободном конце своей соединительной детали 96 выступающую цилиндрическую центрирующую цапфу 56, которая заходит с зацеплением в ответное центрирующее отверстие 58 на дне посадочного гнезда 94. При дальнейшем повороте с углового положения W1 через W2, W3 в угловое положение W4 соединительная деталь 96 с радиусом R1 центрирующих участков 42 заходит вначале в ответные центрирующие участки 40 посадочного гнезда 94 и постепенно своими коническими прижимными поверхностями 50 перемещается на прижимные поверхности 48 центрирующих участков 40 до тех пор, пока в положении на фиг.7д угол W4 не достигнет значения W=0 и поводковый упор 46 сверлильной коронки 34 не состыкуется с упором 44 вращения посадочного гнезда. При таком повороте реализуются показанные на фиг.6б и 8 эксцентриковые движения, которые приводят к прижиму соединительной детали 96 и посадочного гнезда 94 по их прижимным поверхностям 48, 50.
Для объяснения возникающих при монтаже эксцентриковых движений между соединительной деталью 96 и посадочным гнездом 94 в схеме на фиг.8 приводятся в форме частей окружности контуры прижимных поверхностей 48, 50 с соответствующими центрами и радиусами. При этом видно, что центрирующие участки 42 с вогнутой кривизной посадочного гнезда 94 образуют в поперечном сечении концентрические оси вращения части окружности с заданным радиусом R1, и каждый выпуклый центрирующий участок 40 соединительной детали 96 состоит соответственно из концентричного оси вращения 24 направляющего участка 40' с радиусом R1', соответствующим радиусу R1 со стороны посадочного гнезда, и содержит тангенциально примыкающий к ним эксцентрический с заданным эксцентриситетом е относительно оси вращения 24 прижимной участок 40'' в форме части окружности с большим радиусом R2', R2''=R1+e, при этом эксцентрические прижимные участки 40'' соединительной детали 96 и центрирующие участки 42 в форме частей окружности посадочного гнезда 94 в своем положении зажима прилегают друг к другу с силовым замыканием. При этом радиусы R1 относятся к центру, лежащему на оси вращения, а радиусы R2' и соответственно R2'' относятся к смещенным относительно оси вращения 24 центрам М2' и М2''. Соединительная деталь 96 и посадочное гнездо 94 в процессе соединения взаимно поворачиваются относительно друг друга на месте разъема по типу штыкового затвора. Одновременно в связи с конусностью центрирующих участков 42, 40 создается крепление поверхности торцевых поверхностей на соответствующих участках 54, 52 (фиг.1в).
Как, в частности, видно из фиг.2а и 2b в сочетании с фиг.4, в зоне поводка 44 вращения и поводкового упора 46 также имеет место геометрическое замыкание вследствие упорной наклонной поверхности 60. Установочный угол упорной наклонной поверхности 60 составляет в показанном примере осуществления примерно 11°. Далее, из фиг.2а и 2b видно, что упорная наклонная поверхность 60 сверлильной коронки образует плоский или бочкообразный участок 60', который ограничен двумя расположенными друг против друга краевыми участками 60'', 60''', из которых один (60'') имеет вогнутую кривизну, а другой (60''') выпуклую кривизну. Краевые участки, образуя острый угол, непосредственно или опосредованно через выемку 62 переходят соответственно в перпендикулярный оси вращения 24 сверлильной коронки 34 участок 52, 53 торцевых поверхностей. С учетом допусков один из участков 52 или 53 торцевой поверхности служит соответственно вместе с ответным участком 54 торцевой поверхности основного корпуса для зажима торцевых поверхностей. Острые углы (79°) краевых участков 60'', 60''' являются по существу равновеликими и соответствуют уменьшенному на установочный угол (11°) упорной наклонной поверхности 60 прямому углу (90°). Благодаря этим мерам достигается то, что на местах стыковки на сверлильной коронке 34 не наблюдается концентрация напряжений, которая в процессе зажима могла бы привести к разрушению материала.
Чтобы облегчить установку и демонтаж сверлильной коронки 34 на основном корпусе 32, в зоне вспомогательных задних поверхностей 20'' сверлильной коронки расположены разделенные в окружном направлении угловым расстоянием примерно 180°, открытые с краю как в осевом, так и в радиальном направлении две выемки 64 под ключ. Выемки 64 под ключ имеют ориентированные по существу параллельно оси 24 вращения ограниченные дном 66 упорные поверхности 68 под ключ, которые имеют примерно одинаковую высоту в направлении открывания и закрывания (ср. фиг.3a). Дно 66 выемок 64 под ключ проходит соответственно наклонно к перпендикулярной оси вращения 24 окружной плоскости (ср. фиг.2a, 2б, 3a). Соответственно, дно выемок ориентировано, по меньшей мере, в окружном направлении примерно параллельно соответствующей вспомогательной задней поверхности 20'' (ср. фиг.3a).
Как резюме следует констатировать следующее. Изобретение относится к сверлильному инструменту с содержащим центральную ось 24 вращения основным корпусом 32 и соединенной разъемно с основным корпусом 32 сверлильной коронкой 34. Сверлильная коронка 34 содержит соединяемую с расположенным с торца основного корпуса 32 посадочным гнездом 94 соединительную деталь 96, которая содержит расположенные с разносом по периметру, по меньшей мере, два центрирующих участка 40 с выпуклой кривизной, которые с точной подгонкой входят в зацепление с ответными им ответно вогнутыми центрирующими участками 42 посадочного гнезда 94. Соединительная деталь 96 содержит находящийся в зацеплении с поводком 44 вращения посадочного гнезда 96 ответный поводковый упор 46. В качестве нового заявляется, что центрирующие участки 40, 42 соединительной детали 96 и/или посадочного гнезда 94 до взаимной стыковки поводкового упора 46 с поводком 44 вращения в направлении, противоположном заданному направлению вращения, содержат прилегающие друг к другу по типу поворотной шпонки прижимные поверхности 48, 50.