Устройство для крепления концевого режущего модуля

Полезная модель относится к области обработки материалов резанием и предназначена для обеспечения заданного радиального положения концевого режущего модуля относительно оси вращения шпинделя станка после предварительной настройки инструмента вне станка на заданные размеры обработки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее державку с цилиндрическим отверстием, предназначенную для установки в станке, режущий модуль, выполненный в виде оправки с цилиндрическим хвостовиком, соосно размещенным в цилиндрическом отверстии державки, и упорным буртиком, взаимодействующим с торцом державки, резец, размещенный на оправке так, что его ось расположена радиально по отношению к ее цилиндрическому хвостовику, и винт с цилиндрическим резьбовым и коническим упорным участками, причем в державке выполнено цилиндрическое резьбовое отверстие, радиальное по отношению к ее цилиндрическому отверстию и взаимодействующее с цилиндрическим резьбовым участком винта, а цилиндрический хвостовик оправки снабжен радиальным коническим отверстием, выполненным с эксцентриситетом относительно цилиндрического резьбового отверстия державки в направлении резца и в плоскости, образованной осями цилиндрического и цилиндрического резьбового отверстия державки, и взаимодействующим с коническим участком винта. (Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств // М.: Машиностроение, 2006. - 336 с., стр. 259).
Недостатком известного устройства, в том числе технической проблемой является низкая жесткость закрепления концевого режущего модуля из-за несовпадения направления стягивающей вдоль оси устройства силы с направлением действующей силы резания, что не обеспечивает достаточную жесткость, приводит к значительным перемещениям режущей кромки и снижению точности обработки.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение жесткости закрепления концевого режущего модуля за счет того, что вектор силы, стягивающей концевой режущий модуль и державку вдоль оси устройства, и вектор действующей силы резания совпадают по величине, но противоположны по направлению, что приводит к росту жесткости, значительному снижению перемещений режущей кромки и повышению точности обработки.
Технический результат достигается тем, что устройство для крепления концевого режущего модуля содержит: державку с цилиндрическим отверстием, предназначенную для установки в станке; режущий модуль, выполненный в виде оправки с цилиндрическим хвостовиком, соосно размещенным в цилиндрическом отверстии державки, и упорным буртиком, взаимодействующим с торцом державки; резец, размещенный на оправке так, что его ось расположена радиально по отношению к ее цилиндрическому хвостовику; и винт с цилиндрическим резьбовым и коническим упорным участками. В державке выполнено цилиндрическое резьбовое отверстие, радиальное по отношению к ее цилиндрическому отверстию и взаимодействующее с цилиндрическим резьбовым участком винта. Цилиндрический хвостовик оправки снабжен радиальным коническим отверстием, выполненным с эксцентриситетом относительно цилиндрического резьбового отверстия державки в направлении резца и в плоскости, образованной осями цилиндрического и цилиндрического резьбового отверстия державки, и взаимодействующим с коническим участком винта. При этом цилиндрическое резьбовое отверстие и радиальное коническое отверстие оправки выполнены так, что их оси в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического отверстия оправки, образуют с осью резца угол α, удовлетворяющий условию: 20°<α<45°.
i
Устройство может содержать дополнительные цилиндрические резьбовые отверстия в державке и дополнительные радиальные конические отверстия в хвостовике оправки, образующие вместе с цилиндрическим резьбовым отверстием в державке и радиальным коническим отверстием в хвостовике n пар, оси в каждой i-й из которых образуют с осью резца в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического отверстия оправки, n неравных углов, каждый i-й угол из которых удовлетворяет условию 20°<α<45°, где n - целое число больше 1; i - порядковый номер каждого из n углов α для соответствующей пары. Каждая из упомянутых пар может быть смещена по отношению к близлежащим в осевом относительно цилиндрического отверстия оправки направлении.
Полезная модель поясняется следующими графическими изображениями.
На фиг. 1 схематично изображено осевое сечение предлагаемого устройства для крепления концевого режущего модуля.
На фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение устройства для крепления концевого режущего модуля.
На фиг. 3 представлена схема взаимного положения оси винта и хвостовика режущего модуля.
В заявленном устройстве для крепления концевого режущего модуля, содержащем: державку с цилиндрическим отверстием, предназначенную для установки в станке; режущий модуль, выполненный в виде оправки с цилиндрическим хвостовиком, соосно размещенным в цилиндрическом отверстии державки, и упорным буртиком, взаимодействующим с торцом державки; резец, размещенный на оправке так, что его ось расположена радиально по отношению к ее цилиндрическому хвостовику; и винт с цилиндрическим резьбовым и коническим упорным участками. Причем в державке выполнено цилиндрическое резьбовое отверстие, радиальное по отношению к ее цилиндрическому отверстию и взаимодействующее с цилиндрическим резьбовым участком винта, а цилиндрический хвостовик оправки снабжен радиальным коническим отверстием, выполненным с эксцентриситетом относительно цилиндрического резьбового отверстия державки в направлении резца и в плоскости, образованной осями цилиндрического и цилиндрического резьбового отверстия державки, и взаимодействующим с коническим участком винта. Для создания натяга в соединении торцов концевого режущего модуля и державки за счет того, что цилиндрическое резьбовое отверстие и радиальное коническое отверстие оправки выполнены так, что их оси в плоскости перпендикулярной оси цилиндрического отверстия оправки образуют с осью резца угол α, удовлетворяющий условию: 20°<α<45°.
Устройство для крепления концевого режущего модуля (см. фиг. 1) содержит концевой режущий модуль 2, установленный в отверстии 5 державки 1, который при вращении винта 3 по резьбе 4 до контакта конических поверхностей 6 перемещается вдоль оси 8 за счет возникновения силы F из-за имеющегося эксцентриситета «е» (см. фиг. 3) до контакта концевого режущего модуля 2 и державки 1 по торцам "Т". В державке 1 резьбовое отверстие 4 выполнено под таким углом α (см. фиг. 2) относительно оси 11 резца, что составляющая Fy стягивающей силы F (см. фиг. 3) направлена строго против равнодействующей силы резания Ру, возникающей при растачивании, а коническое отверстие 6 выполнено под углом α относительно оси резца 10.
Устройство для крепления концевого режущего модуля работает следующим образом.
Концевой режущий модуль 2 вставляют в отверстие 5 державки 1 таким образом, чтобы совпали оси конического отверстия в концевом режущем модуле 2 и резьбового отверстия в державке 1. После этого завинчивают винт 3 определенным крутящим моментом, обеспечивающим натяг по торцам Т концевого режущего модуля 2 и державки 1 за счет действия силы Fx. Одновременно происходит натяг в цилиндрическом соединении 5 хвостовика режущего модуля 2 и державки 1 стягивающей силой Fy, действующей в направлении противоположном составляющей силы резания Ру вдоль оси резца 7 под углом α к оси винта 3.
Отличием предложенной конструкции устройства от прототипа является более высокая жесткость за счет совпадения направления стягивающей силы Fy с направлением действия силы резания Ру, приводящая к уменьшению перемещения вершины резца, что подтверждается нижеприведенными пояснениями и расчетами в отношении конкретного примера растачивания заготовки на токарном станке.
Σ
Для определения величины угла "α" для конкретных условий обработки, показана схема действия силы резания Р, которая раскладывается на составляющие: тангенциальную Pz, радиальную Ру и осевую Рх (см. фиг. 1 и 2).
При резании эти составляющие рассчитывают по формуле:
р
где t - глубина обработки, мм; s - подача на один оборот, мм/об; ν - скорость резания, м/мин; Ср - постоянная величина и показатели х, у, n известны для конкретных условий обработки; К - поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. Из схемы фиг. 2 следует что угол "α" может быть определен по формуле:
По данным (Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / под ред. А.С. Васильева, А.А Кутина. 6-е изд., перераб. и доп. // М: Инновационное машиностроение, 2018. - с. 381-383) в предлагаемом устройстве для крепления концевого режущего модуля угол "α" может быть рационально принят в интервале: 20°<α<45°.
За счет совпадения направления стягивающей силы Fy с направлением действия силы резания Ру уменьшается упругое контактное перемещение концевого режущего модуля в отверстии державки, что позволяет увеличить жесткость устройства в 1,5 - 2 раза по сравнению с известным устройством при решении одной и той же технической задачи и удовлетворяет требованиям к закреплению режущего инструмента.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного результата повышения жесткости закрепления концевого режущего модуля за счет того, что вектор силы, стягивающей концевой режущий модуль и державку вдоль оси устройства, и вектор действующей силы резания совпадают по величине, но противоположны по направлению.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого технического результата.