ТОРЦОВАЯ ФРЕЗА Российский патент 1997 года по МПК B23C5/06 

Изобретение относится к области механической обработки плоских поверхностей деталей машин фрезерованием и может быть использовано на универсальных и специализированных фрезерных станках, а также на станках с ЧПУ и в гибких производственных системах.

Известна торцевая фреза, в корпусе которой установлены резцовые блоки с возможностью саморегулирования радиального положения по величине силы резания (см. а. с. СССР N1161279, кл. Б 23 С 5/06, 1985). Резцовый блок, содержащий плунжер с закрепленной в нем режущей вставкой, снабжен упругим элементом и регулировочным винтом, взаимодействующим через упругий элемент с плунжером. Плунжер расположен в радиальных направляющих корпуса фрезы. Недостаток инструмента заключается в низкой его стойкости, обусловленной отсутствием закрепления плунжера в направляющей. Изменение в процессе резания положения плунжера в направляющей вызывает резкие скачки величин сил трения между их поверхностями и, вследствие этого, является причиной динамических ударов на режущих вставках. Нестабильность сил трения часто приводит к "заеданию плунжера". Кроме того, отсутствие закрепления плунжера в направляющей допускает возникновение его вибрация вместе с режущей вставкой, что также способствует износу.

В качестве ближайшего аналога выбрана торцевая фреза, содержащая корпус, в котором установлены с возможностью смещения к центру резцовые блоки (см. а. с. СССР N1155375, кл. Б 23 C 5/06, 1985г.). Резцовый блок состоит из плунжера и режущей вставки, закрепленной на нем. Плунжер расположен в радиальной направляющей корпуса и выполнен в виде стержня. Фреза снабжена механизмами закрепления плунжеров в виде тормозных устройств, охватывающих их. При возникновении нагрузки в процессе резания на режущей вставке большей, чем та, на которую была произведена регулировка, плунжер вместе со вставкой смещается в радиальном направлении, а сила резания уменьшается. Таким образом происходит саморегулирование радиального положения режущих вставок по величине силы резания.

Недостатком известной фрезы является низкая стойкость инструмента вследствие нестабильного характера радиального смещения резцового блока при саморегулировании своего положения. Бессистемность смещения обусловлена отсутствием жесткого закрепления плунжера резцового блока по всей длине направляющей. Только в зоне тормозного устройства стержень плунжера имеет постоянное силовое замыкание, равномерно распределенное по всему периметру своего поперечного сечения. По всей остальной его длине не обеспечен стабильный силовой контакт с поверхностью направляющей. Блуждающие зоны контакта покрыты металлической пылью и грязью, находящимися в зазорах между поверхностями плунжера и направляющей корпуса. В силу своей непостоянности, зоны контакта являются причиной резких колебаний величины силы трения. Уменьшение ее может вызвать необоснованное смещение резцового блока к центру, при этом он станет работать с толщиной среза меньше возможной, а увеличение - заставит работать блок без смещения, но с возрастанием динамической нагрузки, приводящим режущий элемент к катастрофическому разрушению. Кроме того, скачкообразное изменение величины плеча силы резания относительно контакта вызывает биение резцового блока.

Задачей изобретения является повышение стойкости инструмента.

Поставленная задача при осуществлении изобретения решается за счет достигаемого технического результата, заключающегося в обеспечении виброустойчивости и точности саморегулирования установки резцовых блоков.

Виброустойчивость и точность саморегулирования установки резцовых блоков достигается тем, что в торцевой фрезе, содержащей корпус, резцовые блоки со стержнями, установленными с возможностью смещения в радиальных направляющих корпуса, и тормозные устройства для взаимодействия с упомянутыми стержнями, согласно изобретению каждый из стержней выполнен с прямоугольным поперечным сечением, а его направляющая выполнена в виде прямоугольного паза со ступенчатым дном, имеющим впадину у задней стенки паза, при этом тормозное устройство выполнено в виде прижимного механизма с силопередающей поверхностью, предназначенной для взаимодействия с гранью стержня, противолежащей дну паза, и расположенной напротив упомянутой впадины на дне последнего.

Сравнение заявляемого технического решения с ближайшим аналогом позволило установить его соответствие критерию "новизна". При изучении других известных технических решений признаки, отличающие заявляемое изобретение от ближайшего аналога, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Выполнение стержней резцовых блоков прямоугольными в поперечном сечении, а направляющих в виде прямоугольного паза со ступенчатым дном, имеющим впадину у задней стенки паза, в совокупности с выполнением тормозного устройства в виде прижимного механизма с силопередающей поверхностью, предназначенной для взаимодействия с гранью стержня, противолежащей дну паза, и расположенной напротив впадины на дне последнего, позволяет при поджиме стержня резцового блока получить его перекос и закрепление в пазу по всей его длине. При этом в зоне прижимного механизма стержень резцового блока имеет не менее трех опорных площадок: с верхней частью передней стенки паза, с дном на границе раздела его уровней по глубине и с силопередающей поверхностью прижимного механизма. По всей остальной длине стержень вместо контакта с прижимным механизмом имеет стабильное силовое замыкание с нижней частью задней стенки паза. Таким образом, он по всей своей длине оказывается под воздействием постоянных реакций опор не менее, чем с трех сторон. Такое стабильное силовое замыкание стержня с поверхностями паза и прижимного механизма обеспечивает постоянство возникающих на них при резании сил трения, препятствующих смещению резцового блока к центру фрезы под влиянием силы резания Р. Кроме того, исключено попадание на опорные площадки металлической пыли и грязи. Постоянством величины силы трения, в свою очередь, обусловлена точность саморегулирования установки резцовых блоков. Смещение носит упорядоченный характер и происходит при каждом превышении радиальной составляющей силы резания Р_у ее критического значения Р_укр. Это значение соответствует величине суммарной силы трения на опорных площадках и задается регулировкой прижимного механизма. При этом исключено резкое увеличение динамических нагрузок на режущую часть резцового блока, приводящее к быстрому ее разрушению. Отсутствие скачкообразного изменения величины плеча силы резания обеспечивает виброустойчивость резцового блока.

На фиг. 1. представлена торцевая фреза, вид рабочего торца; на фиг.2. - разрез А А на фиг.1; на фиг.3 разрез В В на фиг.2; на фиг.4 разрез Г - Г на фиг.2.

Торцевая фреза содержит корпус 1, резцовые блоки 2 и тормозные устройства 3. Корпус 1 имеет радиальные прямоугольные пазы 4. Пазы 4 выполнены со ступенчатым дном, имеющим впадину 5 у задней стенки. Резцовые блоки 2 представляют собой стержни с консольной головкой, оснащенной режущей пластиной 6 с вершиной А. Стержни резцовых блоков 2 выполнены с прямоугольным поперечным сечением. Они расположены в пазах 4 и закреплены в них тормозными устройствами 3 с возможностью радиального смещения. Тормозные устройства 3 выполнены в виде прижимных механизмов с силопередающей поверхностью 7, предназначенной для взаимодействия с гранью стержня, противолежащей дну паза, и расположенной напротив впадины 5 на дне паза 4. В данном случае в качестве примера прижимного механизма показан болт с гайкой и упругими шайбами. Болт выполнен с выемкой под стержень резцового блока 2.

Возможно выполнение фрезы с пазами 4, задняя и передняя стенки которых сориентированы под углом ±10 15^o относительно осевых плоскостей, проходящих через их кромки.

Подготовка фрезы к работе. Перед началом работы корпус 1 фрезы оснащают резцовыми блоками 2. Для этого стержни резцовых блоков 2 вставляют в пазы 4 корпуса 1 и предварительно зажимают при помощи прижимных механизмов 3. Затем резцовые блоки 2 выставляются таким образом, чтобы все режущие пластины 6 находились на конической поверхности с углом между образующими, лежащими в одной осевой плоскости, равным 180^°- 2Φ где v главный угол в плане фрезы. Для выставки используют калибр. Калибр имеет внутреннюю коническую поверхность с углом 180^°- 2Φ штырь с диаметром, равным диаметру отверстия фрезы, и торец для осевого базирования. После выставки стержни резцовых блоков 2 закрепляют окончательно до создания усилия закрепления, обозначенного на чертежах буквой Q. Особенности конструкции обеспечивают при поджиме стержня его малозаметный для глаза поворот и закрепление в пазу 4 (на фиг.3 и 4 для наглядности перекос стержня специально увеличен). Вследствие закрепления стержни резцовых блоков 2 оказываются под воздействием реакций Q со сторон не менее, чем трех опорных площадок и, таким образом, имеют одну степень свободы: они могут перемещаться лишь строго в радиальном направлении.

Далее фрезу устанавливают на шпиндель фрезерного станка.

В процессе резания на режущие пластины 6 резцовых блоков 2 будет действовать усилие резания, пропорционально толщине срезаемого слоя. По мере изнашивания режущих пластин 6, на них возрастает значение радиальной составляющей силы резания Р_у. Достижение критического значения Р_укр. вызывает смещение резцового блока 2 к центру фрезы 00. При смещении уменьшается толщина среза. Процесс может повторяться многократно для всех резцовых блоков 2, предохраняя пластины 6 от катастрофического износа и разрушения. При этом стабильность силового замыкания стержня резцового блока 2 с поверхностями паза 4 и прижимного механизма 3 исключает попадание на опорные площадки металлической пыли и грязи. В итоге все режущие пластины 6 изнашиваются равномерно. Ресурс их вырабатывается полностью.

Использование: область механической обработки плоских поверхностей деталей машин фрезерованием и может быть использовано на универсальных и специализированных фрезерных станках. Сущность изобретения: торцевая фреза содержит корпус, резцовые блоки со стержнями, установленными с возможностью смещения в радиальных направляющих корпуса, а также тормозные устройства для взаимодействия с упомянутыми стержнями. В целях повышения стойкости инструмента за счет обеспечения виброустойчивости и точности саморегулирования установки резцовых блоков, стержень каждого из резцовых блоков выполнен с прямоугольным поперечным сечением, его направляющая выполнена в виде прямоугольного паза со ступенчатым дном, имеющим впадину у задней стенки паза, а тормозное устройство выполнено в виде прижимного механизма с силопередающей поверхностью, предназначенной для взаимодействия с гранью стержня, противолежащей дну паза, и расположенной напротив впадины. 4 ил.

Торцовая фреза, содержащая корпус, резцовые блоки со стержнями, установленными с возможностью смещения в радиальных направляющих корпуса, и тормозные устройства для взаимодействия с упомянутыми стержнями, отличающаяся тем, что каждый из стержней выполнен с прямоугольным поперечным сечением, а его направляющая выполнена в виде прямоугольного паза со ступенчатым дном, имеющим впадину у задней стенки паза, при этом тормозное устройство выполнено в виде прижимного механизма с силопередающей поверхностью, предназначенной для взаимодействия с гранью стержня, противолежащей дну паза, и расположенной напротив упомянутой впадины на дне последнего.