РОТАЦИОННЫЙ ИНСТРУМЕНТ С БАЛАНСИРОВОЧНЫМИ КОЛЬЦАМИ Российский патент 1998 года по МПК B23C5/00 B23B51/00 

Изобретение касается ротационного инструмента, в частности скоростных фрез и сверл, в соответствии с ограничительной частью основного пункта формулы изобретения.

Ротационные инструменты с балансировочными кольцами описаны, например, в выложенных заявках США NN 5263995 или 5074723. При использовании подобного рода ротационных инструментов с инструментами и приспособлениями для закрепления инструмента, которые работают при очень высоких частотах вращения, например, порядка до 20000 оборотов в минуту, возникает проблема точной балансировки инструментов и приспособлений для закрепления инструментов. В соответствии с известным уровнем техники, как он представлен, например, с помощью вышеупомянутых заявок на патент США, для этой цели при точной балансировке на осевом удалении друг от друга по окружности инструмента и приспособления для закрепления инструмента расположены два балансировочных кольца. Эти балансировочные кольца с целью точной балансировки могут смещаться своей внутренней окружностью по наружной окружности ротационного инструмента или приспособления для закрепления ротационного инструмента в направлении окружности и фиксироваться в различных положениях поворота относительно тела инструмента или тела приспособления для закрепления инструмента.

Балансировочные кольца для точной балансировки оснащены по окружности различными массами. Проще всего этого можно добиться благодаря тому, что балансировочные кольца в определенных зонах окружности просверлены. При этом речь идет, например, об отверстиях, которые проходят параллельно оси вращения инструмента или приспособления для закрепления инструмента, благодаря чему в соответствующей зоне окружности соответствующего балансировочного кольца можно добиться уменьшения массы.

Теперь уравновешивание балансировки или точная балансировка осуществляется благодаря тому, что по меньшей мере одно из балансировочных колец, однако предпочтительно оба кольца, поворачиваются относительно инструмента или приспособления для закрепления инструмента и в этом положении фиксируются, в котором налицо уравновешивание балансировки по желаемой точности.

Конструктивное исполнение несущих тел, безразлично, будь то тело инструмента или тело приспособления для закрепления инструмента, в соответствии с уровнем техники имеет между тем недостаток, заключающийся в том, что балансировочные кольца в эксплуатации по причине высоких частот вращения подвержены воздействию значительных центробежных сил и тем самым как в зоне отверстий балансировочных колец, так и в зоне предусматриваемых для установки балансировочных колец зажимных элементов их поперечное сечение ослаблено и там они могут разрушаться. Другой недостаток известных вариантов выполнения заключается в том, что располагаемые рядом друг с другом в осевом направлении инструмента или приспособления для закрепления инструмента балансировочные кольца требуют определенной конструктивной длины, которая ведет к увеличению эффективной в осевом направлении общей конструктивной длины тела инструмента или тела приспособления для закрепления инструмента.

Целью изобретения является усовершенствование ротационного инструмента, в частности, скоростной фрезы или скоростного сверла, упомянутого вначале типа таким образом, что с помощью занимающей мало места компоновки балансировочных колец в целом можно было добиться меньшей конструктивной длины всей образованной приспособлением для закрепления инструмента, а также самим инструментом системы. Кроме того, настоящее изобретение ставит перед собой цель по меньшей мере частичного подпирания балансировочных колец на наружной окружности, так что по меньшей мере сильно уменьшается, если не исключается полностью опасность разрушения балансировочных колец и тем самым инструмента возникающими в эксплуатации инструмента большими центробежными силами.

Для решения этой задачи ротационный инструмент согласно изобретению выполнен в соответствии с отличительными признаками основного пункта формулы изобретения. Благодаря тому, что два балансировочных кольца расположены концентрично относительно друг друга и тем самым в общей плоскости перпендикулярно оси вращения инструмента или приспособления для закрепления инструмента, в целом получается короткая конструкция образованной из инструмента и приспособления для закрепления инструмента общей системы. Так как балансировочные кольца расположены одно в другом, они могут опираться друг на друга прежде всего в радиальном направлении. Наконец, в соответствии с изобретением предусмотрено то, что сами балансировочные кольца опираются в радиальном направлении на тело приспособления для закрепления инструмента или тело инструмента, так что возникающие в эксплуатации большие центробежные силы, которые оказывают воздействие на балансировочные кольца, вводятся по соответствующей наружной окружности балансировочных колец в материал приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента, и поглощаются им. Таким образом, благодаря этой радиальной опоре балансировочных колец исключается или по меньшей мере в значительной степени снижается опасность разрушения балансировочных колец в зонах с уменьшенной толщиной или в тех зонах, в которых предусмотрены отверстия для уменьшения массы балансировочных колец и/или для их фиксирования вдоль окружности.

Для особенно простого расположения и установки балансировочных колец в желаемом положении ротационный инструмент в соответствии с изобретением усовершенствован таким образом, как это охарактеризовано в пункте 2 формулы изобретения. Подобного рода концентричные круговые пазы могут выполняться простым способом в соответствующих торцовых зонах или фланцевых участках тела инструмента или приспособления для закрепления инструмента с соответствующей точностью посадки для базирования по меньшей мере одного балансировочного кольца. При выполнении концентричных относительно оси вращения инструмента круговых пазов для базирования балансировочных колец получается опора балансировочных колец по всей наружной окружности и тем самым соответственно равномерное восприятие центробежных сил в материале приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента. Если размеры зоны торцовой поверхности или фланцевой зоны для базирования балансировочных колец выбраны достаточно большими, для каждого по меньшей мере из двух используемых балансировочных колец может быть предусмотрен соответствующий круговой паз, внутри которого соответственно располагается балансировочное кольцо. В случае связанных с местом расположения ограниченных условий для простой установки желаемого положения балансировочных колец в соответствии с изобретением можно однако обойтись одним единственным круговым пазом для базирования обоих балансировочных колец. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения размеры паза для базирования балансировочных колец выбраны таким образом, как это охарактеризовано в пункте 3 формулы изобретения.

Как уже было указано выше, необходимо позаботиться о правильной установке балансировочных колец относительно приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента, причем при планировании соответствующего числу балансировочных колец количества приемных отверстий, в частности, пазов для балансировочных колец, каждое балансировочное кольцо должно быть выполнено с надлежащим фиксирующим или зажимным устройством. Для случая, когда два балансировочных кольца базируются в общем пазе в приспособлении для закрепления инструмента или в теле инструмента, при соответствующем расположении балансировочных колец достаточно, если лишь одно из двух балансировочных колец выполнено с подобного рода фиксирующим или зажимным устройством.

Для особенно простой и эффективной установки балансировочных колец в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения усовершенствование выполнено таким образом, как это охарактеризовано в пункте 5 формулы изобретения. Подобного рода переставляемые в радиальном направлении зажимные элементы обеспечивают закрепление распорками соответствующего балансировочного кольца в круговом пазу в установленном повернутом положении относительно тела приспособления для закрепления инструмента или самого инструмента, причем радиальная перестановка зажимных элементов может быть достигнута с помощью соответственно переставляемой зажимной детали. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения усовершенствование зажимного устройства выполнено таким образом, как это охарактеризовано в пункте 6 формулы изобретения. Подобного рода разжимные шарики могут базироваться в простых отверстиях соответствующего балансировочного кольца, причем путем ввинчивания оснащенного фаской вита, например, винта с потайной головкой, в направлении, перпендикулярном плоскости балансировочного кольца, получается соответствующее радиальное смещение образованного разжимными шариками зажимного элемента. Таким образом осуществляется, во-первых, установка выполненного с зажимным устройством балансировочного кольца на боковой стенке паза для базирования балансировочного кольца, в то время как другой зажимной элемент эффективно воздействует на наружную окружность соседнего балансировочного кольца. Таким образом одновременно другое балансировочное кольцо, которое не имеет собственного зажимного устройства, также фиксируется относительно приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента.

Для равномерного введения усилий для фиксирования балансировочного кольца усовершенствованный вариант необходимо выполнять таким образом, как это представлено для охраны в пункте 7 формулы изобретения.

Чтобы обеспечить возможность соответственно простой повторяемости относительного позиционирования балансировочных колец относительно друг друга, а также относительно приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента, предусмотрены шкалы, как это охарактеризовано в пункте 8 формулы изобретения.

Занимающая особенно мало места конструкция ротационного инструмента в соответствии с изобретением в смысле по возможности небольшой общей длины получается при использовании фрезы, которая более подробно охарактеризована в пункте 9 формулы изобретения. Так как корпус фрезы для базирования и установки фрезерных лезвий в любом случае должен располагаться также соответствующим пространством и таким образом имеет соответствующее поперечное сечение материала, в соответствии с изобретением на обращенной от фрезерных дисков торцовой поверхности простым образом может быть выполнен по меньшей мере один паз для базирования балансировочных колец, так что в целом в соответствии с изобретением не получается никакого увеличения конструктивной длины инструмента по сравнению с инструментом, выполненным без балансировочных колец.

Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью более детально представленного на приложенном чертеже примера выполнения, в котором ротационный инструмент в соответствии с изобретением образуется фрезой.

На фиг. 1 показан вид сбоку, частично в разрезе, ротационного инструмента в соответствии с изобретением с вложенными балансировочными кольцами; фиг. 2 - вид сверху обратной стороны ротационного инструмента в соответствии с фиг. 1 в направлении стрелки II и фиг. 3 - изображение выреза в увеличенном масштабе зоны III на фиг. 1.

Обозначенный в целом корпус 1 фрезы, который представляет ротационный инструмент, имеет на обратной стороне крутой конус 2 для фиксирования на шпинделе станка, а на передней стороне - фланцевый корпус сборного режущего инструмента. В случае представленного примера выполнения речь идет о торцовой фрезе с расположенными на передней торцовой поверхности фланцевого корпуса 3 сборного режущего инструмента режущими телами 4.

Как отчетливо видно на фиг. 1, обращенная от режущих тел 4 торцовая поверхность 5 корпуса 3 сборного режущего инструмента расположена в направленной под прямым углом к оси вращения 6 фрезы плоскости. Существенным является то, что имеется ступенчатая промежуточная зона между наружной окружностью 7 фланцевого корпуса 3 сборного режущего инструмента и окружностью хвостовика 8 примыкающей на обратной стороне к задней торцовой поверхности 5 зоны фрезы. В этой ступенчатой зоне 9 выполнен открытый к обратной стороне, т.е. к обращенной от режущих кромок 4 стороне, и концентричный с осью вращения 6 кольцевой паз 10 в торцовой поверхности 5.

Форма поперечного сечения этого кольцевого паза особенно отчетливо видна на фиг. 3. Кольцевой паз 10 имеет дно 11 паза, внутреннюю боковую стенку 12 и наружную боковую стенку 13. Кольцевой паз 10 имеет в основном прямоугольное поперечное сечение, причем эффективная в радиальном направлении 14 ротационного инструмента 1 ширина 15 кольцевого паза 10 в два раза больше глубины 16 паза.

Внутри кольцевого паза 10 концентрично относительно друг друга или оси вращения 6 расположены наружное балансировочное кольцо 17 и внутреннее балансировочное кольцо 18. Оба балансировочных кольца 17, 18 в зоне окружности, на фиг. 2 представлено вверху, оснащены уменьшающими их массу отверстиями 19, 20. Отверстия 19, 20 рапсоложены по концентричной относительно оси вращения 6 дуге окружности на равномерных расстяниях друг от друга и оси отверстий проходят в основном параллельно оси вращения 6 ротационного инструмента 1.

Оба балансировочных кольца 17, 18 имеют на расположенной снаружи, обращенной к обратной стороне ротационного инструмента 1 поверхности в граничной зоне друг с другом соответственно градуировку шкалы 21 или 22. Обе градуировки шкал 21, 22 соответствуют друг другу и таким образом дают возможность точного позиционирования, а также повторяемости или документирования соответствующих положений поворота. Если необходимо, торцовая поверхности 5 в зоне паза 10 также может иметь шкалу.

Оба балансировочных кольца 17, 18 окружены с геометрическим замыканием или с замыканием со скольжением боковыми стенками 12, 13 кольцевого паза 10. Для фиксирования балансировочных колец 17 и 18 в представленном варианте выполнения достаточно одного фиксирующего или зажимного устройства на одном балансировочном кольце, так как балансировочные кольца 17 и 18 расположены с прилеганием друг к другу в общем углублении иди кольцевом пазу 10. Соединенное с наружным балансировочным кольцом фиксирующее устройство содержит винт с потайной головкой 25, хвостовик 26 которого может ввинчиваться в наружное балансировочное кольцо 17. Ось 27 винта проходит параллельно оси вращения 6 тела. При ввинчивании потайная головка 28 винта 25 разжимает своей конусной боковой поверхностью образованные разжимными шариками 29, 30 зажимные элементы в радиальном направлении 14 ротационного инструмента 1. При этом внутренний разжимной шарик 29 прижимается к внутреннему балансировочному кольцу 18, а наружный разжимной шарик 30 - к наружной боковой стенке 13 паза. Такие поджатия вызывают не только надежное периферийное фиксирование наружного балансировочного кольца 17, но и тем самым также такое же фиксирование внутреннего балансировочного кольца 18 внутри кольцевого паза 10 или относительно корпуса 1 фрезы.

Для перестановки обоих балансировочных колец 17, 18 в направлении окружности 23 необходимо только отпустить фиксирующий винт 25. Из фиг. 2 можно видеть, что два фиксирующих винта или фиксирующих устройства 25 расположены в диаметрально противоположных зонах наружного балансировочного кольца 17, чтобы обеспечить простую и симметричную установку балансировочных колец 17 и 18.

Благодаря представленному варианту выполнения только с одним кольцевым пазом 10 и двумя расположенными в нем концентрично относительно друг друга балансировочными кольцами 17, 18 необходимо, как уже было упомянуто выше, оснащать зажимным или фиксирующим устройством только одно из двух балансировочных колец 17, в то время как при раздельном расположении балансировочных колец для обоих расположенных рядом друг с другом балансировочных колец необходимо такое фиксирующее устройство.

Оснащенное ослабляющим поперечное сечение кольца фиксирующим устройством наружное балансировочное кольцо 17 в соответствии с представленным вариантом выполнения особенно эффективно подперто непосредственно к наружной боковой стенке 13 кольцевого паза 10 по всей окружности против направления воздействующих на него центробежных сил. Внутреннее балансировочное кольцо 18 испытывает такое же эффективное подпирание в радиальном направлении благодаря его прилеганию к внутренней кольцевой стенке 31 наружного балансировочного кольца 17.

Вместо непосредственного расположения по меньшей мере одного кольцевого паза 10 для базирования балансировочных колец 17 и 18 в теле инструмента 1 в альтернативном варианте выполнения, например, в связи со скоростным сверлом, в котором естественно невозможна установка балансировочных колец на образованном сверлом инструменте, само приспособление для закрепления инструмента в ступенчатой плоской зоне может быть оснащено по меньшей мере одним пазом 10 для базирования концентрично расположенных друг в друге балансировочных колец 17 и 18.

Изобретение относится к скоростным инструментам, в частности к фрезам и сверлам. Достигаемый технический результат -уменьшение конструктивной длины инструмента за счет улучшения компоновки балансировочных колец, по крайней мере частичное закрепление балансировочных колес по наружной окружности для уменьшения опасности их разрушения центробежными силами. Инструмент содержит по меньшей мере два балансировочных кольца с различной по периметру массой, имеющих по наружной окружности опору в радиальном направлении. 8 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Ротационный инструмент, в частности фреза или сверло, предназначенный для работы с высокой скоростью, содержащий приспособление для закрепления инструмента, при этом на теле инструмента или приспособлении для закрепления инструмента установлены с возможностью отсоединения по меньшей мере два балансировочных кольца с различной по периметру массой, переставляемые по их положению относительно друг друга или относительно оси вращения ротационного инструмента, отличающийся тем, что упомянутые балансировочные кольца на приспособлении для закрепления инструмента или теле инструмента имеют по наружной окружности опору в радиальном направлении. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что в расположенной в основном перпендикулярно к оси вращения инструмента торцовой поверхности приспособления для закрепления инструмента или тела инструмента выполнен по меньшей мере один концентричный относительно оси вращения инструмента круговой паз, предназначенный для базирования упомянутых двух балансировочных колец. 3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что ширина упомянутого воспринимающего балансировочные кольца паза в радиальном направлении тела инструмента или приспособления для закрепления инструмента в основном в два раза больше глубины паза. 4. Инструмент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере одно балансировочное кольцо выполнено с зажимным устройством. 5. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что упомянутое зажимное устройство содержит зажимные элементы, имеющие возможность перемещения и нагружения в радиальном направлении с помощью зажимной детали, имеющей возможность перемещения в направлении, перпендикулярном к плоскости балансировочного кольца. 6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что зажимные элементы выполнены в виде разжимных шариков, а зажимная деталь - в виде винта с фаской. 7. Инструмент по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что балансировочное кольцо выполнено с двумя диаметрально противоположно расположенными относительно оси вращения инструмента зажимными устройствами. 8. Инструмент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что на обращенной наружу торцовой поверхности балансировочных колец и при необходимости на имеющей упомянутый паз торцовой поверхности инструмента или приспособления для закрепления инструмента выполнены шкалы. 9. Инструмент по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что он выполнен в виде фрезы и на противоположной от режущих кромок торцовой поверхности корпуса фрезы выполнен по меньшей мере один паз, предназначенный для базирования балансировочных колец.