СБОРНАЯ ФРЕЗА Российский патент 2007 года по МПК B23C5/04 B23C5/10 B23C5/16 

Изобретение относится к конструкциям металлорежущего инструмента и может быть использовано при проектировании и изготовлении цилиндрических (концевых) фрез.

Наиболее близкой по технической сущности, выбранной в качестве прототипа, является сборная фреза [А.с. №1780943, МКИ5 В23С 5/10, опубл. 15.12.1992. Бюл. №46].

Известное устройство содержит корпус с коническим хвостовиком. Корпус в поперечном сечении имеет форму правильного многоугольника на длине рабочей части, взаимодействующей с кольцевыми сменными модулями, у которых центральные отверстия выполнены в форме многоугольников. На периферии сменных модулей известными способами, например с помощью винтов, закреплены режущие пластины, установленные таким образом, что их главные режущие кромки взаимно перекрываются. Для закрепления модулей в осевом направлении служит винт, ввернутый в центральное резьбовое отверстие корпуса. Все модули имеют идентичные геометрические параметры. Каждый модуль при сборке фрезы устанавливается по отношению к предыдущему с поворотом на угол δ, определяющий значение углового шага зубьев фрезы.

К недостаткам прототипа относится отсутствие винтовой линии сборного зуба, что существенно влияет на работоспособность инструмента. По экспериментальным данным Боброва В.Ф., стойкость и виброустойчивость, являющиеся параметрами работоспособности цилиндрических фрез с твердосплавными режущими зубьями, при обработке жаропрочных сталей растут с увеличением угла наклона ω винтовой линии зуба фрезы [Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.].

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции сборной фрезы повышенной работоспособности за счет достижения технического результата, который заключается в повышении равномерности фрезерования путем создания технологической винтовой линии, формируемой сменными многогранными пластинами (СМП), с оптимальным углом наклона ω, являющейся геометрическим местом центров главных режущих кромок СМП.

Указанный технический результат достигается тем, что сборная цилиндрическая или концевая фреза, содержащая ряд дисковых модулей, насажанных на втулку и закрепленных от осевого смещения и проворачивания, на каждый дисковый модуль установлены по периферии сменные многогранные пластины, а каждый дисковый модуль установлен с поворотом вокруг центра в одном направлении на угол δ относительно предыдущего дискового модуля, при этом формируется технологическая винтовая линия сменными многогранными пластинами с углом наклона ω, обеспечивающая минимальную неравномерность фрезерования.

Угол δ определяется по формуле где b - длина главной режущей кромки СМП (мм), D - диаметр фрезы (мм), ω - угол наклона технологической винтовой линии (град).

На фиг.1 изображена конструкция сборной цилиндрической фрезы с СМП; на фиг.2 - дисковый модуль с проекцией СМП соседнего дискового модуля; фиг.3 - схема работы сборной цилиндрической фрезы с винтовой технологической линией; фиг.4 - зависимости изменения величины мгновенной суммарной площади поперечного среза ΣS (мм²) от угла поворота ϕ (град) сборной фрезы при разных ω.

Сборная цилиндрическая или концевая фреза состоит из отдельных дисковых модулей 1 с установленными по периферии сменными многогранными пластинами 2 (фиг.1). Дисковые модули 1 насажаны на втулку 3 и закреплены от проворачивания посредством призматической шпонки 4, а от осевого смещения гайкой 5 через шайбу 6 и фланцем втулки 3. Каждый дисковый модуль 1 установлен с поворотом вокруг центра в одном направлении на угол δ относительно предыдущего дискового модуля 1, при этом образуется технологическая винтовая линия с углом наклона ω, обеспечивающая минимальную неравномерность фрезерования. Дисковые модули 1 имеют маркировку порядкового номера для сборки фрезы. Главные режущие кромки 7 соседних СМП 2 одной технологической винтовой линии взаимно перекрываются. Крепление сменных многогранных пластин 2 в корпусе дискового модуля 1 осуществляется известным способом, например посредством клина 8 (фиг.2). СМП 2 установлены в дисковых модулях 1 под углом наклона режущей кромки λ, который может быть равным нулю или больше нуля (фиг.1).

В процессе фрезерования сборная цилиндрическая или концевая фреза совершает вращательное движение вокруг своей оси и поступательное в направлении подачи. При фрезеровании важным условием минимальной силовой неравномерности является наименьшее изменение суммарной площади срезаемого слоя. С применением геометрического построения был проанализирован процесс работы сборной цилиндрической или концевой фрезы (фиг.3). Фиксировали мгновенное положение главных режущих кромок СМП в зоне контакта при каждом повороте сборной цилиндрической или концевой фрезы на угол ϕ=3°. Определили значения мгновенной суммарной площади поперечного сечения сборной цилиндрической или концевой фрезы, характеризуемые углом ϕ, по формуле [Розенберг Ю.А., Артамонов Е.В., Василькович В.А. Мгновенная суммарная окружная сила при работе сборных цилиндрических фрез. Материалы 3-ей Международной научно-технической конференции "Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении". Тюмень, 2005 - С. 62-63]:

где ψ_I1 - угол контакта первой СМП (град), n - порядковый номер ряда, δ - угол относительного поворота дисковых модулей (град), m - порядковый номер технологической винтовой линии, z - число СМП в одном ряду (фиг.3).

Построены графики изменения мгновенной суммарной площади поперечного сечения в зависимости от поворота сборной цилиндрической (концевой) фрезы при разных углах наклона технологической винтовой линии ω (фиг.4). Установлено, что минимальное изменение мгновенной суммарной площади поперечного среза при фрезеровании сборной цилиндрической (концевой) фрезой с технологической винтовой линией имеет место при ω=45° (фиг.4). При ω=45° наблюдается минимальное изменение количества СМП в зоне контакта, что играет важную роль при соблюдении условия наименьшего изменения суммарной площади срезаемого слоя, а соответственно, и изменения суммарной окружной силы резания. Производственные испытания сборной цилиндрической (концевой) фрезы показали увеличение количества обработанных деталей примерно в 2 раза.

Таким образом, разработана сборная цилиндрическая (концевая) фреза повышенной работоспособности, которая обеспечивается за счет снижения неравномерности фрезерования путем формирования технологической винтовой линии СМП с оптимальным углом наклона ω.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, к цилиндрическим и концевым фрезам. Фреза содержит ряд дисковых модулей, насаженных на втулку и закрепленных от осевого смещения и проворачивания, на каждом дисковом модуле установлены по периферии сменные многогранные пластины. Для повышения работоспособности за счет повышения равномерности фрезерования каждый последующий дисковый модуль установлен с поворотом вокруг центра в одном направлении на угол относительно предыдущего дискового модуля с формированием сменными многогранными пластинами технологической винтовой линии с углом наклона, обеспечивающим минимальную неравномерность фрезерования. 4 ил.

Сборная фреза, содержащая ряд дисковых модулей, насаженных на втулку и закрепленных от осевого смещения и проворачивания, на каждом дисковом модуле установлены по периферии сменные многогранные пластины, отличающаяся тем, что каждый последующий дисковый модуль установлен с поворотом вокруг центра в одном направлении на угол относительно предыдущего дискового модуля с формированием сменными многогранными пластинами технологической винтовой линии с углом наклона, обеспечивающим минимальную неравномерность фрезерования.