РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С РАЗДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B23C5/00 

Уровень техники

В режущем инструменте, например, в режущем инструменте концевой фрезы, было обнаружено, что существует область высокого напряжения в углу гнезда под режущую пластину при снятии напряжения, когда его пересекает радиус.

Режущие инструменты, такие как фрезы, являются вращающимися инструментами цилиндрической, конической, фасонной или дисковой формы, имеющими множество режущих кромок. Такие режущие инструменты доступны во многих формах, таких как цилиндрическая фреза, дисковые фрезы, торцевые и концевые фрезы, фасонные фрезы и стандартные и специальные фасонные профильные режущие инструменты.

Концевые фрезы, использующие режущие пластины, установленные на переднем конце инструмента, известны из уровня техники. Концевые фрезы можно использовать в нескольких типах применений в зависимости от конфигурации режущих пластин, установленных в них. Режущие пластины могут представлять периферийную режущую кромку для дисковой фрезы, переднюю режущую кромку для торцевой фрезы и криволинейную режущую кромку так называемой концевой фрезы со "сферической режущей кромкой" для различных применений копирования. Четыре фрезы с выемками являются вероятно самыми обычными, но в значительной степени используют также 2, 3 или 6 выемок. Концевые фрезы много используют, потому что они могут выполнять широкое разнообразие фрезерных операций, и начальная стоимость режущего инструмента является умеренной. В общем использовании также находятся формы, отличающиеся от цилиндрической. Хвостовик может быть цилиндрическим или коническим и не обязательно должен быть равным диаметру зубцов режущего инструмента.

Обычно, когда концевая фреза находится в действии, усилие механической обработки прикладывают к одному краю режущего инструмента. Получающемуся моменту сопротивляется держатель инструмента, который жестко захватывает хвостовик режущего инструмента. Игнорируя обстоятельство, что направление момента изменяется непрерывно, поскольку режущий инструмент вращается, режущий инструмент, можно полагать, подлежит напряжениям, как консоль.

Как показано на фиг.6, режущий инструмент 100, такой как концевая фреза, включает в себя корпус 114 инструмента, включающий в себя верхнюю поверхность 134, приемное гнездо 122 под режущую пластину с резьбовым рассверленным отверстием 138, боковую стенку 126 и разгрузочную канавку 124 между ними. Измерения показали, что максимальное эквивалентное напряжение приблизительно 1,063×е⁵ фунтов на квадратный дюйм (732,9 МПа) расположено в области разгрузочной канавки 124 рядом с верхней поверхностью 134.

В то время как рассмотренный выше вопрос напряжения относится к избеганию поломки инструмента, не менее важным является требование сведенного к минимуму отклонения инструмента для улучшения точности и качества обработки поверхности и уменьшения вибрации и шума. Сердечник постоянного диаметра приводит к большим отклонениям инструмента, чем необходимо, потому что высокий изгибающий момент, близлежащий к держателю инструмента, а также около концов выемок зубцов, самых ближних к хвостовику режущего инструмента, приводит к изгибу режущего инструмента в результате усилий механической обработки. Происходящее в результате отклонение режущего инструмента на режущей кромке уменьшалось бы, если бы инструментальная сталь, содержащая сердечник режущего инструмента, была распределена лучшим способом, который заключается в том, что большее количество металла распределено к секциям под большим напряжением за счет менее напряженного зубчатого конца режущего инструмента.

Соответственно, существует необходимость в улучшенном режущем инструменте, который может преодолеть ограничения известного режущего инструмента и уменьшить или устранить общее напряжение режущего инструмента.

Сущность изобретения

Для решения этих и других проблем, связанных с обычными режущими инструментами, авторы настоящего изобретения разработали режущий инструмент, содержащий корпус инструмента, включающий в себя множество приемных гнезд под режущие пластины и по меньшей мере одну режущую пластину, установленную в каждом гнезде, причем каждое гнездо содержит основную стенку гнезда, боковую стенку и разгрузочную канавку между ними, и верхнюю поверхность, включающую в себя первый участок и второй участок, причем верхняя поверхность дополнительно включает в себя разделитель напряжения на пересечении между первым и вторым участками, при этом разделитель напряжения уменьшает максимальное количество напряжения в области разгрузочной канавки во время механической обработки.

В другом аспекте изобретения корпус инструмента содержит множество приемных гнезд под режущие пластины, каждое гнездо содержит основную стенку гнезда, боковую стенку и разгрузочную канавку между ними, и верхнюю поверхность, включающую в себя первый участок и второй участок, при этом верхняя поверхность дополнительно включает в себя разделитель напряжения на пересечении между первым и вторым участками, причем разделитель напряжения уменьшает максимальное количество напряжения в области разгрузочной канавки во время механической обработки.

Краткое описание чертежей

Дополнительные признаки настоящего изобретения, а также преимущества, полученные от него, станут ясными из следующего подробного описания, сделанного со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой вид в перспективе фрезы с разделителем напряжения согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.2 представляет собой вид в перспективе другого типа фрезы с разделителем напряжения согласно другому варианту осуществления изобретения;

фиг.3 представляет собой увеличенный частичный вид в перспективе корпуса режущего инструмента фрезы с разделителем напряжения и непоказанными для ясности режущими пластинами, согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.4 показывает распределение напряжения для корпуса режущего инструмента с разделителем напряжения согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.5 показывает распределение напряжения для другого корпуса режущего инструмента с разделителем напряжения согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.6 показывает распределение напряжения для условного корпуса режущего инструмента без разделителя напряжения.

Подробное описание изобретения

Со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы, при этом на фиг.1 показан режущий инструмент 10 с соответствующим набором режущих пластин 12, показанных установленными внутри инструмента 10. Режущий инструмент 10 содержит корпус 14 инструмента, который по существу радиально симметричный относительно своей оси 16 вращения. Корпус 14 инструмента является предпочтительно цилиндрическим и примыкает к хвостовику 15 инструмента. Корпус 14 инструмента и хвостовик 15 совместно используют общую ось 16 вращения. Корпус 14 инструмента предпочтительно, но не обязательно, включает в себя множество выемок 18, каждая из которых содержит множество приемных гнезд 20 под режущие пластины. Приемные гнезда 20 под режущие пластины расположены осесимметрично относительно оси 16. По меньшей мере одна, но возможно больше, режущих пластин 12 имеют такую конфигурацию и размеры, что обеспечивается их установка и прикрепление к каждому гнезду 20.

В иллюстрированном варианте осуществления фиг.1 три режущие пластины 12 установлены и прикреплены к соответствующему гнезду 20. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено количеством режущих пластин 12 и гнезд 20 и что изобретение можно осуществлять с любым требуемым количеством режущих пластин 12 и гнезд 20. Например, корпус 14 согласно изобретению можно выполнить с двумя режущими пластинами 12 и двумя гнездами 20, как показано на фиг.2. В другом примере, корпус 14 режущего инструмента 10 может включать в себя четыре или более режущих пластин 12 и гнезд 20.

Каждое приемное гнездо 20 под режущую пластину имеет основную стенку 22 гнезда, которая может быть наклонена вперед и вниз под острым углом относительно оси 16. Основная стенка 22 гнезда составляет касательную опорную поверхность приемного гнезда 20 под режущую пластину. Гнездо 20 также включает в себя боковую стенку 26, которая составляет радиальную опорную поверхность для боковой стенки режущей вставной пластины 12, когда установлена в гнезде 20, как показано на фиг.1 и 2. Разгрузочная канавка 24 предусмотрена между основной стенкой 22 гнезда и боковой стенкой 26. В иллюстрированном варианте осуществления разгрузочная канавка 24 имеет радиус приблизительно 0,047 дюйма (приблизительно 1,19 мм). Однако радиус разгрузочной канавки 24 изменяется в зависимости от конструкции режущей пластины 12.

Резьбовое рассверленное отверстие 38 проходит через центр основной стенки 22 гнезда и по существу перпендикулярно ей. В собранном положении режущего инструмента 10 каждая из режущих пластин 12 удерживается внутри приемного гнезда 20 под режущую пластину с помощью зажимного винта 40, который проходит через рассверленное отверстие 42 режущей пластины 12 и с помощью резьбы зацепляет резьбовое рассверленное отверстие 38 в приемном гнезде 20 под режущую пластину, как показано на фиг.1 и 2.

Верхняя поверхность 34 корпуса 14 инструмента включает в себя первый участок 28 и по существу плоский второй участок 29. Корпус 14 инструмента может также включать в себя скошенную поверхность 30, которая пересекает первый участок 28 верхней поверхности 34, и периферийную поверхность 32, которая пересекает основную стенку 22 гнезда и скошенную поверхность 30.

Со ссылкой на фиг.3 следует отметить, что одним аспектом изобретения является разделитель 36 напряжения, который предусмотрен на верхней поверхности 34 корпуса 14 инструмента, который пересекает первый участок 28 и второй участок 29. Разделитель 36 напряжения может быть в форме острой вершины или выступа, изогнутой по радиусу вершиной, закругленной массой или выпуклостью и т.п. Разделитель 36 напряжения может иметь высоту относительно первого и второго участков 28, 29 верхней поверхности 34 в пределах от приблизительно 0,001 дюйма (0,0254 мм) до максимальной высоты, приблизительно равной радиусу разгрузочной канавки 24, в зависимости от конкретной конструкции режущего инструмента 10. Как указано выше, радиус разгрузочной канавки 24 в иллюстрированном варианте осуществления составляет приблизительно 0,047 дюйма (приблизительно 1,19 мм), но может изменяться в зависимости от конструкции режущей пластины 12. Максимальная высота разгрузочной канавки 24 также может быть ограничена высотой режущей кромки режущей пластины 12.

В иллюстрированном варианте осуществления, показанном на фиг.3, разделитель 36 напряжения проходит по кривой линии или дуге от разгрузочной канавки 24 к задней поверхности 40 приемного гнезда 20 под режущую пластину. Однако отсутствует необходимость в том, чтобы разделитель 36 напряжения охватывал все расстояние от разгрузочной канавки 24 до задней поверхности 40 гнезда 20, и он может проходить только участок расстояния от разгрузочной канавки 24 до задней поверхности 40 гнезда 20. Например, если все расстояние между разгрузочной канавкой 24 составляет приблизительно 1,0 дюйма (25,4 мм), то разделитель 36 напряжения может проходить только на расстояние приблизительно 0,10 дюйма (2,54 мм) от разгрузочной канавки 24 в направлении к задней поверхности 40 гнезда 20. Кроме того, разделитель 36 напряжения не обязательно должен проходить по существу по кривой линии от разгрузочной канавки 24, и это изобретение может быть осуществлено с разделителем 36 напряжения, проходящим по любой требуемой форме линии от разгрузочной канавки 24, такой как по существу прямая линия и т.п.

Со ссылкой на фиг.4 следует отметить, что измерения эквивалентных напряжений по Мизесу были выполнены на режущем инструменте 10, таком как концевая фреза, имеющем корпус 14 инструмента, включающем в себя разделитель 36 напряжения в форме острого выступа, который пересекает первый и второй участки 28, 29 верхней поверхности 34 корпуса 14 инструмента. Разделитель 36 напряжения оптимально расположен непосредственно выше, где максимальное напряжение было расположено в обычном режущем инструменте 100 фиг.6. Как показано на фиг.4, разделитель 36 напряжения уменьшил максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу приблизительно от 106,3 тысяч фунтов на квадратный дюйм (732,9 МПа) в обычном режущем инструменте 100 до приблизительно 85,8 тысяч фунтов на квадратный дюйм (591,6 МПа), или приблизительно на 19%. Кроме того, разделитель 36 напряжения вызывал распределение области максимального напряжения по большей области, по сравнению с обычным режущим инструментом 100 фиг.6.

Со ссылкой на фиг.5 следует отметить, что измерения эквивалентного напряжения по Мизесу были выполнены на режущем инструменте 10, таком как концевая фреза, имеющем корпус 14 -инструмента, включающем в себя разделитель 36 напряжения в форме изогнутой по радиусу вершины или выпуклости, которая пересекает первый и второй участки 28, 29 верхней поверхности 34 корпуса 14 инструмента. Следует отметить, что разделитель 36 напряжения на фиг.5 не был расположен в оптимальном положении непосредственно над максимальным напряжением. Однако разделитель 36 напряжения произвел неожиданные результаты уменьшения максимального количества эквивалентного напряжения приблизительно на 18%. Если разделитель 36 напряжения расположить в оптимальном положении непосредственно над максимальным напряжением, уменьшение максимального количества эквивалентного напряжения будет еще больше, чем на 18%.

Как показано вышеупомянутыми измерениями, разделитель 36 напряжения производит неожиданный результат уменьшения максимального количества эквивалентного напряжения, создавая минимальное напряжение при растяжении (напряжение при сжатии) в положении максимального напряжения при растяжении (растягивающего напряжения). В результате разделитель 36 напряжения нейтрализует напряжение при растяжении в этом положении и уменьшает общее напряжение режущего инструмента 10. Как показано, положение максимального напряжения при растяжении расположено вдоль разгрузочной канавки 24 рядом с верхней поверхностью 34. Обеспечивая разделитель 36 напряжения в положении максимального напряжения, максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу было уменьшено по меньшей мере приблизительно на 18% по сравнению с максимальным эквивалентным напряжением для обычного корпуса 100 инструмента, показанного на фиг.6.

Документы, патенты и заявки на патенты, упомянутые здесь, включены здесь путем ссылки.

Хотя изобретение было конкретно описано в связи с его некоторыми конкретными вариантами осуществления, следует понимать, что оно описано посредством иллюстрации, а не ограничения, и объем прилагаемой формулы изобретения должен быть рассмотрен так широко, как позволяет предшествующая техника.

Режущий инструмент содержит корпус, включающий множество приемных гнезд под режущие пластины и по меньшей мере одну режущую пластину, установленную в каждом гнезде, содержащем основную стенку, проходящую радиально наружу от корпуса, боковую стенку, перпендикулярную основной стенке гнезда, и разгрузочную канавку между ними. Корпус дополнительно содержит верхнюю поверхность на одном его конце, которая включает в себя первый участок, перпендикулярный основной стенке, и второй участок, перпендикулярный боковой стенке, причем верхняя поверхность дополнительно включает в себя разделитель напряжения, который проходит от разгрузочной канавки, пересекает первый и второй участки и предназначен для уменьшения напряжения в режущем инструменте во время механической обработки. Технический результат: повышение прочности корпуса режущего интрумента. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Режущий инструмент, содержащий корпус, включающий в себя множество приемных гнезд под режущие пластины и по меньшей мере одну режущую пластину, установленную в каждом гнезде, причем каждое гнездо содержит основную стенку, проходящую радиально наружу от корпуса, боковую стенку, по существу, перпендикулярную основной стенке, и разгрузочную канавку между ними, при этом корпус дополнительно содержит верхнюю поверхность на одном его конце, которая включает в себя первый участок, по существу, перпендикулярный основной стенке, и второй участок, по существу, перпендикулярный боковой стенке, причем верхняя поверхность дополнительно включает в себя разделитель напряжения, который проходит от разгрузочной канавки, пересекает первый и второй участки и предназначен для уменьшения напряжения в режущем инструменте во время механической обработки.

2. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной радиусу разгрузочной канавки.

3. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной режущей кромке режущей пластины.

4. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения проходит от разгрузочной канавки до задней поверхности, выполненной в приемном гнезде под режущую пластину корпуса инструмента.

5. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения проходит участок расстояния от разгрузочной канавки до задней поверхности приемного гнезда под режущую пластину корпуса инструмента.

6. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения проходит, по существу, по изогнутой линии от разгрузочной канавки.

7. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения содержит выступ.

8. Режущий инструмент по п.1, в котором разделитель напряжения содержит выпуклость.

9. Режущий инструмент по п.1, в котором основная стенка по меньшей мере одного приемного гнезда под режущую пластину расположена спереди и сзади под острым углом относительно оси вращения режущего инструмента.

10. Корпус режущего инструмента, содержащий множество приемных гнезд под режущие пластины, причем каждое гнездо содержит основную стенку, проходящую радиально наружу от корпуса инструмента, боковую стенку, по существу, перпендикулярную основной стенке гнезда, и разгрузочную канавку между ними, при этом корпус инструмента дополнительно содержит верхнюю поверхность на одном его конце, которая включает в себя первый участок, по существу, перпендикулярный основной стенке, и второй участок, по существу, перпендикулярный боковой стенке, причем верхняя поверхность дополнительно включает в себя разделитель напряжения, который проходит от разгрузочной канавки, пересекает первый и второй участки и предназначен для уменьшения напряжения в режущем инструменте во время механической обработки.

11. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной радиусу разгрузочной канавки.

12. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения проходит от разгрузочной канавки до задней поверхности приемного гнезда под режущую пластину корпуса инструмента.

13. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения проходит участок расстояния от разгрузочной канавки до задней поверхности приемного гнезда под режущую пластину корпуса инструмента.

14. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения проходит, по существу, по изогнутой линии от разгрузочной канавки.

15. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения содержит выступ.

16. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения содержит выпуклость.

17. Корпус по п.10, в котором основная стенка, по меньшей мере. одного приемного гнезда под режущую пластину расположена спереди и сзади под острым углом относительно оси вращения режущего инструмента.

18. Корпус по п.10, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной режущей кромке режущей пластины.

19. Корпус режущего инструмента, содержащий множество выемок, каждая из которых включает в себя приемное гнездо под режущую пластину, причем каждое гнездо содержит основную стенку, проходящую радиально наружу от корпуса инструмента, и боковую стенку, при этом основная стенка образует тангенциальную опорную поверхность, а боковая стенка образует радиальную опорную поверхность для режущей пластины, устанавливаемой в приемном гнезде под режущую пластину, причем каждое гнездо дополнительно содержит заднюю поверхность и разгрузочную канавку между основной стенкой и боковой стенкой, при этом корпус инструмента дополнительно содержит верхнюю поверхность на одном его конце, которая включает в себя первый участок, по существу, перпендикулярный основной стенке, и второй участок, по существу, перпендикулярный боковой стенке, и разделитель напряжения, проходящий от разгрузочной канавки к задней поверхности и между первым и вторым участками.

20. Корпус по п.19, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной радиусу разгрузочной канавки.

21. Корпус по п.19, в котором разделитель напряжения имеет высоту в пределах от приблизительно 0,0254 мм до максимальной высоты, приблизительно равной режущей кромке режущей пластины.

22. Корпус по п.19, в котором разделитель напряжения проходит, по существу, по изогнутой линии от разгрузочной канавки.

23. Корпус по п.19, в котором разделитель напряжения содержит выступ.

24. Корпус по п.19, в котором разделитель напряжения содержит выпуклость.