РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА, ДЕРЖАТЕЛЬ И ОТНОСЯЩИЙСЯ К НИМ СПОСОБ Российский патент 2012 года по МПК B23C5/22 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Приоритет настоящей заявки в соответствии с §119(е) статьи 35 Кодекса законов США заявлен на основании предварительной заявки, находящейся в процессе одновременного рассмотрения, №60/885053, поданной 16 января 2007.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к режущим пластинам и держателям для сменных многогранных режущих пластин. В одном не носящем ограничительного характера варианте осуществления изобретения режущие пластины согласно настоящему изобретению применяются, в частности, при периферическом фрезеровании на карусельно-фрезерных станках для обработки резанием труднообрабатываемых материалов.

Предшествующий уровень техники

Недостатком режущих пластин является ограниченный срок службы при использовании в периферийном фрезеровании на карусельно-фрезерных станках, особенно при обработке резанием труднообрабатываемых материалов. Труднообрабатываемые материалы включают в себя, например, металлы специального назначения, такие как титан и титановые сплавы, никель и никелевые сплавы, суперсплавы и некоторые металлы с необычными свойствами. Режущие пластины, имеющие геометрию передней поверхности с положительным передним углом на обеих поверхностях - аксиальной передней поверхности и радиальной передней поверхности, широко применяются во фрезеровании, подразумевая использование периферийного вращающегося держателя с возможностью механического крепления многогранных режущих пластин. Положительная геометрия резания режущих пластин уменьшает силы резания и, следовательно, уменьшает потребление энергии, результатом чего является более эффективное фрезерование. В дополнение, режущие пластины, используемые обычно в периферийных карусельно-фрезерных станках, в общем случае имеют форму параллелограмма (т.е. каждая имеет по существу профиль в виде параллелограмма, если смотреть с точки выше верхней поверхности пластины) с двумя длинными боковыми сторонами, образующими две основные режущие кромки, и двумя короткими сторонами, образующими две вспомогательные режущие кромки. Эти типы режущих пластин обеспечивают более эффективную обработку резанием за счет возможности выполнять более глубокий надрез, хотя подобные пластины не такие прочные механически, как режущие пластины, имеющие форму квадрата.

В европейском патенте №0239045 предложена режущая пластина в форме параллелограмма с постоянным положительным радиальным передним углом и постоянным радиальным задним углом вдоль основных режущих кромок.

В патенте США №5071292 описана режущая пластина в форме параллелограмма с постоянно скругленной радиальной передней поверхностью и радиальной задней поверхностью, в которой оба угла - радиальный передний угол и радиальный задний угол - остаются по существу одними и теми же вдоль основной режущей кромки относительно сопряженного резца или держателя.

В патенте США №5052863 предложен способ для безопасной установки режущей пластины в форме параллелограмма с относительно большим положительным радиальным задним углом вдоль основной режущей кромки в держателе. Способ предполагает адаптацию держателя, выполненную для приема режущей пластины с меньшим радиальным задним углом, чтобы преодолеть проблемы нагрузки, связанные с большим безопорным выступом при использовании режущих пластин в форме параллелограмма с большим радиальным задним углом.

В патенте США №5388932 описана наклонная фаска в области поднятой угловой вершины режущей пластины в форме параллелограмма, в которой наклонная фаска увеличивает прочность режущей кромки в основной угловой вершине, одновременно обеспечивая положительный передний угол вдоль основной режущей кромки.

В патенте США №6142716 также описана наклонная фаска с положительным радиальным передним углом, но которая дополнительно содержит выемку на основных режущих сторонах, позволяющую более жестко устанавливать режущую пластину в держателе и использовать меньше материала при производстве режущей пластины.

Усилия, предпринятые в промышленности, по разработке новых или усовершенствованных режущих пластин в форме параллелограмма были направлены на получение уменьшенных сил резания, снижение потребления энергии, повышение прочности режущей кромки и увеличение срока службы. С точки зрения геометрической конструкции обеспечение положительного или положительного плюс постоянного радиального переднего угла вдоль основной режущей кромки было основной целью этих усилий.

Положение режущей пластины в сопряженном держателе может также служить достижению целей уменьшения сил резания и увеличения прочности режущей кромки. В известных публикациях патентов и в опубликованной литературе, касающихся режущих пластин в форме параллелограмма, включая описанные выше, не признается количественное соотношение между геометрией режущей пластины и положением режущей пластины в сопряженном держателе.

Следовательно, существует потребность в усовершенствованной режущей пластине в форме параллелограмма и потребность в устройстве фрезерного режущего инструмента, включающего в себя многочисленные режущие пластины и держатель, способствующие более высокопроизводительному и безотказному способу обработки резанием труднообрабатываемых материалов.

Краткое описание изобретения

Согласно одному не носящему ограничительного характера аспекту изобретения предложена режущая пластина по существу в форме параллелограмма, содержащая:

верхнюю поверхность; первую и вторую основные радиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность; первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность и соединяет первую и вторую основные радиальные задние поверхности; и основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности. Согласно одному не носящему ограничительного характера варианту осуществления изобретения основная режущая кромка содержит изменяемый радиальный передний угол, включающий в себя участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

Согласно другому не носящему ограничительного характера аспекту настоящего изобретения предложен инструмент для периферийного резания, содержащий держатель, который включает в себя, по меньшей мере, одно гнездо под режущую пластину. Режущая пластина может быть размещена, по меньшей мере, в одном гнезде держателя таким образом, что средняя точка основной режущей кромки режущей пластины размещена в радиальной плоскости, содержащей ось вращения держателя, и несущая плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность гнезда под режущую пластину, перпендикулярна вторичной радиальной плоскости. Вторичная радиальная плоскость содержит ось вращения держателя и перпендикулярна первичной радиальной плоскости.

Согласно еще одному не носящему ограничительного характера аспекту настоящего изобретения предложен способ установки режущей пластины, содержащей основную режущую кромку, в гнезде под режущую пластину держателя инструмента для периферийного резания. Способ включает в себя установку режущей пластины в гнезде под режущую пластину таким образом, что средняя точка основной режущей кромки размещается в первичной радиальной плоскости, включающей в себя ось вращения держателя, и несущая плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность гнезда под режущую пластину, перпендикулярна вторичной радиальной плоскости, которая содержит ось вращения держателя и перпендикулярна первичной радиальной плоскости.

Краткое описание чертежей

Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления изобретения согласно настоящему описанию будут понятны со ссылками на нижеследующие чертежи, в которых:

на фиг.1 показан упрощенный вид сверху режущей пластины в форме параллелограмма, иллюстрирующий некоторые основные элементы режущей пластины;

на фиг.2 показаны различные упрощенные виды режущей пластины в форме параллелограмма, иллюстрирующие некоторые основные элементы;

на фиг.3а, 3b, 3с и 3d показаны виды, иллюстрирующие признаки одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления режущей пластины в форме параллелограмма согласно настоящему изобретению;

на фиг.4а, 4b, 4с, 4d, 4е и 4f показаны различные виды, иллюстрирующие профиль радиальных передних углов вдоль основной режущей кромки и аксиальных передних углов вдоль вспомогательной режущей кромки для одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления режущей пластины в форме параллелограмма согласно настоящему изобретению;

на фиг.5 показан дополнительный не носящий ограничительного характера вариант осуществления режущей пластины в форме параллелограмма согласно настоящему изобретению, в котором кривая основной угловой вершины, касательная к фаске, отличается от кривой режущей пластины в форме параллелограмма, показанной на фиг.3, в которой основная угловая вершина усечена фаской;

на фиг.6 показаны виды одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления устройства фрезерного режущего инструмента согласно настоящему изобретению, включающего в себя семь идентичных режущих пластин в форме параллелограмма и сопряженный держатель;

на фиг.7а показан вид сбоку, а на фиг.7b показан вид спереди одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления устройства фрезерного режущего инструмента согласно настоящему изобретению, включающего в себя семь идентичных режущих пластин в форме параллелограмма и сопряженный держатель;

на фиг.8 показан вид спереди вдоль, с увеличенным видом одной режущей пластины, одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления устройства фрезерного режущего инструмента согласно настоящему описанию, включающего в себя семь идентичных режущих пластин для устройства фрезерного режущего инструмента по данному изобретению с семью идентичными режущими пластинами в форме параллелограмма и сопряженный держатель; и

на фиг.9 показан вид спереди и увеличенный вид одного не носящего ограничительного характера варианта осуществления устройства фрезерного режущего инструмента согласно настоящему изобретению, включающего в себя семь идентичных режущих пластин в форме параллелограмма и сопряженный держатель.

Читатель может понять предшествующие детали, так же как и другие, принимая во внимание следующее подробное описание некоторых не носящих ограничительного характера вариантов осуществления устройств и способов согласно настоящему изобретению. Читатель может также понять некоторые из подобных дополнительных деталей, осуществляя или используя устройство и способы, описанные здесь.

Подробное описание некоторых не носящих ограничительного характера вариантов осуществления изобретения

В настоящем описании вариантов осуществления изобретения, не носящих ограничительного характера, и в формуле изобретения, за исключением рабочих примеров, или если это не указано другим способом, все числа, выражающие количества или характеристики ингредиентов или изделий, условий выполнения и тому подобное, должны быть поняты, как если бы они были определены во всех случаях термином «около». Соответственно, если не указано иного, все численные параметры, указанные в нижеследующем описании и приложенной формуле изобретения, являются приближениями, которые могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые необходимо получить в устройствах и способах согласно настоящему изобретению. Как минимум, а не в качестве попытки ограничить применение принципа эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр должен быть, по меньшей мере, рассмотрен в свете числа соответствующих значимых единиц и путем применения обычных методов округления.

Любой патент, публикация или другой заявленный материал, в целом или частично, который считают включенным сюда по ссылке, включен здесь только до такой степени, что включенный материал не противоречит существующим определениям, утверждениям или другому заявленному материалу, указанному в данном описании. Будучи таковым и до определенной степени необходимым, описание, как оно представлено здесь, превалирует над любым противоречащим материалом, включенным сюда по ссылке. Любой материал или его часть, которые считают включенными сюда по ссылке, но которые противоречат существующим определениям, утверждениям или другому заявленному материалу, указанному здесь, включены здесь только до такой степени, чтобы не возникало противоречия между этим включенным материалом и существующим заявленным материалом.

Срок службы режущего инструмента становится критическим фактором в эффективном применении периферийных карусельно-фрезерных станков для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, в частности металлов специального назначения. Режущие пластины в форме параллелограмма обычно используются в периферийных карусельно-фрезерных станках за счет их относительно большой глубины надреза, полученной с помощью относительно длинной основной режущей кромки по сравнению с квадратными режущими пластинами. Длинные основные режущие кромки, однако, увеличивают нагрузку на режущую пластину. Чтобы эффективно преодолеть проблемы увеличивающейся нагрузки на режущую кромку и одновременно выполнить высокопроизводительное положительное резание для применений, подразумевающих обработку резанием труднообрабатываемых материалов, существует необходимость в усовершенствованной конструкции устройства режущего инструмента, включающего в себя режущие пластины в форме параллелограмма и сопряженный держатель.

Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления изобретения согласно настоящему описанию включают в себя режущую пластину по существу в форме параллелограмма, которая содержит: верхнюю поверхность; первую и вторую основные радиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность; первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность и соединяет первую и вторую основные радиальные задние поверхности; и основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности. Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления изобретения могут дополнительно содержать изменяемый радиальный передний угол вдоль длины основной режущей кромки, содержащий участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол. Изменяемый радиальный передний угол режущей пластины изменяется, предпочтительно постепенно, от положительного радиального переднего угла до отрицательного радиального переднего угла. В результате этого в некоторых вариантах осуществления изобретения радиальный передний угол рядом с основной режущей вершиной является положительным, а радиальный передний угол рядом со вспомогательной режущей вершиной является отрицательным. Подобная конструкция способствует более прочной режущей кромке с более длительным сроком службы, в отличие от режущей пластины в форме параллелограмма с положительным радиальным передним углом через всю режущую кромку.

Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления режущей пластины в форме параллелограмма согласно настоящему описанию содержат основную угловую вершину. Основная угловая вершина обеспечивает значительный участок активного резания режущей пластины. В некоторых не носящих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения участок основной режущей кромки, содержащий положительный радиальный передний угол, длиннее, чем участок основной режущей кромки, содержащей отрицательный радиальный передний угол. Также в некоторых не носящих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения участок основной режущей кромки, содержащий положительный радиальный передний угол, является, по меньшей мере, в три раза длиннее, чем участок основной режущей кромки, содержащей отрицательный радиальный передний угол. В других не носящих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения участок основной режущей кромки, содержащий положительный радиальный передний угол, является, по меньшей мере, в семь раз длиннее, чем участок основной режущей кромки, содержащей отрицательный радиальный передний угол. Не носящие ограничительного характера варианты осуществления режущей пластины согласно настоящему описанию содержат, по меньшей мере, одну точку, в которой радиальный передний угол равен нулю, и одна из точек, имеющих нулевой передний угол, находится между участком основной режущей кромки, содержащим положительный радиальный передний угол, и участком основной режущей кромки, содержащим отрицательный радиальный передний угол.

Режущие пластины в форме параллелограмма являются обычно многогранными и часто содержат первую основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и вторую режущую кромку на пересечении верхней поверхности и второй основной радиальной задней поверхности. В некоторых не носящих ограничительного характера вариантах осуществления согласно настоящему описанию каждая режущая кромка содержит изменяемый радиальный передний угол вдоль длины режущей кромки, содержащей участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

Фиг.1 и фиг.2 являются упрощенными чертежами режущей пластины в форме параллелограмма, иллюстрирующими некоторые основные элементы. На фиг.1 показан вид сверху режущей пластины 1 в форме параллелограмма, которая включает в себя центральное отверстие 2 для крепления режущей пластины 1 к держателю; верхнюю поверхность 3 (верхняя поверхность режущей пластины в форме параллелограмма может содержать плоскую поверхность, наклонную плоскую поверхность или скругленную поверхность); две основные режущие кромки 4а и 4b; две вспомогательные режущие кромки 5а и 5b; две основные угловые вершины 6а и 6b; и две вспомогательные угловые вершины 7а и 7b.

На фиг.2 представлен комплект чертежей различных упрощенных видов варианта осуществления другой режущей пластины 8 в форме параллелограмма, которая содержит: верхнюю поверхность 9, имеющую режущую поверхность 10 переднего угла (работающую как стружколоматель для создания потока стружки/разрыва стружки во время обработки резанием); нижнюю поверхность 11; две основные угловые вершины 12а и 12b; две основные радиальные режущие кромки 13а и 13b; две вспомогательные угловые вершины 14а и 14b; две вспомогательные режущие кромки 15а и 15b; две радиальные задние поверхности 16а и 16b под двумя основными режущими кромками 13а и 13b; две аксиальные задние поверхности 17а и 17b под двумя вспомогательными режущими кромками 15а и 15b; две конические задние поверхности 18а и 18b под основными угловыми вершинами 12а и 12b; и две конические задние поверхности 19а и 19b под вспомогательными угловыми вершинами 14а и 14b. На разрезе А-А фиг.2 радиальный задний угол Ø_RC образован между центральной осью 20 режущей пластины и радиальной задней поверхностью 16а (или 16b). Радиальный передний угол Ø_RR образован между верхней полоской поверхностью (поверхностью, которая параллельна нижней поверхности и пересекает режущую кромку) и режущей поверхностью 10 переднего угла. На разрезе B-B фиг.2 аксиальный задний угол Ø_AC образован между центральной осью 20 режущей пластины и аксиальной задней поверхностью 17а (или 17b), а аксиальный передний угол Ø_AC образован между верхней плоской поверхностью и режущей поверхностью 10 переднего угла.

Обычные режущие пластины в форме параллелограмма являются значительно более сложными, нежели те, которые показаны на фиг.1 и 2, где показаны только некоторые основные элементы с минимальным количеством деталей для простоты.

На фиг.3 представлен набор видов, иллюстрирующих некоторые более детальные признаки не носящего ограничительного характера варианта осуществления режущей пластины 27 в форме параллелограмма согласно настоящему описанию, имеющей верхнюю поверхность 28 со стружколомателем 29, нижнюю поверхность 30 и центральное отверстие 31. Режущая пластина 27 включает в себя: две основные радиальные режущие кромки 32а и 32b (которые в данном варианте осуществления изобретения являются скругленными режущими кромками с относительно большим радиусом); две основные угловые вершины 33а и 33b; две вспомогательные угловые вершины 34а и 34b; и две вспомогательные режущие кромки, каждая из которых содержит два участка, например первый участок 35а (или 35b), соединяющий основную угловую вершину 33а (или 33b), и второй участок 36а (или 36b), соединяющий вспомогательную угловую вершину 34а (или 34b). В частности, первый участок вспомогательной радиальной режущей кромки 35а (или 35b), фаска, может быть линией, параллельной нижней поверхности 30. Второй участок вспомогательной режущей кромки 36а (или 36b) находится под углом к фаске 35а (или 35b) и обычно не будет участвовать в разрезании материала. Основные угловые вершины 33а и 33b находятся на самых высоких точках варианта осуществления режущей пластины 27, тогда как вспомогательные угловые вершины 34а и 34b находятся на самых нижних точках, если смотреть со стороны, как показано на фиг.3b. В таком варианте осуществления изобретения основные режущие кромки 32а, 32b и второй участок вспомогательной режущей кромки 36а, 36b не являются параллельными нижней поверхности 30 режущей пластины 27.

Рабочую длину резания режущей пластины 27 определяют как длину (L_E), как показано на фиг.3b, которую измеряют параллельно основной режущей кромке 32а (или 32b) от первого участка вспомогательной режущей кромки или фаски 35а (или 35b) до точки пересечения между основной режущей кромкой 32а (или 32b) и вспомогательными угловыми вершинами 34а (или 34b). L_E определяет максимальную глубину разреза режущей пластиной в форме параллелограмма, когда она установлена в держателе.

Режущая пластина 27 имеет многочисленные (например, по меньшей мере, две) задние поверхности под каждой из режущих кромок на верхней поверхности 28. В частности, первая аксиальная задняя поверхность 41, или поверхность фаски, под первым участком вспомогательной режущей кромки (35а или 35b) работает как поверхность скольжения контакт-детали для улучшения обработки поверхности обрабатываемого материала при периферийном фрезеровании на карусельно-фрезерных станках (см. фиг.3с). Верхняя вторая аксиальная задняя поверхность 42 (см. ниже) образована непосредственно под вторым участком вспомогательной режущей кромки (36а или 36b).

Как показано на фиг.3b, 3c и 3d, один не носящий ограничительного характера вариант осуществления режущей пластины в форме параллелограмма согласно настоящему описанию содержит канавку 43, которая проходит через всю вторую аксиальную заднюю поверхность и разделяет ее на верхнюю вторую аксиальную заднюю поверхность 42 и нижнюю вторую аксиальную заднюю поверхность 45. Канавка 43 может образовывать угол A относительно нижней поверхности 30. Угол A равен 0 градусов в варианте осуществления, показанном на фиг.3с (например, канавка 43 параллельна нижней поверхности 30), но в некоторых вариантах осуществления изобретения этот угол может составлять до 20 градусов. Канавка также выточена во второй аксиальной задней поверхности под углом B (см. вид в разрезе на фиг.3d), находясь в пределах, например, от 90 до 105 градусов относительно нижней поверхности 30. Функцией канавки 43 является предотвращение проскальзывания режущей пластины 27 внутрь гнезда держателя. Аксиальные задние поверхности 46 и 47 создают дополнительный задний угол для режущей пластины 27 в держателе.

С основной стороны варианта осуществления режущей пластины 27, показанного на фиг.3b, есть многочисленные радиальные задние поверхности: верхняя радиальная задняя поверхность 51, обеспечивающая задний угол резания для основной режущей кромки; нижняя радиальная задняя поверхность 52, которая является устанавливающей опорной поверхностью для режущей пластины в держателе; и радиальные задние поверхности 53 и 54, создающие дополнительный задний угол для режущей пластины 27 в держателе. Режущая пластина 27 также включает в себя канавку 55 через всю основную сторону режущей пластины, функционирующую как разделение между верхней радиальной задней поверхностью 51 и нижней радиальной задней поверхностью 52. Подобно канавке 43, канавка 55 может иметь угловую форму, например треугольную или форму ласточкиного хвоста, или может иметь скругленные стенки и быть в виде полукруглой выточки.

Другой признак варианта осуществления изобретения, показанного как режущая пластина 27, проиллюстрирован на различных разрезах на фиг.4 b-f, где радиальный передний угол (Ø_RR) вдоль основной режущей кромки 61а (или 61b) изменяется от положительного около основной угловой вершины 62а (или 62b) до отрицательного рядом со вспомогательной угловой вершиной 63а (или 63b). Две вогнутые поверхности 64а и 64b образованы рядом со вспомогательными угловыми вершинами 63а и 63b соответственно. Вогнутая поверхность 64а (или 64b) образована на верхней поверхности 28 со стружколомателем 29 режущей пластины 27 и пересекается с основной режущей кромкой 61а (или 61b), которая в этом варианте осуществления изобретения является скругленной режущей кромкой с относительно большим радиусом. В какой-то точке вдоль каждой основной режущей кромки, обычно в вогнутой секции 64а или 64b, передний угол будет равен нулю. Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления режущей пластины согласно настоящему изобретению, содержащие изменяемый передний угол вдоль длины режущей кромки, не будут содержать точку, где передний угол будет равен нулю. Для тех вариантов осуществления изобретения, которые содержат точку, в которой передний угол равен нулю, расстояние, измеренное на плоскости вида сверху режущей пластины от вспомогательной угловой вершины до точки, в которой передний угол равен нулю, определяют как. Расстояние L_N для одного варианта показано на фиг.4а. Также для некоторых не носящих ограничительного характера вариантов осуществления изобретения длина рабочей режущей кромки (L_E на фиг.3b) может быть спроецирована на плоскость на виде сверху фиг.4а и определена как L_TOP. В различных вариантах осуществления изобретения радиальный передний угол (Ø_RR) в различных точках вдоль основной режущей кромки 61а может быть определен с помощью следующих уравнений:

Уравнения (1)

L_N<L_TOP/4,

Ø_RR-X>0, если L_X < L_TOP-L_N

Ø_RR-X=0, если L_X = L_TOP-L_N

Ø_RR-X<0, если L_X> L_TOP -L_N

где L_X является длиной, измеренной на плоскости вида сверху от фаски 65а до точки X вдоль основной режущей кромки, где замерен радиальный передний угол Ø_RR-X.

Вышеупомянутые соотношения проиллюстрированы видами в разрезе на фиг.4d, 4е и 4f, которые представляют примеры различных радиальных передних углов (Ø_RR-X, X = 1, 2, 3). Такая конструкция обеспечивает положительный разрез вдоль большей части основной режущей кромки, одновременно увеличивая прочность режущей кромки рядом со вспомогательной угловой вершиной. В варианте осуществления режущей пластины на фиг.4b и 4с указанные аксиальные передние углы (Ø_AR-X, X = 1, 2) на вспомогательной режущей кромке являются положительными. В некоторых других возможных вариантах осуществления режущей пластины, однако, аксиальный передний угол может быть изменяемым радиальным передним углом, содержащим участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

На фиг.5 показан другой не носящий ограничительного характера вариант осуществления режущей пластины 71 в форме параллелограмма согласно настоящему изобретению. Режущая пластина 71, показанная на фиг.5, отличается от режущей пластины 27, показанной на фиг.3 и 4, по меньшей мере, тем, что первый участок вспомогательной режущей кромки, или фаска, 72а (или 72b) является касательной к основной угловой вершине 73а (73b). Режущая пластина 27 (фиг.3) содержит первый участок вспомогательной режущей кромки, или фаску, 35а (или 35b), которая не является касательной к основной угловой вершине 33а (или 33b). Другими словами, режущая пластина, показанная на фиг.5, имеет целые основные угловые вершины 73а и 73b, тогда как режущая пластина, показанная на фиг.3, имеет усеченные основные угловые вершины 33а и 33b.

В дополнение к улучшению геометрии режущей пластины устройство фрезерного инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов может быть также улучшено путем изменения сопряженного держателя, чтобы оптимизировать установку режущей пластины в форме параллелограмма в гнезде под режущую пластину. В некоторых вариантах осуществления изобретения согласно настоящему изобретению держатель выполнен таким образом, что поддерживает определенное количественное соотношение между геометрией режущей пластины в форме параллелограмма и ее положением в сопряженном держателе, чтобы за счет этого получить сбалансированную и оптимизированную работу режущих пластин и держателя.

Не носящий ограничительного характера вариант осуществления устройства 80 фрезерного инструмента согласно настоящему изобретению, включающий в себя многочисленные режущие пластины 81а, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f, 81g в форме параллелограмма, установленные в держателе 82, показан на фиг.6а и 6b. Держатель 82 имеет многочисленные гнезда 83 под режущие пластины для закрепления каждой режущей пластины крепежным элементом, таким как винт 84. Держатель 82 может по возможности содержать охлаждающее отверстие 85 и поверхность отвода 86 для каждого гнезда. Держатель 82 вместе со всеми режущими пластинами вращается вокруг ее осевой центральной линии 87. На фиг.6а и 6b дополнительно показаны осевые центральные линии 88 и 89 держателя 82.

Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления инструмента для периферийного резания согласно настоящему изобретению включают в себя держатель, содержащий, по меньшей мере, одно гнездо под режущую пластину. Держатель может иметь больше чем одно гнездо под режущую пластину и обычно содержит от 2 до 25 гнезд под режущую пластину. Режущая пластина должна быть закреплена в каждом гнезде. В одном варианте осуществления изобретения режущая пластина содержит основную режущую кромку. Изобретатели обнаружили, что операция резания может быть осуществлена более эффективно, если режущая пластина расположена в гнезде под режущую пластину держателя таким образом, что средняя точка основной режущей кромки размещена в радиальной плоскости, содержащей ось вращения держателя. Например, как показано на фиг.7, держатель 91 имеет семь режущих пластин 92a, 92b, 92c, 92d, 92e, 92f и 92g в форме параллелограмма. Ось вращения 93 держателя 91, показанного на виде сбоку на фиг.7а, будет появляться на конце как точка P на виде спереди на фиг.7b. Принимая режущую пластину 92а в качестве примера, средняя точка основной режущей кромки 101 находится на первичной радиальной плоскости 102, содержащей ось вращения 93 (т.е. через точку P на фиг.7b) держателя 91. Вторичная радиальная плоскость 104 перпендикулярна первичной радиальной плоскости 102 и включает в себя ось вращения 93. Чтобы установить режущую пластину согласно аспекту настоящего изобретения, опорная плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность 103 режущей пластины 92а (или включающая в себя нижнюю поверхность гнезда под режущую пластину держателя 91), также перпендикулярна вторичной радиальной поверхности 104. В другом примере режущая пластина 92d содержит среднюю точку 111 основной режущей кромки. Средняя точка 111 находится на первичной радиальной плоскости 112, содержащей ось вращения 93 (т.е. через точку P на фиг.7b) держателя 91, и в то же самое время плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность 113 режущей пластины 92d, перпендикулярна вторичной радиальной плоскости 114, которая также содержит ось вращения 93 держателя 91 и является перпендикулярной первичной радиальной плоскости 112.

В ходе тщательного изучения изобретатели с удивлением обнаружили, что наиболее сбалансированная и эффективная операция фрезерования может быть достигнута за счет установки режущей пластины в держателе описанным выше способом, который может быть также выражен математически следующим набором уравнений. Например, наилучшая производительность достигается при обработке резанием труднообрабатываемых металлов специального назначения, когда режущая пластина, в которой передние углы выполнены согласно нескольким упомянутым выше уравнениям (Уравнения 1), посажена в сопряженный держатель. Такое положение для режущей пластины в форме параллелограмма может быть математически определено за счет применения следующего набора уравнений. Проецируемый вид сбоку, показанный на фиг.8, получен за счет вращения держателя 121 вокруг оси вращения 122, которая колинеарна оси X в системе Декартовых координат, как показано, до тех пор, пока нижняя поверхность 123 режущей пластины 124 (как пример) является перпендикулярной плоскости X-Y (эквивалентной вторичной радиальной плоскости 104, как показано на фиг.7b) в системе Декартовых координат. Таким образом, первое уравнение для размещения средней точки D (как показано на увеличенном виде на фиг.8) основной режущей кромки 125 таким образом, чтобы пересечь ось вращения 122 держателя 121 в плоскости X-Z на фиг.8, или, другими словами, для размещения средней точки D в плоскости X-Z, которая является эквивалентной первичной радиальной плоскости 102, как показано на фиг.7b, может быть математически выражено как:

Уравнение(2)

L₁=L₂=L/2

где, как показано на увеличенном виде на фиг.8, L₁ является длиной основной режущей кромки 125, измеренной от исходной точки D₁ режущей кромки до средней точки D; L₂ является длиной основной режущей кромки 125, измеренной от средней точки D до конечной точки D₂ режущей кромки; и L является полной длиной основной режущей кромки 125. Нормальные производственные допуски применяются к вышеуказанному уравнению.

Второе уравнение используют для установки одинакового радиального угла резания, чтобы расположить каждую режущую пластину в форме параллелограмма, например режущую пластину 131, в сопряженном держателе 132, как показано на виде спереди и увеличенных видах на фиг.9, и которое математически может быть описано как:

Уравнение (3)

Ø_RC-D1=Ø_RC-D2

где Ø_RC-D1 является радиальным углом резания, образованным между начальной точкой D₁ режущей кромки в радиальной плоскости с центром в точке P и радиальной центральной линией 133, а Ø_RC-D2 является радиальным углом резания, образованным между конечной точкой D₂ режущей кромки в радиальной плоскости с центром в точке P и радиальной центральной линией 133. Нормальные производственные допуски также применяются к вышеуказанному уравнению.

Когда режущие пластины в форме параллелограмма выполнены на основе вышеупомянутых уравнений (1) и установлены в сопряженном держателе согласно уравнениям (2) и (3), могут быть достигнуты улучшенные результаты, включая улучшенную стабильность, сбалансированность между эффективностью резания и прочностью кромки, и увеличенный срок службы при применении для обработки резанием труднообрабатываемых материалов.

Кроме того, некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления изобретения согласно настоящему описанию относятся к различным режущим пластинам в форме параллелограмма и к сопряженному держателю. Необходимо понимать, однако, что пластины и держатели в пределах объема настоящего изобретения могут быть осуществлены в формах и использованы по конечному применению, которые конкретно и явно не описаны здесь. Например, специалист в данной области техники поймет, что варианты осуществления в пределах объема настоящего описания и нижеследующей формулы изобретения могут быть выполнены как режущие пластины и/или держатели, предназначенные для других способов удаления металла со всех типов обрабатываемых материалов.

Некоторые не носящие ограничительного характера варианты осуществления изобретения согласно настоящему описанию относятся к режущим пластинам в форме параллелограмма, обеспечивающим комбинацию преимуществ, которые проявляются за счет изменения радиальных передних углов вдоль основной режущей кромки, для получения сбалансированной и оптимальной работы между эффективным резанием и усиленной режущей кромкой. Режущие пластины в форме параллелограмма, описанные здесь, могут быть соответствующего размера и могут быть предназначены для соответствующего использования при различных обработках резанием. Некоторые другие варианты осуществления изобретения согласно настоящему описанию относятся к держателю и единственному и количественному способу определения, как расположить режущую пластину в форме параллелограмма в держателе, чтобы получить оптимизированную работу режущей пластины и держателя как одного целого.

Необходимо понимать, что настоящее описание иллюстрирует те аспекты изобретения, которые относятся к лучшему пониманию изобретения. Некоторые аспекты, которые были бы очевидны для специалистов в данной области техники и которые, следовательно, не облегчают лучшего понимания изобретения, не были представлены, чтобы упростить данное описание. Хотя только ограниченное число вариантов осуществления настоящего изобретения были описаны здесь как необходимые, специалист в данной области техники после изучения предшествующего описания поймет, что могут быть использованы многие модификации и изменения изобретения. Все подобные изменения и модификации изобретения входят в предшествующее описание и нижеследующую формулу изобретения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке резанием труднообрабатываемых материалов, в частности, на карусельно-фрезерных станках. Режущая пластина по существу в форме параллелограмма содержит верхнюю поверхность, первую и вторую основные радиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность. Первая и вторая вспомогательные аксиальные задние поверхности пересекают верхнюю поверхность и соединяют первую и вторую основные аксиальные задние поверхности. Основная режущая кромка расположена на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности. Основная режущая кромка содержит изменяемый радиальный передний угол, включающий участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол. Первая и вторая основные радиальные задние поверхности содержат, по меньшей мере, по две радиальные задние поверхности. Первая и вторая вспомогательные аксиальные задние поверхности содержат, по меньшей мере, по две аксиальные задние поверхности. Инструмент для периферийного резания содержит держатель, который имеет по меньшей мере одно гнездо под упомянутую режущую пластину. Приведен способ установки режущей пластины в гнезде держателя инструмента. Увеличивается срок службы режущего инструмента и производительность резания. 4 н. и 34 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма, содержащая верхнюю поверхность,
первую и вторую основные радиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность,
первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность и соединяющие первую и вторую основные радиальные задние поверхности,
основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
изменяемый радиальный передний угол вдоль длины основной режущей кромки, причем основная режущая кромка включает в себя участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол,
причем первая основная радиальная задняя поверхность и вторая основная радиальная задняя поверхность, каждая, содержат, по меньшей мере, две радиальные задние поверхности, и
первая вспомогательная аксиальная задняя поверхность и вторая вспомогательная аксиальная задняя поверхность, каждая, содержат, по меньшей мере, две аксиальные задние поверхности.

2. Пластина по п.1, в которой радиальный передний угол основной режущей кромки изменяется от положительного радиального переднего угла до отрицательного радиального переднего угла вдоль всей основной режущей кромки.

3. Пластина по п.1, которая дополнительно содержит основную угловую вершину.

4. Пластина по п.1, в которой радиальный передний угол основной режущей кромки рядом с основной угловой вершиной является положительным.

5. Пластина по п.4, в которой радиальный передний угол равен нулю по меньшей мере в одной точке вдоль основной режущей кромки.

6. Пластина по п.5, в которой радиальный передний угол равен нулю только в одной точке вдоль основной режущей кромки.

7. Пластина по п.1, в которой длина участка основной режущей кромки, имеющего положительный радиальный передний угол, по меньшей мере, в три раза больше, чем длина участка основной режущей кромки, имеющего отрицательный радиальный передний угол.

8. Пластина по п.1, которая дополнительно содержит режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
режущую кромку на пересечении верхней поверхности и второй основной радиальной задней поверхности,
причем каждая режущая кромка включает в себя изменяемый радиальный передний угол вдоль длины режущей кромки, причем основная режущая кромка содержит участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

9. Пластина по п.8, которая дополнительно содержит нижнюю поверхность и две вспомогательные режущие кромки, при этом каждая вспомогательная режущая кромка содержит по меньшей мере первый участок и второй участок, причем первый участок содержит фаску, параллельную нижней поверхности, а второй участок расположен под углом к фаске первого участка.

10. Пластина по п.1, которая дополнительно содержит две основные угловые вершины и две вспомогательные угловые вершины, причем каждая основная угловая вершина и каждая вспомогательная угловая вершина соединяют основную режущую кромку и вспомогательную режущую кромку, а каждая из основных угловых вершин является полной вершиной или усеченной вершиной.

11. Пластина по п.1, в которой по меньшей мере одна радиальная задняя поверхность содержит канавку.

12. Пластина по п.1, в которой по меньшей мере одна радиальная задняя поверхность содержит канавку, проходящую через всю радиальную заднюю поверхность.

13. Пластина по п.1, в которой по меньшей мере одна аксиальная задняя поверхность содержит канавку.

14. Пластина по п.13, в которой канавка проходит через, по меньшей мере, часть аксиальной задней поверхности.

15. Инструмент для периферийного резания, содержащий держатель, который имеет по меньшей мере одно гнездо под режущую пластину, и
режущую пластину, по существу, в форме параллелограмма, содержащую основную режущую кромку, причем режущая пластина размещена в одном гнезде держателя таким образом, что средняя точка основной режущей кромки находится в первичной радиальной плоскости, содержащей ось вращения держателя, а опорная плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность гнезда под режущую пластину, перпендикулярна вторичной радиальной плоскости, которая содержит ось вращения держателя и перпендикулярна первичной радиальной плоскости, при этом режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма содержит верхнюю поверхность,
первую и вторую основные радиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность,
первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность и соединяющие первую и вторую основные радиальные задние поверхности,
основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
изменяемый радиальный передний угол вдоль длины основной режущей кромки, причем основная режущая кромка включает в себя участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

16. Инструмент по п.15, в котором радиальный передний угол основной режущей кромки изменяется от положительного радиального переднего угла до отрицательного радиального переднего угла вдоль основной режущей кромки.

17. Инструмент по п.15, в котором режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма дополнительно содержит основную угловую вершину.

18. Инструмент по п.15, в котором радиальный передний угол основной режущей кромки рядом с основной угловой вершиной является положительным.

19. Инструмент по п.16, в котором длина участка основной режущей кромки, имеющего положительный радиальный передний угол, по меньшей мере, в три раза больше, чем длина участка основной режущей кромки, имеющего отрицательный радиальный передний угол.

20. Инструмент по п.15, в котором режущая пластина в форме параллелограмма дополнительно содержит
режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
режущую кромку на пересечении верхней поверхности и второй основной радиальной задней поверхности,
причем каждая режущая кромка содержит изменяемый радиальный передний угол вдоль длины режущей кромки, а каждая режущая кромка содержит участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

21. Способ установки режущей пластины, по существу, в форме параллелограмма, содержащей основную режущую кромку, в гнезде под режущую пластину держателя инструмента для периферийного резания, который включает установку режущей пластины в гнезде под режущую пластину таким образом, что средняя точка основной режущей кромки находится в первичной радиальной плоскости, содержащей ось вращения держателя, причем опорная плоскость, включающая в себя нижнюю поверхность гнезда под режущую пластину, перпендикулярна вторичной радиальной плоскости, которая содержит ось вращения держателя и перпендикулярна первичной радиальной плоскости, при этом режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма содержит верхнюю поверхность,
первую и вторую основные радиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность,
первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, пересекающие верхнюю поверхность и соединяющие первую и вторую основные радиальные задние поверхности,
основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
изменяемый радиальный передний угол вдоль длины основной режущей кромки, причем основная режущая кромка включает в себя участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол.

22. Способ по п.21, в котором радиальный передний угол основной режущей кромки изменяется от положительного радиального переднего угла до отрицательного радиального переднего угла вдоль всей основной режущей кромки.

23. Способ по п.21, в котором режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма дополнительно содержит основную угловую вершину.

24. Способ по п.21, в котором радиальный передний угол основной режущей кромки рядом с основной угловой вершиной является положительным.

25. Способ по п.21, в котором длина участка основной режущей кромки, имеющего положительный радиальный передний угол, по меньшей мере, в три раза больше, чем длина участка основной режущей кромки, имеющего отрицательный радиальный передний угол.

26. Режущая пластина, по существу, в форме параллелограмма, содержащая верхнюю поверхность, нижнюю поверхность,
первую и вторую основные радиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность,
первую и вторую вспомогательные аксиальные задние поверхности, причем каждая пересекает верхнюю поверхность и соединяет первую и вторую основные радиальные задние поверхности,
основную режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности и
изменяемый радиальный передний угол вдоль длины основной режущей кромки, причем основная режущая кромка включает в себя участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол,
режущую кромку на пересечении верхней поверхности и первой основной радиальной задней поверхности,
режущую кромку на пересечении верхней поверхности и второй основной радиальной задней поверхности, причем каждая режущая кромка имеет изменяемый радиальный передний угол вдоль длины режущей кромки, а основная режущая кромка содержит участок, имеющий положительный радиальный передний угол, и участок, имеющий отрицательный радиальный передний угол, и
две вспомогательные режущие кромки, каждая из которых имеет, по меньшей мере, первый участок и второй участок, причем первый участок выполнен с фаской, параллельной нижней поверхности, а второй - расположен под углом к фаске первого участка.

27. Пластина по 26, в которой радиальный передний угол основной режущей кромки изменяется от положительного радиального переднего угла до отрицательного радиального переднего угла вдоль всей основной режущей кромки.

28. Пластина по п.26, которая дополнительно содержит основную угловую вершину.

29. Пластина по п.26, в которой радиальный передний угол основной режущей кромки рядом с основной угловой вершиной является положительным.

30. Пластина по п.29, в которой радиальный передний угол равен нулю по меньшей мере в одной точке вдоль основной режущей кромки.

31. Пластина по п.30, в которой радиальный передний угол равен нулю только в одной точке вдоль основной режущей кромки.

32. Пластина по п.26, в которой длина участка основной режущей кромки, имеющего положительный радиальный передний угол, по меньшей мере, в три раза больше, чем длина участка основной режущей кромки, имеющего отрицательный радиальный передний угол.

33. Пластина по п.26, которая дополнительно содержит две основные угловые вершины и две вспомогательные угловые вершины, причем каждая основная угловая вершина и каждая вспомогательная угловая вершина соединяют основную режущую кромку и вспомогательную режущую кромку, а каждая из основных угловых вершин является полной вершиной или усеченной вершиной.

34. Пластина по п.26, в которой первая основная радиальная задняя поверхность и вторая основная радиальная задняя поверхность, каждая, содержат, по меньшей мере, две радиальные задние поверхности, и
первая вспомогательная аксиальная задняя поверхность вторая вспомогательная аксиальная задняя поверхность, каждая, содержат, по меньшей мере, две аксиальные задние поверхности.

35. Пластина по п.26, в которой по меньшей мере одна радиальная задняя поверхность содержит канавку.

36. Пластина по п.26, в которой по меньшей мере одна радиальная задняя поверхность содержит канавку, проходящую через всю радиальную заднюю поверхность.

37. Пластина по п.26, в которой по меньшей мере одна аксиальная задняя поверхность содержит канавку.

38. Пластина по 37, в которой канавка проходит через, по меньшей мере, часть аксиальной задней поверхности.