РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА И ДИСКОВАЯ ФРЕЗА Российский патент 2015 года по МПК B23C5/20 

Область техники.

Настоящая группа изобретений относится к устройствам, используемым в процессе обработки материалов резанием, в частности к двухсторонней режущей пластине и дисковой фрезе.

Уровень техники.

В патенте РФ RU 2354511 раскрыта режущая пластина, включающая две противолежащие торцовые поверхности, две противолежащие главные боковые поверхности, имеющие в основном равнобедренную трапецеидальную форму на главных видах сбоку на режущую пластину, каждая торцовая поверхность имеет четыре угла, два противолежащих заниженных угла, расположенных ближе к средней плоскости режущей пластины. При этом на каждой торцовой поверхности режущей пластины выполнена опорная поверхность. Режущий инструмент, в частности фреза, содержит, по крайней мере, одну описанную выше режущую пластину и корпус, имеющий, по крайней мере, одно гнездо для закрепления режущей пластины.

Достоинством режущей пластины такого типа, как раскрыта в патенте РФ RU 2354511, является расширение технологических возможностей за счет возможности работы с правым и левым направлением работы.

Для режущей пластины, раскрытой в патенте РФ RU 2354511, затруднительно получить высокую стойкость ее режущих кромок при обработке трудно обрабатываемых материалов, что в определенной степени обусловлено недостаточной виброустойчивостью режущей пластины.

В патенте РФ 2346791 раскрыта режущая пластина, имеющая первую и вторую торцовые поверхности, расположенные между ними первую и вторую периферийные кромки, образованные на пересечении первой и второй торцовой поверхности с периферийной боковой поверхностью.

Для режущей пластины, раскрытой в патенте РФ 234791, также затруднительно получить достаточную виброустойчивость при обработке трудно обрабатываемых материалов.

В патенте РФ 2043877 раскрыт режущий инструмент, содержащий корпус с гнездом, режущую пластину и крепежный элемент, выполненный в виде винта с эксцентриком, параметры которого определяются из математического выражения, содержащего геометрические размеры эксцентрика.

Для режущего инструмента, раскрытого в патенте РФ 2043877, не возможно решить поставленной задачи, так как в данной конструкции не учитывается пространственное расположение центра масс режущей пластины и центров тяжести ее поверхностей.

Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной конструкции режущей пластины для ее использования при обработке трудно обрабатываемых материалов путем снижения вибраций, возникающих при обработке.

Задачей настоящего изобретения также является создание режущего инструмента для закрепления и использования предложенной режущей пластины.

Поставленная задача решается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения. В частности, предложена режущая пластина, имеющая в поперечном сечении на виде сверху форму параллелограмма с отверстием, наклоненным под острым углом к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям, причем угол наклона оси отверстия зависит от геометрических размеров режущей пластины и определяется аналитическим выражением. Геометрические размеры режущей пластины также зависят от формы ее боковых кромок.

Также предложена конструкция режущего инструмента в виде дисковой фрезы, содержащей корпус, в котором выполнены гнезда для размещения предложенной режущей пластины или кассет, в которых размещены указанные выше режущие пластины.

Сущность изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением предложена режущая пластина, имеющая:

две зеркально симметричные торцовые поверхности и расположенные между ними среднюю плоскость (M) и боковую поверхность, включающую на виде сбоку на режущую пластину две противолежащие со 180-градусной симметрией и параллельные между собой главные боковые поверхности в виде больших равнобедренных трапеций с отверстием, проходящим между ними;

две на виде сбоку на режущую пластину противолежащие со 180-градусной симметрией параллельные между собой вспомогательные боковые поверхности в виде малых равнобедренных трапеций;

четыре зеркально симметричные режущие кромки, каждая из которых включает главную режущую кромку, образованную на пересечении главной боковой поверхности с торцовой поверхностью и являющейся стороной большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности, и вспомогательную режущую кромку, образованную на пересечении вспомогательной боковой поверхности с торцовой поверхностью и являющейся стороной малой равнобедренной трапеции вспомогательной боковой поверхности;

передние поверхности, примыкающие к режущим кромкам и проходящие от режущих кромок в направлении вовнутрь режущей пластины до диагоналей торцовых поверхностей, соединяющих вершины малых оснований больших и малых равнобедренных трапеций.

В соответствии с настоящим изобретением режущая пластина в поперечном сечении средней плоскостью M на виде сверху на режущую пластину выполнена в виде параллелограмма, острые углы которого образованы плоскостями, проходящими через главную и вспомогательную боковые поверхности и пересекающимися в зоне наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций;

отверстие расположено под острым углом (α) к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям, в сторону наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций, а его ось расположена в средней плоскости M режущей пластины, проходит через центр масс режущей пластины и пересекает плоскости, проходящие через главные боковые поверхности, на отрезке от проекции центра масс режущей пластины на эти плоскости до включительно центра тяжести больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей, причем угол (α) наклона оси отверстия режущей пластины выбран в диапазоне 0<α<α_max, в котором α_max определяется из условия:

где: α_max - максимальный угол наклона оси отверстия режущей пластины к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям режущей пластины, соответствующий прохождению оси одновременно через центр масс режущей пластины и центры тяжести больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей режущей пластины;

h - толщина режущей пластины;

H - высота большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности, на виде сбоку на режущую пластину;

а, b - соответственно длины малого и большого оснований большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности на виде с боку на режущую пластину;

β - угол наклона боковой вспомогательной поверхности режущей пластины к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям режущей пластины.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом боковые кромки режущей пластины, образованные у больших оснований малых и больших равнобедренных трапеций главных и вспомогательных боковых поверхностей, имеют закругления радиусом от 0,5 до 8 мм или выполнены в виде угловых кромок.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом боковые кромки режущей пластины выполнены вогнутыми или выпуклыми.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом боковые кромки режущей пластины содержат три участка, два из которых являются крайними и имеют закругления радиусом от 0,5 до 8 мм или угловые кромки, а средний участок занижен относительно крайних участков по направлению вдоль наибольшей внутренней диагонали параллелограмма поперечного сечения режущей пластины и выполнен в виде угловой фаски или закругления, радиус которого больше радиуса закругления крайних участков, или в виде вогнутого участка.

В соответствии с настоящим изобретением также предложена дисковая фреза, содержащая корпус с гнездами, выполненными непосредственно в корпусе или в кассетах, установленных в корпусе, при этом каждое гнездо имеет одну опорную и боковые контактные поверхности для описанной выше по любому из вариантов режущей пластины, установленной в каждом гнезде, причем угол наклона (γ) резьбового отверстия в опорной поверхности гнезда для закрепления режущей пластины равен углу наклона (α) отверстия в режущей пластине.

При этом описанную выше режущую пластину устанавливают в каждое гнездо дисковой фрезы и крепят с помощью крепежного винта. Режущие пластины могут быть установлены непосредственно или с помощью кассет в гнездах режущего инструмента.

Для лучшего понимания, только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых:

на фиг. 1 показан вид в перспективе на режущую пластину в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показан вид сбоку на главную боковую поверхность режущей пластины, представленной на фиг. 1;

на фиг. 3 показан вид сверху на режущую пластину, представленную на фиг. 1;

на фиг. 4а показан частично первый вариант поперечного сечения режущей пластины; представленной на фиг. 1, по линии I-I;

на фиг. 4b показан частично второй вариант поперечного сечения режущей пластины, представленной на фиг.1, по линии I-I;

на фиг. 5а показан первый вариант исполнения боковой кромки режущей пластины, представленной на фиг. 1;

на фиг. 5b показан второй вариант исполнения боковой кромки режущей пластины, представленной на фиг. 1;

на фиг. 6а показан вид в перспективе на режущую пластину, изображенную на фиг. 1, с боковой кромкой, имеющей три участка;

на фиг. 6b показана боковая кромка режущей пластины, изображенной на фиг. 6а, с вогнутым средним участком;

на фиг. 7а показан частично первый вариант поперечного сечения режущей пластины, изображенной фиг. 6а, по линии II-II;

на фиг. 7b показан второй вариант поперечного сечения режущей пластины, изображенной на фиг. 6а, по линии II-II;

на фиг. 8 показан общий вид дисковой фрезы с использованием режущей пластины, изображенной на фиг. 1-7;

на фиг. 9 показан вид в перспективе гнезда дисковой фрезы, изображенной на фиг. 8, для крепления режущей пластины, изображенной на фиг. 1-7;

на фиг. 10 показано частично поперечное сечение гнезда для крепления режущей пластины дисковой фрезы, изображенной на фиг. 8, по линии III-III.

Детальное описание чертежей.

Рассмотрим фиг. 1-10, показывающие режущую пластину 10 и дисковую фрезу 68, в котором используется эта пластина.

В соответствии с настоящим изобретением предложенная режущая пластина 10 выполнена индексируемой. Ее предпочтительно изготавливают путем фасонного прессования или инжекционного прессования и спекания порошков карбидов.

Режущая пластина 10 имеет:

две зеркально симметричные торцовые поверхности 12 и расположенные между ними среднюю плоскость M и боковую поверхность, включающую на виде сбоку на режущую пластину 10 две противолежащие со 180-градусной симметрией и параллельные между собой главные боковые поверхности 16 в виде больших равнобедренных трапеций с отверстием 18, проходящим между ними;

две на виде сбоку на режущую пластину 10 противолежащие со 180-градусной симметрией параллельные между собой вспомогательные боковые поверхности 20 в виде малых равнобедренных трапеций;

четыре зеркально симметричные режущие кромки 22, каждая из которых включает главную режущую кромку 24, образованную на пересечении главной боковой поверхности 16 с торцовой поверхностью 12 и являющейся стороной большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности 16, и вспомогательную режущую кромку 26, образованную на пересечении вспомогательной боковой поверхности 20 с торцовой поверхностью 12 и являющейся стороной малой равнобедренной трапеции вспомогательной боковой поверхности 20;

передние поверхности 28, примыкающие к режущим кромкам 24 и 26 и проходящие от режущих кромок в направлении вовнутрь режущей пластины до диагоналей 30 торцовых поверхностей 12, соединяющих вершины 32 малых оснований больших и малых равнобедренных трапеций.

Согласно предлагаемой конструкции режущая пластина 10 в поперечном сечении средней плоскостью M на виде сверху на режущую пластину выполнена в виде параллелограмма, острые углы 34 которого образованы плоскостями, проходящими через главную 16 и вспомогательную 20 боковые поверхности и пересекающимися в зоне наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций.

Отверстие 18 расположено под острым углом α к вертикали 36, перпендикулярной главным боковым поверхностям 16, в сторону наибольших оснований 38 больших и малых равнобедренных трапеций.

Его ось 40 расположена в средней плоскости M режущей пластины 10, проходит через центр масс (O₁) 42 режущей пластины 10 и пересекает плоскости, проходящие через главные боковые поверхности 16 на отрезке от проекции 44 центра масс 42 режущей пластины 10 на эти плоскости до включительно центра тяжести 46 больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей 16.

Причем угол α наклона оси 40 отверстия 18 режущей пластины 10 выбран в диапазоне 0<α<α_max, а котором α_max определяется из условия (1):

где параметры режущей пластины 10, изображенной на фиг. 2 и 3:

α_max - максимальный угол наклона оси 40 отверстия 18 режущей пластины 10 к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям 16 режущей пластины 10, соответствующий прохождению оси 40 одновременно через центр масс 42 режущей пластины 10 и центры тяжести 46 больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей 16 режущей пластины 10;

h - толщина режущей пластины 10;

H - высота большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности, на виде сбоку на режущую пластину 10;

а, b - соответственно длины малого и большого оснований большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности на виде сбоку на режущую пластину 10;

β - угол наклона боковой вспомогательной поверхности 20 режущей пластины 10 к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям 16 режущей пластины 10.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом боковые кромки 38 режущей пластины 10, образованные у больших оснований малых и больших равнобедренных трапеций главных 16 и вспомогательных 20 боковых поверхностей, имеют закругления 48 радиусом от 0,5 до 8 мм или выполнены в виде угловых кромок 50.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом боковые кромки режущей пластины 10 выполнены вогнутыми или выпуклыми 54.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом боковые кромки режущей пластины 10 содержат три участка, два из которых являются крайними 56 и имеют закругления радиусом от 0,5 до 8 мм или угловые кромки, а средний участок 58 занижен относительно крайних участков 56 по направлению вдоль наибольшей внутренней диагонали параллелограмма поперечного сечения режущей пластины 10 и выполнен в виде угловой фаски 60 или закругления 64, радиус которого больше радиуса закругления крайних участков, или в виде вогнутого участка 66.

Аналитическое выражение для определения α_max получено следующим образом. Расстояние от большого основания большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности 16 на виде сбоку на режущую пластину 10 до центра ее тяжести 46 определяется из выражения (2) H/3×(2а+b/а+b).

Длина отрезка Z, изображенного на фиг. 3, на плоскостях, проходящих через главные боковые поверхности 16 от проекции 44 центра масс 42 режущей пластины 10 на эти плоскости до включительно центра тяжести 46 больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей 16 определяется с использованием выражения (2) из выражения (3) Z=(H+h×tg(3)/2-H/3×(2а+b)/а+b.

Используя выражение (3), из фиг. 3 получим, что максимальный угол α_max наклона оси 40 отверстия 18 режущей пластины 10 к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям 16 режущей пластины 10, будет равен выражению (1).

Предложенная режущая пластина 10 может быть использована для обработки различных материалов и ее боковые кромки 38 могут иметь радиус закругления от 0,5 до 8 мм или угловую кромку, которые в свою очередь могут быть выпуклыми или вогнутыми. Поэтому угол α целесообразно выбирать в каждом конкретном случае в диапазоне 0<α<α_max.

В качестве примера использования аналитического выражения (1) для расчета допустимого предела изменения угла наклона оси 40 отверстия 18 режущей пластины 10 проведем расчет для режущей пластины со следующими параметрами: h=7.5 мм, а=10.37 мм, b=15,37 мм, H=14 мм, β=7 град. Поставив указанные выше значения в выражение (1), получим α_max=13 град. 42 мин. Таким образом, угол наклона оси 40 отверстия 18 режущей пластины 10 в зависимости от обрабатываемого материала может быть выбран в диапазоне от 0 до 13 град. 42 мин.

В соответствии с настоящим изобретением предложена дисковая фреза 68, изображенная на фиг. 8 и содержащая:

корпус 70 с гнездами 72, выполненными непосредственно в корпусе 70 или в кассетах, установленных в корпусе 70.

При этом каждое гнездо 72 имеет одну опорную 74 и боковые 76 контактные поверхности для описанной выше по любому из вариантов режущей пластины 10, установленной в каждом гнезде 72/

Причем угол наклона γ резьбового отверстия 78 в опорной поверхности 74 гнезда 72 для закрепления режущей пластины 10 равен углу наклона α отверстия 18 в режущей пластине 10.

Указанные выше форма поперечного сечения, а также угол наклона оси отверстия, определяемый в зависимости от геометрических размеров режущей пластины 10 и обрабатываемого материала, форма ее боковых кромок и размещение самой режущей пластины в гнезде режущего инструмента позволяет обеспечить снижение вибраций при обработке трудно обрабатываемых материалов и тем самым повысить эффективность использования режущей пластины 10.

Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенных в приведенной ниже формуле изобретения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке материалов дисковыми фрезами. Режущая пластина имеет две зеркально симметричные торцовые поверхности и расположенные между ними среднюю плоскость и боковую поверхность. Главные боковые поверхности выполнены в виде больших равнобедренных трапеций с отверстием между ними. В поперечном сечении средней плоскостью на виде сверху на режущую пластину она выполнена в виде параллелограмма, острые углы которого образованы плоскостями, проходящими через главную и вспомогательную боковые поверхности и пересекающимися в зоне наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций. Отверстие наклонено под острым углом к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям, в сторону наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций, и его ось расположена в средней плоскости режущей пластины, проходит через центр масс режущей пластины и пересекает плоскости, проходящие через главные боковые поверхности, на отрезке от проекции центра масс режущей пластины на эти плоскости до включительно центра тяжести больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей. Угол наклона оси отверстия режущей пластины находится в диапазоне 0<α≤α_max. Параметры режущей пластины связаны с углом наклона оси отверстия соотношением, определяемым по приведенной зависимости. Режущая пластина предназначена для установки в гнезда корпуса или кассеты дисковой фрезы. Повышается виброустойчивость при обработке, расширяются технологические возможности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Режущая пластина (10), имеющая две зеркально симметричные торцовые поверхности (12) и расположенные между ними среднюю плоскость (M) и боковую поверхность, включающую на виде сбоку на режущую пластину (10) две противолежащие со 180-градусной симметрией и параллельные между собой главные боковые поверхности (16) в виде больших равнобедренных трапеций с отверстием (18), проходящим между ними, две на виде сбоку на режущую пластину (10) противолежащие со 180-градусной симметрией, параллельные между собой вспомогательные боковые поверхности (20) в виде малых равнобедренных трапеций, четыре зеркально симметричные режущие кромки (22), каждая из которых включает главную режущую кромку (24), образованную на пересечении главной боковой поверхности (16) с торцовой поверхностью (12) и являющейся стороной большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности (16), и вспомогательную режущую кромку (26), образованную на пересечении вспомогательной боковой поверхности (20) с торцовой поверхностью (12) и являющейся стороной малой равнобедренной трапеции вспомогательной боковой поверхности (20), передние поверхности (28), примыкающие к режущим кромкам (24, 26) и проходящие от режущих кромок в направлении во внутрь режущей пластины до диагоналей (30) торцовых поверхностей (12), соединяющих вершины (32) малых оснований больших и малых равнобедренных трапеций, отличающаяся тем, что режущая пластина (10) в поперечном сечении средней плоскостью М на виде сверху на режущую пластину выполнена в виде параллелограмма, острые углы (34) которого образованы плоскостями, проходящими через главную (16) и вспомогательную (20) боковые поверхности и пересекающимися в зоне наибольших оснований больших и малых равнобедренных трапеций, при этом отверстие (18) расположено под острым углом (α) к вертикали (36), перпендикулярной главным боковым поверхностям (16), в сторону наибольших оснований (38) больших и малых равнобедренных трапеций, а его ось (40) расположена в средней плоскости М режущей пластины (10), проходит через центр масс (42) режущей пластины (10) и пересекает плоскости, проходящие через главные боковые поверхности (16), на отрезке от проекции (44) центра масс (42) режущей пластины (10) на эти плоскости до включительно центра тяжести (46) больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей (16), причем угол (α) наклона оси (40) отверстия (18) режущей пластины (10) выбран в диапазоне 0<α<α_max, в котором α_max определяется из условия:

где: α_max - максимальный угол наклона оси (40) отверстия (18) режущей пластины (10) к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям (16) режущей пластины (10), соответствующий прохождению оси (40) одновременно через центр масс (42) режущей пластины (10) и центры тяжести (46) больших равнобедренных трапеций главных боковых поверхностей (16) режущей пластины (10);
h - толщина режущей пластины (10);
H - высота большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности, на виде сбоку на режущую пластину (10);
a, b - соответственно длины малого и большого оснований большой равнобедренной трапеции главной боковой поверхности на виде сбоку на режущую пластину (10);
β - угол наклона боковой вспомогательной поверхности (20) режущей пластины (10) к вертикали, перпендикулярной главным боковым поверхностям (16) режущей пластины (10).

2. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что боковые кромки режущей пластины (10), образованные у больших оснований малых и больших равнобедренных трапеций главных (16) и вспомогательных (20) боковых поверхностей, имеют закругления (48) радиусом от 0,5 до 8 мм или выполнены в виде угловых кромок (50).

3. Режущая пластина по п. 2, отличающаяся тем, что боковые кромки режущей пластины (10) выполнены вогнутыми или выпуклыми (54).

4. Режущая пластина по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что боковые кромки режущей пластины (10) содержат три участка, два из которых являются крайними (56) и имеют закругления радиусом от 0,5 до 8 мм или угловые кромки, а средний участок (58) занижен относительно крайних участков (56) по направлению вдоль наибольшей внутренней диагонали параллелограмма поперечного сечения режущей пластины (10) и выполнен в виде угловой фаски (60) или закругления (64), радиус которого больше радиуса закругления крайних участков, или в виде вогнутого участка (66).

5. Дисковая фреза (68), содержащая корпус (70) с гнездами (72), выполненными непосредственно в корпусе (70) или в кассетах, установленных в корпусе (70), при этом каждое гнездо (72) имеет одну опорную (74) и боковые (76) контактные поверхности для режущей пластины (10) по любому из пп. 1-4, установленной в каждом гнезде (72), причем угол наклона (γ) резьбового отверстия (78) в опорной поверхности (74) гнезда (72) для закрепления упомянутой режущей пластины (10) равен углу наклона (α) отверстия (18) в режущей пластине (10).