ФРЕЗА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК B23C5/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройствам, используемым для обработки материалов резанием, в частности к фрезам для обработки труднообрабатываемых материалов, в том числе титановых сплавов.

Уровень техники

При обработке деталей вращающимися режущими инструментами, в частности фрезами, возможно возникновение нежелательных вибрационных колебаний различных частот и упрочнение обрабатываемых поверхностей, что отрицательно влияет как на качество деталей, так и на работоспособность режущего инструмента.

Для предотвращения нежелательных вибрационных колебаний в режущем инструменте изменяют круговое расположение по отношению друг к другу сменных режущих пластин и их гнезд или устанавливают режущие пластины, имеющие разную геометрию режущих кромок.

Например, в патенте РФ №2348492 раскрыта конструкция вращающегося режущего инструмента, имеющего нерегулярную ориентацию вставных режущих пластин. Это инструмент в виде фрезы, на наружной поверхности которого расположены гнезда для режущих пластин, расположенных по меньшей мере в трех столбцах на круговой наружной поверхности, причем угловое дистанцирование режущих пластин вокруг оси вращения, определяемое в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, в первом ряду выполнено переменным в пределах этого ряда, а угловое дистанцирование режущих пластин вокруг оси вращения во втором ряду выполнено переменным в пределах этого ряда и отличается от углового дистанцирования режущих пластин вокруг оси вращения в пределах первого ряда.

Однако для вращающегося режущего инструмента, раскрытого в патенте РФ №2348492, характерно существенное изменение геометрии режущих кромок режущих пластин одновременно установленных на корпусе режущего инструмента. В процессе обработки детали это может привести к значительному изменению возмущающего воздействия как на инструмент, так и на обрабатываемую деталь. Причем это воздействие в ряде случаев не согласуется с жесткостью системы инструмент-деталь-приспособление конкретного станка, что приводит к ухудшению условий обработки. Кроме того, при обработке труднообрабатываемых материалов, например титановых сплавов, существенное изменение геометрии режущих пластин может сказаться на их стойкости и качестве поверхностного слоя обрабатываемых поверхностей.

В патенте РФ №2463134 раскрыта конструкция фрезы с винтовыми зубьями, имеющая винтовые группы режущих пластин, механически прикрепленных к гнездам фрезы. Режущие пластины расположены винтовой группой на наружной поверхности фрезы таким образом, что по меньшей мере одна режущая кромка режущей пластины отнесена в угловом окружном направлении от паза под соседнюю режущую пластину, а соответствующая точка на каждой режущей кромке из одной или более режущих кромок образует часть линии расположения, имеющей неравномерный наклон за первым рядом пазов.

Конструкция фрезы с винтовыми зубьями, раскрытая в патенте РФ №2463134, также не позволяет устранить указанные выше недостатки.

В патенте РФ №2483844 раскрыта конструкция фрезы и режущей пластины для нее. При этом фреза содержит режущие пластины, каждая из которых выполнена многогранной и имеющей верхнюю поверхность и противолежащую нижнюю поверхность с периферийной боковой поверхностью, продолжающейся между ними, по меньшей мере две главные режущие кромки и по меньшей мере два осевых передних угла между линиями, касательными к по меньшей мере двум главным режущим кромкам, причем осевые передние углы главных режущих кромок пластины отличаются друг от друга.

В конструкции фрезы и режущей пластины для нее, раскрытых в патенте РФ №2483844, также может использоваться существенное изменение геометрии режущих пластин одновременно установленных на фрезе. Однако данная конструкция также оказывает значительное возмущающие воздействия на систему СПИД и обрабатываемую поверхность, что снижает ее эффективное использование особенно при обработке труднообрабатываемых материалов.

Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной конструкции фрезы, позволяющей снизить изменения возмущающего воздействия на систему СПИД и обрабатываемую поверхность при фрезеровании и в то же время погасить возникающие при этом вибрации.

Поставленная задача решается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения. В частности предложена фреза, содержащая корпус с круговой наружной поверхностью, расположенной вокруг оси вращения, с гнездами, в которых одновременно установлены сменные режущие пластины, имеющие различные коэффициенты трения скольжения передних или задних поверхностей, или радиус закругления, или угол наклона, или ширину защитных фасок режущих кромок. Данная конструкция позволяет оказать воздействие на зону резания без изменения геометрии режущих пластин, установленных в корпусе фрезы, создав эффект неравномерного фрезерования, позволяющий снизить вибрации и отрицательное влияние на обрабатываемую поверхность.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предложены три варианта конструкции фрезы.

Согласно первому предложенному варианту фреза содержит корпус с круговой наружной рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси вращения с гнездами, в которых установлены режущие пластины.

Согласно предложенному изобретению, по меньшей мере, одна из них или более имеют один коэффициент трения скольжения для передних или задних поверхностей, а другие режущие пластины в отличие от первых другой коэффициент трения скольжения для передних или задних поверхностей.

Согласно наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы коэффициенты трения скольжения выбраны в пределах 0,08…0.7.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы коэффициенты трения скольжения для передних или задних поверхностей одних режущих пластин отличаются от других на величину 0.1 и более.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы передние или задние поверхности одних режущих пластин имеют одни износостойкие покрытия с одним коэффициентом трения скольжения, а передние или задние поверхности других режущих пластин в отличие от первых имеют другие износостойкие покрытия с другим коэффициентом трения скольжения.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы режущие пластины с одним коэффициентом трения скольжения передних или задних поверхностей установлены вдоль оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами, с другим коэффициентом трения скольжения передних или задних поверхностей.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы режущие пластины с одним коэффициентом трения скольжения передних или задних поверхностей установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами, с другим коэффициентом трения скольжения передних или задних поверхностей.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы коэффициент трения скольжения для передних или задних поверхностей последующих режущих пластин, установленных вдоль оси вращения, в направлении от торца фрезы меньше или больше предыдущих.

Согласно второму предложенному варианту фреза содержит корпус с круговой наружной рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси вращения, с гнездами, в которых установлены режущие пластины.

Согласно предложенному изобретению, по меньшей мере, одна из режущих пластин или более имеют один радиус закругления (r₁) режущих кромок, а другие режущие пластины в отличие от первых - другой радиус закругления (r₂) режущих кромок.

Согласно наиболее предпочтительному исполнению второго варианта фрезы радиусы закругления выбраны в пределах 0,02…0,08 мм.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению второго варианта фрезы режущие пластины с одним радиусом закругления режущих кромок установлены вдоль оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами с другим радиусом закругления режущих кромок.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению второго варианта фрезы режущие пластины с одним радиусом закругления режущих кромок установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами с другим радиусом закругления режущих кромок.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению второго варианта фрезы радиус закругления режущих кромок каждых последующих режущих пластин, установленных вдоль оси вращения, в направлении от торца фрезы меньше или больше предыдущих.

Согласно третьему предложенному варианту фреза содержит корпус с круговой наружной рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси вращения, с гнездами, в которых установлены режущие пластины.

Согласно предложенному изобретению, по меньшей мере, одна из режущих пластин или более имеют один угол наклона или одну ширину защитных фасок режущих кромок, а другие режущие пластины в отличие от первых - другой угол наклона или другую ширину защитных фасок режущих кромок.

Согласно одному наиболее предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы режущие пластины с одним углом наклона или шириной защитных фасок режущих кромок расположены вдоль оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами с другим углом наклона или шириной защитных фасок режущих кромок.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы режущие пластины с одним углом наклона или шириной защитных фасок режущих кромок расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами или их группами с другим углом наклона или шириной защитных фасок режущих кромок.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы угол наклона или ширина защитных фасок режущих кромок каждых последующих режущих пластин, установленных вдоль оси вращения, в направлении от торца фрезы меньше или больше предыдущих.

Краткое описание чертежей

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

на фиг. 1 показан вид в перспективе на торцово-цилиндрическую фрезу с режущими пластинами в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показан вид в перспективе на торцовую фрезу с пластинами в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 3 показан вид в перспективе на дисковую фрезу с режущими пластинами в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 4,а показаны режущие кромки с различными коэффициентами трения скольжения на передних и задних поверхностях режущих пластин, установленных на фрезах, представленных на фиг. 1, 2 и 3.

на фиг. 4,b показаны режущие кромки с различными ширинами и углами наклона защитных фасок режущих пластин, установленных на фрезах, представленных на фиг. 1, 2 и 3.

на фиг. 4,c показаны режущие кромки с различными радиусами закругления режущих пластин, установленных на фрезах, представленных на фиг. 1, 2 и 3.

Детальное описание чертежей

Рассмотрим фиг. 1-4, показывающие исполнения фрезы 10, 101 и 102 в соответствии с настоящим изобретением. В частности изобретение может быть реализовано в виде торцово-цилиндрической 10, торцовой 101 или дисковой фрез 102 со сменными режущими пластинами.

Согласно трем предложенным вариантам фрезы 10, 101 или 102 содержат корпус 12 с круговой наружной рабочей поверхностью 14, расположенной вокруг оси вращения 16, с гнездами 18, в которых установлены режущие пластины 22 и 32.

При этом гнезда 18 могут быть выполнены непосредственно в корпусе 12, например в торцово-цилиндрической 10 и торцовой 101 фрезах, или в кассетах 20, установленных в корпусе 12, как показано на фиг. 3 для дисковой фрезы 102.

Как показано на фиг. 1 для торцово-цилиндрической фрезы 10 гнезда 18 могут быть расположены столбцами, в том числе по винтовой линии вдоль оси вращения 16 и рядами в плоскости, перпендикулярной оси вращения 16.

Согласно изобретению в предложенном первом варианте фрез 10, 101 и 102, по меньшей мере, одна из режущих пластин 22 или более имеют один коэффициент трения скольжения для передних 24 или задних 26 поверхностей, а другие режущие пластины 32 в отличие от первых - другой коэффициент трения скольжения для передних 34 или задних 36 поверхностей.

При этом для одного наиболее предпочтительного исполнения первого варианта фрез 10, 101 или 102 коэффициенты трения скольжения выбраны в пределах 0,08…0.7, а коэффициенты трения скольжения для передних или задних поверхностей одних режущих пластин 22 отличаются от других 32 на величину 0.1 и более для другого наиболее предпочтительного исполнения фрезы.

Разные коэффициенты трения скольжения для передних и задних поверхностей режущих пластин могут быть достигнуты за счет разных износостойких покрытий. Например, согласно одному из предпочтительных исполнений первого варианта фрез 10, 101 или 102 передние 24 или задние 26 поверхности одних 22 режущих пластин имеют одни износостойкие покрытия с одним коэффициентом трения скольжения, а передние 34 или задние 36 поверхности других режущих пластин 32 в отличие от первых имеют другие износостойкие покрытия с другим коэффициентом трения скольжения.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы 10 режущие пластины 22 с одним коэффициентом трения скольжения передних 24 или задних 26 поверхностей установлены вдоль оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами, с другим коэффициентом трения скольжения передних 34 или задних 36 поверхностей.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрез 10, 101 и 102 режущие пластины 22 с одним коэффициентом трения скольжения передних 24 или задних 26 поверхностей установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами, с другим коэффициентом трения скольжения передних 34 или задних 36 поверхностей.

Согласно другому наиболее предпочтительному исполнению первого варианта фрезы 10 коэффициент трения скольжения для передних 24 или задних 26 поверхностей последующих режущих пластин, установленных вдоль реи вращения 16, в направлении от торца фрезы 10 меньше или больше предыдущих.

Такое расположение режущих пластин 22 и 32 для указанных выше предыдущих исполнений первого варианта фрезы 10 обусловлено консольным расположением ее рабочей части, при котором происходит неравномерное нагружение режущих пластин, расположенных вдоль оси вращения фрезы.

Согласно изобретению в предложенном втором варианте фрез 10, 101 и 102, по меньшей мере, одна режущая пластина 22 или более имеют один радиус закругления r₁ режущих кромок 30, а другие режущие пластины 32 в отличие от первых - другой радиус закругления r₂ режущих кромок 40.

Согласно одному из предпочтительных исполнений второго варианта фрез 10, 101 и 102 радиусы закругления r₁ и r₂ выбраны в пределах 0,02…0,08 мм.

Согласно другому предпочтительному исполнению второго варианта фрезы 10 режущие пластины 22 с одним радиусом закругления режущих кромок 30 установлены вдоль оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами с другим радиусом закругления режущих кромок 40.

Согласно другому предпочтительному исполнению второго варианта фрез 10,101 или 102 режущие пластины 22 с одним радиусом закругления режущих кромок 30 установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами с другим радиусом закругления режущих кромок 40.

Согласно другому предпочтительному исполнению второго варианта фрезы 10 радиус закругления режущих кромок каждых последующих режущих пластин, установленных вдоль оси вращения 16, в направлении от торца фрезы меньше или больше предыдущих.

Расположение режущих пластин 22 и 32 для указанных выше предыдущих исполнений второго варианта фрезы 10 обусловлено консольным расположением ее рабочей части, при котором происходит неравномерное нагружение режущих пластин, расположенных вдоль оси вращения фрезы.

В соответствии с третьим вариантом исполнения фрез 10, 101 и 102, по меньшей мере, одна из режущих пластин 22 или более имеют один угол наклона или одну ширину защитных фасок 28 режущих кромок 30, а другие режущие пластины 32 в отличие от первых - другой угол наклона или другую ширину защитных фасок 38 режущих кромок 40.

Согласно одному предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы 10 режущие пластины 22 с одним углом наклона или шириной защитных фасок 28 режущих кромок 30 расположены вдоль оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами с другим углом наклона или шириной защитных фасок 38 режущих кромок 40.

Согласно другому предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы 10, 101 и 102 режущие пластины 22 с одним углом наклона или шириной защитных фасок 28 режущих кромок 30 расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения 16, по меньшей мере, по одной или группами с чередованием с режущими пластинами 32 или их группами с другим углом наклона или шириной защитных фасок 38 режущих кромок 40.

Согласно другому предпочтительному исполнению третьего варианта фрезы 10 угол наклона или ширина защитных фасок 28 режущих кромок 30 каждых последующих режущих пластин, установленных вдоль оси вращения 16, в направлении от торца фрезы меньше или больше предыдущих.

Расположение режущих пластин 22 и 32 для указанных выше предыдущих исполнений третьего варианта фрезы 10 обусловлено консольным расположением ее рабочей части, при котором происходит неравномерное нагружение режущих пластин, расположенных вдоль оси вращения фрезы.

Изобретение работает следующим образом.

В соответствии с настоящим изобретением в гнезда 18 корпуса 14 или кассет 20 фрез по любому из вариантов 10, 101 или 102 одновременно устанавливают в зависимости от обрабатываемого материала, режимов обработки и конфигурации обрабатываемой детали режущие пластины, имеющие различные между собою коэффициенты трения скольжения для передних или задних поверхностей, или радиусы закругления, или угол наклона, или ширину защитных фасок режущих кромок.

В процессе обработки деталей предложенной фрезой без изменения углов резания создаются различные условия резания для режущих пластин, одновременно установленных на рабочей части фрезы. Это по сравнению с существующими аналогами позволяет уменьшить циклическое изменение возмущающего воздействия на систему СПИД и, создав эффект неравномерного фрезерования, снизить вибрационные нагрузки и отрицательное воздействие на поверхностный слой обрабатываемой детали, улучшить условия обработки и повысить работоспособность фрезы в конкретных условиях.

Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле изобретения. В частности в гнезда фрезы могут быть установлены режущие пластины, когда, по меньшей мере, одна из них или более имеют один коэффициент трения скольжения для передних и задних поверхностей, а другие режущие пластины в отличие от первых - другой коэффициент трения скольжения для передних и задних поверхностей. При этом фреза может быть использована в зависимости от обрабатываемого материала, режимов обработки и конфигурации обрабатываемой детали.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при обработке труднообрабатываемых материалов, в частности титановых сплавов. Фреза содержит корпус с круговой наружной рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси вращения, в котором выполнены гнезда для установки режущих пластин. По меньшей мере одна из них или более имеют один коэффициент трения скольжения для передних или задних поверхностей, или радиус закругления режущих кромок, или угол наклона, или ширину защитных фасок режущих кромок. Другие режущие пластины имеют другие коэффициент трения скольжения для передних или задних поверхностей, или радиус закругления, или угол наклона, или другую ширину защитных фасок режущих кромок, отличные от первых. Снижаются вибрации и уменьшается отрицательное воздействия на обрабатываемую поверхность, повышается работоспособности фрезы. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фреза (10, 101, 102), содержащая корпус (12) с круговой наружной рабочей поверхностью (14), расположенной вокруг оси вращения (16), и установленные в гнездах(18) режущие пластины (22, 32), имеющие передние (24) и задние (26) поверхности, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из режущих пластин (22) имеет один коэффициент трения скольжения для передних (24) или задних (26) поверхностей, отличный от коэффициента трения скольжения для передних (34) или задних (36) поверхностей других режущих пластин(32).

2. Фреза (10, 101, 102) по п.1, отличающаяся тем, что режущие пластины (22,32) имеют указанные коэффициенты трения скольжения в пределах 0,08…0.7.

3. Фреза (10, 101, 102) по п.1, отличающаяся тем, что коэффициенты трения скольжения для передних или задних поверхностей одних (22) режущих пластин отличаются от коэффициентов трения скольжения для передних или задних поверхностей других (32) режущих пластин на величину 0,1 и более.

4. Фреза (10, 101, 102) по п.1, отличающаяся тем, что передние или задние поверхности режущих пластин (22, 32) выполнены с износостойкими покрытиями, имеющими отличные друг от друга коэффициенты трения скольжения.

5. Фреза (10) по п.1, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) выполнены с отличными друг от друга коэффициентами трения скольжения передних или задних поверхностей, установлены вдоль оси вращения (16) по меньшей мере по одной или группами.

6. Фреза (10, 101, 102) по п.1, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) с отличными коэффициентами трения скольжения передних или задних поверхностей установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения (16), по меньшей мере по одной или группами.

7. Фреза (10) по п.1, отличающаяся тем, что режущие пластины, установленные вдоль оси вращения в направлении от торца фрезы, расположены из условия обеспечения отличных друг от друга коэффициентов трения скольжения для передних или задних поверхностей последующих режущих пластин от предыдущих.

8. Фреза (10, 101, 102), содержащая корпус (12) с круговой наружной рабочей поверхностью (14), расположенной вокруг оси вращения (16), и установленные в гнездах (18) режущие пластины (22, 32) с режущими кромками (30, 40), отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из режущих пластин (22, 32) имеет один радиус закругления (r₁) режущих кромок (30), отличный от другого радиуса закругления (r₂) режущих кромок (40).

9. Фреза (10, 101, 102) по п.8, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) имеют радиусы закругления в пределах 0,02…0,08 мм.

10. Фреза (10) по п.8, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) с отличными радиусами закругления режущих кромок (30, 40) установлены вдоль оси вращения (16) по меньшей мере по одной или группами.

11. Фреза (10, 101, 102) по п.8, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) с отличными радиусами закругления режущих кромок (30, 40) установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения (16), по меньшей мере по одной или группами.

12. Фреза (10) по п.8, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32), установленные вдоль оси вращения в направлении от торца фрезы, расположены из условия обеспечения отличных друг от друга радиусов закругления режущих кромок (30, 40) каждых последующих режущих пластин от предыдущих.

13. Фреза (10, 101, 102), содержащая корпус (12) с круговой наружной рабочей поверхностью (14), расположенной вокруг оси вращения (16), и установленные в гнездах (18) режущие пластины (22, 32), имеющие режущие кромки (30, 40) с защитными фасками (28, 38), отличающаяся тем, что защитные фаски (28, 38) по меньшей мере одной из режущих пластин (22) имеют угол наклона или ширину, отличные от их угла наклона или ширины других режущих пластин (32).

14. Фреза (10) по п.13, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) с отличными друг от друга углами наклона или шириной защитных фасок (28, 38) режущих кромок (30, 40) расположены вдоль оси вращения по меньшей мере по одной или группами.

15. Фреза (10, 101, 102) по п.13, отличающаяся тем, что режущие пластины (22, 32) с отличными друг от друга углами наклона или шириной защитных фасок (28, 38) режущих кромок (30, 40) расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения, по меньшей мере по одной или группами.

16. Фреза (10) по п.13, отличающаяся тем, что режущие пластины, установленные вдоль оси вращения в направлении от торца фрезы, расположены из условия обеспечения отличных друг от друга углов наклона или ширины защитных фасок режущих кромок последующих режущих пластин от предыдущих.