Устройство для крепления режущего инструмента Советский патент 1993 года по МПК B23C5/26 

Изобретение относится к механической обработке металлов и может быть использовано преимущественно на фрезерных и расточных станках.

Цель изобретения - повышение надежности закрепления режущего инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве поверхность окна шомпола и взаимодействующая с ней опорная поверхность второго клинового элемента выполнены наклонными под углом 2-15° к опорной поверхности первого клинового элемента.

На фиг.1 изображено устройство, в разрезе; на фиг.2 - расчетная схема механизма устройства; на фиг.З и 4 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.5 - график зависимости увеличения усилия закрепления инструмента от падения коэффициента трения; на фиг.6 - график зависимости изменения усилия закрепления от соотношения углов между опорными поверхностями клиновых элементов.

Устройство содержит корпус 1, в верхней части которого выполнено резьбовое отверстие 2 для взаимодействия с ответным элементом шпинделя станка. В нижней части корпуса 1 выполнено глухое центральное отверстие 3, в котором с возможностью осевых перемещений установлен шомпол 4, имеющий окно 5, в котором на подкладке 6 расположен первый клиновой элемент 7, взаимодействующий своей наклонной поверхностью со вторым клиновым элементом 8, который контактирует поверхностью, противоположной своей клиновой поверхности, с поверхностью окна 5 шомпола 4, а своей боковой поверхностью в радиальном направлении с внутренней поверхностью упругого кольца 9. Винт 10 расположен резьбовым отверстием упругого кольца 9 и предназначен для перемещения клинового элемента 7 в радиальном направлении при одновременной деформации упругого кольца 9. Шомпол 4 одним концом взаимодействует с возвратной пружиной 11, расположенной в глухом осевом отверстии 3 корпуса 1, а другим резьбовым кольцом взаимодействует с инструментом фрезой 12.

Устройство работает следующим образом.

Фреза 12 навинчивается на резьбовой конец шомпола 4 до взаимодействия ее базового торца с торцем корпуса 1 оправки. Вращением винта 10 клиновой элемент 7 по подкладке 6 перемещается в радиальном направлении, одновременно с этим взаимодействующий с ним клиновой элемент 8 и шомпол 4 и фрезой 12, сжимая возвратную пружину 11, перемещаются вверх и осуще0

5

0

5

0

5

0

5

0

ствляют силовое замыкание стыка между торцами фрезы 12 и корпуса 1.

При этом под действием усилий со стороны винта 10 и боковой поверхности клинового элеме нта 8 упругое кольцо ,9 деформируется в радиальном направлении на величину 62 деформации упругого кольца (см.фиг.4). После начала скоростного, силового резания, сопровождающегося интенсивными динамическими воздействиями сил резания на механизм устройства, происходит падение эффективных коэффициентов трения на контактных поверхностях элементов механизма. При этом, за счет потенциальной энергии, накопленной упругим кольцом 9 на этапе закрепления, клиновые элементы 7 и 8 стремиться переместиться в радиальном направлении и сдвинуть шомпол 4 в осевом направлении, увеличив при этом усилие закрепления инструмента на устройстве, причем данный эффект проявляется в наибольшей мере при условии, когда поверхность окна шомпола 5 и взаимодействующая с ней опорная поверхность второго клинового элемента 8 выполнены наклонными под углом 2-15° к опорной поверхности первого клинового элемента 7. (Величина а, фиг.2)

С целью определения эффективности введения дополнительногоугла рассмотрим статистическую задачу взаимодействия элементов механизма устройства для закрепления инструмента (фиг.2).

Принимаем следующие обозначения

Rij(,1...6; ,2) - реакции i-ой связи.

С - жесткость упругого кольца 9,

Ci - суммарная жесткость станков и деталей механизма,

NIJ - нормальная составляющая реакции i-ой связи.

Т - касательная составляющая реакции i-ой связи При этом

Tij Nijtg де:

где р .2) - угол трения в стыках деталей механизма, т.е. tg р.

где KJ - коэффициент трения.

5mj (,2,3: 1,2) - перемещения элементов механизма в процессе его нагру- жения и функционирования.

5

ROJ

.-

5т - °3j- CT

А, - L

щ с

Учитывая конструктивные особенности механизма и условия его функционирования, принимаем следующие допущения:

Ci С ,

т.е. в следствии малой жесткости упругого кольца, считаем остальные элементы меха- низмэ.значительно более жесткими:

Я/И- pi 11°,

где р - угол трения покоя (статистический угол трения), тогда с учетом (2) имеем:

Kj ,2,

где К1 -. коэффициент трения покоя (стати- стический коэффициент трения)

р ,

где pi - динамический угол трения, имеющий место при длительном воздействии интенсивных динамических нагрузок на механизм в процессе силового и скоростного вибрационного резания, тогда с учетом (2) имеем:

KJ ,

где К2 - динамический коэффициент трения.

Следовательно, с учетом 1 имеем: . Tij/j 2 0 .

т.е. полагаем, что при длительном воздейст- вии на механизм устройства для закрепле- ния инструмента динамических составляющих сил резания происходит снятие касательных составляющих реакций связей деталей механизма и перерасп- ределение нормальных составляющих, сопровождающееся относительным перемещением деталей механизма и изменениями величин 5mj(3mi 5m2 ) характер которых, наряду с изменением величины RGJ при переходе от , позволяет оценить надежность закрепления инструмента.

В связи с тем, что площади контакта деталей значительны, т.е. контактные напряжения в стыках много меньше допусти- мых напряжений смятия материала изделия, а сами детали имеют достаточную жесткость, принимаем, что реакции связей приложены в одной точке, координата которой не учитывается в дальнейшем, ввиду того, что для решения задачи достаточно рассмотрения соотношения сил, но не их моментов.

Для решения поставленной задачи запишем системы управлений статики для со ставляющих сил, действующих на детали 7, 8, 4 и 1 механизма поз.7.

.

поз.7/ X.NI-NSCOSQ: +T2sino: 0

lY.Ro-Ti-T2cos a -Nasin a 0, или с 5(

С(1) 1 Ni-N2(cosa -sin a tg р )0

|R0-Nitg p-№(cosa tg +sina )0 (12)

I Y.Nacos a -T2sln а -Мзсоз си -Tjsin ai-Ts-o WNasIna + T2cosa+ Naslnai-Tacos ai-N5 o или, с учетом (1)

N2(cosa-sinatgp)-N3(cosai + slriatgy )

-Nstg y -0 №(sln a + cos a tg p )+N3(sln ai + cos a tg p )

fx.Nscos ai-TssIn ai-T4-R6-0 поз.4

y.Tocos at-NssIn

или, с учетом (1)

Na(cos «1-sin )N/itg p Natcos angp -sin ai)

П03.1

x.Re-Ni+T4+T5-0 y.Ns+N4+Ti-Ro-0, или с(1)

20 250

35

40

45

5(

55

Re-Nl+N4tg$0 +Nstg 0 Ne+N4+Nng (p -Ro-0 (15)

Анализ системы уравнений (12)-(15) показывает, что характер деформации упругого звена (кольцо 9) существенно зависит от величины угла czt.

Так, при Ns RO. следовательно величина Ьг - 0 фиг.З, при «1 10° величина &i и (5ч становятся близкими по значению, фиг.4. Таким образом, суммарная потенциальная энергия упругого деформированного звена с ростом угла an растет. В то же время, при величине угла существенное противодействие перемещению клина 8 в процессе эффективных коэффициентов трения при вибрационном резании начинает оказывать проекция силы N3 на ось OY. При этом часть накопленной потенциальной энергии, расходуемая на увеличение силы закрепления инструмента Re начинает падать, чем и ограничивается рациональность дальнейшего увеличения угла щ.

Более корректно влияние изменения угла а на усилие закрепления инструмента показывает график на фиг.5 и 6.

На фиг.6 приведены характеристики увеличения усилия закрепления инструмента Re от падения коэффициента трения в процессе вибрации одного резания. Здесь К - коэффициент трения, Re - усилие закрепления инструмента, выраженное в единицах силы взаимодействия винта 10с механизмом устройства. Видно, что при первоначально усилие закрепления винта 10 на клин 7. После падения коэффициентов трения до нуля, усилие закрепления инструмента возрастает в 1,6-2 раза, кривые 1 и 2, при величинах угла ai, близких к оптимальному значению, наблюдается рост как изначальной величины усилия R0. так и в особенности, его величины при падении коэффициентов трения при вибрационном резании, кривые 3 и 4, Таким образом, введение угла «1 позволяет поднять коэффициенты усиления механизма устройства с 1,6-2 до 3,5-5.

Графики фиг.6 показывают рациональный диапазон значений угла. Так при его влияние мало заметно. При , его введение дает отрицательный эффект. Таким образом, диапазон значений угла а составляет 9-12°. Использование предлагаемого устройства ведет к повышению стойкости и понижению расхода инструмента.

Формула изобр е т е н и я Устройство для крепления режущего инструмента, содержащее корпус с расположенным в нем шомполом с окном, в котором установлены два клиновых.элемента,

и

Ю

15

взаимодействующих между собой наклонными поверхностями, а противоположно расположенными им опорными поверхностями - с поверхностями окна в шомполе, причем один из клиновых элементов установлен с возможностью радиального пер е- мещения от винта, размещенного в резьбовом отверстии упругого кольца, установленного с возможностью взаимодейст- . вия внутренней поверхностью с боковой поверхностью второго клинового элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности крепления, поверхность окна шомпола и взаимодействующая с ней опорная поверхность второго клинового элемента выполнены наклонными под углом 2-15° к опорной поверхности первого клинового элемента.

Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1 с расположенным в нем шомполом 4 с окном 5, в котором установлены два клиновых элемента 7 и 8, взаимодействующих между собой наклонными поверхностями, а противоположными им опорными поверхностями - с поверхностями окна. 5 в шомполе 4. Один из клиновых элементов, например, элемент 7 установлен с возможностью перемещения от винта 10, размещенного в резьбовом отверстии упругого кольца 9, которое, в свою, очередь, взаимодействует своей внутренней поверхностью с боковой поверхностью второго клинового элемента 8. Поверхности окна шомпола и взаимодействующая с ней опорная поверхность второго клинового элемента 8 выполнены наклонными под углом 2-15° к опорной поверхности первого клинового элемента 7. 6 ил.

Фиг. I

Л-А

Раг.З А-А

ТЫ

л$г

Kef

4- d 3(7°; 2- 3- с(20 Фиг.6

6 8 «J 12 /4r.