CZ20015U1

CZ20015U1 - Frézovací nástroj s britovou vložkou pro celní frézování s velkými posuvy

Info

Publication number: CZ20015U1
Application number: CZ200820569U
Authority: CZ
Inventors: Festeau@Gilles; Luc Dufour@Jean-; X. Fang@Daniel; J. Wills@David
Original assignee: Tdy Industries, Inc.
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2009-09-07
Also published as: US20130115021A1; US20110250025A1; AU2004284049C1; RU2006116492A; US20090097929A1; US20120213605A1; CN1890044A; US20070189864A1; EP1897643B3; IL174891A; KR20060105746A; TW200531768A; US8162572B2; HK1094556A1; ES2354792T3; DE602004028299D1; US7988387B2; WO2005039811A1; US7600952B2; US7806634B2

Description

Frézovací nástroj s břitovou vložkou pro čelní frézování s velkými posuvy

Oblast techniky

Předložené technické řešení je zaměřeno na frézovací nástroj s břitovou vložkou podle úvodní části nároku 1, která je známa z WO 02/18083. Tato břitová vložka vykazuje kombinaci příznivé pevnosti břitu a specifické geometrie břitu, a umožňuje tak provádění operací frézování při relativně vysokých rychlostech posuvu a je použitelná pro operace čelního frézování, frézování drážek, zapichovacího frézování a frézování šikmých ploch.

Dosavadní stav techniky

Tradiční metody obrábění, které jsou základními způsoby odebírání kovu z obráběných kusů, zahrnují třískové obrábění (například frézování, vrtání, soustružení, protahování, vystružování a řezání vnitřních závitů) a abrazivní metody obrábění (například pískování, broušení a leštění). Jeden z takových způsobů třískového obrábění, frézování rovinných ploch, může být vhodný pro vytváření obecně rovinných ploch na obráběném kusu. Nástroj pro frézování rovinných ploch neboli „čelní fréza, fréza na rovinné plochy“ je tak nazývaný proto, že vytváření rovinné plochy na obráběném kusu se uskutečňuje působením čela nástroje, i když většina zpracovávaného materiálu je odebírána vnějším průměrem nebo fasetou břitu. Při typické aplikaci může být frézovací řezný nástroj zahrnující množství břitových vložek poháněný vřetenem uspořádaném osou kolmo na povrch, který se má frézovat. Viz Příručka ASM, svazek 16, „Obrábění“ (ASM Intem. 1989), str. 311.

Frézovací řezný nástroj produkuje třísku s proměnnou tloušťkou. Tloušťku třísky je možné využít pro výpočet maximálního zatížení působícího na břity frézovacího řezného nástroje na jednotku délky. Pro takové výpočty se typicky používá průměrná tloušťka třísky. Průměrná tloušťka třísky může být vypočítávána a měnit se na základě úhlu hlavního břitu břitové vložky pro jednu a tutéž rychlost posuvu materiálu. Například v případě vložky v podstatě čtvercového tvaru, mající čtyři totožné břity vytváří při obrábění větší úhel hlavního břitu třísku s větší průměrnou tloušťkou, naproti tomu menší úhel hlavního břitu vytváří třísku s menší průměrnou tloušťkou. Příklad měnění průměrné tloušťky třísky se změnou úhlu hlavního břitu je znázorněný na obr. 1. Obr. 1 příkladně ilustruje srovnání obrábění identickou vložkou v podstatě čtvercového tvaru s úhlem hlavního břitu 90°, 75° a 45°. Jak je naznačeno na obr. 1, se zvětšováním se úhlu hlavního břitu z 45° na obr. 1 (a), na 75° na obr. 1 (b) a na 90° na obr. 1 (c) se průměrná tloušťka (h_m) třísky zvětšuje od 0,71 násobku posuvu zubu nástroje („f_z“) na 0,97 násobek (f_z) a na f_z. Obecněji řečeno, tloušťku třísky pro vložku čtvercového tvaru nebo pro jakoukoliv další vložku mající lineární břit, použitou ve spojení s frézovacím řezným nástrojem, je možné vypočíst za použití rovnice h_m - f_z x sin(K), kde h_m je průměrná tloušťka třísky, a K je úhel hlavního břitu, měřený způsobem znázorněným na obr. 1.

Z obr. 1 je kromě toho seznatelné, že délka břitu v záběru při použití úhlu hlavního břitu 90° je ze všech variant znázorněných na obr. 1 nejmenší, zatímco největší délka břitu v záběru je v případě, kdy je úhel hlavního břitu 45°. To znamená, že při čelním frézování za použití úhlu hlavního břitu 90° se na břitu na jednotku délky, ve srovnání s frézováním za použití úhlu hlavního břitu 45°, pro stejnou hloubku řezu, generuje vyšší zatížení, tj. větší namáhání. Výhodou snížení zatížení na břitu na jednotku délky je, že snížené zatížení dovoluje při operaci frézování použití vyšších rychlostí posuvu na zub a poskytuje zvýšenou životnost nástroje. Za účelem snížení průměrného zatěžovacího namáhání na břitu v záběru je tudíž zjevně výhodné použít menší úhel hlavního břitu.

Břitové vložky čtvercového tvaru se obvykle používají při čelním a zapichovacím frézování, neboť jsou odolné, pootáčitelné do několika poloh a mají množství břitů. Vložky mající v podstatě čtvercový nebo jiný tvar a zahrnující čtyři břity jsou uvedené a příkladně popsané například v amerických patentech US 5 951 212 a US 5 454 670, v americké publikované přihlášce

QZ 20015 U1

US 2002/0098049, v japonském odkazu 08174327 a v mezinárodní publikované přihlášce PCT WO 96/35538. Společným charakteristickým znakem vložek popsaných v těchto dokumentech je kombinace čtyř přímých břitů a buď rovinné nebo zkoseně rovinné podbroušené (nebo podsoustružené) plochy pod každým břitem.

Je však dobře známo, že vložky kruhovitého tvaru mají nej odolnější břit. Navíc vložky kruhovitého tvaru poskytují příznivou kombinaci maximální pevnosti hrany, dobrou schopnost odebírání materiálu, dobrou mechanickou odolnost proti rázům a dobrou distribuci tepla. Jako takové jsou vložky kruhovitého tvaru pro frézování rovinných ploch často používané pro náročnější obráběcí aplikace, jako například aplikace zahrnující obrábění obtížně obrobitelných materiálů, tvrdých io materiálů, žáruvzdorných materiálů, titanu atd. Při čelním frézování za použití břitové vložky kruhovitého tvaru se úhel hlavního břitu a velikost záběru břitu bude měnit s hloubkou řezu, viz znázornění na obr. 2. Průměrnou tloušťku třísky vytvářené vložkou kruhovitého tvaru je možné přibližně vypočíst podle následující rovnice (I):

f_ž _ « —- ŠR²~(R-doc)² (i)

R kde h_m je průměrná tloušťka třísky, f_z je posuv na zub frézovacího řezného nástroje, R je poloměr břitové vložky kruhovitého tvaru, a doc je hloubka řezu. Shora uvedená rovnice vyjadřuje, že při odebírání třísky za použití vložky kruhovitého tvaru se tloušťka třísky mění s hloubkou řezu. Naproti tomu při odebírání třísky za použití vložky čtvercového tvaru nebo jakékoliv vložky mající lineární břit se tloušťka třísky, pokud úhel hlavního břitu zůstává stejný, se změnou hloubky řezu nemění (viz obr. 1).

Kromě toho, při stejné hloubce řezu větší poloměr vložky kruhovitého tvaru odpovídá vždy větší části břitu zabírající s obráběným kusem, viz příkladné znázornění na obr. 3, což snižuje průměrné zatěžovací namáhání na jednotku délky břitu. To ve svém důsledku dovoluje během čelního frézování použít vyšší rychlosti posuvu, aniž by došlo ke snížení jakosti povrchu. Nicméně, nedostatek břítových vložek kruhovitého tvaru spočívá v tom, že čím větší poloměr, tím větší vložka. Plné využití výhod poskytovaných vložkami kruhovitého tvaru se stále se zvětšujícím poloměrem je proto při běžných obráběcích aplikacích v důsledku jejich rozměrové velikosti obtížné.

Proto, z důvodu překonání problémů se zatížením břitu, na které je možné narazit při čelním fré30 zování za použití velkých úhlů hlavního břitu, existuje potřeba opatřit břitovou vložku zlepšeného konstrukčního provedení, které by dovolovalo podstatně vyšší rychlosti posuvu během operací frézování rovinných ploch a současně zachovávalo stejnou nebo delší životnost břítových vložek. Kromě toho existuje potřeba nové břitové vložky, která se podobá vložce kruhovitého tvaru v tom, že vykazuje příznivou pevnost břitu, ale která se současně podobá břitové vložce čtverco35 vého tvaru v tom, že zahrnuje množství břitů, že je pootáčitelná do několika poloh, a že kromě toho dovoluje vysoké rychlosti posuvu a poskytuje příznivé vlastnosti z hlediska opotřebování.

Podstata technického řešení

Za účelem zajištění shora zmíněných požadavků se podle předloženého řešení popisuje frézovací nástroj s břitovou vložkou pro operace frézování, jako například čelní frézování, frézování drá40 žek, zapichovací frézování a frézování šikmých ploch. Břitová vložka vykazuje kombinaci příznivé pevnosti břitu a specifické geometrie břitu, a umožňuje tak provádění operaci frézování při relativně vysokých rychlostech posuvu.

Frézovací nástroj obsahuje těleso frézy a břitovou vložku uloženou v pouzdru břitové vložky tělesa frézy. Břitová vložka zahrnuje horní plochu obsahující čtyři identické konvexní břity a cty45 ři identické rohové špičky spojující konvexní břity. Každý konvexní břit zahrnuje zakřivenou břitovou oblast a první v podstatě přímou břitovou oblast přiléhající k zakřivené břitové oblasti a přičemž poloměr každé zakřivené břitové oblasti je větší než nebo rovný dvojnásobku poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy dále spodní plochu obsahující spodní ostří, dále čtyři identické boční plochy, každá boční plocha se protahuje mezi konvexním břitem a spodním ostřím. Každá boční plocha zahrnuje první kónickou podbroušenou plochu, protahující se od zakřivené břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří, a první rovinnou plošku protahující se od první v podstatě přímě břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří, a dále druhou kónickou podbroušenou plochu protahující se od každé rohové špičky směrem ke spodnímu ostří, přičemž pokud je břitová vložka namontována v pouzdru břitové vložky tělesa frézy první v podstatě přímá břitová oblast je protažena ve směru v podstatě kolmém k ose tělesa frézy. Obvod spodní plochy je s výhodou menší než obvod horní plochy.

Každá rohová špička může obsahovat alespoň jeden kruhový oblouk nebo sérii kruhových oblouků nebo vícenásobně zakřivenou křivku.

Každá první kónická podbroušená plocha se s výhodou protahuje od zakřivené břitové oblasti ke spodnímu ostří.

Poloměr každé zakřiveně břitové oblasti je s výhodou větší než nebo rovný pětinásobku poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy.

Každá boční plocha dále může zahrnovat rovinnou podbroušenou plochu protahující se od přilehlé zakřivené břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří, a rovinná podbroušená plocha protahuje první rovinnou plošku směrem ke spodnímu ostří.

Výhodně je obvod spodní plochy menší než obvod horní plochy.

Poloměr každé zakřivené břitové oblasti je větší než nebo rovný pětinásobku poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy.

Každý konvexní břit dále může obsahovat druhou v podstatě přímou břitovou oblast mezi první v podstatě přímou břitovou oblastí a rohovou špičkou a každá boční plocha dále obsahuje druhou rovinnou plošku protahující se od druhé v podstatě přímě břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří.

Rovinná podbroušená plocha protahuje alespoň jednu z první rovinné plošky a druhé rovinné plošky směrem ke spodnímu ostří.

Každý konvexní břit dále může zahrnovat třetí v podstatě přímou břitovou oblast mezi druhou v podstatě přímou břitovou oblastí a rohovou špičkou. Rovinná podbroušená plocha protahuje alespoň jednu první rovinnou plošku a/nebo druhou rovinnou plošku ke spodnímu ostří.

Každý konvexní břit s výhodou dále obsahuje alespoň část elipsy a/nebo část paraboly a/nebo vícenásobně zakřivenou křivku.

Frézovací nástroj výhodně dále obsahuje sestavu na lámání třísek na horní ploše.

S výhodou je každý konvexní břit rovnoběžný se spodní plochou.

Těleso frézy s výhodou zahrnuje množinu pouzder břitových vložek a v každém pouzdru břitové vložky je pevně uložena jedna uvedená břitová vložka.

Provedení frézovacího nástroje s břitovou vložkou podle předloženého řešení mohou být vytvořená ve formě například vložek pro čelní frézování. Ve srovnání s běžnými brkovými vložkami majícími lineární břity mohou provedení břitových vložek podle předloženého řešení umožňovat podstatné zvýšení rychlosti posuvu, redukci radiální řezné síly, zvýšení rychlosti odebírání materiálu a zvýšení životnosti břitové vložky. Provedení břitové vložky mohou být pevnostně navržena pro použití v dalších operacích frézování, například pro čelní frézování, pro zapichovací frézování a pro frézování drážek. Kromě toho jsou některá, zde popsaná provedení tělesa frézovacího nástroje konstrukčně navržená tak, že zahrnují pouzdra pro vložku, která budou přijímat různé břitové vložky s konvexními břity.

Tyto a další výhody předloženého řešení budou uvedeny v následujícím popisu jeho některých provedení.

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní provedení předloženého řešení budou objasněná s odvoláním na následující obrázky, ve kterých:

obr. 1 (a), 1 (b) a 1 (c) příkladně znázorňují varianty průměrné tloušťky třísky pro úhly hlavního břitu vložky v podstatě čtvercového tvaru s lineárním břitem o velikosti 45°, 75° a 90° při typické frézovací operaci, při které se úhel hlavního břitu měří mezi směrem pohybu vložky a břitem vložky;

obr. 2 příkladně znázorňuje varianty úhlu hlavního břitu pro různé hloubky řezu při aplikaci břitové vložky v podstatě čtvercového tvaru v typické frézovací operaci;

obr. 3 příkladně znázorňuje rozdíl v rozsahu záběru břitu mezi břitovou vložkou v podstatě kruhovitého tvaru s průměrem 80 mm a břitovou vložkou v podstatě kruhovitého tvaru s průměrem 20 mm pro frézovací operaci s hloubkou řezu 5 mm;

obr. 4(a) až 4(c) příkladně znázorňují různé pohledy na provedení břitové vložky s konvexními břity podle předloženého řešení;

obr. 5(a) až 5(d) příkladně znázorňují několik možných konstrukčních provedení konvexních břitů břitové vložky podle předloženého řešení;

obr. 6(a) až 6(d) znázorňují kroky postupu konstrukčního navrhování řezného nástroje podle předloženého řešení zahrnujícího alespoň čtyři konvexní břity;

obr. 7 představuje perspektivní pohled na frézovací nástroj zahrnující těleso frézy opatřené množstvím břitových vložek;

obr. 8 zahrnuje jedno pouzdro tělesa frézy, obsahující břitovou vložku ve zvětšeném pohledu a znázorňuje vzájemný poměr mezi břitem provedení břitové vložky podle předloženého řešení a osou tělesa frézy a dále přímočarý pohyb břitové vložky vzhledem k obráběnému kusu pro čelní frézování, zapichovací frézování, frézování drážek a frézování šikmých ploch;

obr. 9(a) představuje půdorysný pohled shora a pohled z boku na provedení břitové vložky podle předloženého řešení zahrnující konvexní břit zčásti vymezený obloukem kružnice o poloměru 22,5 mm, a obr. 9(b) představuje půdorysný pohled shora a pohled z boku na provedení břitové vložky podle předloženého řešení zahrnující konvexní břit zčásti vymezený obloukem kružnice o poloměru 55 mm; a obr. 10 představuje půdorysný pohled shora a pohled z boku na další provedení břitové vložky podle předloženého řešení zahrnující na horní čelní ploše geometrii pro lámání třísek.

Příklady provedení technického řešení

Rozumí se, že v některých ze zde dále uvedených popisů předloženého řešení jsou pro zjednodušení objasněny pouze ty základní prvky a omezení, které jsou důležité pro jasné pochopení předloženého řešení, zatímco zbývající prvky jsou z důvodu jasnosti vynechány. Osobám obeznámeným se stavem techniky bude při zvažování předloženého popisu řešení zřejmé, že za účelem realizace předloženého řešení může být žádoucí zavést další prvky a/nebo omezení. Protože však mohou být osobami obeznámenými se stavem techniky při zvažování předloženého popisu řešení takové prvky a/nebo omezení snadno zjištěny a nejsou nezbytně nutné pro úplné pochopení předloženého řešení, není zde detailní popis takových prvků a omezení pořízen. Například, jak již bylo uvedeno shora, provedení břitových vložek podle předloženého řešení mohou být vytvořena ve formě vložek pro frézování rovinných ploch a dále ve formě vložek pro obrábění materiálů. Způsoby, pomocí kterých jsou břitové vložky zhotoveny jsou osobám obeznámeným se stavem

CZ 20015 UI techniky rovněž obecně známé a proto zde nejsou detailně popisovány. Navíc by všechny geometrické tvary měly být uvažované ve spojení s výrazem „v podstatě“, přičemž výraz „v podstatě“ znamená, že příslušný geometrický tvar je vytvořený v typickém konstrukčním uspořádání a s typickými výrobními tolerancemi pro břitové vložky.

Kromě toho jsou některá provedení technického řešení podle předloženého popisu popsaná ve formě břitových vložek pro frézování rovinných ploch. Rozumí se však, že předložené řešení může být provedeno i ve formách a použito i pro konečné aplikace, které zde nejsou specificky a výslovně popsané. Například, osobám obeznámeným se stavem techniky bude zřejmé, že provedení předloženého řešení mohou být vytvořena jako břitové vložky pro další způsoby odebírání kovu z obráběných kusů.

Některá provedení předloženého řešení jsou zaměřená na břitové vložky poskytující kombinaci výhod vykazovaných vložkami kruhovitého tvaru majícími velmi velký poloměr, a vložkami čtvercového tvaru obvyklé rozměrové velikosti upravenými pro běžné použití v širokém výběru obráběcích aplikací. Některá další provedení předloženého řešení jsou zaměřená na frézovací řezný nástroj zahrnující provedení specifických břitových vložek podle předloženého řešení.

Tyto charakteristické znaky poskytuje provedení břitové vložky podle předloženého řešení mající relativně široký břit definovaný poloměrem zakřivení oblouku. Břitová vložka zachovává celkovou rozměrovou velikost vložky, která se měří průměrem vepsané kružnice. Dále mohou provedení předloženého řešení zahrnovat břitové vložky s obecným tvarem jakékoliv obvyklé břitové vložky mající čtyři nebo více stran, například takovým jako čtverec, kosočtverec, nebo břitové vložky dalších tvarů. Nejjednodušší formou konvexního břitu je forma kruhového oblouku mající, ve srovnání s poloměrem kružnice vepsané do horní čelní plochy vložky, relativně velký poloměr. Kruhový oblouk se za relativně velký pokládá tehdy, jestliže je poloměr oblouku větší než nebo rovný dvojnásobku poloměru největší kružnice, kterou je možné vepsat do horní čelní plochy břitové vložky. V některých provedeních může být poloměr oblouku větší než nebo rovný pětinásobku poloměru největší kružnice, kterou je možné vepsat do horní čelní plochy břitové vložky, přičemž pro některé další aplikace mohou být výsledky zlepšené tehdy, jestliže je poloměr oblouku větší než nebo rovný desetinásobku poloměru největší kružnice, kterou je možné vepsat do horní čelní plochy břitové vložky. Konvexní břit byl na počátku popsán jako zahrnující kruhový oblouk, tento konvexní břit může však zahrnovat úseky elipsy, úseky paraboly, křivkové úseky s vícenásobným zakřivením, přímé úseky a jejich kombinace.

Následkem toho může mít provedení břitové vložky podle předloženého řešení konvexní břit, například konvexní břit s relativně velkým poloměrem zakřivení, přičemž vytváří relativně hladký řez a relativně tenké třísky. Břitová vložka mající konvexní břit umožňuje, ve srovnání s podobnou běžnou břitovou vložkou s lineárním břitem, při stejné hloubce řezu větší délku záběru břitu. To redukuje zatížení na jednotku délky břitu a může, ve srovnání s běžnými břitovými vložkami využívanými při čelním frézování, následkem toho umožňovat použití relativně vysoké rychlosti posuvu nebo poskytovat delší životnost vložky. Konvexní břit může být vytvořený na jednom nebo více břitech břitové vložky. S výhodou jsou všechny řezné plochy opatřené konvexním břitem tak, že nástroj je plně pootáčitelný do několika poloh.

Další výhodou poskytovanou některými provedeními břitové vložky podle předloženého řešení vyplývající z charakteristických znaků vložky čtvercového tvaru, je jejich typická relativně robustní konstrukce, takže tutéž břitovou vložku je vedle použití pro aplikace čelního frézování vysokými rychlostmi posuvu možné použít i pro aplikace zapichovacího frézování, frézování drážek a frézování šikmých ploch. Kromě toho může být těleso frézovacího nástroje podle některých provedení předloženého řešení konstrukčně vytvořeno tak, že totéž pouzdro pro vložku může přijímat břitové vložky s různými konvexními břity. Provedení břitové vložky podle uvedeného popisu jsou tudíž vytvořená ve formě podobné břitové vložce kruhovitého tvaru mající relativně velký poloměr, ale jsou mnohem univerzálnější.

Provedení podle předloženého řešení zahrnují břitovou vložku obecně čtvercového tvaru se čtyřmi konvexními břity. Tyto čtyři břity mohou nebo nemusí být identické. Navíc může každý

CZ 20015 ui z konvexních břitů zahrnovat několik oblastí. Například, první oblast může zahrnovat konvexní část břitu mající relativně velký poloměr zakřivení. Jedna nebo více oblastí každého konvexního břitu může zahrnovat v podstatě přímý nebo lineární břit, nahlíženo ve směru od horní části břitové vložky. První oblast konvexní části břitu břitové vložky může tvořit obecně kónická podbroušená (nebo podsoustružená) plocha na boční ploše břitové vložky. Na základě kombinování charakteristických znaků vložky kruhovitého tvaru relativně velké rozměrové velikosti a vložky čtvercového tvaru obvyklé rozměrové velikosti byl vyvinut postup, pospaný dále, který je možné použít jako vodítko pro navrhování břitů některých provedení břitové vložky podle předloženého řešení.

Některé obráběcí aplikace vyžadují poměrně spolehlivý proces odebírání třísky. Proto může být v provedeních břitových vložek podle předloženého popisu volitelně zahrnutý další charakteristický znak, kterým je lamač třísek. Sestava na lámání třísek je typicky opatřena na horní části frézovací břitové vložky. Sestava na lámání třísek je často charakterizována určitými parametry, takovými jako je hloubka drážky, úhel čela, hřbet, zábřit a šířka drážky, pro zajištění spolehlivého procesu odebírání třísky a malé řezné síly při operacích frézování rovinných ploch.

Provedení břitové vložky je znázorněné na obr. 4. Břitová vložka 10 může být zhotovená z kteréhokoli z různých materiálů upravených pro obráběcí aplikace. Takové materiály zahrnují materiály odolné proti opotřebení, například takové jako ocel, karbidy kovů, kompozitní materiály, například takové jako oxid hliníku a karbidy kovů, karbidy wolframu, keramické materiály, cermety, jakož i další ze stavu techniky známé a pro tento účel použitelné materiály. V některých aplikacích může být za účelem zlepšení vlastností břitové vložky tento materiál navíc opatřený povlakem. Jak je znázorněno na obr. 4(a), je provedení břitové vložky 10 charakterizováno středovým otvorem 13, horní plochou 15, spodní plochou 17 a čtyřmi identickými břity 12, vytvořenými kolem obvodu horní plochy J_5. Na obr. 4(b) je břitová vložka PO znázorněná v pohledu shora, nahlíženo ze strany horní plochy 15, a se spodním ostřím 24 a několika ostřími, vytvořenými na každé boční ploše 19, naznačenými přerušovanou čárou. Na obr. 4(c) je břitová vložka 10 znázorněná v pohledu z boku ve směru šipek A-A z obr. 4(a). Jak je nejlépe vidět na obr. 4(a) a 4(c), zahrnuje každá boční plocha 19 vložky PO několik podbroušených ploch vytvořených mezi břitem 12 a spodním ostřím 21, vytvořeným kolem obvodu spodní plochy 17. V tomto provedení sestává každý ze čtyř konvexních břitů 12 z několika oblastí, zahrnujících zakřivenou břitovou oblast 25 kruhového oblouku s velkým poloměrem zakřivení, a dvě v podstatě přímé (např. lineární) břitové oblasti 27 a 29. Čtyři konvexní břity 12 břitové vložky 10 jsou spojené zaoblenými rohovými špičkami 23.

I když břity 12 břitové vložky 10 zahrnují některé z těchto oblastí, mohou alternativní provedení břitové vložky podle předloženého popisu zahrnovat čtyři identické břity zahrnující pouze zaoblenou Špičku a zakřivenou břitovou oblast s obloukem velkého poloměru zakřivení, jako například břitové oblasti rohových špiček 23 a zakřivené břitové oblasti 25 kruhových oblouků břitové vložky 10, ve kterých se oblouk velkého poloměru zakřivení rozkládá od jedné rohové špičky 23 k sousední zaoblené rohové špičce 23. Taková provedení nezahrnují tudíž jednu nebo více v podstatě přímých (např. lineárních) břitových oblastí, které jsou v břitové vložce 10 zahrnuté jako přímé oblasti 27 a 29.

Vrátivše se opět k břitové vložce 10 podle obr. 4, tvoří každá oblast břitu 12 břitové vložky 10 na boční ploše 19 vložky 10 zřetelnou podbroušenou plochu. Každá taková podbroušená plocha se rozkládá směrem dolů od břitu 12 vložky 10 ke spodnímu ostří 21. Například, jak je nejlépe seznatelné z obr. 4(a) a (c), kónická podbroušená plocha 26 se rozkládá směrem dolů od zaoblené řezné rohové špičky 23, kónická podbroušená plocha 28 se rozkládá směrem dolů od zakřivené břitové oblasti 25 kruhového oblouku, rovinná podbroušená plocha 31 se rozkládá směrem dolů od v podstatě přímé břitové oblasti 27, a rovinná podbroušená ploška 33 se rozkládá směrem dolů od v podstatě přímé břitové oblasti 29. Kromě toho břitová vložka 10 zahrnuje druhou rovinnou podbroušenou plochu 35, která se rozkládá od kónické podbroušené plochy 28, rovinné podbroušená plochy 31 a 33 směrem ke spodnímu ostří 21 břitové vložky 10.

Podle provedení z obr. 4 zahrnuje břitová vložka JO v podstatě čtvercového tvaru čtyři konvexní břity 12, a zakřivená břitová oblast 25 vykazuje relativně velký poloměr zakřivení, nahlíženo ve směru od strany horní plochy J_5 břitové vložky 10. Tento velký poloměr zakřivení je s výhodou podstatně větší než jmenovitý poloměr vložce vepsané kružnice. Zakřivená břitová oblast 25 kruhového oblouku pak na boční ploše 19 břitové vložky JO tvoří kónickou podbroušenou plochu 28.

Vzhledem k uvedenému se rozumí, že různá provedení břitové vložky podle předloženého popisu mohou zahrnovat různé kombinace odlišných břitových oblastí. Například na obr. 5 jsou příkladně znázorněná různá konstrukční provedení břitů vložky podle předloženého popisu. Na obr. 5(a) je znázorněná břitová vložka 110 v podstatě čtvercového tvaru zahrnující čtyři identické břity 112, přičemž břitová vložka 110 zahrnuje oblast 114 zaoblené špičky a konvexní břitovou oblast 116. Břity 112 vložky 110 nemají lineární oblasti. Na obr. 5(b) je znázorněná břitová vložka 120 v podstatě čtvercového tvaru zahrnující čtyři totožné konvexní břity 122, přičemž břitová vložka 120 zahrnuje oblast 124 zaoblené špičky, jednu v podstatě lineární břitovou oblast 126, a zakřivenou břitovou oblast 128 mající relativně velký poloměr zakřivení. Na obr. 5(c) je znázorněná břitová vložka 130 v podstatě čtvercového tvaru zahrnující čtyři totožné břity 132, přičemž břitová vložka 130 zahrnuje oblast 134 zaoblené špičky, dvě sousedící v podstatě lineární břitové oblasti 135 a 136, a zakřivenou břitovou oblast 138 mající relativně velký poloměr zakřivení. Na obr. 5(d) je znázorněná břitová vložka 140 v podstatě čtvercového tvaru zahrnující čtyři totožné břity 142, přičemž břitová vložka 140 zahrnuje oblast 143 zaoblené špičky, tři sousedící v podstatě lineární břitové oblasti 144, 145 a 146, a zakřivenou břitovou oblast 148 mající relativně velký poloměr zakřivení.

Některá provedení břitových vložek podle předloženého řešení mohou být obecně popsána matematicky. Příkladné objasnění bude provedeno s odvoláním na obr. 6. Jak známo ze stavu techniky, průměr vepsané kružnice A (tj. kružnice s největším poloměrem, která odpovídá obvodu povrchu vložky) obecně vyjadřuje rozměrovou velikost břitové vložky. Předpokládá se, s odvoláním na obr. 6(a), že počátek (tj. bod (0,0)) kartézského souřadnicového systému X-Y je ve středu CP kružnice A vepsané břitové vložce představované čtvercem 210. Geometrii vepsané kružnice A je pak možné popsat následující rovnicí (II):

x² + y² = R² (II) kde R je poloměr vepsané kružnice A. Specifickým znakem některých provedení břitových vložek podle předloženého řešení je kombinace určitých výhod vložky kruhového tvaru s relativně velkým průměrem a určitých výhod vložky čtvercového tvaru obvyklé rozměrové velikosti. Každý ze čtyř břitů 212 vložky v podstatě čtvercového tvaru bude tečnou vepsané kružnice A v bodech Pj, P₂, P3, a P₄ vzájemného dotyku, které mohou být přesně stanoveny pomocí shora uvedené rovnice a které mohou být vyjádřeny souborem tangenciálních rovnic vepsané kružnice následujícím způsobem:

P,_xx + P_iyy = R² (III) kde P_jx a P_jy jsou souřadnice X a Y tečných bodů, a i = 1, . . , 4, Vložka čtvercového tvaru se udává hlavním úhlem a hlavního břitu, který má přímou souvislost s maximální hloubkou M řezu, používanou při odebírání třísky vložkou kruhovitého tvaru. Předpokládá se, že spodní strana čtverce 210 na obr. 6(a) je tečnou vepsané kružnice A v bodě P) (souřadnice P_tx P|_y). V tomto případě pak P_)x = R*(sin a) a P,_y = - R*(cos a). Dosazením tohoto bodu (P,_x P|_y) do shora uvedené rovnice se získá následující rovnice (IV) pro spodní stranu čtverce 210 z obr. 6:

(sin ct).x - (cos a).y = R² (IV) kde a je úhel hlavního břitu.

Rovnice definující zbývající tři strany čtverce 210 z obr. 6 mohou být odvozeny podobným způsobem, výsledkem čehož je následující soubor rovnic (V) - (VIII), ve kterém každá z rovnic představuje jednu ze stran čtverce:

(sin a).x - (cos a).y = R²	(V)
(cos a).x + (sin a).y = R²	(VI)
-(sin a).x + (cos a).y = R²	(VII)
-(cos a).x - (sin a).y = R²	(VIII)

Shora uvedený soubor rovnic je založený na tom, že úhel hlavního břitu koresponduje s maximální hloubkou řezu. Každý ze čtyř břitů vložky, včetně zakřivené oblasti břitu mající relativně velký poloměr zakřivení, bude omezený čtvercem 210 představovaným rovnicemi (V) - (VIII).

Po vytvoření shora uvedených rovnic (V) - (VIII) se na každé straně čtverce 210 vytvoří oblouk stejné délky s poloměrem větším než poloměr vepsané kružnice A, tečný ke čtverci 210 v každém z bodů Pi až P₄. Tyto čtyři identicky umístěné oblouky jsou na obr. 6(a) znázorněné jako oblouky B₄ až B₄. V určitých provedeních břitové vložky definuje tětiva každého ze čtyř oblouků B1-B4, která je rovnoběžná s příslušnou přilehlou stranou čtverce 210 zakřivenou břitovou oblast. Takto, s odvoláním na obr. 6(a), má oblouk Bj poloměr zakřivení větší než poloměr vepsané kružnice A. Tečkovaná čára Z je rovnoběžná se stranou čtverce 210, která je tečnou oblouku Bi, a protíná oblouk B! v bodech z a z. Tětiva Cj oblouku Bi rozkládající se mezi dvěma body z a z” vymezuje zakřivenou břitovou oblast 220 břitové vložky. Relativně velký poloměr zakřivení zakřivené břitové oblasti 220 je naznačený úseky Rj a R₂ tečkované čáry, které se rozkládají od zakřivené břitové oblasti 220 směrem ke středu poloměru zakřivení definujícího oblouk Βμ Při protažení tečkovaných čar na vzdálenost středu poloměru zakřivení oblouku Bi se úseky Ri a R₂ tečkovaných čar setkají v bodě značně vzdáleném od středu CP vepsané kružnice A.

Vzhledem k tomu, že v tomto provedení je tětiva Ci oblouku B] rovnoběžná s přilehlou stranou čtverce 210, má vymezená zakřivená břitová oblast s velkým poloměrem zakřivení, jak je vidět ze shora uvedeného souboru rovnic, stejný úhel hlavního břitu. V případech, ve kterých má být břitová vložka poskytovaná předloženým řešením použitá primárně pro čelní frézování, je tečná čára vedená spodním levým koncovým bodem z oblouku Bj kolmá na osu tělesa řezného nástroje, takže na obráběním zpracovávaném povrchu, který je kolmý na osu řezného nástroje, může být zaručena dobrá jakost povrchu. Pak může být, v souladu s geometrickými poměry znázorněnými na obr. 6, délka tětivy Ci vyjádřená jako funkce maximální hloubky řezu a úhlu a hlavního břitu, jak ukazuje následující rovnice (IX):

L_b = doc_max / sin α (IX)

V takovém případě je poloměr R_b zakřivení zakřivené břitové oblasti stanovený následující rovnicí:

R_{b a} ~ - (_χ)

2, sin (Θ/2) 2.sin a kde θ je středový úhel oblouku.

Druhým krokem při postupu navrhování některých provedení břitových vložek podle předloženého řešení může být připojení další oblasti k břitu, v tomto případě například lineární oblasti břitu, která je kolmá na osu břitové vložky a tečná vzhledem ke spodnímu levému koncovému bodu oblouku tvořícího zakřivenou břitovou oblast břitové vložky. Tento druhý krok je příkladně znázorněný obr. 6(b), ve kterém je ke konci každé zakřivené břitové oblasti 220 připojená první lineární břitová oblast 214 v podstatě stejné délky. Dalším krokem může být připojení druhé lineární břitové oblasti ke konci první lineární břitové oblasti 214 každého břitu. Druhá lineární břitová oblast 216 může být uspořádaná v relativně malém úhlu vzhledem k první lineární břitové oblasti. Tento krok je příkladně znázorněný na obr. 6(c), ve kterém je ke konci první lineární břitové oblasti 214 každého břitu připojená druhá lineární břitová oblast 216. Ještě dalším krokem může být připojení rohových zaoblených Špiček k břitové vložce. V tomto provedení má každá z rohových zaoblených špiček 218 stejný poloměr a je plynule spojená s a tečná ke druhé lineární břitové oblasti 216 a současně je každá z rohových zaoblených špiček 218 spojená se zakřivenou břitovou oblastí 220. Tento krok je příkladně znázorněný na obr. 6(d), ve kterém čtyři totožné rohové zaoblené špičky 218 kompletují profil břitové vložky.

Jakmile se definují kompletní konvexní břity tj. první lineární břitová oblast 244, druhá lineární břitová oblast 216 a zakřivená břitová oblast 220, znázorněné na obr. 6(d), vytvoří se na bočních plochách břitové vložky všechny podbroušené plochy (to je fasety). V provedení znázorněném na obr. 4 může být pod zakřivenou břitovou oblastí 25 kruhového oblouku mající velký poloměr zakřivení vytvořená kónická podbroušená (nebo podsoustružená) plocha 28, na kterou dále navazuje a se kterou je spojená rovinná podbroušená plocha 35, která se rozkládá ke spodnímu ostří 21 břitové vložky 10. Velký poloměr zakřivení každého zakřiveného břitu shora popsané vložky je mnohem větší než poloměr zaoblené rohové špičky 23 na každém rohu vložky, například, pro srovnání, poloměr zakřivení zakřivené břitové oblasti zakřiveného břitu je 55 mm a poloměr zaoblené špičky na rohu vložky je 0,8 mm. Pod přímou břitovou oblastí 29 je vytvořená rovinná podbroušená ploška 33 (faseta) a pod přímou břitovou oblastí 27 je vytvořená rovinná podbroušená ploška 31 (faseta), obě dvě na každé ze čtyř bočních ploch břitové vložky 10. Rovinná podbroušená ploška 33 slouží jako řezná ploška pro vytváření obrobeného povrchu kolmého na osu odebírání třísky, naproti tomu co rovinná podbroušená ploška 3J. slouží jako úhel náběhu pro zapichovací frézování podél směru odebírání třísky. A jako poslední je pod rohovou zaoblenou špičkou 23 vytvořená kónická podbroušená plocha 26.

Množství břitových vložek, například v provedení jako břitová vložka 10, může být, jak je znázorněno na obr. 7, namontováno společně a vytvořit tak těleso 41 frézy, kde je a umístěno do pouzdra 42 připevněním prostřednictvím šroubu 43 skrze středový otvor J3 břitové vložky JO. Řezný nástroj může kromě toho zahrnovat drážku 44, která napomáhá odvádění třísek vytvářených během obrábění.

V určitých aplikacích čelního frézování může být, jak je znázorněno na obr. 8, přímá břitová oblast 29 kolmá na osu 46 tělesa frézy pro odebírání třísky pro zaručení dobré jakosti povrchu obráběním zpracovávaného povrchu. Těleso 44 frézy je konstrukčně navržené takovým způsobem, že totéž pouzdro může přijímat břitovou vložku se stejnou rozměrovou velikostí, avšak různými konvexními břity, a udržovat vzájemnou kolmost mezi přímou břitovou oblastí 29 břitové vložky 10 a osou 46 tělesa frézy. Na obr. 9 je znázorněný příklad břitové vložky stejné rozměrové velikosti s průměrem 12,7 mm nebo poloměrem 6,35 mm vložce vepsané kružnice a se dvěma různě velkými poloměry zakřivení konvexního břitu, tj. břitová vložka 48 má poloměr oblouku, který je částí konvexního břitu, 22,5 mm, a břitová vložka 49 má poloměr oblouku, který je částí konvexního břitu, 55 mm.

Těleso 44 frézy, které je znázorněno na obr. 8, může být konstrukčně navrženo také tak, že umožňuje použití té samé vložky umístěné ve stejném pouzdru pro provádění většího počtu frézovacích funkcí (čelního frézování, frézování drážek, frézování šikmých ploch a zapichovacího frézování), jak je rovněž znázorněno na obr. 8. To znamená, že pokud proces odebírání třísky probíhá ve směru podél obráběného povrchu, který je kolmý na osu 46 tělesa frézy, břitové vložky provádějí čelní frézování nebo frézování drážek; a pokud proces odebírání třísky probíhá ve směru, který je rovnoběžný s osou 46 tělesa frézy, břitové vložky provádějí operaci zapichovacího frézování; a dále pokud proces odebírání třísky probíhá v malém úhlu vzhledem k povrchu obráběného kusu, který se podrobuje zpracování, břitové vložky provádějí, jak je znázorněno na obr. 8, operaci frézování šikmých ploch.

Břitové vložky poskytované tímto řešením nejsou omezené pouze na břitovou vložku s horní rovinnou plochou, ale zahrnují rovněž břitové vložky se sestavou pro lámání třísek na horní čelní ploše vložky. Na obr. 10 je znázorněné konstrukční uspořádání břitové vložky 61 poskytované tímto řešením, která je na své horní čelní ploše opatřená sestavou pro lámání třísek. Taková sestava pro lámání třísek může být charakterizována alespoň pěti základními parametry jako je hloubka 62 drážky, úhel 63 čela, hřbet 64, zábřit 65 a šířka 66 drážky, jakož i dalšími charakteCZ 20015 U1 ristickými znaky spojenými s lámáním třísek, známými ze stavu techniky. Funkce sestavy pro lámání třísek, která může být součástí provedení břitové vložky podle předloženého řešení, dovoluje přizpůsobení břitové vložky a příslušného řezného nástroje pro použití k obrábění širokého výběru obráběním zpracovávaných materiálů.

Rozumí se, že v předloženém popisu jsou příkladně objasněné ty aspekty řešení, které jsou důležité pro jeho jasné pochopení. Některé další aspekty řešení, které by měly být osobám obeznámeným se stavem techniky zřejmé a které by proto nikterak neusnadnily lepší pochopení řešení, nejsou z důvodu zjednodušení předloženého popisu uvedeny. Bez ohledu na popsaná provedení předloženého řešení budou osoby obeznámené se stavem techniky, po obeznámení se s předchá10 zejícím popisem, schopné použít řadu dalších modifikací a obměn předloženého řešení. Všemi takovými modifikacemi a obměnami řešení jsou zamýšleny ty, které jsou pokryté předcházejícím popisem a následně uvedenými patentovými nároky.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Frézovací nástroj obsahující těleso (41) frézy a břitovou vložku (10) uloženou v pouzdru

15 (42) břitové vložky tělesa (41) frézy, přičemž břitová vložka (10) zahrnuje:

horní plochu (15) obsahující čtyři identické konvexní břity (12) a čtyři identické rohové špičky (23) spojující konvexní břity (12), přičemž každý konvexní břit (12) zahrnuje zakřivenou břitovou oblast (25) a první v podstatě přímou břitovou oblast přiléhající k zakřivené břitové oblasti (25) a přičemž poloměr každé zakřivené břitové oblasti (25) je větší než nebo rovný dvojnásobku

20 poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy (15); spodní plochu (17) obsahuj ící spodní ostří (21);

čtyři identické boční plochy (19), každá boční plocha (19) se protahuje mezi konvexním břitem (12) a spodním ostřím (21), vyznačující se tím, že každá boční plocha (19) zahrnuj e první kónickou podbroušenou plochu (28), protahující se od zakřivené břitové oblasti (25)

25 směrem ke spodnímu ostří (21), a první rovinnou plošku (33) protahující se od první v podstatě přímé břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří (21);

druhou kónickou podbroušenou plochu (26) protahující se od každé rohové špičky (23) směrem ke spodnímu ostří (21);

30 přičemž pokud je břitová vložka (10) namontována v pouzdru (42) břitové vložky (10) tělesa (41) frézy první v podstatě přímá břitová oblast je protažena ve směru v podstatě kolmém k ose (46) tělesa (41) frézy.
2. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že obvod spodní plochy (17) j e menší než obvod horní plochy (15)

35
3. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá rohová špička (23) obsahuje alespoň jeden kruhový oblouk nebo sérii kruhových oblouků nebo vícenásobně zakřivenou křivku.
4. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá první kónická podbroušená plocha (28) se protahuje od zakřivené břitové oblasti (25) ke spodnímu ostří (21).
5. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že poloměr každé zakřivené břitové oblasti (25) je větší než nebo rovný pětinásobku poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy (15).
6. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá boční plocha (19) dále zahrnuje rovinnou podbroušenou plochu (35) protahující se od přilehlé zakřivené břitové oblasti (25) směrem ke spodnímu ostří (21), rovinná podbroušená plocha (35) protahuje první rovinnou plošku (33) směrem ke spodnímu ostří (21).
7. Frézovací nástroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že obvod spodní plochy (17) je menší než obvod horní plochy (15).
8. Frézovací nástroj podle nároku 7, vyznačující se tím, že poloměr každé zakřivené břitové oblasti (25) je větší než nebo rovný pětinásobku poloměru největší kružnice vepsané do horní plochy (15).
9. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý konvexní břit (12) dále obsahuje druhou v podstatě přímou břitovou oblast mezi první v podstatě přímou břitovou oblastí a rohovou špičkou (23); a každá boční plocha (19) dále obsahuje druhou rovinnou plošku (31) protahující se od druhé v podstatě přímé břitové oblasti směrem ke spodnímu ostří (21).
10. Frézovací nástroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že rovinná podbroušená plocha (35) protahuje alespoň jednu z první rovinné plošky (33) a druhé rovinné plošky (31) směrem ke spodnímu ostří (21).
11. Frézovací nástroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že každý konvexní břit (12) dále zahrnuje třetí v podstatě přímou břitovou oblast mezi druhou v podstatě přímou břitovou oblastí a rohovou špičkou (23).
12. Frézovací nástroj podle nároku 11, vyznačující se tím, že rovinná podbroušená plocha (35) protahuje alespoň jednu první rovinnou plošku a/nebo druhou rovinnou plošku ke spodnímu ostří (21).
13. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý konvexní břit (12) dále obsahuje alespoň část elipsy a/nebo část paraboly a/nebo vícenásobně zakřivenou křivku.
14. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje sestavu na lámání třísek na horní ploše (15).
15. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý konvexní břit (12) je rovnoběžný se spodní plochou (17).
16. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (41) frézy zahrnuje množinu pouzder (42) břitových vložek (10) a v každém pouzdru (42) břitové vložky (10) je pevně uložena jedna uvedená břitová vložka (10).