CZ2022124A3 - Rotační nástroj s vnitřím chlazením - Google Patents

Abstract

Rotační nástroj s vnitřním chlazením sestávající z nosiče (N) a alespoň jedné řezné destičky (D) upevněné do lůžka (L) nosiče (N). Středovým otvorem (O) nosiče (N) prochází upínací šroub (U) upevnitelný do vřetene obráběcího stroje. Upínací šroub (U) je opatřen hlavou (H), která přesahuje průměr středového otvoru (O) v nosiči (N). Upínací šroub (U) je dutý a hlava (H) upínacího šroubu (U) je opatřena alespoň jedním vnitřním kanálkem (K). S hlavou (H) upínacího šroubu (U) je spojeno víčko (V). Ve víčku (V) je otočně uložena zátka (D') obsahující vnitřní kanálek (K') navazující na vnitřní kanálek (K). Ze zátky (D') vystupuje nejméně jedno vnější rameno (R). Zátkou (D') a ramenem (R) prochází kanálek (K') vyúsťující skrze vnější rameno (R) na hřbet řezné destičky (D).

Description

Rotační nástroj s vnitřním chlazením

Oblast techniky

Vynálezem je rotační nástroj s vnitřním chlazením sestávající z nosiče a alespoň jedné řezné destičky upevněné do lůžka nosiče, kdy středovým otvorem nosiče prochází upínací šroub upevnitelný do vřetene obráběcího stroje, přičemž upínací šroub je opatřen hlavou, která přesahuje průměr středového otvoru v nosiči, přičemž upínací šroub je dutý, a hlava upínacího šroubu je opatřena alespoň jedním vnitřním kanálkem.

Dosavadní stav techniky

Při obrábění většiny běžných konstrukčních materiálů nástroji s vyměnitelnými břitovými destičkami je nezbytné používat chlazení/mazání během procesu řezání. Čím jsou fyzikální a chemické vlastnosti obráběného materiálu vzhledem k jeho obrobitelnosti horší tím vyšší význam má vliv chlazení, přičemž během řezání vzniká teplo obecně vlivem tření ploch nástroje o obráběný materiál a dále plastickou deformací v místě vzniku třísky. Jeho odvod má pak stěžejní vliv na trvanlivost nástroje a na kvalitu obrobeného povrchu zejména ve smyslu jeho integrity. Systém chlazení má pozitivní účinky jednak ve smyslu samotného řezání, mazání, čištění a podobně.

Médium, zpravidla kapalina, se přivádí za standardního či zvýšeného tlaku, v praxi označován se jako vysokotlaké chlazení, při němž dochází k lepšímu průniku kapaliny mezi třísku a řeznou hranou nástroje. Ze stavu techniky je známé chlazení soustružnického nástroje kapalinou, kdy jednou z možností je vnitřní chlazení, kdy se řezná kapalina přivádí přes vřeteno či revolver obráběcího stroje vhodným kanálkovým systémem v nástroji k břitům, často prostřednictvím otvorů v zubových mezerách, kterými je přiváděno procesní médium přímo na hrot nástroje k břitu nástroje, a to zejména otvory v nosiči vyměnitelné břitové destičky tak, že je směřován přímo na řeznou hranu do místa řezu. Vyměnitelné řezné části mají v současné době nejčastěji podobu tzv. vyměnitelných břitových destiček. Destičky mají rozličné geometrické charakteristiky a obvykle jsou tvořeny plným materiálem s otvorem uprostřed sloužícím pro upínání do držáku. Destičky jsou nejčastěji vyráběny ze slinutých karbidů, CBN, PCBN či PCD a jsou opatřeny tenkou vrstvou. Používány jsou však rovněž další materiály, ze kterých je tvořena celá destička nebo pouze řezná hrana.

Chlazení řezné destičky je možno realizovat na její čelo a/nebo na její hřbet či zároveň. Chlazení čela i hřbetu je považováno jako nejkomplexnější alternativa, přičemž provedení chlazení je odvislé od konstrukčního uspořádání nosiče. Ze stavu techniky jsou známa řešení, která chlazení čela i hřbetu realizují pomocí doplňkových trysek, které navazují na přívod chladicího média a směřují proud chladicího média na čelo či hřbet či na čelo a hřbet řezné destičky zároveň. Takováto řešení jsou známa kupříkladu z dokumentu CZ 2020-594 či EP 2873477. Některá provedení vycházejí ze spisů WO 2012070046, US 20160158855 či CZ 2021-159, kdy je směřování chladicí kapaliny definováno konstrukcí samotné řezné destičky opatřené systémem vnitřních rozvodů, které vyúsťují na čelo, hřbet či na čelo i hřbet řezné destičky zároveň. Existují i řešení s přívodem procesní kapaliny řešený za pomocí vnitřních kanálků, které směřují na břit nástroje, popřípadě za pomocí kloubových hadic, které jsou namontovány pevně na vřetenu stroje. Tímto způsoben není úplně efektivně přivedena kapalina do místa řezu a často dochází spíše ke chlazení třísek než ke chlazení břitu nástroje, protože vznikající tříska břit nástroje zakrývá. Tato řešení jsou nákladná na výrobu z důvodu zásahu do standardních konstrukcí nosičů, což s sebou přináší vysoké výrobní náklady a značnou úpravu výrobní technologie. Ze spisu US 2015078851 je známo řešení rotačního nástroje opatřeného dutým upínacím šroubem s vnitřními kanálky, jejichž vyústění směřují na hřbet řezných destiček, čímž je podpořen proces chlazení těchto destiček vedoucí ke zvýšení kvality řezného procesu a snížení opotřebení hran destiček. Ze spisu US 43322189 je známé řešení rotačního nástroje s chlazením obsahující dutý držák opatřený vnitřním závitem, do kterým

- 1 CZ 2022 - 124 A3 prochází nástroj opatřený vnitřním závitem pro uchycení do držáku. Ze spisu JP 2001138107 je známo řešení rotačního nástroje obsahující vnitřní rotační trysku, která využívá rotačních sil vzniknuvších při procesu obrábění pro distribuci chladicí kapaliny. Tryska prochází držákem nástroje, ve kterém je uchycena. Toto zařízení se skládá z poměrně velkého počtu dílu, čímž je komplikovaná montáž rotačního nástroje, včetně případné výměny poškozených dílů.

Především tyto nevýhody eliminuje řešení v předložené přihlášce vynálezu.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je rotační nástroj s vnitřním chlazením sestávající z nosiče a alespoň jedné řezné destičky upevněné do lůžka nosiče, kdy středovým otvorem nosiče prochází upínací šroub upevnitelný do vřetene obráběcího stroje, přičemž upínací šroub je opatřen hlavou, která přesahuje průměr středového otvoru v nosiči, přičemž upínací šroub je dutý, a hlava upínacího šroubu je opatřena vnitřními kanálky. Hlavou upínacího šroubuje spojeno víčko, které je opatřeno kanálem navazujícím na vývod kanálku z hlavy upínacího šroubu, přičemž ve víčku je otočně uložena zátka obsahující vnitřní kanálek navazující na vnitřní kanálek, přičemž ze zátky vystupuje nejméně jedno vnější rameno, kdy zátkou opatřenou vnějším ramenem prochází kanálek vyúsťující skrze vnější rameno na hřbet řezné destičky. Toto řešení přináší použito pro různá chladicí prostředí a různé průměry a typy rotačních nástrojů upínaných středovým šroubem. Tím je zajištěna univerzálnost tohoto chladicího systému v závislosti na chladicím médiu, konstrukci nástroje a typu obráběného materiál. Zároveň může být použito pro nové budoucí nástroje, ale i pro stávající nástroje, díky snadnému zakomponování k obráběcímu nástroji.

Vývody vnitřních kanálků z hlavy upínacího šroubu přes víčko do zátku jsou vyvedeny vnějšími rameny zátky. Tím je zkrácena vzdálenost mezi vývody chladicí kapaliny a břitovými destičkami. Rovněž je zajištěn rovnoměrný přívod chladicí kapaliny na hřbet nástroje a dochází k přesnému chlazení v místě řezu bez velkých rychlostních i tlakových ztrát proudící kapaliny.

Tímto řešením je zajištěn přívod dostatečného množství kapaliny do místa řezu o odpovídajícím tlaku a zároveň dochází k odvodu třísek z místa řezu. Roztáčení zátky dojde ke chlazení hřbetů břitových destiček působícím tlakem kapaliny, zátka je uložen do ložiska, které je umístěno v disku právě mezi diskem a ložiskem.

Výhodné rovněž je, pokud je rameno zakřiveno, a to ve tvaru šroubovice pod malým úhlem tak, aby se disk roztáčel za pomocí tlaku chladicí kapaliny s dostatečnou intenzitou na výstupu.

Výhodné rovněž je, pokud jsou ramena vzájemně propojena vzpěrami, čímž dochází ke zpevnění konstrukce, jelikož ramena mohou být narušena třískami vznikajícími při obrábění.

Výhodné rovněž je, pokud se v hlavě upínacího šroubu a/nebo víčku nachází zásobník chladicí kapaliny. Tím je zajištěna akumulace chladicí emulze ve víčku a následně rovnoměrný rozvod chladicí kapaliny do jednotlivých kanálků.

Dále je výhodné, pokud se vývod kanálu nebo vnitřního kanálku ve směru proudění chladicí kapaliny zužuje, za stabilního tlaku se zmenšujícím se průměrem získává chladicí kapalina vyšší kinetickou rychlost, a díky tomu je zajištěn cílený průtok řezné kapaliny pro konkrétní operaci konkrétním nástrojem.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn celkový izometrický pohled na rotační nástroj na obrábění, na obr. 2 je znázorněn řez rotačním nástrojem. Na obr. 3 je znázorněn pohled na nástroj zdola, na obr. 4 je

- 2 CZ 2022 - 124 A3 znázorněn izometrický pohled na upínací šroub v alternativě s víčkem, ve kterém je uložen disk s rameny. Na obr. 5 je pohled na tentýž upínací šroub v řezu. Na obr. 6 je znázorněno provedení nástroje upínacího šroubu v alternativě s víčkem, ve kterém je uložen disk s rameny.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rotační nástroj s vnitřním chlazením sestává z nosiče N a rovnoměrně umístěných šesti řezných destiček D. Řezné destičky D jsou upevněné do jednotlivých lůžek L umístěných v nosiči N. Středovým otvorem O nosiče N prochází upínací šroub U. Upínací šroub U je upevněný do závitu držáku d spojující nosič N s vřetenem obráběcího stroje. Upínací šroub U je opatřen hlavou H. Hlava H přesahuje průměr středového otvoru O v nosiči N. Upínací šroub U je dutý, přičemž hlava H upínacího šroubu U je opatřena jedním vnitřním kanálkem K, jehož vyústění směřuje z hlavy H upínacího šroubu U do kanálků K' v zátce D' na hřbet řezné destičky D skrze otočné víčko V. Hlava H upínacího šroubu U je opatřena vnějším závitem, víčko V je naopak opatřeno vnitřním závitem. Mezi víčkem V a zátkou D' se nachází radiální ložisko X. Vnější ramena R zátky D' jsou zakřivena ve tvaru šroubovice. Vnější ramena R jsou dále vzájemně propojena vzpěrami V V zátce D' se nachází zásobník Z chladicí kapaliny, který je ve své dolní části opatřen kuželem, který usnadňuje usměrnění chladicího média do jednotlivých kanálků K a K. Kanálky K a K' jsou v tomto příkladném provedení navrženy v pravotočivém směru. Vývod vnitřního kanálku K nebo vnitřního kanálku K' se ve směru proudění chladicí kapaliny zužuje.

Řezná kapalina prochází středem držáku d skrze upínací šroub U procházejícím středovým otvorem O nosiče N řezné destičky D skrze vývody chladicího média směřující na hřbet řezné destičky D z vývodů ramen R zátky Z. V důsledku tlaku chladicí kapaliny procházejícími kanálky K a K dochází k roztočení zátky Z s rameny R a rozstřiku chladicí kapaliny na hřbet řezných destiček D.

Průmyslová využitelnost

Nástroj popsaný podle technického řešení nalézá své uplatnění zejména v konstrukci nástrojů třískového obrábění.

Claims (5)

1. Rotační nástroj s vnitřním chlazením sestávající z nosiče (N) a alespoň jedné řezné destičky (D) upevněné do lůžka (6) nosiče (N), kdy středovým otvorem (O) nosiče (N) prochází upínací šroub (U) upevnitelný do vřetene obráběcího stroje, přičemž upínací šroub (U) je opatřen hlavou (H), která přesahuje průměr středového otvoru (O) v nosiči (N), přičemž upínací šroub (U) je dutý, a hlava (H) upínacího šroubu (U) je opatřena alespoň jedním vnitřním kanálkem (K), vyznačující se tím, že s hlavou (H) upínacího šroubu (U) je spojeno víčko (V), přičemž ve víčku (V) je otočně uložena zátka (D'), obsahující vnitřní kanálek (K') navazující na vnitřní kanálek (K), přičemž ze zátky (D') vystupuje nejméně jedno vnější rameno (R), kdy zátkou (D') a ramenem (R) prochází kanálek (K') vyúsťující skrze vnější rameno (R) na hřbet řezné destičky (D).

2. Rotační nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější ramena (R) zátky (D') jsou zakřivena.

3. Rotační nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější ramena (R) jsou vzájemně propojena vzpěrami (V').

4. Rotační nástroj podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že v hlavě (H) upínacího šroubu (U) a/nebo ve víčku (V) a/nebo v zátce (D') se nachází zásobník (Z) chladicí kapaliny.

5. Rotační nástroj podle nároku 1, 2, 3 nebo 4, vyznačující se tím, že vývod vnitřního kanálku (K') zátky (D') se ve směru proudění chladicí kapaliny zužuje.

4 výkresy