CZ27262U1 - Rotační držák nástroje - Google Patents

Description

Oblast techniky

Užitný vzor se týká rotačního držáku, používaného u moderních obráběcích center k upínání řezných nástrojů pro přesné a vysokorychlostní frézování, vrtání, vystružování, zahlubování, řezání závitů apod. do vřetena obráběcího stroje.

Dosavadní stav techniky

Řezný nástroj se v mnoha případech strojírenské výrobní praxe upíná do vřetena obráběcího stroje pomocí rotačního držáku nástroje, aby tak byla umožněna jeho jednoduchá, snadná a rychlá výměna před další výrobní operací. Rotační držák přitom umožňuje přesné ustavení nástroje jak v radiálním, tak v axiálním směru. Takové držáky jsou vhodné pro vysokorychlostní přesné frézování, vrtání, vystružování, zahlubování, řezání závitů atd. i za podmínek minimálního mazání. Jsou vesměs vyráběny z oceli a vyznačují se bezúdržbovým provozem, jemným vyvážením s minimální házivostí a vysokou životností. Některé řady těchto držáků jsou vybaveny i hydraulickým upínáním nástroje. Jejich používání má za následek klidnější běh stroje, šetrnost ke vřetenu, jistější dodržení rozměrů a tvaru obráběné plochy, tedy zlepšení reprodukovatelnosti rozměrů obrobku, rovnoměrnější nástup řezu jednotlivých břitů a vyšší trvanlivost nástroje.

Přes všechny uvedené přednosti stávajících rotačních držáků používaných pro přesné obrábění, včetně těch s hydraulickým upínáním nástroje, požaduje výrobní praxe také co největší utlumení kmitů nástroje při obrábění, neboť utlumení kmitů pracujícího nástroje zvyšuje přesnost obrábění, snižuje drsnost obrobeného povrchu, umožňuje zvýšit rychlost obrábění a podstatně snižuje i opotřebení břitů nástroje.

Kmity nástroje mohou být samotným držákem omezeny co největší tuhostí držáku, jeho minimální házivostí a co nej lepším dynamickým vyvážením. Částečně se daří kmity nástroje tlumit i použitím hydraulického upínání nástroje v držáku.

Jednou z možností jak konstrukcí držáku alespoň částečně zvýšit tlumící účinek je konstrukční řešení popsané v dokumentu JP 2000308941. Takový držák je vyroben z oceli a má ve své dutině, bezprostředně za dutinou pro upínaný nástroj, axiálně uložené závažíčko axiálně vzepřené spirálovými pružinami. Hmotností závažíčka a vhodnou tuhostí dotyčných pružin lze systém naladit tak, aby za daných řezných podmínek a s daným nástrojem axiální kmity závažíčka alespoň částečně utlumovaly buzené axiální kmity nástroje.

Nicméně způsob výraznějšího tlumení kmitů nástroje jak v axiálním, tak v radiálním směru, zůstával dosud stále nevyřešen.

Uvedené nevýhody dosavadních držáků do značné míry odstraňuje předmět užitného vzoru.

Podstata technického řešení

Užitný vzor nabízí řešení rotačního držáku řezného nástroje spočívající ve využití tlumících schopností vláknového uhlíkového kompozitu s polymemím pojivém.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že rotační držák nástroje, sestávající z ocelového základového tělesa, opatřeného na jednom jeho konci kuželovou stopkou k upnutí držáku do vřetena obráběcího stroje, která axiálně vystupuje z osazení jenž tvoří čelní opěrnou plochu, zatímco na opačném konci je základové těleso opatřeno válcovou dutinou pro vložení a upnutí stopky řezného nástroje, přičemž toto těleso je na svém vnějším obvodu mimo kuželovou stopku těsně ovinuto kompozitovým návinem z kontinuálních vysokomodulových uhlíkových vláken a polymemího pojivá, přičemž vnitřní struktura kompozitového návinu obsahuje vlákna s úhlem orientace 0, ±45 a 90 stupňů vzhledem k podélné ose držáku.

- 1 CZ 27262 Ul

Vrstva kompozitu z vysokomodulových uhlíkových vláken a polymemího pojivá má ve směru podél vláken tuhost nejméně dvakrát větší než ocel a přitom měrnou hmotnost jen čtvrtinovou. Proto lze z takového kompozitu vyrobit návin držáku, jehož vnitřní struktura obsahuje vlákna s různými úhly orientace a má tuhost blízkou tuhosti oceli, ale jen čtvrtinovou hmotnost, takže držák nástroje může být masivnější a přitom mít nižší hmotnost, což spolu s výslednou vyšší tuhostí držáku zmenšuje amplitudu kmitání nástroje v radiálním směru od sil působících na nástroj od obrobku a od odstředivé síly v důsledku ne zcela dokonalé vyváženosti držáku.

Největší praktický efekt pro uživatele takového držáku má však skutečnost, že kompozitový návin má násobně vyšší mechanické tlumení než ocel, takže přirozené kmitání obráběcího nástroje v držáku je kompozitovým návinem do značné míry utlumeno. Tlumení kmitů nástroje obecně zvyšuje přesnost obrábění, snižuje drsnost obrobeného povrchu, umožňuje zvýšit rychlost obrábění a zejména podstatně snižuje opotřebení břitů nástroje, takže zvyšuje jeho životnost. Ukazuje se, že prodloužení životnosti nástroje je při používání držáku podle užitného vzoru několikanásobné.

Přehled obrázku na výkrese

Užitný vzor je blíže osvětlen pomocí výkresu, znázorňujícího jedno z jeho možných provedení: Na obr. 1 je znázorněn axiální řez rotačním držákem nástroje Příklad provedení technického řešení

Jedním z možných provedení užitného vzoru je rotační držák 1 nástroje s kuželovou upínací stopkou 3 HSK podle DIN 69893, znázorněný v osovém řezu na obr. 1. Dutiny systému hydraulického upínání stopky nástroje o průměru 20 mm v držáku I zde nejsou znázorněny, neboť zobrazený řez držákem i prochází mimo ně a nejsou předmětem podstaty tohoto užitného vzoru.

Rotační držák I nástroje sestává ze základového tělesa 2, opatřeného na jednom jeho konci upínací stopkou 3 typu HSK podle DIN 69893, vystupující z osazení, jenž tvoří čelní opěrnou plochu 5 a na jeho druhém konci opatřeného válcovou dutinou 4 pro vložení a upnutí válcové stopky nástroje, přičemž těleso 2 je na svém vnějším obvodu mimo upínací stopku 3 HSK těsně ovinuto kompozitovým návinem 6 z kontinuálních vysokomodulových uhlíkových vláken typu XNBO a pojivá z epoxidové pryskyřice, přičemž vnitřní struktura kompozitového návinu 6 obsahuje vlákna s úhlem orientace 0, ±45 a 90 stupňů vzhledem k podélné ose držáku E Držák i má přitom vnější průměr tak veliký, že tloušťka kompozitového návinu 6 je kolem dutiny 4 o 38 % větší, než je tloušťka ocelové části tělesa 2.

Protože vrstva kompozitu v návinu 6 má ve směru podél použitých vláken tuhost více než dvojnásobnou než má ocel, při čtvrtinové měrné hmotnosti, má držák 1 podle užitného vzoru nejen vysokou výslednou statickou i dynamickou radiální tuhost, ale současně i významně nižší hmotnost, což samo o sobě zmenšuje amplitudu kmitání nástroje v důsledku řezných sil působících na nástroj, jakož i v důsledku nedokonalé vyvážeností držáku I.

Nej významnější efekt má však skutečnost, že kompozit návinu 6 má násobně vyšší mechanické tlumení než ocel, takže kmitání řezného nástroje upnutého v držáku I je pri jeho funkci významně utlumeno.

V porovnání s použitím celoocelových rotačních držáků dosavadního provedení, jako například držáku řady TENDO od firmy Schuck, nabízí držák i podle užitného vzoru zvýšení přesnosti obrábění, snížení drsnosti obrobeného povrchu, možnost citelně zvýšit rychlost obrábění a konečně zejména významné snížení opotřebení břitů nástroje a prodloužení jeho životnosti.

Například použití držáku 1 nástroje podle tohoto užitného vzoru pro přesné komplexní frézování ocelového obrobku stopkovou válcovou frézou na obráběcím centru má ve srovnání s použitím celoocelového držáku za následek nejen zvýšení přesnosti rozměrů a snížení drsnosti povrchu obrobku, ale hlavně prodloužení životností ostří frézy zhruba na čtyřnásobek.

-2 CZ 27262 Ul

Takové přínosy mají zvláště v sériové a hromadné strojírenské výrobě velký ekonomický význam jak pro zkrácení výrobních časů, tak pro zvýšení kvality obrobků a značnou úsporu výrobních nákladů.

Průmyslová využitelnost

Užitný vzor je určen pro upínání rotujících řezných nástrojů pro přesné a vysokorychlostní obrábění kovů, jako jsou stopkové frézy, vrtáky, výhrubníky, výstružníky, záhlubníky, závitníky apod. do vřeten obráběcích strojů.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Rotační držák nástroje (1), sestávající z ocelového základového tělesa (2), opatřeného na jednom jeho konci kuželovou stopkou (3) k upnutí držáku (1) do vřetena obráběcího stroje, která axiálně vystupuje z osazení, jež tvoří opěrnou čelní plochu (5), zatímco na opačném konci je těleso (2) opatřeno dutinou (4) pro vložení a upnutí stopky řezného nástroje, vyznačující se tím, že těleso (2) je na svém vnějším obvodu mimo kuželovou stopku (3) těsně ovinuto kompozitovým návinem (6) z kontinuálních uhlíkových vláken a polymemího pojivá, přičemž vnitřní struktura tohoto návinu (6) obsahuje vlákna s úhlem orientace 0, ±45 a 90 stupňů vzhledem k podélné ose držáku (1).
2. 2. Držák nástroje podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna kompozitového návinu (6) jsou vysokomodulová.