CZ308950B6

CZ308950B6 - Těleso kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálů

Info

Publication number: CZ308950B6
Application number: CZ2020628A
Authority: CZ
Inventors: Pavel KoĹľmĂn; Pavel Ing. Kožmín; Jiří Syrovátka; Jiří Ing Syrovátka; Robin Poul; Robin Ing. Poul
Original assignee: HOFMEISTER s.r.o
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-09-29
Also published as: WO2022105953A3; CZ2020628A3; JP2023549997A; WO2022105953A2

Abstract

Těleso kotoučové frézy obsahuje náboj (1), přechodovou část (2) obsahující kompozitní materiál (CFRP) s obsahem vinutých a kladených uhlíkových vláken, kde hustota kompozitního materiálu je 1,5 až 1,9 g/cm3, a věnec (3) opatřený soustavou připevňovacích lůžek pro břitové destičky (5). Náboj (1) a věnec (3) jsou spojeny pouze samonosným kompozitním materiálem k omezení přenosu nežádoucích vysokofrekvenčních kmitů z náboje (1) na věnec (3) a naopak. Na spojovacích plochách (10) mezi nábojem (1) a přechodovou částí (2) a mezi přechodovou částí (2) a věncem (3) je lepený spoj. Přechodová část (2) obsahuje alespoň jeden deskový útvar (8) z kompozitního materiálu. Hraniční kontura (7) spojovací plochy (10) mezi nábojem (1) a přechodovou částí (2) a/nebo mezi přechodovou částí (2) a věncem (3) má pravidelný vlnitý tvar s definovanou vzdáleností vrcholů vlny na kružnici pro přenos točivého momentu z náboje (1) na přechodovou část (2) a/nebo z přechodové části (2) na věnec (3).

Description

Těleso kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálů

Oblast techniky

Řešení spadá do oblasti konstrukce hybridního tělesa obráběcího nástroje, která se vyznačuje topologií spočívající ve spojení jednotlivých ocelových komponent s jednotlivými komponentami vyrobenými z kompozitních materiálů (CFRP) s cílem dosažení lepších výsledných dynamických vlastností celých obráběcích nástrojů při obrábění v obráběcích strojích.

Dosavadní stav techniky

Se vzrůstajícími požadavky na velmi přesné obrábění pevných materiálů (zejména hliníkových slitin v automobilovém průmyslu) je nutná precizní materiálová volba a konstrukční provedení obráběcích nástrojů tak, aby byla zajištěna perfektní kvalita obrábění a dlouhá životnost obráběcích nástrojů.

Obráběcí nástroj s dlouhou životností a pro kvalitní obrábění je popsán v dokumentu CZ 2019-137. Obráběcí nástroj obsahuje upínací část, která je přes přechodovou část propojena s řeznou částí uzpůsobenou k připevnění nejméně jednoho řezného břitu. Přechodová část je alespoň částečně tvořena kompozitním materiálem (CFRP) s obsahem vinutých uhlíkových vláken. Upínací část a řezná část jsou spojeny pouze samonosným kompozitním materiálem k omezení přenosu nežádoucích vysokofrekvenčních kmitů z upínací části na řeznou část, a naopak.

Geometrie a konstrukce tělesa v rotačním provedení popisuje obráběcí hlavu pro 3osé obrábění. Spojovací plocha mezi upínací částí a přechodovou částí a mezi přechodovou částí a řeznou částí je válcová, resp. kuželová - má rotační tvar.

V dokumentu CZ 27262 je popsán rotační držák řezného nástroje. Obsahuje ocelové základové těleso opatřené kompozitním návinem z kontinuálních uhlíkových vláken apolymemího pojivá. Kompozitní návin slouží k tlumení kmitání řezného nástroje upnutého v tomto držáku.

V dokumentu US 6273924 je popsán obráběcí nástroj v podobě kotoučové frézy. Obráběcí nástroj obsahuje diskový nosič z uhlíkového kompozitu opatřený středovým upevňovacím otvorem. V obvodovém povrchu diskového nosiče jsou připevněny jednotlivé řezné destičky.

Souhrnnou nevýhodou známých řešení je zejména nedostatečné tlumení vibrací obráběcím nástrojem v provedení jako kotoučová fréza. Je proto úkolem předkládaného vynálezu poskytnout konstrukci tělesa kotoučové frézy, která má nízké setrvačné hmoty a výborné útlumové vlastnosti vibrací vznikajících při obrábění k zajištění velmi přesného obrábění.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je konstrukce tělesa kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálů. Pevnými materiály, pro něž je kotoučová fréza určena, mohou být zejména kovové slitiny, termoplasty, reaktoplasty nebo kompozitní materiály. Těleso obsahuje náboj pro upevnění frézy do obráběcího stroje dle stavu techniky. Na náboji je připevněna přechodová část obsahující kompozitní materiál (CFRP) s obsahem vinutých a kladených uhlíkových vláken. Hustota kompozitního materiálu je 1,5 až 1,9 g/cm³. Na přechodové části je připevněný věnec opatřený soustavou připevňovacích lůžek pro připevnění břitových destiček. Připevněním břitových destiček na těleso vznikne kotoučová fréza.

- 1 CZ 308950 B6

Náboj a věnec jsou vzájemně spojeny pouze samonosným kompozitním materiálem. Účelem tohoto uspořádání je omezení přenosu nežádoucích vysokofrekvenčních kmitů při obrábění z náboje na věnec, a naopak. Na spojovacích plochách mezi nábojem a přechodovou částí a dále mezi přechodovou částí a věncem je lepený spoj.

Přechodová část obsahuje alespoň první deskový útvar z kompozitního materiálu. Hraniční kontura spojovací plochy mezi nábojem a přechodovou částí a/nebo mezi přechodovou částí a věncem má pravidelný vlnitý tvar s definovanou vzdáleností vrcholů vlny na kružnici. Hraniční kontura je průmět spojovací plochy na boční plochu tělesa. Jinými slovy, pravidelný vlnitý tvar má definovanou rozteč vrcholů vlny na myšlené roztečné kružnici. Účelem tvarování spojovací plochy je zvýšení tuhosti tělesa, což zlepšuje tlumení vibrací, a hranice točivého momentu, který je spoj schopný přenést z náboje na přechodovou část a/nebo z přechodové části na věnec.

Pro dosažení vysoké hranice přenosu točivého momentu a vysoké tuhosti tělesa je výhodné, pokud je hraniční kontura spojovací plochy soustavou hladkých navazujících křivek sestávajících z přímkových a kružnicových segmentů. Hraniční kontura spojovací plochy dále může být matematicky definována polynomickou fiinkcí vyššího stupně o stupni alespoň 3. Nejmenší poloměr kteréhokoliv zakřivení R hraniční kontury spojovací plochy je alespoň 0,5 mm.

Pro zvýšení tuhosti tělesa a hranice přenosu točivého momentu může být hraniční kontura spojovací plochy na první (např. pravé) straně tělesa tvarově nebo velikostně odlišná a/nebo fázově pootočená podle osy rotace tělesa oproti hraniční kontuře spojovací plochy na druhé (např. levé) straně tělesa.

Ve výhodném provedení může přechodová část dále obsahovat alespoň druhý deskový útvar spojený s prvním deskovým útvarem. Deskové útvary jsou orientovány tak, že mají společnou osu rotace. Vzájemné spojení může být provedeno zejména lepeným spojem. Jedná se zejména o výrobní důvody (dostupná tloušťka materiálu, ze které lze snadno vyrobit přechodovou část), v některých případech však přechodová část ze spojených deskových útvarů může příznivě ovlivnit tuhost tělesa a tím tlumení vibrací. Vedle prvního a druhého deskového útvaru může přechodová část obsahovat i další deskové útvary orientované a spojené analogicky k prvnímu a druhému deskovému útvaru.

V popsaném případě užití nejméně dvou deskových útvarů může být hraniční kontura spojovací plochy prvního deskového útvaru tvarově nebo velikostně odlišná a/nebo fázově pootočená podle osy rotace tělesa oproti hraniční kontuře spojovací plochy alespoň druhého deskového útvaru. Tím je dosaženo rozložení napětí a vibrací vznikajících při obrábění do více vrcholů vlny (vrcholy vlny prvního deskového útvaru a nestejně situované vrcholy vlny alespoň druhého deskového útvaru). To má za následek lepší útlumové vlastnosti a vyšší tuhost tělesa.

Při užití nejméně dvou deskových útvarů je výhodné, pokud je první deskový útvar opatřen soustavou otvorů, ve kterých jsou kolmo k ploše prvního deskového útvaru uloženy šrouby. Tělo každého šroubuje pak uspořádáno mimo plochu alespoň druhého deskového útvaru a je upevněno v náboji nebo věnci. Toho může být s výhodou dosaženo řečeným fázovým pootočením deskových útvarů, kde se vrcholy vlny prvního deskového útvaru dostanou do snížené oblasti mezi dvěma sousedícími vrcholy vlny alespoň druhého deskového útvaru. Do řečené snížené oblasti alespoň druhého deskového útvaru zasahuje výběžek náboje nebo věnce opatřený závitem, do kterého jsou upevněny jednotlivé šrouby z prvního deskového útvaru.

Pro zajištění maximální pevnosti lepeného spoje je výhodné, pokud je povrch náboje a/nebo věnce a/nebo přechodové části alespoň na části spojovací plochy opatřen zdrsněním pro uložení lepidla. Zdrsnění může být zejména ve formě soustavy drážek.

-2 CZ 308950 B6

Objasnění výkresů

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je:

obr. 1 - celkový šikmý pravostranný pohled na frézu s tělesem majícím přechodovou část z prvního a druhého deskového útvaru, přičemž hraniční kontura spojovací plochy mezi nábojem a přechodovou částí i mezi přechodovou částí a věncem je soustavou hladkých navazujících křivek sestávajících z přímkových a kružnicových segmentů;

obr. 2 - celkový šikmý levostranný pohled na frézu dle obr. 1;

obr. 3 - příčný řez frézou dle obr. 1 a obr. 2;

obr. 4 - polotovar věnce (ještě bez připevňovacích lůžek pro připevnění britových destiček) s dvěma spojovacími plochami pro uložení prvního a druhého deskového útvaru tělesa dle obr. 1 až obr. 3.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příkladné provedení tělesa kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálů obsahuje náboj 1 pro upevnění frézy do obráběcího stroje. Na náboji 1 je připevněna přechodová část 2 obsahující kompozitní materiál (CFRP) s obsahem vinutých a kladených uhlíkových vláken. Hustota kompozitního materiálu je v tomto případě 1,7 g/cm³.

Na přechodové části 2 je připevněný věnec 3 opatřený soustavou připevňovacích lůžek pro připevnění břitových destiček 5. Náboj 1 a věnec 3 jsou vzájemně spojeny pouze samonosným kompozitním materiálem. To omezí přenos nežádoucích vysokofrekvenčních kmitů při obrábění z náboje 1 na věnec 3, a naopak. Na spojovacích plochách 10 mezi nábojem 1 a přechodovou částí 2 a mezi přechodovou částí 2 a věncem 3 je lepený spoj.

Přechodová část 2 obsahuje první deskový útvar 8 a druhý deskový útvar 8' z řečeného kompozitního materiálu. Druhý deskový útvar 8' je spojený s prvním deskovým útvarem 8 pomocí lepeného spoje a orientovaný tak, že mají společnou osu rotace.

Hraniční kontury 7 spojovacích ploch 10 prvního deskového útvaru 8 a druhého deskového útvaru 8' mezi nábojem 1 a přechodovou částí 2 mají pravidelný vlnitý tvar s definovanou vzdáleností vrcholů vlny na kružnici pro zvýšení tuhosti tělesa a zvýšení hranice přenosu točivého momentu z náboje 1 na přechodovou část 2. Hraniční kontura 7 spojovací plochy 10 je soustavou hladkých navazujících křivek sestávajících z přímkových a kružnicových segmentů o nejmenším poloměru R alespoň 1 mm. Stejný tvar mají i hraniční kontury 7 spojovacích ploch 10 mezi přechodovou částí 2 a věncem 3 pro přenos točivého momentu z přechodové části 2 na věnec 3.

Hraniční kontura 7 spojovací plochy 10 na první straně tělesa (a tedy na prvním deskovém útvaru 8) je fázově pootočená podle osy rotace tělesa oproti hraniční kontuře 7 spojovací plochy 10 na druhé straně tělesa (a tedy na druhém deskovém útvaru 8').

První deskový útvar 8 je opatřen soustavou otvorů, ve kterých jsou kolmo k ploše prvního deskového útvaru 8 uloženy šrouby 9. Tělo každého ze šroubů 9 prochází prvním deskovým útvarem 8, je uspořádáno mimo plochu druhého deskového útvaru 8' a je upevněno v náboji 1 nebo věnci 3.

Druhý deskový útvar 8' je analogicky opatřen soustavou otvorů, ve kterých jsou kolmo k ploše druhého deskového útvaru 8' uloženy šrouby 9. Tělo každého ze šroubů 9 prochází druhým

-3 CZ 308950 B6 deskovým útvarem 8J je uspořádáno mimo plochu prvního deskového útvaru 8 a je upevněno v náboji 1 nebo věnci 3. Povrch náboje 1 a věnce 3 je na části spojovacích ploch 10 opatřen zdrsněním pro uložení lepidla.

Popsané těleso je opatřeno soustavou břitových destiček 5 připevněných v připevňovacích lůžkách, čímž vznikla kotoučová fréza.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Těleso kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálů, obsahující náboj (1) pro upevnění frézy do obráběcího stroje, na náboji (1) připevněnou přechodovou část (2) obsahující kompozitní materiál (CFRP) s obsahem vinutých a kladených uhlíkových vláken, kde hustota kompozitního materiálu je 1,5 až 1,9 g/cm³, a na přechodové části (2) připevněný věnec (3) opatřený soustavou připevňovacích lůžek pro připevnění břitových destiček (5), přičemž náboj (1) a věnec (3) jsou vzájemně spojeny pouze samonosným kompozitním materiálem k omezení přenosu nežádoucích vysokofrekvenčních kmitů z náboje (1) na věnec (3), a naopak, přičemž na spojovacích plochách (10) mezi nábojem (1) a přechodovou částí (2) amezi přechodovou částí (2) a věncem (3) je lepený spoj, vyznačující se tím, že přechodová část (2) obsahuje alespoň první deskový útvar (8) z kompozitního materiálu a hraniční kontura (7) spojovací plochy (10) mezi nábojem (1) a přechodovou částí (2) a/nebo mezi přechodovou částí (2) a věncem (3) má pravidelný vlnitý tvar s definovanou vzdáleností vrcholů vlny na kružnici pro přenos točivého momentu z náboje (1) na přechodovou část (2) a/nebo z přechodové části (2) na věnec (3).
2. Těleso kotoučové frézy podle nároku 1, vyznačující se tím, že hraniční kontura (7) spojovací plochy (10) je soustavou hladkých navazujících křivek sestávajících z přímkových a kružnicových segmentů a/nebo je matematicky definována spojitou uzavřenou polynomickou fiinkcí vyššího stupně o stupni alespoň 3, přičemž nejmenší poloměr kteréhokoliv zakřivení R hraniční kontury (7) spojovací plochy (10) je alespoň 0,5 mm.
3. Těleso kotoučové frézy podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hraniční kontura (7) spojovací plochy (10) na první straně tělesa je tvarově nebo velikostně odlišná a/nebo fázově pootočená podle osy rotace tělesa oproti hraniční kontuře (7) spoj ovací plochy (10) na druhé straně tělesa.
4. Těleso kotoučové frézy podle kteréhokoliv z předešlých nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že přechodová část (2) dále obsahuje alespoň druhý deskový útvar (8') spojený s prvním deskovým útvarem (8) tak, že mají společnou osu.
5. Těleso kotoučové frézy podle nároku 4, vyznačující se tím, že hraniční kontura (7) spojovací plochy (10) prvního deskového útvaru (8) je tvarově odlišná a/nebo fázově pootočená podle osy rotace tělesa oproti hraniční kontuře (7) spojovací plochy (10) alespoň druhého deskového útvaru (8')·
6. Těleso kotoučové frézy podle nároku 5, vyznačující se tím, že první deskový útvar (8) je opatřen soustavou otvorů, ve kterých jsou kolmo k ploše prvního deskového útvaru (8) uloženy šrouby (9), přičemž tělo každého šroubu (9) je uspořádáno mimo plochu alespoň druhého deskového útvaru (8') a je upevněno v náboji (1) nebo věnci (3).
7. Těleso kotoučové frézy podle kteréhokoliv z předešlých nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že povrch náboje (1) a/nebo věnce (3) a/nebo přechodové části (2) je alespoň na části spojovací plochy (10) opatřen zdrsněním pro uložení lepidla.