CZ36895U1 - Odlehčená fréza s návinem - Google Patents

Description

Odlehčená fréza s návinem

Oblast techniky

Technickým řešením je odlehčená fréza s návinem tvořená kovovým nosičem, zakončeným stopkou uzpůsobenou pro upnutí do vřetene, opatřeným břitovými destičkami uloženými v lůžkách v kovovém nosiči, přičemž z vnějšku je mezi stopkou a lůžkem v kovovém nosiči opatřena pláštěm z návinu z materiálu odlišného od materiálu kovového nosiče.

Dosavadní stav techniky

Doposud známé frézy mají po obvodu unášeče uspořádány nosiče břitových destiček. Jednotlivé unášeče jsou od sebe odděleny mezerou, která především usnadňuje odvádění třísek a případně přívod řezné kapaliny na čela břitových destiček. Takto řešené frézy jsou zhotovené převážně z oceli. Vyznačují se poměrně značnou hmotností, která sice za provozu svou setrvačností přispívá k plynulosti otáčení, protože omezuje vliv rázu od záběru břitové destičky, ale prodlužuje dobu potřebnou k roztočení, jakož i zastavení vřetena obráběcího stroje. Dále v mnoha případech zapříčiňuje nevyváženost nástroje, a tedy omezení maximálního počtu otáček za minutu, aby nedošlo k poškození vřetene. Je potřeba, aby takové obráběcí stroje byly pro takové hmotné frézy dostatečně dimenzovány, a to hlavně pro hrubovací operace, kde se předpokládá větší řezný odpor, respektive vetší řezné síly.

Obecné trendy v produktivním obrábění se nesou ve smyslu snižování vibrací a zvyšování dynamiky řezného procesu, což vede k lepší stabilitě a efektivitě řezného procesu. Jedna ze způsobů navýšení dynamiky frézovacího nástroje je snížení jeho hmotnosti, obzvláště je důležité rozložení hmotnosti vůči ose rotace, což má dopad na výsledný moment hybnosti. Redukce hmotnosti přirozeně od plné konvenční fréze snižuje její tuhost a zvyšuje se poddajnost. Pro kompenzaci úbytku hmotnosti je možné optimalizovat topologii frézy pro maximalizaci využití omezeného množství hmoty frézy, anebo využít materiály s vyšším modulem pružnosti tahu, což vede k navýšení tuhosti odlehčené frézy.

Snížení hmotnosti unášečů fréz se řeší běžně odstraněním přebytečného materiálu na základě zjištění skutečného rozložení napětí. Tímto postupem lze vnést další nepřesnosti do rozložení hmoty nástroje a následně problémy s vyvážením při vyšších otáčkách. Rovněž se k odlehčení frézovacích nástrojů používá pro unášeče lehkých slitin, které jsou osazeny výměnnými břitovými destičkami, které jsou usazeny v ocelových lůžkách pevně spojenými s unášečem. Standardní frézovací hlavy s vyměnitelnými břitovými destičkami jsou tedy tvořeny jako plno objemová těla z nástrojové oceli s minimálním odlehčením. Takové frézy sice dosahují velké tuhosti, ale zároveň vykazují vysokou hmotnost, které se negativně projevuje během použití frézy při vyšších otáčkách. Další možností provedení fréz jsou spjaty s možností výroby fréz aditivní technologií. Se současným vývojem aditivních technologií a jejich použití je možné vytvořit odlehčenou frézovací hlavu, kdy je tělo frézy tvořeno například prutovou konstrukcí.

Ze stavu techniky je znám patentový spis CZ 308950 popisující těleso kotoučové frézy pro obrábění pevných materiálu. Tato kotoučová fréza se skládá z kompozitního materiálu a věncem opatřeného soustavou lůžek pro připevnění vyměnitelných břitových lůžek.

Ze stavu techniky je dále známé především řešení frézy s využitím tzv. prutové konstrukce z dokumentu CZ 306748. Toto řešení frézovacího nástroje sestává z nosičů břitových destiček, kde nosiče vystupují z unášeče uzpůsobeného pro upnutí do vřetena obráběcího stroje, přičemž jednotlivé nosiče jsou vzájemně propojeny rozpěrami. Mezi nosiči a unášečem jsou včleněna ramena. Mezi rameny a rozpěrami jsou včleněny rozpěry, Nosiče obklopují prstenec, který nepřesahuje břitové destičky a se kterým jsou propojeny výztuhami. Te stavu techniky je známé

- 1 CZ 36895 U1 řešení popsané v dokumentu US 5605420, kdy je fréza prutové konstrukce ovinuta kompozitní páskou, přičemž páska je v celé své dílce v kontaktu s vnějším obvodovým prstencem prutové frézy nicméně takovéto řešení přináší poměrně vysoké náklady na výrobu.

Odlehčená fréza s prutovou konstrukcí sice dosahuje požadované pevnosti z hlediska přímého působení řezných sil, ale muže dosahovat horších vlastností z hlediska tlumení vibrací, což se muže negativně projevit během řezného procesu na trvanlivosti nástroje a tím pádem na kvalitě obrobeného povrchu či zvýšením akustické emise. Stěžejním problémem je tedy zvýšení tlumicích vlastností odlehčené frézovací hlavy při zachování její nízké hmotnosti.

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je odlehčená fréza s návinem, fréza je sestává z kovového nosiče, uzpůsobeného pro upnutí do vřetene, opatřeným břitovými destičkami uloženými v lůžkách v kovovém nosiči. Fréza je z vnějšku mezi stopkou a lůžkem v kovovém nosiči opatřena pláštěm z návinu z materiálu odlišného od materiálu kovového nosiče. Takto řešená odlehčená fréza vyztužená tlumicí obručí přináší nižší hmotnost a snížení vibrací při obrábění, což umožňuje použití vyšších řezných rychlostí a současně snižuje dynamický odpor.

Výhodné je, pokud plášť sestává z návinu z kompozitu. Tím je snížena hmotnost nosiče jak ocelku, při současném zachování zvýšených účinků tlumení a snížení hluku.

Dále je výhodné, pokud je nosič frézy v místě spojení pláště s návinem opatřen po obvodu zahloubeními. Tím je usnadněn spolehlivý návin kompozitního materiálu na nosič frézy.

Dále je výhodné, pokud návin z kompozitu sestává z vláken, která jsou podélně orientována, čímž je zaručena vyšší pevnost pláště.

Přínosem frézy je homogenita tuhosti řešení podél radiálního a axiálního směru frézy pro daný obráběný materiál a řezné podmínky. Fréza poskytuje dále významné funkční snížení hmotnosti oproti konvenčním frézám. Tyto úpravy včetně komplexního systému kanálku pro přívod provozní kapaliny na hřbet a čelo břitu vyměnitelných břitových destiček zvyšuje přirozeně efektivitu řezného procesu, jelikož se významně redukuje hmotnost a setrvačné účinky, které zatěžují celý systém vřetena obráběcího centra. Proto je umožněno docílit vyšší dynamiky řezného procesu.

Dutina těla frézy je tvořena dvojím druhem příček. První druh příček je plné koncepce a rozděluje tělo frézy na pravidelné sektory. Tyto rovné příčky procházejí osou frézy. Druhým typem jsou příčky, které reflektují rozložení hmoty dle napěťových stavů během zátěže frézy. Tudíž je materiál koncentrován pouze v místech s nejvyšší koncentrací napětí.

Plné příčky také kromě zpevnění dutiny frézy slouží pro rozvod systémů kanálků pro procesní kapalinu z upínací oblasti do oblasti lůžek vyměnitelných břitových destiček. Systém vyúsťuje na čelo a hřbet břitu vyměnitelné destičky. Přičemž tryska u hřbetu má atypickou geometrii pro lepší odvod třísky a prodloužení životnosti řezného břitu.

Celé řešení je zesíleno návinem z kompozitního materiálu CFRP s obsahem vinutých a kladených uhlíkových vláken po vnějším obvodě těla frézy. Nejblíže k upínači břitových destiček je návin zesílen pro maximalizaci jeho účinku

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn izometrický pohled na odlehčenou frézu bez návinu, na Obr. 2 je znázorněn izometrický pohled na odlehčenou frézu zespodu, na Obr. 3 je znázorněn částečný řez frézou

- 2 CZ 36895 U1 s pláštěm tvořeným návinem z kompozitního materiálu. Na Obr. 4 je znázorněn detail na zahloubení po obvodu nosiče.

Příklady uskutečnění technického řešení

Fréza o průměrů 0 125 mm sestává z kovového nosiče N, uzpůsobeného pro upnutí do vřetene. Nosič N je opatřený břitovými destičkami D. Břitové destičky D jsou uloženy v lůžkách L v kovovém nosiči N. Kovový nosič N je z vnějšku po obvodu mezi stopkou S a lůžky L břitových destiček D v kovovém nosiči N opatřena pláštěm K z návinu z materiálu odlišného od materiálu kovového nosiče N· Plášť K v tomto konkrétním provedení sestává z návinu z kompozitu z uhlíkových vláken. V místě spojení pláště K s nosičem N je nosič N opatřen po obvodu zahloubeními Z. Plášť K je vytvořen navíjením kompozitního materiálu kolmo k ose frézy.

Takto řešená odlehčená fréza s návinem přináší výhody v podobě nižší hmotnosti frézy oproti stávajícím řešením a dále přináší zejména snížení vibrací při obrábění. To umožňuje použití vyšších řezných rychlostí obrábění a současně snižuje dynamickým odpor. Celkově dochází ke zvýšení dynamiky řezného procesu a snížení rázů a vibrací do vřetena stroje.

Průmyslová využitelnost

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

Claims (3)

1. Fréza s návinem tvořená kovovým nosičem (N), zakončeným stopkou (S) uzpůsobenou pro upnutí do vřetene, opatřeným břitovými destičkami (D) uloženými v lůžkách (L) v kovovém nosiči 5 (N), vyznačující se tím, že je z vnějšku mezi stopkou (S) a lůžkem (L) v kovovém nosiči (N) opatřena pláštěm (K) z návinu z materiálu odlišného od materiálu kovového nosiče (N).

2. Fréza podle nároku 1, vyznačující se tím, že návin sestává z kompozitního materiálu.

3. Fréza podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v místě spojení pláště (K) s nosičem (N) je nosič (N) opatřen po obvodu zahloubeními (Z).