ITBS960003A1

ITBS960003A1 - Fresa ad inserti taglienti con elevata altezza di taglio

Info

Publication number: ITBS960003A1
Application number: IT96BS000003A
Authority: IT
Inventors: Livio Mina
Original assignee: Livio Mina
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-12
Also published as: IT1288197B1; US5762452A

Abstract

Si tratta di una fresa ad inserti forati con elevata altezza (o profondità) di taglio con inserti taglienti (11) posti su diversi livelli in direzione assiale a partire da un'estremità frontale di detto corpo fresa.Gli inserti (11) dei diversi livelli sono disposti secondo gradini la cui altezza media, escluso lo spessore dell'inserto relativo al gradino o sede, non è inferiore allo spessore dell'inserto. L'angolo radiale (2) formato dal raggio del corpo fresa passante per il vertice del tagliente di un inserto con la retta parallela alla base dell'inserto, e passante per il vertice dell'inserto, è di ampiezza non inferiore a 10°.Figg. 1 e 2.

Description

l'impiego di detti inserti.

Maggiori dettagli e vantaggi dell'invenzione risulteranno comunque più evidenti dal proseguio della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni nei quali:

la Pig.1 è una rappresentazione schematica della fresa ad inserti vista in direzione assiale; e

la Fig.2 è una rappresentazione schematica di una porzione dello sviluppo della periferia della fresa secondo l'invenzione.

Nella Fig-1, con 10 è indicato globalmente un corpo fresa e con 11 gli inserti taglienti, di tipo forato, ognuno posto e fissato in un rispettivo alloggiamento 12, mediante una vite -non rappresentata-- Sempre in detta Fig.1, e per un confronto con la tecnica precedente, le linee continue schematizzano il corpo fresa 10 e la disposizione degli inserti 11 tradizionali, mentre le linee a tratti schematizzano il corpo fresa e la disposizione degli inserti (alcuni solamente per semplicità) secondo la invenzione. Secondo la disposizione tradizionale (linee continue), ogni inserto 11 ha la faccia di taglio 11 ' nel piano radiale del corpo fresa 10 e l'alloggiamento o sede 12 è configurato corrispondent emente ; secondo la nuova disposizione dell'invenzione (linee a tratti), ogni inserto 11 ha la faccia di taglio 11* in un piano parallelo al piano radiale del corpo fresa, ma in posizione più alta, ovvero più avanzata, nella direzione F di rotazione della fresa, cioè nella direzione di taglio, e l'alloggiamento 12 dell'inserto è modificato corrispondentemente .

La Fig.1 schematizza una fresa a quattro taglienti, poiché con essa le relazioni matematiche sono più semplici, ma l'invenzione vale per qualunque nu-mero di taglienti, come è possibile dimostrare, anche se con espressioni matematiche meno semplici.

Ancora nella figura 1 ì seguenti riferimenti indicano :

AC Raggio r della fresa

BC=HG Larghezza b dell'inserto 11 (o del vano di scarico 13 del truciolo, se previsto diverso dalla larghezza dell'inserto)

BD Altezza della parete del vano di scarico 13 del truciolo nella fresa tradizionale HI Altezza della parete del vano di scarico 13 del truciolo nella fresa secondo l'invenzione QH,OM Altezza di posizione dell'inserto secondo l'invenzione rispetto alla posizione dell'inserto nella fresa tradizionale

QB Avvicinamento all'asse della fresa della parete del vano di scarico del truciolo dovuto a QH

C,E Vertice del tagliente degli inserti 11 nelle frese tradizionali

G,L Vertice del tagliente degli inserti 11 nelle frese secondo 1<1 >invenzione

51 Distanza del vertice del tagliente di un inserto dalla parete del vano di scarico 13 dell'inserto che precede, nella fresa tradizionale

52 Distanza del vertice del tagliente di un inserto dalla parete del vano di scarico 13 del truciolo dell'inserto che precede nella fresa secondo l'invenzione

<51 Angolo radiale -nullo- nelle frese tradizionali dove la faccia di taglio 12' dell'inserto è nel piano radiale

52 Angolo radiale nella fresa secondo l'invenzione con tagliente "a gradini".

Nella Fig-2 poi GG ‘ definisce il tagliente di un inserto, a che corrisponde ad un segmento di retta parallelo all'asse di rotazione della fresa.

Da quanto sopra è facile constatare che uno spostamento (QH.OPI) "in avanti" dell'inserto causa solo una piccola riduzione (QB) della distanza della pa-rete del vano di scarico 13 del truciolo dal l'asse di rotazione, ma un fortissimo aumento della distan-za <S2) della -faccia di taglia dell’inserto dalla parete del vano di scarico 13 del truciolo dell’inserto precedente. Considerando allora, cosi comi’è stato indicato il l’angolo radiale del tagliente della fresa di riferimento considerata (che nella fresa tradizionale con faccia di taglia su di un piano radiale è e 52 l’angolo radiale del tagliente nella fresa secondo l’invenzione, derivante dalla relazione Ì2= are sen (distanza della faccia di taglia del piano radiale/raggia della fresa) le relazioni matemat ico/trigonametr iche che: legano 51 ed S2 e quindi ne esprimono rispettivamente la differenza ed il rapporto sono:

52 - SI = r. <(>CGS 52 sen 52 - 1)

S2 r. (cos £2 sen £2) - b

SI r b

Detraendo rispettivamente da SI e da S2 lo spessore dell<’>inserto, si ottiene lo spessore della porzione 10’ del corpo-fresa sotto l’inserto, cioè lo spessore del materiale, acciaio, del corpo-fresa che sostiene l’inserto.

E’ faci1e verificare che angoli radiali 52 con un'ampiezza (per le frese a riccio dei diametri più diffusi) di almeno 20° (fino a circa 45°) portano ad uno spessore del materiale di sostegno sotto l'in-serto talmente forte da permettere di abolire il concetto di "elica" e di introdurre il concetto di "gradini", come suaccennato e come meglio appare dalla Fig.2. Ogni gradino definisce la sede 12 sul quale va fissato l'inserto 11 ed una parete o alzata 14 congiungente un gradino con quello susseguente.

Il forte spessore del materiale sotto gli inserti a la conseguente notevole altezza dei gradini consentono di prevedere nella parete o alzata 14 del gradino relativo ad un inserto una profonda cavità 15 in cui alloggiare parte dell'inserto su un livello assiale diverso. Pertanto parte di un inserto viene a trovarsi sotto l'inserto del livello che lo precede o segue, a seconda della disposizione dei gradini in senso orario o antiorario.

Ciò vale specialmente per gli inserti del primo livello (livello frontale, cioè all'estremità libera del corpo fresa) e del secondo livello i cui inserti penetrano sotto quelli del primo livello, mentre per gli inserti su altri livelli, il medesimo effetto può essere ottenuto con vani più ampi previsti anche per raggiungere ulteriori scopi , mantenendo sempre molto robusto il sostegno dell'inserto.

L'invenzione sopra descritta consente dì raggiun-gere i seguenti obiettivi;

- ottenere una progressività di taglio della fresa superiore a quella consentita dagli inserti disposti su eliche,

- ridurre l'ampiezza del tratto di tagliente impegnato nel taglio, riducendo così la larghezza o, più esattamente, la sezione del truciolo <‘>tagliato, per tener conto delle caratteristiche di lavorabilità dei materiali da fresare,

- ridurre le sollecitazioni cui il tagliente viene sottoposto, in particolare proteggendo l'estremità del tagliente, verso il vertice G più esposta ai pericoli di cedimento -L'invenzione rappresenta dunque un notevole pro-gresso nell'economia delle lavorazioni, sia come maggior rendimento e durata della fresa, che come salvaguardia della fresatrice su cui la fresa è usata. In effetti, grazie alla riduzione delle forze di taglio e del pericolo di vibrazioni conseguenti all'impiego delle frese secondo l'invenzione, le fresatrici risulteranno meno sollecitate e possono quindi mantenere più a lungo le caratteristiche di precisione, con meno necessità di manutenzione.

E' particolarmente importante osservare che la parte dell'inserto "sotto" l'inserto adiacente (e quindi anche la profondità assiale della relativa cavità di alloggiamento) può esser prevista diversa nei diversi livelli di inserti, per adeguare la parte di tagliente impegnata nel taglio alle condizioni in cui gli inserti dei singoli livelli si trovano ad operare, per esempio quantità di materiale da asportare nella fresatura, volume del truciolo tagliato e sua evacuazione.

Da notare infine che ogni inserto potrà presentare, come peraltro noto dallo stato della tecnica, un'inclinazione del tagliente GG ' ottenuta nell'inserto stesso, oppure conferendo alla sua sede un’opportuna inclinazione assiale, oppure ancora in ambedue i mezzi.

R I V E N D I C A Z I O N I

1. Fresa ad inserti forati con elevata altezza (o profondità) di taglio, comprendente un corpo fresa cilindrico (10), degli inserti taglienti (11) su diversi livelli in direzione assiale a partire da un'estremità frontale di detto corpo, e dove ogni inserto è appoggiato con la sua base e fissato su una sede (12) in un vano di scarico del truciolo ricavato in detto corpo, caratterizzato dal fatto che gli inserti (11) dei diversi livelli, e corrispondentemente le rispettive sedi (12), sono disposti secondo gradini la cui altezza media, escluso lo spessore dell'inserto relativo al gradino o sede. non è inferiore allo spessore dell'inserto.

2. Fresa secondo la rivendicazione 1. caratterizza-·^ % ta dal fatto che un angolo radiale (52) formatlk dal raggio del corpo fresa passante per il vertice del tagliente di un inserto con la retta parallela alla base dell'inserto, e pure passante per il vertice dell'inserto, è di ampiezza non inferiore a 10° .

3- Fresa secondo la rivendicazione 1, e dove il gradine con sede (12) di appoggio e fissaggio di un inserto su un livello si congiunge al gradino con sede contigua di appoggio e fissaggio di un inserto su un livello successivo con una parete o alzata (14), caratterizzata dal fatto che su detta parete o alzata tra due gradini contigui è presente una cavità (15) nella quale rientra una parte dell'inserto posto sul livello adiacente, in modo che gli inserti su un livello adiacente siano in parte nascosti sotto gli inserti su un livello differente.

4. Fresa secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il tagliente è impegnato nel taglio con pieno spessore del truciolo per una lunghezza inferiore a quella del tagliente dell1inserto .

5- Fresa secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzata dal fatto che la rientranza assiale di un inserto rispetto all inserto adiacente può essere di ampiezza diversa a seconda del diverso livello assiale dell'inserto.

6. Fresa ad inserti taglienti con elevata altezza di taglio, come sostanzialmente sopra descritta, illustrata e rivendicata per gli scopi specificati

D E S C R I Z I O N E

"FRESA AD INSERTI TAGLIENTI CON ELEVATA ALTEZZA DI TAGLIO"

La presente invenzione è diretta, alle frese ad inserti taglienti con elevata altezza Co profondità) di taglio, nella pratica denominate anche "frese a riccio" -Le frese ad inserti con elevata altezza di taglio vengono impiegate in alternativa a quelle con taglienti continui allo scopo di ridurre i costi di esercizio e di manutenzione.

Nella seguente descrizione vengono usati i concetti e la relativa terminologia secondo le norme nazionali ed internazionali, oppure secondo quanto in uso nella pratica industriale.

Le frese con forte altezza di taglio vengono impiegate prevalentemente nella contornatura o comunque nei casi in cui la profondità di taglio assiale è molto prevalente su quella radiale, cioè sulla larghezza di fresatura. Tali condizioni d'impiego richiedono, al fine di ridurre le dannose sollecitazioni ad urto o di ampiezza fortemente variabile, un relativamente elevato numero di taglienti ed una conformazione "elicoidale", con accentuato angolo di inclinazione assiale, dei taglienti stessi, come è ben noto dalle frese in acciaio, dalle frese con taglienti in metallo duro brasati e dalle frese con lame in metallo duro fissate meccanicamente.

In materia di frese con elevata altezza di taglio ad inserti, allo stato attuale della tecnica esistono due esecuzioni fondamental i-Una prima esecuzione prevede inserti disposti secondo eliche in senso orario o antiorario, distanziati l'uno dall'altro e con un "ricoprimento" dei vani tra inserto ed inserto ottenuto sfalsando gli inserti su un'elica rispetto a quelli sull'elica precedente. Di conseguenza un tagliente "intero" viene ad essere costituito dai taglienti degli inserti su due o più eliche.

Questa esecuzione ha il vantaggio di richiedere un numero di inserti inferiore a quello necessario per altre esecuzioni, ma presenta lo svantaggio di avere un numero di taglienti effettivi molto inferiore rispetto a quello di altre esecuzioni, rispettivamente ridotto alla metà, nel caso che il ricoprimento avvenga tra gli inserti su due eliche; ad un terzo, nel caso che avvenga tra gli inserti su tre eliche e cosi via. Pertanto, prestabilito l'avanzamento/tagliente sopportabile da un inserto, la velocità di avanzamento viene ad essere ridotta alla metà, ad un terzo, ecc. con conseguente aumento dei tempi e dei costi di produzione.

Una seconda esecuzione prevede ancora taglienti elicoidali, ma su di ogni elica inserti opportunamente adiacenti; nel caso di inserti positivi, con una piccolissima sovrapposizione consentita dalla presenza dell'angolo di spoglia inferiore di detti inserti; nel caso di inserti negativi, sfruttando per la continuità del tagliente ad elica con inclinazione negativa.

Questa seconda esecuzione prevede un più elevato numero di inserti, ma presenta anche un numero di "taglienti completi" superiore a quello della esecuzione precedente, consentendo così avanzamenti più veloci e quindi riduzione dei tempi e dei costi di produzione ■

ΝΘΙΙΘ frese che corrispondono alla seconda esecuzione, tuttavia, il truciolo tagliato dal tagliente di ogni inserto è praticamente largo come la lunghezza del tagliente dell'inserto, come è attestato anche dalla descrizione dei brevetti in tale settore- L'inserto tagliente può allora risultare sottoposto a sforzi spesso troppi elevati, con rischio di rottura del tagliente, specialmente nel caso di fresatura di acciai duri o di materiali di difficile lavorabilità o anche di dover ridurre l'avanzamento della fresa con conseguente, dannoso aumento dei tempi di produzione.

Per evitare questi rilevanti svantaggi sono state portate sul mercato frese che presentano sì eliche con inserti adiacenti, ma nei cui inserti sono presenti incavi che frazionano ogni tagliente e quindi il truciolo da essi tagliato, ricadendo però in tal modo in alcuni degli inconvenienti delle frese secondo la prima esecuzione.

In entrambe le esecuzioni, il piano che individua la faccia di taglio dell'inserto montato sulla fresa, cioè il piano contenente i vertici dei taglienti parallelo al piano di base dell'inserto, è pressoché radiale (come anche descritto ed indicato o addirittura rivendicato nella letteratura brevettuale ), cioè passante per l'asse di rotazione della fresa. La presente invenzione è diretta ad ovviare agli svantaggi delle esecuzioni di frese ad inserti con elevata altezza di taglio note allo stato della tecnica, offrendo nel contempo vantaggi superiori a quelli di dette esecuzioni.

L'invenzione si fonda su due caratteristiche Principal i :

- eliminazione della presenza delle "eliche" con la introduzione del concetto di "taglienti a gradin i " : e

i nt roduz i one del concetto di posizione del piano della faccia di taglio parallelo al piano radiale, ma molto più alto (in avanti) nel senso della direzione di taglio-Queste caratteristiche si rispecchiano nella rivendicazione 1 e nelle altre rivendicazioni dipendenti che seguiranno.

Queste caratteristiche sono particolarmente vantaggiose nel caso di impiego di inserti dotati di un foro centrale per il fissaggio degl inserti alla fresa, nei rispettivi alloggiamenti (detti comunemente "sedi") mediante viti. Essendo l'impiego di tali inserti oggi estremamente diffuso, l'invenzione si riferisce particolarmente a frese previste per

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Fresa ad inserti forati con elevata altezza (o profondità) di taglio, comprendente un corpo fresa cilindrico (10), degli inserti taglienti (11) su diversi livelli in direzione assiale a partire da un'estremità frontale di detto corpo, e dove ogni inserto è appoggiato con la sua base e fissato su una sede (12) in un vano di scarico del truciolo ricavato in detto corpo, caratterizzato dal fatto che gli inserti (11) dei diversi livelli, e corrispondentemente le rispettive sedi (12), sono disposti secondo gradini la cui altezza media, escluso lo spessore dell'inserto relativo al gradino o sede. non è inferiore allo spessore dell'inserto.
2. Fresa secondo la rivendicazione 1. caratterizza-· ta dal fatto che un angolo radiale (52) formatlk^ dal raggio del corpo fresa passante per il vertice del tagliente di un inserto con la retta parallela alla base dell'inserto, e pure passante per il vertice dell'inserto, è di ampiezza non inferiore a 10° .
3- Fresa secondo la rivendicazione 1, e dove il gradine con sede (12) di appoggio e fissaggio di un inserto su un livello si congiunge al gradino con sede contigua di appoggio e fissaggio di un inserto su un livello successivo con una parete o alzata (14), caratterizzata dal fatto che su detta parete o alzata tra due gradini contigui è presente una cavità (15) nella quale rientra una parte dell'inserto posto sul livello adiacente, in modo che gli inserti su un livello adiacente siano in parte nascosti sotto gli inserti su un livello differente.
4. Fresa secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il tagliente # impegnato nel taglio con pieno spessore del truciolo per una lunghezza inferiore a quella del tagliente dell'inserto .
5- Fresa secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzata dal fatto che la rientranza assiale di un inserto rispetto all inserto adiacente può essere di ampiezza diversa a seconda del diverso livello as siale dell'inserto.
6. Fresa ad inserti taglienti con elevata altezza dì taglio, come sostanzialmente sopra descritta, illustrata e rivendicata per gli scopi specificati.