PL174518B1 - Frez - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazkujest frez do mechanicznego łamania wiórów z kasetą, która winna być umocowana na frezie w odpowiednich rowkach.

W związku z tym, że frez zawiera mechanicznie połączone wkładki tnące, rosną trudności w jego pozycjonowaniu, gdy potrzebna jest duża precyzja, w celu zachowania gładkości powierzchni obrabianego elementu i długotrwałej pracy maszyny. Zachowanie żądanej gładkości powierzchni powoduje konieczność pozycjonowania wkładek tnących z możliwie największą dokładnością, w szczególności w kierunku osiowym. Jeśli pozycjonowanie w kierunku osiowym nie jest dostatecznie precyzyjne, powstaje luz osiowy, który podczas ruchu obrotowego powoduje pogorszenie gładkości powierzchni.

Na przykład w przemyśle maszynowym, frezy o gęstym skoku są używane przy frezowaniu bloków cylindrów i tym podobnych części. Przy tych zastosowaniach są postawione bardzo wysokie wymagania odnośnie gładkości powierzchni, wartości Ra - maksymalnie 1.5 gm, Rz pomiędzy 10 gm a 15 gm, Rmax - 10 gm i wartości WT pomiędzy 5 gm a 8 gm, są często wartościami wymaganymi. W celu zachowania kryteriów gładkości powierzchni, konieczne jest ustawienie krawędzi tnących z bardzo dużą dokładnością, jednocześnie względem współrzędnych ogólnych jak i względem innych krawędzi tnących. Tak więc, różnica w odległości względem osi, między dwoma krawędziami tnącymi nie może przekraczać kliku gm. Ogólnie

174 518 rzecz biorąc, wszystkie krawędzie tnące muszą leżeć na tej samej wysokości osiowej z tolerancją 4 mm, a zalecana jest dokładniejsza. Osiągnięcie tego jest praktycznie niemożliwe dla wkładek tnących ze stosunkowo grubymi powłokami, których grubość może dochodzić do 20 gm. Stąd, te różnice w grubości każdej z wkładek tnących, stwarzają konieczność osiągnięcia bardzo dokładnego ustawienia każdego z elementów tnących. Co więcej, jest oczywiście koniecznością aby, krawędzie tnące utrzymywały swoje dokładnie wyznaczone pozycje i nie poruszały się podczas gdy, działają na nie osiowo skierowane siły wywołane kontaktem z obrabianym materiałem. Oczywiście, ważne jest aby zachować dokładną pozycję tak radialną jak i kątową krawędzi tnących, jak i utrzymania jej dokładności, także po długim okresie użytkowania.

Wiele rozwiązań dokładnego osiowego pozycjonowania wkładek tnących i ich krawędzi tnących nasuwa się samo przez się. Jakkolwiek, każda z nich obarczona jest kilkoma wadami, takimi jak skomplikowana konstrukcja z wieloma oddzielnymi częściami, czy też niesatysfakcjonująca dokładność pozycjonowania. Opis kilku z tych znanych rozwiązań jest przedstawiony poniżej.

SE-C-189 159 ukazuje frez zawierający osiowo ustawialne kasety, które mogą być ustawione przez dwa kliny. Pozycjonowanie osiowe jest uzyskiwane przez naciśnięcie kasety ręcznie, na przykład kciukiem, w żądane położenie, w którym to może on zostać zablokowany przez kliny. Jak łatwo zauważyć, żadna dokładność nie może zostać w ten sposób osiągnięta. Co więcej mechanizm mocujący składa się z przynajmniej z czterech oddzielnych części, które komplikują mocowanie.

DE-A-3 530 745 przedstawia kasetę, która może być we frezie osiowo pozycjonowana przez mechanizm śrubowy z gwintem różnicowym 5. Jakkolwiek, także ta konstrukcja cierpi z uwagi na niedostateczną dokładność pozycjonowania i co więcej, wykonanie frezu jest znacznie skomplikowane przez fakt że, wnęka kasety nie ciągnie się przez całą długość wspomnianego frezu. Co więcej, dostępność śruby z gwintem różnicowym 5, jest ograniczona ponieważ jej główka jest skierowana w dół nie w kierunku otworu i łatwo dostępnej powierzchni okalającej frez.

DE-A3 327 478 posiada także wadę w postaci nie możności cofnięcia kasety na wskroś. Co więcej, dokładność pozycjonowania osiowego jest niedostateczna ponieważ główka śruby regulującej posiada zbyt szeroki rowek, co powoduje plastyczną deformację śruby i pogorszenie się precyzji ustawienia krawędzi tnących.

Tak więc, podstawowym celem wynalazku jest stworzenie wielozębatego frezu, który umożliwia bardzo precyzyjne osiowe pozycjonowanie krawędzi tnących.

Innym zadaniem jakie zostało postawione przed wynalazkiem jest stworzenie wielozębatego frezu, który by zawierał możliwie najmniej oddzielnych elementów.

Kolejnym celem postawionym przed wynalazkiemjest zapewnienie, bezwzględnie bezluzowego, mocowania kaset wsadowo-mocujących w rowkach, zarówno radialnie jak i osiowo czy też kątowo.

Te jak i inne cele zostały osiągnięte w zaskakująco prosty sposób przez skonstruowanie freza według wynalazku.

Frez do mechanicznego łamania wiórów zawierający bryłę frezu, o kształcie obrotowym oraz posiadający kilka kaset, utrzymujących wkładki tnące, przy czym każda kaseta jest umieszczona w rowku, na brzegu bryły frezu i jest przystosowana do mocowania w rowku za pomocą dwóch śrub mocujących, a każda śruba mocująca jest umieszczona w otworach w kasecie, przy czym otwory te są wydłużone w kierunku podłużnym kasety, tak aby umożliwić pozycjonowanie osiowe kasety w rowku według wynalazku charakteryzuje się tym, że wgłębienie jest umieszczone pomiędzy dwiema śrubami mocującymi, po tej stronie kasety, która zwrócona jest w kierunku osi obrotu bryły frezu, które to wgłębienie jest prostopadłe do osi obrotu frezu, tak że mimośród jest umieszczony, swoją główką, we wgłębieniu, przy czym kaseta ma otwory usytuowane z jednej strony we wgłębieniu dając dostęp do główki mimośrodu, przy czym każda śruba mocująca jest wkręcana pod kątem do promienia bryły frezu, tak że kaseta jest dociskana w kierunku obrotu, do wewnętrznego narożnika rowka.

Korzystnym jest też, że rowek kasety jest osiowy i ciągnie się na całej długości bryły frezu, od góry do dołu.

174 518

Korzystnym jest także, że otwór, który prowadzi do wgłębienia w kasecie ma mniejszą średnicę niż główka mimośrodu, tak więc zabezpiecza go przed wypadnięciem na zewnątrz.

Korzystnym jest również, że każda kaseta na swojej górnej części ma przymocowaną wymienną wkładkę tnącą, która korzystnie ma dodatni kąt natarcia względem elementu obrabianego.

Ponadto korzystnym jest, że każdy z otworów w kasecie do wprowadzania śrub mocujących, zawiera odcinek o większej średnicy, w celu schowania główki śruby mocującej, przy czym każdy z otworów jest ustawiony pod kątem do promienia bryły frezu.

Wreszcie korzystnym jest, że każdy wewnętrzny narożnik kasety posiada kąt w granicach pomiędzy 90,05 a 92,5°.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rzut perspektywiczny freza, na którymjedna kaseta została przedstawiona w postaci rozłożonej, fig. 2 - boczny widok kasety, fig. 3 - widok z przodu tej kasety, fig. 4 - widok z góry wspomnianej kasety, fig. 5 - widok z góry połowy frezu.

Na fig. 1 przedstawiony jest frez o podstawowym cylindrycznym kształcie, w całości oznaczony numerem 1. Jego średnica może w zasadzie wahać się pomiędzy 50 a 700 mm, korzystnie pomiędzy 50 a 500 mm, a najlepiej pomiędzy 80 a 400 mm. Na spodzie bryły frezu znajduje się, oddzielna cylindryczna część mocująca 9, służąca do połączenia frezu z wałem napędowym. Na bryle freza znajdują się rowki 3, które utrzymują kasety 4. Pomiędzy dwoma sąsiednimi kasetami 4, na górze freza, znajdują się niewielkie nie wykorzystane przestrzenie 10. Ze względów wykonawczych rowki 3, są wykonane na całej długości freza, jednak nie jest to konieczne. Jeżeli rowki 3 są na przestrzał, mogą być stosunkowo łatwo rozwiercone czy wyfrezowane. Tylna powierzchnia 17 rowka 3, jest w zasadzie prostopadła do jego bocznych ścian 16. Tylna powierzchnia 17 stanowi powierzchnię oparcia dla kasety 4, podczas gdy ściany boczne 16 podtrzymują tę samą kasetę 4. Liczba rowków 3 waha się i zależy od średnicy freza jak i od zaprojektowanego skoku. Zilustrowany przykład wykonania odnosi się- do freza o średnicy 103 mm i dziesięciu rowkach. Oczywiście, nie wszystkie rowki muszą być wyposażone w kasety. Tak więc, czasami niesymetryczne ustawienie kaset, może zostać zastosowane w celu redukcji wibracji.

Kasety są mocowane w rowkach 3, przez jedną do czterech, korzystnie przez dwie, śruby mocujące 6 i 7. Każda śruba mocująca może być wyposażona w sześciokątny otwór w główce w celu jej dokręcenia odpowiednio ukształtowanym kluczem. Każda kaseta jest wyposażona w przelotowe otwory 12 do wkładania śrub mocujących 6 i 7. Co więcej, każdy otwór 12 zawiera odcinek 13 o średnicy większej niż pozostała część otworu. Odcinek 13 jest wykonany w taki sposób aby mogła tam zmieścić się główka śruby 6,7.

Jak najlepiej widać z fig. 5, krawędzie tnące opisane w przedstawionym przykładzie wykonania posiadają ujemne kąty radialne λ zawarte w przedziale <0 a -20°, wygodniej aby były z przedziału -3 a -17°, a korzystnie pomiędzy -7 a -13°, wszystkie z nich mają takie same znaczenie. Ujemny kąt radialny krawędzi tnących jest uzyskiwany przez wytworzenie rowków 3 z odpowiednim nachyleniem radialnym. Strona z krawędzią tnącą wkładki tnącej 5 jest równoległa do odpowiadającej jej strony kasety 4.

Stabilność zamocowania kasety w bryle freza 1, jest zapewniona przez fakt że, śruby mocujące 6 i 7 są usytuowane nie promieniście w stosunku do radialnych wypustek kasety 4 i rowka 3. Na fig. 5, kąt ten jest oznaczony a. Może on być również opisany jako kąt pomiędzy normalną powierzchnią 17, a osiowym kierunkiem śruby mocującej. Przez taki układ kątowy, kaseta 4 jest przyciskana w kierunku przeciwnym do narożnika H. W odpowiedni sposób są wykonane w kasecie otwory 12 i odcinki 13 otworów 12, pod takim samym kątem, w stosunku do powierzchni bocznych kasety. Kąt a jest z przedziału 1 a 13°, wygodnie aby był z przedziału 2 a 10°, a korzystnie z przedziału 4 i 8°.

W celu nadania kasecie 4, a co za tym idzie krawędziom tnącym, dobrze określonej pozycji, kaseta 4 została ukształtowana pod kątem, który w pewnym stopniu przekracza odpowiedni kąt w narożniku H. Co więcej, zgodnie z rysunkiem narożnik H jest wyposażony w ścin naroża. Jednakże, odpowiedni narożnik rowka 3 jest ukształtowany pod odpowiednim kątem. Odkąd tył kasety oprze się o tylną powierzchnię 17 rowka 3, powstanie pomiędzy rowkiem 3 a kasetą 4,

174 518 wąska szczelina w kształcie klina, której najszersza część znajdzie się w narożniku H, a pozostała część będzie zwężać się w kierunku zewnętrznym, aż zaniknie. Linia oparcia jest osiągnięta na powierzchni okrywającej frez, wzdłuż zewnętrznej krawędzi kasety 4, w tym samym momencie na jej tylnej krawędzi, patrząc w kierunku obrotu, i na bocznej ścianie 16, (w kierunku obrotu), powierzchni rowka. W ten sposób jest statycznie i dobrze określona pozycja kasety 4 przez przymocowanie śrubami 6,7 jest ona w kontakcie zjednej strony, z tylną powierzchnią 17, rowka 3, zjej powierzchnią oparcia powyżej i poniżej wgłębienia na główkę śruby 23, aż drugiej strony z zewnętrzną powierzchnią freza przez linię oparcia. Oczywiście, linia” oparcia ma określoną szerokość ale może być uważana jako definicyjna linia. Rzeczywista szerokość linii oparcia nie przekracza 0,5 mm. Kąt narożnika kasety 4 w narożniku H jest z przedziału >90 (na przykład 90,05) i 92.5°, odpowiedni jest pomiędzy 90,1 a 91,5°, a korzystny, pomiędzy 90,1 i 90,5°. Jeśli narożnik H kasety 4 jest rzeczywiście prostokątny, tak jak znane dotąd ze stanu techniki, wtedy szczelina i statyczność mocowania mogą łatwo wzrosnąć.

Odcinki 13 otworów 12 nie są dokładnie okrągłe ale posiadają większe rozszerzenie w kierunku osiowym niż w kierunku do niego prostopadłym. Celem takich zabiegów jest oczywiście umożliwienie ruchu kasety 4 w kierunku osiowym, który może zostać zrealizowany przez obracanie mimośrodu 8. Mimośród 8 zawiera gładką cylindryczną część 22 i główkę 23, która jest umocowana niecentrycznie na części 22. Podczas zamocowania niecentryczna główka 23 znajduje się wewnątrz wydłużonego wgłębienia 14 rowka 3, z tyłu kasety 4. Szerokość tego rowka odpowiada średnicy główki 23. Co więcej, kaseta jest wyposażona w otwór 15, który kończy się w rowku 14, na przeciw główki 23. Aby uchronić mimośród 8 od wypadnięcia przez otwór 15, ten ostatni ma mniejszą średnicę niż główka 23 mimośrodu 8. W ten sposób mimośród 8 jest skutecznie i bezpiecznie utrzymywany w odpowiednim mu otworze w bryle freza 1, a jednocześnie może być łatwo użyty przez włożenie sześciokątnego klucza w otwór 15.

Pozycjonowanie osiowe kasety 4 jest wykonywane po pierwsze przez odkręcanie śrub mocujących 6, 7 i następnie przekręcanie mimośrodu 8 dopóki nie zostanie osiągnięta żądana wysokość krawędzi tnących, względem osi obrotu. Wysokość ta jest mierzona mikrometrem. Zależnie od stopnia niesymetryczności umieszczenia główki 23, kaseta 4 może zostać przesunięta od 0,05 do 3 gm, a w szczególnym przypadku 0,05 do 1 gm. Gdy wcześniej ustalona wysokość zostanie osiągnięta, śruby mocujące 6,7 są dokręcane ponownie. W ten prosty sposób krawędzie tnące mogą zostać poddane regulacji w zakresie do 2 gm. Pozwala to osiągnąć bardzo gładkie powierzchnie. Tak więc, na głębokości frezowania około 0,5 gm i obciążenia jednego zęba pomiędzy 0,05 a 0,25 gm, wartość Ra - wynosi 0,6 gm. W przeciwnym razie, tak niska wartość Ra może zostać osiągnięta jedynie przez szlifowanie.

Na górnej części kasety 4 przewidziane jest umieszczenie wkładki tnącej 5, która jest przymocowana śrubą 11. Korzystnie jest aby kieszeń miała trzy powierzchnie oparcia 18, 19, 19 w celu zapewnienia, statycznie dobrze określonej pozycji wkładki tnącej 5. Korzystnie jest gdy, wkładka tnąca 5 jest zamocowana osiowo, tak jak to widać na rysunkach. Sposób ten umożliwia łatwy dostęp podczas instalacji, gdy główka śruby 11 zwrócona jest w kierunku otwartej przestrzeni ponad bryłą freza 1.

Geometria wkładki tnącej 5 nie jest częścią tego wynalazku. Jednak w celu zmniejszenia składowej obwodowej siły skrawania, kąt natarcia powinien być dodatni oraz powinno być zagwarantowane odpowiednie przyłożenie. Wymagane przyłożenie jest normalnie utrzymywane przez przechylenie dolnej powierzchni wkładki tnącej w kierunku płaszczyzny radialnej przechodzącej przez frez 1. Odnośnie fig. 3 w ten sposób został osiągnięty kąt przyłożenia z przedziału 5 a 15°, korzystny równy 7°, pomimo faktu że, wyższy i niższy bok wkładki tnącej 5 są płaskie i równoległe oraz kąt natarcia jest z przedziału 5 i 20°, korzystny około 8°.

Tak więc, w związku z powyższym, pomimo ujemnego kąta natarcia jest także możliwe, obrabianie dodatnio ukształtowanych brył geometrycznych. To sprawia że ukazuje się kilka zalet wynalazku, takich jak minimalizacja zniszczeń krawędzi, małe siły tnące i niski stopień wydzielania się ciepła oraz możliwość obróbki mechanicznej elementów cienkościennych. Kolejną zaletą jest fakt że, specjalny uchwyt nie musi być przewymiarowywany, co obniża koszty wyposażenia.

174 518

Kąt promieniowy krawędzi tnącej 5 może się wahać od ujemnych do dodatnich wartości, zalecany jest ujemny. Ponieważ, wióry są przenoszone znacznie łatwiej przy ujemnych kątach po prostu wióry są odrzucane na zewnątrz. Na dodatnich kątach promieniowych, wióry mogą być wepchnięte do wewnątrz co może powodować gromadzenie się wiórów i zakłócać proces obróbki oraz może spowodować uszkodzenie powierzchni obrabianego elementu.

Zgodnie z rysunkami, wkładka tnąca 5 jest dwustronna, zawiera dwie krawędzie tnące 20 na każdej stronie. Dwie krawędzie tnące 20 na tej samej stronie są umieszczone wzdłuż dwóch przeciwnych krawędzi. Dwie krawędzie tnące 20 na tej samej stronie są umieszczone pod kątem 90° względem krawędzi tnących 20 umieszczonych na drugiej stronie, tak że, wkładka tnąca 5 musi zostać przekręcona o 1/4 obrotu aby ustawić nowe ostrze w pozycji gotowej do pracy. Wkładka tnąca 5 zgodna z przykładem wykonania została także wyposażona w płaszczyzny narożne 21. Ważną zaletą tych wkładek jest to, że zawierają cztery krawędzie tnące 20 co poprawia znacząco ekonomikę obróbki.

Odkąd każda pojedyncza krawędź tnąca może być osiowo pozycjonowana z ogromną precyzją, wynalazek jest dobrze przystosowany do używania wkładek tnących o różnych grubościach. Tak więc, wkładka z grubą powłoką i/lub powłoki PVD (PVD-Physical Vapour Deposition, Powłoki naparowywane próżniowo), których to grubości mogą być zróżnicowane od 20 do 30 gm, jest odpowiednia do zastosowania w wynalazku. Także wkładki przeszlifowane, wkładki diamentowe i wkładki zawierające kryształy azotku boru są odpowiednie do użycia w wynalazku.

Oczywiste jest, że wynalazek umożliwia osiągnięcie dużej precyzji pozycjonowania krawędzi tnących za pomocą jak najmniejszej ilości elementów. Jeśli pominąć śruby i wkładki tnące, które to elementy są znane z dotychczasowych konstrukcji, tylko jeden element jest wymagany mianowicie, kaseta sama w sobie. Pomimo takich uproszczeń, gładkość powierzchni odpowiada wartości 0.6 gm współczynnika Ra, z zachowaniem dobrej powtarzalności, a niekiedy wartość tego współczynnika spadała do 0.3 gm.

Kolejną zaletą wynalazku jest, że pozycjonowanie osiowe nie ma żadnego wpływu na pozycjonowanie kątowe. Cecha ta powoduje, że wszystkie ostrza dookoła bryły frezu będą pracować równo skutecznie i będą zbierać dokładnie taką samą ilość materiału, co umożliwia jednolite zużywanie się i optymalny czas życia tych elementów.

174 518

174 518

t 19 ,Η

FIG. 3

FIG. 4

174 518

174 518

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Frez do mechanicznego łamania wiórów zawierający bryłę frezu, o kształcie obrotowym oraz posiadający kilka kaset, utrzymujących wkładki tnące, przy czym każda kaseta jest umieszczona w rowku, na brzegu bryły frezu i jest przystosowana do mocowania w rowku za pomocą dwóch śrub mocujących, a każda śruba mocująca jest umieszczona w otworach w kasecie, przy czym otwory te są wydłużone w kierunku podłużnym kasety, tak aby umożliwić pozycjonowanie osiowe kasety w rowku, znamienny tym, że wgłębienie (14) jest umieszczone pomiędzy dwiema śrubami mocującymi (6, 7), po tej stronie kasety (4), która zwrócona jest w kierunku osi obrotu bryły frezu, które to wgłębienie (14) jest prostopadłe do osi obrotu frezu, tak że mimośród (8) jest umieszczony, swoją główką (23), we wgłębieniu (14), przy czym kaseta (4) ma otwory (15) usytuowane z jednej strony we wgłębieniu (14) dając dostęp do główki (23) mimośrodu (8), przy czym każda śruba mocująca (6, 7) jest wkręcana pod kątem do promienia bryły frezu, tak że kaseta jest dociskana w kierunku obrotu, do wewnętrznego narożnika (H), rowka (3).
2. 2. Frez według zastrz. 1, znamienny tym, że rowek (3) kasety jest osiowy i ciągnie się na całej długości bryły frezu, od góry do dołu.
3. 3. Frez według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór (15), który prowadzi do wgłębienia (14) w kasecie ma mniejszą średnicę niż główka (23) mimośrodu, tak więc zabezpiecza go przed wypadnięciem na zewnątrz.
4. 4. Frez według zastrz. 1, znamienny tym, że każda kaseta (4) na swojej górnej części ma przymocowaną wymienną wkładkę tnącą (5), która korzystnie ma dodatni kąt natarcia względem elementu obrabianego.
5. 5. Frez według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z otworów (12) w kasecie (4) do wprowadzania śrub mocujących (6, 7), zawiera odcinek (13) o większej średnicy, w celu schowania główki śruby mocującej (6, 7), przy czym każdy z otworów (12) jest ustawiony pod kątem do promienia bryły frezu.
6. 6. Frez według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy wewnętrzny narożnik (H) kasety (4) posiada kąt w granicach pomiędzy 90,05 a 92,5°.