PL174998B1

PL174998B1 - Nóż tokarski z wymiennym ostrzem

Info

Publication number: PL174998B1
Application number: PL94310635A
Authority: PL
Inventors: Thomas Hedlund
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1998-10-30
Also published as: DE69406433D1; JP3375963B2; ATE159441T1; SE9300890D0; KR100299472B1; PL310635A1; CN1119419A; RU2107587C1; KR960700846A; CN1046225C; SE9300890L; SE501914C2; US5688080A; EP0689487A1; EP0689487B1; WO1994021408A1; DE69406433T2; JPH08507723A

Abstract

1. Nóz tokarski z wymiennym ostrzem do obróbki przedmiotów metalowych, w szczególnosci do zlobkowania i odcinania, zawierajacy ostrze z wkladka tnaca i chwyt, polaczone ze soba w sposób umozliwiajacy wymiane ostrza, w którym zarówno ostrze jak i chwyt posiadaja czesci laczace przysto- sowane do laczenia sie ze soba, znamienny tym, ze czesc laczaca ostrza (2), zawiera klinowy rowek (13) a czesc laczaca chwytu zawiera czesc klinowa (18) dopasowana do rowka (13), przy czym czesc klinowa (18) ma nastawialna wysokosc (hx), której wielkosc okresla szerokosc czesci klino- wej (18), przy czym ruchomy klin opiera sie o powierzchnie kontaktowa czesci klinowej (18), naprzeciw klinowego rowka (13). Fig . 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nóż tokarski z wymiennym ostrzem przeznaczonego do żłobkowania i odcinania. Urządzenie zawiera ostrze z wkładką tnącą i wymienny dołączany trzonek. Zarówno ostrze jak i trzonek zawierają, pasujące do siebie elementy łączące.

Znanych jest kilkadziesiąt noży tokarskich przeznaczonych do żłobkowania i odcinania, zgodnie z nimi, nóż zawiera trzonek i ostrze z wkładką tnącą połączone w odpowiedni sposób. Tak więc, w SE-B-417 066 przedstawia nóż, który zawiera ostrze z wkładką tnącą przymocowane do trzonka za pomocą śruby. Śruba ta jest włożona w otwór znajdujący się w ostrzu, a następnie jest wkręcana w nagwintowany otwór znajdujący się w chwycie. W celu uzyskania dobrego pozycjonowania i odpowiedniej stabilności połączenia, na jednej stronie ostrza umieszczony jest klin pasujący do

174 998 odpowiedniego rowka na powierzchni trzonka. Jakkolwiek okazało się, że taka konstrukcja nie zapewnia żądanej maksymalnej stabilności połączenia, podczas obróbki twardych i średnio twardych materiałów. Z tego powodu klin jak i odpowiadający mu rowek muszą być wykonane z ogromną precyzją a i tak powstaje pewien luz, w szczególności po długim czasie użytkowania.

EP-A-300 544 opisuje nóż, w którym każda z dwóch sąsiednich krawędzi znajdujących się na trzonku posiada wystające elementy, które mają za zadanie przymocować i ustabilizować ostrze z wkładką tnącą. Także ta konstrukcja wymaga małych naddatków na średnicy i dokładnego szlifowania. I mimo tego, pewien luz łatwo powstaje po pewnym czasie użytkowania. Ten luz może powodować odkształcenia przeważnie na przedniej części dolnego klina, gdzie obie składowe promieniowa i kątowa dodają się. Co więcej konstrukcja charakteryzuje się słabym utrzymywaniem położenia złącza ostrza, odkąd trzonek obejmuje oba boki ostrza, trzonek musi być szerszy od ostrza. Z tych powodów, taka konstrukcja nie może być używana przy wykonywaniu większych rowków lub odcinania większych elementów.

Także szwedzki patent 9102262-4 odnosi się do noża przeznaczonego do żłobkowania i odcinania, zawiera on wymienny element z wkładką tnącą i trzonek, który może zostać do niego przymocowany. Część wymienna zawiera ostrze z wkładką tnącą, oraz drugą część mocującą prostopadłą do ostrza. Obie części, ostrze i część mocująca, posiadają otwory na śruby, które mocują element wymienny do trzonka. Te wzajemnie prostopadłe połączenie wprowadza duże wymagania odnośnie precyzji wykonania otworów na śruby zarówno w elemencie wymiennym jak i w bryle trzonka. Także tutaj może powstać, stopniowo luz pomiędzy elementem wymiennym a trzonkiem, podczas dłuższego użytkowania.

Pierwszym celem przedstawionego wynalazku jest konstrukcja noża tokarskiego przeznaczonego do żłobkowania i odcinania, w którym luz pomiędzy trzonkiem a wymiennym ostrzem jest zredukowany do minimum, lub jest nawet całkowicie wyeliminowany.

Drugim celem przedstawionego wynalazku jest umożliwienie połączenia pomiędzy trzonkiem a ostrzem, które jest trwałe i wolne od luzów, ale nie wymaga wielkiej precyzji wykonania, tak jak przedstawione powyżej przykłady rozwiązań.

Kolejnym celem wynalazku jest - produkcja noża tokarskiego o trwałym i wolnym od luzów połączeniem pomiędzy ostrzem a trzonkiem, po możliwie najniższych kosztach.

Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie noża tokarskiego o połączeniu pomiędzy ostrzem a trzonkiem, w którym to odpowiednie wymiary powierzchni oporowych zostały dopasowane do wielkości sił pojawiających się na tych powierzchniach.

Innym celem wynalazku jest dostarczenie noża tokarskiego, którego połączenie pomiędzy ostrzem a trzonkiem pozwala na długie obciążanie, zachowując optymalne warunki obróbki.

Nóż tokarski z wymiennym ostrzem do obróbki przedmiotów metalowych, w szczególności do żłobkowania i odcinania, zawierający ostrze z wkładką tnącą i chwyt, połączone ze sobą w sposób umożliwiający wymianę ostrza, w którym zarówno ostrze jak i chwyt posiadają części łączące przystosowane do łączenia się ze sobą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że część łącząca ostrza, zawiera klinowy rowek a część łącząca chwytu zawiera część klinową dopasowaną do rowka, przy czym część klinowa ma nastawialną wysokość, której wielkość określa szerokość części klinowej, przy czym ruchomy klin opiera się o powierzchnię kontaktową części klinowej, naprzeciw klinowego rowka.

Istnieją dwa warianty części łączącej chwytu. Według pierwszego, powierzchnia części łączącej chwytu jest równoległa do osi chwytu, a według drugiego, powierzchnia części łączącej chwytu jest prostopadła do osi chwytu.

Korzystnym jest, że w części klinowej, znajduje się wcięcie, w którym jest umocowany ruchomy klin za pomocą podwójnej śruby.

Korzystnym jest także, że chwyt zawiera powierzchnię oporową, poniżej części klinowej, przy czym część klinowa zawiera górną powierzchnię oporową, a ruchomy klin ma dolną powierzchnię oporową.

17-4998

Względne wymiary powierzchni oporowych są proporcjonalne do odpowiednich sił działających na każdą z nich, przy czym względne szerokości powierzchni oporowych są proporcjonalne do odpowiednich sił działających na każdą z tych powierzchni.

Korzystnym jest również, że przedni górny róg części klinowej jest zaokrąglony.

Ponadto ostrze zawiera węższą przednią część utrzymującą wkładkę tnącą i grubszą część łączącą, przy czym część łącząca zawiera promieniową powierzchnię hamującą, która jest prostopadła do osiowo wystającego ostrza, a górna powierzchnia oporowa klinowego rowka, jest szersza niż dolna powierzchnia oporowa klinowego rowka.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trzonek zgodny z wynalazkiem w rzucie perspektywicznym oraz śrubę i klin; fig. 2 - ostrze według wynalazku w rzucie perspektywicznym; fig. 3 - trzonek i ostrze według fig. 1 i 2 połączone ze sobą, w rzucie perspektywicznym; fig. 4 - taki sam trzonek jak na fig. 1, z połączeniem ustawionym równolegle do podłużnej osi trzonka; fig. 5 - trzonek z połączeniem ustawionym prostopadle do podłużnej osi trzonka; fig. 6 - trzonek z fig. 4, widok od przodu; fig. 7 - przekrój poprzeczny wzdłuż linii VII-VII na fig. 4; a fig. 8 i 9 alternatywne rozwiązania mocowania wkładki tnącej w ostrzu.

Na wszystkich figurach trzonek jest jednakowo oznaczony jako 1 a ostrze jako 2. Przednia część 3 ostrza 2, zawiera wkładkę tnącą 4 używaną do żłobkowania i odcinania. Zgodnie z przykładem wykonania na fig. 2 i 3, wkładka 4 jest mocowana we wcięciu 5 na przednim górnym rogu, gdzie działają siły poziome wywołane przez naturalne właściwości elastyczne materiału. Oczywiście, różne rodzaje tego mocowania mogą zostać zastosowane, tak jak to pokazuje fig. 8 i 9. Tak więc zgodnie z fig. 8, potrzebna siła dociskowa jest wytwarzana przez mocowanie śrubowe. To mocowanie zawiera górne ramię dociskowe 6, które jest ukształtowane przez szczelinę 7 w części ostrza. Ramię dociskowe 6 jest uruchamiane przez dokręcanie śruby 8, która skierowana jest przez ramię i wkręca się w część ostrza pod ramieniem. Niezbędna siła dociskowa może także zostać wytworzona przez zawiasopodobne rozwiązanie zgodnie z fig. 9. Zgodnie z tą konstrukcją, część 9 pomiędzy wcięciem na wkładkę tnącą, a szczeliną 10 działa jako zawias dla górnej części 12. Przykręcając śrubę 11 przez nagwintowany otwór w górnej części 12, przyciskamy ją do dolnej ściany szczeliny 10. Przez wkręcanie śruby 11, część 12 dociska wkładkę 4. Odkąd odległość od zawiasu 9 do dociskającej śruby 11 jest większa od odpowiadającej odległości do powierzchni oporowej dociskającej wkładkę, siła dociskowa powodowana przez śrubę będzie' wzrastać, zgodnie z zasadą dźwigni.

Tylna część ostrza, patrząc z kierunku cięcia, jest utworzona przez element łączący. W celu zagwarantowania dostatecznej stabilności i w celu wytworzenia klinowego rowka 13, ta część ostrza jest szersza niż część przednia 3. Powierzchnia pod klinowym rowkiem 13 ma wycięcie 14. Dolna powierzchnia oporowa 29 jest utworzona przez klinowaty rowek 13, którego powierzchnia jest węższa niż górna powierzchnia oporowa 30. Dalej, półka 15 jest tak ukształtowana, że tworzy powierzchnię oporową dla sił skierowanych radialnie, występujących podczas obróbki elementu. Co więcej część łącząca ostrza jest wyposażona w trzy gładkie otwory 16a, 16b i 16c do wkładania śrub mocujących. Część każdego z tych otworów może mieć poszerzoną średnicę w celu ukrycia główek śrub mocujących. Otwór 17 jest przewidziany do wkładania klucza regulującego śrubę podwójną lub' śrubę różnicową 28.

Zgodnie z fig. 4, jedna lub -dwie pionowe jściiany,' przedniej i^^^c^r^kca 1 , są ukształtowane tak jak część łącząca; Ta część zawiera część klinową 18, pasującą do klinowego rowka 13, ostrza 2. W celu zapewnienia dobrego dopasowania klinów, relacja pomiędzy wysokością a górną szerokością klina powinna wynosić około 2:1. Zaczynając od dolnej części klina, wcięcie 19 jest przewidziane dla klina 20. Wcięcie 19 posiada nagwintowany otwór 21, oraz klin 20 posiada 'także nagwintowany otwór 22 do mocowania klina 20 przez podwójną śrubę 28. Podwójna śruba 28 ma dwie nagwintowane w przeciwne strony, części, odpowiednio do otworów 21 i 22. Tak więc, na przykład, część 23 śruby i otwór 22 w klinie, mają gwint lewy, podczas gdy część 24 śruby i otwór 21, mają gwint prawy. Zaokrąglona powierzchnia zewnętrzna klina powinna odpowiadać

174 998 zaokrąglonej powierzchni wcięcia 19. W celu zachowania ciągłego i nieprzerwanego kontaktu pomiędzy powierzchniami klina i wcięcia podczas ruchu klina, wzdłuż podłużnej osi podwójnej śruby, spowodowanego jej przekręceniem, powierzchnie kontaktu klina i wcięcia powinny być równoległe do osi podwójnej śruby oraz powinny ciągle i trwale do siebie przylegać. Do pewnego stopnia, jedna z tych części może mieć niewielki luz na gwincie.

Zgodnie z fig. 1, klin 20 i wcięcie 19 mają zaokrąglone powierzchnie oporowe. Ma to dwie zalety·:, z jednej st^iO^r^y/, nacisk od strony ostrza na powierzchnię B klina jest dokładnie rozłożony wzdłuż krzywej powierzchni oporowej, z drugiej strony, mniejsze poprawki mogą być spowodowane przez niewielkie przekręcanie klina 20 dookoła osi podwójnej śruby 28, jeśli górna i dolna powierzchnia rowka 13 nie są całkowicie równoległe. Jakkolwiek, jeśli zachodzi taka potrzeba, klin 20 i wcięcie 19, mogą być ukształtowane według innych podstawowych form geometrycznych. Tak więc, według fig. 4, klin i wcięcie mają podstawową formę kwadratu.

Tak jak wspomniano powyżej, ruchomy klin 20 może być przemieszczany wzdłuż podłużnej osi podwójnej śruby 28, przez przekręcenie tej ostatniej. Na przykład, przez przekręcenie podwójnej śruby na odległość ó w otwór 21, klin 20 przemieszcza się o odległość 2ó w tym samym kierunku. Jeśli skok śruby w odniesieniu do poziomu jest równy a to niższa powierzchnia B klina jest wtedy przesuwana o 2ósina pionowo. W praktyce, to pionowe przemieszczenie może wynosić około 0,5 mm. Jest to całkowicie pewny sposób wyeliminowania luzów poprzecznych, które mogą powstać pomiędzy rowkiem 13 i częścią klina 18. Ta nastawialna wysokość klina h_x oddziaływuje korzystnie na konstrukcję noża tokarskiego, zarówno, na jego wytwarzanie jak i użytkowanie podczas obróbki. Stąd, na przykład, części klina, 18 i rowka 13 mogą być wytworzone o aktualnej szerokości i z dużą tolerancją, porównaj h pa fig. 6. Z tego powodu można uniknąć kosztownej operacji szlifowania. Co więcej nóż staje się mniej wrażliwy na zmiany hartownicze, które mogą powstać w części ostrza jak i w samym chwycie. Dzięki całkowitemu oparciu o górną powierzchnię A klina, ta powierzchnia może wytrzymać duże obciążenia, możliwe jest jej skrócenie, ściśnięcie części łączącej lub też strefy łączącej. Co więcej, jest to korzystniejsze podczas kompensacji luzu przez ruchomy klin umieszczany raczej w trzonku niż części ostrza, odkąd trzonek nie musi być wymontowywany nawet w przypadku zniszczenia noża, które to obejmuje tylko część ostrza.

Siły promieniowa, osiowa i poprzeczna wywierane na połączenie podczas żłobkowania czy też odcinania mają różne wartości. Wbrew tej wiedzy, zgodnie ze stanem techniki różne łączące powierzchnie oporowe mające pochłaniać te różne składowe siły, nie były przystosowane do tych różnych naprężeń. W przeciwieństwie do nich, obecny wynalazek rozwiązuje ten problem i w zaskakująco prosty sposób przystosowuje rozmiary zaangażowanych powierzchni oporowych do działających na nie sił, zarówno na trzonku jak i na ostrzu.

Na figurach 4 i 5 różne powierzchnie na które działają siły, są oznaczone A, B, C, D i E. Nacisk wzdłuż osi na powierzchnię D i E jest w dużej mierze zależny od tego jak silnie dokręcimy śruby 25a, 25b i 25c. Korzystnie jest aby te śruby były ustawione z odpowiednim przesunięciem mającym na celu wywołania odpowiednich naprężeń w kierunku promieniowym, naprzeciw płaszczyźnie C.

Powierzchnia A powstrzymuje składową poprzeczną i moment, który jest wynikiem działających sił wynikających z równania równowagi.

Przy normalnych operacjach odcinania, z dobrym przybliżeniem można powiedzieć, że różnica pomiędzy siłą działającą na płaszczyzny A i B jest składową styczną siły poprzecznie zgodnie z:

Fa « Ft + Fb gdzie FAjest siłą działającą na powierzchnię A, Fb jest siłą działającą na powierzchnię B a Ft jest styczną siłą mącą.

Powierzchnia C podtrzymuje podstawowe siły z kierunku promieniowego. Pomimo tego, promieniowa płaszczyzna hamująca C zmniejsza siły działające na powierzchnie A i B, przez jej niskie usytuowanie i przez długie ramię dźwigni, od wysokości ostrza tnącego do powierzchni C.

174 998

Związek pomiędzy rozmiarami powierzchni A, B i C lub ich szerokościami a, b i c, jest proporcjonalny do obciążenia działającego na te powierzchnie i określa się zaokrąglonymi liczbami 6:3:1. Jakkolwiek w praktyce powierzchnie te są ukształtowane w relacjach powierzchni A:B:C lub ich szerokości a:b:c w stosunku 6:3:2, w celu zabezpieczenia noża przed uszkodzeniem. Ta optymalizacja wielkości poszczególnych obszarów przyczynia się do skrócenia i wzmocnienia połączenia oraz zmniejszenia ryzyka deformacji, w szczególności ostrza i narożników płaszczyzn oporowych w związku z przeciążeniem.

Na jej przodzie, górna powierzchnia oporowa A, części klinowej jest zakończona zaokrągloną częścią nosową 26, a jej koniec zakończony jest zaokrągloną, skierowaną do góry powierzchnią 27. Promień powierzchni 27 przodu części klinowej, poniżej części nosowej 26 i klinowego rowka, powinien być jednakowy, aby ograniczyć liczbę narzędzi potrzebnych do wykonania powierzchni łączących. Co więcej, zaokrąglony kształt części nosowej 26, posiada tę zaletę, że część przednia górnej powierzchni A klina, może wytrzymać duże obciążenie bez jakiegokolwiek ryzyka deformacji, która to mogłaby wystąpić w przypadku gdyby był on zakończony ostro.

W przeciwieństwie do niektórych wcześniejszych konstrukcji (np. wspomniany wcześniej EP-A-300 544) wysokość części łączącej ostrza, jest nieograniczona przez część łączącą trzonka. Ta różnica umożliwia tworzenie konstrukcji ze stosunkowo szeroką częścią łączącą w porównaniu z trzonkiem, co w połączeniu z bezluzowym połączeniem pomiędzy częścią klinową 18 a klinowatym rowkiem 13, opcjonalnie także w połączeniu z optymalizacją powierzchni oporowych A, B, C, pozwala obrabiać długie żłobki i ciąć głęboko. Tak więc, może to mieć na celu podwojenie długości części łączącej trzonka wykonanego z większości materiałów szczególnie tych wolnych od drgań. Co więcej, nóż tokarski według wynalazku może być użyty do osiowego żłobkowania i także do wykonywania wewnętrznych rowków, dzięki ścisłemu połączeniu pomiędzy ostrzem a trzonkiem.

Jak widać, zw^irta konfiguracja części łączącej może być ukształtowana na końcu powierzchni trzonka, prostopadle do podłużnej osi noża, w odniesieniu do fig. 5. Tak więc, to samo ostrze jest przymocowane wzdłuż długiej osi trzonka zgodnie z fig. 3, może być również przymocowane prostopadle do tego kierunku. Oczywiście daje to większą uniwersalność dla kliku rozwiązań, w szczególności, może zostać wybrany, dla struktury powierzchni łączącej trzonka, dowolny kąt w stosunku do jego osi, taki jak 30, 45, 60 i 75°.

Chociaż obecny wynalazek stwarza możliwość wykonania głębokich operacji, pomimo krótkiego elementu łączącego ostrze z trzonkiem, może być oczywiście używany do odcinania na mniejszych głębokościach. Jeśli zainstalowane jest krótkie ostrze z ostrą wkładką tnącą, to i tak wystarczy tylko jedna śruba mocująca, aby zapewnić dostateczne zamocowanie ostrza.

17-4998

174 998

Fig. 4

c

Fig. 7

i

174 998

16α

Fig. 2

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Nóż tokarski z wymiennym ostrzem do obróbki przedmiotów metalowych, w szczególności do żłobkowania i odcinania, zawierający ostrze z wkładką tnącą i chwyt, połączone ze sobą w sposób umożliwiający wymianę ostrza, w którym zarówno ostrze jak i chwyt posiadają części łączące przystosowane do łączenia się ze sobą, znamienny tym, że część łącząca ostrza (2), zawiera klinowy rowek (13) a część łącząca chwytu zawiera część klinową (18) dopasowaną do rowka (13), przy czym część klinowa (18) ma nastawialną wysokość (hx), której wielkość określa szerokość części klinowej (18), przy czym ruchomy klin opiera się o powierzchnię kontaktową części klinowej (18), naprzeciw klinowego rowka (13).
2. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia części łączącej chwytu jest równoległa do osi chwytu.
3. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia części łączącej chwytu jest prostopadła do osi chwytu.
4. Nóż tokarski według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w części klinowej (18), znajduje się wcięcie (19), w którym jest umocowany klin (20) za pomocą podwójnej śruby (28).
5. Nóż tokarski według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że chwyt zawiera powierzchnię oporową (C), poniżej części klinowej (18).
6. Nóż tokarski według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że część klinowa (18) zawiera górną powierzchnię oporową (A), a ruchomy klin (20) ma dolną powierzchnię oporową (B).
7. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że względne wymiary powierzchni oporowych (A, B, C) są proporcjonalne do odpowiednich sił działających na każdą z nich.
8. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że względne szerokości (a, b, c) powierzchni oporowych (A, B, C) są proporcjonalne do odpowiednich sił działających na każdą z tych powierzchni.
9. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że przedni górny róg części klinowej (18) jest zaokrąglony.
10. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że ostrze (2) zawiera węższą przednią część (3) utrzymującą wkładkę tnącą (4) i grubszą część łączącą, przy czym część łącząca zawiera promieniową powierzchnię hamującą (15), która jest prostopadła do osiowo wystającego ostrza.
11. Nóż tokarski według zastrz. 1, znamienny tym, że górna powierzchnia oporowa (30) klinowego rowka (13), jest szersza niż dolna powierzchnia oporowa (29) klinowego rowka (13).

* * *