RU2381874C1

RU2381874C1 - Bearing assembly of rotary tool

Info

Publication number: RU2381874C1
Application number: RU2008121335/02A
Authority: RU
Inventors: Мавлет Нигматович Гатитулин (RU); Мавлет Нигматович Гатитулин; Петр Германович Мазеин (RU); Петр Германович Мазеин; Сергей Дмитриевич Сметанин (RU); Сергей Дмитриевич Сметанин
Original assignee: Мавлет Нигматович Гатитулин
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-02-20
Also published as: RU2008121335A

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: bearing assembly includes housing in the form of fork with holes made in cheeks for bearings with shaft, cutting cups and fasteners. For enlarging process capabilities, cups are located on shaft inside and outside the cheeks. Housing can contain two to four cheeks. Fasteners can be located on both ends of shaft. Diametres of cutting cups can be of one and the same size or of various sizes. In the latter case, cups are installed so that diametre increases from one shaft end to the other one. Front surfaces of cutting cups on shaft ends can have opposite installation as to direction.

EFFECT: enlarging process capabilities of cup.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к обработке материалов резанием и предназначено для использования в конструкциях ротационных инструментов при обработке различных металлов, природных и искусственных материалов, в том числе гранитов, пластмасс.The invention relates to the processing of materials by cutting and is intended for use in the construction of rotary tools in the processing of various metals, natural and artificial materials, including granites, plastics.

Известен подшипниковый узел ротационного инструмента, содержащий корпус, вал с режущим элементом, установленным в корпусе на подшипниках, и крышку с уплотнениями: на торце вала и на крышке выполнены отверстия, контактирующие с наружной поверхностью режущего элемента; в крышке, установленной со стороны консольного участка вала, выполнено резьбовое отверстие для взаимодействия с резьбовым участком вала (а.с. СССР 917965, МПК В23С 5/06, БИ 13, 1982 г.).Known bearing assembly of a rotary tool, comprising a housing, a shaft with a cutting element mounted on bearings in the housing, and a cover with seals: holes are made on the shaft end and on the cover in contact with the outer surface of the cutting element; a threaded hole is made in the cover mounted on the side of the cantilever portion of the shaft for interaction with the threaded portion of the shaft (AS USSR 917965, IPC V23C 5/06, BI 13, 1982).

Консольное расположение режущего элемента снижает жесткость подшипникового узла и качество обработанной поверхности, чем ограничивает область применения ротационных инструментов, в частности для стабильного процесса получения тонких нитевидных металлических волокон, используемых в порошковой металлургии для изготовления композиционных материалов.The cantilever arrangement of the cutting element reduces the rigidity of the bearing assembly and the quality of the machined surface, which limits the scope of application of rotary tools, in particular for a stable process for producing thin filiform metal fibers used in powder metallurgy for the manufacture of composite materials.

Известен ротационный резец в виде закрепленного на неподвижной оси подшипника качения, установленного в державке; на наружной обойме подшипника выполнена или закреплена режущая часть, имеющая форму наружной обоймы, базирующейся внутренними коническими поверхностями на подшипниках качения на неподвижной оси (Лурье Г.Б. Новые инструментальные материалы и конструкции резцов. М., «Высшая школа», 1977, с.53, рис.23). Конструкция резца обладает высокой жесткостью, но имеет ограничения по технологическому применению вследствие трудностей по замене режущей части и невозможности изготовления ее из хрупких твердосплавных материалов.Known rotary cutter in the form of a rolling bearing mounted on a fixed axis mounted in the holder; a cutting part having the shape of an outer race based on internal conical surfaces on rolling bearings on a fixed axis is made or fixed on the outer race of the bearing (Lurie GB, New Tool Materials and Designs of Cutters. M., Higher School, 1977, p. 53, Fig. 23). The design of the cutter has high rigidity, but has limitations on technological application due to difficulties in replacing the cutting part and the impossibility of manufacturing it from brittle carbide materials.

Наиболее близким техническим решением к сущности предлагаемого подшипникового узла является державка для самовращающегося резца с корпусом, выполненным в виде вилки, в отверстиях щек которой в подшипниках расположена ось, несущая резец. На одном конце ось снабжена головкой со штифтами для перемещения подшипников, а по щеке вилки выполнены дополнительные отверстия для штифтов; на другом конце оси выполнена резьба с шайбой и упругим элементом (а.с. СССР 602309, МПК В23В 27/12, заявлено 1976 г.). Такое исполнение державки устраняет осевой зазор в процессе работы резца, уменьшает его вибрации и повышает стойкость.The closest technical solution to the essence of the proposed bearing assembly is a holder for a self-rotating cutter with a housing made in the form of a fork, in the holes of the cheeks of which in the bearings there is an axis that carries the cutter. At one end, the axis is equipped with a head with pins for moving bearings, and additional holes for pins are made along the cheek of the fork; at the other end of the axis, a thread was made with a washer and an elastic element (AS USSR 602309, IPC V23V 27/12, declared 1976). This design holder eliminates axial clearance during the operation of the cutter, reduces its vibration and increases durability.

При обработке заготовок с переменным припуском не исключается соприкосновение переднего конца щеки вилки с заготовкой, что приводит к поломкам инструментов или заготовок, это также накладывает ограничения по использованию ротационных инструментов.When machining workpieces with a variable allowance, contact of the front end of the cheek of the fork with the workpiece is not excluded, which leads to breakage of tools or workpieces, this also imposes restrictions on the use of rotary tools.

По совокупности существенных признаков прототип является наиболее близким техническим решением к заявленному подшипниковому узлу.By the set of essential features, the prototype is the closest technical solution to the claimed bearing unit.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей ротационных инструментов: повышение стойкости при неравномерных припусках на обработку, обеспечение высокого качества поверхностей путем снятия с заготовки сверхтонкой волокнообразной стружки.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of rotary tools: increasing durability with uneven machining allowances, ensuring high quality surfaces by removing ultrafine fiber-like shavings from a workpiece.

Это достигается тем, что подшипниковый узел, содержащий корпус в форме вилки с отверстиями в щеках для подшипников, вал, режущие чашки и крепежные элементы, чашки расположены на валу снаружи щек и между ними; содержит две-четыре щеки, крепежные элементы расположены по обоим концам вала; базовые поверхности вала для установки режущих чашек между щеками содержат плоские поверхности, а режущие чашки выполнены с радиальными резьбовыми отверстиями; режущие чашки выполнены с диаметрами одного размера или с диаметрами разного размера и установлены с увеличением диаметра от одного конца вала к другому; режущие чашки на концах вала установлены с противоположным направлением передних поверхностей.This is achieved by the fact that the bearing assembly, comprising a fork-shaped housing with holes in the cheeks for bearings, a shaft, cutting cups and fasteners, cups are located on the shaft outside the cheeks and between them; contains two to four cheeks, fasteners are located at both ends of the shaft; the base surfaces of the shaft for installing the cutting cups between the cheeks contain flat surfaces, and the cutting cups are made with radial threaded holes; cutting cups are made with diameters of one size or with diameters of different sizes and are installed with increasing diameter from one end of the shaft to the other; cutting cups at the ends of the shaft are installed with the opposite direction of the front surfaces.

Изложенная совокупность существенных признаков поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция подшипникового узла с двумя щеками в разрезе; на фиг.2 - разрез узла с четырьмя щеками; на фиг.3 - вид на рабочий торец ротационной фрезерной головки; на фиг.4 - траектория следов фрезерной головки в процессе работы.The stated set of essential features is illustrated by graphic materials, which depict: in Fig. 1 - sectional view of a bearing assembly with two cheeks; figure 2 is a section of a node with four cheeks; figure 3 is a view of the working end face of the rotary milling head; figure 4 - the trajectory of the traces of the milling head in the process.

Подшипниковый узел (фиг.1) состоит из корпуса 1 с пазом 2, образующими щеки 3 и 4, хвостовика 5 с резьбовым участком на конце. В щеках 3, 4 установлены подшипники скольжения 6, 7 для вала 8; последний на переднем конце имеет торцовую ступень "а" с отверстием для штифта 9, на заднем конце имеет резьбовой участок для гайки 10 и шайбы 11, ступень "b" для режущей чашки 12 со шпонкой 13. На среднем участке вала 8 имеется плоская поверхность "c" для сопряжения с винтом 14, установленным в режущей чашке 15. На переднем участке вала 8 установлена режущая чашка 16. Режущая чашка 15 имеет два режущих лезвия "е", но возможно их выполнение до 5-10 на одной чашке 15. Гайка 10 может быть корончатой, т.е. жестко фиксироваться на валу 8 с помощью штифта в отверстии резьбового участка (на чертеже не изображено).The bearing assembly (Fig. 1) consists of a housing 1 with a groove 2 forming the cheeks 3 and 4, a shank 5 with a threaded portion at the end. In the cheeks 3, 4, sliding bearings 6, 7 are installed for the shaft 8; the latter at the front end has an end step "a" with a hole for the pin 9, at the rear end has a threaded section for the nut 10 and washer 11, the step "b" for the cutting cup 12 with the key 13. There is a flat surface on the middle section of the shaft 8 " c "for interfacing with a screw 14 installed in the cutting cup 15. A cutting cup 16 is installed on the front portion of the shaft 8. The cutting cup 15 has two cutting blades" e ", but it is possible to make them up to 5-10 on one cup 15. Nut 10 may be crowned, i.e. rigidly fixed on the shaft 8 with a pin in the hole of the threaded section (not shown).

Диаметры лезвий режущих чашек 12, 15, 16 увеличиваются от чашки к чашке 16 под углом κ с величиной подъема t, что обеспечивает каждому режущему лезвию на подшипниковом узле гарантированный припуск на обработку.The diameters of the blades of the cutting cups 12, 15, 16 increase from cup to cup 16 at an angle κ with the amount of lift t, which provides each cutting blade on the bearing assembly with a guaranteed machining allowance.

Вариант исполнения корпуса 1 с четырьмя щеками изображен на фиг.2. Щеки 3 и 4 аналогичны узлу по фиг.1. Щеки 17 расположены между щеками 3, 4, содержат подшипниковые втулки 18, 19 без торцовых ступеней, как на подшипниках 6, 7. Вал 20 на переднем конце имеет торцовую ступень "а" с отверстием для штифта 9, цилиндрическую ступень для двух режущих чашек 21, 22, резьбовой участок для шайб 23, 24 и гайки 25. На противоположном конце вала 20 расположены режущая чашка 26, шайба 11, гайка 10. На обеих втулках подшипников скольжения 6, 7 установлены защитные втулки 27 для предохранения попадания в них пыли. В щеках 16, 17 установлены винты 28, 29 для стопорения втулок 18, 19 и их периодической смазки в процессе работы узла.An embodiment of the housing 1 with four cheeks is shown in figure 2. Cheeks 3 and 4 are similar to the node in figure 1. The cheeks 17 are located between the cheeks 3, 4, contain bearing bushings 18, 19 without end steps, as on bearings 6, 7. The shaft 20 at the front end has an end step "a" with a hole for the pin 9, a cylindrical step for two cutting cups 21 , 22, a threaded section for washers 23, 24 and nut 25. A cutting cup 26, washer 11, nut 10 are located on the opposite end of the shaft 20. Protective sleeves 27 are installed on both bushings of the sliding bearings 6, 7 to prevent dust from entering them. Screws 28, 29 are installed in the cheeks 16, 17 for locking the sleeves 18, 19 and periodically lubricating them during operation of the assembly.

В центральных пазах 30, 31, 32 расположены режущие чашки 33, 34, 35 с винтами для их стопорения на валу 20 аналогично варианту по фиг.1.In the central grooves 30, 31, 32, there are cutting cups 33, 34, 35 with screws for locking them on the shaft 20, similarly to the embodiment of FIG. 1.

Чашка 26 как вариант исполнения стопорится на валу 20 гайкой 10 до упора в торец "f"; при этом между торцами чашки 26 и подшипника 7 возможен зазор величиной от 0 до 0,01 мм.The cup 26 as an embodiment is locked on the shaft 20 with the nut 10 until it stops in the end face "f"; however, between the ends of the cup 26 and the bearing 7, a clearance of from 0 to 0.01 mm is possible.

Режущие чашки 21, 22, 26, 33, 34, 35 выполнены либо с диаметрами одного или разного размера с увеличением диаметра от одного конца вала к другому, аналогично варианту по фиг.1.The cutting cups 21, 22, 26, 33, 34, 35 are made either with diameters of one or different sizes with increasing diameter from one end of the shaft to the other, similarly to the embodiment of FIG. 1.

Подшипниковые узлы 1 устанавливаются на рабочем торце планшайбы 36 и закрепляются гайками 37, навинчиваемыми на хвостовики 5 (фиг.3). Последние устанавливаются в отверстия планшайбы 36. Такая компоновка подшипниковых узлов 1 характерна для торцовой ротационной фрезерной головки.Bearing units 1 are installed on the working end of the faceplate 36 and secured by nuts 37 screwed onto the shanks 5 (Fig. 3). The latter are installed in the holes of the faceplate 36. This arrangement of the bearing assemblies 1 is characteristic of the mechanical rotary milling head.

Валы подшипниковых узлов развернуты под углами θ к диаметральным плоскостям. Абсолютные величины углов могут составлять от 5° до 60° в зависимости от технологических условий работы инструментов. Количество подшипниковых узлов на корпусе может достигать 30 штук. Режущие чашки перетачиваются на одинаковый или разный диаметр режущих лезвий любым из известных способов, например, путем снятия подшипниковых узлов из 4 планшайбы 36 и их переточкой на специальных устройствах, либо частичной разборкой узлов, извлечением режущих чашек и переточкой их на специальных оправках на заточных станках.The shafts of the bearing assemblies are deployed at angles θ to the diametrical planes. Absolute angles can range from 5 ° to 60 ° depending on the technological conditions of the tools. The number of bearing units on the housing can reach 30 pieces. The cutting cups are grind onto the same or different diameter of the cutting blades by any of the known methods, for example, by removing the bearing units from 4 faceplates 36 and grinding them on special devices, or by partially disassembling the nodes, removing the cutting cups and grinding them on special mandrels on grinding machines.

В процессе обработки планшайба 36 устанавливается на шпинделе 38 фрезерного станка, заготовка 39 закрепляется на столе станка.In the process of processing, the faceplate 36 is mounted on the spindle 38 of the milling machine, the workpiece 39 is fixed on the table of the machine.

Фреза вращается с угловой скоростью ω, заготовка 39 перемещается с линейной скоростью V_S, режущие чашки производят съем припуска на обработку, вращаясь совместно с планшайбой 36 и в своих подшипниковых узлах. Линейная скорость вращения режущих чашек вокруг оси шпинделя является главным движением; линейная скорость вращения режущих чашек в подшипниковых узлах является касательным (вспомогательным) движением резания, осуществляемым при возникновении фрикционного контакта рабочих поверхностей чашек с обрабатываемой поверхностью и стружкой.The cutter rotates with an angular speed ω, the workpiece 39 moves with a linear speed V _S , the cutting cups remove the machining allowance, rotating together with the faceplate 36 in their bearing units. The linear speed of rotation of the cutting cups around the axis of the spindle is the main movement; the linear speed of rotation of the cutting cups in the bearing assemblies is a tangential (auxiliary) cutting movement, which occurs when friction contact of the working surfaces of the cups with the work surface and chips occurs.

Расположение режущих лезвий чашек в одной плоскости обеспечивает чистовую обработку заготовки последовательно всеми чашками фрезы. Срезаемая при обработке стружка будет иметь вид волокон для пластичных материалов и зерен, порошков при обработке хрупких материалов.The location of the cutting blades of the cups in one plane ensures the finishing of the workpiece sequentially with all the cups of the cutter. The chips cut during processing will have the form of fibers for plastic materials and grains, and powders when processing brittle materials.

При наличии на планшайбе 36 подшипниковых узлов по фиг.1 припуск на обработку будет ступенчато делиться между режущими лезвиями в направлении от максимального диаметра фрезы к минимальному. Это будет обеспечивать повышенный съем припуска за один проход заготовки при уменьшении суммарной силы резания.If there are 36 bearing units on the faceplate in FIG. 1, the machining allowance will be stepwise divided between the cutting blades in the direction from the maximum diameter of the cutter to the minimum. This will provide increased stock removal in one pass of the workpiece while reducing the total cutting force.

Для эффективного дробления припуска на обработку с целью получения товарной продукции в виде порошков и волокон у наружных чашек 21 передние поверхности расположены снаружи подшипникового узла, а у внутренних чашек 26 - внутри. Режущие лезвия чашек 21, 26 расположены в одной торцовой плоскости. Траектории перемещения лезвий чашек 21 и 26 по обработанной поверхности являются круговыми (без учета движения подачи), соответственно - T₂₁ и Т₂₆. При перемещении заготовки 39 вдоль фрезы противоположные стороны фрезы режущими лезвиями наносят сетку

,

, (фиг.4), представляющую собой пересекающиеся траектории. Это способствует измельчению волокон по длине. При определенном подборе режимов обработки и геометрических параметрах фрез и отдельных лезвий возможно получение отдельных зерен в широком диапазоне от 0,05 до 3 мм.For effective crushing of the processing allowance in order to obtain marketable products in the form of powders and fibers in the outer cups 21, the front surfaces are located outside the bearing assembly, and in the inner cups 26 inside. The cutting blades of the

cups

21, 26 are located in one end plane. The paths of movement of the blades of the

cups

21 and 26 on the treated surface are circular (excluding the movement of the feed), respectively - T ₂₁ and T ₂₆ . When moving the workpiece 39 along the cutter, the opposite sides of the cutter with a cutting blade apply a grid

,

, (Fig. 4), representing intersecting trajectories. This helps to chop the fibers in length. With a certain selection of processing modes and geometric parameters of cutters and individual blades, it is possible to obtain individual grains in a wide range from 0.05 to 3 mm.

Технический эффект от новой совокупности существенных признаков заключается в расширении технологических возможностей ротационных инструментов; возможности их применения при черновой высокопроизводительной обработке металлургических заготовок, а также для получения товарной продукции в виде волокон и порошков, являющихся исходными компонентами в порошковой металлургии. Аналогичные порошки получают из струи жидкого металла дроблением его потоком сжатого инертного газа. Себестоимость порошков, полученных режущими инструментами значительно ниже, в частности, удельный расход электроэнергии меньше до 50 раз, а качество выше, что, в свою очередь, обеспечит снижение себестоимости изготовления композиционных материалов.The technical effect of the new set of essential features is to expand the technological capabilities of rotary tools; the possibilities of their application in rough high-performance processing of metallurgical billets, as well as for obtaining marketable products in the form of fibers and powders, which are the initial components in powder metallurgy. Similar powders are obtained from a jet of liquid metal by crushing it with a stream of compressed inert gas. The cost of powders obtained by cutting tools is much lower, in particular, the specific energy consumption is less than 50 times, and the quality is higher, which, in turn, will reduce the cost of manufacturing composite materials.

Claims

1. A bearing assembly of a rotary tool, comprising a fork-shaped housing with holes in the cheeks for bearings with a shaft, cutting cups and fasteners, characterized in that the cups are located on the shaft outside and between the cheeks.

2. The node according to claim 1, characterized in that the housing contains two to four cheeks.

3. The node according to claims 1 and 2, characterized in that the fasteners are located at both ends of the shaft.

4. The node according to claim 1, characterized in that the base surfaces of the shaft for installing the cutting cups between the cheeks contain flat surfaces, and the cutting cups are made with radial threaded holes.

5. The node according to claim 1, characterized in that the cutting cups are made with diameters of one size.

6. The node according to claim 1, characterized in that the cutting cups are made with diameters of different sizes and are installed with increasing diameter from one end of the shaft to the other.

7. The node according to claim 1, characterized in that the cutting cups at the ends of the shaft are installed with the opposite direction of the front surfaces.