RU2777079C1

RU2777079C1 - Tool mandrel with high rigidity and vibration resistance

Info

Publication number: RU2777079C1
Application number: RU2021117162A
Authority: RU
Inventors: Игорь Петрович Никифоров; Павел Николаевич Мальцев
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-08-01

Abstract

FIELD: machine tools.

SUBSTANCE: invention relates to processing materials by cutting and can be used in tool holders, in particular, for turning, milling, drilling, boring, and grinding machines. Tool mandrel consists of a hollow body accommodating a system for creating a prestressed state, consisting of a mobile and a fixed inserts and a nut. The fixed insert is secured to the body. Stepwise-arranged bevels forming a wedge pair are made on both inserts. One end of the mobile insert is made with a threaded protrusion located at least partially outside the body and intended for placement of said nut, and the second end is made with elements for securing the working tool thereon.

EFFECT: rigidity of the mandrel along the entire length thereof is increased, roughness of the processed surface is reduced, operating life of the mandrel is increased.

4 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение касается держателя инструмента, в частности для токарных, фрезерных, сверлильных, расточных и шлифовальных станков.The present invention relates to a tool holder, in particular for turning, milling, drilling, boring and grinding machines.

Известна оправка для растачивания ступенчатых глубоких отверстий в труднообрабатываемых деталях, сваренных из разнородных материалов [RU 191536], которая снабжена разжимным конусом, который установлен внутри пустотелого корпуса со стороны режущей пластины и жестко соединен с резьбовым стержнем, на который с упором в торец полого корпуса навинчена регулировочная гайка, при этом разжимной конус выполнен из стали твердостью не более 200 НВ, а пустотелый корпус - из стали повышенной твердости (350-370) НВ и с возможностью закрепления в блоке для установки осевого инструмента револьверной головки станка с ЧПУ посредством разрезной переходной втулки с вылетом оправки не более, чем восемь ее диаметров.Known mandrel for boring stepped deep holes in hard-to-machine parts welded from dissimilar materials [RU 191536], which is equipped with an expansion cone, which is installed inside the hollow body from the side of the cutting plate and is rigidly connected to the threaded rod, on which it is screwed with an emphasis on the end of the hollow body adjusting nut, while the expanding cone is made of steel with a hardness of not more than 200 HB, and the hollow body is made of steel of increased hardness (350-370) HB and can be fixed in the block for installing the axial tool of the CNC machine tool turret by means of a split adapter sleeve with mandrel overhang not more than eight of its diameters.

Также известен инструмент для упрочняющей обработки внутренних цилиндрических поверхностей [SU854696], который выполнен в виде цилиндрического вкладыша с буртиком на конце и цилиндрической оправки с фланцем. На вкладыше и оправке выполнены ступенчато расположенные скосы образующие клиновую пару. Угол наклона скосов к продольным осям вкладыша и оправки выполнен на 1-2 градуса больше угла самоторможения. Длина скосов и угол наклона их поверхности на каждой ступени равны между собой, а величины и количество ступеней определяются длиной отверстия, величиной его диаметра и условием превышения угла наклона поверхностей скосов над углом самоторможения.Also known tool for hardening the processing of internal cylindrical surfaces [SU854696], which is made in the form of a cylindrical liner with a shoulder at the end and a cylindrical mandrel with a flange. On the insert and the mandrel, stepped bevels are made forming a wedge pair. The angle of inclination of the bevels to the longitudinal axes of the insert and the mandrel is made 1-2 degrees more than the angle of self-braking. The length of the bevels and the angle of inclination of their surface at each step are equal to each other, and the size and number of steps are determined by the length of the hole, the size of its diameter and the condition that the angle of inclination of the bevel surfaces exceeds the self-braking angle.

Наиболее близким к предлагаемому является держатель инструмента, характеризующийся слабыми вибрациями [RU 2400330], а именно оправка, в частности, для крепления инструментов для растачивания, точения, фрезерования, развертывания и шлифования, содержащая основную часть, включающую хвостовик для присоединения к станку, патрон, особенно патрон для посадки с натягом или нагреванием, с гнездом, предназначенным для фиксации инструмента, и среднюю часть, которая расположена между хвостовиком и патроном и содержит устройство создания напряжения, которое, по меньшей мере, при работе оправки, в части осевого напряжения патрона прилагает силу, которая имеет составляющую, действующую в осевом направлении. Для повышения эффективности гашения вибраций, по меньшей мере, на одной стороне относительно продольной оси оправки устройство создания напряжения содержит одну или несколько частей опорной поверхности, которые при наложении радиальных напряжений взаимодействуют с одной или несколькими частями сопряженных поверхностей оправки. При этом части опорной поверхности образуют подвижный контакт с частями сопряженных поверхностей.Closest to the proposed one is a tool holder characterized by low vibrations [RU 2400330], namely a mandrel, in particular, for mounting tools for boring, turning, milling, reaming and grinding, containing the main part, including a shank for attaching to the machine, a chuck, especially a chuck for interference or heat-fitting, with a socket designed to hold a tool, and a middle part, which is located between the shank and the chuck and contains a device for creating a stress, which, at least during the operation of the mandrel, in part of the axial stress of the chuck, applies a force , which has a component acting in the axial direction. To improve the efficiency of vibration damping, at least on one side relative to the longitudinal axis of the mandrel, the stress generating device contains one or more parts of the support surface, which, when radial stresses are applied, interact with one or more parts of the mating surfaces of the mandrel. In this case, parts of the supporting surface form a movable contact with parts of the mating surfaces.

Такой держатель инструмента содержит соединительный вал в виде полой соединительной муфты, среднюю часть и фиксатор, которые образуют основную часть держателя инструмента, и устройство создания напряжения. Фиксатор содержит головную часть фиксатора, в которой расположено гнездо установки инструмента, предназначенное для посадки с натягом цилиндрического стержня инструмента, и охлаждающий канал. По существу, осесимметричное устройство создания напряжения содержит два конца, при этом передний конец контактирует по оси с фиксатором в области головной части фиксатора, а задний конец контактирует по оси со средней частью. В указанных двух местах контакта выполнены посадочные места, в которых опорные поверхности устройства создания напряжения контактируют с сопряженными поверхностями средней части или головной части фиксатора. Прежде всего, выполнены два плоских посадочных места, которые по большей части обеспечивают осевое напряжение устройства создания напряжения под давлением средней части и головной части фиксатора.Such a tool holder includes a connecting shaft in the form of a hollow coupling, a middle part and a retainer, which form the main part of the tool holder, and a tensioning device. The latch contains the head part of the latch, in which the tool installation seat is located, designed for interference fit of the cylindrical tool rod, and a cooling channel. Essentially, the axisymmetric stressing device comprises two ends, with the front end in axial contact with the latch in the area of the head of the latch, and the rear end in axial contact with the middle part. In these two contact points, seats are made, in which the supporting surfaces of the voltage generating device come into contact with the mating surfaces of the middle part or the head part of the latch. First of all, two flat seats are made, which for the most part provide axial stress to the device for creating stress under pressure of the middle part and the head part of the latch.

Недостатком известного устройства является расположение контактных поверхностей снаружи, из-за чего они подвержены риску повреждения при работе. Кроме того, напряжённое состояние, а следовательно, и повышенная жёсткость, в оправке создаётся только на ограниченной её длине.The disadvantage of the known device is the location of the contact surfaces on the outside, because of which they are at risk of damage during operation. In addition, the stressed state, and hence the increased rigidity, is created in the mandrel only at its limited length.

Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение жёсткости оправки по всей её длине с расположением контактных поверхностей внутри оправки.The technical problem solved by the proposed device is to increase the rigidity of the mandrel along its entire length with the location of the contact surfaces inside the mandrel.

Техническая задача решается за счёт того, что инструментальная оправка с повышенной жесткостью и виброустойчивостью содержит полый корпус с отверстием, внутри которого расположена система для создания предварительно напряжённого состояния, состоящая из подвижного и неподвижного вкладышей и гайки, причём неподвижный вкладыш прикреплён к корпусу, а на обоих вкладышах выполнены ступенчато расположенные скосы, образующие клиновую пару, при этом один торец подвижного вкладыша выполнен с резьбовым выступом, расположенным по меньшей мере частично за пределами корпуса и предназначенным для размещения указанной гайки, а второй торец - с элементами фиксации на нем рабочего инструмента.The technical problem is solved due to the fact that a tool holder with increased rigidity and vibration resistance contains a hollow body with a hole, inside which there is a system for creating a prestressed state, consisting of a movable and a fixed insert and a nut, and the fixed insert is attached to the body, and on both the inserts are made with stepped bevels forming a wedge pair, wherein one end of the movable insert is made with a threaded protrusion located at least partially outside the body and designed to accommodate said nut, and the second end is with elements for fixing the working tool on it.

Причём величина угла скосов к оси корпуса предпочтительно должна быть не меньше угла трения между вкладышами.Moreover, the value of the angle of the bevels to the axis of the housing should preferably not be less than the angle of friction between the liners.

Для повышения жёсткости оправки подвижный вкладыш выполнен с буртом, и между ним и торцом корпуса расположены компенсаторные кольца.To increase the rigidity of the mandrel, the movable liner is made with a shoulder, and compensatory rings are located between it and the end of the body.

Дополнительно в предложенной инструментальной оправке вкладыши установлены из условия расположения поверхности их сопряжения перпендикулярно направлению радиальной силы резания.Additionally, in the proposed tool holder, the inserts are installed from the condition of the location of their mating surface perpendicular to the direction of the radial cutting force.

Предложенная инструментальная оправка с повышенной жесткостью и виброустойчивостью представлена на следующих фигурах.The proposed tool holder with increased rigidity and vibration resistance is shown in the following figures.

На фиг. 1 представлен продольный разрез оправки.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the mandrel.

На фиг. 2 представлена система для создания предварительно напряжённого состояния.In FIG. 2 shows a system for creating a prestressed state.

На фиг. 3 представлена оправка с компенсаторными кольцами.In FIG. 3 shows a mandrel with expansion rings.

На фиг. 4 представлена схема расположения поверхности сопряжения вкладышей при растачивании.In FIG. 4 shows the layout of the mating surface of the liners during boring.

Инструментальная оправка с повышенной жесткостью и виброустойчивостью состоит из полого (например, цилиндрического или конического) корпуса 1 с цилиндрическим отверстием, внутри которого расположена система 2 для создания предварительно напряжённого состояния, состоящая из подвижного 3 и неподвижного 4 вкладышей и гайки 5, причём неподвижный вкладыш 4 прикреплён к корпусу 1, на обоих вкладышах 3 и 4 выполнены ступенчато расположенные скосы 6, образующие клиновую пару, подвижный вкладыш 3 имеет на своём крепёжном торце выступ 7 с резьбой, на котором располагается гайка 5, причём выступ 7 расположен, по крайней мере, частично, за пределами корпуса 1. На противоположном от крепёжного, рабочем торце, подвижного вкладыша 3 фиксируется режущий инструмент 8 (например, резец, фреза, шлифовальная головка и т.д.).A tool holder with increased rigidity and vibration resistance consists of a hollow (for example, cylindrical or conical) body 1 with a cylindrical hole, inside of which there is a system 2 for creating a prestressed state, consisting of a movable 3 and a fixed 4 inserts and a nut 5, with a fixed insert 4 is attached to the body 1, on both inserts 3 and 4 stepped bevels 6 are made, forming a wedge pair, the movable insert 3 has a protrusion 7 with a thread on its mounting end, on which the nut 5 is located, and the protrusion 7 is located at least partially , outside the body 1. On the opposite from the mounting, working end, movable insert 3, a cutting tool 8 is fixed (for example, a cutter, milling cutter, grinding head, etc.).

Для повышения жёсткости оправки один (рабочий) конец подвижного вкладыша 3 может быть снабжён буртом 9, а между ним и торцом корпуса 1 располагаются компенсаторное кольцо или кольца 10.To increase the rigidity of the mandrel, one (working) end of the movable insert 3 can be provided with a collar 9, and between it and the end of the body 1 there is a compensatory ring or rings 10.

Предпочтительно выполнение вкладышей 3 и 4 из материала мягче, чем корпус 1 (например, из конструкционной или легированной стали с разной термообработкой).Preferably, the inserts 3 and 4 are made of a material softer than the body 1 (for example, from structural or alloy steel with different heat treatment).

При использовании оправки для расточного инструмента, поверхность сопряжения вкладышей 3 и 4 может быть расположена перпендикулярно направлению радиальной силы резания.When using a mandrel for a boring tool, the mating surface of the inserts 3 and 4 can be located perpendicular to the direction of the radial cutting force.

Для уменьшения погрешности изготовления, вкладыши 3 и 4 изготавливаются из одной заготовки, например, электроэрозионной проволочной резкой, с последующей финишной обработкой скосов 6 для уменьшения сил сопротивления скольжению. Также для этого на поверхности скосов 6 и на наружную поверхность подвижного вкладыша 3 может быть нанесена смазка (например, литол).To reduce the manufacturing error, liners 3 and 4 are made from the same workpiece, for example, wire EDM, followed by finishing bevels 6 to reduce the forces of slip resistance. Also, for this, a lubricant (for example, lithol) can be applied to the surface of the bevels 6 and to the outer surface of the movable insert 3.

Предпочтительно, чтобы величина угла скосов 6 к оси корпуса 1 была не меньше угла трения, что для стальных вкладышей 3 и 4 составляет не менее 1°25’56’’. Максимальное значение этого угла составляет около 10°. Это обеспечит возможность перемещения вкладышей один относительно другого.It is preferable that the value of the angle of the bevels 6 to the axis of the housing 1 be not less than the angle of friction, which for steel liners 3 and 4 is at least 1°25'56''. The maximum value of this angle is about 10°. This will allow the inserts to move relative to one another.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В корпус 1 помещают систему 2 для создания предварительно напряжённого состояния, затем крепят неподвижный вкладыш 4 к корпусу 1, на выступ 7 накручивают гайку 5 до её упора в торец корпуса 1. Затем режущий инструмент 8 фиксируется на противоположном торце подвижного вкладыша 3. После чего вращением гайки 5 создают и регулируют величину предварительно напряжённого состояния оправки, так как гайка 5 заставляет подвижный вкладыш 3 перемещаться вдоль оси оправки и за счёт скосов 6 увеличивать размер поперечного сечения системы 2.System 2 is placed in the body 1 to create a prestressed state, then the fixed insert 4 is fixed to the body 1, the nut 5 is screwed onto the ledge 7 until it stops against the end of the body 1. Then the cutting tool 8 is fixed on the opposite end of the movable insert 3. After that, by rotation nuts 5 create and regulate the value of the prestressed state of the mandrel, since the nut 5 causes the movable insert 3 to move along the axis of the mandrel and, due to bevels 6, increase the size of the cross section of system 2.

При наличии бурта 9 на подвижном вкладыше 3, толщина компенсаторных колец 10 подбирается таким образом, чтобы замкнуть размерную цепь после регулировки величины предварительно напряжённого состояния оправки.If there is a shoulder 9 on the movable insert 3, the thickness of the compensating rings 10 is selected in such a way as to close the dimensional chain after adjusting the value of the prestressed state of the mandrel.

Техническим результатом является повышение качества обработки, снижение шероховатости обработанной поверхности, повышение срока службы и упрощение эксплуатации оправки.The technical result is to improve the quality of processing, reduce the roughness of the machined surface, increase the service life and simplify the operation of the mandrel.

Claims

1. A tool mandrel containing a hollow body with a hole inside which there is a system for creating a prestressed state, consisting of a movable and a fixed insert and a nut, characterized in that the fixed insert is attached to the body, and on both inserts stepped bevels are made, forming a wedge pair, wherein one end of the movable insert is made with a threaded protrusion located at least partially outside the body and designed to accommodate said nut, and the second end is with elements for fixing the working tool on it.

2. Tool mandrel according to claim 1, characterized in that the bevels of the liners are made at an angle to the body axis not less than the friction angle between the liners.

3. Tool mandrel according to claim 1, characterized in that the movable insert is made with a shoulder, and compensatory rings are located between it and the end of the housing.

4. Tool mandrel according to claim 1, characterized in that the inserts are installed from the condition of the location of their mating surface perpendicular to the direction of the radial cutting force.