Устройство для крепления режущего инструмента

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием, в частности к устройствам для крепления насадочного инструмента, например торцовых и дисковых фрез или концевых фрез при использовании насадных переходных оправок. Цель изобретения - повышение виброустойчивости путем повышения точности базирования торца насадного инструмента и снижения коэффициента потерь в резьбовом соединении его с шомполом устройства. Устройство содержит корпус 1 с расположенным в нем шомполом 2 с резьбой на конце под инструмент, например фрезу 3. В шомполе выполнен продольный паз, в котором установлены два сопрягаемых клиновыми поверхностями клина 4 и 5. Клин 5 имеет возможность радиального перемещения от винта 6, расположенного в упругом кольце 7, установленном с возможностью взаимодействия в радиальном направлении с боковой поверхностью клина 4. Резьба на конце шомпола 2 выполнена многозаходной с углом подъема 23-45°. 6 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

931 А2 (19> (И) (51)4 В 23 С 5/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 804243 (21) 4340369/31-08 (22) 08.12.87 (46) 07.12.89. Бюл. 11!! 45 (71) Ленинградский механический институт им. Маршала Советского Союза

Устинова Д.Ф. (72) В.И,Петров, Е.Г.Артеев, М.А.Никитин и A.Ë.Ìåíüøoâ (53) 621.952.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 804243, кл. В 23 С 5/26, !978.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ KPEIIJIEHHH РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием, в частности к устройствам для крепления насадочного инструмента, например торцовых и дисковых фрез или концевых фрез при использовании насадных переходных оправок. Цель изобретения — повышение виброустойчивости путем повышения точности базирования торца насадного инструмента и снижения коэффициента потерь в реэьбовом соеди1526931 ненни его с шомполом устройства, Устройство содержит корпус l с расположенным в нем шомполом 2 с резьбой

«а конце под инструмент, например фреэу 3. В шомполе выполнен продольный паз, в котором установлены два сопрягаемых клиновыми поверхностями клина 4 и 5. Клин 5 имеет во. можн< сть

Изобретение относится к обработке металлов резанием, может быть использовано при работе насадным инструментом, например торцовыми и дисковыми фреэами или концевыми фрезами при использовании насадных переходных оправок, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св.

Р 804243.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости путем повышения точности базирования торца насадного инструмента и снижение коэффициента потерь в резьбовом соединении его с шомполом устройства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 « 3 — расчетная схема конструкции; на фиг. 4-6 — зависимости усилия P от коэффициента трения f, угла подъема резьбы oL и смещения Х.

Устройство содержит корпус 1 с расположенным в нем шомполом 2 с резьбой на конце под инструмент, например фреэу 3. В шомполе 2 выполнен продоль«ый паз, в котором установлены два сопрягаемых клиновыми поверхностями клина 4 и 5. Клин 5 имеет возможность радиального перемещения от винта 6, расположенного в упругом кольце 7, которое имеет возможность взаимодействия в радиальном направлении с боковой поверхностью клина 4. Резьба на конце шомпола 2 выполнена многозаходной с углом подьема о не менее 23 о

Первичное закрепление фрезы 3 производится вращением винта 6. При этом осуществляется перемещение клиньев 4 и 5 и шомпола 2, в результате которого торец фрезы прижимается к базовому торцу устройства.

В процессе фреэерования уменьшаются коэффициенты трения на поверхностях сопрягаемых поверхностей де15

50 радиального перемещения от винта 6, расположенного в упругом кольце 7, установленном с возможностью взаимодействия в радиальном направлении с боковой поверхностью клина 4. Резьба на конце шомпола 2 выполнена многозаходной с углом подъема 23-45

6 ил., 1 табл. талей устройства, а тангенциальные силы резания, возникающие на зубе фреэы, приводят к вращению фреэы 3 по резьбе шомпола 2. Таким образом происходит вторичное самозакрепление фреэы.

При выходе зуба фрезы из зоны резания тангенциальные силы резания уменьшаются, а вместе с тем и осевой натяг шомпола 2, с помощью которого фреэа своим торцом поджимается к базос вому торцу устройства. В результате первичного и вторичного закреплений упругое кольцо 7 под действием клиньев 4 и 5 деформируется и аккумулирует энергию закрепления ° При ослаблении сил резания, растягивающих

его, оно возвращается в исходное положение, подтягивая тем самым шомпол.

2 через клинья 4 и 5. Это приводит к дополнительному поджатию фреэы к базовому торцу устройства. Как только уменьшается усилие, прижимающее торец фреэы к базовому торцу устройства, фреза благодаря отсутствию эффекта самоторможения на резьбе с углом подъема Ы. более 23, начинает свинчиваться с резьбы шомпола 2.

Кроме того, в процессе работы клинья 4 и 5 передвигаются и взаимодействуют друг с другом своими клиновыми поверхностями. Боковой поверхностью клин 4 взаимодействует с внутренней стенкой упругого кольца 7, а клин 5 — с торцом винта 6. Рассеяние энергии вибраций происходит также при взаимодействии торца с базовым торцом устройства, За счет сил, возникающих на площадках ко«тактов деталей устройства, происходит превращение энергии колебаний фрезы в тепло,вую, тепло рассеивается, а амплитуда

1 колебаний снижается.

Для повышения точности базирования торца фрезы на базовом торце уст

6931 (2) 2f

tpoLW — ——

1-f<

5 152 ройства и снижения коэффициента потерь резьба на конце шомпола 2 выполнена многозаходной с углом подъема о

23-45 . Так, например, при диаметре тяги 40 мм и угле подъема резьбы шомпола д(=30 число заходов равно семи.

На упрощенной схеме для расчета наименьшего угла подъема резьбы (фиг. 2) на конце шомпола 2, при котором отсутствует эффект самотормокения, обозначены элемент 8 базового торца устройства, элемент 9 резьбы шомпола, элемент 10 фреэы 3. Считают, что элементы упруго информируются, а жесткость распределена равномерно. Кроме того, под воздействием упругих сил, возникающих при закреплении и вторичном закреплении, фреза начинает свинчиваться с резьбового конца шомпола 2. Этому препятствуют силы трения, возникающие на сопрягаемых поверхностях деталей конструкции. Нагрузка, которая поджала элемент фрезы 3 (фиг. 2), считается полностью снятой. Из уравнения равновесия элементов рассматриваемого соединения на этапе навинчивания фрезы на шомпол 2 за счет максимальных сил резания, действующих на фрезу после снятия нагрузки, условие отсутствия самоторможения определяется неравенством где f — коэффициент трения для сопрягаемых пар.

Для пар, выполненных иэ стали, Е0,2. Таким образом иэ (1) при полностью снятой нагрузке фреза возвращается в исходное положение полностью лишь начиная с угла подъема резьбы oh=23

Рассматривают работу соединения фрезы с устройством в процессе фрезерования ° На фиг. 3 изображена упрощенная схема работы фреэы на иногозаходной резьбе шомпола 2 с углом подъема оь. Составляют систему уравнений, описывающих кинематику работы конструкции:

2Л:Р -ЬР+Т cosoC-К sinol+T, 0;

KZ:Т sinaL+N cos<-N *0;

N< Ñ(Z -Z)

N=C(Х,-Х)sino ;

Т,=Ы, f;

T=N ° f;

ЬР Х f. cossL N Ы 1, Г Г

bP=N(fico -sinoL+f sinoL+f ° cos/)+P 2 °

AP=C (Хр-X) sin gL (2 ° f ° cosg-s inpl+ f о

" sin 0)++P0

b P=998 Н, где Т,Т вЂ” силы трения;

N,N — реакции опор.

Ю 1

Принимают жесткость С=-5 10 Н/мм, коэффициент трения f=0,2, начальное усилие Р=1000 Н. Теперь определяют при каком падении нагрузки (аР) начинает происходить выход клина из зацепления, в котором его удерживают силы трения. Считают, что элемент фре3ы 3 (фиг. 3) предварительно нагружен усилием Р, а затем нагрузка падает до тех пор, и-»<а элемент фрезы 3 (фиг. 3) не начинает пе емещаться в обратном направлении. Анализ системы уравнений (2) с учетом (1) показывает, что выход элемента фрезы происходит при практически полностью снятой нагрузке, т,е. наблюдается гистерезис. В процессе фрезерованпя на сопрягаемых поверхностях деталей устройства эа счет возникающих при резании вибраций происходит существенное снижение коэффициентов трения до 0,1; 0,05; 0,01. Данные расчетов

P при различных коэффициентах трения (фнг. 4-6), угле подъема резьбы о приведены в таблице.

Из графиков (фиг. 4-6) видно, что при всех f и Ы, присутствует вертикальный участок снижения нагрузки без перемещения фрезЪ|. Эта застойная эона мешает свободному свинчиванию фрезы при уменьшении тангенциальных сил резания, воздействующих на зуб фрезы. Застойная зона тем меньше, чем меньше угол подъема резьбы Ы, и чем меньше коэффициент трения, т.е.. на основе составленной физико-математической модели работы устройства с закрепленным насадным инструментом— фрезой и ее анализе можно сделать вывод, что повьппение производительности путем повьппения виброустойчивости может быть осуществлено только в случае, если резьба на конце moMпола выполнена многозаходной с углом подъема п не менее 23

Кроме того, анализ результатов расчета, представленных в таблице и на графиках зависимости силы P от угла подъема резьбы о, коэффициента

1526931

Значения показателей при коэффициенте трения f

Угол о

0,05

0,01

Х, мм hP, Н Х, мм Р, Н

Х мм hP Н

Хмм bP Н

23 0,007 998 0,0091 651 0,0109 387 0,0128 9)

30 0,0048 741 0,0059 518 0,0068 256 0,0077 67

45 0,0031 378 0,0033 336 0,0036 182 0,0039 39 трения f и смещения Х (фиг. 4-6), показывает, что диапазон эффективной работы предлагаемого устройства находится в пределах 23-45 . При угле подъема резьбы <=45 перемещение фреэы по резьбе уменьшается в 3 раза, по сравнению с перемещением при oh= о

=23, а это приводит к уменьшению работы сил трения во столько же раэ.

Как показали проведенные расчеты, за счет увеличения виброустойчивости предЛагаемого устройства возможно повышение производительности фрезерования при сохранении требуемого качества обработанной поверхности деталей из различных материалов, физико-механические свойства которых могут быть самыми разнообразными, в среднем 1,5-2,0 раза. формула изобретения

Устройство для крепления режущего инструмента по авт. св. N 804243, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повычения виброустойчивости резьба на конце шомпола выполнена о многозаходной с углом подъема 23-45

1526 31

500

0 005

500

P, b

fODO

P,И

1000 0о

0,00 5 ООУ

Фиг.5

1526931

Составитель В.Брискина

Редактор Н.Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор М.Кучерявая

Заказ 747

Тирам 684

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Умгород, ул. Гагарина, 101 «ЦО яр )