Результат интеллектуальной деятельности: РОТАЦИОННЫЙ РЕЗЕЦ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для токарной обработки заготовок в виде тел вращения.

Известен резец с непрерывной режущей кромкой по окружности, концентричной оси вращения резца (в кн.: 82 ЦНИИТМАШ.-М.: Машгиз, 1957, с 16-34). Основным недостатком резца является низкое качество обработки заготовок.

Известен инструмент с непрерывной режущей кромкой в виде окружности, концентричной оси вращения инструмента, плоскость режущей кромки которого располагают касательно к обработанной поверхности (Патент РФ №2119408, B23B 1/00, 1998 г.). Инструмент предназначен для черновой обработки заготовок и не обеспечивает высокую точность и качество обработки.

Известен ротационный резец, выполненный в виде многогранного тела, режущая кромка режущей части которого имеет полигональную форму в плоскости, перпендикулярной оси его вращения (Патент РФ №2463130, кл. B23B 27/12, 2012 г.). Инструмент имеет несколько прерывистых участков и не может при работе обеспечить высокую точность и качество обработки.

Известен ротационный резец, содержащий державку, режущую пластину, установленную в державке на оси с возможностью свободного вращения в подшипниках, при этом резец снабжен жестко установленной в державке втулкой, в которой на подшипниках размещена упомянутая ось, один из подшипников является опорным для фланца на рабочей поверхности которого базируется режущая пластина с помощью направленного зажима в виде болта с торцевым буртиком, при этом фланец нижней своей частью опирается на опорный подшипник, а боковые поверхности оси установлены в радиальных подшипниках (JP 2001-025903, B23B 27/10, 30.01.2001, реф. Фиг.).

В известной конструкции режущая пластина не может быть установлена строго по оси вращения, а материал, из которого выполнена ось, и втулка не обладают высокими демпфирующими свойствами.

Известна установка оси ротационного резца на конических подшипниках (US 3515929, B23B 5/16, 02.06.1970, фиг. 1-3). Для правильной ориентации (базирования) оси желательно использовать или комплект из двух конических подшипников, или игольчатый подшипник.

Наиболее близким аналогом является ротационный резец, содержащий державку, режущую пластину, установленную в державке на оси с возможностью вращения в подшипниках (Свидетельство на полезную модель РФ №3232 U1, B23B 47/00, 1996 г.).

Недостатком ротационного резца является его сложная конструкция и малая жесткость, что ведет к большим вибрациям при резании. Конические подшипники должны иметь тонкую регулировку, в противном случае возникают зазор и биение или при перетяжке подшипников - сопротивление вращению. Для гашения вибраций разработано специальное устройство. Режущая пластина устанавливается с зазором на ось и в процессе резания имеет неустойчивое положение, что вызывает биение. Ось вращения режущей пластины может не совпадать с осью вращения оси. Это приводит к волнистости и низкому качеству обрабатываемой поверхности.

Техническим результатом изобретения является повышение качества обработки.

Технический результат достигается тем, что ротационный резец, содержащий державку, режущую пластину, установленную в державке на оси с возможностью свободного вращения в подшипниках, снабжен жестко установленной в державке втулкой, в которой размещена ось на подшипниках, один из которых является опорным для фланца, рабочая поверхность которого выполнена в виде конической чашки, в которой базируется режущая пластина с помощью направленного зажима в виде болта с торцевым буртиком, при этом фланец нижней своей частью опирается на опорный подшипник, а боковые поверхности установлены в радиальных или конических подшипниках, причем ось и втулка выполнены из материала, обладающего высокими демпфирующими способностями.

Технический результат достигается также тем, что угол конуса чашки составляет 5-12°.

Технический результат достигается также тем, что боковые поверхности оси установлены в игольчатом подшипнике.

Технический результат достигается за счет того, что вне зависимости от того, какой задний угол имеет режущая пластина, болт с торцевым буртиком ориентирует ее в конической чашке соосно оси, причем верхняя часть пластины является установочной базой (три опорные точки), а боковая поверхность - направляющей базой (две опорные точки). Режущая пластина в процессе работы вращается совместно с осью без биения, что позволяет обрабатывать детали с высоким качеством поверхности, в том числе из наноматериалов. Колебания, возникающие в процессе работы подвижных органов станка, гасятся материалом втулки и оси и не передаются в зону резания.

На рис. 1 представлен общий вид устройства, на рис. 2 - вариант с игольчатым подшипником.

Ротационный резец содержит державку 1, снабженную втулкой 2, в которой на подшипниках 3, 4 и 5 установлена ось 6. В обоих торцах оси 6 выполнены соосные резьбовые отверстия. Втулка 2 установлена жестко в державке 1, например, за счет сил адгезии при клеевом соединении. Ось 6 выполнена с опорным фланцем 7, рабочая поверхность которого выполнена в виде конической чашки 8. В конической чашке 8 базируется при помощи направленного зажима, выполненного в виде болта 9 с торцевым буртиком 10, круглая режущая пластина 11. Ось 6 установлена во втулке 2 с возможностью свободного вращения в подшипниках 3, 4 и 5. Опорный фланец 7 оси 6 нижней своей частью опирается на опорный подшипник 3, а боковые поверхности установлены в радиальных или конических подшипниках 4 и 5. Ось 6 и втулка 2 выполнены из материала, обладающего высокими демпфирующими способностями. Угол конуса чашки 8 составляет 5-12°. Натяг в подшипниках может создаваться при помощи проставочных колец (если есть необходимость) и болта 12. Боковые поверхности оси 6 могут быть установлены в игольчатом подшипнике 13. В качестве материала, обладающего высокими демпфирующими способностями, может быть использован композиционный материал, например синтегран, полимербетон и др.

Устройство работает следующим образом.

Режущая пластина 11 устанавливается в коническую чашку 8. При завертывании направленного зажима в виде болта 9 в резьбовое отверстие оси 6 торцевой буртик 10 ориентирует режущую пластину 11, а конические поверхности чашки 8 центрируют ее так, чтобы она встала соосно оси 6. Болт 9 затягивают и жестко закрепляют режущую пластину 11. В процессе обработки заготовок касательные силы резания заставляют круглую режущую пластину 11 вращаться вокруг своей оси в подшипниках 3, 4 и 5, обеспечивая при этом использование всей длины окружности режущей кромки. Опорный подшипник 3 воспринимает осевые силы резания, а подшипники 4 и 5 - радиальные. Вибрации, возникающие в подвижных органах станка, гасятся материалом втулки 2 и оси 6 и не передаются в зону резания. Резец обеспечивает плавное устойчивое резание без вибраций, что позволяет использовать его для обработки деталей, выполненных из наноматериалов. Ось втулки 2 может располагаться вертикально или под углом для создания заднего угла α и угла наклона режущей кромки λ. Натяг в подшипниках может создаваться при помощи проставочных колец (если есть необходимость) и болта 12. Угол конуса чашки 8 меньше 5° ведет к заклиниванию режущей пластины и сложностям в ее извлечении; угол более 12° снижает точность базирования, что делает положение режущей пластины неопределенным и нестабильным. Игольчатый подшипник обеспечивает высокую точность вращения, надежность и стабильность положения оси в широком диапазоне нагрузок. Наличие направленного зажима позволяет при любой величине заднего угла α режущей пластины 11 (может быть и α=0) обеспечивать положение пластины перпендикулярно оси 6 и соосность их вращения. Форма рабочей поверхности торцевого буртика 10, контактирующей с верхней поверхностью режущей пластины 11, соответствуют друг другу.