CZ2001314A3 - Nástrojová jednotka zejména pro čelní frézování velmi přesných děr a způsob jejího vystředění - Google Patents

Abstract

Nástrojová jednotka obsahuje obráběcí nástroj (1) a upínací hlavici (2), sestávající z upínací části (4) a z držáku (3) obráběcího nástroje (1), přičemž v tomto držáku (3)je vytvořena kuželová dutina (6), do níž je vložena vyměnitelná upínací kleština (7), ve které je působením přítlačného prostředku upnuta válcová stopka (10) obráběcího nástroje (1). Na kuželovou dutinu (6) v držáku (3) obráběcího nástroje (1) navazuje středící díra (12), do níž je s minimální vůlí zasunutý centrovací čep (13) vytvořený v horní části (14) obráběcího nástroje (1) souose s osou jeho válcové stopky (10). Způsob středění nástrojové jednotky se provádí tak, že obráběcí nástroj (1) uložený v kleštině (7) se vloží centrovacím čepem (13), vytvořeným na čele na upínací části stopky, do předící díry (12) v držáku (3), načež se seřídí házivost držáku (3), držák (3) se pracovně upne a nástroj (1) se dostředí do středícím čípku (19) vytvořeném nad čelem (18) obráběcího nástroje tím, že se povolují či přitahují šrouby držáku (3).

Description

Nástrojová jednotka zejména pro čelní frézování velmi přesných děr a způsob jejího vystředění

Oblast techniky

Vynález se týká nástrojové jednotky zejména pro čelní frézování velmi přesných děr obsahující obráběcí nástroj a upínací hlavici, která sestává z upínací části a držáku obráběcího nástroje, který je radiálně stavitelný vůči upínací části a přitom v tomto držáku je vytvořena kuželová dutina, do níž je vložena vyměnitelná upínací kleština, ve které je působením přitlačeného prostředku upnuta válcová stopka obráběcího nástroje. Současně se vynález týká způsobu vystředění této nástrojové jednotky.

Dosavadní stav techniky

Dokončování děr třískovým obráběním, zejména při požadované vyšší přesnosti polohy nebo rozteče a vyšší geometrické přesnosti tedy kruhovitosti a přímosti děr, je nejúčinnější provádět čelně frézujícím výstružníkem s radiálními řeznými břity na čele nástroje. Tímto výstružníkem je především nahrazováno jednobřité vyvrtávání. Toto provedení výstružníku je z hlediska uvedené přesnosti vystružovaných děr výhodné především proto, že případné nesouososti předvrtané díry a osy rotace vystružovacího nástroje, je radiální vyosovací složka odporu minimální a tak ani nedochází k nežádoucímu vybočování nástroje. Vyloučení nebo alespoň omezení uvedené nesouososti na přijatelnou míru je jinak zpravidla neekonomické neboť vyžaduje speciální technologii nebo strojní vybavení, například velmi přesné souřadnicové vyvrtávačky.

Při čelním frézování děr je však trvanlivost ostří a zejména rozměrová přesnost takto zhotovené díry ve smyslu dodržení předepsané výrobní tolerance výrazně závislá na souososti osy čelně frézovacího výstružníku s osou jeho rotace s přípustnou nesouososti řádově v tisícinách milimetru. V této souvislosti je i mimořádně významná stálost případného seřízení této souososti, ale také zvlášť u malých a střeních průměrů děr i tuhost vlastního čelního výstružníku a jeho upnutí ve vřetenu obráběcího stroje.

Potřebnou tuhost čelné frézujícího výstružníku, ale i trvanlivost jeho ostří, zvláště při opracování těžko obrobitelných materiálů, například kalených ocelí, zajišťuje nejlépe provedení tohoto výstružníku jako monobloku ze slinutého karbidu nebo cermetu. Vzhledem k vysokým cenám a značné nákladnosti opracování těchto materiálů je pak nejvýhodnějším provedením upínací části takového výstružníku válcová stopka prakticky se shodným průměrem jako má jeho řezná část. Vyhovujícím způsobem upevnění tohoto • · • · nástroje v upínací hlavici vřetena obráběného stroje je upínání tepelným smrštěním válcové stopky nástroje.

Nevýhodou tohoto způsobu upínání je pak nutnost velmi přesné a tím i drahé výroby stopky nástroje i vlastní upínací hlavice. Další nevýhodou je nutnost použití speciálního relativně drahého nahřívacího zařízení, kterým je nutno dílenské provozy většinou dodatečně vybavit nebo zavést recyklaci vlastních nástrojů spolu s příslušným upínacím elementem. Vzhledem k těmto skutečnostem by z hlediska výroby výstružníků a jejich provozního uplatnění bylo výhodnější upínat válcovou stopku nástroje prostřednictvím kuželové kleštiny zatlačované do kuželové dutiny upínací hlavice. Nepříznivou skutečností je, že u normalizovaného provedení těchto kleštin nelze zaručit menší excentricitu upnutého nástroje vůči ose jeho rotace než dvě setiny milimetru. Pro správnou funkci čelně frézovacího výstružníku je nutno z výše uvedených důvodů tuto nesouosost dodatečně radiálně a výkyvné kompenzovat. Pro kompenzaci takových kombinovaných nesouosostí upnutého nástroje je běžně používána upínací seřizovači hlavice sestávající z upínací části upravené pro upnutí hlavice ve vřetenu obráběcího stroje a k ní translačně přesuvné nástrojové části opatřené středovým čepem zasahujícím do upínací části a přírubou, která je spojena s upínací částí alespoň třemi axiálně tažnými šrouby. V upínací částí jsou potom zašroubovány zpravidla čtyři radiálně odtlačovací seřizovači šrouby dosedající na uvedený středový čep nástrojové části. Pro kompenzaci šikmé nesouosostí je příruba nástrojové části ještě opatřena alespoň třemi tlačnými regulačními šrouby dosedajícími na čelo upínací části protilehlé uvedené přírubě.

Seřizování této upínací hlavice, která v jiných případech zcela vyhovuje, je při normalizovaném uplatnění kuželových kleštin pro upnutí čelně frézujícího výstružníku s válcovou stopkou značně problematické. Je to způsobeno nejen mimořádně náročnými požadavky na přesnost souososti upnutého nástroje, ale především neurčitostí v poměru čisté radiální nesouosostí k šikmé nesouosostí v rámci výsledné nesouosostí řezného čela nástroje nebo nesouosostí v místě další kontrolní plochy, kterou je zpravidla z kuželové kleštiny vyčnívající část válcové stopky výstružníku.

Postup seřizování upínací hlavice je potom komplikován skutečností, že osa upnutého výstružníku je s výše uvedenou neurčitostí prakticky mimoběžná k ose rotace. Proto je třeba nejdříve zajistit převedení mimoběžnosti uvedených os na jejich různoběžnosti s průsečíkem v rovině čela výstružníku a to tak, že uvedenými radiálně odtlačovacími seřizovacími šrouby se translačním přesunem nástrojové části vynuluje házivost čela výstružníku. Poté je nutno určit rovinu různoběžnosti uvedených os zjištěním polohy s největší házivostí v místě kontrolní plochy. Dalším krokem je zajištění rovnoběžnosti osy výstružníku s osou rotace. Této rovnoběžnosti os se dosáhne tak, že ve zjištěné úhlové poloze roviny různoběžnosti se prostřednictvím tlačných regulačních šroubů nastaví u čela výstružníku jeho vyosení na redukovanou házivost. Velikost této redukované házivostí se určí přepočtem házivosti zjištěné v místě kontrolní plochy při předchozím úkonu. Následně se provede úplné vycentrování translačním posuvem nástrojového držáku opět prostřednictvím odtlačovacích seřizovačích šroubů za nulovou házivost čelní části výstružníku. Pokud je zjištěna i potom v místě kontrolní plochy ještě nepřijatelná házivost je nutno uvedený postup přiměřeně opakovat.

K nevýhodám tohoto způsobu upínání a centrování čelních výstružníků jako je zřejmá časová náročnost a nutnost kvalifikované a důkladně zaškolené obsluhy patří i skutečnost, že při opakovaném povolování a utahování axiálně tažných šroubů může dojít i k určitým změnám nastavení tlačných regulačních šroubů z předchozího úkonu, které pak komplikují a znesnadňují dosažené minimální házivosti čelně frézujícího výstružníku.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje nástrojová jednotka zejména pro čelní frézování velmi přesných děr podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že na kuželovou ditinu v držáku obráběcího stroje navazuje středící díra, do níž je s maximální vůlí 1 až 5 pm zasunutý středící čep vytvořený v upínací části obráběcího nástroje souose s osou jeho válcové stopky.

Ve výhodném provedení je průměr středícího čepu stejný u sady obráběcích nástrojů, u nichž průměr jejich válcových stopek spadá do určeného rozměrového rozpětí, k němuž je přiřazena typová řada upínacích kleštin s rozdílnými průměry jejich středové upínací díry, do níž je zasouvána válcová stopka příslušného upínacího nástroje.

V jiném výhodném provedení je obráběcí nástroj tvořen čelním výstružníkem s řeznými břity na kolmém čele.

V dalším výhodném provedení je obráběcí nástroj tvořen monoblokem ze slinutého karbidu nebo monoblokem z cermetu.

V dalším výhodném provedení navazuje na kolmé čelo kontrolní čípek ukončený technologickým hrotem a je přitom souosý s osou centrovacího čepu, válcové stopky a rotační plochou tvořící obálku obvodových fazetek.

V jiném výhodném provedení je vrcholový úhel kuželové plochy vnějšího povrchu upínací kleštiny v malém rozsahu větší než vrcholový úhel kuželové vnitřní plochy kuželové dutiny.

V dalším výhodném provedení je mezi kuželovou styčnou plochou kuželové dutiny a středící dírou upraveno odlehčovací osazení zasahující alespoň do jedné třetiny délky vnějšího povrchu upínací kleštiny.

V dalším výhodném provedení je souose se středící dírou, a to alespoň s přesností jednoho technologického upnutí při příslušném vnitřním a vnějším broušení, na soustředném obvodu držáku obráběcího nástroje vytvořena kontrolní plocha.

V dalším výhodném provedení je středící díra upravena sousose s osou kuželové stopky upínací části a přitom držák obráběcího nástroje je výkyvné přestavitelný vůči upínací části.

Dalším význakem vynálezu je způsob středění výše uvedené nástrojové jednotky jehož podstata spočívá v tom, že obráběcí nástroj uložený v kleštině se vloží centrovacím čepem, vytvořeným na čele upínací části stopky, do středící díry v držáku, načež se seřídí házivost držáku, držák se pracovně upne a nástroj se dostření na středícím čípku vytvořeném nad čelem obráběcího nástroje tím, že se povolují či přitahují šrouby držáku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje příkladné provedení nástrojové jednotky podle vynálezu v podélném řezu, obr. 2 představuje jiné příkladné provedení rovněž v podélném řezu a na obr. 3 je jiné variantní řešení nástrojové jednotky v částečném podélném řezu.

Příklady provedení vynálezu

Na příkladném provedení podle obr. 1 je zřejmé, že nástrojová jednotka sestává z obráběcího nástroje 1 a upínací hlavice 2. V upínací hlavici 2 je upnut držák 3 obráběcího nástroje 1 a součástí hlavice 2 je i upínací část 4 s kuželovou stopkou 5 pro upnutí v neznázorněném vřetenu obráběcího stroje. V držáku 3 je vytvořena kuželová dutina 6, v níž je vložena vyměnitelná upínací kleština 7, ve které je působením převlečné matice 8, tvořící přítlačný prostředek 9, upnuta válcová stopka 10 obráběcího nástroje 1. Na dno 1_1 kuželové dutiny 6 v držáku 3 navazuje středící díra 12, do níž je s minimální vůlí zasunutý centrovací čep 13 vytvořený v upínací části 14 obráběcího nástroje 1 a zhotovený souose s osou jeho válcové stopky 10. Průměr centrovacího čepu 13 je přitom stejný pro všechny ·· ···· obráběcí nástroje 1 s rozdílnými průměry svých válcových stopek JO, které lze upnout do některé z řady upínacích kleštin 7, jejichž vnějším normalizovaným jednotlivým rozměrům odpovídají rozměry kuželové dutiny 6 a jejichž upínací díry J5 tvoří typovou řadu pro stanovení rozpětí obráběcích nástrojů J. Obráběcí nástroj J je tvořen čelně frézujícím výstružníkem 16 s řeznými břity 17 na jeho kolmém čele 1_8, na nějž navazuje kontrolní čípek J9 pro měření souososti ukončený technologickým hrotem 20. Čelně frézující výstružník 16 je mimo jiné i z důvodů vysoké torzní a zejména ohybové tuhosti tvořen monoblokem ze slinutého karbidu. V jiném výhodném provedení je frézující výstružník _16 tvořen monoblokem z cermetu.

Za účelem sevření válcové stopky JO upínací kleštinou 7 v její dolní části je vrcholový úhel kuželové plochy vnějšího povrchu 21 upínací kleštiny 7 v malém rozsahu větší než vrcholový úhel kuželové vnitřní plochy 22 kuželové dutiny 6. Pro druhou rovinu měření souososti je na obvodu příruby 23 držáku 3 vytvořena broušená kontrolní plocha 24. která je sousosá se středící dírou 12 s přesností jednoho technologického upnutí při příslušném vnitřním a vnějším broušení. Příruba 23 držáku 3 je spojena s protipřírubou 25 upínací části třemi tažnými šrouby 26 a je opatřena třemi odtlačovacími šrouby 27 určenými k výkyvné kompenzaci nesouososti kontrolního čípku J9 na čelně frézujícím výstružníku 16. K radiálně translační kompenzaci nesouososti kontrolní plochy 24 a tím i centrovacího čepu 13 na frézujícím výstružníku 16 jsou určeny tři regulační šrouby 28 v protipřírubě 25 dosedající na středový čep 29 vystupující nad přírubu 23 a zasahující s vůlí do zahloubení 30 v protipřírubě 25. Ve středovém čepu 29 je uložen stavěči šroub 31 pro polohování dosedacího čela 32 čelně frézujícího výstružníku 16 při jeho upínání.

Příkladné provedené podle obr. 2 obsahuje obráběcí nástroj 1 tvořený čelně frézujícím výstružníkem 16 a upínací hlavici 2 sestávající z nástrojového držáku 33 a z upínací části 4 s kuželovou stopkou 5. V nástrojovém držáku 33 je vytvořena kuželová dutina 6, v níž je uložena vyměnitelná upínací kleština 7, v které je prostřednictvím převlečné matice 8 upnut obráběcí nástroj J. Za účelem dokonalého upnutí válcové stopky 10 obráběcího nástroje 1 je mezi kuželovou styčnou plochou 34 kuželové dutiny 6 a středící dírou 12 upraveno odlehčovací osazení 35, které zasahuje do poloviny nástrojového držáku 33. Na nástrojovém držáku 33 je upravena přírubová deska 36 s polohovacím kruhem 37, v němž jsou tři nastavovací šrouby 38 pro nastavení i fixaci souososti středící díry 12 a kuželové stopky 5 na upínací části 4.

Přírubová deska 36 je k tělesu 39 upínací části 4 upevněna šesti připevňovacími šrouby 40. V přírubové desce 36 jsou vytvořena čtyři kuželová zahloubení 41 pro kulové

podložky 42 pod hlavy podlouhlých šroubů 43. Nad středící dírou 12 je umístěna opěrná deska 44 a protideska 45.

Příkladné provedení podle obr. 3 rovněž sestává z upínací části 4 a držáku 3 obráběcího nástroje 1, jímž je čelně frézující výstružník J6 upnutý v upínací dutině 6 pomocí upínací kleštiny 7 a z převlečné matice 8 pro dotlačení na stavěči šroub 31. Příruba 23 držáku 3 je tahem tří tažných šroubů 26 připevněna k protipřírubě 25 upínací části 4. Mezi přírubu 23 a protipřírubu 25 je vložena kruhová vložka 46, na které jsou provedena nízká segmentová odlehčení 47, nad jejichž středovou částí na kruhovou vložku 46 dosedají tři regulační šrouby 28. Uvedená segmentová odlehčení 47 umožňují výrazně zvýšit regulační rozsah regulačních šroubů 28 s výhodou plynulosti nastavení potřebné kompenzační úchylky házivosti při seřizování souososti obráběcího nástroje 1 s osou rotace nástrojové jednotky.

Postup seřizování centricity obráběcího nástroje upnutého v nástrojové jednotce dle příkladného provedení podle obr. 1 je velmi snadný a rychlý. Nejdříve se zkontroluje přímo na obráběcím stroji nebo ve vhodném přípravku házivost držáku 3 obráběcího nástroje 1 v místě kontrolní plochy 24 a případně se seřídí její centricita regulačními šrouby 28 při povolených axiálně tažných šroubech 26, které se potom dotáhnou nejlépe momentovým klíčem. Poté se prostřednictvím regulačních odtlačovacích šroubů 27 seřídí centricita kontrolního čípku 19 na přípustnou házivost, například maximálně 0,01 mm. Toto seřízení lze nejefektivněji provést tak, že se nejdříve vypočítá průměrná úchylka z úchylek měřených v úhlových polohách příslušných jednotlivým regulačním odtlačovacím šroubům 27 a jejich prostřednictvím se postupně nastavuje kontrolní čípek 19 na tuto průměrnou úchylku, která v podstatě odpovídá po celém obvodu shodné indikátorové úchylce vycentrovaného kontrolního čípku 19.

U příkladného provedení podle obr. 2 je centricita středící díry J2 s osou upínacího kužele zajištěna při montáži upínací hlavice 2 a při výměnách obráběcího nástroje J se již jenom postupným dotahováním podlouhlých šroubů 43 kompenzují případné úchylky souososti v místě kontrolního čípku 19 na čele obráběcího nástroje 1.

U příkladného provedení podle obr. 3 je postup upínání a vycentrování obráběcího nástroje shodný s postupem uvedeným pro příkladné provedení podle obr. 1.

·· ···· ·· • · · 1 • · · · · • · · · • · · ···· ··· ··

Průmyslová využitelnost

Nástrojové jednotky dle technického řešení jsou výhodně využitelné v provozech přesného strojírenství při vystružování děr do všech neželezných kovů i ocelí a jsou určeny především pro dokončování velmi přesných děr s$ zvýšenými požadavky na přesnost geometrického tvaru a polohy nebo roztečí. Zvlášť výhodná je možnost dokončovat velmi přesné díry v kalených ocelích až do 62 HRC s vysoce efektivní využitelností zejména při výrobě forem pro slévárny a lisování plastických hmot a u řady dalších nástrojařských aplikacích.

Claims (11)

1. NÁROKY NA OCHRANU »··· ···

   1. Nástrojová jednotka zejména prcr frézování velmi přesných děr obsahující obráběcí nástroj a upínací hlavici sestávající z upínací části a z držáku obráběcího nástroje, který je s výhodou radiálně stavitelný vůči upínací části a přitom v tomto držáku je vytvořena kuželová dutina, do níž je vložena vyměnitelná upínací kleština, ve které je působením přítlačného prostředku upnuta válcová stopka obráběcího nástroje vyznačující se tím, žé na kuželovou dutinu (6) v držáku (3) obráběcího nástroje (1) navazuje středící díra (12), do níž je s minimální vůlí zasunutý centrovací čep (13) vytvořený v horní části (14) obráběcího nástroje (1) souose s osou jeho válcové stopky (10).
2. 2. Nástrojová jednotka podle nároku 1 vyznačující se tím, že průměr centrovacího čepu (13) je stejný sady obráběcí nástroj (1), u nichž průměr jejich válcových stopek (10) spadá do určeného rozměrového rozpětí, k němuž je přiřazena typová řada upínacích kleštin (7) s rozdílnými průměry jejich středové upínací díry (15), do níž je zasouvána válcován stopka (10) příslušného obráběcího nástroje (1).
3. 3. Nástrojová jednotka podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obráběcí nástroj (1) je tvořen čelně frézujícím výstružníkem (16) s řeznými břity (17) na kolmém čele (18).
4. 4. Nástrojová jednotka podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obráběcí nástroj (1) je tvořen monoblokem ze slinutého karbidu.
5. 5. Nástrojová jednotka podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obráběcí nástroj (1) je tvořen monoblokem z cermetu.
6. 6. Nástrojová jednotka podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že na kolmé čelo (18) navazuje kontrolní Čípek (19) ukončený technologickým hrotem (20) a je přitom souosý s osou centrovacího čepu (13), válcové stopky (10) a s rotační plochou tvořící obálku obvodových fazetek.

   φφ ···· • · · • ··· « · · φ · • •φφ φφφ φ · · φφ ···
7. 7. Nástrojová jednotka podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že vrcholový úhel kuželové plochy vnějšího povrchu (21) upínací kleštiny (7) je v malém rozsahu větší než vrcholový úhel kuželové vnitřní plochy (22) kuželové dutiny (6).
8. 8. Nástrojová jednotka podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že mezi kuželovou styčnou plochou (34) kuželové dutiny (6) a středící dírou (12) je upraveno odlehčovací osazení (35) zasahující alespoň do jedné třetiny délky vnějšího povrchu (21) upínací kleštiny (7).
9. 9. Nástrojová jednotka podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že souose se středící dírou (12) a to alespoň s přesností jednoho technologického upnutí při příslušném vnitřním a vnějším broušení je na obvodu příruby (23) na držáku (3) obráběcího nástroje (1) vytvořena kontrolní plocha (24), která je v radiální rovině soustředná se středící dírou (12).
10. 10. Nástrojová jednotka podle některého z nároku 1 až 8, vyznačující se tím, že středící díra (12) je upravena souose s osou kuželové stopky (5) upínací části (4) a přitom držák (3) obráběcího nástroje (1) je výkyvné přestavitelný vůči upínací části (4).
11. 11. Způsob'středění nástrojové jednotky podle nároků 1 až 10, kdy se vloží stopka nástroje do kleštiny, která se vloží do držáku uloženého v upínací části a kleština se stáhne působením převlečné matice, vyznačující se tím, že obráběcí nástroj uložený v kleštině se vloží centrovacím čepem, vytvořeným na čele upínací části stopky, do středící díry v držáku, načež se seřídí házivost držáku, držák se pracovně upne a nástroj se dostředí na středícím čípku vytvořeném nad čelem obráběcího nástroje tím, že se povolují či přitahují šrouby držáku.