RU2682557C1

RU2682557C1 - Cutting tool for treating metals by cutting

Info

Publication number: RU2682557C1
Application number: RU2018108623A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Куликов; Виктор Михайлович Скляров; Алексей Юрьевич Попов; Дмитрий Валентинович Волков
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-03-19

Abstract

FIELD: instrument engineering.SUBSTANCE: invention relates to cutting tools used for surface treatment of rotary bodies by milling, in particular, to cutters. Cutting tool intended for metal cutting, contains a body in the form of a disk with an outer working surface, in which slots for installing cutting plates are made at an angle to the axis of rotation, and the main cutting edge of the cutting plates is curved (flat curve) with a radius of curvature defined by the formula R(cr) = D / (2 * cos^2(90 – ω)).EFFECT: technical result provided by the above set of features of the tool is: reduction of cutting forces due to the angle of inclination of the main cutting edge, which affects the reduction of roughness and increase the accuracy of the shape of a treated surface; reduction of vibration during processing is achieved by exact repetition of the profile of the main cutting edge and the treated surface; increased resistance of the cutting plate due to the constant change of the contact patch along the profile of the cutting edge; reduced time to install or replace the cutting plates in the tool housing slots.1 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к режущим инструментам, используемым для обработки поверхностей тел вращения методом фрезоточения, в частности к фрезам.The present invention relates to cutting tools used for machining surfaces of bodies of revolution by milling, in particular to milling cutters.

Известные конструкции дисковых фрез, которые могут быть использованы при фрезоточении с параллельными осями вращения инструмента и заготовки, имеют винтовую или искривленную форму зубьев и по конструкции сделанными за одно целое с корпусом, (см. Семенченко И.И. и др. Проектирование металлорежущих инструментов. - М.: Машгиз, 1963, с. 275, фиг. 119).Known designs of disk mills, which can be used when milling with parallel axes of rotation of the tool and the workpiece, have helical or curved teeth and are made in one piece with the body, (see Semenchenko I.I. et al. Design of metal cutting tools. - M .: Mashgiz, 1963, p. 275, Fig. 119).

Недостатками данного технического решения являются сложность изготовления и увеличенный расход материала, а также низкая стойкость фрезы.The disadvantages of this technical solution are the complexity of manufacture and increased consumption of material, as well as low resistance of the cutter.

Известны также фрезы, оснащенные твердосплавными винтовыми пластинками (см. Семенченко И.И. и др. Проектирование металлорежущих инструментов. - М.: Машгиз, 1963, с. 298, фиг. 129).Also known are mills equipped with carbide helical plates (see Semenchenko II and other Designing metal cutting tools. - M .: Mashgiz, 1963, S. 298, Fig. 129).

Недостатком является сложность формы, из-за образующей передней винтовой поверхности.The disadvantage is the complexity of the form, due to the generatrix of the front helical surface.

Наиболее близким по технической сущности, является цилиндрическая фреза патента RU 2510819. (опубл. 10.04.2014. Бюл. №10). Обрабатывающий инструмент, предназначенный для обработки резанием материалов, в частности, дерева или древесных материалов, металлов, пластмасс и/или композиционных материалов, выполненный с возможностью вращения вокруг оси вращения и содержащий, по меньшей мере один расположенный в окружном направлении ряд отдельных резцов с режущими кромками, по меньшей мере, частично накрадывающимися друг на друга, причем режущие кромки имеют угол заострения и расположены под осевым углом к оси вращения, отличающийся тем, что величина осевого угла составляет от>>55° до<90°, а угол заострения режущих кромок превышает 55°.The closest in technical essence, is a cylindrical cutter of patent RU 2510819. (publ. 04/10/2014. Bull. No. 10). A processing tool designed for cutting materials, in particular wood or wood materials, metals, plastics and / or composite materials, rotatable around the axis of rotation and containing at least one row of individual cutters with cutting edges located in the circumferential direction at least partially sneaking on each other, and the cutting edges have a taper angle and are located at an axial angle to the axis of rotation, characterized in that the value of the axial angle c leaves from >> 55 ° to <90 °, and the angle of sharpening of the cutting edges exceeds 55 °.

Недостатками данного технического решения являются:The disadvantages of this technical solution are:

1. Сложность конструкции инструмента, характеризующаяся большим количеством режущих пластин соединенных с базовым элементом посредством сварки, пайки и др.1. The complexity of the design of the tool, characterized by a large number of cutting inserts connected to the base element by welding, soldering, etc.

2. Отсутствие единого профиля главной режущей кромки, точно повторяющий форму обрабатываемой поверхности, вызывает вибрации и негативно влияет на шероховатость и формообразование обработанной поверхности при фрезоточении.2. The lack of a single profile of the main cutting edge, which exactly repeats the shape of the surface being machined, causes vibration and negatively affects the roughness and shaping of the machined surface during milling.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является конструкция фрезы повышенной работоспособности за счет оптимального угла наклона режущей пластины, что повышает равномерность фрезерования. А также повышение стойкости режущих пластин за счет постоянной смены пятна контакта с обрабатываемым материалом. В предлагаемом изобретении упрощается способ фиксации режущих пластин в корпусе фрезы в сравнении с известными методами.The problem to which the invention is directed is the design of the mill with increased working capacity due to the optimal angle of inclination of the cutting insert, which increases the uniformity of milling. As well as increasing the resistance of the cutting inserts due to the constant change of the contact spot with the processed material. In the present invention, a method of fixing the cutting inserts in the cutter body is simplified in comparison with known methods.

Данная задача решается за счет того, что заявленный инструмент, предназначенный для обработки металлов резанием, содержащий корпус в виде диска с наружной рабочей поверхностью, в которой под углом к оси вращения выполнены гнезда для установки режущих пластин, а главная режущая кромка режущих пластин выполнена криволинейной (плоская кривая), с радиусом кривизны, определяемым по формуле:This problem is solved due to the fact that the claimed tool intended for metal cutting, containing a housing in the form of a disk with an external working surface, in which, at an angle to the axis of rotation, sockets for installing cutting inserts are made, and the main cutting edge of the cutting inserts is made curved ( flat curve), with a radius of curvature defined by the formula:

R(кр)=D/(2*cos^2(90-ω)).R (cr) = D / (2 * cos ^ 2 (90-ω)).

В целях снижения осевой силы инструмент может быть выполнен составным из нескольких дисков с правым и левым наклоном режущих пластин к оси вращения.In order to reduce axial force, the tool can be made integral of several disks with the right and left inclination of the cutting plates to the axis of rotation.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков инструмента, является:The technical result provided by the given set of features of the tool is:

- снижение сил резания за счет угла наклона главной режущей кромки, что отражается на снижении шероховатости и повышении точности формы обработанной поверхности;- reduction of cutting forces due to the angle of inclination of the main cutting edge, which is reflected in a decrease in roughness and an increase in the accuracy of the shape of the machined surface;

- снижение вибраций при обработке достигается точным повторением профиля главной режущей кромки и обработанной поверхности;- reducing vibration during processing is achieved by accurately repeating the profile of the main cutting edge and the machined surface;

- увеличение стойкости режущей пластины за счет постоянной смены пятна контакта вдоль профиля режущей кромки;- increase the resistance of the cutting insert due to the constant change of the contact spot along the profile of the cutting edge;

- сокращение времени на установку или замену режущих пластин в гнездах корпуса инструмента;- reduction of time for installation or replacement of cutting inserts in the sockets of the tool body;

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

На фиг. 1 - перспективный вид одного из вариантов инструмента согласно изобретению;In FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a tool according to the invention;

На фиг. 2 - перспективный вид одного из вариантов режущей пластины;In FIG. 2 is a perspective view of one of the options for the cutting insert;

На фиг. 3 - перспективный вид варианта исполнения корпуса инструмента;In FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of a tool body;

На фиг. 4 - схема расчета радиуса кривизны главной режущей кромки;In FIG. 4 is a diagram for calculating the radius of curvature of the main cutting edge;

На фиг. 1 показан перспективный вид заявленного изобретения 2, установленного на вал дополнительного привода инструмента, условно показанного осью вращения 1 и перпендикулярно ориентированного к торцу корпуса инструмента. В гнездах корпуса, выполненных под углом к оси вращения, установлены режущие пластины 3, количество которых регламентировано размерными параметрами и способом крепления в корпусе инструмента. Для надежной фиксации режущие пластины закрепляют распорным трапецеидальным прижимом 4, двумя распорными установочными винтами с внутренним шестигранником 5.In FIG. 1 shows a perspective view of the claimed invention 2 mounted on a shaft of an additional tool drive, conventionally shown by the axis of rotation 1 and perpendicular to the end face of the tool body. In the housing sockets, made at an angle to the axis of rotation, cutting plates 3 are installed, the number of which is regulated by dimensional parameters and the method of fastening in the tool body. For reliable fixation, the cutting inserts are fixed with a spacer trapezoidal clip 4, two spacer set screws with an internal hexagon 5.

На фиг. 2 показан перспективный вид режущей пластины 3, которая имеет: переднюю поверхность 6 и главную заднюю поверхность 12, пересечение которых образует главную режущую кромку 7. Режущий инструмент имеет трехстороннюю режущую пластину и имеет вспомогательные задние поверхности 10 и 13, пересечение которых с передней поверхностью 6, образуют вспомогательные режущие кромки 9 и 14. В режущей пластине 3, сделано отверстие 8 для надежной фиксации в корпусе инструмента 2, штифтом не показанном на фигуре. Для увеличения жесткости режущей пластины 3, режущие кромки образованные пересечением главной задней поверхности 12 и вспомогательной задней поверхности 10, имеют радиус закругления 11.In FIG. 2 shows a perspective view of a cutting insert 3, which has: a front surface 6 and a main rear surface 12, the intersection of which forms the main cutting edge 7. The cutting tool has a three-sided cutting insert and has auxiliary rear surfaces 10 and 13, the intersection of which with the front surface 6, they form auxiliary cutting edges 9 and 14. In the cutting insert 3, a hole 8 is made for reliable fixation in the tool body 2, with a pin not shown in the figure. To increase the rigidity of the cutting insert 3, the cutting edges formed by the intersection of the main rear surface 12 and the auxiliary rear surface 10 have a radius of curvature 11.

На фиг. 3 показан перспективный вид корпуса инструмента 2, имеющий форму диска с торцевыми поверхностями 16 и отверстием крепления 15 на вал дополнительного привода инструмента, не показанного на фигуре. В корпусе выполнены гнезда 20, с базовой поверхностью режущих пластин 19 и кромкой 18 для фиксации распорными установочными винтами, трапецеидальный прижим. В гнездах режущих пластин 20, имеются отверстия 17, с геометрическими параметрами отверстия 8 (фиг. 2), для надежной фиксации режущих пластин.In FIG. 3 shows a perspective view of the tool body 2 having a disk shape with end surfaces 16 and a mounting hole 15 on the shaft of an additional tool drive not shown in the figure. Sockets 20 are made in the housing, with a base surface of the cutting inserts 19 and an edge 18 for fixing with spacer set screws, a trapezoidal clamp. In the nests of the cutting inserts 20, there are holes 17, with the geometric parameters of the hole 8 (Fig. 2), for reliable fixation of the cutting inserts.

Для определения величины радиуса кривизны главной режущей кромки режущей пластины, воспользуемся аналитической геометрией. Известно, что пересечением диска и плоскости, является эллипс.To determine the radius of curvature of the main cutting edge of the cutting insert, we use analytical geometry. It is known that the intersection of a disk and a plane is an ellipse.

На фиг. 4, видно, что радиус кривизны главной режущей кромки режущей пластины равен радиусу кривизны эллипса, и показан в сечении нормали (плоскость NN) к плоскости режущей пластины. Поэтому, чтобы расчет радиуса был в плоскости режущей пластины, будем записывать угол наклонаIn FIG. 4, it is seen that the radius of curvature of the main cutting edge of the cutting insert is equal to the radius of curvature of the ellipse, and is shown in section of the normal (plane NN) to the plane of the cutting insert. Therefore, in order to calculate the radius in the plane of the cutting insert, we will write the angle of inclination

кромки режущей пластины со, как (90°-ω).the edges of the insert with, like (90 ° -ω).

Известно, что радиус кривизны эллипса: R(кр)=a^2/b где, а - большая полуось эллипса, которая рассчитывается как угол между большой осью эллипса и направлением диаметра, D - диаметр фрезы. Тогда, a=(D/2)/cos(90°-ω), b - малая полуось эллипса, остается без изменений b=D/2. Подставляя величины а и b в формулу эллипса, получим R(кр)=(D^2/(2*cos(90-ω)))^2)/D/2. И после преобразований получаем окончательное уравнение: R(кр)=D/2*cos^2(90-ω), которое позволяет рассчитывать радиус кривизны режущей кромки, расположенной под различными значениями угла наклона к оси вращения инструмента, для обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей.It is known that the radius of curvature of the ellipse: R (cr) = a ^ 2 / b where, a is the semimajor axis of the ellipse, which is calculated as the angle between the major axis of the ellipse and the direction of the diameter, D is the diameter of the cutter. Then, a = (D / 2) / cos (90 ° -ω), b is the minor axis of the ellipse, remains unchanged b = D / 2. Substituting the quantities a and b into the ellipse formula, we obtain R (cr) = (D ^ 2 / (2 * cos (90-ω))) ^ 2) / D / 2. And after the transformations we get the final equation: R (cr) = D / 2 * cos ^ 2 (90-ω), which allows you to calculate the radius of curvature of the cutting edge, located under different values of the angle of inclination to the axis of rotation of the tool, for processing the outer and inner cylindrical surfaces.

Примеры расчета радиуса кривизны главной режущей кромки:Examples of calculating the radius of curvature of the main cutting edge:

1. Диаметр фрезы D=120 мм, угол наклона режущих пластин ω=30°. Тогда радиус кривизны режущей кромки равен: R(кр)=120/2*cos^2(90-30)=240 мм.1. The diameter of the cutter D = 120 mm, the angle of inclination of the cutting inserts ω = 30 °. Then the radius of curvature of the cutting edge is equal to: R (cr) = 120/2 * cos ^ 2 (90-30) = 240 mm.

2. Диаметр фрезы D=120 мм, угол наклона режущих пластин ω=60°. Тогда радиус кривизны режущей кромки равен: R(кр)=120/2*cos^2(90-60)=80 мм.2. The diameter of the cutter D = 120 mm, the angle of inclination of the cutting inserts ω = 60 °. Then the radius of curvature of the cutting edge is equal to: R (cr) = 120/2 * cos ^ 2 (90-60) = 80 mm.

3. Диаметр фрезы D=80 мм, угол наклона режущих пластин ω=45°. Тогда радиус кривизны режущей кромки равен: R(кр)=80/2*cos^2(90-45)=80 мм.3. The diameter of the cutter D = 80 mm, the angle of inclination of the cutting inserts ω = 45 °. Then the radius of curvature of the cutting edge is equal to: R (cr) = 80/2 * cos ^ 2 (90-45) = 80 mm.

4. Диаметр фрезы D=80 мм, угол наклона режущих пластин ω=80°. Тогда радиус кривизны режущей кромки равен: R(кр)=80/2*cos^2(90-80)=42,24 мм.4. The diameter of the cutter D = 80 mm, the angle of inclination of the cutting inserts ω = 80 °. Then the radius of curvature of the cutting edge is equal to: R (cr) = 80/2 * cos ^ 2 (90-80) = 42.24 mm.

Устройство работает следующим образом: заявленная фреза устанавливается на вал дополнительного привода металлообрабатывающего станка так, чтобы оси вращения заготовки и вал привода были параллельны. Инструменту и заготовке сообщают вращение. Инструмент перемещают перпендикулярно оси вращения заготовки на необходимую глубину обработки.The device operates as follows: the declared cutter is installed on the shaft of the additional drive of the metalworking machine so that the axis of rotation of the workpiece and the drive shaft are parallel. The tool and the workpiece are informed by rotation. The tool is moved perpendicular to the axis of rotation of the workpiece to the required processing depth.

Claims

A cutting tool designed for metal cutting, comprising a housing in the form of a disk with an external working surface, in which slots for inserting the cutting inserts are made at an angle to the axis of rotation, and the main cutting edge of the cutting inserts is curved - a flat curve with a radius of curvature determined by the formula

R (cr) = D / (2 * cos ^ 2 (90-ω)).