NO783444L - Roterende skjaereverktoey. - Google Patents

Description

Roterende skjæreverktøy.

Oppfinnelsen vedrører maskinering av materialer

^ved skjæring, ved særskilt roterende skjæreverktøy.

Oppfinnelsen tar særlig sikte på å tilveiebringe et roterende skjæreverktøy som egner seg for skjæring av vanskelig bearbeidbare materialer og som fjerner større materialmengder enn vanlig ved rotasjonsskjæring, når verktøyet utsettes for store skjærekrefter ..

Oppfinnelsen kan også utnyttes ved avsluttende bearbeidelse av flater hvor det stilles høye krav til nøyaktig-heten i den geometriske form og dimensjon.

Oppfinnelsen kanogså utnyttes for intermiterende maskinering når verktøyets vibrasjonsmotstand er relativ liten, f.eks. ved dreiing og boring av diskontinuerlige overflater på deler, så som sporforsynte aksler, rotorer og statorer i elek-"triske"maskiner, kjedehjul, tannhjul med sporforsynte boringer, så vel som ved fresing og høvling.

i

Før man begynte å anvende roterende skjæreverktøy

var samvirket mellom de tidligere kjente verktøy og.emnet alltid forbundet med en glidefriksjon mellom de frembragte spon og verk-tøyets frontflate, og av en glidefriksjon mellom verktøyets bek-side og skjæreflaten.

Det er kjent at den relative glidehastighet mellom skjæreverktøyet og den bearbeidede overflate i vesentlig grad bestemmer kraftforbruket for skjæringen, levetiden til skjære-verktøyet og kvaliteten og nøyaktigheten for den bearbeidede overflate. En reduksjon i den relative glidehastighet kan oppnås ved at man delvis erstatter glidefriks.jonen mellom verktøyet og emnet med en rullebevegelse. Dette prinsipp er fulgt ved ut-viklingen av roterende skjæreverktøy hvor skjæreavshittet, som har form av et omdreinings.legeme, eksempelvis i form av et konisk legeme, roterer om sin geometriske akse som følge av samvirket med emnet, eller i noen tilfeller roteres ved hjelp av en spesiell drivanordning. Dette øker levetiden til det roterende skjære-verktøy flere ganger sammenlignet med de tidligere kjente verk-tøy, samtidig som man forbedrer nøyaktigheten, kvaliteten og effektiviteten i maskineringen.

En ulempe som de roterende skjæreverktøy har, er at de har utilfredsstillende vibrasjonsraotstand og stivhet, hvilket i første rekke skyldes at verktøyet innbefatter et rotasjonselement som er montert i lagrer i et hus. Ser man således på stivheten i hele systemet "verktøymaskin-jigg-verktøy-emne", så vil ofte verktøyet, dvs. det roterende skjæreverktøy, være det svakeste ledd. Den beste metode for å øke motstanden mot vibrasjon, og derved øke effektiviteten, nøyaktigheten og kvaliteten, er således å forbedre konstruksjonen av det roterende skjæreverktøy,. slik at<v>dette får øket stivhet og vibrasjonsmotstand uten at man i vesentlig grad øker verktøydimensjonene.

Det er eksempelvis kjent et roterende skjæreverktøy hvor rotasjonselementet utgjøres av en spindel som bærer et skålformet skjæreelement og er montert i verktøyhuset i bærelageret. Den utragende montering av skjæreelementet i forhold til bærelagerne for spindelen, bevirker at spindelen bøyes under skjæringen, og dette i forbindelse med kontaktdeformasjonene i lagerne, vil( tislveiebringe krefter som søker å skyve verktøyet vekk fra emnet.

Størrelsen til denne fraskyvingskraft varierer betydelig med de ulike skjærekrefter som kan endre seg under de varierende maskineringsbetingelser, så som toleranser, variasjoner i de fysiske og mekaniske egenskaper for det maskinerte materiale osv. Man støter således på betydelige vanskeligheter med hensyn til å sikre høy presisjon med hensyn til dimensjoneringen og formen til de maskinerte flater. Variasjonene i fraskyvingskraften øker intensiteten i vibrasjonene under skjæringen og har negativ inn-flytelse på den maskinerte flate mikro- og makrogeometri. Ved produksjon i større serier, hvor det ikke er mulighet for prøve-kutt, vil ujevnheten i den fraskyvningskraft som virker på det roterende skjæreverktøy, som følge av dettes lave stivhet, være forbundet med en betydelig øking av dimensjonsvariasjonene for emnet, hvilket betyr en reduksjon av maskineringsnøyaktigheten.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er således å tilveiebringe et roterende skjæreverktøy hvor man øker stivheten og vibrasjonsmotstanden til verktøyet.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at et roterende skjæreverktøy, hvor den roterende del er i form av en spindel som bærer et skålformet skjæreelement og er montert i et verk-tøyhus i bærelageret, innbefatter.et støtteelement som er festet til verktøyhuset overfor skjæresonen, hvilket støtteelement samvirker med spindelen og kan belaste denne med en kraft som tilnærmet svarer til skjærekraften i størrelse, men har motsatt retning.

Støtteelementet tillater en forbelastning av bære-Jagerne for verktøyets roterende del med en kraft som omtrent, svarer til skjærekraften i. størrelse, men har motsatt retning. Dette muliggjør en øking av verktøyets.dynamiske stivhet. Den dynamiske stivhet er den viktigste driftsparameter for det roterende skjåereverktøy. I tillegg medfører anvendelsen av et slikt støtteelement en utvidelse av verktøyets teknologiske anvendelse., med hensyn til øking av den tillatte skjæredybde og mating, og. derved også av verktøyets virkningsgrad. Bruk av et slikt forbe-lastet roterende skjæreverktøy vil redusere de re sultantkrefter som virker på verktøyets roterende del, hvorved den kraft som virker til å skyve skjæreelementet fra emnet reduseres, med til-hørende bedring av nøyaktigheten, kvaliteten og effektiviteten. :

Støtteelementet kan eksempelvis være utformet som

et bøyleelement som er festet til huset og er forsynt med i det minste en boring hvori det er opptatt en eksentrisk tapp som. bærer et lager som samvirker med spindelen.

Ved å dreie denne eksentriske tapp i boringen i bøylen, er det mulig å fininnstille den belastningskraft som skal virke på verktøyets roterende del, og selv ved varierende maskin-eringsbetingel ser vil man således kunne sikre den ønskede ut-jevning av belastning- og skjærekrefter. Resultatet er således at disse krefter utbalanserer hverandre, lagerne avlastes og verktøyhuset vil bare måtte oppta den utvendige belastning. Dette gir bedre arbeidsbetingelser for bærelagerne, med til-hørende lengre levetid.

Fordelaktig kan støtteelementet utføres som en ring . som trees på et lager på spindelen og påvirkes av minst en trykkbolt som er montert i huset på en slik måte at boltaksen krysser spindelens rotasjonsakse.

I en slik utførelse vil verktøyets roterende del for belastes ved hjelp av trykkbolten, som virker på ringen og lageret. Bruk av gjengeinnstillingen i steden for den eksentriske inn-stilling vil i vesentlig grad lette innstillingen av den ønskede belastning. Benyttes to trykkbolter så vil dette lette over-føringen av en kraftig belastning til verktøyets sorterende del, og samtidig forenkler man også orienteringen av støtteelementet i forhold til skjæresonen.

Utsettes skjæreverktøyet for store belastninger under maskineringen, f.eks. når man utfører dype kutt eller skjærer i Jiårde materialer, så er det fordelaktig å utføre støtteelementet slik at det er selvinnrettende i forhold til verktøyets roterende del. Eksempelvis kan støtteelementet da utføres som en del hvis ene flate har kontakt med et lager montert på spindelen, mens den motstående flate har leddforbindelse med en L-formet støtte som er anordnet i et radielt spor i verktøyhuset pg kan innstilles is-forhold til spindelens rotasjonsakse.

Leddforbindelsen mellom den L-formede støtte og støtte-elementet medfører at støtteelementet kan utføre svingebevegelser om leddåksen, slik at det belastede støtteelement selvinnstilles i forhold til spindelaksen, samtidig som belastningskraftretningen vil ligge nøyaktig i spindelradien. Dette gjør.det mulig å til-f fipedsstille kravet til forbelastning, dvs. lik størrelse, med motsatt retning av skjærekraften.

Kontaktflaten med lageret kan være sylinderisk, med en radius som er større enn radiusen til lagerets ytre omkrets. Dette gir linjearitet for kontaktsonen mellom støttedelen og lageret, slik at man er sikret den ønskede nøyaktige radielle retning for belasthingskraften.

Støtteelementets nevnte flate kan også'ha V-form. Dette kan være nødvendig når verktøyet utsettes for store be-lastningskrefter. I så tilfelle vil man få stor kontaktbelast-ning i kontaktpunktet mellom støtteelement og lager, og har man da bare en linjekontakt, så kan dette føre til ødeleggelse av lageret. V-formen på støtteelementet , og selvinnrettingseffekten medfører at man får to kontaktlinjer, derved reduseres kontaktbe-lastningen og tilhørende defornieringer i lageret, med tilhørende øking av levetiden.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

figur 1 viser et snitt gjennom et roterende skjære-verktøy ifølge oppfinnelsen,

figur 2 viser skjæreverktøyet i figur 1 sett i retning av pilen A,

figur 3 viser et snitt gjennom et skjæreverktøy ifølge oppfinnelsen med en annen utførelse av støtteelementet,

figur k viser et snitt gjennom nok en utførelse av støtteelementet,

figur 5 viser et snitt etter linjen V-V i figur k,

og figur 6 viser et snitt gjennom et V-formet støtte- • element i kontakt med et lager.

I figur 1 er det vist et roterende skjæreverktøy hvor huset er betegnet med 1. I dette huset er det i et bærelager 2 .

(det bafcse lager er ikke vist) opplagret en spindel 3 hvorpå det er montert et skålformet skjæreelement k. Skjæreelementet h er - festet på spindelen 3 ved hjelp av en mutter 5. Ifølge oppfinnelsen er det roterende skjæreverktøy forsynt med et støtte-element som har til hensikt å belaste spindelen 3 med en kraft som omtrent svarer til skjærekraften i størrelse, men har motsatt retning. Støtteelementet er festet til verktøyhuset 1 overfor skjæresonen og samvirker med spindelen 3.

Av figur 2 går det frem at støtteelementet har bøyle-form. Bøylen 6 er festet på huset 1 ved hjelp av bolter 7«

Bøylen 6 er forsynt med et spor 8 og en boring hvori det er opptatt en tapp 9 med en eksentertapp 10. Eksentertappen 10 bærer et lager 11 som samvirker med sk jæreelementet h. Eksenter tappen 1.0 er forskjøvet i forhold til tappens 9 dreieakse med den antydede eksenterverdi e. Etter dreiing til ønsket stilling kan tappen 9 fikseres ved hjelp av en mutter 12.

For å være istand til å motstå større belastnings-krefter kan bøylen 6 ha to eller flere tapper 9«

Det roterende skjæreverktøy, med et støtteelement

som vist, virker på følgende måte:

Verktøyet settes inn i den ikke viste verktøyholder

i maskinen, slik at aksen til tappen 9 og skjæresonen befinner seg diametralt overfor hverandre, dvs. på hver sin side av spindelens rotasjonsakse. Med uttrykket skjæresone skal her forståes det punkt eller det kontaktsted som foreligger mellom skjæreelementets arbeidskant og emnets flate som bearbeides.

En slik anordning sikrer at man får de ønskede motsatte retninger for henholdsvis belastningskraften og skjærekraften. Belastningskraften vil øke når man dreier,tappen 9 tilsvarende. Skjærekraften virker langs en radius for skjæreelementet k og støtte-elementet anordnes også slik at den utøvede støttekraft virker i motsatt retning og i samme diametralplan.

Når det benyttes to eller flere eksentertapper,(ved større kraftebelåstninger) klemmes verktøyet slik på plass i^verktøyholderen at skjæresonen ligger diametralt overfor delings--ltinjen til sentralvinkelen mellom de radier som trekkes gjennom spindelaksen og de respektive eksentertapper. Utligningen av skjærekraften og støttekraften skjer ved at man stiller inn eksentertappene i ønskede vinkel stillinger og så undersøker for-skyvningen av det skålformede skjæreelement k under forsøkskutt.

Figur 3 viser en annen utførelse av et roterende skjæreverktøy. Her har støtteelementet form av en ring 13 som er tredd på et lager lk på spindelen 15 og påvirkes av minst en trykkbolt 16. Trykkbolten er skrudd inn i huset 17 og er inn-rettet slik at dens akse krysser spindelens 15 rotasjonsakse.

Dette roterende skjæreverktøy virker som følger: Verktøyet forbelastes ved hjelp av trykkbolten l6 via ringen 13 og lageret 1^. Plasseringen av verktøyet i verk-■tøyholderen ved bruk av en eller to trykkbolter er lik den som er nevnt foran i forbindelse med første utførelseseksempel, hvor det benyttes eksentertapper.

Utførelsen av støtteelementet i form av en ring 13 på et lager 1^ som igjen er montert på spindelen 15»hvilken ring påvirkes av en trykkbolt 16 som er skrudd inn i verktøyhuset, representerer en enkel utførelse, og den muliggjør en enkel inn-stilling av verktøyet og bidrar til en kompakt utførelse av verktøyet med lavt materialforbruk. Dessuten vil en slik ut-førelse helt utelukke, intrenging av spon mellom støtteelementet og verktøyets roterende del, dvs. spindelen 15. Anordningen av lageret lk vil imidlertid øke lengden av spindelutlegget, dvs. spindelens lengde fra det fremre bærelager og til skjærekanten, og dette har en noeliegativ innvirkning på stivheten i verktøyet. Denne utførelsen anbefales derfor først og fremst for avsluttende

. maskinering med liten kuttdybde.

For dypere kutt, og for bearbeidelse av hårde materialer, samt også for andre formål som vil være kjent for. fagmannen, og hvor man må regne med store skjærekref tex, anbefales en ut-førelse av støtteelementet som vist i figur h og 5»I huset 18

er det anordnet et lager 20 mellom spindelen 19 fremre bærelager 2 og det skålformede skjæreelement h på spindelen 19. Mellom

lagerets 20 ytre løpebane og åpningen i huset 18 er det en klaring 21.

Verktøyhuset 18 har et radielt spor 22 (fig. 5) som opptar en L-formet støtte 23. Denne er montert slik at den kan stillings justeres i forhold til spindelens 19 rotasjonsakse, og den er forbundet med huset 18 ved hjelp av en bolt 2k med til-hørende reguleringsmutter 25 og låsemutter 26. Støtteelementet er utformet som en sko 27 hvis ene flate har kontakt med den ytre løpebanen til lageret 20, mens den motliggende flaten har leddforbindelse 28 med den L-formede støtte 23. Overflaten av skoen .' 27 som har kontakt med lageret 20 er sylinderisk med en radius R^ .

Denne radius er større enn lagerets 20 ytterradius R2. Derved

er man sikret en liniær kontaktsone mellom skoen 27 og lageret 20.

Dette skjæreverktøy virker som følger :

Verktøyet settes opp, dvs. at spindelen 19 belastes med en kraft som tilnærmet er lik skjærekraften med hensyn til i størrelsen, men har motsatt retning. Denne kraft innstilles ved hjelp 'av strammemutteren 25. Støtten 23 i sporet 22 i huset 18 vil påvirke skoen 27 med en viss kraft mot lageret 20. Spindelen 19 belastes ved. stramming av mutteren 25 og utførelsen er slik at orienteringen av verktøyet i forhold til skjæresonen når verk-tøyet er montert i holderen, lettes vesentlig. Anordningen av leddet 28 mellom støtten 23 og skoen 27 tillater at skoen kan utføre svingébevegelser om leddaksen 28. Dvs. at den belastede sko 27 er selvinnrettende i forhold til spindelaksen og at man får en strengt definert retning for belastningskraften. Denne retning vil være overensstemmende med retningen til sporet 23 i huset 18, og er radiell i forhold til spindelen 19. Innstillingen av verktøyet i verktøyholderen lettes fordi skjæresonen skal ligge på samme diameter som sporet 22 i huset 18. Forbelastningen av verktøyet blir meget nøyaktig fordi man har en belastningskraft og en selvinnretting av støtteele-mentet i forhold til lageret 20 på spindelen 19-På denne måten • er man sikret at belastningskraftens retning ligger på den ønskede radius og er motsatt rettet skjærekraften.

Figur 6 viser en noe modifisert utførelse, hvor skoen-, 29 har V-form og ligger an mot ytterbanen ti*l lageret 20 med Vens innside. Til forskjell fra skoen 27 får man her to kontaktlinjer mellom lageret 20 og skoen 29. Dette reduserer kontaktbelast-ningen mellom skoen og lageret»og man får en reduksjon av kontaktdeformasjonene i omdreiningslegemet og i lageret, med tilhørende lengre levetid. V-formen til skoen 21 anbefales i de tilfeller hvor man må regne med større krefter på det roterende skjæreverk-tøy,, f. eks. ved intermiterende maskinering (fresing, høvling), fjerning av tykke spon og skjæring i hårde materialer.

Forbelastningen av spindelen 19 eller av det roterende skjæreverktøys roterende del med en kraft som i størrelse i hvert fall er tilnærmet lik den kraft som virker på det skålformede skjæreelejnent h gjør det mulig å øke verktøyets dynamiske stivhet, hindrer vibrasjonsutvikling som påvirker verktøyets levetid, nøy-aktighet og maskineringskvaliteten, og reduserer også den fraskyvingskraft som virker på skjærekanten, hvilket har da særlig betydning ved skjæring av hårde materialer. Alt i alt øker man

nøyaktigheten og maskineringskvaliteten. Dette betyr igjen at" verktøyet får øket teknologisk anvendelsesmulighet med hensyn til øking av den tillatte skjæredybde og mating, og dette har igjen ■

en gunstig påvirkning på virkningsgraden. Ved at det er mulig å stille inn verktøyets stivhet slik at denne kan tilpasses de aktuelle belastninger under skjæringen, muliggjøres en ønsket avlastning av lagerne, hvilket bidrar til å bedre arbeidsbe-tingelsene, og gjør verktøyet mer motstandsdyktig og varig.

Claims (3)

1. Roterende skjæreverktøy hvis roterende del er i form av en spindel som bærer et skjæreelement og er montert i et verk-tøyhus i bærelageret, karakterisert ved et støtteelement som er anordnet på huset (l) overfor skjæresonen, samvirker med spindelen (3) og kan belaste denne med en kraft som i hvert fall tilnærmet svarer til skjærekraften i størrelse,, men har motsatt retning.

2. Roterende skjæreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at støtteelementet er utformet som et bøyle-element (6) som er fastgjort til huset (l) og har minst en åpning for opptak av en eksentertappanordning (9) hvorpå det er montert et lager (li) som samvirker med spindelen (3).

3. Roterende skjæreverktøy ifølge kravl, karakterisert ved at støtteelementet er i fcxrm av en ring anordnet på et lager (l^) som er montert på spindelen (15), hvilken ring påvirkes av minst en trykkbolt (l6) som er montert slik i huset (17) at boltens akse krysser spindelens (15) rotasjonsakse. k. Et roterende skjæreverktøy ifølge krav 1, k a r a,k - terisert ved at støtteelementet har form av en sko (27) hvis ene flate har kontakt med et lager (20) montert på spindelen (19)» mens den andre, motliggende flate via en ledd-iforbindelse (28) er tilknyttet en L-formet støtte (23) anordnet i et radielt spor (22) i verktøyhuset (l8), med mulighet for stillingsinnregulering i forhold til spindelens (l9) rotasjons-ak se.