SE516626C2 - Skärverktyg och verktygsskaft - Google Patents

Description

516 626 2 betningen samtidigt som erforderligt bearbetningsresultat upprätthålls. Att maxime- ra skärdata är ett självklart mål i jakten på en god verkstadsekonomi.

Att istället för konventionella skärverktyg använda skärverktyg som har roterbara skär är en bättre lösning. Roterbara skär innebär att cirkulära skär fås att sj älvrotera under ingreppet med ett arbetsstycke, vilket möjliggörs genom den friktion som uppstår mellan skäret och arbetsstycket, samt det faktum att skäret är roterbart lagrat i skärverktyget. På grund av roterbarheten fördelas slitage och värme jämt runt skä- ret. Denna värrne- och slitagefördelning innebär att temperaturen i ingreppspunkten mellan skär och arbetsstycke hålls på en acceptabel nivå, och således undviks de områden där deformationshärdning eller fasomvandling sker. Givetvis innebär vär- me- och slitagefördelningen även en ökad livslängd för skären och längre intervall mellan nödvändiga verktygsbyten.

Cirkulära skär har en stor nosradie, vilket vid finbearbetning kan göra det svårt att följa en ytas kontur, men som vid grovbearbetning medger hög matningshastighet.

För att optimera skärdata måste möjlighet ges till att kunna påverka och justera de variabler som bestämmer skärdata.

En av de variabler som bestämmer skärdata är som nämndes ovan skärhastigheten, d.v.s. den hastighet med vilken skäret avverkar material från arbetsstycket. Skärhas- tigheten i sin tur bestäms av fräskroppens rotationshastighet, och skärets rotations- hastighet runt sin axel bestäms av skärets lutningsvinkel i förhållande till arbets- stycket tillsammans med skärhastigheten. Olika material kräver olika rotationshas- tighet samt olika lutningsvinkel för att en optimal skärhastighet, och därmed en ef- fektiv fräsbearbetning, skall kunna uppnås. Det är således viktigt att en korrekt vin- kelinställning kan göras av skäret i förhållande till arbetsstycket för att maximera prestandan under fräsbearbetningen. 10 15 20 25 30 516 626 3 Det amerikanska dokumentet US 4 477 211 visar hur skaftverktyg 58, 60 innefat- tande roterbara, cirkulära skär är förbundna med en verktygsadapter 56. Skaftverk- tygen är fixerade till verktygsadaptem med hjälp av laxstj ärtfórband 12. Skären hos respektive skaftverktyg uppvisar olika lutningsvinklar, vilka kan regleras genom att variera laxstjärtfórbandets utseende vid änden 12. Detta kräver ett nytt verktygsskaft for varje önskad lutningsvinkelinställning och är ett omständigt forfarande vid opti- mering av skärdata.

Det amerikanska dokumentet US 3 329 065 visar ett skärverktyg 1 innefattande en fräskropp 5. Integrerat med fräskroppen 5 är ett flertal upphängningsanordningar 6, vilka var och en uppbär ett cirkulärt skär 7. Enligt detta dokument är lutningsvinkeln b för skäret 7 ungefär 35° och ej 'ándringsban Således kan en optimering av skärdata ej uppnås.

Andra nackdelar är sj älva lagringen av det roterbara, cirkulära skäret. Den axel som skäret är anordnat på är lagrat med hjälp av ett radiallager och ett axiallager. Här- med kan radiella och axiella krafter tas upp, men inte böjmoment. Det finns inte heller någon separat rullbana för radiallagren, vilket gör att axeln belastas. Detta re- sulterar i att axeln måste härdas och slipas, vilket gör den dyrare att producera samt känslig for stötar och vibrationer.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål hos föreliggande uppfinning är att optimera skärdata och livslängd hos cirkulära, roterbara skär vid fräsning.

Detta ändamål uppnås medelst ett skärverktyg såsom inledningsvis beskrivits och som kännetecknas av att varje andra del är steglöst svängbar och fixerbar i den fór- sta delen kring en tredje axel som är parallell med den första axeln. Härmed kan varje skär vinkelinställas med avseende på det arbetsstycke som ska bearbetas, var- vid optimala skärdata kan uppnås. 10 15 20 25 516 626 Detta ändamål uppnås även medelst ett verktygsskaft såsom inledningsvis beskrivits och som kärmetecknas av att den långsträckta kroppen har ett cirkulärt tvärsnitt.

Härmed kan skaftverktyget steglöst vinkelinställas kring centrumaxeln när den är anordnad i fräskroppen.

I en föredragen utföringsform innefattar den forsta delen en verktygsadapter som är roterbar kring den första axeln, och den andra delen innefattar verktygsskaft, vars centrumaxlar sammanfaller med de tredje axlarna och som var och ett uppbär ett av de cirkulära skären, vari verktygsskaften är svängbart och fixerbart anordnade i verktygsadaptern. Härmed kan varje skär vinkelinställas separat samt bytas ut obe- roende av de andra skären.

Företrädesvis har verktygsskaften ändar med cirkulära tvärsnitt som medelst vrid- säkra fasthållningsorgan är svängbart och fixerbart anordnade i cirkulära hål i verk- tygsadaptem. Härmed är en steglös inställning av verktygsskaften möjlig.

F öreträdesvis är det vridsäkra fasthâllningsorganet en hydraulisk bussning. Härmed uppnås en viskös dämpning av verktygsskaftet under bearbetningen, vilket förbättrar bearbetningsresultat och verktygsekonomi. Dessutom uppnås på grund av bussning- ens stora anliggningsyta en stabilare fastspänning jämfört med en skruvhållare som har punktfastspänning.

Företrädesvis är verktygsskaften rotationssymmetriskt anordnade på en cirkel kring den första axeln. Härmed uppvisar fräskroppen ett stabilt beteende vid rotation kring den första axeln.

Varje cirkulärt skär är företrädesvis roterbart lagrat på en svängtapp med en rota- tionsaxel som sammanfaller med den andra axeln. Härmed kan skär med ett brett 10 15 20 25 30 516 626 5 spektrum på skärvinklar användas jämfört med fallet då svängtappen ej är vinkelrät mot den tredje axeln.

Företrädesvis är svängtappen lagrad med koniska rullager. Härmed får man en kom- binerad belastningskapacitet i radiella och axiella riktningar samt förmåga att uppta böj ande moment. Dessutom har koniska rullager en separat rullbana, varför axeln inte utsätts för en direkt belastning av rullagren.

KORT FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer detalj erat med hjälp av en exemplifierande utíöringsform och med hänvisning till ritningarna, på vilka: Fig. 1 visar en schematisk presentation av planfräsning enligt känd teknik med cir- kulära, roterbara skär; Fig. 2 visar en perspektivvy av en fräskropp enligt föreliggande uppfinning; Fig. 3 visar en sprängvy av ett skaftverktyg enligt föreliggande uppfinning; Fig. '4 visar en sprängvy av fräskroppen; Fig. 5 visar en hydraulisk bussning, och Fig. 6a-b visar skañverktygen med olika lutningsvinklar.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Fig.1 visar en schematisk presentation av planfräsning enligt känd teknik med cir- kulära, roterbara skär och figuren avser endast klargöra principen för fräsning med cirkulära, roterbara skär. Uppfinningen i övrigt är inte begränsad till planfräsning utan även andra fräsoperationer, såsom axial- och profilfräsning är möjliga. 10 15 20 25 30 516 626 I denna figur visas en cylinderfonnad fräskropp som är roterbart fastspänd i en icke visad fräsmaskin kring en rotationsaxel. Längs periferin av den cylinderforrnade fräskroppen är anordnat cirkulära skär som är roterbart lagrade i ett plan som vä- sentligen är vinkelrätt mot fräskroppens rotationsaxel. Under drift kommer, då fräs- kroppen roterar, skären att bringas i ingrepp med ett arbetsstycke och material kommer att avverkas från arbetsstycket. På grund av friktionen mellan arbetsstycket och skären samt det faktum att skären är roterbart lagrade i fräslcroppen kommer skären att börja rotera. Denna rotation leder till att en ny skäregg hela tiden kommer i ingrepp med arbetsstycket, varmed slitage och värme fördelas runt respektive skär.

Detta ökar skärens prestanda samt leder till längre intervall mellan nödvändiga verktygsbyten.

Fig. 2 visar en fräskropp 10 enligt en föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning. Fräskroppen 10 är roterbar kring en första axel I och innefattar en verktygs- adapter 12, två skaftverktyg 14 och vridsäkra fasthållningsorgan i detta fall i form av två hydrauliska bussningar 16. Verktygsadaptem har ett väsentligen cylindriskt utseende med ett ändparti 18 som är avsett att fastspännas i en icke-visad fräsma- skin. Skaftverktygen 14 skjuter ut vinkelrätt från en undersida av verktygsadaptern 12, i vilken de är löstagbart anordnade, medelst de hydrauliska bussningarna 16 samt även svängbara och fixerbara kring respektive tredje axlar III, vilka är paral- lella med den första axeln I. Skaftverktygen 14 är dessutom fördelade i omkretsrikt- ningen runt verktygsadaptem 12 på så sätt att de är rotationssymrnetriskt anordnade kring den första axeln I, varmed stabilitet erhålls under fräsningen.

På en utskjutande ände hos varje skaftverktyg 14 uppbärs ett cirkulärt skär 20, vilket är roterbart lagrat kring en andra axel II. Denna andra axel II ligger i ett plan vä- sentligen vinkelrätt mot den första axeln I. Ett plan som är fullständigt vinkelrätt mot den första axeln dock att föredra, eftersom det ger större valfrihet att välja skär med olika skäreggsvinklar, jämfört med axlar som ligger i icke-vinkelräta plan. 10 15 20 25 30 516 626 Fördelen med denna konstruktion är att skärens lutningsvinkel med avseende på det arbetsstycke som ska bearbetas kan justeras, vilket inte är möjligt i kända lösningar som använder roterbara, cirkulära skär. Detta möjliggörs genom att skaftverktygen kan svänga runt axeln III och fixeras i ett önskat läge. Lutningsvinklarna bestämmer, jämte fräskroppens rotationshastighet, hur snabbt skären roterar, men även skärens effektiva skärhastighet, d.v.s. den hastighet med vilken material avverkas från ar- betsstycket. Skärhastigheten är en viktig variabel som, tillsammans med skärdjup och matning av arbetsstycket, bestämmer bearbetningens prestanda, effektivitet och resultat. Olika material har olika metallurgiska egenskaper och kräver således olika inställningar av ovan nämnda variabler for att fräsbearbetningen skall bli så effektiv som möjligt. Av detta skäl är en noggrann inställning av lutningsvinkeln vikti g.

Detta kommer att beskrivas mer utförligt i slutet av beskrivningen.

Fig. 3 visar skaftverktyget 14. Det har ett långsträckt parti 22 med ett cirkulärt tvär- snitt, och en längsgående centrumaxel som sammanfaller med den tredje axeln III.

Det långsträckta partiet 22 med det cirkulära tvärsnittet är avsett att, via den tidigare nämnda hydrauliska bussningen, svängbart kunna fixeras i verktygsadaptem 12 i syfte att ställa in skärets lutningsvinkel. I en annan ände av skaftverktyget 14 är det cirkulära skäret 20 anordnat på en svängtapp 24 med hjälp av en skruv 26. Skruven 26 är avsedd att ha ett något fiñrsänkt skruvhuvud fór att inte påverka spånflödet un- der fräsningen. Själva svängtappen 24 är fixerad i ett lagerhus 30 med hjälp av en axelmutter 34 och har en rotationsaxel som sammanfaller med den andra axeln II.

Svängtappen 24 kan rotera fritt i lagerhuset 30 då det uppbärs av ett lagerorgan in- nefattande två koniska rullager 32, vilket medger den ovan nämnda roterbarheten.

Med hjälp av dessa lager 32 kan svängtappen 24 effektivt ta upp erforderliga axiella och radiella krafter under fräsningen samt även de böjmoment som uppkommer.

Fig. 4 visar en sprängvy av fräskroppen och hur de olika delarna är avsedda att pas- sa ihop. Det framgår att på en undersida 36 av verktygsadaptem är anordnat cirkulä- 10 15 20 25 516 626 8 ra borrhål 38. Dessa hål är anordnade på en cirkel, som är koncentrisk med verk- tygsadaptems konturlinje och således också har den första axeln I som centrum- punkt. Hålen 38 är avsedda för skaftverktygen 14, vilka kan införas i hålen, via de hydrauliska bussningarna 16, vilka även visas i fig. 5. Den hydrauliska bussningen 16 har som främsta uppgift att låsa och fixera skaftverktygen 14 i hålen 38. Buss- ningen har en ytterdiameter D och en innerdiameter d. Bussningen kan med litet spel pressas på den cirkulära änden 22 hos skaftverktyget 14, och bussningen 16 kan se- dan med ytterdiametem D passas in i ett av hålen 38 på undersidan 36 av verktygs- adaptem 12. Mellan innerdiametem d och ytterdiametem D är format ett icke-visat, slutet, inre utryrmne som har kontakt med omgivningen via en nippel 42. Detta inre utrymme kan under tryck fyllas eller tömmas på olja eller armat lärnpligt, visköst, kompressibelt medium. När tillräckligt med olja pressas in via nippeln 42 i det slut- na utrymmet kommer innerdiametem d att minska medan ytterdiametem D ökar.

Härigenom kan ett skaftverktyg, med en påförd dylik bussning, steglös vinkelin- ställas kring axeln III för att sedan fixeras i önskat läge i verktygsadaptem 12. En annan viktig fördel med denna bussning är att man erhåller en viskös dämpning av skaftverktyget, vilket hämmar vibrationer.

Fig. 6a-b visar fräskroppen 10 med två skaftverktyg 14 sedd underifrån. Syfiet med figuren är att visa skär med olika lutningsvinklar ÅS. Vid fiäsning av ett arbetsstycke som ligger i samma plan som papperet kommer ingrepp med arbetsstycket ske vid punkten A. Denna punkt A kommer, under rotation av fräskroppen 10 runt axeln I, att färdas i en cirkelbana C med I som mittpunkt. Lutningsvinkeln k, definieras som vinkeln mellan en tangent T till cirkeln C i punkten A och en normal N till skärets framsida i punkten A. I fig. 6a inses således att lutningsvinkeln Ks] ligger omkring 30° medan lutningsvinkeln XS; i fig. 6b är 0°, eftersom tangenten T; och norrnalen N; sammanfaller med varandra. Den senare vinkeln resulterar i att ingen rotation av skäret uppstår under fräsningen. 516 626 9 Lämplig lutningsvinkel under fräsning beror på flera faktorer, bland annat på val av material men även frästeknik, önskat bearbetningsresultat etc, men normalt används lutningsvinklar Ås mellan -60° och +60°.

Vidare är det givetvis möjligt att använda ett större antal verktygsskaft än de två som visas i figurema. Huvudsaken är att skaften är symmetriskt fördelade runt verktygsadaptem så att fräskroppen blir stabil under dess rotation. Detta framgår klart av fig. 6a-b.

Claims (10)

10 15 20 25 516 626 10 PATENTKRAV

1. Skärverktyg i fonn av en fräskropp (10) för fiäsning av material, såsom metall- matriskompositer, vannhållfasta superlegeringar, rostfritt stål etc., innefattande - en första del (12) med ett första ändparti (18) avsett att fastspärmas i en fräsma- skin för rotation kring en första axel (I), - åtminstone två andra delar (14) förbundna med och utskjutande från ett andra åndparti (36) av den första delen (12), vilka andra delar (14) var för sig uppbär ett cirkulärt skär (20) som är roterbart lagrat kring en andra axel (II) belägen i ett plan väsentligen vinkelrätt mot den första axeln (I), kännetecknat av att varje andra del (14) är steglöst svängbar och fixerbar i den första delen (12) kring en tredje axel (III) som är parallell med den första axeln (1)-

2. . Skärverktyg enligt krav 1, kännetecknat av att den första delen innefattar en verktygsadapter (12) som är roterbar kring den första axeln (I), och den andra delen innefattar verktygsskaft (14), vars centrumaxlar sammanfaller med de tredje axlama (III) och som var och ett uppbär ett av de cirkulära skären (20), vari verktygsskaften (14) är svängbart och fixerbart anordnade i verktygsadap- tem (12).

3. . Skärverktyg enligt krav 2, kännetecknat av att verktygsskaften (14) har ändar (22) med cirkulära tvärsnitt som medelst vridsäkra fasthållningsorgan är sväng- bart och fixerbart anordnade i cirkulära hål (3 8) i verktygsadaptern (12).

4. . Skärverktyg enligt krav 3, kännetecknat av att det vridsäkra fasthållningsorga- net (16) är en hydraulisk bussning. 10 15 20 25 >516 626 _ nWm_n 11

5. . Skärverktyg enligt något av krav 2-4, kännetecknat av att verktygsskaften (14) är rotationssyrnrnetriskt anordnade på en cirkel kring den första axeln.

6. . Skärverktyg enligt något av krav 1-5, kännetecknat av att varje cirkulärt skär (20) är roterbart lagrat på en svängtapp (24) med en rotationsaxel som samman- faller med den andra axeln (II).

7. . Skärverktyg enligt krav 6, kännetecknat av att svängtappen (24) är lagrad med koniska rullager (32).

8. . Verktygsskaft avsett att ingå i ett skärverktyg enligt krav 1, innefattande en långsträckt kropp (22) med en centrumaxel (III), samt i en ände av den långstråckta kroppen (22) uppbärande ett cirkulärt skär (20), vilket är roterbart lagrat kring en andra axel (II), väsentligen vinkelrät mot centrumaxeln (III), kännetecknat av att den långsträckta kroppen har ett cirkulärt tvärsnitt.

9. . Verktygsskaft enligt krav 8, kännetecknat av att det cirkulära skåret (20) roter- bart lagrat på en svängtapp (24) med en rotationsaxel som sammanfaller med den andra axeln (II).

10. Verktygsskaft enligt något av krav 8-9, kännetecknat av att svängtappen (24) är lagrad med koniska rullager (32).