SE526990C2 - Roterbart skärverktyg för spånavskiljande bearbetning med självcentrerande funktion - Google Patents

Description

526 990 2 nödvändigtvis - är avsedda för bearbetning av arbetsstycken av metall.

Utvecklingen av löstoppsverktyg är särskilt intensiv och intressant inom omrâdet borrning. För just borrningsän- damål används antingen enkla borrmaskiner eller fleropera- tionsmaskiner, som i båda fallen inbegriper en kraftfull och stabilt lagrad maskinspindel eller hållare, i vilken en bakre ände av skärverktygets grundkropp är fixerbar, samti- digt som grundkroppens främre ände är fritt tillgänglig för montering och demontering av de löstoppar, som skall verk- ställa den skärande eller spånavskiljande uppgiften i de aktuella arbetsstyckena. Under absolut ideala förhållanden skall icke blott grundkroppens geometriska centrumaxel, utan även löstoppens geometriska centrumaxel vara belägna utmed en rak linje i exakt förlängning av maskinspindelns geometriska centrumaxel, för att generera ett hål med opti- mal precision med avseende på såväl form som läge i arbets- stycket. Emellertid är det i praktiken svårt att nå optimal precision, framför allt på grund av ofrànkomliga toleranser i gränssnittet mellan löstoppen och grundkroppen, vilka ju tillverkas var för sig i olika operationer och av olika material, men även på grund av diverse formfel i såväl grundkroppen som löstoppen. Resultatet i verkligheten blir därför ej sällan att borren kastar i samband med äntringen i ett arbetsstycke, dvs. löstoppens spets lokaliseras oav- siktligt vid sidan av den raka linje i förlängning av maskinspindelns geometriska centrumaxel, som bör bestämma det blivande hålets rymdgeometriska läge. I stället för att röra sig linjärt in i arbetsstycket beskriver löstoppens spets därför initialt en cirkulerande eller planetarisk rörelse för att slutligen stabiliseras i en linjär rörelse- bana som kan vara belägen mer eller mindre långt från den tilltänkta rörelsebanan.

Teknikens ståndpunkt Ett skärverktyg av ingressvis angivet slag är tidi- gare känt genom SE 0103752-2. En nackdel med detta verktyg är emellertid att löstoppens handel är utformad på ett sådant sätt att den måste föras in från sidan i den motta- 10 15 20 25 30 35 526 990 ooo ooo o o oo o oo o oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ooo o o o o o o oooo o o I oooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo o oooo oo 3 gande rännan i grundkroppen. För att undanröja denna nack- del har utvecklats ett verktyg, som är föremål för SE 0400056-8, och som gör det möjligt att föra in löstop- pens handel axiellt i grundkroppens ränna. I detta fall är löstoppens handel utformad med en rotationssymmetriskt for- mad knast eller tapp, som är anordnad att gripa in i ett likaledes rotationssymmetriskt format säte i rännans bot- tenyta. Knastens uppgift är att centrera löstoppen relativt grundkroppen, och för detta ändamål uppvisar knasten en konisk mantelyta, vars största och minsta diametrar är så avvägda, att linjekontakt etableras mellan densamma och en väsentligen cirkulär kant som avgränsar sätets mynning.

Denna konstruktion kräver extremt god tillverkningspreci- sion, icke blott i samband med framställningen av den av hårdmetall förfärdigade löstoppen, utan även i samband med framställningen av grundkroppen, som består av stål. Här- till kommer att någon garanti för bearbetningsprecision ej uppstår, även om löstoppen till äventyrs skulle komma att centreras exakt i förhållande till grundkroppen. Sålunda kan till och med små formfel i grundkroppen leda till att löstoppens egen centrumaxel lokaliseras vid sidan av en rak linje i förlängning av maskinspindelns centrumaxel.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda olägenheter hos tidigare kända skärverktyg och skapa ett förbättrat skärverktyg. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa ett i synnerhet för borr- ning avsett skärverktyg, vars löstopp låter sig centreras på ett mycket exakt sätt i förhållande till maskinspindelns centrumaxel. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att förverkliga en förbättrad bearbetningsprecision medelst enkla och prisbilliga medel. Det är även ett syfte att skapa ett verktyg vid vilket gränssnittet mellan löstoppen och grundkroppen är så beskaffat att användaren/operatören, i samband med löstoppens montering, förlänas en förtroende- ingivande känsla i så motto att löstoppen uppfattas såsom distinkt och tillförlitligt fixerbar i grundkroppens ränna. o 00 o 00 0 00 o o oo o o o o 0 0 o o 0 0000 0 o o 0 0 0 0 o 000 oo 000 00 N U 20 25 30 35 526 990 ooo ooo o o oo o oo o oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ooo o o o o o o oooo o o oooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo o o0oo oo 4 Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syf- tet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 kännetecknande del. Fördelaktiga utföranden av det uppfin- ningsenliga verktyget är vidare angivna i de osjälvständiga patentkraven.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Fig 1 Fig Fig 3 Fig 4 Fig 5 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig 10 ll 12 13 På ritningarna är: . en perspektivvy av ett i en roterbar maskinspindel monterat skärverktyg i form av en borr enligt upp- finningen, varvid verktygets grundkröpp illustreras i fantomavbildning, en förstorad perspektivisk sprängvy visande en del av en grundkropp samt en fràn denna àtsärad skär- kropp eller löstopp till ett första utförande av verktyget enligt uppfinningen, en ändvy av grundkroppen enligt fig 2, en ändvy av löstoppen enligt fig 2, en längdsektion A-A genom verktyget i sammansatt tillstànd, en extremt förstorad sektion genom en del av gräns- snittet mellan löstoppen och grundkroppen, närmare bestämt i området av ett i ett säte härbärgerat ut- spràng, varvid utsprànget visas centrerat i förhål- lande till sätet, en mot fig 6 svarande sektion visande utsprånget i ett sidoförskjutet läge i sätet, en mot fig 2 svarande sprängvy visande ett andra, alternativt utförande av verktyget enligt uppfin- ningen, en sprängvy visande ett tredje, alternativt ut- förande av uppfinningen, en sidovy av en grundkropp, en ändvy av samma grundkropp, en ändvy av en med grundkroppen enligt fig 10 och ll och samverkande löstopp, en ändvy av ett annat utförande av en löstopp.

N ß 20 25 30 35 Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfin- ningen I fig 1 betecknar 1 generellt ett skärverktyg i form av en borr, som visas monterad i en hållare 2, vilken i sin tur är monterad i en roterbar maskinspindel 3. Borren är sammansatt av dels en i fantomavbildning illustrerad grund- kropp 4, dels en lösgörbar skärkropp eller löstopp 5.

Grundkroppen 4 utgörs i detta fall av ett jämförelsevis smalt, cylinderformat skaft, som vid en bakre ände uppvisar ett förtjockat parti 6, vilket är fixerbart i hållaren 2.

Denna hållare är i sin tur fixerbar i ett hålrum 7 i spin- deln 3. För att medverka till överföring av vridmoment till borren är på spindelns 3 frontyta anordnade tvenne klackar I skaftet 4 är ut- Såsom tydligt framgår 9, som griper in i urtag i hàllaren 2. formade skruvformiga spånkanaler 10. av fig l är löstoppen 5 monterad pà skaftets 4 fria, främre ände.

I fig l betecknar C en tänkt geometrisk centrum- linje, som är visad i form av en enda streckprickad linje, vilken sträcker sig från spindelns 3 bakre ände till lös- toppens 5 främre ände. I praktiken har emellertid var och en av komponenterna 2, 3, 4 och 5 sin egen geometriska centrumaxel. Sålunda har spindeln 3 en centrumaxel, som är betecknad C3, medan hàllaren 2, grundkroppens 4 och löstop- pens 5 individuella centrumaxlar är betecknade C2, C4 res- pektive C5. Väsentligt för verktygets bearbetningsprecision är att löstoppens 5 centrumaxel C5 blir koncentrisk med spindelns 3 centrumaxel C3. Målet med uppfinningen är så- lunda att säkerställa att löstoppens 5 centrumaxel C5 loka- liseras i exakt förlängning av spindelns 3 centrumaxel C3, medan det är av underordnad betydelse huruvida centrum- axlarna C2 och C4 är absolut koncentriska med axlarna C3 och C5.

Nu hänvisas till fig 2, som illustrerar utformningen av ett gränssnitt mellan borren eller grundkroppen 4 och löstoppen 5 i enlighet med ett första utförande av uppfin- ningen.

I grundkroppens 4 främre ände är utformad en ränna ll, i vilken mynnar en slits 12, vilken åtskiljer två elas- 10 U 20 25 30 35 526 990 aoo ooo 0 o oo o oo o oo o oo oo 0 oo o oo o 0 o oo oo oo 00 o o oo oo ooo oo o oo ooooáoo 0o0o0o o o o o 0 o oo o o 0 o o 0 o o o o o o o oo o oooo o 6 tiskt böjliga skänklar 13. Rännan 11 avgränsas av en bot- tenyta 14 och två sidoytor 15, som definierar en käft, vars form smalnar av kilformigt i riktning framåt (uppåt på rit- ningen). I den ena skänkeln 13 finns ett hål 16 för en (icke visad) spännskruv med vars hjälp de båda skänklarna kan fjärmas något från varandra genom utböjning.

Löstoppen 5 har rotationssymmetrisk grundform så- tillvida att den uppvisar en cirkulär ytterkonturform i anslutning till en cylindrisk eller bakåt svagt konisk man- telyta 17. Frontytan 18 (se även fig 4 och 5) på löstoppen är konisk och ändar i en central spets 19. Generellt har löstoppen en ytterdiameter, som är något större än grund- kroppens 4 diameter. I mantelytan 17 är utformade två kon- kavt välvda begränsningsytor 20, vilka ansluter sig till ytorna 10 och avgränsar spånkanaler i löstoppen. I löstop- pens främre del är i anslutning till spånkanalerna 20 ut- formade skäreggar 21, vilka är diametralt motsatta var- andra, dvs. ekvidistant åtskilda 180°. löstoppen symmetrisk grundgeometri. Vid sin bakre eller Med andra ord har inre ände uppvisar löstoppen en i sin helhet med 22 beteck- nad handel för ingrepp med rännan 11. Denna handel avgrän- sas av en ändyta 23 och tvâ flankytor 24, vilka är sned- ställda för att svara mot rännans kilform, sådan denna be- stäms av de snedställda sidoytorna 15. På ömse sidor av handelen 22 finns plana, axialkraftsupptagande ytor 25 för samverkan med likformiga ytor 26 på ömse sidor om rännan 11.

Pâ handelens 22 ändyta 23 är utformat ett utsprång 27 avsett att gripa in i ett säte 28 i rännans 11 bottenyta 14.

Löstoppen 5 förfärdigas helt eller delvis av hårdme- tall eller annat nötningsbeständigt material, medan grund- kroppen 4 förfärdigas av ett material med betydligt större elasticitet, t ex stål. Just stål är att föredra till följd av sin inherenta elasticitet eller fjädringsförmåga, som gör det möjligt att fjädrande böja ut de av slitsen 12 åt- skilda skänklarna 13.

Så långt det visade verktyget hittills beskrivits är detsamma i allt väsentligt tidigare känt. Utmärkande för N U 20 25 30 35 526 990 ononoo c 0 a o no onani: 0 I 0 oo oo Iota n 0 0 annu sto 0 0 o once Oulu O coon 0 0 ovan Q n I 0 Icon once 0 unna 0 1 0 0 on I c 0 0 en 500: o o 0 n nosa 7 tidigare kända verktyg är att utsprånget 27 har haft till uppgift att centrera löstoppen i ett orörligt tillstånd re- lativt grundkroppen, närmare bestämt genom att ha en sådan form, att detsamma vid införande i sätet 28 erhåller dikt kontakt med detta.

Utmärkande för verktyget enligt föreliggande uppfin- ning är att sätet 28 är större än utsprånget 27, för att tillåta löstoppens 5 handel 22 att röra sig fram och åter i rännan ll och på så sätt medge självcentrering av löstop- pen. Närmare bestämt skall löstoppen 5 tillåtas inta ett centrerat läge, i vilket dess centrumaxel C5 sammanfaller med en tänkt förlängning av spindelns 3 centrumaxel C, utan att för den skull grundkroppens 4 centrumaxel C4 nödvän- digtvis - utmed hela sin längd - sammanfaller med axelns C3 förlängning.

I utförandeexemplet enligt fig 2-7 har utsprånget 27 och sätet 28 fyrkantig grundform. Sålunda avgränsas ut- språnget 27 av fyra plana flankytor 29, samt en undre änd- yta 30, som lämpligen är plan. Såsom tydligt framgår av fig 6 och 7 är flankytorna 29 snedställda i förhållande till handelens ändyta 23, närmare bestämt i riktning inåt mot varandra så att utsprånget generellt smalnar av i riktning från ytan 23. Sätet 28 kan med fördel ha generellt samma form som utsprånget, såtillvida att detsamma avgränsas av fyra plana och snedställda sidoytor 31 och en plan botten- yta 32. Dock är sätet allmänt större än utsprånget. I detta sammanhang skall påpekas att ytkontakt mellan löstoppen 5 och grundkroppen 4 etableras enbart mellan ändytorna 25, 26 och rännans sidoytor 15 respektive handelens flankytor 24.

Detta innebär att handelens ändyta 23 är fjärmad från rän- nans bottenyta 14, såsom tydligt framgår av fig 6 och 7.

Vidare är utspràngets 27 höjd så avpassad i förhållande till sätets 28 djup, att ytorna 30 och 32 ej har kontakt med varandra. Med andra ord bottnar ej utsprånget i sätet.

I fig 6 visas utsprånget 27 i ett neutralt mittläge i sätet 28, dvs. de båda flankytorna 29 på utsprånget är fjärmade från motsvarande sidoytor 31 i sätet. Från detta neutralläge, som definieras av en referenslinje R, är ut- språnget 27 rörligt fram och åter i det plan, som definie- W U 20 25 30 35 526 990 8 ras av rännan 11, dvs. parallellt med rännans sidoytor 15.

Däremot kan utsprànget ej röra sig i rät vinkel mot sagda plan, i och med att de böjliga skänklarna 13 hålls ansatta mot handelens 22 flankytor 24 och styr handelen linjärt. I detta sammanhang skall betonas att utsprångets 27 rörlighet i rännan ll ej innebär att utsprànget är fritt rörligt.

Tvärtom ombesörjer de böjliga skänklarna 13 en förspänning av utsprànget i det godtyckliga läge, som utsprànget och löstoppen intar i samband med montering. Förflyttning av löstoppen i sidled sker därför först sedan löstoppen äntrat ett arbetsstycke och utsätts för påtagliga skärkrafter. Med andra ord fasthåller skänklarna utsprànget i varje givet läge så länge borren roterar utan att ha äntrat arbets- stycket.

I fig 7 visas utsprànget 27 - efter att ha underkas- tats skärkrafter - förskjutet åt höger till ett ändläge, i vilket den högra flankytan 29 anligger mot sätets högra sidoyta 31. Den sträcka d, som utsprànget förflyttas från läget enligt fig 6 till läget enligt fig 7, utgör ett mått på storleksskillnaden mellan sätet och utsprànget. Med andra ord kan måttet d anses definiera löstoppens radiella rörlighet (rörligheten diametralt = 2d).

Skillnaden mellan sätets 28 vidd, och utsprångets bredd betraktad i rännans längdutsträckning, varierar i praktiken i beroende av borrarnas diametrar, närmare be- stämt på så sätt att skillnaden är liten vid borrar med små diametrar och större vid borrar med större diametrar. Under alla omständigheter bör dock skillnaden mellan sätets vidd och utsprångets bredd uppgå till 0,02 mm (d = 0,01 mm). Å andra sidan bör sätets vidd vara högst 0,20 mm större än utsprångets bredd (d = 0,10 mm). I praktiken kan skillnaden mellan sätets vidd och utsprångets bredd med fördel ligga inom området 0,04-0,16 mm, lämpligen 0,07-0,13 mm.

Genom att löstoppen är radiellt rörlig inom de av måttet 2d bestämda gränserna möjliggörs en självcentrering av densamma i samband med äntringen av ett arbetsstycke. Om sålunda grundkroppens 4 centrumaxel C4 i området av gräns- snittet mot löstoppen, av ett eller annat skäl, t ex tole- ranser i gränssnittet och/eller smärre formfel i grundkrop- 10 U 20 25 30 35 526 990 pen och/eller hållaren 2, ej skulle vara koncentrisk med spindelns 3 centrumaxel C3 kommer löstoppen att söka sig till det centrum, som definieras av en rak linje i förläng- ning av spindelns centrumaxel C3. Detta sker sedan löstop- pen äntrat arbetsstycket och utsätts för skärkrafter som är betydligt större än den förspänningskraft, som skänklarna l3 utövar mot löstoppens handel 22.

I verktyget enligt fig 2-7 är sätet 28 i sin helhet lokaliserat till den hälft av bottenytan 14, som är belägen på den ena sidan av slitsen 12, varjämte utsprånget 27 är sidoförskjutet på motsvarande sätt.

Nu hänvisas till fig 8, som illustrerar ett alterna- tivt utförande, vid vilket ett avlångt säte 28 överbryggar slitsen 12. Närmare bestämt är sätet i detta fall utfört av två likformiga delurtag, som är öppna uppåt och mynnar i slitsen 12. Utsprånget 27 på löstoppen 5 har samma avlånga grundform som sätet 28, ehuru utspràngets bredd räknad mel- lan sidoytorna 29 är mindre än sätets vidd mellan sidoytor- na 31. Genom att det avlånga utsprånget jämte sätet är ori- enterade i rät vinkel mot löstoppens 5 radiella rörelse- riktning förstöras de kontaktytor 29, 31, som bildar stopp i löstoppens båda ytterlägen.

En annan skillnad mellan det tidigare beskrivna utförandet och utförandet enligt fig 8, är att det sist- nämnda saknar spännskruv för utböjning av skänklarna 13. I stället är i anslutning till slitsen 12 utformat ett tvärs- nittsvis ovalt nyckelgrepp 33 för en likaledes tvärsnitts- vis oval nyckel med vars hjälp skänklarna låter sig bändas isär.

I fig 9 visas ett ytterligare alternativt utförande av uppfinningen. I detta fall är ett säte 28 utformat i löstoppens 5 handel 22. Närmare bestämt har sätet 28 formen av ett avlångt, tvärsnittsvis V-formigt spår, som är för- sänkt i ytan 23 och sträcker sig utmed handelens hela bredd. Utsprånget 27 är i sin tur utformat i grundkroppens 4 ränna. Närmare bestämt har utsprånget formen av en tvärs- nittsvis V-formig vulst, som skjuter ut från rännans bot- tenyta l4. Med fördel sträcker sig vulsten utmed rännans hela bredd, ehuru den är avskuren av slitsen 12. På ovan 10 U 20 25 30 526 990 coca I U I 0 once 10 beskrivet sätt är spårets 28 vidd större än vulstens 27 bredd, för att möjliggöra förskjutning av handelen 22 fram och åter ett kort stycke i rännan.

Nu hänvisas till fig 10-13, som illustrerar hurusom rännan ll i grundkroppen 4 är orienterad i ett plan P. I fig 13 visas en symmetrisk löstopp, vars båda ekvidistant åtskilda, dvs. diametralt motsatta skäreggar 21, är lokali- serade i ett radialplan betecknat EP. Idealt vore att ori- entera löstoppens handel 22 i planet EP, men av geomet- riska/konstruktionsmässiga skäl är detta svårt eller omöj- ligt (i beroende av spánkanalernas 10, 20 utformning). Där- för måste handelen vanligen orienteras i en viss vinkel d mot radialplanet EP. Denna vinkel d, som i exemplet enligt fig 12 uppgår till ca l5°, bör vara så liten som möjligt,_ och under alla omständigheter ej överstiga 30°. Lämpligen bör vinkeln d vara mindre än 20 à 25°.

Fig 13 åskådliggör ett annat utförande av en lös- topp. I detta fall är handelen 22 vriden medsols i förhål- lande till handelen enligt fig 12. Även i detta fall bör vinkeln d ej överskrida 30°.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad enbart till de ovan be- skrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda kan den geometriska formen hos såväl utsprånget som tillhörande säte varieras på allehanda sätt inom ramen för efterföl- jande patentkrav. Exempelvis kan utsprånget resp. sätet ha rotationssymmetrisk grundform, såsom cylindrisk eller svagt konisk grundform.

Claims (8)

10 ß 20 25 30 35 526 990 0oo ooo o 0 oo o oo o oo oo o o o 0 o o o 0 o o o 0 o o o o o o o o 0 0 o o o o o o o o o o ooo 0 o o o o o oooo o o o oooo o o o o o o o o o o o 0 o o o o o o o o o o 0 o oo o oooo oo U Patentkrav

1. Roterbart verktyg för spånavskiljande bearbetning, inne- fattande en grundkropp (4), samt en utbytbar skärkropp (5), som är vridstyvt förbindbar med grundkroppen via en han/ hon-koppling, vilken inbegriper dels en i en främre ände av grundkroppen utformad, honartad ränna (11), som avgränsas av en bottenyta (14) och två sidoytor (15), dels en i rän- nan införbar och bakåt från skärkroppen utstickande handel (22), som uppvisar en ändyta (23) och tvà flankytor (24), varvid i grundkroppens främre del är utformad en framåt öppen slits (12), som åtskiljer två elastiskt böjliga skänklar (13) med uppgift att hålla handelen (22) fastspänd i rännan (11), och varvid i den ena av sagda änd- och bot- tenytor (23, 14) är urtaget ett säte (28) för mottagande av ett utsprång (27) på den andra ytan, k ä n n e t e c k - n a t därav, att sätet (28) är större än utsprånget (27) för att tillåta skärkroppens (5) handel (22) att röra sig fram och åter i rännan (11) och därmed tillåta självcentre- ring av skärkroppen (5).

2. Verktyg enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att sätets (28) vidd, betraktad i rännans (11) längdut- sträckning, är minst 0,02 mm större än utspràngets (27) bredd.

3. Verktyg enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att sätets (28) vidd, betraktad i rännans (11) längdutsträckning, är högst 0,20 mm större än utspràngets (27) bredd.

4. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att skärkroppen (5) har symmetrisk geometri genom att inbegripa en central spets (19) och ett flertal generellt radiellt fràn denna sig sträckande eggar (21), som är ekvidistant åtskilda från varandra.

5. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att utsprånget (27) är utformat på N 15 20 25 “ 526 990 ooo ooo o o oo o oo o oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 000 0 0 o o o o oooo o o 0 oooo o o o o 0 I 0 o I I o o o o o o o o o o o o o o oo o oooo oo 12 handelens (22) ändyta (23), medan sätet (28) är utformat i rännans (11) bottenyta (14).

6. Verktyg enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att sätet (28) är i sin helhet lokaliserat vid sidan av den slits (12), som àtskiljer grundkroppens båda böjliga skänk- lar (13).

7. Verktyg enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att sätet (28) överbryggar slitsen (12) genom att vara utformat av delurtag på ömse sidor av slitsen.

8. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att sätet och utsprànget har avlång grundform och sträcker sig vinkelrätt mot rännans (ll) res~ pektive handelens (22) längdutsträckning.