SE531502C2 - Verktyg för spånavskiljande bearbetning samt grundkropp och indexerbart skär härför - Google Patents

Description

40 45 50 55 60 65 531 502 avlånga, utan har formen av knastar och säten utan någon uttalad längdutsträckning.

Gemensamt för tidigare kända gränssnitt, oavsett om han- och honelementen är avlånga eller ej, är att upptagningen av skärkrafterna (axiella, radiella, resp tangentiella) sker genom kontakt mellan à ena sidan konvergerande flanker på hanelementen och à andra sidan divergerande flanker i honelementen, varvid kontakten mellan flankerna vanligen inskränker sig till linje- och/eller punktkontakt, snarare än att utgöra ytkontakt. Dylika gränssnitt kan i praktiken ge acceptabel kraftöverföring i tvâ koordinatriktningar, men ej samtidigt i en tredje. I exempelvis fräsar upptas de axial- och radialkrafter, som verkar på skäret på ett tillfredsställande sätt, medan de tangentiella krafter, som strävar att pressa in han- och honelementen i varandra, endast tas upp genom linje- eller punktkontakt. Detta medför bland annat en risk att skäret rubbas ur sitt exakta rymdläge i verktygsgrundkroppen. Generellt skall även påpekas ju fler kontaktytor som skall samverka i ett gränssnitt, desto större blir risken att eventuella formfel i skäret adderas till varandra och resulterar i en felaktig, instabil fixering av skäret.

Verktyg av det aktuella slaget är rikt beskrivna i den moderna patentlitteraturen. Se exempelvis US 6619892, US 5944456, US 6146061, och US 6840716.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda brister hos tidigare kända skärverktyg, och skapa ett skärverktyg med ett förbättrat gränssnitt mellan verktygets grundkropp och skär. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa ett verktyg med ett gränssnitt, som inbegriper ett minimalt antal samverkande kontaktytor, och som trots detta säkerställer god upptagning 70 75 80 85 90 95 100 531 502 av skärkrafterna i samtliga tre koordinatriktningar. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att skapa ett verktygsgränssnitt vars båda samverkande kopplingsytor låter sig tillverkas på ett enkelt och tillförlitligt sätt. Sålunda skall det vanligen av hårdmetall bestående skäret kunna framställas genom konventionell formpressning och sintring utan att nödvändigtvis behöva precisionsslipas före användning. Vidare skall grundkroppen kunna utformas med kopplingsytor genom enkel maskinbearbetning, såsom fräsning och/eller borrning. Ännu ett syfte med uppfinningen är att skapa ett skärverktyg vars skär kan monteras i tillhörande skärlägen i grundkroppen på ett för operatören smidigt sätt, även om skären är mycket små.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syftet medelst de särdrag, som är angivna i patentkravets l kännetecknande del. Fördelaktiga utföranden av det uppfinningsenliga verktyget är vidare definierade i de osjälvständiga kraven 2-10.

I en andra aspekt hänför sig uppfinningen även till en grundkropp för den aktuella typen av skärverktyg. Särdragen hos denna framgår av det självständiga patentkravet ll.

Dessutom hänför sig uppfinningen till ett indexerbart skär som sådant. Särdragen hos detta framgår av det självständiga patentkravet l2.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Genom US 6203251 är tidigare känt ett skärverktyg i form av en fräs vars grundkropp är utformad med ett skärläge i vilket ingår en klack, som griper in i en fördjupning i det enskilda skärets undersida. I detta fall är emellertid ej några invändiga ansatsytor i anslutning till fördjupningen ansatta mot sidostödytor på klacken. Tvärtom är utvändiga kontaktytor på skäret anpressade mot sidostödytor, som är fjärmade från klacken. Detta innebär att eventuella formfel i 105 110 115 120 125 130 135 531 502 skäret kommer att fortplanta sig hela vägen genom detsamma och på så sätt försämra verktygets bearbetningsprecision.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig l en perspektivisk sprängvy visande ett i enlighet med uppfinningen utfört skärverktyg i form av en fräs, i vilken ingår en grundkropp, ett antal indexerbara skär, samt spännelement för skären, Fig 2 en förstorad fågelperspektivvy visande ett i verktygsgrundkroppen ingående skärläge med en första kopplingsyta, Fig 3 en grodperspektivvy visande en andra kopplingsyta i Skäret, Fig 4 en planvy ovanifrån av skärläget i grundkroppen, Fig 5 en sprängbild visande skärets och skärlägets tvärsnittsform i snittet A-A i fig 4, Fig 6 en mot fig 5 svarande sektion visande skäret monterat i skärläget, Fig 7 en sprängbild genom skäret och grundkroppen i snittet B-B i fig 4, och Fig 8 en mot fig 7 svarande sektion visande skäret monterat i skärläget.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen I fig l visas ett skärverktyg som innefattar en grundkropp 1 och ett skär 2, som är fixerbart i grundkroppen med hjälp av ett spännelement 3, vilket i detta fall har formen av en skruv. I exemplet utgörs verktyget av en fräs i form av en hörnfräs, vilken inbegriper ett flertal spånfickor 4 i vilka kan monteras lika många skär (av vilka endast ett visas i fig l). Grundkroppen l är roterbar i rotationsriktningen R kring en med C betecknad geometrisk 140 145 150 155 160 165 531 502 centrumaxel. Vidare har densamma en rotationssymmetrisk grundform och inbegriper en mantelyta 5, som via en gränslinje 6 övergår i en främre ändyta 7.

Den enskilda spånfickan 4 är avgränsad av dels ett antal välvda delytor 8, dels en plan avsatsyta 9 i förhållande till vilket är försänkt ett utrymme eller skärläge 10 i vilket ingår en första kopplingsyta generellt betecknad ll.

Spännskruven 3 inbegriper en hangänga och en skalle, som i detta fall är konisk. Skruven 3 kan föras igenom ett centralt genomgående hål l4a i skäret 2, och dras fast i en hongänga (ej synlig) i ett hål l4b, som mynnar i kopplingsytan ll. Den geometriska centrumaxeln för det sistnämnda hålet är betecknad Cl, medan motsvarande centrumaxlar för hålet l4a resp spännskruven 3 är betecknade C2 resp C3.

Nu hänvisas till fig 2, som visar hurusom den första kopplingsytan ll i grundkroppen l innefattar en enda, flerhörnig klack l2, vilken sticker upp från en allsidigt omgivande botten l3, som i detta fall - då skäret har kvadratisk grundform - inbegriper fyra långsmala delytor l3a, l3b, l3c och l3d. Förutom av en plan ovansida l2a avgränsas klacken l2 av fyra sidoytor av vilka två är synliga i fig 2.

Dessa två synliga sidoytor l5a, l5b löper i detta fall i 90° mot varandra och möter varandra i ett hörn i form av en stympad eller fasad hörnyta 16. Detta hörn l6 är beläget i omedelbar närhet av det i grundkroppen ingående hörn 17, som förefinns där ändytan 7 möter mantelytan 5 och bottnen 13.

Såsom beskrivs närmare nedan bildar de båda ytorna l5a, l5b på klacken l2 sidostödytor för skäret. l5a, I praktiken kan ytorna l5b vara plana och bilda trubbig vinkel med bottenstödytorna l3a, l3b.

Av de fyra delytor som tillsammans bildar den botten 13, som omger klacken 12, är tre, nämligen ytorna l3a, l3b och l3c belägna i ett gemensamt plan, medan den fjärde delytan l3d är något försänkt i förhållande till detta plan. Detta innebär 170 175 180 185 190 195 200 531 502 att ytan l3d kommer att gå fri från skäret då detta monteras i skärläget. Delytorna l3b och l3c kan vara helt plana, medan delytan l3a kan vara svagt bomberad, närmare bestämt på så sätt att ytan har en viss pilhöjd eller högsta punkt som lämpligen är belägen mitt emellan ytans båda ändar. I praktiken är denna pilhöjd mycket liten, t ex inom området 0,001-0,03 mm. Detta innebär att delytans l3a bombering ej är synlig för blotta ögat. Inom ramen för uppfinningen kan utformningen av de tre bärande delytorna variera högst avsevärt. Exempelvis kan samtliga tre delytor ha bomberad (eller alternativ plan) form.

Tillsammans bildar delytorna l3a, l3b och l3c ett trepunktsstöd för skäret.

Av fig 2 framgår vidare att konkavt välvda begränsningsytor l8a, l8b är utformade mellan å ena sidan kopplingsytan ll och å andra sidan de ytor 8,9 som avgränsar spånfickan 4. I anslutning till ytornas l8a, l8b övre partier är utformade styrytor 19, 20, vilka är snedställda i trubbig vinkel i förhållande till kopplingsytan ll. Uppgiften för dessa styrytor l9, 20 är att styra skäret till ett korrekt läge i förhållande till klacken 12, då skäret släpps ned i skärläget för att senare fixeras med hjälp av spännskruven 3.

Det må även nämnas att ett släppningsutrymme 2l är utformat i det inre hörnet mellan de båda konkava begränsningsytorna l8a, l8b.

I det visade exemplet är kopplingsytan ll lokaliserad i en positiv axiell intippningsvinkel (saknar beteckning), och en negativ radiell intippningsvinkel i grundkroppen.

Såsom_tidigare nämnts har skäret 2 en kvadratisk grundform och inbegriper en andra kopplingsyta 22, som bildar skärets undersida. I trubbig vinkel mot denna undersida utbreder sig släppningsytor 23, som övergår i skärets ovansida 24 (se fig l) via skäreggar 25, vilka i detta fall inbegriper 205 210 215 220 225 230 235 531 502 såväl en spånavskiljande huvudegg 26 som en ytavstrykande planfasegg 27.

Kopplingsytan 22 inbegriper en enda eller solitär fördjupning 28, som är dels vidare, dels djupare än klacken 12 i grundkroppens kopplingsyta ll. Denna fördjupning 28 omgärdas av en fyrhörnig ram eller invallning 29, som inbegriper fyra enskilda, väsentligen raka vallar 29a, 29b, 29c, 29d. Varje dylik vall inbegriper dels en invändig ansatsyta 30 som är ansättbar mot endera sidostödytan l5a, l5b på klacken 12, dels en undre uppläggningsyta 31. De fyra uppläggningsytorna 31 är i det föredragna utförandet plana och belägna i ett gemensamt plan. I exemplet löper de fyra vallarna 29a, 29b, 29c, 29d parvis samman i fyra hörnpartier 32 för att tillsammans bilda en ändlös ram. Härvid bildar de plana undersidorna 31 på vallarna tillsammans en ändlös, plan yta.

Ansatsytorna 30 på vallarnas insidor är med fördel tvärsnittsvis konvexa. Exempelvis kan den konvexa formen definieras av en evolventkurva. Sinsemellan är de fyra ansatsytorna 30 åtskilda av hörnvis belägna släppningsutrymmen 33. Den innersta yta 34 som bildar ett "tak" i fördjupningen 28 är i exemplet plan och utbreder sig dels parallellt med den undre ramytan 31, dels i rät vinkel mot skärets centrumaxel C2.

Medan skäret 2 tillverkas av hårdmetall eller annat hårt och nötningsbeständigt material, tillverkas icke blott grundkroppen l utan även spännskruven 3 lämpligen av stål eller liknande. Genom att använda stål i skruven erhåller denna en viss inneboende elasticitet, som på i och för sig känt sätt kan utnyttjas för att påföra skäret spännkrafter såväl axiellt som i sidled.

Nu hänvisas till fig 5-8, som mer detaljerat åskådliggör skärets samverkan med grundkroppen. I fig 5 och 7 visas skäret 2 åtskilt från grundkroppens skärläge, medan fig 6 och 8 visar skäret i ett monterat tillstånd, dock utan att den för 245 250 255 260 265 531 502 fixeringen erforderliga spännskruven är visad. Då skäret skall monteras håller operatören skärets släppningssidor 23 i kontakt med styrytorna 19, 20, varefter skäret släpps ned i skärläget. När så skett appliceras spännskruven 3 och dras åt i tillhörande hongänga. Härvid anpressas två av de fyra ansatsytorna 30 på ramens 29 insida mot de båda sidostödytor l5a, 15b som möter varandra i klackens hörn 16. Samtidigt ansätts tre av de fyra uppläggningsytorna 31 mot tre av de fyra delytor, som tillsammans bildar en botten i skärläget, nämligen ytorna 13a, 13b och 13c. Däremot går den fjärde uppläggningsytan 31 på skäret fri från den radiellt inre delytan l3d (se fig. 8), i och med att denna är försänkt i förhållande till de övriga bottendelytorna. Anpressningen av skärets ram mot de båda sidostödytorna 15a, 15b sker genom fjäderverkan i spännskruven. Närmare bestämt är klacken 12 utformad så att avståndet mellan centrumaxeln C1 och den enskilda sidostödytan l5a, 15b är något större (storleksordningen 0,01-0,2 mm) än avståndet mellan centrumaxeln C2 och den enskilda ansatsyta 30, som är ansatt mot tillhörande sidostödyta l5a, lâb. Vid slutåtdragning av spännskruven kommer skäret därför att påföras dels en axiell spännkraft som anpressar ytorna 31 mot delytorna l3a, 13b, l3c, dels samverkande sidokrafter, som anpressar två ansatsytor 30 mot de båda sidostödytorna l5a, 15b på klacken 12. Med andra ord kilas klacken 12 in med sitt hörn 16 i det invändiga hörnet i skärets kopplingsyta. Såsom tydligt framgår av fig 5-8 innebär det faktum att fördjupningen i skäret är djupare än klacken i grundkroppen att takytan 34 i fördjupningen 28 går fri från klackens ovanyta 12a. Genom att fördjupningen dessutom är vidare än klacken kommer två av fördjupningens fyra ansatsytor 30 att gå fria från de båda sidoytor på klacken, som är vända inåt och ej bildar stöd för skäret. 270 275 280 285 290 295 300 531 502 I det visade exemplet, i vilket såväl klacken 12 i grundkroppen som fördjupningen 28 i skäret, är kvadratiska, kan de båda sidostödytorna l5a, l5b på klacken löpa i 90° vinkel mot varandra samtidigt som även närbelägna ansatsytor 30 i skärets fördjupning löper i 90° vinkel mot varandra. Inom ramen för uppfinningen är det dock även tänkbart att utforma ytparen med en viss, diminutiv vinkeldifferens. Exempelvis skulle vinkeln mellan sidostödytorna l5a, l5b i den av stål bestående klacken kunna vara någon minut mindre än vinkeln mellan ansatsytorna 30 i hårdmetallskäret, varvid ytkontakt etableras genom prägling av det mjukare materialet i stàlklacken, närmare bestämt i riktning från hörnet l6.

En grundläggande fördel med det uppfinningsenliga gränssnittet är att detsamma säkerställer en stabil fixering av skäret, och har förmåga att uppta icke blott stora axial- och radialkrafter utan även avsevärda tangentialkrafter. I och med att endast ett par i vinkel mot varandra löpande ytor i de båda samverkande kopplingsytorna upptar de axiella resp radiella skärkrafterna reduceras den negativa inverkan av eventuella formfel i skäret till ett absolut minimum. Om nämligen skäret skulle svälla eller krympa i förhållande till sin nominella storlek, kommer detta att ha en ringa eller försumbar inverkan på läget för skärets mest kritiska del, nämligen hörnet mellan en verksam huvudegg och en verksam planfasegg.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad enbart till det ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandet. Sålunda är uppfinningen tillämpbar dels på andra skärverktyg än just fräsar, t ex borrverktyg resp svarvverktyg, dels på andra indexerbara skär än just kvadratiska skär med fyra skäreggar.

Vidare kan gränssnittet appliceras på alla verktyg, vilkas skär har polygonal grundform och inbegriper två eller flera 305 310 315 531 502 brukbara skäreggar. Det är till och med tänkbart att tillämpa uppfinningen på runda skär med cirkulära skäreggar, som är partiellt användbara i två eller flera indexeringslägen.

Vidare kan skäret fixeras med andra spännelement än just skruvar, t ex klampar, kilar eller liknande. I detta sammanhang skall även nämnas att grundkroppens kopplingsyta kan vara utformad i en underläggsplatta, t.ex. av hårdmetall, som i sin tur är lösbart förbunden med grundkroppen som sådan.

Vidare behöver den ram, som omger fördjupningen i skärets undersida ej nödvändigtvis vara sammanhängande. Sålunda kan de vallar som tillsammans bildar ramen vara sinsemellan åtskilda av hörnvis belägna, mer eller mindre djupa ursparingar.

Claims (12)

320 325 335 340 345 531 502 Patentkrav

1. Verktyg för spånavskiljande bearbetning, grundkropp (1) innefattande en och ett indexerbart skär (2), som är monterat i grundkroppen med en kopplingsyta (22) i mekaniskt ingrepp med en i ett skärläge ingående kopplingsyta (ll) i grundkroppen, och fixerat med hjälp av ett spännelement (3), kännetecknat därav, att grundkroppens (1) kopplingsyta (ll) solitär, flerhörnig klack (12), som sticker upp från en innefattar en allsidigt omgivande botten (13), och inbegriper två i vinkel mot varandra orienterade, utvändiga sidostödytor (15a, 15b)f och att skärets (2) kopplingsyta (22) inbegriper en solitär fördjupning (28), som är vidare och djupare än klacken (12), och omgiven av en ram (29) i vilken ingår åtminstone tre i vinkel mot varandra löpande vallar (29a, inbegriper dels invändiga ansatsytor (30) (12) båda sidostödytor undre uppläggningsytor 29b, 29c), vilka av vilka två är ansatta mot klackens (l5a, 15b), dels (31), vilka är belägna i ett gemensamt plan och av vilka tre vilar mot sagda botten (13).

2. Verktyg enligt krav 1, kännetecknat därav, att den botten (13) som omger klacken (12), inbegriper lika många avlånga delytor (13a, 13b, 13c, 13d) klacken, och att tre såsom bottenstödytor tjänande delytor (13a, 13b, 13c) som antalet hörn på är belägna i ett gemensamt plan för att erbjuda ett trepunktsstöd för skäret (2).

3. Verktyg enligt krav 2, kännetecknat därav, att av de tre bottenstödytorna är åtminstone två (l3b, l3c) plana.

4. Verktyg enligt krav 2, kännetecknat därav, att en (13a) av de tre bottenstödytorna (13a, 13b, att ha en högsta punkt belägen mellan ytans båda motsatta ändar. l3c) är bomberad genom 350 355 360 365 370 375 380 531 502

5. Verktyg enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att i grundkroppen (1) (19, 20), är utformad en eller flera styrytor som år snedställda nedåt/inåt mot klacken (12) och fjärmade från skäret (2), varvid styrytorna har till uppgift att styra fordjupningen (28) klacken (12) i skärets undersida mot i samband med montering av skäret.

6. Verktyg enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att klackens (12) båda sidostödytor (15a, 15b) och bildar trubbig vinkel med den omgivande bottnen är plana (13).

7. Verktyg enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att ansatsytorna (30) på ramens (29) tvärsnittsvis konvex form. insida har

8. Verktyg enligt något av föregående krav i form av en fräs, vilkens grundkropp (1) är roterbar kring en geometrisk centrumaxel (C) (4), som en ändyta på grundkroppen, varvid skärlaget med kopplingsytan (11) spånfickan och inbegriper en spånficka sig i såväl en mantelyta (5) som öppnar är utformat i (12) är (15a, 15b) lokaliserat i närheten av ett hörn (17) mellan grundkroppens mantelyta (5) (7)- (4), kännetecknat därav, att klacken placerad med ett mellan de båda sidostodytorna befintligt hörn (16) och ändyta

9. Verktyg enligt krav 8, kännetecknat därav, att skäret (2) är fyrhörnigt och har kvadratisk grundform, varvid fördjupningen (28) är kvadratisk, och klackens (12) sidostödytor löper i rät vinkel mot varandra och är båda orienterade i huvudsak parallellt med å ena sidan grundkroppens ändyta (7) och å andra sidan dess mantelyta (5).

10. Verktyg enligt krav 8 eller 9, kännetecknat därav, att en (13d) av de fyra delytor (l3a, l3b, 13c, lšd), som omger 385 390 395 400 405 531 502 klacken (12) och som tillsammans bildar sagda botten (13), är försänkt i förhållande till de tre övriga (l3a, l3b, l3c) att gå fri från skäret. för

11. ll. Grundkropp till verktyg för spánavskiljande bearbetning, innefattande en för samverkan med kopplingsytor i indexerbara skär avsedd kopplingsyta (ll) innefattande en solitär klack (l2), som sticker upp från en allsidigt omgivande botten (13) och inbegriper två i vinkel mot varandra orienterade, utvändiga sidostödytor (l5a, l5b), varvid den botten (13), som omger klacken (12), inbegriper lika många avlånga delytor (l3a, l3b, l3c, l3d) som antalet hörn på klacken, kännetecknad därav, att tre såsom bottenstödytor tjänande delytor (l3a, l3b, l3c) är belägna i ett gemensamt plan för att erbjuda ett trepunktsstöd för skäret.

12. Indexerbart skär till verktyg för spånavskiljande bearbetning, innefattande en kopplingsyta (22), vilken inbegriper en solitär fördjupning (28), (29) i vilken ingår åtminstone tre i vinkel mot varandra löpande vallar som är omgiven av en Iam (29a, 29b, 29c, 29d), vilka inbegriper dels invändiga ansatsytor (31) vilka är belägna i ett gemensamt plan, kännetecknat därav, att (30) (30), dels undre uppläggningsytor den enskilda ansatsytan är tvärsnittsvis konvext välvd.