SE533484C2 - Roterbart verktyg för spånavskiljande bearbetning samt skär härför - Google Patents

Description

40 45 533 484 tekniken är att konstruera fräsverktygen med minsta möjliga tanddelning i syfte att förse desamma med ett så stort antal verksamma skäreggar som möjligt, allt i akt och mening att minimera de på skären verkande skärkrafterna, i synnerhet tangentialkrafterna. Emellertid sätter fräsens fysiska beskaffenhet gränser för hur nära varandra skären kan monteras utmed grundkroppens periferi, i och med att verktyget kräver dels en spånlucka i området framför skäret betraktat i rotationsriktningen, dels ett tärnligen kraftigt materialparti bakom detsamma för att stöda skäret och uppta tangentialkraftema. Vidare är samtliga verksamma skäreggar på de olika skären vanligen identiska med avseende på sin utforrrming utmed egglinjema. Om fräsen är avsedd för grovfräsning, då avsevärda skärkrafter uppstår, är eggarna extra starka, tex. genom att en eller flera förstärkningsfaser är utformade i desamma. Om fräsen däremot skall användas för finfräsning och skärkrafterna är måttliga eller små, är samtliga eggar vassare eller skarpare. Vanligen inbegriper eggarna på finfrässkär endast en borstad eller på annat sätt åstadkommen avrundning mellan spånytan och släppningsytan. I somliga fräsar kombineras grovfrässkär med finfrässkär, tex. genom att vartarmat skär är av den första typen och övriga av den andra typen.

I syfte att öka antalet verksamma skäreggar utan att behöva öka antalet skär och säten i fräskroppar, har i JP 5116018 A föreslagits att utforma det enskilda skäret med två efter varandra placerade skäreggar på det sätt som definieras i ingresserna till de efterföljande, självständiga kraven 1 och 10. En nackdel med den problemlösning, som presenteras i ovannämnda dokument, är emellertid att den bakre, andra skäreggens radiella avstånd från det enskilda skärets centrumaxel är större än den främre skäreggens. Detta innebär att skären - av simpla geometriska skäl - måste monteras med negativa intippningsvinklar i fräs- eller grundkroppen. Det menliga resultatet härav är att skären blir trögskärande.

Uppfinningens syften och särdrag 50 55 60 65 533 484 Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda nackdelar hos det genom JP 5116018 A tidigare kända skärverktyget och skäret. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa ett roterbart skärverktyg i vilket skären är lättskärande, närmare bestämt genom att göra det möjligt att utforma åtminstone den främre skäreggen - och företrädesvis även den bakre - med positiva skärgeometrier och att placera skären i positiva intippningsvinklar i grundkroppen. Vidare skall de på skären verkande skärkraftema och därmed skärens förslitning, kunna reduceras i jämförelse med skären till tidigare kända verktyg av samma slag.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syftet medelst ett skär av det slag som definieras i det självständiga patentkravet 1. Fördelaktiga utföranden av det uppñnningsenliga skäret är vidare angivna i de osjälvständiga kraven 2-9.

I en arman aspekt hänför sig uppfinningen även till ett roterbait skärverktyg, i synnerhet ett fräsverktyg, som är bestyckat med skär enligt uppfinningen. Särdragen hos detta skärverktyg framgår av det självständiga patentkravet 10. Ett föredraget utförande av skärverktyget är vidare angivet i det osjälvständiga kravet 11.

Terminologi I denna beskrivning och efterföljande patentkrav används begreppet ”skäregg” såsom en generell beteckning för en egg av det slag, som är utformad i övergången mellan en spånyta och en släppningsyta. Om skäret har polygonal, t.ex. rektangulär grundform, är skäreggen sammansatt av dels en spånavskilj ande huvudegg, dels en ytavstrykande bie gg eller s.k. planfasegg, som löper i vinkel mot huvudeggen. Om skäret har rund grundform är skäreggen däremot ändlös och vanligen cirkulär (till kategorin ”runda skär” räknas stundom 70 75 80 85 533 484 även skär med en extremt månghömig, Lex. 16-hömig skäregg med väsentligen cirkulär form).

Begreppet ”släppningsyta” används för att beteckna en till en eller flera skäreg gar ansluten släppningsyta i dess helhet. Om skäret är runt har släppningsytan en ändlös, konisk form, men om detsamma har polygonal grundform med ett måttligt antal hörn, inbegriper släppningsytan i sin helhet ett flertal, vanligen plana delytor.

Vidare skall påpekas att begreppen ”främre” respektive ”bakre” hänför sig till verktygets rotationsriktning.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningama är: Fig. 1 en perspektivvy visande ett roterbart skärverktyg i form av en fräs, närmare bestämt betraktad snett uppifrån, Fig. 2 en perspektivvy av samma verktyg betraktat snett underifrån, Fig. 3 en förstorad perspektivvy visande ett i verktyget ingående skär enligt uppfinningen, närmare bestämt betraktat snett framifrån eller mot dess ovansida, Fig. 4 en perspektivvy visande skäret betraktat bakifrån, Fig. 5 en planvy ovanifrån av skäret, Fig. 6 en sidovy av skäret, Fig. 7 en förstorad tvärsektion VII-VII i Fig. 5, 90 95 100 105 533 484 Fig. 8 en förstorad, partiell perspektivvy visande ett skär monterat i periferin på verktygets grundkropp, Fig. 9 en extremt förstorad detalj sektion visande en första typ av eggutforrrming, Fig. 10 en detaljsektion visande en annan eggutformning, Fig. ll en perspektivvy av ett i enlighet med uppfinningen utfört skär med rund grundform, och Fig. 12 en sidovy av skäret enligt Fig. 11.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen Det i Fig. 1 och 2 visade verktyget utgörs av en hörn- eller planfräs, vilken inbegriper en grundkropp 1 och ett flertal bytbara skär 2. Grundkroppen 1, som är roterbar i rotationsriktningen R kring en geometrisk centrumaxel Cl, har rotationssymmetrisk grundform och inbegriper främre och bakre ändytor 3, 4, saint en första periferisk mantelyta 5, vilken ingår i en främre, skivformig del av grundkroppen. En andra mantelyta 6 ingår i en bakre del, som är infástbar i en drivande maskin (ej visad). I mantelytan 5 är försänkta fickor 7, vilka bildar spånfickor framför skären 2 (betraktat i rotationsriktningen). I varje dylik ficka 7 ingår även ett i sin helhet med 8 betecknat säte, vilket är avgränsat av en bottenyta 9 och två sidostödytor 10, 11 av vilka det förstnämnda 10 bildar ett radialstöd och det sistnämnda 11 ett axialstöd för skäret 2. De största skärkrafter som verkar på skäret, nämligen tangentialkrafterna, upptas av bottenytan 9.

På traditionellt sätt kan grundkroppen 1 vara tillverkad av stål, aluminium eller annat jämförelsevis segt material, medan skären 2 är tillverkade av ett hårdare och mer 110 115 120 125 130 533 484 nötningsbeständigt material, såsom belagd eller obelagd hårdmetall, cermet, keramik eller liknande.

De olika skären 2 är med fördel placerade med likformig delning genom att sätena 8 är ekvidistant åtskilda utmed mantelytan 5. I exemplet enligt Fig. 1 och 2 ingår tolv skär 2 med en jämn delning av 30° (delningen skulle även kunna vara olikforrnig).

Nu hänvisas till Fig. 3-7, som i detalj illustrerar det uppfinningsenliga skärets 2 beskaffenhet. Detta skär har polygonal grundform och inbegriper en i sin helhet med 12 betecknad ovansida och en undersida 13, mellan vilka sträcker sig ett genomgående hål 14 för en spännskruv 15 (se Fig. 1). Ovansidan 12 bildar en främre spånyta, närmare bestämt genom att inbegripa två delytor 12a, 12b mot vilka spånor bildas under bearbetningen. I riktning bakåt från spånytan 12 sträcker sig en i sin helhet med 16 betecknad första släppningsyta, som i detta fall, då skäret har polygonal grundform, inbegriper ett flertal delytor av vilka de med 16a, 16b, 16c betecknade delytorria är av intresse. Mellan spånytan 12 och släppningsytan 16 är på traditionellt sätt utformade skäreggar, nämligen två växelvis användbara skäreggar 17, som var för sig inbegriper dels en spånavskilj ande huvudegg 18, dels en ytavstrykande bi- eller planfasegg 19. Släppningsdelytan 16c har konvex form och bildar en övergång mellan de plana släppningsdelytoma l6a, 16b, varvid i övergången mellan spånytan 12 och delytan 16c bildas en konvex hömegg 20 mellan huvudeggen 18 och bieggen 19. Det må påpekas att skäreggama 17 ingår i en nmtomgående eggformation och att ovansidan 12 är belägen i ett övre plan UP, vilket definieras av sagda eggforrnation (se Fig. 7). Planet UP är i detta fall parallellt med det undre plan LP, i vilket undersidan 13 är beläget.

I skärets ovansida är utformad en klack 21, vars begränsningsytor bildar spånbrytare. Skärets undersida 13 utgörs i detta fall av en plan yta, som i detta fall är parallell 135 140 145 150 533 484 med ovansidan 12. För fullständighets skull skall nämnas att släppningsdelytan l6a utmed den skäregg som är inaktiv, är ansatt mot sätets 8 radialstödyta 10, samtidigt som släppningsdelytan 16b hålls ansatt mot axialstödytan 11.

En andra skäreg g 22 är utformad på avstånd bakom varje främre, första skäre gg 17, närmare bestämt i en övergång mellan å ena sidan en andra spånyta 23 och en bakåt från derma sig sträckande andra släppningsyta 24. I likhet med varje främre skäregg 17 inbegriper den enskilda, andra skäreggen 22 i detta fall en huvudegg 25 och en biegg 26. Dessa deleggar övergår i varandra via en konvex hörnegg 27 (se Fig. 3). Medan den främre släppningsytan 16 bildar en primär släppningsyta, bildar den bakre släppningsytan 24 en sekundär släppningsyta i vilken - för varje skäregg - ingår tre sekundära släppningsdelytor, nämligen ytorna 24a, 24b och 24c. De spån- och släppningsytor mellan vilka varje bakre skäregg 22 avgränsas, ingår i en avsats eller bakre del 28 (se Fig. 6), medan de primära släppningsdelytorna i anslutning till den frärnre skäreggen 17 ingår i en frärnre del 29 av detsamma.

I det visade exemplet har skäret generellt en positiv skärgeometri genom att varje främre skäregg 17 (se Fig. 7) har en eggvinkel ot (vinkeln mellan spânytan och släppningsytan) som är spetsig. Lämpligen ligger eggvinkeln u inom området 45-75°. På analogt sätt är även den andra, bakre skäreggens 23 eggvinkel ß spetsig. I praktiken kan ß ävenledes ligga inom intervallet 45-75°. lFig. 5 betecknar P1 ett vertikalplan, som är beläget mitt emellan skärets båda motsatta och i detta fall parallella huvudeggar 18. En centrumaxel C2 är belägen i skämingen mellan planet P1 och ett tvärgående plan P2, som är beläget mitt emellan de båda motsatta bieggarna 19. Såsom framgår av Fig. 7 uppgår släppningsvinkeln y mellan å ena sidan släppningsdelytan l6a och å andra sidan ett med planet P1 parallellt plan P3 till mindre än 155 160 165 170 175 533 484 90°. Med andra ord är icke blott eggvinkeln u utan även släppningsvinkeln y spetsig. Den motsvarande släppningsvinkeln ö för varje sekundär släppningsdelyta 24a är också spetsig. I exemplet är y och ö olika stora. Detta hindrar dock ej att de även kan vara lika stora. I likhet med skäreggarna 17 ingår skäreggarna 22 i en runtomgående eggformation, vilken är belägen i ett mellanplan IP, som är parallellt med det övre planet UP (och sålunda även det undre planet LP). Med andra ord är skäreggarna 17, 22 och de innanför dessa befintliga spånytorna 12, 23 inbördes parallella. Av Fig. 7 framgår vidare att avståndet Wl (bredden) mellan de båda frärrire huvudeggarna 18 är större än avståndet W2 mellan de båda bakomvarande, andra huvudeggarna 25. Härvid har de sekundära spånytoma 23 en jämförelsevis liten bredd W3. l exemplet uppgår W3 till cirka 1/ 10 av W2. Ipraktiken kan W3 variera, men bör under alla omständigheter uppgå till minst 1/20 och högst 1/5 av W2.

I enlighet med ett föredraget utförande av uppfinningen har de första och andra skäreggarna 17, 22 olika styrka i området av sina respektive egglinjer, närmare bestämt såtillvida att den första, frärnre skäreggen 17 är starkare än den bakomvarande skäreggen 22.

Detta illustreras i Fig. 9 och 10, av vilka Fig. 9 visar hurusom en främre egg 17 mellan spånytan 12 och släppningsytan 16 inbegriper en förstärkningsfas 30, som saknas i den skarpare, bakre skäregg 25 som visas i Fig. 10. I det sistnämnda fallet har egglinjen formen av en s.k. eggavrundning 31 i övergången mellan spånytan 23 och släppningsytan 24. Dylika eggavrundningar kan i praktiken åstadkommas exempelvis genom borstning av en i övrigt skarp egg, dvs. en egg där de båda ytorna 23, 24 möter varandra utmed en knivskarp linje.

Av Fig. 2 framgår att en urholkning 32 är utformad mellan sätets 8 bottenyta 9 och de båda sidostödytoma 10, 11 för att rymma den bakre delen 28 av skäret 2. När skäret är monterat i sätet och fixerat med hjälp av spännskruven 15, anligger skärets undersida 13 mot sätets bottenyta 9 samtidigt som de frärnre släppningsdelytoma 16a, 16b hålls ansatta mot 180 185 190 195 200 533 484 stödytoma 10, 11. Däremot har släppningsdelytorna 24a, 24b på skärets underdel 28 ej någon kontakt med de ytor som avgränsat urholkningen 32.

I Fig. 8 visas schematiskt hurusom den dubbla uppsättningen skäreggar på Skäret kan utnyttjas för att förbättra ytfinlleten hos den genererade ytan S i ett arbetsstycke, närmare bestämt genom att den främre bieggen 19 följs av bieggen 26. Genom att välja lämplig axiell intippning av skäret i grundkroppen, kan den främre bieggen 19 fås att ombesörja en första, jämförelsevis grov ytavstrykning, varefter den bakomvarande bieggen 26 utför en avslutande, fm avstrykning, som ger ytan en ytterst god finish. I praktiken kan denna effekt utnyttjas för att öka verktygets bordsmatning under bibehållen eller förbättrad ytkvalitet. Det är även möjligt att utnyttja nämnda effekt enbart för att förbättra ytñnheten, dvs. utan att öka mätningen.

På analogt sätt kan den dubbla uppsättningen av huvudeggar 18, 25 utnyttjas för att påverka det spånskärande förloppet. Genom att på lämpligt sätt bestämma skärets radiella intippning kan den främre huvudeggen 18 fås att avskilja en spåna som är tjockare än den spåna som avskiljs av den bakomvarande huvudeggen 25. Med andra ord kan den enda spåna, som avskiljs av ett konventionellt skär, delas i två delspånor, som var för sig har reducerad (t.ex. halverad) tjocklek. Denna effekt kan i sig utnyttjas för att öka matningen och om densamma kombineras med den ytförbättrande effekt som de båda bie g garna ombesörjer, kan hög matning och stor ytfinhet erhållas i ett och sarmna skärförlopp.

En annan, och med fräsen enligt JP 5116018 D gemensam fördel med uppfinningen är att antalet verksamma skäreggar kan fördubblas eller flerfaldigas utan att antalet infästningar för skären behöver ökas. Om verktyget inbegriper tio basala skär och tio säten för dessa, kan antalet skäreggar ökas till tjugo med bibehållande av tio säten. På så sätt 205 210 215 220 533 484 10 fördubblas ej antalet möjliga felkällor, som kan påverka skärens korrekta positionering i grundkroppen. I jämförelse med sådana fräsar, som i en och samma gnmdkropp inbegriper såväl grovfräs skär som finfrässkär monterade i olika säten, erbjuder uppfinningen sålunda den fördelen att risken för felpositionering av skäreggarna relativt varandra halveras.

I det i Fig. 1-2 visade verktyget är skären indexerbara såtillvida att tvâ växelvis användbara uppsättningar skäreggar kan utnyttjas.

I Fig. ll och 12 visas uppfirmingen tillämpad på ett skär 2 med rund grundform, varvid de båda skäreggama 17, 22 har cirkulär form och är ändlösa. De båda släppningsytorna 16, 24 bakom respektive skäregg har rotationssymmetrisk form och är i detta fall koniska, varigenom båda skäreggarna förlänas positiv skärgeometri. Den bakre skäreggens 22 diameter kan variera i förhållande till den främre skäreggens 17 diameter förutsatt att den är mindre än den sistnämnda.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad enbart till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda behöver de främre och bakre skäreggama ej ha en och samma skärgeometri. Vidare kan det axiella avståndet mellan de båda skäreggarna variera högst avsevärt. Dessutom är det tänkbart att utforma mer än en skäregg bakom den främre. Då skäret har polygonal grundform och varje främre skäregg inbegriper såväl en huvudegg som en biegg, kan den bakornvarande andra skäreggen utformas med enbart en biegg, dvs. utan huvudegg, eller alternativt med en huvudegg men ej någon biegg. Även andra parametrar kan variera inom ramen för efterföljande patentkrav. Sålunda kan de första och andra skäreggarna vara lika starka istället för olika starka enligt exemplet. Vidare kan varje släppningsyta inbegripa två eller flera delytor. I det sistnämnda fallet behöver exempelvis skärets främre 225 230 533 484 11 släppningsyta ej sträcka sig obruten ända fram till den bakre skäreggens spånyta, utan vara fjärmad från denna via en mellankommande delyta med skiljaktig form. Det skall även nämnas att Skäret kan stödas med sin bakre del mot sidostödytor i sätet istället för med sin främre del.

Avslutningsvis skall även påpekas att uppfinningen är tillämpbar även på andra roterbara skärverktyg än just fräsar, tex. borrverktyg.

Claims (11)

235 240 245 250 533 484 12 PATENTKRAV

1. Indexerbart skär till roterbara verktyg för spånavskilj ande bearbetning, innefattande en såsom spånyta (12) tjänande ovansida och en undersida (13), mellan vilka sträcker sig en centrumaxel (C2), och dels en första skäregg (17) i en övergång mellan spånytan (12) och en bakåt från denna sig utbredande första släppningsyta ( 16), dels en på avstånd bakom den första skäreggen (17 ) utformad andra skäregg (22) i en övergång mellan å ena sidan en andra spånyta (23) bakom den första släppningsytan (16) och å andra sidan en bakomvarande andra släppningsyta (24), kännetecknat därav, att avståndet (W|/2) mellan den första skäreggen (17) och skärets centrumaxel (CZ) är större än avståndet (W2/2) mellan den andra skäreggen (22) och centrumaxeln (C2), och att åtminstone den första skäreggens (17) eggvinkel (a) mellan den första spånytan (12) och den första släppningsytan (16) är spetsig.

2. Skär enligt krav 1, kännetecknat därav, att icke blott den första skäreggens (17) eggvinkel (a) utan även den andra skäreggens (22) eggvinkel (ß) är spetsig.

3. Skär enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att detsamma har polygonal grundform och att den första skäreggen (17) inbegriper en spânavskiljande huvudegg (18) och en ytavstrykande biegg (19), vilka löper i vinkel mot varandra och av vilka huvudeggen (18) ansluter sig till en primär delyta (16a) ingående i den främre släppningsytan (16), medan bieggen (19) ansluter sig till en sekundär delyta (I6b) i densamma, varvid den andra skäreggen (22) inbegriper åtminstone en delegg - i form av en huvudegg (25) eller en biegg (26) eller bådadera - som löper utmed den primära släppningsytans (16) bakre ände, varvid 255 260 265 270 533 484 13 detsamma innefattar icke blott två växelvis användbara främre skäreggar (17), utan även två bakomvarande, andra skäreggar (22).

4. Skär enligt krav 3, kännetecknat därav, att de båda andra skäreggama (22) ingår i en avsats (28), som löper ändlöst omkring skäret.

5. Skär enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att de första och andra skäreggarna (17, 22) har olika styrka i området av sina respektive egglinjer, närmare bestämt såtillvida att den första, främre skäreggen (17) är starkare än den andra, bakomvarande skäreggen (22).

6. Skär enligt krav 5, kännetecknat därav, att den första skäreggen (17 ) inbegriper en förstärkningsfas (30), som den andra (22) saknar.

7. Skär enligt krav 5 eller 6, kännetecknat därav, att den andra skäreggen (22) är vass genom att dess egglinje enbart inbegriper en avrundning (31) mellan spån- och släppningsytorna (23, 24).

8. Skär enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att detsamma har rund grundform genom att såväl den första skäreggen (17) som den andra (22) är cirkulära.

9. Skär enligt krav 8, kännetecknat därav, att icke blott den främre släppningsytan (16) utan även den andra släppnirigsytan (24) är konisk, närmare bestämt så att densamma konvergerar i riktning bakåt från spånytan (12, 23).

10. Roterbart verktyg för spånavskilj ande bearbetning, innefattande dels en grundkropp (1), som är roterbar i en förutbestämd riktning (R) kring en geometrisk centrumaxel (Cl), dels ett bytbart och indexerbart skär (2) av ett material, som är hårdare och mer nötningsbeständigt än materialet i grundkroppen, varvid Skäret är monterat i ett säte (8) i 275 280 285 533 484 14 grundkroppen och innefattar en såsom spånyta (12) tj änande ovansida och en undersida (13), mellan vilka sträcker sig en centrumaxel (C2), och dels en första skäregg (17) i en övergång mellan spånytan (12) och en bakåt från denna sig utbredande första släppningsyta (16), dels en på avstånd bakom den första skäreggen (17) utformad andra skäregg (22) i en övergång mellan å ena sidan en andra spånyta (23) bakom den första släppningsytan (16) och å andra sidan en bakomvarande andra släppningsyta (24), kännetecknat därav, att avståndet (W1/2) mellan den första skäreggen (17) och skärets centrumaxel (C2) är större än avståndet (W2/2) mellan den andra skäreggen (22) och centrumaxeln (C2), och att åtminstone den första skäreggens (17) eggvinkel (u) mellan den första spånytan (12) och den första släppningsytan (16) är spetsig.

11. Verktyg enligt krav 10, kännetecknat därav, att sätet (8) i grundkroppen (1) innefattar en bottenyta (9) mot vilken skärets undersida (13) är ansatt, samt åtminstone en sidostödyta (10) mot vilken skärets frärnre släppningsyta stöder, varvid mellan sidostödytan (10) och bottenytan (9) är utformad en urholkning (32) för att rymma en bakre del (28) av Skäret i vilken den andra skäreggen (22) ingår.