SE517817C2 - Verktyg för spånavskiljande bearbetning med spårformade kylmedelskanaler i ändytan - Google Patents

Description

35 517 817 2 eller smörjande fluiden till verktygets olika skär. En vanligt förekommande lösning grundar sig på användning av grenkanaler i form av hål som borras från punkter i omedelbar närhet av de enskilda skären till en central huvudkanal inne i fräshuvudet.

Denna tillverkningsteknik är emellertid komplicerad och dyrbar samt ger mediokra resultat vad avser fluidens förmåga att kyla skären och arbetsstycket och att föra bort lösgjorda spånor.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja bris- terna hos tidigare kända fräsverktyg och skapa ett förbättrat fräsverktyg. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är därför att skapa ett verktyg som förmår föra ut erforderlig fluid till de olika skären på ett effektivt och kraftfullt sätt för att på så sätt optimera fluidens kylande och/eller smörjande effekt.

Vidare tar uppfinningen sikte på att åstadkomma ett verktyg som kan styra och effektivisera spånflödet från fräshuvudet på ett- sådant sätt att erosion på spànrummens ytor motverkas. Ett an- nat syfte med uppfinningen är att skapa ett verktyg som låter sig tillverkas på ett enkelt och prisbilligt sätt. Ett ytterli- gare syfte med uppfinningen är att skapa ett verktyg med mini- mal vikt som underlättar arbete med höga varvtal, i synnerhet med avseende på verktygets start och stopp.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Roterbara verktyg av ingressvis allmänt angivet slag är tidigare kända genom t ex US 960 526, DE 3 104 752, DE 40 19 506 och DE 3 105 933. Gemensamt för dessa kända verk- tyg är emellertid att grenkanalerna från huvudkanalen för flui- den utgörs av borrade hål och ej av spår i fräshuvudets ändyta.

Genom US 5 941 664 är tidigare känd en roterbar verk- tygshàllare som i och för sig inbegriper ett antal individuella fluidgrenkanaler. Emellertid avgränsas dessa grenkanaler av blad som tillsammans bildar ett kompressorhjul för att utifrån mata in kylvätska till en central huvudkanal. Denna verktygs- hållare saknar varje form av skär, varjämte grenkanalerna icke har formen av utåt öppna spår.

DE 19725100 beskriver ett fräsverktyg som i anslutning till sin skärbestyckade ändyta uppvisar en central fördelar- 10 15 20 25 30 35 517 817 3 kropp med ett flertal radiellt riktade dysor genom vilka kyl- vätska kan matas ut till de periferiskt belägna skären. Ej hel- ler här förekommer emellertid några öppna spår i sagda ändyta.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en perspektivvy av ett fräsverktyg enligt uppfinningen, Fig 2 en planvy ovanifràn av verktyget enligt fig 1 i uppoch- nedvänt skick, Fig 3 en perspektivvy av ett alternativt utförande av ett verktyg betraktat snett underifrån, Fig 4 en analog perspektivisk sprängvy visande verktyget en- ligt fig 3 med ett fluidavlänkande don visat åtskilt från verktyget, Fig 5 en planvy ovanifràn av avlänkningsdonet enligt fig 4, Fig 6 en sektion A-A i fig 5, Fig 7-9 schematiska planvyer underifrån illustrerande ytter- ligare tre olika, alternativa utföranden av uppfin- ningen, och Fig 10 en schematisk sidovy illustrerande ett i verktygets huvud ingående spår.

Detalíerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen.

Det i fig 1 och 2 visade verktyget har formen av ett fräshuvud 1 vilket är roterbart kring en central, geometrisk rotationsaxel C. Rotationssymmetriskt kring axeln C utbreder sig en välvd mantelyta 2, vilken övergår i en cylinderyta 3 på ett skaftartat parti 4 av fräshuvudet. I ett plan vinkelrätt mot rotationsaxeln C sträcker sig en första, plan ändyta 5 vil- ken är motsatt en andra plan ändyta 6 pá skaftpartiet 4. Mellan dessa ändytor 5, 6 sträcker sig en central huvudkanal 7 i form av ett hål, t ex borrhål, genom vilket kylvätska eller annan fluid kan passera. I det kantparti 8 som bildar övergång mellan den välvda mantelytan 2 och den plana ändytan 5 är urtagna ett flertal tangentiellt åtskilda spånrum 9. I anslutning till dessa spånrum år utformade säten 10 i vilka skär 11 är montera- de. Dessa skär kan med fördel vara av vändbar typ, varvid skä- ren är fixerade med hjälp av skruvar. 10 15 20 25 30 35 517 817 4 I verktygets ändyta 5 är utformade ett antal utåt öppna spår eller urtagningar 12. Närmare bestämt svarar antalet spår 12 mot antalet skär 11 resp. spånrum 9. Spåren 12 bildar gren- kanaler som har till uppgift att föra ut den utifrån i huvud- kanalen 7 intagna fluiden till de olika skären 11. I det före- dragna utförandet är varje enskilt spår 12 bågformigt och sträcker sig från en inre ände 13 i närheten av huvudkanalens 7 yttre mynning till en yttre ände 14 belägen framför det en- skilda skäret 11 betraktat i verktygets rotationsriktning (se pilarna i fig 1 och 2). Närmare bestämt är det enskilda spåret så utformat att spårets konvexa sida är vänd framåt i rota- tionsriktningen.

Mellan de olika spåren 11 avgränsas landpartier 15 med kilartad, inåt avsmalnande grundform. Ytorna på dessa landpar- tier är plana och belägna i ett gemensamt plan (= ändytan 5) som är axiellt åtskilt från det gemensamma plan i vilket hori- sontella, undre partier av skären 11 är belägna. I detta sam- manhang må även påpekas att radiellt yttre skäreggar på skären sticker ut något från bakomvarande partier av mantelytan 2.

Varje enskilt spår 12 är avgränsat av två åtskilda sido- ytor 16, 16 och en mellanliggande, lämpligen konkavt rundad bottenyta 17 (av de båda sidoytorna 16 är blott den ena synlig i fig 1 resp. 2). Vid det i fig 1 och 2 visade utförandet är det enskilda spåret 12 jämnsmalt utmed hela sin längdutsträck- ning från den inre änden 13 till den yttre änden eller öppning- en 14. Vidare är det enskilda spårets sidoytor 16 inbördes pa- rallella och snedställda relativt verktygets rotationsaxel C.

Närmare bestämt är spårens sidoytor snedställda på ett sådant sätt att de lutar uppåt/bakåt från ändytan 5 betraktat i verk- tygets rotationsriktning. I detta sammanhang skall nämnas att det är tänkbart att utforma spåret 12 med dels en sidoyta som är parallell med rotationsaxeln, dels en sidoyta som är sned- ställd relativt rotationsaxeln.

Ehuru olika bågformer hos spåren 12 år tänkbara föredras generellt cykloidisk grundform, varvid cykloidkurvan har ökande diameter i riktning mot spårets yttre ände.

Det i fig 1 och 2 visade verktyget fungerar på följande sätt. 10 15 20 25 30 35 517 817 5 Från en lämplig, icke visad yttre källa matas trycksatt fluid (t ex kylvätska eller luft med dimformig olja) in i hu- vudkanalen 7 via den ände som mynnar i skaftpartiets 4 ändyta 6. Då verktyget roteras med hög hastighet, t ex med ett varvtal av 25 000 rpm eller mer, uppstår i vart och ett av spåren 12 en sugverkan som strävar att suga den till huvudkanalens yttre el- ler undre ände ankommande fluiden i riktning utåt mot skären 11. Denna sugverkan låter sig etableras tack vare spåren, som innebär att fräshuvudets ändparti under fräsens rotation erhål- ler karaktären av ett fläkthjul i vilket landpartierna 15 mel- lan närbelägna spår utgör fläktvingar. På samma sätt som i en konventionell fläkt skapas utmed "baksidan av varje vinge", dvs utmed sidoytan 16 bakom varje framförvarande landparti, ett un- dertryck som verkar radiellt i riktning utåt från fläktens centrum. Närmare bestämt pressas de i fluiden ingående partik- larna bakåt mot den motsatta sidoytan 16 och slungas samtidigt radiellt utåt av centrifugalkraften.

Initial omlänkning av det axiella huvudflödet i kanalen 7 till radiella delflöden i vart och ett av spåren 12 kan ske på olika sätt i beroende av olika faktorer, såsom verktygets varvtal, fluidens beskaffenhet samt trycket och flödesmängden hos den ankommande fluiden. Vid utförandet enligt fig 1 och 2 tänkes omlänkning ske utan hjälp av särskilda omlänkningsmedel.

Exempelvis kan detta ske genom att först bringa verktyget att rotera med maximal hastighet och därefter påbörja och succes- sivt stegra tillförseln av fluid till huvudkanalen 7. Det är även tänkbart att på lämpligt sätt ladda spåren med fluid i samband med att verktyget börjar rotera.

Effekten hos den medelst spåren 12 åstadkomna fläkt- verkan är beroende av massflödet hos fluiden. Därest massflödet genom huvudkanalen 7 av olika skäl skulle bli otillfredsstäl- lande försämras effekten (fläkten har sin egen pumpkarakte- ristik). För att motverka risken för otillräckligt massflöde genom huvudkanalen kan särskilda luftinsugningskanaler 19 bor- ras i fräshuvudet. Närmare bestämt borras för varje spår ett kanalhål 19 från en yttre punkt nära borrhuvudets skaftparti 4 till en inre punkt i området av det enskilda spårets 12 inre ände 13. Dylika hål, som kan vara jämförelsevis smala, är i praktiken enkla att åstadkomma i samband med verktygets till- 10 15 20 25 30 35 517 817 6 verkning. Genom hälen sugs luft in utifrån och adderas till delmassflödena av fluid till de olika spàren.

Den genom varje enskilt spår radiellt utsugna fluiden kommer att svepa fram utmed tillhörande skär ll och kyla eller smörja detta såväl som det parti av arbetsstycket med vilket skäret är i momentan kontakt. Härvid tillser fluiden att före- kommande spånor spolas bort icke blott frän skäret och arbets- stycket utan även från de ytor som avgränsar varje enskilt spånrum 9. I detta sammanhang skall understrykas att delflödena av fluid genom spåren bildar strålar som kastar ut spånorna i radiell riktning i ett gemensamt plan riktat vinkelrätt mot verktygets rotationsaxel. Pà så sätt styrs spánflödena ut från verktyget på ett optimalt sätt.

Nu hänvisas till fig 3-6 som illustrerar ett utförande vid vilket fräshuvudet försetts med särskilda medel för att avlänka det axiella fluidhuvudflödet till radiella delflöden.

Närmare bestämt inbegriper sagda medel en skruv 20 i form av en rörskruv, som medger axiell passage av fluid, och som uppvisar en skalle 21 med en hangänga 22. Hàligheten i rörskruvens inre mynnar i en insexfattning 23 i vilken kan appliceras en nyckel för fastdragning av skruven. Med skruvskallen 21 samverkar ett i sin helhet med 24 betecknat avlänkningsdon, vilket är samman- satt av en cirkelrund platta 25 och en cylindrisk hylsa 26, som uppvisar en invändig gänga 27 (se fig 6). I det visade exemplet har plattan 25 större diameter än hylsan 26, varigenom plattan kragar ut ett stycke från hylsan. I omedelbar närhet av plattan uppvisar hylsan ett antal radiella hål 28 genom vilka fluid kan passera i riktning radiellt utåt. Pâ sin insida uppvisar plat- tan 25 en konisk kropp 29 som då den träffas av det axiella fluidflödet styr ut fluiden i riktning mot hålen 28. I konkrop- pen 29 är även utformad en insexfattning 30 för en nyckel med vars hjälp hylsan kan skruvas fast pà skruvskallen 21.

Det beskrivna avlänkningsdonets 24 funktion torde vara uppenbar. Dä fluid matas axiellt genom rörskruven 20 tvingar konkroppen 29 och plattan 25 fluiden att avlänkas i radiellt riktade delflöden som passerar ut genom hälen 28 och vidare till de olika spåren 12 i fräshuvudet.

I fig 7 illustreras schematiskt hurusom spåren 12 kan vidga sig i riktning från sina inre ändar mot sina yttre ändar. 10 15 20 25 30 35 517 817 7 Med andra ord uppvisar dessa spår ökande tvärsnittsarea med ökande radie. Effekten av att spåren vidgar sig i riktning utåt blir att fluiden expanderar i spåren och att den åstadkomna turbinfläkten med lätthet pumpar ut stora delflöden i vilka dock fluidens hastighet är måttlig.

I fig 8 illustreras ett utförande vid vilket varje en- skilt spår 12 vidgar sig i riktning från sin yttre ände mot sin inre ände. I detta fall kommer fluiden att komprimeras i spå- ren, varvid turbinfläkten pumpar ut ett begränsat fluidflöde i vilket dock fluidens hastighet resp. tryck har ökats.

Gemensamt för de båda utförandena enligt fig 7 och 8 är att spåren 12 är smala i jämförelse med de närbelägna, omgi- vande landpartierna 15. Med andra ord är spàrens totala projek- tionsarea mindre än den totala projektionsarean för landparti- erna.

I fig 9 visas ett alternativt utförande vid vilket spå- rens 12 totala projektionsarea är större än den totala projek- tionsarean för landpartierna 15 mellan spåren. Med andra ord är landpartierna här jämförelsevis smala i förhållande till spå- ren. Vid detta utförande kan stora fluidmängder pumpas ut, ehuru med låg hastighet och lågt tryck.

I fig 10 illustreras ett utförande vid vilket det en- skilda spårets 12 båda sidoytor 16 divergerar från verktygs- huvudets ändyta 5 mot den för sidoytorna gemensamma bottenytan 17.

En väsentlig fördel med uppfinningen är att verktyget, tack vare de fläktbildande spåren, på ett självverkande sätt åstadkommer utsugning av kraftfulla fluiddelflöden från huvud- kanalen mot de enskilda skåren och dessas spånrum. Härvid säkerställer snedställningen av spàrens sidoytor en kvarhål- lande effekt hos den i spåren passerande fluiden. Vidare riktas de erhållna fluiddelflödena radiellt i ett mot rotationsaxeln vinkelrätt plan. I motsats till snett borrade grenkanalshàl vid tidigare kända fråsverktyg säkerställer därför det uppfinnings- enliga verktyget en effektiv spånbortförsel från skäret och om- givande spånrum. Vidare är tillverkningen av det uppfinnings- enliga verktyget enkel i jämförelse med tidigare tillämpad tillverkningsteknik. Bland annat vinnes att de i verktygshuvu- dets ändyta öppna spåren icke inkräktar på konstruktörens möj- W Ü 20 25 30 51-7 817 8 ligheter att utforma och placera skäret resp. tillhörande spån- rum på ett fritt sätt. En annan fördel är att spåren innebär en reduktion av verktygets totalvikt; något som är särskilt bety- delsefullt i samband med höga rotationshastigheter. Närmare bestämt underlättar en minimal vikt hos verktyget såväl start- som stoppmomenten för verktyget.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad blott till de ovan be- skrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda är det tänkbart att i stället för krökta spår använda väsentligen raka spår. Därest spåren ges krökt form kan vidare bågformen vändas åt motsatt håll i förhållande till de på ritningarna visade ut- förandeformerna, dvs med konvexiteten riktad bakåt i stället för framåt i förhållande till rotationsriktningen. I det fall fräsverktyget utrustas med ett fluidavlånkningsdon av beskrivet slag kan avlänkningsplattan ges större diameter än de plattor som exemplifierats, varvid spåren kommer att åtminstone parti- ellt täckas av plattan. Ehuru spåren initialt i samband med tillverkningen är helt öppna utåt kan desamma sålunda helt eller delvis vara täckta av en fluidavlånkningsplatta i sitt operativa tillstånd. Vidare kan de olika spåren på ett och samma fräshuvud ges olika bredd. Exempelvis kan vartannat spår vara bredare än de närbelägna spåren. Vidare kan olika spår i ett och samma fräshuvud ha olika lutning antingen hos var och en av de två sidoväggar som avgränsar varje spår eller hos båda sidovåggarna i varje par. Vidare behöver de olika spåren ej nödvändigtvis vara ekvidistant åtskilda. Sålunda är det tänk- bart att placera spåren oregelbundet i förhållande till var- andra även i de fall skären år ekvidistant åtskilda från var- andra.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 517 817 Patentkrav

1. Verktyg för spånavskiljande bearbetning, innefattande ett roterbart huvud (1) med en rotationssymmetriskt kring en cen- sig sträckande mantelyta (2) (5), i anslutning till spån- tral, geometrisk rotationsaxel (C) och en tvärs sagda axel sig sträckande ändyta samt ett flertal tangentiellt åtskilda skär (11) rum (9) utformade i ett runtomgàende kantparti (8) (5), central huvudkanal i övergången varvid huvudet inbegri- (7), gift att utifrån mottaga en kylande och/eller smörjande fluid, (ll) grenkanaler (12) med uppgift att individuellt leda ut sagda mellan mantelytan (2) och ändytan per dels en invändig, svarande antal dels ett mot antalet skär och spånrum (9) fluid från huvudkanalen mot de olika skären, k ä n n e - t e c k n a t därav, att varje enskild grenkanal utgörs av ett utformat, åtminstone initialt utåt öppet spår fram till det i ändytan (5) (12), enskilda spànrummet som sträcker sig från huvudkanalen (7) (9), närmare bestämt fram till en yttre ände (14) belägen framför skäret (11) betraktat i verktygets rotationsriktning, och att åtminstone den ena av två sidoytor (16) som avgränsar det enskilda spåret (12) är snedställd relativt verktygets rotationsaxel (C).

2. Verktyg enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det enskilda spåret (12) vidgar sig i riktning från en inre ände mot en yttre ände.

3. Verktyg enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att det enskilda spåret (12) uppvisar cykloidisk grund- form.

4. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - (12) större än den totala projektionsarean för land totala projektionsarea är (15) t e c k n a t därav, att spårens mellan spå- ren .

5. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det enskilda spàrets sidoytor (16) som har till upp- 10 15 20 517 817 10 divergerar från verktygshuvudets (1) ändyta (5) i riktning mot en gemensam bottenyta (17).

6. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att för avlänkning av ett axiellt fluid- i tvärställda delfluidflöden till (24) som år integrerad med en hylsa flöde genom huvudkanalen (7) spåren (12) är anordnat ett don innefattande en platta (25) en mångfald tangentiellt åtskilda hål (28) (26), vilken uppvisar dels i närheten av plat- tan, dels en invändig gänga (27) för samverkan med en utvändig gänga (22) (21) till en rörskruv (20) genom vilken fluidflödet kan passera och vilken har till uppgift att fixera på en skalle sagda don (24).

7. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att särskilda luftinsugningskanaler (19) sträcker sig mellan verktygshuvudets mantelyta (2) och inre (13) ändar av spåren (12).