Устройство для крепления инструмента

 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для крепления фрез и других инструментов при обработке на фрезерных и т. п. станках. Целью изобретения является повышение виброустойчивости устройства для крепления инструмента путем уменьшения радиального биения инструмента. Устройство содержит оправку 1, предназначенную для базирования в шпинделе 2 стакана, пе-ых4 О ОлЦ WФиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (l1) (я)з 8 23 С 5/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4340169/08 (22) 07,12.87 (46) 23.02,92. бюл. 31Ь 7 (71) .Ленинградский механический институт им. Мараала Советского Союза Устинова

Лф (72) В.И. fle pos, С.8. Мелькишев, М.А. Никитин и Ю.б. Григорьев (53) 621.952-229.2 (088,8) (56) Каталог Японии фирмы Nikken

КозаМзпо Works сот. 1986. М 88 с. 68.

2 (54) УСТРОЙСТ80 ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для крепления-фрез и других инструментов при обработке на фрезерных и т. и, станках. Целью изобретения является повышение виброустойчивости устройства для крепления инструмента путем уменьшения радиального биения инструмента. Устройство содержит оправку 1, предназначенную для базирования в шпинделе 2 стакана, пеП1

1713760

3 ! реходник 6, предназначенный для бззированю на опрэвке и для базироаания HI нем инструменте 11, например фрезы. Опрэвка на шпинделе базируется посредством конического хвостовика 3, шпонки 4 и паза 5.

Переходник на оправке бэзируется посрщ ством цилиндрического выступа 7, отверстия 8, апоики 9 и шпоночного пэаэ l0.

Инструмент базируется на переходнике по-. средством цилиндрического выступа 12, отверстия 13 в инструменте, шпонки 14 и шпоночного пвзз 15. Соединение инструмента l1 с переходником и последнего с оправкой осуществляется винтом 16. Минимальное радиальное биение инструмента 11 относительно шпинделя 1 достигается зэ счет расположения шпоночных соединений относительно друг друга под углом а1 130

10 и а - 160+ 10 соответственно между полуплоскостями П1 и ПИ и ПШ, ограниченными осью шпинделя и проходящими через середины шпоночных соединений. При этом отсчет угловых расстояний производится в направлении вращения шпинделя. 5 ил, Изобретение относится к станкостроению и может быть использовэно для крепления фрез и других инструментов при обработке нэ фрезерных и т, и. станках.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости устройства путем уменьшения рэдиального биения инструмента.

Нэ фиг. 1 изображено устройство, общий вид, аксонометрия; на фиг. 2 поперечное сечение полуплоскостей, проходящих через ось устройства, и шпоночные соединения; на фиг. 3 — цилиндрическое соединение с указанием системы координат, связанной с осью врэщения отверстия, по= ложения оси вращения вала, развернутого под действием сил резания; рэдиуса разворота г и оптимальным зазором в цилиндрическом соединении $ь поперечное сечение; на фиг, 4 — схема взаимного расположения осей вращения шпинделя.(точка О) оправки (точка 01), переходника (точка fh), инструмента — фрезы(точкз Оз); нэ фиг. 5 — результаты расчетов радизльного биения фрезы относительно шпинделя по трем конструкциям устройств NfKKEN (а1 - а = 0), VarHock(a> -аг -96О) предлзгаемого устройства.

Устройство для крепления инструмента содержит оправку 1, преднэзнзченнуе для соединения со шпинделем 2 станка посредством конического хвостовикэ 2, шпонки 4, выполненной на торце шпинделя, и паза 5. выполненного нэ оправке. Переходник 6 соединяется с оправкой 1 с помощью цилиндрического выступа 7 нэ торце. оправки, осевого отверстия 8 в переходнике, шпонки

9 и шпоночного паза 10. расположенных соответственно на оправке и переходнике.

Инструмент 11,: например фреэа, соединяется с переходником 6 с помощью вь1полненного на нем цилиндрического выступа

12, отверстия 13 в инструменте, шпонки 14

5 и шпоночного пзэа 15, расположенных соответственно нз переходнике и в отверстии инструмента. Посредством винта 16 и резь бового отверстия 17 в:выступе 7 оправки производится закрепление инструмента на

10 переходнике, з переходника нз оправке.

Угловые расстояния между полуплоскостями, ограниченными осью шпинделя 2 и проходящими через середины.шпонок 4, 9 и

15 14, отсчитанные в направлении вращения шпинделя 2, выполнены от полуплоскости П

l, проходящей через шпонку 4 шпинделя 2, до полуплоскости П И, проходящей через шпонку 9 оправки 1, и от полуплоскости fl П

20 до полуплоскости П!И, проходящей через шпонку 14 переходника 6, находятся в диапазонах а1= 130 10О, щ- 160 10 . Оправка в шпинделе ззкрепляется посредством йэвестных устройств.

25 Под действием сил резания и.s связи с тем, что конический хвостовик оправки 1 и отверстие шпинделя 2 выполнены с äîïóсками углов данного конусного соединения, происходит разворот оправки 1 относитель30 но точки контакта шпонки 4 и поверхностью . паза 5 в системе координат ОХУ, связанной со шпинделем. Ось оправки занимает положение, определяемое координатами (фиг, 3)

S Г 2 52

35 Х = -„- ) 162 -S; у =, (1) з межосевое рзсстояние оправки и шпинделя будет определяться:

Е=—

2 \

1713760 где S — наивероятнейшее значение модуля разности допусков углов конусов хвостовика оправки и отверстия шпинделя, выраженных допусками на разность диаметров в двух сечениях, перпендикулярных к оси конуса, на заданном расстоянии между ними;

r расстояние от оси оправки до центра шпонки 4.

Одновременно с этим переходник 6 разворачивается относительно точки контакта поверхности nasa 10 со шпонкой 9 в преде. лах зазора между цилиндрическим выступом 7 оправки и отверстием переходника.

При этом положение оси переходника в системе координат 01Х>У1, связанной с оправкой, имеет координаты

S Sl

Х1 — r" 6Я. S):У1 3 ° (2) а межосевое расстояние переходника и оправки равно

Е = Х1 +У1

2 где 31 — наивероятнейший зазор между цилиндрическим выступом 7 оправки и посадочным отверстием переходника:, г1 - расстояние от центра шпонки 9 до оси оправки.

Далее под действием сил резания фрезэ 11 разворачивается относительно точки контакта поверхности паза 15 со шпонкой . 14 в пределах зазора между цилиндрическим выступом 12 переходника и отверстием фреэы. При этом положение оси фрезы 8 системе координат 02Х2У2, связанной с переходником, определяется координатами

x> = -„ - 1а 1 — 9;,-,,(з}

З2, . S3 а межосевое расстояние переходника и фрезы равно

Е2 — — Xj+ Yf — 2, 52

2 где Sz — наивероятнейший зазор между цилиндрическим выступом 12 переходника и посадочным отверстием фрезы;

r2 — расстояЙЬе от центра шпонки 14до оси переходника.

Координаты точки Oz e системе коордиi нат 01Х У1 после поворота системы координат OlxqYI на угол а1 выражаются через координаты Xi и У1 (координаты точки 02 в системе OIX>YI) по формулам

XI = Х1соз pl + У1з1 и р

YI =-Х1з1п р1+ Y>cosp>, (4)

S1 гДЕ Р1 =а1 — Д; PI =

2rI .

Так как при работе фрезы имеет место параллельный перенос координатных осей

01Х1 У1 то координаты той же точки 02 в системе координат ОХУ выражаются через координаты Х и Y (координаты точки 01 в системе OXY) и координаты XI и У< следующим образом:

XI =X+XI (5)

5 Yf = Y+Y>

Кооодинаты точки 03 в системе коордиf нат 02Х2 У2 после поворота системы 02Х2У2 на угол а2 выражаются через координаты Xz и У2(координаты точки Оз в системе 02Xz Yz)

10 по формулам

Х2 = Xzcos pz + У2$1п pz;

У2 - -Х2з1п pz+ У2соз pz; (6)

Sz гДЕ а =а2-PZ: PZ =.— .

2гг

Координаты точки Оз в системе 02Xz Yz после поворота системы 02Х2У2 на угол а1

t выражаются через координаты Х2 и Yz:

Х2 = Х2 созф1+ У2 $1п pl

У2 = -Х2з1п + Yz cos pI. (7)

Далев происходит параллельный переЙ >I нос координатных ОСей 02Х2 У2 тогда координаты точки Оз в системе OXY выражаются

° ф УЮ 9 через координаты Х1 и У1 и координаты Х2 и Yz следующим образом:

Х3=Х2 +X1

Уз = У2 + У1 (8)

Таким образом, межосевое расстояние фрезы и шпинделя, определяемое модулем вектора Обз, выражается через координаты

Э0 Хз и уз следующим образом:

Е - 100з I = Ii Хз + Уз (9)

С учетом формул (10), (9), (8), (7) и (6) получают

З5 Е =((Х2соз щ cospI + Yzslnpz . сову)1 + (— Х2)з1п р2 з1п р + Yzcospzslnp> +

+ XIcospq + pIslnpI + Х)2 + (— Xzcospz .

sInpl — YzsInpz . sing + Yzcospz cospI—

40 Х2з1пр2совр1 + Y — Xgslnpg + Y>cosp1)2 l h =

=((Xzcos(pI + Щ) + Yzsin(pl + pz) + XIcospI +

+ Y

+ Y2cos(p1 + у2) — Х з1пр1 +

Фу

45 + Ylcosp> + У). ) . (10)

Формулы (1), (2) и (3), учитывая, что S«< ri, можно упростить, а именно

Я - „ S х = . и -s)= — .

8rI 2

50 Так К8К в(10)имеют место Х, Х Уь Yt и, учитывая, что Х » Yi, после преобразо.ваний выражение (10) имеет вид (Ц+У +, + + г+ 2+

+ 2 XIXzcos(pl + у ) . cosp) + 2xxzcos(pl +

+ pz) + 2XX1cospI + 2XXzsIn(p> + pz)sInp>) . (11)

Раскрывая скобки в выражении (11), окончательно получают

1713760

19 иа—

1+ со$1Р1 i eормула изобреT®

Решив эту сис™у, получают выраже- устройстводля фепления ииструмента, ния для косинусов углов в виде 25 содержащее оправку, предназначенную для

y — y — д базирования на шпинделе станка посредстн — н ц „э Sz переходник, предназначениыьй для базиро(15) созыва = 2 S S ., :вания на оправке посредством торцового

3О сопрягемого с отверсты высупа и щ оч ого соединения и для базирования на н н му расположению укаэанных мнюнач ы соединений с учетом. формул Щ (6) соответ- ex вью:тупа в переднейти переходника. ствуют углы сопрягаемого с отверстием в инструменте, и

Р- 8 -.3 i . 35 шпаночного соединения, о т л и 4 а ю щ е е Рпш а ив ос (ая.а; / c я тшя. нто; с целью повышения еиброр s $ < (щ, устОйчивости устройства торцовый выступ . цаопт= Еяiуа анесеа(а ) . выполнен íà оправке ципиндеинеояоп Оор-:

23 . тояние а отсчимы, при этом угловое расс 1

40 танное в направлении вращения шпинделя между . полуплоскостями; ограниченными осью шпинделя и проходящими через середину шпоночных соединений шпинделя с оправкой и оправки с.переходником, равно 15 130 10, а угловое расстояние а между полуплоскостями, проходящими через середину шпоночных соединений оправки с переходником и переходника с инструментом, равно t60о10О, 50

С целью определения 2@p .для оптимальных существующих геометрических размеров и допусков на конусное и цилинд-. рические соединения (Н /йв) шпинделя с оправкой, оправки с переходником, переходника с фрезой проведены. расчеты на

ЭЦВМ. Иэ расчетов видно, что

Е -"(Xf+V$+Х1+У1+Х + Y +

+ 2Х1Хрсоэ р + 2XXgcos+ costpt— — 2ХХзв пу sInrpt + 2XXtoospt). (t2)

Для того, чтобы определить оптимальные угловые расстояния между полупловкостями Al и ПИ, а также между AN и ГИИ, необходимо исследовать функцию двух переменных Е - E (р (а ), ф(а@ на экстремум. После нахождение частных производных функции Е Е(уц ) по и rpz и использования необходимою признака существования экстремума:

3Е О. (1 3) — =0;

3Е

2ф приходят к следующей системе двух уравнений:

При проведении расчетов учитывают, что рассеивание погрешностей изготовления цилиндрических и конического соединений удовлетворяют нормальному закону распределения; Отклонения углов а р выбраны равными - t0 на том основании, что отклонения значений Е(а1ср, Wcp) с учетом указанных пределов для а р составляют (5

16Щ.

Анализ результатов сравнительного расчета подтверждает целесообразность выбранных пределов для а р. Таким образом, если углы между полуплоскостями fl I.

П И и Il Ш выполнять равными

àtö, - 130 . 10 " .Wcp -,160 х10 (18) то можно. практически полностью ликвидировать биение фреэы относительно шпинделя, тем самым существейно повысить виброустойчи вость технологической системы.

1713760

Фиг.2

1713760

0,0

0,0

=ВО

00 Риъ. 5

Составитель А.Сапенок

Техред М.Моргентал

Корректор С.Шевкун

Редактор M.Áëàíàð

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 652 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5