Инструмент для нарезания внутренней резьбы

 

Использование: металлообработка, производство деталей с резьбовыми отверстиями в различных отраслях промышленности Изобретение позволяет производить нарезание резьбы в отверстиях с соотношением длины и диаметра отверстия l/D>10. Сущность изобретения: инструмент имеет корпус, где размещена режущая пластина, перемещаемая в поперечном направлении с помощью вала с эксцентриковой частью. Эксцентриковая часть вала взаимодействует с пазом шириной, равной диаметру эксцентриковой части, причем вершина режущей пластины расположена в диаметральной плоскости корпуса, перпендикулярной пазу. Вал снабжен механизмом отсчета и фиксации поворота. На конце вала выполнена направляющая опора, а между режущей пластиной и частью корпуса, предназначенного для закрепления в станке, расположена дополнительная опора. Между направляющей опорой и корпусом режущей пластины размещена пружина сжатия. С противоположной стороны державки установлен упорный механизм ее осевого перемещения, который выполнен в виде стержня, установленного в продольном пазу на наружной поверхности корпуса параллельно его оси. Стержень одним торцом поджат к корпусу режущей пластины, а вторым концом связан с винтовым регулировочным механизмом. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано в производстве деталей с резьбовыми отверстиями в различных областях промышленности.

Известна конструкция резьбового резца для нарезания внутренней резьбы (см. книгу: Кузнецов Ю. И. Маслов А.Р. Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. 2-e изд. М. Машиностроение, 1990, с. 172, рис.7), состоящая из корпуса, в угловом пазу которого устанавливается режущая пластина. Режущая пластина с помощью прихвата и винта прижимается к базирующим поверхностям корпуса. Регулирование вылета режущей пластины осуществляется винтом, который торцом головки упирается в режущую пластину и фиксируется в отрегулированном положении с помощью стопорного винта через капроновую прокладку. Подобные резцы предназначены для нарезания внутренней резьбы в отверстиях ограниченной длины, так как наибольшие линейные размеры корпуса нормализованных резцов находятся в пределах l<280 мм, а диаметр сечения корпуса D 32 мм. При нарезании внутренней резьбы в отверстиях большой длины, когда длина резьбы значительно превышает их диаметр, необходимо использовать резцы с большим расстоянием от режущей пластины до места закрепления корпуса резца на станке.

Известна конструкция инструмента для нарезания внутренней резьбы, в корпусе которого размещена режущая пластина, перемещаемая в поперечном направлении с помощью регулировочного механизма, содержащего вал с эксцентриковой частью, взаимодействующей с пазом шириной, равной диаметру эксцентриковой части, при этом вершина режущей пластины расположена в диаметральной плоскости корпуса, перпендикулярной упомянутому пазу (см.патент США N 2415077, кл. В 23 В 29/03, 1947). Конструкция этого инструмента принята авторами за прототип. При многопроходном нарезании резьбы после каждого рабочего хода осуществляется радиальное перемещение режущей пластины вместе с корпусом относительно отверстия детали в радиальном направлении за счет механизма поперечной подачи станка. Консольное расположение режущей пластины относительно закрепления в суппорте станка при большой длине корпуса характеризуется невысокой жесткостью всей инструментальной технологической системы. Это обусловливает отжатия режущей пластины в процессе нарезания резьбы за счет изгиба корпуса, что снижает точность нарезаемой резьбы. Невысокая жесткость инструментальной технологической системы может служить причиной возникновения вибраций при нарезании резьбы. Для устранения вибраций необходимо уменьшать величины врезания резца на каждом рабочем ходе, снижать скорость резания. Эти мероприятия вызывают снижение производительности резьбонарезания. Повышение жесткости корпуса такого резца за счет увеличения площади поперечного сечения ограничено размерами отверстия, габаритами режущей пластины и величиной планируемого радиального перемещения режущей пластины при врезании на следующем рабочем ходе.

Целью изобретения является повышение производительности резьбонарезания в отверстиях большой длины при соотношении между длиной отверстия и диаметром l/D>10.

Указанная цель достигается за счет того, что инструмент снабжен державкой, установленной в поперечном пазу, выполненном в корпусе с возможностью перемещения и предназначенной для закрепления режущей пластины, шкалой для отсчета поворота вала, направляющей опорой, установленной на конце вала, выполненном выступающим впереди упомянутой державки, пружиной сжатия, установленной на указанном конце вала между направляющей опорой и державкой, и упорным механизмом осевого перемещения державки. При этом эксцентриковый участок вала выполнен в виде шейки, а паз, предназначенный для взаимодействия с последней, выполнен на державке. Инструмент снабжен дополнительной направляющей опорой, расположенной между режущей пластиной и частью корпуса, предназначенной для закрепления в станке. Упорный механизм осевого перемещения выполнен в виде регулировочного винта и стержня, установленного в продольном пазу, выполненном на наружной поверхности корпуса параллельно его оси, при этом один торец стержня предназначен для взаимодействия с державкой, а второй с упомянутым регулировочным винтом. Инструмент снабжен отсчетным устройством, установленным на регулировочном винте и предназначенном для измерения угла его поворота, и двуплечим рычагом, установленным на оси, размещенной в тангенциальном отверстии, выполненном в корпусе перпендикулярно оси стержня, при этом одно из плеч рычага расположено вертикально и предназначено для взаимодействия со стержнем, а второе расположено горизонтально и предназначено для взаимодействия с регулировочным винтом.

Заявляемое изобретение является новым, так как оно не известно из отечественных и зарубежных общедоступных источников информации. По мнению авторов, заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно явным образом не следует из источников общедоступной информации, характеризующей уровень техники данной отрасли.

На фиг. 1 показан общий вид резца, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1, а на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1.

Конструкция резца содержит корпус в виде цилиндра 1 с направляющими на наружной поверхности, расположенными у торца цилиндра 1, и призматическую державку 2, в отверстие которой вмонтирован цилиндр 1 и которая имеет размеры, согласованные с размерами резцедержателя на суппорте станка. Наружный диаметральный размер направляющей цилиндра 1 согласован с размером отверстия, где нарезается резьба. В сквозном отверстии, выполненном в цилиндре 1 и призматической державке 2 соосно оси цилиндра 1, установлен ступенчатый вал 3, длина которого больше длины отверстия в корпусе, состоящего из цилиндра 1 и призматической державки 2. Конец вала 3, выступающий из отверстия в корпусе, имеет два участка разного диаметра, причем на участке большего диаметра выполнен эксцентрик относительно общей оси вала 3. На эксцентричном участке вала 3 установлена державка 4, в которой с помощью винта 5 закреплена режущая пластина 6. На державке 4 выполнены лыски, размер между которыми равен ширине паза на торце цилиндра 1. Паз на торце цилиндра 1 параллелен радиальному перемещению резца при врезании на следующий рабочий ход. На участке меньшего диаметрального размера вала 3 установлена направляющая 7; пружина 8 прижимает через шайбу 9 державку 4 к упорному стержню 10 так, что державка 4 частично находится в пазу на торце цилиндра 1. Гайка 11 регулирует усилие поджатия пружины 8. Упорный стержень 10 расположен в продольной канавке, выполненной на наружной поверхности цилиндра 1, и имеет возможность продольного перемещения. Кольцо 12 охватывает наружную поверхность цилиндра 1 и фиксирует упорный стержень 10 в продольной канавке, выполненной на наружной поверхности цилиндра 1. Противоположный конец упорного стержня 10 прижат к вертикальному плечу двуплечего рычага 13, который имеет возможность поворота вокруг оси 14, расположенной в призматической державке 2 перпендикулярно оси упорного стержня 10. Горизонтальное плечо двуплечего рычага 13 касается торца регулировочного винта 15, перемещающегося в радиальном резьбовом отверстии, ось которого перпендикулярна оси упорного стержня 10. Соосно резьбовому отверстию в призматической державке 2 запрессована втулка 16, на торце которой выполнена шкала. На головке винта 15 закреплена рукоятка 17, на которой имеется штриховая метка для отсчета угла поворота. На призматической державке 2 соосно внутреннему отверстию выполнена цилиндрическая поверхность, на которой установлено кольцо 18, закрепленное на цилиндрической поверхности на призматической державке 2 с помощью стопора 19. На наружной поверхности кольца 18 выполнена шкала. На валу 3 с помощью штифта 20 закреплена рукоятка 21, на наружной поверхности которой вблизи кольца 18 выполнена штриховая метка для отсчета поворота рукоятки 21. Гайка 22 ограничивает осевое перемещение рукоятки 21 на валу 3 при сборке и создает требуемую степень осевого натяга.

Инструмент работает следующим образом. Призматическая державка 2 закрепляется в суппорте токарно-винторезного станка таким образом, чтобы ось цилиндра 1 была параллельна оси шпинделя станка. Заготовка, в отверстии которой должна быть нарезана резьба, закрепляется в патроне станка. С помощью рукоятки 21 поворачивается вал 3. При этом за счет разворота эксцентрика державка 4 вместе с режущей пластиной 6 перемещается в пазу цилиндра 1 в радиальном направлении. Первоначально державка 4 выставляется таким образом, чтобы режущая пластина 6 слегка касалась поверхности отверстия. В таком положении резец заводится в отверстие и перемещается вдоль оси отверстия до выхода режущей пластины 6 из отверстия на противоположном торце детали. Направляющая цилиндра 1 и кольцо 12 в этом положении резца находятся в отверстии, обеспечивая соосность оси отверстия в детали и цилиндра 1. Далее поворачивается рукоятка 21 таким образом, чтобы обеспечить радиальное перемещение режущей пластины 6 в сторону детали. Величина перемещения определяется по количеству делений на шкале кольца 18, отсчитываемых штриховой меткой на рукоятке 21. Цена деления определяется заранее промерами перемещений.

Для нарезания правой резьбы включаются левое вращение шпинделя и перемещение суппорта в сторону задней бабки. Пружина 8 предварительно сжимается гайкой 11 таким образом, чтобы сила пружины 8 была больше ожидаемой осевой составляющей силы резания. Как показала практика, ожидаемые величины осевых сил резания при нарезании резьбы с шагом до 2 мм в конструкционной стали находятся в пределах Р 10.50 Н, поэтому вполне возможно подобрать подходящую пружину. При нарезании резьбы цилиндр 1 имеет поступательное перемещение в отверстии детали, причем в первоначальный момент соосность цилиндра 1 и отверстия, где нарезается резьба, обеспечивается направляющими цилиндра 1 и кольцом 12, диаметральные размеры наружных поверхностей которых согласованы с размерами отверстия таким образом, чтобы обеспечить свободу поступательного перемещения резца и препятствовать прогибу цилиндра 1 под действием сил резания. Через несколько оборотов детали в отверстие, где нарезается резьба, входит направляющая 7. Таким образом, в процессе нарезания резьбы режущая пластина 6 находится между направляющими цилиндра 1 и 7, что обеспечивает практически постоянную жесткость инструментальной технологической системы независимо от соотношения между длиной и диаметром отверстия, в котором нарезается резьба. Изгибная жесткость инструментальной технологической системы повышается, так как консольное расположение режущей пластины в прототипе заменено на расположение режущей пластины в корпусе по схеме балка на двух опорах. При нарезании резьбы цилиндр 1 нагружен растягивающей силой, поэтому отсутствуют изгибные деформации корпуса по причине продольного изгиба, который возникает при обычной схеме нарезания резьбы, когда корпус резца нагружен сжимающей силой. После первого рабочего хода с помощью рукоятки 21 поворачивается вал 3 и с ним эксцентрик таким образом, чтобы режущая пластина 6 вернулась в исходное положение. Отсчет перемещения производится с помощью шкалы на кольце 18 и штриховой метки на рукоятке 21. Затем включается обратное вращение шпинделя станка и суппорт вместе с резцом возвращается в исходное положение, при этом резец перемещается в отверстии и останавливается в позиции, которую он занимал перед первым проходом. Если нарезание резьбы производится по профильной схеме, когда режущая пластина 6 имеет только поперечное перемещение в радиальном направлении, перед следующим рабочим ходом поворачивается рукоятка 21, которая вращает вал 3 относительно цилиндра 1 и призматической державки 2, а эксцентрик перемещает в радиальном направлении державку 4 с режущей пластиной 6. Отсчет перемещения производится с помощью шкалы на кольце 18 и штриховой линии на рукоятке 21. Перемещение режущей пластины 6 перед вторым проходом включает в себя величину поперечного перемещения, которое имела режущая пластина 6 перед первым рабочим ходом, и поперечное перемещение, которое должна иметь режущая пластина 6 перед вторым рабочим ходом. Затем включаются прямое вращение шпинделя и подача суппорта в сторону задней бабки, и производится нарезание резьбы на втором проходе. Описанный цикл работы резца повторяется до нарезания резьбы полного профиля.

Известно, что существуют более оптимальные схемы резьбонарезания, такие как генераторная, комбинированная и маятниковая, при которых стойкость резьбового резца увеличивается, уменьшается размерный износ, и тем самым повышается точность нарезаемой резьбы (см.Д.Г.Белецкий и др. Справочник токаря-универсала. М. Машиностроение, 1987, с. 153).

При нарезании резьбы по генераторной схеме после первого прохода режущая пластина 6 должна получить перемещения параллельно оси отверстия и в радиальном направлении. Радиальное перемещение режущей пластины 6 перед вторым проходом производится так же, как описано для случая нарезания резьбы по профильной схеме. А для перемещения параллельно оси отверстия используется рукоятка 17, которая поворачивает регулировочный винт 15, и при этом горизонтальное плечо рычага 13 поворачивается вокруг оси 14. Так как пружина 8 через шайбу 9, державку 4, упорный стержень 10 прижимает горизонтальное плечо рычага 13 к торцу регулировочного винта 15, поворот рычага 13 вызывает перемещение упорного стержня 10, который отодвигается от державки 4 или перемещает державку 4 в продольном направлении. А так как пружина 8 всегда прижимает державку 4 к упорному стержню 10, державка 4 получает продольное перемещение на эксцентричном участке вала 3 параллельно оси цилиндра 1. Величина продольного перемещения державки 4 отсчитывается с помощью шкалы, выполненной на торце втулки 16, относительно которой поворачивается штрих рукоятки 17. Цена деления шкалы определяется предварительными промерами. После установки режущей пластинки 6 в требуемое положение относительно детали перед вторым проходом включаются вращение шпинделя и подача суппорта в сторону задней бабки, и производится нарезание резьбы. После выполнения второго прохода режущая пластина 6 с помощью рукоятки 21 возвращается в исходное положение, переключается направление вращения шпинделя, и резец вводится в отверстие детали для настройки положения режущей пластины 6 на следующий проход. Цикл работы повторяется до нарезания резьбы полного профиля. Перед нарезанием резьбы по выбранной схеме резьботочения можно рассчитать величины и чередование поворотов рукояток 17 и 21 после рабочих ходов и перед каждым следующим рабочим ходом.

Поскольку жесткость инструментальной технологической системы достаточно высокая и практически не зависит от длины резьбового отверстия, точность нарезания резьбы повышается, снижается вероятность возникновения вибраций. Режимы резания могут быть интенсифицированы, следствием чего является повышение производительности процесса резьботочения.

Формула изобретения

1. Инструмент для нарезания внутренней резьбы, в корпусе которого размещена режущая пластина, перемещаемая в поперечном направлении с помощью регулировочного механизма, содержащего вал с эксцентриковой частью, взаимодействующей с пазом шириной, равной диаметру эксцентриковой части, при этом вершина режущей пластины расположена в диаметральной плоскости корпуса, перпендикулярной пазу, отличающийся тем, что инструмент снабжен державкой, установленной в поперечном пазу, выполненном в корпусе, с возможностью перемещения и предназначенной для закрепления режущей пластины, шкалой для отсчета поворота вала, направляющей опорой, установленной на конце вала, выполненном выступающим впереди упомянутой державки, пружиной сжатия, установленной на указанном конце вала между направляющей опорой и державкой, и упорным механизмом осевого перемещения державки, при этом эксцентриковый участок вала выполнен в виде шейки, а паз, предназначенный для взаимодействия с последней, выполнен на державке.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной направляющей опорой, расположенной между режущей пластиной и частью корпуса, предназначенной для закрепления на станке.

3. Инструмент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упорный механизм осевого перемещения выполнен в виде регулировочного винта и стержня, установленного в продольном пазу, выполненном на наружной поверхности корпуса параллельно его оси, при этом один торец стержня предназначен для взаимодействия с державкой, а второй с упомянутым регулировочным винтом.

4. Инструмент по пп. 1 3, отличающийся тем, что он снабжен отсчетным устройством, установленным на регулировочном винте и предназначенным для измерения угла его поворота, и двуплечим рычагом, установленным на оси, размещенной в тангенциальном отверстии, выполненном в корпусе перпендикулярно оси стержня, при этом одно из плеч рычага расположено вертикально и предназначено для взаимодействия со стержнем, а второе горизонтально и предназначено для взаимодействия с регулировочным винтом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3