Инструментальное соединение - RU2271899C2
Код документа: RU2271899C2
Чертежи
Описание
Область техники
Изобретение относится к инструментальному резьбовому соединению, используемому в сборных режущих инструментах для соединения различных головок с одним хвостовиком.
Уровень техники
Известны инструментальные соединения с охватываемым и охватывающим резьбовыми элементами. Такой охватываемый элемент обычно включает часть с наружной резьбой, которая сопрягается с соответствующей частью с внутренней резьбой охватывающего элемента. Например, такой механизм инструментального соединения описан в патенте США 5114286. Как видно в этом патенте, охватываемая часть соединения (11) соосна с охватывающей частью (13). Охватываемая часть (11) имеет винтовую наружную резьбу (21), которая по размерам и форме соответствует внутренней резьбе (23) охватывающей части (13). Недостаток описанного соединительного механизма показан схематически на фиг.1 (и ясно виден на фиг. 1 и 5 указанного патента США). Он заключается в том, что ближайший к корпусу конец резьбы 14 образован узкой канавкой 16, которая ослабляет передний конец охватываемого элемента. Термин "узкая канавка" относится здесь к сечению охватываемого элемента, имеющему диаметр, равный внутреннему диаметру резьбы.
Другая проблема, присущая таким инструментальным соединениям, относится к тому, что первый и последний витки резьбы являются неполными, имеющими сужающиеся части на открытых концах. Это ясно показано, например, на фиг.2 патента США 1407335, автор Reynolds. Такие узкие концевые части слишком ослаблены, чтобы передавать осевые нагрузки между охватываемым и охватывающим элементами.
Решение проблемы описано в патенте США 4735537, автор Rath, где раскрыто, как уменьшить часть, относящуюся к узкой канавке. В этом патенте внутренний конец резьбовой части имеет полный размер почти до точки, где он ограничивается. Это дает возможность выполнить передающую часть более короткой.
Задачей изобретения является создание инструментального соединения с охватываемой и охватывающей частями, имеющими сопрягающиеся резьбы без обычных неполных сечений на концах резьбы для обеспечения посредством этого более короткого и более прочного инструментального соединения.
Сущность изобретения
В соответствии с изобретением предложено инструментальное соединение, имеющее ось А и содержащее охватываемый и охватывающий элементы,
охватываемый элемент имеет ось В и содержит:
корпус и
охватываемую соединительную часть, выступающую назад от корпуса и имеющую передний участок без резьбы, примыкающий к корпусу, и расположенный сзади резьбовой участок, ограниченный задним концом,
резьбовой участок охватываемой соединительной части, имеющий резьбу, ограниченную с переднего конца частью, примыкающей к переднему участку охватываемой соединительной части, и с заднего конца - частью, примыкающей к концу задней части охватываемой соединительной части, и имеющую между концевыми частями промежуточную секцию с постоянной глубиной,
часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватываемой соединительной части, выполнена в виде выходного участка впадины резьбы, имеющего переменную глубину, постепенно уменьшающуюся от глубины, равной глубине резьбы, до нуля,
часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватываемой соединительной части, выполнена в виде торцового участка витка резьбы, имеющего переменную высоту, постепенно уменьшающуюся от высоты, равной глубине резьбы, до нуля,
охватывающий элемент имеет ось С и содержит:
корпус и
охватывающую соединительную часть, включающую отверстие для размещения охватываемой соединительной части, проходящее назад от переднего торца охватывающего элемента к его корпусу и имеющее передний участок без резьбы, примыкающий к переднему торцу, и расположенный сзади резьбовой участок, ограниченный со стороны корпуса охватывающего элемента,
резьбовой участок охватывающей соединительной части, имеющий резьбу, ограниченную с переднего конца частью, примыкающей к переднему участку охватывающей соединительной части, и с заднего конца - частью, примыкающей к корпусу охватывающего элемента, и имеющую промежуточную секцию с постоянной глубиной,
часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватывающей соединительной части, выполнена в виде торцового участка витка резьбы, имеющего переменную высоту, постепенно уменьшающуюся от высоты, равной глубине резьбы, до нуля,
часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватывающей соединительной части, выполнена в виде выходного участка впадины резьбы, имеющего переменную глубину, постепенно уменьшающуюся от глубины, равной глубине резьбы, до нуля,
причем при соединении по резьбе охватываемого и охватывающего элементов, чтобы образовать инструментальное соединение, резьбовой участок охватываемого элемента предназначен для сопряжения с резьбовым участком охватывающего элемента,
часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватывающей соединительной части, имеют между ними зазор, соответствующий первому угловому размеру,
часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватывающей соединительной части, имеют между ними зазор, соответствующий второму угловому размеру.
В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения корпус охватываемого элемента имеет также торцовый кольцевой заплечик, примыкающий к переднему участку без резьбы охватываемой соединительной части, и торцовая поверхность охватывающего элемента выполнена в виде кольцевой опорной поверхности,
причем при соединении по резьбе охватываемого и охватывающего элементов, чтобы образовать инструментальное соединение, кольцевой заплечик корпуса охватываемого элемента предназначен для взаимодействия с кольцевой опорной поверхностью охватывающего элемента.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения передний участок без резьбы охватываемой соединительной части выполнен в форме усеченного конуса, вершина которого расположена со стороны ее резьбового участка, при этом передний участок без резьбы отверстия охватывающей соединительной части выполнен в виде усеченного конуса, вершина которого расположена со стороны ее корпуса, и причем при соединении по резьбе охватываемого и охватывающего элементов, чтобы образовать инструментальное соединение, передний участок без резьбы охватываемой соединительной части предназначен для взаимодействия с передним участком без резьбы охватывающей соединительной части.
В общем случае первый угловой размер выполнен в диапазоне от 20° до 90°.
Предпочтительно первый угловой размер составляет 70°.
В общем случае второй угловой размер выполнен в диапазоне от 20° до 90°.
Предпочтительно второй угловой размер составляет 70°.
В соответствии с предложенным изобретением выходные участки впадин резьбы и торцовые участки витков резьбы охватываемого и охватывающего резьбовых участков имеют угловой размер в диапазоне от 5° до 30°.
Предпочтительно выходные участки впадин резьбы и торцовые участки витков резьбы охватываемого и охватывающего резьбовых участков имеют угловой размер 15°.
В общем случае охватываемый элемент выполнен из твердого сплава, а охватывающий - из стали.
В соответствии с предложенным изобретением в процессе сборки охватываемого и охватывающих элементов передний участок без резьбы охватываемой соединительной части взаимодействует с передним участком без резьбы охватывающей соединительной части перед тем, как кольцевой заплечик корпуса охватываемого элемента войдет в контакт с кольцевой опорной поверхностью охватывающего элемента.
Предпочтительно, когда передний участок без резьбы охватываемой соединительной части входит в начальный контакт с передним участком без резьбы охватывающей соединительной части, кольцевой заплечик корпуса охватываемого элемента расположен на расстоянии L от кольцевой опорной поверхности охватывающего элемента.
В общем случае расстояние L лежит в диапазоне от 0,1 до 0,6 мм.
В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения расстояние L равняется 0,3 мм.
В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения кольцевой заплечик корпуса охватываемого элемента и кольцевая опорная поверхность охватывающего элемента расположены перпендикулярно оси А.
В общем случае кольцевой заплечик корпуса охватываемого элемента и кольцевая опорная поверхность охватывающего элемента шлифованы.
Кроме того, в общем случае шлифованы передний участок без резьбы охватываемой соединительной части и передний участок без резьбы охватывающей соединительной части.
Также, в общем случае шлифован резьбовой участок охватываемого элемента.
Предпочтительно, образующая конуса переднего участка без резьбы охватываемой соединительной части наклонена по отношению к оси В на угол α1, а образующая конуса переднего участка без резьбы охватывающей соединительной части наклонена по отношению к оси С на угол α2, причем угол α1 выполнен равным углу α2.
В общем случае углы α1 и α2 расположены в диапазоне от 2,5° до 3,5°.
Предпочтительнее, углы α1 и α2 равны 3°.
В оптимальном случае угол α1 больше угла α2 на 0,25°.
В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения резьба на резьбовом участке охватываемого элемента и резьбовом участке охватывающего элемента выполнена однозаходной.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания предложенного изобретения и чтобы показать, как оно может быть выполнено на практике, ниже будут сделаны отсылки к приложенным чертежам, на которых:
на фиг.1 показан охватываемый элемент механизма соединения, известный из уровня техники,
на фиг.2 - вид в перспективе режущего инструмента, в котором использовано инструментальное соединение в соответствии с предложенным изобретением,
на фиг.3 в разобранном виде показан режущий инструмент на фиг.2,
на фиг.4 представлен вид в перспективе на охватываемый элемент на фиг.3, показывающий часть, ограничивающую резьбу с переднего конца,
на фиг.5 представлен вид в перспективе на охватываемый элемент на фиг.3, показывающий часть, ограничивающую резьбу с заднего конца,
на фиг.6 представлен вид в перспективе части охватывающего элемента на фиг.3, показывающий часть, ограничивающую резьбу с переднего конца,
на фиг.7 представлен вид в перспективе части охватывающего элемента на фиг.3, показывающий часть, ограничивающую резьбу с заднего конца,
на фиг.8 показано сечение плоскостью, проходящей через ось А, охватываемого и охватывающего элементов, когда передний участок без резьбы охватываемой соединительной части входит в начальный контакт с передним участком без резьбы охватывающей соединительной части,
на фиг.9 показано сечение инструментального соединения на фиг.2 плоскостью, проходящей через ось А,
на фиг.10 частично показан охватываемый элемент с резьбой, известный из уровня техники,
на фиг.11 частично показан охватываемый элемент с резьбой в соответствии с изобретением,
на фиг.12 показан вид сзади охватываемого элемента на фиг.3,
на фиг.13 показан вид сзади охватывающего элемента на фиг.3,
на фиг.14 показано поперечное сечение охватываемого элемента в сборе с охватывающим элементом по плоскости XIV-XIV на фиг.9,
на фиг.15 показано поперечное сечение охватываемого элемента в сборе с охватывающим элементом по плоскости XV-XV на фиг.9.
Детальное описание изобретения
Рассмотрим фиг.2-11. Как показано инструментальное соединение 20, имеющее ось А, содержит охватываемый элемент 22 и охватывающий элемент 24. В соответствии с назначением предложенного изобретения инструментальное соединение 20 представляет собой сборный режущий инструмент, в котором охватываемый элемент 22 выполнен из твердого сплава и представляет собой режущую головку, а охватывающий элемент 24 выполнен из инструментальной стали и представляет собой хвостовик.
Охватываемый элемент 22 имеет ось В, корпус 26 и соединительную часть 28, выступающую назад от заднего конца 30 корпуса 26. Конструкция корпуса 26 не описывается, поскольку не является существенной особенностью предложенного изобретения и может иметь любую требуемую форму. Задний конец 30 корпуса 26 имеет обращенную назад поверхность кольцевого заплечика 32. Обращенный назад кольцевой заплечик 32 имеет осевую симметрию по отношению к оси В и расположен перпендикулярно к ней.
Соединительная часть 28 имеет участок без резьбы 36, примыкающий к корпусу 26, и расположенный сзади резьбовой участок 38, ограниченный концом 39. Передний участок без резьбы 36 охватываемой соединительной части имеет поверхность усеченного конуса 40, вершина которого расположена со стороны резьбового участка 38, а образующая наклонена к оси В под углом α1. Угол α1 в общем случае находится в диапазоне от 2,5° до 3,5°. В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения угол α1 составляет 3°. Резьбовой участок 38 соединительной части 28 имеет резьбу 46, ограниченную со стороны переднего конца частью 41, примыкающей к переднему участку 36 охватываемой соединительной части 28, и со стороны заднего конца - частью 43, примыкающей к концу 39 участка 38 охватываемой соединительной части 28. Резьба 46 имеет промежуточную секцию 45 с постоянной глубиной, расположенную между частями 41 и 43. Аналогично, промежуточная секция 45 имеет постоянную высоту h, которая равна постоянной глубине и которая определяется как разность по радиусу между вершиной и основанием резьбы. Резьба 46 имеет угол подъема α, измеренный по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси В. В общем случае угол подъема находится в диапазоне от 4° до 5°. Резьба 46 имеет в поперечном сечении трапецеидальную форму с закругленными уголками. Для того, чтобы избежать появления участка в виде узкой канавки, примыкающего к переднему участку 36 охватываемой соединительной части 28 и ослабляющего охватываемый элемент 22, часть 41, ограничивающая с переднего конца резьбу 46, как видно лучше всего на фиг.4 и 5, выполнена в виде впадины резьбы 48, имеющей переменную глубину, постепенно уменьшающуюся от глубины, равной постоянной глубине резьбы, до нуля. Аналогично, часть 43, ограничивающая резьбу 46 с заднего конца, выполнена в виде торца витка 50, имеющего переменную высоту, постепенно уменьшающуюся от высоты, равной постоянной глубине резания, до нуля.
Еще одним параметром резьбы, имеющим отношение к предложенному изобретению, является толщина резьбы Т, которая определяется здесь как максимальная толщина витка, измеренная вдоль линии, составляющей угол α с осью В.
На фиг.10 показана известная из уровня техники резьба на охватываемом элементе 80. Толщина резьбы является постоянной до точки Р1, в которой виток достигает заднего конца 82 охватываемого элемента 80. От точки Р1 толщина Т резьбы постепенно уменьшается до нуля в точке Р2. Часть резьбы между точками Р1 и Р2, имеющая высоту h вдоль ее длины, не может рассматриваться как эффективная резьба, поскольку она является неполной и не может передавать нагрузку адекватно полной резьбе. Часть 88 имеет угловой размер θ (не показан) на виде со стороны конца резьбы, который для обычно используемых углов подъема находится в диапазоне от 120° до 270°.
Несмотря на то, что часть 88 не может передавать нагрузку как опора полной резьбы и, следовательно, не является необходимой, она имеет высоту h вдоль ее длины. Это означает, что, когда охватываемый элемент 80 собирается с соответствующим охватывающим элементом (не показан), соответствующая охватывающая резьба должна быть предусмотрена для размещения части 88. Эта охватывающая резьба также не является необходимой и ослабляет охватывающий элемент,
Для того чтобы преодолеть указанные выше недостатки, резьба в соответствии с предложенным изобретением, как показано на фиг. 11, выполнена без части 88. От точки Р1 на вершине витка 50 резьба постепенно уменьшается к точке Р3 на протяжении промежуточной части 92. Точка 90 расположена от оси В на том же расстоянии, как впадина 48. Обычно промежуточная часть 92 имеет угловой размер θ1 менее 30°, в общем случае - 15°. В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения охватываемый элемент выполнен из твердого сплава и резьба выполняется шлифованием. Угловой размер θ1 промежуточной части 92 определяется радиусом используемого шлифовального круга.
Принцип, описанный выше с соответствующими необходимыми изменениями применен к обоим концам резьб в охватываемом и охватывающем элементах согласно изобретению.
В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения обращенный назад кольцевой заплечик 32, усеченная коническая поверхность 40 и резьба 46 шлифуются.
Охватывающий элемент 24 имеет продольную ось С, боковую периферийную поверхность 58 и торцовую поверхность 60, пересекающуюся с периферийной поверхностью 58. Торцовая поверхность 60 имеет форму кольцевой опорной поверхности 62, имеющей осевую симметрию относительно оси С и расположенной перпендикулярно к ней.
Отверстие 64 проходит назад от торцовой поверхности 60. Отверстие 64 составляет соединительную часть 59 охватывающего элемента и расположено с переднего конца его корпуса 61. Отверстие 64 имеет передний участок 66 и задний участок 68. Передний участок представляет собой усеченную коническую поверхность 70, вершина которой расположена со стороны корпуса 61 и образующая которой наклонена под углом α2 к оси С. Угол α2 находится в диапазоне от 2,5° до 3,5°. В соответствии с предложенным изобретением угол α2 предпочтительно составляет 3°. Задний участок имеет резьбу 72. Резьба 72 имеет в поперечном сечении трапецеидальную форму с закругленными уголками, которая сопрягается с резьбой 46 охватываемого элемента. Резьба 72 ограничивается со стороны переднего конца частью 63, примыкающей к переднему участку 66 охватывающей соединительной части 59, и со стороны заднего конца - частью 65, примыкающей к корпусу 61 охватывающего элемента. Резьба 72 имеет промежуточную секцию 67 с постоянной глубиной между частями 63 и 65. Резьба 72 имеет угол подъема α той же величины, как угол подъема резьбы 46 охватываемого элемента. Как лучше всего видно на фиг.6 и 7, часть 63 резьбы 72 выполнена в виде торца витка 74, имеющего переменную высоту, постепенно уменьшающуюся от высоты, равной постоянной глубине резьбы, до нуля. Часть 65 резьбы 72 выполнена в виде впадины 76 резьбы, имеющей переменную глубину, постепенно уменьшающуюся от глубины, равной постоянной глубине резьбы, до нуля.
Для того чтобы собрать инструментальное соединение, охватываемый элемент 22 вставляется в охватывающий элемент 24 и поворачивается по отношению к нему, при этом охватываемая резьба 46 свинчивается с охватывающей резьбой 72. Охватываемая резьба 46 и охватывающая резьба 72 свободно поворачиваются до тех пор, пока усеченная коническая поверхность 40 не войдет в начальный контакт с усеченной конической поверхностью 70. В этой позиции обращенная назад поверхность кольцевого заплечика 32 расположена на расстоянии L от опорной поверхности 62 (см. фиг.8). Расстояние L в общем случае находится в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм. В соответствии с предпочтительным вариантом предложенного изобретения расстояние L равно 0,3 мм.
В соответствии с одним вариантом предложенного изобретения угол наклона α1 образующей усеченной конической поверхности 40 равен углу наклона α2 образующей усеченной конической поверхности 70. Таким образом гарантируется, что обе усеченные конические поверхности 40 и 70 входят в полный контакт друг с другом. В соответствии с другим вариантом предложенного изобретения угол наклона α1 образующей усеченной конической поверхности 40 выполнен больше, чем угол наклона α2 усеченной конической поверхности 70 на 2,5°. В соответствии с этим вариантом гарантируется, что начальный контакт между обоими усеченными коническими поверхностями возникает на их передних частях, посредством чего увеличивается жесткость инструментального соединения в этих частях между охватываемым элементом 22 и охватывающим элементом 24 вблизи поверхности заплечика 32 и опорной поверхности 62.
Вслед за начальным контактом между усеченными коническими поверхностями охватываемый элемент 22 с усилием стягивается с охватывающим элементом 24 до тех пор, пока расстояние L не уменьшится до нуля и кольцевой заплечик 32 охватываемого элемента не войдет в контакт с опорной поверхностью 62 охватывающего элемента.
При введении в контакт двух поверхностей 32 и 62 усеченная коническая поверхность охватываемого элемента вызывает небольшую радиальную деформацию наружу усеченной конической поверхности 70 охватывающего элемента. Деформация становится возможной вследствие относительно малой толщины стенки охватывающего элемента в районе усеченной конической поверхности 70.
Когда охватываемый элемент полностью введен в охватывающий элемент, оси А, В и С совпадают, часть 41, ограничивающая с переднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть 63, ограничивающая с переднего конца резьбу охватывающей соединительной части, расположены с зазором между ними, равным первому угловому размеру θ2. Также часть 43, ограничивающая с заднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть 65, ограничивающая с заднего конца резьбу охватывающей соединительной части, расположены с зазором между ними, равным второму угловому размеру θ3. Конструкция резьб гарантирует, что и угловой размер θ2 и угловой размер θ3 имеют величину не менее 30°, следовательно гарантируется прочное и жесткое соединение, не имеющее относительно ослабленного поперечного сечения. В общем случае угловые размеры находятся в диапазоне от 20° до 90°. Предпочтительно первый и второй угловые размеры равны 70°.
Взаимодействие между поверхностями 32 и 62 гарантирует жесткость в периферийной контактной зоне между охватываемым и охватывающим элементами. Взаимодействие между усеченными коническими поверхностями 40 и 70 гарантирует концентричность между охватываемым и охватывающим элементами и, более того, посредством этого передается существенная часть крутящего момента от охватывающего элемента к охватываемому элементу в процессе операции обработки резанием. Специальная конструкция полного сочленения между резьбами охватываемого и охватывающего элементов устраняет относительно слабые поперечные сечения, увеличивая тем самым прочность инструментального соединения.
Инструментальное соединение в соответствии с предложенным изобретением используется для режущих инструментов, имеющих диаметр режущей головки в диапазоне от 6 до 20 мм. Если потребуется, для увеличения жесткости режущего инструмента боковая периферийная поверхность охватывающего элемента выполняется конической с расположением образующей под острым углом β по отношению к оси С, который в общем случае находится в диапазоне от 0° до 5°. Когда это требуется, например при обработке стенок глубоких выборок, боковая периферийная поверхность 58 охватывающего элемента выполняется цилиндрической с диаметром, меньшим диаметра периферии 34 корпуса охватываемого элемента, вследствие чего глубина обработки не ограничивается хвостовиком.
Понятно, что инструментальное соединение, описанное выше, не ограничивается соединением режущей головки с хвостовиком. Например, инструментальное соединение может быть использовано как удлинитель двух любых сопрягающихся частей, составляющих охватываемый и охватывающий элементы.
Реферат
Изобретение относится к области обработки металлов резанием, сборному режущему инструменту. Соединение содержит охватываемый элемент и охватывающий элемент, причем охватываемый элемент содержит корпус и охватываемую соединительную часть, имеющую примыкающий к корпусу передний участок без резьбы и резьбовой участок, имеющий резьбу, ограниченную с переднего конца частью, примыкающей к переднему участку охватываемой соединительной части, а с заднего конца - частью, примыкающей к концу задней части охватываемой соединительной части, и имеющую между концевыми частями промежуточную секцию с постоянной глубиной. Охватывающий элемент содержит корпус и охватывающую соединительную часть, включающую отверстие для размещения охватываемой соединительной части, имеющее передний участок без резьбы, примыкающий к переднему торцу, и расположенный сзади резьбовой участок, имеющий резьбу, ограниченную с переднего конца частью, примыкающей к переднему участку охватывающей соединительной части, и с заднего конца - частью, примыкающей к корпусу охватывающего элемента, и имеющую промежуточную секцию с постоянной глубиной. При соединении по резьбе охватываемого и охватывающего элементов, чтобы образовать инструментальное соединение, резьбовой участок охватываемого элемента предназначен для сопряжения с резьбовым участком охватывающего элемента. Для повышения прочности часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватываемой соединительной части, выполнена в виде выходного участка впадины резьбы, имеющего переменную глубину, постепенно уменьшающуюся от глубины, равной глубине резьбы, до нуля, а часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватывающей соединительной части, выполнена в виде торцового участка витка резьбы, имеющего переменную высоту, постепенно уменьшающуюся от высоты, равной глубине резьбы, до нуля. При этом в соединении часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть, ограничивающая с переднего конца резьбу охватывающей соединительной части, имеют между ними зазор, а часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватываемой соединительной части, и часть, ограничивающая с заднего конца резьбу охватывающей соединительной части, также имеют в соединении между ними зазор. 22 з.п. ф-лы, 15 ил.
