ДЕМПФИРУЮЩИЙ РЕЗЕЦ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ Российский патент 2013 года по МПК B23B27/00 

Изобретение относится к области резания материалов и может быть использовано в инструментальном производстве и технологии машиностроения.

Известен резец для чистовой обработки, содержащий державку, в которой расположена режущая пластина и узел ее крепления, вставку из высоконаполненного материала на полимерной основе с овальным выступом со стороны узла крепления, размещенную в выборке державки, и датчик силы (А.с. СССР №1620212, кл. B23B 27/00, 1991 г., бюл. №2).

Недостатками являются: низкие эксплуатационные характеристики резца, обусловленные тем, что жесткость вставки из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе остается постоянной при любых режимах резания, и при изменении технологического процесса каждый раз необходим подбор композиционного материала вставки требуемой жесткости и размещение его в выборке державки; недостаточная стойкость резца из-за малого демпфирования возникающих в процессе резания колебаний, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, а также при больших силах резания происходит деформация выступающей части державки, ослабленной выборкой в ней, что ведет к снижению устойчивости процесса резания и износу инструмента.

Известен резец, содержащий державку, в которой расположены режущая пластина и узел ее крепления, и вставку из материала с высоким демпфированием, размещенную в выборке державки, резец снабжен подвижным упором, размещенным в опорной части, выполненной на державке и имеющей выборку, при этом продольная ось упора параллельна продольной оси резца, а в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки выполнен упругий шарнир, причем на вставке выполнен выступ, размещенный в выборке опорной части (Патент РФ №2009768, МПК⁵ B23B 27/00, 1994 г.).

Указанный резец имеет следующие недостатки:

1. Низкие эксплуатационные характеристики резца, так как жесткость вставки из материала с высоким демпфированием, размещенной в выборке державки, неизменна при любых параметрах технологического процесса, и при обработке различных конструкционных материалов невозможно регулирование жесткости резца, поэтому каждый раз требуется подбор материала с высоким демпфированием необходимой жесткости, размещение его в выборке державки и отвердевание, что очень нетехнологично и трудоемко.

2. Недостаточная стойкость резца из-за неэффективности демпфирования возникающих в процессе резания вибраций, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, а вставка из материала с высоким демпфированием размещена в выборке внутри державки, то есть не происходит виброизоляция режущей пластины и узла ее крепления в державке от металлических поверхностей резцедержателя, кроме того, не виброизолированы подвижный упор и державка, поэтому в процессе резания возникают ударные нагрузки при вибрациях контактируемых металлических частей упора и резцедержателя, что ведет к износу инструмента.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик резца и повышение его стойкости.

Технический результат по улучшению эксплуатационных характеристик резца и повышению его стойкости достигается тем, что в демпфируемом резце с регулируемой жесткостью, содержащем режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, выборка выполнена с образованием цилиндрической поверхности державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, цилиндрический конец державки размещен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме стакана с сообщающимися полыми стенками и днищем, снабженным с его внешней стенки цилиндрическим штуцером, при этом внутренний диаметр стакана и его высота от внутренней стенки днища равны соответственно диаметру державки и длине ее цилиндрической части, кроме того, стакан с державкой по всей его высоте свободно с зазорами установлен в цилиндрическом металлическом контейнере, имеющем в дне сквозное отверстие диаметром, большим диаметра штуцера стакана, и расположенные с диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера две параллельные лыски, причем через штуцер, пропущенный соосно с отверстием дна контейнера закачан сжатый воздух в днище и стенки стакана до заполнения ими зазоров между контейнером и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка-стакан с закачанным сжатым воздухом - контейнер с возможностью регулирования жесткости резца за счет дополнительного закачивания воздуха в замкнутую, эластичную оболочку стакана или сбрасывания его из оболочки без контактирования поверхностей державки и штуцера с контейнером и расположением лысок контейнера параллельно нижней поверхности конца державки с режущей пластиной.

На фиг.1 представлен общий вид резца в процессе обработки материала; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Режущая пластина 1 закреплена узлом ее крепления 2 в державке 3, имеющей выборку, выполненную с образованием цилиндрической поверхности Б державки 3 на длине L от ее торца до выступающей режущей части с режущей пластиной 1.

Цилиндрический конец державки 3 размещен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме стакана 4 с сообщающимися полыми стенками и днищем, снабженным с его внешней стенки цилиндрическим штуцером 5, при этом внутренний диаметр стакана 4 и его высота от внутренней стенки днища равны соответственно диаметру d державки 3 и длине L ее цилиндрической части.

Стакан 4 с державкой 3 по всей его высоте свободно с зазорами установлен в цилиндрическом металлическом контейнере 6, имеющем в дне сквозное отверстие 7 диаметром d₂, большим диаметра d₁ штуцера 5 стакана 4.

С диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера 6 расположены две параллельные лыски 8.

Через штуцер 5, пропущенный сооосно с отверстием 7 дна контейнера 6, закачан сжатый воздух в днище и стенки стакана 4 до заполнения ими зазоров между контейнером 6 и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка 3 - стакан 4 с закачанным сжатым воздухом - контейнер 5 с возможностью регулирования жесткости резца за счет дополнительного закачивания воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана 4 или сбрасывания его из оболочки без контактирования поверхностей державки 3 и штуцера 5 с контейнером 6 и расположением лысок 8 контейнера параллельно нижней поверхности В конца державки 3 с режущей пластиной 1.

Материалами замкнутой эластичной оболочки стакана 4 могут быть, например, резина или тканевый каркас с двусторонними резиновыми обкладками, подвергнутые вулканизации. Так как диаметр d цилиндрического конца державки 3 равен внутреннему диаметру эластичной оболочки стакана 4, а эластичный материал растяжим, то стакан 4 плотно охватывает при размещении в нем цилиндрический конец державки 3 по всей его длине, потому что высота стакана 4 от внутренней стенки днища равна длине L цилиндрической выборки державки 3.

Внутренний диаметр цилиндрического металлического контейнера 6 выбирают таким образом, чтобы в контейнере 6 свободно с малыми зазорами был установлен стакан 4 с державкой 3, режущей пластиной 1 и узлом ее крепления 2 в державке 3, при этом глубина контейнера 6 равна всей высоте стакана 4 от внешней стенки днища, в сквозное отверстие 7 дна контейнера 6 соосно пропускают цилиндрический штуцер 5 стакана 4, диаметр d₁ штуцера меньше диаметра d₂ отверстия 7 (d₁<d₂). Расстояние между параллельными лысками 8, расположенными с диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера 6, а также ширина лысок 8 должны обеспечивать надежное закрепление контейнера 6 в резцедержателе.

Через штуцер 5 в сообщающиеся полости днища и стенок замкнутой эластичной оболочки стакана 4 закачивают сжатый воздух до заполнения ими зазоров между контейнером 6, при этом контролируют, чтобы лыски 8 контейнера 6 расположились параллельно нижней поверхности В конца державки 3 с режущей пластиной 1. Воздух закачивают до создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка 3 - стакан 4 с закачанным сжатым воздухом - контейнер 6. Минимальным избыточным давлением в стакане 4 P_min, обуславливающим работоспособность резца, является давление, обеспечивающее отсутствие проворачивания (проскальзывания) по поверхностям контакта цилиндрического конца державки 3 в стакане 4 и стакана 4 в контейнере 6 при любых параметрах режима обработки конструкционных материалов. Давление внутри замкнутой эластичной оболочки стакана 4 контролируют манометром (не показан). Смонтированный резец лысками 8 контейнера 6 устанавливают в резцедержателе (не показан). Производят тарировку жесткость - давление образованной механической системы.

Демпфирующий резец с регулируемой жесткостью работает следующим образом.

В зависимости от обрабатываемого материала и технологических режимов его обработки по произведенной тарировке жесткость - давление регулируют жесткость резца за счет дополнительного закачивания через штуцер 5 воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана 4 или сбрасывания его из оболочки, причем металлические поверхности державки 3 и штуцера 4 в процессе обработки не контактируют с контейнером 7, так как цилиндрический конец державки 3 установлен в стакане 4 с закачанным воздухом, а диаметр d₁ штуцера 5 меньше диаметра d₂ сквозного отверстия 7 дна контейнера 6. Следовательно, днищем и стенками стакана 4 осуществляется высокоэффективное демпфирование соответственно продольных и поперечных вибраций и ударных нагрузок, возникающих в процессе резания, за счет виброизоляции режущей пластины 1 с узлом ее крепления 2 в державке 3 от резцедержателя, тем самым обеспечивается надежность устойчивого процесса резания и повышение стойкости резца при обработке изделий в любых токарных и строгальных технологических операциях.

Дистанционное бесступенчатое регулирование жесткости резца за счет изменения давления сжатого воздуха в замкнутой эластичной оболочке стакана 4 возможно и непосредственно в процессе механической обработки материалов, что создает возможность смещения частот собственных колебаний инструмента и вынуждающей силы резания в широких диапазонах и приводит к увеличению стойкости резца и улучшению его эксплуатационных характеристик.

Подачу сжатого воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана 4 до создания необходимого давления и сбрасывание давления воздуха из полых стенок и днища стакана 4 осуществляют через штуцер 5, например, при помощи трехпозиционного крана, установленного на воздуховоде от средства подачи сжатого воздуха, например, компрессора. Первая позиция крана связывает средство подачи сжатого воздуха с замкнутой эластичной оболочкой стакана 4. Второе положение крана перекрывает подачу воздуха в оболочку стакана 4. Третья позиция связывает оболочку с атмосферой (компрессор и трехпозиционный кран не показаны).

Замену режущей пластины 1 возможно производить без сбрасывания давления воздуха в полых стенках и днище стакана 4.

При необходимости демонтирования резца сбрасывают давление в замкнутой эластичной оболочке стакана 4 до величины давления атмосферы и ранее существовавшая механическая система державка 3 - стакан 4 - контейнер 6 распадается на отдельные составляющие ее части.

Оригинальностью предложенного демпфирующего резца с регулируемой жесткостью является то, что выборка выполнена с образованием цилиндрической поверхности Б державки 3 на длине L от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1, цилиндрический конец державки 3 размещен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме стакана 4 с сообщающимися полыми стенками и днищем, снабженным с внешней стенки цилиндрическим штуцером 5, при этом внутренний диаметр стакана 4 и его высота от внутренней стенки днища равны соответственно диаметру d державки 3 и длине L ее цилиндрической части, кроме того, стакан 4 с державкой 3 по всей его высоте свободно с зазорами установлен в цилиндрическом металлическом контейнере 6, имеющем в дне сквозное отверстие 7 диаметром d₂, большим диаметра d₁ штуцера 5 стакана 4, и расположенные с диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера 6 две параллельные лыски 8, причем через штуцер 5, пропущенный соосно с отверстием 7 дна контейнера 6, закачан сжатый воздух в днище и стенки стакана 4 до заполнения ими зазоров между контейнером 6 и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка 3 - стакан 4 с закачанным сжатым воздухом - контейнер 6 с возможностью регулирования жесткости резца за счет дополнительного закачивания воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана 4 или сбрасывания его из оболочки без контактирования поверхностей державки 3 и штуцера 5 с контейнером 6 и расположением лысок 8 контейнера 6 параллельно нижней поверхности В конца державки 3 с режущей пластиной 1. Это позволяет:

1. Улучшить эксплуатационные характеристики резца за счет дистанционного бесступенчатого регулирования его жесткости изменением давления в замкнутой эластичной оболочке стакана.

2. Повысить стойкость резца, так как днищем и стенками стакана осуществляется высокоэффективное демпфирование соответственно продольных и поперечных вибраций и ударных нагрузок за счет виброизоляции режущей пластины с узлом ее крепления в державке от резцедержателя.

Таким образом, предлагаемый демпфирующий резец с регулируемой жесткостью позволяет достичь технического результата по улучшению эксплуатационных характеристик резца и повышению его стойкости.

Резец содержит режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку. Для повышения стойкости выборка выполнена с образованием цилиндрической поверхности державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, цилиндрический конец державки размещен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме стакана с сообщающимися полыми стенками и днищем, снабженным с его внешней стенки цилиндрическим штуцером. При этом внутренний диаметр стакана и его высота от внутренней стенки днища равны соответственно диаметру державки и длине ее цилиндрической части. При этом стакан с державкой по всей его высоте свободно с зазорами установлен в цилиндрическом металлическом контейнере, имеющем в дне сквозное отверстие диаметром, большим диаметра штуцера стакана, и расположенные с диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера две параллельные лыски, причем через штуцер, пропущенный соосно с отверстием дна контейнера, закачан сжатый воздух в днище и стенки стакана до заполнения ими зазоров между контейнером и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка - стакан с закачанным сжатым воздухом - контейнер с возможностью регулирования жесткости резца за счет дополнительного закачивания воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана или сбрасывания его из оболочки без контактирования поверхностей державки и штуцера с контейнером и расположением лысок контейнера параллельно нижней поверхности конца державки с режущей пластиной. 2 ил.

Демпфирующий резец с регулируемой жесткостью, содержащий режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, отличающийся тем, что выборка выполнена с образованием цилиндрической поверхности державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, цилиндрический конец державки размещен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме стакана с сообщающимися полыми стенками и днищем, снабженным с его внешней стенки цилиндрическим штуцером, при этом внутренний диаметр стакана и его высота от внутренней стенки днища равны соответственно диаметру державки и длине ее цилиндрической части, при этом стакан с державкой по всей его высоте свободно с зазорами установлен в цилиндрическом металлическом контейнере, имеющем в дне сквозное отверстие диаметром, большим диаметра штуцера стакана, и расположенные с диаметрально противоположных сторон внешней поверхности контейнера две параллельные лыски, причем через штуцер, пропущенный соосно с отверстием дна контейнера, закачан сжатый воздух в днище и стенки стакана до заполнения ими зазоров между контейнером и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка - стакан с закачанным сжатым воздухом - контейнер с возможностью регулирования жесткости резца за счет дополнительного закачивания воздуха в замкнутую эластичную оболочку стакана или сбрасывания его из оболочки без контактирования поверхностей державки и штуцера с контейнером и расположением лысок контейнера параллельно нижней поверхности конца державки с режущей пластиной.