Виброгасящий резец Советский патент 1984 года по МПК B23B27/16 

Изобретение относится к механической обработке речением детгшей с протяженными поверхностями обработки. Известен виброгасящий резец, содержащий корпус с установленным в нем со стороны главной задней плоскости демпфером трения, связанным с механизмом подачи и стопорения 11 JНедостатком известной конструкци является низкая точность обработки, из-за нестабильного гашения вибраций при обработке деталей с протяже ными поверхностями обработки. Целью изобретения является повышение точности обработки. Поставленная цель достигается те что в резце, содержащем корпус с ус новленным в нем со стороны главной задней плоскости демпфером трения, связанным с механизмом подачи и сто порения, корпус снабжен упругим рычагом, ось которого перпендикулярна главной задней плоскости, а демпфер трения выполнен в виде клина, закрепленного на одном из плеч упругого рычага. На фиг.1 показан виброгасящий ре зец,вид сбоку;на фиг.2 - тоже, вид сверхуJ на фиг.З - сечение А-А на фиг.2i на фиг.4 - расчетная схема процесса гашения виЕ)раций резца и о рабатьшаеной детали, Виброгасящий содержит коопус 1 и демпфер тpel: ия, выполненный в виде клина 2, зак эепленного винтами 3 на переднем конце упругого рычага 4, установленного с возможностью поворота вокруг оси 5 в виде резьбового пальца и фиксации посред ством гайки 6 и болта 7, на конце которого выполнена гфйточка 8, с ко торой взаимодейству Т вилка ,9 упругого рычага 4. Для обеспечения постоянного гарантированного контб.кта наружной грани 10 клина 2 с обработанной поверхностью 11 детали, а внутренней грани 12 с главной задней плоскостью 13 резца, ось 5 расположена перпендикулярно к главной задней плоскости 13 резца. Для повышения износостойкости клина 2 его грани армированы пластинами 14 из твердог сплава. Перед началом резания клин 2 с помощью болта 7 опускается вниз и без его участия на детали формирует ся обработанная поверхность 11. Затем вращением болта 7 клин 2 перемещается вверх и вводится в зазор между обработанной поверхностью 11 детали и главной задней плоскостью 13 резца до легкого касания клином 2 обработанной поверхности 11, и в этом положении болт 7 стопорится гайкой 6. Гарантированный контакт внутренней грани 12 клина 2 с главной задней плоскостью 13 резца обеспечивает осью 5 в виде резьбового пальца упругой прокладкой 15 и деформацией упругого рычага 4. На -расчетной схеме упругой системы резец-клин-деталь (фиг.4) и в описании работы предлагаемого резца приняты следующие обозначения-; , Руу - составляющие силы резаприведенные к главной режущей кромке резца, действующие соответственно по касательной к плоскости резания и по нормали к ней, (32 p-W -kZ -А2 приведенные жесткости упругих систем резца (индекс р), клина 2 (индекс k) и детали 11 (индексу ) соответственно по осям координат W и Z , Кр2, Крэд, % Кд, К коэффициенты затухания упругих систем резца, клина 2 и детали 11 по осям к-ординат w и z-, N, Np - нормальная и касательная силы, действующие в зоне контакта внутренней грани 12 клина 2 и главной задней плоскости 13 резца , S, Т - нормальная и касательная силы, действующие в зоне контакта наружной грани 10 клина 2 и обработанной поверхности 1Т детали. Приведенные жесткости и коэф.фициенты затухания учитывают свойства доминирующих упругих систем .резца, клина и детали, поэтому полагаем их связанными с условным корпусом станка. Работа предлагаемого виброгасящего резца осуществляется следующим, образом (фиг.4). При отсутствии колебаний резца и детали, т.е. когда они не совершают возвратно-поступательных относительно друг друга движений, толщина срезаемого слоя а постоянна, поэтому силы Р и Р тоже постоянны. При этом упругие системы резца, клина 2 н детали находятся в состоянии статического равновесия (как бьшо отмечено, клин вводится между деталью и резцом до легкого касания с поверхностью резания, поэтому силы S и Т в этом случае малы.и ими можно пренебречь). Таким образом, при отсутствии ко лебаний резца и детали клин со свое упругой системой является дополнительной опорой, связанной с резцом через зону контакта на его главной задней плоскости 13, где действуют силы N и F, образованные при предва рительном поджатии клина 2. Можно сделать вывод, что при отсутствии колебаний резца и детали клин 2 не является их возбудителем (так как силы S и Т пренебрежимо малы) и будучи опорой для головки резца, ув личивает жесткость и тем самым повы шает виброустойчивость его упругой системы. Рассмотрим случай работы клина 2 как демпфера колебаний резца и детали. Пусть при резании возникли малые колебания резца и детали. Тогда поверхность резания будет волнистой, а толщина среза а переменной (на фиг. 4 такая поверхность резания изображена синусоидальной линией). Силы Р и Руд становятся переменны ми, зависящими от частоты w волн на поверхности резания и амплитуды Aot изменения толщины среза с. Волнистый след поверхности резания, действуя на клин 2, создает периодические возмущения. Поэтому силы S и Т, а также N и F переменные,зависящие от частоты волн и их высоты соответствующей лс(. Процесс гашения вибраций резца и детали протекает наиболее эффективно в том случае, когда клин. своей внутренней гранью скользит по главной задней плоскости 13 резца. Это условие выполняется только тогда, когда касательная сила F в зоне контакта равна или больше пр дельной силы сопротивления смещению которая может быть определена по формуле F fN где f - коэ111фициент трения скольже ния J п - эмпирический коэффициент, сАд - предельное предварительное смещение-, N - нормальное давление. Если скольжение клина 2 по главной задней плоскости 13 резца отсутствует, то F fN ndlJ, где сГ - предварительное смещение,причем (. (fg Величину Т n(fN можно назвать силой сопротивления смещению до начала скольжения клина по задней плоскости резца. С учетом приведенных рассуждений (согласно схеме на фиг.4) вынужденные колебательные движения резца, детали и кяина 2 описываются след тощей системой дифференциальных уравнений; N.,(tkF (t) , p of4dc,Sin() , «(l + . c4n r f , +С, .jf sm-pt , S.f-n.t.C,.., . . ((l- (3) В этой системе m. p A « риведенные массы резца, детали и лина 2. Б первом уравнении в его правой части первое слагаемое - сиа Р, выраженная через эмпиричесий коэффициент С-р2 постоянную и еременную составляющие толщины среза а и А( частоту их изменения w, ирину среза Ъ,. В этом выражении других m - эмпирический коэфициент, t - время. Второе и третье лагаемые рассматриваемой правой асти первого уравнения - проекции а ось нормальной и касательной ил, действующих Между резцом и кли5ном 2, зависящих от времени t. Во втором уравнении вг «;го правой части первое слагаемое - сила Р выражен ная через эмпирический коэффициент Ср и т. Второе и третье слагаемые в этом уравнении - проекции на ось нормальной и касательной сил, действующих между резцом и клином 2, зависящих от времени t. Третье урав системы в правой части содержит уже известное выражение для силы Р-, а вторым и третьим слагаемьши его являются проекции сил -S и Т на ось г, т.е. силы S и Т которые зависят рт эмпирических коэффициентов С (с индексами S. и Т числа вершин волн р одновременн взаимодействующих с клином 2, а та же от величин и и nw. Сила Т зависит также от коэффициента трения . детали о наружную грань 10 клина 2. В четвертом уравнении пер слагаемое - сила Р, рассмотре ранее, а второе и третье слага соответственно проекции сил мые на ось т.е. силы В. и D, и Т . силы 5 и j. Вьфажения для них аналогичны силам 5, Т и различаются они только индексам 2 и W. В правых частях пятого и iJte того уравнений содержатся уже рассмотренные выражения сил, действую щих на клин 2. Необходимо учесть соотношения между силами нормального давления и трения на задней плоскости резца имеющие вид n()N-t при сУ( fpNUi при (/( 7/0 где р - коэффициент трения сколь ния между клином и резцом. К системе (3) и соотношениям (4 необходимо присоединить уравнения совместимости перемещений резца. клина и детали, указьгеающих на без люфтовое положение зслина между поверхностью резания и задней плоскостью. Они имеют вид 22 + p« pN 1 ;f Z 2i,.w2 1cs AS AS Zt I . ks Здесь вторые индексы N и S в перемещениях, скоростях и ускорениях резца, детали и клина в направлениях осей 2 и W обозначают проекции их на направления сил N и S. Совместное решение системы (3) с уравнениями (4) и (5) позволяет найти условие существования гашения колебаний резца и детали. Оно имеет вид ,,(,,U.P,, T(tk5p(tl . Здесь в левые скобки заключены проекции составляющих Ру, Ру и Р силы резания на направление нормальной силы S, завися цие от времени t; индекс F при фигурных скобках означает, что выражение в них есть величина, спроецированная на направление сипы трения скольжения F; N - предварительный натяг в зоне контакта резца и клина 2; N(t) - переменная составляющей натяга, которая образуется при гашении колебаний резца и детали, два правых слагаемых - проекции сил Т и S на направление силы F. Условие (6) означает, что, если клин 2 неподвижен относительно резца, он при встречном движении резца и детали является упором, т.е. оказывает сопротивление образованию волнистости на поверхности резания. Однако, если при встречном движении резца и детали давление со стороны детали на клин 2 больше, чем силы, удерживающие клин в клиновом зазоре, то клин, продолжая оказывать сопротивление и преодолевая силу предварительного натяга, переместится вниз, скользя внутренней гранью по главной задней плоскости 13 резца 1. На поверхности резания образуется волнистый след от режущей кромки резца, причем глубина этого следа существенно меньше, чем в том случае, если бы в зазоре между резцом и деталью клин отсутствовал.

Последнее действие клина можно оценить как демпфирующее: допуская колебания резца и детали, клин оказывает им сопротивление.

Таким образом, в предлагаемой конструкции демпфера трения виброгасящего резца клин выполняет три функции:

а)дополнительной опоры для резца, увеличивающей его жесткость,

а тем самым и виброустойчивость

б)упора, обеспечивающего постоянную дистанцию между обрабатываемой деталью и резцом и тем самым препятствующего их встречным колебательным движениям-,

в)собственно демпфера, которьй трением о заднюю главную плоскость резца создает сопротивление колебаниям резца и обрабатьшаемой детали.

Это позволяет исключить необходимость принудительного силового поджатия основногоэлемента, демпфера-упора к обрабатьгоаемой поверхности, благодаря чему предлагаемый резец при установившемся резании не имеет паразитного трения об обрабатываемую деталь. Клин 2 вступает в контакт со скольжением относитель но обработанной поверхности детали только в случае возникновения на ней волнистого следа от прохода режущей кромки. Трение клина 2 об обработанную поверхность детали

прекращается сразу после погашения вибрации при резании. В результате этого клин 2 сохраняет форму поверхности рабочих грачейл что исключает возможность увеличения суь- марной вертикальной составляющей сил трения и резания, приводящего к образованию кароста.

Тем самым исключается возможность действия демпфера трения как возбудителя вибраций резца и обрабатьшаемой детали. Это снимает ограничение по виброгасящему действию с демпфера и обеспечивает эффективное гашение вибраций резца и обрабатьшаемой детали с амплитудами порядка 100200 мкм, которые особенно часто возникают при резании на средн1-гх крутшы и тяжелых станках.

Для повьшения эффективности виброгашения при точении деталей диаь8етром менее 200-300 мм поверхность наРУ5КНОЙ грани ( твердосплавной п-пастинки) клина 2 целесообразно выполнить вогнутой- При точении деталей диаметром более 300-400 мм, имеющих малую кривизну поверхности,, наружнап грань 10 клика 2 может бьггь плоской.

Предложенный виброгасящий pese:; обеспечивает повышение точности обработки за счет гашения вибраций резца и обрабатываемой детали при го чении деталей с протяженными поверхностями обработки на рей;нмах скоростного силового резания.

ВИБРОГАСЯЩИЙ РЕЗЕЦ, содержащий корпус с установленным в нем со стороны главной задней плоскости демпфером трения, связанным с механизмом подачи и стопорения, о т л ичающи. йен тем что, с целью повьшения точности обработки, корпус снабжен упругим рычагом, ось которого перпендикулярна главной задней плоскости а демпфер трения выполнен в виде клина, закрепленного на одном из плеч упругого рычага. 1ЛШ 2j 15 I-/ 00 го б Г J -1 О5 X 5 h -9 -С.З фиг,1