Инструментальная оправка с динамическим гасителем колебаний Советский патент 1984 года по МПК B23C5/26 

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, а более конкретно - к инструментальным оправкам для крепления фаз при обработке на консольных оправках с большим вылетом. Известна инструментальная оправка с динамическим гасителем колебаний, содержащая корпус, инерционное тело, выполненное в виде втулки, размещенной на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе, и подвижную гайку, упруго-демпфирующие элементы которой выпoл eны в виде колец из резины 1. Недостатками известной оправки является то, что динамический гаситель колебаний имеет узкую полосу гащения вибраций, не имеет возможности регулировки жесткости упруго-демпфирующих элементов и в нем отсутствуют элементы, обеспечивающие сухое трение между инерционным телом и упруго-демпфирующими элементами. Энергия вибраций инструмента в известной оправке рассеивается только за счет внутреннего трения в резиновых элементах динамических гасителей, в которых имеются фрикционные стыки инерционного тела с упругодемпфирующими элементами. Указанные недостатки известной оправки не позволяют гасить вибрации инструмента в щироком диапазоне изменения частоты. Целью изобретения является повыщение виброустойчивости инструментальной оправки. Указанная цель достигается тем, что в инструментальной оправке с динамическим гасителем колебаний, содержащей корпус, инерционное тело, размещенное на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе, и подвижную гайку, инерционное тело выполнено с криволинейными поверхностями, а упруго-демпфирующие элементы снабжены криволинейными упругими лепестками для взаимодействия с криволинейными поверхностями инерционного тела. На фиг. 1 изображена предлагаемая ин.струментальная оправка с динамическим гасителем колебаний для торцовой фрезы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - оправка с динамическим гасителем колебаНИИ для дисковой фрезы. Инструментальная оправка с динамическим гасителем колебаний состоит из корпуса 1, инерционного тела 2, двух упругодемпфирующих элементов 3 и 4 и поджимной гайки 5. Инерционное тело 2 вьшолнено. в виде втулки и размещено на упруго-демпфирующих элементах 3 и 4, которые установлены на корпусе 1, либо на его наружной (фиг. 1) или внутренней (фиг. 3) поверхностях. Каждый упруго-демпфирующий элемент 3 и 4 выполнен в виде .цилиндрической втулки 6, имеющей на конце, обращенном к центру инерционного тела 2, криволинейные упругие лепестки 7. Поверхности S контакта инерционного тела 2 с криволинейными упругими лепестками 7 и поверхности Si контакта криволинейных упругих лепестков 7 с инерционным телом 2 выполнены в виде криволинейных поверхностей вращения. Линии, образующие криволинейные поверхности S и Sf вращения, могут являться в частности соответственно дугами окружностей радиусов гиг, () либо представлять собой дугу параболы и дугу окружности. При выборе формы поверхностей S и St необходимо соблюдать следующие условия: наименьщий угол d между осью ОО оправки и нормалями NN к поверхностям Sj и S контакта криволинейных упругих лепестков 7 и инерционного тела 2 в точках К их касания лежит в пределах 15-75°. Оправка с динамическим гасителем колебаний работает следующим образом. В процессе фрезерования наблюдаются изгибные и крутильные колебания фрезерной оправки. Энергия этих колебаний передается от корпуса 1 оправки упруго-демпфирующим элементам 3 и 4 и далее инерционному телу 2. Последнее, перемещаясь относительно корпуса 1, деформирует криволинейные упругие лепестки 7 элементов 3 и 4. Лепестки 7 играют роль пружин. Так как поверхности S и S контакта инерционного тела 2 и криволинейных упругих лепестков 7 выполнены в виде криволинейных поверхностей вращения так, что наименьщий угол о1 между осью ОО оправки и нормалями NN к этим поверхностям в точках их касания лежит в пределах 15-75°, то в процессе деформации лепестков 7 имеет место скольжение поверхностей S инерционного тела 2 относительно поверхностей S лепестков 7. Во фрикционном стыке возникают диссипативные силы сухого трения, способствующие гащению изгибных вибраций оправки. Так например, если силы трения на двух диаметрально противоположных лепестках 7 направлены по касательным вдоль этих лепестков, то на двух других также диаметрально противоположных лепестках 7, расположенных по окружности под углом 90° к первой паре лепестков, силы трения направлены по касательным поперек лепестков. При крутильных колебаниях оправки наблюдаются не только линейные колебания инерционного тела 2 в плоскости, перпендикулярной оси оправки, но и его угловые колебания. При этих колебаниях поверхности S и St также скользят относительно друг друга, а в точках К их контакта возникают дополнительные силы трения, направленные по касательным, лежащим в плоскости, перпендикулярной оси оправки, к линиям их контакта. Для реализации указанных явлений необходимо, чтобь наименьщий угол oL между осью оправки и нормалями к поверхнесг

тям Si и S контакта криволинейных упругих лепестков 7 и инерционного тела 2 в точках /С их контакта лежал в пределах 15-75°. При несоблюдении этого условия эффект гашения вибраций незначителен или отсутствует полностью, либо имеет место потеря виброустойчивости. Применение оправки с динамическим гасителем колебаний, в которой угол 01 меньше 15° или больше 75°, может привести к отрицательному явлению - к сильной раскачке системы в дорезонансной области. Так, если угол at меньше 15°, то при таком угле и коэффициенте трения в точках контакта f «0,25 происходит заклинивание инерционного тела 2 в упруго-демпфируюших элементах 3 и 4. При угле, большем 75°, инерционные силы, действующие на инерционное тело 2, лежат в конусе трения. Это означает, что нет относительного смешения инерционного тела 2 и лепестков 7 упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. При несоблюдении условия d 15-75° фрикционные стыки в оправке практически отсутствуют, а вместе с ними отсутствуют и эффективные диссипативные силы сухого трения. При равенстве относительного смещения инерционного тела 2 и корпуса 1 величине радиального зазора между ними происходят соударение и рассеяние энергии колебаний. После удара проис-ходит изменение направления вектора скорости инерционного тела 2, ранее накопленная потенциальная энергия лепестков 7 переходит частично в кинетическую энергию инерционного тела 2.

Таким образом, повышение виброустойчивости оправки достигается путем реализации в ней эффективных фрикционных сил сухого трения, потерь энергии колебаний при неупругом ударе инерционного тела 2 с корпусом 1 и внутреннего трения, возникающего в процессе деформации упруго-демпфирующих элементов 3 и 4, в частности их криволинейных упругих лепестков 7, выполняю-. щих роль пружин.

Оправка с динамическим гасителем колебаний обладает свойством гасить вибрации, возникающие в технологической системе, в довольно широком диапазоне частот. Широкая полоса гащения колебаний динамического гасителя обеспечена нелинейностью упругой характеристики упруго-демпфирующих элементов 3 и 4.

Криволинейные упругие лепестки 7 элементов 3 и 4 представляют собой по существу балки переменного сечения, изгибная жесткость которых в любой рассматриваемый момент времени зависит не только от поперечного сечения, но и от координаты точки К контакта лепестка с инерционным телом 2. Чем ближе точка К к оси оправки,

тем выше жесткость лепестка. В зависимости от уровня и частоты вибраций, изменяя жесткость лепестков 7 и перемещая поджимную гайку 5, можно существенно расширить возможности динамического гасителя.

При вращении поджимной гайки 5 осуществляется относительное осевое смещение упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. При уменьшении расстояния между упруго-демпфирующими элементами 3 и 4 точки К контакта поверхностей S и Sj перемещаются

ближе к оси оправки. При этом изменяется предварительное поджатие упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. В зависимости от положения поджимной гайки, форм поверхностей S и Si и геометрических размеров лепестков 7 можно регулировать жесткость ди намического гасителя колебаний в довольно широком диапазоне.

Следовательно, поджимная гайка 5 позволяет изменять эквивалентные порциальные частоты динамического гасителя в-три

и более раз. Это в свою очередь позволяет применять оправку для различных режимов резания.

Использование изобретения позволяет повысить производительность обработки путем гашения вибраций в широком диапазоне частот на различных режимах резания.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОПРАВКА С ДИНАМИЧЕСКИМ ГАСИТЕЛЕМ КОЛЕБАНИИ, содержащая Kopinyc, инерционное тело, размещенное на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе, и поджимную гайку, отличающаяся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, инерционное тело выполнено с криволинейными поверхностями, а упруго-демпфирующие элементы снабжены криволинейными упругими лепестками для взаимодействия с криволинейными поверхностями инерционного тела. (Л Х) со 00 СП

/

6

фиг. 5