Механическая система для исследования вибраций при резании

Механическая система для исследования вибраций при резании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„„Ви„„10О9619

СОЮЗ СОЙЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у50 В 23 В 25/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕ ГЕПЬСТВУ.3

/ (21) 3355348/25-08 (22) 06.11.81 (46) 07.04.83.,Бюл. М 13 (72) В.Б. Иездрогин и В.И. Петров (71) Ленинградский ордена Ленина ,и ордена Красного Знамени механический институт (53) 621.941.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ю 2837547/25-08 кл. В 23 В 25/06, 1979 (прототип). (54)(57) 1. МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕИА

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИЙ ПРИ РЕЗА;НИИ, содержащая корпус и держатель для закрепления режущего инструмента или заготовки, к которому присоединены стержни одинаковой длины и поперечного сечения, причем стержни, перпендикулярные плоскости перемещения держателя, соединены с корпусом, а стержни, параллельные этой плоскости, соединены с пружинными элементами, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности исследований, пружинные элементы выполнены в виде планок и связаны с корпусом через упругий шарнир, ось которогб лежит s плоскости планки и параллельна плоскости перемещения держателя, а последний со стержнями,и поворотными планками образует конструкцию, имеющую симметрию вращения

Ю четвертого порядка.

1009619

2. Механическая система по и. отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона исследований влияния жесткостных, демпфирующих и инерционных параметров на уровень вибраций, между AosopoTHblMH планками и корпусом расположенысменные упругиеэлементы,демпферы имассы, 1 Изобретение относится к области станкостроения и преимущественно может быть использовано для изучения динамических явлений при точении и фрезеровании.

Известна механическая система для исследования вибраций при резании, содержащая корпус и держатель для закрепления режущего инатрумента или заготовки, к которому присоединены стержни одинаковой длины и поперечного сечения, причем стержни, перпендикулярные плоскости перемещения держателя, соединены с корпусом, а стержни, параллельные этой плоскости, соединены с пружинными элементами P $

В известной системе между перемещениям режущей кромки резца в трех взаимно перпендикулярных направлениях имеют место координатные связи.

Расположение главной режущей кромки на значительном расстоянии от центра инерции реэцедержателя в процессе ре- зания приводит к его вращению. Следствием этого. является, в частности, изменение главного угла в плане и"существенное искажение изучаемого процесса резания. В этом случае для полу" чения достоверной информации и правильного ее анализа требуется создание довольно сложной математической модели, учитывающей наличие выше рассмотренных координатных связей. Кроме того, возможности известной установки ограничены. Она не предназначена для изучения динамических явлений при фреэеровании, для имитации вариантов механических систем, для ис. следования влияния на уровень вибра- . ций их жесткостных, демпфирующих и инерционных свойств, которые могут

- изменяться в широких пределах, На фиг 1 изображена механическая .система в -аксонометрической проекции; ,на фиг. 2 " сечение механической системы плоскостью Р.1Р Р Р, при точении; о на фиг. 3 - сечение механической сис. темы плоскостью Р,,Р Р Р+ при фреэеровании.

Иеханическая система содержит корпус 1 и деражтель 2, в котором при

З5 исследовании вибраций при точении закрепляется резец 3, а при исследовании вибраций при фрезеровании - заготовка 4. При точении установка базируется на суппорте 5 станка плос40 костью АВСЗ, а при фрезерованиина столе 6 станка плоскостью C3EF.

К держателю 2 жестко присоединены двенадцать стержней 7, 8, 9 одинаковой длины и поперечного сечения. Кон4> цы стержней 7 соединены непосредственно с корпусом 1. Стержни 8 и 9 взаимно перпендикулярны и соединены с

Целью изобретения является ïîâûшение точности исследований путем обеспечения устройству для закрепления резца или обрабатываемой. заготовки только двух степеней свободны по ортогональным направлениям и расширение воэможности исследований влияния жесткостных, демпфирующих и инерционных параметров механической сис5 темы на уровень вибраций.

Эта цель достигается тем, что в механической системе, .содержащей корпус и держатель для закрепления режущего инструмента или обрабатывае10 мой заготовки, к которому присоединены стержни одинаковой длины и поперечного сечения, причем стержни, перпендикулярные плоскости перемещения устройства, соединены непо15 средственно с корпусом, а стержни, паралллельные этой плоскости, соединены с пружинными элементами, пружинные элементы выполнены в виде планок, связанных с корпусом через уп2О ругий шарнир, ось которого лежит в плоскости планки и параллельна плоскости перемещения держателя, а послед ний стержнями и поворотными планками образуют конструкцию, имеющую симyg.метрию вращения четвертого порядка.

3 10096 пружинными .|элементами, выполненными в аиде планок.,10 и 11. Каждая планка 10 и ll связана с корпусом 1 через

;. упругий шарнир 12 с осью, лежащей в плоскости планки. Стержни 7, 8, 9 и планки 10 и 11. относительно выбранной неподвижной системы координат

Ох расположены так, что при условном вращении конструкции, состоя,щей из стержней и плано, вокруг оси to

О„ на угол.а 90 36P . (о =, 47, конструкция полностью совмещается со своим исходным положением. Так как

1ч 4, такая конструкция обладает симметрией вращения с осью симметрии

° четвертого порядка. Между поворотными планками 10, 11 и корпусом 1 расположены сменные упругие элементы 13демпферы 14 и массы 1 5.

Под действиемприложенных креэце 3 © или заготовке 4 сил резания по двум ортогональным направлениям наблодается изгибная деформация четырех стержней 7, непосредственно соединенных с корпусом 1,. и стержней 8, 9, кото- И рые поворачивают планки 10 и 11. в упругих шарнирах 12. А так как оси всех шарниров 12 лежат в плоскости .своих планок и параллельны плоскости Оха, то держатель 2 с резцом 3 или ваго- 30 товкой 4 будет перемешаться поступательно. При этом плоскость Ро держателя 2, которой параллельны стержни 8 и 9, оказывается всегда параллельной плоскости Охъ . Такое движение обес- .з печено тем, что все стержни имеют оди" .наковую длину и поперечное сечение.

Планки 10 и 11 с упругими шарнирами выполняют еще одну очень важную функцию. Они препятствуют вращению держателя .2 вокруг оси Ov. Для исключения крутильных колебаний держателя 2 вокруг оси Ом резец 3 или заготовку 4 следует устанавливать так, чтобы ли-.ния действия силы резания, приложенная к резцу или заготовке, пересекала ось О . Практически выполнить такое условие не только для динамического, но и для стационарного процесса резайия невозможно. Поэтому держатель 2 от кручения вокруг оси Ом стопорится восьмью стержнями. 8, 9 и . планками 10, 11, имеющими упругие шарниры 12. Причем планки 10, ll и упругие шарниры выполнены весьма жесткими на кручение от пар сил, передаваемых через стержни 8 и 9. Наличие планок 10 и 11.с упругими шарнирами, препятствующих кручению держателя 2, 19 4 делает возможным без потери точности исследований осуществлять изучение динамических явлений при резании, когда имеет место внецентренное приложение сил резания, Стержни 7, 8, 9 и упругие шарниры 12 определяют ми- . нимальные жесткости механической системы .вдоль осей ОФ и 0z. Для обеспе- . чения механической системе одинаковых жесткостных и массовых параметров по двум ортогональным направлениям стерж" ни 7, 8, 9 имеют одинаковую длину и поперечное сечение и вместе с план ками 10 и 11 расположены симметрично относительно осей Ох и 02, Такая конструкция из планок и стержней имеет ось симметрии четвертого порядка. Кро- ме перемещений вдоль осей Ох и Oz держатель 2 перемещается также и вдоль оси Îó. Однако это перемещение можно не учитывать, так как по сравнению с перемещением с плоскости ОХИ оно является величиной порядка (x + у )/21, где х и и - перемещения . вдоль соответствующих осей, а 1длина стержней. Например, если Х

2, 0;1 мм, а 1 50 мм, то у.м

0,0002 мм.

В предлагаемой системе предусмотрено регулирование жесткостей. Для этого между поворотными планками 10, 11 и корпусом 1 устанавливаются ли" нейные и нелинейные упругие элементы,13 (консольные балки, пружины ).

Жесткости по осям Х. и х можно изме-. нять как на равные, так и на нерав:ные величины. Если упругие элементы устанавливать у планок 10, то будет изменена жесткость только вдоль оси

ОХ. Аналогично можно изменить жесткость только вдоль оси Oz. Упругие свойства установки по осям 0)c и ОХ, могут быть неодинаковыми sa счет различной жесткости, упругих шарниров поворотных планок. Для варьирования параметров демпфирования s механической системе между поворотными планками 10, 11 и корпусом 1 устанавливают демпферы сухого трения, гидравлические или вязко-пластические.

Инерционные свойства механической системы в рассматриваемом состоянии: по осям Ох и Oz одинаковы и определяют.ся массами держателя 2 с резцом 3 или заготовкой 4 и двух планок 10 и .11. Однако можно изменять массу системы путем закрепления на планках 10, 11 со стороны корпуса дополнительных масс 15 из свинца или жеS 100961 леза. Подобные грузы можно крепить также непосредственно на держателе 2. В этом случае увеличивается масса механической системы, а ее инерционные свойства по осям Ох 5 и О остаются одинаковыми.

Измерение параметров вибрации держателя 2 с резцом 3 или заготовкой 4 выполняются стандартными приборами, применяемыми в экспериментальной тех-t0 нике.

Технические преимущества предложенной системы заключаются в малом взаимном влиянии перемещений устройства с резцом или заготовкой в 1S двух ортогональных направлениях. Так, при приложении вектора силы в направлении, параллельном одной из главных осей симметрии устройство будет также перемещаться и в перпендикулярном на-20 правлении, однако, это перемещение нв будет превышать 0,5...0,153 от основного перемецения. Такая малая величина взаимного влияния говорит о высокой точности измерений динами- 2s ческих параметров механической системы при резании. Конструктивные особенности предлагаемой механической системы, и в частности, поворотные планки практически исключают 39 крутильные колебания устройства и обеспечивают только плоско-поступательное его перемещение. Механическая система может быть применена как непосредственно при измерении процесса резания, так и при исследовании влияния жесткостных, демпфирующих и инерционных параметров системы на процесс точения или на процесс фрезерования.

Предлагаемая механическая систе- ма позволяет производить исследования процессов резания при точении и фрезеровании с высокой точностью и производительностью, легко перенала,живается и универсальна. На ней с вы. сокой степенью точности легко реализуется большое число новых и хорошо известных механических систем, которые обычно используются в теорети- ческих исследованиях вибраций при резании металлов.

Механическая система с выше перечисленными признаками спроектирована, изготовлена и используется при экспериментальных исследованиях вибраций при резании. Ее основные параметры: габаритные размеры 330 х х 330 х 250 мм; стержни из ОХНЗМфА, диаметр 6 мм, длина 80 мм, твердость

HRC = 45...50. Концы стержней имеют крепление типа жесткой заделки. Масса держателя 2 может изменяться от

1 до 10 кг, дополнительно на ней может крепиться масса до 20 кг. Жесткости 10 по осям х и; могут изменяться от 100 до 5000 кгс/мм. Взаимное влияние перемещений держателя 2 с резцом 3 или заготовкой 4 в направлении осей х и z практически отсутствует, так как перемещение устройства по оси

0Z(0+ равное 0,6 мм, под действием силы, приложенной к резцу, вызывает смещение его по оси Ох(02)всего на

0.,005...0,008 мм.

1009619

4@в 7

Составитель В. Семенов

Редактор Л Утехина Техов И.Контура КоооекторЕ. Poui o

Звкаэ 2577/7 Тираж 110% Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

«11)ОЯ Москва ЖЦ Раувская наб,. g» 4Д

Филиал AllO "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Г