Виброгасящий резец

Виброгасящий резец

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК дц В 23 В 27/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъей (21) 3524735/25-08 (22) 22. 12.82 (46) 23.04.84. Бюл. N - 15 (72) В.Б. Мездрогин (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт (53) 621.9.025 (088.8) (56) 1. Рыжков Д.И. Вибрации при резании металлов и методы их устранения. М., Государственное научнотехническое издательство машиностроительной литературы, 1961, с. 47.

„„SU„„1087261 (54) (57) ВИБРОГАСЯЩИЙ РЕЗЕЙ, содеРжа щий корпус с установленным в нем со стороны главной задней плоскости демпфером трения, связанным с механизмом подачи и стопорения, о т л ич а ю шийся тем,- что, с целью

Ф повышения точности обработки, корпус снабжен упругим рычагом, ось которого перпендикулярна главной задней плоскости1 а демпфер трения выполнен в виде клина, закрепленного на одном из плеч упругого рычага.

1 10872

Изобретение относится к механической обработке точением деталей 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

Недостатком известной конструкции является низкая точность обработки. из-за нестабильного гашения вибраций при обработке деталей с протяженными поверхностями обработки.

Целью изобретения является повышение точности обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в резце, содержащем корпус с установленным в нем со стороны главной задней плоскости демпфером трения, связанным с механизмом подачи и стопорения, 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 резец,вид сбоку,на фи:;.2 — тоже, вид сверху, на фиг.3 — сечение A-А на фиг.2, на фиг.4 — расчетная схема процесса гашения вибраций резца и обрабатываемой детали, Виброгасящий резец содержит корпус 1 и демпфер трения, выполненный в виде клина 2, закрепленного винтами 3 на переднем конце упругого рычага 4, установленного с воэможностью поворота вокруг оси 5 в виде резьбового пальца и фиксации посредством гайки 6 и болта 7, на конце

40 которого выполнена проточка 8, с которой взаимодействует вилка 9 упругого рычага 4.

Для обеспечения постоянного га45 рантированного контакта 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 твердого сплава.

Перед началом резания клин 2 с помощью болта 7 опускается вниз и без его участия на детали формируется обработанная поверхность 11.

6f 2

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 б. 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-:

Р, Р— составляющие силы реэа2 9/ ния, приведенные к главной режущей кромке резца, действующие соответственно по касательной к плоскости резания и по нормали к ней, Cpz, С p, C z, С1,, С42 C>iä приведенные жесткости упругих систем резца (индекс р ), клина 2 (индекс k) и детали 11 (индекс д ) соответственно по осям координат чик;

KpZ К, К1,, К1,, К, К коэффициенты затухания упругих систем резца, клина 2 и детали 11 по осям к-ординат v z z;

N, N „ - нормальная и касательная силы, действующие в зоне контакта внутренней грани t2 клина 2 и главной задней плоскости 13 резца, S, Т вЂ” нормальная и касательная силы, действующие в зоне контакта наружной грани 10 клина 2 и обработанной поверхности ff детали.

Приведенные жесткости и коэффициенты 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 и детали находятся в состоянии статического равновесия (как было отмечено, клин вводится между деталью

1087261 4

Если скольжение клина 2 по главной задней плоскости 13 резца отсутствует, то (2) F = fN = nER, хЬ+М (1)+Е (1), 50

О где f

3 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 колебаний резца и детали клин со своей 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 предварительном поджатии клина 2. Можно сделать вывод, что при отсутствии колебаний резца и детали клин 2 не является их возбудителем (так как силы $ и Т пренебрежимо малы) и, будучи опорой для головки резца, увеличивает жесткость и тем самым повышает 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 Р„ становятся переменными, зависящими от частоты w волн на поверхности резания и амплитуды дс изменения толщины среза с, Волнистый след поверхности резания, действуя на клин 2, создает периодические возмущения. Поэтому силы S и Т, а также N u F переменные,зависящие от частоты волн и их высоты, соответствующей вel.

Процесс гашения вибраций резца и детали протекает наиболее эффектив40 но 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 пре-! дельной силы сопротивления смещению, которая может быть определена по формуле коэффициент трения скольжения, эмпирический коэффициепт, предельное предварительное смещение; нормальное давление. где д †. предварительное смещение,причем d C d" . Величину Т = пай 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 клина 2 описываются следующей системой дифференциальных уравнений:

nl

+1 z +С z =С Ь+дмэ1нм1 Ъ+

Р p pz p pz p pz ( й,й1+г (ц

2 +М 22 Ñ 2 =C («+«««<«У1) Ь+

*ДДгддгдрг

+С р 910 — <+С Х Яп — 4

С С1 . W Ло(чс

52 ТгДРР1 С % =C («+ЛОБ(«(В1 Ц) 1>+

М Зм

С5® р 51П + C $111 a p

+k Z +С Z =C $1П вЂ” 4+ йИ К 1 1<7. k ФZ 1ñ 5г Р Р

+С Е вЂ” $1n — <+ N (1 +(- (< йо(Тг- д p, p z z щ e(+3< В +С w =С

QcI . у

М 1с %Ф Й 1сФ(1с 59Ч

В этой системе ш „ m> и ш „,— приведенные массы резца, детали и клина 2. В первом уравнении в его правой части первое слагаемое — сила Р выраженная через эмпиричесZ кий коэффициент С Р постоянную и переменную составляющие толщины среза о1 и 5> частоту их изменения w, ширину среза Ь ., В этом выражении и других т — эмпирический коэффициент, t — время. Второе и третье слагаемые рассматриваемой правой части первого уравнения — проекции на ось нормальной и касательной сил, действующих Между резцом и кли1087261

z +w2

zã,Ж2

50

Гг г

= 21,+ В

«1l 2 + (2

= zz>, SS.2 2 Г2 "2 (1+ N (= Z 1(+ y y

Р р р р

Ф ном 2, зависящих от времени t. Bo втором уравнении в. его правой части первое слагаемое — сила Р, выраженная через эмпирический коэффициент

С> и m- 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 уравнение системы в правой части содер- 10 жит уже известное выражение для силы PZ, а вторым и третьим слагаемыми его являются проекции сил .S и Т на ось z, т.е. силы S и Т которые зависят от эмпирических 15 коэффициентов С (с индексами S и Т ), числа вершин волн р одновременно взаимодействующих с клином 2, а также от величин д и hvv Сила Т зависит также от коэффициента тре- 20 ,ния Е„ детали о наружную грань 10 клина 2. В четвертом уравнении первое слагаемое — сила P, рассмотренная ранее, а второе и третье слагаемь(е — соответственно проекции сил S 25 и Т, на ось чч т.е. силы g и Эж,.

Выражения для них аналогичны силам 5 и

Т и различаются они только индексами

Х и %. В правых частях пятого и шестого уравнений содержатся уже рас- З0 смотренные выражения сил, действующих на клин 2.

Необходимо учесть соотношения между силами нормального давления и трения на задней плоскости резца, имеющие вид где — коэффициент трения скольжер

Ъ, ния между клином и резцом.

К системе (3) и соотношениям (4) необходимо присоединить уравнения совместимости перемещений резца. клина и детали, указывающих на безлюфтовое положение клина между поверхностью резания и задней плоскостью. Они имеют вид

Здесь вторые индексы N u S в перемещениях, скоростях и ускорениях резца, детали и клина в направлениях осей Z и щ обозначают проекции их на направления сил М и S.

Совместное решение системы (3) с уравнениями (4) и (5) позволяет найти условие существования гашения колебаний резца и детали. Оно имеет вид

fIP„(Ч Е (Ц+Р„(И) з(И(t(g .т (tl+s ц (ь1

Здесь в левые скобки заключены проекции составляющих P>, P> и Р> силы резания на направление нормальной силы S, зависящие от времени t„ индекс F при фигурных скобках означает, что выражение в них есть величина, спроецированная на направление силы 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 уеодолевая силу предварительного натяга, переместится вниз, скользя внутренней гранью по главной задней плоскости 13 резца

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.!

08726!

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

Таким образом, в предлагаемой конструкции демпфера трения вибро- . гасящего 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, который трением о заднюю главную плоскость резца создает сопротивление колебаниям резца и обрабатываемой детали.

Это позволяет исключить необходимость принудительного силового поджатия основного элемента, деьшфера-упора к обрабатываемой поверхности, благодаря чему предлагаеьый резец при установившемся резании не имеет паразитного трения об обрабатываемую деталь. Клин 2 вступает в контакт со скольжением относительно 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 грачей, что исключает возможность увеличения суммарной вертикальной составляющей сил трения и резания, приводящего

tf и к образованию нароста

Тем самым исключается возможность действия демпфера трения как возбудителя вибраций резца и обрабатываемой детали. Это снимает ограничение по виброгасящему действию с демпфер-; и обеспечивает эффективное гашение вибраций резца и обрабатываемой детали с амплитудами порядка iÎÑ200 мкм, которые особенно часто возникают при резании на средних крупных и тяжелых стан ;ax.

Для повьппения эффективности виброгашекия при точении деталей диаметром менее 200-300 мм поверхность наружной грани (твердосплавной пластинки) клина 2 целесообразно выполнить вогнутой-. При точении деталей диаметром более 300-400 мм, имеющих малую кривизну поверхности. наружна:= грань 10 клина 2 может быть плоской.

Предложенный виброгасящий ре." е:. обеспечивает повьппение точности обработки "-a cwei гашения вибраций резца и обраба-.ываемой детали г.,ри ",oNBHHH деталей с протяженными поверхностями обработки на режимах скоростного силово-о резания. 0872б1

Фь-8. 4

@ 2542/9 тд ат 1937 Подписное уаторза, ул.проектная,k