Пружинный резец для токарной обработки

Предлагаемая полезная модель относится к области механообработки в частности на токарных станках использована при наружном обтачивании заготовок.
Пружинные резцы, аналогичные предлагаемому, известны издавна. Характерным их вариантом является резец, описанный в книге И.С. Амосова и В.А. Скрагана "Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке. - М.: Машгиз, 1953" на стр. 50-51 и изображенный в ней на рис 34 и 35.
Указанный резец-аналог состоит из головки и державки, верхняя поверхность которой снабжена выступом, причем в державке с частичным проникновением в выступ выполнена прямолинейная поперечная прорезь, начинающаяся от опорной плоскости резца. Головка резца оказывается соединена с державкой упругой перемычкой (частью выступа, в которую прорезь не проникла) и под действием силы , возникающей при резании, имеет возможность пружинить в направлении к центру - от центра заготовки (поэтому резец и называется пружинным).
При использовании резца получается стружка более равномерной толщины, чем при обработке обычным резцом без выступа и прорези. Когда резец снимает более толстую стружку, возрастающая сила резания несколько отжимает головку и поэтому резец начинает снимать стружку меньшей толщины, чем это было бы при жестком (цельном) резце. В тот момент, когда резец снимает стружку меньшей толщины (сила резания становится меньше), сила упругости пружинной части приближает вершину резца к центру заготовки и резец начинает снимать стружку большей толщины. За счет этого стружка при точении пружинным резцом и получается более равномерной толщины, чем при обработке жестким резцом. При равномерной толщине стружки будут меньше и колебания сил, поддерживающих вибрацию, что приводит к уменьшению или полному уничтожению последней.
Резец-аналог довольно прост и надежен, однако эти его качества проявляются лишь при определенных режимах резания, при которых среднее значение силы  тоже вполне определенное. При одних режимах резания (обычно чистовых) резец-аналог конкретной конструкции (конкретных размеров) снижает вибрации эффективно, при других - нет. Если бы было возможно регулировать его жесткость, он гасил бы вибрации эффективно при разных режимах резания, для чего его достаточно было бы перенастроить. Иначе говоря, если бы резец был регулируемым, то диапазон его эффективного применения был бы шире.
Для того, чтобы достичь изложенного (ликвидировать описанный недостаток резца-аналога), применяют пружинный резец, представленный в работе Б.Е. Бруштейна и В.И. Дементьева "Основы токарного дела - М.: Профтехиздат, 1962" на рис. 259. Указанный резец, принятый нами за прототип, имеет резьбовое отверстие, в которое может быть ввернута резьбовая вставка в виде болта. Если ее ввернуть, то она будет располагаться в прорези державки между пружинной частью резца и остальной частью державки, лишая головку резца возможности пружинить в направлении к центру - от центра обрабатываемой заготовки. Получается очень грубая перенастройка жесткости резца, которая дает возможность его использовать на режимах чернового точения (если болт ввернут) или на режимах чистового точения (если не ввернут). Если учесть, что первый описанный выше резец-аналог пригоден только для чистового точения, то резец, показанный в книге Б.Е. Бруштейна и В.И. Дементьева на фиг. 259 явно более эффективен, чем он. Тем не менее и этот резец имеет недостаток. Это слишком грубая регулировка. Зачастую необходимость последней возникает как при разных режимах черновой обработки, так и при разных режимах чистовой, а это резец по фиг. 259 из книги Б.Е. Бруштейна и В.И. Дементьева не позволяет. Вместе с тем он имеет и еще один существенный недостаток - невозможность автоматического регулирования (перенастройки) жесткости. А необходимость в ней при обтачивании наружных поверхностей фасонных деталей или отрезании и прорезании канавок зачастую возникает. Подобные детали изготавливаются в настоящее время, в основном, на станках с ЧПУ и было бы полезно, чтобы с помощью программы управляющей формообразованием детали на станке с ЧПУ, одновременно происходило бы регулирование жесткости упругой части резца. В таком случае, вводя в управляющую программу соответствующую добавку, можно было бы автоматически снижать или вообще ликвидировать вибрации при обработке на станке с ЧПУ деталей со значительными перепадами диаметров, а это повысило бы качество их обработки - снизило бы шероховатость их поверхности и повысило точность изготовления.
В связи с изложенным, проблемой разработки предлагаемой полезной модели как раз и явилось создание пружинного резца, способного работать с автоматической регулируемой жесткостью его упругой части, что позволяет перенастраивать резец при обработке фасонных и других сложных поверхностей на станке с ЧПУ, обеспечивая снижение вибрации.
Технически решение поставленной проблемы достигается за счет того, что пружинный резец для токарной обработки, состоящий из державки и упруго соединенной с ней головки, содержащий съемную резьбовую вставку, размещенную между державкой и головкой с возможностью фиксации положения головки относительно державки, отличается от прототипа тем, что он снабжен цифро-аналоговым преобразователем давления в усилие, установленном в державке, между поршнем преобразователя и головкой резца с возможностью взаимодействия с последней и поршнем размещена пружина переменной жесткости, входы преобразователя через электроуправляемые гидрозолотники соединены с гидронасосом, а управляющие входы гидрозолотников соединены с системой ЧПУ токарного станка.
На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемого резца, а на фиг. 2 показан вид по стрелке А.
Он состоит из державки 1 и упруго соединенной с ней головки 2. Головка соединена с державкой с помощью диска 3, установленного на торце державки и имеющего U-образную прорезь 4, частично отделяющую головку от державки. В прорези размещена съемная резьбовая вставка 5, выполненная в виде болта, обеспечивающая возможность фиксации положения головки 2 относительно державки 1. В последней установлен цифро-аналоговый преобразователь давления 6 (выполненный, например, в соответствии с Авторским свидетельством СССР №436931), между поршнем преобразователя 6 и головкой резца 2 с возможностью взаимодействия с последней и с поршнем размещена пружина 7 переменной жесткости, входы преобразователя 6 через электроуправляемые гидрозолотники 8 соединены с гидронасосом 9, параллельно которому установлен предохранительный клапан 10, а управляющие входы гидрозолотников 8 соединены с системой чпу 11 токарного станка.
При использовании предложенного резца резьбовая вставка 5 может быть установлена, а насос 9 выключен (если идет черновая обработка). В процессе чистовой обработки вставка 5 снята, а насос 9 работает. В это случае система ЧПУ 11 станка формирует по заранее заданной программе двоичные кодовые комбинации, включающие и выключающие электроуправляемые гидрозолотники 8. Жидкость от насоса 9, поступая в цифро-аналоговый преобразователь 6 будет создавать на его выходе (на поршне) определенное усилие, сжимающее пружину 7. Пружина будет воздействовать на головку 2 резца, а поскольку жесткость ее переменна, то будет изменяться и жесткость системы «пружина - головка резца». Указанная жесткость  связана с частотой собственных колебаний  системы «пружина - головка» соотношением
где m - масса головки резца с пружиной. В связи с этим по программе, поступающей от системы ЧПУ 11, будет изменяться частота . Это позволяет поддерживать резец в состоянии резонанса с его вынужденными колебаниями, когда энергия колебаний будет рассеиваться максимальным образом. Поскольку при обработке деталей сложного профиля частота вынужденных колебаний меняется, то регулируя жесткость  и частоту  описанным образом, получим эффективное снижение вибраций при обработке всего профиля. Это создает технический результат, выражающийся в снижении шероховатости поверхности и повышении точности обрабатываемой детали на протяжении всего процесса её формообразования.