ВИБРОРЕЗЕЦ
VIBRATORY CUTTER

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано на станках токарной группы. Особенно перспективным представляется применение изобретения при обработке деталей из жаропрочных и титановых сплавов, а также других труднообрабатываемых материалов.
Известны конструкции режущего инструмента и приспособлений для его установки на станках [Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1986, Шаповал В.Н. и др. Вибрационные приводы в металлообработке/В.Н. Шаповал и др. - К.: Техника, 1983, патент №2356700, Россия], которые позволяют вести обработку деталей с вибрацией инструмента. Правильно выбирая параметры вибрационного движения, можно добиться ее положительного влияния на процесс резания металла, например уменьшить адгезионные явления в зоне стружкообразования, которые оказывают отрицательное влияние на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Предпочтительным является использование тангенциальной (вдольлезвийной) вибрации инструмента, режущая кромка (лезвие) которого имеет форму дуги окружности. Для получения тангенциальной вибрации режущая часть инструмента должна иметь возможность в процессе резания совершать вибрационное вращательное движение вокруг центра кривизны дуги окружности, которой очерчена режущая кромка инструмента.
Недостатком указанных выше конструкций режущего инструмента является невозможность создания тангенциальной вибрации режущей кромки, имеющей форму дуги окружности.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция резца [патент №2030255], состоящего из державки, рабочей части и элемента из редкоземельного металла. На этот элемент подается переменное электрическое напряжение. Это вызывает упругие колебания державки, рабочей части резца и обрабатываемой детали.
Недостатком этого резца является невозможность создания тангенциальной вибрации режущей кромки, а также малая амплитуда вибрации.
Задачей изобретения является улучшение технологических свойств режущего инструмента. Технический результат - повышение стойкости резца и уменьшение сил резания за счет создания тангенциальной вибрации рабочей части резца с режущей кромкой в виде дуги окружности.
Для решения этой задачи предложен виброрезец, состоящий из державки и рабочей части. Рабочая часть имеет режущую кромку в виде дуги окружности и соединяется с державкой при помощи двух пластин/ расположенных под прямым углом. Причем, точка пересечения осевых линий пластин совпадаете центром кривизны дуги, которой очерчена режущая кромка резца.
За счет такого крепления рабочей части к державке рабочая часть получает возможность поворота [Дж. П.Ден-Гартог. Механические колебания. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, с.110, рис.2.46] (упругий поворот на небольшой угол) вокруг центра кривизны режущей кромки. Это становится возможным из-за того, что пластины легко поддаются изгибу. В то же время они являются гораздо более жесткими при растяжении или сжатии. Поэтому силы резания, действующие на резец, будут вызывать вдольлезвийный (тангенциальный) поворот рабочей части и практически не будут вызывать ее линейного смещения (то есть перемещения центра кривизны режущей кромки). Таким образом, рабочая часть виброрезца получает возможность совершать вибрацию во вдольлезвийном направлении. В то же время такой резец обладает большой жесткостью по всем другим направлениям. Наличие тангенциальной вибрации, которая возникает при резании как автоколебательный процесс или подводится к резцу от вибровозбудителя, приводит к увеличению стойкости инструмента и уменьшению сил резания.
На фиг.1 изображен виброрезец (вид спереди), а на фиг.2 - вид слева виброрезца.
Виброрезец состоит из державки 1, пластин 2 и 3, рабочей части 4 с режущей кромкой 5, выполненной в виде дуги окружности радиуса R с центром кривизны в точке О. Державка имеет внутреннюю поверхность 6. Каждая из пластин 2 и 3 наклонена к внутренней поверхности 6 под углом 45°. Осевые линии пластин 2 и 3 проходят через центр кривизны дуги (точка О), которой очерчена режущая кромка 5 и пересекаются под углом 90°.
X
Y
Z
В процессе резания металла на рабочую часть резца действует сила, которая раскладывается на составляющие Р, Р, P.
X
X
Y
Так как пластины легко поддаются изгибу, то рабочая часть 4 получает возможность упруго поворачиваться [Дж. П.Ден-Гартог. Механические колебания. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, с.110, рис.2.46] на некоторый угол относительно центра кривизны режущей кромки. Например, сила Р (или любая другая внешняя сила, создающая момент относительно этого центра) вызовет поворот рабочей части. В то же время пластины являются гораздо более жесткими при растяжении или сжатии. Поэтому силы Р и Р практически не будут вызывать линейного перемещения рабочей части резца.
Z
X
Виброрезец будет обладать большой жесткостью и в направлении действия силы P. Эта сила вызывает изгиб пластин, однако сопротивление такому изгибу будет значительно больше (чем при изгибе от силы Р), так как в этом случае изгиб пластин происходит в плоскостях наибольшей их жесткости [Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М.: Высш. шк., 2001].
Таким образом, рабочая часть резца получает возможность упруго поворачиваться на некоторый угол вокруг центра кривизны своей режущей кромки, то есть совершать вдольлезвийное (тангенциальное) движение. В то же время по другим направлениям резец будет обладать гораздо большей жесткостью.
При установке резца с наклоном его передней поверхности относительно направления продольной подачи создаются условия, при которых возникает тангенциальная вибрация его режущей кромки как автоколебательный процесс, вызванный силами резания. Тангенциальная вибрация может быть также сообщена рабочей части от внешнего источника колебаний (вибровозбудителя). Правильно подобранные параметры такой вибрации позволяют повысить стойкость режущего инструмента и уменьшить силы резания за счет уменьшения адгезионных явлений на контактных площадках инструмента.