Пружинный резец

Предлагаемая полезная модель относится к области механообработки в частности на токарных станках и может быть использована при наружном обтачивании заготовок.
Пружинные резцы, аналогичные предлагаемому, известны издавна. Характерным их вариантом является резец, описанный в книге И.C. 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, возросшая 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 становиться 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 имеет резьбовое отверстие, в которое может быть ввернут болт. Если его ввернуть, то он 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 более 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 второй аналог предложенной полезной модели 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 существует пружинный резец, жесткость которого можно регулировать, не разделяя ее всего лишь на два диапазона, а в одном широком диапазоне с определенным шагом. Такой резец представлен на фиг. 222 в уже упоминавшейся книге Е. Бруштейна и В. И. Дементьева “Основы токарного дела” и принят нами за прототип.
Пружинный резец-прототип состоит из головки и державки, на верхней поверхности которой вблизи головки имеется выступ. В выступе и под ним в державке поперек резца выполнены параллельные резьбовые отверстия, соединенные между собой прорезью, расположенной поперек резца, начинающейся от опорной плоскости резца и оканчивающейся в выступе. Каждое отверстие выполнено с возможностью размещения в нем болта. Все же отверстия располагаются одно за другим последовательно, частично по прямой линии, частично по дуге окружности. Соответственно и прорезь частично прямолинейна, частично имеет форму дуги окружности. Причем та часть прорези, что имеет форму дуги, находится в выступе.
Резец-прототип легко перенастраивается при изменении режимов резания. Для этого достаточно ввернуть болт в то или иное отверстие. В зависимости от положения болта пружинящая часть резца получается той или иной длины, жесткость ее тоже получается различной. Выбирая жесткость соответственно силе , можно обеспечить эффективность применения пружинного резца-прототипа в широком диапазоне режимов.
Несмотря на достоинства прототипа, он имеет, однако, и серьезный недостаток. Его жесткость перенастраивается дискретно, что не всегда позволяет устанавливать достаточно точное соответствие принятым режимам резания. Погрешность настройки жесткости пропорциональна половине шага между резьбовыми отверстиями и может достигать 50%. В связи с этим задачей предлагаемой полезной модели является разработка пружинного резца, жесткость которого может перенастраиваться не дискретно, а аналогово, что позволит перенастраивать ее с более высокой точностью, чем обеспечивает прототип.
Технически решение поставленной задачи достигаются за счет того, что пружинный резец, состоящий из головки и державки, на верхней поверхности которой вблизи головки имеется выступ, в выступе и в державке под ним выполнена поперечная прорезь, начинающаяся на опорной плоскости резца и оканчивающаяся в выступе, при этом участок прорези в державке имеет прямолинейную форму, а участок в выступе – форму дуги окружности, отличается от прототипа тем, что он снабжен первым и вторым валиками, двумя прокладками и охватывающей выступ П-образной скобой, состоящей из двух боковых и одной поперечной пластин, выступ выполнен в виде сектора цилиндра, соосного с участком прорези, имеющим форму дуги, первый валик установлен в державке соосно с цилиндрической поверхностью выступа, скоба установлена на первом валике с возможностью поворота на нем вокруг выступа, второй валик закреплен между боковыми пластинами скобы и размещен в прорези выступа, причем скоба установлена с зазорами между поверхностями выступа и державки, а прокладки размещены в зазорах между боковыми пластинами скобы и боковыми поверхностями державки в пространствах между первым и вторым валиками. Кроме того, предлагаемый резец отличается также тем, что в поперечной пластине П-образной скобы выполнено окно, а на цилиндрической поверхности выступа размещена шкала с оцифрованными делениями.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого резца – вид сбоку. На фиг. 2 – его конструкция – вид сверху. На фиг. 3 – сечение А-А. Пружинный резец, состоит из головки 1 и державки 2, на верхней поверхности которой вблизи головки имеется выступ 3. В выступе 3 и в державке 2 под ним выполнена поперечная прорезь, начинающаяся на опорной плоскости 4 резца и оканчивающаяся в выступе 3, при этом участок 5 прорези в державке имеет прямолинейную форму, а участок 6 в выступе – форму дуги окружности. Наряду с этим резец снабжен первым 7 и вторым 8 валиками, двумя прокладками 9 и 10 и охватывающей выступ 3 П-образной скобой, состоящей из двух боковых 11 и 12 и одной поперечной 13 пластин. Выступ 3 выполнен в виде сектора цилиндра, соосного с участком 6 прорези, имеющим форму дуги, первый валик 7 установлен в державке соосно с цилиндрической поверхностью выступа 3, скоба установлена на первом валике 7 с возможностью поворота на нем вокруг выступа 3, второй валик 8 закреплен между боковыми пластинами 11 и 12 скобы и размещен в прорези 6 выступа 3, причем скоба установлена с зазорами 14, 15 и 16 между поверхностями выступа и державки, а прокладки 9 и 10 размещены в зазорах 14 и 15 между боковыми пластинами 11 и 12 скобы и боковыми поверхностями державки 2 в пространствах между первым 7 и вторым 8 валиками. Кроме перечисленного, резец имеет окно 17, расположенное в поперечной пластине 13 П-образной скобы и шкалу оцифрованных делений 18 (оцифровка условно не показана)
При использовании предлагаемого пружинного резца его устанавливают в резцедержатель станка с помощью державки 2. Рассчитывают режимы резания, при которых должна производиться обработка, в частности определяют силу . Затем, на основании предварительно произведенных испытаний резца, поворачивают П-образную скобу в требуемое положение. Для этого может быть ослаблено крепление валика 7 (если оно есть, например, такое, как на фиг. 1 – 3, или иное). После поворота скобы в нужное положение ее фиксируют (теми же элементами, что и ослабляли), но это не обязательно: скоба и валик 7 могут быть самофиксирующимися в державке за счет сил трения. После поворота скобы валик 8 окажется в положении, обеспечивающем определенную жесткость пружинной части резца. И дальше уже можно им обрабатывать заготовку, установленную на станке. Если окажется, что он работает недостаточно эффективно, его можно поднастроить, довернув скобу. Поскольку это можно осуществить не дискретно, а аналогово (не ступенчато, а меняя ее положения плавно), точность настройки резца можно обеспечить выше, чем в случае прототипа. Это даст возможность более точно обеспечивать постоянство толщины стружки и более надежно предотвращать вибрации при точении. Отсюда увеличится точность обработки и снизится шероховатость обработанной поверхности. А это – технический результат применения предложенной полезной модели, проявляющийся в сравнении её с прототипом.