РЕЗЕЦ

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в металлорежущих станках токарной группы на чистовых и получистовых режимах обработки.
3
Известен отрезной резец (SU а.с. 338307, МПК В 23 В 27/14, 1970 Бюл. №16), имеющий державку, снабженную выступающей нижней частью, в которой выполнено отверстие, расположенное эксцентрично относительно контура выступающей нижней части, у которой в свою очередь на участке наименьшей ширины сделан разрез, заполненный припоем, обладающим мягкой и эластичной структурой.
Недостатком известного решения является то, что оно не обеспечивает получение на резце оптимальной геометрии в соответствии с колебаниями припуска под обработку. Кроме того, направление колебаний головки резца в процессе обработки не соответствует направлению изменения припуска и, следовательно, процесс обработки сопровождается повышенными затратами энергии.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является резец с переменной жесткостью (Опитц Г. Современная техника производства (состояние и тенденции) / Г.Опитц; сокр. пер. с нем. Ю.В.Найдина и И.Н.Чурина.; под ред. В.С.Васильева. - М.: Машиностроение, 1975. - 280 с.), имеющий ослабленное поперечное сечение и демпфер. У данного резца головка соединена с державкой посредством перемычки и подпружинена в осевом направлении. Соответствующие ребра перемычки параллельны радиальной и тангенциальной составляющим силы резания. Жесткость инструмента в радиальном направлении регулируется пружиной подпирающей головку на некотором плече от перемычки. Усилие пружины выбирается исходя из необходимости получения требуемой высокой собственной частоты колебаний инструмента.
Недостатком этого известного решения является то, что поворотные колебания резцовой головки осуществляются вокруг оси, непараллельной главной режущей кромке, что не обеспечивает получения на резце оптимальной геометрии в соответствии с меняющимся припуском под обработку. Кроме того, ввиду специфики ослабления державки, ось наибольшей жесткости сечения перемычки перпендикулярна оси инструмента, вследствие чего направление автоколебаний головки резца не соответствует направлению изменения припуска и, следовательно, процесс обработки сопровождается повышенными затратами энергии. Также, расположение оси вращения головки на некотором расстоянии от главной режущей кромки приводит к возникновению погрешности обработки.
Задачей изобретения является повышение качества и снижение энергоемкости обработки путем пространственно - временной адаптации положения режущих кромок инструмента в процессе автоколебаний головки вокруг оси, параллельной главной режущей кромке.
Задача достигается тем, что головка резца соединена с державкой посредством перемычки, расположенной непосредственно у задней поверхности резца, а ось наибольшей жесткости сечения перемычки параллельна главной режущей кромке, причем перемычка образована пазом, начинающимся на верхней грани державки в непосредственной близости от головки, параллельным главной режущей кромке и обращенным к задней поверхности резца. Паз, в свою очередь, может быть выполнен Г-образным, наклонным, по дуге окружности или криволинейным.
Конструкция предлагаемого резца показана на фиг.1 - фиг.9, причем на фиг.1 показан главный вид; на фиг.2 вид сверху; на фиг.3 сечение головки резца плоскостью параллельной опорным поверхностям, проходящей через паз, образующий перемычку; на фиг.4 - фиг.6 показаны сечения головки резца плоскостью перпендикулярной главной режущей кромке, иллюстрирующие возможные формы паза; на фиг.7 показана диаграмма, иллюстрирующая
принцип работы устройства; на фиг.8 показана 3D - модель резца на примере прямого проходного; на фиг.9 показана 3D - модель резца на примере проходного отогнутого.
Резец содержит головку 1, соединенную с державкой 2 посредством перемычки 3, расположенной непосредственно у задней поверхности резца, а ось наибольшей жесткости сечения перемычки 3 параллельна главной режущей кромке, причем перемычка 3 образована пазом, начинающимся на верхней грани державки 2 в непосредственной близости от головки 1, параллельным главной режущей кромке и обращенным к задней поверхности резца. Паз, в свою очередь, может быть выполнен Г-образным, наклонным, по дуге окружности или криволинейным.
В результате наблюдается повышение качества и снижение энергоемкости обработки путем пространственно - временной адаптации положения режущих кромок инструмента в процессе автоколебаний головки вокруг оси, параллельной главной режущей кромке.
Работает резец следующим образом.
ср
В процессе токарной обработки, вследствие прерывистого характера процесса резания, происходит постоянное изменение силы резания P(t). Поэтому сила резания складывается из двух составляющих: постоянной (так называемого среднего сопротивления резанию) Р (см. фиг.7) и накладывающейся на нее переменной, которая в первом приближении может быть представлена изменяющейся по закону синусоиды p(t)=p sin (ωt+φ), показанной на фиг.7 сплошной линией.
Тогда сила резания определится согласно выражению
где ω=2πf, а f - в свою очередь частота собственных колебаний процесса резания, в качестве которых рассматривается процесс постепенного накопления
деформаций в зоне резания и последующего разрушения, приводящего к образованию дискретных элементов стружки.
Такую же частоту собственных колебаний (или несколько большую в результате нагружения постоянной составляющей силы резания) будет иметь и головка резца 1, соединенная с державкой 2 посредством перемычки 3.
э
γ
В исходном положении передний угол резца, измеренный по нормали к главной режущей кромке, равен γ. В первой фазе (см. фиг.7а) под действием увеличивающейся в процессе резания силы увеличивается момент, действующий на свободный конец перемычки 3. Параметры перемычки 3 и ее положение выбраны таким образом, чтобы равнодействующая сил резания приводила к уменьшению зазоров с до с' и d до d', отделяющих головку резца 1 от державки 2, то есть повороту ее по часовой стрелке (см. фиг.7б). Этим обеспечивается положительная обратная связь в процессе резания по переднему углу, способствующая возбуждению автоколебаний в противофазе к изменению силы резания. В результате этого при увеличении момента, воздействующего на перемычку 3, увеличивается ее прогиб, а, следовательно, и угол поворота головки резца 1 вокруг оси, параллельной оси наибольшей жесткости сечения перемычки 3 и расположенной в плоскости ее соединения с державкой 2. Это приводит к увеличению и переднего угла до γ - так называемого эффективного переднего угла. Увеличение этого угла приводит к уменьшению момента, воздействующего на перемычку 3, так как функция Р=f() носит убывающий характер.
min
При уменьшении момента, воздействующего на перемычку 3, наступает третья фаза (см. фиг.7в), уменьшается ее прогиб, а, следовательно, и угол поворота головки резца 1 вокруг соответствующей оси. Это приводит к уменьшению переднего угла до γ, а следовательно, к увеличению силы резания.
Влияние переднего угла на составляющие силы резания (и в конечном итоге на саму силу резания) выражается зависимостью (для равнодействующей)
р
э
где q - показатель степени, равный константе для соответствующей составляющей силы резания. Таким образом, среднее значение силы резания является функцией некоторого эффективного переднего угла γ.
э
γ
γэ
э1
эпр
Поэтому при увеличении переднего угла от γ до γ будет происходить уменьшение переменной составляющей силы резания от p до p на величину Δр. Причем изменяется и среднее значение силы, поскольку эффективное значение переднего угла для резца прототипа меньше, чем для резца предлагаемой конструкции, то есть γ>γ.
Поскольку переменная составляющая силы резания изменяется по синусоидальному закону, изменение переднего угла γ также будет происходить по синусоидальному закону и уменьшение переменной составляющей силы резания, показанной на фиг.7 штриховой линией, запишется в виде:
то есть будет происходить с той же частотой, что и изменение переменной составляющей силы резания, но в идеальном случае в противофазе с последней.
Силу резания, теперь, можно представить как
ср
откуда видно, что с уменьшением переменной составляющей силы резания, уменьшается постоянная или, так называемое, среднее сопротивление резанию Р, что в свою очередь приводит к снижению силы резания в целом.