Демпфирующий резец

Полезная модель относится к технологии машиностроения и может быть использована в инструментальном производстве.
Известен резец для чистовой обработки, содержащий державку, в которой расположена режущая пластина и узел ее крепления, вставку из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе с овальным выступом со стороны узла крепления, размещенную в выборке державки, и датчик силы (а.с. СССР №1620212, кл. B23В 27/00, 1991 г., Бюл. №2).
Недостатками являются низкое качество обработки, связанное с тем, что режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, т.е. не происходит виброизоляции их металлических поверхностей, кроме того, вставка имеет постоянную жесткость, поэтому в ней при действии на резец возмущающей силы резания возникает момент пары восстанавливающих сил, недостаточный для эффективного демпфирования колебаний резца; вставка заполняет выборку, имеющую большой объем, что приводит к перерасходу материала вставки.
Известен демпфирующий резец, содержащий режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала, обладающего свойством высокого демпфирования, выборка выполнена равномерно по периметру конца, державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены материалом упомянутой вставки, а державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом (патент РФ №2457077, МПК В23В 27/00, опубл. 27.07.2012, Бюл. №21).
Резец имеет следующие недостатки:
1. При обработке изделия возмущающая сила резания вызывает колебания резца, однако материал, обладающий свойством высокого демпфирования, имеет постоянную жесткость по всей вставке, поэтому возникающая в ней пара восстанавливающих сил, хотя и создает момент, стремящийся вернуть резец в положение статического равновесия, и демпфирует колебания, но он не достаточен, чтобы минимизировать вибрации до желаемого уровня, и не позволяет достигнуть требуемого качества обработки.
2. Перерасход материала вставки за счет того, что он заполняет зазоры по всей длине выборки державки; зазоры между поверхностями державки с выборкой и внутренней полостью металлического стакана, имеющих вид прямоугольных параллелепипедов, занимают большой объем.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества обработки и снижение расхода материала вставки.
Технический. результат по повышению качества обработки и снижению расхода материала вставки достигается тем, что в демпфирующем резце, содержащем режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала, обладающего свойством высокого демпфирования, выборка выполнена равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены материалом упомянутой вставки, а державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом, выборка выполнена с образованием, цилиндрической поверхности державки, конец державки с выборкой размещен во внутренней цилиндрической полости упомянутого стакана с образованием кольцевого зазора между цилиндрическими поверхностями державки и полостью стакана, вставка сформирована из двух размещенных на расстоянии друг от друга полувставок, изготовленных из материалов, обладающих свойством высокого демпфирования и имеющих различные жесткости, первая из полувставок расположена на конце державки со стороны основания стакана, а вторая - на противоположном конце державки с выборкой, при этом протяженности обеих полувставок меньше половины длины цилиндрической выборки державки, а жесткость первой полувставки больше жесткости второй.
На фиг. 1 представлен общий вид резца;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
1
2
Режущая пластина 1 закреплена узлом ее крепления 2 в державке 3, имеющей выборку, выполненную равномерно по периметру конца державки 3 с образованием цилиндрической поверхности диаметра d на длине L от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1. Цилиндрический конец державки 3 размещен во внутренней цилиндрической полости изготовленного в виде прямоугольного параллелепипеда металлического стакана 4 с образованием одинаковых зазоров t по основанию стакана 4 и кольцевого между цилиндрическими поверхностями державки 3 и стакана 4, при этом зазоры заполнены вставкой, сформированной из двух размещенных на расстоянии друг от друга полувставок 5, 6, изготовленных из материалов, обладающих свойствами высокого демпфирования и имеющих различные жесткости, одна из полувставок 5 расположена на конце державки 3 со стороны основания стакана. 4, а вторая полувставка 6 - на противоположном, цилиндрическом конце державки 3 с выборкой, при этом, протяженности 1 и 1 обеих полувставок 5, 6 меньше половины длины L/2 цилиндрической выборки державки 3, а жесткость первой полувставки 5 больше жесткости полувставки 6. Державка 3 установлена без контактирования со стаканом 4.
Демпфирующий резец к работе готовят в такой, последовательности.
1
2
1
2
Подбирают материалы со свойствами высокого демпфирования различных жесткостей. Материалом со свойством высокого демпфирования большей жесткости заполняют зазоры на расстоянии l со стороны основания полустакана 4 с образованием полувставки 5. Материалом меньшей жесткости заполняют кольцевой зазор на расстоянии l от выступающей части державки 3 с режущей пластиной. 1 с образованием полувставки 6. Выдерживают размеры l<L/2 и l<L/2. Таким образом, цилиндрический конец державки 3 оказывается размещенным в полувставках 5, 6 из материалов со свойствами высокого демпфирования различных жесткостей, формирующих вставку, разделяющую державку 3 и стакан 4. После этого стакан 4 размещают в резцедержателе (не показан).
Демпфирующий резец работает следующим образом.
Задают необходимые режимы резания конструкционного материала. При его обработке возмущающая сила резания вызывает колебания резца. В случае изготовления вставки по всей длине выборки 3 или состоящей из полувставок. 5, 6 из материалов со свойствами высокого демпфирования одинаковой жесткости, в цельной вставке возникает пара восстанавливающих сил, а в полувставках 5, 6 - две одинаковые пары восстанавливающих сил, создающих моменты, стремящиеся вернуть резец в положение статического равновесия и демпфирующие колебания, но недостаточные, чтобы минимизировать вибрации до желаемого уровня (пара сил - это две равные по модулю параллельные силы, направленные в противоположные стороны; момент пары - произведение модуля одной силы пары на плечо; плечо - кратчайшее расстояние между параллельными силами пары).
Так как вставка сформирована из полувставок 5, 6 из материалов со свойствами высокого демпфирования различных жесткостей, при чем жесткость полувставки 5 больше жесткости полувставки 6, то в полувставках 5 и 6 действуют восстанавливающие параллельные силы, направленные в противоположные стороны и не равные по модулю, при этом модули сил в полувставке 5 больше модулей сил в полувставке 6. Поэтому, кроме момента от пары сил, равных по модулю силам в полувставке 6, в полувставке 5 действует еще силы, равные величине разности модулей сил в полувставках 5, 6 и создающие дополнительный восстанавливающий момент, что повышает эффективность демпфирования колебаний резца. (Дополнительный момент равен произведению величины разности указанных сил на плечо). Таким образом, происходит высокоэффективное демпфирование продольных, поперечных вибраций и ударных нагрузок, возникающих в процессе резания, и повышается надежность протекания этого процесса как в токарных, так и в строгальных технологических операциях. Поэтому путем подбора разных жесткостей материалов со свойством высокого демпфирования в полувставках 5, 6 возможно минимизировать вибрации резца до необходимого уровня и достигнуть требуемого качества обработки.
1
2
Экономия материала вставки происходит за счет размещения на расстоянии друг от друга ее полувставок 5, 6 и их протяженностей l и l, меньших половины длины L/2 выборки конца державки 3, а также минимизации объемов материалов полувставок 5, 6, заполняющих кольцевой зазор между цилиндрическими поверхностями выборки державки 3 и полостью стакана 4.
1
2
Оригинальностью предложенного демпфирующего резца является то, что выборка выполнена с образованием цилиндрической поверхности державки 3, конец державки 3 с выборкой размещен во внутренней цилиндрической полости упомянутого стакана 4 с образованием кольцевого зазора между цилиндрическими поверхностями державки 3 и полостью стакана 4, вставка сформирована из двух размещенных на расстоянии друг от друга полувставок 5, 6, изготовленных из материалов, обладающих свойством высокого демпфирования и имеющих различные жесткости, первая из полувставок 5 расположена на конце державки 3 со стороны основания стакана 4, а вторая 6 - на противоположном конце державки 3 с выборкой, при этом протяженности l, l обеих полувставок 5, 6 меньше половины длины L/2 цилиндрической выборки державки 3, а жесткость первой полувставки 5 больше жесткости второй 6, что позволяет
1. Повысить качество обработки путем увеличения эффективности демпфирования колебаний резца за счет формирования вставки из двух полувставок, изготовленных из материалов, обладающих свойством высокого демпфирования и имеющих различные жесткости, причем жесткость полувставки, расположенной на конце державки со стороны основания собранного стакана, больше жесткости полувставки, размещенной на противоположном конце державки с выборкой.
2. Снизить расход материала, вставки, так как она состоит из двух размещенных на расстоянии друг от друга полувставок, при этом протяженности обеих полувставок меньше половины длины выборки конца державки, кроме того, вставка заполняет кольцевой зазор между цилиндрической выборкой державки и цилиндрической полостью стакана, минимизируя расход материалов вставок.
Это приводит к техническому результату по повышению качества обработки и снижению расхода материала вставки.