ДЕРЖАТЕЛЬ ИНСТРУМЕНТА С ДЕМПФИРУЮЩИМ СРЕДСТВОМ
TOOL HOLDER WITH DAMPER

Настоящее изобретение относится к приспособлениям для станков с числовым программным управлением, обрабатывающих центров, передвижных механических постов и мастерских, в частности, касается держателя с демпфирующим средством.
В силу своей конструкции держатели инструментов подвержены вибрациям, что мешает их нормальной работе. Эти вибрации возникают все чаще, так как рабочие скорости современных станков постоянно возрастают.
Для устранения этих недостатков было предложено оборудовать держатели инструментов средством гашения колебаний, позволяющим адаптировать их жесткость к условиям работы.
В документе US 3447402 описано такое устройство, выполненное в виде демпфирующего груза, расположенного в соосной ему полости и удерживаемого в ней путем зажатия между упругодеформируемыми вкладышами, при этом регулирование жесткости осуществляют при помощи упорного средства, нагруженного пружиной, усилие которой можно регулировать посредством винтового механизма.
В документе FR 2173957 описано регулируемое демпфирующее средство для станков, установленное в осевом отверстии шпинделя и соединенного с этим шпинделем при помощи кольцевых упругих элементов, установленных на конусных концах демпфирующего средства с возможностью их сжатия для регулирования жесткости.
В документе ЕР 0571490 представлено другое демпфирующее средство, выполненное в виде центральной цилиндрической опоры, расположенной в корпусе держателя инструмента и на которой установлен демпфирующий корпус. Этот демпфирующий корпус соединен с центральной цилиндрической опорой через упругие элементы, установленные на концах демпфирующего корпуса и удерживаемые при помощи шайб, соединенных с центральной опорой. Аналогичное устройство описано в документе ЕР 1248692.
Во всех этих известных устройствах удержание демпфирующего средства в осевом отверстии происходит за счет воздействия упругодеформируемых элементов на концы средства, причем только за счет воздействия на указанные концы, то есть без контакта указанных упругодеформируемых элементов с образующей демпфирующего средства (US 3447402 и FR 2173957). В двух документах, описывающих использование центральной цилиндрической опоры, также отсутствует контакт образующей демпфирующего средства с упругодеформируемым элементом, который мог бы входить также в контакт с полостью, в которой расположено демпфирующее средство.
Отсюда следует, что влияние на жесткость шпинделя, оборудованного таким демпфирующим средством, возможно только воздействием на его концы, то есть демпфирование осуществляется в основном в осевом направлении и поэтому не может быть оптимальным.
Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков и создание держателя инструмента с демпфирующим средством, позволяющего устранить вибрационные явления, связанные с усилиями резания и со скоростями обработки, простого по конструкции и в применении.
Для решения этой задачи в держателе инструмента, таком как расточная головка или фрезерная оправка, снабженном демпфирующим средством в виде удлиненного тела, расположенного в полости на конце держателя инструмента, имеющей соответствующие форму и размеры и закрытой на своем конце приемным корпусом расточной головки или элементом фрезерной оправки, согласно изобретению демпфирующее средство является средством только радиального поглощения вибрации и снабжено по меньшей мере одним упругодеформируемым элементом по меньшей мере вблизи каждого его конца, при этом указанные упругодеформируемые элементы расположены между демпфирующим средством и стенкой полости в держателе инструмента и зажаты между ними, при этом концы демпфирующего средства находятся в полости свободно.
Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, представленных в качестве неограничивающих примеров, со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи.
На фиг.1 показан держатель инструмента с демпфирующим средством в соответствии с настоящим изобретением, вид в разрезе;
на фиг.2 - то же, первый вариант выполнения;
на фиг.3 - то же, второй вариант выполнения.
На фиг.1-3 в качестве примеров показан держатель 1 инструмента в виде расточной головки, снабженный демпфирующим средством 2 в виде удлиненного тела, расположенного полости 3 на конце держателя 1 инструмента. Полость 3 по форме и размерам соответствует форме и размерам удлиненного тела и закрыта на своем конце приемным корпусом 4 расточной головки. Полость 3 держателя 1 инструмента закрывают путем прямого завинчивания центрирующего средства 41 на приемный корпус 4 расточной головки или путем посадки этого корпуса в конец полости и его стопорения при помощи винта. На фиг.1-3 показан пример осуществления изобретения, относящийся к расточной головке, однако изобретение можно использовать также и для, например, фрезерной оправки.
Полость 3 в держателе 1 инструмента выполнена таким образом, чтобы потеря статической жесткости не превышала 5% по сравнению со сплошным цилиндром и чтобы глубина полости была равна двойному значению диаметра держателя 1 инструмента. В случае использования держателя 1 инструмента в качестве расточной головки приемный корпус 4 указанной расточной головки предпочтительно оборудуют центрирующим устройством 41, завинчиваемым с небольшим шагом в держателе 1 инструмента и блокируемым от вращения при помощи непоказанных штифтов.
Согласно изобретению демпфирующее средство 2 является средством только радиального поглощения вибраций и оборудовано по меньшей мере одним упругодеформируемым элементом 5 по меньшей мере вблизи каждого конца. При этом указанные упругодеформируемые элементы 5 расположены между демпфирующим средством 2 и стенкой полости 3 в держателе 1 инструмента и зажаты между ними. Концы демпфирующего средства находятся в полости 3 свободно, т.е. на них не оказывается давления. Таким образом, демпфирующее средство 2 удерживается в полости 3 только упругодеформируемыми элементами 5, а его концы являются свободными относительно с одной стороны дна полости 3, а с другой стороны - относительно задней стороны приемного корпуса 4 расточной головки или другого держателя. Отсутствие давления на концы демпфирующего средства 2 приводит к тому, что любое действие этого средства происходит исключительно в радиальном направлении.
Предпочтительно, как показано на фиг.1-3, упругодеформируемые элементы 5 выполнены в виде кольцевых элементов из виброизоляционного материала и закреплены на демпфирующем средстве 2 за счет взаимодействия с кольцевыми пазами 5', выполненными в указанном демпфирующем средстве 2. Такой вариант выполнения демпфирующего средства 2 позволяет отказаться от любого регулирования жесткости демпфирующего средства 2 и, следовательно, упростить его использование и оптимизировать работу.
Демпфирующее средство 2 может быть оборудовано более чем двумя упругодеформируемыми элементами 5. В этом случае упругодеформирующиеся средства 5 предпочтительно расположены с каждого конца через равные промежутки и в равном количестве. Таким образом, можно менять частоты демпфирования и, следовательно, жесткость держателя 1 инструмента.
Чтобы избежать ударного воздействия или продольного биения демпфирующего средства 2 в полости 3, на дно указанной полости 3 или на центрирующее устройство 41 приемного корпуса 4 расточной головки или другого держателя согласно первому варианту выполнения предпочтительно на каждом торце демпфирующего средства 2 выполнен кольцевой паз 2' для размещения кольцевой прокладки 6. При этом длина демпфирующего средства 2 с такими кольцевыми прокладками 6 немного меньше длины полости 3, закрытой центрирующим устройством 41 приемного корпуса 4 расточной головки или другого держателя.
Согласно варианту выполнения показанному на фиг.2, ударного воздействия или продольного биения можно также избежать путем выполнения кольцевых пазов 3' и 41' соответственно в дне полости 3 и на задней стороне центрирующего устройства 41 приемного корпуса 4 расточной головки или другого держателя. Эти кольцевые пазы 3' и 41' снабжены кольцевыми прокладками 7, при этом расстояние между кольцевыми прокладками 7 в собранном положении демпфирующего средства 2 предпочтительно слегка превышает длину демпфирующего средства 2. Таким образом, демпфирующее средство 2 установлено в держателе 1 инструмента с возможностью очень незначительного осевого смещения, но без фиксации.
Предпочтительно упругодеформируемые элементы 5, а также прокладки 6 и 7 выполнены в виде уплотнительных колец, например, из нитрила, а демпфирующее средство 2 предпочтительно выполнено из высокопрочной стали.
Согласно изобретению, демпфирующее средство 2 предназначено для создания ответной реакции в противофазе по отношению к смещению держателя 1 инструмента и, следовательно, для его стабилизации. Для оптимальной работы узла, образованного демпфирующим средством 2 и упругодеформируемыми элементами 5, этот узел должен быть установлен в зоне максимальной амплитуды, т.е. максимально близко к режущей кромке, располагаясь в полости 3 со стороны держателя инструмента. Кроме того, этот узел должен иметь собственную частоту, равную первой собственной частоте держателя 1 инструмента.
Размеры демпфирующего средства 2 определяют в зависимости от смещения, допустимого для держателя 1 инструмента.
Предпочтительно диаметр демпфирующего средства 2 меньше диаметра полости 3 в держателе 1 инструмента примерно на 1 мм, а наружный диаметр упругодеформируемых элементов 5 превышает внутренний диаметр полости 3 на 0,1-0,9 мм. В результате демпфирующее устройство 2 теоретически может иметь радиальное биение примерно 1 мм по отношению к его диаметру, т.е. примерно 0,5 мм по отношению к радиусу. Увеличение размеров упругодеформируемых элементов 5 по отношению к диаметру полости 3 обеспечивает монтаж без зазора демпфирующего средства 2 в полости 3. Так обеспечивается заранее заданная жесткость держателя 1 инструмента.
Повышения жесткости можно добиться путем симметричного увеличения числа упругодеформируемых элементов 5 на каждом конце демпфирующего средства 2.
На фиг.3 показан другой вариант выполнения. В демпфирующем средстве 2 выполнено сквозное осевое отверстие 21, через которое проходит трубка 8 подачи смазочной жидкости. С одной стороны эта трубка 8 жестко крепится в держателе 1 инструмента на дне полости 3 при помощи клея или другого средства, а с другой стороны она соединена через уплотнительное кольцо 8' с центрирующим устройством 41 приемного корпуса 4 расточной головки или другого держателя. Таким образом, трубка 8 проходит насквозь через демпфирующее средство 2, но при этом не входит в непосредственный контакт ни с ним, ни со стенкой, взаимодействующей с указанным демпфирующим средством 2.
Изобретение позволяет выполнить демпфирующее средство для держателя инструмента, которое можно применять на любых типах держателя инструмента и смещение которого происходит исключительно в радиальном направлении.
Кроме того, это демпфирующее средство 2 не требует никаких дополнительных средств и специальных способов регулирования, обеспечивая при этом оптимальную работу.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается описанными и показанными на прилагаемых чертежах вариантами его осуществления, и в него могут быть внесены изменения, или касающиеся конструкции различных элементов, или путем замены этих элементов техническими эквивалентами, не выходя при этом за рамки объема изобретения.