УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДЕМПФИРУЮЩИЙ РЕЗЕЦ
DAMPER CUTTER

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при обработке материалов резанием.
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 датчика силы (а.с. СССР №1620212, кл. В23В 27/00), 1991 г., Бюл.№2).
Недостатками являются: низкое качество обработки из-за малого демпфирования возникающих в процессе резания колебаний, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, кроме того, при больших силах резания происходит деформация выступающей части державки, ослабленной выборкой в ней, что ведет к снижению устойчивости процесса резания.
5
Известен резец, содержащий державку, в которой расположены режущая пластина и узел ее крепления, и вставку из материала с высоким демпфированием, размещенную в выборке державки, резец снабжен подвижным упором, размещенным в опорной части, выполненной на державке и имеющей выборку, при этом продольная ось упора параллельна продольной оси резца, а в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки выполнен упругий шарнир, причем на вставке выполнен выступ, размещенный в выборке опорной части (патент РФ №2009768, MПK B23B 27/00, 1994 г.).
Указанный резец имеет следующие недостатки:
1. Низкое качество обработки из-за неэффективности демпфирования возникающих в процессе резания вибраций, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, а вставка из материала с высоким демпфированием размещена в выборке внутри державки, то есть не происходит виброизоляция режущей пластины и узла ее крепления от металлических поверхностей державки и резцедержателя.
2. Недостаточная надежность устойчивого процесса резания, связанная с тем, что подвижный упор посредством резьбового соединения размещен в державке и при силовом замыкании его с резцедержателем возникают ударные нагрузки при вибрации контактируемых металлических частей упора и резцедержателя, потому что выступ на вставке, размещенный в выборке опорной части, незначительно ослабляет колебания вдоль оси упора.
3. Сложность конструкции резца, снабженного подвижным упором в опорной части державки с выборкой в ней, а также с выполнением упругого шарнира в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки.
4. Большой расход материала с высоким демпфированием на изготовление вставки, размещенной во внутренней выборке державки с выступом в опорной ее части.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощение конструкции резца и снижение его материалоемкости.
Технический результат по повышению качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощению конструкции резца и снижению его материалоемкости достигается тем, что демпфирующий резец, содержащий державку, режущую пластину и узел ее крепления, выборку в державке и вставку из материала с высоким демпфированием, снабжен металлической оправкой и тонкостенным контейнером, причем режущая пластина узлом ее крепления жестко фиксирована на верхней поверхности оправки, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере с равномерными зазорами по его основанию и стенкам, заполненными вставкой из материала с высоким демпфированием, при этом верхняя поверхность оправки установлена выступающей над контейнером без соприкосновения с ним режущей пластины и узла ее крепления, а контейнер неподвижно закреплен в выборке, выполненной по форме контейнера и ориентированной по нормали к верхней плоскости переднего конца державки, с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины и узла ее крепления на оправке с державкой.
На фиг.1 представлен общий вид резца; на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Режущая пластина 1 узлом ее крепления 2 жестко фиксирована на верхней поверхности Б металлической оправки 3, изготовленной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а оправка 3 установлена выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2. В выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, неподвижно закреплен контейнер 4 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6 и с возможностью обработки режущей пластиной 1 материала изделия.
В зависимости от вида выполняемой технологической операции жесткое фиксирование режущей пластины 1 соответствующей формы на верхней поверхности Б металлической оправки 3 может быть осуществлено узлом крепления 2 любой конструкции, в том числе и специальными резцовыми вставками.
Металлическую оправку 3, изготовленную в виде прямоугольного параллелепипеда и с жестко фиксированной на ней при помощи узла крепления 2 режущей пластиной 1, размещают в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам. Зазоры t заполняют (например, заливают) высоконаполненным композиционным материалом на полимерной основе. Возможно и размещение оправки 3 с режущей пластиной 1 и узлом ее крепления 2 в заполненный высоконаполненным композиционным материалом контейнер 4 с обеспечением равномерных зазоров t. После полимеризации и отвердевания высоконаполненной композиции на полимерной основе между оправкой 3 и контейнером 4 образуется вставка 5 из материала с высоким демпфированием и хорошей адгезией (сцеплением) с боковыми поверхностями и основаниями оправки 3 и контейнера 4. Оправку 3 устанавливают выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2, при этом должна быть исключена возможность вырыва оправки 3 из контейнера 4. Этого возможно достигнуть необходимыми глубиной расположения оправки 3 в контейнере 4 и размерами t зазоров. Расход материала с высоким демпфированием для изготовления вставки 5 незначителен, так как она заполняет лишь зазоры между державкой 3 и контейнером 4.
Неподвижное закрепление контейнера 4 в выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, осуществлено, например, запрессовкой контейнера 4 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6, то есть с образованием гарантированного пространства между режущей пластиной 1, узлом ее крепления 2 и верхней плоскостью В державки 6, при этом возможна обработка режущей пластиной 1 материала изделия. Контейнер 4 может быть изготовлен, например, металлическим, из текстолита или другого конструкционного материала, причем контейнер выполняют тонкостенным для уменьшения размеров державки 6.
Процесс резания обрабатываемого материала демпфирующим резцом осуществляют следующим образом.
При обработке режущей пластиной 1 материала изделия возникает сила резания. Воспользуемся теоремой о параллельном переносе силы. Силу резания, не изменяя оказываемого действия, перенесем параллельно ей самой в любую точку оправки 3, прибавляя при этом пару с моментом, равным моменту переносимой силы относительно точки, куда сила переносится (точка не показана). Тогда на оправку 3 действуют активные сила резания и изгибающий момент, а вставка 5 из материала с высоким демпфированием воздействует на оправку 3 восстанавливающей силой, силой сопротивления и моментом сопротивления, причем силы вставки 5 направлены по одной прямой в противоположную сторону от силы резания, а момент сопротивления противоположен изгибающему моменту. Восстанавливающая сила пропорциональна величине линейного перемещения оправки 3, а момент сопротивления - углу поворота оправки 3. Вставка 5 выполнена из материала с высоким демпфированием, поэтому ее сила сопротивления пропорциональна второй или высшей степени скорости перемещения оправки 3.
Так как оправка 3 с жестко фиксированной на ней узлом крепления 2 режущей пластиной 1 размещена во вставке 5 из материала с высоким демпфированием без возможности контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 с контейнером 4 и державкой 6, то происходит высокоэффективное демпфирование возникающих в процессе резания вибраций и ударных нагрузок за счет виброизоляции режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на державке 3 от державки 6 и резцедержателя. Тем самым обеспечивается высокое качество обработки и надежность устойчивого процесса резания.
Державка 6 испытывает действующие усилия, равные разностям силы резания и суммы сил восстанавливающей и сопротивления, а также изгибающего момента и момента сопротивления материала вставки 5. Подбирая жесткость материала с высоким демпфированием вставки 5, можно минимизировать внешние воздействия на державку 6 и, следовательно, изгибы выступающего конца державки 6 без дополнительных конструктивных разработок, так как выборка в державке занимает незначительный объем и при низких внешних нагрузках практически не снижает жесткость и прочность державки.
При изменении параметров резания или вида технологического процесса захваты съемника вводят в пространство между режущей пластиной 1, узлом ее крепления 2 на оправке 3 и верхней плоскостью В державки 6 для выпрессовки контейнера 4 из выборки державки 6. После этого в выборке державки 6 неподвижно закрепляют контейнер 4 с новыми режущей пластиной 1 и узлом ее крепления 2 на державке 3, а также вставкой 5 из материала с высоким демпфированием необходимой жесткости, заполняющего рассчитанные зазоры t между оправкой 3 и контейнером 4. Поэтому демпфирующий резец может быть использован как для токарных, так и строгальных технологических операций.
Оригинальностью предложенного демпфирующего резца является то, что режущая пластина 1 узлом ее крепления 2 жестко фиксирована на верхней поверхности Б металлической оправки 3, изготовленной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а оправка 3 установлена выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2, в выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, а контейнер 4 неподвижно закреплен в державке резца 6 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6 и возможностью обработки режущей пластиной 1 материала изделия. Это позволяет:
1. Повысить качество обработки эффективным демпфированием возникающих в процессе резания вибраций за счет того, что оправка с жестко фиксированной на ней узлом крепления режущей пластины размещена во вставке из материала с высоким демпфированием без возможности контактирования режущей пластины и узла ее крепления с контейнером и державкой.
2. Повысить надежность устойчивого процесса резания, так как вставка из материала с высоким демпфированием виброизолирует ударные нагрузки как в направлении от детали и режущей пластины к державке и резцедержателю, так и в обратном - от резцедержателя и державки к режущей пластине и детали.
3. Упростить конструкцию резца, так как подбором жесткости материла с высоким демпфированием вставки минимизируются внешние нагрузки на державку и, следовательно, изгибы выступающего ее конца без дополнительных конструкторских разработок.
4. Снизить материалоемкость резца за счет уменьшения расхода материала с высоким демпфированием для изготовления вставки, так как она заполняет лишь зазоры, объем которых незначителен, между державкой и контейнером.
Таким образом, предлагаемый демпфирующий резец позволяет достичь технического результата по повышению качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощению конструкции резца и снижению его материалоемкости.