УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ
DEVICE FOR VIBRATION CUTTING

Устройство относится к вспомогательным устройствам для токарных станков при обработке труднообрабатываемых материалов резанием с наложением регулируемых гармонических вынужденных колебаний на режущий инструмент.
Известны устройства, в которых вершине режущего инструмента задаются осевые, радиальные, тангенциальные колебания или их сочетания. В работе Подураева В.Н. Обработка резанием с вибрациями М., «Машиностроение», 1970. 350 с, обобщены и систематизированы исследования и устройства вибрационного резания:
- устройство вибрационного резания, в котором вершине режущего инструмента сообщают осевые колебания, то есть в найравлении продольной подачи (вдоль оси вращения заготовки). Вибрации в осевом направлении обеспечивают увеличение переднего угла (эффект заострения режущей кромки) и удовлетворительную шероховатость (Ra = 2,5 мкм). Однако режущий инструмент имеет малый период стойкости;
- устройство вибрационного резания, в котором вершине режущего инструмента сообщают радиальные колебания, то есть в направлении поперечной подачи (перпендикулярно оси вращения заготовки). Вибрации в радиальном направлении обеспечивают уменьшение среднего значения сопротивления резанию, способствуют дроблению стружки, но ухудшают шероховатость поверхности и снижают стойкость режущей кромки инструмента;
- устройство вибрационного резания, в котором вершине режущего инструмента сообщают тангенциальные колебания, то есть в направлении касательной к поверхности заготовки. Вибрации в тангенциальном направлении обеспечивают снижение сил резания, увеличение периода стойкости инструмента, при этом шероховатость обработанной поверхности получается такая же, как и при обычном резании.
Известны устройства вибрационного резания, в которых вершине режущего инструмента сообщают колебания, одновременно сочетающие два или три направления, Кумабэ Д. Вибрационное резание. М.: Машиностроение, 1985,424 с.
Известно устройство по авторскому свидетельству 429892 СССР, кл. B25b 25/02. Устройство для кинематического дробления стружки при токарной обработке / Г.А. Радощекин, В.А. Любимов, Ю.А. Шнурков Опубл. в Б. И. 1974, 20 с., в котором вершине резца, установленной на одной горизонтали с осью вращения заготовки, от отдельного привода, с помощью механизма качания, выполненного в виде эксцентрикового вала с подшипниковыми опорами в паре с эксцентриковой втулкой, сообщают гармонические колебания в направлении плоскости, пересекающей направление продольной подачи. Известное устройство содержит основание, на котором монтируют стойку, привод для сообщения резцедержателю, установленному на опоре с вкладышем, колебательного движения в плоскости, пересекающей направление продольной подачи, и механизм качания, выполненный в виде эксцентрикового вала с подшипниковыми опорами в паре с эксцентриковой втулкой, на которую установлен сухарь, скользящий в гнезде удлинения резцедержателя для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Вкладыш имеет две сопрягаемые со стойкой базовые поверхности: одну плоскую, обращенную к детали, и другую, эквидистантно расположенную относительно оси, проходящей через вершину резца. Недостатком известного устройства является наличие зазоров между сухарем и гнездом удлинения резцедержателя в механизме качания, что ведет к потере части колебаний резца, появлению трения скольжения и шума при работе и как следствие этого - быстрый износ и заклинивание механизма.
Известно устройство для вибрационного резания, патент 2212309 РФ, МКИ 7 В23В 25/00. Устройство для вибрационного резания [Текст] / А.П. Сергиев, Е.Г. Швачкин. - №2001123546/02; заявл. 22.08.2001; опубл. 20.09.2003, Бюл. №26. - 7 с. В указанном устройстве наиболее близкая по технической сущности и достигнутому результату совокупность существенных признаков полезной модели (принимаемой за прототип).
τ
r
В предлагаемом устройстве, как и в прототипе, амплитуда колебаний задается эксцентриковым механизмом, в механизме качания генерируются гармонические колебания маятникового типа на вершине резца, имеющие тангенциальную (А) и радиальную (A) составляющие амплитуды колебаний, функционально связанные между собой.
Существенным недостатком известного устройства, принятого за прототип, является невозможность устанавливать и поддерживать в стабильном состоянии колебания с амплитудой менее 50 мкм, что связано с наличием посадок с зазором в кинематических узлах устройства. Указанная погрешность (дрейф) в значениях амплитуд колебаний увеличивается по мере эксплуатации устройства. Другим недостатком известного устройства является необходимость частичного демонтажа резцедержательной головки станка и уменьшение визуальной зоны обзора за процессом точения при компоновке устройства в горизонтальной плоскости.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в возможности устанавливать минимальные зазоры во всей размерной цепи взаимодействующих механизмов и проводить периодическую подналадку системы в процессе эксплуатации.
Устройство имеет направляющие элементы, позволяющие устанавливать его на резцедержатель любого токарного станка. Вертикальная компоновка элементов устройства не сужает зону визуального осмотра за процессом резания.
Компоновка устройства предлагаемого изобретения представлена на фиг. 1 (фронтальный вид), фиг. 2 (вид сбоку) и сечениями А-А, Б-Б, фиг. 3. Механизм формирования маятниковых колебаний представлен на фиг. 4.
Устройство смонтировано на коробчатом основании 1, на котором крепится подшипниковый узел 2 привода эксцентрикового механизма 3.
Вращение вала 4 осуществляется от электродвигателя 5 через клиноременную передачу, закрытую кожухом 6. На валу 4 находится эксцентриковая втулка 7 с фиксатором эксцентриситета 8. Эксцентриситет через вилку 9 передается корпусу резцедержателя 10. Резцедержатель 10 соединен с вилкой 9 болтами 11 с коническими элементами 12, служащими полуосями механизма формирования маятниковых колебаний резца, и фиксируются контргайками 13. Аналогично корпус резцедержателя 10 соединен с корпусом 1 через стойки 14.
Устройство монтируется в резцедержатель любого токарного станка с помощью направляющих 15 и 16, жестко смонтированных в корпусе 1.
Токарный резец фиксируется в резцедержателе болтами 17. Установление режимов виброрезания с амплитудами 10-12 мкм обеспечивается конструктивным исполнением подшипниковых узлов 2 и 3, выбором посадок и регулировкой (минимизацией) радиальных зазоров в конических подшипниках за счет осевого смещения внутренних колец относительно наружных колец осевым поджатием и фиксацией резьбовой втулкой 18 в узле 2 и гайкой с фиксатором 19 в узле 3. Конструктивное решение подшипниковых узлов 2 и 3 обеспечивает стабильность параметров колебаний даже при нагреве в процессе длительного технологического цикла виброточения, так как с тепловым удлинением вала 4 зазоры в конических подшипниках пропорционально увеличиваются, т.е. заклинивание и перегрев подшипников не происходит.
Минимизация зазоров в соединениях механизма формирования маятниковых колебаний обеспечивается коническими элементами 12 полуосей 11 и их фиксации контргайками 13. Подналадка зазоров происходит при смене инструмента, при смене режимов или параметров виброточения.