ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ДЕТАЛИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при сверлении и растачивании глубоких отверстий с использованием балансиров.
Основной причиной возникновения погрешностей при обработке глубокого отверстия детали являются вибрации контактной пары «инструмент-заготовка». Вибрации возникают по различным причинам, имеют произвольное направление и оказывают влияние на динамику процесса обработки. При этом контактная пара «инструмент-заготовка» обладает частотой собственных колебаний, которая изменяется в процессе обработки. При условии наличия вибраций возможно возникновение резонанса на частоте близкой к частоте собственных колебаний контактной пары «инструмент-заготовка». Резонанс приводит к резкому увеличению амплитуды колебаний инструмента, отклонению оси инструмента от заданного положения и погрешностям обработки отверстия. Таким образом, для повышения точности обработки отверстия необходимо контролировать текущую амплитуду колебаний детали, например с помощью регистрации сигнала датчика ускорений, и обеспечивать снижение амплитуды колебаний детали в процессе обработки.
Известен балансир для повышения точности сверления глубокого отверстия в детали (см. патент RU №2421302 С1, МПК В23В 35/00, опубл. 20.06.2011). Балансир выполнен в виде массивных кольцевых элементов, закрепленных на заготовке. Расположение балансира задают исходя из модели распределения механических свойств заготовки. Для чего производят замеры твердости заготовки по сечениям вдоль ее оси.
Недостатком данного способа является то, что установка и расчет балансира, исходя из распределения механических свойств по сечениям заготовки детали, позволяет частично демпфировать ее вибрации.
Однако, предварительный замер твердости по сечениям заготовки не позволяет учесть погрешности формы заготовки, такие как отклонение от прямолинейности и увод оси отверстия при расчете установки балансиров, что снижает эффективность описанных балансиров.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту, т.е. прототипом, является балансир для способа сверление глубокого отверстия в детали (см. патент RU №2539539 С2, МПК В23В 35/00, опубл. 15.05.2013). Балансир выполнен в виде массы, закрепленной на упругом подвесе, и расположен на кольцевом фиксаторе, который установлен на детали, на половине расстояния между каждой из соседних пар опор. При этом жесткость упругого подвеса и массу каждого используемого балансира рассчитывают из условия равенства угловой скорости вращения детали, определяемой в зависимости от заданных режимов обработки, и частоты собственных колебаний балансира.
Существенным недостатком данного способа является то, что балансир предложенной конструкции позволяет демпфировать колебания из строго определенного диапазона частот, исходя из частоты собственных колебаний межлюнетного участка контактной пары «инструмент-заготовка». При этом, в процессе обработки частота собственных колебаний этого участка изменяется по причине наличия погрешностей заготовки и предложенный способ обработки с использованием балансиров не приведет к полному демпфированию колебаний.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение влияния погрешностей заготовки на точность ее обработки.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели, является повышение точности обработки заготовки за счет уменьшения амплитуды колебаний контактной пары «инструмент-заготовка».
Указанный технический результат достигается тем, что гаситель колебаний детали при обработке глубоких отверстий содержит балансиры, закрепленные на кольцевом фиксаторе, при этом каждый балансир выполнен в виде массы, закрепленной на упругом подвесе, причем гаситель колебаний дополнительно содержит датчики ускорений, усилитель, электромагнитные вибраторы, каждый из которых состоит из закрепленного на массе балансира якоря и электромагнита с катушкой, установленного на кольцевом фиксаторе, при этом каждый датчик ускорений расположен в отдельном пазу кольцевого фиксатора на оси, которую образуют оппозитные подвесы балансиров, с углом смещения 90° и соединен через усилитель с входом соответствующего электромагнита.
Гаситель колебаний детали при обработке глубоких отверстий оснащен датчиками ускорений. Это позволяет регистрировать вибрации контактной пары «инструмент-заготовка» в процессе обработки отверстия для передачи ее через усилитель на электромагнитный вибратор, что позволяет возбуждать колебания массы балансира в противофазе исходным колебаниям и приводит к снижению амплитуды колебаний детали.
На кольцевом фиксаторе установлен электромагнитный вибратор, состоящий из закрепленного на массе балансира якоря, электромагнита и катушки, при этом электромагнит соединен с датчиком ускорений. Это позволяет возбуждать колебания массы балансира в противофазе исходным колебаниям, что приводит к снижению амплитуды колебаний детали.
Датчики ускорений расположены в отдельных пазах кольцевого фиксатора на оси, которую образуют оппозитные подвесы балансиров, с углом смещения 90°. Таким образом, каждая пара датчиков регистрирует свою составляющую вектора вибрации, что приводит к снижению амплитуды колебаний детали, направление которых заранее не известен.
На чертеже представлена конструктивная схема гасителя колебаний детали при обработке глубоких отверстий.
Гаситель колебаний детали состоит из кольцевого фиксатора 1, который обеспечивает крепление всех элементов на детали. На кольцевом фиксаторе 1 закреплены балансиры, выполненные в виде массы 2 закрепленной на упругом подвесе 3. В кольцевом фиксаторе 1 на осях, которые образуют оппозитные подвесы балансиров с углом смещения 90° выполнены четыре прямоугольных паза, в каждом из которых, расположен датчик ускорений 4, который регистрирует составляющую вектора вибраций на ту плоскость, в которой он находится. Датчик ускорений 4 соединен через усилитель 5 для усиления сигнала, с соответствующим электромагнитным вибратором. Электромагнитный вибратор состоит из электромагнита 6 с катушкой 7, закрепленного на кольцевом фиксаторе 1, что обеспечивает возможность колебаний якоря 8, закрепленного на массе 2 балансира.
Гаситель колебаний детали работает следующим образом.
Перед обработкой отверстия гаситель колебаний детали устанавливают на заготовку между каждой из соседних пар опор с помощью кольцевого фиксатора 1, это обеспечивает крепление всех элементов гасителя на детали без смещения в процессе обработки. Во время обработки по причине наличия погрешностей заготовки возникает вибрация контактной пары «инструмент-заготовка». Так как каждая пара датчиков ускорения 4 смещена на 90° относительно другой пары, то в процессе обработки каждый из датчиков ускорения 4 регистрирует проекцию вектора вибраций на ту плоскость, в которой он находится. Таким образом, каждая пара датчиков ускорения 4 регистрирует составляющую вектора вибраций, передает сигнал через усилитель 5 на соответствующую пару электромагнитов 6 с катушкой 7, каждый из которых возбуждает колебания соответствующего якоря 8, установленного на массе 2 балансира, что приводит к синфазному колебанию каждой пары балансиров в противофазе исходным вибрациям контактной пары «инструмент-заготовка» и снижению амплитуды колебаний детали.
Гаситель колебаний детали при обработке глубоких отверстий предложенной конструкции позволяет повысить точность обработки заготовки за счет уменьшения амплитуды колебаний контактной пары «инструмент-заготовка» независимо от причины их возникновения и направления.