Удлинитель виброгасящий инструмента для глубокого сверления
VIBRATION DAMPING TOOL EXTENSION FOR DEEP DRILLING

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к удлинителю для инструмента, имеющего функцию подавления вибраций при механической обработке стальных деталей, и может быть использовано при сверлении глубоких (глубиной до 12 номинальных диаметров отверстия) отверстий сверлами большого диаметра (от 45 до 270 мм).
Обработка резанием с помощью режущего инструмента, например, обработка глубоких отверстий, является сложной технологической задачей, при обработке необходимо учитывать многие параметры. Более того, при увеличении вылета инструмента, жесткость инструмента снижается, возникают вибрации, ухудшается шероховатость обрабатываемой поверхности и точность размера диаметра отверстия, возможно повреждение инструмента.
При установке режущего инструмента в шпиндель металлообрабатывающего станка в некоторых случаях требуется установка промежуточного демпфирующего устройства, предназначенного для ограничения вибраций инструмента. В случае вращающегося инструмента, например, сверла, вибрации могут быть вызваны сопротивлением, с которым сталкивается режущий инструмент при контакте с материалом заготовки. Вибрации также могут повлиять и на точность обработки детали. Промежуточное демпфирующее устройство позволяет компенсировать вибрации, которые могут создаваться вращающимся инструментом.
Промежуточное демпфирующее устройство представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого располагается цилиндрическая абсорбирующая масса с центральным отверстием, с расположенными на периферии абсорбирующей массы с центральным отверстием демпфирующими втулками и удерживаемая на месте набором демпфирующих колпачков. Основная функция абсорбирующей массы с центральным отверстием состоит в том, чтобы поглощать вибрации, возникающие при резании, и, в частности, сопротивление, с которым сталкивается режущий инструмент. Промежуточное демпфирующее устройство устанавливается на одной оси с осью вращения машины и инструмента.
Известен подвижный элемент для демпфирующей системы, включающий в себя абсорбирующую массу, расположенную в корпусе демпфирующей системы (патент на изобретение № US 2016305503 Α1, МПК B23Q 11/00, F16F 7/10, F16F 7/108, дата публикации 20.10.2016 г.).
Недостатком устройства является необходимость настройки степени демпфирования устройства под каждый конкретный случай обработки детали: изменять упругую твердость упругих элементов и предварительно сжимать их при сборке демпфирующей системы.
Известен демпфер со свободным грузом в вязкой среде, представляющий собой цилиндрический груз, помещенный с определенным зазором в цилиндрической полости вблизи режущего конца инструмента (Губанов Г.А. Повышение эффективности автоматизированного производства аэродинамических моделей с применением разработанной системы демпфирующих устройств: дис. на соискание степени канд. техн. наук. - ФГУП ЦАГИ.: 2015. - Рисунок 3.39, 228 стр.).
Недостатком устройства является длительная настройка параметров державки с демпфером перед началом обработки режущим инструментом.
Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является осуществление возможности сверления глубоких отверстий большого диаметра на проход при исключении резонансных вибраций.
1
Поставленная задача решается за счет того, что в удлинителе виброгасящем инструмента для глубокого сверления, включающем стальной корпус и демпфирующую систему, состоящую из внутренней вставки с центральным отверстием и колец из стали, внутренняя вставка с центральным отверстием длиной l и диаметром d, абсорбирующая вибрации, выполнена из металла с удельным весом больше чем у стали, между стальным корпусом удлинителя и вставкой с центральным отверстием расположена демпфирующая втулка, закрепленная на вставке винтом по середине длины вставки, а на концах внутренней вставки с центральным отверстием расположены два демпфирующих колпачка диаметром d, причем, как демпфирующая втулка, так и демпфирующие колпачки выполнены из демпфирующего материала, выбранного из сплавов на основе железа с добавлением алюминия или марганца (Fe-Al, Fe-Mn), с удельной демпфирующей способностью Ψ от 0,2 до 0,4.
Отношение внешнего диаметра d внутренней вставки с центральным отверстием, к внешнему диаметру D удлинителя виброгасящего составляет от 0,3 до 0,5 D, отношение длины l внутренней вставки с центральным отверстием к длине L удлинителя виброгасящего составляет от 0,4 до 0,6 L.
Длина удлинителя виброгасящего составляет от 150 до 500 мм, диаметр центрального отверстия внутренней вставки с центральным отверстием составляет 2-6 мм.
Толщина стенки внутренней вставки с центральным отверстием составляет 4-8 мм.
Отношение внешнего диаметра демпфирующих колпачков к внешнему диаметру удлинителя виброгасящего составляет от 0,4 до 0,6.
Толщина демпфирующих колпачков составляет 12-25 мм, глубина захода внутренней вставки с центральным отверстием в демпфирующий колпачок составляет 5-15 мм.
Демпфирующая втулка, демпфирующие колпачки и внутренняя вставка с центральным отверстием, поглощают вибрации инструмента, при этом имеют в качестве опоры наружный корпус удлинителя. При этом демпфирующая втулка, демпфирующие колпачки поглощают часть вибраций за счет свойств материала, из которого они выполнены, а часть вибраций поглощает внутренняя вставка с центральным отверстием, как абсорбирующая масса, за счет своего расположения в центре масс удлинителя виброгасящего инструмента для глубокого сверления.
Отношение внешнего диаметра d внутренней вставки с центральным отверстием, к внешнему диаметру D удлинителя виброгасящего составляет от 0,3 до 0,5D, установленное экспериментальным путем, позволяет сохранить достаточную прочность удлинителя виброгасящего для глубокого сверления после установки вставки с центральным отверстием.
Отношение длины l внутренней вставки с центральным отверстием к длине L удлинителя виброгасящего, которое составляет от 0,4 до 0,6 L позволяет занять максимальный внутренний объем удлинителя виброгасящего внутренней вставкой с центральным отверстием.
Диапазон длин удлинителя виброгасящего от 150 до 500 мм позволяет, в случае необходимости, набрать необходимую длину сверла или увеличивать длину сверла, по мере увеличения глубины просверливаемого отверстия.
Диапазон диаметров центрального отверстия внутренней вставки с центральным отверстием 2-6 мм, установленный экспериментальным путем, позволяет пропускать необходимое количество смазочно-охлаждающей жидкости в единицу времени.
Диапазон толщины стенки внутренней вставки с центральным отверстием 4-8 мм, установленный экспериментально рационален для того чтобы, с одной стороны, утяжелить центральную часть удлинителя виброгасящего и, с другой стороны, эффективнее уменьшать вибрации.
Диапазон толщины демпфирующих колпачков составляет 12-25 мм, установленный экспериментально, позволяет демпфирующим колпачкам эффективно поглощать вибрации, и занимать наименьшую длину внутри удлинителя виброгасящего.
При диапазоне глубины захода внутренней вставки с центральным отверстием в демпфирующий колпачок 5-15 мм, внутренняя вставка с центральным отверстием имеет достаточную опорную поверхность в поперечном направлении.
Изобретение иллюстрируется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, где
1, 8 - удлинитель виброгасящий;
2 - вставка с центральным отверстием;
3 - набор демпфирующих колпачков;
4 - демпфирующая втулка;
5 - винт;
6 - зажимной винт;
7 - приводное кольцо.
Устройство работает следующим образом.
В центр внутренней вставки с центральным отверстием 2 (Фиг. 1) при помощи винта 5 закрепляется демпфирующая втулка 4, на торцы внутренней вставки с центральным отверстием 2 надеваются демпфирующие колпачки 3, и затем эта сборка устанавливается внутрь стального корпуса удлинителя виброгасящего 1.
Демпфирующие колпачки за счет своей геометрии служат опорой для вставки с центральным отверстием и служат гасителями поперечных и продольных колебаний удлинителя виброгасящего.
Два удлинителя 1, 8 (фиг. 2) соединяются между собой через внутренние отверстия круглого сечения корпуса одного удлинителя виброгасящего и наконечника второго удлинителя виброгасящего посадкой с зазором. Между удлинителями виброгасящими устанавливают промежуточное звено -приводное кольцо 7. Для предотвращения разъединения соединения «отверстие - вал» (выскальзывания одного удлинителя виброгасящего из другого) два зажимных винта 6 закрепляются с противоположных сторон через пару «корпус удлинителя- наконечник удлинителя» за приводным кольцом 7 ближе к шпинделю станка. Крутящий момент от одного удлинителя виброгасящего к другому передается через промежуточное звено - приводное кольцо 7, которое входит в зацепление с обоими удлинителями виброгасящими через шлицевое соединение. Зажимные винты 6 не проходят через приводное кольцо 7.
Собранное и закрепленное в шпиндель расточного станка сверло с определенной частотой вращается вокруг своей оси и получает определенную осевую подачу. Длину сверла определяет набор из удлинителей виброгасящих инструмента для глубокого сверления. Возникающие в процессе резания продольные и поперечные колебания гасятся при помощи, встроенной в устройство демпфирующей системы. В процессе резания через корпус устройства подается смазочно-охлаждающая жидкость.
Процесс сверления отверстия продолжается до достижения устройством необходимого диаметра отверстия.
Конструкция предлагаемого устройства для сверления глубоких отверстий большого диаметра вызвана практикой эксплуатации, а именно тем, что известные устройства для сверления отверстий имеют явный недостаток, заключающийся в том, что производительность сверления невелика, при сверлении глубоких отверстий большого диаметра возникают поперечные и продольные колебания устройства, которые могут вызвать поломку инструмента.
В результате применения данного устройства, благодаря демпфирующей системе, процесс обработки резанием осуществляется с заданными параметрами при значительном гашении вибраций и исключении резонансных вибраций.
Кроме того, данное устройство позволяет сверлить отверстия на проход и, таким образом, значительно повысить производительность сверления.
А также, предлагаемое устройство позволяет гасить большую часть продольных и поперечных колебаний, исключить возникновение резонансных колебаний и, тем самым, появляется сверхсуммарный синергетический эффект, обусловленный снижением вибраций в 3,4-4 раза. Конструкция удлинителя виброгасящего позволяет получать суммарное снижение вибрации, значительно превышающее простую сумму от снижения вибрации каждым из элементов конструкции в случае других вариантов соединения элементов, что позволяет получать глубокие отверстия большого диаметра.