РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЬ, ДЕМПФИРУЮЩИЙ ВИБРАЦИИ

Полезная модель относится к резцедержателю, демпфирующему вибрации.
Для достижения требуемой точности при производстве изделий с глубокими отверстиям, необходимо обеспечить заданную траекторию обработки режущего инструмента на протяжении всего времени обработки. Отклонение от этой траектории в большинстве случаев происходит под действием вибраций различного рода. В определенные моменты времени частота собственных колебаний резцедержателя либо кратная ей совпадает с частотой вынужденных колебаний заготовки, определяемой режимом обработки, и возникает резонанс в системе «резцедержатель-заготовка». Его следствием является резкое возрастание амплитуды вибраций, что приводит к отклонению оси резцедержателя от заданного положения и возникновению погрешностей формы изделия.
Известен расточной инструмент, содержащий рабочую часть с режущей пластиной, выполненную с возможностью закрепления на хвостовой части, включающей базовую часть для установки рабочей части и соединенный с ней корпус, имеющий полость, в которой размещено демпфирующее устройство, содержащее опорный полый стержень, на крайних частях которого зафиксированы опорные шайбы с присоединенными к ним упругими элементами, при этом на средней части опорного полого стержня с возможностью перемещения установлен демпфирующий элемент (см. патент РФ №2298456, С1, В23В 29/02, опубл. 10.05.2007). Принцип работы устройства заключается в демпфировании вибраций, посредством расхода их энергии на преодоление силы трения при свободном перемещении демпфирующего элемента по резьбовой поверхности опорного стержня. Согласно описанному принципу демпфирующий элемент постоянно демпфирует лишь часть вибраций резцедержателя, при этом не обеспечивает полное демпфирование вибраций, возникающих при резонансе.
Наиболее близким техническим решением является резцедержатель, демпфирующий вибрации, содержащий вал, предназначенный для установки в операционном станке, головную часть, на которой расположен режущий инструмент и вязкоупругий материал, который окружает поверхность вала. При этом на валу с возможностью вращения установлен гироскопический стабилизатор, представляющий собой цилиндр с отверстиями в виде сопл Лаваля (см. патент РФ №139407, U1, В23В 29/00, опубл. 20.04.2014). Принцип работы описанного демпфирующего устройства в составе резцедержателя основан на свойстве гироскопа сохранять положение оси своего вращения при воздействии на нее кратковременной силы. Однако резонанс приводит к резкому увеличению амплитуды вибраций, что может привести к превышению расчетной величины силы, действующей на ось гироскопа и последний потеряет устойчивость. Описана возможность демпфирования только резцедержателя, в то время как вибрации, возникающие при резонансе, распространяются на систему «резцедержатель-заготовка».
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в демпфировании вибраций, возникающих при резонансе в системе «резцедержатель-заготовка» во время обработки.
Указанный технический результат достигают тем, что резцедержатель, демпфирующий вибрации, содержащий вал, предназначенный для установки в резцедержателе операционного станка, соосно с которым установлен гироскопический стабилизатор, головную часть, на которой расположен режущий инструмент и узел для подачи вязкоупругого материала, представляющего собой смазочно-охлаждающую технологическую среду (СОТС), выполненный в виде полого цилиндра, соединенного с жестко закрепленной на валу втулкой, при этом гироскопический стабилизатор закреплен в головной части и выполнен в виде корпуса с установленными на одной оси двумя двухстепенными гироскопами, оси вращения роторов которых взаимно перпендикулярны, при этом, корпус ограничен в осевом и радиальном перемещения посредствам жесткой фиксации в головной части.
Отличием заявленной модели является ее конструктивное исполнение, при котором гироскопический стабилизатор выполнен в виде корпуса с установленными на одной оси двумя двухстепенными гироскопами. Это позволяет каждому из гироскопов реагировать на вибрации отклонением своей рамы, что приводит к демпфированию вибраций, направление которых совпадает с осью вращения его ротора. При этом использование двух двухстепенных гироскопов, оси роторов которых взаимно перпендикулярны, позволяет демпфировать вибрации во всех направлениях, так как каждый из гироскопов демпфирует проекцию вектора вибрации на свою ось вращения ротора.
Возникновение резонанса в системе «резцедержатель-заготовка» наибольшим образом влияет на отклонение инструмента от заданной траектории обработки, поэтому гироскопический стабилизатор, установленный в головной части, наиболее эффективно демпфирует вибраций.
На Фиг. 1 изображен резцедержатель в сборе
На Фиг. 2 изображен резцедержатель в сборе по виду А на фиг. 1.
Резцедержатель, демпфирующий вибрации, содержит вал 1 (фиг. 1), предназначенный для установки в резцедержателе операционного станка, соосно с которым установлен гироскопический стабилизатор 2 головную часть 3, установленную соосно валу 1, на которой расположен режущий инструмент 4. На валу 1 установлен узел 5 для подачи вязкоупругого материала, представляющего собой смазочно-охлаждаюшую технологическую среду (СОТС), выполненный в виде полого цилиндра 6 соединенного с жестко закрепленной на валу 1 втулкой 7. Гироскопический стабилизатор 2 закреплен в головной части 3 соосно ей и выполнен в виде рамы 8, в которой на валу Р, закрепленному соосно головной части 3 установлены два двухстепенных гироскопа 10 (фиг. 1, фиг. 2). При этом вал 9 выполняет роль карданного подвеса для рам 11 гироскопов 10, которые несут оси вращения их роторов 12. Это обеспечивает каждому из гироскопов 10 две степени свободы: вращение ротора 12, и качание рамы И около положения равновесия. Оси вращения роторов 12 расположены взаимно перпендикулярно, что позволяет демпфировать вибрации во всех направлениях, т.е. демпфировать обе проекции вектора вибрации на оси вращения роторов 12 гироскопов 10. Рама 8 (фиг. 1) гироскопического стабилизатора 2, зафиксирована в головной части 3 и ограничена в осевом и радиальном перемещениях посредством, например, шпоночного соединения. Это позволяет гироскопическому стабилизатору сохранять первоначальное положение, что приводит к сбалансированности конструкции резцедержателя. Так же в осевом перемещении рама 8 ограничена втулкой 7, которая вместе с полым цилиндром 6 обеспечивает СОТС возможность поступать в зону обработки.
Устройство работает следующим образом.
До начала обработки ротора 12 гироскопов 10 разгоняют до номинальной скорости вращения. При этом возникает гироскопический момент, который приводит к тому, что ротора 12 гироскопов 10 стремятся сохранить первоначальное положение своих осей вращения. Так как рама 8 зафиксирована в головной части 3, а гироскопы 10 расположены на ее валу 9, то они сохраняют свое осевое положение на протяжении всего времени обработки неизменным, что позволяет поддерживать сбалансированность конструкции резцедержателя. Одновременно с этим СОТС начинает непрерывно поступать под давлением через полость цилиндра 6 (фиг. 1), отверстия втулки 7, головную часть 3 и режущий инструмент 4 в зону обработки, обеспечивая необходимые условия резания и демпфирование части вибраций за счет ее виброгасящих свойств. Во время обработки с определенными временными промежутками, зависящими от выбранных режимов обработки и динамических параметров системы «станок-приспособление-инструмент-заготовка» (СПИЗ) возникает резонанс и резко возрастает общий уровень вибраций. Резонанс сопровождается возникновением момента внешних сил, действующим на ось резцедержателя. Если этот момент действует по оси вращения ротора 12 одного из гироскопов, соответствующая рама 11 начинает колебаться около положения Если направление момента не совпадает ни с одной из осей вращения роторов 12, то начинают колебаться обе рамы 11. Таким образом, на вибрации, вызванные резонансом, накладываются колебания рам гироскопов," которые обладают определенными частотами собственных колебаний, что приводит к затуханию и далее к полному демпфированию вибраций во всех направлениях в системе «резцедержатель-заготовка». В отсутствие резонанса могут возникать вибрации вследствие неоднородности обрабатываемого материала, неравномерности износа режущего инструмента, несбалансированности заготовки, которые приводят к отклонению оси резцедержателя от первоначального положения. Эти вибрации также приводят к колебаниям рам 11 гироскопов 10, что позволяет демпфировать эти вибрации.
Предложенная модель резцедержателя позволяет демпфировать не только вибрации резцедержателя, но и вибрации, возникающие при резонансе в системе «резцедержатель-заготовка».