Результат интеллектуальной деятельности: Отрезной резец

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности, к безвибрационной механообработке на металлорежущих станках.

В настоящее время отрезные резцы, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, например, отрезные резцы повышенной жесткости (см. сайт www.inpo.ru «ИНПО. Инструмент режущий - резцы»). Такие резцы состоят из головки с режущим элементом и державки, жестко соединенной с головкой (обычно изготовленными как одно целое). Они обеспечивают устранение низкочастотных колебаний при прорезании пазов и отрезании деталей типа тел вращения, что влечет за собой снижение волнистости обрабатываемых поверхностей. Однако при эксплуатации таких резцов шероховатость обрабатываемых поверхностей не уменьшается. Это является следствием того, что высокочастотные колебания резцовой головки не устраняются. Для того, чтобы их исключить, зачастую используются различного рода виброгасители.

В статье «Л.К. Кучма. Устранение вибраций при обработке резанием», опубликованной в книге «Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. - М.: Машгиз, 1958», на стр. 160-161 (Фиг. 1 и 2) представлен отрезной резец, частично снижающий высокочастотные колебания. Он состоит из головки, выполненной в виде пластины с режущим элементом, соединенной с державкой со встроенным виброгасителем цилиндрической формы, ось которого параллельна линии пересечения основной плоскости резца и плоскости головки. Контактирование (связь) головки с виброгасителем осуществляется через два толкателя, параллельных оси виброгасителя. Один толкатель жестко соединен с головкой, а другой, соосный с ним, взаимодействует одним концом с первым толкателем, а вторым - с виброгасителем. Сам же виброгаситель выполнен из тарельчатых пружин. Особенностью данного резца является то, что высокочастотные вибрации он снижает в узком диапазоне частот. Это вызвано тем, что текущая частота вынужденных колебаний Fвт, возникающих при работе резца, определяется выражением

где и - текущая жесткость и масса обрабатываемой заготовки. В процессе работы отрезного резца первоначальные жесткость и масса уменьшаются в соответствии с зависимостями

где - текущий диаметр заготовки, непрерывно уменьшающийся по мере врезания в нее резца. Но частота собственных колебаний виброгасителя, встроенного в резец, при этом остается постоянной. Устранение же вибраций происходит только при условиях, когда близко к .

Таким образом, при эксплуатации существующих отрезных резцов имеет место проблема, выражающаяся в узости диапазона безвибрационного резания.

Разрешить указанную проблему можно путем изменения виброгасителя, встроенного в резец, в соответствии с , что и предлагается производить в отрезном резце при его работе.

Технически разрешение сформулированной проблемы предполагаемым изобретением обеспечивается за счет того, что отрезной резец, характеризуется тем, что он состоит из головки, выполненной в виде пластины с режущим элементом, соединенной с державкой со встроенным виброгасителем в виде двух соосных заполненных жидкостью сильфонов, между которыми размещен груз, и соосного с сильфонами толкателя, один конец которого соединен с грузом, а другой выполнен с возможностью взаимодействия с головкой, при этом он снабжен электроуправляемым регулятором давления жидкости, выход которого соединен с полостями сильфонов, блоком управления регулятором, блоком вычисления сигнала, управляющего регулятором, двухвходовым блоком вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки, обрабатываемой резцом, задатчиком исходной жесткости и задатчиком исходной массы заготовки, двухвходовым корректором жесткости заготовки и двухвходовым корректором массы заготовки, блоком вычисления сигнала, корректирующего жесткость заготовки, блоком вычисления сигнала, корректирующего массу заготовки и блоком ввода, вход регулятора соединен с выходом блока управления регулятором, выход блока вычисления сигнала, управляющего регулятором, соединен со входом блока управления регулятором, выход блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний соединен со входом блока вычисления сигнала, управляющего регулятором, выход корректора жесткости заготовки соединен первым входом блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки, а выход корректора массы соединен со вторым входом блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки, первый вход корректора жесткости соединен с задатчиком исходной жесткости, второй вход этого корректора соединен с выходом блока вычисления сигнала, корректирующего жесткость заготовки, первый вход корректора массы соединен с задатчиком исходной массы заготовки, второй вход этого корректора соединен с выходом блока вычисления сигнала, корректирующего массу заготовки, а выход блока ввода величины текущего диаметра заготовки соединен со входами блоков вычисления сигналов, корректирующих жесткость и массу заготовки.

Схема предлагаемого отрезного резца показана на фиг. 1.

Он состоит из головки 1, выполненной в виде пластины с режущим элементом, соединенной с державкой 2 со встроенным виброгасителем в виде двух соосных заполненных жидкостью сильфонов 3, между которыми размещён груз 4, и соосного с сильфонами толкателя 5, один конец которого соединен с грузом 4, а другой выполнен с возможностью взаимодействия с головкой 1, при этом он снабжен электроуправляемым регулятором 6 давления жидкости, выход которого соединен с полостями сильфонов 3, блоком управления регулятором 7, блоком вычисления сигнала, управляющего регулятором 8, двухвходовым блоком вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки 9, обрабатываемой резцом, задатчиком исходной жесткости 10 и задатчиком исходной массы 11 заготовки, двухвходовым корректором жесткости заготовки 12, двухвходовым корректором массы заготовки 13, блоком вычисления сигнала, корректирующего жесткость заготовки 14, блоком вычисления сигнала, корректирующего массу заготовки 15 и блоком ввода величины текущего диаметра заготовки 16. Вход регулятора 6 соединен с выходом блока управления регулятором 7, выход блока вычисления сигнала, управляющего регулятором 8, соединен со входом блока управления регулятором 7, выход блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний 9 соединен со входом блока вычисления сигнала, управляющего регулятором 8, выход корректора жесткости заготовки 12 соединен с первым входом блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки 9, а выход корректора массы 13 соединен со вторым входом блока вычисления текущей частоты вынужденных колебаний заготовки 9, первый вход корректора жесткости соединен с задатчиком исходной жесткости 10, второй вход этого корректора соединен с выходом блока вычисления сигнала, корректирующего жесткость заготовки 14, первый вход корректора массы 13 соединен с задатчиком исходной массы заготовки 11, второй вход этого корректора соединен с выходом блока вычисления сигнала, корректирующего массу заготовки 15, а выход блока ввода величины текущего диаметра заготовки 16 соединен со входами блоков вычисления сигналов, корректирующих жесткость и массу заготовки 14 и 15.

При использовании резца его устанавливают в резцедержателе токарного станка (например, станка с ЧПУ) перпендикулярно оси заготовки, а блок 16 соединяют с датчиком текущего диаметра обрабатываемой поверхности заготовки (на станках с ЧПУ обычно такой датчик есть). С помощью задатчика исходной жесткости 10 и задатчика исходной массы 11 заготовки вводят эти данные () в блоки 12 и 13. (Предварительно их вычисляют по известным формулам, например, приведенным в книге «Я. Л. Либерман, К. Ю. Летнев. Расчет режимов резания при точении с учетом виброустойчивости технологической системы. Екатеринбург: Типография для Вас, 2019. стр. 124»). Далее заготовку приводят во вращение, а резцу сообщают движение поперечной подачи. Блок ввода текущего диаметра заготовки 16 начинает вводить текущие значения в блоки 14 и 15. По формулам, также приведенным в указанной книге, эти блоки вычисляют изменения жесткости и массы заготовки, обусловленные изменением и вводят отображающие их сигналы в корректоры 12 и 13. Последние формируют сигналы, отображающие

Эти сигналы вводятся в блок 9, вычисляющий текущее значение частоты вынужденных колебаний . Блок 9 работает, реализуя формулу

где - частота собственных колебаний виброгасителя, встроенного в резец, и - соответственно, жесткость имеющихся в нем сильфонов 3 и массы груза 4. Сигнал , поступив от блока 9 в блок 8, заставляет последний вычислить величину

Таким образом определяется жесткость сильфонов 3, соответствующая равенству и . Величина в форме сигнала с выхода 8 поступает в блок управления 7 регулятором 6, а регулятор задает требуемую жесткость сильфонам 3, обеспечивая тем самым подстройку под (регулятор при этом питается давлением Р, источник которого на фиг. 1 условно не показан). В результате по мере движения отрезного резца в направлении поперечной подачи всё время происходит подстройка частоты собственных колебаний виброгасителя, встроенного в резец, под частоту вынужденных колебаний заготовки.

Техническим результатом изобретения является расширение диапазона безвибрационного резания отрезным резцом, снижение шероховатости обработанной поверхности и повышение стойкости инструмента.