Результат интеллектуальной деятельности: ДЕМПФИРУЮЩИЙ РЕЗЕЦ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано в технологии машиностроения.

Известен резец, содержащий державку, в которой расположена режущая пластина и узел ее крепления, и вставку из материала с высоким демпфированием, размещенную в выборке державки, резец снабжен подвижным упором, размещенным в опорной части, выполненной на державке и имеющей выборку, при этом продольная ось упора параллельна продольной оси резца, а в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки выполнен упругий шарнир, причем на вставке выполнен выступ, размещенный в выборке опорной части (патент РФ №2009768, МПК⁵ В23В 27/00, 1994 г.).

Недостатками являются: низкие эксплуатационные характеристики резца, связанные с невозможностью управления его жесткостью, так как вставка из материала с высоким демпфированием постоянна при любых параметрах технологического процесса и при их изменении необходим каждый раз подбор материала вставки требуемой жесткости; конструкция резца не позволяет эффективно демпфировать возникающие в процессе резания колебания в связи с тем, что режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, закрепленной в резцедержателе.

Известен демпфирующий резец, содержащий режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала, обладающего свойством высокого демпфирования, выборка выполнена равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены материалом упомянутой вставки, а державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом (патент РФ №2457077, МПК В23В 27/00, 2012 г., бюл. №21).

Резец имеет следующие недостатки:

1. Низкие эксплуатационные характеристики резца, обусловленные тем, что жесткость вставки из материала, обладающего свойством высокого демпфирования и заполняющего одинаковые зазоры между концом державки с выборкой по основанию и стенками прямоугольного параллелепипеда металлического стакана, неизменна при обработке различных конструкционных материалов, и невозможно управление жесткостью резца, поэтому каждый раз требуется подбирать композиционный состав вставки с необходимыми наполнителями, добиваясь требуемой жесткости, или же экспериментально определять величину задаваемых зазоров, заполняемых прежним материалом вставки.

2. Большие трудоемкость и затраты времени на подготовку резца к работе, связанные с выдерживанием одинаковых зазоров между металлическим стаканом и концом державки с выборкой, заполнением указанных зазоров материалом, обладающим свойством высокого демпфирования, и последующей полимеризацией материала, сложен и демонтаж резца по извлечению конца державки с выборкой из металлического стакана.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик резца, снижение трудоемкости и затрат времени на подготовку его к работе и демонтаж.

Технический результат по улучшению эксплуатационных характеристик резца, снижению трудоемкости и затрат времени на подготовку его к работе и демонтаж достигается тем, что в демпфирующем резце с управляемой жесткостью, содержащем режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, выполненную равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом, конец державки с выборкой предварительно расположен в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, изготовленной в форме прямоугольного параллелепипеда с сообщающимися полыми боковыми стенками и днищем, внутренние размеры параллелепипеда и его высота от внутренней стенки днища равны размерам конца державки с выборкой и ее длине, а во внешней стенке днища жестко зафиксирован цилиндрический штуцер, кроме того, замкнутая эластичная оболочка с державкой свободно установлена в упомянутом стакане, имеющем в дне сквозное отверстие диаметром, большим диаметра штуцера, через штуцер, пропущенный соосно с отверстием дна стакана, закачан сжатый воздух в днище и стенки замкнутой эластичной оболочки до заполнения ею зазоров между стаканом и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка - оболочка с закачанным сжатым воздухом - стакан с возможностью дистанционного бесступенчатого управления жесткостью резца за счет изменения давления сжатого воздуха в замкнутой эластичной оболочке.

На фиг.1 представлен общий вид резца в процессе обработки материала; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Режущая пластина 1 закреплена узлом ее крепления 2 в державке 3, имеющей выборку, выполненную равномерно по периметру конца державки 3 на длине L от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1.

Конец державки 3 с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане 4 с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом державка 3 установлена без возможности контактирования со стаканом 4.

Конец державки 3 с выборкой предварительно расположен в замкнутой эластичной оболочке 5 из вулканизированного материала, изготовленной в форме прямоугольного параллелепипеда с сообщающимися полыми боковыми стенками и днищем, внутренние размеры параллелепипеда и его высота от внутренней стенки днища равны размерам конца державки 3 с выборкой и ее длине L, а во внешней стенке днища жестко зафиксирован цилиндрический штуцер 6.

Замкнутая эластичная оболочка стакана 5 с державкой 3 свободно установлена в стакане 4, имеющем в дне сквозное отверстие 7 диаметром d₂, большим диаметра d₁ штуцера 6.

Через штуцер 6, пропущенный соосно с отверстием 7 дна стакана 4, закачан сжатый воздух в днище и стенки замкнутой эластичной оболочки 5 до заполнения ею зазоров между стаканом 4 и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка 3 - оболочка 5 с закачанным сжатым воздухом - стакан 4 с возможностью дистанционного бесступенчатого управления жесткостью резца за счет изменения давления сжатого воздуха в замкнутой эластичной оболочке 5.

Замкнутая эластичная оболочка 5 может быть изготовлена, например, из вулканизированной резины или тканевого каркаса с двухсторонними резиновыми обкладками, подвергнутыми вулканизации. Так как замкнутая эластичная оболочка 5 выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда с сообщающимися полыми стенками и днищем, внутренние размеры параллелепипеда и его высота от внутренней стенки днища равны размерам конца державки 3 с выборкой и ее длине, а эластичный материал оболочки 5 растяжим, то предварительное расположение конца державки 3 с выборкой в замкнутой эластичной оболочке 5 происходит быстро и не является трудоемким, при этом замкнутая эластичная оболочка 5 плотно охватывает расположенный в ней конец державки 3 с выборкой.

Внутренние размеры металлического стакана 4 выбирают таким образом, чтобы в нем свободно с малыми зазорами была установлена эластичная замкнутая оболочка 5 с расположенным в ней концом державки 3 с выборкой, а штуцер 6 пропускают соосно со сквозным отверстием 7 дна стакана 4, диаметр d₁ штуцера 6 меньше диаметра d₂ отверстия 7 (d₁<d₂). Внешние размеры стакана 4 должны обеспечивать его надежное закрепление в резцедержателе.

Через штуцер 6 в сообщающиеся полости днища и стенок замкнутой эластичной оболочки 5 закачивают сжатый воздух до заполнения ею зазоров между стаканом 4 и создания необходимого избыточного давление для образования единой механической системы державки 3 - оболочка 5 с закачанным сжатым воздухом - стакан 4. Минимальным избыточным давлением P_min в замкнутой эластичной оболочке 5, обуславливающем работоспособность резца, является давление, обеспечивающее отсутствие проворачивания (проскальзывания) по поверхностям контакта стакана 4 и оболочки 5 при любых параметрах режима обработки конструкционных материалов. Конструктивное выполнение конца державки 3 с выборкой и замкнутой эластичной оболочки 5 в форме прямоугольного параллелепипеда с внутренними размерами, равными размерам конца державки 3 с выборкой, исключает их взаимное перемещение относительно друг друга. Кроме того, за счет созданного избыточного давления в замкнутой эластичной оболочке 5 происходит самоцентрирование конца державки 3 с выборкой относительно стакана 4, и он устанавливается на одинаковых расстояниях от основания и боковых стенок стакана 4. Если габариты поперечного сечения державки невелики, то допустимо не выполнять выборку по периметру одного конца державки 3, а размещать конец державки 3 непосредственно в замкнутой эластичной оболочке 5 с внутренними размерами параллелепипеда, равными размерам конца державки 3. Давление внутри замкнутой эластичной оболочки 5 контролируют манометром. Смонтированный резец устанавливают в резцедержателе (манометр и резцедержатель не показаны). Производят тарировку жесткость - давление образованной механической системы. Таким образом, подготовка резца к работе не является трудоемкой.

Демпфирующий резец с управляемой жесткостью работает следующим образом.

По произведенной тарировке жесткость - давление в зависимости от обрабатываемого материала и технологических режимов его обработки управляют жесткостью резца за счет дополнительного закачивания через штуцер 6 воздуха в замкнутую эластичную оболочку 5 (увеличение жесткости) или сбрасывания его из оболочки 5 (уменьшение жесткости). При этом металлические поверхности державки 3 и штуцера 6 в процессе обработки не контактируют со стаканом 4, так как конец державки 3 с выборкой расположен в замкнутой эластичной оболочке 5 с закачанным воздухом, а диаметр d₁ штуцера 6 меньше диаметра d₂ сквозного отверстия 7 дна стакана 4. Следовательно, воздух, закачанный в днище и стенки замкнутой эластичной оболочки 5, осуществляет высокоэффективное демпфирование соответственно продольных и поперечных вибраций и ударных нагрузок, возникающих в процессе резания, за счет виброизоляции режущей пластины 1 с узлом ее крепления 2 в державке 3 от резцедержателя, тем самым обеспечивается надежность устойчивого процесса резания и повышение стойкости резца при обработке изделий в любых токарных и строгальных технологических операциях, следует только, управляя жесткостью, подбирать ее оптимальные значения.

Дистанционное бесступенчатое управление жесткостью резца за счет изменения давления сжатого воздуха в замкнутой эластичной оболочке 5 возможно и непосредственно в процессе механической обработки материалов, что осуществляет смещение собственных частот резца и вынуждающей силы резания в широких диапазонах, позволяет избежать нежелательного явления резонанса и гасить автоколебания. Управление жесткостью резца значительно улучшает его эксплуатационные характеристики.

Управление жесткостью резца подачей сжатого воздуха в замкнутую эластичную оболочку 5 до создания необходимого давлении осуществляют через штуцер 6, например, при помощи трехпозиционного крана, установленного на воздуховоде от средства подачи сжатого воздуха, например компрессоре. Первая позиция крана связывает средство подачи сжатого воздуха с замкнутой эластичной оболочкой стакана 5. Второе положение крана перекрывает подачу воздуха в полые боковые поверхности и днище замкнутой эластичной оболочки 5. Третья позиция связывает оболочку 5 с атмосферой (компрессор, воздуховод и трехпозиционный кран не показаны). Возможно управление подачей сжатого воздуха также при помощи системы клапанов, золотниковых или других устройств.

Замену режущей пластины 1 возможно производить без сбрасывания давления воздуха в полых боковых поверхностях и днище замкнутой эластичной оболочки 5.

При необходимости демонтирования резца освобождают стакан 4 из резцедержателя, сбрасывают давление в замкнутой эластичной оболочке 5 до величины атмосферного, после чего существовавшая механическая система державки 3 - оболочка 5 с закачанным сжатым воздухом - стакан 4 распадается на отдельные составляющие части, державку 3 в оболочке 5 извлекают из стакана 4, после чего конец державки 3 с выборкой освобождают из оболочки 5. Демонтаж резца является малотрудоемким и не требует больших затрат времени.

Оригинальностью предложенного демпфирующего резца с управляемой жесткостью является то, что конец державки 3 с выборкой предварительно расположен в замкнутой эластичной оболочке 5 из вулканизированного материала, изготовленной в форме прямоугольного параллелепипеда с сообщающимися полыми боковыми стенками и днищем, внутренние размеры параллелепипеда и его высота от внутренней стенки днища равны размерам конца державки 3 с выборкой и ее длине L, а во внешней стенке днища жестко зафиксирован цилиндрический штуцер 6. Кроме того, замкнутая эластичная оболочка 5 с державкой 3 свободно установлена в металлическом стакане 4, имеющем в дне сквозное отверстие 7 диаметром d₂, большим диаметра d₁ штуцера 6, через штуцер 6, пропущенный соосно с отверстием 7 дна стакана 4, закачан сжатый воздух в днище и стенки замкнутой эластичной оболочки 5 до заполнения ею зазоров между стаканом 4 и создания необходимого избыточного давления для образования единой механической системы державка 3 - оболочка 5 с закачанным сжатым воздухом - стакан 4 с возможностью дистанционного бесступенчатого управления жесткостью резца за счет изменения давления сжатого воздуха в замкнутой эластичной оболочке 5. Это позволяет:

1. Улучшить эксплуатационные характеристики резца за счет возможности дистанционного бесступенчатого управления жесткостью резца изменением давления воздуха в замкнутой эластичной оболочке.

2. Снизить трудоемкость и затраты времени на подготовку резца к работе и демонтаж, так как выдерживание одинаковых зазоров между металлическим стаканом и концом державки с выборкой происходит самоцентрированием конца державки, предварительно расположенного в замкнутой эластичной оболочке из вулканизированного материала, за счет создания в ней избыточного давления, а демонтирование резца осуществляют сбрасыванием давления в замкнутой эластичной оболочки до величины атмосферного, после чего существовавшая механическая система державка - оболочка с закачанным сжатым воздухом - стакан распадается на отдельные составляющие части.

Таким образом, предлагаемый демпфирующий резец с управляемой жесткостью позволяет достичь технического результата по улучшению эксплуатационных характеристик резца, снижению трудоемкости и затрат времени на подготовку его к работе и демонтаж.