Результат интеллектуальной деятельности: Держатель инструмента, такой как расточная головка или оправка фрезы

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на расточных и фрезерных станках.

Держатели инструмента, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, например, устройства, защищённые патентами US-А-3447402 и FR-А-2173957. В них имеется полый корпус, внутри которого, в осевом отверстии, размещен цилиндрический демпфирующий элемент, на концы которого опираются упруго деформируемые элементы. Для регулирования виброгасящих свойств таких держателей в них предусмотрено изменяемое сжимающее воздействие на концы упруго деформируемых элементов, противоположные их концам, опирающимся на демпфирующий элемент.

Держатели подобной конструкции довольно просты, но обеспечивают эффективное демпфирование вибраций преимущественно в осевом направлении, в ограниченном диапазоне частот. Между тем при работе расточных инструментов или концевых фрез возникают, в основном, радиальные вибрации в направлениях, перпендикулярных оси инструмента, изменяющиеся в широком диапазоне частот. Подобные же вибрации держатели–аналоги гасят недостаточно эффективно.

Отмеченного недостатка в значительной степени лишен держатель инструмента, защищённый патентом RU 2556252С2 авторов Фрейермута А., Остерманна М. и Рооса С. Указанный держатель, а именное его конструктивный вариант, приведенный в описании патента на двух последних фигурах, принят нами за прототип. Держатель – прототип обеспечивает более эффективное виброгашение в радиальном направлении, чем держатели–аналоги, за счет того, что демпфирующий элемент в нём может находиться в двух положениях. При осевом перемещении демпфирующего элемента из одного положения в другое центр тяжести держателя смещается также из одного положения в другое, соответственно плечо действия радиальной силы, приложенной к центру тяжести держателя, равное расстоянию от этого центра до точки закрепления держателя, изменяется, а это, в свою очередь, изменяет частоту собственных колебаний держателя, что и определяет его виброгасящие свойства в радиальном направлении. Конструктивно описанное обеспечивается с помощью того, что держатель – прототип, такой как расточная головка или оправка фрезы, содержит полый корпус, имеющий на одном конце первый фитинг для установки инструмента, а на другом конце второй фитинг для соединения с размещаемым в нем выходного вала механизма вращения инструмента, выполненный с кольцевым упором внутри, и демпфирующий элемент, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения в два крайних положения, в каждом из которых демпфирующий элемент закрепляется одним из двух радиальных фиксаторов, установленных в стенке корпуса держателя. Фиксаторы представляют собой винты, вкручиваемые в радиальные резьбовые отверстия в корпусе. Посредине демпфирующего элемента выполнена окружная канавка, перпендикулярная оси этого элемента, и закрепление его в том или ином положении осуществляется взаимодействием того или иного винта с канавкой. Недостатками держателя-прототипа является то, что частоты собственных колебаний в нём по существу, «переключаются», изменяются «релейно», и то, что фиксаторы размещены в стенке корпуса. Первое не позволяет изменять частоту собственных колебаний плавно, а второе создает хотя и небольшой, но дисбаланс, который при вращении держателя с инструментом вибрации увеличивает, а не снижает.

Задачей разработки предлагаемого изобретения является повышение виброгасящей способности держателя инструмента при эксплуатации его в условиях переменных режимов резания. Технически её решение обеспечивается за счет того, что держатель инструмента, такого как расточная головка или оправка фрезы, содержащий полый корпус, имеющий на одном конце первый фитинг для установки инструмента, а на другом конце второй фитинг для соединения с размещаемым в нём концом выходного вала механизма вращения инструмента, выполненный с кольцевым упором внутри, и демпфирующий элемент размещённый в полости корпуса с возможностью осевого перемещения, отличается от прототипа тем, что он снабжен осевым винтом с головкой, имеющей фланец, в демпфирующем элементе выполнено осевое резьбовое отверстие, тело винта установлено в осевом отверстии демпфирующего элемента, а фланец головки винта расположен с возможностью защемления между кольцевым упором, имеющемся во втором фитинге, и торцем размещаемого в этом фитинге конца вала механизма вращения, при этом на поверхностях демпфирующего элемента и полости корпуса выполнены направляющие элементы для предотвращения проворота демпфирующего элемента относительно корпуса.

На фиг.1 приведена конструктивная схема предлагаемого держателя инструмента.

Держатель содержит полый корпус 1, имеющий на одном конце первый фитинг 2 для установки инструмента, а на другом конце второй фитинг 3 для соединения с размещаемым в нём концом выходного вала 4 механизма вращения инструмента, выполненный с кольцевым упором 5 внутри, и демпфирующий элемент 6, размещенный в полости корпуса 1 с возможностью осевого перемещения. Кроме того, он снабжен осевым винтом 7 с головкой, имеющей фланец 8, в демпфирующем элементе 6 выполнено осевое резьбовое отверстие, тело винта 7 установлено в осевом отверстии демпфирующего элемента 6, а фланец 8 головки винта расположен с возможностью защемления между кольцевым упором 5, имеющемся во втором фитинге 3, и торцом размещаемого в этом фитинге конца вала 4 механизма вращения. На поверхностях демпфирующего элемента 6 и полости корпуса 1 выполнены направляющие элементы для предотвращения проворота демпфирующего элемента 6 относительно корпуса 1 (на фиг.1 они условно не показаны). Это могут быть шлицы и шлицевые канавки, либо просто продольные риски на том и другом, расположенные друг относительно друга со сдвигом на половину шага между ними. Диаметр демпфирующего элемента 6 в последнем случае должен быть равен диаметру полости корпуса 1 плюс удвоенная глубина риски.

При использовании держателя в его фитинг 2 устанавливают требуемый инструмент и в соответствии с возможной частотой его вынужденных колебаний в радиальном направлении винтом 7 устанавливают требуемое осевое положение демпфирующего элемента 6. После этого с помощью фитинга 3 закрепляют корпус 1 держателя на конце вала 4, защемляя фланец 8 между торцом вала 4 и кольцевым упором 5. Если в дальнейшем при эксплуатации инструмента радиальные вибрации всё же достигают неприемлемого уровня, корпус 1 держателя от конца вала 4 открепляют и винтом 7 положение демпфирующего элемента 6 корректируют. После этого корпус 1 держателя на валу 4 закрепляют вновь. В результате частоту собственных колебаний держателя с инструментом можно отстроить от вынужденных колебаний практически любой частоты.

Таким образом с помощью предложенного держателя инструмента обеспечивается предотвращение радиальных вибраций инструмента при различных режимах резания. Это создаёт технический результат предложения: повышение точности обработки и снижение шероховатости обрабатываемой поверхности.