CS229530B1

CS229530B1 - Vibration damper for boring bars provided with two masses

Info

Publication number: CS229530B1
Application number: CS683282A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Csc Capek; Milos Ing Csc Polacek; Jaroslav Ing Csc Rasa; Josef Ing Csc Vanek
Original assignee: Capek Karel; Milos Ing Csc Polacek; Rasa Jaroslav; Josef Ing Csc Vanek
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Vynález se týká dvouhmotového absolutního laděného tlumiče kmitů štíhlých vyvrtávacích tyčí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ke hmotě vyvrtávací tyče je pružným prvkem připojena první hmota tlumiče s vlastní frekvencí blízkou vlastní frekvenci kmitavého systému vyvrtávací tyče, přičemž může nebo nemusí být paralelně k pružnému prvku první hmoty tlumiče připojeno tlumení viskózního charakteru. K první hmotě tlumiče je druhým pružným prvkem v sérii připojena druhá hmota tlumiče s vlastní frekvencí blízkou vlastní frekvenci první hmoty tlumiče a mezi první a druhou hmotou je paralelně s druhým pružným prvkem zapojeno tlumení viskózního charakteru. Pružné prvky mohou mít charakter ocelových pružin a viskózní tlumení může být vytvořeno mezerami mezi hmotou vyvrtávací tyče a první hmotou tlumiče a mezi první hmotou tlumiče a druhou hmotou tlumiče vyplněnými kapalinou, např. olejem. Pružnými prvky a zároveň zdroji tlumicí síly viskózního charakteru mohou být podložky z pryže, měkčeného PVC apod. Řešení podle vynálezu umožňuje obrábění s velmi štíhlými vyvrtávacími tyčemi.The invention relates to a two-mass absolute tuned vibration damper of lean boring rods. The essence of the invention lies in the fact that the weight of the boring bar is a resilient element the first mass of the shock absorber is connected with its own frequency close to its own frequency of oscillating the boring bar system, whereby or may not be parallel to the resilient member the first mass of damper attached damping viscous character. The first damper mass the second elastic element is connected in series second mass damper with its own frequency close to the natural frequency of the first mass dampers and between the first and second masses is connected in parallel with the second resilient element damping of viscous character. Flexible the elements may be steel springs and viscous damping can be provided gaps between the mass of the boring bar and the first damper mass and between the first mass dampers and second mass dampers filled liquid, eg oil. Flexible elements and at the same time a source of damping force of viscous character may be rubber mats, softened PVC and the like with very slim boring bars.

Description

Vynález se týká absolutního dvouhmotového laděného tlumiče kmitů štíhlých vyvrtávacích tyčí.The invention relates to an absolute dual mass tuned oscillator of slender boring bars.

Doposud se pro zvýšení tlumení štíhlých vyvrtávacích tyčí s poměrem délky tyče k jejímu průměru (L/D) většímu než 4 a tím i snížení amplitudy vynucených a samobuzených kmitů vzniklých při obrábění používá dvou druhů tlumičů, a to buď absolutních laděných a neladěných tlumičů, nebo tlumičů relativních.So far, two types of dampers have been used to increase the damping of slender boring bars with a ratio of bar length to diameter (L / D) greater than 4 and thereby reducing the amplitude of the forced and self-excited vibrations produced by machining, either absolute tuned and non-tuned dampers, or relative dampers.

Princip absolutního laděného tlumiče spočívá v tom, že ke hmotě vyvrtávací tyče, jejíž kmitání má být utlumeno, je připojena prostřednictvím pružiny další hmota. Paralelně k této pružině může nebo nemusí být připojen zdroj tlumicí síly. Většina známých konstrukčních řešení těchto tlumičů je provedena tak, že v konci vyvrtávací tyče (v místě upevnění řezného břituj je vytvořena dutina, v níž, většinou v pryžových podložkách, je uložena přídavná hmota tlumiče ve formě válce. Pryžové podložky nebo podložky z měkčeného PVC plní funkci pružiny i zdroje tlumicí síly. Jsou známa i řešení, ve kterých je funkce pružiny a tlumení oddělena, a to tak, že hmota tlumiče je s hmotou tyče spojena pružným členem z kovu, pryže či PVC a zdroj tlumicí síly je vytvořen mezerou mezi hmotou tyče a hmotou tlumiče zaplněnou olejem či jinou vhodnou kapalinou (viskózní tlumení).The principle of an absolute tuned damper is that another mass is attached to the mass of the boring bar whose vibration is to be damped. A source of damping force may or may not be connected in parallel to this spring. Most of the known designs of these shock absorbers are designed such that a cavity is formed at the end of the boring bar (at the point of attachment of the cutting edge) in which, usually in rubber washers, an additional damper mass is stored in the form of a cylinder. There are also known solutions in which the function of the spring and the damping is separated by the fact that the damper mass is connected to the mass of the rod by a flexible member made of metal, rubber or PVC and the damping force source is formed by a gap between the mass. the rod and the damper mass filled with oil or other suitable fluid (viscous damping).

Aby tento druh tlumičů byl účinný, musí být velikost hmoty tlumiče, tuhost pružných členů a velikost tlumení poměrně přesně zvoleny vzhledem k hmotě a tuhosti vyvrtávací tyče, tj. tlumič musí být správně naladěn. Při nesprávném naladění je účinek tlumiče malý, popřípadě může zhoršit i původní stav. Znamená to tedy, že tlumič je účinný jen v úzkém frekvenčním pásmu kmitání vyvrtávací tyče. V praxi k rozladění dochází při změně vysunutí tyče, při upínání tyče do vřeten s různou tuhostí apod. Rovněž bývá obtížné zajistit dlouhodobou přesnost naladění.For this type of shock absorber to be effective, the size of the damper mass, the stiffness of the resilient members, and the damping magnitude must be chosen quite accurately with respect to the mass and stiffness of the boring bar, i.e. the damper must be properly tuned. In the case of incorrect tuning, the effect of the silencer is small, or may deteriorate the original condition. This means that the damper is effective only in the narrow frequency range of the boring bar oscillation. In practice, tuning occurs when changing the bar extension, clamping the bar into spindles of varying rigidity, etc. It is also difficult to ensure long-term tuning accuracy.

Podobný stav je i v případě neladěného, tzv. Lanchesterského tlumiče, jehož podstata spočívá v tom, že hmota tlumiče je k hmotě vyvrtávací tyče připojena pouze prostřednictvím viskózního tlumeni. Navíc účinnost tohoto typu tlumiče je nižší než účinnost optimálně zvoleného laděného tlumiče.The situation is similar in the case of the non-tuned, so-called Lanchester damper, whose essence is that the damper mass is connected to the boring bar mass only by means of viscous damping. Moreover, the efficiency of this type of damper is lower than that of the optimally tuned damper.

Z oblasti neladěných tlumičů je v případě štíhlých vyvrtávacích tyčí známo i použití tzv. absolutních nárazových tlumičů, jejichž podstata spočívá v tom, že v dutině vyvrtávacích tyčí je s malou vůlí volně umístěna hmota tlumiče. Konstrukční řešení nárazových tlumičů je jednoduché, pracují však spolehlivě jen v určitém frekvenčním pásmu a do určité amplitudy kmitání tyče, jejíž kmity mají být sníženy. V případě vyvrtávání jsou tyto druhy tlumičů prakticky neúčinné při samobuzeném kmitání tyče především při dokončovacích operacích (při třískách načisto).In the case of slender boring bars, the use of so-called absolute shock absorbers is also known from the field of non-tuned dampers, whose essence lies in the fact that the damper mass is loosely placed in the cavity of the boring bars with little play. The design of the shock absorbers is simple, but they work reliably only in a certain frequency band and up to a certain vibration amplitude of the bar whose oscillations are to be reduced. In the case of boring, these types of dampers are virtually ineffective in the self-excited oscillation of the bar, especially in finishing operations (with finishing chips).

Princip relativního tlumiče pak spočívá v. zavedení tlumicí síly mezi dvě hmoty, kmitající s různou amplitudou a fází. V případě vyvrtávacích tyčí jsou známy konstrukce tzv·. skládaných vyvrtávacích tyčí, které jsou většinou v podélném směru složeny z několika vrstev, někdy i z materiálů s různým modulem pružnosti, mezi kterými je uložen materiál s vysokým vnitřním tlumením. Nevýhodou těchto tyčí je náročnost při výrobě, omezená tepelná odolnost i provozní trvanlivost. Výsledný efekt ve zvýšení tlumení v porovnání s klasickými tyčemi není rovněž dostačující.The principle of relative damping then consists in introducing a damping force between two masses, oscillating with different amplitude and phase. In the case of boring bars, known constructions are known. of folded boring bars, which are mostly composed of several layers in the longitudinal direction, sometimes of materials with different modulus of elasticity, between which a material with high internal damping is placed. The disadvantage of these bars is their manufacturing demands, limited heat resistance and service life. The resulting dampening effect compared to conventional bars is also not sufficient.

Většinu z uvedených nevýhod odstraňuje dvouhmotový absolutní laděný tlumič podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ke hmotě vyvrtávací tyče je pružným prvkem připojena první hmota tlumiče s vlastní frekvencí blízkou vlastní frekvenci kmitavého systému vyvrtávací tyče, přičemž může nebo nemusí být paralelně k pružnému prvku první hmoty tlumiče připojeno tlumení viskózního charakteru, k první hmotě tlumiče je druhým pružným prvkem v sérii připojena druhá hmota tlumiče s vlastní frekvencí blízkou vlastní frekvenci první hmoty tlumiče a mezi první a druhou hmotou je paralelně s druhým pružným prvkem zapojeno tlumení viskózního charakteru.Most of these disadvantages are overcome by the dual-mass absolute tuned damper according to the invention, characterized in that a first damper mass is attached to the boring bar mass by a resilient element at a natural frequency close to the natural frequency of the oscillating bar system. a second damper mass is connected to the first damper mass in a series with a second damper mass at a natural frequency close to the natural frequency of the first damper mass, and viscous damping is connected in parallel with the second elastic element.

Pružné prvky mohou mít charakter ocelových pružin a viskózní tlumení může být vytvořeno mezerami mezi hmotou vyvrtávací tyče a první hmotou tlumiče a mezi první hmotou tlumiče a druhou hmotou tlumiče vyplněnými kapalinou, např. olejem. Vlivem kmitání hmot tlumiče se mezery periodicky mění a periodickým prouděním kapaliny vzniká tlumicí síla. Pružnými prvky a zároveň zdroji tlumicí síly viskózního charakteru mohou být podložky z pryže, měkčeného PVC apod. Požadované vlastní frekvence obou hmot tlumiče i velikosti tlumicích sil t jsou dosahovány stlačováním těchto podložek mechanickým prvkem.The resilient members may be steel springs and the viscous damping may be formed by gaps between the boring bar mass and the first damper mass and between the first damper mass and the second damper mass filled with a liquid, eg oil. Due to the oscillation of the damper masses, the gaps change periodically and a damping force is created by the periodic fluid flow. The elastic elements and at the same time the sources of the damping force of a viscous nature may be rubber, plasticized PVC pads, etc. The required natural frequencies of both the damper masses and the damping forces t are achieved by compressing these pads with a mechanical element.

Výhodou tlumiče podle vynálezu je v po- u rovnání se známými tlumiči podstatně vyšší účinnost a spolehlivost funkce v širokém frekvenčním pásmu kmitání, podstatně nižší citlivost na rozladění, jednoduchá konstrukce, dlouhodobá stálost, vysoká teplotní stabilita apod. V případě potřeby je možno účinnost tlumiče regulovat jen laděním druhé hmoty a další výhodou je skutečnost, že první hmota tlumiče může být s hmotou vyvrtávací tyče spojena jen pružným prvkem bez paralelně zapojeného tlumení. Tlumič podle vynálezu umožňuje obrábění s velmi štíhlými vyvrtávacími tyčemi, např.The advantage of the shock absorber according to the invention is, in comparison with known shock absorbers, a significantly higher efficiency and reliability of function in a wide frequency band of oscillation, considerably lower sensitivity to detuning, simple construction, long-term stability, high temperature stability etc. only by tuning the second mass and another advantage is that the first mass of the damper can be connected to the mass of the boring bar only by a resilient element without parallel damping. The damper according to the invention allows machining with very slender boring bars, e.g.

L/D = 10.L / D = 10.

Příklady provedení tlumiče podle vynálezu jsou znázorněny na obrázcích obr. 1 a obr. 2, které představují podélný řez konce vyvrtávací tyče se zabudovaným tlumičem.1 and 2, which represent a longitudinal section of the end of a boring bar with a built-in damper.

Na obr. 1 je znázorněn konec vyvrtávací tyče 1, ve kterém je vytvořena válcovitá dutina 2. V dutině je umístěna první hmota 3 tlumiče, která je s hmotou vyvrtávací tyče 1 spojena pružným prvkem 4, který má charakter ohybově namáhaného nosníku a je společně s držákem 5 nože, který je zašroubován do konce vyvrtávací tyče 1 a první hmotou 3 tlumiče vyroben z jednoho kusu. Ve válcovité dutině S první hmoty 3 tlumiče je umístěna druhá hmota 7 tlumiče, která je s první hmotou 3 tlumiče spojena pružným prvkem 8, který má rovněž charakter ohybově namáhaného nosníku a je společně s přírubou 9, pevně spojenou s první hmotou 3 tlumiče a druhou hmotou 7 tlumiče vyroben z jednoho kusu. Mezi válcovitou dutinou 2 vyvrtávací tyče 1 a první hmotou 3 tlumiče je vytvořena mezera 10 zaplněná olejem 11. Rovněž mezi válcovitou dutinou v první hmotě 3 tlumiče a druhou hmotou tlumiče je vytvořena mezera 12 zaplněná olejem 11.FIG. 1 shows the end of the boring bar 1 in which the cylindrical cavity 2 is formed. In the cavity there is placed a first damper mass 3 which is connected to the mass of the boring bar 1 by a resilient member 4 having the character of a bending beam. a knife holder 5, which is screwed into the end of the boring bar 1 and is made in one piece by the first damper mass 3. In the cylindrical cavity S of the first damper mass 3 is located a second damper mass 7, which is connected to the first damper mass 3 by a resilient member 8 which also has the character of a bending-stressed beam and together with a flange 9 firmly connected to the first damper mass 3 and Mass of 7 shock absorbers made of one piece. A gap 10 filled with oil 11 is formed between the cylindrical cavity 2 of the boring bar 1 and the first damper mass 3. Also a gap 12 filled with oil 11 is formed between the cylindrical cavity in the first damper mass 3 and the second damper mass.

Na obr. 2 je znázorněn konec vyvrtávací tyče 21, ve kterém je vytvořena válcovitá dutina 22, ve které je umístěna první hmota 23 tlumiče, která je s hmotou vyvrtávací tyče 21 spojena prostřednictvím pryžových podložek 24. V dutině první hmoty 23 tlumiče je umístěna druhá hmota 25 tlumiče, která je s první hmotou 23 tlumiče spojena prostřednictvím pryžových podložek 28.FIG. 2 shows the end of the boring bar 21, in which a cylindrical cavity 22 is formed, in which the first damper mass 23 is disposed, which is connected to the mass of the boring bar 21 by rubber pads 24. the damper mass 25, which is connected to the first damper mass 23 by means of rubber washers 28.

Tlumič znázorněný na obr. 1 funguje tak, že při vynuceném nebo samobuzeném kmitání vyvrtávací tyče 1 vzniklém při obrábění, obě hmoty 3, 7 tlumiče kmitání v radiálním směru a svými dynamickými účinky potlačují kmitání vyvrtávací tyče 1. Podstatné snížení amplitudy kmitů tyče výrazně zlepšuje kvalitu povrchu vyvrtávacího otvoru, eventuálně umožňuje obrábění vůbec.The damper shown in Fig. 1 works by forcing or self-exciting the boring bar 1 produced during machining, both the oscillating damper materials 3, 7 in the radial direction and their dynamic effects suppress the oscillation of the boring bar 1. Significantly reducing the oscillation of the bar significantly improves quality surface of the boring hole, possibly allowing machining at all.

Tlumič znázorněný ina obr. 2 pracuje v prancipu stejně jako tlumič na obr. 1. Pryžové podložky 24 a 26 v tomto případě plní funkci jak pružného členu, tak zdroje tlumicí síly viskózního charakteru. V případě potřeby lze tlumení viskózního charakteru zvýšit zaplněním mezer mezi první hmotou 23 tlumiče a hmotou vyvrtávací tyče 21 a mezi druhou hmotcu 25 tlumiče a první hmotou 23 tlumiče kapalinou, např. olejem.The damper shown in FIG. 2 operates in the same manner as the damper in FIG. 1. In this case, the rubber pads 24 and 26 function both as a resilient member and a source of viscous damping force. If desired, the damping of the viscous nature may be increased by filling the gaps between the first damper mass 23 and the boring bar mass 21 and between the second damper mass 25 and the first damper mass 23 with a liquid, eg oil.

Dvouhmotového absolutního laděného tlumiče kmitů podle vynálezu lze s výhodou použít zvláště pro zvýšení tlumení štíhlých vyvrtávacích tyčí (s poměrem jejich délky k jejich průměru většímu než 4), u kterých je s ohledem na požadovanou kvalitu povrchu obráběných otvorů a na možnost vůbec se štíhlou vyvrtávací tyčí obrábět, nutno dosáhnout podstatného zvýšení tlumení v širokém frekvenčním pásmu, které není možno známými provedeními štíhlých vyvrtávacích tyčí a tlumičů dosáhnout.The dual-mass absolute tuned vibration damper according to the invention can advantageously be used in particular to increase the damping of slender boring bars (with a length-to-diameter ratio greater than 4) which, with regard to the desired surface quality of machined holes and the possibility of a slender boring bar It is necessary to achieve a substantial increase in damping in a wide frequency band, which is not possible with known designs of slender boring bars and dampers.

Claims

Double-mass vibration damper for boring bars, characterized in that a first damper mass (3) is connected to the mass of the end of the boring bar (1) by a resilient element (4) with a natural frequency close to the natural frequency of the boring bar mass (1) and to the first mass (3). 2) a second damper mass (7) is connected in series with the elastic element (8) at a natural frequency close to the natural frequency of the first damper mass (3), and a viscous damping (10) is connected in parallel to the elastic element (4) , 11, 12).

Dual mass boring damper of boring bars according to claim 1, characterized in that the elastic elements (4, 8) are steel springs and the viscous damping is formed by a gap (10) between the cavity (2) in the mass of the boring bar (1) and the first mass (3). a damper and a gap (12) between the cavity (6) in the first damper mass (3) and the second damper mass (7), which are filled with liquid (11), the size of the gaps (10, 12) with the first mass vibration (3) the dampers relative to the mass of the boring bar (1) and the second mass (7) of the dampers periodically change the dampers relative to the first mass (3).

3. The dual-mass vibration damper of boring bars according to claim 1, characterized in that the elastic elements and the sources of the damping forces of a viscous nature are rubber washers (24, 26).