RU128545U1 - DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING - Google Patents

DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING Download PDF

Info

Publication number
RU128545U1
RU128545U1 RU2012133804/02U RU2012133804U RU128545U1 RU 128545 U1 RU128545 U1 RU 128545U1 RU 2012133804/02 U RU2012133804/02 U RU 2012133804/02U RU 2012133804 U RU2012133804 U RU 2012133804U RU 128545 U1 RU128545 U1 RU 128545U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
frequency
vibration
vibrations
vibration damper
Prior art date
Application number
RU2012133804/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Болсуновский
Владимир Дмитриевич Вермель
Глеб Анатольевич Губанов
Александр Евгеньевич Леонтьев
Леонид Леонидович Чернышев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority to RU2012133804/02U priority Critical patent/RU128545U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU128545U1 publication Critical patent/RU128545U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)

Abstract

Устройство для снижения вибраций нежесткой заготовки при ее обработке фрезерованием, содержащее динамический виброгаситель, образованный набором механических резонаторов, выполненных в виде поперечных балок, свободные концы которых закреплены на центральном стержне, отличающееся тем, что основание центрального стержня выполнено в виде усеченного конуса, прикрепляемого к обрабатываемой заготовке, а на концах балок установлены грузы с возможностью их перестановки по длине балок.A device for reducing vibrations of a non-rigid workpiece during its processing by milling, containing a dynamic vibration absorber formed by a set of mechanical resonators made in the form of transverse beams, the free ends of which are fixed on the central rod, characterized in that the base of the central rod is made in the form of a truncated cone attached to the workpiece the workpiece, and at the ends of the beams installed loads with the possibility of their rearrangement along the length of the beams.

Description

Заявляемое устройство относится к машиностроению, а именно к технологической оснастке, и может быть использовано при обработке фрезерованием нежестких заготовок.The inventive device relates to mechanical engineering, namely to technological equipment, and can be used in the processing of milling non-rigid workpieces.

При обработке фрезерованием длинномерных или тонкостенных заготовок зачастую возникают вибрации заготовки из-за ее низкой жесткости. Вибрации ухудшают чистоту поверхности и точность обработки, и могут приводить к непригодности изготовленной детали или необходимости ее ручной слесарной доработки.When milling long or thin-walled workpieces, vibration of the workpiece often occurs due to its low stiffness. Vibrations worsen the surface cleanliness and processing accuracy, and may lead to the unsuitability of the manufactured part or the need for manual locksmithing.

Для снижения вибраций нежесткой заготовки в процессе обработки используют дополнительную технологическую оснастку, оказывающую заготовке дополнительную поддержку, тем самым повышая ее жесткость.To reduce the vibration of a non-rigid workpiece during processing, additional technological equipment is used that provides the workpiece with additional support, thereby increasing its rigidity.

Известны устройства, которые используют в качестве дополнительных опор при фиксации заготовки на столе станка для оказания заготовке дополнительной поддержки в точках ее наименьшей жесткости. Примерами подобных устройств являются винтовой домкрат, винтовая подпорка (изображена на фигуре 1, см. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 303 с. Стр.83-84; см. также ГОСТ 1559-67. Подпорки винтовые для станочных приспособлений. Конструкция; см. также Черпаков Б.И. Технологическая оснастка: учебник для учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 288 с. Стр 36-37, 40), упор-люнет (Новожилов Э.Д. Приспособления в единичном производстве. - М.: Машиностроение, 1983. - 69 с. Стр.58), узел укрепления (Под. ред. Вардашкин Б.Н. Данилевский В.В. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т., Т.2. - М.: Машиностроение, 1984. - 656 с. Стр. 500-501, рис 115) и т.п. Подобные устройства устанавливают вручную при фиксировании заготовки на столе станка. Дополнительные опоры не позволяют перемещаться тем точкам заготовки, которые они поддерживают, создавая усилие реакции опоры при оказании силового воздействия на заготовку. Тем самым дополнительные опоры увеличивают жесткость заготовки, препятствуют ее деформациям и вибрациям при обработке. Недостатком подобных устройств являются значительные затраты времени на установку дополнительных опор вручную. Кроме того, время на обработку возрастает вследствие необходимости обходить режущим инструментом дополнительные фиксирующие элементы, а также производить перестановку фиксирующих элементов и заготовки.Known devices that are used as additional supports when fixing the workpiece on the machine table to provide the workpiece with additional support at the points of its least rigidity. Examples of such devices are a screw jack, a screw support (shown in figure 1, see A. Goroshkin. Adaptations for metal cutting machines: Handbook. - 7th ed., Revised and enlarged. - M.: Mechanical Engineering, 1979. - 303 pp. Pp. 83-84; see also GOST 1559-67. Screw supports for machine tools. Design; see also B. Cherpakov. Technological equipment: a textbook for institutions of secondary vocational education. - M.: Publishing Center "Academy", 2003. - 288 pp. Pages 36-37, 40), emphasis-rest (Novozhilov ED Adaptations in a single production. - M: Mashinostr Oeniya, 1983. - 69 p. p. 58), a fortification unit (edited by Vardashkin B.N. Danilevsky V.V. Machine tools: Handbook. In 2 volumes, T.2. - M .: Engineering, 1984. - 656 pp. Pp. 500-501, Fig. 115), etc. Such devices are installed manually when fixing the workpiece on the machine table. Additional supports do not allow those workpiece points that they support to move, creating a reaction force of the support when exerting a force on the workpiece. Thus, additional supports increase the rigidity of the workpiece, prevent its deformation and vibration during processing. The disadvantage of such devices is the significant time spent on installing additional supports manually. In addition, the processing time increases due to the need to bypass the cutting tool additional locking elements, as well as to rearrange the locking elements and the workpiece.

Известны устройства для фиксации нежестких заготовок сложной формы, которые проектируют и изготавливают с целью выполнения одной или нескольких операций обработки для определенного изделия, так называемые специальные приспособления. Специальное приспособление может включать сложные поддерживающие и фиксирующие элементы, учитывающие индивидуальные особенности формы конкретного изделия, но при этом не может быть использовано для фиксации заготовок изделий другой формы. Специальные приспособления применяют в условиях массового и крупносерийного производства (Черпаков Б.И. Технологическая оснастка: учебник для учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 288 с. Стр 11; см. также Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. - Изд-е 4-е. - Л.: Машиностроение, 1975 г. Стр. 637). Недостатком данных устройств являются большие временные и финансовые затраты на проектирование и изготовление специальных приспособлений индивидуально для каждого типа изготавливаемых изделий, что неприемлемо в условиях мелкосерийного и опытного производства.Known devices for fixing non-rigid blanks of complex shape, which are designed and manufactured in order to perform one or more processing operations for a particular product, the so-called special devices. A special device may include complex supporting and fixing elements that take into account the individual characteristics of the shape of a particular product, but cannot be used to fix blanks of products of another shape. Special devices are used in conditions of mass and large-scale production (B. Cherpakov. Technological equipment: a textbook for institutions of secondary vocational education. - M.: Publishing Center "Academy", 2003. - 288 pp. 11; see also Anserov MA Devices for metal-cutting machines. - Publishing house 4th. - L.: Mechanical Engineering, 1975, p. 637). The disadvantage of these devices is the large time and financial costs for the design and manufacture of special devices individually for each type of manufactured products, which is unacceptable in small-scale and pilot production.

Известен блок самоустанавливающихся опор, содержащий корпус, в отверстиях которого размещены опоры на упругих элементах и втулки, контактирующие внутренней поверхностью с опорами, а также сухари, расположенные с возможностью взаимодействия одним концом с опорами и другим концом с болтами. При установке заготовки сложной формы каждая из опор занимает нужное положение в соответствии с формой заготовки, будучи прижата к поверхности заготовки упругим элементом, после чего положение опоры фиксируется затягиванием болта, который прижимает сухарь к боковой поверхности опоры (Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 303 с. Стр.86). Недостатком данного устройства является его низкая производительность, обусловленная большими затратами времени на фиксацию опор по отдельности в заданном положении вручную.A known block of self-supporting bearings, comprising a housing, in the openings of which are placed supports on elastic elements and bushings in contact with the inner surface of the supports, as well as crackers arranged to interact with one end with the supports and the other end with bolts. When installing a workpiece of complex shape, each of the supports occupies the desired position in accordance with the shape of the workpiece, being pressed to the surface of the workpiece by an elastic element, after which the position of the support is fixed by tightening the bolt, which presses the cracker to the side surface of the support (A. Goroshkin, Accessories for metal cutting machines : Handbook. - 7th ed., Revised and enlarged. - M.: Mechanical Engineering, 1979. - 303 p. Page 86). The disadvantage of this device is its low productivity, due to the large time it takes to fix the supports individually in a given position manually.

Известен блок самоустанавливающихся опор, в котором фиксация опор в достигнутом положении производится автоматически. Для этого в отверстиях блока самоустанавливающихся опор могут быть установлены катушки индуктивности, соединенные между собой параллельно, и отверстия заполняются жидкостью с введенными мелкодисперсными ферромагнитными частицами. Для фиксации положения опор на катушки индуктивности подается электрическое напряжение, возникшее магнитное поле вызывает затвердение жидкости с введенными ферромагнитными частицами, которое фиксирует опоры в достигнутом положении (Патент RU 2277466С2, МПК B23Q 3/155, дата публикации 20.02.2006). Недостатками данного устройства является необходимость постоянного электрического питания катушек индуктивности для удержания опор в фиксированном положении, а также сложность и высокая стоимость устройства.A known block of self-aligning supports in which the fixing of the supports in the reached position is performed automatically. For this, inductance coils connected in parallel to each other can be installed in the openings of the block of self-aligning supports, and the openings are filled with liquid with finely dispersed ferromagnetic particles introduced. To fix the position of the supports, an electric voltage is applied to the inductance coils, the generated magnetic field causes solidification of the liquid with introduced ferromagnetic particles, which fixes the supports in the reached position (Patent RU 2277466С2, IPC B23Q 3/155, publication date 02/20/2006). The disadvantages of this device is the need for constant electrical power to the inductors to hold the supports in a fixed position, as well as the complexity and high cost of the device.

Известен блок самоустанавливающихся опор, содержащий множество точечных опор, занимающих свои положения под действием давления устанавливаемой на них заготовки в соответствии со сложной формой поверхности заготовки, и механизма, осуществляющего фиксацию опор в занятых ими положениях. Корпус блока заполнен множеством небольших шаров, свободное пространство между которыми заполнено термопластичной резиной. Перед установкой заготовки содержимое корпуса нагревают, и резина становится пластичной. В процессе установки заготовки на опоры происходит перемещение опор, и соответствующее перемещение шаров вблизи опор. После установки заготовки производят охлаждение содержимого корпуса до нормальной температуры, резина твердеет, фиксируя шары и опоры в достигнутых ими положениях (Патент JP 2010188469 (А), МПК B23Q 3/02; B23Q 3/06, дата публикации 02.09.2010. Flexible Fixture). Недостатком данного устройства является то, что для установки крупногабаритной детали требуется устройство большого размера, кроме того, опоры лишь подпирают точки заготовки, но не удерживают их в фиксированном положении.A known block of self-supporting supports, containing many point supports, occupying their positions under the pressure of the workpiece installed on them in accordance with the complex shape of the surface of the workpiece, and a mechanism for fixing the supports in the positions occupied by them. The block body is filled with many small balls, the free space between which is filled with thermoplastic rubber. Before installing the workpiece, the contents of the body are heated, and the rubber becomes plastic. During the installation of the workpiece on the supports, the supports move, and the corresponding balls move near the supports. After installing the workpiece, the contents of the body are cooled to normal temperature, the rubber hardens, fixing the balls and supports in the positions they have achieved (Patent JP 2010188469 (A), IPC B23Q 3/02; B23Q 3/06, publication date 02.09.2010. Flexible Fixture) . The disadvantage of this device is that to install a large part requires a large device, in addition, the supports only support the workpiece points, but do not hold them in a fixed position.

Известно устройство, позволяющее осуществлять зажим заготовки сложной формы жидкой средой с последующим охлаждением (Заявка Японии №62-40131, МПК B23Q 3/06, 1987 г.). Его недостатком является сложность устройства, необходимость рефрижераторной установки и длительный цикл зажима-разжима.A device is known that allows clamping a workpiece of complex shape with a liquid medium, followed by cooling (Japanese Application No. 62-40131, IPC B23Q 3/06, 1987). Its disadvantage is the complexity of the device, the need for a refrigeration unit and a long clamping-expanding cycle.

Известны магнитные прижимы и магнитные плиты, позволяющие производить фиксацию заготовки магнитными силами, при этом для фиксации заготовки сложной формы могут быть использованы передвижные полюсные надставки (Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. - Изд-е 4-е. - Л.: Машиностроение, 1975 г. Стр.349; см. также электронный каталог фирмы Braillon Magnetics: магнитные станочные приспособления для фрезерования, электро-постоянные магнитные плиты Turbomill). Подобные устройства позволяют быстро осуществлять фиксацию заготовки с обеспечением большого числа дополнительных опор. Однако для установки крупноразмерной детали необходимо иметь дорогостоящую магнитную плиту большого размера. Другим недостатком использования магнитных сил для фиксации заготовки является затрудненное удаление стружки из зоны обработки вследствие того, что стружка прилипает к намагниченной заготовке и самим магнитам. Остаточная намагниченность изготовленной детали может препятствовать ее успешной эксплуатации. Кроме того, фиксацию магнитными силами можно производить только для заготовок из ферромагнитного материала.Known magnetic clamps and magnetic plates that allow fixing the workpiece by magnetic forces, while mobile pole extensions can be used to fix the workpiece of complex shape (Anserov M.A. Devices for metal cutting machines. - Edition 4-е. - L .: Mechanical engineering, 1975, p. 349; see also Braillon Magnetics electronic catalog: magnetic machine tools for milling, Turbomill electro-permanent magnetic plates). Such devices allow you to quickly fix the workpiece with a large number of additional supports. However, to install a large part, you must have an expensive large magnetic plate. Another disadvantage of using magnetic forces to fix the workpiece is the difficult removal of chips from the processing zone due to the chip adhering to the magnetized workpiece and the magnets themselves. The residual magnetization of the manufactured part may impede its successful operation. In addition, fixation by magnetic forces can be performed only for preforms of ferromagnetic material.

Известно устройство для вакуумного закрепления заготовки (Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. - Изд-е 4-е. - Л.: Машиностроение, 1975 г. Стр. 352-354). Прижим заготовки к опорной поверхности, повторяющей форму поверхности заготовки, осуществляется силой атмосферного давления за счет создания полости с разреженным воздухом между заготовкой и опорной поверхностью, в результате заготовку фиксируют по всей ее поверхности, и вибраций заготовки при обработке не происходит. Недостатком данного устройства является необходимость изготовления опорной поверхности, повторяющей форму заготовки, а также необходимость в наличии установки для создания вакуума.A device is known for vacuum securing a workpiece (MA Anserov. Adaptations for metal-cutting machine tools. - 4th Edition. - L.: Mechanical Engineering, 1975, pp. 352-354). The workpiece is pressed to the supporting surface, which repeats the surface shape of the workpiece, by atmospheric pressure due to the creation of a cavity with rarefied air between the workpiece and the supporting surface, as a result, the workpiece is fixed over its entire surface, and the workpiece does not vibrate during processing. The disadvantage of this device is the need to manufacture a supporting surface that repeats the shape of the workpiece, as well as the need for an installation to create a vacuum.

Известно устройство для оказания нежесткой длинномерной заготовке дополнительной поддержки в процессе обработки, включающее пару опор, перемещаемых вдоль заготовки приводами с числовым программным управлением (Патент US 2008/0178719 А1, МПК B23B 23/00; B23B 25/00, дата публикации 31.07.2008. Workpiece Machining Apparatus). В процессе обработки опоры перемещают согласованно с перемещениями режущего инструмента. Недостатком данного устройства является его сложность и высокая стоимость, а также необходимость составления управляющих программ не только для режущего инструмента, но и для управляемых опор.A device is known for providing non-rigid long workpiece with additional support during processing, including a pair of supports moved along the workpiece by numerically controlled drives (Patent US 2008/0178719 A1, IPC B23B 23/00; B23B 25/00, publication date July 31, 2008. Workpiece Machining Apparatus). During processing, the supports are moved in concert with the movements of the cutting tool. The disadvantage of this device is its complexity and high cost, as well as the need to draw up control programs not only for the cutting tool, but also for the controlled supports.

Все вышеперечисленные устройства для оказания нежесткой заготовке дополнительной поддержки в процессе обработки и снижения ее вибраций жестко фиксируют точки поверхности заготовки в определенных положениях, препятствуя их перемещениям и тем самым повышая жесткость заготовки и снижая амплитуду ее вибраций. В результате все вышеописанные устройства помимо недостатков, указанных для каждого устройства по отдельности, имеют также следующие общие недостатки. Во-первых, погрешности при изготовлении и установке дополнительных фиксирующих приспособлений приводит к соответствующему ухудшению точности изготовления детали (этого недостатка не имеют блок самоустанавливающихся опор и устройство для зажима жидкой средой с последующим охлаждением). Во-вторых, жесткая фиксация точек заготовки в определенных положениях во время обработки приводит к ухудшению точности изготовления вследствие коробления детали. В процессе резания в поверхностном слое заготовки накапливаются остаточные напряжения. При этом из-за жесткой фиксации во многих точках заготовка не может деформироваться в процессе обработки. В результате чистовой проход инструмента, формирующий окончательную поверхность детали, производится при наличии в заготовке значительных внутренних напряжений. После освобождение детали из фиксирующих приспособлений происходит перераспределение напряжений, и деталь деформируется (изгибается и скручивается), отклоняясь от заданной формы, что приводит к ухудшению точности изготовления.All of the above devices to provide additional support to the non-rigid workpiece during processing and reduce its vibrations rigidly fix the surface points of the workpiece in certain positions, preventing them from moving and thereby increasing the stiffness of the workpiece and reducing the amplitude of its vibrations. As a result, all of the above devices, in addition to the disadvantages indicated for each device individually, also have the following general disadvantages. Firstly, errors in the manufacture and installation of additional fixing devices leads to a corresponding deterioration in the accuracy of the manufacture of the part (the self-aligning support block and the device for clamping with a liquid medium with subsequent cooling do not have this drawback). Secondly, rigid fixation of the workpiece points in certain positions during processing leads to a deterioration in manufacturing accuracy due to warpage of the part. During cutting, residual stresses accumulate in the surface layer of the workpiece. At the same time, due to rigid fixation at many points, the workpiece cannot be deformed during processing. As a result, the final pass of the tool, forming the final surface of the part, is carried out in the presence of significant internal stresses in the workpiece. After the part is released from the fixing devices, the stress is redistributed, and the part is deformed (bends and twists), deviating from the given shape, which leads to a deterioration in manufacturing accuracy.

Известно устройство для снижения амплитуды вибраций конструкции, называемое динамический виброгаситель (или инерционный демпфер). Принципиальная схема динамического виброгасителя показана на фигуре 2. Исходная нежесткая конструкция изображена в виде груза 1, закрепленного через пружину 2 на неподвижном основании. Предполагается, что исходная конструкция подвергается внешнему переменному силовому воздействию, вызывающему ее нежелательные вибрации, которые требуется устранить. Вибрации будут особенно интенсивными, если частота внешнего силового воздействия будет близка к собственной частоте колебаний конструкции, т.е. будет наблюдаться резонанс. Динамический виброгаситель представляет собой небольшой механический резонатор, изображенный в виде груза 3 на пружине 4, который прикрепляется к исходной конструкции. Вибраций исходной конструкции возбуждают вибрации закрепленного на ней виброгасителя, который начинает оказывать на конструкцию обратное воздействие. Если собственная частота колебаний виброгасителя совпадет с частотой внешнего силового воздействия, действующего на исходную конструкцию, виброгаситель начнет колебаться в противофазе с внешним воздействием и противодействовать ему. В результате внешнее воздействие и воздействие со стороны виброгасителя компенсируют друг друга, равнодействующая сила, действующая на исходную конструкцию, близка к нулю, и ее вибрации практически полностью исчезают. Таким образом, для эффективной работы динамического виброгасителя необходимо настроить его, т.е. обеспечить совпадение собственной частоты колебаний виброгасителя и частоты вибраций исходной конструкции. Существенно, что при совпадении собственной частоты колебаний виброгасителя и частоты внешнего воздействия виброгаситель снижает вибрации конструкции независимо от частотных характеристик самой конструкции. На фигуре 3 изображена частотная характеристика исходной конструкции без виброгасителя и с использованием виброгасителя, собственная частота которого совпадает с собственной частотой исходной конструкции. Динамический виброгаситель практически полностью подавляет вибрации конструкции лишь в узком диапазоне частот, близких к его собственной частоте колебаний, вне этого диапазона снижения вибрации не происходит. Динамические гасители колебаний широко применяются в технике для подавления колебаний сооружений (небоскребов, мостов, заводских труб, проводов ЛЭП и т.п.) и конструкций. При этом в большинстве случаев динамический виброгаситель проектируется так, чтобы он имел значительное внутреннее трение, а его собственная частота колебаний была близка к собственной частоте колебаний рассматриваемой конструкции (Патент US 989958, дата публикации 30.10.1909. Device for damping vibrations of bodies., см. также Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. - М.: Государственное Издательство Физико-Математической Литературы, 1960 г.).A device is known to reduce the amplitude of vibration of a structure, called a dynamic vibration damper (or inertial damper). A schematic diagram of a dynamic vibration damper is shown in figure 2. The original non-rigid structure is shown in the form of a load 1, fixed through a spring 2 on a fixed base. It is assumed that the original structure is exposed to an external variable force action, causing its unwanted vibrations to be eliminated. Vibrations will be especially intense if the frequency of the external force is close to the natural frequency of the structural vibrations, i.e. resonance will be observed. The dynamic vibration damper is a small mechanical resonator depicted in the form of a load 3 on a spring 4, which is attached to the original structure. The vibrations of the original structure excite the vibrations of the vibration damper mounted on it, which begins to exert a reverse effect on the structure. If the natural vibration frequency of the vibration damper coincides with the frequency of the external force acting on the original structure, the vibration damper will begin to oscillate out of phase with the external force and counteract it. As a result, the external action and the action from the side of the vibration damper cancel each other out, the resultant force acting on the original structure is close to zero, and its vibrations almost completely disappear. Thus, for the effective operation of the dynamic vibration damper, it is necessary to configure it, i.e. ensure the coincidence of the natural vibration frequency of the vibration damper and the vibration frequency of the original design. It is significant that when the natural vibration frequency of the vibration damper coincides with the frequency of the external action, the vibration damper reduces the vibration of the structure regardless of the frequency characteristics of the structure itself. The figure 3 shows the frequency response of the original design without a damper and using a damper, the natural frequency of which coincides with the natural frequency of the original design. A dynamic vibration damper almost completely suppresses structural vibrations only in a narrow frequency range close to its own oscillation frequency; outside this range, vibration reduction does not occur. Dynamic vibration dampers are widely used in technology to suppress vibrations of structures (skyscrapers, bridges, factory pipes, power lines wires, etc.) and structures. Moreover, in most cases, a dynamic vibration damper is designed so that it has significant internal friction, and its own vibration frequency is close to the natural vibration frequency of the structure in question (Patent US 989958, publication date 10/30/1909. Device for damping vibrations of bodies., Cm also Den-Hartog, J.P. Mechanical vibrations. - M.: State Publishing House of Physical and Mathematical Literature, 1960).

Известно устройство, в котором динамический виброгаситель используют для снижения вибраций режущего инструмента. Виброгаситель состоит из цилиндрического груза (инерционного тела), установленного на паре резиновых колец в полости внутри корпуса оправки или фрезы. Между грузом и стенками корпуса имеется зазор, заполненный жидкостью, позволяющий грузу совершать колебания и подавлять вибрации инструмента. Виброгаситель предназначен для использования с инструментом определенного диаметра и вылета. Параметры груза и резиновых колец выбирают таким образом, чтобы собственная частота колебаний груза была близка к собственной частоте колебаний инструмента с определенным диаметром и вылетом (Патент US 5413318, МПК F16F 7/00, дата публикации 09.05.1995). Использовать подобное устройство для снижения вибраций обрабатываемой заготовки затруднительно. Для этого необходимо выбирать параметры виброгасителя в соответствии с собственной частотой колебаний заготовки, соответственно, требуется получить, расчетными или экспериментальными методами, частотную характеристику заготовки. Проведение анализа частотных характеристик для каждой изготавливаемой детали приведет к увеличению времени изготовления детали, особенно в условиях мелкосерийного и опытного производства. Кроме того, возможности использования виброгасителя, настроенного на конкретную собственную частоту колебаний заготовки, ограничены тем, что частотная характеристика заготовки меняется в процессе обработки по мере удаления материала.A device is known in which a dynamic vibration damper is used to reduce the vibrations of a cutting tool. The vibration damper consists of a cylindrical load (inertial body) mounted on a pair of rubber rings in a cavity inside the body of the mandrel or cutter. Between the load and the walls of the housing there is a gap filled with liquid, allowing the load to oscillate and suppress vibration of the tool. The vibration damper is designed for use with a tool of a certain diameter and reach. The parameters of the load and rubber rings are selected so that the natural frequency of the oscillations of the load is close to the natural frequency of the oscillations of the tool with a certain diameter and reach (Patent US 5413318, IPC F16F 7/00, publication date 05/09/1995). Using such a device to reduce the vibration of the workpiece is difficult. For this, it is necessary to select the parameters of the vibration damper in accordance with the natural frequency of the workpiece vibrations; accordingly, it is necessary to obtain, by calculation or experimental methods, the frequency response of the workpiece. Conducting an analysis of the frequency characteristics for each manufactured part will increase the time for manufacturing the part, especially in small-scale and pilot production. In addition, the possibility of using a vibration damper tuned to a specific natural vibration frequency of the workpiece is limited in that the frequency response of the workpiece changes during processing as the material is removed.

Известно устройство для снижения вибраций панели фюзеляжа самолета с целью улучшения ее звукоизолирующих характеристик, представляющее собой динамический виброгаситель, состоящий из гибкой пластины, которая в центре прикрепляется к панели фюзеляжа, и на обоих концах которой закреплены симметричные грузы, способные совершать колебания при изгибе пластины. Размеры пластины и вес грузов подбирают так, чтобы собственная частота колебаний грузов на пластине достигала нужного значения, обеспечивающего наилучшее снижение вибраций колебаний панели фюзеляжа, подвергающейся воздействию звуковых волн определенной частоты (Waterman E.H., Kaptein D., Sarin. S.L. Fokker's activities in cabin noise control for propeller aircraft. SAE TR Ser. №830736, 1983). Данное устройство не может быть использовано для снижения вибраций фрезеруемой заготовки, т.к. частота силового воздействия фрезы на заготовку может быть различной, в то время как описанное устройство позволяет снижать вибраций конструкции от воздействия определенной известной частоты. Кроме того, данное устройство позволяет снижать вибрации конструкции только одной определенной частоты, в то время как вибрации обрабатываемой заготовки возбуждаются одновременно на нескольких частотах.A device is known for reducing vibrations of an aircraft fuselage panel in order to improve its soundproofing characteristics, which is a dynamic vibration damper consisting of a flexible plate, which is attached to the fuselage panel in the center, and at both ends of which there are symmetrical loads capable of oscillating when the plate is bent. The dimensions of the plate and the weight of the weights are selected so that the natural frequency of oscillations of the weights on the plate reaches the desired value, which provides the best reduction in vibration of the vibrations of the fuselage panel exposed to sound waves of a certain frequency (Waterman EH, Kaptein D., Sarin. SL Fokker's activities in cabin noise control for propeller aircraft. SAE TR Ser. No. 830736, 1983). This device cannot be used to reduce the vibration of the milled workpiece, because the frequency of the force impact of the cutter on the workpiece can be different, while the described device allows you to reduce vibration of the structure from exposure to a certain known frequency. In addition, this device allows you to reduce the vibration of the structure of only one specific frequency, while the vibration of the workpiece is excited simultaneously at several frequencies.

Известно устройство для снижения вибраций панели звукоизолирующего барьера, представляющее собой динамический виброгаситель, содержащий набор механических резонаторов в виде набора поперечных балок со свободными концами, закрепленных на центральном стержне (Патент US 4373608, МПК H02K 5/24; F16F 7/00; G10K 11/16; H01F 15/02, дата публикации 15.02.1983. Tuned Sound Barriers). Звуковой барьер предназначен для подавления шума от механизмов, которые генерируют звуковые волны на небольшом числе отдельных постоянных по значению частот колебаний, в частности, от электрических трансформаторов. Основным источником шума трансформатора являются колебания его сердечника, которые возбуждаются воздействием переменного электрического тока, и передаются другим элементам трансформатора и его основанию. Вследствие этого частота периодического силового воздействия, возбуждающего вибрации конструкции, равна удвоенной частоте сети, т.е. 120 Гц (в Северной Америке сетевая частота составляет 60 Гц). Трансформатор излучает звук только на этой частоте и на ее гармониках: 120 Гц, 240 Гц, 360 Гц, 480 Гц. Для снижения вибраций панели звукового барьера на ней закрепляют динамический виброгаситель, содержащий набор механических резонаторов со значениями собственных частот колебаний, равными частотам нескольких первых гармоник периодического внешнего силового воздействия, т.е. 120 Гц, 240 Гц, 360 Гц, 480 Гц. Каждый резонатор представляет собой поперечную балку в виде металлической пластины со свободными концами, закрепленной в центре на общем центральном стержне. Пластины изготовлены так, чтобы их концы поднимались над панелью и могли свободно совершать колебания, не касаясь панели и друг друга. Каждый резонатор эффективно подавляет вибрации панели только одной конкретной частоты, равной его собственной частоте колебаний. Требуемая собственная частота колебаний резонатора обеспечивается подбором размеров пластины, из которой он состоит. Совместное функционирование набора из резонаторов с указанными выше значениями собственных частот колебаний обеспечивает снижение вибрации панели на всех частотах, на которых происходит возбуждение ее вибраций. Таким образом обеспечивают значительное улучшение звукоизолирующих свойств панели звукового барьера. Применение описанного устройства возможно именно благодаря тому, что возбуждение вибраций конструкции (панели) происходит на конкретной известной постоянной частоте (120 Гц) и кратной ей частотах. В случае изменяющейся частоты внешнего силового воздействия описанное устройство не будет функционировать из-за узкого рабочего частотного диапазона динамического виброгасителя. Данное устройство принято за прототип. Однако данное устройство не может быть применено для снижения вибраций фрезеруемой заготовки, т.к. частота воздействия на заготовку со стороны фрезы может быть различной, и согласование между собственной частотой виброгасителя и частотой внешнего силового воздействия не будет обеспечено, соответственно, снижения вибраций происходить не будет. Кроме того, описанное устройство обладает следующими недостатками. Для обеспечения высокой эффективности динамического виброгасителя и расширения его рабочего частотного диапазона желательно использовать виброгасители большой массы. Реализация виброгасителя с нужной массой и собственной частотой колебаний в виде пластины, закрепленной в центре и имеющей свободные концы, приведет к устройству слишком больших габаритов, что неудобно или даже неприемлемо в условиях ограниченной по размером рабочей зоны станка, в которой также располагаются прочие агрегаты и приспособления. Кроме того, настройка виброгасителя, т.е. корректировка его собственной частоты колебаний с целью получения ее требуемого значения, возможна лишь путем изменения размеров пластины, из которой изготовлен виброгаситель, в результате процесс настройки сложен и длителен.A device for reducing vibration of a soundproofing barrier panel is known, which is a dynamic vibration damper comprising a set of mechanical resonators in the form of a set of transverse beams with free ends mounted on a central rod (Patent US 4373608, IPC H02K 5/24; F16F 7/00; G10K 11 / 16; H01F 15/02, publication date 02/15/1983 Tuned Sound Barriers). The sound barrier is designed to suppress noise from mechanisms that generate sound waves at a small number of separate constant vibrational frequencies, in particular, from electrical transformers. The main source of transformer noise is the vibrations of its core, which are excited by the action of an alternating electric current, and are transmitted to other elements of the transformer and its base. As a result of this, the frequency of the periodic force action exciting structural vibrations is equal to the doubled frequency of the network, i.e. 120 Hz (in North America, the network frequency is 60 Hz). The transformer emits sound only at this frequency and at its harmonics: 120 Hz, 240 Hz, 360 Hz, 480 Hz. To reduce the vibrations of the sound barrier panel, a dynamic vibration damper is mounted on it, containing a set of mechanical resonators with values of natural vibration frequencies equal to the frequencies of several first harmonics of a periodic external force action, i.e. 120 Hz, 240 Hz, 360 Hz, 480 Hz. Each resonator is a transverse beam in the form of a metal plate with free ends, fixed in the center on a common central rod. The plates are made so that their ends rise above the panel and can freely oscillate without touching the panel and each other. Each resonator effectively suppresses panel vibrations of only one particular frequency, equal to its own vibration frequency. The required natural frequency of resonator oscillations is provided by the selection of the dimensions of the plate of which it consists. The joint functioning of a set of resonators with the above values of the natural frequencies of vibration provides a reduction in panel vibration at all frequencies at which its vibration is excited. Thus, they provide a significant improvement in the soundproofing properties of the sound barrier panel. The application of the described device is possible precisely because the vibration of the structure (panel) is excited at a specific known constant frequency (120 Hz) and its multiple frequencies. In the case of a changing frequency of external force, the described device will not function due to the narrow working frequency range of the dynamic vibration damper. This device is taken as a prototype. However, this device cannot be used to reduce the vibration of the milled workpiece, because the frequency of impact on the workpiece from the side of the cutter can be different, and the coordination between the natural frequency of the vibration damper and the frequency of external force will not be ensured, respectively, vibration reduction will not occur. In addition, the described device has the following disadvantages. To ensure the high efficiency of the dynamic vibration damper and expand its operating frequency range, it is desirable to use high-mass vibration dampers. The implementation of a vibration absorber with the desired mass and natural vibration frequency in the form of a plate fixed in the center and having free ends will lead to a device of too large dimensions, which is inconvenient or even unacceptable in conditions of a limited working area of the machine, which also contains other units and devices . In addition, the vibration damper setting, i.e. Correction of its own oscillation frequency in order to obtain its desired value is possible only by changing the dimensions of the plate from which the vibration damper is made, as a result, the tuning process is complex and lengthy.

Резание металла требует значительного силового воздействия со стороны режущего инструмента на срезаемый материал. Фрезерование характеризуется прерывистостью процесса резания. В процессе фрезерования фреза оказывает на обрабатываемую заготовку переменное периодическое силовое воздействие. Если заготовка не обладает достаточной жесткостью, то воздействие со стороны фрезы может вызывать ее интенсивные вибрации. Низкой жесткостью обладают длинномерные заготовки, или заготовки, имеющие тонкостенные элементы. На фигуре 4 в качестве примера нежесткой, склонной к вибрациям заготовки приведена заготовка лопатки компрессора газотурбинного двигателя. В качестве другого примера на фигуре 5 приведена длинномерная заготовка консоли крыла аэродинамической модели, обладающая низкой жесткостью, склонная к вибрациям и требующая дополнительной поддержки при обработке. Низкая жесткость является характерной особенностью большинства деталей авиационной промышленности.Metal cutting requires significant force from the cutting tool on the material being cut. Milling is characterized by intermittent cutting process. During milling, the milling cutter exerts an alternating periodic force effect on the workpiece. If the workpiece does not have sufficient rigidity, then the impact from the side of the cutter can cause intense vibrations. Low stiffness is possessed by long workpieces, or workpieces having thin-walled elements. In figure 4, as an example of a non-rigid, vibration-prone blank, the blank of a compressor blade of a gas turbine engine is shown. As another example, FIG. 5 shows a lengthy blank of an aerodynamic model wing console having low rigidity, prone to vibrations, and requiring additional processing support. Low rigidity is a feature of most parts of the aviation industry.

Частота периодического силового воздействия фрезы на заготовку равняется частоте удара режущего зуба фрезы, т.е. произведению частоты вращения фрезы на число зубьев фрезы. Форма импульсов воздействия зависит от технологических параметров обработки, при этом, как правило, импульсы имеют пилообразную форму (фигура 6). Это означает, что в спектре силового воздействия фрезы помимо первой гармоники с частотой, равной частоте удара зуба фрезы, присутствуют также гармоники более высокого порядка с частотами, кратными частоте удара зуба (фигура 7). В результате возбуждение вибраций заготовки происходит на нескольких частотах - частоте удара зуба и кратных ей частотах. При этом обрабатываемая заготовка имеет не одну, а несколько собственных частот колебаний. Особенно интенсивные вибрации наблюдаются в случае резонанса, когда частота одной из гармоник силового воздействия фрезы близка к одной из собственных частот колебаний заготовки.The frequency of the periodic impact of the cutter on the workpiece is equal to the frequency of the impact of the cutting tooth of the cutter, i.e. the product of the cutter rotation frequency by the number of cutter teeth. The shape of the impact pulses depends on the processing technological parameters, while, as a rule, the pulses have a sawtooth shape (figure 6). This means that in the spectrum of force impact of the cutter, in addition to the first harmonic with a frequency equal to the frequency of impact of the cutter tooth, there are also higher-order harmonics with frequencies that are multiples of the frequency of impact of the tooth (figure 7). As a result, the vibration of the workpiece is excited at several frequencies — the frequency of the impact of the tooth and its frequencies. In this case, the workpiece being processed has not one but several natural frequencies of vibrations. Especially intense vibrations are observed in the case of resonance, when the frequency of one of the harmonics of the force action of the cutter is close to one of the natural frequencies of the workpiece vibrations.

В результате вибраций нежесткой заготовки в процессе обработки фрезерованием на обработанной поверхности могут образовываться волнистость и выбоины, кроме того, происходит смещение получаемой обработанной поверхности от заданной поверхности детали, т.е. вибрации приводят к ухудшению чистоты обработанной поверхности и точности обработки. На фигуре 8 показаны дефекты на поверхности изготовленной лопатки компрессора газотурбинного двигателя, образовавшиеся в результате вибраций лопатки при обработке, приводящие к негодности детали. Борьба с вибрациями нежестких заготовок является актуальной задачей аэрокосмической и энергетической промышленности.As a result of vibrations of a non-rigid workpiece during processing by milling, undulation and potholes can form on the treated surface, in addition, the resulting processed surface is shifted from the given surface of the part, i.e. vibrations lead to deterioration of the surface finish and accuracy. The figure 8 shows the defects on the surface of the manufactured blades of the compressor of a gas turbine engine, resulting from vibrations of the blades during processing, leading to unusable parts. The fight against vibration of non-rigid workpieces is an urgent task for the aerospace and energy industries.

Задачей и техническим результатом полезной модели является разработка устройства, снижающего вибрации нежесткой заготовки при ее обработке фрезерованием. Получение заявляемого технического результата улучшает чистоту обработанной поверхности, точность обработки детали и позволяет сократить время обработки за счет использования более интенсивных режимов резания.The objective and technical result of the utility model is to develop a device that reduces the vibration of a non-rigid workpiece during its processing by milling. Obtaining the claimed technical result improves the cleanliness of the processed surface, the accuracy of the processing of the part and allows to reduce the processing time through the use of more intensive cutting conditions.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве для обработки фрезерованием нежесткой заготовки, содержащем динамический виброгаситель, образованный набором механических резонаторов, выполненных в виде поперечных балок, закрепленных на центральном стержне, причем основание стержня выполнено в виде усеченного конуса, прикрепленного к обрабатываемой заготовке, а на концах балок установлены грузы с возможностью их перестановки по длине балок.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the device for processing by milling a non-rigid workpiece containing a dynamic vibration damper formed by a set of mechanical resonators made in the form of transverse beams mounted on a central rod, and the base of the rod is made in the form of a truncated cone attached to the workpiece the workpiece, and at the ends of the beams installed loads with the possibility of their rearrangement along the length of the beams.

Для прототипа входящие в его состав механические резонаторы выполнены в виде балок со свободными концами. Регулировка собственной частоты колебаний таких резонаторов возможна только путем изменения геометрических размеров балок, т.е. процесс регулировки сложен и длителен.For the prototype, the mechanical resonators included in its composition are made in the form of beams with free ends. Adjusting the natural frequency of oscillations of such resonators is possible only by changing the geometric dimensions of the beams, i.e. The adjustment process is complex and time consuming.

Для заявляемого устройства наличие грузов на концах поперечных балок с возможностью их перестановки вдоль длины балки позволяет легко и быстро регулировать собственную частоту колебаний механических резонаторов. Кроме того, наличие грузов на концах балок позволяет сделать устройство значительно компактнее, чем устройство с балками без грузов, что немаловажно, т.к. размер рабочей зоны станка ограничен, и в ней, помимо виброгасителя, должны также располагаться прочие приспособления и осуществляться перемещения режущего инструмента.For the inventive device, the presence of goods at the ends of the transverse beams with the possibility of their rearrangement along the length of the beam allows you to easily and quickly adjust the natural frequency of the oscillations of the mechanical resonators. In addition, the presence of goods at the ends of the beams allows you to make the device much more compact than a device with beams without loads, which is important, because the size of the working area of the machine is limited, and in addition to the vibration damper, other devices must also be located and moving the cutting tool.

На фигуре 1 схематично изображена винтовая подпорка, используемая для оказания дополнительной поддержки нежесткой заготовке в процессе обработки.Figure 1 schematically depicts a helical support used to provide additional support for a non-rigid workpiece during processing.

На фигуре 2 показана принципиальная схема динамического виброгасителя.The figure 2 shows a schematic diagram of a dynamic vibration damper.

На фигуре 3 приведен график, иллюстрирующий влияние динамического виброгасителя на частотную характеристику конструкции.Figure 3 is a graph illustrating the effect of a dynamic vibration damper on the frequency response of a structure.

На фигуре 4 в качестве примера нежесткой заготовки, склонной к вибрациям при обработке, приведена заготовка лопатки компрессора газотурбинного двигателя.Figure 4, as an example of a non-rigid blank, prone to vibration during processing, shows the blank of the compressor blade of a gas turbine engine.

На фигуре 5 в качестве примера длинномерной нежесткой заготовки, склонной к вибрациям и требующей дополнительной поддержки при обработке, приведена заготовка консоли крыла аэродинамической модели.In figure 5, as an example of a long, non-rigid blank, prone to vibrations and requiring additional support during processing, the blank of the wing console of the aerodynamic model is shown.

На фигуре 6 показана зависимость от времени t усилия F, действующего на обрабатываемую заготовку со стороны фрезы. Под F подразумевается компонента усилия, направленная по нормали к поверхности заготовки.The figure 6 shows the dependence on time t of the force F acting on the workpiece from the side of the cutter. By F is meant a component of the force directed normal to the surface of the workpiece.

На фигуре 7 показан спектр периодического силового воздействия фрезы на обрабатываемую заготовку. f - частота, F - спектральная плотность амплитуды силового воздействия.The figure 7 shows the spectrum of the periodic force impact of the cutter on the workpiece. f is the frequency, F is the spectral density of the amplitude of the force.

На фигуре 8 приведена фотография изготовленной лопатки газотурбинного двигателя, на поверхности которой вследствие вибраций лопатки при обработке образовались дефекты, приводящие к непригодности детали.The figure 8 shows a photograph of the manufactured blades of a gas turbine engine, on the surface of which due to vibrations of the blades during processing defects were formed that led to the unsuitability of the part.

На фигуре 9 изображено конструкция заявляемого устройства.The figure 9 shows the design of the claimed device.

На фигуре 10 изображен вариант конструкции заявляемого устройства, содержащий только одну поперечную балку с грузами, и обозначены конструктивные элементы устройства.The figure 10 shows a design variant of the inventive device containing only one transverse beam with loads, and the structural elements of the device are indicated.

На фигуре 11 приведен чертеж варианта конструкции заявляемого устройства, содержащий только одну поперечную балку с грузами, и обозначены конструктивные элементы устройства.The figure 11 shows a drawing of a design variant of the inventive device containing only one transverse beam with loads, and the structural elements of the device are indicated.

На фигуре 12 приведены результаты теоретического расчета, подтверждающие получение заявленного технического результата при применении заявляемого устройства.The figure 12 shows the results of theoretical calculation, confirming the receipt of the claimed technical result when using the inventive device.

На фигуре 13 приведены результаты испытаний на экспериментальном стенде, подтверждающие получение заявленного технического результата при применении заявляемого устройства.The figure 13 shows the test results at the experimental stand, confirming the receipt of the claimed technical result when using the inventive device.

На фигуре 14 приведены результаты обработки лопатки газотурбинного двигателя без дополнительной поддержки, а также с прикрепленным динамическим виброгасителем, подтверждающие получение заявленного технического результата при применении заявляемого устройства.The figure 14 shows the results of processing the blades of a gas turbine engine without additional support, as well as with an attached dynamic vibration damper, confirming receipt of the claimed technical result when using the inventive device.

Конструкция заявляемого устройства изображена на фигуре 9. Необходимое количество поперечных балок, входящих в состав устройства, определяется исходя из конкретных условий применения устройства, в частотности, устройство может содержать только одну поперечную балку с грузами на концах. На фигурах 10 и 11 в целях упрощения восприятия изображен вариант конструкции, содержащий только одну поперечную балку с грузами на концах. На фигурах 9, 10, 11 цифрами обозначены конструктивные элементы устройства. Устройство состоит из центрального стержня 5, набора поперечных балок 6 (для варианта конструкции, изображенного на фигурах 10, 11, имеется только одна поперечная балка), закрепленных на центральном стержне, и грузов 7, установленных на концах каждой из поперечных балок. В основании стержня, выполненного в форме усеченного конуса, имеется площадка 8, за которую вся сборка приклеивается клеем к обрабатываемой заготовке. Поперечные балки имеют отверстия в центре и надеты на центральный стержень. Центральный стержень имеет резьбу 9, и пакет поперечных балок жестко фиксируется на стержне гайками 10 и 11, при этом поперечные балки отделены от гаек и друг от друга промежуточными шайбами 12. Каждый из грузов состоит из пары брусков 13 и 14, которые закрепляются на пластине с помощью стягивающих бруски винтов 15.The design of the inventive device is shown in figure 9. The required number of transverse beams that make up the device is determined based on the specific conditions of use of the device, in frequency, the device can contain only one transverse beam with loads at the ends. In figures 10 and 11, in order to simplify the perception, an embodiment is shown containing only one transverse beam with weights at the ends. In figures 9, 10, 11, the numbers indicate the structural elements of the device. The device consists of a central rod 5, a set of transverse beams 6 (for the design shown in Figures 10, 11, there is only one transverse beam), mounted on the central rod, and weights 7 installed at the ends of each of the transverse beams. At the base of the rod, made in the form of a truncated cone, there is a platform 8, for which the entire assembly is glued to the workpiece by glue. Cross beams have openings in the center and are put on the central core. The central rod has a thread 9, and the package of transverse beams is rigidly fixed to the rod by nuts 10 and 11, while the transverse beams are separated from the nuts and from each other by intermediate washers 12. Each of the weights consists of a pair of bars 13 and 14, which are fixed to the plate with using tightening bars of screws 15.

Каждая из балок с грузами на концах является механическим резонатором с определенной собственной частотой колебаний. Совокупность собственных частот колебаний всех резонаторов, входящих в состав виброгасителя, образует набор собственных частот колебаний виброгасителя. Количество резонаторов, которое должен содержать виброгаситель, определяется количеством гармоник периодического силового воздействия фрезы, которые необходимо скомпенсировать для обеспечения эффективного снижения вибраций заготовки. Собственные частоты колебаний механических резонаторов, входящих в состав устройства, регулируют (путем перестановки грузов по длине поперечных балок) так, чтобы их значения были равны частотам нескольких первых гармоник периодического внешнего силового воздействия фрезы на обрабатываемую заготовку. При совпадении собственной частоты колебаний динамического виброгасителя с частотой внешнего переменного силового воздействия на конструкцию, виброгаситель начинает вибрировать в противофазе с внешним воздействием, противодействуя ему. Воздействие на заготовку со стороны фрезы становится скомпенсированным воздействием со стороны виброгасителя. В результате, равнодействующая сила, действующая на заготовку, становится близка к нулю, и, соответственно, существенно снижается амплитуда вынужденных вибраций (Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. - М.: Государственное Издательство Физико-Математической Литературы, 1960 г.). В рассматриваемой задаче возбуждение колебаний происходит на нескольких кратных частотах, однако для каждой частоты воздействия из опасного диапазона частот имеется соответствующая равная ей собственная частота колебаний одного из механических резонаторов виброгасителя. Таким образом, виброгаситель осуществляет противодействие на всех опасных частотах возбуждения и практически полностью компенсирует импульсное внешнее силовое воздействие на заготовку со стороны фрезы, тем самым снижая вынужденные вибрации заготовки.Each of the beams with loads at the ends is a mechanical resonator with a certain natural frequency of vibrations. The set of natural frequencies of vibrations of all resonators that are part of the vibration damper forms a set of natural frequencies of vibration of the vibration damper. The number of resonators that the vibration absorber must contain is determined by the number of harmonics of the periodic force impact of the cutter, which must be compensated to ensure effective reduction of the workpiece vibration. The natural vibration frequencies of the mechanical resonators that make up the device are regulated (by moving the weights along the length of the transverse beams) so that their values are equal to the frequencies of the first few harmonics of the periodic external force action of the cutter on the workpiece. If the natural vibration frequency of the dynamic vibration damper coincides with the frequency of the external variable force impact on the structure, the vibration damper begins to vibrate in antiphase with the external impact, counteracting it. The impact on the workpiece from the milling side becomes a compensated effect from the side of the vibration damper. As a result, the resultant force acting on the workpiece becomes close to zero, and, accordingly, the amplitude of the forced vibrations is significantly reduced (Den-Gartog, J.P. Mechanical vibrations. - M .: State Publishing House of Physical and Mathematical Literature, 1960) . In the considered problem, the excitation of vibrations occurs at several multiple frequencies, however, for each frequency of exposure from the dangerous frequency range there is a corresponding equal natural frequency of vibrations of one of the mechanical resonators of the vibration damper. Thus, the vibration absorber counteracts at all dangerous excitation frequencies and almost completely compensates for the pulsed external force impact on the workpiece from the milling side, thereby reducing the forced vibration of the workpiece.

Различным положениям грузов по длине балки, т.е. различным значениям расстояния от точки установки грузов до оси центрального стержня, соответствуют разные значения собственной частоты колебаний механического резонатора, образованного балкой с грузами. Для изменения собственной частоты колебаний одного из резонаторов необходимо для соответствующей балки с грузами ослабить затяжку винтов, стягивающих бруски грузов, так, чтобы грузы можно было передвигать вдоль балки, затем переместить грузы в новые положения и вновь затянуть винты, установив грузы в новых положениях. Предпочтительно устанавливать грузы на обоих концах балки симметрично, однако возможно также устанавливать грузы на разных концах балки в разное положение. Отрегулировать собственную частоту колебаний рассматриваемого резонатора можно эмпирически. Постепенно меняя положения грузов вдоль балки и измеряя получаемые значения собственной частоты колебаний рассматриваемого резонатора, можно подобрать положение грузов, обеспечивающее требуемое значение собственной частоты колебаний этого резонатора. Собственные частоты колебаний всех резонаторов виброгасителя можно отрегулировать по очереди.Different positions of the cargo along the length of the beam, i.e. different values of the distance from the point of installation of the goods to the axis of the central rod correspond to different values of the natural frequency of the oscillations of the mechanical resonator formed by the beam with the goods. To change the natural frequency of oscillations of one of the resonators, it is necessary for the corresponding beam with weights to loosen the screws tightening the load bars so that the loads can be moved along the beam, then move the loads to new positions and tighten the screws again, setting the loads in new positions. It is preferable to set the weights at both ends of the beam symmetrically, however, it is also possible to set the weights at different ends of the beam in different positions. It is possible to empirically adjust the natural frequency of oscillations of the resonator in question. Gradually changing the position of the loads along the beam and measuring the obtained values of the natural frequency of the oscillations of the resonator in question, you can choose the position of the goods, providing the desired value of the natural frequency of the oscillations of this resonator. The natural oscillation frequencies of all resonators of the vibration damper can be adjusted in turn.

Форма поперечного сечения центрального стержня и поперечных балок, а также способ крепления поперечных балок к стержню не существенен. Как альтернатива приведенной на фигуре 9 конструкции, центральный стержень может иметь форму гладкого цилиндра с отверстиями, при этом поперечные балки могут иметь цилиндрическую форму, быть пропущены в отверстия на центральном стержне и зафиксированы на нем фиксирующими винтами. Конструкция груза также не существенна, необходимо лишь, чтобы она обеспечивала надежную установку груза на поперечной балке, и при этом допускала возможность перестановки груза вдоль балки.The cross-sectional shape of the Central rod and the transverse beams, as well as the method of attaching the transverse beams to the rod is not significant. As an alternative to the design shown in FIG. 9, the central rod may be in the form of a smooth cylinder with holes, while the transverse beams may have a cylindrical shape, be passed into the holes on the central rod and fixed with fixing screws thereon. The design of the load is also not essential, it is only necessary that it ensures reliable installation of the load on the transverse beam, and at the same time allows the possibility of moving the load along the beam.

Приведенная конструкция устройства предполагает его крепление на заготовке с помощью клея, однако возможны другие варианты крепления: магнитными силами, вакуумной присоской, хомутом и т.п., важно, чтобы средство крепления надежно закрепляло устройство на заготовке, и при этом по завершении обработки устройство могло быть легко отделено от нее.The above design of the device involves mounting it on the workpiece with glue, however, other mounting options are possible: by magnetic forces, a vacuum suction cup, a clamp, etc., it is important that the fastening means securely fix the device to the workpiece, and at the same time, upon completion of processing, the device could to be easily separated from her.

Заявляемое устройство можно использовать для снижения вибраций нежесткой заготовки при ее обработке фрезерованием следующим образом. Сначала необходимо выбрать частоту вращения фрезы для рассматриваемой операции обработки. Частота периодического силового воздействия фрезы равняется частоте удара зуба фрезы, и может быть рассчитана как произведение частоты вращения фрезы на число зубьев фрезы. Далее необходимо отрегулировать собственные частоты колебаний механических резонаторов в виде балок с грузами, входящими в состав динамического виброгасителя. Собственные частоты колебаний резонаторов должны быть равны частотам нескольких первых гармоник внешнего силового воздействия на заготовку со сторону фрезы. Т.е. собственные частоты колебаний резонаторов должны быть равны fn=nfe, n=1,2,3…k, где fn - собственная частота колебаний резонатора номер n, fn - частота удара зуба фрезы, k - число резонаторов, входящих в состав виброгасителя, fe=zfi, z - число зубьев фрезы, f1 - частота вращения фрезы. Необходимое количество резонаторов, которое должен содержать виброгаситель, определяется диапазоном частот, в пределах которого могут возникать нежелательные вибрации заготовки. Возможны случаи, когда достаточно снизить вибрации только от первой гармоники внешнего силового воздействия, тогда виброгаситель может содержать только одну поперечную балку. Перед началом обработки виброгаситель с отрегулированными собственными частотами резонаторов приклеивают (за предназначенную для этого площадку) клеем к поверхности заготовки в точке наименьшей жесткости заготовки. Для заготовки, напоминающей пластину, закрепленную с обоих концов, точкой наименьшей жесткости можно считать центр пластины. При необходимости можно прикрепить к заготовке несколько виброгасителей в разных местах. Как правило, определенная производственная операция включает обработку заготовки только с одной стороны, в этом случае виброгаситель следует прикреплять к заготовке с обратной стороны, тогда он не будет препятствовать обработке заготовки и движению фрезы. При последующей обработке заготовки необходимо строго придерживаться ранее выбранной частоты вращения фрезы. По окончании обработки виброгаситель отделяют от заготовки, разрушая клеевое соединение.The inventive device can be used to reduce the vibrations of a non-rigid workpiece during its processing by milling as follows. First you need to select the cutter speed for the machining operation in question. The frequency of the periodic force impact of the cutter is equal to the frequency of impact of the cutter tooth, and can be calculated as the product of the cutter speed and the number of cutter teeth. Next, it is necessary to adjust the natural frequencies of the oscillations of the mechanical resonators in the form of beams with loads that are part of the dynamic vibration damper. The natural frequencies of the resonators should be equal to the frequencies of the first few harmonics of the external force acting on the workpiece from the side of the cutter. Those. the natural frequencies of the resonators should be equal to f n = nf e , n = 1,2,3 ... k, where f n is the natural frequency of the resonator, number n, f n is the impact frequency of the cutter tooth, k is the number of resonators included vibration damper, f e = zf i , z is the number of teeth of the cutter, f 1 is the frequency of rotation of the cutter. The required number of resonators that the vibration absorber must contain is determined by the frequency range within which unwanted vibrations of the workpiece can occur. There are cases when it is enough to reduce vibration only from the first harmonic of an external force, then the vibration damper may contain only one transverse beam. Before processing, the vibration damper with the adjusted natural frequencies of the resonators is glued (for the designated area) with glue to the surface of the workpiece at the point of least stiffness of the workpiece. For a workpiece resembling a plate fixed at both ends, the center of the plate can be considered the point of least rigidity. If necessary, several vibration dampers can be attached to the workpiece in different places. As a rule, a certain production operation involves processing the workpiece on only one side, in which case the vibration damper should be attached to the workpiece on the reverse side, then it will not interfere with the processing of the workpiece and the movement of the cutter. In the subsequent processing of the workpiece, it is necessary to strictly adhere to the previously selected cutter speed. At the end of the processing, the vibration damper is separated from the workpiece, destroying the adhesive joint.

При выбранном значении частоты вращения фрезы частоты гармоник спектра внешнего силового воздействия, действующего на обрабатываемую заготовку со стороны фрезы и возбуждающего ее вибрации, совпадают с собственными частотами колебаний механических резонаторов виброгасителя, и вибрации резонаторов противодействуют соответствующим им гармоникам внешнего воздействия, компенсируя их, в результате суммарное воздействие на заготовку со стороны фрезы и со стороны виброгасителя близко к нулю, и вибрации заготовки почти отсутствуют. Если же изменить частоту вращения фрезы, согласование между собственными частотами резонаторов виброгасителя и частотами гармоник воздействия нарушится, и виброгаситель перестанет снижать вибрации заготовки. Для того, чтобы использовать иное значение частоты вращения фрезы, необходимо соответствующим образом заново отрегулировать виброгаситель. Виброгаситель, отрегулированный для определенной частоты вращения фрезы, может быть использован для оказания дополнительной поддержки и снижении вибраций любой заготовки в любой ее точке при условии, что обработка проводится с данной частотой вращения фрезы.When the cutter speed is selected, the harmonic frequencies of the spectrum of external force acting on the workpiece from the cutter side and excite its vibrations coincide with the natural frequencies of the mechanical resonators of the vibration damper, and the vibrations of the resonators counteract the corresponding harmonics of the external influence, compensating them, resulting in a total the impact on the workpiece from the cutter side and from the side of the vibration damper is close to zero, and there are almost no vibration of the workpiece. If you change the rotational speed of the cutter, the coordination between the natural frequencies of the resonators of the vibration damper and the frequencies of the harmonics of the impact is violated, and the vibration damper will no longer reduce the vibration of the workpiece. In order to use a different value for the cutter speed, the vibration damper must be readjusted accordingly. The vibration damper, adjusted for a specific cutter speed, can be used to provide additional support and reduce the vibration of any workpiece at any point, provided that the processing is carried out with a given cutter speed.

Получение заявленного технического результата при использовании заявляемого устройства подтверждено теоретическими расчетами, испытаниями на экспериментальном стенде и опытной обработкой с использованием заявляемого устройства.The receipt of the claimed technical result when using the inventive device is confirmed by theoretical calculations, tests on an experimental stand and experimental processing using the inventive device.

Проведен теоретический расчет путем численного моделирования поведения заготовки в виде балки, закрепленной за оба конца, при наличии переменного периодического внешнего силового воздействия (использовался метод конечных элементов в программном пакете NASTRAN), результаты приведены на фигуре 12. Рассматривались случаи обработки балки без дополнительной поддержки (кривая 16), с дополнительной жесткой опорой (кривая 17) и с динамическим виброгасителем в виде поперечной балки меньшего размера со свободными концами (кривая 18). Воздействие прикладывалось по очереди в различных контрольных точках основной балки, и рассчитывалась амплитуда вынужденных вибраций балки в точке приложения воздействия для каждого из трех рассматриваемых случаев. На графике приведены полученные значения амплитуды вибраций балки А, в зависимости от х - расстояния от края балки до контрольной точки. Из графика видно, что настроенный динамический виброгаситель, прикрепленный к балке в центре, снижает вибрации по всей ее длине, и эффект от его использования практически эквивалентен эффекту от установки в той же точке дополнительной жесткой опоры, что позволяет называть заявляемое устройство «динамическая опора».A theoretical calculation was carried out by numerically simulating the behavior of a workpiece in the form of a beam fixed at both ends in the presence of a variable periodic external force (the finite element method was used in the NASTRAN software package), the results are shown in figure 12. Cases of beam processing without additional support were considered (curve 16), with an additional rigid support (curve 17) and with a dynamic vibration damper in the form of a smaller transverse beam with free ends (curve 18). The action was applied in turn at various control points of the main beam, and the amplitude of the forced vibration of the beam at the point of application of the impact was calculated for each of the three cases considered. The graph shows the obtained values of the amplitude of vibration of the beam A, depending on x - the distance from the edge of the beam to the control point. It can be seen from the graph that the tuned dynamic vibration absorber attached to the beam in the center reduces vibration along its entire length, and the effect of its use is almost equivalent to the effect of installing an additional rigid support at the same point, which allows us to call the claimed device “dynamic support”.

Проведены испытания на экспериментальном стенде. В качестве нежесткой заготовки использовалась реальная заготовка лопатки турбокомпрессора. Вибрации заготовки возбуждались с помощью вибровозбудителя, закрепленного на заготовке. Амплитуда вибраций заготовки измерялась акселерометром. Результаты приведены на фигуре 13. Частота силового воздействия вибровозбудителя на заготовку варьировалась, и результирующая амплитуда вибраций заготовки измерялась для различных значений частоты внешнего силового воздействия, таким образом, была получена частотная характеристика заготовки без дополнительной поддержки, а также с прикрепленным виброгасителем, f - частота воздействия, А - соответствующая амплитуда колебаний лопатки. Из графика видно, что при прикреплении виброгасителя в частотной характеристике заготовки появляется ярко выраженный провал на частоте, равной собственной частоте колебаний резонатора виброгасителя (615 Гц), что соответствует практически полному отсутствию вибрации заготовки при такой частоте внешнего воздействия. Если установить частоту воздействия, равной собственной частоте колебаний резонатора виброгасителя, то, при прикреплении к заготовке виброгасителя, амплитуда ее вибраций снижается в 80 раз по всей поверхности заготовки. Приведенные частотные характеристики, полученные экспериментально, хорошо согласуются с теоретическими зависимостями (фигура 3).Tests at the experimental stand. As a non-rigid billet, a real billet of a turbocharger blade was used. The vibrations of the workpiece were excited using a vibration exciter mounted on the workpiece. The vibration amplitude of the workpiece was measured by an accelerometer. The results are shown in figure 13. The frequency of the vibration exciter’s force on the workpiece was varied, and the resulting vibration amplitude of the workpiece was measured for different values of the external force impact frequency, thus, the frequency response of the workpiece without additional support was obtained, as well as with an attached vibration damper, f is the frequency of exposure , A is the corresponding amplitude of the oscillations of the scapula. The graph shows that when attaching a vibration damper in the frequency response of the workpiece, a pronounced dip appears at a frequency equal to the natural frequency of the vibration damper resonator (615 Hz), which corresponds to the almost complete absence of vibration of the workpiece at this frequency of external exposure. If you set the frequency of exposure equal to the natural vibration frequency of the resonator of the vibration damper, then, when attaching the vibration damper to the workpiece, the amplitude of its vibration decreases by 80 times over the entire surface of the workpiece. The above frequency characteristics obtained experimentally are in good agreement with theoretical dependences (figure 3).

Для подтверждения получения заявленного технического результата проведена обработка тонкой нежесткой лопатки газотурбинного двигателя, как без дополнительной поддержки, так и с прикрепленным к ней виброгасителем. Сначала обработку вели без виброгасителя. При обработке центральной зоны лопатки, в которой жесткость заготовки минимальна, возникли интенсивные вибрации заготовки. Амплитуда вибраций измерялась закрепленным на заготовке акселерометром. Вибрирующая лопатка генерировала звон высокой частоты, отчетливо слышимый на фоне низкочастотных шумов цеха. Обработка была приостановлена и к заготовке был приклеен виброгаситель, должным образом отрегулированный в соответствии с частотой вращения фрезы. Затем обработка была продолжена, и наблюдалось, что звон исчез, а акселерометр показал снижение амплитуды вибраций заготовки в 15 раз. Измеренные спектры вибраций заготовки при обработке без дополнительной поддержки, а также при обработке с прикрепленным виброгасителем, показаны на фигуре 14, f - частота, А - амплитуда вибраций заготовки.To confirm receipt of the claimed technical result, a thin non-rigid blade of a gas turbine engine was processed, both without additional support, and with a vibration damper attached to it. At first, the treatment was carried out without a vibration damper. When processing the central zone of the blade, in which the stiffness of the workpiece is minimal, intense vibrations of the workpiece arose. The vibration amplitude was measured by an accelerometer mounted on the workpiece. The vibrating blade generated a high-frequency ringing, clearly audible against the background of the low-frequency noise of the workshop. Processing was suspended and a vibration absorber glued to the workpiece, properly adjusted in accordance with the cutter speed. Then the processing was continued, and it was observed that the ringing disappeared, and the accelerometer showed a decrease in the vibration amplitude of the workpiece by 15 times. The measured vibration spectra of the workpiece during processing without additional support, as well as when processing with an attached vibration damper, are shown in figure 14, f is the frequency, A is the amplitude of the workpiece vibrations.

Claims (1)

Устройство для снижения вибраций нежесткой заготовки при ее обработке фрезерованием, содержащее динамический виброгаситель, образованный набором механических резонаторов, выполненных в виде поперечных балок, свободные концы которых закреплены на центральном стержне, отличающееся тем, что основание центрального стержня выполнено в виде усеченного конуса, прикрепляемого к обрабатываемой заготовке, а на концах балок установлены грузы с возможностью их перестановки по длине балок.
Figure 00000001
A device for reducing the vibrations of a non-rigid workpiece during its processing by milling, containing a dynamic vibration damper formed by a set of mechanical resonators made in the form of transverse beams, the free ends of which are fixed on the central rod, characterized in that the base of the central rod is made in the form of a truncated cone attached to the workpiece the workpiece, and at the ends of the beams installed loads with the possibility of their rearrangement along the length of the beams.
Figure 00000001
RU2012133804/02U 2012-08-08 2012-08-08 DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING RU128545U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133804/02U RU128545U1 (en) 2012-08-08 2012-08-08 DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133804/02U RU128545U1 (en) 2012-08-08 2012-08-08 DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU128545U1 true RU128545U1 (en) 2013-05-27

Family

ID=48804588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012133804/02U RU128545U1 (en) 2012-08-08 2012-08-08 DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU128545U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578868C2 (en) * 2014-01-09 2016-03-27 Глеб Анатольевич Губанов Vibration absorber for cutting of thin-wall parts

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578868C2 (en) * 2014-01-09 2016-03-27 Глеб Анатольевич Губанов Vibration absorber for cutting of thin-wall parts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Design and machining application of a two-DOF magnetic tuned mass damper
Yang et al. Milling vibration attenuation by eddy current damping
Bolsunovsky et al. Reduction of flexible workpiece vibrations with dynamic support realized as tuned mass damper
Yang et al. Design of a passive damper with tunable stiffness and its application in thin-walled part milling
RU128545U1 (en) DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING
EP3560655B1 (en) Vibration suppression device, machine tool, and vibration suppression method
Wu et al. The effect of superimposed ultrasonic vibration on tensile behavior of 6061-T6 aluminum alloy
RU2500516C1 (en) Method for reducing vibration of milled flexible workpiece
Aguirre et al. Self-tuning semi-active tuned-mass damper for machine tool chatter suppression
JP6265718B2 (en) Vibration control device
Pavlović et al. Modal analysis and stiffness optimization: the case of ceramic tile finishing
JP7049729B2 (en) Cutting equipment and cutting method
CN108593234A (en) high-cycle fatigue test device and its application
CN106676238B (en) A kind of Transit Equipment band large-scale metal component vibration stress relief treatment method
Razavi et al. Design and fabrication of a novel vibrational system for ultrasonic assisted oblique turning process
Yuan et al. Semi-Active chatter reduction for robotic machining using magnetorheological elastomers (MREs)
Wu et al. LOW-FREQUENCY CHATTER SUPPRESSION USING TUNED MASS DAMPER IN ROBOTIC MILLING.
JP2018538160A (en) Ultrasonic anvil with low transmission rate
Singh et al. Non-contact auxiliary fixture for machining stability improvement of thin flexible workpieces using eddy currents
RU2578868C2 (en) Vibration absorber for cutting of thin-wall parts
CN202039104U (en) Nonlinear combined resonance type vibration aging device
CN107289059B (en) A kind of oscillating vibration-damping system based on magnetic converting technique
RU2572904C2 (en) Vibration damper for cutting of thin-wall parts
JP2008267538A (en) Vibration reducing member
JP5175250B2 (en) Vibration reduction member

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190809