RU2355515C2

RU2355515C2 - Vibration head

Info

Publication number: RU2355515C2
Application number: RU2007120380/02A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Расторгуев (RU); Дмитрий Александрович Расторгуев; Олег Иванович Драчев (RU); Олег Иванович Драчев
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2009-05-20
Also published as: RU2007120380A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: proposed head comprises a housing and complex vibration resonator intended for tool mounting. It incorporates a support axle arranged inside the said resonator and supporting a roller fitted thereon to interact with the housing support multi-section surface. Note that aforesaid resonator is made up of two parts, one being furnished with a variable-pitch screwed slot extending to the said support axle, while the other one represents a flexible expansion spring. Note also that the resonator housing can move axially and incorporate slots arranged along aforesaid support multi-section surface and propped by stop screws. Aforesaid roller can represent an eccentric member.

EFFECT: higher quality and efficiency of processing.

3 dwg, 4 cl

Description

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для обработки глубоких высокоточных отверстий.The invention relates to the field of metalworking and can be used for processing deep high-precision holes.

Известна вибрационная головка, содержащая корпус, пиноль и виброшпиндель, связанные между собой втулкой, подшипником, кольцом со штырями, установленными на оправке, причем втулка расположена на оправке под углом, а штыри выполнены подвижными [Авторское свидетельство СССР №457547, кл. В23В 35/00, 1975].Known vibration head containing a housing, a quill and a spindle, interconnected by a sleeve, a bearing, a ring with pins mounted on a mandrel, and the sleeve is located on the mandrel at an angle, and the pins are movable [USSR Copyright Certificate No. 457547, class. B23B 35/00, 1975].

Недостатками данного устройства являются трудность регулировки параметров колебаний (частоты и амплитуды) и ограниченность диапазона этих параметров, нетехнологичность изготовления.The disadvantages of this device are the difficulty of adjusting the parameters of the oscillations (frequency and amplitude) and the limited range of these parameters, low-tech manufacturing.

Известна вибросверлильная головка, содержащая шпиндель - поршень и корпус, образующие между собой рабочую полость гидравлического вибратора, причем внутри шпинделя-поршня установлен золотник, связанный с задатчиком осевых колебаний, вращающийся элемент которого выполнен в виде эксцентрика [Авторское свидетельство СССР №623658, кл. В23В 35/00, 1978].Known vibro-drilling head containing a spindle - a piston and a housing forming between them the working cavity of a hydraulic vibrator, and inside the spindle-piston there is a spool connected to an axial oscillator, the rotating element of which is made in the form of an eccentric [USSR Author's Certificate No. 623658, cl. B23B 35/00, 1978].

Недостатками данного устройства являются нетехнологичность изготовления, ненадежность работы устройства вследствие возможных утечек рабочей среды, необходимость гидравлического привода.The disadvantages of this device are low-tech manufacturing, unreliable operation of the device due to possible leaks of the working environment, the need for a hydraulic drive.

Известно устройство для обработки глубоких отверстий, содержащее борштангу с резонатором комплексных колебаний, выполненным с распорными клиньями, расположенными в двухзаходных винтовых пазах [Патент РФ №2169058, кл. В23В 29/03, 2001].A device for processing deep holes containing a boring bar with a resonator complex vibrations made with spacer wedges located in two-way screw grooves [RF Patent No. 2169058, class. B23B 29/03, 2001].

Недостатками данного устройства являются ограниченность технологических возможностей по величине диапазона рабочих частот, амплитуд, которые определяются только собственными параметрами инструмента и реализуются в автоколебательном процессе резания.The disadvantages of this device are the limited technological capabilities in terms of the range of operating frequencies, amplitudes, which are determined only by the instrument’s own parameters and are realized in a self-oscillating cutting process.

Известно вибросверлильное устройство, выбранное за прототип, корпус которого выполнен составным, одна из его частей неподвижна, а другая установлена с возможностью осевого перемещения относительно последней и они соединены между собой посредством шлицевого соединения, причем один упругий элемент установлен между регулировочными гайками и подвижной частью корпуса, а другой - между подвижной и неподвижной частями корпуса [Авторское свидетельство СССР №897411, кл. В23В 35/00, 1982].Known vibro-drilling device selected for the prototype, the housing of which is made integral, one of its parts is stationary, and the other is mounted with the possibility of axial movement relative to the latter and they are interconnected by means of a spline connection, and one elastic element is installed between the adjusting nuts and the movable part of the housing, and the other - between the movable and fixed parts of the body [USSR Author's Certificate No. 897411, cl. B23B 35/00, 1982].

Недостатками данного устройства являются нетехнологичность конструкции с зубчатыми парами, сложность настройки амплитуды колебаний и ее непостоянство при заглублении инструмента из-за переменной силы резания.The disadvantages of this device are the low-tech design with gear pairs, the difficulty of setting the amplitude of the vibrations and its inconstancy when deepening the tool due to the variable cutting force.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности обработки глубоких отверстий с достижением следующих технических результатов: повышение точности обработки за счет снижения упругих деформаций технологической системы и увода инструмента путем снижения сил резания в условиях обработки подобных вибрационному резанию и за счет возможности регулирования динамических параметров инструмента в широком диапазоне в процессе обработки со стабилизацией микропрофиля обработанной поверхности, обеспечиваемого поддержанием на определенном уровне амплитуды и частоты колебаний; повышение производительности обработки за счет снижения времени настройки инструмента на определенный режим обработки; расширение технологических возможностей за счет возможности изменения характера вибрационного резания для черновой и чистовой обработки.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of processing deep holes with the following technical results: increasing the accuracy of processing by reducing the elastic deformation of the technological system and tool removal by reducing cutting forces under processing conditions such as vibration cutting and due to the possibility of regulation dynamic parameters of the tool in a wide range during processing with stabilization of the microprofile of the machined surface and that maintain a certain level of amplitude and frequency of oscillations; increase in processing productivity by reducing the tool setup time for a certain processing mode; expanding technological capabilities due to the possibility of changing the nature of vibration cutting for roughing and finishing.

Эта задача решается тем, что вибрационная головка содержит корпус и резонатор комплексных колебаний, предназначенный для установки инструмента, и снабжена размещенной в резонаторе комплексных колебаний опорной осью с надетым на нее роликом для взаимодействия с опорной многопрофильной поверхностью, выполненной на корпусе, при этом резонатор комплексных колебаний выполнен из двух частей, одна из которых имеет винтовой паз с переменным шагом до опорной оси, а другая выполнена упругой в виде пружины растяжения. Корпус головки может быть выполнен подвижным в осевом направлении. Корпус может быть выполнен с пазами, расположенными вдоль опорной многопрофильной поверхности и расклиненными упорными винтами. Ролик может быть выполнен эксцентриковым.This problem is solved in that the vibration head contains a housing and a complex vibration resonator designed to install the tool, and is equipped with a support axis located in the complex vibration resonator with a roller put on it to interact with a multi-profile support surface made on the housing, while the complex vibration resonator made of two parts, one of which has a helical groove with a variable pitch to the support axis, and the other is made elastic in the form of a tension spring. The head housing can be made movable in the axial direction. The housing can be made with grooves located along the supporting multidisciplinary surface and wedged thrust screws. The roller can be made eccentric.

Выполнение резонатора комплексных колебаний с опорной осью с надетым на нее роликом для взаимодействия с опорной многопрофильной поверхностью приводит к взаимосвязи вращающегося инструмента и неподвижного корпуса, что способствует генерированию вынужденных колебаний, кратных частоте вращения инструмента.The implementation of the resonator complex vibrations with a support axis with a roller put on it to interact with the support multidisciplinary surface leads to the relationship of the rotating tool and the stationary body, which contributes to the generation of forced vibrations that are multiples of the frequency of rotation of the tool.

Выполнение опорной поверхности корпуса многопрофильной обеспечивает возможность получения вынужденных колебаний заданной частоты, формы, амплитуды.The implementation of the supporting surface of the multidisciplinary housing provides the ability to obtain forced vibrations of a given frequency, shape, amplitude.

Выполнение резонатора комплексных колебаний из двух частей позволяет одновременно генерировать при резании автоколебания заданной формы, частоты, амплитуды и вынужденные колебания, соответствующим образом связанные с автоколебаниями, что позволяет их синхронизировать и модулировать.The implementation of the resonator complex oscillations of two parts allows you to simultaneously generate when cutting self-oscillations of a given shape, frequency, amplitude and forced vibrations, respectively associated with self-oscillations, which allows them to synchronize and modulate.

Выполнение одной из частей резонатора с винтовым пазом с переменным шагом до опорной оси позволяет генерировать комплексные колебания с различным соотношением продольной и крутильной компонент за счет нелинейной связности крутильных и продольных колебаний.The implementation of one of the parts of the resonator with a helical groove with a variable pitch to the reference axis allows you to generate complex vibrations with different ratios of longitudinal and torsional components due to the nonlinear connectivity of torsional and longitudinal vibrations.

Выполнение другой части резонатора упругой в виде пружины растяжения позволяет создавать вынужденные продольные колебания, которые максимально способствуют дроблению стружки.The execution of the other part of the resonator elastic in the form of a tension spring allows you to create forced longitudinal vibrations that maximize the fragmentation of the chips.

Подвижный корпус в осевом направлении приводит к силовому замыканию вращающейся борштанги, выдвигающейся со скоростью подачи, с корпусом, зафиксированным в крутильном направлении при обработке подвижным инструментом.The movable housing in the axial direction leads to a force closure of the rotating boring bar, which extends with a feed speed, with the housing fixed in the torsion direction during processing with a movable tool.

Выполнение корпуса с пазами, расположенными вдоль опорной многопрофильной поверхности, позволяет менять амплитуду вынужденных колебаний за счет изменения величины выступов профильной поверхности, а расклинивание пазов упорными винтами позволяет проводить точную настройку амплитуды на черновой и чистовой режим обработки с учетом заданной стойкости инструмента.The execution of the housing with grooves located along the supporting multi-profile surface allows you to change the amplitude of the forced vibrations by changing the size of the protrusions of the profile surface, and the wedging of the grooves with the stop screws allows you to fine-tune the amplitude for the rough and finish machining taking into account the specified tool life.

Выполнение ролика эксцентриковым расширяет технологические параметры колебаний за счет дополнительной возможности их модулирования и повышения частоты.The implementation of the eccentric roller expands the technological parameters of the oscillations due to the additional possibility of modulating them and increasing the frequency.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг.1 приведен общий вид вибрационной головки, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вариант выдвижной сверлильной головки.The invention is illustrated by drawings: in Fig. 1, a general view of a vibration head is shown, in Fig. 2 is a section AA in Fig. 1, in Fig. 3 is a variant of a retractable drilling head.

Вибрационная головка (фиг.1) содержит инструмент 1, который фиксируется в резонаторе комплексных колебаний 2 с винтовым пазом переменного шага 3, который, в свою очередь, вставлен в борштангу 4. Перпендикулярно продольной оси резонатора вставлена ось 5, которая имеет постоянный контакт с корпусом 6 по многопрофильной опорной поверхности 7, вдоль которой в корпусе 6 сделаны пазы, в которые вставлены упорные винты 8. На концах оси 5 установлены ролики 9 (фиг.2), зафиксированные в продольном направлении шайбами 10. Резонатор комплексных колебаний 2 притягивается в продольном направлении к борштанге 4 через оси 11 и 12 пружиной 13.The vibration head (Fig. 1) contains a tool 1, which is fixed in the complex resonator 2 with a screw groove of variable pitch 3, which, in turn, is inserted into the boring bar 4. An axis 5 is inserted perpendicular to the longitudinal axis of the resonator, which has constant contact with the housing 6 along a multi-profile supporting surface 7, along which grooves are made in the housing 6, into which the thrust screws are inserted 8. At the ends of the axis 5, rollers 9 are installed (FIG. 2), fixed in the longitudinal direction by washers 10. The resonator of complex vibrations 2 at drawn in the longitudinal direction to the boring bar 4 through the axes 11 and 12 by a spring 13.

Для возможности осуществления поступательного движения подачи борштанги 4 вибрационная головка имеет подвижный корпус 14 (фиг.3), который через осевой подшипник 15 может перемещать фланец 16 по продольным направляющим 17, фиксирующим его в направлении кручения.To enable the translational movement of the feed of the boring bar 4, the vibration head has a movable housing 14 (Fig. 3), which through the axial bearing 15 can move the flange 16 along the longitudinal guides 17, fixing it in the direction of torsion.

Вибрационная головка работает следующим образом. Резонатору комплексных колебаний 2 сообщается вращение с частотой n. При врезании инструмента 1 в заготовку, которая перемещается со скоростью подачи S, на инструмент действует момент сил резания. Он приводит к закручиванию упругой части резонатора. За счет паза 3 с переменным шагом происходит генерирование комплексных крутильно-продольных колебаний. При вращении резонатор комплексных колебаний 2 воспринимает вынужденные продольные колебаний от оси 5, которые возникают при скольжении ролика 9 по профильной опорной поверхности 7 при растяжении - сжатии пружины 13.The vibration head operates as follows. The resonator complex oscillations 2 is communicated rotation with a frequency of n. When the tool 1 is inserted into the workpiece, which moves with the feed rate S, the moment of cutting forces acts on the tool. It leads to twisting of the elastic part of the resonator. Due to groove 3 with a variable pitch, complex torsional-longitudinal oscillations are generated. When rotating, the resonator of complex vibrations 2 perceives forced longitudinal vibrations from the axis 5, which occur when the roller 9 slides along the profile supporting surface 7 during tension - compression of the spring 13.

Если движение продольной подачи сообщают инструменту, борштанга 4 и подвижный корпус 14 крепятся на инструментальном шпинделе станка. При выдвижении инструмента фланец 16 скользит по направляющим 17, что позволяет сообщать непрерывно перемещающемуся в осевом направлении инструменту вынужденные колебания за счет профильной опорной поверхности 7. При резании за счет заданных динамических характеристик волноводного преобразователя по двум направлениям возникают комплексные продольно-тангенциальные колебания, реализуя механизм вибрационного резания, при этом за счет продольно-тангенциальных колебаний инструмента происходит как демпфирование поперечных смещений вращающейся заготовки, так и дробление стружки и ее вибрационный отвод.If the movement of the longitudinal feed is reported to the tool, the boring bar 4 and the movable housing 14 are mounted on the tool spindle of the machine. When the tool is extended, the flange 16 slides along the guides 17, which makes it possible to inform the tool continuously moving in the axial direction of the forced vibrations due to the profile bearing surface 7. When cutting due to the given dynamic characteristics of the waveguide transducer in two directions, complex longitudinal-tangential vibrations occur, realizing the vibrational mechanism cutting, while due to the longitudinal-tangential vibrations of the tool occurs as a damping of the transverse displacements of the ayuscheysya workpiece, and chip control and its vibratory discharge.

Claims

1. A vibration head comprising a housing and a complex resonator designed to mount a tool, characterized in that it is provided with a support axis, placed in the complex vibration resonator with a roller worn on it, for interaction with a multidisciplinary support surface made on the housing, while the complex resonator The oscillations are made of two parts, one of which has a helical groove with a variable pitch to the support axis, and the other is made elastic in the form of a tension spring.

2. The head according to claim 1, characterized in that the housing is movable in the axial direction.

3. The head according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is made of grooves located along the supporting multidisciplinary surface and wedged by stop screws.

4. The head according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the roller is made eccentric.