RU2455122C1

RU2455122C1 - Vibratory cutter

Info

Publication number: RU2455122C1
Application number: RU2011113657/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Лобусов (RU); Александр Викторович Лобусов
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: vibratory cutter consists of holder and working part. The latter represents circular-arc cutting edge jointed with holder by two plates making right angle there between. Note here that point of intersection of plate axial lines coincides with center of curvature of circular arc of cutting edge.

EFFECT: higher hardness, decreased cutting forces.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано на станках токарной группы. Особенно перспективным представляется применение изобретения при обработке деталей из жаропрочных и титановых сплавов, а также других труднообрабатываемых материалов.The invention relates to the field of metal cutting and can be used on machines of a turning group. Particularly promising is the application of the invention in the processing of parts made of heat-resistant and titanium alloys, as well as other difficult to process materials.

Известны конструкции режущего инструмента и приспособлений для его установки на станках [Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1986, Шаповал В.Н. и др. Вибрационные приводы в металлообработке/В.Н. Шаповал и др. - К.: Техника, 1983, патент №2356700, Россия], которые позволяют вести обработку деталей с вибрацией инструмента. Правильно выбирая параметры вибрационного движения, можно добиться ее положительного влияния на процесс резания металла, например уменьшить адгезионные явления в зоне стружкообразования, которые оказывают отрицательное влияние на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Предпочтительным является использование тангенциальной (вдольлезвийной) вибрации инструмента, режущая кромка (лезвие) которого имеет форму дуги окружности. Для получения тангенциальной вибрации режущая часть инструмента должна иметь возможность в процессе резания совершать вибрационное вращательное движение вокруг центра кривизны дуги окружности, которой очерчена режущая кромка инструмента.Known designs of cutting tools and devices for its installation on machines [I. Zharkov Vibrations when machining with a blade tool. - L .: Engineering, Leningrad. Dep., 1986, Shapoval V.N. and other Vibration drives in metalworking / V.N. Shapoval et al. - K .: Technika, 1983, patent No. 2356700, Russia], which allow the processing of parts with vibration of the tool. By choosing the parameters of the vibrational movement correctly, it is possible to achieve a positive effect on the metal cutting process, for example, to reduce the adhesion phenomena in the chip formation zone, which negatively affect the resistance of the cutting tool and the quality of the machined surface. It is preferable to use the tangential (along the blade) vibration of the tool, the cutting edge (blade) of which has the shape of an arc of a circle. To obtain tangential vibration, the cutting part of the tool should be able to perform a vibrational rotational movement around the center of curvature of the arc of the circle that the cutting edge of the tool is drawn during the cutting process.

Недостатком указанных выше конструкций режущего инструмента является невозможность создания тангенциальной вибрации режущей кромки, имеющей форму дуги окружности.The disadvantage of the above designs of the cutting tool is the inability to create tangential vibration of the cutting edge, having the shape of an arc of a circle.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция резца [патент №2030255], состоящего из державки, рабочей части и элемента из редкоземельного металла. На этот элемент подается переменное электрическое напряжение. Это вызывает упругие колебания державки, рабочей части резца и обрабатываемой детали.Closest to the claimed invention is the design of the cutter [patent No. 2030255], consisting of a holder, a working part and an element of rare-earth metal. An alternating voltage is applied to this element. This causes elastic vibrations of the holder, the working part of the cutter and the workpiece.

Недостатком этого резца является невозможность создания тангенциальной вибрации режущей кромки, а также малая амплитуда вибрации.The disadvantage of this cutter is the inability to create tangential vibration of the cutting edge, as well as a small amplitude of vibration.

Задачей изобретения является улучшение технологических свойств режущего инструмента. Технический результат - повышение стойкости резца и уменьшение сил резания за счет создания тангенциальной вибрации рабочей части резца с режущей кромкой в виде дуги окружности.The objective of the invention is to improve the technological properties of the cutting tool. The technical result is an increase in the resistance of the cutter and a decrease in cutting forces due to the creation of tangential vibration of the working part of the cutter with a cutting edge in the form of an arc of a circle.

Для решения этой задачи предложен виброрезец, состоящий из державки и рабочей части. Рабочая часть имеет режущую кромку в виде дуги окружности и соединяется с державкой при помощи двух пластин/ расположенных под прямым углом. Причем, точка пересечения осевых линий пластин совпадаете центром кривизны дуги, которой очерчена режущая кромка резца.To solve this problem, a vibration cutter consisting of a holder and a working part is proposed. The working part has a cutting edge in the form of an arc of a circle and is connected to the holder by means of two plates / located at right angles. Moreover, the intersection point of the axial lines of the plates coincide with the center of curvature of the arc, which the cutting edge of the cutter is outlined.

За счет такого крепления рабочей части к державке рабочая часть получает возможность поворота [Дж. П.Ден-Гартог. Механические колебания. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, с.110, рис.2.46] (упругий поворот на небольшой угол) вокруг центра кривизны режущей кромки. Это становится возможным из-за того, что пластины легко поддаются изгибу. В то же время они являются гораздо более жесткими при растяжении или сжатии. Поэтому силы резания, действующие на резец, будут вызывать вдольлезвийный (тангенциальный) поворот рабочей части и практически не будут вызывать ее линейного смещения (то есть перемещения центра кривизны режущей кромки). Таким образом, рабочая часть виброрезца получает возможность совершать вибрацию во вдольлезвийном направлении. В то же время такой резец обладает большой жесткостью по всем другим направлениям. Наличие тангенциальной вибрации, которая возникает при резании как автоколебательный процесс или подводится к резцу от вибровозбудителя, приводит к увеличению стойкости инструмента и уменьшению сил резания.Due to such fastening of the working part to the holder, the working part is able to rotate [J. P. Den-Hartog. Mechanical vibrations. - M .: State publishing house of physical and mathematical literature, p.110, fig.2.46] (elastic rotation by a small angle) around the center of curvature of the cutting edge. This is made possible because the plates are easily bent. At the same time, they are much more rigid under tension or compression. Therefore, the cutting forces acting on the cutter will cause a blade (tangential) rotation of the working part and practically will not cause its linear displacement (i.e., the displacement of the center of curvature of the cutting edge). Thus, the working part of the vibrating cutter is able to vibrate along the blade direction. At the same time, such a cutter has great rigidity in all other directions. The presence of tangential vibration, which occurs during cutting as a self-oscillating process or is brought to the cutter from the vibration exciter, leads to an increase in tool life and a decrease in cutting forces.

На фиг.1 изображен виброрезец (вид спереди), а на фиг.2 - вид слева виброрезца.Figure 1 shows the vibration cutter (front view), and figure 2 is a left view of the vibration cutter.

Виброрезец состоит из державки 1, пластин 2 и 3, рабочей части 4 с режущей кромкой 5, выполненной в виде дуги окружности радиуса R с центром кривизны в точке О. Державка имеет внутреннюю поверхность 6. Каждая из пластин 2 и 3 наклонена к внутренней поверхности 6 под углом 45°. Осевые линии пластин 2 и 3 проходят через центр кривизны дуги (точка О), которой очерчена режущая кромка 5 и пересекаются под углом 90°.The vibration cutter consists of a holder 1, plates 2 and 3, a working part 4 with a cutting edge 5, made in the form of an arc of a circle of radius R with a center of curvature at point 0. The holder has an inner surface 6. Each of the plates 2 and 3 is inclined to the inner surface 6 at an angle of 45 °. The axial lines of the plates 2 and 3 pass through the center of curvature of the arc (point O), which outlines the cutting edge 5 and intersect at an angle of 90 °.

В процессе резания металла на рабочую часть резца действует сила, которая раскладывается на составляющие Р_X, Р_Y, P_Z.In the process of cutting metal, a force acts on the working part of the cutter, which is decomposed into components P _X , P _Y , P _Z.

Так как пластины легко поддаются изгибу, то рабочая часть 4 получает возможность упруго поворачиваться [Дж. П.Ден-Гартог. Механические колебания. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, с.110, рис.2.46] на некоторый угол относительно центра кривизны режущей кромки. Например, сила Р_X (или любая другая внешняя сила, создающая момент относительно этого центра) вызовет поворот рабочей части. В то же время пластины являются гораздо более жесткими при растяжении или сжатии. Поэтому силы Р_X и Р_Y практически не будут вызывать линейного перемещения рабочей части резца.Since the plates are easily bent, the working part 4 is able to elastically rotate [J. P. Den-Hartog. Mechanical vibrations. - M .: State publishing house of physical and mathematical literature, p.110, fig.2.46] at a certain angle relative to the center of curvature of the cutting edge. For example, the force P _X (or any other external force creating a moment relative to this center) will cause the rotation of the working part. At the same time, the plates are much more rigid under tension or compression. Therefore, the forces P _X and P _{Y will} practically not cause a linear movement of the working part of the cutter.

Виброрезец будет обладать большой жесткостью и в направлении действия силы P_Z. Эта сила вызывает изгиб пластин, однако сопротивление такому изгибу будет значительно больше (чем при изгибе от силы Р_X), так как в этом случае изгиб пластин происходит в плоскостях наибольшей их жесткости [Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М.: Высш. шк., 2001].The vibrating cutter will have great rigidity in the direction of action of the force P _Z. This force causes bending of the plates, however, the resistance to such bending will be much greater (than when bending from the force P _X ), since in this case the bending of the plates occurs in the planes of their greatest stiffness [Itskovich GM Strength of materials. - M .: Higher. school., 2001].

Таким образом, рабочая часть резца получает возможность упруго поворачиваться на некоторый угол вокруг центра кривизны своей режущей кромки, то есть совершать вдольлезвийное (тангенциальное) движение. В то же время по другим направлениям резец будет обладать гораздо большей жесткостью.Thus, the working part of the cutter gets the opportunity to elastically rotate at a certain angle around the center of curvature of its cutting edge, that is, to perform a longitudinal blade (tangential) movement. At the same time, in other directions, the cutter will have much greater rigidity.

При установке резца с наклоном его передней поверхности относительно направления продольной подачи создаются условия, при которых возникает тангенциальная вибрация его режущей кромки как автоколебательный процесс, вызванный силами резания. Тангенциальная вибрация может быть также сообщена рабочей части от внешнего источника колебаний (вибровозбудителя). Правильно подобранные параметры такой вибрации позволяют повысить стойкость режущего инструмента и уменьшить силы резания за счет уменьшения адгезионных явлений на контактных площадках инструмента.When installing a cutter with a slope of its front surface relative to the direction of the longitudinal feed, conditions are created under which there is a tangential vibration of its cutting edge as a self-oscillating process caused by cutting forces. Tangential vibration can also be communicated to the working part from an external source of vibrations (vibration exciter). Correctly selected parameters of such vibration can increase the resistance of the cutting tool and reduce cutting forces by reducing the adhesion phenomena on the contact pads of the tool.

Claims

A vibrating cutter consisting of a holder and a working part, characterized in that the working part is made with a cutting edge in the form of an arc of a circle and connected to the holder with two plates forming a right angle between them, and the point of intersection of the axial lines of the plates coincides with the center of curvature of the circular arc of the cutting edge .