RU2457078C2

RU2457078C2 - Damper cutter

Info

Publication number: RU2457078C2
Application number: RU2010145193/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Новиков (RU); Сергей Георгиевич Новиков; Виталий Викторович Малыхин (RU); Виталий Викторович Малыхин; Елена Ивановна Яцун (RU); Елена Ивановна Яцун; Евгений Алексеевич Кудряшов (RU); Евгений Алексеевич Кудряшов; Евгений Васильевич Павлов (RU); Евгений Васильевич Павлов; Андрей Александрович Фадеев (RU); Андрей Александрович Фадеев; Николай Владимирович Домарев (RU); Николай Владимирович Домарев
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-07-27
Also published as: RU2010145193A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: cutter comprises cutting tool and its attachment, holder with recess and insert from high-damping capacity material. Cutter is provided with metal holder and thin-wall container. Note here that cutting plate attachment is locked on holder top surface. Said holder represents a rectangular prism and is arranged in said thin-wall container with uniform clearance along its base and walls filled with insert made from high-damping capacity material. Note here that holder top surface extends above container. Cutting plate and its holder have no contact with said container. The latter is fitted in recess shaped to container outline and directed along normal to holder front top surface.

EFFECT: higher quality and reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при обработке материалов резанием.The invention relates to mechanical engineering technology and can be used in the processing of materials by cutting.

Известен резец для чистовой обработки, содержащий державку, в которой расположена режущая пластина и узел ее крепления, вставку из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе с овальным выступом со стороны узла крепления, размещенную в выборке державки, и датчика силы (а.с. СССР №1620212, кл. В23В 27/00), 1991 г., Бюл.№2).Known cutter for finishing, containing the holder, in which the cutting insert and its mount is located, an insert of a highly filled composite material on a polymer basis with an oval protrusion on the side of the mount, located in the sample holder, and the force sensor (AS USSR No. 1620212, class B23B 27/00), 1991, Bull. No. 2).

Недостатками являются: низкое качество обработки из-за малого демпфирования возникающих в процессе резания колебаний, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, кроме того, при больших силах резания происходит деформация выступающей части державки, ослабленной выборкой в ней, что ведет к снижению устойчивости процесса резания.The disadvantages are: poor machining quality due to low damping of vibrations arising during the cutting process, since the cutting insert and its mount are located directly in the holder rigidly fixed in the tool holder, in addition, with large cutting forces, the protruding part of the holder deforms, weakened by sampling in it, which leads to a decrease in the stability of the cutting process.

Известен резец, содержащий державку, в которой расположены режущая пластина и узел ее крепления, и вставку из материала с высоким демпфированием, размещенную в выборке державки, резец снабжен подвижным упором, размещенным в опорной части, выполненной на державке и имеющей выборку, при этом продольная ось упора параллельна продольной оси резца, а в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки выполнен упругий шарнир, причем на вставке выполнен выступ, размещенный в выборке опорной части (патент РФ №2009768, MПK⁵ B23B 27/00, 1994 г.).Known cutter containing the holder, in which the cutting insert and its mount, and an insert of material with high damping, located in the sample holder, the cutter is equipped with a movable stop placed in the support part made on the holder and having a sample, with a longitudinal axis the stop is parallel to the longitudinal axis of the cutter, and in the place of contact of the supporting part with the supporting plane of the holder, an elastic hinge is made, and on the insert there is a protrusion located in the sample of the supporting part (RF patent No. 20099768, MPK ⁵ B23B 27/00, 1994).

Указанный резец имеет следующие недостатки:The specified cutter has the following disadvantages:

1. Низкое качество обработки из-за неэффективности демпфирования возникающих в процессе резания вибраций, так как режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, а вставка из материала с высоким демпфированием размещена в выборке внутри державки, то есть не происходит виброизоляция режущей пластины и узла ее крепления от металлических поверхностей державки и резцедержателя.1. Poor processing quality due to the ineffectiveness of damping of vibrations arising during the cutting process, since the cutting insert and its mount are located directly in the holder rigidly fixed in the tool holder, and the insert made of material with high damping is placed in the sample inside the holder, i.e. there is vibration isolation of the cutting insert and its attachment site from the metal surfaces of the holder and tool holder.

2. Недостаточная надежность устойчивого процесса резания, связанная с тем, что подвижный упор посредством резьбового соединения размещен в державке и при силовом замыкании его с резцедержателем возникают ударные нагрузки при вибрации контактируемых металлических частей упора и резцедержателя, потому что выступ на вставке, размещенный в выборке опорной части, незначительно ослабляет колебания вдоль оси упора.2. Insufficient reliability of the stable cutting process, due to the fact that the movable stop by means of a threaded connection is placed in the holder and when it is force-locked with the tool holder, shock loads arise when the contacted metal parts of the stop and tool holder vibrate, because the protrusion on the insert placed in the reference sample parts, slightly reduces vibrations along the axis of the stop.

3. Сложность конструкции резца, снабженного подвижным упором в опорной части державки с выборкой в ней, а также с выполнением упругого шарнира в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки.3. The complexity of the design of the cutter, equipped with a movable stop in the support part of the holder with a sample in it, as well as with the execution of the elastic hinge in the place of contact of the support part with the support plane of the holder.

4. Большой расход материала с высоким демпфированием на изготовление вставки, размещенной во внутренней выборке державки с выступом в опорной ее части.4. High consumption of material with high damping for the manufacture of an insert located in the inner sample of the holder with a protrusion in its supporting part.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощение конструкции резца и снижение его материалоемкости.The technical task of the invention is to improve the quality of processing and the reliability of a stable cutting process, as well as simplifying the design of the cutter and reducing its material consumption.

Технический результат по повышению качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощению конструкции резца и снижению его материалоемкости достигается тем, что демпфирующий резец, содержащий державку, режущую пластину и узел ее крепления, выборку в державке и вставку из материала с высоким демпфированием, снабжен металлической оправкой и тонкостенным контейнером, причем режущая пластина узлом ее крепления жестко фиксирована на верхней поверхности оправки, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере с равномерными зазорами по его основанию и стенкам, заполненными вставкой из материала с высоким демпфированием, при этом верхняя поверхность оправки установлена выступающей над контейнером без соприкосновения с ним режущей пластины и узла ее крепления, а контейнер неподвижно закреплен в выборке, выполненной по форме контейнера и ориентированной по нормали к верхней плоскости переднего конца державки, с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины и узла ее крепления на оправке с державкой.The technical result of improving the quality of processing and the reliability of a stable cutting process, as well as simplifying the design of the cutter and reducing its material consumption is achieved by the fact that the damping cutter containing the holder, the cutting insert and its mount, a sample in the holder and an insert made of high damping material are provided a metal mandrel and a thin-walled container, the cutting insert being fixedly fixed on the upper surface of the mandrel, made in the form of a rectangular parallelepiped placed in a thin-walled container with uniform gaps along its base and walls filled with an insert of material with high damping, the upper surface of the mandrel mounted protruding above the container without contact with the cutting insert and its mount, and the container is fixedly mounted in a sample made by the shape of the container and oriented normal to the upper plane of the front end of the holder, ensuring the absence of contact of the cutting insert and its mount on the mandrel with zhavkoy.

На фиг.1 представлен общий вид резца; на фиг.2 - вид А на фиг.1.Figure 1 presents a General view of the cutter; figure 2 is a view of figure 1.

Режущая пластина 1 узлом ее крепления 2 жестко фиксирована на верхней поверхности Б металлической оправки 3, изготовленной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а оправка 3 установлена выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2. В выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, неподвижно закреплен контейнер 4 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6 и с возможностью обработки режущей пластиной 1 материала изделия.The cutting insert 1 by its attachment unit 2 is rigidly fixed on the upper surface B of the metal mandrel 3, made in the form of a rectangular parallelepiped and placed in a thin-walled container 4 with uniform gaps t along its base and walls, while the gaps t are filled with an insert 5 made of high damping material and the mandrel 3 is installed protruding above the container 4 without contact with him the cutting insert 1 and the node of its attachment 2. In the sample, made according to the shape of the container 4 and oriented normal to the upper plane and At the front end of the holder 6, the container 4 is fixedly fixed so that the cutting insert 1 and its attachment unit 2 are not in contact on the mandrel 3 with the holder 6 and can be machined by the cutting plate 1 of the product material.

В зависимости от вида выполняемой технологической операции жесткое фиксирование режущей пластины 1 соответствующей формы на верхней поверхности Б металлической оправки 3 может быть осуществлено узлом крепления 2 любой конструкции, в том числе и специальными резцовыми вставками.Depending on the type of technological operation performed, rigid fixing of the cutting insert 1 of the corresponding shape on the upper surface B of the metal mandrel 3 can be carried out by the attachment unit 2 of any design, including special cutting inserts.

Металлическую оправку 3, изготовленную в виде прямоугольного параллелепипеда и с жестко фиксированной на ней при помощи узла крепления 2 режущей пластиной 1, размещают в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам. Зазоры t заполняют (например, заливают) высоконаполненным композиционным материалом на полимерной основе. Возможно и размещение оправки 3 с режущей пластиной 1 и узлом ее крепления 2 в заполненный высоконаполненным композиционным материалом контейнер 4 с обеспечением равномерных зазоров t. После полимеризации и отвердевания высоконаполненной композиции на полимерной основе между оправкой 3 и контейнером 4 образуется вставка 5 из материала с высоким демпфированием и хорошей адгезией (сцеплением) с боковыми поверхностями и основаниями оправки 3 и контейнера 4. Оправку 3 устанавливают выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2, при этом должна быть исключена возможность вырыва оправки 3 из контейнера 4. Этого возможно достигнуть необходимыми глубиной расположения оправки 3 в контейнере 4 и размерами t зазоров. Расход материала с высоким демпфированием для изготовления вставки 5 незначителен, так как она заполняет лишь зазоры между державкой 3 и контейнером 4.A metal mandrel 3, made in the form of a rectangular parallelepiped and rigidly fixed on it by means of an attachment unit 2 by a cutting insert 1, is placed in a thin-walled container 4 with uniform gaps t along its base and walls. The gaps t fill (for example, fill) with a highly filled polymer-based composite material. It is also possible to place the mandrel 3 with the cutting insert 1 and its attachment unit 2 in a container 4 filled with a highly filled composite material with uniform gaps t. After polymerization and hardening of the highly filled polymer-based composition between the mandrel 3 and the container 4, an insert 5 of material with high damping and good adhesion (adhesion) to the side surfaces and the bases of the mandrel 3 and the container 4 is formed. The mandrel 3 is installed protruding above the container 4 without contact with him the cutting insert 1 and the node of its attachment 2, while it should be excluded the possibility of tearing the mandrel 3 from the container 4. This can be achieved with the necessary depth of the mandrel 3 in one 4 and t clearances. The consumption of material with high damping for the manufacture of the insert 5 is negligible, since it fills only the gaps between the holder 3 and the container 4.

Неподвижное закрепление контейнера 4 в выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, осуществлено, например, запрессовкой контейнера 4 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6, то есть с образованием гарантированного пространства между режущей пластиной 1, узлом ее крепления 2 и верхней плоскостью В державки 6, при этом возможна обработка режущей пластиной 1 материала изделия. Контейнер 4 может быть изготовлен, например, металлическим, из текстолита или другого конструкционного материала, причем контейнер выполняют тонкостенным для уменьшения размеров державки 6.The fixed fastening of the container 4 in the sample, made in the shape of the container 4 and oriented normal to the upper plane B of the front end of the holder 6, is carried out, for example, by pressing the container 4 to ensure that the cutting insert 1 and its attachment 2 are not in contact on the mandrel 3 with the holder 6 that is, with the formation of a guaranteed space between the cutting insert 1, its attachment unit 2 and the upper plane B of the holder 6, it is possible to process the cutting material 1 of the product. The container 4 can be made, for example, metal, of textolite or other structural material, and the container is thin-walled to reduce the size of the holder 6.

Процесс резания обрабатываемого материала демпфирующим резцом осуществляют следующим образом.The process of cutting the processed material with a damping cutter is as follows.

При обработке режущей пластиной 1 материала изделия возникает сила резания. Воспользуемся теоремой о параллельном переносе силы. Силу резания, не изменяя оказываемого действия, перенесем параллельно ей самой в любую точку оправки 3, прибавляя при этом пару с моментом, равным моменту переносимой силы относительно точки, куда сила переносится (точка не показана). Тогда на оправку 3 действуют активные сила резания и изгибающий момент, а вставка 5 из материала с высоким демпфированием воздействует на оправку 3 восстанавливающей силой, силой сопротивления и моментом сопротивления, причем силы вставки 5 направлены по одной прямой в противоположную сторону от силы резания, а момент сопротивления противоположен изгибающему моменту. Восстанавливающая сила пропорциональна величине линейного перемещения оправки 3, а момент сопротивления - углу поворота оправки 3. Вставка 5 выполнена из материала с высоким демпфированием, поэтому ее сила сопротивления пропорциональна второй или высшей степени скорости перемещения оправки 3.When processing the cutting plate 1 of the product material, a cutting force occurs. We use the theorem on the parallel transfer of force. The cutting force, without changing the action, is transferred parallel to it at any point of the mandrel 3, while adding a pair with a moment equal to the moment of the transferred force relative to the point where the force is transferred (point not shown). Then the active cutting force and bending moment act on the mandrel 3, and the insert 5 made of highly damped material acts on the mandrel 3 with restoring force, resistance force and resistance moment, and the forces of insert 5 are directed in a straight line in the opposite direction from the cutting force, and the moment resistance is the opposite of bending moment. The restoring force is proportional to the linear displacement of the mandrel 3, and the moment of resistance is proportional to the angle of rotation of the mandrel 3. The insert 5 is made of material with high damping, therefore its resistance force is proportional to the second or highest degree of speed of movement of the mandrel 3.

Так как оправка 3 с жестко фиксированной на ней узлом крепления 2 режущей пластиной 1 размещена во вставке 5 из материала с высоким демпфированием без возможности контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 с контейнером 4 и державкой 6, то происходит высокоэффективное демпфирование возникающих в процессе резания вибраций и ударных нагрузок за счет виброизоляции режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на державке 3 от державки 6 и резцедержателя. Тем самым обеспечивается высокое качество обработки и надежность устойчивого процесса резания.Since the mandrel 3 with the attachment unit 2 rigidly fixed on it by the cutting insert 1 is placed in the insert 5 of high damping material without the possibility of contacting the insert 1 and its attachment unit 2 with the container 4 and the holder 6, highly effective damping occurs during cutting vibrations and shock loads due to vibration isolation of the cutting insert 1 and its mount 2 on the holder 3 from the holder 6 and the tool holder. This ensures high quality machining and the reliability of a stable cutting process.

Державка 6 испытывает действующие усилия, равные разностям силы резания и суммы сил восстанавливающей и сопротивления, а также изгибающего момента и момента сопротивления материала вставки 5. Подбирая жесткость материала с высоким демпфированием вставки 5, можно минимизировать внешние воздействия на державку 6 и, следовательно, изгибы выступающего конца державки 6 без дополнительных конструктивных разработок, так как выборка в державке занимает незначительный объем и при низких внешних нагрузках практически не снижает жесткость и прочность державки.The holder 6 experiences effective forces equal to the differences between the cutting forces and the sum of the restoring and resistance forces, as well as the bending moment and the moment of resistance of the material of the insert 5. By selecting the rigidity of the material with high damping of the insert 5, it is possible to minimize external influences on the holder 6 and, therefore, the bends of the protruding the end of the holder 6 without additional design developments, since the selection in the holder takes up a small amount and at low external loads practically does not reduce rigidity and so on spine holder.

При изменении параметров резания или вида технологического процесса захваты съемника вводят в пространство между режущей пластиной 1, узлом ее крепления 2 на оправке 3 и верхней плоскостью В державки 6 для выпрессовки контейнера 4 из выборки державки 6. После этого в выборке державки 6 неподвижно закрепляют контейнер 4 с новыми режущей пластиной 1 и узлом ее крепления 2 на державке 3, а также вставкой 5 из материала с высоким демпфированием необходимой жесткости, заполняющего рассчитанные зазоры t между оправкой 3 и контейнером 4. Поэтому демпфирующий резец может быть использован как для токарных, так и строгальных технологических операций.When changing the cutting parameters or the type of technological process, the grip of the puller is introduced into the space between the cutting insert 1, its attachment unit 2 on the mandrel 3 and the upper plane B of the holder 6 for extruding the container 4 from the sample of the holder 6. After that, in the sample of the holder 6, the container 4 with a new cutting insert 1 and its attachment unit 2 on the holder 3, as well as an insert 5 of material with high damping of the necessary rigidity, filling the calculated gaps t between the mandrel 3 and the container 4. Therefore, the damping uyuschy cutter can be used for lathe and planing processing steps.

Оригинальностью предложенного демпфирующего резца является то, что режущая пластина 1 узлом ее крепления 2 жестко фиксирована на верхней поверхности Б металлической оправки 3, изготовленной в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенной в тонкостенном контейнере 4 с равномерными зазорами t по его основанию и стенкам, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а оправка 3 установлена выступающей над контейнером 4 без соприкосновения с ним режущей пластины 1 и узла ее крепления 2, в выборке, выполненной по форме контейнера 4 и ориентированной по нормали к верхней плоскости В переднего конца державки 6, а контейнер 4 неподвижно закреплен в державке резца 6 с обеспечением отсутствия контактирования режущей пластины 1 и узла ее крепления 2 на оправке 3 с державкой 6 и возможностью обработки режущей пластиной 1 материала изделия. Это позволяет:The originality of the proposed damping cutter is that the cutting insert 1 by its attachment unit 2 is rigidly fixed on the upper surface B of a metal mandrel 3 made in the form of a rectangular parallelepiped and placed in a thin-walled container 4 with uniform gaps t along its base and walls, while the gaps t filled with an insert 5 made of high damping material, and the mandrel 3 is mounted protruding above the container 4 without touching the cutting insert 1 and its mount 2, in the sample made about the shape of the container 4 and oriented normal to the upper plane B of the front end of the holder 6, and the container 4 is fixedly mounted in the holder of the cutter 6 to ensure that the cutting insert 1 and its attachment 2 are not in contact on the mandrel 3 with the holder 6 and the possibility of processing the cutting insert 1 product material. This allows:

1. Повысить качество обработки эффективным демпфированием возникающих в процессе резания вибраций за счет того, что оправка с жестко фиксированной на ней узлом крепления режущей пластины размещена во вставке из материала с высоким демпфированием без возможности контактирования режущей пластины и узла ее крепления с контейнером и державкой.1. To improve the quality of processing by effective damping of vibrations arising during the cutting process due to the fact that the mandrel with the cutting plate fastening unit fixed to it is placed in the insert of high damping material without the possibility of contact between the cutting plate and its mounting unit with the container and holder.

2. Повысить надежность устойчивого процесса резания, так как вставка из материала с высоким демпфированием виброизолирует ударные нагрузки как в направлении от детали и режущей пластины к державке и резцедержателю, так и в обратном - от резцедержателя и державки к режущей пластине и детали.2. To increase the reliability of a stable cutting process, since the insert made of a material with high damping vibroinsulates impact loads both in the direction from the part and the cutting insert to the holder and tool holder, and in the opposite direction - from the tool holder and holder to the cutting plate and component.

3. Упростить конструкцию резца, так как подбором жесткости материла с высоким демпфированием вставки минимизируются внешние нагрузки на державку и, следовательно, изгибы выступающего ее конца без дополнительных конструкторских разработок.3. To simplify the design of the cutter, since the selection of the stiffness of the material with high damping of the insert minimizes external loads on the holder and, therefore, the bends of its protruding end without additional design developments.

4. Снизить материалоемкость резца за счет уменьшения расхода материала с высоким демпфированием для изготовления вставки, так как она заполняет лишь зазоры, объем которых незначителен, между державкой и контейнером.4. To reduce the material consumption of the cutter by reducing the consumption of material with high damping for the manufacture of the insert, since it fills only the gaps, the volume of which is insignificant, between the holder and the container.

Таким образом, предлагаемый демпфирующий резец позволяет достичь технического результата по повышению качества обработки и надежности устойчивого процесса резания, а также упрощению конструкции резца и снижению его материалоемкости.Thus, the proposed damping cutter allows you to achieve a technical result to improve the quality of processing and reliability of a stable cutting process, as well as to simplify the design of the cutter and reduce its material consumption.

Claims

A damping cutter comprising a cutting insert and an attachment unit, a holder with a selection therein and an insert made of high damping material, characterized in that it is equipped with a metal mandrel and a thin-walled container, the cutting insert being fixedly mounted on the upper surface of the mandrel in the form of a rectangular parallelepiped and placed in a thin-walled container with uniform gaps along its base and walls filled with an insert of material with high damping, with the top the main surface of the mandrel is installed protruding above the container without contact with the cutting insert and its attachment unit, and the container is fixedly mounted in a sample made in the shape of the container and oriented normal to the upper plane of the front end of the holder, ensuring that the cutting insert and its attachment are not in contact mandrel with holder.