RU2572904C2 - Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей - Google Patents

Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей Download PDF

Info

Publication number
RU2572904C2
RU2572904C2 RU2014100014/02A RU2014100014A RU2572904C2 RU 2572904 C2 RU2572904 C2 RU 2572904C2 RU 2014100014/02 A RU2014100014/02 A RU 2014100014/02A RU 2014100014 A RU2014100014 A RU 2014100014A RU 2572904 C2 RU2572904 C2 RU 2572904C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
vibration damper
thin
vibrations
housing
Prior art date
Application number
RU2014100014/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014100014A (ru
Inventor
Глеб Анатольевич Губанов
Original Assignee
Глеб Анатольевич Губанов
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 Глеб Анатольевич Губанов filed Critical Глеб Анатольевич Губанов
Priority to RU2014100014/02A priority Critical patent/RU2572904C2/ru
Publication of RU2014100014A publication Critical patent/RU2014100014A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2572904C2 publication Critical patent/RU2572904C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Combined Devices Of Dampers And Springs (AREA)

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве технологической оснастки при обработке тонкостенных нежестких деталей. Виброгаситель закрепляется на тонкостенной детали при её фрезеровании и содержит корпус, заполненный вязкой средой. Внутри корпуса с возможностью перемещения относительно его стенок размещен груз с зазором, величина которого определена из условия обеспечения оптимального значения вязкого сопротивления колебаниям упомянутого груза. Обеспечивается интенсивное рассеивание энергии колебаний детали за счет сил вязкого сопротивления при перетекании вязкой среды, улучшается качество и точность обработки детали. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Заявляемое устройство относится к машиностроению, а именно к технологической оснастке, и может быть использовано для изготовления фрезерованием тонкостенных нежестких деталей.
При изготовлении фрезерованием длинномерных или тонкостенных деталей зачастую возникают вибрации фрезеруемой детали из-за ее низкой жесткости. Вибрации ухудшают чистоту обработанной поверхности и точность изготовления, могут приводить к порче детали или необходимости ее ручной слесарной доработки.
Известен способ снижения вибраций тонкостенных нежестких деталей в процессе фрезерной обработки путем использования дополнительной технологической оснастки, универсальной или специальной, создающей детали дополнительные точки опоры, тем самым повышая ее жесткость. Недостатком данного способа является то, что, поскольку точность изготовления и сборки дополнительной оснастки должна соответствовать заданной точности изготовления детали, применение дополнительной оснастки требует значительных финансовых затрат на ее изготовление и затрат времени - на ее сборку (см. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. - 7-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1979; см. также Черпаков Б.И. Технологическая оснастка: учебник для учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2003).
Известен способ снижения вибраций тонкостенных нежестких деталей путем подбора рациональной частоты вращения инструмента, обеспечивающей отсутствие резонансных вибраций деталей. Поскольку на практике оптимальная частота вращения обычно подбирается методом проб и ошибок, данный способ требует затрат времени на его осуществление и зачастую приводит к порче нескольких пробных экземпляров детали, прежде чем рациональная частота вращения будет найдена (Болсуновский С.А., Вермель В.Д., Гришин В.И., Губанов Г.А., Качарава И.Н. Расчетное и графическое обеспечение для уточнения высокоскоростного фрезерования аэродинамической модели для предотвращения резонансных вибраций // САПР и графика. - 2011. - №10. Стр.94-96).
Известен способ снижения вибраций конструкций с помощью системы активного демпфирования, включающей датчик, блок управления, усилитель а также актуатор, с помощью которого осуществляется силовое воздействие на контролируемую конструкцию с целью снижения ее вибраций (Патент RU 125501 U1, 11.04.2012, Устройство для фрезерования сложнопрофильных поверхностей, см. также Zhang Y., Sims N.D. Milling workpiece chatter avoidance using piezoelectric active damping: a feasibility study // Smart Materials and Structures, 2005 г.). Недостатком данного способа является сложность ее изготовления, монтажа, защиты от воздействия агрессивных факторов рабочей зоны станка (подвижные элементы, смазывающе-охлаждающая жидкость, стружка).
Известен способ снижения вибраций фрезеруемых деталей с помощью демпфирующих элементов, закрепляемых между поверхностью детали и неподвижной опорой (Патент СН665985 (А5), 12.04.1985). Недостатком данных устройств является необходимость использования неподвижной опоры, расположенной вблизи поверхности детали, что для крупногабаритных деталей авиационных конструкций сложной формы требует изготовления специальной оснастки.
Известно устройство, называемое динамический виброгаситель (или инерционный демпфер), закрепляемое на конструкции, вибрации которой необходимо погасить, представляющее собой груз, закрепленный на упругой подвеске, а также демпфирующий элемент, создающий сопротивление перемещению груза относительно рассматриваемой конструкции. При правильно подобранных параметрах виброгасителя, а именно массе груза, жесткости упругого элемента и коэффициенте сопротивления демпфирующего элемента, колебания основной конструкции будут вызывать интенсивные колебания виброгасителя, закрепленного на ней, который благодаря этому будет обеспечивать интенсивное рассеивание энергии колебаний основной конструкции и значительное снижение амплитуды ее вибраций (Патент US 989958, дата публикации 30.10.1909. Device for damping vibrations of bodies., см. также Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. - Издательство КомКнига, 2006 г.). Недостатком данного устройства является то, что для обеспечения его функционирования необходимо проводить его настройку (коррекцию его параметров) в соответствии с собственными частотами колебаний рассматриваемой конструкции. В этой связи применение подобного устройства для снижения вибраций фрезеруемых деталей крайне затруднительно, т.к. само определение собственных частот колебаний изготавливаемой детали в условиях производства уже является слишком сложной задачей.
Известно устройство для снижения вибраций нежесткой детали, обрабатываемой фрезерованием, содержащее набор динамических виброгасителей в виде балок с грузами на концах, настраиваемые в соответствии с частотой вращения инструмента при обработке (Патент RU 128545 U1, МПК B23Q 3/00, дата публикации 27.05.2013, Устройство для снижения вибраций нежесткой заготовки, обрабатываемой фрезерованием). Данный устройство очень эффективно для снижения вынужденных вибраций фрезеруемой детали и не требует определения ее собственных частот колебаний для проведения настройки виброгасителя, однако существенным его недостатком является то, оно не позволяет устранить автоколебания детали, возникающие при определенных условиях обработки.
Известен виброгаситель для снижения вибраций фрезеруемых деталей в виде корпуса, заполненного дробью, закрепляемого на детали на время обработки (фигура 1). Данный виброгаситель обеспечивает рассеивание энергии колебаний детали за счет взаимного трения и соударений между дробинками и благодаря этому снижает амплитуду ее вибраций, причем данный результат достигается для деталей с различными собственными частотами колебаний, виброгаситель не нужно настраивать (Патент US 6547049В1, 15.04.2003, Particle Vibration Damper). Данное устройство принято за прототип. Недостатком данного устройства является относительно низкая эффективность снижения вибраций и сложность анализа его характеристик.
Резание металла требует значительного силового воздействия со стороны режущего инструмента на обрабатываемую деталь. Для фрезерования процесс резания является прерывистым, фреза оказывает на обрабатываемую деталь переменное периодическое силовое воздействие. Если деталь не обладает достаточной жесткостью, то воздействие со стороны фрезы может вызывать ее интенсивные вибрации. Низкой жесткостью обладают тонкостенные или длинномерные детали. На фигуре 2 в качестве примера тонкостенной, склонной к вибрациям при обработке детали приведена лопатка компрессора газотурбинного двигателя. Низкая жесткость является характерной особенностью большинства деталей аэрокосмической промышленности.
В результате вибраций тонкостенной нежесткой детали в процессе обработки фрезерованием происходит смещение получаемой поверхности детали от требуемой, кроме того, на обработанной поверхности могут формироваться зоны повышенной шероховатости, волнистости, образовываться дефекты в виде зарезов и выбоин. Таким образом, вибрации деталей при обработке приводят к ухудшению качества и точности изготовления, а иногда и к порче изделия. Для примера на фигуре 3 приведена фотография детали, на поверхности которой в результате вибраций при обработке сформировались дефекты, приведшие к порче изделия. Снижение вибраций тонкостенных нежестких деталей при обработке является актуальной задачей аэрокосмической промышленности.
Задачей и техническим результатом изобретения является снижение вибраций тонкостенной нежесткой детали при ее обработке фрезерованием.
Причем данный технический результат должен достигаться для деталей с различными собственными частотами колебаний без необходимости в предварительной настройке устройства. Получение заявляемого технического результата позволяет улучшить качество и точность изготовления, избежать порчи детали в результате интенсивных вибраций, сократить временные и финансовые расходы на технологическую подготовку производства тонкостенных деталей.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в виброгасителе для фрезерования тонкостенных деталей, закрепляемом на детали во время обработки и обеспечивающем рассеивание энергии ее колебаний, заключенном в корпус, внутри корпуса помещен массивный груз, способный перемещаться в полости корпуса, заполненной вязкой средой, причем зазор между грузом и стенками корпуса имеет определенную величину, обеспечивающую оптимальное значение вязкого сопротивления колебаниям груза внутри корпуса.
Внутри корпуса виброгасителя также могут быть размещены элементы упругой подвески груза в виде пружин, расположенных вдоль оси корпуса, удерживающие груз в центре полости корпуса.
Для прототипа полость внутри корпуса была заполнена дробью, и рассеивание энергии при колебаниях детали с закрепленным на ней виброгасителем происходит за счет взаимного трения и соударений между дробинками. Для заявляемого изобретения рассеивание энергии при колебаниях детали происходит за счет сил вязкого сопротивления перемещению единого массивного груза внутри полости корпуса, заполненного вязкой средой, благодаря чему заявляемое изобретение обеспечивает более эффективное снижение вибраций обрабатываемой детали.
На фигуре 1 изображен прототип заявляемого изобретения, представляющий собой виброгаситель в виде корпуса, заполненного дробью.
На фигуре 2 в качестве примера тонкостенной нежесткой детали, склонной к вибрациям при обработке, приведена лопатка компрессора газотурбинного двигателя.
На фигуре 3 приведена фотография детали, на поверхности которой в результате вибраций при обработке сформировались дефекты, приведшие к порче изделия.
На фигуре 4 изображена схема конструкции заявляемого изобретения.
На фигуре 5 изображена схема варианта конструкции заявляемого изобретения, содержащая элементы упругой подвески.
На фигуре 6 приведена фотография образца заявляемого изобретения, закрепленного на обрабатываемой детали.
На фигуре 7 приведен график затухания колебаний детали после единичного удара для детали без виброгасителя и детали с заявляемым виброгасителем.
На фигуре 8 приведена экспериментально измеренная амплитудно-частотная характеристика детали без виброгасителя и с заявляемым виброгасителем.
На фигуре 9 приведена фотография обработанной поверхности тонкостенной детали при фрезеровании без использования виброгасителя.
На фигуре 10 приведена фотография поверхности тонкостенной детали, обработанной с использованием заявляемого виброгасителя.
Схема конструкции заявляемого изобретения изображена на фигуре 4. Виброгаситель состоит из массивного груза 1, способного перемещаться в полости корпуса 2, заполненной вязкой средой 3, причем зазор 4 между грузом и стенками корпуса имеет определенную величину, обеспечивающую оптимальное значение вязкого сопротивления колебаниям груза внутри корпуса.
На фигуре 5 изображена схема варианта конструкции заявляемого изобретения, содержащей также элементы упругой подвески груза в виде пружин 5, расположенных вдоль оси корпуса, удерживающие груз в центре полости корпуса.
Виброгаситель закрепляется на детали на время обработки с помощью клея или другими способами: магнитными силами, вакуумной присоской, хомутом и т.п.
На фигуре 6 приведена фотография образца заявляемого изобретения, закрепленного на обрабатываемой детали.
Описанный виброгаситель функционирует следующим образом. В процессе колебаний детали корпус виброгасителя перемещается вместе с точкой поверхности детали, на которой он закреплен, в то время как массивный груз, помещенный внутри корпуса, в силу своей инертности остается почти неподвижным. В результате вибрации детали сопровождаются перемещениями груза виброгасителя относительно его корпуса и, следовательно, перетеканием вязкой среды, заполняющей корпус, из пространства над грузом в пространство под грузом и обратно. Благодаря этому происходит интенсивное рассеивание энергии колебаний детали за счет сил вязкого сопротивления при перетекании вязкой среды.
Для обеспечения достаточной эффективности виброгасителя масса его груза должна быть велика и сопоставима с массой самой детали. Для большинства технических задач по снижению вибраций, таких как снижение вибраций сооружений или элементов конструкции транспортных средств, подобный виброгаситель был бы не рационален из-за своей большой массы. Однако в рассматриваемой задаче снижения вибраций фрезеруемой заготовки большая масса виброгасителя не является недостатком, т.к. он закрепляется на детали только на время обработки, а не во время ее эксплуатации. Существенным преимуществом заявляемого виброгасителя является то, что он позволяет эффективно снижать вибрации деталей с различными собственными частотами колебаний без необходимости в предварительной настройке виброгасителя, что особенно важно при его использовании для фрезерования тонкостенных деталей, т.к. определять собственные частоты колебаний изготавливаемой детали и производить настройку традиционного динамического виброгасителя в условиях производства крайне затруднительно.
Получение заявленного технического результата при использовании заявляемого изобретения подтверждено теоретическими расчетами, испытаниями на экспериментальном стенде и опытной обработкой с использованием заявляемого изобретения.
На фигуре 7 приведен график затухания колебаний детали после единичного удара для детали без виброгасителя и детали с заявляемым виброгасителем, полученный экспериментально путем измерения ускорения точки поверхности детали с помощью акселерометра. Видно, что для детали с закрепленным виброгасителем затухание колебаний происходит существенно быстрее, что говорит о высокой эффективности рассеивания энергии колебаний детали виброгасителем.
На фигуре 8 приведена экспериментально измеренная амплитудно-частотная характеристика детали без виброгасителя и с виброгасителем. Без виброгасителя деталь имеет ярко выраженный высокий резонансный пик. В процессе обработки весьма вероятно возникновение интенсивных вибраций детали на частоте, близкой к частоте ее резонансного пика. При закреплении виброгасителя высота резонансного пика детали снижается в 30 раз, резонансный пик становится низким и размытым, что свидетельствует о высокой эффективности снижения вибраций заявляемым виброгасителем.
На фигуре 9 приведена фотография обработанной поверхности тонкостенной детали при фрезеровании без использования виброгасителя. Из-за вибраций детали при фрезеровании шероховатость обработанной поверхности получилась очень грубой. На фигуре 10 приведена фотография поверхности такой же детали, обработанной с использованием заявляемого виброгасителя. Видно существенное улучшение чистоты обработанной поверхности при использовании заявляемого виброгасителя.

Claims (2)

1. Виброгаситель, закрепляемый на тонкостенной детали при её фрезеровании, содержащий корпус, отличающийся тем, что внутри корпуса, заполненного вязкой средой, с возможностью перемещения относительно стенок корпуса размещен груз с зазором, величина которого определена из условия обеспечения оптимального значения вязкого сопротивления колебаниям упомянутого груза.
2. Виброгаситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен размещенными внутри корпуса элементами упругой подвески груза в виде пружин, расположенных вдоль оси корпуса и предназначенных для удержания груза в центре полости корпуса.
RU2014100014/02A 2014-01-09 2014-01-09 Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей RU2572904C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100014/02A RU2572904C2 (ru) 2014-01-09 2014-01-09 Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100014/02A RU2572904C2 (ru) 2014-01-09 2014-01-09 Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014100014A RU2014100014A (ru) 2015-07-20
RU2572904C2 true RU2572904C2 (ru) 2016-01-20

Family

ID=53611241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100014/02A RU2572904C2 (ru) 2014-01-09 2014-01-09 Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572904C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197259U1 (ru) * 2019-12-27 2020-04-16 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Инструмент для обработки труднодоступных участков деталей и сборочных единиц

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1313574A1 (ru) * 1985-10-16 1987-05-30 Предприятие П/Я Г-4347 Виброгаситель дл обработки тонкостенных деталей
US6547049B1 (en) * 1999-11-05 2003-04-15 Rolls-Royce Plc Particle vibration damper
RU87481U1 (ru) * 2009-01-19 2009-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Предидента России Б.Н. Ельцина" Виброгаситель
RU2405991C1 (ru) * 2009-04-13 2010-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Демпфер

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1313574A1 (ru) * 1985-10-16 1987-05-30 Предприятие П/Я Г-4347 Виброгаситель дл обработки тонкостенных деталей
US6547049B1 (en) * 1999-11-05 2003-04-15 Rolls-Royce Plc Particle vibration damper
RU87481U1 (ru) * 2009-01-19 2009-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Предидента России Б.Н. Ельцина" Виброгаситель
RU2405991C1 (ru) * 2009-04-13 2010-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Демпфер

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197259U1 (ru) * 2019-12-27 2020-04-16 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Инструмент для обработки труднодоступных участков деталей и сборочных единиц

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014100014A (ru) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Munoa et al. Chatter suppression in ram type travelling column milling machines using a biaxial inertial actuator
Siddhpura et al. A review of chatter vibration research in turning
Wang Feasibility study of nonlinear tuned mass damper for machining chatter suppression
EP3017911B1 (en) Dynamically stable machine tool
Biju et al. Investigation into effect of particle impact damping (PID) on surface topography in boring operation
Möhring et al. Sensor integrated CFRP structures for intelligent fixtures
Gubanov Broadband pneumatic mass damper for the elimination of workpiece vibrations
Gurdal et al. Analysis of process damping in milling
Brecher et al. Avoiding chatter by means of active damping systems for machine tools
RU2572904C2 (ru) Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей
Galarza et al. Design and experimental evaluation of an impact damper to be used in a slender end mill tool in the machining of hardened steel
Liu et al. Chatter-free and high-quality end milling for thin-walled workpieces through a follow-up support technology
EP3653336A1 (en) Actively dampened centerless grinding process
RU2578868C2 (ru) Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей
Xia et al. Chatter suppression in large overhang face milling using a toolholder with high dynamic performance
Hou et al. Machining stability enhancement in multi-axis milling of titanium hollow blade by introducing multiple damping and rigid supporters
Salahshoor et al. Continuous model for analytical prediction of chatter in milling
PAUL et al. Effect of Impact Mass on Tool Vibration and Cutting Performance During Turning of Hardened AISI4340 Steel.
Ram et al. Regenerative chatter control in turning process using constrained viscoelastic vibration absorber
Yuan et al. Semi-Active chatter reduction for robotic machining using magnetorheological elastomers (MREs)
Parus et al. Using of active clamping device for workpiece vibration suppression
Wang et al. Modeling and optimization of a friction damper for boring chatter control
Parus et al. Suppression of self-excited vibration in cutting process using piezoelectric and electromagnetic actuators
JP2018503780A (ja) 機械の振動絶縁
Matsubara et al. Influence of contact condition between flexible plate and passive pivot support on machining vibration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190110

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200602