RU2750226C1 - Device for turning - Google Patents

Device for turning Download PDF

Info

Publication number
RU2750226C1
RU2750226C1 RU2020131098A RU2020131098A RU2750226C1 RU 2750226 C1 RU2750226 C1 RU 2750226C1 RU 2020131098 A RU2020131098 A RU 2020131098A RU 2020131098 A RU2020131098 A RU 2020131098A RU 2750226 C1 RU2750226 C1 RU 2750226C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
working
frequency
tool
branch
Prior art date
Application number
RU2020131098A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Бобровский
Олег Иванович Драчев
Алексей Николаевич Кравцов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Priority to RU2020131098A priority Critical patent/RU2750226C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750226C1 publication Critical patent/RU2750226C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: device contains a holder with a U-shaped elastic element, with a cutting insert fastening head attached to the working branch. It is equipped with a waveguide resonator mounted on the said working branch of the elastic element, inside which a guide sleeve is installed with the possibility of longitudinal movement along the Z axis, one end of which is rigidly fixed in the working elastic branch, and the other is installed in the working part of the cutting plate attachment head. At the same time, an adjusting screw with a fine thread is screwed inside the guide sleeve.
EFFECT: increased accuracy and quality of the machined surface and productivity of the turning process.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлообработки, в частности к обработке наружных поверхностей тел вращения на токарных станках.The present invention relates to the field of metalworking, in particular to the processing of the outer surfaces of bodies of revolution on lathes.

Известно устройство для чистовой обработки наружных поверхностей тел вращения, содержащее резец с упругим элементом, реализующий механизм бреющего резания [1].Known device for finishing the outer surfaces of bodies of revolution, containing a cutter with an elastic element, which implements the shaving cutting mechanism [1].

Недостатком данного устройства является невозможностьThe disadvantage of this device is the impossibility

регулирования жесткости резца и собственной частоты его колебаний в широком диапазоне частот.regulation of the rigidity of the cutter and the natural frequency of its oscillations in a wide frequency range.

Известно устройство для обработки внутренних поверхностей тел вращения, выбранное в качестве прототипа, содержащее резец, закрепленный на упругой рабочей ветви [2].Known device for processing the inner surfaces of bodies of revolution, selected as a prototype, containing a cutter attached to an elastic working branch [2].

Недостатком данного устройства является невозможностьThe disadvantage of this device is the impossibility

управления формой вибраций и сложностью настройки на уровень комплексных вибраций. Кроме того, устройство, реализующееcontrol of the vibration shape and the complexity of tuning to the level of complex vibrations. In addition, a device that implements

устройство, не может обеспечить высокую точность и низкую шероховатость при обработке наружных поверхностей при токарной обработке, т.к. настройка упругого элемента резца по кордите У имеет дискретный характер, узкий диапазон частот колебаний режущей части резца.device, cannot provide high accuracy and low roughness when processing external surfaces during turning, because the adjustment of the elastic element of the cutter along the cord Y has a discrete nature, a narrow range of vibration frequencies of the cutting part of the cutter.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности обработки и производительности с достижением следующих технических результатов: расширение технологических возможностей за счет обеспечения черновой и чистовой обработки трудно обрабатываемых сплавов сThe problem to be solved by the claimed invention is to increase the efficiency of processing and productivity with the achievement of the following technical results: expanding technological capabilities by providing roughing and finishing processing of difficult-to-machine alloys with

различной структурой, повышение надежности работы инструмента за счет стабилизации высокочастотных колебаний инструмента, повышение точности и качества обработки путем снижения шероховатости и минимизации степени и глубины наклепа за счет создания условий обработки, подобных вибрационному резанию, снижение энергоемкости процесса резания за счет использования для возбуждения комплексных высокочастотных колебаний инструмента переменной составляющей энергии зоны стружкообразования.different structure, increasing the reliability of the tool due to the stabilization of high-frequency oscillations of the tool, improving the accuracy and quality of processing by reducing the roughness and minimizing the degree and depth of work hardening by creating processing conditions similar to vibration cutting, reducing the energy consumption of the cutting process due to the use of complex high-frequency oscillations to excite tool of the variable component of the energy of the chip formation zone.

Эта задача решается таким образом, что устройство для вибрационной обработки наружных поверхностей тел вращения, содержащее державку с упругим элементом «U-образной формы, снабжено волноводным резонатором, установленным на упомянутой рабочей упругой ветви. А внутри которого с возможностью продольного перемещения по оси Z установлена направляющая втулка. Один конец втулки жестко закреплен в рабочей упругой ветви, а другой установлен в рабочей части головки крепления режущей пластины. Во внутренней направляющей втулке ввинчен регулировочный винт с мелкой резьбой.This problem is solved in such a way that a device for vibration processing of the outer surfaces of bodies of revolution, containing a holder with an elastic U-shaped element, is equipped with a waveguide resonator mounted on the said working elastic branch. And inside which a guide sleeve is installed with the possibility of longitudinal movement along the Z axis. One end of the sleeve is rigidly fixed in the working elastic branch, and the other is installed in the working part of the cutting insert attachment head. An adjusting screw with a fine thread is screwed into the inner guide bush.

Оснащение резца волноводным резонатором комплексных колебаний позволяет реализовать условия резания, подобные высокочастотному вибрационному резанию, за счет использования в качестве источника ультразвуковых колебаний зоны контакта инструмента и обрабатываемой детали, с передачей комплексных колебаний инструменту через зону стружкообразования.Equipping the cutter with a waveguide resonator of complex vibrations allows you to implement cutting conditions similar to high-frequency vibration cutting, due to the use of the contact zone of the tool and the workpiece as a source of ultrasonic vibrations, with the transmission of complex vibrations to the tool through the chip formation zone.

Выполнение многозаходных винтовых пазов позволяет проводить черновую и чистовую обработку одним инструментом с оптимальными амплитудой и частотой колебаний инструмента для каждого вида обработки за счет возможности настройки на разные резонансные частоты зоны стружкообразования, обусловленные материалом обрабатываемой детали и режимами резания.The implementation of multi-start screw grooves allows roughing and finishing with one tool with the optimal amplitude and frequency of tool oscillations for each type of processing due to the ability to adjust to different resonant frequencies of the chip formation zone, due to the material of the workpiece and cutting modes.

Выполнение винтовых пазов с разными радиусами позволяет проводить согласование продольных и крутильных колебаний на двух разных резонансных частотах.Execution of screw grooves with different radii allows matching longitudinal and torsional vibrations at two different resonant frequencies.

Включение втулки во внутреннюю часть волновода дает возможность точной настройки на резонансные частоты путем ввинчивания в нее винта.The inclusion of the sleeve in the inner part of the waveguide makes it possible to fine tune the resonant frequencies by screwing a screw into it.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3. На фиг. 1 приведено устройство для обработки наружных поверхностей деталей, общий вид; на фиг. 2 приведены конструктивные особенности рабочей ветви упругого элемента; на фиг. 3 приведена развертка винтовых пазов волновода-резонатора.The invention is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-3. FIG. 1 shows a device for processing the outer surfaces of parts, general view; in fig. 2 shows the design features of the working branch of the elastic element; in fig. 3 shows a scan of the screw slots of the waveguide-resonator.

Устройство содержит замкнутую технологическую систему, включающую обрабатываемую деталь 1, резец, державка которого содержит упругий элемент 2, на одной из ветвей которого вмонтирован волноводный преобразователь 3, имеющий два винтовых паза 4 с шагом, уменьшающимся в сторону крепления режущей части головки резцедержателя 5. Волноводный преобразователь 3 одним концом закреплен в головке резцедержателя, а вторым крепится в торце рабочей ветви упругого элемента 6. Внутри волноводного преобразователя установлена втулка 7 с нарезанной мелкой резьбой, в которую ввинчивается регулировочный винт 8 с контро-гайкой 9.The device contains a closed technological system, including the workpiece 1, a cutter, the holder of which contains an elastic element 2, on one of the branches of which a waveguide transducer 3 is mounted, having two screw grooves 4 with a pitch decreasing towards the attachment of the cutting part of the toolholder head 5. Waveguide transducer 3 is fixed at one end in the head of the tool holder, and at the other end it is attached to the end of the working branch of the elastic element 6. Inside the waveguide transducer, there is a bushing 7 with a cut fine thread, into which an adjusting screw 8 with a lock nut 9 is screwed.

Длина волноводного преобразователя выбирается из условия обеспечения стабильности возбуждения высокочастотных комплексных колебаний режущего клина и по длине кратной полуволне продольных колебаний. Изготовление винтовых пазов 4 на длине, равной полуволне продольных колебаний, с радиусом, равным полуволне крутильных (сдвиговых) колебаний, позволяет проводить на единой частоте возбуждения их согласование и усиление.The length of the waveguide transducer is selected from the condition of ensuring the stability of the excitation of high-frequency complex vibrations of the cutting wedge and along the length of the multiple half-wave of longitudinal vibrations. The manufacture of screw grooves 4 at a length equal to a half-wave of longitudinal vibrations, with a radius equal to a half-wave of torsional (shear) vibrations, allows them to be matched and amplified at a single excitation frequency.

Винтовые пазы 4 выполняют с радиусом, равным длине полуволны крутильных колебаний и определяемым по формуле R=Lкр/2=Ссд/(2f), где Lкр - длина волны крутильных колебаний; Ссд - скорость распространения сдвиговых волн в стали; f - собственная частота колебаний волновода, при этом частота возмущений, возникающих в зоне стружкообразования за счет высокочастотных волновых сдвиговых колебаний в обрабатываемом материале, должна быть равна собственной частоте волновода резонатора 3 или являться одной из гармоник собственной частоты колебаний инструмента.Screw grooves 4 are made with a radius equal to the half-wavelength of torsional vibrations and determined by the formula R = L cr / 2 = C sd / (2f), where L cr is the wavelength of torsional vibrations; С sd - the speed of propagation of shear waves in steel; f is the natural frequency of the waveguide vibrations, while the frequency of disturbances arising in the chip formation zone due to high-frequency wave shear vibrations in the material being processed must be equal to the natural frequency of the resonator waveguide 3 or be one of the harmonics of the natural vibration frequency of the tool.

Пазы 4 располагаются последовательно и имеют разные радиусы, а ось симметрии начала одного паза повернута относительно оси симметрии другого на 90° для максимальной изгибной жесткости инструмента.The grooves 4 are arranged sequentially and have different radii, and the axis of symmetry of the beginning of one groove is rotated relative to the axis of symmetry of the other by 90 ° for maximum bending rigidity of the tool.

Устройство работает следующим образом. Волноводный резонатор 3 предварительно настраивается на резонансный режим относительно переменной возбуждающей силы в зоне стружкообразования с учетом обрабатываемого материала и технологических режимов. При врезании резца 5 в заготовку, вследствие упругости волновода-резонатора 3 с винтовыми пазами 4, происходит его закручивание под действием сил резания. За счет упругой усадки волноводного резонатора 3 происходит смещение резца 5. Вследствие импульсных, релаксационных процессов в зоне стружкообразования происходит раскручивание и смещение резца 5 по оси Z в первоначальное положение. При совпадении собственной частоты инструмента и частоты волновых процессов в зоне стружкообразования происходит усиление амплитуды комплексных высокочастотных смещений резца 5. Втулка 7 как направляющий элемент одновременно обеспечивают изгибную устойчивость инструмента при резании по оси Y. Ее собственная частота настраивается с помощью винта 8 и фиксируется гайкой 9. Частота возбуждения зоны стружкообразования является функцией режимов резания, причем прямо пропорциональна скорости резания и обратно пропорциональна глубине резания и подаче. Поэтому, частота возбуждения на черновых операциях значительно меньше, чем на чистовых. Соответственно, на черновой операции используется паз с большим радиусом для меньшей частоты усиления, а на чистовой операции используется паз с меньшим радиусом для большей частоты усиления. В основу разработки и функционирования предложения положены: изучение особенностей динамики процесса резания на основе анализа взаимосвязи вектора функции сил и движений в широком частном диапазоне, а также изучения динамических явлений, возникающих в зоне стружкообразования, на основе анализа изменений акустико-термоэлектрических параметров процесса стружкообразования. Кроме того, в основу заложены особенности исследований динамических явлений в зоне резания при высокочастотных вибрационных методах обработки, приводящих к вибрационной линеаризации низкочастотных вибраций в направлении действия Ру и Pz и существенному уменьшению составляющих сил резания, а следовательно, уменьшению общей энергоемкости процесса разрушения в целом и, как следствие, улучшению качества формирования поверхностного слоя, повышения точности обработки за счет локализации зон пластического деформирования и повышения динамической жесткости обрабатываемых маложестких деталей и эффекта заострения режущего инструмента при условии значительного снижения температуры в зоне резания. При этом особое внимание уделялось изысканию новых методов высокочастотного вибрационного резания с использованием в качестве энергии возбуждения высокочастотного колебаний режущего клина саму энергию зоны резания, т.е. энергию спектра переменной составляющей силы резания Р, учитывая, что общая сила резания:The device works as follows. Waveguide resonator 3 is pre-tuned to a resonant mode with respect to a variable exciting force in the chip formation zone, taking into account the material being processed and technological modes. When cutting the cutter 5 into the workpiece, due to the elasticity of the waveguide-resonator 3 with screw grooves 4, it is twisted under the action of cutting forces. Due to the elastic shrinkage of the waveguide resonator 3, the cutter 5 is displaced. Due to impulse relaxation processes in the chip formation zone, the cutter 5 is unwound and displaced along the Z axis to its original position. When the natural frequency of the tool and the frequency of wave processes in the chip formation zone coincide, the amplitude of the complex high-frequency displacements of the cutter 5 increases. The sleeve 7, as a guide element, simultaneously provides the bending stability of the tool when cutting along the Y axis. Its natural frequency is adjusted using the screw 8 and is fixed with the nut 9. The frequency of excitation of the chip formation zone is a function of the cutting conditions, and is directly proportional to the cutting speed and inversely proportional to the depth of cut and feed. Therefore, the excitation frequency for roughing operations is much lower than for finishing operations. Accordingly, in the roughing operation, a groove with a large radius is used for a lower amplification frequency, and in a finishing operation, a groove with a smaller radius is used for a higher amplification frequency. The development and functioning of the proposal is based on: the study of the features of the dynamics of the cutting process based on the analysis of the relationship of the vector of the function of forces and movements in a wide private range, as well as the study of dynamic phenomena arising in the chip formation zone, based on the analysis of changes in the acoustic-thermoelectric parameters of the chip formation process. In addition, the basis is based on the features of studies of dynamic phenomena in the cutting zone with high-frequency vibration methods of processing, leading to vibration linearization of low-frequency vibrations in the direction of action of P y and P z and a significant decrease in the components of cutting forces, and, consequently, a decrease in the total energy consumption of the destruction process as a whole. and, as a consequence, improving the quality of the formation of the surface layer, increasing the processing accuracy due to the localization of plastic deformation zones and an increase in the dynamic rigidity of the processed low-rigidity parts and the effect of sharpening of the cutting tool, provided that the temperature in the cutting zone is significantly reduced. At the same time, special attention was paid to the search for new methods of high-frequency vibration cutting using the energy of the cutting zone itself as the excitation energy of high-frequency vibrations of the cutting wedge, i.e. the energy of the spectrum of the variable component of the cutting force P, taking into account that the total cutting force:

Figure 00000001
Figure 00000001

Наличие переменной составляющей силы резания - ΔP обусловлено импульсными релаксационными процессами разрушения в зоне стружкообразования, а также изменением коэффициента жесткости резания Kp, что приводит к перемещению одного из элементов замкнутой технологической системы непосредственно в ходе обработки, как правило, инструмента.The presence of a variable component of the cutting force - ΔP is due to impulsive relaxation processes of destruction in the chip formation zone, as well as a change in the coefficient of cutting rigidity K p , which leads to the displacement of one of the elements of the closed technological system directly during machining, as a rule, of the tool.

Согласно выражению (1), при условии гармоничного возбуждения или усиления высокочастотных колебаний инструмента в направлении скорости резания, составляющая силы резания Py(t) будет равна:According to expression (1), under the condition of harmonious excitation or amplification of high-frequency oscillations of the tool in the direction of the cutting speed, the component of the cutting force P y (t) will be equal to:

Figure 00000002
Figure 00000002

где (ω=2πfy) - круговая частота режущего клина инструмента, a fy - собственная частота комплексных колебаний инструмента между переменной составляющей силы резания Pz и перемещениями детали в ортогональном направлении Y; α - фазовый угол сдвига.where (ω = 2πf y ) is the circular frequency of the cutting wedge of the tool, af y is the natural frequency of the complex oscillations of the tool between the variable component of the cutting force P z and the movement of the part in the orthogonal direction Y; α is the phase shift angle.

Закон изменения перемещения детали во времени имеет вид:The law of changing the movement of a part in time has the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где K - коэффициент, характеризующий жесткость технологической системы под действием установившихся высокочастотных колебаний режущего клина, влияющих на время контакта (tк) инструмента со стружкой (т.е., время резания) в течение одного цикла (периода Т) колебаний инструмента:where K is a coefficient characterizing the rigidity of the technological system under the action of steady-state high-frequency oscillations of the cutting wedge, which affect the contact time (t to ) of the tool with the chips (i.e., cutting time) during one cycle (period T) of tool oscillations:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Kg - коэффициент жесткости детали, тогда с учетом выражения (4) уравнение (3), отображающее закон изменения смещения заготовки во времени под действием составляющих сил, имеет вид:where K g is the stiffness coefficient of the part, then, taking into account expression (4), equation (3), which reflects the law of change in the displacement of the workpiece in time under the action of the component forces, has the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Анализ слагаемых в выражении (5) показывает, что первое слагаемое представляет собой статическую составляющую силы резания, а второе -динамическую силы резания, вызывающие в общем виде сложное перемещение обрабатываемой детали, причем составляющие сил резания, а следовательно, смещения уменьшаются с уменьшением отношения tк/T.Analysis of the terms in expression (5) shows that the first term is the static component of the cutting force, and the second is the dynamic cutting force, which in general causes a complex movement of the workpiece, and the components of the cutting forces, and therefore the displacements, decrease with decreasing ratio of t to / T.

Следовательно, чем меньше время контакта (tк) и чем выше частота (f) возбуждения комплексных колебаний с преобладанием крутильной составляющей (f=1/Т), тем меньше составляющие сил резания в процессе вибрационной обработки и выше точность, и качество выпускаемых изделий. Если глубину резания tp и скорость резания Vp выбрать в процессе технологической наладки таким образом, чтобы условия самовозбуждения колебаний поддерживались устойчивыми при: f=1/Т=Const, а время контакта tк (время резания) будет сохранятся только в течение (1/4)Т периода колебаний, то выражение (5) примет вид:Consequently, the shorter the contact time (t to ) and the higher the frequency (f) of excitation of complex vibrations with a predominance of the torsional component (f = 1 / T), the lower the components of the cutting forces during vibration processing and the higher the accuracy and quality of the products. If the depth of cut t p and the cutting speed V p are chosen in the process of technological setup in such a way that the conditions for self-excitation of oscillations are maintained stable at: f = 1 / T = Const, and the contact time t k (cutting time) will remain only for (1 / 4) T of the oscillation period, then expression (5) will take the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Согласно полученному выражению (6), можно сделать следующие выводы.According to the obtained expression (6), the following conclusions can be drawn.

Для уменьшения динамических составляющих сил резания Ру и Рх, приводящих, соответственно, к уменьшению изменения параметров Δtp и ΔS, возбуждение или усилие и синхронизацию высокочастотных колебательных смещений режущего клина инструмента необходимо производить в направлении скорости резания Vp, (в ортогональном направлении), при котором α=90°.To reduce the dynamic components of the cutting forces Р у and Р х , leading, respectively, to a decrease in the change in the parameters Δt p and ΔS, the excitation or force and synchronization of high-frequency oscillatory displacements of the cutting wedge of the tool must be performed in the direction of the cutting speed V p , (in the orthogonal direction) , at which α = 90 °.

При установившемся вибрационном режиме резания (т.е. при условии возбуждения установившихся колебаний в направлении скорости резания) низкочастотные колебательные смещения линеаризуется в ортогональных направлениях, исключая изменение глубины резания и величины подачи, т.е. наблюдается механизм резания при котором Δt=0, ΔS=0, а следовательно, параметр шероховатости (Rz), также стремится к нулю. В таком режиме шероховатость обработанной поверхности получается близкой к расчетной.With a steady vibration cutting mode (i.e., under the condition of excitation of steady vibrations in the direction of the cutting speed), the low-frequency vibrational displacement is linearized in orthogonal directions, excluding a change in the cutting depth and feed rate, i.e. a cutting mechanism is observed at which Δt = 0, ΔS = 0, and, consequently, the roughness parameter (R z ) also tends to zero. In this mode, the roughness of the processed surface is close to the calculated one.

Обеспечиваются условия технологической наладки, путем варьирования параметров tp и Vp при постоянных значениях величины подачи S и радиуса r закругления вершины резца, а также углов заточки инструмента, выбранных оптимальными с точки зрения получения заданной шероховатости и условиями обеспечения установившихся высокочастотных комплексных ультразвуковых колебаний режущего клина, когда величина динамической составляющей силы резания в направлении Рх и Ру=0, а статическая составляющая, уменьшается в (3+4) раза.The conditions for technological adjustment are provided by varying the parameters t p and V p at constant values of the feed S and the radius r of rounding of the cutter tip, as well as the sharpening angles of the tool, selected optimal from the point of view of obtaining a given roughness and the conditions for ensuring steady high-frequency complex ultrasonic vibrations of the cutting wedge , when the value of the dynamic component of the cutting force in the direction P x and P y = 0, and the static component decreases by (3 + 4) times.

Уменьшение составляющих сил резания при tк=(1/4)Т приводит к резкому снижению сопротивления резанию и коэффициента трения по передней грани, а следовательно, к резкому уменьшению температуры в зоне резания.A decrease in the components of cutting forces at t k = (1/4) T leads to a sharp decrease in cutting resistance and friction coefficient along the front face, and, consequently, to a sharp decrease in temperature in the cutting zone.

Чем больше величина амплитуды крутильных колебаний инструмента и их мощность, тем больше величина припуска, который можно снимать за один проход при обеспечении условия контакта tk=(1/3-1/4)Т. При этом на величину tk основное влияние при финишных методах обработки оказывает скорость резания Vp.. Критическую скорость резания Vp выбирают из условия Vp=2πfA, при А=0.025 мм, f=9600 Гц, Vp=1.507 м/с, при А=0,005 мм, f=9600 Гц, Vp=0.3 м/с.The greater the magnitude of the amplitude of torsional vibrations of the tool and their power, the greater the amount of allowance that can be removed in one pass while ensuring the contact condition t k = (1 / 3-1 / 4) T. In this case, the value of t k is mainly influenced by the cutting speed V p in finishing methods of processing. ... The critical cutting speed V p is selected from the condition V p = 2πfA, at A = 0.025 mm, f = 9600 Hz, V p = 1.507 m / s, at A = 0.005 mm, f = 9600 Hz, V p = 0.3 m / s ...

Согласно выражению (4) ультразвуковые колебания фиктивно увеличивают жесткость технологической системы и величину переднего угла в (T/tк)-раз. При принятых условиях вибрационной обработки фиктивная жесткость увеличивается в 4 раза больше фактической. На основании приведенного теоретического обоснования и выводов возбуждение (синхронизация и усиление) высокочастотных колебательных смещений согласно выражению (5) осуществляют в направлении скорости резания Vp (т.е., в направлении Z - ортогональном направлении X и Y). При котором, присутствует сдвиг фаз 90°, а в качестве исходного физического параметра выбирают минимальное значение силы резания, величины крутящего момента и осевого усилия согласно выражению (6) и максимальное значение колебательной скорости режущего клина Vк=Vc=2πfA, где f - частота колебаний, А - амплитуда колебаний, сопровождающееся значительным возрастанием уровня высокочастотных колебательных смещений с противоположной стороны инструмента 5.According to expression (4), ultrasonic vibrations fictitiously increase the rigidity of the technological system and the value of the rake angle by (T / t k ) -fold. Under the accepted conditions of vibration processing, the fictitious stiffness increases 4 times more than the actual one. Based on the above theoretical justification and conclusions, the excitation (synchronization and amplification) of high-frequency vibrational displacements according to expression (5) is carried out in the direction of the cutting speed V p (i.e., in the Z direction - orthogonal directions X and Y). At which, there is a phase shift of 90 °, and as the initial physical parameter, the minimum value of the cutting force, the magnitude of the torque and axial force according to expression (6) and the maximum value of the vibrational speed of the cutting wedge V к = V c = 2πfA are selected, where f is vibration frequency, A - vibration amplitude, accompanied by a significant increase in the level of high-frequency vibrational displacements from the opposite side of the tool 5.

Наряду с усилением и синхронизацией колебательных смещений, волноводный резонатор преобразует продольные колебания в комплексные с преобладанием крутильной компоненты с помощью двух наклонных винтовых канавок волноводной длины (ϕ(2n), где n=1, 2, 3) с переменным шагом, уменьшающимся в сторону узла крепления режущего клина резца 5.Along with amplification and synchronization of vibrational displacements, the waveguide resonator converts longitudinal vibrations into complex vibrations with a predominance of the torsional component using two inclined helical grooves of the waveguide length (ϕ (2n), where n = 1, 2, 3) with a variable step decreasing towards the node attachment of the cutting wedge of the tool 5.

Одновременно наличие винтовых канавок с переменным шагом, уменьшающимся к зоне резания, позволяет не только усиливать и преобразовывать продольные колебательные смещения в колебательные смещения разных векторных направлений, но и производить с большим быстродействием автоматическую адаптацию режущих клиньев инструмента 5. Указанная высокоскоростная циклическая адаптация возможна благодаря упругой податливости рабочей части инструмента на закручивание и сжатие волноводного преобразователя 3. Оптимальную (секундную) скорость подачи (Vs ОПТ) выбирают с учетом требуемой величины шероховатости поверхности и радиуса вершины резца (r), согласно выражению:At the same time, the presence of helical grooves with a variable pitch, decreasing to the cutting zone, makes it possible not only to enhance and convert longitudinal vibrational displacements into vibrational displacements of different vector directions, but also to perform with high speed automatic adaptation of the cutting wedges of the tool 5. The specified high-speed cyclic adaptation is possible due to elastic compliance the working part of the tool for twisting and compression of the waveguide converter 3. The optimal (second) feed rate (V s OPT ) is selected taking into account the required surface roughness and the radius of the cutter tip (r), according to the expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

Значение величины оборотной подачи (S) выбирается из условия:The value of the return flow (S) is selected from the condition:

S≤2f⋅r⋅n⋅D/Vp 106 мм/об.S≤2f⋅r⋅n⋅D / V p 10 6 mm / rev.

Для заданной геометрии заточки предельные значения (колебательных смещений) акустических режимов, не вызывающих периодического затирания инструмента по задней грани, выбирают из известного условия:For a given sharpening geometry, the limiting values (vibrational displacements) of acoustic modes that do not cause periodic grinding of the tool along the rear edge are selected from the known condition:

Figure 00000008
Figure 00000008

Использование данного устройства позволяет повысить производительность обработки, качество и точность обработанной поверхности, повысить надежность работы инструмента и обеспечить стабильность форм и размеров в эксплуатационный период детали.The use of this device makes it possible to increase the processing efficiency, the quality and accuracy of the machined surface, increase the reliability of the tool and ensure the stability of shapes and sizes during the operational period of the part.

ИсточникиSources of

1. С.П. Карцев. Инструмент для изготовления резьбы. Гос.Научно-техническое издательство машиностроительной литературы. - М.: 1955. - с. 19, ФИГ. 61.S.P. Kartsev. Tool for making threads. State Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature. - M .: 1955 .-- p. 19, FIG. 6

2. Устройство для обработки глубоких отверстий №2169058. В23В 29/03, 20.06.20012. Device for processing deep holes No. 2169058. В23В 29/03, 20.06.2001

Claims (1)

Устройство для вибрационной обработки наружных поверхностей тел вращения, содержащее державку с упругим элементом U-образной формы с установленной на его рабочей упругой ветви головкой крепления режущей пластины, отличающееся тем, что оно снабжено волноводным резонатором, установленным на упомянутой рабочей упругой ветви, внутри которого с возможностью продольного перемещения по оси Z установлена направляющая втулка, один конец которой жестко закреплен в рабочей упругой ветви, а другой установлен в рабочей части головки крепления режущей пластины, при этом внутри направляющей втулки ввинчен регулировочный винт с мелкой резьбой.A device for vibration processing of the outer surfaces of bodies of revolution, containing a holder with a U-shaped elastic element with a cutting plate attachment head mounted on its working elastic branch, characterized in that it is equipped with a waveguide resonator mounted on said working elastic branch, inside which with the possibility longitudinal movement along the Z axis, a guide sleeve is installed, one end of which is rigidly fixed in the working elastic branch, and the other is installed in the working part of the cutting insert attachment head, while an adjusting screw with a fine thread is screwed inside the guide sleeve.
RU2020131098A 2020-09-21 2020-09-21 Device for turning RU2750226C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131098A RU2750226C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Device for turning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131098A RU2750226C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Device for turning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750226C1 true RU2750226C1 (en) 2021-06-24

Family

ID=76504914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131098A RU2750226C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Device for turning

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750226C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1592156A (en) * 1922-12-01 1926-07-13 Fred A Reed Lathe tool holder
SU730474A1 (en) * 1978-04-05 1980-04-30 Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения Machining method
SU1726147A1 (en) * 1989-10-04 1992-04-15 Львовское Производственное Объединение Им.В.И.Ленина Lathe damping cutting tool
RU2024363C1 (en) * 1992-03-03 1994-12-15 Научно-технический центр "Астрон" Built-up cutting tool
RU2169058C1 (en) * 1999-12-22 2001-06-20 Тольяттинский политехнический институт Apparatus for working deep holes
JP2019089147A (en) * 2017-11-13 2019-06-13 東芝三菱電機産業システム株式会社 Cutting tool

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1592156A (en) * 1922-12-01 1926-07-13 Fred A Reed Lathe tool holder
SU730474A1 (en) * 1978-04-05 1980-04-30 Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения Machining method
SU1726147A1 (en) * 1989-10-04 1992-04-15 Львовское Производственное Объединение Им.В.И.Ленина Lathe damping cutting tool
RU2024363C1 (en) * 1992-03-03 1994-12-15 Научно-технический центр "Астрон" Built-up cutting tool
RU2169058C1 (en) * 1999-12-22 2001-06-20 Тольяттинский политехнический институт Apparatus for working deep holes
JP2019089147A (en) * 2017-11-13 2019-06-13 東芝三菱電機産業システム株式会社 Cutting tool

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. Development of a practical ultrasonic vibration cutting tool system
Chiou et al. Analysis of tool wear effect on chatter stability in turning
Nath et al. Effect of machining parameters in ultrasonic vibration cutting
Tabatabaei et al. Analysis of ultrasonic assisted machining (UAM) on regenerative chatter in turning
Toews Iii et al. A study of the influence of superimposed low-frequency modulation on the drilling process
Celaya et al. Ultrasonic assisted turning of mild steels
US20210299756A1 (en) Cutting apparatus and cutting method
RU2750226C1 (en) Device for turning
Ni et al. A novel free-form transducer for the ultra-precision diamond cutting of die steel
Karpuschewski et al. Improvement of dynamic properties in milling by integrated stepped cutting
Basile Modeling transverse motions of a drill bit for process understanding
Svinin et al. Control of self-excited vibrations in face milling with two-rim mill
Lin et al. Construction of a dynamic cutting force model for oblique cutting
RU2548344C2 (en) Device for ultrasonic processing
RU2749013C1 (en) Vibration turning cutter
JP2007044849A (en) Cutting method
RU2169058C1 (en) Apparatus for working deep holes
Michael et al. Development of control system for vibratory grinding process
Vasilko et al. Oscillations of Cutting Tool as a Useful Effect in Turning and Drilling.
RU189825U1 (en) Spring Cutter for Turning
RU182846U1 (en) Spring tool for turning
Singh et al. A study on the tool geometry and stresses induced in tool in ultrasonic machining process applied for the tough and brittle materials
CN109807403A (en) A kind of gear hobbing cutter and processing method of highly-efficient processing gear
RU2799578C1 (en) Through cutter
Kremleva et al. Dynamic stability of band saw machines