SU1093435A1

SU1093435A1 - Tool mandrel with dynamic vibration damper

Info

Publication number: SU1093435A1
Application number: SU823501507A
Authority: SU
Inventors: Владислав Иванович Петров
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Механический Институт
Priority date: 1982-10-19
Filing date: 1982-10-19
Publication date: 1984-05-23

Abstract

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОПРАВКА С ДИНАМИЧЕСКИМ ГАСИТЕЛЕМ КОЛЕБАНИИ , содержаща Kopinyc, инерционное тело, размещенное на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе , и поджимную гайку, отличающа с тем, что, с целью повышени виброустойчивости, инерционное тело выполнено с криволинейными поверхност ми, а упруго-демпфирующие элементы снабжены криволинейными упругими лепестками дл взаимодействи с криволинейными поверхност ми инерционного тела. (Л Х) со 00 СПToolholder With dynamic damper comprising Kopinyc, the inertial body, arranged on two elastically-damping member mounted on the housing and biasing the nut, characterized in that in order to increase the vibration resistance, the inertial body is formed with curved surfaces, and elastically The damping elements are provided with curvilinear elastic lobes for interacting with the curvilinear surfaces of the inertial body. (LH) from 00 SP

Description

Изобретение относитс к области обработки металлов резанием, а более конкретно - к инструментальным оправкам дл креплени фаз при обработке на консольных оправках с большим вылетом. Известна инструментальна оправка с динамическим гасителем колебаний, содержаща корпус, инерционное тело, выполненное в виде втулки, размещенной на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе, и подвижную гайку, упруго-демпфирующие элементы которой выпoл eны в виде колец из резины 1. Недостатками известной оправки вл етс то, что динамический гаситель колебаний имеет узкую полосу гащени вибраций, не имеет возможности регулировки жесткости упруго-демпфирующих элементов и в нем отсутствуют элементы, обеспечивающие сухое трение между инерционным телом и упруго-демпфирующими элементами. Энерги вибраций инструмента в известной оправке рассеиваетс только за счет внутреннего трени в резиновых элементах динамических гасителей, в которых имеютс фрикционные стыки инерционного тела с упругодемпфирующими элементами. Указанные недостатки известной оправки не позвол ют гасить вибрации инструмента в щироком диапазоне изменени частоты. Целью изобретени вл етс повыщение виброустойчивости инструментальной оправки . Указанна цель достигаетс тем, что в инструментальной оправке с динамическим гасителем колебаний, содержащей корпус, инерционное тело, размещенное на двух упруго-демпфирующих элементах, установленных на корпусе, и подвижную гайку, инерционное тело выполнено с криволинейными поверхност ми, а упруго-демпфирующие элементы снабжены криволинейными упругими лепестками дл взаимодействи с криволинейными поверхност ми инерционного тела. На фиг. 1 изображена предлагаема ин .струментальна оправка с динамическим гасителем колебаний дл торцовой фрезы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - оправка с динамическим гасителем колебаНИИ дл дисковой фрезы. Инструментальна оправка с динамическим гасителем колебаний состоит из корпуса 1, инерционного тела 2, двух упругодемпфирующих элементов 3 и 4 и поджимной гайки 5. Инерционное тело 2 вьшолнено. в виде втулки и размещено на упруго-демпфирующих элементах 3 и 4, которые установлены на корпусе 1, либо на его наружной (фиг. 1) или внутренней (фиг. 3) поверхност х . Каждый упруго-демпфирующий элемент 3 и 4 выполнен в виде .цилиндрической втулки 6, имеющей на конце, обращенном к центру инерционного тела 2, криволинейные упругие лепестки 7. Поверхности S контакта инерционного тела 2 с криволинейными упругими лепестками 7 и поверхности Si контакта криволинейных упругих лепестков 7 с инерционным телом 2 выполнены в виде криволинейных поверхностей вращени . Линии, образующие криволинейные поверхности S и Sf вращени , могут вл тьс в частности соответственно дугами окружностей радиусов гиг, () либо представл ть собой дугу параболы и дугу окружности. При выборе формы поверхностей S и St необходимо соблюдать следующие услови : наименьщий угол d между осью ОО оправки и нормал ми NN к поверхност м Sj и S контакта криволинейных упругих лепестков 7 и инерционного тела 2 в точках К их касани лежит в пределах 15-75°. Оправка с динамическим гасителем колебаний работает следующим образом. В процессе фрезеровани наблюдаютс изгибные и крутильные колебани фрезерной оправки. Энерги этих колебаний передаетс от корпуса 1 оправки упруго-демпфирующим элементам 3 и 4 и далее инерционному телу 2. Последнее, перемеща сь относительно корпуса 1, деформирует криволинейные упругие лепестки 7 элементов 3 и 4. Лепестки 7 играют роль пружин. Так как поверхности S и S контакта инерционного тела 2 и криволинейных упругих лепестков 7 выполнены в виде криволинейных поверхностей вращени так, что наименьщий угол о1 между осью ОО оправки и нормал ми NN к этим поверхност м в точках их касани лежит в пределах 15-75°, то в процессе деформации лепестков 7 имеет место скольжение поверхностей S инерционного тела 2 относительно поверхностей S лепестков 7. Во фрикционном стыке возникают диссипативные силы сухого трени , способствующие гащению изгибных вибраций оправки. Так например, если силы трени на двух диаметрально противоположных лепестках 7 направлены по касательным вдоль этих лепестков, то на двух других также диаметрально противоположных лепестках 7, расположенных по окружности под углом 90° к первой паре лепестков, силы трени направлены по касательным поперек лепестков . При крутильных колебани х оправки наблюдаютс не только линейные колебани инерционного тела 2 в плоскости, перпендикул рной оси оправки, но и его угловые колебани . При этих колебани х поверхности S и St также скольз т относительно друг друга, а в точках К их контакта возникают дополнительные силы трени , направленные по касательным, лежащим в плоскости, перпендикул рной оси оправки, к лини м их контакта . Дл реализации указанных влений необходимо, чтобь наименьщий угол oL между осью оправки и нормал ми к поверхнесг The invention relates to the field of metal cutting, and more specifically to instrumental mandrels for securing phases when machining on cantilever mandrels with a long reach. A known instrumental mandrel with a dynamic vibration damper, comprising a housing, an inertial body, made in the form of a sleeve, is placed on two elastic-damping elements mounted on the housing, and a movable nut, the elastic-damping elements of which are rubber rings 1. 1. Disadvantages The known mandrel is that the dynamic vibration damper has a narrow vibration damping band, does not have the ability to adjust the stiffness of the elastic-damping elements and there are no elements that provide dry friction between the inertial body and elastic-damping elements. The energy of the vibrations of a tool in a known mandrel is dissipated only due to the internal friction in the rubber elements of dynamic absorbers, in which there are friction joints of the inertial body with elastic damping elements. These drawbacks of the known mandrel do not allow damping of the tool vibrations in a wide frequency range. The aim of the invention is to increase the vibration resistance of the tool holder. This goal is achieved by the fact that in an instrumental mandrel with a dynamic oscillation damper comprising a body, an inertial body placed on two elastic-damping elements mounted on the body, and a movable nut, the inertial body is made with curvilinear surfaces, and the elastic-damping elements are provided curvilinear elastic lobes for interacting with curvilinear surfaces of an inertial body. FIG. 1 shows the proposed tool holder with a dynamic oscillation damper for an end mill; 2 is a section A-A in FIG. one; in fig. 3 - mandrel with a dynamic oscillation damper for a disk cutter. An instrumental mandrel with a dynamic oscillation damper consists of a body 1, an inertial body 2, two elastic damping elements 3 and 4, and a gland nut 5. The inertial body 2 is filled. in the form of a sleeve and placed on the elastic-damping elements 3 and 4, which are mounted on the housing 1, or on its outer (Fig. 1) or inner (Fig. 3) surfaces. Each elastic-damping element 3 and 4 is made in the form of a cylindrical sleeve 6, having on the end facing the center of the inertial body 2, curvilinear elastic petals 7. Surface S of contact of inertial body 2 with curvilinear elastic petals 7 and surface Si of contact of curvilinear elastic petals 7 with the inertial body 2 are made in the form of curved surfaces of rotation. The lines forming the curved surfaces S and Sf of rotation may in particular be, respectively, arcs of circles of radii gig, () or be a parabolic arc and a circular arc. When choosing the shape of the surfaces S and St, the following conditions must be observed: the smallest angle d between the axis OO of the mandrel and the normals NN to the surfaces Sj and S of the contact of the curvilinear elastic petals 7 and the inertial body 2 at points To their contact lies within 15-75 ° . The mandrel with a dynamic vibration damper works as follows. In the milling process, bending and torsional vibrations of the milling mandrel are observed. The energy of these vibrations is transmitted from the body 1 of the mandrel to the elastic-damping elements 3 and 4 and further to the inertial body 2. Last, moving relative to the body 1, deforms the curvilinear elastic petals 7 of elements 3 and 4. Petals 7 play the role of springs. Since the surfaces S and S of the contact of the inertial body 2 and the curvilinear elastic petals 7 are made in the form of curvilinear surfaces of rotation so that the smallest angle o1 between the axis OO of the mandrel and the normals NN to these surfaces at their points of contact is within 15-75 ° then, in the process of deformation of the petals 7, the surfaces S of the inertial body 2 are sliding relative to the surfaces S of the petals 7. In the friction junction, dissipative forces of dry friction arise, contributing to the suppression of the bending vibrations of the mandrel. For example, if the friction forces on two diametrically opposed petals 7 are tangential along these petals, then on the other two diametrically opposite petals 7, circumferentially angled at 90 ° to the first pair of petals, the friction forces are tangential across the petals. With torsional vibrations of the mandrel, not only linear oscillations of the inertial body 2 are observed in a plane perpendicular to the axis of the mandrel, but also its angular oscillations. With these oscillations, the surfaces S and St also slide relative to each other, and at points K of their contact additional friction forces arise, directed along tangents lying in a plane perpendicular to the axis of the mandrel, to the lines of their contact. To realize these effects, it is necessary that the smallest angle oL between the axis of the mandrel and the normal to the surface

т м Si и S контакта криволинейных упругих лепестков 7 и инерционного тела 2 в точках /С их контакта лежал в пределах 15-75°. При несоблюдении этого услови эффект гашени вибраций незначителен или отсутствует полностью, либо имеет место потер виброустойчивости. Применение оправки с динамическим гасителем колебаний, в которой угол 01 меньше 15° или больше 75°, может привести к отрицательному влению - к сильной раскачке системы в дорезонансной области. Так, если угол at меньше 15°, то при таком угле и коэффициенте трени в точках контакта f «0,25 происходит заклинивание инерционного тела 2 в упруго-демпфируюших элементах 3 и 4. При угле, большем 75°, инерционные силы, действующие на инерционное тело 2, лежат в конусе трени . Это означает, что нет относительного смешени инерционного тела 2 и лепестков 7 упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. При несоблюдении услови d 15-75° фрикционные стыки в оправке практически отсутствуют, а вместе с ними отсутствуют и эффективные диссипативные силы сухого трени . При равенстве относительного смещени инерционного тела 2 и корпуса 1 величине радиального зазора между ними происход т соударение и рассе ние энергии колебаний. После удара проис-ходит изменение направлени вектора скорости инерционного тела 2, ранее накопленна потенциальна энерги лепестков 7 переходит частично в кинетическую энергию инерционного тела 2.t m Si and S contact curvilinear elastic petals 7 and the inertial body 2 at the points / C of their contact was in the range of 15-75 °. If this condition is not observed, the vibration damping effect is negligible or completely absent, or a loss of vibration resistance occurs. The use of a mandrel with a dynamic oscillation damper, in which the angle 01 is less than 15 ° or more than 75 °, can lead to a negative effect - to a strong buildup of the system in the preresonance region. So, if the angle at is less than 15 °, then with such an angle and friction coefficient at the points of contact f 0,2 0.25, the inertial body 2 is jammed in the elastic-damping elements 3 and 4. At an angle greater than 75 °, the inertial forces acting on inertial body 2, lie in the friction cone. This means that there is no relative mixing of the inertial body 2 and the petals 7 of the elastic-damping elements 3 and 4. If the condition d 15-75 ° is not observed, the friction joints in the mandrel are practically absent, and with them there are no effective dissipative forces of dry friction. When the relative displacement of the inertial body 2 and the body 1 is equal to the magnitude of the radial gap between them, the impact and dissipation of the oscillation energy occur. After the impact, the direction of the velocity vector of the inertial body 2 changes, the previously accumulated potential energy of the petals 7 is partially converted into the kinetic energy of the inertial body 2.

Таким образом, повышение виброустойчивости оправки достигаетс путем реализации в ней эффективных фрикционных сил сухого трени , потерь энергии колебаний при неупругом ударе инерционного тела 2 с корпусом 1 и внутреннего трени , возникающего в процессе деформации упруго-демпфирующих элементов 3 и 4, в частности их криволинейных упругих лепестков 7, выполн ю-. щих роль пружин.Thus, increasing the vibration resistance of the mandrel is achieved by implementing in it the effective frictional forces of dry friction, the loss of vibrational energy during inelastic impact of the inertial body 2 with body 1 and internal friction that occurs during the deformation of the elastic-damping elements 3 and 4, in particular their curvilinear elastic petals 7, performed by u-. the role of springs.

Оправка с динамическим гасителем колебаний обладает свойством гасить вибрации, возникающие в технологической системе, в довольно широком диапазоне частот. Широка полоса гащени колебаний динамического гасител обеспечена нелинейностью упругой характеристики упруго-демпфирующих элементов 3 и 4.A mandrel with a dynamic oscillation damper has the property to dampen vibrations occurring in a technological system in a fairly wide range of frequencies. The broad band of vibration damping of the dynamic damper is ensured by the nonlinearity of the elastic characteristic of the elastic damping elements 3 and 4.

Криволинейные упругие лепестки 7 элементов 3 и 4 представл ют собой по существу балки переменного сечени , изгибна жесткость которых в любой рассматриваемый момент времени зависит не только от поперечного сечени , но и от координаты точки К контакта лепестка с инерционным телом 2. Чем ближе точка К к оси оправки,The curvilinear elastic petals 7 of elements 3 and 4 are essentially variable cross-section beams, the flexural rigidity of which at any given time depends not only on the cross section, but also on the coordinate K of the contact of the petal with the inertial body 2. The closer the point K to axis of the mandrel,

тем выше жесткость лепестка. В зависимости от уровн и частоты вибраций, измен жесткость лепестков 7 и перемеща поджимную гайку 5, можно существенно расширить возможности динамического гасител .the higher the stiffness of the petal. Depending on the level and frequency of vibrations, changing the rigidity of the petals 7 and moving the gland nut 5, it is possible to significantly expand the capabilities of the dynamic damper.

При вращении поджимной гайки 5 осуществл етс относительное осевое смещение упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. При уменьшении рассто ни между упруго-демпфирующими элементами 3 и 4 точки К контакта поверхностей S и Sj перемещаютс When the gland nut 5 rotates, the relative axial displacement of the elastic-damping elements 3 and 4 is accomplished. As the distance between the elastic-damping elements 3 and 4 decreases, the points K of the contact surfaces S and Sj move

ближе к оси оправки. При этом измен етс предварительное поджатие упруго-демпфирующих элементов 3 и 4. В зависимости от положени поджимной гайки, форм поверхностей S и Si и геометрических размеров лепестков 7 можно регулировать жесткость ди намического гасител колебаний в довольно широком диапазоне.closer to the axis of the mandrel. In this case, the preliminary compression of the spring-damping elements 3 and 4 is changed. Depending on the position of the gland nut, the shapes of the S and Si surfaces, and the geometrical dimensions of the petals 7, the rigidity of the dynamic damper can be adjusted over a rather wide range.

Следовательно, поджимна гайка 5 позвол ет измен ть эквивалентные порциальные частоты динамического гасител в-триConsequently, the gland nut 5 allows you to change the equivalent fractional frequencies of the dynamic damper in three

и более раз. Это в свою очередь позвол ет примен ть оправку дл различных режимов резани .and more times. This in turn allows the use of a mandrel for different cutting conditions.

Использование изобретени позвол ет повысить производительность обработки путем гашени вибраций в широком диапазоне частот на различных режимах резани .The use of the invention improves processing performance by damping vibrations in a wide range of frequencies in different cutting conditions.

//

6 6

фиг. 5FIG. five

Claims

INSTRUMENTAL FRAME WITH DYNAMIC KO

LEBANIA, comprising a housing, an inertial body placed on two elastic-damping elements mounted on the housing, and a compression nut, characterized in that, in order to increase vibration resistance, the inertial body is made with curved surfaces, and the elastic-damping elements are equipped with curved elastic petals for interaction with curved surfaces of an inertial body.