RU2457926C1 - Cutting tool - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to machining different-hardness work pieces. Cutting tool consists of body supporting cutting elements and guide. Said body has chip grooves and rolling bearing with its outer racer supporting guide oscillation damper made up of flange with split elastic support plate. Damper inside is filled with elastic damping material and closed by cover fitted on elastic plates and bolted to flange. Note here that outer surface of elastic plates is curved to diameter of outermost curved shape points exceeding diameter of machined bore.

EFFECT: expanded machining performances, higher efficiency, electric power savings.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке труднообрабатываемых материалов, и может использоваться при черновой, получистовой и чистовой механической обработке различных заготовок, характеризующихся значительным разбросом снимаемого припуска как по величине, так и твердости.The invention relates to the field of engineering, in particular to the processing of difficult-to-process materials, and can be used for roughing, semi-finishing and finishing machining of various workpieces, characterized by a significant dispersion of the removed allowance both in magnitude and hardness.

Известны режущие инструменты для обработки деталей, например расточные инструменты (А.С. СССР №532485, №539693, МКИ B23B 29/03), содержащие резцовую вставку с упругим резцедержателем или державкой, механизм деформирования державки и перемещаемый вдоль оси клин, взаимодействующий с элементом деформирования упругой державки. Недостатками этих инструментов являются узкие технологические возможности, низкая жесткость и виброустойчивость.Known cutting tools for processing parts, such as boring tools (AS USSR No. 532485, No. 539693, MKI B23B 29/03), containing a cutting insert with an elastic tool holder or holder, a tool deformation mechanism and a wedge moving along the axis interacting with the element deformation of the elastic holder. The disadvantages of these tools are narrow technological capabilities, low rigidity and vibration resistance.

Известен также режущий инструмент - расточная головка (прототип), состоящий из корпуса, включающий две направляющие, переднюю и заднюю, состоящие из упругих и жестких частей, между которыми установлена резцовая вставка (патент RU 2314181 МПК B23B 29/034).Also known is a cutting tool - a boring head (prototype), consisting of a housing, including two guides, front and rear, consisting of elastic and rigid parts, between which a cutting insert is installed (patent RU 2314181 IPC B23B 29/034).

В прототипе нет канавок для отвода снимаемой с заготовки стружки, причем в его конструкции их выполнить невозможно, что приводит к засорению и забиванию стружкой пространства между двумя упругими манжетами. Последнее обстоятельство является причиной того, что прототип нельзя применять при черновой обработке, когда объем снимаемой стружки значительно больше, чем при чистовой обработке.In the prototype there are no grooves for the removal of chips removed from the workpiece, and it is impossible to perform them in its design, which leads to clogging and clogging by the chip of the space between two elastic cuffs. The latter circumstance is the reason that the prototype cannot be used when roughing, when the volume of removed chips is much larger than during finishing.

При чистовой обработке заготовки с использованием прототипа даже при сравнительно малой глубине резания происходит накопление стружки, в особенности при высоких скоростях резания, на которые рассчитан прототип. В процессе обработки стружка, сходящая с большой скоростью резания по передней поверхности режущей пластины, быстро заполняет пространство между двумя упругими манжетами, навиваясь на все детали, расположенные в указанном пространстве. Это приводит к тому, что после обработки каждой заготовки или еще чаще прототип необходимо выводить из отверстия и освобождать от навившейся и скопившейся стружки.When finishing workpieces using the prototype, even with a relatively small depth of cut, chips accumulate, especially at high cutting speeds for which the prototype is designed. In the process of processing, chips coming off at a high cutting speed along the front surface of the cutting insert quickly fill the space between two elastic cuffs, winding on all the parts located in the specified space. This leads to the fact that after processing each workpiece or more often, the prototype must be removed from the hole and freed from the accumulated and accumulated chips.

Не лучше обстоит дело и при обработке хрупких материалов, например чугунов. Образующаяся стружка скалывания и металлическая пыль засоряет упомянутое пространство, забивая все зазоры в подвижных соединениях прототипа, выводя его из строя. Поэтому очистка прототипа неизбежна также и при обработке хрупких материалов.The situation is no better with the processing of brittle materials, such as cast irons. The resulting chip chips and metal dust clogs the space mentioned, clogging all the gaps in the movable joints of the prototype, putting it out of order. Therefore, cleaning the prototype is also inevitable in the processing of brittle materials.

Увеличение вспомогательного времени в связи с очисткой прототипа от стружки увеличивает штучное время на выполнение операции, в результате чего простаивает металлорежущее оборудование и уменьшается производительность обработки. В результате этого прототип имеет ограниченные технологические возможности.The increase in auxiliary time in connection with the cleaning of the prototype from chips increases the piece time for the operation, resulting in idle metal-cutting equipment and reduced processing productivity. As a result of this, the prototype has limited technological capabilities.

В прототипе контакт отверстия заготовки и направляющей упругой манжеты происходит по всей цилиндрической поверхности манжеты (площадь контакта на 1-2 порядка больше, чем у предложенного инструмента), что приводит при обработке к большой силе трения, которую необходимо преодолевать источником энергии. Следует отметить, что в прототипе необходимо использовать две упругие манжеты, при этом сила трения удваивается, а следовательно, значительно увеличиваются и затраты электроэнергии на процесс обработки.In the prototype, the contact of the billet hole and the guide of the elastic cuff occurs over the entire cylindrical surface of the cuff (the contact area is 1-2 orders of magnitude larger than that of the proposed tool), which leads to a large friction force during processing, which must be overcome by the energy source. It should be noted that in the prototype it is necessary to use two elastic cuffs, while the friction force is doubled, and therefore, the cost of electricity for the processing process is also significantly increased.

Технический результат, который достигается от использования предполагаемого изобретения, - расширение технологических возможностей инструмента, повышение производительности обработки.The technical result that is achieved from the use of the proposed invention is the expansion of the technological capabilities of the tool, increasing processing productivity.

Указанный технический результат достигается тем, что режущий инструмент состоит из корпуса, на котором установлены режущие элементы и направляющая, имеет стружечные канавки, а также на нем установлен подшипник качения, на наружном кольце которого закреплен направляющий демпфер колебаний, выполненный в виде фланца с разрезными упругими консольными пластинами, внутренняя поверхность которого заполнена демпфирующим материалом и закрыта крышкой, одетой на упругие пластины и стянутой с фланцем с помощью винтов, наружная поверхность упругих пластин выполнена криволинейной, а диаметр точек криволинейного профиля, наиболее удаленных от оси вращения инструмента, больше диаметра обрабатываемого отверстия заготовки.The specified technical result is achieved by the fact that the cutting tool consists of a housing on which the cutting elements and the guide are mounted, has chip grooves, and a rolling bearing is mounted on it, on the outer ring of which a guide vibration damper is made, made in the form of a flange with split elastic cantilever plates, the inner surface of which is filled with damping material and covered with a cover, dressed on elastic plates and tightened with a flange using screws, the outer surface is elastic their plates are made curved, and the diameter of the points of the curved profile farthest from the axis of rotation of the tool is larger than the diameter of the workpiece’s bore hole.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен режущий инструмент в сборе с направляющим демпфером; на фиг.2 - вид слева; на фиг.3 - поперечное сечение направляющего демпфера, установленного на наружное кольцо подшипника качения; на фиг.4 - сечение режущей многогранной неперетачиваемой пластины и ее крепление в корпусе инструмента.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a cutting tool assembly with a guide damper; figure 2 is a left view; figure 3 is a cross section of a guide damper mounted on the outer ring of the rolling bearing; figure 4 is a cross section of a cutting many-sided non-turning plate and its fastening in the tool body.

Виброустойчивый режущий инструмент состоит из металлического корпуса 1 (фиг.1-4), в который вставлены режущие элементы, выполненные в виде твердосплавных многогранных неперетачиваемых пластин 2, закрепляемых в корпусе с помощью винтов 3. Для предохранения корпуса от износа твердосплавные многогранные неперетачиваемые пластины 2 установлены на опорные пластины 4, имеющие меньшую твердость по сравнению с твердостью корпуса и твердостью пластин. На корпус инструмента напрессован подшипник качения 5, внутреннее кольцо которого зафиксировано стопорным кольцом 6. На наружном кольце подшипника качения установлен и жестко закреплен направляющий демпфер колебаний, выполненный в виде фланца 7, крышки 8 и стягивающих винтов 9. Во фланце 7 выполнена расточка, при этом периферийная часть разрезана по образующей с образованием консольных упругих пластин 10.Vibration-resistant cutting tool consists of a metal casing 1 (Figs. 1-4), into which cutting elements are inserted, made in the form of carbide polyhedral non-turning plates 2, fixed in the case with screws 3. To protect the case from wear, carbide multi-faceted non-turning plates 2 are installed on the support plate 4 having a lower hardness compared with the hardness of the body and the hardness of the plates. A rolling bearing 5 is pressed onto the tool body, the inner ring of which is fixed by a locking ring 6. On the outer ring of the rolling bearing, a guide vibration damper is installed and rigidly made in the form of a flange 7, a cover 8 and tightening screws 9. A bore is made in the flange 7, while the peripheral part is cut along the generatrix with the formation of cantilever elastic plates 10.

Наружная поверхность упругих пластин 10 выполнена криволинейной, при этом диаметр наиболее удаленных от оси вращения точек криволинейного профиля (экстремальных точек) больше диаметра отверстия заготовки. Это обеспечивает при работе инструмента натяг в соединении «упругие пластины - отверстие заготовки», дополнительную опору и направление режущего инструмента. Кольцевая полость (расточка) демпфера заполнена упругим неметаллическим демпфирующим материалом (например, вулканизированной резиной), в результате чего направляющий демпфер способен гасить как виброперемещения, так и виброскорость, возникающие в процессе механической обработки.The outer surface of the elastic plates 10 is made curved, while the diameter of the points of the curved profile (extreme points) farthest from the axis of rotation is larger than the diameter of the billet hole. This provides during operation of the tool interference in the connection "elastic plate - hole of the workpiece", additional support and direction of the cutting tool. The annular cavity (bore) of the damper is filled with an elastic non-metallic damping material (for example, vulcanized rubber), as a result of which the guide damper is able to absorb both the vibration displacements and the vibration velocity that arise during the machining process.

Виброустойчивый режущий инструмент работает следующим образом. Инструмент устанавливают и закрепляют в шпинделе станка. Включают вращение шпинделя и рабочую подачу инструмента, при этом направляющий демпфер контактирует с отверстием обрабатываемой заготовки.Vibration-resistant cutting tool operates as follows. The tool is installed and fixed in the spindle of the machine. Turn on the spindle rotation and the working feed of the tool, while the guide damper is in contact with the hole of the workpiece.

Поскольку максимальный диаметр упругих пластин 10 (фиг.1 и 3) больше диаметра отверстия заготовки, то при входе в отверстие упругие пластины изгибаются в радиальном направлении, происходит деформация демпфирующего материала, создается натяг между направляющим демпфером и заготовкой, их взаимное силовое давление, а следовательно, направление движения инструмента.Since the maximum diameter of the elastic plates 10 (Figs. 1 and 3) is larger than the diameter of the billet hole, when entering the hole, the elastic plates bend in the radial direction, the damping material deforms, an interference is created between the guide damper and the workpiece, their mutual force pressure, and therefore , the direction of movement of the tool.

В результате этого инструмент получает вторую внешнюю опору. Первая опора инструмента создается шпинделем станка, в котором он закреплен, а вторая опора обеспечивается самой заготовкой и демпфером, что приводит к значительному увеличению жесткости режущего инструмента и технологической системы в целом. Существенное повышение жесткости технологической системы приводит к снижению уровня вибрации в процессе резания, которая к тому же дополнительно гасится направляющим демпфером.As a result of this, the tool receives a second external support. The first tool support is created by the machine spindle in which it is fixed, and the second support is provided by the workpiece and damper itself, which leads to a significant increase in the rigidity of the cutting tool and the technological system as a whole. A significant increase in the rigidity of the technological system leads to a decrease in the level of vibration during the cutting process, which is also additionally suppressed by the guide damper.

В процессе обработки снимаемая стружка непрерывно отводится из зоны резания по канавкам корпуса, очистка инструмента от образующейся стружки не требуется как при чистовой, так и черновой обработке. В результате сокращается время на выполнение технологической операции и повышается производительность обработки предложенным инструментом.During processing, the removed chips are continuously discharged from the cutting zone along the grooves of the body, cleaning the tool from the resulting chips is not required both during finishing and roughing. As a result, the time to complete the technological operation is reduced and the processing productivity of the proposed tool is increased.

В предлагаемом инструменте, благодаря наличию экстремальных точек криволинейного профиля, контакт упругих пластин с отверстием заготовки происходит по дискретным отрезкам длины окружности, а при движении инструмента со скоростью подачи эти отрезки скользят по отверстию заготовки с такой же скоростью.In the proposed tool, due to the presence of extreme points of a curved profile, the contact of the elastic plates with the workpiece hole occurs along discrete segments of the circumference, and when the tool moves with the feed speed, these segments slide along the workpiece hole at the same speed.

Из-за незначительной площади контакта упругих пластин с отверстием заготовки сила трения при движении упругих пластин незначительна, что уменьшает осевую составляющую силы резания, а следовательно, и потребление электрической энергии на процесс обработки.Due to the insignificant contact area of the elastic plates with the billet hole, the friction force during the movement of the elastic plates is insignificant, which reduces the axial component of the cutting force and, consequently, the consumption of electrical energy for the processing process.

Изготовлен опытный образец виброустойчивого режущего инструмента и проведены его производственные испытания на операции зенкерования отверстия под шкворневой палец в надрессорной балке грузовых железнодорожных вагонов. Испытания проводили на станке ФБ-01. Перед обработкой изношенное отверстие надрессорной балки наплавляют твердым износостойким сплавом, при этом отверстие после наплавки получается неровным с большим перепадом припуска под обработку и высокой твердостью сплава, подлежащего снятию режущим инструментом.A prototype of a vibration-resistant cutting tool was made and its production tests were carried out for the operation of drilling a hole under a pivot pin in a nadressornoj beam of freight railway cars. The tests were carried out on the machine FB-01. Before processing, the worn hole of the nadressor beam is surfaced with a hard wear-resistant alloy, and the hole after surfacing is uneven with a large difference in machining allowance and high hardness of the alloy to be removed with a cutting tool.

Обработка такого наплавленного отверстия обычным режущим инструментом характеризуется высоким уровнем вибрации, низким режимом резания, периодом стойкости, большим расходом режущего инструмента и низким качеством обработанной поверхности (высокая шероховатость, следы дробления на поверхности и др.).The processing of such a deposited hole with a conventional cutting tool is characterized by a high level of vibration, a low cutting mode, a durability period, a large consumption of a cutting tool and a low quality of the processed surface (high roughness, traces of crushing on the surface, etc.).

Обработка наплавленного отверстия предложенным режущим инструментом характеризуется значительно более низким уровнем вибрации технологической системы, более высокой подачей инструмента, отсутствием следов дробления и снижением среднеарифметического отклонения профиля с R_α=30-40 мкм до R_α=5-8 мкм. Уменьшается износ твердосплавных режущих пластин и повышается производительность технологической операции. Отмеченные результаты объясняются не только активным демпфированием колебаний направляющим демпфером, но и существенным повышением жесткости режущего инструмента.Processing the weld hole with the proposed cutting tool is characterized by a significantly lower level of vibration of the technological system, a higher feed rate of the tool, the absence of traces of crushing and a decrease in the arithmetic mean deviation of the profile from R _α = 30-40 μm to R _α = 5-8 μm. The wear of carbide cutting inserts is reduced and the productivity of the process operation is increased. The noted results are explained not only by the active damping of vibrations by the guide damper, but also by a significant increase in the rigidity of the cutting tool.

Таким образом, применение предлагаемого виброустойчивого режущего инструмента позволяет по сравнению с прототипом расширить технологические возможности инструмента, повысить производительность технологических операций и уменьшить расход электроэнергии на процесс резания.Thus, the use of the proposed vibration-resistant cutting tool allows, in comparison with the prototype, to expand the technological capabilities of the tool, increase the productivity of technological operations and reduce the energy consumption for the cutting process.

Claims (1)

Режущий инструмент, состоящий из корпуса, на котором установлены режущие элементы и направляющая, отличающийся тем, что на корпусе выполнены стружечные канавки и установлен подшипник качения, на наружном кольце которого закреплен направляющий демпфер колебаний, выполненный в виде фланца с разрезными упругими консольными пластинами, причем внутренняя полость демпфера заполнена упругодемпфирующим материалом и закрыта крышкой, одетой на упругие пластины и стянутой с фланцем с помощью винтов, при этом наружная поверхность упругих пластин выполнена криволинейной с диаметром наиболее удаленных от оси вращения инструмента точек криволинейного профиля больше диаметра обрабатываемого отверстия. A cutting tool, consisting of a housing on which cutting elements and a guide are mounted, characterized in that the grooves are made of chip grooves and a rolling bearing is mounted, on the outer ring of which a guide vibration damper is made, made in the form of a flange with split elastic cantilever plates, the inner the damper cavity is filled with an elastic damping material and is closed by a cover, dressed on elastic plates and tightened with a flange using screws, while the outer surface of the elastic plates n is made curved with the diameter of the points of the curved profile farthest from the axis of rotation of the tool than the diameter of the hole being machined.

Images