RU2578868C2 - Vibration absorber for cutting of thin-wall parts - Google Patents
Vibration absorber for cutting of thin-wall parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578868C2 RU2578868C2 RU2014100012/02A RU2014100012A RU2578868C2 RU 2578868 C2 RU2578868 C2 RU 2578868C2 RU 2014100012/02 A RU2014100012/02 A RU 2014100012/02A RU 2014100012 A RU2014100012 A RU 2014100012A RU 2578868 C2 RU2578868 C2 RU 2578868C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- vibration damper
- load
- thin
- vibrations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fluid-Damping Devices (AREA)
- Springs (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к технологической оснастке, и может быть использовано при обработке фрезерованием тонкостенных нежестких деталей.The claimed invention relates to mechanical engineering, namely to technological equipment, and can be used in the processing of milling of thin-walled non-rigid parts.
При изготовлении длинномерных или тонкостенных деталей в процессе обработки 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.In the manufacture of long or thin-walled parts during processing, vibrations of the milled part often occur due to its low stiffness. Vibrations worsen the cleanliness of the treated surface and the accuracy of manufacture, can lead to damage to the part or the need for manual locksmithing.
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).A known method of reducing the vibration of thin-walled non-rigid parts during milling by using additional technological equipment, universal or special, creating parts additional support points, thereby increasing its rigidity. The disadvantage of this method is that, since the accuracy of manufacturing and assembling the additional equipment must correspond to the specified accuracy of manufacturing the part, the use of additional equipment requires significant financial costs for its manufacture and the time it takes to assemble it (see A. Goroshkin. Accessories for metal cutting machines : Handbook. - 7th ed., Revised and enlarged. - M.: Mashinostroenie, 1979; see also B. Cherpakov. Technological equipment: a textbook for institutions of secondary vocational education. - M.: Publishing Center “ Ak ademia ”, 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).A known method of reducing the vibration of thin-walled non-rigid parts by selecting a rational frequency of rotation of the tool, ensuring the absence of resonant vibration of the parts. Since in practice the optimal speed is usually selected by trial and error, this method requires time to implement it and often leads to damage of several test copies of the part before a rational speed is found (Bolsunovsky S.A., Vermel V.D. , Grishin V.I., Gubanov G.A., Kacharava I.N. Calculation and graphical support for refining high-speed milling of the aerodynamic model to prevent resonant vibrations // CAD and Graphics. - 2011. - No. 10. P. 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 125501U1, 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 изготовления, монтажа, защиты от воздействия агрессивных факторов рабочей зоны станка (подвижные элементы, смазывающе-охлаждающая жидкость, стружка).There is a method of reducing vibration of structures using an active damping system, including a sensor, a control unit, an amplifier and an actuator, with the help of which a force is applied to a controlled structure in order to reduce its vibrations (Patent RU 125501U1, 04/11/2012, Device for milling complex profiles , see also Zhang Y., Sims ND Milling workpiece chatter avoidance using piezoelectric active damping: a feasibility study // Smart Materials and Structures, 2005). The disadvantage of this method is the complexity of manufacturing, installation, protection from aggressive factors of the working area of the machine (moving elements, lubricating coolant, chips).
Известен способ снижения вибраций фрезеруемых деталей с помощью демпфирующих элементов, закрепляемых между поверхностью детали и неподвижной опорой (Патент СН 665985 (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.A known method of reducing vibrations of milled parts using damping elements fixed between the surface of the part and a fixed support (Patent SN 665985 (A5), 04/12/1985). The disadvantage of these devices is the need to use a fixed support located near the surface of the part, which for large parts of aircraft structures of complex shape requires the manufacture of special equipment.
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 (Патент US 6547049 В1, 15.04.2003, Particle Vibration Damper). Недостатком данного устройства является относительно низкая эффективность снижения вибраций и сложность анализа его характеристик.Known vibration damper to reduce the vibration of the milled parts in the form of a housing filled with shot, fixed on the part for the duration of processing (figure 1). This vibration damper provides dispersion of the vibration energy of the part due to mutual friction and collisions between the pellets and thereby reduces the amplitude of its vibrations (Patent US 6547049 B1, 04/15/2003, Particle Vibration Damper). The disadvantage of this device is the relatively low efficiency of reducing vibrations and the complexity of the analysis of its characteristics.
Известен способ снижения вибраций нежесткой детали, обрабатываемой фрезерованием, заключающийся в том, что к детали прикрепляют виброгаситель, содержащий набор механических резонаторов с различными значениями собственной частоты колебаний, при этом собственные частоты колебаний резонаторов предварительно регулируют так, чтобы их значения были равны частотам нескольких первых гармоник периодического внешнего силового воздействия, оказываемого фрезой на обрабатываемую деталь, для определенной заранее выбранной частоты вращения фрезы (Патент RU 2500516 C1, МПК B23Q 3/02, 10.12.2013, Способ снижения вибраций нежесткой заготовки, обрабатываемой фрезерованием). Данный способ очень эффективен для снижения вынужденных вибраций фрезеруемой детали и не требует определения ее собственных частот колебаний для проведения настройки виброгасителя, однако его существенным недостатком является то, что он не позволяет устранить автоколебания детали, возникающие при определенных условиях обработки.There is a method of reducing vibrations of a non-rigid part processed by milling, which consists in attaching a vibration absorber containing a set of mechanical resonators with different values of the natural frequency of vibration, the natural frequencies of the resonators being pre-adjusted so that their values are equal to the frequencies of the first few harmonics periodic external force exerted by the cutter on the workpiece for a predetermined predetermined rotational speed fr PS (Patent RU 2500516 C1, IPC
Известно устройство для снижения вибраций различных конструкций, называемое динамический виброгаситель (или инерционный демпфер). Его принципиальная схема изображена на фигуре 2. Принцип его работы заключается в том, что к рассматриваемой конструкции 1, колебания которой требуется погасить, изображенной в виде груза 2 на упругой подвеске 3, прикрепляется дополнительная небольшая колебательная система 4, изображенная в виде груза 5 на упругой подвеске 6 с демпфирующим элементом 7, создающим сопротивление перемещению груза. При правильно подобранных (в соответствии с характеристиками рассматриваемой конструкции 1) параметрах виброгасителя, а именно массе груза 5, жесткости подвески 6 и коэффициенте сопротивления демпфирующего элемента 7, колебания основной конструкции 1 будут приводить к возникновению интенсивных колебаний виброгасителя 4, закрепленного на ней, что обеспечит интенсивное рассеяние энергии колебаний основной конструкции 1 и значительное снижение амплитуды ее вибраций. Обычно масса груза 5 виброгасителя составляет от 2% до 5% массы рассматриваемой конструкции 1. Подобные виброгасители широко применяются в различных областях техники и позволяют снижать как вынужденные колебания, так и автоколебания конструкций (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.). Данное устройство принято за прототип. 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.A device for reducing vibrations of various structures, called a dynamic vibration damper (or inertial damper), is known. Its schematic diagram is shown in figure 2. The principle of its operation is that to the structure under
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 3 в качестве примера тонкостенной, склонной к вибрациям при обработке детали приведена лопатка компрессора газотурбинного двигателя. Низкая жесткость является характерной особенностью большинства деталей аэрокосмической промышленности.Metal cutting requires significant force from the cutting tool on the workpiece. For milling, the cutting process is intermittent, the milling cutter exerts an alternating periodic force effect on the workpiece. If the part does not have sufficient rigidity, then the impact from the side of the cutter can cause intense vibrations. Thin-walled or long parts have low rigidity. In figure 3, as an example of a thin-walled, prone to vibrations during processing of a part, the compressor blade of a gas turbine engine is shown. Low rigidity is a characteristic feature of most aerospace industry parts.
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 4 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.As a result of vibrations of a thin-walled non-rigid part during milling, the resulting surface of the part is shifted from the required, in addition, zones of increased roughness, waviness can form on the treated surface, and defects in the form of notches and potholes can form. Thus, the vibration of parts during processing leads to a deterioration in the quality and accuracy of manufacture, and sometimes to damage to the product. For example, figure 4 shows a photograph of a part on the surface of which as a result of vibrations during processing defects were formed that led to damage to the product. The reduction of vibration of thin-walled non-rigid parts during processing is an urgent task of the aerospace industry.
Задачей и техническим результатом заявляемого 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.The objective and technical result of the claimed invention is to reduce the vibration of a thin-walled non-rigid part during its processing by milling. Moreover, this technical result should be achieved for parts with different natural frequencies of vibration without the need for preliminary configuration of the device. Obtaining the claimed technical result allows to improve the quality and accuracy of manufacture, to avoid damage to the part as a result of intense vibrations, to reduce time and financial costs for the technological preparation of the production of thin-walled parts.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в виброгасителе, закрепляемом на обрабатываемой детали, представляющим собой дополнительную колебательную систему, состоящую из груза на упругой подвеске и демпфирующего элемента, создающего сопротивление перемещению груза, масса груза выполняется большой, сопоставимой с массой самой детали, упругая подвеска исключается из состава конструкции, а демпфирующий элемент выполняется с определенной оптимальной величиной сопротивления перемещению груза, обеспечивающей эффективное снижение вибраций деталей с собственными частотами колебаний в пределах принятого рабочего диапазона виброгасителя.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the vibration damper mounted on the workpiece, which is an additional oscillating system consisting of a load on an elastic suspension and a damping element that creates resistance to movement of the load, the mass of the cargo is large, comparable to the mass of the part itself, the elastic suspension is excluded from the structure, and the damping element is performed with a certain optimal value of resistance to movement of the load, providing boiling effective reduction of vibration components with natural frequencies of oscillation within the received vibration reducer working range.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить интенсивное рассеивание энергии колебаний обрабатываемой детали, благодаря чему происходит эффективное снижение вибраций деталей с различными собственными частотами колебаний без необходимости в настройке устройства, в то время как применение прототипа заявляемого изобретения требовало определения собственных частот колебаний изготавливаемой детали и настройки виброгасителя, что было крайне затруднительно осуществлять в условиях производства.The claimed invention allows for intensive dissipation of vibrational energy of the workpiece, due to which there is an effective reduction of vibration of parts with different natural frequencies without the need to configure the device, while the application of the prototype of the claimed invention required the determination of natural frequencies of vibration of the manufactured part and tuning of the damper, which was extremely difficult to carry out in a production environment.
На фигуре 1 изображен виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей в виде корпуса, заполненного дробью.The figure 1 shows a vibration damper for milling thin-walled parts in the form of a body filled with shot.
На фигуре 2 изображена принципиальная конструкция динамического виброгасителя, являющегося прототипом заявляемого изобретения.The figure 2 shows the basic design of a dynamic vibration damper, which is the prototype of the claimed invention.
На фигуре 3 в качестве примера тонкостенной нежесткой детали, склонной к вибрациям при обработке, приведена лопатка компрессора газотурбинного двигателя.In figure 3, as an example of a thin-walled non-rigid part, prone to vibration during processing, the compressor blade of a gas turbine engine is shown.
На фигуре 4 приведена фотография детали, на поверхности которой в результате вибраций при обработке сформировались дефекты, приведшие к порче изделия.The figure 4 shows a photograph of a part, on the surface of which as a result of vibrations during processing defects were formed that led to damage to the product.
На фигуре 5 изображена принципиальная конструкция заявляемого изобретения.The figure 5 shows the basic design of the claimed invention.
На фигуре 6 изображен один из вариантов конструкции, реализующей заявляемое изобретение.The figure 6 shows one of the design options that implement the claimed invention.
На фигуре 7 изображен второй вариант конструкции, реализующей заявляемое изобретение.The figure 7 shows a second embodiment of the design that implements the claimed invention.
На фигуре 8 приведена фотография образца описанного виброгасителя, реализующего заявляемое изобретение, который закреплен на обрабатываемой детали.The figure 8 shows a photograph of a sample of the described vibration damper that implements the claimed invention, which is mounted on the workpiece.
На фигуре 9 приведена диаграмма, демонстрирующая эффективность предлагаемого виброгасителя для деталей с различной собственной частотой колебаний, полученная расчетным путем.The figure 9 is a diagram showing the effectiveness of the proposed vibration damper for parts with different natural frequencies of vibration, obtained by calculation.
На фигуре 10 приведена диаграмма, показывающая эффективность предлагаемого виброгасителя, для величины сопротивления, создаваемого демпфирующим элементом, в пять раз большей оптимальной.The figure 10 is a diagram showing the effectiveness of the proposed vibration damper, for the resistance created by the damping element, five times the optimum.
На фигуре 11 изображена диаграмма, на которой приведено сравнение заявляемого изобретения с его прототипом.The figure 11 shows a diagram that shows a comparison of the claimed invention with its prototype.
На фигуре 12 приведен график затухания колебаний детали после единичного удара для детали без виброгасителя и детали с образцом виброгасителя, реализующим заявляемое изобретение.The figure 12 shows a graph of the attenuation of the oscillations of the part after a single impact for a part without a damper and a part with a sample damper that implements the claimed invention.
На фигуре 13 приведена экспериментально измеренная амплитудно-частотная характеристика детали без виброгасителя и с образцом виброгасителя, реализующим заявляемое изобретение.The figure 13 shows the experimentally measured amplitude-frequency characteristic of a part without a damper and with a sample damper that implements the claimed invention.
На фигуре 14 приведена фотография обработанной поверхности тонкостенной детали при фрезеровании без использования виброгасителя.The figure 14 shows a photograph of the machined surface of a thin-walled part when milling without the use of a vibration damper.
На фигуре 15 приведена фотография поверхности тонкостенной детали, обработанной с использованием образца виброгасителя, реализующего заявляемое изобретение.The figure 15 shows a photograph of the surface of a thin-walled part processed using a sample of a vibration damper that implements the claimed invention.
Схема заявляемого изобретения приведена на фигуре 5. Как и на фигуре 2, цифрой 1 обозначена рассматриваемая конструкция, а именно обрабатываемая тонкостенная нежесткая деталь, изображенная в виде груза 2 на упругой подвеске 3. Заявляемое изобретение, закрепленное на детали, обозначено цифрой 8 и состоит из массивного груза 9, масса которого, в отличие от массы груза традиционного динамического виброгасителя, велика и сопоставима с массой самой детали, и демпфирующего элемента 10, создающего сопротивление перемещению груза виброгасителя относительно детали. Принцип действия заявляемого устройства отличается от принципа действия прототипа. Для прототипа жесткость упругой подвески выбиралась так, чтобы собственная частота колебаний виброгасителя была близка к собственной частоте колебаний детали, на которой он закреплен, в результате колебания детали вызывали интенсивные колебания виброгасителя, и благодаря колебаниям виброгасителя происходило интенсивное рассеивание энергии колебаний детали. Параметры виброгасителя подбирались так, чтобы обеспечить максимальное снижение вибраций для детали с конкретной собственной частотой колебаний. В заявляемом изобретении при колебаниях детали груз виброгасителя остается наоборот, практически неподвижным. Благодаря своей инертности он выполняет роль неподвижной опоры. Колебания детали подавляются силами сопротивления, создаваемыми демпфирующим элементом, установленным между колеблющейся деталью и грузом виброгасителя. Параметры виброгасителя подбираются так, чтобы обеспечить эффективное снижение вибраций для деталей с различными собственными частотами колебаний. Вследствие указанных отличий в принципе действия заявляемое устройство можно назвать "инерционным амортизатором".The scheme of the claimed invention is shown in figure 5. As in figure 2, the figure 1 denotes the structure under consideration, namely, the processed thin-walled non-rigid part, depicted in the form of
Под демпфирующим элементом в данной заявке подразумевается конструктивный элемент, обеспечивающий возникновение сил сопротивления при перемещении груза виброгасителя относительно детали, на которой виброгаситель закреплен, и рассеивание механической энергии при колебаниях груза относительно детали, но не препятствующий полностью перемещениям груза (не блокирующий перемещения груза). Подобный элемент может быть реализован различными способами: посредством вязкого трения, сухого трения и проч.By a damping element in this application is meant a structural element that ensures the emergence of resistance forces when moving the load of the vibration damper relative to the part on which the vibration damper is mounted, and the dispersion of mechanical energy when the load vibrates relative to the part, but does not completely impede the movement of the load (not blocking the movement of the load). A similar element can be implemented in various ways: by means of viscous friction, dry friction, etc.
Под принятым рабочим диапазоном виброгасителя в данной заявке подразумевается диапазон частот, в пределах которого лежат собственные частоты колебаний деталей, для которых предназначен виброгаситель. Виброгаситель должен многократно снижать вибрации деталей, собственные частоты колебаний которых лежат в пределах его принятого рабочего диапазона. Для виброгасителя общего назначения целесообразно установить рабочий диапазон приблизительно от 50 Гц до 500 Гц.The accepted operating range of the vibration damper in this application means the frequency range within which the natural frequencies of vibration of the parts for which the vibration damper is intended are located. The vibration damper must repeatedly reduce the vibration of parts whose natural vibration frequencies lie within its accepted operating range. For a general vibration damper, it is advisable to set the operating range from about 50 Hz to 500 Hz.
Упругая подвеска груза может входить в состав конструкции заявляемого виброгасителя, но в этом случае ее жесткость должна быть малой. Чем выше жесткость упругой подвески виброгасителя, тем выше его собственная частота колебаний, при этом если собственная частота колебаний виброгасителя превысит нижнюю границу принятого рабочего диапазона, это может снизить его эффективность для низкочастотного участка рабочего диапазона. Поэтому, если в состав конструкции виброгасителя входит упругая подвеска, ее целесообразно выполнять так, чтобы собственная частота колебаний виброгасителя не превосходила нижней границы принятого рабочего диапазона виброгасителя.An elastic suspension of the cargo may be part of the design of the inventive vibration damper, but in this case, its rigidity should be small. The higher the stiffness of the elastic suspension of the vibration damper, the higher its natural vibration frequency, and if the natural vibration frequency of the vibration damper exceeds the lower limit of the accepted operating range, this can reduce its effectiveness for the low-frequency portion of the operating range. Therefore, if the structure of the vibration damper includes an elastic suspension, it is advisable to perform it so that the natural vibration frequency of the vibration damper does not exceed the lower boundary of the accepted operating range of the damper.
Заявляемая принципиальная конструкция виброгасителя может быть реализована посредством устройства, приведенного на фигуре 6. В качестве демпфирующего элемента используется поршневой амортизатор 11, размещенный в теле груза виброгасителя 12, при этом на конце штока амортизатора 13 имеется диск 14 для приклеивания виброгасителя к обрабатываемой детали 15.The inventive principal design of the vibration damper can be implemented using the device shown in figure 6. As a damping element, a
Другим вариантом реализации заявляемой принципиальной конструкции виброгасителя является устройство, приведенное на фигуре 7. Устройство состоит из массивного груза 16, способного перемещаться в полости корпуса 17, заполненной вязкой средой 18, причем зазор 19 между грузом и стенками корпуса имеет определенную величину, обеспечивающую оптимальное значение вязкого сопротивления колебаниям груза внутри корпуса. Роль демпфирующего элемента в данной конструкции играет вязкая среда, заполняющая полость корпуса и зазор между грузом и стенками корпуса 19, создающая вязкое сопротивление перемещению груза внутри полости корпуса. На фигуре 8 приведена фотография образца описанного устройства, реализующего заявляемое изобретение, который закреплен на обрабатываемой детали.Another embodiment of the inventive principal design of the vibration damper is the device shown in figure 7. The device consists of a
Заявляемая принципиальная конструкция виброгасителя может быть также реализована посредством других конструкций с сохранением того же принципа работы устройства, при этом результаты приведенного анализа и получаемый технический результат останутся теми же. Виброгаситель может закрепляется на детали во время обработки с помощью клея или другими способами: магнитными силами, вакуумной присоской, хомутом и т.п.The inventive principal design of the vibration damper can also be implemented using other designs while maintaining the same principle of operation of the device, while the results of the above analysis and the obtained technical result will remain the same. The vibration damper can be fixed to the parts during processing with glue or other methods: magnetic forces, vacuum suction cup, clamp, etc.
Получение заявленного технического результата при использовании заявляемого изобретения подтверждено теоретическими расчетами, испытаниями на экспериментальном стенде и опытной обработкой с использованием образца виброгасителя, реализующего заявляемое изобретение.The receipt of the claimed technical result when using the claimed invention is confirmed by theoretical calculations, tests on an experimental bench and experimental processing using a sample of a vibration damper that implements the claimed invention.
На фигуре 9 приведена диаграмма, демонстрирующая эффективность предлагаемого виброгасителя для деталей с различной собственной частотой колебаний, полученная расчетным путем. При этом рассматривалась заявляемая принципиальная конструкция (а не определенная ее реализация). По оси абсцисс отложена собственная частота колебаний детали, а по оси ординат - во сколько раз виброгаситель снижает высоту резонансного пика для детали с такой собственной частотой колебаний. Диаграмма построена при фиксированном значении массы детали и фиксированном значении собственного коэффициента демпфирования детали, принятом равным 0.5%, что соответствует реальным условиям. Из диаграммы видно, что предлагаемый виброгаситель снижает высоту резонансного пика в 30 или более раз для деталей с собственной частотой колебаний в пределах принятого рабочего диапазона от 50 Гц до 500 Гц. Это и подтверждает высокую эффективность виброгасителя и его универсальность, отсутствие необходимости в настройке под конкретную деталь. Приведенная диаграмма построена для определенного значения величины сопротивления, создаваемого демпфирующим элементом. На фигуре 10 приведена аналогичная диаграмма, построенная для в пять раз большей величины сопротивления, создаваемого демпфирующим элементом, что для описанного варианта конструкции в виде груза в корпусе с вязкой средой соответствует меньшей величине зазора между грузом и стенками корпуса. Из диаграммы видно, что при данной величине сопротивления эффективность виброгасителя падает для частот ниже 300 Гц, т.е. при принятом рабочем диапазоне 50-500 Гц такая величина сопротивления является завышенной. Путем построения подобных расчетных диаграмм можно подбирать оптимальные значения сопротивления, создаваемого демпфирующим элементом, для принятого рабочего диапазона виброгасителя.The figure 9 is a diagram showing the effectiveness of the proposed vibration damper for parts with different natural frequencies of vibration, obtained by calculation. At the same time, the claimed principal construction (and not its specific implementation) was considered. The abscissa axis represents the natural vibration frequency of the part, and the ordinate axis shows how many times the vibration absorber reduces the height of the resonant peak for the part with such a natural vibration frequency. The diagram is built with a fixed value of the mass of the part and a fixed value of the intrinsic damping coefficient of the part, taken equal to 0.5%, which corresponds to real conditions. The diagram shows that the proposed vibration damper reduces the height of the resonant peak by 30 or more times for parts with a natural oscillation frequency within the accepted operating range from 50 Hz to 500 Hz. This confirms the high efficiency of the vibration damper and its versatility, the absence of the need for tuning for a specific part. The above diagram is built for a certain value of the resistance created by the damping element. The figure 10 shows a similar diagram constructed for five times the magnitude of the resistance created by the damping element, which for the described embodiment in the form of a load in a body with a viscous medium corresponds to a smaller gap between the load and the walls of the body. It can be seen from the diagram that for a given resistance value, the attenuator efficiency decreases for frequencies below 300 Hz, i.e. with the accepted operating range of 50-500 Hz, this resistance value is overestimated. By constructing such design diagrams, it is possible to select the optimal values of the resistance created by the damping element for the adopted operating range of the vibration damper.
На фигуре 11 с помощью аналогичной диаграммы проведено сравнение заявляемого изобретения с его прототипом. Для традиционного динамического виброгасителя масса груза, как правило, составляет от 2% до 5% массы рассматриваемой конструкции, что обусловлено стремлением минимизировать массу устройства при его использовании для снижения вибраций элементов конструкции транспортных средств или сооружений. Подобное устройство с малой массой груза позволяет снизить вибрации конструкции лишь в узком диапазоне частот (цифра 20). Рассматриваемая задача снижения вибраций фрезеруемой детали допускает использование массивных устройств, сопоставимых по массе с массой самой детали, поскольку устройство закрепляется на детали только во время изготовления, а не во время эксплуатации. Увеличение массы груза виброгасителя до 100% массы конструкции при использовании традиционной концепции динамического виброгасителя уже позволяет значительно повысить его эффективность и расширить рабочий диапазон по частоте (цифра 21). Применение заявляемого изобретения позволяет дополнительно расширить рабочий диапазон виброгасителя, особенно в область низких частот колебаний детали при несущественном снижении эффективности для центральной части диапазона (цифра 22).The figure 11 using a similar diagram compares the claimed invention with its prototype. For a traditional dynamic vibration damper, the mass of the load, as a rule, is from 2% to 5% of the mass of the structure in question, due to the desire to minimize the mass of the device when it is used to reduce vibration of structural elements of vehicles or structures. Such a device with a small mass of the load allows to reduce the vibration of the structure only in a narrow frequency range (figure 20). The considered problem of reducing the vibration of the milled part allows the use of massive devices comparable in weight to the mass of the part itself, since the device is fixed to the part only during manufacture, and not during operation. An increase in the mass of the vibration damper load up to 100% of the mass of the structure using the traditional concept of a dynamic vibration damper can already significantly increase its efficiency and expand the frequency range (figure 21). The application of the claimed invention allows to further expand the operating range of the vibration damper, especially in the region of low frequencies of vibration of the part with a slight decrease in efficiency for the central part of the range (figure 22).
На фигуре 12 приведен график затухания колебаний детали после единичного удара для детали без виброгасителя и детали с образцом виброгасителя, реализующим заявляемое изобретение, 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.The figure 12 shows a graph of the attenuation of vibrations of a part after a single impact for a part without a vibration damper and a part with a sample of a vibration damper that implements the claimed invention, obtained experimentally by measuring the acceleration of a point on the surface of the part using an accelerometer. It can be seen that for a part with a fixed vibration absorber, the damping of oscillations occurs much faster, which indicates a high efficiency of dissipating the energy of vibration of the part with a vibration damper.
На фигуре 13 приведена экспериментально измеренная амплитудно-частотная характеристика детали без виброгасителя и с образцом виброгасителя, реализующим заявляемое изобретение. 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.The figure 13 shows the experimentally measured amplitude-frequency characteristic of a part without a damper and with a sample damper that implements the claimed invention. Without a vibration damper, the part has a pronounced high resonance peak. During processing, it is very likely that intense vibrations of the part occur at a frequency close to the frequency of its resonant peak. When fixing the vibration damper, the height of the resonant peak of the part is reduced by 30 times, the resonance peak becomes low and blurry, which indicates the high efficiency of vibration reduction by the inventive vibration damper.
На фигуре 14 приведена фотография обработанной поверхности тонкостенной детали при фрезеровании без использования виброгасителя. Из-за вибраций детали в процессе фрезерования шероховатость обработанной поверхности получилась очень грубой. На фигуре 15 приведена фотография поверхности такой же детали, обработанной с использованием образца виброгасителя, реализующего заявляемое изобретение. Видно существенное улучшение чистоты обработанной поверхности при использовании заявляемого виброгасителя.The figure 14 shows a photograph of the machined surface of a thin-walled part when milling without the use of a vibration damper. Due to the vibrations of the part during milling, the roughness of the machined surface turned out to be very rough. The figure 15 shows a photograph of the surface of the same parts, processed using a sample of a vibration damper that implements the claimed invention. You can see a significant improvement in the cleanliness of the treated surface when using the inventive vibration damper.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100012/02A RU2578868C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Vibration absorber for cutting of thin-wall parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100012/02A RU2578868C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Vibration absorber for cutting of thin-wall parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014100012A RU2014100012A (en) | 2015-07-20 |
| RU2578868C2 true RU2578868C2 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=53611240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014100012/02A RU2578868C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Vibration absorber for cutting of thin-wall parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2578868C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108595874B (en) * | 2018-05-07 | 2022-12-16 | 西南石油大学 | Construction method of large thin-wall rotary part milling vibration mechanical model |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US989958A (en) * | 1909-10-30 | 1911-04-18 | Hermann Frahm | Device for damping vibrations of bodies. |
| CH665985A5 (en) * | 1985-04-12 | 1988-06-30 | Starrfraesmaschinen Ag | Vibration damping system for workpiece or tool - has low-rigidity member between component carrier and its camp support and fixed to carrier, and mass resiliently coupled to carrier |
| RU128545U1 (en) * | 2012-08-08 | 2013-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING |
| RU2500506C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of making airfoils of gas turbine rotor blades at nc machines |
-
2014
- 2014-01-09 RU RU2014100012/02A patent/RU2578868C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US989958A (en) * | 1909-10-30 | 1911-04-18 | Hermann Frahm | Device for damping vibrations of bodies. |
| CH665985A5 (en) * | 1985-04-12 | 1988-06-30 | Starrfraesmaschinen Ag | Vibration damping system for workpiece or tool - has low-rigidity member between component carrier and its camp support and fixed to carrier, and mass resiliently coupled to carrier |
| RU2500506C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of making airfoils of gas turbine rotor blades at nc machines |
| RU128545U1 (en) * | 2012-08-08 | 2013-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014100012A (en) | 2015-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang | Feasibility study of nonlinear tuned mass damper for machining chatter suppression | |
| Yang et al. | Milling vibration attenuation by eddy current damping | |
| Yang et al. | Design of a passive damper with tunable stiffness and its application in thin-walled part milling | |
| EP3078452A1 (en) | System for suppressing chatter in a machine tool | |
| Gubanov | Broadband pneumatic mass damper for the elimination of workpiece vibrations | |
| RU2578868C2 (en) | Vibration absorber for cutting of thin-wall parts | |
| 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 | |
| US20200156207A1 (en) | Actively dampened centerless grinding process | |
| RU2572904C2 (en) | Vibration damper for cutting of thin-wall parts | |
| PAUL et al. | Effect of Impact Mass on Tool Vibration and Cutting Performance During Turning of Hardened AISI4340 Steel. | |
| JP2014184548A (en) | Vibration control device | |
| Thomas et al. | Analytical and experimental investigation of the dynamic stability in passive damper boring bars | |
| Wang et al. | Modeling and optimization of a friction damper for boring chatter control | |
| Yuan et al. | Semi-Active chatter reduction for robotic machining using magnetorheological elastomers (MREs) | |
| CN114607646A (en) | Dynamic vibration absorber for industrial fan | |
| RU72427U1 (en) | CUTTER | |
| Wu et al. | LOW-FREQUENCY CHATTER SUPPRESSION USING TUNED MASS DAMPER IN ROBOTIC MILLING. | |
| Rezig et al. | Suppressing boring bar vibrations by parametric excitation | |
| KR101764233B1 (en) | The manufacturing method of a dynamic vibration absorber | |
| RU128545U1 (en) | DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS OF RIGID BILL PROCESSED BY MILLING | |
| JP2000097281A (en) | Dynamic vibration-absorbing device | |
| Cupial et al. | The analysis of a smart Jeffcott rotor with direct velocity feedback control in the supercritical range | |
| Ostasevicius et al. | Modified tool structures for effective cutting | |
| Shankar et al. | Design optimization of dynamic vibration absorber for boring process | |
| Thomas et al. | Check for updates Passive Damping Techniques for Vibration Suppression in Boring Operation with Long Overhangs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170110 |