RU2283730C2 - Head for vibration cutting - Google Patents
Head for vibration cutting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2283730C2 RU2283730C2 RU2004134203/02A RU2004134203A RU2283730C2 RU 2283730 C2 RU2283730 C2 RU 2283730C2 RU 2004134203/02 A RU2004134203/02 A RU 2004134203/02A RU 2004134203 A RU2004134203 A RU 2004134203A RU 2283730 C2 RU2283730 C2 RU 2283730C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rings
- rollers
- sleeves
- head
- cage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано, в частности, на фрезерных станках и многоцелевых станках фрезерно-сверлильно-расточного типа.The invention relates to the processing of metals by cutting and can be used, in particular, on milling machines and multi-purpose machines of the milling-drilling-boring type.
Известно устройство для вибрационного резания, содержащее установленные друг в друга через подшипники соосные наружную и внутреннюю гильзы, шатуны, связанные через шарниры одними концами с гильзами, а другими между собой через тягу, выполненную в виде внутреннего кольца промежуточного подшипника, расположенного в обойме эксцентрично относительно оси гильз (см. а.с. СССР №1646708, кл. В 23 В 47/04, 1991). Наружная гильза устанавливается и закрепляется в шпинделе станка. Внутренняя гильза служит для установки и закрепления режущего инструмента. Шарниры шатунов могут устанавливаться на разных расстояниях друг от друга по периметру внутреннего кольца промежуточного подшипника, что определяет относительную частоту модуляции угловой скорости fмод, которая может быть равна одному или двум, т.е. одна или две модуляции за один оборот шпинделя. Изменение величины эксцентриситета положения промежуточного подшипника позволяет регулировать глубину модуляции угловой скорости инструмента, которая происходит по закону, близкому к гармоническому.A device for vibrational cutting is known, comprising coaxial outer and inner sleeves installed in each other through bearings, connecting rods connected through hinges at one ends with sleeves, and at the other through a rod made in the form of an inner ring of an intermediate bearing, eccentrically located in the cage relative to the axis cartridges (see USSR AS No. 1646708, class B 23 V 47/04, 1991). The outer sleeve is mounted and secured in the machine spindle. The inner sleeve serves to install and secure the cutting tool. The hinges of the connecting rods can be installed at different distances from each other around the perimeter of the inner ring of the intermediate bearing, which determines the relative modulation frequency of the angular velocity f mod , which can be equal to one or two, i.e. one or two modulations per spindle revolution. Changing the eccentricity of the position of the intermediate bearing allows you to adjust the depth of modulation of the angular velocity of the tool, which occurs according to a law close to harmonic.
Недостатком известного устройства вибрационного резания является ограниченная по частоте и глубине возможность модуляции угловой скорости инструмента. Достаточную для эффективного гашения регенеративных автоколебаний технологической системы и дробления сливной стружки глубину модуляции скорости резания устройство надежно создает только на относительной частоте fмод=1. Использование такой частоты модуляции наиболее рационально для дробления стружки и подавления автоколебаний при работе двузубыми инструментами, например спиральными сверлами или концевыми фрезами для обработки легких сплавов. При настройке устройства на работу с частотой fмод=2 глубина модуляции составляет примерно 10% от ее величины при fмод=1 и оказывает слабое влияние на улучшение показателей работы технологической системы. Модуляцию угловой скорости на еще больших относительных частотах, например fмод=3, 4, 5 и т.д., необходимых для эффективного дробления стружки и гашения автоколебаний при работе инструментами с числом зубьев соответственно z=6, 8, 10 и т.д., устройство создавать не может.A disadvantage of the known vibratory cutting device is the limited frequency and depth modulation of the angular velocity of the tool. The depth of modulation of the cutting speed sufficient for effective damping of the regenerative self-oscillations of the technological system and crushing of the drain chips is reliably created only at the relative frequency f mod = 1. The use of such a modulation frequency is most rational for crushing chips and suppressing self-oscillations when working with two-toothed tools, for example, spiral drills or end mills for processing light alloys. When you configure the device to work with a frequency f mod = 2, the depth of modulation is approximately 10% of its value at f mod = 1 and has little effect on improving the performance of the technological system. Modulation of the angular velocity at even higher relative frequencies, for example, f mod = 3, 4, 5, etc., are necessary for effective chip crushing and damping of self-oscillations when working with tools with the number of teeth, respectively z = 6, 8, 10, etc. ., the device cannot create.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей головки путем создания требуемой глубины модуляции угловой скорости инструмента на относительных частотах два и более и на этой основе эффективное гашение регенеративных автоколебаний технологической системы и дробление сливной стружки при работе вращающихся инструментов с числом зубьев более двух.The technical result of the invention is to expand the functionality of the head by creating the required depth of modulation of the angular velocity of the tool at two or more relative frequencies, and on this basis, effective damping of regenerative self-oscillations of the technological system and crushing of the drain chips when rotating tools with more than two teeth are used.
Сущность изобретения заключается в том, что головка для вибрационного резания, содержащая установленные друг в друга через подшипники соосные наружную и внутреннюю гильзы, обойму, шатуны, связанные через шарниры одними концами с гильзами, а другими между собой через тягу, снабжена двумя направляющими кольцами с гранеными отверстиями, установленными в обойме соосно гильзам с возможностью изменения и фиксации взаимного углового положения, в шарнирах тяг установлены ролики, имеющие возможность качения по поверхностям отверстий направляющих колец, причем ролики одной тяги находятся в контакте с разными направляющими кольцами, а расстояние между осями роликов, принадлежащих одной тяге, равно длине хорды дуги, образуемой на средней окружности траектории их движения половиной шага профиля этой траектории. Головка может быть выполнена с несколькими парами шатунов. Обойма, выполненная в виде упругой муфты, состоит из трех колец: основного, промежуточного и опорного, соединенных двумя парами ленточных пружин, расположенных взаимно перпендикулярно. Обойма своим опорным кольцом через подшипники установлена на наружной гильзе. Палец, которым снабжена обойма, служит для удерживания ее от вращения во время работы. Головка также снабжена пружиной кручения, установленной между гильзами.The essence of the invention lies in the fact that the head for vibration cutting, containing installed in each other through bearings coaxial outer and inner sleeves, cage, connecting rods connected through hinges at one ends with sleeves and the other through a rod, is equipped with two guide rings with faceted holes installed in the cage coaxially with the sleeve with the possibility of changing and fixing the mutual angular position, rollers are installed in the hinges of the rods, which can be guided along the surfaces of the holes rings, and the rollers of the same thrust are in contact with different guide rings, and the distance between the axes of the rollers belonging to the same thrust is equal to the length of the chord of the arc formed on the middle circumference of the trajectory of their movement by half the profile pitch of this trajectory. The head can be made with several pairs of connecting rods. The clip, made in the form of an elastic coupling, consists of three rings: the main, intermediate and supporting, connected by two pairs of tape springs located mutually perpendicular. The cage with its support ring through the bearings is mounted on the outer sleeve. The finger, which is equipped with a clip, serves to keep it from rotating during operation. The head is also equipped with a torsion spring installed between the sleeves.
Обкатывание системы шатунов и тяг, кинематически связывающих наружную и внутреннюю гильзы, по неподвижным некруглым поверхностям отверстий направляющих колец, соосных с гильзами, приводит к постоянному изменению расстояния от них до оси гильз и взаимного углового положения ведущих и ведомых шатунов. Это приводит к изменению передаточного отношения между гильзами и модуляции угловой скорости внутренней гильзы и инструмента. Выполнение некруглости поверхностей отверстий направляющих колец в виде правильной огранки создает регулярную модуляцию угловой скорости инструмента по закону, близкому к гармоническому, с относительной частотой, равной числу граней отверстий. Наибольшая глубина модуляции угловой скорости определяется высотой профиля поверхностей отверстий направляющих колец.Running in a system of connecting rods and rods kinematically connecting the outer and inner sleeves along the fixed non-circular surfaces of the holes of the guide rings coaxial with the sleeves leads to a constant change in the distance from them to the axis of the sleeves and the relative angular position of the leading and driven rods. This leads to a change in the gear ratio between the sleeves and modulation of the angular velocity of the inner sleeve and the tool. Performing a non-circularity of the surfaces of the holes of the guide rings in the form of a regular cut creates a regular modulation of the angular velocity of the tool according to a law close to harmonic, with a relative frequency equal to the number of faces of the holes. The greatest depth of angular velocity modulation is determined by the height of the surface profile of the holes of the guide rings.
То обстоятельство, что ролики тяг обкатываются по поверхностям отверстий разных направляющих колец, а расстояние между осями роликов тяг равно длине хорды дуги, образуемой на средней окружности траектории движения роликов половиной шага профиля этой траектории, позволяет осуществлять регулирование глубины модуляции угловой скорости от нулевой до максимально возможной путем изменения взаимного углового положения направляющих колец.The fact that the traction rollers run on the surfaces of the holes of different guide rings, and the distance between the axes of the rods of the rods is equal to the length of the chord of the arc formed on the middle circumference of the trajectory of the rollers by half the profile pitch of this trajectory, allows you to control the depth of angular velocity modulation from zero to the maximum possible by changing the mutual angular position of the guide rings.
Выполнение системы шатунов и тяг в виде нескольких групп параллельно работающих звеньев создает уравновешенную конструкцию головки вибрационного резания и тем самым устраняет возможность появления паразитных динамических нагрузок, вызванных дисбалансом вращающихся частей. Подобную задачу решает и упругая подвеска основного кольца обоймы, образованная двумя парами взаимно перпендикулярно расположенных ленточных пружин, связывающих его с опорным кольцом. Она позволяет основному кольцу с находящимися в нем направляющими кольцами самоустанавливаться на роликах системы шатунов и тяг, компенсируя неизбежные погрешности изготовления отдельных деталей устройства.The implementation of the system of rods and rods in the form of several groups of parallel working links creates a balanced design of the vibration cutting head and thereby eliminates the possibility of spurious dynamic loads caused by the imbalance of the rotating parts. An elastic suspension of the main ring of the cage, formed by two pairs of mutually perpendicular belt springs connecting it with the support ring, also solves a similar problem. It allows the main ring with guide rings located in it to self-mount on the rollers of the connecting rod and rod system, compensating for the inevitable errors in the manufacture of individual parts of the device.
Останов обоймы с помощью пальца и позиционирующего блока, являющегося частью многоцелевого станка, - компактное техническое решение, не загромождающее рабочую зону станка.Stopping the cage with a finger and a positioning unit, which is part of a multi-purpose machine, is a compact technical solution that does not clutter the working area of the machine.
Установка пружины кручения небольшой жесткости между наружной и внутренней гильзами обеспечивает предварительное прижатие роликов к поверхностям отверстий направляющих колец в нерабочем положении головки, что повышает надежность ее работы в момент начала вращения.The installation of a torsion spring of small stiffness between the outer and inner sleeves provides preliminary pressing of the rollers to the surfaces of the holes of the guide rings in the inoperative position of the head, which increases the reliability of its operation at the time of rotation.
На фиг.1 изображена головка для вибрационного резания, вид сверху, разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2, 3 и 4 - вид спереди при настройке соответственно на двукратную, трехкратную или четырехкратную модуляцию угловой скорости инструмента; на фиг.5 - разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.6 - схема изменения в процессе работы взаимного углового положения шатунов и гильз ν при совмещенном угловом положении направляющих колец; на фиг.7 - схема изменения в процессе работы взаимного углового положения шатунов и гильз ν при развернутом на половину шага профиля угловом положении направляющих колец.Figure 1 shows the head for vibration cutting, a top view, a section along aa in figure 2; figure 2, 3 and 4 is a front view when setting, respectively, to double, triple or quadruple modulation of the angular velocity of the tool; figure 5 is a section along BB in figure 2; Fig.6 is a diagram of changes in the operation of the mutual angular position of the connecting rods and sleeves ν with the combined angular position of the guide rings; 7 is a diagram of changes in the operation of the mutual angular position of the connecting rods and sleeves ν when the angular position of the guide rings is deployed halfway through the profile step.
Головка для вибрационного резания содержит наружную гильзу 1, имеющую конический хвостовик для установки в шпиндель станка, и внутреннюю гильзу 2 для установки хвостовика инструмента. Гильза 2 установлена в гильзе 1 через два радиально-упорных шарикоподшипника 3 и 4. На гильзе 2 с помощью шлицевого соединения установлен диск 5, закрепленный двумя гайками 6. Гильза 2 через диск 5 кинематически связана с гильзой 1 уравновешенной системой из двух или более групп шатунов: ведущих 7 и ведомых 8, соединенных тягами 9. Шатуны 7 и 8 с тягами 9 связаны пальцами 10, а с гильзой 1 и диском 5 - пальцами 11. На пальцах 10 также установлены ролики 12 в виде подшипников качения, которые находятся в контакте с поверхностями отверстий направляющих колец 13 и 14, причем в каждой паре роликов, принадлежащих одной тяге, один ролик контактирует с кольцом 13, а другой - с кольцом 14. Таким образом, мгновенное положение тяги 9 зависит одновременно от обоих направляющих колец 13 и 14. Поверхности отверстий этих колец являются некруглыми дорожками качения. В зависимости от требуемых частоты и максимальной глубины модуляции угловой скорости инструмента форма и степень некруглости ε дорожек качения могут быть выполнены различными. Форма некруглости дорожек может быть двугранной (эллипсность), трехгранной, четырехгранной и т.д. Степень их некруглости определяется выражениемThe vibration cutting head comprises an
ε=RМАХ-RMIN/RМАХ+RMIN,ε = R MAX -R MIN / R MAX + R MIN ,
где RMAX и RMIN - соответственно наибольший и наименьший радиусы высоты поверхности дорожки.where R MAX and R MIN are respectively the largest and smallest radii of the height of the track surface.
Направляющие кольца 13 и 14 установлены в обойме, состоящей из трех колец: основного 15, промежуточного 16 и опорного 17, соединенных двумя парами ленточных пружин 18 и 19, расположенных взаимно перпендикулярно. Таким образом, обойма по конструкции подобна упругой муфте. Опорное кольцо 17 через два подшипника 20 установлено на наружной гильзе 1. В это кольцо запрессован палец 21, служащий для удержания обоймы от поворота во время работы головки. В нерабочем состоянии головки угловое положение пальца 21 относительно шпоночных канавок гильзы 1 зафиксировано установленным на нем подпружиненным флажком 22.The
Фиксация от поворота направляющих колец 13 и 14 в основном кольце 15 осуществляется штифтом 23. Кольцо 13 имеет только одно угловое положение относительно кольца 15, а кольцо 14 может занимать несколько дискретных угловых положений в пределах от положения, соответствующего полному совпадению профилей дорожек обоих колец до положения, когда максимум высоты профиля одного кольца соответствует минимуму высоты профиля другого кольца. Наибольший угол разворота колец 13 и 14 равен 90° или 60° или 45° и т.д. при наличии соответственно правильных двугранной, трехгранной, четырехгранной и т.д. некруглостей дорожек качения. Для фиксации углового положения кольца 14 на его периферии имеется ряд равномерно расположенных полукруглых канавок для контакта со штифтом 23.The rotation of the
Для обеспечения возможности регулирования глубины модуляции скорости вращения инструмента расстояние между осями роликов, принадлежащих одной тяге 9, равно длине хорды дуги, образуемой на средней окружности траектории движения роликов половиной шага профиля этой траектории.To provide the ability to control the depth of modulation of the speed of rotation of the tool, the distance between the axes of the rollers belonging to the
Между гильзой 1 и диском 5 установлена проволочная пружина кручения 24 для развода шатунов 7 и 8 и создания надежного предварительного контакта роликов 12 с дорожками качения колец 13 и 14.Between the
Перед началом работы головку настраивают. В нее устанавливают кольца 13 и 14, число граней и угол взаимного разворота которых соответствует требуемым частоте и глубине модуляции скорости резания.Before starting work, the head is adjusted. It sets
Головка для вибрационного резания работает следующим образом. Во время ее установки в шпиндель станка палец 21 попадает в позиционирующий блок шпиндельной бабки, который отжимает флажок 22 и освобождает вращение головки. При этом обойма, состоящая из колец 17, 16, 15, 14 и 13, остановленная пальцем 21, остается в постоянном угловом положении относительно шпиндельной бабки станка. Вращение от шпинделя станка передается гильзе 1 и далее через систему шатунов 7 и 8 и тяг 9 в модулированном виде диску 5 и гильзе 2 к закрепленному в ней инструменту.The head for vibration cutting works as follows. During its installation in the machine spindle, finger 21 enters the positioning block of the headstock, which depresses the flag 22 and frees the rotation of the head. In this case, the cage, consisting of
Под воздействием двух моментов: крутящего от шпинделя и сопротивления резанию, происходит силовое замыкание кинематической цепи головки. В результате этого, а также действия на систему шатунов и тяг центробежных сил ролики 12 прижимаются к кольцам 13 и 14, создавая равномерное разжимающее усилие, которое воспринимается кольцом 15. Погрешности изготовления деталей устройства могут вызывать небольшие радиальные смещения кольца 15 относительно оси головки, для возможности осуществления которых служит упругая подвеска, образуемая пружинами 18 и 19.Under the influence of two points: torque from the spindle and resistance to cutting, a force short circuit of the kinematic chain of the head occurs. As a result of this, as well as actions on the system of connecting rods and rods of centrifugal forces, the
Во время обкатывания роликов 12 по некруглым дорожкам колец 13 и 14 происходит постоянное изменение их удаления относительно оси гильз, приводящее к изменению углов скрещивания тяг 9 с шатунами 7 и 8 и, как следствие, взаимного углового положения наружной и внутренней гильз ν и модуляции угловой скорости инструмента. На фиг.6 и 7 показаны последовательные мгновенные положения шатунов и гильз при совмещенном и максимально развернутом на половину шага профиля угловом положении направляющих колец для случая шестикратной модуляции угловой скорости инструмента (fмод=6). Если положение профилей дорожек колец 13 и 14 одинаково, то изменение угла скрещивания тяги 9 и шатуна 7 компенсируется изменением угла скрещивания тяги 9 и шатуна 8, при этом взаимное угловое положение гильз не изменяется (ν1=ν2=ν2=ν4), и модуляция угловой скорости не происходит (см. фиг.6). При взаимном угловом положении колец 13 и 14, когда максимум профиля дорожки одного кольца располагается напротив минимума профиля дорожки другого кольца, компенсации углов скрещивания тяги с шатунами не происходит, взаимное угловое положение гильз колеблется от νmin до νmax и угловая скорость инструмента модулируется с максимально возможной глубиной по закону, близкому к гармоническому (см. фиг.7).During the rolling of the
Таким образом, головка создает регулируемую по глубине почти гармоническую модуляцию угловой скорости инструмента на частотах два и более за оборот шпинделя, что необходимо для эффективного подавления регенеративных автоколебаний технологической системы и стружкодробления при работе вращающимися инструментами с числом зубьев более трех. Уравновешенная система шатунов и тяг, а также упругая подвеска основного кольца обоймы позволяют избежать появления паразитных динамических нагрузок в головке при ее работе. Установка в обойме стопорного пальца для предотвращения ее вращения во время работы повышает компактность головки и устраняет необходимость размещения в рабочей зоне станка громоздких фиксирующих элементов. Предварительное прижатие роликов к поверхностям качения направляющих колец повышает надежность работы головки в момент начала ее вращения.Thus, the head creates an almost harmonic modulation in depth of the angular velocity of the tool at frequencies of two or more per spindle revolution, which is necessary to effectively suppress regenerative self-oscillations of the technological system and chip breaking when working with rotating tools with more than three teeth. A balanced system of connecting rods and rods, as well as an elastic suspension of the main ring of the cage, avoid spurious dynamic loads in the head during its operation. Installing a locking finger in the holder to prevent it from rotating during operation increases the compactness of the head and eliminates the need to place bulky locking elements in the working area of the machine. The preliminary pressing of the rollers to the rolling surfaces of the guide rings increases the reliability of the head when it starts to rotate.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004134203/02A RU2283730C2 (en) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | Head for vibration cutting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004134203/02A RU2283730C2 (en) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | Head for vibration cutting |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2283730C2 true RU2283730C2 (en) | 2006-09-20 |
Family
ID=37113985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004134203/02A RU2283730C2 (en) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | Head for vibration cutting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2283730C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457081C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Дефорт" | Method of machining long tube inner surface |
RU2467860C2 (en) * | 2011-02-25 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Device for relaxing process residual strains |
RU2716724C2 (en) * | 2015-05-30 | 2020-03-16 | Бретье-Аутомацион Гмбх | Tool clamping system |
-
2004
- 2004-11-23 RU RU2004134203/02A patent/RU2283730C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457081C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Дефорт" | Method of machining long tube inner surface |
RU2467860C2 (en) * | 2011-02-25 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Device for relaxing process residual strains |
RU2716724C2 (en) * | 2015-05-30 | 2020-03-16 | Бретье-Аутомацион Гмбх | Tool clamping system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101674916A (en) | Long reach spindle drive systems and method | |
KR100525670B1 (en) | Multi-Spindle Machining Apparatus and Multi-Spindle Machining Method | |
SE411107B (en) | SET AND GRINDING MACHINE FOR MACHINING THE MULTI-SIDED PIECES, WHICH EXTERNAL COVER OF MULTI-SIDED BODIES CAN BE WORKED | |
RU2283730C2 (en) | Head for vibration cutting | |
KR900001450A (en) | Drills and methods for grinding drills | |
CN101018634B (en) | Tool head for machine-tools with unbalance damping | |
SE461710B (en) | CLUTCH DEVICE PUTS A DRILL NECK IN A DRILL DRILL | |
CN204545531U (en) | A kind of machining center endoporus in-milling device | |
KR100384374B1 (en) | Lapping head with vibrating tool holder | |
CN204403198U (en) | The desk-top motor of a kind of cross-shaped convex-concave is to dragging experiment coupling | |
CN212635048U (en) | Clamping device is used in electrical machinery equipment processing | |
CN108145783A (en) | A kind of mechanical torsional oscillation platform based on synchronous cam | |
US20060143888A1 (en) | Machine for rough-machining and planning functional elements of crankshafts or camshafts | |
US20180202522A1 (en) | Vibratory system having an oscillating plate | |
CN205703539U (en) | Cylindrical centreless-type grinder guide wheel transmission supporting device | |
RU2212309C2 (en) | Device for vibration cutting | |
JP2744874B2 (en) | Shaft hole processing equipment | |
JP5411028B2 (en) | Polygonal boring machine | |
JP4915204B2 (en) | Shaft-shaped member processing method | |
RU2724237C1 (en) | Cutting equipment and modular rotary cutting device therefor | |
RU2214889C1 (en) | Method for working non-round surfaces and apparatus for performing the same | |
RU2224076C1 (en) | Boring device | |
SU643254A1 (en) | Face-milling cutter | |
SE507716C2 (en) | Sliding shaft holder for cutting tools | |
KR101072989B1 (en) | Spindle separation type of tool holder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101124 |