Способ и устройство для создания колебательного движения массы



Способ и устройство для создания колебательного движения массы
Способ и устройство для создания колебательного движения массы
Способ и устройство для создания колебательного движения массы
Способ и устройство для создания колебательного движения массы
Способ и устройство для создания колебательного движения массы

 


Владельцы патента RU 2568042:

ДЕВАД ГМБХ (DE)

Данное изобретение относится к способу и устройству для создания колебательного движения массы, в частности инструмента. Заявленная группа изобретений включает способ создания колебательного движения массы, устройство для создания колебательного движения массы и способ обработки твердых или жидких веществ с использованием способа для создания колебательного движения массы. Причем Способ создания колебательного движения массы, в частности инструмента, в котором масса (50) расположена в направлении распространения колебаний между, по меньшей мере, двумя зажимными элементами (10, 20), соединена с последними механически и зафиксирована между ними под воздействием прижимной силы (F), причем зажимные элементы являются компонентами резонансной системы, в которую вводят возмущающее колебание, частота которого, в основном, совпадает с резонансной частотой резонансной системы, в результате чего резонансная система осуществляет колебания. Устройство для создания колебательного движения массы, содержащее массу (50), в частности инструмент (90), резонансную систему, при помощи которой массе (50) сообщают ускорение, и генератор (60) колебаний, при помощи которого создают возмущающее колебание, частота которого в основном соответствует резонансной частоте резонансной системы, отличается тем, что компонентами резонансной системы являются, по меньшей мере, два зажимных элемента (10, 20), с которыми масса (50) соединена механически, а именно масса (50) зафиксирована между зажимными элементами (10, 20) и зажимается между ними под воздействием прижимной силы (F). Технический результат заключается в создание экономичных и простых способа и устройства для создания колебательного движения тяжелой массы с высокой частотой и/или с высокой амплитудой. За счет фиксации и зажимания массы между зажимными элементами масса вовлекается в их колебание, при этом она вследствие силы сжатия, вызванной одним из зажимных элементов, смещается в направлении другого зажимного элемента. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Данное изобретение относится к способу и устройству для создания колебательного движения массы, в частности инструмента.

Известно возбуждение механических колебаний твердых масс при помощи возмущающих колебаний, таких как, например, ультразвук.

В DE 10027264 C5 описан ультразвуковой преобразователь, содержащий вибратор, который активируется ультразвуком и расположен между зажимными элементами масс. За счет соотношения резонансов вибратора между массами возникают колебания.

Кроме того, известно, что массы закрепляются около резонатора или на нем, и этот резонатор подвергается воздействию вибратора, так что возникают собственные колебания резонатора и, таким образом, закрепленная на нем масса также колеблется. При этом дополнительная масса может быть закреплена на резонирующем элементе при помощи винта или зажима, который затягивается винтом, возможно также припаивание массы или сварка, склеивание или захват с геометрическим замыканием за счет усадки и/или формования.

Если подобные структуры доведены до резонансной частоты резонирующего элемента, то в зависимости от резонансной частоты и амплитуды колебаний, а также в зависимости от веса соответствующих масс возникают соответствующие ускоряющие силы. Крепежное средство в форме винта, зажима или осуществляющее захват с геометрическим замыканием материала должно воспринимать силы инерции. В зависимости от соответствующего направления движения массы возникают напряжения растяжения в крепежных средствах, которые могут сказаться на усталости материала, прежде всего при более долгой продолжительности колебаний, а также при более высоких частотах. Подобные усталости материала могут привести к отрицательным явлениям, вплоть до пластической деформации и/или поломки крепежного средства.

Это означает, что из-за существующих напряжений растяжения в крепежных средствах существуют ограничения размера или веса ускоряемой массы или частоты и амплитуды колебаний.

Перед изобретения стоит задача создания экономичных и простых способа и устройства для создания колебательного движения тяжелой массы с высокой частотой и/или с высокой амплитудой.

Эта задача согласно изобретению решается за счет способа создания колебательного движения массы по пункту 1 формулы изобретения, а также за счет устройства для создания колебательного движения массы по пункту 6 формулы изобретения. Преимущественные формы осуществления предлагаемого способа создания колебательного движения массы указаны в зависимых пунктах 2-5 формулы изобретения. Преимущественные формы осуществления предлагаемого устройства для создания колебательного движения массы указаны в зависимых пунктах 7-10 формулы изобретения. Дополнительно предоставлен способ обработки заготовки по пункту 11 с использованием предлагаемого способа создания колебательного движения согласно пункту 1. Преимущественная форма осуществления этого способа обработки заготовки указана в зависимом пункте 12 формулы изобретения.

Согласно изобретению предлагается способ создания колебательного движения массы, в частности инструмента, в котором масса расположена в направлении распространения колебаний между, по меньшей мере, двумя зажимными элементами, соединена с последними механически и зафиксирована между ними под воздействием прижимной силы (F), причем зажимные элементы являются компонентами резонансной системы, в которую вводят возмущающее колебание, частота которого, в основном, совпадает с резонансной частотой резонансной системы, в результате чего резонансная система осуществляет колебания. При этом предпочтительно колебание производится в виде устойчивой волны с определенным направлением распространения колебаний. Масса в направлении распространения колебаний расположена между зажимными элементами и зафиксирована. Предпочтительным образом частота возбуждения должна полностью совпадать с резонансной частотой. Для практики, тем не менее, допустимы отклонения частоты возбуждения от резонансной частоты, при этом частота возбуждения fs может находиться в диапазоне fs=0,8…1,2fr, где fr - резонансная частота.

При этом резонансная частота, в основном, должна быть приравнена к собственной частоте, если в системе отсутствует затухание. За счет того что предусмотрено постоянное возбуждение, можно пренебречь несущественными затуханиями, такими как, например, за счет механического контакта колеблющейся массы с другим предметом. Если же фактически имеется затухание, в существенной степени воздействующее на колебание массы, то коэффициент затухания должен быть рассчитан с учетом собственной частоты и, таким образом, определена резонансная частота.

За счет механического соединения массы с зажимными элементами масса колеблется с той же частотой и амплитудой, что и зажимные элементы. Оба зажимных элемента колеблются с приблизительно одинаковой резонансной частотой и, таким образом, создают, по меньшей мере, частично резонансную систему.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что за счет фиксации и зажимания массы между зажимными элементами масса вовлекается в их колебание, при этом она вследствие силы сжатия, вызванной одним из зажимных элементов, смещается в направлении другого зажимного элемента. Это означает, что масса при положительной амплитуде колебания смещается от первого зажимного элемента, который, например, может быть расположен ближе к возбудителю колебаний, чем второй зажимной элемент, в направлении второго зажимного элемента, а при обусловленной колебаниями перемене направления поступательного движения и, вследствие этого, отрицательной амплитуде масса может быть снова смещена в направлении первого зажимного элемента.

Таким образом, на массу и/или на зажимной элемент не воздействуют силы растяжения, а масса подвергается исключительно воздействию сил сжатия. Специалисту известно, что допустимые напряжения сжатия большинства твердых материалов существенно выше, чем допустимые напряжения растяжения. Под допустимым напряжениями сжатия или растяжения понимают напряжения, которые может выдерживать объект из соответствующего твердого материала без его пластической деформации.

При колебании массы с относительно высокой частотой и амплитудой самые большие силы, воздействующие на эту массу, представляют собой инерциальные силы, которые зависят от величины (в частности, веса) и ускорения. Чем больше допустимые напряжения, тем больше могут быть воздействующие на массу допустимые силы. Если при этом масса постоянна, тем больше может быть установлено ускорение массы. Это означает при колебании, что масса может совершать колебания с большей частотой и/или большей амплитудой, чем это происходит при стандартных колебаниях массы. Таким образом, согласно изобретению может подвергаться ускорению более тяжелая масса со стандартной частотой или амплитудой, или наоборот может подвергаться ускорению стандартная масса с более высокой частотой и большей амплитудой. Это позволяет использовать новые технологии обработки и/или сокращенные периоды обработки благодаря использованию основанных на колебании технологий.

В преимущественной форме осуществления предлагаемого способа резонансная система состоит только из зажимных элементов, так что возмущающим колебанием возбуждают исключительно зажимные элементы. Это означает, что частота возмущающих колебаний, которая вводится в систему, соответствует резонансной частоте резонансной системы, состоящей из зажимных элементов. В этой форме осуществления масса, которая зафиксирована между зажимными элементами, не является компонентом резонансной системы и, следовательно, сама не возбуждается возмущающими колебаниями. Это может быть реализовано, например, за счет того, что собственная частота массы не совпадает с возбуждающей частотой. Масса может, предпочтительным образом, представлять из себя инструмент. Это означает, что масса, выполненная в виде инструмента, зафиксированная между зажимными элементами, может быть приведена ими в колебательное движение, при этом колебательное движение инструмента может быть использовано для процесса обработки. Масса при этом не является также компонентом осуществляющего способ устройства, которое создает колебание.

В альтернативной форме осуществления предусмотрено, что резонансная система состоит из зажимных элементов и массы, так что возмущающим колебанием возбуждают зажимные элементы и массу. Это означает, что в этой форме осуществления частота возмущающих колебаний, которая вводится в систему, соответствует резонансной частоте резонансной системы, состоящей из зажимных элементов и массы. При этом масса приводится в возбуждение возмущающей частотой так же, как и зажимные элементы.

Согласно изобретению предлагается также устройство для создания колебательного перемещения массы, содержащее массу, в частности инструмент, резонансную систему, при помощи которой массе сообщают ускорение, и генератор колебаний, при помощи которого создают возмущающее колебание, частота которого, в основном, соответствует резонансной частоте резонансной системы; при этом компонентами резонансной системы являются, по меньшей мере, два зажимных элемента, с которыми масса соединена механически, а именно масса зафиксирована между зажимными элементами и зажимается между ними под воздействием прижимной силы (F).

Это означает, что при применении продольного колебания в направлении распространения колебаний масса зафиксирована между зажимными элементами. Предлагаемое устройство служит прежде всего для осуществления предлагаемого способа. При этом, как указано выше, может быть предусмотрено, чтобы резонансная система состояла исключительно из зажимных элементов или чтобы резонансная система состояла из зажимных элементов вместе с массой. В качестве возбудителя колебаний предпочтительным образом используется ультразвуковой преобразователь, так что возмущающие колебания являются ультразвуковыми колебаниями.

Предусмотрено, чтобы масса была зафиксирована обоими зажимными элементами под воздействием прижимной силы. Этот вариант осуществления служит прежде всего для формы осуществления изобретения, при которой резонансная система состоит из зажимного элемента и массы. Зажимной элемент и масса совершают колебания вместе с прижимной силой синхронно как резонирующая система, так что можно не бояться отделения зажимного элемента от массы. Поэтому также не требуется наличия механического приспособления, передающего силу растяжения между зажимными элементами.

При необходимости фиксация массы с силовым замыканием может быть скомбинирована с захватом массы с кинематическим замыканием. Прижимная сила при этом предпочтительным образом прикладывается к зажимным элементам в почти свободном от колебаний месте, таком как, например, узел колебаний с нулевым значением прохождения кривой колебаний. Эту фиксацию в точках прохождения через нулевое значение предпочтительно реализовать у обоих зажимных элементов.

В преимущественной форме осуществления предлагаемого устройства зажимные элементы (10, 20) соединены механической связью, при помощи которой может передаваться сила растяжения. Эта механическая связь между зажимными элементами может проходить через массу или над ней. В направлении распространения колебания существует параллельное расположение массы и механической связи между зажимными элементами. Механическая связь может представлять собой винтовое соединение, которое при необходимости также может вызывать воздействие прижимной силы на массу. За счет этой прижимной силы наряду с фиксацией с силовым замыканием массы также реализуется кинематическое замыкание. В этом случае положение механической связи и массы предпочтительным образом располагается в точке максимума, то есть в месте соответствующей максимальной амплитуды колебаний обоих зажимных элементов. Данное исполнение может быть реализовано в обеих формах осуществления, то есть когда резонансная система состоит исключительно из зажимного элемента или когда резонансная система состоит из зажимного элемента и массы. За счет синхронного перемещения зажимного элемента при его резонансном поведении напряжения, возникающие в результате динамических нагрузок механического соединения, также остаются малыми.

В предпочтительной форме осуществления предлагаемого устройства зажимные элементы могут быть выполнены в виде поступательно движущихся вибраторов. Вследствие этого оба зажимных элемента находятся под нагрузкой за счет фиксации массы при сжатии и изгибе. Предпочтительно оба зажимных элемента соединять друг с другом при помощи зажимной втулки, при этом зажимная втулка оказывает зажимающие усилия в тех местах зажимных элементов, в которых следует отметить уже упомянутые прохождения колебаний через нулевое значение.

Альтернативным образом зажимающие усилия могут также быть созданы гидравлическим или пневматическим способом.

В альтернативной форме осуществления устройства, по меньшей мере, один из зажимных элементов может быть выполнен в виде вибратора с изогнутым элементом. Предлагаемое устройство в данной форме осуществления представляет собой колебательную систему, состоящую из поступательно движущегося вибратора и вибратора с изогнутым элементом.

Согласно изобретению предлагается также способ обработки твердых или жидких веществ с использованием способа для создания колебательного движения массы, в котором масса представляет собой инструмент, который в результате своего колебательного движения осуществляет процесс обработки вещества. Данный способ предпочтительным образом осуществляется с использованием предлагаемого устройства. Колебательное движение инструмента преобразуется в перемещение совершающего работу элемента, такого как, например, лезвие для механической обработки, лазер для резки, сварки или обжига или очищающий элемент. Однако предпочтительный случай применения - это механическая обработка заготовка. Такая механическая обработка заготовки может, например, представлять собой наружное обтачивание с использованием ультразвука, внутреннее обтачивание, резку дисковым ножом, пиление дисковой пилой, фрезерование дисковой фрезой или процесс хонингования. При резке предотвращается приставание предназначенного материала к лезвию. При пилении может быть выполнена щель распила шириной, которая больше ширины пильного полотна, чтобы можно было избежать заклинивания пильного полотна несмотря на нескрещенные зубья пильного полотна. Альтернативным образом предлагаемый способ может служить для возбуждения масс для обработки жидких веществ с кавитацией.

В предпочтительной форме осуществления способа обрабатывают заготовку из твердого вещества, при этом масса представляет собой токарный резец, который осуществляет резку вращающейся заготовки, при этом скорость vc вращения заготовки меньше, чем скорость vs поступательного движения токарного резца, осуществленного на основании колебания. Это означает, что применение предлагаемого способа представляет собой вращение заготовки, причем под понятием токарного резца следует понимать абсолютно все применимые для вращательных процессов режущие элементы, в том числе такие как, например, неперетачиваемые пластины. При использовании ультразвука в качестве возбуждающего колебания скорость vs токарного резца при его поступательном колебательном движении может быть установлена больше, чем вращательное движение заготовки vc в месте зацепления лезвия токарного резца. Таким образом, при применении ультразвука скорость вращения vc должна быть выбрана меньше скорости звука.

Другими словами, скорость поступательного движения (скорость vs звука) острия режущей пластины должна быть больше, чем окружная скорость (vc) вращающейся заготовки, чтобы создать прерывание разреза.

При этом:

vs = скорость звука [м/с]

vc = окружная скорость [м/с] = скорость резания,

при этом действительны следующие отношения:

ve=π*d*n,

где:

d = диаметр заготовки [м];

n = число оборотов [1/с]

и

vs=A*ω=A*2*π*f,

где:

n = число оборотов [1/с];

А = математическая амплитуда [м];

f = частота [1/с; Гц].

Таким образом, согласно изобретению может быть реализовано так называемое вращение с использованием ультразвука, которое как гибридный способ обеспечивает возможность одновременного ввода дополнительной формы энергии в форме колебания в рабочую зону процесса резания. За счет этого обеспечивается возможность соответствия нескольким требованиям современной технологии производства, таким как, например, уменьшение трения или сил резания на основании меньшей эластической и пластической деформации обрабатывающей системы, результатом чего является более высокая производственная точность и сокращение износа инструмента. Прежде всего может быть оказано целевое воздействие на образование стружки и прерывание резания, например, для предотвращения возникновения путаной стружки. Подобная путаная стружка представляет собой опасность для здоровья или потенциальную опасность для обслуживающего персонала и/или технологического оборудования. Для целенаправленного предотвращения возникновения путаной стружки при обработке материалов, которые имеют склонность к образованию путаной стружки, могут применяться предлагаемое устройство и предлагаемый способ. За счет этого также может достигаться автоматизация технологического процесса и может быть получена стружка с относительно небольшим объемом. Еще одно преимущество изобретения заключается в небольшом нагревании режущего инструмента, за счет чего повышается срок службы и не требуются простои при дальнейшей ручной обработке. Кроме того, на поверхностную структуру при осуществлении предлагаемого способа оказывается целенаправленное воздействие. Таким образом, может быть достигнута более высокая производительность при одинаковой или более высокой точности заготовки. В целом изобретение позволяет улучшить обрабатываемость резанием и преодолеть технологические границы, связанные с повышением производительности.

Далее настоящее изобретение описывается более подробно на основании примеров осуществления, показанных на прилагаемых чертежах, на которых изображено:

Фиг.1: вид устройства в разрезе А-А;

Фиг.2: вид устройства сбоку;

Фиг.3: схематическое изображение предлагаемого способа на основании поступательно движущихся вибраторов;

Фиг.4: альтернативная форма осуществления предлагаемого способа при помощи системы, состоящей из поступательного движущегося вибратора и вибратора с изогнутыми элементами;

Фиг.5: изображение процесса вращения.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для создания колебательного движения массы 50 в разрезе А-А, при этом линия разреза видна из фиг.2. Устройство включает в себя первый зажимной элемент 10 и второй зажимной элемент 20, при этом между этими зажимными элементами 10, 20 расположена зафиксированная масса 50. Масса 50 при этом может быть выполнена, например, в виде инструмента, как будет описано ниже. Для реализации захвата с кинематическим замыканием массы 50 между зажимными элементами 10, 20 создана механическая связь 40, которая выдается из первого зажимного элемента 10 во второй зажимной элемент 20. Механическая связь 40 может быть выполнена, например, в виде винтового соединения. В этом случае за счет механической связи 40 обеспечивается не только фиксация массы 50 с силовым замыканием, но также фиксация с кинематическим захватом. Оба зажимных элемента 10, 20 соединены между собой механическим образом за счет зажимной втулки 30, как показано на фиг.2. Зажимная втулка 30 приведена в зацепление механически с первым заплечиком 11 резьбы на первом зажимном элементе 10 и со вторым заплечиком 21 резьбы на втором зажимном элементе 20. Таким образом, независимо от механической связи 40 зажимные элементы 10, 20 механически соединены друг с другом при помощи зажимной втулки 30. За счет прикрепления к заплечикам 11, 21 резьбы и за счет проворачивания зажимной втулки 30 оказывается зажимное усилие на зажимные элементы 10, 20, так что масса 50 между зажимными элементами 10, 20 подвергается воздействию направленных в противоположную сторону сил сжатия. В первом зажимном элементе 10 расположен генератор 60 колебаний, например ультразвуковой преобразователь. Этот генератор 60 колебаний создает, например, устойчивую продольную волну. За счет того что в резонансной системе содержатся первый 10 и второй 20 зажимные элементы, при создании возбуждающей частоты, которая соответствует резонансной частоте резонансной системы, эти зажимные элементы 10, 20 приводятся в возмущение таким образом, что они совершают колебания продольно в направлении 70 распространения колебаний. Это вызывает колебательное движение массы 50.

При этом, как уже было описано, резонансная система, которая приводится в возбуждение возмущающим колебанием, может состоять только из зажимных элементов 10, 20 или из зажимных элементов 10, 20 вместе с массой 50. В форме осуществления, в которой резонансная система состоит исключительно из зажимных элементов 10, 20, масса 50 захватывается только соответствующей действующей на нее силой сжатия зажимного элемента 10, 20 и, таким образом, также осуществляет колебательное движение. В форме осуществления, в которой масса 50 является компонентом резонансной системы, в возбуждение приходят зажимные элементы 10, 20, а также масса 50, так что они осуществляют синхронные колебания.

Как видно на фиг.2, механическая связь 40 не ограничивается показанной на фиг.1 формой осуществления, может быть также предусмотрено, чтобы масса 50 была снабжена элементом формы, который соединен по меньшей мере с одним зажимным элементом 10, 20 с кинематическим и/или силовым замыканием. Зажимная втулка 30 предпочтительным образом снабжена отверстием 31 (см. Фиг.2), чтобы обеспечить возможность передачи колебательного движения массы 50 на расположенную рядом с устройством заготовку.

На фиг.3 и 4 показаны зажимные элементы 10, 20 с массой 50, при этом для пояснения способа рядом с зажимными элементами 10, 20 также показана кривая колебаний.

Как показано на фиг.3, два резонирующих зажимных элемента 10, 20 подвергаются воздействию прижимных сил F, так что на расположенную между зажимными элементами 10, 20 массу 50 воздействуют эти силы F. Это означает, что на совершающие колебания материалы воздействует сжимающая нагрузка. Места приложения прижимных сил F к зажимным элементами 10, 20 соответствуют нулевым положениям или же узлам 0 колебаний, которые имеют показанную наряду с этим волну.

В отношении фиг.1 это означает, что первый заплечик 11 резьбы, а также второй заплечик 21 резьбы - это места приложения прижимных сил F, и при этом они одновременно расположены в нулевых положениях или же узлах 0 колебаний. Видно, что масса 50 находится в области амплитуды А. Таким образом, при возбуждении колебания в резонансной системе, таком как, например, ультразвук, достигается тот факт, что места зажима, а именно заплечики 11 и 21 резьбы, в основном не подвергаются колебаниям, однако участок массы 50 совершает колебания при резонансных свойствах в направлении 70 распространения колебаний. Это также видно из того, что места приложения прижимных сил расположены в середине соответствующей половины длины λ волны, при этом x обозначает целое число длин волны.

Даже если бы зажимные элементы 10, 20 должны были быть соединены механической связью 40, то в деталях, совершающих колебания, не было бы растягивающей нагрузки. При использовании механической связи 40 растягивающая нагрузка исключается уже за счет того, что за счет механической связи 40 и/или зажимной втулки 30 создается прижимная сила, которая может быть установлена больше, чем соответствующая инерционная сила ускоряемого элемента. Это означает, что допустимыми напряжениями сжатия или напряжениями при продольном изгибе ограничены только технические границы. Как уже было упомянуто, для большинства материалов допустимые напряжения сжатия существенно выше, чем допустимые напряжения растяжения. Из этого следует, что ускорению могут подвергаться более тяжелые массы и/или массы с высокой частотой и/или амплитудой, чем при традиционных способах и устройствах. За счет этого параметры обработки могут быть существенно улучшены, в результате чего повышается производительность.

Наряду с показанной механической фиксацией зажимных элементов 10, 20 при помощи зажимной втулки 30 могут быть альтернативным образом реализованы еще дополнительные возможности обеспечения воздействия прижимных сил F на зажимные элементы 10, 20, например воздействие гидравлического или пневматического сжатия.

Следует учитывать влияние массы 50 на резонансную частоту и, при необходимости, также компенсировать его геометрическими адаптациями резонансной системы. Такая мера адаптации может, например, представлять собой уменьшение толщины одного или обоих зажимных элементов 10, 20 на толщину массы 50, так чтобы масса 50 являлась компонентом одного или обоих зажимных элементов 10, 20 и, таким образом, компонентом резонансной системы. Это означает, что части массы в зависимости от зажимного усилия математически могут переходить в массу зажимных элементов, так что предназначенная для ускорения масса m сокращается.

Прижимная сила всегда должна быть больше силы ускорения, чтобы избежать свободного соединения массы 50. Последующий расчет показывает, какие технологические величины могут быть оптимизированы в соответствии с изобретением.

Желаемым является следующее соотношение: Fb<Fa,

где:

Fa = прижимная сила [Н];

Fb = сила ускорения [Н].

Сила Fb ускорения рассчитывается как:

Fb=m*а,

где:

m = масса [кг];

a = ускорение [м/с2].

При этом существует следующая взаимосвязь:

a=r*ω2=A*(2*π*f)2

где:

r = радиус [м];

ω = угловая частота [1/с];

A = математическая амплитуда [м];

f = частота [1/с; Гц].

Из этого следует:

Fb=m*A*(2*π*f)2

Если Fa определена на основании допустимого напряжения, то возможная достижимая амплитуда, таким образом, получается из соотношения:

A = F a m * ( 2 * π * f ) 2

При перенастройке по частоте может быть определена максимальная частота на основании показанной математической зависимости.

Практикуемые амплитуды находятся, например, в диапазоне 30-50 мкм, предпочтительным образом 40 мкм, при частоте 20-30 кГц, прежде всего, при 26 кГц.

На фиг.4 показано предлагаемое устройство, у которого первый зажимной элемент 10 выполнен в виде вибратора, совершающего поступательные движения, а второй зажимной элемент 20 - в виде вибратора 80 с изогнутым элементом. Это означает, что первый зажимной элемент 10 выполняет продольное колебание, а второй зажимной элемент 20 - поперечное колебание. Как видно из кривой колебаний, ко второму зажимному элементу 20 прижимные силы F, в том числе в случае вибратора 80 с изогнутым элементом, приложены в соответствующие нулевых положениях или же узлах 0 колебаний. В результате масса 50 осуществляет то же самое линейное колебание, как и в случае колебательной системы, совершающей поступательное движение, согласно фиг.3.

На фиг.5 показано предпочтительное применение предлагаемого способа и предлагаемого устройства, при котором масса 50 представляет собой инструмент 90, в частности токарный резец. Лезвие 91 токарного резца находится в зацеплении с вращающейся заготовкой 100. Окружность заготовки 100 вращается со скоростью вращения vc. За счет вибрирующего движения токарного резца 90 со скоростью инструмента vs, прежде всего при отклонении в направлении показанной на фиг.5 скорости инструмента, достигается тот факт, что в определенный промежуток времени между лезвием 91 и окружностью заготовки 100 в основном не происходит относительного движения. При изменении направления поступательного движения инструмента 90 на обратное осуществляется относительное движение со скоростью, которая соответствует сумме скорости vc вращения и скорости vs инструмента. За счет этого образование путаной или же сливной стружки предотвращается или создается относительно короткая стружка. Эта форма стружки имеет преимущество небольшого охватывающего объема, так что для вывоза стружки требуется меньшая транспортная емкость. Кроме того, по причине только временного и постоянно прерывающегося разреза достигается тот факт, что инструмент 90 нагревается относительно редко, за счет чего повышается срок службы. За счет того что на инструмент 90 воздействуют только силы давления, силы, которые воздействуют на инструмент 90, могут быть отрегулированы соответствующим образом по их величине. Так как самые большие силы, воздействующие при колебании на инструмент 90, являются инерционными силами, то инструмент 90 может иметь массу соответственной величины и/или перемещаться с соответственно высокой частотой и амплитудой А. Это делает возможным применение ультразвукового преобразователя 60, который допускает скорость vs инструмента равной скорости звука. Соответственно может быть настроена высокой скорость вращения vc заготовки 100, которая зависит от числа оборотов, а также диаметра d заготовки 100. Отсюда, в свою очередь, следует возможность достижения очень высоких скоростей резки, настройки относительно высокой подачи, а также возможности обработки относительно крупных заготовок 100.

Список ссылочных позиций

10 Первый зажимной элемент

11 Первый заплечик резьбы

20 Второй зажимной элемент

21 Второй заплечик резьбы

30 Зажимная втулка

31 Отверстие

40 Механическое соединение

50 Масса

60 Генератор колебаний

70 Направление распространения колебаний

80 Вибратор с изогнутыми элементами

90 Инструмент, токарный резец

91 Лезвие

100 Заготовка

A Амплитуда

0 Нулевое положение, узел колебаний

F Прижимная сила

λ Длина волны

Vc Скорость вращения

d Диаметр заготовки

vs Скорость инструмента

1. Способ создания колебательного движения массы, в котором масса (50) расположена в направлении распространения колебаний между, по меньшей мере, двумя зажимными элементами (10, 20), соединена с последними механически и зафиксирована между ними под воздействием прижимной силы (F), причем зажимные элементы являются компонентами резонансной системы, в которую вводят возмущающее колебание, частота которого, в основном, совпадает с резонансной частотой резонансной системы, в результате чего резонансная система осуществляет колебания, при этом возмущающее колебание производится в виде устойчивой волны, отличающийся тем, что прижимная сила (F) прикладывается к зажимным элементам (10, 20) в свободном от колебаний месте.

2. Способ по п. 1, в котором масса является инструментом.

3. Способ по п. 1, в котором резонансная система состоит только из зажимных элементов (10, 20), так что возмущающим колебанием возбуждают исключительно зажимные элементы (10, 20).

4. Способ по п. 1, в котором резонансная система состоит из зажимных элементов (10, 20) и массы (50), так что возмущающим колебанием возбуждают зажимные элементы (10, 20) и массу (50).

5. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что прижимная сила (F) устанавливается больше, чем инерционная сила ускоряемой массы (50).

6. Устройство для создания колебательного движения массы, содержащее массу (50) и резонансную систему, при помощи которой массе (50) сообщают ускорение, и генератор (60) колебаний, при помощи которого создают возмущающее колебание в виде устойчивой волны, частота которого, в основном, соответствует резонансной частоте резонансной системы, причем компонентами резонансной системы являются, по меньшей мере, два зажимных элемента (10, 20), с которыми масса (50) соединена механически, а именно масса (50) зафиксирована между зажимными элементами (10, 20) и зажимается между ними под воздействием прижимной силы (F), отличающееся тем, что прижимная сила (F) прикладывается к зажимным элементам (10, 20) в свободном от колебаний месте.

7. Устройство по п. 6, в котором масса является инструментом.

8. Устройство по п. 6, в котором зажимные элементы (10, 20) соединены механической связью, при помощи которой может передаваться сила растяжения.

9. Устройство по пп. 6-8, в котором зажимные элементы (10, 20) выполнены в виде поступательно движущихся вибраторов.

10. Устройство по п. 6 или 7, в котором, по меньшей мере, один из зажимных элементов (10, 20) выполнен в виде вибратора (80) с изогнутым элементом.

11. Способ обработки твердых или жидких веществ с использованием способа для создания колебательного движения массы по одному из пп. 1-4, в котором масса (50) представляет собой инструмент (90), который в результате своего колебательного движения осуществляет процесс обработки вещества.

12. Способ обработки твердых веществ по п. 11, в котором обрабатывают заготовку из твердого вещества и в котором масса представляет собой токарный резец (90), который осуществляет резку вращающейся заготовки (100), при этом скорость vc вращения заготовки (100) меньше, чем скорость vs поступательного движения токарного резца (90), осуществленного на основании колебания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают и зажимают в устройстве для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и винтом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают и зажимают в устройстве для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и опорой.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для повышения качества нанесения защитных: биозащитных (от грибков, насекомых и др.), огнезащитных (противостоящих высокой температуре, открытому пламени и др.), антикоррозийных и окрасочных, составов (ЗС) в воздушной и в жидкой среде (в том числе под водой) на поверхность субстрата из стали, бетона, полимеров и др.

Изобретение относится к области ультразвуковых устройств и может быть использовано в медицинской терапевтической или диагностической системе. .

Изобретение относится к области бытовой техники, связанной с осуществлением процессов сушки волос при помощи акустических колебаний без повышения температуры и разрушения их структуры.

Изобретение относится к области ультразвуковых технологий и может быть использовано в различных сферах человеческой деятельности, например в медицине для дезинфекции стоматологических инструментов, а также и в различных отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано в качестве излучателя или приемника ультразвуковых колебаний в гидроакустике, дефектоскопии, ультразвуковых технологиях.

Изобретение относится к ультразвуковой головке. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к финишной обработке отверстий. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях круглого наружного шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают на оправку-излучатель для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и отражающей гайкой. Обеспечивают максимальную амплитуду колебаний заготовки путем выбора размеров излучателя и гайки из условия равенства суммарной длины оправки-излучателя, заготовки и отражающей гайки длине волны УЗК. После окончания процесса шлифования заготовка вместе с оправкой снимается со станка и на нее продолжают накладывать ультразвуковые колебания вне зоны обработки. В результате увеличивается период стойкости шлифовального круга и повышаются производительность обработки и качество шлифованных деталей. 1 ил.
Наверх