УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВИБРОЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Полезная модель относится к машиностроению и судоремонту и может быть использована для автоматической виброзащиты прецизионных металлорежущих станков, например, шлифовальных, работающих на механообрабатывающих участках, в том числе и плавучих ремонтных мастерских.
Известны устройства автоматической виброзащиты станка (Проников А.С. «Расчет и конструирование металлорежущих станков». М.: Высшая школа, 1968, с. 398-400, рис. 201), включающие станок и антивибратор, устанавливаемые на общей плите - виброэкране, датчик, анализатор, экстремальный регулятор, преобразователь и исполнительные механизмы. На виброэкране суммируются колебания, передаваемые от станка и антивибратора, измеряются, преобразовываются в электрические сигналы и направляются в экстремальный регулятор, который воздействует на исполнительные механизмы, изменяя регулируемые параметры антивибратора. Устройство является недостаточно надежным в силу сложности реализации, громоздкости по причине наличия дополнительного массивного виброэкрана под станиной станка. К недостаткам такого устройства следует отнести и невозможность использования его в условиях плавучей ремонтной мастерской при значительных внешних колебаниях от разных источников, в том числе и за счет морского (речного) волнения.
В качестве прототипа выбрана конструкция виброизолирующего устройства металлорежущего станка плавучей ремонтной мастерской (пат. Украины на полезную модель №51621 UA, B23Q 1/00. Бюл. №14, 2010 р.) в виде основания с резиновым элементом, в осевом отверстии которого установлен цилиндр, поршень с калиброванным отверстием и клапаном сжатия, шток, верхняя часть которого выполнена в виде регулировочного винта, указанный винт установлен с возможностью взаимодействия в верхней части с поверхностью сферической лунки в передней части прижима, размещенного с возможностью поворота в вертикальной плоскости на оси стойки. Задняя часть прижима с помощью продольных пазов, контактирующих с осью опоры, взаимодействует через опорный шток с поршнем гидроцилиндра, в нижней части полости которого размещен пружинный аккумулятор, а в средней части на внешней поверхности - малая полумуфта с клапаном и с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью большой полумуфты от пневмогидравлического преобразователя давления, которая содержит внутри клапанный штырь и шарики. Устройство повышает надежность виброзащиты станков, установленных и работающих в условиях плавучих ремонтных мастерских, от внешних колебаний, в том числе и от волнений водной поверхности. Однако имеет ограниченные технологические возможности из-за отсутствия саморегулирования для автоматического устранения вибраций.
Задачей предлагаемого устройства является обеспечение саморегулирования при автоматическом гашении вибраций металлорежущего станка, возникающих от внешних воздействий, в том числе и от волнений водной поверхности, на механообрабатывающих участках плавучих ремонтных мастерских.
Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит виброизолирующую опору в виде основания с резиновым элементом, в осевом отверстии которого установлен цилиндр с рабочей жидкостью, поршень с калиброванным отверстием и клапаном сжатия, шток, установленный в отверстии станины станка. Верхняя часть штока установлена с возможностью взаимодействия с передней частью прижима, размещенного на оси стойки, а задняя часть прижима взаимодействует со штоком антивибрационного гидроцилиндра, закрепленного, на общей поверхности со стойкой. Бесштоковая полость указанного гидроцилиндра связана с гидронасосом, работающим от асинхронного электродвигателя с управлением от частотного преобразователя через усилитель, цифровой аналоговый преобразователь, контроллер, аналогово-цифровой преобразователь и вибродатчики, установленные на станине станка.
На чертеже показана схема предлагаемого устройства автоматической виброзащиты металлорежущего станка.
Предлагаемое устройство содержит виброизолирующую опору 1 (например, для станка 3Г71М необходимое количество опор - 4) в виде основания с резиновым элементом, в осевом отверстии которого установлен цилиндр с рабочей жидкостью, поршень с калиброванным отверстием и клапан сжатия (условно не показаны), шток 2, установленный в отверстии 3 станины станка 4, например, плоскошлифовального. Верхней частью шток 2 взаимодействует с передней частью прижима 5, размещенного на оси 6 стойки 7. Задней частью прижим 5 взаимодействует со штоком 8 антивибрационного гидроцилиндра 9, закрепленного на общей поверхности 10 (например, палубы плавучей ремонтной мастерской) со стойкой 7. Нижняя полость антивибрационного гидроцилиндра 9 связана с гидронасосом 11, работающим от асинхронного электродвигателя 12 с управлением от частотного преобразователя (ЧП), например типа «Altivar», через усилитель (У), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), контроллер (К), например типа ArduinoUNO, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вибродатчики 13 (например, типа СД-21, АР2037, EMD-Vibration или SVAN-954), установленные на станине станка 4, например, в плоскости направляющих продольного движения стола.
Предложенное устройство работает следующим образом. Металлорежущий станок, например, плоскошлифовальный, 3Г71М, устанавливают на общей поверхности, например палубы механообрабатывающего участка плавучей ремонтной мастерской на четырех виброизолирующих опорах 1, выполненных в виде основания с резиновым элементом и установленным в осевом отверстии цилиндром с рабочей жидкостью, поршнем со штоком 2, размещенным и зафиксированным в отверстиях станины 3 станка 4. В процессе воздействия на станину станка 4 колебаний от внешних источников (компрессоры, оборудование, вентиляторы, станки) через поверхность палубы передаются колебательные воздействия через опору 1 и цилиндр со штоком 2, обеспечивая гашение колебаний, то есть механическое и гидравлическое демпфирование. Поскольку плавучие ремонтные мастерские подвергаются влиянию колебаний морской (речной) поверхности, размещенное на палубах технологическое оборудование подвергается опасности сдвига при отрыве опоры 1 от поверхности палубы. Для предотвращения сдвига и перекоса станка верхнюю часть штока 2 поджимают прижимом 5, размещенным на оси 6 стойки 7. Задней частью прижим 5 взаимодействует со штоком 8 антивибрационного гидроцилиндра 9, закрепленного на поверхности 10 палубы вместе со стойкой 7. Нижняя полость антивибрационного гидроцилиндра 9 связана с гидронасосом 11, работающим от асинхронного электродвигателя 12. Однако внешние воздействия не являются постоянными как по частоте, так и по амплитуде. Для исключения вредного влияния этих колебаний на процесс обработки, в частности, для снижения волнистости при шлифовании деталей установленные на направляющих станины 3 вибродатчики 13 преобразуют вибрации в электрические сигналы, которые через АЦП передаются на вход программируемого логического контроллера ArduinoUNO. Указанный контроллер через ЦАП и усилитель, а также ЧП Altivar, регулируя частоту вращения электродвигателя 12 и насоса 11, соответственно увеличивает или уменьшает давление в бесштоковой полости антивибрационного гидроцилиндра 9, тем самым увеличивая или уменьшая жесткость виброизолирующей опоры воздействием через прижим 5 на шток 2. Контроллер ArduinoUNO настраивается таким образом, что при появлении на выходе вибродатчиков 13 низкочастотных высокоамплитудных вибраций, выходящих за пределы расчетных (нормальных), генерируются соответствующие сигналы на выходе контроллера, позволяющие повысить жесткость виброопоры путем увеличения давления рабочей жидкости в антивибрационном гидроцилиндре 9 за счет увеличения давления в напорном трубопроводе от насоса 11 с электродвигателем 12 и ЧП Altivar.
Предложенное устройство обладает следующими преимуществами:
- обеспечивается автоматическое управление демпфированием виброизолирующей опоры металлорежущего станка при внешних воздействиях, в том числе и от колебаний водной поверхности;
- повышаются динамические качества станка и надежность его виброзащиты при работе в условиях плавучих ремонтных мастерских;
- обеспечивается возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы ArduinoUNO, имеющей 14 цифровых входов и 6 выходов, кварцевый генератор, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и устройство перезагрузки;
- повышается качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения вибрационных воздействий, гашению которых способствует виброизолирующая механо-гидравлическая опора с автоматическим регулированием жесткости в зависимости от сигналов с вибродатчиков, размещенных на незначительном удалении от рабочей зоны станка.