ВИБРОГАСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОДВИЖНОГО УЗЛА СТАНКА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к уравновешиванию узлов, перемещаемых вертикально или под каким-либо углом, и может быть использована во всех металлорежущих станках для демпфирования вибраций, возникающих в подвижных узлах станков.
Известно гидромеханическое устройство для гашения колебаний при токарной или круглошлифовальной обработке деталей типа тел вращения (RU 2475660 С1, МПК 6 В23В 47/00, B23Q 1/76, опубл. 20.02.2013), содержащее стойку, в которой расположены два гидроцилиндра, один из которых расположен в горизонтальной плоскости, другой расположен под углом 20° к вертикальной плоскости, соединенные с гидравлической системой. Гидроцилиндры содержат полые плунжеры с роликами, имеющими возможность возвратно-поступательного движения вдоль направляющих втулок. Плунжеры прикреплены к гибким диафрагмам, закрепленным на корпусах гидроцилиндров, а гидроцилиндры штуцерами соединены с пневмогидроаккумулятором через обратный клапан и дроссель, регулируемый от системы управления.
Однако такое устройство предназначено для повышения жесткости детали при ее обработке, а также для повышения виброустойчивости в процессе механообработки.
Техническая проблема, решаемая предложенной полезной моделью, - демпфирование вибраций в силовых передачах для привода подвижных узлов станка (винтовая передача, передача рейка-шестерня и т.п.).
При использовании полезной модели техническая проблема решается для любого оборудования, в том числе с большой величиной хода подвижного узла станка.
Предложенный виброгаситель для подвижного узла станка, так же как в прототипе, содержит гидроцилиндр, пневмогидроаккумулятор, дроссель и систему управления.
Согласно полезной модели в открытом с одного торца корпусе расположен демпфер, выполненный в виде одноштокового гидроцилиндра, заполненного вязкой жидкостью. В штоковой полости гидроцилиндра размещена пружина возврата. Датчик вибрации закреплен на поршневом торце гидроцилиндра, который жестко соединен с подвижным узлом станка. Штоковая и поршневая полости гидроцилиндра соединены между собой магистралями через управляемый дроссель. На штоке гидроцилиндра закреплен один конец троса, другой конец которого намотан на барабан и закреплен на нем. Барабан закреплен в корпусе и через муфту соединен с приводным валом гидромотора, который трубопроводом через редукционный клапан связан с источником давления. Гидропневмоаккумулятор подключен между гидромотором и редукционным клапаном. На выходе гидромотора установлен настраиваемый дроссель, соединенный с гидросистемой. Управляемый дроссель и датчик вибрации подключены к системе числового программного управления.
Технический результат: снижение динамических нагрузок на подвижные узлы станка при больших ходах за счет его демпфирования и разгрузка привода подвижных узлов станка.
На фиг. 1 представлена схема виброгасителя для подвижного узла станка.
Виброгаситель для подвижного узла станка содержит открытый с одного торца (со стороны подвижного узла станка) корпус 1, зафиксированный на неподвижной части станка. В корпусе 1 расположен демпфер 2, выполненный в виде одноштокового гидроцилиндра, заполненного вязкой жидкостью. В штоковой полости гидроцилиндра размещена пружина возврата. Датчик вибрации 3 закреплен на поршневом торце гидроцилиндра, который жестко соединен с подвижным узлом станка 4, например с фрезерной головкой. Штоковая и поршневая полости гидроцилиндра соединены между собой магистралями через управляемый дроссель 5. Один конец троса 6 закреплен на штоке гидроцилиндра. Другой конец троса намотан на барабан 7 и закреплен на нем. Барабан 7 закреплен в корпусе 1 и зафиксирован на неподвижной части станка и через муфту соединен с приводным валом гидромотора 8, который трубопроводом через редукционный клапан 9 связан с источником давления, например с насосом. Между гидромотором 8 и редукционным клапаном 9 подключен гидропневмоаккумулятор 10. На выходе гидромотора 8 установлен настраиваемый дроссель 11, соединенный с гидросистемой. Управляемый дроссель 5 и датчик вибрации 3 подключены к системе числового программного управления 12 (СЧПУ).
При механообработке на элементы, осуществляющие перемещение подвижных узлов станка (винтовая передача, передача рейка-шестерня и т.п.), действуют сила тяжести G и сила резания Т:
р
где Т - постоянная составляющая силы резания,
±dT - переменная составляющая силы резания.
Составляющая силы ±dT возникает вследствие переменного сечения среза или прерывистого характера процесса резания (фрезерование). Причем при контурной обработке на станках с числовым программным управлением возникает существенная динамическая сила, связанная с наличием инерционной массы подвижного узла
,
у
где М - масса подвижного узла, кг;
2
- ускорение подвижного узла, м/с.
Указанные переменные составляющие сил негативно сказываются на точности механообработки.
Виброгаситель работает следующим образом.
Д
При работе указанные силы действуют на корпус демпфера 2, выполненный в виде одноштокового гидроцилиндра, полости которого соединены между собой через управляемый дроссель 5. При этом действие переменной составляющей сил ±dT приводит к возникновению пульсирующего потока жидкости dQ между поршневой и штоковой полостями демпфера 2, который, проходя через управляемый дроссель 5, создает демпфирующую силу dT:
,
шт
2
где F - площадь штоковой полости демпфера, м;
3
dQ - расход пульсирующего потока газа, м/с;
3
К - коэффициент дросселя (определяется конструкцией), м/Н⋅c;
др
2
f - проходная площадь управляемого дросселя, м.
Для получения оптимального демпфирования необходимо выполнение соотношения:
Д
где С - жесткость демпфера, Н/м:
,
ПР
2
где E - приведенный модуль объемной упругости полостей демпфера, Н/м;
ШТ
2
F - площадь штока демпфера, м;
С
3
W - суммарный объем жидкости, находящийся под давлением, м;
ПВ
С - жесткость пружины возврата демпфера, Н/м;
Тр
К=dTд/dVn - коэффициент демпфирования, Н⋅с/м,
где dVn - скорость перемещения поршня демпфера относительно его корпуса, м/с;
П
f - собственная частота колебаний подвижного узла станка, Гц;
У
С - жесткость подвижного узла станка, Н/м;
My - масса подвижного узла станка, кг.
При выполнении условия (1) виброгаситель будет являться фильтром высоких частот, что приводит к существенному снижению динамических и ударных воздействий на подвижный узел станка за счет демпфирования и, соответственно, повышает его виброустойчивость.
К
От источника давления рабочая жидкость подается через редукционный клапан 9 и гидропневмоаккумулятор 10 на гидромотор 8, который создает крутящий момент на барабане 7, обеспечивающий заданное усилие Т на тросе 6:
,
3
где q - рабочий объем гидромотора 8, м/об;
0
2
p - давление на гидропневмоаккумуляторе 10, Н/м;
др
2
p - давление перед настраиваемым дросселем 11, Н/м.
П
Создаваемое усилие превышает вес G подвижного узла станка
2
где g - ускорение свободного падения, м/с.
При выполнении условия (2) усилие Тк на тросе 6 имеет направление, совпадающее с направлением силы резания Т, что будет создавать постоянный натяг стыковых соединений подвижного узла станка и сжатие на величину
, таким образом, нивелируя величину «люфта» в механических передачах, осуществляющих перемещение подвижных узлов станка (винтовая передача, передача рейка-шестерня и т.п.). При этом достигается создание определенного давления в штоковой полости гидроцилиндра демпфера 2 и сжатие пружины возврата, обеспечивая тем самым работоспособность демпфера 2 при больших величинах хода, а также повышается жесткость элементов подвижного узла станка. Редукционный клапан 9 и дроссель 11 служат для настройки требуемого крутящего момента и скорости вращения вала гидромотора 8.
др
Система числового программного управления 12 (СЧПУ) осуществляет управление величиной f, проходной площади управляемого дросселя 5 в зависимости от скорости перемещения и уровня вибраций, возникающих в подвижном узле станка и измеренных датчиком вибрации 3. Сигналы управления на управляемый дроссель 5 демпфера 2 поступают от системы управления системы числового программного управления 12 (СЧПУ).