ОПОРА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С АКТИВНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для виброизоляции прецизионных металлорежущих станков, например, шлифовальных.
Известны устройства виброизолирующей опоры станка (патент на полезную модель UA 36389, МПК B23Q 1/00, Вiброiзолююча опора металорiзального верстата / О.О. Харченко, К.О. Владецька, Ю.Л. Рапацький, С.М. Братан. Бюл. №20, 2008 р.), содержащей регулировочный винт с гайкой, основу с резиновым элементом, имеющим пазы, ребра жесткости, верхнюю крышку и гофрированную пружину. Нижняя часть регулировочного винта выполнена в виде штока с установленным на нем поршнем с калиброванным отверстием и шариковым клапаном сжатия, размещенным в цилиндре, заполненном рабочей жидкостью, а в верхней части цилиндра установлены направляющий узел и уплотнение, которые взаимодействуют со штоком, причем, указанный цилиндр закреплен в осевом отверстии резинового элемента. Устройство обеспечивает высокую надежность виброзащиты шлифовальных станков, однако не обеспечивает саморегулирования для автоматического устранения вибраций металлорежущего станка от внешних воздействий.
В качестве прототипа выбрана конструкция демпфера с активным регулированием демпфирующих свойств (патент RU 2232316, МПК F16F 9/53, Магнитореологический амортизатор). Устройство содержит корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенный поршнем на две части, канал, соединяющий обе части этой полости, шток, магнит, создающий в проходящем через сердечник канала магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала. Амортизатор снабжен управляющим устройством, изменяющим ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня и подающим в управляющее устройство электрический сигнал, пропорциональный скорости перемещения поршня датчиком давления двухстороннего действия. Сигнал передается в управляющее устройство, которое варьирует ток в обмотке магнита, обеспечивая изменение сил сопротивления амортизатора по оптимальной рабочей диаграмме и характеристике сопротивления. В качестве недостатка следует отметить сложность конструкции указанного демпфирующего устройства и невозможность его использования для активной виброизоляции неподвижных технологических объектов, таких как металлорежущий станок.
Задачей предлагаемого устройства является повышение динамических качеств станка и надежности его виброзащиты от внешних вынужденных колебаний в широком частотном диапазоне.
Технический результат достигается за счет того, что опора металлорежущего станка с активной виброизоляцией содержит цилиндрический корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью, шток с поршнем, клапанами, уплотнительным и направляющими узлами, обмотку электромагнита, управляющее устройство и датчики. Указанный цилиндрический корпус нижней частью установлен соосно в основании опоры с резиновым элементом и снаружи на верхней выступающей части содержит обмотку электромагнита, а между верхним торцом цилиндрического корпуса и опорной поверхностью станины станка на штоке, зафиксированном в отверстии станины станка, размещены тарельчатые пружины. Обмотка электромагнита связана с вибродатчиками, установленными на станине станка, через управляющее устройство в виде преобразователей, контроллера и усилителя.
На чертеже показан общий вид предлагаемого устройства опоры металлорежущего станка с активной виброизоляцией.
Предлагаемое устройство содержит цилиндрический корпус 1 с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью (условно не показаны), шток 2 с поршнем, клапанами, уплотнительным и направляющим узлами (условно не показаны). Цилиндрический корпус 1 нижней частью установлен соосно в основании опоры 3 с резиновым элементом. Снаружи на верхней выступающей части цилиндрического корпуса 1 закреплена обмотка электромагнита 4. Между верхним торцом цилиндрического корпуса 1 и опорной поверхностью станины 5 станка 6 на штоке 2, зафиксированном в отверстии 7 станины 5, размещены упругие элементы - тарельчатые пружины 8. Обмотка электромагнита 4 связана с вибродатчиками 9, установленными на станине 5 станка 6 через управляющее устройство. Управляющее устройство включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП), контроллер (К) типа ArduinoUNO, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и усилитель (У).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Металлорежущий станок, например, плоскошлифовальный, ЗГ71М, устанавливают на четырех виброизолирующих опорах на общей поверхности пола механообрабатывающего участка. Каждая опора содержит корпус 1, полость которого заполнена магнитореологической жидкостью - коллоидным раствором нанодисперсных ферромагнитных частиц, покрытых поверхностно-активным веществом, в жидкости-носителе.
В полости корпуса 1 также размещены шток 2 с поршнем, клапанами, уплотнительным и направляющим узлами. В процессе воздействия на станину 5 станка 6 колебаний от внешних источников (компрессоры, технологическое оборудование, прессы и др.) через поверхность пола передаются колебательные воздействия через основание опоры 3 с резиновым элементом, корпус 1, упругие элементы - тарельчатые пружины 8 на станину 5 станка 6. Частоты и амплитуда этих воздействий в силу стохастической природы изменяются в широком диапазоне и требуют от демпфирующих элементов постоянной адаптации - поднастройки жесткости, изменений сил сопротивления усилиям растяжения - сжатия поршня со штоком 2 в корпусе 1. Для этого установлены на направляющих станины 5 вибродатчики 9 (например типа СД-21, АР2037, EMD-Vibration или SVAN-954), преобразуя вибрации в электрические сигналы, передают их через АЦП на вход программируемого логического контроллера ArduinoUNO. Указанный контроллер через ЦАП и усилитель передает электрический сигнал в обмотку электромагнита 4, который воздействуя электромагнитным полем на магнитореологическую жидкость в полости корпуса 1, меняет ее вязкость. При этом меняется скорость перетекания ее через клапаны в поршне и, как следствие - изменяются усилия сопротивления растяжению-сжатию в гидравлической полости виброизолирующего устройства, тем самым увеличивая или уменьшая его жесткость. Контроллер ArduinoUNO настраивается таким образом, что при появлении на выходе вибродатчиков 9 вибраций, выходящих за пределы допустимых (с учетом обеспечения требуемых параметров точности деталей при обработке), генерируются соответствующие сигналы на выходе контроллера, позволяющие изменить жесткость опоры путем изменения тока в обмотке электромагнита.
Предложенное устройство обладает следующими преимуществами:
- повышаются динамические качества станка и надежность его виброзащиты от внешних вынужденных колебаний в широком диапазоне частот;
- обеспечивается возможность активного воздействия на жесткость виброизолирующей опоры путем использования современной платформы ArduinoUNO, имеющей 14.цифровых входов и 6 выходов, кварцевый генератор, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и устройство перезагрузки;
- высокое быстродействие системы управления за счет уникальных свойств магнитореологической жидкости (реакция системы - 1 миллисекунда);
- повышается качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения вибрационных воздействий, гашению которых способствует опора с активной виброизоляцией за счет изменения вязкости магнитореологической жидкости в зависимости от сигналов вибродатчиков, размещенных на незначительном удалении от рабочей зоны станка.