Обеспечение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Владецкая Екатерина Александровна

• Владецкая Екатерина Александровна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Владецкая Екатерина Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.Задача обеспечения качества деталей при финишной 14 обработке в условиях плавучих мастерских

1.1. Анализ влияния возмущающих факторов на параметры 14 качества при финишной обработке деталей машин

1.2. Анализ существующих динамических моделей процесса формообразования поверхностей при шлифовании

1.3. Методы и средства виброзащиты станков от вынужденных колебаний

1.4. Выводы. Основные задачи исследования

ГЛАВА 2. Анализ и моделирование взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки при шлифовании в условиях плавучих мастерских

2.1. Теоретические предпосылки, гипотезы и принятые допущения

2.2. Математическая модель динамической системы круглошлифовального станка

2.3. Синтез модели процесса шлифования, учитывающей динамику вибрационных воздействий на станок от внешней среды через основание плавучей мастерской

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процессов шлифования

3.1. Методики экспериментальных исследований

3.2. Исследования вибрационных воздействий на круглошлифовальный станок в условиях плавучей

мастерской

3.3. Имитационное моделирование вибрационных воздействий на

станок в лабораторных условиях

3.4. Исследование реакции динамической системы виброизолирующего устройства станка на произвольный

сигнал в условиях плавучей мастерской

3.5. Выводы

ГЛАВА 4. Морфологический анализ и синтез виброизолирующих

систем

4.1. Морфологический анализ систем виброизоляции

4.2. Параметрический синтез оптимальных виброизолирующих устройств

4.3. Исследование надежности виброизолирующего устройства шлифовального станка с учетом потоков отказов и восстановлений

4.4. Исследование системы виброизолирующего устройства на

ЭВМ с учетом параметров потоков отказов и восстановлений

4.5. Выводы

ГЛАВА 5. Практические рекомендации по повышению качества шлифования деталей в условиях плавучих мастерских. Результаты испытаний и перспективы внедрения в производство

5.1. Результаты испытаний новой виброизолирующей системы круглошлифовального станка

5.2. Новые системы автоматической виброзащиты и активной виброизоляции шлифовальных станков в условиях плавучей мастерской

5.3. Пути дальнейшего совершенствования станочного оборудования для прецизионной обработки заготовок в условиях плавучих мастерских

5.4. Перспективы внедрения результатов диссертационной работы

в производство

5.4. Выводы

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Примеры существующих динамических моделей

процессов формообразования поверхностей при шлифовании

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельство о поверке средства измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Таблицы экспериментальных данных по вибрационным

воздействиям на круглошлифовальный станок

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Патенты и дипломы по результатам диссертационной

работы

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Материалы промышленных испытаний и внедрения

диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Современное развитие производства сопровождается повышением мощности и скоростных характеристик машин при одновременном возрастании их надежности и точности. Для этого необходимо повышение качества изготовления деталей, улучшение геометрических и физико-механических свойств их поверхностного слоя, определяющее эксплуатационные характеристики машин. Геометрические погрешности, шероховатость, волнистость обрабатываемой поверхности, существенно влияют на контактную жесткость, износостойкость, герметичность соединений, шум и другие показатели.

Для промышленности приморских городов, в которых осуществляется базирование флота, характерно наличие таких мобильных мини-заводов, как плавучие мастерские (ПМ) и рейдовые плавучие мастерские (ПМР), на палубах которых размещены различные участки, в том числе и механообрабатывающие, имеющие практически все виды станочного оборудования, включая шлифовальные станки. Квалифицированный личный состав ПМ включает до 150 рабочих-станочников и инженеров, способных выполнять сложные работы по изготовлению и модернизации высокотехнологичных изделий, узлов и агрегатов (производственная мощность - 225 000 нормо-часов в год), в том числе и специального назначения (оружия и других технических средств) в районах, удалённых от основных пунктов базирования. Особенностью эксплуатации указанного оборудования является наличие вибраций, вызванных действием различных источников, приводящее к снижению точности и чистоты обработки, а также другим нарушениям технологических процессов.

Наличие колебаний в отклонениях формы, расположения шероховатости и волнистости поверхности, объясняется возмущающими воздействиями в технологических процессах, вызванных нестабильностью технологической системы. То есть нестабильность параметров деталей определяется воздействием в процессе их производства на технологическую систему (ТС)

изменяющихся внешних факторов, часть из которых неизвестна и не контролируется в процессе обработки. Эта проблема особенно актуальна для шлифовальных станков, работающих на механообрабатывающих участках ПМ и ПМР.

Одним из путей повышения качества обработки деталей в условиях плавучих мастерских является ослабление вынужденных колебаний станка, передаваемых от внешних источников - соседнего технологического оборудования, компрессоров, насосов, транспортных и загрузочно-разгрузочных устройств. Необходимо учитывать также такие воздействия внешней среды, как колебания водной поверхности, передающие вибрационные воздействия через плавучее основание и поверхность палубы на оборудование. Возникающие вибрации снижают также надежность оборудования, вызывая различные параметрические отказы и отказы функционирования. От этих факторов в немалой степени зависят фактическая производительность и технико-экономическая эффективность станка, а уровень шума и вибраций, возникающих при его работе, определяет безопасность и удобство работы персонала, занимающегося эксплуатацией станка.

В этой связи снижение уровня вынужденных колебаний станка за счет повышения эффективности виброизоляции на основе исследований процесса обработки и с учетом мероприятий, принимаемых на этапах проектирования, следует отнести к актуальным задачам, решение которых обеспечит высокие технологические показатели процесса, особенно актуальные на заключительных операциях, в частности, при шлифовании на механообрабатывающих участках плавучих мастерских.

Степень разработанности. Фундаментальные положения обеспечения точности и качества в теории шлифования, в том числе и с учетом динамических особенностей, освещены в исследованиях: Анельчика В.Д., Бакуля В.Н., Беззубенко Н.К., Бокучавы Г.В., Братана С.М., Внукова Ю.Н., Гавриша А.П., Грабченко А.И., Евсеева Л.Г., Кальченко В.И., Королева А.В., Корчака С.Н., Лавриненко С.Н., Ларшина В.П., Лурье Г.Б., Маслова Е.Н.,

Маталина А. А., Новикова Ф.В., Новоселова Ю.К., Островского В.И., Петракова Ю.В., Сизого Ю.А., Филимонова Л.Н., Якимова А.В. и многих других. Различные методы обеспечения динамического качества металлорежущих станков рассмотрены в работах: Ачеркана Н.С., Вотинова К.В., Соколовского А.П., Решетова Д.Н., Балакшина Б.С., Дроздова Н.А. Каширина А.И., Кедрова С.С., Кудинова В.А., Каминской В.В., Левиной З.М., Пуша В.Э., Проникова А.С., Эльясберга М.Е., Тлусты И., Векка М., Вейца В.Л. и других. Исходя из полученных результатов, обоснованы основные направления в обеспечении качества деталей при шлифовании. Наиболее перспективными для условий плавучих мастерских являются направления снижения уровня вынужденных колебаний шлифовального станка от внешних воздействий (в том числе и от морского волнения), в основе которых лежат методы математического моделирования вибрационных воздействий с построением формирующего фильтра и синтез оптимальных виброизолирующих устройств и систем активной виброизоляции.

Целью диссертационной работы является: обеспечение параметров качества деталей на основе анализа и моделирования вибрационных воздействий на круглошлифовальный станок, а также теоретической и экспериментальной оценки комплекса синтезированных технических решений виброизолирующих устройств в условиях плавучих мастерских.

Основные задачи исследования:

1. На основе анализа взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки провести математическое моделирование динамической системы круглошлифовального станка с построением формирующего фильтра, моделирующего динамику внешних возмущений, воздействующих на ТС операции шлифования при работе в условиях плавучей мастерской.

2. Экспериментально исследовать вибрационные воздействия на круглошлифовальный станок в условиях плавучей мастерской и провести физическое имитационное моделирование указанных воздействий в лабораторных условиях.

3. Выполнить морфологический анализ и синтез системы виброизолирующего устройства станка для условий плавучей мастерской, оценить его надежность с учетом потоков отказов и восстановлений подсистем.

4. Провести испытание новых виброизолирующих устройств и оценить качество шлифования при их использовании в условиях плавучей мастерской.

5. Осуществить проверку полученных технических решений и внедрение результатов в производство, оценить перспективы предлагаемых решений.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Установлены взаимосвязи между входными и выходными параметрами процесса круглого наружного шлифования с учетом вибрационных воздействий от внешней среды через плавучее основание мастерской, вызванных морским волнением, что позволяет прогнозировать поведение технологической системы при любых алгоритмах изменений технологических режимов.

2. Дана количественная оценка показателей качества обработанной поверхности на операциях круглого наружного шлифования при воздействии на процесс шлифования внешних возмущений, которая позволила методами морфологического анализа и синтеза создать оптимальные для условий плавучей мастерской конструкции виброизолирующих устройств.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается:

- в полученных функциональных зависимостях частоты колебаний и амплитуды виброперемещений, передающихся на станок при разных уровнях внешних вибрационных воздействий как от уровня морского волнения (слабого, значительного или сильного), так и от работающего оборудования в условиях плавучей мастерской;

- в разработанной на основе имитационного физического моделирования методике получения на экспериментальном стенде при круглошлифовальной обработке параметров качества поверхностей, соответствующих условиям аналогичной обработки в плавучей мастерской при разных уровнях волнения и состояниях соседнего оборудования;

- в предложенной методике численной процедуры вычисления реакции линейной системы с сосредоточенными параметрами на сигнал произвольной формы без преобразования входного сигнала на примере виброизолирующего устройства станка в условиях плавучей мастерской;

- в предложенном выборе на основе структурно-компоновочного и параметрического синтеза новых конструкций виброизолирующих опор (патент UA № 36389 U), повышающих надежность виброзащиты станков от внешних колебаний, а также от воздействий внешней среды в условиях плавучей мастерской (патент UA № 51621 U) с целью обеспечения качества при шлифовании;

- при использовании новой виброизолирующей системы отклонения формы поверхностей шеек валов уменьшаются соответственно в среднем от 1,8 до 2,3 раза; достигается уменьшение шероховатости Ra max - в среднем в 1,25 раза; уменьшение волнистости Wz - в среднем в 1,32...1,35 раза для обработки при разных условиях внешних воздействий.

Объектом исследования является операция шлифования детали в условиях плавучих мастерских.

Предметом исследования являются закономерности формирования параметров качества шлифованных поверхностей деталей с учетом вибрационного воздействия возмущающих факторов от внешней среды и внутренних факторов на функционирование технологической системы шлифовальной операции в условиях плавучих мастерских.

Методология и методы исследования. Методологической основой исследования служат основные положения теории технических систем, теории резания металлов, теории динамики станков. Теоретические исследования, приведенные в диссертации, базируются на основах классической механики, системного и математического анализов, методах математической статистики. При оценке воздействий на станок в плавучей мастерской внешней среды использовали положения динамики моря и гидродинамической теории качки судна. Метод морфологического анализа применен для описания структур

виброизолирующих устройств, методы теории надежности, теории вероятности и теории массового обслуживания использовались при исследовании их надежности, а методы параметрического синтеза - при проектировании конструкции виброизолирующих устройств.

Экспериментальные исследования выполнялись на специально разработанном стенде с учетом физических особенностей процесса круглого шлифования с использованием современной измерительной техники (сертифицированной и поверенной) и статистических методов обработки экспериментальных данных.

Личный вклад автора.

Все результаты получены автором лично или при непосредственном его участии. Работы [32,34,35,40] выполнены без соавторства. В статьях, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: в публикациях [37,169] автором сформулированы выбор направления, цели и задачи исследований, предложена модель внешних воздействий на станок; в работах [24,25,33,36-44,170] представлены модель формирования оптимальной динамической системы круглошлифовального станка и алгоритм повышения качества деталей в процессе шлифования, базирующийся на теории синтеза оптимальных стохастических регуляторов, а также морфологический анализ, структурно-компоновочный и параметрический синтез оптимальных виброизолирующих устройств; в публикациях [69,171] показан численный пример реакции линейной системы с сосредоточенными параметрами на сигнал произвольной формы без преобразования входного сигнала на примере виброизолирующего устройства станка; в патентах [166,167] авторский вклад составляет 25%, в [45-48] - 20% .

Положения, выносимые на защиту: 1. Общая модель формирования оптимальной динамической системы круглошлифовального станка и алгоритм повышения качества процесса круглого шлифования в условиях плавучей мастерской, базирующийся на теории синтеза оптимальных стохастических регуляторов.

2. Имитационное физическое моделирование вибрационных воздействий на станок в лабораторных условиях на экспериментальном стенде.

3. Методика численной процедуры вычисления реакции линейной системы с сосредоточенными параметрами на сигнал произвольной формы без преобразования входного сигнала на примере виброизолирующего устройства станка в условиях плавучей мастерской.

4. Морфологический анализ, структурно-компоновочный и параметрический синтез оптимальных виброизолирующих устройств для условий плавучей мастерской.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач при построении математических моделей, обоснованностью принятых допущений, использованием математически корректных методов. Адекватность полученных результатов подтверждена экспериментальной проверкой и результатами внедрения в производство. Результаты диссертационной работы, в частности, методика шлифования в условиях плавучих мастерских с учетом факторов внешней среды и влияния параметров виброизолирующих устройств на качество обработки, рекомендации, алгоритм оптимизации виброизолирующих устройств апробированы и внедрены в производство на ООО «Инкерманский судоремонтный завод» (г. Севастополь) на плавучей мастерской ПМ-875, на ООО «Сориус - Судоверфь» (г. Севастополь) на плавучей мастерской ПМР-463, а также на судне обеспечения -плавучей мастерской ПМ-56 (г. Севастополь). Суммарный предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения на трех предприятиях составил 588000 рублей.

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах, а именно: Международных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Севастопольского национального технического университета (с 2015 г. -Севастопольского государственного университета) «Прогрессивные

направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта» (Севастополь, 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2013 г., 2014 г., 2015 г.), VIII Международной научной конференции и VI Симпозиуме аспирантов «Technologiczne Systemy Informacyjne w Inzynierii Produkcji i Ksztalceniu Technnicznym» (Lublin, Polska, 2007 r.), XIX Международной научной конференции «Engineering Design and Research, Machines Management and Marketing in Motorization» (Rzeszow, Polska, 2008 r.), Международной конференции «Высокие технологии в машиностроении: современные тенденции развития. Интерпартнер-2008» (Харьков-Алушта, 2008 г.), Всеукраинской научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Механообработка» (Севастополь, 2010 г., 2014 г., 2015 г.), Международной научно-практической конференции с элементами научной школы «Технические аспекты гуманистической экономики» (Ульяновск, 2013 г.), XII Международной научной конференции «International Conference of Science and Technology. Technological Systems of Information in Production Engineeringorganized» (Lublin, Polska, 2015 r.), Международной научно-технической конференции «Машиностроение - глазами молодых» (Кременчуг, 2013 г.), Крымской научно-практической конференции «Современные инженерные и инженерно-педагогические технологии» (Симферополь, 2015 г.), а также IV, V и VI Международных салонах изобретений и новых технологий «Новое время» (Севастополь, 2008 г., 2009 г., 2010 г.), где разработки отмечены серебряной и золотой медалями Салона, а также золотой медалью «Inventica'2010» Национального института изобретательства (Румыния). По результатам участия в III Международном конкурсе научно- исследовательских работ « Перспективы науки - 2016» (Казань, 2016 г.) работа отмечена Дипломом победителя по секции «Аспиранты» (II место).

Публикации. Материалы диссертации отражены в 24 работах. В рецензируемых журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК и приравненных к ним (п.10 Постановления Правительства РФ №723 от

30.07.2014г.), опубликовано 9 статей, получено 2 патента России и 4 патента Украины на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных литературных источников, содержащего 191 наименование, 5 приложений с экспериментальными данными, патентной документацией, актами внедрения результатов работы. Объем диссертации - 167 страниц, включая 53 рисунка и 11 таблиц.

ГЛАВА 1

ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ПРИ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКЕ В УСЛОВИЯХ ПЛАВУЧИХ МАСТЕРСКИХ 1.1. Анализ влияния возмущающих факторов на параметры качества при

финишной обработке деталей машин

Фундаментальные положения обеспечения точности и качества в теории шлифования, в том числе и с учетом динамических особенностей, освещены в исследованиях: Анельчика В.Д.[1], Бакуля В.Н. [7], Беззубенко Н.К. [10], Бокучавы Г.В. [14], Братана С.М. [22], Внукова Ю.Н. [49], Гавриша А.П. [52], Грабченко А.И. [60], Евсеева Л.Г. [74], Кальченко В .И. [80], Королева А.В. [86], Корчака С.Н. [87], Лавриненко С.Н. [97], Ларшина В .П. [98], Лурье Г.Б. [104], Маслова Е.Н. [107],Маталина А.А. [108, 109], Новикова Ф.В. [115], Новоселова Ю.К. [116, 117, 118], Островского В.И. [122], Петракова Ю.В. [125,126], Сизого Ю.А. [146], Филимонова Л.Н. [160], Якимова А.В. [177, 178] и многих других [73, 77, 80, 143].

Представленные работы освещают широкий спектр проблем, возникающих при шлифовании, посвящены совершенствованию процессов, технологии и оборудования для обеспечения качественной обработки деталей, позволяют решать комплекс задач, направленных на существенное повышение производительности обработки, уменьшение себестоимости производства изделий, повышение культуры производства и безопасности труда. В них показаны необходимость дальнейшего повышения качества и производительности круглого шлифования за счет совершенствования параметров технологической системы, выбора оптимальных режимов процессов обработки, управления циклом шлифования, контроля, а также рационального выбора инструментов, оборудования и приспособлений.

Анализ рассмотренных работ позволяет четко выделить два подхода, связывающие процесс микрорезания со съемом припуска. К первому - относятся подходы, основанные на принципе копирования поверхности шлифовального круга в материале заготовки. При этом на поверхности инструмента выделяются режущие профили без выделения отдельных зерен. По набору этих профилей, с учетом ки-

нематики шлифования строится режущий профиль, который копируется на заготовке.

Недостатком этого подхода является отсутствие учета упруго-пластических деформаций металла, разделение профиля на режущие, скоблящие, давящие и не режущие зерна. К другому - подходы, основанные на принципе моделирования поверхности инструмента как совокупности случайно расположенных зерен определенной геометрии.

Этот подход использован в работах Королева А.В., Новоселова Ю.К., и других. Модели, основанные на этом подходе, более точны, но разработаны только для ограниченных областей применения и требуют дальнейшей доработки для моделирования всего многообразия процессов протекающих при различных видах шлифования.

Вышеуказанные модели используются для расчета циклов обработки деталей на станках с ЧПУ, однако вследствие того, что они не учитывают влияние возмущающих факторов, их применение не приводит к положительному результату, например при шлифовании заготовок в условиях механообрабатывающих участков плавучих мастерских. Они могут быть использованы для расчетов предельных граничных циклов [22].

Однако при форсированных технологических режимах в силу возрастания чувствительности технологических систем (ТС) к возмущающим факторам наблюдается потеря качества обработки [22, 142]. В связи с тем, что процессы шлифования имеют стохастическую природу, в процессе резания изменяются не только параметры объекта, но и самой ТС. Это приводит к нестабильности качества изделий и не позволяет в полной мере использовать значительные технологические возможности круглого шлифования. Обеспечение динамической стабильности технологического процесса и ТС в значительной мере определяет стабильность качества выпускаемой продукции. В соответствии с ИСО/ПСК 2 9000:2000 стабильность качества выпускаемой продукции определяется как га-рантированность повторяемости свойств изделий. Существующие ТС и технологические процессы не позволяют уменьшить разброс параметров изделий. Так,

например, по данным ХРП «АвтоЗАЗ-Мотор» (г. Мелитополь), в результате испытаний коленчатых и распределительных валов при снижении волнистости до 0,3 мкм и ужесточении полей допусков на 25 % их срок службы повысился в 2,5 раза. Однако, при этом, доля изделий, произведенных по традиционным технологиям, не попавших в указанные допуски, превысила 70 % [117]. Для компенсации воздействия возмущений обычно пытаются использовать замкнутые системы с приборами активного контроля. Однако, вследствие отсутствия адекватных моделей протекающих процессов, возмущений ТС, комплекса средств диагностики, недоступности ряда параметров непосредственному измерению и контролю, они не получили широкого распространения.

В работах Прилуцкого В.А. [131], рассмотрены причины возникновения технологической волнистости поверхности обрабатываемой детали, показаны пути ее уменьшения в целях улучшения эксплуатационных свойств детали (износостойкости, прочности, точности и т.д.). Одной из основных причин возникновения волнистости автор называет вибрации ТС «станок-приспособление-инструмент-деталь», приводящие к рассогласованию заданной траектории и действительной траектории движения заготовки и инструмента. В ТС кроме перемещений заготовки и инструмента, предусмотренных кинематикой станка есть множество микродвижений - колебаний (вибраций) отдельных звеньев технологической системы, приводящих к рассогласованию траекторий относительного движения заготовки и инструмента.

Собственные (свободные) колебания происходят в системе после внешнего возмущения[105, 106, 121]. Они характеризуются частотой собственных колебаний:

к

® = ,1— т

логарифмическим декрементом:

г \

Д = 1п

X

V Х1 У

т

где к - коэффициент жесткости; т - масса; /- коэффициент сопротивления и

демпфирования; Тд - демпфированный период; х, х1 - последующие амплитуды. Собственные колебания детали, установленной в центрах круглошлифовального станка, зависят от ее диаметра, длины, конфигурации, материала, характера зажатия центров.

Вынужденные колебания происходят под действием внешних периодических сил. Эти силы обусловлены процессом резания при снятии неравномерного припуска, обработке прерывистых поверхностей, работе инструмента или вызваны источником, находящимся вне зоны резания, например, работой рядом стоящего другого оборудования и транспорта, микросейсмическими процессами, неуравновешенностью вращающихся элементов системы (электродвигателей, заготовки, инструмента и приспособлений), дефектами ременных, зубчатых и других передач. Действие гармонической внешней силы F(t)=FacosQt, (где Га - амплитуда; О - частота вынужденных колебаний) уравновешивается силой инерцииМх, силой сопротивления/х и силой упругостикх:

Мх + /X + кх - F (/).

Действие сил сопротивления такого вида называют демпфированием. Амплитуда вынужденных колебаний (если собственными затухающими колебаниями пренебречь) определяется по формуле:

F F

л — а — а

Л В -■

-¡(к - МО2 ) + (/О)2

М.

к2 -О2)2

+

Л 2 V М у

Значение амплитуды максимально при О/ю ^1, когда система приближается к резонансу. Условием нормального протекания процесса механической обработки является соотношение:

О

0,7 > —> 1,3. т

При одновременном действии нескольких возмущающих сил вынужденные колебания многокомпонентны. Параметрические колебания вызываются периодическим изменением какого-либо физического параметра системы (массы, жест-

кости и т. д.). Автоколебания возникают в системе при отсутствии внешнего периодического воздействия и протекают на частотах, близких к собственным часто-там.В зависимости от базы отсчета различают абсолютные и относительные колебания. Абсолютные колебания, отсчитываемые обычно от земли, измеряются сейсмическими датчиками. Относительные колебания фиксируют перемещения элементов ТС относительно друг друга.

Исследования авторов [131, 108] показывают, что высота волнистости почти линейно зависит от дисбаланса шлифовального круга при шлифовании. Неуравновешенность обрабатываемой детали влияет на волнистость, особенно при установке заготовки в центрах. Неуравновешенность шлифовального круга вызывает вибросмещения шлифовального круга и шлифовальной бабки, сдвинутые по фазе, которые могут быть значительными. Виды возмущающих воздействий в процессе шлифования к1^,к11 (рисунок 1.1) проанализированы в работе [112], выявлен характер их проявления и уровни воздействий на технологический процесс.

Обеспечение качества и эффективности операции круглого шлифования возможно только на основе комплексных динамических моделей, учитывающих воздействие внешнего оборудования, и окружающей среды, которое в производстве в условиях ПМ неизбежно присутствует и влияет на характер протекающих процессов.

Для промышленности приморских городов, в которых осуществляется базирование флота, характерно наличие таких мобильных плавучих мини-заводов, как плавучие мастерские (ПМ) и рейдовые плавучие мастерские (ПМР). Квалифицированный личный состав ПМ включает до 150 рабочих-станочников и инженеров, способных выполнять сложные работы по изготовлению и модернизации высокотехнологичных изделий, узлов и агрегатов (производственная мощность -225 000 нормо-часов в год), в том числе и специального назначения (оружия и других технических средств) в районах, удалённых от основных пунктов базирования. На палубах ПМР и ПМ (рисунки 1.2 и 1.3) размещены различные участки, в том числе и механообрабатывающие, имеющие практически все виды станочно-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Владецкая Екатерина Александровна, 2017 год

№ №

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.

Формула полезной модели Устройство для виброзащиты металлорежущего станка, содержащее виброизолирующую опору, выполненную в виде основания с резиновым элементом, в осевом отверстии которого установлен цилиндр с рабочей жидкостью и поршнем с калиброванным отверстием и клапаном сжатия, при этом шток упомянутого цилиндра установлен в отверстии станины станка с возможностью взаимодействия своей верхней частью с одной из частей прижима, размещенного на оси стойки, а другая часть указанного прижима имеет возможность взаимодействия со штоком антивибрационного гидроцилиндра, закрепленного на одной поверхности со стойкой, отличающееся тем, что оно снабжено вибродатчиками, установленными на станине станка, и последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, контроллером, цифро-аналоговым преобразователем, усилителем, частотным преобразователем, асинхронным электродвигателем и гидронасосом, связанным с бесштоковой полостью антивибрационного гидроцилиндра, при этом вход аналого-цифрового

иА 041ЭЭ и

Корисна мзде ль нэлежить до мэшинобудуеанни \ може бути кори стаи а для 9 ¡6ро1 золя и (V прециз1йних метэлор12эльних Еерстэтэ, нэприклад шл1фуЕэльних.

Бдом1 облэштуЕаннп Е1броволюючоГ опори еерстата [патент на корисну модель IIА 363В9. МПК В230 1/00, В1брс1золююча опора мегэлорвэльного еерстата I 0.0. Харчен ко. К. О.

5 Владецька. Ю.Л. Рапацький, С.М. Братан. Бюл. N3 20. 2006 р.]. що метить регулюеэльний геинт з гайкою, основу з гумоЕим елементом. щэ мае гази. ребра жорсткосп. Еерхню кришку \ гофроеану пружину. Нижнн части на регулюеального геинта ей конан а у еиглнд1 штока з1 е становлении на ньому поршнем з кэл1броеэним отвором \ куль ков им клэганом ст иску, розм1щеним в цил1ндр1, запоененому робэчою родиною. а у вархшй чэсгиш цилЫдрэ 13 естаноЕлеш направляючий вуэол \ ущльнвннн. як1 езэсмод1югь з штоком, причому в казан и й цилшдр закртлений е осьовому отвор1 гумового влв мента. Присгр1й аабезпечус ей соку нэд1йнсгь е1бро2эхисгу шлфуЕэльних Еерстэтэ. проте не зэбеапечус саморегулюЕанни для зетомэтичного усунення е15рэий метэлорвэльного Еерстэтэ еЬзовмшнй дЫ.

У еигляд1 прототипу Еибрэна конструкия демпфера з эктивним регулюЕанним демпфуючих 15 ЕластиЕостей [патент И1) 2232316. МПК Р1ёРЙ/53. Мэгнитореологический эмортизатор]. Пр1'стр1й мстить корпус з пдраЕл1чною порожни ною. га пое йеною магнггореолопчною р ¡диною роздтений поршнем надв1 частинн, кэнэл. що сполучэс обидЕ частини цют порожнини, шток, мэгнгг. я кий стЕорюс е прохдному череа сердечник канэл1 магштне поле з силоеими л ¡ними, спрямоЕаними по ой канэлу. Амортизатор 23 беспечен и й управляющим при строем, я кий зм1нюс 23 струм в обмоти мэгнггу 23 лежи о в|д шеидкост1 перемЫення поршня \ подас в упрэЕляючий прмсгр1й електричний сигнэл. пропорЫйний швидкосп перемЫення поршня, датчиком тиску деэсгоронньот Сигнал переда сться е упрзЕляючий присгр1й. я кий взр1юс струм в обмоти магнату, азбеапечуючи змту сил опору амортизатора по оптимально робоч1й дЬграмй \ хэрэкгеристиш опору. В икосп недол1ку елд зазначити складнюгь ко негру кц!т вказаного 25 дамп фуюч ого пристрою \ неможлиеЬгь його в и кори стан н я для экгиеноТ Е15роволяц1т нерухомих технологи них об'екпе. таких як метэлорвэльний еерстат.

Задачею гропоноЕаного пристрою с певищення динэммних якостей Еерстата \ над1йност1 його Е1брозахиСР/ в|д зовмшн1х Еимушаних КОЛИЕЗНЬ е широкому чэстотному дГэпэзош.

Технмний результат досягасться за рахунок того, що опора метэлорвэльного Еерстата з 33 эктиеною Е1бр0120лицюю мклить цилЫдричний корпус з г ера ел ¡ч ною порожни ною. запоЕненою мэгштореологнною родиною. шток з поршнем, клэганами. ущИьнюючим \ направлякичим Еузлами, обмотку елекгромэгнггу. упрзЕляючий гристргё \ датчики. Вказаний цилЫдричний корпус нижньою части ною в становлений сшее1сно в ос нов \ опори з гумовим влементом \ зови на Еврхшй еисгупэючО части ш м1сгить обмотку елекгромэгнгга. а мЬс еерхмм горцем 35 цилшдричного корпусу \ опорною поЕерхнею станини Еврсгата на штоку, зэф1ксоЕэному в отЕор1 сганини, роамщеш тэр1лчэсп пружини. Обмотка елекгромэгнггэ поЕ'яаана з в1брсдатчиками. ЕсгэноЕленими на станиш Еврсгата. черва упраеляючий пристрО у еигляд1 перегеорюЕэч1Е. контроллерэ \ песилюЕача.

На кресленш показаний загальний в игл яд пропонованого облаштуваннн опори 43 мегэ л орвэ ль ного е ерстата з э кги в ною е б роволя ц ¡с ю.

ПропоноЕаний присгр1й м1сгить цилЫдричний корпус 1 3 пдраЕлмною порожниною, запоЕненою магштореологмною родиною (умавно не покэаэм}, шток 2 з поршнем, кпэпанэми. ущтьнюючим \ нэпрэЕляючим вузлами (умовно не покэааш). Цил1ндричний корпус 1 нижньою части ною в становлений сшев1сно в основ \ опори 3 з гумовим влвментом. Зовш на Еерхмй 45 еисгупэючгё чэсгиш цилшдричного корпусу 1 закр¡плена обмотка елекгромагнгга 4. Мж Еерхмм торцем цил1ндричного корпусу 1 \ опорною поЕврхнею сганини 5 Еврсгата 6 на штоку 2. зафксоЕэному в отЕор1 7 станини 5. ро2м1щен1 пружм елвменти - гар1лчасг1 пружини 8. Обмотка елвкгромагнгга 4 поЕ'яаана з в1брсдатчиками Э. ЕсганоЕленими на сганиш 5 Еврсгата 6. черва упраЕляючий присгр1й. УпрзЕляючий пристр1й е ключ а с анэлого-цифроЕий пврвгЕорюЕэч (АЦП), 50 контролер (К) типу А^шпоиНО. цифро-аналоговий пврвтворювач (ЦАП; \ п(дсилювач (У).

ПропоноЕзний присгр1й прэцюс таким чином. Металор12эльний ев регат, наприклад плзскошл1фуЕальний, ЗГ71М. ЕсганоЕлююгь на чотирьох в^роволюючих опорах на 2агальн1й поверхш п|длоги механообробнот ^¡лянки. Кожна опора мклитъ корпус 1. порожнина якого запоЕнена магн1тореолог1чною р1диною - колотдним роачином н анод и сп ере них феромэгн1тних 55 часток. покритихпоЕерхнево-акгивноюречовиною. в р1дин1-нос1т.

У порожниш корпусу 1 гакож ро2м1щен1 шток 2 з поршнем, клэганами. ущтьнюючим направляющим Еуалэмн. В процес1 ^¡Т на станину 5 Еерстэтэ 6 колиеэнь в1дзоен1шн1х джерел (компресори. гехнологмне усгэткуЕэння, греси тэ ¡н.} через поЕерхню п1дпоги передэються коли в эль ш д!г череа основу опори 3 з г/мое им елементом. корпус 1. пружм елементн -аз гэр1лчэст1 пружини в на станину 5 еерегэта 6. Часготи \ эмплггуда цих д1й в силу стохэстичноТ

UA 941ЭЭ U

природи змтюються е широкому дшпазош i еимэгэюгь ец демпфуючих елемвнтт nocriPHOÏ адаптащт - п|дналаштуЕанни жорсткостг 3Miu сил опору зусиллям роз-тягу-стиску поршни з штоком 2 е корпус i 1. Для L,Loro ЕстаноЕлен на напрэЕляючих станини Б Е1бродатчики 9 (наприклад типу СД- 21. AP2G37. EMD-Vibration або SVAN-954). перетЕорюючи Ei6paijiï е 5 електричш с и гнали, передають ïx череа А ЫП на вх|д програмоЕаного логнного контролера ArduinoUNO. Вкаааний контроллер череа ПАП i шдсилюезч переда с електричний сигнал е обмотку електромагнгту 4. я кий еплиеэючи електромэгнгтним полем на мэгштореологнну родину е порожниш корпусу 1. mîhhc ïï E'flîKicrL. При цьому MÎHflCTLCH швидюсть перег1каннн ÏÏ череа кпапани ё поршм i, як наслдок - змтюються зусилля опору роэтягу-стиску ё г^рэвлMHiCi 1D порожниш е¡бро¡юлюючого пристрою, гим самим зблыиуючи або аменшуючи його жорсшсть. Контролер A'duinoUNO налашговусться таким чином, що при noflEi на виход1 Е1бродатчик1в 9 в браий, що еиходять за меж1 допусти мил (î урахуванням забеапеченнн необх1дних параметр^ точност1 деталей при оброби), генеруються в|дпов|дш сигнали на еиход1 контролера, що дозеоляють 3MÎHHTH жорсшсть опори шляхом 3MÎHH струму е обмотщ електромагшта. 15 ЗапропоноЕаний npi'urpiP мае наступи переЕаги:

- п|двищуютьсн динамнш hkoctî Еерстата. i над1йнклъ його е брозахисту в|д зоемшшх Еимушених коп'Еань е широкому депэзош частот;

- аабеапечусться моклиастъ актив нот fliï на жорстюсгь Е1броиопюючот опори шляхом Еикористання сучасноТ платформ и ArduinoUNO. що мае 14 цифроЕих еход1е i 6 виходщ.

20 КЕэрцеЕий генератор, роз'см USB. силовий роз'ем. poî'cm ICSP i облаштуЕанни пере^авантаження;

в и сока швидкодт системы упрзЕлшня за рахунок ушкальних елэсгие остей магштореологннот р|дини (реакЫи систем и - 1 мтеекунда);

- п|двищустьсн AKicTb обробки деталей за рахунок зниженнн похибок Тх форми шляхом 25 зменшеннн Ебращйних дЫ, гасшню яких сприяс опора з активною в^рошоляисю за рахунок

зм1нн е'язкост1 магштореологннот р|дини за лежи о d д сигнал^ в бродатчиюЕ. роамщених на позначному ей дален ni eL робочотзони Еерстата.

ФОРМУЛА КОРИСHОТ MОДЕЛI

30

Опора металopiîaльного Еерстатазэктиеною Е^роиоляисю. пометить цил1ндричний корпус з гдраЕлмною порожни ною. запоЕненою магнгтореологмною рдиною. шток з поршнем, клапанами, ущльнюючим i напраЕлякичим вуалами, обмотку елекгромагмта. упраЕляючий npnerpift i датчики, яка вщрЬняегься гим. що в казан и й цилшдричний корпус нижньою 35 части ною в становлений cniEEicHO в основ i опори з гумоЕ им елементом i зоем на Еерхшй Еиступаюч1й части ni mîcthtl обмотку електромагнгта. a мг+: верх мм торцем цилшдричного корпусу i опорною поЕерхнею станини Еерстата на штоку. зафксоЕаному в 0TE0pi станини, розмщем тартчэеп пружини, гричому обмотка електромагнгта поЕ'язана з Е1бродатчиками. ЕстаноЕленими на станим Еерстата. череа упраЕляючий npnerpift у еигляд1 перегЕорюЕач1Е. 40 контролера i пдсилюЕача.

ри 159415 и1

(51) МПК

Б23д1/25 (2006.01)

Б23д1/44 (2006.01)

¥Ш9/53 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

1 Статус: по данным на 10.05.2016 - действует!

(21), (22) Заявка: 2015125862/02, 29.06.2015 (72) Автор(ы):

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: Владецкая Екатерина Александровна (КЦ),

Харченко Александр Олегович (КЦ),

29.06.2015 Братан Сергей Михайлович (КЦ),

1 1 ПИППМТРТг Х.Т 1 ■ Владецкий Дмитрий Олегович (КЦ),

Приоритет(ы): Лазарев Виктор Борисович (КЦ)

(22) Дата подачи заявки: 29.06.2015 (73) Патентообладатель(и):

(45) Опубликовано: 10.02.2016 ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный

университет" (КЦ)

Адрес для переписки:

299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33,

ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный

университет"

(54) ОПОРА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С АКТИВНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИЕЙ

(57) Реферат:

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для виброизоляции прецизионных металлорежущих станков, например, шлифовальных.

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.

Такое выполнение устройства позволяет повысить динамические качества станка и надежность его виброзащиты от внешних вынужденных колебаний в широком диапазоне частот.

Технический эффект - повышение качества обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения вибрационных воздействий путем активной виброизоляции изменением вязкости магнитореологической жидкости в зависимости от сигналов с вибродатчиков. 1 ,илл.

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 иА 36389, МПК B23Q 1/00, Вiброiзолююча опора металорiзальноговерстата / 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 нанодисперсныхферромагнитных 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.

Формула полезной модели Опора металлорежущего станка с активной виброизоляцией, содержащая цилиндрический корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью, установленный в основании опоры, уплотнительные и направляющие узлы, размещенную на упомянутом корпусе электромагнитную обмотку, выполненную с возможностью подключения к вибродатчикам, установленным на станине станка через управляющее устройство, включающее в себя преобразователи, контроллер и усилитель, отличащаяся тем, что она снабжена размещенным в упомянутой гидравлической полости штокомс поршнем, в котором выполнены клапаны для перетекания магнитореологической жидкости, тарельчатыми пружинами, установленными на штоке между верхним торцом упомянутого корпуса и опорной поверхностью станины станка, и резиновым элементом, размещенным в основании опоры, при этом электромагнитная обмотка установлена снаружи на верхней выступающей над основанием опоры части упомянутого корпуса, который своей нижней частью установлен в основании опоры соосно с резиновым элементом..

Материалы промышленных испытаний и внедрения диссертационной работы

Ю»

ерманский авод» ник Ю.П. , 2016 г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Владецкой Екатерины Александровны

«Обеспечение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских»

Комиссия под председательством главного технолога Королева Ю.В. составила настоящий акт в том, что сотрудником кафедры «Технология машиностроения» ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» Владецкой Е.А. проведено внедрение в производство методики шлифования в условиях плавучих мастерских с учетом факторов внешней среды и влияния параметров виброизолирующих устройств на точность процесса.

Представлены рекомендации, способ оптимизации виброизолирующих устройств для повышения виброустойчивости технологической системы круглошлифовального станка при работе в условиях плавучей ремонтной мастерской. Выявлено повышение стабильности показателей качества операции шлифования, в процессе обработки все детали, прошлифованные с использованием виброизолирующих опор новой конструкции, по шероховатости поверхности, допуску на изготовление и биению относительно оси соответствовали требованиям технологической документации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложенная методика обработки позволяет получить изделия с необходимыми параметрами качества шлифования, которое в значительной степени определяется надежностью виброзащиты станков от внешних колебаний, в том числе и от воздействий водной среды, в частности, от волнений водной поверхности при работе в условиях плавучей мастерской.

2. Разработанные конструкции виброизолирующих опор и устройств упрощают возможность монтажа и демонтажа технологического оборудования, повышают качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения внешних и внутренних колебаний.

3. Данные конструктивные решения по обеспечению эффективного управления демпфированием виброизолирующей опоры металлорежущего станка при внешних воздействиях, а также опора с активной виброизоляцией позволяют обеспечить возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы АгсУпоигЮ.

4. Планируется внедрение результатов исследования и разработок в действующее производство на плавучей мастерской ПМ-875. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения составил 135000 рублей.

Настоящий акт не является основанием для предъявления/взаимных финансовых претензий.

л/л

_ Ю.В. Королев

Главный технолог

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы

Владецкой Екатерины Александровны «Обеспечение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских»

Комиссия под председательством директора ООО «Сориус - Судоверфь» Сугак Алексея Владимировича составила настоящий акт в том, что сотрудником кафедры «Технология машиностроения» ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» Владецкой Е.А. проведено внедрение в производство методики шлифования в условиях плавучей мастерской Г1МР№463 на основе закономерностей формирования вибрационных взаимодействий с учетом факторов внешней среды и влияния параметров виброизолирующих устройств на точность процесса. Даны рекомендации, алгоритм оптимизации виброизолирующих устройств, для повышения виброустойчивости технологической системы

круглошлифовального станка при работе в условиях плавучей мастерской.

В процессе обработки все детали, прошлифованные с использованием виброизолирующих опор новой конструкции, по шероховатости поверхности, допуску на изготовление, биению относительно оси соответствовали требованиям технологической документации. Отмечено повышение стабильности показателей качества операции шлифования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная методика обработки позволяет получить изделия с необходимыми параметрами качества шлифования, которое в значительной степени определяется надежностью виброзащиты станков от внешних колебаний, в том числе и от воздействий водной среды, в частности, от волнений водной поверхности при работе в условиях плавучей мастерской.

Предложенные конструкции виброизолирующих опор и устройств упрощают возможность монтажа и демонтажа технологического оборудования, повышают качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения внешних и внутренних колебаний.

Разработанные конструктивные решения по обеспечению эффективного управления демпфированием виброизолирующей опоры металлорежущего станка при внешних воздействиях, а также опора с активной виброизоляцией позволяют обеспечить возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы Агс1шпоШО.

Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения составляет 197000 рублей. х 4 ^

/

Сугак А.В.

06 о€. 2 о /С

АКТ

1 Д^ьникЖа^терсЦй Г1М-56 (Щ Ф^рненко A.B.

т х^ку^ Д(>16 г.

внедрения результатов диссертационной работы Владецкой Екатерины Александровны «Обеспечение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских»

Комиссия под председательством зам.начальника мастерской ПМ-56 Мельниченко H.A. составила настоящий акт в том, что сотрудником кафедры «Технология машиностроения» ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» Владецкой Е.А. проведено внедрение в производство методики шлифования в условиях плавучих мастерских на основе закономерностей формирования вибрационных взаимодействий с учетом факторов внешней среды и влияния параметров виброизолирующих устройств на точность процесса. Даны рекомендации, алгоритм оптимизации виброизолирующих устройств для повышения виброустойчивости технологической системы круглошлифовального станка при работе в условиях плавучей мастерской.

В процессе обработки все детали, прошлифованные с использованием виброизолирующих опор новой конструкции, по шероховатости поверхности, допуску на изготовление, биению относительно оси соответствовали требованиям технологической документации. Отмечено повышение стабильности показателей качества операции шлифования.

1. Разработанная методика обработки позволяет получить изделия с необходимыми параметрами качества шлифования, которое в значительной степени определяется надежностью виброзащиты станков от внешних колебаний, в том числе и от воздействий водной среды, в частности, от волнений водной поверхности при работе в условиях плавучей мастерской.

2. Предложенные конструкции виброизолирующих опор и устройств упрощают возможность монтажа и демонтажа технологического оборудования, повышают качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения внешних и внутренних колебаний.

3. Разработанные конструктивные решения по обеспечению эффективного управления демпфированием виброизолирующей опоры металлорежущего станка при внешних воздействиях, а также опора с активной виброизоляцией позволяют обеспечить возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы АгсйшюиК'О.

4. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения составил 256000 руб. Настоящий акт 1 взаимных финансовых претензий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мастер

Зам. нача Мастер

Шумляковская Н.В.

Мельниченко H.A.

Чайников A.A.