Виброзащита высокоточных станков

1. Вибрационное воздействие и его характеристики

Для предприятий станкостроительной отрасли характерно наличие как средне- так и высокочастотных составляющих внешнего воздействия, возникающих в большинстве случаев как результат работы компрессоров, угловых и линейных приводов, синхронных или асинхронных двигателей и т.д., а также кратковременных импульсных воздействий, возникающих в результате работы линейных приводов (в режиме пуск/остановка), прессовального оборудование и оборудования для реза металлических заготовок.

В качестве ориентировочных величин амплитуд и частот внешнего воздействия можно использовать данные «Рекомендаций», представленные в таблице 1.

Таблица 1. Доминирующие и крайние значения параметров случайных колебаний основания, возбуждаемых различными группами источников вибрации

Группы объектов: I – здания с большим количеством вентиляторных установок и кондиционеров; II – объекты, где вибрация возбуждается, в основном, вследствие движения городского транспорта по прилегающим улицам; III – объекты на территории крупных промышленных предприятий, где основными источниками вибрации являются работающее технологическое оборудование (металлообрабатывающие станки, компрессоры и т.д.) и внутризаводской транспорт.

Натурные замеры были выполнены на нескольких станкостроительных заводах как в летний, так и в зимний периоды, преимущественно в рабочее время. На рис. 2 представлены спектрограммы вертикальных колебаний основания цеха и типовой виброзащитной системы прецизионного фрезерного станка.

Рис. 2. Общий вид станка (слева), спектрограмма колебаний основания цеха (справа вверху) и типовой системы виброзащиты (справа внизу)

Типовая система виброзащиты состоит из резиновых упругих элементов и массивного инерционного блока (железобетонный блок массой 3,5 т). Частота собственных колебаний виброзащитной системы составляет порядка 4,8 Гц, что отчетливо видно при сравнении спектров вертикальных колебаний станка и пола цеха. При этом, на частотах ниже 4 Гц, амплитуды колебания станка оказываются выше амплитуды колебаний основания, что говорит о малой эффективности виброзащиты данным типом виброизоляторов в диапазоне частот 1 – 4 Гц.

На рис. 3 представлены спектры колебаний основания цеха завода и виброзащищённого высокоточного шлифовального станка.

а)
б)
Рис. 3. (а) Общий вид прецизионного фрезерного станка; (б) спектры колебаний пола цеха (красная линия) и виброзащищённого станка (зелёная линия)

Виброзащитные системы, аналогичные рассмотренной на рис. 3, используют в качестве виброизоляторов равночастотные опоры типа ОВ-31м (ОВ-70 или их зарубежные аналоги), эффективность которых начинается с частоты 12 Гц, что подтверждают проведённые натурные замеры.

Исследованные на рис. 2 и 3 виброзащитные системы прецизионных станков являются представителями двух больших классов типовых виброзащитных систем, нашедших широкое применение в современной практике. К их основным преимуществам следует отнести невысокую стоимость устройства и эксплуатации и простоту расчёта. При этом следует отметить, что их эффективность в области низких частот вызывает сомнения, что следует из сравнительного анализа спектров колебаний виброизолированного станка и основания цеха.

Данные проведённых натурных замеров на машиностроительных предприятиях позволяют получить более точные сведения об уровнях внешнего воздействия. Натурные замеры необходимы при проведении комплекса работ по виброзащите оборудования и содержат представительную информацию о внешнем воздействии на защищаемое оборудование. Компания VibroLAB имеет собственную базу натурных замеров уровней вибрации на различных типах производств, что позволяет решать наукоёмкие задачи проектирования типовых серий виброзащитных средств для широкого спектра задач. 

 2.            Характеристики используемого оборудования и требования к его виброзащите

Сейчас на многих предприятиях машино- и станкостроительного комплекса происходит переоснащение на новое высокоточное оборудование отечественного и зарубежного производства. Так, современные фрезеровальные станки и многокоординатные центры имеют точность позиционирования режущего инструмента 0,03 мкм и менее, при этом скорость вращения заготовки может достигать 10 000 – 20 000 об/мин и более. На предприятиях станкостроительного комплекса существуют также метрологические лаборатории, оснащённые высокоточными профилографами, интерферометрами, измерителями шероховатости для контроля качества обработки деталей. Характеристики такого оборудования указаны в п. 2.2, вибрационное воздействие же остаётся таким же, как в п. 1.1.

Проблема с нормированием допускаемых уровней вибрации заключается в том, что большинство производителей станкостроительного и металлообрабатывающего оборудования не уделяет должного внимания этому вопросу. Только в последнее время начали проводиться исследования влияния факторов внешнего воздействия (вибрации основания, влияние вибрации насосов, приводов, акустическое воздействие, а также влияние изменения температуры) на точность обработки заготовки. Именно поэтому приходится для каждого нового станка проводить отдельные исследования, которые в дальнейшем могут быть обобщены и использованы в качестве рекомендательных документов.

По результатам натурных замеров и обработки научно-технической документации на станки можно выделить ориентировочные допускаемые максимальные амплитуды вибрации основания станка. Они составляют от 0,1 до 0,45 мм в диапазоне частот 1 – 100 Гц в зависимости от его точности.

Ознакомиться с перечнем проводимых компанией VibroLAB работ по проектированию и устройству систем виброзащиты высокоточного оборудования можно в разделе "Услуги".