Методи боротьби з вібрацією устаткування

Обов'язковою умовою одержання необхідної шорсткості обробленої поверхні є стійкість руху при різанні. Система має бути вібростійкою, оскільки коливання, погіршують якість обробки, можуть різко знизити і стійкість інструмента. Коливання у верстатах зв'язані з різними їхніми джерелами. Періодичні збурювання мають місце при прояві неврівноваженості та періодичних погрішностей елементів привода, верстата, нерівномірності припуску заготівлі на обробку і з інших причин. Імпульсні збурювання діють на верстат при його розгоні, гальмуванні та реверсуванні й при процесах, зв'язаних із врізанням і виходом інструмента. Зовнішні збурювання передаються системі через фундамент чи опори. Самозбудні коливання зв'язані з природою різання і тертя. Усі ці явища призводять до взаємного переміщення інструмента та заготівлі в напрямках, не передбачених даним технологічним методом обробки, до відхилень геометрії інструмента й елементів режиму різання від заданих.

Боротьба зі змушеними коливаннями полягає в усуненні причин коливань, застосуванні автобалансуючих пристроїв, уведенні пристроїв, що демпфірують, систем автоматичної компенсації коливань та ін. До основних причин автохитань відносяться зміна сил тертя між інструментом, заготівлею і стружкою, утворення і руйнування наросту, відставання по фазі сили різання від руху вібрації і ряд інших. Боротьба з автохитанням здійснюється зміною умов різання: геометрії інструмента, швидкості різання, подачі, виліт різця (інструмента), подачі МОР.

Зменшення вібрації в джерелі виникнення є найбільш раціональним методом зниження вібрації устаткування. На стадії проектування варто враховувати наступні рекомендації:

- висувати вимоги до точності балансування шпинделів, валів, муфт;

- прямозубі шестірні заміняти косозубими, шевронними, застосовувати черв'ячне зачеплення;

- підвищувати клас точності обробки шестірень, чистоту обробки зубів;

- використовувати в шпиндельних вузлах верстатів підшипники ковзання замість підшипників хитання;

- застосовувати підшипники хитання більш високих класів точності, вибирати необхідні для зниження вібрації посадки у вузлах підшипників.

Для зниження вібрації на діючому металорізальному устаткуванні необхідно виконувати наступні вимоги:

- проводити планово-попереджувальні ремонти устаткування;

- застосовувати рекомендовані для конкретного металу і режимів різання мастильно-охолодні рідини, способи кріплення інструмента, заготівель, пристосувань, що підвищують твердість системи;

- забезпечити якісне змащення вузлів підшипників, редукторів, кулачкових механізмів, що направляють та інших рухливих елементів устаткування;

- вчасно переточувати різальний інструмент у процесі його експлуатації.

Щоб зменшити передачу вібрацій металорізального устаткування на об'єкти, що захищаються - підлога, перекриття у виробничому приміщенні, людей, широко використовують віброізолятори різних конструкцій. Ефективність віброізоляції оцінюється коефіцієнтом передачі сили на підставу, де встановлюється устаткування, за залежністю

КП = F₁ / F₂,(75)

де F₁ — амплітуда динамічної сили, що передається через віброізолятори на основу;

F₂ — амплітуда динамічної сили, створюваної устаткуванням.

Коефіцієнт передачі показує, яка частка динамічної сили, що діє з боку устаткування, передається через віброізолятори основи. Він залежить від величини відносини частоти f сили, що збурюється, до частоти власних вертикальних коливань системи f₀, що складається з устаткування, підстави і віброізоляторів. Коефіцієнт передачі для вертикальних коливань устаткування знаходять за залежністю

КП = 1 / (f ² / f₀² – 1).(76)

При f < f₀ система чинить пружний опір силі, що збурюється, що цілком передається основі, тобто КП = 1. У випадку f = f₀ відбувається явище резонансу, що призводить до різкого збільшення коливань устаткування і зросту переданої сили.

При , а також у випадку подальшого збільшення f система, яку ізолюють, чинить інерційний опір, КП<1. У міру збільшення частоти ефективність віброізоляції зростає. Таким чином, позитивний ефект віброізолятори забезпечують тільки в тому випадку, якщо .

Для того щоб практично знайти частоту власних коливань устаткування на віброізоляторах f₀, необхідно замірити статичне осідання віброізоляторів під дією ваги устаткування. Власну частоту коливань устаткування на віброізоляторах визначають за залежністю

(77)

де g — прискорення вільного падіння, м/с²;

х_ст — статичне осідання віброізолятора, м.

Перед установкою віброізоляторів враховують координати центра ваги устаткування і розташовують віброізолятори таким чином, щоб забезпечити їхнє рівномірне завантаження.

Зменшення рівня віброшвидкості об'єкта, що захищається, у результаті установки устаткування на віброізолятори приблизно визначається за залежністю

(78)

У даний час налагоджений серійний випуск віброізоляторів різних конструкцій. Найбільше поширення для металорізальних верстатів одержали гумовометалеві віброізолюючі опори. Пружний елемент опори виготовляється з різних за твердістю марок гуми. Частота власних коливань устаткування на таких віброізоляторах складає порядку 10 - 33 Гц, тому позитивний ефект вони починають, забезпечувати тільки з частот змушених коливань близько 14 - 46 Гц і більш.

Мета розрахунку віброізоляторів – вибір типу ізолятора і визначення його розмірів. Характеристики пружинних і гумових ізоляторів, а також приклади їхніх розрахунків наведені у літературі [32].

Для зниження високочастотної вібрації устаткування гумові коврики.

Для зменшення вібрації тонкостінних металевих конструкцій устаткування — огороджень, кожухів, повітроводів - на їхню поверхню доцільно наносити вібродемпфуюче покриття. При цьому енергія механічних коливань переходить у теплову, що обумовлено значним внутрішнім тертям у грузлих вібродемпфуючих покриттях.

Вібродемпфуючі покриття підрозділяють на тверді і м'які. Динамічний модуль пружності твердих покрить складає 10⁸ - 10⁹ Н/м². Вони рекомендуються для гасіння вібрацій на низьких і середніх частотах. До таких покрить відносяться різні тверді пластмаси, а також мастики на основі епоксидних смол. Динамічний модуль пружності м'яких покрить складає 10⁷ Н/м². Їх доцільно застосовувати для гасіння вібрацій на частотах вище 1000 Гц. До таких покритів відносяться м'які пластмаси, гума. Для ефективного вібродемпфування товщина покриття має бути не менше 2—3 товщин металу, що покривається.

Вібродемпфуючі покриття знижують також шум, що випромінюється вібруючою поверхнею. Рівень зниження звукового тиску складає 6 - 8 дБ. Вібродемпфуюче покриття випускають у виді аркушів і мастик. Листові покриття з'єднуються з вібруючою поверхнею за допомогою клею. Ефективність вібродемпфуючого покриття залежить від добутку його модуля пружності та коефіцієнта втрат.

Для віброгасіння металорізальне устаткування встановлюють на спеціальні фундаменти. Особливості пристрою і розрахунок фундаментів докладно наведені в СНиП II-19—79.

Для важкого і прецизійного металорізального устаткування, до якого висуваються підвищенні вимоги щодо зменшення вібрації, метод віброгасіння може застосовуватися в сполученні з методом віброізоляції. Наприклад, для важкого круглошліфувального верстата зниження вібрації досягається у результаті застосування амортизаторів, гвинтових пружин, на які установлюється фундаментна бетонна плита з жорстко з'єднаною станиною верстата.