- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
Современные требования к металлообрабатывающим и в том числе токарным станкам в качестве основных показателей наряду с многофункциональностью оборудования предполагают повышение скорости точности и чистоты обработки деталей. Многолетний опыт практического внедрения и длительной промышленной эксплуатации различных станков, выпущенных заводом «Красный пролетарий» и другими предприятиями станкостроения, определил, что применение традиционных монокристаллических (чугунных и особенно сварных металлических) базовых деталей в большинстве случаев усложняет, а иногда делает проблематичной реализацию современных технологических требований к токарным станкам последних поколений, в связи с тем, что обеспечение их динамических и жесткостных характеристик в заданных пределах оборачивается значительными экономическими затратами и технологическими усложнениями, отражаясь на сроках создания станков.
В то же время научно-исследовательские работы и практика промышленного внедрения показывают, что эти требования могут быть успешно реализованы при использовании станин и оснований из неметаллических поликристаллических материалов.
Одним из видов подобных неметаллических базовых деталей токарных станков являются композитные металлобетонные станины и основания.
Конструкции металлобетонных композитньх станин и основании станков предназначены для восприятия собственного веса конструкции, веса обрабатываемых на станке деталей, усилии резания и других усилии, возникающих при эксплуатации станка (при передвижении стола суппорта и других исполнительных и приводных узлов оборудования ударные нагрузки систематические и случайные, возникающие при установке и съеме деталей, статистические усилия от закрепления обрабатываемых деталей на станке и пр.).
Металлобетонная композитная конструкция представляет собой отливку требуемого конструктивного исполнения, которая выполнена в виде основной массивной неметаллической части пространственного арматурного каркаса и комплекта закладных металлических деталей.
Неметаллическая часть металлобетонной композитной конструкции, образующая основное массивное сечение конструкции изготовляется из модернизированного бетона на различных вяжущих модифицированном портландцементе (современные высокопрочные цементные бетоны с активизирующими химическими добавками) или реактивных смолах (современные полимерные бетоны), и включает не менее трех фракции разноразмерного сортированного и мытого высокопрочного гранитного щебня и двух фракции кварцевого песка.
Стоимость металлобетонных базовых элементов станков с учетом стоимости изготовления и монтажа закладных металлических деталей составляет примерно 25-40% стоимости металлических прототипов.
Современный модифицированный цементный бетон, приготовленный на портландцементном вяжущем с активными добавками, имеет прочность до 200 МПа, что сближает его по характеристикам с бетонами на вяжущем из реактивных смол, обладает высокой скоростью набора прочности и, как следствие, минимальной усадкой в процессе отверждения.
В то же время в сравнении с базовыми деталями, выполненными из полимерных материалов, цементно-бетонные конструкции обладают высокой экологической чистотой, как в стадии изготовления, так и при эксплуатации и утилизации конструкций. Компонента вредных химических воздействий от полимерных вяжущих, имеющая место при изготовлении, использовании и утилизации полимербетонных базовых деталей, при применении цементных вяжущих практически полностью отсутствует.
При близких по конструктивным и деформативным параметрам свойствах цементных и полимерных бетонов первые оказываются в 2-3 раза более эффективными по стоимостным показателям.
Качество композитных металлобетонных базовых деталей значительно улучшается в сравнении с металлическими аналогами за счет массивности сечения конструкции, приводящей к уменьшению собственных колебаний, улучшению демпфирующих и термозависимых характеристик (гашение колебаний, как передающихся на станок извне, так и возникающих в системе приводных и исполнительных органов, температурной стабильности деформаций от нагрева элементов станка и их охлаждения, за счет уменьшенной теплопроводности материала и пр.).
Пространственный арматурный каркас выполняется из стальных стержней строительной арматуры, свариваемых или скрепляемых другими способами в объемно жесткую конструкцию, гарантированно фиксирующую все растягивающие деформации конструкции и препятствующую любой возможности трещинообразования в материале.
Каркас конструктивных металлических закладных деталей образуется комплектом элементов (направляющих, пластин, платиков, закладных бобышек и пр.), предназначенных для создания надежного контакта, фиксации и перемещения механических приводных и исполнительных узлов станка, крепления узлов электропитания, инструмента, смазки, охлаждающей жидкости и т. п.
Эти детали, имеющие специальные анкерные устройства для крепления в теле бетона, как правило, фиксируются на внутренних поверхностях формы или во внешней несъемной металлической обечайке базовой детали в тех местах, где должен обеспечиваться контакт металлобетонной базовой детали с исполнительными, управляющими и технологическими элементами станка.
В готовой металлобетонной базовой детали эти закладные металлические элементы проходят такой же цикл механической обработки, что и в чугунных или сварных базовых конструкциях. Однако возможность предварительной обработки этих деталей в стадии полуфабрикатов и точность фиксации в формах позволяют резко сократить припуски под механообработку, а, следовательно, и время загрузки тяжелого станочного парка завода.
Каркас линейных и плоскостных закладных металлических деталей, за счет массивности отдельных деталей и их анкеровки в бетоне может заметно участвовать в регулировании жесткости металлобетоннокомпозитной базовой детали станка, снижая общую и локальную деформативность конструкции.
В то же время жесткие требования к конструкциям по ограничению их деформаций до микронных значений и обеспечению их долговременной стабильности, вызвали необходимость установления новых критериальных зависимостей для материалов, новых конструктивных и аналитических подходов, новых технологических приемов изготовления конструкций, в сравнении с рядовыми и даже специальными строительными конструкциями.
При требуемом обеспечении простоты конструктивной формы металлобетонных базовых деталей, а также их технологичности в изготовлении, должны быть удовлетворены заданные допуски по основным геометрическим размерам и стабильность их деформативности во времени. Это определяет точность сборки станка и гарантирует удовлетворение технических требований при эксплуатации.
Работы по определению возможности и технико-экономической эффективности применения металлобетонных композитных конструкций базовых деталей начались на станкостроительном заводе «Красный Пролетарий» в 80-е годы прошлого столетия. Эти исследования включали рассмотрение индивидуальных машин с металлобетонными композитными базовыми деталями и элементами. Были разработаны, изготовлены и испытаны ряд базовых деталей и элементов различных станков, как в лабораторных, так и в производственных условиях при длительной промышленной эксплуатации. Во всех случаях основными из выявленных положительных качеств металлобетонных конструкций было заметное улучшение динамических (до 40-60%) и виброаккустических (до 15-20%) характеристик станков, проявляющееся на практике в повышении чистоты обработки деталей на 1-2 пункта, а также весьма существенное снижение себестоимости (до 3-4 раз) и сокращение (до 2-3 раз) сроков изготовления базовых конструкций.
Успешный ход и положительные результаты этих исследований переходить к следующему этапу работ, включающему разработку перспективных концептуальных конструкций металлобетонных базовых деталей (оснований, станин и пр.) современных токарных станков различных типов.
Конструктивное решение любой базовой детали определяется необходимостью соответствовать требованиям по размещению на ней исполнительных, приводных, управляющих и вспомогательных систем станка. Этим в основном устанавливается как форма конструкции, так и места размещения закладных деталей.
Техническая корректировка конструктивной формы базовой детали выполняется по соображениям технологичности конструкции в процессе ее изготовления, при монтаже и эксплуатации станка.
При этом учитываются критериальные особенности выполнения конструкции (во внешней оболочке или без нее, в разборной или закрытой форме-опалубке, с тем или иным видом армирования и пр.), выставке и кантовке изделия при механообработке базовой детали, условия подачи и съема обрабатываемой на станке детали, удобство работающего на станке специалиста и пр. факторы.
Концептуально металлобетонные базовые конструкции токарных станков могут выполняться в виде плитных или балочных оснований, тумб, линейных балочных станин с горизонтальной рабочей поверхностью, массивных линейных станин с наклонной или ломанной фронтальной плоскостью, комбинированных станин сборных или сборно-монолитных, объединенных с основанием и пр.
Нами разработан ряд концептуальных конструктивных решений базовых деталей токарных станков различных типов, выполненных до стадии их конкретного внедрения, исследованных в процессе производства и промышленной эксплуатации, как при индивидуальном, так и при серийном исполнении.
Проведенные работы позволили достаточно достоверно оценить возможности и преимущества применения металлобетонных базовых деталей, их технологическую и экономическую эффективность.
Одновременно были выявлены специфические особенности и сложности, сопровождающие процесс конструктивной разработки, изготовления и механической обработки базовых деталей, продолжительность необходимой выдержки их до обработки и монтажа, условия дизайнерской отделки изделий для обеспечения их улучшенного внешнего вида и качества.
Проведены работы по анализу технологии изготовления базовых деталей на специализированном производственном участке, вписанном в структуру машиностроительного производства, выполнено оснащение этого участка необходимым оборудованием и организовано серийное производство металлобетонных базовых деталей.
Наличие этого производственного участка позволило заводу освоить серийное и мелкосерийное производство металлобетонных базовых деталей высокоточных современных станков, описание которых приводится ниже.
Токарный станок модели МК7130Ф3 патронно-многоцелевой, двухшпиндельный, предназначенный для двухсторонней обработки деталей с их самозагрузкой и выгрузкой, выполнен с композитной металлобетонной трапециевидной в сечении станиной и основанием в виде двух раздельно установленных поперечных оси станка металлобетонных балок. Станок предназначен для токарной комплексной многоцелевой обработки деталей в условиях крупносерийного и массового производства. Особенностью станка являются увеличенная скорость обработки деталей, автоматические режимы самозагрузки со встроенного подающего транспортера, передачи детали со шпинделя на шпиндель с ее поворотом и выгрузки обработанной с двух сторон детали на встроенный отводящий транспортер (Рис. 1).
Высокая мощность и быстроходность главного привода в сочетании с современными приводами подач позволяют получать окончательно обработанную деталь при высокой производительности станка.
Призматическая металлобетонная композитная станина с наклонной фронтальной плоскостью, имеет меньшую высоту и значительно большую жесткость в сравнении со станиной имеющей портальную компоновку, позволяет существенно понизить центры масс подвижных частей (крестовых суппортов, шпинделей и пр.) и приблизить их к демпфирующей массе (бетону), что на порядок снижает значения амплитудных и виброакустических характеристик станка.
Вес суппортов, шпиндельных узлов и приводов работает на прижим к станине, а не на отрыв (как у станков с вертикальной компоновкой).
Улучшается обслуживание станка - более доступно наблюдение и измерение при обработке отверстий и торцевых поверхностей детали. Отсутствуют нависающие над головой наладчика суппорты и др. узлы.
Увеличенная жесткость металлобетонной станины станка снижает требования к качеству фундамента при установке станка в эксплуатационных условиях.
Высокая жесткость металлобетонной станины станка позволила упростить технологическую и монтажную схему сборки станка при его изготовлении, осуществляя поузловой монтаж оборудования раздельно на станине и балках основания станка и лишь после этого соединяя эти укрупненные узлы воедино, за счет чего повышается удобство и улучшаются условия монтажной регулировки узлов при сборке, снижается трудоемкость, сокращаются сроки и повышаются точность сборки и регулировки узлов станка.
Высокая статическая и динамическая жесткость и улучшенные демпфирующие характеристики конструкции станины, а также позитивные особенности компоновочного решения станка позволяют на такой базе создавать унифицированные в разной степени конструкции патронно-центровых и специальных станков различного назначения.
Учитывая большую, чем у серийных станков, индивидуальность технологического назначения и конструктивного исполнения станка подобного типа, что соответственно отражается на их количественной потребности, были проанализированы различные возможности конструктивного решения станин для этих станков с учетом наиболее эффективных и экономичных приемов их технологического исполнения.
При этом установлено, что наиболее целесообразным является отказ от изготовления форм-оснастки для возможности многократного повторного изготовления станин подобного типа и переход к индивидуальным сварным стальным несъемным формам, которые после бетонирования конструкции выполняют функции внешней металлической обечайки конструкции, участвующей совместно с бетоном в работе по восприятию рабочих усилий и активно воспринимающих фибровые напряжения в сечениях станины.
Рассматриваемая металлобетонная станина изготовляется в виде заполненной специальным бетоном призматической оболочки, выполненной как металлический корытообразный сварной каркас, образованный по различным граням призмы из листового металла различной толщины. В зоне размещения направляющих качения по внешней поверхности станины установлен лист из Ст. 3 толщиной 30 мм, по остальным продольным поверхностям станины установлен лист из Ст. 3 толщиной 4 мм. Для повышения крутильной жесткости конструкции по торцевым поверхностям установлены листы Ст. 3 толщиной 8 мм.
Расход металла на композитную металлобетонную станину станка составляет 753 кг. (Экономия металла по сравнению со сварной металлической составляет 835 кг и чугунной - 1125 кг).
По нижней поверхности призмы-станины установлены две стальных полосы, к которым крепятся опорные балки станины, являющиеся основанием станка.
Опорные балки станины выполнены как композитные металлобетонные элементы в виде сварной металлической листовой оболочки из СТ.З по всем шести граням конструкции, которая заполнена специальным бетоном. Листы оболочки по верхней и нижней поверхностям элемента имеют толщину 20 мм, по боковым и торцевым граням листы выполнены толщиной 6 мм.
В одном из торцевых листов элемента прорезано отверстие диаметром 150 мм, через которое в вертикальном положении элемент заполняется бетоном того же состава, что и использованный при бетонировании станины.
Расход металла на одну балку 150 кг, на комплект из двух балок - 300 кг. Экономия металла при сравнении с двумя чугунными прототипами составляет около 500 кг.
Экономия металла при использовании металлобетонной станины с комплектом балок составляет по сравнению с чугунным прототипом - 1625 кг.
Расход бетона на станину составляет 0,631 м3 и на две опорных балки - 0,464 м3.
Полная масса сталебетонной станины с комплектом балок равна 2629 кг, при массе металлической станины - прототипа 2358 кг.
Испытания станков модели МК7130Ф3 наряду с проверкой их соответствия паспортным характеристикам включали исследования по твердому точению деталей из закаленных сталей.
Результаты проверки паспортных характеристик станков установили, что почти по всем параметрам они оказываются несколько улучшенными по сравнению с требованиями технического задания на станок.
Положительные результаты были получены также в процессе исследования возможности выполнения твердого точения дисков и деталей сложного профиля из закаленных сталей. Точение диска выполнялось с проверкой характеристик резания на двух этапах: при точении торца и точении цилиндра.
В процессе точения торца скорость резания V=150 м/мин; подача S = 0,1 мм/об, глубина резания t = 0,1 мм. Полученная шероховатость обработанной поверхности в центре Ra - 0,3 мкм, что соответствует 9 классу; в середине радиуса - Ra -0,3 мкм - 9 класс; у края торца - Ra - 0,2 мкм - 9 класс.
При точении цилиндра скорость резания принималась V= 150 м/мин, подача S=0,1 мм/об .глубина резания t = 0,1 мм. Полученная шероховатость обработанной поверхности Ra - 0,3 мкм - 9 класс. Некруглость обработанной поверхности составила 4,6 мкм.
Эти данные полученные при измерениях выполненных заводской лабораторией ОАО «Красный Пролетарий» характеризуют высокое качество станка и его соответствие уровню современного станкостроения, что проявилось в выпуске малой серии токарных станков данной модели.
Станок токарный с ЧПУ модели МК6801Ф3 на металлобетонной композитной базовой детали благодаря наличию многопозиционных инструментальных головок и широкому диапазону изменяющихся скоростей вращения шпинделя, предназначен для исполнения большого количества универсальных операций по точению деталей со сложным наружным и внутренним профилями и, в том числе, при твердой обработке закаленных деталей. (Рис. 2)
Концептуальная конструкция станины станка имеет традиционную схему и выполнена в виде сплошной металлобетонной балки, конструктивно включающей основание станка и его станину, по верху которой установлены горизонтальные металлические направляющие, а в сечении устроены сквозные отверстия и ниши для отвода стружки и охлаждающей жидкости, изолированые по поверхностям тонколистовым металлическим покрытием для защиты от механического и коррозионного воздействия силовых и химически агрессивных факторов. (Рис. 3).
Жесткость металлобетонного композитного основания и его виброустойчивость, компоновка и оснащение станка совершенной инструментальной головкой и современным режущим и вспомогательным инструментом позволяет использовать предлагаемый токарный станок во многих технологических процессах в качестве альтернативы шлифованию и хонингованию, и получать соответствующее качество обработки. Высокая динамическая жесткость базовой детали повышает класс точности станка с П на В, виброустойчивость при резании и более чем на одну треть увеличивает стойкость инструмента.
В процессе испытания станков модели МК6801Ф3 с металлобетонными станинами проводилась проверка соответствия фактических параметров станка паспортным данным и техническим условиям. Одновременно выявлялась возможность использования станка для твердого точения деталей, выполненных из закаленных сталей.
Проверка паспортных характеристик станка установила соответствие фактических параметров требованиям технического задания на станок, а по ряду характеристик значительное их превышение.
Проверка на возможность использования станка для твердого точения закаленных сталей производилась на большом количестве таких образцов как диски, валы, внутреннее и наружное кольца подшипника и др. Эти работы проводились как заводской лабораторией, так и специализированным Инженерно-технологическим центром «ТЕХНОПОЛИС». При исследованиях на таких сталях как: ШХ15СГ (твердость 61 HRc), 40Х (твердость 51 HRc), и др. (протокол испытаний от 06.12.2005 года) была получена на различных поверхностях обрабатываемых деталей при скоростях резания от 150 до 300 мин \ оборотах шпинделя от 375 до 800 мин \ глубиной резания от 0,1-0,2 мм, с подачей 0,1-0,2 мм/об, чистота обработанной поверхности определяемая шероховатостью Ra от 0,15-0,16 (9 и 10 классы чистоты обработки). При этом некруглость обработки цилиндрических поверхностей составляла 0,89 мкм до 8,7 мкм.
При проверке стандартных показателей некруглости обработанной цилиндрической поверхности изделия для токарных станков, выполняемой алмазными резцами на деталях из латуни они были равны 0,5 мкм при чистоте Ra - 0,1 мкм. (Рис. 4).
Станки модели МК 6801Ф3 неоднократно были представлены на различных российских и международных выставках, сертифицированы (сертификат соответствия РОСС RU. 0001. 1 ШМОЗ, №7553563), пользуются все более расширяющимся спросом и поэтому сейчас ОАО «КП» организовано их серийное производство.
Опытом разработки и изготовления серии станков модели МК6801Ф3 определено, что работы по монтажу станка могут проводиться уже после 20-дневной выдержки изделия в нормальных температурно-влажностных условиях после изготовления. При этом выявлено, что изменения величины деформаций конструкции, связанные с продолжающимся набором прочности бетона металлобетонной базовой детали, настолько незначительны, что не могут повлиять на заданные характеристики точности контактных поверхностей и положение закладных деталей, поскольку образовавшийся скелет кристаллических сростков в бетонном массиве создает достаточно жесткую и стабильную структуру, фиксирующую заданное деформированное состояние.
Для определения стабильности деформаций металлобетонной станины станка модели МК6801Ф3 проводились проверки прямолинейности направляющих в горизонтальной и вертикальной плоскостях после трех лет интенсивной промышленной эксплуатации станка. В результате 13 замеров на длине 600 мм, выполненных автокалиматором, зеркало которого установлено на каретке станка, установлено, что прямолинейность в горизонтальной плоскости составляла 1,5 мкм и 2 мкм в вертикальной плоскости, что соответствует параметрам точности прецизионного станка.
Станок особо высокой точности с УЧПУ модели МК6510Ф4 с моноблочной металлобетонной композитной станиной с открытыми внешними поверхностями предназначен для комплексной прецизионной обработки деталей из сталей (в том числе закаленных) и чугунов, а также цветных металлов и сплавов (Рис. 6).
На станке могут обрабатываться детали кругового или некруглого сечений, причем возможно также выполнение фрезерных, сверлильных и расточных операций вращающимся инструментом.
Улучшенные демпфирующие характеристики металлобетонной станины станка обеспечивают заданные точностные параметры оборудования за счет ограничения динамических и виброаккустических колебаний при всех силовых воздействиях в процессе резания и возмущающих частотах вращения детали или инструмента.
Линейные направляющие качения с малым коэффициентом трения и увеличенной жесткостью за счет надежной анкеровки в бетонном массиве станины чугунных планок, на которых они фиксируются, обеспечивают высокие точностные и качественные характеристики станка, что в свою очередь сказывается на точности обработки изделий на станке и увеличенном сроке службы инструмента.
Возможность выполнения финишной обработки деталей с достижением высочайшей чистоты обработки поверхности изделий позволяет исключить шлифование, а для некоторых материалов и притирку поверхностей. Для технологического обеспечения этого в конструкции станка применены абсолютные датчики положения, облегчающие позиционирование по осям и (по заказу) измерительным устройством, производства фирмы Renishaw.
Концептуальная конструкция моноблочной композитной металлобетонной станины токарного станка представляет собой массивный кубообразный моноблок размерами в плане 1100x1250 мм и высотой 800 мм (Рис. 7).
По верхней поверхности станины в центре устроены два отверстия для отвода стружки, которая собирается в специальном ящике, устанавливаемом в нише, образованной в нижней части моноблока. Поверхности отверстий для отвода стружки и ниши покрыты несъемной металлической обечайкой жестко заанкеренной в бетонном массиве. Там же попарно крестообразно расположены чугунные планки направляющих надежно заанкеренные в бетоне при помощи ввертных анкеров из стержневой арматурной стали. Бетонная часть верхней поверхности станины покрывается полимерным покрытием, изготовленным на основе эпоксидных смол.
Для размещения проводов, кабелей и гидроразводящих трубопроводов в теле станины предусмотрены, оставляемые в бетоне, пластиковые прямоугольные каналообразователи, которые выходят в прямоугольную нишу, с трех сторон обрамляющую станину по боковым поверхностям. В нише устанавливаются пластмассовые кондукторные фиксаторы, в которых раскреплены провода, кабели и трубы.
После механообработки закладных деталей проводилась проверка точности направляющих, которая определила полное соответствие параметров чугунных и металлобетонных станин по размерам, допускам и чистоте поверхности, а также показала, что показатели длительной стабильности во времени (в течении двух месяцев измерений), выражаемые микронами, в ряде случаев оказались выше у маталлобетонных базовых деталей. Это позволило передать конструкцию для последующего монтажа станка.
Проверка точностных показателей токарного станка, характеризуемых некруглостью обрабатываемой алмазным резцом латунной цилиндрической детали составила 0,5 мкм при чистоте обрабатываемой поверхности соответствующей 11 классу.
Станки модели МК6510Ф4 неоднократно экспонировались на отечественных и международных выставках, сертифицированы (сертификат соответствия РОСС Ru. ММ03. В02930 №7553422) и выпускаются малой серией по заказам различных предприятий.
Токарный станок модели МК7702 с массивной металлобетонной композитной базовой конструкцией предназначен для токарной или многоцелевой высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения с профилем различной сложности (Рис. 7).
При оснащении станка револьверными головками с вращающимся инструментом имеется возможность выполнения фрезерных, сверлильных и расточных операций. При оснащении станка противошпинделем может производиться двухсторонняя полная обработка детали.
Массивная монолитная базовая деталь станка совмещает функции основания станка и станины, используемой для размещения исполнительных, приводных, управляющих и вспомогательных узлов станка. По конструкции она имеет фронтальную плоскость наполовину наклонную и наполовину горизонтальную, за счет чего улучшены условия обзорности детали при ее обработке и обеспечены нормальные условия отвода стружки и охлаждающей жидкости. Подобное исполнение станины способствует созданию машины многофункционального исполнения. Станина представляет собой линейный бетонный призматический элемент, на верхней и одной из боковых граней которого размещены жестко заделанные в бетон планки направляющих, опорные плиты и платики для фиксации исполнительного оборудования станка.
Определение точностных показателей станка выполнялось при обработке алмазным резцом цилиндрической латунной детали. При этом некруглость детали составляла 0,96 мкм при чистоте поверхности соответствующей 10 классу.
Станок модели МК7702Ф3 неоднократно представлялся на отечественных и международных выставках, сертифицирован (сертификат соответствия РОСС Ru. ММ03.А02222 №6614762) и по заказам потребителей производится в виде малой серии.
Необходимость создания металлообрабатывающих станков высочайшей точности ставит перед машиностроителями задачу максимально возможного снижения колебательных воздействий на систему инструмент-деталь не только за счет повышения жесткостных параметров системы, но и за счет использования материалов, сочетающих эти показатели с высокой демпфирующей способностью.
При анализе оптимальных конструктивных решений и материалов для изготовления металлобетонных базовых деталей было обращено серьезное внимание на такие динамические характеристики, как способность эффективно рассеивать энергию механических колебаний, которая характеризуется логарифмическим декрементом затухания колебаний.
Определение демпфирующих характеристик материала конструкции производится при прямых измерениях амплитуд колебаний конструкции, изменяющихся во времени и оцениваемых по величине изменения амплитуды колебаний в сек. Показатели демпфирующих свойств различных материалов, полученные при испытании однотипных брусков по идентичной методике импульсных возбуждений нагрузки, приведены в табл.1.
Сравнительные исследования динамических характеристик токарных станков с металлобетонными станинами позволили выявить существенные преимущества этих конструкций в сравнении с чугунными и металлическими сварными прототипами по уменьшению колебаний конструкции, возникающих как при работе машин, так и передаваемых на станочное оборудование от внешних факторов.
Это необходимо для обеспечения долговечности самих конструкций, снижения вредных воздействий, увеличивающих износ элементов станочного оборудования, снижающих потребительские свойства станков за счет ухудшения показателей точности и повышения износа режущего инструмента.
Одновременно снижение уровней вибрации и виброакустических параметров конструкций особенно важно для ликвидации вредного воздействия колебаний и шума на людей, обслуживающих оборудование. За счет улучшения процесса демпфирования колебаний возможно не только достижение пониженного уровня колебательных и шумовых влияний на работающий персонал, но и смещение порога ультразвуковых воздействий на организм человека.
Целью исследований было выявление динамических характеристик материала металлобетонных базовых конструкций токарных станков, а также оценка конструктивных динамических параметров элементов станка в процессе точения.
Заводской лабораторией ОАО «КП» были проведены программные испытания для определения демпфирующей способности станин различных станков, таких как МК6510Ф4, МК7130Ф3, МК6801Ф3 и круглошлифовального станка фирмы «Штудер», выполненных соответственно из чугуна, металлобетоной с внешней металлической обечайкой, металлобетонной с открытой внешней поверхностью бетона и полимербетонной (гранитан).
Станок МК6510Ф4 (чугунная станина)
В шести точках станины время затухания колебаний изменялось от 53 до 84 м/с. Полученное среднее арифметическое значение составило 68 м/с. При замерах, в местах, приближающихся к центральному сечению станины время затухания колебаний возрастает. Коэффициент, пропорциональный логарифмическому декременту затухания колебаний при этом изменялся от 29,3 до 38. Среднее арифметическое значение этого коэффициента равнялось 36,6.
Станок МК6510Ф4 (металлобетонная станина)
Время затухания колебаний при ударе по станине составило 27 м/с.
Коэффициент, пропорциональный логарифмическому коэффициенту затухания колебаний равен 112.
Таким образом, время затухания колебаний металлобетонной станины меньше, чем у чугунной станины в 2,5 раза, а коэффициент, пропорциональный логарифмическому коэффициенту затухания в 3 раза больше.
Станок МК7130Ф3 (металлобетон с внешней металлической обечайкой)
В четырех точках измерения время затухания колебаний изменялось от 22 до 30 м/с. Среднеарифметическое значение временного фактора - 25 м/с. Коэффициент пропорциональный логарифмическому декременту затухания колебаний изменялся от 92,3 до 136. Среднеарифметическое значение - 115.
Круглошлифовальный станок фирмы Studer (гранитан)
Измеренное время затухания колебаний на станине составило 22 м/с, а коэффициент пропорциональный логарифмическому декременту затухания колебаний - 133. Результаты сравнительных измерений приведены в табл. 2.
Таким образом, по результатам проведенного исследования, определено, что чугунная станина станка МК6510Ф4 уступает станинам станков моделей МК7130Ф3, МК6801Ф3 и станку фирмы «Штуцер» почти в 3 раза по времени затухания колебаний и почти в 4 раза по характеристикам логарифмического декремента затухания колебаний.
В то же время между неметаллическими станинами всех типов разница, как по времени затухания колебаний, так и по характеристикам логарифмического декремента затухания колебаний практически находится в пределах точности измерений при испытании (8-10%), что свидетельствует об идентичности конструкций в части их динамических характеристик.
Выводы:
С.И. Ветров, М.И. Браиловский, А.М. Скрипкин, В.А. Головастов
Журнал «Главный механик», № 8, 2008 г.
