CNC spindli tasakaalustamine ja tööriistahoidiku tasakaalustamine
Masinameistri abivahend spindli kohapealseks tasakaalustamiseks ja tööriistahoidiku korrigeerimiseks – alates kontrollimisest, kas tasakaalustamatus on tegelikult probleem, kuni tulemuse vastavuse kontrollimiseni ISO standarditele. Hõlmab frees-, trei- ja lihvimisspindleid.
Tasakaalustamata spindli tegelik hind
12 000 p/min pöörlev spindel teeb 200 pööret sekundis. Kui massikese on pöörlemisteljest vaid 5 mikroni võrra nihutatud, siis tekkiv tsentrifugaaljõud tabab laagreid 200 korda sekundis – ja see jõud kasvab kiiruse ruuduga. Kahekordne p/min, neljakordne jõud. See ei ole metafoor; see on füüsika, mis juhib iga spindlit igas CNC-masinas.
Mõjud ilmnevad kiiresti ja mõõdetavalt:
Laineline, värisemisjäljed, tahumine. Detailide puhul, mille Ra peaks olema 0,4 µm, on Ra 0,6 µm või halvem.
Vibratsioon põhjustab karbiidist servadel mikrotäkkeid. Tööriistad, mis peaksid vastu pidama 60 minutit, kestavad 20–30 minutit.
Täppisnurkkontaktide komplektid (P4/P2 klass) + tööjõukulud + 1–4 nädalat masina seisakut.
Kõige kallim kaotus on spindlilaagrid. Tüüpiline täppis-dupleks- või triplekslaagrite komplekt 12 000+ p/min spindlile maksab ainuüksi osade eest 2000–6000 eurot. Lisage tööjõud, joondamine, sissetöötamine ja masina seisakud – kogusumma ulatub sageli 8000–25 000 euroni. Ja laagrid ei riku mitte ülekoormuse, vaid tasakaalustamatuse tekitatud tsüklilise löökkoormuse tõttu. Iga pööre, iga löök, iga tund, mil masin töötab.
Kõige kallim tagajärg pole mitte laager, vaid praak. Spindli vibratsioon, mis ületab lubatud vibratsiooni 0,5 mm/s, võib küll toota detaile, mis näevad küll head välja, aga ei läbi mõõtmete kontrolli. Kui see avastatakse pärast 200 detaili valmistamist 20 asemel, siis on kaotatud 10 korda rohkem materjali ja masinaaega.
ISO tasakaalustusastmed: millise eesmärgi poole püüelda
Enne tasakaalustuspingi ostmist määratle, mida "tasakaalustatud" sinu spindli jaoks tähendab. Vastus sõltub kiirusest, laagriklassist ja sellest, mida sa töötled.
Tasakaalustusastmed (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Tasakaalu kvaliteeti väljendatakse astmena G (mm/s) – jääkmassikeskme nihke lubatud kiirus töökiirusel. Väiksem G = väiksem tolerants = vähem vibratsiooni.
| Hinne | Taotlus | Tüüpiline CNC kasutusala |
|---|---|---|
| G 6.3 | Üldised tööstuslikud võllid, rihmarattad, pumbad | Spindlite jaoks harva piisav – marginaalne ainult madalatel pööretel |
| G 2.5 | Elektrimootorid, standardsed masinaspindlid | Enamik CNC freesimis- ja treimiskeskusi pöörleb alla 12 000 p/min |
| G 1.0 | Täppisrootorid, kiired masinad | HSC freespingid üle 12 000 p/min, täppistreipingid |
| G 0.4 | Ülitäpsed rootorid | Lihvspindlid, šabloonpuurpingid, ülikiire töötlemine |
Tolerantsi arvutamine
Lubatud jääktasakaalutus \(U_{\mathrm{per}}\) (g·mm) arvutatakse rootori massi ja töökiiruse põhjal:
Näide: 20 kg spindel kiirusel 10 000 p/min, klass G 2.5:
\(U_{\mathrm{per}}\) = 9549 × 2,5 × 20 / 10 000 = 47,7 g·mm
See on samaväärne 0,48 g-ga 100 mm raadiuses – vähem kui pool grammi.
G 1.0 juures langeb sama spindli väärtus 19,1 g·mm — umbes 0,2 g 100 mm juures. 24 000 p/min juures on tolerants veelgi 4 korda väiksem.
Spindlite puhul, mille pöörlemiskiirus on üle 15 000 p/min, muutuvad numbrid väga väikeseks. 5 kg kaaluva tööriistahoidiku tolerants kiirusel 20 000 p/min ja vahekaugusel G 2,5 on vaid... 5,97 g·mm — metallitükk. Seepärast on kiireks töötlemiseks vaja nii spindlit kui ka ja Tööriistahoidiku tasakaalustamine eraldi etappidena.
Spindli tasakaalustamine kohapeal — samm-sammult
In-situ tähendab "kohapealset" – spindl jääb masinasse ja töötab oma laagrites. See on CNC-spindlite standardmeetod, kuna see salvestab kõik, mis vibratsiooni mõjutab: ajamit, laagreid, kinnitust, termilist olekut ja tegelikku töökiirust. Tasakaalustusmasina laagritel mõõdetud töökojas tasakaalustatud spindlid vibreerivad sageli pärast uuesti paigaldamist, kuna tingimused on erinevad.
Varustus: Balanset-1A kaasaskantav tasakaaluliikur, sülearvuti, kiirendusmõõtur, lasertahhomeeter, prooviraskused, korrektsioonraskused või kinnituskruvid, mõõdulint (viske kontrollimiseks).
Eelkontroll: kas tegemist on tegelikult tasakaalutusega?
Enne tasakaalustamist veenduge, et tasakaalustamatus on domineeriv vibratsiooniallikas. Kaks kiiret kontrolli:
Väljavoolu kontroll. Paigaldage spindli koonuse vastu indikaator ja pöörake seda käsitsi. Koonuse vise peaks olema masinaehitaja spetsifikatsiooni piires – tavaliselt < 0,002 mm HSK puhul, < 0,005 mm BT/CAT puhul. Kui vise on spetsifikatsioonist väljas, on koonus kahjustatud või saastunud. Puhastage see kõigepealt.
FFT-spekter. Laske spindlil töötada töökiirusel ja jäädvustage vibratsioonispekter Balanset-1A abil. Domineeriv piik 1× p/min juures = tasakaalustamatus. Tugev energia 2× p/min juures = joondusviga. Piigid laagri defekti sagedustel (BPFO, BPFI) = laagri kahjustus. Tasakaalustamine parandab ainult 1× komponenti. Kui näete teisi domineerivaid sagedusi, tegelege nendega kõigepealt.
Paigaldage andur ja tahhomeeter
Paigaldage kiirendusmõõtur spindli korpusele võimalikult esilaagri lähedale. Kasutage magnetilist kinnitust (eelistatav) või mittemagnetiliste korpuste puhul naastudega kinnitust. Andur peab olema jäigalt ühendatud – igasugune lõtvus põhjustab mõõtmisvea.
Kinnitage helkurlint pöörlevale pinnale, mis on lasertahhomeetrile nähtav. CNC-spindlite puhul töötab sageli tööriistahoidiku äärik või veotiisli ots. Asetage tahhomeeter magnetilisele alusele nii, et see oleks selgelt nähtav. Enne jätkamist veenduge, et pöörete arv oleks stabiilne.
Ühendage mõlemad Balanset-1A seadmega, USB sülearvutiga ja käivitage tarkvara.
Kolmekordne tasakaalustamine: esialgne → katse → parandus
1. jooks – algtase. Käivitage spindli töökiirus (või kiirus, mille puhul vibratsioon on kõrgeim). Salvestage vibratsiooni amplituud ja faas. See on teie "enne" number.
2. jooks – proovikaal. Peatage spindl. Paigaldage teadaolev prooviraskus ligipääsetavasse kohta – spindli äärikul olevasse keermestatud tasakaalustusavasse või tasakaalustusvõlli külge magnetiline raskus. Käivitage spindl ja registreerige uus vibratsioonivektor. Amplituud või faas peab muutuma vähemalt 20–30% võrra baasjoonest. Kui mitte, suurendage prooviraskust või liigutage see suuremale raadiusele.
Arvutus. Balanset-1A tarkvara arvutab kahe andmepunkti põhjal korrektsioonimassi ja -nurga. Tulemuse näide: ""14,2 g temperatuuril 237°"" — see tähendab, et vajate 14,2 grammi korrektsiooni 237° nurga all prooviraskuse asendist pöörlemissuunas.
Rakenda parandus ja kinnita
Eemaldage proovikaal. Paigaldage arvutatud korrektsioon ühel järgmistest meetoditest:
Kinnituskruvid — kõige levinum CNC-spindlite puhul, millel on äärikus või ninarõngas spetsiaalsed tasakaalustusaugud. Keerake kalibreeritud massid sisse arvutatud nurga all.
Tasakaalustusrõngad — kaks ekstsentrilist rõngast, mis libisevad teineteise vastu. Nende teineteise suhtes pööramine loob netokorrektsioonivektori. Levinud lihvspindlite ja tasakaalustusvõllide puhul.
Materjali eemaldamine — metalli puurimine raskest kohast. Pöördumatu, kuid täpne. Kasutatakse juhul, kui spindlil puuduvad tasakaalustusvõimalused.
3. käik – kontrollimine. Käivitage spindl ja mõõtke jääkvibratsiooni. Standardse CNC-freesspindli puhul kiirusel 12 000 p/min on sihtväärtus allpool. 0,5 mm/s. Täppislihvimiseks allpool 0,1 mm/s. Kui tulemus on sihtmärgist suurem, soovitab tarkvara trimmikorrektsiooni – väikest lisaraskust peenhäälestuseks.
Freesimine, treimine ja lihvimine: spindlispetsiifilised märkused
Prooviraskuse meetod on kõigi spindlitüüpide puhul sama. Muutused on ligipääsu, korrektsioonimeetodi ja soovitud tasakaalustusastme osas.
Freesvõllid
Suur pöörete arv, muutuvad lõikekoormused. Paljudel spindlitel on ninaäärikus sisseehitatud tasakaalustusavad. Üle 15 000 p/min mõjutab tsentrifugaalkoormuse all toimuv koonuse paisumine tööriista istumist – HSK-liidesed toimivad BT/CAT-i omadega paremini tänu kahekordsele kokkupuutele (koonus + pind). Tööriistad on sageli domineeriv tasakaalustamatuse allikas.
Treipingi spindlid
Keerukus: padrun. Rasked liikuvate lõugadega padrunid tekitavad muutuva tasakaalustamatuse, mis sõltub lõugade asendist ja detaili kinnitusjõust. Tasakaalustage spindl paigaldatud padruniga. Paljudel padrunitel on tasakaalustusaugud – kasutage neid. Mitmeteljeliste treipinkide abispindlite puhul on juurdepääs kitsam; planeerige andurite paigutus ette.
Lihvimisspindlid
Kõige kitsamad tolerantsid. Lihvkettad muudavad tasakaalu kulumise käigus. Paljud lihvimismasinad kasutavad automaatseid tasakaalustuspeasid – spindli sees olevaid ekstsentrilisi masse, mis pidevalt kompenseerivad. Kui masinal automaatset tasakaalustust pole, kasutage rattaäärikuid, millel on rõngassoones libisevad raskused, või korrigeerige tasakaalu Balanset-1A ja fikseeritud raskustega.
Tööriistahoidja tasakaalustamine
Üle 8000 p/min saab tööriistahoidikust peamine tasakaalustamatuse allikas. Spindl võib olla ideaalselt tasakaalustatud, kuid vibratsioon on ikkagi vastuvõetamatu, kui tööriistakomplekt ei vasta spetsifikatsioonidele. 20 000+ p/min juures pole see soovitus – see on olukorra füüsika.
Kust tuleb tööriistahoidiku tasakaalustamatus?
Asümmeetriline disain. Weldoni tasapinnad, külgkinnitusega kruvid, kiiluaugud ja laastumurdja geomeetriad loovad kõik loomupärase massi asümmeetria. Külgkinnitusega Weldoni hoidik on konstruktsioonilt mõõdetavalt tasakaalust väljas – seda ei olnud kunagi ette nähtud kiirustele üle 5000 p/min.
Tootmise ekstsentrilisus. Koonuse telg ja ava telg ei ole kunagi ideaalselt kontsentrilised. Samuti ei ole ava telg tööriista varrega ideaalselt kontsentriline. Iga liides lisab viske ja massi nihke.
Tsang ja mutter. ER-tsangmutritel on keermest sageli ekstsentrilisus. Suurel kiirusel muutub mutter ise vibratsiooniallikaks. HSC-tööde puhul kasutage täppislihvitud tasakaalustatud mutreid.
Lõikevahend. Ühe soonega otsafreesid, asümmeetrilised lõiketeradega tööriistad ja ekstsentrilise geomeetriaga tööriistad lisavad tasakaalustamatust, mida ükski hoidiku korrektsioon ei suuda kõrvaldada. Nendel tööriistadel on praktiline pöörlemiskiiruse lagi, mida reguleerib nende enda massijaotus.
Tasakaalustusmeetodid
Tasakaalustuskruvid
Hoidiku korpuses olevatesse vastavatesse aukudesse keermestatud erineva massiga kalibreeritud kruvid. Kõige levinum meetod. Paindlik – saate samas hoidikus olevaid erinevaid tööriistu tasakaalustada. Enamikul HSC-hoidikutel on eelnevalt puuritud tasakaalustusaugud.
Ekstsentrilised tasakaalustusrõngad
Kaks rõngast tsentrist väljas oleva massiga. Nende teineteise suhtes pööramine loob igas suunas netokorrektsioonivektori. Kiire reguleerimine, metalli eemaldamist pole vaja. Levinud padrunipadrunite ja modulaarsete tööriistasüsteemide puhul.
Materjali eemaldamine (puurimine)
Pöördumatu – puurige raskest otsast välja mass. Täpne ja püsiv. Praktiline ainult ühe tööriista jaoks mõeldud hoidikute puhul. Ei sobi, kui tööriistu sageli vahetate.
Kahanevate kinnitusdetailidega hoidikud
Loomulikult sümmeetriline – hoidik on jäik silinder ilma kinnitusmehhanismideta. Tavaliselt vajab minimaalset korrektsiooni. Parim valik kiireks lõikamiseks üle 20 000 p/min koos tasakaalustatud tööriistadega.
1. samm: Tasakaalustage paljas spindel kohapeal (Balanset-1A). 2. samm: Tasakaalustage iga tööriistahoidik + tööriistakomplekt vertikaalsel tasakaalustusmasinal. 3. samm: Pärast tasakaalustatud komplekti spindlisse sisestamist kontrollige lõplikku vibratsiooni kohapeal. Kui mõlemad vastavad eraldi spetsifikatsioonidele, on ka kombineeritud tulemus peaaegu alati spetsifikatsioonide piires.
Väliaruanne: HSC freespindli pöörlemiskiirus 24 000 p/min
Lääne-Euroopas asuv lennunduse alltöövõtja töötles alumiiniumkonstruktsioonikomponente 5-teljelisel kiiretoimelisel masinal, millel oli 24 000 p/min otseülekandega spindl. Pärast plaanipärast laagrivahetust läbis spindl masinaehitaja vastuvõtutesti, kuid töökoda märkas kahte asja: kriitiliste pindade pinnaviimistlus oli halvenenud Ra 0,4-lt Ra 0,7 µm-ni ja karbiidist otsafreesid pidasid vastu 25 minutit tavapärase 55 asemel.
Masinaehitaja hooldusmeeskond oli kontrollinud joondust ja laagrite eelkoormust – mõlemad vastasid spetsifikatsioonidele. Probleemiks oli laagrivahetusest jäänud tasakaalustamatus. Uutel laagritel on veidi erinev massijaotus kui vanadel laagritel ja kokkupandud spindl ei olnud enam algse olekuga tasakaalus.
Paigaldasime spindli korpusele Balanset-1A vibratsioonimuunduri, tegime FFT-testi kiirusel 24 000 p/min ja kinnitasime puhast 1× p/min tippu – õpikupärane tasakaalustamatus. Esialgne vibratsioon: esilaagril 4,2 mm/s. Selle kiirusega spindli puhul on sihtväärtus alla 0,5 mm/s (G 1,0).
Üks proovikäivitus, üks parandus — 3,8 g kinnituskruvi, mis on paigaldatud spindli nina tasakaalustusavasse 194° nurga all. Protseduuri koguaeg: 55 minutit koos seadistamisega.
5-teljeline HSC-tsenter — 24 000 p/min otseülekandega spindl
Lennundus- ja kosmosetööstuse alumiiniumi töötlemine. Vibratsioonipiik pärast plaanipärast laagrivahetust. Masinaehitaja vastuvõtukatse läbis, kuid pinnaviimistlus ja tööriista eluiga halvenesid.
Pärast korrigeerimist taastus pinnaviimistlus Ra väärtusele 0,38 µm. Tööriista eluiga pikenes taas 50+ minutini. Töökoda mõõdab nüüd spindli vibratsiooni pärast iga laagri hooldust – see 55-minutiline kontroll hoiab ära nädalatepikkuse tootmise halvenemise.
Kui tasakaalustamine ei lahenda vibratsiooni
Olete protseduuri järginud, paranduse paigaldanud, kuid vibratsioon on endiselt kõrge. Enne kui eeldate, et instrument on vigane, kontrollige neid nelja levinud takistust:
1. Struktuurne resonants. Kui spindli töökiirus langeb kokku masina konstruktsiooni loomuliku sagedusega, võimendub vibratsioon olenemata tasakaalu kvaliteedist. Test: tehke aeglane tõus madalalt pöörlemissageduselt töökiirusele, registreerides samal ajal vibratsiooni. Kui näete teatud pöörlemissagedusel järsku piiki, mis langeb sellest üles- ja allapoole, on see resonants. Lahendus ei ole tasakaalustamine – see on kas töökiiruse muutmine 5–10% võrra, konstruktsiooni jäigastamine või summutuse lisamine.
2. Veotiisli / Belleville'i vedru probleemid. Kui tööriistahoidikut kinnitavad Belleville'i vedrud on väsinud või katki, ei istu tööriist koonuses jäigalt. See tekitab "ujuva" tasakaalustamatuse – see nihkub iga kord, kui kinnituse lahti ja uuesti kinnitate. Vibratsioon muutub töötsüklite vahel juhuslikult. Ükski tasakaalustamine ei suuda kompenseerida mehaanilist sobivust, mida ei saa korrata.
3. Koonuse saastumine. Spindli koonuses olevad laastud, jahutusvedeliku jäägid või mikrokiud takistavad tööriistahoidiku täielikku istumist. Tulemuseks on suur vise ja vibratsioon, mis muutub iga tööriistavahetusega. Puhastage koonust koonusepuhastajaga ja kontrollige Preisi sinisega (kontaktmuster peaks olema kogu ümbermõõdu ulatuses >80%).
4. Kiiluava konventsiooni viga. Kiilu kaudu käiva spindli (vanemad masinad, rihmülekandega spindlid) tasakaalustamisel tuleb järgida poole kiilu konventsiooni: rootor on tasakaalustatud eeldusel, et sellel on pool kiilusoonest, ja vastasosa (rihmaratas, sidur) kannab teist poolt. Kui ühel küljel on täielik kiil ja teisel mitte, on konstruktsioon tasakaalust väljas.
Käivita vabajooksukatse: laske spindlil töökiirusest loomulikult aeglustuda, salvestades samal ajal vibratsiooni vs. p/min. Kui vibratsioon langeb kiirusega sujuvalt → tasakaalustamatus (hea kandidaat tasakaalustamiseks). Kui vibratsioon aeglustuse ajal teatud p/min juures järsult suureneb → resonants. Kui vibratsioon on ebaühtlane ja kordumatu → mehaaniline lõtvus või kinnitusprobleem. Balanset-1A salvestab vabajooksu andmed automaatselt.
Varustus: Balanset-1A spetsifikatsioonid
Ülaltoodud protseduur kasutab Balanset-1A kaasaskantav tasakaalustussüsteem. Spindli töö jaoks olulised tehnilised andmed:
Komplekt sisaldab kahte kiirendusmõõturit, lasertahhomeetrit, helkurteipi, magnetilisi kinnitusi, tarkvara USB-mälupulgal ja kandekotti. Tellimuseta. Korduvaid litsentsitasusid ei ole.
Spindli vibratsioon maksab teile pinnaviimistlust ja tööriista eluiga?
Balanset-1A katab kõik CNC-spindlid kiirusel 100 kuni 100 000 p/min. Üks seade. Ei mingeid korduvaid tasusid. 2-aastane garantii.
Korduma kippuvad küsimused
Arvamised tehtud – mõõtmiseks valmis?
Balanset-1A. Üks seade iga spindli jaoks – CNC-freesist täppislihvijaks. Tarned üle maailma DHL-i kaudu. Tellimust pole vaja.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 
0 kommentaari