Minkälaista tasapainotusluokkaa suurnopeuskarat vaativat?

G2.5 on yleisin teräslaatu työstökoneiden karan kierroslukuun asti, noin 20 000 rpm. Yli 20 000 rpm:n kierroslukuun asti toimiville karan kierrosluokille (HSC-työstö) suositellaan laatua G1.0 tai G0.4. Tiukempi teräslaatu vähentää keskipakoisvoimaa ja parantaa pinnanlaatua.

Miten karan epätasapaino vaikuttaa pinnanlaatuun?

Epätasapaino luo keskipakovoiman, joka taivuttaa työkalua. Tämä taipuma näkyy aaltoiluna työkappaleen pinnalla. Suurilla karanopeuksilla jo muutaman g·mm:n epätasapaino voi aiheuttaa mikronitason työkalun taipuman, mikä heikentää pinnanlaatua useita Ra-luokkia.

Pitäisikö työkalunpidin tasapainottaa asennettuna olevan työkalun kanssa?

Kyllä, parhaiden tulosten saavuttamiseksi koko kokoonpano (työkalunpidin + työkalu + kiinnitysnuppi + holkki + leikkuri) tulee tasapainottaa yhdessä. Jokainen komponentti lisää oman epätasapainonsa, ja kokonaissumma määrittää todellisen värähtelyn leikkauksen aikana.

Mitä eroa on HSK- ja BT-työkalunpitimillä tasapainotuksessa?

HSK-teränpitimissä on ontto kartiomainen varsi, joka koskettaa pintaa, mikä tarjoaa paremman säteittäisen jäykkyyden ja toistettavuuden kuin BT (7/24-kartio). HSK-terää suositaan suurnopeussovelluksissa, koska sen kaksoiskosketus vähentää heittoa ja tekee tasapainosta toistettavamman työkalunvaihtojen välillä.

Miten mittaan karan epätasapainon?

Karan epätasapaino mitataan karan laakereiden lähelle asennetuilla tärinäantureilla karan käydessä. Kannettava tasapainotuslaite (kuten Vibromera Balanset) mittaa 1× tärinän amplitudin ja vaiheen ja laskee sitten tarvittavan korjausmassan ja -kulman.

Ilmainen suunnittelutyökalu

Konetyökalun karan epätasapainolaskuri

Laske sallittu karan ja työkalunpitimen epätasapaino, epäkeskisyys (nm), keskipakoisvoima ja vastaava työkalun taipuma standardin ISO 21940 mukaisesti.

ISO 21940-11 HSK / BT / CAT G0.4–G2.5

Tulokset

Sallittu epätasapaino

—

Epäkeskisyys

—

Keskipakoisvoima

—

Ekvivalenttityökalun taipuman arvio

—

Kulmanopeus ω

—

Sallittu karan epätasapaino (ISO 21940)

G — tasapainon laatuluokka (mm/s)
m — karan + työkalunpitimen kokoonpanon massa (kg)
ω = 2π·n/60 — kulmanopeus (rad/s)

Epäkeskisyys (ominaisepätasapaino)

Nopeampien karojen kohdalla epäkeskisyys ilmaistaan usein nanometreinä (1 μm = 1000 nm).

Keskipakoisvoima ja työkalun taipuma

Epätasapainosta johtuva keskipakoisvoima vaikuttaa karan laakereihin aiheuttaen taipuman työkalun kärjessä. Taipuman arvioinnissa käytetään yksinkertaistettua karan jäykkyysmallia (≈ 20 N/μm tyypillinen HSK-63:lle).

Työstökoneiden tasapainotusluokat

Luokka	Hakemus	Tyypillinen nopeus
G0.4	Erittäin tarkka hionta, optinen	> 60 000 kierrosta minuutissa
G1.0	Hiomakoneet, suurnopeusjyrsintä	15 000–40 000 kierrosta minuutissa
G2.5	Yleiset työstökeskukset, sorvit	5 000–24 000 kierrosta minuutissa

Käytännön esimerkki

Esimerkki — HSK-63-työkalunpidin nopeudella 24 000 rpm

Annettu: Massa = 2 kg, nopeus = 24 000 RPM, luokka = G2.5

ω = 2π × 24000 / 60 = 2 513,3 rad/s

U_per = 2,5 × 2 × 1000 / 2513,3 = 1,99 g·mm

e_per = 2,5 × 1000 / 2513,3 = 0,995 μm = 995 nm

F = 1,99 / 1e6 × 2513,3² = 12,6 N

⚠️ Huomautus: Työkalun taipuman arviossa käytetään yksinkertaistettua jäykkyysmallia. Todellinen taipuma riippuu laakerin esijännityksestä, karan rakenteesta, työkalun ulkonemasta ja kiinnityksestä. Käytä tätä vain suuntaa antavana arviona.