Balansiranje CNC vretena i balansiranje držača alata
Referenca za strojara za balansiranje vretena na licu mjesta i korekciju držača alata - od provjere je li neravnoteža zapravo problem do provjere zadovoljava li rezultat ISO ciljeve. Obuhvaća vretena za glodalice, tokarske strojeve i brusilice.
Prava cijena neuravnoteženog vretena
Vreteno koje se okreće brzinom od 12 000 okretaja u minuti napravi 200 okretaja u sekundi. Ako je središte mase pomaknuto za samo 5 mikrona od osi rotacije, rezultirajuća centrifugalna sila udara u ležajeve 200 puta u sekundi - i ta sila raste s kvadratom brzine. Udvostručite okretaje u minuti, učetverostručite silu. Ovo nije metafora; to je fizika koja upravlja svakim vretenom u svakom CNC stroju.
Učinci se pokazuju brzo i na mjerljive načine:
Valovitost, tragovi vibracija, fasetiranje. Dijelovi koji bi trebali biti Ra 0,4 µm mjere Ra 0,6 µm ili lošije.
Vibracije uzrokuju mikrooštećenje karbidnih rubova. Alati koji bi trebali trajati 60 minuta traju 20-30 minuta.
Precizni kutni kontaktni setovi (klasa P4/P2) + rad + 1–4 tjedna zastoja stroja.
Ležajevi vretena su najskuplja žrtva. Tipičan precizni set dupleks ili tripleks ležajeva za vreteno od preko 12 000 okretaja u minuti košta 2 000–6 000 eura samo za dijelove. Dodajte rad, poravnanje, razradu i vrijeme zastoja stroja - ukupno često doseže 8 000–25 000 eura. A ležajevi ne otkazuju zbog preopterećenja, već zbog cikličkog udarnog opterećenja koje stvara neravnoteža. Svaki okret, svaki udar, svaki sat rada stroja.
Najskuplja posljedica nije ležaj - to je otpad. Vreteno koje radi 0,5 mm/s iznad prihvatljive vibracije može proizvesti dijelove koji izgledaju dobro, ali ne prolaze dimenzijske provjere. Ako to otkrijete nakon 200 dijelova umjesto 20, uštedjeli ste 10 puta više materijala i vremena stroja.
ISO ocjene balansiranja: Koji cilj treba postići
Prije nego što uzmete balanser, definirajte što znači "balansirano" za vaše vreteno. Odgovor ovisi o brzini, klasi ležaja i onome što obrađujete.
Stupnjevi ravnoteže (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Kvaliteta ravnoteže izražava se kao ocjena G (mm/s) - dopuštena brzina preostalog pomaka središta mase pri radnoj brzini. Niži G = uža tolerancija = manje vibracija.
| Razred | Primjena | Tipična upotreba CNC-a |
|---|---|---|
| G 6.3 | Opće industrijske osovine, remenice, pumpe | Rijetko dovoljno za vretena - granično samo pri niskim okretajima |
| G 2.5 | Elektromotori, standardna vretena strojeva | Većina CNC tokarskih i glodačkih centara ima ispod 12 000 okretaja u minuti |
| G 1.0 | Precizni rotori, strojevi velike brzine | HSC vretena za glodanje iznad 12 000 okretaja u minuti, precizni tokarilice |
| G 0.4 | Ultraprecizni rotori | Brusilice, koordinatne svrdla, ultrabrza obrada |
Proračun tolerancije
Dopuštena zaostala neravnoteža (U_{\mathrm{per}}) (u g·mm) izračunava se iz mase rotora i radne brzine:
Primjer: Vreteno od 20 kg pri 10.000 okretaja u minuti, razred G 2.5:
\(U_{\mathrm{per}}\) = 9549 × 2,5 × 20 / 10 000 = 47,7 g·mm
To je ekvivalentno 0,48 g na radijusu od 100 mm - manje od pola grama.
Pri G 1.0, isto vreteno pada na 19,1 g·mm — oko 0,2 g na 100 mm. Pri 24 000 okretaja u minuti, tolerancija je još 4× manja.
Za vretena iznad 15 000 okretaja u minuti, brojke postaju vrlo male. Držač alata od 5 kg pri 20 000 okretaja u minuti i G 2,5 ima toleranciju od samo 5,97 g·mm — čestica metala. Zato brza obrada zahtijeva oba vretena and balansiranje držača alata kao odvojenih koraka.
Balansiranje vretena na licu mjesta — korak po korak
In-situ znači "na mjestu" - vreteno ostaje u stroju i okreće se u vlastitim ležajevima. Ovo je standardna metoda za CNC vretena jer bilježi sve što utječe na vibracije: pogon, ležajeve, stezanje, toplinsko stanje i stvarnu radnu brzinu. Vretena balansirana u radionici, mjerena na ležajevima stroja za balansiranje, često vibriraju nakon ponovne ugradnje, jer su uvjeti drugačiji.
Oprema: Balanset-1A prijenosni balanser, prijenosno računalo, akcelerometar, laserski tahometar, probni utezi, korekcijski utezi ili vijci za podešavanje, komparator (za provjeru odstupanja).
Prethodna provjera: Je li to zapravo neravnoteža?
Prije balansiranja, provjerite je li neravnoteža dominantni izvor vibracija. Dvije brze provjere:
Provjera odstupanja. Montirajte komparator na konus vretena i ručno ga okrećite. Odstupanje konusa treba biti unutar specifikacija proizvođača stroja - obično < 0,002 mm za HSK, < 0,005 mm za BT/CAT. Ako je odstupanje izvan specifikacija, konus je oštećen ili kontaminiran. Prvo ga očistite.
FFT spektar. Pokrenite vreteno radnom brzinom i snimite spektar vibracija pomoću Balanset-1A. Dominantni vrh pri 1× RPM = neravnoteža. Jaka energija pri 2× RPM = neusklađenost. Vrhovi na frekvencijama defekta ležaja (BPFO, BPFI) = oštećenje ležaja. Balansiranjem se popravlja samo 1× komponenta. Ako vidite druge dominantne frekvencije, prvo se pozabavite njima.
Ugradite senzor i tahometar
Montirajte akcelerometar na kućište vretena što bliže prednjem ležaju. Za nemagnetska kućišta koristite magnetski nosač (poželjno) ili vijčani nosač. Senzor mora biti čvrsto spojen - svaka labavost dovodi do pogreške u mjerenju.
Pričvrstite reflektirajuću traku na rotirajuću površinu vidljivu laserskom tahometru. Na CNC vretenima često funkcionira prirubnica držača alata ili kraj vučne ručke. Postavite tahometar na magnetski stalak s jasnom linijom vidljivosti. Prije nego što nastavite, provjerite stabilno očitanje okretaja u minuti.
Spojite oboje na Balanset-1A uređaj, USB na prijenosno računalo i pokrenite softver.
Balansiranje u tri ciklusa: početno → probno → korekcijsko
Izvođenje 1 — Osnovna linija. Pokrenite vreteno radnom brzinom (ili brzinom pri kojoj su vibracije najveće). Zabilježite amplitudu i fazu vibracija. To je vaš broj "prije".
Trčanje 2 — Probna težina. Zaustavite vreteno. Postavite poznati probni uteg na pristupačno mjesto - navojni otvor za balansiranje na prirubnici vretena ili magnetski uteg na osovinu za balansiranje. Pokrenite vreteno i zabilježite novi vektor vibracija. Amplituda ili faza moraju se promijeniti za najmanje 20–30% od osnovne vrijednosti. Ako ne, povećajte probni uteg ili ga pomaknite na veći radijus.
Izračun. Softver Balanset-1A izračunava korekcijsku masu i kut iz dvije podatkovne točke. Primjer rezultata: ""14,2 g na 237°"" — što znači da vam je potrebno 14,2 grama korekcije pod kutom od 237° od položaja probnog utega, u smjeru rotacije.
Primijeni ispravku i provjeri
Uklonite probni uteg. Instalirajte izračunatu korekciju koristeći jednu od ovih metoda:
Vijci za podešavanje — najčešći za CNC vretena s namjenskim rupama za balansiranje u prirubnici ili nosnom prstenu. Uvrnite kalibrirane mase pod izračunatim kutom.
Balansirajući prstenovi — dva ekscentrična prstena koja klize jedan uz drugi. Njihovo međusobno okretanje stvara neto korekcijski vektor. Uobičajeno na brusnim vretenima i balansirajućim trnovima.
Uklanjanje materijala — bušenje metala na teškom mjestu. Nepovratno, ali precizno. Koristi se kada vreteno nema balansiranje.
Izvođenje 3 — Verifikacija. Pokrenite vreteno, izmjerite preostale vibracije. Za standardno CNC glodajuće vreteno pri 12 000 okretaja u minuti, cilj je ispod 0,5 mm/s. Za precizno brušenje, dolje 0,1 mm/s. Ako je rezultat iznad cilja, softver predlaže korekciju obrezivanja - malu dodatnu težinu za fino podešavanje.
Glodanje, tokarenje i brušenje: Napomene specifične za vreteno
Metoda probne težine ista je za sve vrste vretena. Ono što se mijenja je pristup, metoda korekcije i stupanj uravnoteženja koji ciljate.
Vretena za glodanje
Visoki okretaji u minuti, promjenjiva opterećenja rezanja. Mnoga vretena imaju ugrađene rupe za balansiranje u prirubnici vrha. Iznad 15 000 okretaja u minuti, širenje konusa pod centrifugalnim opterećenjem utječe na dosjed alata - HSK sučelja nadmašuju BT/CAT zbog dvostrukog kontakta (konus + čeona površina). Alat je često dominantan izvor neravnoteže.
Vretena tokarskog stroja
Složenost: stezna glava. Teške stezne glave s pomičnim čeljustima stvaraju varijabilnu neravnotežu ovisno o položaju čeljusti i sili stezanja obratka. Uravnotežite vreteno s ugrađenom steznom glavom. Mnoge stezne glave imaju rupe za balansiranje - koristite ih. Za pomoćna vretena na višeosnim tokarilicama pristup je teži; unaprijed isplanirajte položaj senzora.
Brusilica vretena
Najstrože tolerancije. Brusne ploče mijenjaju ravnotežu kako se troše. Mnogi brusilice koriste automatske glave za balansiranje - ekscentrične mase unutar vretena koje kontinuirano kompenziraju. Ako stroj nema automatski balanser, koristite prirubnice ploča s kliznim utezima u prstenastom utoru ili ispravite s Balanset-1A i fiksnim utezima.
Balaniranje držača alata
Iznad 8000 okretaja u minuti, držač alata postaje primarni izvor neravnoteže. Vreteno može biti savršeno uravnoteženo, a vibracije će i dalje biti neprihvatljive ako sklop alata nije u skladu sa specifikacijama. Pri više od 20 000 okretaja u minuti, ovo nije preporuka - to je fizika situacije.
Odakle dolazi neravnoteža držača alata?
Asimetrični dizajn. Weldon plosnate plohe, vijci s bočnim zaključavanjem, utori za klinove i geometrije lomača strugotine stvaraju inherentnu asimetriju mase. Weldon držač s bočnim vijkom je mjerljivo neuravnotežen po dizajnu - nikada nije bio namijenjen za brzine iznad 5000 okretaja u minuti.
Proizvodnja ekscentričnosti. Os konusa i os provrta nikada nisu savršeno koncentrične. Niti je os provrta savršeno koncentrična s drškom alata. Svako sučelje dodaje odstupanje i pomak mase.
Stezna čahura i matica. ER stezne matice često nose ekscentricitet navoja. Pri velikoj brzini sama matica postaje izvor vibracija. Za HSC radove koristite precizno brušene, uravnotežene matice.
Alat za rezanje. Jednostrane glodalice, asimetrični alati s pločicama i alati s ekscentričnom geometrijom dodaju neravnotežu koju nijedna korekcija držača ne može ukloniti. Ovi alati imaju praktičnu gornju granicu okretaja u minuti koju određuje njihova vlastita raspodjela mase.
Metode uravnoteženja
Balansirajući vijci
Kalibrirani vijci različite mase uvrnuti u namjenske rupe u tijelu držača. Najčešća metoda. Fleksibilno - možete ponovno balansirati za različite alate u istom držaču. Većina HSC držača dolazi s unaprijed izbušenim rupama za balansiranje.
Ekscentrični prstenovi za balansiranje
Dva prstena s masom izvan centra. Njihovo međusobno okretanje stvara neto korekcijski vektor u bilo kojem smjeru. Brzo podešavanje, bez uklanjanja metala. Uobičajeno na steznim glavama i modularnim alatnim sustavima.
Uklanjanje materijala (bušenje)
Nepovratno — izbušite masu na najtežem mjestu. Precizno i trajno. Praktično samo za držače namijenjene jednom alatu. Nije prikladno ako često mijenjate alate.
Držači za termoskupljajuće prianjanje
Prirodno simetričan — držač je čvrsti cilindar bez steznih mehanizama. Obično zahtijeva minimalnu korekciju. Najbolji izbor za HSC iznad 20 000 okretaja u minuti u kombinaciji s uravnoteženim alatima.
Korak 1: Balansirajte golo vreteno na licu mjesta (Balanset-1A). Korak 2: Uravnotežite svaki držač alata + sklop alata na vertikalnom stroju za balansiranje. Korak 3: Nakon umetanja uravnoteženog sklopa u vreteno, provjerite konačne vibracije na licu mjesta. Ako su oba pojedinačno unutar specifikacija, kombinirani rezultat je gotovo uvijek unutar specifikacija.
Izvještaj s terena: Vreteno za HSC glodalicu pri 24.000 okretaja u minuti
Zrakoplovni podizvođač u zapadnoj Europi obrađivao je aluminijske konstrukcijske komponente na 5-osnom HSC centru - stroju s vretenom s izravnim pogonom od 24 000 okretaja u minuti. Nakon planirane zamjene ležaja, vreteno je prošlo primopredajni test proizvođača stroja, ali radionica je primijetila dvije stvari: završna obrada površine na kritičnim stranama degradirala se s Ra 0,4 na Ra 0,7 µm, a glodalice od karbida trajale su 25 minuta umjesto uobičajenih 55.
Servisni tim proizvođača stroja provjerio je poravnanje i prednaprezanje ležaja - oboje je u skladu sa specifikacijama. Problem je bio zaostala neravnoteža od promjene ležaja. Novi ležajevi imaju malo drugačiju raspodjelu mase od starog seta, a ponovno sastavljeno vreteno više nije bilo uravnoteženo u izvornom stanju.
Postavili smo Balanset-1A na kućište vretena, pokrenuli FFT na 24 000 okretaja u minuti i potvrdili čisti vrh od 1× okretaja u minuti - neravnoteža kao udžbenik. Početna vibracija: 4,2 mm/s na prednjem ležaju. Za vreteno pri ovoj brzini, cilj je ispod 0,5 mm/s (G 1,0).
Jedan probni rad, jedna korekcija — vijak za podešavanje od 3,8 g ugrađen pod kutom od 194° u otvor za balansiranje vrha vretena. Ukupno vrijeme postupka: 55 minuta, uključujući postavljanje.
5-osni HSC centar — vreteno s izravnim pogonom od 24 000 o/min
Obrada aluminija u zrakoplovnoj industriji. Nagli porast vibracija nakon planirane zamjene ležaja. Ispitivanje prihvatljivosti proizvođača stroja prošlo je, ali su površina i vijek trajanja alata bili smanjeni.
Nakon korekcije, završna obrada površine vratila se na Ra 0,38 µm. Vijek trajanja alata vratio se na 50+ minuta. Radionica sada mjeri vibracije vretena nakon svakog servisa ležaja - provjera od 55 minuta koja sprječava tjedne smanjene proizvodnje.
Kada balansiranje ne popravlja vibracije
Slijedili ste postupak, instalirali korekciju, a vibracije su i dalje visoke. Prije nego što pretpostavite da instrument nije u redu, provjerite ove četiri uobičajene blokade:
1. Strukturna rezonancija. Ako se radna brzina vretena podudara s prirodnom frekvencijom strukture stroja, vibracije se pojačavaju bez obzira na kvalitetu ravnoteže. Test: napravite sporo povećanje od niske brzine okretaja do radne brzine dok bilježite vibracije. Ako vidite oštar skok pri određenoj brzini okretaja koji se smanjuje iznad i ispod nje, to je rezonancija. Rješenje nije ravnoteža - to je ili promjena radne brzine za 5–10%, ukrućenje strukture ili dodavanje prigušenja.
2. Problemi s vučnom rudom / Belleville oprugom. Ako su Belleville opruge koje stežu držač alata istrošene ili slomljene, alat ne sjedi čvrsto u konusu. To stvara "lebdeću" neravnotežu - pomiče se svaki put kada odvojite i ponovno stegnete. Vibracije se nasumično mijenjaju između prolaza. Nijedna količina balansiranja ne može kompenzirati mehaničko prianjanje koje se ne može ponoviti.
3. Kontaminacija konusa. Strugotine, ostaci rashladne tekućine ili mikroneravnine u konusu vretena sprječavaju potpuno nasjedanje držača alata. Rezultat: veliko odstupanje i vibracije koje se mijenjaju sa svakom izmjenom alata. Očistite konus čistačem konusa i provjerite pruskim plavilom (uzorak kontakta trebao bi biti >80% po obodu).
4. Pogreška konvencije utora za ključ. Prilikom balansiranja vretena koje se pokreće kroz klin (stariji strojevi, vretena s remenskim pogonom), mora se slijediti konvencija pola klina: rotor je balansiran pod pretpostavkom da nosi polovicu utora za klin, a spojni dio (remenica, spojka) nosi drugu polovicu. Ako jedna strana pretpostavlja puni klin, a druga pretpostavlja da nema klina, kombinirani sklop bit će neuravnotežen.
Pokreni ispitivanje kretanja bez kotača: pustite vreteno da prirodno usporava s radne brzine dok bilježite vibracije u odnosu na okretaje u minuti. Ako vibracije glatko padaju s brzinom → neravnoteža (dobar kandidat za balansiranje). Ako vibracije rastu pri određenom broju okretaja u minuti tijekom usporavanja → rezonancija. Ako su vibracije nepravilne i neponovljive → problem s mehaničkom labavošću ili stezanjem. Balanset-1A automatski bilježi podatke o usporavanju.
Oprema: Specifikacije Balanset-1A
Gornji postupak koristi Balanset-1A Prijenosni sustav za balansiranje. Relevantne specifikacije za rad s vretenom:
Komplet uključuje dva akcelerometra, laserski tahometar, reflektirajuću traku, magnetske nosače, softver na USB-u i torbu za nošenje. Nema pretplata. Nema ponavljajućih naknada za licencu.
Vibracije vretena utječu na kvalitetu površine i vijek trajanja alata?
Balanset-1A pokriva svako CNC vreteno od 100 do 100 000 okretaja u minuti. Jedan uređaj. Nema ponavljajućih naknada. 2 godine jamstva.
Često postavljana pitanja
Gotovo s nagađanjem - spremni za mjerenje?
Balanset-1A. Jedan uređaj za svako vreteno — od CNC glodalice do precizne brusilice. Dostava diljem svijeta putem DHL-a. Nema pretplata.
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 komentara