Quale grado di equilibratura è richiesto per i mandrini ad alta velocità?

G2.5 è il grado più comune per mandrini di macchine utensili fino a circa 20.000 giri/min. Per mandrini con velocità superiori a 20.000 giri/min (lavorazione HSC), si consiglia G1.0 o G0.4. Il grado più compatto riduce la forza centrifuga e migliora la finitura superficiale.

In che modo lo sbilanciamento del mandrino influisce sulla finitura superficiale?

Lo sbilanciamento crea una forza centrifuga che devia l'utensile. Questa deviazione si manifesta come ondulazione sulla superficie del pezzo. Ad alte velocità del mandrino, anche pochi g·mm di sbilanciamento possono causare una deviazione dell'utensile a livello di micron, degradando la finitura superficiale di diversi gradi Ra.

Devo bilanciare il portautensili con l'utensile installato?

Sì, per ottenere risultati ottimali, l'intero gruppo (portautensile + utensile + manopola di bloccaggio + pinza + fresa) deve essere bilanciato. Ogni componente contribuisce in modo significativo allo sbilanciamento, e il totale determina le vibrazioni effettive durante il taglio.

Qual è la differenza tra i portautensili HSK e BT in termini di bilanciamento?

I portautensili HSK hanno un gambo conico cavo con contatto frontale, che offre una migliore rigidità radiale e ripetibilità rispetto al BT (cono 7/24). L'HSK è preferito per applicazioni ad alta velocità perché il suo doppio contatto riduce l'eccentricità e rende il bilanciamento più ripetibile tra i cambi utensile.

Come si misura lo squilibrio del mandrino?

Lo squilibrio del mandrino viene misurato utilizzando sensori di vibrazione montati in prossimità dei cuscinetti del mandrino mentre quest'ultimo è in funzione. Uno strumento di bilanciamento portatile (come Vibromera Balanset) misura l'ampiezza e la fase della vibrazione pari a 1×, quindi calcola la massa e l'angolo di correzione richiesti.

Strumento di ingegneria gratuito

Calcolatore dello squilibrio del mandrino della macchina utensile

Calcolare lo squilibrio consentito tra mandrino e portautensile, l'eccentricità (nm), la forza centrifuga e la flessione equivalente dell'utensile secondo ISO 21940.

ISO 21940-11 HSK / BT / CAT G0.4 – G2.5

Risultati

Squilibrio consentito

—

Eccentricità

—

Forza centrifuga

—

Stima della deflessione equivalente dell'utensile

—

Velocità angolare ω

—

Squilibrio del mandrino consentito (ISO 21940)

G — grado di qualità dell'equilibrio (mm/s)
m — massa del gruppo mandrino + portautensili (kg)
ω = 2π·n/60 — velocità angolare (rad/s)

Eccentricità (squilibrio specifico)

Per i mandrini ad alta velocità, l'eccentricità è spesso espressa in nanometri (1 μm = 1000 nm).

Forza centrifuga e flessione dell'utensile

La forza centrifuga dovuta allo sbilanciamento agisce sui cuscinetti del mandrino, causando una flessione sulla punta dell'utensile. La stima della flessione utilizza un modello semplificato di rigidezza del mandrino (≈ 20 N/μm tipico per HSK-63).

Gradi di bilanciamento per macchine utensili

Grado	Applicazione	Velocità tipica
G0.4	Rettifica ultra-precisa, ottica	> 60.000 giri/min
G1.0	Rettificatrici, fresatura ad alta velocità	15.000–40.000 giri/min
G2.5	Centri di lavoro generali, torni	5.000–24.000 giri/min

Esempio pratico

Esempio: portautensili HSK-63 a 24.000 giri/min

Dato: Massa = 2 kg, Velocità = 24.000 giri/min, Grado = G2.5

ω = 2π × 24000 / 60 = 2.513,3 rad/s

Tu_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

⚠️ Nota: La stima della flessione dell'utensile utilizza un modello di rigidezza semplificato. La flessione effettiva dipende dal precarico del cuscinetto, dalla progettazione del mandrino, dalla sporgenza dell'utensile e dal serraggio. Utilizzare questo valore solo come guida approssimativa.