旋盤でのローターバランシング：製品品質向上のための費用対効果の高いソリューション
製品の品質が何よりも重要視される現代の製造業において、 ローターバランシング 技術プロセスにおいて不可欠な要素となります。しかし、専門的なバランス調整装置を購入することは、中小企業にとって多額の費用がかかる場合があります。本記事では、旋盤を ローター バランス調整を行うことで、設備コストを大幅に削減し、生産効率を向上させることができます。
バランシングツールとしての旋盤
旋盤は、その構造と機能により、さまざまな種類・大きさのローターのバランシングに有効に使用できます。この方法の主な利点は、高価な専用設備を購入する必要がないためコストを削減できることです。さらに、ローター製造工程中に旋盤で直接バランシングを行えるため、生産時間を短縮し、製品品質を向上させられます。
バランシングの準備
バランシング・プロセスを開始する前に、いくつかの準備段階を踏む必要がある：
- 適切な旋盤を選ぶ 旋盤は、信頼性の高いローター取り付けと正確な振動測定を保証するために、十分な剛性と精度を備えていなければならない。
- 測定システムの設置 ローターを測定する 振動 旋盤上では、次のようなポータブルバランサー バランセット-1A 使用できます。これには振動センサーや、 タコメーター、およびデータ解析や補正質量の計算を行うためのソフトウェア。
- 主軸自体のアンバランスへの対処： 旋盤の主軸自体をバランシングする必要はありません。チャックだけを装着した状態（ローターは取り外す）で旋盤を運転し、振動ベクトルを記録します。これが主軸とチャックによる基準値です。これがローター測定値に対して無視できない割合を占める場合は、差し引くか、より確実には180°インデックス運転（「マンドレル偏心除去」機能、「F7 - Run Ecc」）を使用してください。この機能により、ローターと一緒に回転しない要素を自動的に分離できます。
- 主軸ではなく、ローターを機械に適合させる： 重要なのは、ローターのアンバランス力が軸受ハウジングで測定可能な応答を生むことです。重く剛性の高い旋盤は、アンバランス1グラム当たりの応答が非常に小さいため、非常に軽いローターでは信号がノイズに埋もれ、非常に重いローターではチャックや軸受の定格荷重を超えるおそれがあります。影響係数を信頼する前に、適切な大きさの試験重りで、明瞭かつ再現性のある振幅・位相変化が得られることを確認してください。
- バランシング前のゴム被覆の振れ確認： ゴム被覆シャフトでは、質量アンバランスと被覆の幾何学的な振れは別の欠陥です。バランシングは1×の力を打ち消しますが、偏心または楕円形の被覆を真円にすることはできません。被覆面にダイヤルゲージを当て、手でシャフトを回してください。全振れが製品公差を超える場合は、同じ旋盤でまず被覆を研削または旋削して同心にし、その後にバランシングします。バランスが取れていても振れが残るシャフトは、振動値がどれほど低くても、ゲージバンド、筋、ニップ圧のばらつきを生じ続けます。
この記事では、私たちの経験と手法について詳しく説明します。 動的なバランス調整 旋盤でのゴム被覆シャフトのバランシングは、機械本来の高い剛性と重量のため、当初は懐疑的だった方法です。しかし、驚くほど円滑に作業を実施でき、G 6.3のバランス品質等級を達成しました（ISO 21940-11（旧ISO 1940-1）).
旋盤でのローターバランシングの理論的プロセス
旋盤でのローターバランシング工程には、以下のステップが含まれる：
ローターの固定
ローターは、旋盤のチャックまたはセンターにしっかりと取り付けられ、バランシング作業中の安定性を確保する。
センサーの設置
各補正面につき振動センサーを1個、主軸台の軸受ハウジングと心押し台または固定振れ止めのハウジングに、できるだけ軸受の近くで半径方向に取り付けます。磁気ベースを用い、清浄な機械加工金属面に設置してください。旋盤のベッド、往復台、ガードには取り付けないでください。そこでは1×信号が減衰し、構造物の振動が支配的になります。 反射テープ をゴム被覆面ではなく金属面（シャフト端面またはチャック）に貼り、レーザータコメーターをこれに垂直に向けます。
初期振動の測定
初期振動レベルは、作業全体で使用する回転速度で測定します。Run 0、試験運転、仕上げ運転Run Tのすべては、同じ速度で行わなければなりません。影響係数は、測定した速度に対してのみ有効だからです。
偏心の考慮（Run 0の直後）
固定具とマンドレル 偏心 は、アンバランスではないベクトルをRun 0の測定値に加えるため、それを補正すると誤りになります。試験重りの後ではなく前に対処してください。Balanset-1Aソフトウェアで「マンドレル偏心除去」にチェックを入れ、Run 0を完了した後、固定具内でローターを180°回転させて「F7 - Run Ecc」を押します。ソフトウェアはベクトル半和を偏心、ベクトル半差を真のアンバランスとして扱い、その後に試験運転を有効にします。補正重りをすでに溶接した後にこれを行うと、計算と作業をやり直すことになります。
試験重りはどの程度の大きさにすべきか？
安全な出発点としては、 遠心力がローター重量の5〜10%に収まる重りを用います。式で表すと：
m試験 = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05〜0.10
ここで、 M はローター質量（kg）で、 g = 9.81 m/s²、 R は重りの取付半径（m）で、 ω = 2π·RPM/60（rad/s）です。例として、50 kgのローターを3,000 rpmで回し、重りの半径R = 0.2 mとすると、m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1.7 g — 数百グラムではなくグラム単位です。50 kgのローターに対しては驚くほど小さく見えますが、力を確認してください。3,000 rpmでは、1.7 gでもすでに F = m·R·ω² ≈ 34 N、すなわちローター重量の約7%の力になります。小さく始めることが重要です。段階的に増やすのは容易ですが、過大な重りは軸受や溶接部に実際の負荷をかけます。この力の確認は、これからボルトで取り付けるあらゆる重りにも逆算で適用できます。
手計算する必要はありません。Balansetソフトウェアには 初回試験重り見積り機能 があり、ローターデータから質量と開始角の両方を推奨します。さらに、 バンプテスト を用いて、固有振動数の近傍で作業していないことを確認できます。
適切な試験重りでは、測定値が 振幅で少なくとも20〜30%、または位相で20〜30°変化します。応答が小さい場合は、重りを段階的に増やしてください。「何か起こるかを見るために」と、いきなり重い重りを使ってはいけません。
試験重りの取り付け
A 試用重量 をローターに取り付け、再び振動を測定します。二面バランシングでは、各面で順に行います。面1に重りを付けた試験運転（Run 1）、次に面2に重りを付けた試験運転（Run 2）を実施し、ソフトウェアが各補正面の影響を個別に測定できるようにします。
補正質量の計算
バランセット-1Aソフトウェアは、測定結果を分析し、必要な補正質量とその配置角度を計算する。
ローター質量の補正
ローターの設計と旋盤の能力に応じて、穴あけ、フライス加工、溶接、その他の方法で質量補正を行うことができる。
バランス検証
補正後、コントロール振動測定を行う。必要なバランスレベルに達するまで、必要に応じてこのプロセスを繰り返す。
実務における動的バランシング
- 回転数： 通常、これらのシャフトの作業回転速度は毎分300〜500回転（rpm）の範囲です。この事例では550 rpmでバランシングを行いました。
- セットアップ： ゴム引きされたシャフトが旋盤に取り付けられ、その後、添付の写真にあるように、センサーが戦略的に配置された。
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
ゴム引きシャフトの動的バランシング
- 初期振動測定値： バランス調整を行う前に、 初期 振動測定値は9 mm/sと17 mm/sでした。
- 試験運転： 二面バランシングでは、各面で順に試験運転が必要です。まず面1に重りを付けてRun 1、次に面2に重りを付けてRun 2を行います。340グラムの試験重りを溶接したところ、振動と 位相 の測定値が約10%変化しました。この程度の応答は最低限と考えてください。明瞭で確実な測定には、通常、試験重りによって振動ベクトルが25〜50%変化することを目標とします。ただし、重く剛性の高い旋盤では、試験質量1グラム当たりの応答は非常に小さくなります。
- バランス調整： 試験重りによる試験運転後、Balanset-1Aはシャフトの片側に3100グラム、反対側に4300グラムを追加する必要があると示しました。 2つの平面で補正を行いました。これらの調整後、振動レベルは2 mm/sと4 mm/sまで低下しました。
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
- 微調整： 結果をさらに最適化するため、400グラムと700グラムの重りを追加しました。続いて200グラムと400グラムを追加して微調整を行いました。スペースの制約から、重りは重ねて溶接しました。最終的にこれらの仮重りは、このシャフト用に精密加工された見栄えのよいカウンターウェイトに置き換えられました。最終振動測定値は両面とも0.1 mm/sでした（丸め値です。1 mm/s未満では機器自体が小数第3位まで表示します）。
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
旋盤を用いたゴムシャフトの現場での動的バランシング
旋盤でのローターバランシングの利点
費用対効果
バランシングのために旋盤を使用することで、専用のバランシング機器を購入する費用を避けることができます。
利便性
バランシングは、ローターの製造工程で直接行うことができ、製造時間を短縮できる。
高品質
Balanset-1Aのような最新のポータブルバランサーは、高いバランシング精度を提供し、低振動レベルと製品品質の向上を可能にします。
結論
旋盤でのローターバランシングは、製品品質の向上と生産コストの削減を求める企業にとって効果的で経済的なソリューションです。Balanset-1Aのようなポータブルバランサーの使用は、小規模なワークショップでさえ、このプロセスを簡単で利用しやすくします。
重要な注意事項
- 最良の結果を得るためには、高品質な測定器を使用し、バランス調整の手順を厳守することをお勧めします。許容範囲は、 残留アンバランス お客様のローター用に、当社の 残留不平衡計算機（ISO 1940）.
旋盤でローターのバランシングを行うことは、製品の品質向上、コスト削減、ビジネスの競争力強化を通じて利益をもたらす、生産の未来への一歩です。
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