기계 제조업체의 밸런싱에 대한 고객 요구 사항의 합리성에 대한 두 가지 언급

소개

지난 1년 반 동안, 당사는 다양한 종류의 밸런싱 머신. 해당 문의서에 첨부된 기술 사양서를 분석해 보면, 대부분이 기계의 생산 일정과 비용에 상당한 영향을 미치고 잠재적 공급업체 목록을 대폭 축소시키는 여러 가지 특성을 포함하고 있음이 드러납니다. 그중에서도 특히 두 가지 요구 사항이 두드러집니다:

• 특정 사항을 보장해야 하는 요건 잔류 불균형, 이는 0.1 g·mm/kg(µm)을 초과해서는 안 됩니다.
• 밸런싱 기계를 측정 기기 등록부에 포함해야 하는 요건.

실제 소비자의 관점에서 이러한 요구 사항 구현의 합리성과 실현 가능성을 분석해 보겠습니다.

1. 기계에 대한 정확도 요구 사항 분석

10~1500kg의 전기 모터, 터보 장치 및 컴프레서의 로터의 균형을 맞추도록 설계된 밸런싱 기계에 대한 기술 사양을 사용하여 고객의 정확도 요구 사항의 유효성을 검증합니다. 이 사양은 특정 잔류 불균형에 대한 허용 오차를 설정하는데, 고객에 따르면 0.1g*mm/kg을 초과해서는 안 됩니다.

이 요건을 확인하기 위해, 우리는 표 1을 참조합니다. ISO 1940-1 “기계적 진동 – 로터의 균형 품질 요구 사항.” 이 표의 권장 사항을 바탕으로, 우리는 로터의 균형 정밀도가 로터 주문된 기계가 보장해야 하는 전기 모터, 터보 장치 및 압축기의 품질은 G2.5 등급을 충족해야 합니다. 등급. 예를 들어, 균형이 잡힌 로터의 예상 작동 회전 주파수가 200 Hz라고 가정하면(이는 대부분의 알려진 기계의 회전 주파수를 여유 있게 커버하는 값입니다), 표준의 식 5를 사용하여 정적(단면) 균형 조정 시 허용되는 잔류 비균형도를 쉽게 계산할 수 있습니다: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

동일한 ISO 1940-1 표준의 권장사항을 고려하면(현재는 다음 표준으로 대체됨 ISO 21940-11), 제7조에 명시된 바와 같이, 동적 균형 조정 시 2점 지지 비대칭 로터에 설정된 허용값은 최소 0.3 * eper 이상이어야 하며, 이는 본 사례에서 0.6 g*mm/kg이 되어야 함을 의미합니다. 이는 초기 기술 사양에서 요구한 0.1 g*mm/kg과는 다릅니다. 이 허용값의 분할은 균형 허용 오차 두 보정면 사이의 간격은 당사의 잔여 불균형 계산기(ISO 21940-11).

즉, 분석 결과 이 기술 사양(및 기타 많은 유사 문서)의 밸런싱 기계의 정확도에 대한 요구 사항은 분명히 과도합니다. 이러한 과도한 요구 사항을 실제로 구현하려면 제조업체는 일반적으로 매우 높은 정확도의 기계를 생산할 때 발생하는 심각한 설계 및 기술 작업을 해결해야 하며, 이는 의심할 여지 없이 기계의 비용과 생산 시간에 영향을 미칩니다. 게다가 이러한 요구 사항이 항상 기술적으로 실현 가능한 것은 아닙니다.

또한 이러한 고정밀 장비를 효과적으로 운영하려면 잠재 고객이 온도 일정실과 클린룸, 진동 절연 기초 등의 추가 조건을 충족해야 할 수 있다는 점도 중요합니다. 이러한 조건을 조성하는 비용은 장비 구매 비용을 초과할 수도 있습니다. 이 요구사항을 충족하면 장비에서 실제로 G0.4 등급에 해당하는 훨씬 더 낮은 잔류 불평형을 달성할 수 있다는 고객’s 대표(앞서 언급한 기술 사양서의 작성자)의 이의 제기에 대해서는, ISO 1940-1 도입 이전에 시행되었던 GOST 22061-76 “기계 및 기술 장비. 밸런싱 품질 등급 체계. 기본 규정”(현대의 국제 대응 표준은 ISO 21940-11, 구 ISO 1940-1)의 권장사항을 검토하도록 권고할 수 있습니다.

이 표준의 섹션 3은 소련에서 온 밸런싱 분야 최고의 전문가들이 마련한 것으로, 다음과 같이 합리적으로 설명합니다:

1. 제1 밸런싱 품질 등급(ISO 1940-1에 따른 G0.4 등급)에 속하는 제품의 로터는 모든 운전 조건에서 자체 구동을 사용하여 자체 하우징 내의 자체 베어링에서 밸런싱해야 합니다.
2. 2차 밸런싱 품질 등급(G1.0 등급)으로 분류된 제품의 로터는 자체 베어링 또는 자체 하우징 내에서 밸런싱해야 하며, 자체 드라이브가 없는 경우 특수 드라이브를 사용해야 합니다.
3. 밸런싱 품질 등급 3~11등급(G2.5~G4000 등급)으로 분류된 제품의 로터는 부품 또는 조립 단위로 밸런싱할 수 있습니다.

이러한 권장 사항의 핵심은 밸런싱 기계에서 밸런싱 품질 등급 G0.4 및 G1.0을 달성하기 위해 노력하는 것이 기술적으로나 경제적으로 무의미한 경우가 많다는 것입니다. 로터를 기계에 설치한 후에는 달성한 정확도가 손실되며, 이를 복원하려면 휴대용 진동 밸런싱 장비를 사용하여 로터 어셈블리(자체 베어링 및 자체 드라이브 사용)의 추가 재밸런싱이 필요합니다.

이 논지를 설명하는 예로, 고정밀 원통 연삭기(정확도 등급 “C”)에 사용되는 연삭 숫돌의 밸런싱을 생각해 볼 수 있습니다. 앞서 언급한 ISO 1940-1 표 1의 요구사항에 따르면, 연삭 숫돌의 밸런스 품질은 최소한 G0.4 등급을 충족해야 합니다. 연삭 숫돌의 예상 운전 회전 주파수가 6000 rpm (100 Hz)이라고 가정하면, ISO 1940-1의 잘 알려진 공식 7을 사용하여 허용 잔류 비 불평형 eper를 구할 수 있으며, 그 값은 0.64 g*mm/kg입니다.

다시 말해, 밸런싱 기계에서 밸런싱하여 이 허용치를 보장한 후에는 공정 축(밸런싱 기계 맨드릴 축)에 대한 연삭 휠 질량 중심의 변위가 0.64 µm를 초과해서는 안 됩니다. 국가 표준 GOST 11654-90에 따른 등급 “C” 연삭기의 스핀들 허용 반경 방향 런아웃은 2 µm이므로, 연삭 휠을 그 기계에 장착한 후(공정 축에서 작업 축으로 휠의 기준을 다시 잡으면) 잔류 비불균형량이 크게 증가하여 ISO 1940-1에서 권장하는 허용치를 최소 세 배 초과할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 이러한 경우와 기타 유사한 경우에는 조립 단계에서 발생하는 오차를 보상하기 위해 추가 밸런싱이 필요합니다.

위의 내용을 통해 대부분의 경우 중대형 밸런싱 기계의 정확도 요구 사항은 잔류 특정 불균형 수준인 0.5g*mm/kg 또는 1.0g*mm/kg으로 제한될 수 있다고 단언할 수 있습니다. 이 권장 사항을 실제로 구현하면 제조업체는 기계 제조의 복잡성과 비용을 크게 줄일 수 있으며, 고객(합리적인 기술 프로세스가 구현된 경우)은 필요한 밸런싱 정확도를 달성할 수 있습니다. 이 규칙의 주요 예외는 예를 들어 자이로스코프 로터, 자동차 터보차저 등의 밸런싱에 사용되는 소형 특수 밸런싱 기계일 수 있습니다. 이러한 기계의 설계 특징은 기술적으로 정당화되고 경제적으로 실현 가능한 잔류 비균형 수준을 0.1g*mm/kg 이하로 달성할 수 있게 해줍니다.

2. 밸런싱 기계를 측정 기기 등록부에 포함해야 할 필요성

최근 몇 년 동안 우리나라에서 금속 절단 기계의 분류기를 개발 한 ENIMS **의 "평화롭게 떠난"전문가들을 혼란스럽게 할 수있는 놀라운 발견이 이루어졌습니다. 누군가의 "가벼운 손"으로 기계 시장에 완전히 새로운 유형의 장비, 즉 러시아 국가 표준 인증서와 해당 마킹이 있어야 하는 "진동 측정 밸런싱 기계"가 등장했습니다.*)

그리고 모든 것이 괜찮았겠지만, 갑자기 "진보적인" 고객들이 기술 사양에 밸런싱 기계를 측정 기기 등록부에 포함시켜야 한다는 필수 요구 사항을 포함하기 시작했습니다. 이 요구 사항이 법적, 기술적으로 얼마나 정당한지, 그리고 그 경제적 타당성은 어떠한지 이해하려고 노력해 보겠습니다.

우선 이 요구 사항이 기존 규정 문서의 권장 사항과 어떤 관련이 있는지 이해하는 것이 유용합니다. ISO 8-82 "금속 절삭 기계. 정확도 테스트에 대한 일반 요구 사항." 이 표준은 정확도별 기계 분류의 기본 개념과 원칙, 정확도 테스트에 대한 일반 요구 사항 및 정확도 검증 방법에 대한 일반 요구 사항을 설정합니다. 이 표준에서 기계의 질적 특성을 평가하는 절차에 대한 언급은 "검증"이라는 용어만 사용하며, 측정기 등록부에 기계를 포함할 필요성과 그에 따른 "교정"의 필요성에 대한 언급은 없다는 점에 유의해야 합니다.

다음으로 주목해야 할 문서는 ISO 21940-21 (구 ISO 2953) “기계 진동 - 로터 밸런싱 - 제21부: 밸런싱 머신의 설명 및 평가.”입니다. 밸런싱 머신의 기술적 특성과 그 “검증” 방법에 대한 구체적인 요구사항을 정한 이 표준에도 장비 교정의 필요성과 측정기기 등록부 포함을 요구하는 조항은 없습니다. 이와 관련하여, 다양한 측정 시스템을 포함할 수 있는 연삭기나 CNC 기계용 ISO 표준과 같은 다른 유형의 공작기계 표준에도 교정 관련 요구사항이 없다는 점을 유의해야 합니다.

또한, 알려진 모든 해외 밸런싱 기계 모델의 기술 문서에서도 유사한 요구 사항을 찾을 수 없으며, 이는 저희가 보기에 중요한 선례이기도 합니다. 위에 제시된 논거를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다:

1. 공작 기계, 특히 밸런싱 기계용으로 개발된 기존 규제 및 기술 문서에는 측정 기기 등록에 대한 요구 사항과 그에 따른 교정의 필요성이 포함되어 있지 않습니다. 결과적으로 경쟁 조달 절차 중 기술 사양에 이러한 요구 사항을 포함하면 "사실상" 기계의 생산 비용과 후속 운영 비용이 크게 증가하며, "법적으로" 기존 규제 문서의 문장과 정신을 따르는 선의의 기계 제조업체의 권리를 침해하는 것으로 보입니다.
2. 측정 시스템의 정기 시험은 ISO 21940-21 (구 ISO 2953)의 요구사항과 권장사항에 따라 밸런싱 머신의 일부로 수행할 수 있으며 또 수행해야 합니다. 이 표준은 점검 시 기준 로터, 시험 추 세트, 교정된 저울의 사용을 규정합니다. 이러한 시험에는 반드시 다음과 같은 유형의 점검이 포함되어야 합니다:
   • 최소 달성 가능한 잔여 불균형(Umar)을 확인합니다;
   • 불균형 감소 계수(URR)를 확인합니다;
   • 조건부 밸런싱 회로의 작동을 확인합니다(로터 180° 회전 절차 포함).

이러한 점검은 기계에서 측정 시스템을 분해하지 않고 수행되며 교정 진동 스탠드를 사용할 필요가 없으므로 외부 조직의 전문가가 참여할 필요가 없으며 노동 강도와 작업 비용이 크게 줄어든다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 위에서 언급한 주요 점검 외에도 필요한 경우 앞서 언급한 기준 로터, 테스트 분동 세트 및 보정된 저울을 사용하여 측정 시스템의 다른 중요한 매개변수를 기계에서 직접 확인할 수 있습니다:

• 측정마다 진폭 및 위상 진동 신호 판독값의 반복성;
• 진동 신호 진폭에 따른 측정 시스템 판독값의 선형성;
• 측정 시스템의 분해능(측정 시스템이 꾸준히 등록하는 최소 불균형 수준) 등입니다.

결론

저자는 밸런싱 기계의 고객과 제조업체 모두 이 작업에 제시된 주장과 권장 사항을 이해하기를 바라며, 주요 목표는 양측의 생산 비용을 최소화하는 동시에 적절한 밸런싱 작업 품질을 보장하는 것입니다.

*참고: 이러한 추세가 계속 발전한다면 곧 진동 측정 연삭기, 진동 측정 프레스, 심지어 진동 측정 압연기까지 등장할 가능성도 배제할 수 없습니다. 결국, 이들은 특수 진동 측정 장비의 사용 가능성을 밸런싱 기계와 공유합니다.

ENIMS는 "금속 절삭 공작 기계 실험 연구소"(Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков)의 약자입니다. 이 연구소는 다양한 유형의 금속 절삭 기계 및 장비의 개발과 개선에 전념하는 소련의 연구 기관이었습니다. 이 연구소는 공작기계 분류기 및 정확도 테스트 방법과 같은 규정 문서와 표준을 개발하여 기계 제작 산업의 발전과 금속 가공 장비의 표준화에 중요한 역할을 했습니다.

V.D. Feldman, LLC "키네메틱스" 수석 전문가, 2024년