CNC veleno balansavimas ir įrankių laikiklių balansavimas
Mechaniko informacinė medžiaga, skirta verpstės balansavimui ir įrankių laikiklių koregavimui vietoje – nuo disbalanso problemos patikrinimo iki rezultato atitikimo ISO standartams patikrinimo. Apima frezavimo, tekinimo ir šlifavimo verpstes.
Tikroji nesubalansuoto veleno kaina
12 000 aps./min. greičiu besisukantis velenas atlieka 200 apsisukimų per sekundę. Jei masės centras yra vos 5 mikronais nutolęs nuo sukimosi ašies, susidariusi išcentrinė jėga į guolius smogia 200 kartų per sekundę – ir ši jėga didėja proporcingai greičio kvadratui. Dvigubai padidinus aps./min., jėga padidėja keturis kartus. Tai ne metafora; tai fizika, valdanti kiekvieną veleną kiekvienoje CNC staklėje.
Poveikis pasireiškia greitai ir yra pastebimas:
Bangavimas, vibracijos žymės, briaunavimas. Detalės, kurių Ra turėtų būti 0,4 µm, yra 0,6 µm arba blogesnės.
Vibracija sukelia kietmetalio briaunų mikroįskilimus. Įrankiai, kurie turėtų tarnauti 60 min., tarnauja 20–30 min.
Tikslūs kampinių kontaktų rinkiniai (P4/P2 klasė) + darbas + 1–4 savaičių mašinos prastovos.
Brangiausiai nukenčia veleno guoliai. Vien tik detalės, skirtos didesnio nei 12 000 aps./min. sukimui, kainuoja 2 000–6 000 eurų. Pridėkite darbą, derinimą, įdirbį ir mašinos prastovą – bendra suma dažnai siekia 8 000–25 000 eurų. Guoliai genda ne dėl perkrovos, o dėl ciklinio smūginio krūvio, kurį sukelia disbalansas. Kiekvienas apsisukimas, kiekvienas smūgis, kiekviena mašinos veikimo valanda.
Brangiausia pasekmė yra ne guolis, o metalo laužas. Velenas, kurio vibracijos greitis viršija priimtiną 0,5 mm/s, gali pagaminti detales, kurios atrodo gerai, bet neatitinka matmenų patikros reikalavimų. Jei tai pastebėsite pagaminę ne 200, o 200 detalių, sutaupote 10 kartų daugiau medžiagų ir apdirbimo laiko.
ISO balanso laipsniai: kokio tikslo siekti
Prieš pirkdami balansavimo stakles, apibrėžkite, ką reiškia "subalansuotas" jūsų velenui. Atsakymas priklauso nuo greičio, guolio klasės ir to, ką apdirbate.
Balanso klasės (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Balanso kokybė išreiškiama G laipsniu (mm/s) – leistinu liekamojo masės centro poslinkio greičiu esant darbiniam greičiui. Mažesnis G = mažesnis tolerancijos lygis = mažesnė vibracija.
| Klasė | Paraiška | Tipinis CNC naudojimas |
|---|---|---|
| G 6.3 | Bendrieji pramoniniai velenai, skriemuliai, siurbliai | Retai pakanka verpstėms – tik esant mažam apsisukimų skaičiui, ribinis |
| G 2.5 | Elektros varikliai, standartiniai mašinų velenai | Dauguma CNC frezavimo ir tekinimo centrų sukasi mažesniu nei 12 000 aps./min. |
| G 1.0 | Tikslūs rotoriai, greitaeigiai įrenginiai | HSC frezavimo velenai, kurių sukimosi greitis viršija 12 000 aps./min., precizinės tekinimo staklės |
| G 0.4 | Itin tikslūs rotoriai | Šlifavimo velenai, komutaciniai gręžtuvai, itin greitas apdirbimas |
Tolerancijos apskaičiavimas
Leistinas liekamasis disbalansas (U_{\mathrm{per}}\) (g·mm) apskaičiuojamas pagal rotoriaus masę ir darbinį greitį:
Pavyzdys: 20 kg velenas, kurio sukimosi greitis yra 10 000 aps./min., G 2,5 klasės plienas:
\(U_{\mathrm{per}}\) = 9549 × 2,5 × 20 / 10 000 = 47,7 g·mm
Tai atitinka 0,48 g 100 mm spinduliu – mažiau nei pusę gramo.
Esant G 1.0, tas pats velenas nusileidžia iki 19,1 g·mm — apie 0,2 g esant 100 mm. Esant 24 000 aps./min., tolerancija yra dar 4 kartus mažesnė.
Verpstėse, kurių sukimosi greitis viršija 15 000 aps./min., skaičiai tampa labai maži. 5 kg svorio įrankių laikiklis, kurio sukimosi greitis yra 20 000 aps./min., o skersmuo – 2,5, turi vos... 5,97 g·mm — metalo kruopelė. Štai kodėl greitajam apdirbimui reikalingi abu velenai ir Įrankių laikiklio balansavimas kaip atskiri žingsniai.
Špindelio balansavimas vietoje – žingsnis po žingsnio
"In-situ" reiškia „padėtyje“ – velenas lieka staklėse ir sukasi savo guoliuose. Tai standartinis CNC velenų metodas, nes jis fiksuoja viską, kas turi įtakos vibracijai: pavarą, guolius, prispaudimą, terminę būseną ir faktinį veikimo greitį. Dirbtuvėse subalansuoti velenai, išmatuoti ant balansavimo staklės guolių, dažnai vibruoja juos vėl sumontavus, nes sąlygos skiriasi.
Įranga: Balanset-1A nešiojamas balansyras, nešiojamas kompiuteris, akselerometras, lazerinis tachometras, bandomieji svareliai, korekciniai svareliai arba reguliavimo varžtai, indikatorius (bėgio patikrinimui).
Išankstinis patikrinimas: ar tai iš tikrųjų disbalansas?
Prieš balansuodami įsitikinkite, kad disbalansas yra pagrindinis vibracijos šaltinis. Du trumpi patikrinimai:
Išsiveržimo patikrinimas. Pritvirtinkite indikatorių prie veleno kūgio ir pasukite jį ranka. Kūgio išlinkis turi atitikti mašinos gamintojo specifikacijas – paprastai < 0,002 mm HSK atveju, < 0,005 mm BT/CAT atveju. Jei išlinkis neatitinka specifikacijų, kūgis yra pažeistas arba užterštas. Pirmiausia jį nuvalykite.
FFT spektras. Sukite veleną darbiniu greičiu ir „Balanset-1A“ prietaisu užfiksuokite vibracijos spektrą. Dominuojantis pikas ties 1× aps./min. = disbalansas. Didelė energija ties 2× aps./min. = nesutapimas. Pikai ties guolio defektų dažniais (BPFO, BPFI) = guolio pažeidimas. Balansavimas ištaiso tik 1× komponentą. Jei matote kitus dominuojančius dažnius, pirmiausia išspręskite juos.
Įdiekite jutiklį ir tachometrą
Akselerometrą pritvirtinkite prie veleno korpuso kuo arčiau priekinio guolio. Naudokite magnetinį laikiklį (pageidautina) arba smeiginį laikiklį nemagnetiniams korpusams. Jutiklis turi būti tvirtai pritvirtintas – bet koks laisvumas sukelia matavimo paklaidą.
Pritvirtinkite atspindinčią juostelę prie besisukančio paviršiaus, matomo lazeriniam tachometrui. CNC verpstėse dažnai veikia įrankio laikiklio flanšas arba vilkimo strypo galas. Padėkite tachometrą ant magnetinio stovo taip, kad jis būtų aiškiai matomas. Prieš tęsdami patikrinkite, ar rodomi stabilūs apsukų skaičiai.
Prijunkite abu prie „Balanset-1A“ įrenginio, USB prie nešiojamojo kompiuterio, paleiskite programinę įrangą.
Trijų etapų balansavimas: pradinis → bandomasis → korekcija
1 bėgimas – pradinis lygis. Sukite veleną darbiniu greičiu (arba tokiu greičiu, kuriuo vibracija yra didžiausia). Užrašykite vibracijos amplitudę ir fazę. Tai yra jūsų "prieš" skaičius.
2 važiavimas – bandomasis svoris. Sustabdykite veleną. Prieinamoje vietoje – srieginėje balansavimo angoje ant veleno flanšo arba magnetiniame svarelyje ant balansavimo veleno – pritvirtinkite žinomą bandomąjį svorį. Paleiskite veleną, užregistruokite naują vibracijos vektorių. Amplitudė arba fazė turi pasikeisti bent 20–30% nuo bazinės linijos. Jei ne, padidinkite bandomąjį svorį arba perkelkite jį į didesnį spindulį.
Skaičiavimas. „Balanset-1A“ programinė įranga apskaičiuoja korekcijos masę ir kampą iš dviejų duomenų taškų. Rezultato pavyzdys: "14,2 g ties 237°" – tai reiškia, kad jums reikia 14,2 gramo korekcijos 237° kampu nuo bandomojo svarelio padėties, sukimosi kryptimi.
Taikyti pataisą ir patikrinti
Nuimkite bandomąjį svorį. Įdiekite apskaičiuotą pataisą vienu iš šių metodų:
Nustatykite varžtus — dažniausiai pasitaikantis CNC velenams su specialiomis balansavimo angomis flanše arba priekiniame žiede. Įsukite kalibruotas mases apskaičiuotu kampu.
Balansavimo žiedai — du ekscentriniai žiedai, kurie slysta vienas kito atžvilgiu. Sukant juos vienas kito atžvilgiu, sukuriamas grynasis korekcijos vektorius. Įprasta šlifavimo velenuose ir balansavimo velenuose.
Medžiagos pašalinimas — metalo gręžimas sunkioje vietoje. Negrįžtamas, bet tikslus. Naudojamas, kai velenas neturi balansavimo įtaisų.
3 etapas – patikrinimas. Paleiskite veleną, išmatuokite likutinę vibraciją. Standartinio CNC frezavimo veleno, kurio sukimosi greitis yra 12 000 aps./min., tikslinė vertė yra žemiau. 0,5 mm/s. Tiksliam šlifavimui, žemiau 0,1 mm/s. Jei rezultatas viršija tikslinį, programinė įranga siūlo atlikti korekciją – nedidelį papildomą svorį tiksliam sureguliavimui.
Frezavimas, tekinimas ir šlifavimas: su velenu susijusios pastabos
Bandomojo svorio metodas yra vienodas visiems verpstės tipams. Skiriasi prieiga, korekcijos metodas ir norimas balanso laipsnis.
Frezavimo verpstės
Didelis apsisukimų skaičius, kintamos pjovimo apkrovos. Daugelio velenų priekinėje briaunoje yra įmontuotos balansavimo angos. Virš 15 000 aps./min. kūgio išsiplėtimas veikiant išcentrinei apkrovai turi įtakos įrankio prigludimui – HSK sąsajos yra geresnės nei BT/CAT dėl dvigubo kontakto (kūgis + paviršius). Įrankiai dažnai yra pagrindinis disbalanso šaltinis.
Tekinimo verpstės
Sudėtingumas: griebtuvas. Sunkūs griebtuvai su judančiais žandikauliais sukuria kintamą disbalansą, priklausantį nuo žandikaulių padėties ir detalės prispaudimo jėgos. Subalansuokite veleną su įmontuotu griebtuvu. Daugelyje griebtuvų yra balansavimo angos – naudokite jas. Prie daugiaašių tekinimo staklių pošvelnių prieiga yra sunkesnė; jutiklio išdėstymą planuokite iš anksto.
Šlifavimo velenai
Griežčiausi tolerancijos nuokrypiai. Šlifavimo diskai keičia pusiausvyrą dildami. Daugelyje šlifavimo staklių naudojamos automatinio balansavimo galvutės – ekscentrinės masės veleno viduje, kurios nuolat kompensuoja. Jei staklės neturi automatinio balansavimo įtaiso, naudokite diskų flanšus su slankiojančiais svareliais žiediniame griovelyje arba pakoreguokite naudodami „Balanset-1A“ ir fiksuotus svarelius.
Įrankių laikiklių balansavimas
Esant didesniam nei 8 000 aps./min. greičiui, įrankio laikiklis tampa pagrindiniu disbalanso šaltiniu. Velenas gali būti puikiai subalansuotas, tačiau vibracija vis tiek bus nepriimtina, jei įrankio mazgas neatitinka specifikacijų. Esant 20 000 ir daugiau aps./min. greičiui, tai ne pasiūlymas – tai situacijos fizika.
Iš kur atsiranda įrankio laikiklio disbalansas?
Asimetrinis dizainas. „Weldon“ plokščios briaunos, šoniniai fiksavimo varžtai, išpjovos pleištams ir drožlių laužymo geometrijos sukuria įgimtą masės asimetriją. „Weldon“ laikiklis su šoniniu varžtu yra akivaizdžiai nesubalansuotas pagal savo konstrukciją – jis niekada nebuvo skirtas didesniam nei 5000 aps./min. greičiui.
Gamybos ekscentriškumas. Kūgio ašis ir kiaurymės ašis niekada nėra idealiai koncentrinės. Kiaurymės ašis taip pat nėra idealiai koncentrinė su įrankio kotu. Kiekviena sąsaja prideda riedėjimą ir masės poslinkį.
Įvorė ir veržlė. ER tipo įvorės veržlėms dažnai būdingas sriegio ekscentriškumas. Dideliu greičiu pati veržlė tampa vibracijos šaltiniu. Darbams su greitaeigiu suvirinimu (HSC) naudokite tiksliai šlifuotas, subalansuotas veržles.
Pjovimo įrankis. Vieno griovelio frezos, asimetriniai įdėkliniai įrankiai ir ekscentrinės geometrijos įrankiai sukelia disbalansą, kurio negali pašalinti jokia laikiklio korekcija. Šie įrankiai turi praktinę sūkių skaičiaus ribą, kurią lemia jų pačių masės pasiskirstymas.
Balansavimo metodai
Balansavimo varžtai
Kalibruoti skirtingos masės varžtai, įsukami į tam skirtas skyles laikiklio korpuse. Dažniausias metodas. Lankstus – galite iš naujo subalansuoti skirtingus įrankius tame pačiame laikiklyje. Dauguma HSC laikiklių turi iš anksto išgręžtas balansavimo skyles.
Ekscentriniai balansavimo žiedai
Du žiedai su necentrine mase. Sukant juos vienas kito atžvilgiu, sukuriamas grynasis korekcijos vektorius bet kuria kryptimi. Greitas reguliavimas, nereikia pašalinti metalo. Įprasta griebtuvuose su užspaudžiamaisiais žiedais ir modulinėse įrankių sistemose.
Medžiagos šalinimas (gręžimas)
Negrįžtamas – išgręžia masę sunkioje vietoje. Tikslus ir ilgalaikis. Praktiškas tik laikikliams, skirtiems vienam įrankiui. Netinka, jei dažnai keičiate įrankius.
Susitraukiantys laikikliai
Natūraliai simetriškas – laikiklis yra vientisas cilindras be prispaudimo mechanizmų. Paprastai reikia minimalios korekcijos. Geriausias pasirinkimas, kai HSC sukimosi greitis viršija 20 000 aps./min., derinant su subalansuotais įrankiais.
1 veiksmas: Subalansuokite pliką veleną vietoje (Balanset-1A). 2 veiksmas: Subalansuokite kiekvieną įrankių laikiklį + įrankių mazgą vertikalios balansavimo staklėse. 3 veiksmas: Įdėjus subalansuotą mazgą į veleną, patikrinkite galutinę vibraciją vietoje. Jei abu atskirai atitinka specifikacijas, bendras rezultatas beveik visada atitinka specifikacijas.
Lauko ataskaita: HSC frezavimo velenas su 24 000 aps./min.
Vakarų Europoje įsikūręs aviacijos ir kosmoso subrangovas apdirbo aliuminio konstrukcinius komponentus 5 ašių HSC centre – staklėje su 24 000 aps./min. tiesioginės pavaros velenu. Po planinio guolio keitimo velenas išlaikė mašinų gamintojo priėmimo testą, tačiau dirbtuvės pastebėjo du dalykus: kritinių paviršių paviršiaus apdaila pablogėjo nuo Ra 0,4 iki Ra 0,7 µm, o kietojo lydinio frezos tarnavo 25 minutes, o ne įprastai 55.
Mašinų gamintojo techninės priežiūros komanda patikrino lygiavimą ir guolių išankstinį įtempimą – abu atitiko specifikacijas. Problema buvo likęs disbalansas po guolių keitimo. Naujų guolių masės pasiskirstymas šiek tiek skiriasi nuo senųjų, o surinktas velenas nebebuvo subalansuotas pagal pradinę būseną.
Ant veleno korpuso nustatėme „Balanset-1A“, atlikome FFT esant 24 000 aps./min. ir patvirtinome švarų 1× aps./min. piką – vadovėlinį disbalansą. Pradinė vibracija: 4,2 mm/s priekiniame guolyje. Esant tokiam veleno greičiui, tikslinis vibracijos lygis yra mažesnis nei 0,5 mm/s (G 1,0).
Vienas bandomasis paleidimas, viena korekcija – 3,8 g fiksavimo varžtas, sumontuotas 194° kampu į veleno nosies balansavimo angą. Bendra procedūros trukmė: 55 minutės, įskaitant nustatymą.
5 ašių HSC centras — 24 000 aps./min. tiesioginės pavaros velenas
Orlaivių aliuminio apdirbimas. Vibracijos šuolis po planinio guolio keitimo. Mašinų gamintojo priėmimo bandymas sėkmingas, tačiau paviršiaus apdaila ir įrankio tarnavimo laikas pablogėjo.
Po pataisymo paviršiaus apdailos Ra vertė vėl siekė 0,38 µm. Įrankio tarnavimo laikas pailgintas iki daugiau nei 50 minučių. Dabar dirbtuvės matuoja veleno vibraciją po kiekvieno guolio aptarnavimo – tai 55 minučių trukmės patikra, kuri padeda išvengti kelias savaites trunkančios gamybos pablogėjimo.
Kai balansavimas nepašalina vibracijos
Atlikote procedūrą, įdiegėte korekciją, bet vibracija vis dar didelė. Prieš manydami, kad prietaisas sugedęs, patikrinkite šiuos keturis dažniausiai pasitaikančius trikdžius:
1. Struktūrinis rezonansas. Jei veleno veikimo greitis sutampa su natūraluoju mašinos konstrukcijos dažniu, vibracija sustiprėja nepriklausomai nuo balanso kokybės. Bandymas: lėtai didinkite veleną nuo mažų apsukų iki darbinio greičio, tuo pačiu metu registruodami vibraciją. Jei ties tam tikru apsukų skaičiumi matote staigų šuolį, kuris mažėja virš ir žemiau jo, tai yra rezonansas. Problemą reikia išspręsti ne balansuojant, o keičiant veikimo greitį 5–10%, sutvirtinant konstrukciją arba pridedant slopinimą.
2. Vilkimo svirties / „Belleville“ spyruoklės problemos. Jei įrankio laikiklį tvirtinančios "Belleville" spyruoklės yra pavargusios arba sulūžusios, įrankis tvirtai neįsitaiso kūgyje. Dėl to susidaro „plaukiojantis“ disbalansas – jis pasislenka kiekvieną kartą atlaisvinant ir vėl pritvirtinant. Vibracija tarp ciklų keičiasi atsitiktinai. Joks balansavimas negali kompensuoti mechaninio prigludimo, kurio neįmanoma pakartoti.
3. Kūgio užterštumas. Dėl veleno kūgyje esančių drožlių, aušinimo skysčio likučių arba mikrošerpeilių įrankių laikiklis negali iki galo įstatyti įrankio. Dėl to didelis mušamasis paviršius ir vibracija kinta kaskart keičiant įrankį. Kūgį nuvalykite kūgio valytuvu ir patikrinkite su Prūsijos mėlynuoju valikliu (kontaktinis vaizdas aplink perimetrą turėtų būti >80%).
4. Kilpos išdėstymo konvencijos klaida. Balansuojant veleną, kuris sukasi per pleištą (senesnėse mašinose, diržiniais varomuose velenuose), reikia laikytis pusės pleišto konvencijos: rotorius subalansuotas darant prielaidą, kad jame yra pusė pleišto griovelio, o priešinga dalis (skriemulys, mova) – kita pusė. Jei viena pusė yra su pilnu pleištu, o kita – be, sujungtas mazgas bus nesubalansuotas.
Paleiskite riedėjimo bandymas: leiskite velenui natūraliai lėtėti nuo darbinio greičio, tuo pačiu metu registruojant vibraciją pagal aps./min. Jei vibracija sklandžiai mažėja kartu su greičiu → disbalansas (geras pasirinkimas balansavimui). Jei vibracija padidėja esant tam tikram aps./min. lėtėjimo metu → rezonansas. Jei vibracija yra nepastovi ir nepasikartojanti → mechaninis laisvumas arba prispaudimo problema. „Balanset-1A“ automatiškai registruoja riedėjimo duomenis.
Įranga: „Balanset-1A“ specifikacijos
Aukščiau aprašyta procedūra naudoja Balanset-1A Nešiojama balansavimo sistema. Svarbios specifikacijos, skirtos veleno darbui:
Komplektą sudaro du akselerometrai, lazerinis tachometras, šviesą atspindinti juosta, magnetiniai laikikliai, programinė įranga USB atmintinėje ir nešiojimo dėklas. Jokių prenumeratų. Jokių pasikartojančių licencijos mokesčių.
Ar veleno vibracija mažina paviršiaus kokybę ir įrankio tarnavimo laiką?
„Balanset-1A“ apima visus CNC velenus nuo 100 iki 100 000 aps./min. Vienas įrenginys. Jokių pasikartojančių mokesčių. 2 metų garantija.
Dažnai užduodami klausimai
Nebespėliojate – pasiruošę matuoti?
„Balanset-1A“. Vienas įrenginys kiekvienam velenui – nuo CNC frezavimo iki tikslaus šlifuoklio. Pristatymas visame pasaulyje per DHL. Prenumeratos nereikia.
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 komentarų