CNC vārpstas balansēšana un instrumentu turētāju balansēšana
Mehāniķa atsauce vārpstas balansēšanai un instrumentu turētāju korekcijai uz vietas — sākot no pārbaudes, vai nelīdzsvarotība patiešām ir problēma, līdz rezultāta atbilstības ISO mērķiem pārbaudei. Aptver frēzēšanas, virpošanas un slīpēšanas vārpstas.
Nesabalansētas vārpstas reālās izmaksas
Vārpsta, kas griežas ar ātrumu 12 000 apgr./min, veic 200 apgriezienus sekundē. Ja masas centrs atrodas tikai par 5 mikroniem attālumā no rotācijas ass, iegūtais centrbēdzes spēks iedarbojas uz gultņiem 200 reizes sekundē, un šis spēks pieaug proporcionāli ātruma kvadrātam. Divkāršojiet apgr./min, četrkāršojiet spēku. Tā nav metafora; tā ir fizika, kas regulē katru vārpstu katrā CNC mašīnā.
Ietekme parādās ātri un izmērāmā veidā:
Viļņošanās, vibrācijas, fasetēšana. Detaļām, kurām jābūt Ra 0,4 µm, Ra ir 0,6 µm vai sliktāks.
Vibrācija izraisa mikrošķembas uz karbīda malām. Instrumenti, kuriem jākalpo 60 minūtes, kalpo 20–30 minūtes.
Precīzi leņķisko kontaktu komplekti (P4/P2 klase) + darbs + 1–4 nedēļu iekārtas dīkstāve.
Vārpstas gultņi ir visdārgākais upuris. Tipisks precīzijas dupleksa vai tripleksa gultņu komplekts vārpstai ar 12 000+ apgr./min. vien par detaļām izmaksā 2000–6000 eiro. Pievienojiet darbu, izlīdzināšanu, ieskriešanu un mašīnas dīkstāvi — kopējā summa bieži vien sasniedz 8000–25 000 eiro. Un gultņi sabojājas nevis pārslodzes, bet gan cikliskās trieciena slodzes dēļ, ko rada nelīdzsvarotība. Katrs apgrieziens, katrs trieciens, katra mašīnas darbības stunda.
Dārgākās sekas nav gultnis, bet gan brāķi. Vārpsta, kas darbojas ar ātrumu par 0,5 mm/s virs pieļaujamās vibrācijas, var radīt detaļas, kas izskatās labi, bet neiztur izmēru pārbaudes. Ja to pamanāt pēc 200 detaļām, nevis 20, esat zaudējis 10 reizes vairāk materiāla un mašīnas laika.
ISO balansa pakāpes: kādu mērķi sasniegt
Pirms iegādājaties balansieri, definējiet, ko jūsu vārpstai nozīmē vārds "līdzsvarots". Atbilde ir atkarīga no ātruma, gultņu klases un apstrādājamā materiāla.
Balansa pakāpes (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Līdzsvara kvalitāti izsaka kā G pakāpi (mm/s) — pieļaujamo atlikušā masas centra pārvietojuma ātrumu pie darba ātruma. Zemāks G = stingrāka pielaide = mazāka vibrācija.
| Pakāpe | Pieteikums | Tipisks CNC lietojums |
|---|---|---|
| G 6.3 | Vispārējās rūpnieciskās vārpstas, skriemeļi, sūkņi | Reti pietiek vārpstām — tikai margināls pie zemiem apgriezieniem |
| G 2.5 | Elektromotori, standarta mašīnu vārpstas | Lielākā daļa CNC frēzēšanas un virpošanas centru ar ātrumu zem 12 000 apgr./min. |
| G 1.0 | Precīzijas rotori, ātrgaitas iekārtas | HSC frēzēšanas vārpstas virs 12 000 apgr./min, precīzijas virpas |
| G 0.4 | Īpaši precīzi rotori | Slīpēšanas vārpstas, šablonurbji, īpaši ātrgaitas apstrāde |
Pielaides aprēķins
Pieļaujamo atlikušo disbalansu (U_{\mathrm{per}}\) (g·mm) aprēķina no rotora masas un darba ātruma:
Piemērs: 20 kg vārpsta ar ātrumu 10 000 apgr./min, klase G 2,5:
\(U_{\mathrm{per}}\) = 9549 × 2,5 × 20 / 10 000 = 47,7 g·mm
Tas ir līdzvērtīgi 0,48 g 100 mm rādiusā — mazāk nekā puse grama.
Pie G 1,0 tā pati vārpsta nokrītas līdz 19,1 g·mm — aptuveni 0,2 g pie 100 mm. Pie 24 000 apgr./min pielaide ir vēl 4 reizes stingrāka.
Vārpstas, kuru griešanās ātrums pārsniedz 15 000 apgr./min, skaitļi kļūst ļoti mazi. 5 kg instrumentu turētājam ar ātrumu 20 000 apgr./min un dioptriju 2,5 ir pielaide tikai 5,97 g·mm — metāla daļiņa. Tāpēc ātrgaitas apstrādei ir nepieciešamas gan vārpstas, gan un instrumentu turētāja balansēšana kā atsevišķas darbības.
Vārpstas balansēšana uz vietas — soli pa solim
In-situ nozīmē "pozīcijā" — vārpsta paliek mašīnā, darbojoties savos gultņos. Šī ir standarta metode CNC vārpstām, jo tā fiksē visu, kas ietekmē vibrāciju: piedziņu, gultņus, iespīlēšanu, termisko stāvokli un faktisko darba ātrumu. Darbnīcā balansētas vārpstas, kas izmērītas uz balansēšanas mašīnas gultņiem, bieži vibrē pēc atkārtotas uzstādīšanas, jo apstākļi ir atšķirīgi.
Aprīkojums: Balanset-1A pārnēsājams balansieris, klēpjdators, akselerometrs, lāzera tahometrs, izmēģinājuma atsvari, korekcijas atsvari vai regulēšanas skrūves, skalas indikators (izkrišanas pārbaudei).
Iepriekšēja pārbaude: Vai tā tiešām ir nelīdzsvarotība?
Pirms balansēšanas pārliecinieties, ka nelīdzsvarotība ir dominējošais vibrācijas avots. Divas ātras pārbaudes:
Izskrējiena pārbaude. Uzstādiet skalas indikatoru pret vārpstas konusu un pagrieziet to ar roku. Konusa izvirzījumam jāatbilst mašīnbūves ražotāja specifikācijām — parasti < 0,002 mm HSK vārpstai, < 0,005 mm BT/CAT vārpstai. Ja izvirzījums neatbilst specifikācijām, konuss ir bojāts vai piesārņots. Vispirms to notīriet.
FFT spektrs. Darbiniet vārpstu darba ātrumā un ar Balanset-1A uztveriet vibrācijas spektru. Dominējošais maksimums pie 1× RPM = nelīdzsvarotība. Spēcīga enerģija pie 2× RPM = nobīde. Maksimumi gultņu defektu frekvencēs (BPFO, BPFI) = gultņa bojājums. Balansēšana novērš tikai 1× komponentu. Ja redzat citas dominējošās frekvences, vispirms pievērsiet uzmanību tām.
Uzstādiet sensoru un tahometru
Uzstādiet akselerometru uz vārpstas korpusa pēc iespējas tuvāk priekšējam gultnim. Nemagnētiskiem korpusiem izmantojiet magnētisko stiprinājumu (ieteicams) vai stiprinājumu ar tapām. Sensoram jābūt stingri savienotam — jebkura vaļība rada mērījumu kļūdu.
Piestipriniet atstarojošo lenti pie rotējošas virsmas, kas ir redzama lāzera tahometram. CNC vārpstām bieži darbojas instrumenta turētāja atloks vai jūgstieņa gals. Novietojiet tahometru uz tā magnētiskā statīva tā, lai tas būtu labi redzams. Pirms turpināt, pārliecinieties, vai apgriezienu skaita rādījums ir stabils.
Pievienojiet abus Balanset-1A ierīcei, USB klēpjdatoram un palaidiet programmatūru.
Trīspakāpju balansēšana: sākotnējais → izmēģinājums → korekcija
1. palaidiens — bāzes līnija. Darbiniet vārpstu ar darba ātrumu (vai ātrumu, kurā vibrācija ir vislielākā). Ierakstiet vibrācijas amplitūdu un fāzi. Šis ir jūsu "pirms" skaitlis.
2. skrējiens — izmēģinājuma svars. Apturiet vārpstu. Uzstādiet zināmu izmēģinājuma svaru pieejamā vietā — vītņotā balansēšanas atverē uz vārpstas atloka vai magnētisku svaru uz balansēšanas vārpstas. Iedarbiniet vārpstu, reģistrējiet jauno vibrācijas vektoru. Amplitūdai vai fāzei jāmainās vismaz par 20–30% no bāzes līnijas. Ja nē, palieliniet izmēģinājuma svaru vai pārvietojiet to uz lielāku rādiusu.
Aprēķins. Balanset-1A programmatūra aprēķina korekcijas masu un leņķi no diviem datu punktiem. Rezultāta piemērs: ""14,2 g pie 237°"" — tas nozīmē, ka jums ir nepieciešama 14,2 gramu korekcija 237° leņķī no izmēģinājuma svara pozīcijas, rotācijas virzienā.
Veiciet labojumu un pārbaudiet
Noņemiet izmēģinājuma svaru. Instalējiet aprēķināto korekciju, izmantojot vienu no šīm metodēm:
Iestatīšanas skrūves — visbiežāk CNC vārpstām ar speciāliem balansēšanas caurumiem atlokā vai deguna gredzenā. Ieskrūvējiet kalibrētas masas aprēķinātajā leņķī.
Balansēšanas gredzeni — divi ekscentriski gredzeni, kas slīd viens pret otru. To pagriešana vienu attiecībā pret otru rada neto korekcijas vektoru. Bieži sastopams slīpēšanas vārpstās un balansēšanas sprauslās.
Materiāla noņemšana — metāla urbšana smagā vietā. Neatgriezeniska, bet precīza. Izmanto, ja vārpstai nav balansēšanas iespēju.
3. pakāpe — verifikācija. Iedarbiniet vārpstu, izmēriet atlikušo vibrāciju. Standarta CNC frēzēšanas vārpstai ar ātrumu 12 000 apgr./min. mērķa vērtība ir zemāka. 0,5 mm/s. Precīzai slīpēšanai, skatīt zemāk 0,1 mm/s. Ja rezultāts pārsniedz mērķa vērtību, programmatūra iesaka veikt korekciju — nelielu papildu svaru precīzai noregulēšanai.
Frēzēšana, virpošana un slīpēšana: piezīmes par vārpstu
Izmēģinājuma atsvara metode ir vienāda visiem vārpstu tipiem. Mainās piekļuve, korekcijas metode un vēlamā balansa pakāpe.
Frēzēšanas vārpstas
Augsts apgriezienu skaits minūtē, mainīgas griešanas slodzes. Daudzām vārpstām ir iebūvēti balansēšanas caurumi deguna atlokā. Virs 15 000 apgr./min konusa izplešanās centrbēdzes slodzes ietekmē instrumenta ievietošanos — HSK saskarnes pārspēj BT/CAT divkāršā kontakta (konuss + virsma) dēļ. Instrumenti bieži vien ir galvenais nelīdzsvarotības avots.
Virpošanas vārpstas
Sarežģītība: patrona. Smagas patronas ar kustīgiem žokļiem rada mainīgu nelīdzsvarotību atkarībā no žokļa pozīcijas un detaļas iespīlēšanas spēka. Līdzsvarojiet vārpstu ar uzstādītu patronu. Daudzām patronām ir balansēšanas caurumi — izmantojiet tos. Daudzasu virpu apakšvārpstām piekļuve ir šaurāka; iepriekš ieplānojiet sensoru izvietojumu.
Slīpēšanas vārpstas
Visciešākās pielaides. Slīpripas maina līdzsvaru, tām nodilstot. Daudzās slīpmašīnās tiek izmantotas automātiskās balansēšanas galviņas — ekscentriskas masas vārpstas iekšpusē, kas nepārtraukti kompensē. Ja mašīnai nav automātiskā balansiera, izmantojiet riteņu atlokus ar bīdāmiem atsvariem gredzenveida rievā vai koriģējiet to ar Balanset-1A un fiksētiem atsvariem.
Instrumentu turētāja balansēšana
Virs 8000 apgr./min. instrumenta turētājs kļūst par galveno nelīdzsvarotības avotu. Vārpsta var būt perfekti līdzsvarota, un vibrācija joprojām būs nepieņemama, ja instrumenta komplekts neatbilst specifikācijai. Pie 20 000+ apgr./min. tas nav ieteikums — tā ir situācijas fizika.
No kurienes rodas instrumentu turētāja nelīdzsvarotība?
Asimetrisks dizains. Veldona plakanie profili, sānu fiksācijas skrūves, rievas un skaidu pārtraucēja ģeometrijas rada raksturīgu masas asimetriju. Veldona turētājs ar sānu skrūvi ir ievērojami nelīdzsvarots pēc konstrukcijas — tas nekad nebija paredzēts ātrumam, kas pārsniedz 5000 apgr./min.
Ražošanas ekscentricitāte. Konusa ass un urbuma ass nekad nav pilnīgi koncentriskas. Urbuma ass arī nav pilnīgi koncentriska ar instrumenta kātu. Katra saskarne palielina izvirzījumu un masas nobīdi.
Kolba un uzgrieznis. ER tipa uzgriežņiem bieži vien ir vītnes ekscentriskums. Lielā ātrumā pats uzgrieznis kļūst par vibrācijas avotu. Augstas jaudas (HSC) darbiem izmantojiet precīzi slīpētus, balansētus uzgriežņus.
Griešanas instruments. Vienas rievas gala frēzes, asimetriski ieliktņu instrumenti un ekscentriskas ģeometrijas instrumenti rada nelīdzsvarotību, ko nevar novērst neviena turētāja korekcija. Šiem instrumentiem ir praktisks apgriezienu skaita ierobežojums, ko nosaka to masas sadalījums.
Balansēšanas metodes
Balansēšanas skrūves
Kalibrētas dažādas masas skrūves, kas ieskrūvētas turētāja korpusa paredzētajos caurumos. Visizplatītākā metode. Elastīga — vienā turētājā var atkārtoti balansēt dažādus instrumentus. Lielākajai daļai HSC turētāju ir iepriekš urbti balansēšanas caurumi.
Ekscentriski balansēšanas gredzeni
Divi gredzeni ar necentrētu masu. To pagriešana vienu attiecībā pret otru rada neto korekcijas vektoru jebkurā virzienā. Ātra regulēšana, nav jānoņem metāls. Bieži sastopams spīļpatronās un modulārās instrumentu sistēmās.
Materiāla noņemšana (urbšana)
Neatgriezenisks — izurbj masu smagā punktā. Precīzs un pastāvīgs. Praktisks tikai turētājiem, kas paredzēti vienam instrumentam. Nav piemērots, ja bieži maināt instrumentus.
Saraušanās tipa turētāji
Dabiski simetrisks — turētājs ir ciets cilindrs bez iespīlēšanas mehānismiem. Parasti nepieciešama minimāla korekcija. Vislabākā izvēle ātrgaitas griešanai virs 20 000 apgr./min, ja to lieto kopā ar līdzsvarotiem instrumentiem.
1. darbība: Līdzsvarojiet tukšo vārpstu uz vietas (Balanset-1A). 2. solis: Līdzsvarojiet katru instrumentu turētāju + instrumentu komplektu uz vertikālās balansēšanas iekārtas. 3. solis: Pēc līdzsvarotā mezgla ievietošanas vārpstā pārbaudiet galīgo vibrāciju uz vietas. Ja abi parametri atsevišķi atbilst specifikācijām, kopējais rezultāts gandrīz vienmēr atbilst specifikācijām.
Lauka ziņojums: HSC frēzēšanas vārpsta ar ātrumu 24 000 apgr./min.
Rietumeiropas kosmosa apakšuzņēmējs apstrādāja alumīnija konstrukcijas detaļas uz 5 asu HSC centra — mašīnas ar 24 000 apgr./min tiešās piedziņas vārpstu. Pēc plānotās gultņu nomaiņas vārpsta izturēja mašīnbūves ražotāja pieņemšanas pārbaudi, taču darbnīcā tika konstatētas divas lietas: kritisko virsmu apdare bija pasliktinājusies no Ra 0,4 līdz Ra 0,7 µm, un karbīda gala frēzēšanas darbmūžs bija 25 minūtes, nevis ierastās 55 minūtes.
Mašīnbūves uzņēmuma servisa komanda bija pārbaudījusi gultņu izlīdzināšanu un iepriekšēju nospriegojumu — abas atbilst specifikācijām. Problēma bija gultņu maiņas rezultātā radusies nelīdzsvarotība. Jaunajiem gultņiem ir nedaudz atšķirīgs masas sadalījums nekā vecajam komplektam, un saliktā vārpsta vairs nebija līdzsvarota sākotnējā stāvoklī.
Mēs uzstādījām Balanset-1A uz vārpstas korpusa, palaidām FFT ar ātrumu 24 000 apgr./min. un apstiprinājām tīru 1× apgr./min. maksimumu — mācību grāmatas nelīdzsvarotību. Sākotnējā vibrācija: 4,2 mm/s uz priekšējā gultņa. Vārpstai ar šādu ātrumu mērķa vibrācija ir zem 0,5 mm/s (G 1,0).
Viens izmēģinājuma brauciens, viena korekcija — 3,8 g fiksācijas skrūve, kas uzstādīta vārpstas priekšgala balansēšanas atverē 194° leņķī. Kopējais procedūras laiks: 55 minūtes, ieskaitot iestatīšanu.
5 asu HSC centrs — tiešās piedziņas vārpsta ar 24 000 apgr./min.
Aviācijas un kosmosa alumīnija apstrāde. Vibrācijas maksimums pēc plānotās gultņu nomaiņas. Mašīnbūves ražotāja pieņemšanas pārbaude sekmīgi nokārtota, bet virsmas apdare un instrumenta kalpošanas laiks bija pasliktinājušies.
Pēc korekcijas virsmas apdares kvalitāte atjaunojās līdz Ra 0,38 µm. Instrumenta kalpošanas laiks tika pagarināts līdz vairāk nekā 50 minūtēm. Tagad darbnīcā tiek mērīta vārpstas vibrācija pēc katras gultņu apkopes — 55 minūšu pārbaude, kas novērš nedēļām ilgu ražošanas degradāciju.
Kad balansēšana neatrisina vibrāciju
Jūs esat izpildījis procedūru, uzstādījis korekcijas ierīci, un vibrācija joprojām ir augsta. Pirms pieņemat, ka instruments nav kārtībā, pārbaudiet šos četrus bieži sastopamos traucēkļus:
1. Strukturālā rezonanse. Ja vārpstas darbības ātrums sakrīt ar mašīnas konstrukcijas pašfrekvences frekvenci, vibrācija pastiprinās neatkarīgi no balansa kvalitātes. Pārbaude: veiciet lēnu paātrinājumu no zema apgriezienu skaita līdz darba ātrumam, vienlaikus reģistrējot vibrāciju. Ja pie noteikta apgriezienu skaita redzat asu lēcienu, kas samazinās virs un zem tā, tā ir rezonanse. Risinājums nav balansēšana — tā ir vai nu darbības ātruma maiņa par 5–10%, konstrukcijas nostiprināšana vai slāpēšanas pievienošana.
2. Vilkšanas stieņa/Bellevila atsperes problēmas. Ja instrumentu turētāju nostiprinošās Belvila atsperes ir nogurušas vai salauztas, instruments stingri neiegulst konusā. Tas rada "peldošu" nelīdzsvarotību — tas nobīdās katru reizi, kad to atskrūvējat un atkārtoti nostiprinat. Vibrācija starp izpildes reizēm mainās nejauši. Nekāda balansēšana nevar kompensēt mehānisku piegulumu, ko nevar atkārtot.
3. Konusveida piesārņojums. Šķembas, dzesēšanas šķidruma atliekas vai mikroatgriezumi vārpstas konusā neļauj instrumenta turētājam pilnībā nofiksēties. Rezultāts: augsta izkrišana un vibrācija, kas mainās ar katru instrumenta maiņu. Notīriet konusu ar konusveida tīrītāju un pārbaudiet ar Prūšu zilo (saskares attēlam pa perimetru jābūt >80%).
4. Atslēgas rievas konvencijas kļūda. Balansējot vārpstu, kas griežas caur ķīli (vecākas mašīnas, siksnas piedziņas vārpstas), jāievēro pusķīļa konvencija: rotors ir līdzsvarots, pieņemot, ka tam ir puse no ķīļa rievas, bet savienojošā daļa (skriemelis, savienojums) - otra puse. Ja viena puse pieņem pilnu ķīli, bet otra - bez ķīļa, kombinētā mezgla nelīdzsvarotība būs nelīdzsvarota.
Palaist ripošanas tests: ļaujiet vārpstai dabiski palēnināties no darba ātruma, vienlaikus reģistrējot vibrāciju pret apgriezieniem minūtē. Ja vibrācija vienmērīgi samazinās līdz ar ātrumu → nelīdzsvarotība (labs kandidāts balansēšanai). Ja vibrācija palēninājuma laikā palielinās pie noteikta apgriezienu skaita → rezonanse. Ja vibrācija ir nevienmērīga un neatkārtojas → mehāniska vaļīgums vai iespīlēšanas problēma. Balanset-1A automātiski ieraksta ripošanas datus.
Aprīkojums: Balanset-1A specifikācijas
Iepriekš minētā procedūra izmanto Balanset-1A Pārnēsājama balansēšanas sistēma. Attiecīgās specifikācijas darbam ar vārpstu:
Komplektā ietilpst divi akselerometri, lāzera tahometrs, atstarojošā lente, magnētiskie stiprinājumi, programmatūra USB diskā un pārnēsāšanas soma. Nav abonementu. Nav atkārtotu licences maksu.
Vārpstas vibrācija ietekmē virsmas apdari un instrumenta kalpošanas laiku?
Balanset-1A aptver visas CNC vārpstas no 100 līdz 100 000 apgr./min. Viena ierīce. Nav atkārtotu maksu. 2 gadu garantija.
Bieži uzdotie jautājumi
Beidz minēt — gatavs mērījumiem?
Balanset-1A. Viena ierīce katrai vārpstai — no CNC frēzmašīnas līdz precīzijas slīpmašīnai. Piegāde visā pasaulē ar DHL starpniecību. Nav nepieciešams abonēt.
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 komentāri