Welke balansgraad is vereist voor hogesnelheidsspindels?

G2.5 is de meest voorkomende korrelgrootte voor spindels van werktuigmachines tot ongeveer 20.000 toeren per minuut. Voor spindels met een toerental boven de 20.000 toeren per minuut (HSC-bewerking) wordt G1.0 of G0.4 aanbevolen. De fijnere korrelgrootte vermindert de centrifugale kracht en verbetert de oppervlakteafwerking.

Welke invloed heeft een onbalans in de spindel op de oppervlakteafwerking?

Een onbalans creëert een centrifugale kracht die het gereedschap afbuigt. Deze afbuiging is zichtbaar als golvingen op het werkstukoppervlak. Bij hoge spindelsnelheden kan zelfs een onbalans van enkele g·mm een gereedschapsafbuiging op micronniveau veroorzaken, waardoor de oppervlaktekwaliteit met meerdere Ra-graden afneemt.

Moet ik de gereedschapshouder in balans brengen met het gereedschap erin?

Ja, voor het beste resultaat moet de complete assemblage (gereedschapshouder + gereedschap + borgknop + spantang + frees) in balans zijn. Elk onderdeel draagt bij aan de onbalans, en het totaal bepaalt de daadwerkelijke trilling tijdens het frezen.

Wat is het verschil tussen HSK- en BT-gereedschapshouders voor de balans?

HSK-gereedschapshouders hebben een holle conische schacht met vlak contact, wat zorgt voor een betere radiale stijfheid en herhaalbaarheid dan BT (7/24 conus). HSK heeft de voorkeur voor hogesnelheidstoepassingen omdat het dubbele contact de slingering vermindert en de balans tussen gereedschapswisselingen beter herhaalbaar maakt.

Hoe meet ik spindelonbalans?

Spindelonbalans wordt gemeten met behulp van trillingssensoren die in de buurt van de spindellagers zijn gemonteerd terwijl de spindel draait. Een draagbaar balanceerinstrument (zoals de Vibromera Balanset) meet de trillingsamplitude en -fase en berekent vervolgens de benodigde correctiemassa en -hoek.

Gratis engineeringtool

Rekenmachine voor onbalans van de spindel van een werktuigmachine

Bereken de toelaatbare onbalans van de spindel + gereedschapshouder, de excentriciteit (nm), de centrifugale kracht en de equivalente gereedschapsafbuiging volgens ISO 21940.

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

Resultaten

Toegestane onbalans

—

Excentriciteit

—

middelpuntvliedende kracht

—

Equivalent gereedschapsafbuigingsschatting

—

Hoekssnelheid ω

—

Toelaatbare spindelonbalans (ISO 21940)

G — balanskwaliteitsgraad (mm/s)
m — Massa van de spindel + gereedschapshouder-combinatie (kg)
ω = 2π·n/60 — hoeksnelheid (rad/s)

Excentriciteit (specifieke onbalans)

Bij hogesnelheidsspindels wordt de excentriciteit vaak uitgedrukt in nanometers (1 μm = 1000 nm).

Centrifugale kracht en gereedschapsafbuiging

De centrifugale kracht als gevolg van de onbalans werkt in op de spindellagers, waardoor een doorbuiging aan de gereedschapspunt ontstaat. De schatting van de doorbuiging maakt gebruik van een vereenvoudigd model voor de spindelstijfheid (ongeveer 20 N/μm, typisch voor HSK-63).

Balanceringsgraden voor werktuigmachines

Rang	Sollicitatie	Typische snelheid
G0.4	Uiterst nauwkeurig slijpen, optisch	> 60.000 toeren per minuut
G1.0	Slijpmachines, hogesnelheidsfreesmachines	15.000–40.000 toeren per minuut
G2.5	Algemene bewerkingscentra, draaibanken	5.000–24.000 toeren per minuut

Praktisch voorbeeld

Voorbeeld — HSK-63 gereedschapshouder bij 24.000 tpm

Gegeven: Massa = 2 kg, Snelheid = 24.000 tpm, Hellingsgraad = G2.5

ω = 2π × 24000 / 60 = 2.513,3 rad/s

U_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

⚠️ Let op: De schatting van de gereedschapsafbuiging is gebaseerd op een vereenvoudigd stijfheidsmodel. De werkelijke afbuiging is afhankelijk van de voorspanning van het lager, het ontwerp van de spindel, de gereedschapsoverhang en de klemming. Gebruik dit slechts als een grove richtlijn.