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Equilíbrio do fuso e do porta-ferramentas CNC - À velocidade de funcionamento, na máquina

Os fusos de maquinagem de alta velocidade são instrumentos de precisão - mesmo um miligrama de desequilíbrio a 24.000 rpm gera uma força centrífuga prejudicial. Fazemos o balanceamento de fusos CNC e conjuntos de porta-ferramentas HSK/BT/CAT à velocidade de funcionamento, na máquina, Assim, o acabamento da superfície melhora, a vida útil da ferramenta aumenta e os rolamentos do fuso duram significativamente mais tempo.

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Equilíbrio do fuso CNC e do porta-ferramentas HSK com Balanset-1A à velocidade de funcionamento

Em suma: O balanceamento do fuso CNC e do porta-ferramentas é realizado in-situ, na velocidade real de usinagem - sem remoção do fuso, sem tempo de parada da máquina além da sessão de balanceamento. Um sensor de vibração na carcaça do fuso e um tacômetro a laser no conjunto rotativo alimentam o Balanset-1A, que aplica o método do coeficiente de influência para calcular a massa de correção e a posição angular exatas. O conjunto completo - porta-ferramentas, pinça e ferramenta de corte juntos - é balanceado como uma unidade, atingindo o grau G1.0 da ISO 21940-11 ou melhor, reduzindo a vibração residual em 70 % ou mais e multiplicando a vida útil do rolamento do fuso em até dez vezes.

Sinais de desequilíbrio do fuso ou do porta-ferramentas

O desequilíbrio do fuso de alta velocidade revela-se através da peça de trabalho maquinada e do próprio conjunto do fuso. Saiba o que procurar:

Mau acabamento da superfície As marcas de vibração e ondulação na superfície maquinada que se repetem com a rotação do fuso indicam um desequilíbrio residual que força a ferramenta a sair da trajetória pretendida.

Redução da vida útil da ferramenta As ferramentas de corte não equilibradas desgastam-se de forma desigual e lascam prematuramente porque a aresta de corte não segue um verdadeiro percurso circular - um sector da pastilha suporta uma carga desproporcionada em cada rotação.

Ruído da chumaceira do veio Um zumbido crescente ou rugosidade sentida através da caixa do fuso indica que as pistas dos rolamentos de contacto angular estão a suportar uma carga radial dinâmica excessiva.

Pico de vibração a 1× velocidade do fuso Um espetro FFT com um pico dominante na frequência de funcionamento - e não na frequência de passagem dos dentes ou de vibração - aponta diretamente para um desequilíbrio de massa no conjunto rotativo.

Crescimento térmico anormal O calor excessivo gerado no rolamento frontal provoca um desvio térmico do fuso que altera as tolerâncias das peças ao longo de uma longa produção.

Vibração após cada mudança de porta-ferramentas Cada nova combinação de porta-ferramentas + ferramenta tem uma assinatura de desequilíbrio única; sem reequilíbrio após uma mudança, essa carga dinâmica é suportada pelos rolamentos do fuso.

Porque é que os fusos e os porta-ferramentas perdem o equilíbrio - e quanto custa

Um conjunto de fuso é uma pilha de componentes tolerados - eixo do fuso, barra de tração, cone do porta-ferramentas, pinça e ferramenta de corte - cada um contribuindo com a sua própria pequena assimetria de massa. O desequilíbrio combinado tem uma importância crítica porque a força centrífuga aumenta com a quadrado da velocidade de rotação. A 10.000 rpm, um desequilíbrio de apenas 1 g-mm produz cerca de 1 N de força radial rotativa; a 30.000 rpm, o mesmo 1 g-mm produz 9 N. Estas forças carregam os rolamentos de contacto angular dianteiros continuamente num sector, comprimindo as pistas de esferas a cada revolução. Durante um turno de produção, os danos por fadiga são graves: os rolamentos do fuso, que deveriam durar anos, falham em meses, e a pré-carga de precisão ajustada durante a montagem desaparece.

Os custos da qualidade da superfície aumentam com a mesma rapidez. A vibração na frequência do fuso introduz ondulações na superfície que exigem passagens de acabamento adicionais, aumentam as taxas de refugo e limitam as tolerâncias alcançáveis. Para peças aeroespaciais, médicas e ópticas, o balanceamento do fuso não é uma manutenção opcional - é uma etapa obrigatória na configuração do processo. O balanceamento de todo o conjunto com o Balanset-1A antes de uma produção leva menos de uma hora e o investimento é recuperado em um único dia com a economia de ferramentas.

×10vida útil do rolamento do fuso quando a vibração é reduzida para metade

-70%queda típica da vibração após uma sessão

2planos de correção numa só visita

<1htrabalho típico no local por montagem

Porque é que a redução da vibração para metade multiplica a vida útil dos rolamentos

ISO 281 define a vida útil nominal dos rolamentos como L₁₀ = (C/P)^p, em que P é a carga dinâmica suportada pelo rolamento e o expoente p = 3 para os rolamentos de esferas e 10/3 para os rolamentos de rolos. Desequilíbrio residual é que a carga radial rotativa P, e a amplitude da vibração seguem-na diretamente - assim, reduzir a vibração para metade reduz P para metade e multiplica a vida útil da chumaceira por 2^p: sobre 8× para rolamentos de esferas e ~10× para rolamentos de rolos (2^10/3 ≈ 10). Faça os seus próprios números no nosso calculadora da vida útil dos rolamentos.

Como equilibramos um fuso CNC - passo a passo

O balanceamento de campo de um fuso CNC com o Balanset-1A segue o método do coeficiente de influência na velocidade real de usinagem, dentro da máquina - sem necessidade de desmontagem:

Monte os sensores. Um acelerómetro de vibração é fixado à caixa do fuso na zona do rolamento dianteiro e um tacómetro laser é apontado a uma faixa de fase reflectora no porta-ferramentas ou no nariz do fuso. A máquina permanece montada e no seu estado normal de funcionamento durante todo o processo.
Medir a linha de base. Um ciclo à velocidade de maquinação pretendida capta a amplitude de vibração e o ângulo de fase, estabelecendo o estado de desequilíbrio atual, tanto em magnitude como em direção, para todo o conjunto rotativo.
Adicionar um peso de teste. Uma pequena massa calibrada é fixada ao anel de equilíbrio no porta-ferramentas, ou a uma flange de equilíbrio feita para o efeito no nariz do fuso. Uma segunda corrida à mesma velocidade quantifica a resposta do fuso - o coeficiente de influência - a uma perturbação conhecida nessa posição angular.
Deixar o aparelho calcular. O Balanset-1A resolve as equações do coeficiente de influência e fornece a massa de correção e sua posição angular precisa. Para montagens longas ou quando tanto o plano do porta-ferramentas quanto o plano do nariz do fuso são acessíveis, o balanceamento em dois planos elimina o desbalanceamento de pares e o desbalanceamento estático.
Ajustar a correção. Os parafusos de ajuste num anel de equilíbrio, a retificação de precisão da flange do porta-ferramentas ou os pesos de clipe feitos propositadamente aplicam a correção calculada no ângulo indicado. O peso de teste é removido, a menos que faça parte da correção final.
Verificar e documentar. Uma medição final efectuada à velocidade de funcionamento confirma que o desequilíbrio residual está dentro da tolerância G2.5 ou G1.0 para a massa e velocidade do fuso. O Balanset-1A guarda um relatório com registo de data e hora com valores antes e depois para os seus registos de qualidade.

O que equilibramos

Conjuntos de porta-ferramentas HSK (HSK-A25 a HSK-A100) com ferramenta
Porta-ferramentas cónicos BT e CAT / ISO (BT30, BT40, BT50, CAT40, CAT50)
Mandril de aperto e conjuntos de pinças ER
Fresas de faceamento e adaptadores para fresas de concha
Cabeças de perfuração e barras de perfuração de precisão
Eixos de fuso de centro de maquinagem CNC
Conjuntos de eixos de mós
Tupia de alta frequência e fusos de gravação
Unidades de torneamento de centro vivo
Fusos motorizados de acionamento direto (até 60.000 rpm)

Tolerâncias e normas

ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1) define graus de qualidade de equilíbrio de G0.4 a G4000 para rotores rígidos. Para fusos de maquinagem e porta-ferramentas, os graus aplicáveis são G2.5 (maquinagem geral até ~10.000 rpm) e G1.0 (fusos de precisão e fusos de alta velocidade acima de 10.000 rpm). O desequilíbrio residual admissível U_por = e_por × m (g-mm), em que e_por é o desequilíbrio específico derivado do grau G e da velocidade de rotação, e m é a massa do rotor em kg.

ISO 14694 fornece diretrizes suplementares para ventiladores industriais e equipamento rotativo de alta velocidade e é por vezes citada para fusos motorizados acima das 6.300 rpm. Ambas as normas exigem que o montagem completa - O sistema de balanceamento de ferramentas - porta-ferramentas, pinça e ferramenta de corte montada - deve ser balanceado como uma unidade, pois cada elemento contribui com sua própria assimetria de massa independente. Nós medimos e documentamos o desbalanceamento residual em g-mm e fornecemos um relatório de balanceamento com o grau de exigência de sua aplicação. Utilize o nosso calculadora de desequilíbrio residual para encontrar a tolerância admissível antes de começar.

O Balanset-1A - o seu kit completo de equilíbrio de campo

Tudo nesta página é feito com um instrumento portátil: o Balanset-1A. É um equilibrador dinâmico de dois canais e um analisador de vibrações que equilibra os conjuntos de fusos e porta-ferramentas CNC nos seus próprios rolamentos, à velocidade de funcionamento, utilizando o método do coeficiente de influência de 3 execuções - o software calcula a massa e o ângulo de correção exactos e guarda um relatório.

Kit completo de equilibragem Balanset-1A com sensores, tacómetro laser, balança e mala

O que está incluído no kit completo

€1,975 - Kit completo, em stock, fatura com IVA

Unidade de medição de interface (USB, 2 canais)
Dois acelerómetros de vibração (cabo de 4 m, 10 m opcional)
Tacómetro laser / sensor ótico de fase (50-500 mm)
Suporte magnético para o sensor
Balança digital para pesos de prova e correção
Software de análise e equilíbrio do Windows
Mala de transporte em plástico

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Recomendado

Kit completo

Unidade - 2 sensores - tacómetro laser - suporte magnético - balança digital - software - mala de transporte. Tudo o que é necessário para começar a equilibrar a partir da caixa.

OEM

Conjunto OEM

Unidade - 2 sensores - tacómetro laser - software. Para integradores que já possuem um suporte, balança e caixa, ou que incorporam a unidade numa máquina de equilibrar.

Principais especificações técnicas
Parâmetro	Valor
Canais de medição	2 (equilibragem num e em dois planos)
Faixa de velocidade de vibração	0,05-100 mm/s
Faixa de frequência	5-300 Hz
Exatidão da medição	±5% da escala completa
Método	Coeficiente de influência de 3 execuções (1 ou 2 planos)
Análise	Amplitude e fase a 1×, espetro FFT e forma de onda, relatórios guardados
Computador portátil	Não incluído (PC Windows, disponível a pedido)

✓ Em stock✓ DHL Portugal 35 euros✓ DHL a nível mundial 110 euros✓ Garantia de 2 anos✓ Fatura IVA✓ Apoio ao engenheiro

Equilibragem in situ vs máquina de equilibrar - qual é a mais adequada para o seu fuso?

Comparação: equilibragem no terreno na máquina CNC vs. bancada de equilibragem dedicada fora da máquina
Fator	Equilíbrio de campo (Balanset-1A)	Suporte de equilíbrio dedicado (oficina)
O fuso foi retirado da máquina?	Não - funciona no local	Sim - é necessária uma desmontagem completa
Reflecte as condições reais de funcionamento?	Sim - rolamentos actuais, pré-carga térmica, fixação da lança	Não - emulação de fuso separado
Tempo de inatividade da máquina	Apenas montagem do sensor (<15 min)	Horas a dias (retirar, enviar, equilibrar, reinstalar)
Velocidade de equilíbrio	Velocidade real de maquinagem	Velocidade de ensaio separada, frequentemente inferior
Contas para a montagem completa (suporte + pinça + ferramenta)?	Sim - conjunto completo equilibrado como uma unidade	Depende do suporte; frequentemente apenas o suporte
Normas cumpridas	ISO 21940-11 G1.0, ISO 14694	ISO 21940-11 G1.0
Custo do equipamento	1.975 euros (kit completo)	€5,000 - €30,000+
Tempo de trabalho típico por montagem	<1 hora no local	Várias horas a 1-2 dias no total

O balanceamento de campo in-situ é a abordagem preferida para fusos de produção que podem funcionar, porque captura a verdadeira condição de funcionamento montado - incluindo pré-carga térmica e forças de fixação da barra de tração - que um suporte separado não pode replicar. Um suporte dedicado continua a ser útil para porta-ferramentas novos antes da primeira utilização ou para fusos de muito alta velocidade cuja geometria impede a fixação direta do sensor.

Casos reais de balanceamento de fusos

Fuso do centro de maquinagem CNC e porta-ferramentas HSK equilibrado in situ à velocidade de funcionamento G1.0

Fuso CNC e porta-ferramentas HSK

Equilíbrio in situ de um fuso de centro de maquinagem e de um conjunto de porta-ferramentas HSK à velocidade de funcionamento, obtendo um desequilíbrio residual G1.0 e eliminando problemas de acabamento superficial.

Conjunto completo de porta-ferramentas - suporte, pinça e ferramenta de corte - montado no fuso para balanceamento na máquina

Conjunto completo equilibrado como uma unidade

O conjunto completo - suporte, pinça e ferramenta - equilibrado em conjunto na máquina. Cada componente contribui com a sua própria assimetria de massa; a equilibragem ao nível do conjunto é exigida pela norma ISO 21940-11.

Acelerómetro de vibração montado na carcaça do fuso CNC na área do rolamento dianteiro para balanceamento de campo

Sensor na zona do rolamento dianteiro

O acelerómetro de vibração é fixado diretamente à caixa do fuso no rolamento dianteiro, medindo à velocidade máxima de maquinação - não é necessário desmontar o fuso.

Calculadoras gratuitas de fusos e porta-ferramentas

Calculador de desbalanceamento do fuso Desequilíbrio residual (ISO 1940) Calculadora de peso de prova Força centrífuga de desequilíbrio

Aprender a teoria

Equilíbrio nos níveis de qualidade Desequilíbrio residual Equilíbrio de campo Balanceamento dinâmico Equilíbrio em dois planos

Perguntas frequentes sobre o balanceamento do fuso e do porta-ferramentas

É necessário retirar o fuso da máquina para efetuar o equilíbrio?

Não. O Balanset-1A equilibra o conjunto do fuso nos seus próprios rolamentos à velocidade real de maquinagem, sem qualquer desmontagem. Um sensor de vibração é fixado à carcaça do fuso e um tacômetro a laser lê a referência de fase no conjunto rotativo - este é todo o acesso necessário. Isto significa que o resultado da equilibragem reflecte a verdadeira condição de funcionamento, incluindo a pré-carga térmica e as forças de aperto da barra de tração que um suporte de equilibragem separado não consegue reproduzir.

Devo equilibrar apenas o porta-ferramentas ou o conjunto completo?

Equilibre sempre o conjunto completo - porta-ferramentas, pinça e ferramenta de corte juntos. Cada componente tem a sua própria assimetria de massa; equilibrar apenas o suporte não tem em conta a ferramenta. As diretrizes para porta-ferramentas ISO 21940-11 requerem explicitamente o equilíbrio ao nível do conjunto por esta razão. Quando se muda a ferramenta ou se rectifica a pastilha, o estado de equilíbrio muda e o conjunto deve ser verificado novamente antes da próxima produção acima das 10.000 rpm.

De que grau de equilíbrio necessitam os fusos de maquinagem?

G2.5 é aceitável para maquinagem de uso geral a velocidades moderadas (abaixo de ~10.000 rpm). O G1.0 é recomendado para fusos a funcionar acima das 10.000 rpm e para trabalhos de precisão em que as tolerâncias de rugosidade superficial Ra ou Rz são apertadas. O desequilíbrio residual admissível em g-mm depende da massa do rotor e da velocidade - utilize o nosso calculador de desbalanceamento do fuso para encontrar o limite exato para a sua aplicação e grau.

Com que frequência se devem equilibrar os conjuntos de porta-ferramentas?

A melhor prática para maquinação a alta velocidade (acima de 10.000 rpm) é equilibrar um conjunto de porta-ferramentas sempre que uma nova ferramenta é montada para uma produção. Para configurações dedicadas de longa duração, efectue o reequilíbrio após qualquer retificação, processo de revestimento ou reparação do porta-ferramentas que altere a distribuição da massa. Abaixo das 10.000 rpm, muitas oficinas fazem o balanceamento apenas quando aparecem sintomas de vibração, mas vale sempre a pena fazer um balanceamento proactivo antes de um ciclo de alto valor.

O Balanset-1A pode lidar com velocidades de fuso acima de 20.000 rpm?

Sim. O Balanset-1A mede a amplitude e a fase da vibração a qualquer velocidade a que o fuso esteja a funcionar. O tacómetro laser segue a referência de fase sem contacto, de forma fiável a altas rotações. O software calcula a massa de correção utilizando o método do coeficiente de influência, independentemente da velocidade. Verifique a sua velocidade específica em relação à taxa de amostragem especificada do sensor na documentação do produto e utilize a nossa calculadora de desbalanceamento do fuso para confirmar o resíduo de grau G permitido à sua velocidade alvo.

É suficiente um plano de correção ou são necessários dois?

Para conjuntos curtos e compactos de porta-ferramentas com uma largura axial muito menor que seu diâmetro, um único plano de correção no anel de balanceamento do porta-ferramentas é normalmente suficiente. Para conjuntos mais longos - como uma barra de mandrilar ou um suporte de longo alcance - ou quando tanto o porta-ferramentas quanto o nariz do fuso são acessíveis, o balanceamento em dois planos elimina o desbalanceamento de acoplamento bem como o desbalanceamento estático, proporcionando uma correção mais completa. O Balanset-1A opera nos modos de um e dois planos com o mesmo equipamento.

Equilibre o seu conjunto de fuso CNC - em velocidade, na máquina

O Balanset-1A mede e resolve o desequilíbrio do fuso à velocidade de funcionamento sem desmontagem, atingindo as tolerâncias ISO 21940-11 G1.0 e documentando o resultado para os seus registos de qualidade. Sem remoção da máquina, sem perda de produção - apenas um fuso mais silencioso, maior vida útil dos rolamentos e melhor acabamento superficial.

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Equilíbrio de fusos e porta-ferramentas CNC