Echilibrarea axului CNC și echilibrarea portsculelor
Referință pentru mecanici pentru echilibrarea axului principal și corectarea portsculelor in situ — de la verificarea dacă dezechilibrul este de fapt problema până la verificarea faptului că rezultatul îndeplinește obiectivele ISO. Acoperă axurile principale pentru frezare, strunguri și rectificare.
Costul real al unui ax neechilibrat
Un ax care se rotește la 12.000 RPM face 200 de rotații pe secundă. Dacă centrul de masă este decalat cu doar 5 microni față de axa de rotație, forța centrifugă rezultată lovește rulmenții de 200 de ori pe secundă - iar această forță crește odată cu pătratul vitezei. Dublați RPM-ul, cvadruplați forța. Aceasta nu este o metaforă; este fizica care guvernează fiecare ax din fiecare mașină CNC.
Efectele se manifestă rapid și în moduri măsurabile:
Ondulații, urme de vibrații, fațetare. Piesele care ar trebui să aibă un Ra de 0,4 µm au un Ra de 0,6 µm sau mai puțin.
Vibrațiile provoacă micro-ciobiri pe muchiile de carbură. Sculele care ar trebui să reziste 60 de minute durează 20-30 de minute.
Seturi de contacte unghiulare de precizie (clasa P4/P2) + manoperă + 1–4 săptămâni de nefuncționare a mașinii.
Rulmenții axului sunt cea mai scumpă victimă. Un set tipic de rulmenți duplex sau triplex de precizie pentru un ax de peste 12.000 RPM costă între 2.000 și 6.000 de euro doar pentru piese. Adăugați manopera, alinierea, rodajul și timpul de nefuncționare al mașinii - totalul ajunge adesea la 8.000 - 25.000 de euro. Și rulmenții nu se defectează din cauza suprasolicitării, ci din cauza impactului ciclic pe care îl creează dezechilibrul. Fiecare rotație, fiecare impact, fiecare oră de funcționare a mașinii.
Cea mai costisitoare consecință nu este rulmentul, ci resturile. Un ax care funcționează cu 0,5 mm/s peste vibrațiile acceptabile poate produce piese care arată bine, dar nu trec verificările dimensionale. Dacă îl descoperiți după 200 de piese în loc de 20, ați risipit de 10 ori mai mult material și timp de lucru.
Gradele ISO de echilibru: Ce țintă să urmărești
Înainte de a lua o mașină de echilibrat, definește ce înseamnă "echilibrat" pentru axul tău principal. Răspunsul depinde de viteză, clasa rulmentului și de ceea ce prelucrezi.
Clase de echilibrare (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Calitatea echilibrării este exprimată ca grad G (mm/s) - viteza admisă a deplasării reziduale a centrului de masă la viteza de funcționare. G mai mic = toleranță mai strictă = vibrații mai mici.
| Grad | Aplicație | Utilizare tipică CNC |
|---|---|---|
| G 6.3 | Arbore industriale generale, scripeți, pompe | Rareori suficient pentru axuri — marginal doar la turații reduse |
| G 2.5 | Motoare electrice, axe standard pentru mașini | Majoritatea centrelor de frezare și strunjire CNC sub 12.000 RPM |
| G 1.0 | Rotoare de precizie, mașini de mare viteză | Arborele de frezare HSC peste 12.000 RPM, strunguri de precizie |
| G 0.4 | Rotoare de ultra-precizie | Arbori de rectificare, găuritoare cu dispozitiv de fixare, prelucrare ultra-rapidă |
Calculul toleranței
Dezechilibrul rezidual admisibil \(U_{\mathrm{per}}\) (în g·mm) se calculează din masa rotorului și viteza de funcționare:
Exemplu: Un ax de 20 kg la 10.000 RPM, gradul G 2.5:
\(U_{\mathrm{per}}\) = 9549 × 2,5 × 20 / 10.000 = 47,7 g·mm
Asta echivalează cu 0,48 g la o rază de 100 mm - mai puțin de jumătate de gram.
La G 1.0, același ax scade la 19,1 g·mm — aproximativ 0,2 g la 100 mm. La 24.000 RPM, toleranța este de 4 ori mai strânsă.
Pentru axuri cu turații peste 15.000 RPM, numerele devin foarte mici. Un portsculă de 5 kg la 20.000 RPM și G 2,5 are o toleranță de doar 5,97 g·mm — o particulă de metal. De aceea, prelucrarea de mare viteză necesită atât axul principal și echilibrarea portsculelor ca etape separate.
Echilibrarea axului in situ — Pas cu pas
"In-situ" înseamnă „în poziție” — axul rămâne în mașină, funcționând în propriii rulmenți. Aceasta este metoda standard pentru axurile CNC, deoarece surprinde tot ceea ce afectează vibrațiile: acționarea, rulmenții, strângerea, starea termică și viteza reală de funcționare. Axurile echilibrate în atelier, măsurate pe rulmenții unei mașini de echilibrat, vibrează adesea după reinstalare, deoarece condițiile sunt diferite.
Echipament: Balanset-1A echilibrator portabil, laptop, accelerometru, tahometru laser, greutăți de testare, greutăți corectoare sau șuruburi de fixare, comparator cu cadran (pentru verificarea bătăii roții).
Verificare prealabilă: Este într-adevăr un dezechilibru?
Înainte de echilibrare, confirmați că dezechilibrul este sursa dominantă de vibrații. Două verificări rapide:
Verificare a execuției neterminate. Montați un comparator cu cadran pe conul axului și rotiți-l manual. Bătaia conică trebuie să se încadreze în specificațiile producătorului mașinii - de obicei < 0,002 mm pentru HSK, < 0,005 mm pentru BT/CAT. Dacă bătaia este în afara specificațiilor, conul este deteriorat sau contaminat. Curățați-l mai întâi.
Spectrul FFT. Rulați axul la viteza de funcționare și capturați un spectru de vibrații cu Balanset-1A. Un vârf dominant la 1× RPM = dezechilibru. Energie puternică la 2× RPM = nealiniere. Vârfuri la frecvențele defectelor rulmentului (BPFO, BPFI) = deteriorarea rulmentului. Echilibrarea corectează doar componenta 1×. Dacă observați alte frecvențe dominante, remediați-le mai întâi.
Instalați senzorul și tahometrul
Montați accelerometrul pe carcasa axului cât mai aproape de rulmentul frontal. Folosiți un suport magnetic (de preferință) sau un suport cu știft pentru carcasele nemagnetice. Senzorul trebuie să fie cuplat rigid - orice slăbire introduce erori de măsurare.
Atașați o bandă reflectorizantă pe o suprafață rotativă vizibilă pentru tahometrul laser. La axele CNC, flanșa portsculă sau capătul barei de tracțiune funcționează adesea. Poziționați tahometrul pe suportul său magnetic, cu o linie vizuală liberă. Verificați dacă citirea RPM este stabilă înainte de a continua.
Conectați ambele la unitatea Balanset-1A, prin USB la laptop, lansați software-ul.
Echilibrare în trei etape: inițială → încercare → corecție
Rularea 1 — Nivel de referință. Rotiți axul la viteza de funcționare (sau la viteza la care vibrațiile sunt cele mai mari). Înregistrați amplitudinea și faza vibrațiilor. Acesta este numărul "înainte".
Rula 2 — Greutate de probă. Opriți axul principal. Instalați o greutate de probă cunoscută într-un loc accesibil - un orificiu filetat de echilibrare pe flanșa axului principal sau o greutate magnetică pe un arbore de echilibrare. Porniți axul principal, înregistrați noul vector de vibrație. Amplitudinea sau faza trebuie să se modifice cu cel puțin 20–30% față de valoarea inițială. Dacă nu, măriți greutatea de probă sau mutați-o pe o rază mai mare.
Calcul. Software-ul Balanset-1A calculează masa și unghiul de corecție din cele două puncte de date. Exemplu de rezultat: "14,2 g la 237°" — ceea ce înseamnă că aveți nevoie de o corecție de 14,2 grame la 237° față de poziția greutății de probă, în direcția de rotație.
Aplicați corecția și verificați
Îndepărtați greutatea de probă. Instalați corecția calculată folosind una dintre aceste metode:
Șuruburi de fixare — cel mai des întâlnit pentru axele CNC cu găuri de echilibrare dedicate în flanșă sau inelul frontal. Înșurubați masele calibrate la unghiul calculat.
Inele de echilibrare — două inele excentrice care alunecă unul față de celălalt. Rotirea lor relativă unul față de celălalt creează un vector de corecție net. Destul de des întâlnit la axele principale de rectificare și la arborii de echilibrare.
Îndepărtarea materialelor — găurire pentru extragerea metalului în punctul dificil. Ireversibilă, dar precisă. Se utilizează atunci când axul nu are dispozitive de echilibrare.
Rula 3 — Verificare. Porniți axul principal, măsurați vibrațiile reziduale. Pentru un ax principal standard de frezare CNC la 12.000 RPM, ținta este sub 0,5 mm/s. Pentru șlefuirea de precizie, mai jos 0,1 mm/s. Dacă rezultatul este peste țintă, software-ul sugerează o corecție de ajustare — o mică pondere suplimentară pentru reglaj fin.
Frezare, strunjire și rectificare: Note specifice axului principal
Metoda greutății de probă este aceeași pentru toate tipurile de axuri. Ceea ce se schimbă este accesul, metoda de corecție și gradul de echilibrare vizat.
Axuri de frezare
Turații mari, sarcini de așchiere variabile. Multe axe au găuri de echilibrare încorporate în flanșa frontală. Peste 15.000 RPM, expansiunea conicității sub sarcină centrifugă afectează așezarea sculei — interfețele HSK depășesc performanțele BT/CAT datorită contactului dublu (conic + față). Sculele sunt adesea sursa dominantă de dezechilibru.
Axe de strung
Complexitate: mandrina. Mandrinele grele cu fălci mobile creează un dezechilibru variabil în funcție de poziția fălcii și de forța de prindere a piesei. Echilibrați axul principal cu mandrina instalată. Multe mandrine au găuri de echilibrare - folosiți-le. Pentru axele principale de pe strunguri multiaxe, accesul este mai strâmt; planificați amplasarea senzorilor în avans.
Arborele de rectificare
Cele mai stricte toleranțe. Pietrele abrazive își schimbă echilibrarea pe măsură ce se uzează. Multe mașini de rectificat utilizează capete de echilibrare automată - mase excentrice în interiorul axului care compensează continuu. Dacă mașina nu are un dispozitiv de echilibrare automată, utilizați flanșe de roată cu greutăți glisante într-o canelură inelară sau corectați cu Balanset-1A și greutăți fixe.
Echilibrarea suportului de scule
Peste 8.000 RPM, portscula devine principala sursă de dezechilibru. Axul poate fi perfect echilibrat, iar vibrațiile vor fi în continuare inacceptabile dacă ansamblul sculei nu corespunde specificațiilor. La peste 20.000 RPM, aceasta nu este o sugestie - este fizica situației.
De unde provine dezechilibrul portsculei?
Design asimetric. Planurile Weldon, șuruburile cu blocare laterală, canalele de pană și geometriile spărgătorului de așchii creează o asimetrie inerentă a masei. Un port-așchii Weldon cu șurub lateral este dezechilibrat măsurabil prin proiectare - nu a fost niciodată conceput pentru viteze peste 5.000 RPM.
Excentricitatea de fabricație. Axa conicității și axa alezajului nu sunt niciodată perfect concentrice. Nici axa alezajului nu este perfect concentrică cu tija sculei. Fiecare interfață adaugă bătaie liberă și decalaj de masă.
Piniță și piuliță. Piulițele cu pensetă ER prezintă adesea excentricitate din cauza filetului. La viteză mare, piulița însăși devine o sursă de vibrații. Folosiți piulițe echilibrate rectificate cu precizie pentru lucrările HSC.
Instrumentul de tăiere. Frezele frontale cu un singur canal, sculele cu plăcuțe asimetrice și sculele cu geometrie excentrică adaugă un dezechilibru pe care nicio corecție a suportului nu îl poate elimina. Aceste scule au un plafon practic de rotații pe minut, guvernat de propria distribuție a masei.
Metode de echilibrare
Șuruburi de echilibrare
Șuruburi calibrate de mase diferite, înfiletate în găuri dedicate din corpul suportului. Cea mai comună metodă. Flexibilă — puteți reechilibra pentru diferite scule în același suport. Majoritatea suporturilor HSC sunt dotate cu găuri de echilibrare pre-găurite.
Inele de echilibrare excentrice
Două inele cu masă descentrată. Rotirea lor unul față de celălalt creează un vector de corecție net în orice direcție. Reglare rapidă, fără îndepărtare de metal. Destul de comun la mandrinele cu pensetă și sistemele modulare de scule.
Îndepărtarea materialului (găurire)
Ireversibil — găurește masa în punctul greu. Precis și permanent. Practic doar pentru suporturile dedicate unei singure scule. Nu este potrivit dacă schimbați sculele frecvent.
Suporturi prin fretare
Natural simetric — suportul este un cilindru solid fără mecanisme de prindere. De obicei, necesită o corecție minimă. Cea mai bună alegere pentru HSC peste 20.000 RPM atunci când este combinată cu scule echilibrate.
Pasul 1: Echilibrați axul nefinisat in situ (Balanset-1A). Pasul 2: Echilibrați fiecare portsculă + ansamblu de scule pe o mașină de echilibrare verticală. Pasul 3: După introducerea ansamblului echilibrat în ax, verificați vibrația finală in situ. Dacă ambele se încadrează individual în specificații, rezultatul combinat este aproape întotdeauna în limitele specificațiilor.
Raport de teren: Ax de frezare HSC la 24.000 RPM
Un subcontractant din industria aerospațială din Europa de Vest prelucra componente structurale din aluminiu pe un centru HSC cu 5 axe — o mașină cu un ax cu acționare directă de 24.000 RPM. După înlocuirea programată a rulmentului, axul a trecut testul de acceptare al producătorului mașinii, dar atelierul a observat două lucruri: finisajul suprafeței pe fețele critice se degradase de la Ra 0,4 la Ra 0,7 µm, iar frezele din carbură metalică aveau o durată de viață de 25 de minute în loc de 55, câte era obișnuit.
Echipa de service a constructorului mașinii verificase alinierea și preîncărcarea rulmentului — ambele conform specificațiilor. Problema era un dezechilibru rezidual de la schimbarea rulmentului. Rulmenții noi au o distribuție a masei ușor diferită față de setul vechi, iar axul reasamblat nu mai era echilibrat la starea inițială.
Am instalat Balanset-1A pe carcasa axului principal, am rulat FFT-ul la 24.000 RPM și am confirmat un vârf curat de 1× RPM — un dezechilibru tipic. Vibrație inițială: 4,2 mm/s pe rulmentul frontal. Pentru un ax principal la această viteză, ținta este sub 0,5 mm/s (G 1.0).
O încercare, o corecție — un șurub de fixare de 3,8 g instalat la 194° în orificiul de echilibrare al vârfului axului. Timp total al procedurii: 55 de minute, inclusiv configurarea.
Centru HSC pe 5 axe — ax cu acționare directă de 24.000 RPM
Prelucrarea aluminiului în industria aerospațială. Vibrații puternice după înlocuirea programată a rulmenților. Testul de acceptare al producătorului de mașini a trecut, dar finisajul suprafeței și durata de viață a sculei au fost degradate.
După corecție, finisajul suprafeței a revenit la Ra 0,38 µm. Durata de viață a sculei a revenit la peste 50 de minute. Atelierul măsoară acum vibrațiile axului după fiecare service al rulmentului - o verificare de 55 de minute care previne săptămâni de producție degradată.
Când echilibrarea nu rezolvă vibrațiile
Ați urmat procedura, ați instalat corecția, iar vibrațiile sunt încă ridicate. Înainte de a presupune că instrumentul este greșit, verificați aceste patru blocante comune:
1. Rezonanță structurală. Dacă viteza de funcționare a axului coincide cu o frecvență naturală a structurii mașinii, vibrația se amplifică indiferent de calitatea echilibrării. Test: efectuați o creștere lentă de la turații mici la viteza de funcționare în timp ce înregistrați vibrațiile. Dacă observați un vârf brusc la o anumită turație care scade deasupra și sub aceasta, aceasta este rezonanță. Soluția nu este echilibrarea - ci fie modificarea vitezei de funcționare cu 5–10%, fie rigidizarea structurii, fie adăugarea de amortizare.
2. Probleme cu bara de tracțiune / arcul Belleville. Dacă arcurile Belleville care fixează portscula sunt uzate sau rupte, scula nu se așează rigid în con. Acest lucru creează un dezechilibru "plutitor" - acesta se schimbă de fiecare dată când deblocați și reblocați. Vibrația se schimbă aleatoriu între cicluri. Nicio echilibrare nu poate compensa o fixare mecanică care nu este repetabilă.
3. Contaminare conică. Așchiile, reziduurile de lichid de răcire sau micro-bavurile din conul axului împiedică așezarea completă a portsculei. Rezultatul: o bătaie mare și vibrații care se modifică la fiecare schimbare a sculei. Curățați conul cu o lavetă conică și verificați cu albastru de prusac (modelul de contact trebuie să fie >80% pe circumferință).
4. Eroare de convenție a canelurilor de cheie. La echilibrarea unui ax care acționează printr-o pană (mașini mai vechi, axuri acționate prin curea), trebuie respectată convenția jumătății de pană: rotorul este echilibrat presupunând că are jumătate din canalele de pană, iar piesa de cuplare (roletă, cuplaj) are cealaltă jumătate. Dacă o parte are pană completă, iar cealaltă nu are pană, ansamblul combinat va fi dezechilibrat.
Rulați testul de decelerare liberă: permiteți axului să decelereze natural față de viteza de funcționare în timp ce înregistrați vibrațiile în funcție de rotațiile pe minut. Dacă vibrațiile scade uniform odată cu viteza → dezechilibru (un bun candidat pentru echilibrare). Dacă vibrațiile cresc la o anumită rotație pe minut în timpul decelerării → rezonanță. Dacă vibrațiile sunt neregulate și nerepetabile → slăbire mecanică sau problemă de prindere. Balanset-1A înregistrează automat datele de decelerare liberă.
Echipament: Specificații Balanset-1A
Procedura de mai sus utilizează Balanset-1A sistem portabil de echilibrare. Specificații relevante pentru lucrul cu ax:
Kitul include două accelerometre, tahometru laser, bandă reflectorizantă, suporturi magnetice, software pe USB și geantă de transport. Fără abonamente. Fără taxe de licență recurente.
Vibrațiile axului vă afectează finisajul suprafeței și durata de viață a sculei?
Balanset-1A acoperă orice ax CNC de la 100 la 100.000 RPM. Un singur dispozitiv. Fără costuri recurente. Garanție de 2 ani.
Întrebări frecvente
Gata cu ghicitul - ești gata să măsori?
Balanset-1A. Un dispozitiv pentru fiecare ax - freză CNC la rectificatoare de precizie. Livrare în întreaga lume prin DHL. Fără abonamente.
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 Comentarii