Balancimi i boshtit kryesor CNC & balancimi i mbajtësit të veglës
Një referencë për mekanikun mbi balancimin in-situ të boshtit kryesor dhe korrigjimin e mbajtësit të veglës — nga verifikimi nëse çekuilibrimi është vërtet problemi deri te verifikimi që rezultati përmbush objektivat ISO. Përfshin boshtet kryesore të frezimit, tornimit dhe rrektifikimit.
Kostoja reale e një boshti kryesor të pabalancuar
Një bosht kryesor që rrotullohet me 12,000 RPM bën 200 rrotullime në sekondë. Nëse qendra e masës zhvendoset vetëm 5 mikrone nga boshi i rrotullimit, forca centrifugale që rezulton godet kushinetat 200 herë në sekondë — dhe kjo forcë rritet me katrorin e shpejtësisë. Dyfishoni RPM-në, katërfishoni forcën. Kjo nuk është metaforë; është fizika që rregullon çdo bosht kryesor në çdo makinë CNC.
Efektet shfaqen shpejt dhe në mënyra të matshme:
Valëzime, shenja dridhjeje (chatter), faceting. Pjesët që duhet të jenë Ra 0.4 µm maten Ra 0.6 µm ose më keq.
Vibrimi shkakton mikro-plasaritje në tehët e karbidit. Veglat që duhet të zgjasin 60 min zgjasin 20–30 min.
Sete kontakti këndor precizioni (klasa P4/P2) + punë + 1–4 javë ndalim makinerie.
Kushinetat e boshtit kryesor janë viktima më e shtrenjtë. Një set tipik kushinetash duplex ose triplex precizioni për një bosht kryesor mbi 12,000 RPM kushton €2,000–6,000 vetëm për pjesët. Shtoni punën, rreshtimin, xhirimin fillestar dhe ndalimin e makinës — totali shpesh arrin €8,000–25,000. Dhe kushinetat nuk dëmtohen nga mbingarkesa, por nga ngarkesa ciklike e goditjeve që krijon çekuilibrimi. Çdo rrotullim, çdo goditje, çdo orë që makina funksionon.
Pasoja më e shtrenjtë nuk është kushineta — është skarti. Një bosht kryesor që funksionon 0.5 mm/s mbi vibrimin e pranueshëm mund të prodhojë pjesë që duken mirë por dështojnë në kontrollet dimensionale. Nëse e kapni pas 200 pjesëve në vend të 20, keni skartuar 10× më shumë material dhe kohë makinerie.
Klasat e balancimit ISO: Cili objektiv të synohet
Përpara se të merrni një balancues, përcaktoni se çfarë do të thotë "i balancuar" për boshtin (spindle) tuaj. Përgjigja varet nga shpejtësia, klasa e kushinetës dhe çfarë po përpunoni.
Klasat e balancimit (ISO 1940-1 / ISO 21940-11)
Cilësia e balancimit shprehet si klasa G (mm/s) — shpejtësia e lejuar e zhvendosjes së qendrës së masës të mbetur gjatë shpejtësisë së punës. G më e ulët = tolerancë më e ngushtë = më pak vibrim.
| Klasa | Aplikimi | Përdorimi tipik në CNC |
|---|---|---|
| G 6.3 | Boshte industriale të përgjithshme, rrota, pompa | Rrallë e mjaftueshme për boshtet (spindle) — margjinale vetëm në RPM të ulët |
| G 2.5 | Motorë elektrikë, boshte standarde makinerie | Shumica e qendrave CNC të frezimit dhe kthimit nën 12,000 RPM |
| G 1.0 | Rotorë precizioni, makineri me shpejtësi të lartë | Boshte frezimi HSC mbi 12,000 RPM, torna precizioni |
| G 0.4 | Rotorë me precizion ultra | Boshte brusheje, shpuese jig, përpunim me shpejtësi ultra të lartë |
Llogaritja e tolerancës
The permissible residual unbalance (U_{mathrm{per}}) (in g·mm) is calculated from rotor mass and operating speed:
Shembull: Një bosht 20 kg në 10,000 RPM, klasa G 2.5:
(U_{mathrm{per}}) = 9549 × 2.5 × 20 / 10,000 = 47.7 g·mm
Kjo është ekuivalente me 0.48 g në rreze 100 mm — më pak se gjysma e një grami.
Në G 1.0, i njëjti bosht bie në 19.1 g·mm — rreth 0.2 g në 100 mm. Në 24,000 RPM, toleranca është 2.4× më e ngushtë akoma.
Për boshtet mbi 15,000 RPM, numrat bëhen shumë të vegjël. Një mbajtëse veglash 5 kg në 20,000 RPM dhe G 2.5 ka një tolerancë prej vetëm 5.97 g·mm — një thërrmijë metali. Kjo është arsyeja pse përpunimi me shpejtësi të lartë kërkon balancimin e boshtit dhe dhe të mbajtëses së veglave si hapa të veçantë.
Balancimi in-situ i boshtit kryesor — hap pas hapi
In-situ do të thotë "në pozicion" — boshti mbetet në makinë, duke punuar në kushinetat e veta. Ky është metoda standarde për boshtet CNC sepse kap gjithçka që ndikon vibrimin: transmisionin, kushinetat, shtrëngimin, gjendjen termike dhe shpejtësinë reale të punës. Boshtet e balancuara në punishte, të matura mbi kushinetat e një makine balancimi, shpesh vibrojnë pasi riinstalohen, sepse kushtet janë të ndryshme.
Pajisja: Balanset-1A balancues portativ, laptop, akselerometër, takometër laserik, pesha provë, pesha korrigjimi ose vida rregulluese, indikator numërues (për kontrollin e runout-it).
Kontrolli paraprak: A është vërtet çekuilibër?
Përpara balancimit, konfirmoni që çekuilibri është burimi dominant i vibrimit. Dy kontrolle të shpejta:
Kontrolli i runout-it. Vendosni një indikator numërues kundër konit të boshtit dhe rrotulloni me dorë. Runout-i i konit duhet të jetë brenda specifikimit të prodhuesit të makinës — zakonisht < 0.002 mm për HSK, < 0.005 mm për BT/CAT. Nëse runout-i del jashtë specifikimit, koni është i dëmtuar ose i ndotur. Pastrojeni fillimisht.
Spektri FFT. Vini boshtin në punë me shpejtësinë e punës dhe kapni një spektër vibrimi me Balanset-1A. Një pik dominant në 1× RPM = çekuilibër. Energji e fortë në 2× RPM = keqrreshtim (misalignment). Pikë në frekuencat e defektit të kushinetës (BPFO, BPFI) = dëmtim i kushinetës. Balancimi korrigjon vetëm komponentin 1×. Nëse shihni frekuenca të tjera dominante, trajtojini ato së pari.
Instaloni sensorin dhe takometrin
Montoni akselerometrin në karkasën e boshtit sa më afër që të jetë e mundur kushinetës së përparme. Përdorni një bazë magnetike (e preferuar) ose një bazë me stud për karkasat jomagnetike. Sensori duhet të jetë i lidhur ngurtësisht — çdo lëshim shkakton gabim matjeje.
Ngjisni shirit reflektues në një sipërfaqe rrotulluese të dukshme për takometrin laserik. Në boshtet CNC, fllanxha e mbajtëses së veglave ose skaji i shtyllës tërheqëse (drawbar) shpesh funksionon. Vendosni takometrin në mbajtësen e tij magnetike me shikueshmëri të pastër. Verifikoni një lexim RPM të qëndrueshëm përpara se të vazhdoni.
Lidhni të dyja me njësinë Balanset-1A, USB me laptopin, hapni softuerin.
Balancim me tre xhirime: fillestar → provë → korrigjim
Xhirimi 1 — Bazë (baseline). Vini boshtin në punë me shpejtësinë e punës (ose shpejtësinë ku vibrimi është më i lartë). Regjistroni amplitudën dhe fazën e vibrimit. Ky është numri juaj "para".
Xhirimi 2 — Peshë prove. Ndaloni boshtin. Instaloni një peshë prove të njohur në një vendndodhje të arritshme — një vrimë balancimi me fileto në fllanxhën e boshtit, ose një peshë magnetike në një bosht balancimi (arbor). Vini boshtin në punë, regjistroni vektorin e ri të vibrimit. Amplituda ose faza duhet të ndryshojë të paktën 20–30% nga baza. Nëse jo, rrisni peshën e provës ose zhvendoseni në një rreze më të madhe.
Llogaritja. Softueri i Balanset-1A llogarit masën dhe këndin e korrigjimit nga dy pikat e të dhënave. Shembull rezultati: "14.2 g në 237°" — që do të thotë se ju nevojiten 14.2 gramë korrigjim në 237° nga pozicioni i peshës së provës, në drejtim të rrotullimit.
Aplikoni korrigjimin dhe verifikoni
Hiqni peshën e provës. Instaloni korrigjimin e llogaritur duke përdorur një nga këto metoda:
Vida rregulluese — metoda më e zakonshme për boshtet CNC me vrima balancimi të dedikuara në fllanxhë ose në unazën e hundës. Vidhosni masa të kalibruara në këndin e llogaritur.
Unaza balancimi — dy unaza ekscentrike që rrëshqasin njëra kundrejt tjetrës. Rrotullimi i tyre relativisht me njëra-tjetrën krijon një vektor korrigjimi neto. Të zakonshme në boshtet e smirilimit dhe në boshtet e balancimit (arbor).
Heqje materiali — shpimi i metalit në pikën e rëndë. E pakthyeshme, por e saktë. Përdoret kur boshti nuk ka mundësi balancimi të integruara.
Ekzekutimi 3 — Verifikimi. Ndizni boshtin, matni vibrimin e mbetur. Për një bosht standard frezimi CNC në 12,000 RPM, qëllimi është nën 0.5 mm/s. Për smirilim precize, nën 0.1 mm/s. Nëse rezultati është mbi qëllimin, softueri sugjeron një korrigjim rifinues (trim) — një peshë shtesë e vogël për rregullim të hollë.
Frezimi, Tornimi dhe Smirilimi: Shënime Specifike për Boshtin
Metoda e peshës së provës është e njëjtë për të gjitha llojet e boshteve. Ajo që ndryshon është aksesi, metoda e korrigjimit dhe grada e balancimit që synoni.
Boshtet e frezimit
RPM të larta, ngarkesa prerëse të ndryshueshme. Shumë boshte kanë vrima balancimi të integruara në fllanxhën e hundës. Mbi 15,000 RPM, zgjerimi i konit nën ngarkesën centrifugale ndikon në uljen e veglës — ndërfaqet HSK performojnë më mirë se BT/CAT falë kontaktit të dyfishtë (kon + fytyrë). Vegla e prerjes shpesh është burimi kryesor i çekuilibrit.
Boshtet e tornove
Kompleksiteti: mandrina. Mandrinat e rënda me nofulla lëvizëse krijojnë çekuilibër të ndryshueshëm në varësi të pozicionit të nofullave dhe forcës së shtrëngimit të pjesës. Balanconi boshtin me mandrinën të instaluar. Shumë mandrina kanë vrima balancimi — përdorini ato. Për nën-boshtet në tornot me shumë boshte, aksesi është më i kufizuar; planifikoni vendosjen e sensorëve paraprakisht.
Boshtet e smirilimit
Tolerancat më të ngushta. Gurët smirilues ndryshojnë balancën ndërsa konsumohen. Shumë makina smirilimi përdorin koka balancimi automatike — masa ekscentrike brenda boshtit që kompensojnë vazhdimisht. Nëse makina nuk ka auto-balancues, përdorni fllanxha guri me pesha rrëshqitëse në një gropë unazore, ose korrigjoni me Balanset-1A dhe pesha fikse.
Balancimi i mbajtësit të veglës
Mbi 8,000 RPM, mbajtësi i veglës bëhet burimi kryesor i çekuilibrit. Boshti mund të jetë i balancuar në mënyrë të përsosur, dhe vibrimi do të jetë ende i papranueshëm nëse montimi i veglës nuk plotëson specifikat. Në 20,000+ RPM, kjo nuk është një sugjerim — është fizika e situatës.
Nga vjen çekuilibri i mbajtësit të veglës?
Dizajn asimetrik. Rrafshet Weldon, vidat anësore të bllokimit, kanalet e çelësit dhe gjeometritë thyese-shpitullash krijojnë të gjitha asimetri të lindur të masës. Një mbajtëse Weldon me vidë anësore është matshëm jashtë balancës për shkak të dizajnit — ajo nuk u projektua kurrë për shpejtësi mbi 5,000 RPM.
Ekscentricitet prodhimi. Boshti i konit dhe boshti i vrimës nuk janë kurrë plotësisht koncentrikë. As boshti i vrimës nuk është plotësisht koncentrik me bishtin e veglës. Çdo ndërfaqe shton devijim (runout) dhe zhvendosje mase.
Pinca dhe dado. Dadot e pincave ER shpesh bartin ekscentricitet nga fileta. Në shpejtësi të lartë, vetë dado bëhet burim vibrimi. Përdorni dado të balancuara, të sharruara me precizion, për punë HSC.
Vegla prerëse. Frezat me një kanal të vetëm, veglat me pllakëza asimetrike dhe veglat me gjeometri ekscentrike shtojnë çekuilibër që asnjë korrigjim i mbajtëses nuk mund ta eliminojë. Këto vegla kanë një kufi praktik RPM të përcaktuar nga vetë shpërndarja e tyre e masës.
Metodat e balancimit
Vidat e balancimit
Vida të kalibruara me masa të ndryshme, të vidhosura në vrima të dedikuara në trupin e mbajtëses. Metoda më e zakonshme. Fleksibël — mund të ribalanconi për vegla të ndryshme në të njëjtën mbajtëse. Shumica e mbajtëseve HSC vijnë me vrima balancimi të parashpuara.
Unaza balancimi ekscentrike
Dy unaza me masë jashtë qendrës. Rrotullimi i tyre relativisht me njëra-tjetrën krijon një vektor korrigjimi neto në çdo drejtim. Rregullim i shpejtë, pa heqje metali. Të zakonshme në mandrinat me pinca dhe në sistemet modulare të veglave.
Heqja e materialit (shpim)
E pakthyeshme — shponi masë në pikën e rëndë. E saktë dhe e përhershme. E praktikë vetëm për mbajtëse të dedikuara për një vegël të vetme. Jo e përshtatshme nëse ndërroni vegla shpesh.
Mbajtëse me montim me nxehje (shrink-fit)
Natyrshëm simetrike — mbajtësja është një cilindër i plotë pa mekanizma shtrëngimi. Zakonisht kërkon korrigjim minimal. Zgjedhja më e mirë për HSC mbi 20,000 RPM kur kombinohet me vegla të balancuara.
Hapi 1: Balanconi boshtin e zhveshur në vend (Balanset-1A). Hapi 2: Balanconi çdo montim mbajtëse-vegël + vegël në një makinë balancimi vertikale. Hapi 3: Pas futjes së montimit të balancuar në bosht, verifikoni vibrimin final në vend. Nëse të dyja janë brenda specifikave individualisht, rezultati i kombinuar është pothuajse gjithmonë brenda specifikave.
Raport nga terreni: bosht kryesor frezimi HSC në 24,000 RPM
Një nënkontraktor aerospace në Evropën Perëndimore po përpunonte komponentë strukturorë alumini në një qendër HSC me 5 boshte — një makinë me bosht me transmision të drejtpërdrejtë 24,000 RPM. Pas një zëvendësimi të planifikuar të kushinetave, boshti kaloi testin e pranimit të prodhuesit të makinës, por punishtja vuri re dy gjëra: finiturja e sipërfaqes në fytyrat kritike ishte degraduar nga Ra 0.4 në Ra 0.7 µm, dhe frezat karbide zgjasnin 25 minuta në vend të 55 minutave të zakonshme.
Ekipi i shërbimit i prodhuesit të makinës kishte kontrolluar rreshtimin dhe parangarkesën e kushinetave — të dyja brenda specifikave. Problemi ishte çekuilibri i mbetur nga ndërrimi i kushinetave. Kushinetat e reja kanë një shpërndarje pak të ndryshme mase krahasuar me setin e vjetër, dhe boshti i rimontuar nuk ishte më i balancuar në gjendjen e tij fillestare.
Instaluam Balanset-1A në strukturën e boshtit kryesor, kryem analizën FFT në 24,000 RPM dhe konfirmuam një pik të pastër 1× RPM — çekuilibër tipik. Vibrimi fillestar: 4.2 mm/s në kushinetën e përparme. Për një bosht kryesor në këtë shpejtësi, objektivi është nën 0.5 mm/s (G 1.0).
Një xhirim provë, një korrigjim — një vidë fiksuese 3.8 g e instaluar në 194° në vrimën e balancimit të hundës së boshtit kryesor. Koha totale e procedurës: 55 minuta, duke përfshirë përgatitjen.
Qendër HSC 5-boshtore — bosht kryesor me transmisim të drejtpërdrejtë (direct-drive) në 24,000 RPM
Përpunim alumini për industrinë aerospaciale. Rritje e papritur e vibrimit pas zëvendësimit të planifikuar të kushinetës. Testi i pranimit nga prodhuesi i makinerisë kaloi me sukses, por cilësia e sipërfaqes dhe jetëgjatësia e veglës u përkeqësuan.
Pas korrigjimit, cilësia e sipërfaqes u kthye në Ra 0.38 µm. Jetëgjatësia e veglës u kthye në 50+ minuta. Tani punishtja mat vibrimin e boshtit kryesor pas çdo shërbimi të kushinetës — një kontroll 55-minutësh që parandalon javë të tëra prodhimi të përkeqësuar.
Kur balancimi nuk e rregullon vibrimin
Ju keni ndjekur procedurën, keni instaluar korrigjimin, dhe vibrimi mbetet ende i lartë. Përpara se të supozoni se instrumenti është gabim, kontrolloni këto katër pengesa të zakonshme:
1. Rezonanca strukturore. Nëse shpejtësia e punës së boshtit kryesor përkon me frekuencën natyrore të strukturës së makinerisë, vibrimi amplifikohet pavarësisht cilësisë së balancimit. Testi: kryeni një rritje të ngadaltë të shpejtësisë nga RPM të ulët deri në shpejtësinë e punës, duke regjistruar vibrimin. Nëse vëreni një pik të mprehtë në një RPM të caktuar që bie sipër dhe poshtë tij, kjo është rezonancë. Zgjidhja nuk është balancimi — është ose ndryshimi i shpejtësisë së punës me 5–10%, forcimi i strukturës, ose shtimi i amortizimit.
2. Probleme me shtangën tërheqëse (drawbar) / sustat Belleville. Nëse sustat Belleville që shtrëngojnë mbajtësen e veglës janë të lodhura ose të thyera, vegla nuk vendoset në mënyrë të fortë në konus. Kjo krijon një çekuilibër "lundrues" — që ndryshon sa herë që zhbllokoni dhe rishtrëngoni. Vibrimi ndryshon rastësisht nga një xhirim në tjetrin. Asnjë sasi balancimi nuk mund të kompensojë një përshtatje mekanike që nuk është e përsëritshme.
3. Ndotja e konusit. Ashklat, mbetjet e lëngut ftohës, ose mikro-gëzhoja në konusin e boshtit kryesor pengojnë vendosjen e plotë të mbajtëses së veglës. Rezultati: runout i lartë dhe vibrim që ndryshon me çdo ndërrim vegle. Pastroni konusin me një fshirëse konusi dhe kontrolloni me blu Prusiane (modeli i kontaktit duhet të jetë >80% rreth perimetrit).
4. Gabim në konventën e kanalit të çelësit (keyway). Kur balanconi një bosht kryesor që transmeton përmes një çelësi (makina më të vjetra, boshte me transmisim me rrip), duhet ndjekur konventa e gjysmë-çelësit: rotori balancohet duke supozuar se mbart gjysmën e kanalit të çelësit, ndërsa pjesa përkatëse (pulia, bashkuesi) mbart gjysmën tjetër. Nëse njëra anë supozon çelës të plotë dhe tjetra supozon mungesë çelësi, montimi i kombinuar do të jetë i pabalancuar.
Kryeni testin e ngadalësimit të lirë (coast-down): lini boshtin kryesor të ngadalësohet natyrshëm nga shpejtësia e punës, duke regjistruar vibrimin kundrejt RPM-së. Nëse vibrimi bie butësisht me shpejtësinë → çekuilibër (kandidat i mirë për balancim). Nëse vibrimi kërcen në një RPM të caktuar gjatë ngadalësimit → rezonancë. Nëse vibrimi është i parregullt dhe jo i përsëritshëm → lirshmëri mekanike ose problem shtrëngimi. Balanset-1A regjistron automatikisht të dhënat e ngadalësimit të lirë (coast-down).
Pajisja: Specifikimet e Balanset-1A
Procedura e mësipërme përdor Balanset-1A sistem portativ balancimi. Specifikimet përkatëse për punën me bosht kryesor:
Kompleti përfshin dy akselerometra, takometër lazer, shirit reflektues, mbajtëse magnetike, softuer në USB dhe çantë transportimi. Pa abonime. Pa tarifa licence të përsëritura.
Vibrimi i boshtit kryesor po ju kushton cilësinë e sipërfaqes dhe jetëgjatësinë e veglës?
Balanset-1A mbulon çdo bosht kryesor CNC nga 250 deri në 90,000 RPM. Një pajisje e vetme. Pa tarifa periodike. Garanci 2-vjeçare.
Pyetjet e bëra shpesh
Mjaft me hamendje — gati për të matur?
Balanset-1A. Një pajisje e vetme për çdo bosht kryesor — nga freza CNC deri te brusi i precizionit. Transportohet në mbarë botën me DHL. Pa abonime.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko writes about rotor balancing and vibration diagnostics at Vibromera. His articles cover field balancing of fans, augers, impellers, shafts and crushers, vibration measurement in the field, and the practical use of the Balanset-1A portable balancer: setting up the sensors and tachometer, taking readings, reading vibration spectra, and checking residual unbalance against ISO 21940 and vibration severity against ISO 10816 / 20816. Vibromera develops and supplies the Balanset line of portable balancing and vibration-analysis instruments.
0 Comments