Szerszám-kiegyensúlyozás és fordulatszám

A növekvő forgácsolási sebességek és a nagyobb kiegyensúlyozási igények együttese miatt szigorúbbak a kiegyensúlyozási feltételek a teljes szerszámrendszer (géporsó, befogóberendezés és szerszámrendszer) számára.

Szerszám-kiegyensúlyozási követelmények

Az ISO 1940-1 szerinti kiegyensúlyozást gyakran fokozzák a következő jobb kiegyensúlyozási fokozattal (pl. G 2,5 nem pedig G 6,3). Amellett, hogy ez technikailag gyakran nem szükséges és magas költségekhez vezet, számos esetben nem is megvalósítható.

Egy másik szempont az orsóterhelés kiegyensúlyozatlanság miatt minősítésénél, hogy a dinamikus forgácsolóerők (pl. egy marószerszám megszakított forgácsolása miatt) gyakran jelentősen magasabbak, mint a megengedett maradék kiegyensúlyozatlanságok miatti centrifugális erők. A kiegyensúlyozatlanság egy sebességharmonikus gerjesztésként hat a gépszerkezetre, a gerjesztett erő nagysága a kiegyensúlyozatlanságtól és a fordulatszámtól függ.

Az ISO 1940-1 szabványban (pl. elektromotoros rotorok stb.) meghatározott merev rotorok kiegyensúlyozási minőségi követelményei nem alkalmazhatók megfelelően ezekre a teljes rendszerekre, mivel a géporsók, a befogóeszközök és szerszámok alapvetően különböző jellemzőket mutatnak:

• A szerszámgéporsók, befogóeszközök és szerszámok eltérő rendszerek (pl. a szerszámcsere alapján megmunkálóközpontokban)
• A radiális és a ferde befogási pontatlanságok következtében az orsón belüli ismételt szerszámcsere eltérő kiegyensúlyozási feltételeket eredményez a teljes rendszerekre vonatkozóan
• Az egyes alkatrészek illesztési tűrései (orsó, befogóeszköz és szerszám) határokat szabnak a kiegyenlítési folyamatnak

A szerszámrendszer és a szerszámgéporsó közötti befogási pontatlanságok korlátozzák a kiegyensúlyozási feltételek ismételhetőségét, és ennek figyelembevételével a forgószerszámos rendszerek kiegyensúlyozási követelményeinek számításba kell venniük az összes lényeges paramétert. A fő cél az egyensúlyhiánnyal kapcsolatos gépi rezgések és rendszerterhelések, valamint a folyamatzavarok korlátozása.

A fenti körülmények új megközelítést alakítanak ki a forgószerszámos rendszerek kiegyensúlyozására vonatkozó követelmények meghatározásához. Az ISO 16084 szabvány olyan követelményeket tartalmaz a forgó szerszámrendszerek kiegyensúlyozására, amelyek figyelembe veszik a szerszám kiegyensúlyozatlanságából eredő tényleges terhelést az orsócsapágyakon.

Az ISO 16084 előírja, hogy a kiegyensúlyozatlanság miatti csapágyterhelés nem haladhatja meg a csapágyak dinamikus teherbírásának 1%-át. Ebben a szabványban minden megengedett maradék kiegyensúlyozatlanság g.mm-ben van feltüntetve, és nem tartoznak egy adott ISO 1940-1 (merev rotorok kiegyensúlyozási minőségi követelményei) szerinti G-osztályhoz.

Szerszám-kiegyensúlyozási elv

A forgórészek kiegyensúlyozatlanságát a tervezés, az anyag, a gyártás és az összeszerelés okozhatja. Minden forgórész egyedi kiegyensúlyozatlanság-eloszlással rendelkezik a hossza mentén, még a sorozatgyártásban is.

A kiegyensúlyozás olyan eljárás, amely során a forgórész tömegeloszlását ellenőrzik, és szükség esetén módosítják. Erre azért van szükség, hogy az orsócsapágyakra ható kiegyensúlyozatlansági erő az üzemi sebességen a csapágy teherbírásán belül legyen, és azért is, hogy a futófelületek rezgése a megadott értékeken belül maradjon. A tengelycsapok rezgése is szabályozott, hogy a megadott frekvencia határokon belül legyen.

Kiegyensúlyozatlanság, U (g.mm)

Annak mértéke, hogy mennyi aszimmetrikus elosztott tömeg tér el radiálisan a forgástengelytől, lásd az alábbi ábrát.

U = m x e

Excentricitás, e (µm)

A forgástengely és a súlypont közötti távolság, lásd az alábbi ábrát.

e = U/m

Kiegyensúlyozatlansági erő, F (N)

A kiegyensúlyozatlanság centrifugális erőt gerjeszt, amely lineárisan nő a kiegyensúlyozatlansággal, és négyzetesen nő a fordulatszámmal, lásd a centrifugális erőt az alábbi ábrán.

F = U × ω²

Szerszám-kiegyensúlyozási elv

1. Forgástengely
2. Tömegközéppont
3. Excentricitás
4. Nem szimmetrikusan elosztott tömeg
5. Centrifugális erő

Ellensúly

A nem kívánt centrifugális erők ellensúlyozására anyag távolítható el vagy adható hozzá, amely segít a súlypontot a forgástengely felé elmozdítani, lásd az alábbi ábrákat.

Kiegyensúlyozatlanság

1. Forgástengely
2. Tömegközéppont
3. Excentricitás
4. Nem szimmetrikusan elosztott tömeg

Fúrt kompenzációs furattal ellensúlyozott

1. Forgástengely
2. Tömegközéppont
3. Fúrókompenzációs furat
4. Nem szimmetrikusan elosztott tömeg

Kiegyensúlyozottsági osztály az ISO 1940-1 szerint (G)

Ha ISO 1940-1 szerint egyensúlyoz ki egy szerszámot G 2.5 osztályban, 20 000 ford/perces fordulaton, a megengedett kiegyensúlyozatlanság 1 g.mm/kg, lásd az alábbi ábrán. Egy kis Sandvik Coromant matrica például 4 g.mm-nek felel meg. Az ISO 1940/1 szabvány több kiegyensúlyozatlanságot enged meg nehezebb szerszámtartókon, mint a könnyebbeken, azonos fordulatszám mellett. Az eltérő kiegyensúlyozatlanság eltérő erőket generál, ahol nem érhető el konzisztens rendszerterhelés.

Az ISO 1940/1 szerint (Kiegyensúlyozottsági követelmények forgórészekre állandó (merev) állapotban) a G egy forgó test kiegyensúlyozottságának minőségi mértéke. A G a tangenciális sebesség a súlypontban a fordulatszámhoz képest. A G a fordulatszámtól (n), a test súlyától (m) és a kiegyensúlyozatlanságtól (U) függ. A G osztály nem megállapítható a fordulatszám ismerete nélkül.

Megengedett maradék fajlagos kiegyensúlyozatlanság különböző ISO 1940-1 G-osztályokhoz

X tengely: Üzemi fordulatszám n, ford/perc

Y tengely: Megengedett maradék fajlagos kiegyensúlyozatlanság, e_per, g.mm/kg

Számítási példa ISO 1940-1

Coromant Capto® C4 szerszámtartó

• Egyensúlyosztály: G2.5 20 000 ford/perc mellett
• Szerszámtömeg: 1,0 kg
• Egyensúlyosztály-egyenlet
• Excentricitás = kiegyensúlyozatlanság/szerszám tömege

A Sandvik Coromant matrica 4 g.mm-nek felel meg

Kiegyensúlyozás az ISO 16084 szerint

Kifejezetten a nagy sebességű forgácsolószerszámok alkalmazásához készített szabvány. Az ISO 16084 szabvány azt jelenti, hogy a forgó szerszámrendszer olyan módon kiegyensúlyozott, amely figyelembe veszi az orsócsapágyak tényleges terhelését, nem használja a különböző G-osztályokat, hanem ehelyett az elfogadott kiegyensúlyozatlanságra (U) ad meg konkrét értékeket g. mm-ben.

Mivel az ISO 16084 csak a nagysebességű forgácsolószerszámok alkalmazásához készült, a régi ISO-szabványhoz képest számos új paramétert vezet be. Ez lehetővé teszi a realisztikusabb kiegyensúlyozatlansági követelmények kialakítását egy szerszámrendszerre vonatkozóan. Amint említettük, a kiegyensúlyozatlansági követelmények az orsócsapágyakra ténylegesen ható terhelés nagyságából származnak, ez az egész szabvány alapja. Az alábbiakban látható az ISO 16084 szabvány alapvető egyenlete.

Lépésenkénti számítási útmutató

1. Határozza meg, hogy melyik orsócsatlakozó megfelelő (egyedi definiált paraméterekkel rendelkezik). Pl. Coromant Capto® C4 vagy HSK-A63
2. Határozza meg, hogy milyen típusú megmunkálást kell végezni Standard megmunkálás (fBAL = 0,8)Finommegmunkálás (fBAL = 0,2)
3. Adja meg a szerszám specifikus paramétereit Szerszámtömeg (mt)Hossz a tömegközéppontig (LCG)A szerszám forgási sebessége ford/perc egységben (n)
4. Számítsa ki a megengedett legnagyobb kiegyensúlyozatlanságot (U_STAT,PER)

Számítási példa ISO 16084

1. Orsócsatlakozó azonosítása: HSK-A63 Cdyn = 25 000 N (legnagyobb csapágyterhelés)Am = 50 mm (orsóorrcsapágy)Lb = 415 mm (a csapágyak közötti hosszúság)Es = 2,00 μm (illesztési pontatlanság, szerszámszár)UBM,TOL = 0,75 g.mm (kiegyensúlyozási tűrés, gép)
2. Meghatározott megmunkálás: Finommegmunkálás, f_bal = 0,2
3. Specifikus paraméterek mt = 1,4 kgForgási sebesség, n = 3500 ford/percLCG = 75 mm
4. U_STAT,PER = 282 g.mm