Балансировка инструмента увеличивает производительность

Балансировка инструмента необходима после каждой смены инструмента!

Точная балансировка инструмента приносит многочисленные преимущества. Убедительным аргументом является не только надежность процесса резания, увеличенный срок службы инструмента и шпинделя, но и повышение производительности. Оптимальные параметры скорости резки могут реализоваться только в случае максимальной точности на биение одного целого, состоящего из оправки и инструмента. Поэтому балансировка инструмента чем чаще, тем лучше!

Современные обрабатывающие центры работают на высоких скоростях. При несимметричном распределении массы ротора возникает дисбаланс. Он вызывает центробежные силы, которые возрастают по квадратичной функции в зависимости от числа оборотов шпинделя. Это означает, что при одинаковом дисбалансе центробежные силы вызываемые шпинделем при оборотах 10 000 мин^-1, шпиндель создает центробежные силы в 25-кратном размере по сравнению с рабочими оборотами 2 000 мин^-1. Последствия такого дисбаланса в оправке и инструменте при высокоскоростной обработке с тяжелыми инструментами или с инструментами с большим вылетом сказываются очень негативно и они многочисленны: Центробежные силы нагружают опоры шпинделя, сокращая, таким образом, срок службы шпинделя на 50 %. Производители обрабатывающих центров и шпинделей уже приняли меры по поводу этих данных и предписали использование только отбалансированного инструмента. В обратном случае гарантия либо не действует, либо действует в ограниченном порядке.

Направление эффективного движения центробежных сил постоянно меняется, в связи с чем возникают колебания. Эти колебания передаются на обрабатывающий центр и, в особенности, на инструмент, тем самым значительно сокращая срок службы инструмента. Согласно опыту срок службы инструмента в несбалансированном собранном инструменте (оправка с зажатым инструментом и штревелем) сокращается в среднем на 10 %. Следственно повышаются расходы по инструменту. Если предположить, что стоимость инструмента в час 10 евро, то за целую смену дополнительная стоимость инструмента 8 евро или в год 1600 евро за каждый обрабатывающий центр (на производстве с одной рабочей смены).

Надежность процессов и повышенная производительность

Вибрации не только повреждают шпиндель и инструмент, но и ухудшают процесс обработки и сказываются на обрабатываемой детали. Генерируются следы дробления, которые впоследствии необходимо дорабатывать. Чтобы достичь желаемого результата обработки, необходимо сократить вибрации. До сих пор это решалось так: сокращение оборотов, подачи и глубины резания. Это приводит к спокойному ходу, но и к низкому объему резания и тем самым к более низкой производительности. Фирма Haimer, Игенхаузен, специалист в области высокоточных инструментальных оправок и балансировочной техники, описывает эту проблему в нескольких числах:

Один обрабатывающий центр стоит 100 евро в час (односменное производство, 1 600 часов машинного времени в год). При повышении мощности резания лишь на 10 % можно сэкономить 10 евро за каждый час. Что составляет 16 000 евро в год – немалая сумма. Повышение производительности на 10% - это минимально возможный показатель, который гарантирует компания Haimer и ее клиенты по опыту собственного производства.

Положительный сопровождающий эффект балансировки - это повышение срока службы шпинделей. Повышается также и надежность машин, что значительно важней, чем экономия расходов. Смена шпинделя становиться планируемым фактором. Предотвращается простой машин. В результате достигается экономия до 20 000 евро в год, сумма, которую можно сэкономить, применяя отбалансированный инструмент. Также улучшается обрабатываемая поверхность, достигаются более точные размеры, не считая сокращенное количество простоев машин.

Эти числа устанавливают относительный характер аргумента «Балансировочная машина слишком дорогая». Капиталовложение лишь в том случае дорого, если не происходит быстрой амортизации. Но отметьте, что замена одного шпинделя стоит дороже, чем балансировочная машина.

На рисунке изображен годовой потенциал для экономии за каждый обрабатывающий центр при работе в одну, две и три смены.

Многие пользователи покупают уже отбалансированный инструмент, для соблюдения предписаний изготовителей станков и шпинделей и предотвращения дисбаланса.

В принципе хорошая идея, но этого недостаточно. Что делать тогда с несбалансированным инструментом, который уже находится на предприятии? Ситуации с находящимися вперемешку отбалансированными и неотбалансированными оправками практически не избежать. При большой частоте вращения подшипники шпинделя могут быть повреждены в ходе одной единственной операции с неотбалансированным инструментом. Так что следует балансировать и оправки, находящиеся на предприятии.

Откуда вы знаете, что тщательная балансировка инструмента действительно проводится вашим поставщиком? Протокол балансировки с красивыми цифрами составить несложно. Но соответствует ли он действительности? Поэтому Haimer настоятельно рекомендует проводить балансировку как часть входного контроля.

Проверочное измерение внесет ясность

Однозначно необходимо применять точно отбалансированные инструментальные оправки. Но как воздействует зажатый инструмент на общий системный дисбаланс? Специалисты компании Haimer задались этим вопросом и получили ответ методом простого опыта. На балансировочной машине Haimer Tool Dynamic проводились измерения дисбаланса патрона Weldon, цангового патрона, термопатрона и оправки для насадной фрезы – все патроны являлись точно отбалансированными патронами производства Haimer с диаметром хвостовика 20 мм в коротком исполнении. Условия измерения были следующие: качество балансировки G = 2,5 при рабочих оборотах 25 000 мин^-1 / замер в одной плоскости (статичный).

Сначала проводилось измерение дисбаланса без зажатого инструмента. «В оправках дисбаланс был всегда в допуске, как и должно быть», сообщает руководитель контроля качества Франц Цигльтрум. «Дальнейшие измерения с инструментом, с зажатыми инструментами в этих точно отбалансированных оправках, показали явный дисбаланс, в особенности, в инструментах с хвостовиком с лыской, которые еще широко распространены.»

В инструментах с цилиндрическим хвостовиком и симметричной геометрией инструмента не был отмечен никакой значимый дисбаланс. Замеренные данные находились между 0,8 и 1,3 г·мм. Франц Циглютрум объясняет: «Инструменты с цилиндрическим хвостовиком и симметричными резцами производят лишь низкий дисбаланс. В термопатронах нет никаких дополнительных компонентов, как гаек, болтов и поэтому зажим достигается центровочный.

Здесь также не возникает дополнительного дисбаланса.

В цанговых патронах проблема в гайке, так как она не симметрична. Поэтому компания Haimer балансирует отдельно и гайки – бесплатно для клиента».

Балансировка инструмента необходима после каждой смены инструмента

В инструментах с хвостовиком с лыской не удалось достичь таких результатов. Даже в патроне Weldon был отмечен дисбаланс 5,5 г·мм, что соответствует качеству G8 и допускается до максимальной частоты вращения в 7 600 мин^–1. В цанговом патроне с инструментом с хвостовиком с лыской из полностью твердого сплава был зафиксировано качество балансировки G 29 и в термопатроне G 38. Это соответствует максимальной рабочей частотой вращения 2 700 мин^–1 или 1 600 мин^–1. Для Франца Цигльтрума и его коллег это было важным открытием: «Даже точно отбалансированные термопатроны и цанговые патроны показывают высочайший дисбаланс при применении асимметричных инструментов или с хвостовиком с лыской как Weldon. Тот, кто хочет работать надежней и экономней, балансировка инструмента необходима после каждой смены инструмента».

Подобный результат показал измерение оправки для насадных фрез: С зажатым инструментом с поворотными пластинками зафиксировался дисбаланс 20,3 г·мм, что соответствует качеству балансировки G 23. Причина следующая: поворотные пластинки сборные компоненты, которые не всегда находятся в одной и той же позиции. Так как насадная фреза в связи с типом сборки (цапфа с отверстием и посадкой с зазором) обнаруживает большой допуск, позиция инструмента не может быть обозначена стопроцентно. Также и в этом случае обязательна балансировка целой системы – оправки и инструмента.

Франц Цигльтрум резюмирует: «Этот тест показывает, что даже при использовании высококачественных инструментов балансировка инструмента и оправки (целой системы) является неотъемлемой частью подготовки производственного процесса.

Дополнительно измерение доказывает, что пользователи должны применять только высококачественные оправки. Тогда он сможет положиться на инструмент при правильном выборе оправки и инструмента – симметричного и без лысок. За счет наших термопатронов и цанговых патронов необходимость в балансировке не исчезает, но сокращается на нужный минимум».

Балансировать – это так просто

Тема балансировки еще зачастую пугает пользователей. С правильной балансировочной машиной и удобным программным обеспечением можно проводить балансировку просто и быстро. Пользователь зажимает оправку в машине и выбирает в меню подходящие параметры. После этого система сообщает все необходимые действия. Так устроены балансировочные машины Tool Dynamic от Haimer. «Наша концепция позволяет каждому сотруднику из производства, который разбирается в оправках, обслуживать балансировочную машину без особого труда», выделяет Франц Цигльтрум. «Знания заложены в машину, которая после внесения всех необходимых данных, проводит все вычисления». Эти данные заносятся для каждого инструмента однократно и сохраняются в базе данных. Это экономит время и предотвращает ошибки.

Дополнительную надежность предлагает меню пользователей. Например, можно провести распределение прав доступа – для внесения данных, их изменения и ограничения на определенных пользователей. Балансировка инструмента по большей части автоматическая. При одном измерительном ходе оправка зажимается в балансировочный шпиндель и приводится в движение. Дисбаланс вызывает центробежные силы, которые замеряются датчиками усилия в шпинделе. Анализ измеренного сигнала проводит программное обеспечение. Оно показывает пользователю на мониторе где и сколько материала необходимо удалить или добавить. Наладчику предоставляются различные возможности для удаления дисбаланса: альтернативно к сверлению он может применить балансировочные кольца. Эксцентричные кольца с заложенным дисбалансом, размещаются на цилиндрической части инструмента, для компенсации дисбаланса. Программное обеспечение четко показывает позицию угла, для размещения колец. Очень практична и лазерная разметка, которую также можно заказать (опция). Она показывает позицию дисбаланса прямо на инструменте.

Балансировка инструмента занимает лишь несколько минут

Измерение дисбаланса производится за минуту, и если работать с балансировочными кольцами, двух минут достаточно для проведения балансировки. Если проводить балансировку сверлением, то это длится немного дольше.

Элегантное и экономное решение предлагает новая балансировочная машина Tool Dynamic Autodrill от Haimer, которая оснащена сверлильной головкой. При помощи этой машины пользователь сможет одним операционным шагом замерить дисбаланс и удалить его высверливанием. Это экономит время и предотвращает ошибки, за счет высокоточного зажима и точности инструмента. Эта разработка компании Haimer ведет к значительному повышению эффективности при балансировки инструмента.

Система адаптеров для высокой точности

Важным компонентном всех балансировочных машин Haimer Tool Dynamic - это запатентованная система адаптеров. Компания Haimer hat воспользовалась своим Ноу-Хау как изготовитель зажимных инструментов и обошла слабые стороны балансировочных машин других производителей. Для точных и повторяемых результатов, инструмент должен зажиматься как во фрезерном шпинделе. Важно при этом повторная точность, даже если конус SK или HSK износившийся. Таким образом, Haimer была разработана адаптерная система, которую без труда можно заменить в шпинделе. Адаптеры при этом сконструированы подобно, как и в обрабатывающем центре. Зажим происходит через пружинный пакет, который для разжима пневматически подается. Это происходит нажатием кнопки и приводит к очень точному зажиму каждой оправки. К тому же есть большой выбор зажимных адаптеров. По необходимости Haimer также разрабатывает адаптеру по спецзаказу.