Отбалансированные инструменты увеличивают производительность (HAIMER)

28 Августа 2012

После каждой смены инструмента требуется проводить балансировку!

Точно отбалансированный инструмент 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 максимально низкого биения инструментальной системы, состоящей из оправ­ки и инструмента. Поэтому действует следующий принцип, лучше отбалансировать чаще, чем реже.

Современные обрабатывающие цент­ры работают на высоких скоростях. При несимметричном распределении массы ротора вращающихся узлов возникает дисбаланс. Он вызывает центробежные силы, которые возрастают по квадра­тичной функции в зависимости от чис­ла оборотов шпинделя. Это означает, что при одинаковом дисбалансе шпин­дель создает при 10000 мин^-1 центробежные силы в 25-кратном размере по сравнению с рабочими оборотами 2000 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 рекомендуют ис­пользование только отбалансированных инструментов. В обратном случае гарантия на станок либо не действует, либо 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 сборном инструменте (оправка с зажатым инс­трументом и штревелем) сокращается в среднем на 10%. Как следствие по­вышаются расходы на инструмент. 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 сменой).

Надежность процессов и повышен­ная производительность

Вибрации не только повреждают шпиндель и инструмент, но и ухудша­ют процесс обработки и сказываются на обработанной поверхности детали. Появляются следы вибраций, 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 процессу, но и к 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, 1600 часов машинного вре­мени в год). При повышении мощности резания лишь в 10% можно сэконо­мить 10 евро за каждый час. Это озна­чает 16000 евро в год – и тем самым немалая сумма. 10%-ое повышение производительности это минимально возможный показатель, гарантируют 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 сплани­рованным фактором. Предотвращается простой машин. В результате дости­гается экономия до 20000 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 заметьте, 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 ваш поставщик действительно проводит тщательную балансировку? 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 провелись 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 следующий: качество балансировки G = 2,5 при ра­бочих оборотах 25000 мин^-1/ замер в одной плоскости (статичный).
Сначала провелось 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 зажатым инструмен­тами в этих точно отбалансированных оправках показали однако 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».

После каждой смены инструмента необходимо проводить балансировку

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 7600 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 2700 мин^-1 или 1600 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 с большой на­дежностью и экономичностью, должен обязательно проводить балансировку после каждой смены инструмента».
Похожий результат показало изме­рение оправки для насадных фрез: С зажатым инструментом с поворотны­ми пластинками получился дисбаланс 20,3 г-мм, что соответствует качеству балансировки G23. 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 целой системы (инструмента и оправки) является не­отъемлемой частью подготовки произ­водственного процесса.
Дополнительно измерение доказы­вает, что операторы 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 заказчиков. С правильной ба­лансировочной машиной и удобным программным обеспечением можно проводить балансировку просто и быс­тро. Оператор 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. Процесс балансировки по большей части автоматический. 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. В заключение пользователю предостав­ляются различные возможности для удаления дисбаланса: альтернативно к сверлению он может применить балан­сировочные кольца. Эксцентриковые 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 дополнительно. Она показывает позицию дисбаланса прямо на инструменте.

Балансировка 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 за одну опера­цию замерить дисбаланс и удалить его сверлением. Это экономит время и пре­дотвращает ошибки, за счет высокоточ­ного зажима и точности инструмента. Эта разработка компании Haimer ведет к значительному повышению эффектив­ности при балансировке инструмента.

Система адаптеров для высокой точности

Важным компонентом всех балан­сировочных машин Haimer Tool Dyna­mic является запатентованная система адаптеров. Компания Haimer 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 оправки SK или HSK износившийся. Та­ким образом, Haimer была разработана адаптерная система, которую без труда можно заменить в шпинделе. Адаптеры при этом сконструированы так же, как и в обрабатывающем центре. Зажим происходит через пружинный пакет, который для разжима подается пневматически. 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.

Журнал «Комплект: ИТО», 04/2009 г.