Как балансировка инструмента увеличивает срок службы и производительность инструмента

Износ режущего инструмента и дисбаланс резцедержателя усложняют обработку. Вот что вам нужно знать о методах балансировки инструмента и о том, как правильное выполнение этой процедуры может минимизировать вибрации, улучшить качество поверхности и срок службы инструмента.

Балансировка инструмента необходима для высокоскоростной обработки, когда скорость вращения шпинделя достигает 20 000 об/мин и выше. Но многие эксперты скажут вам, что необходимость балансировки начинается уже при 6000 об/мин, и что пропуск этого важного шага снижает как срок службы инструмента, так и производительность.

Брендт Холден, президент Haimer Inc., — один из таких людей. Он любит рассказывать историю 15-летней давности о механическом цехе в Висконсине, который столкнулся со скучной работой. После установки одного из станков для балансировки инструментов Haimer механический цех смог значительно увеличить производительность этой работы, а также многих других.

«В этом магазине не было ни одной машины со скоростью выше 6000 об/мин, — вспоминает Холден. «Это прекрасное свидетельство важности балансировки инструмента независимо от скорости вращения шпинделя».

Они были не одни. Крупный производитель двигателей в США сэкономил 250 000 долларов в год на незапланированных простоях после внедрения решения по балансировке инструмента. Компания K&G Manufacturing в Миннеаполисе обнаружила, что сборки резцедержателей с предварительной настройкой в ​​автономном режиме обрезаются до нужного размера при первой балансировке. Даже шлифовальная промышленность знает ценность балансировки, что может подтвердить производитель режущего инструмента OSG:после балансировки дисковых пакетов компания обнаружила, что производительность увеличилась на 20 процентов, срок службы шпинделя увеличился на 30 процентов, а энергопотребление снизилось на 18 процентов.
 

Если эти анекдоты не смогли переубедить скептиков, вот более научный пример, который помогает объяснить эффективность балансировки инструментов.

Инженеры Haimer установили концевые фрезы в две державки, одну сбалансированную, другую нет. Оба были проверены на одном из установок компании для настройки инструмента и имели биение менее 2 микрон. Затем они вращали каждый узел держателя инструмента со скоростью 18 000 об/мин, анализируя его с помощью акселерометра. Результаты, достижения? Там, где сбалансированная сборка сохраняла тот же почти нулевой уровень биения, несбалансированная увеличилась до 11 микрон (0,0004 дюйма) — пятикратное увеличение.

Если биения инструмента, убивающего срок службы инструмента, недостаточно, чтобы убедить вас, попробуйте следующее:спросите у любого ремонтника шпинделя станка основную причину преждевременного выхода из строя. Большинство предположит, что это либо а) сбои, либо б) дисбаланс резцедержателя. Для многих обрабатывающих центров, особенно с высокоскоростными шпинделями, замена легко может стоить больше, чем блок балансировки инструмента, и это без учета простоя станка и связанных с этим задержек производства.

Вы можете подумать:«Я понял. Вот почему мы покупаем сбалансированные оправки». И хотя Холден и другие скажут вам, что это хорошее начало, это равносильно покупке высококачественных шин для вашего автомобиля — их все равно нужно отбалансировать, и, как и в случае с режущими инструментами и держателями инструментов, это нужно делать в сборе. .

Исправление державок

По иронии судьбы, процесс не так уж и отличается. Точно так же, как автомеханик добавляет небольшие грузы к одной стороне колеса, чтобы компенсировать дисбаланс, так и обслуживающий персонал может добавить тяжелые металлические винты или кольца необычной формы к держателю инструмента, тщательно регулируя каждое из них до тех пор, пока состояние дисбаланса не исчезнет. был отменен. Также можно сверлить или фрезеровать саму оправку, удаляя небольшое количество металла до тех пор, пока не будет достигнут баланс, хотя это, очевидно, более дорогостоящий (и постоянный) подход.

Шины и державки также страдают от дисбаланса того же типа, а именно статического и динамического. Снимите гайку с колеса на вашем F-150, и вы создадите статический дисбаланс, который можно рассматривать просто как слишком большой вес с одной стороны. Ударьте гребным винтом рыбацкой лодки о камень, и вы, вероятно, столкнетесь с динамическим дисбалансом или дисбалансом в двух плоскостях вращения. Это последнее условие наиболее распространено на обрабатывающих центрах с ЧПУ, особенно с более длинными инструментами и держателями инструментов.

По иронии судьбы, державки типа CAT — фаворит производителей станков в США — по своей природе несбалансированы из-за несимметричных пазов фланца. То же самое можно сказать и о державках Weldon с установочным винтом с одной стороны. Даже инструменты HSK, особенно более распространенная А-форма, страдают от некоторого уровня дисбаланса, хотя это далеко не так, как у державок с крутым конусом. Производители инструментов пытаются компенсировать эти неблагоприятные условия, но прикрепляют фиксирующую ручку к одному концу державки, а сверло или концевую фрезу к другому, и все ставки сняты. Отсюда совет всегда балансировать державки как единое целое.

Доказательства Балансировки Инструментов в Пудинге

Этот дисбаланс можно измерить. Это называется значением G, и большинство отраслевых экспертов считают, что инструменты должны быть сбалансированы до 2,5 G или выше (что означает значение ниже 2,5). Для тех, кто склонен к математике, веб-сайт Haimer предлагает ошеломляющие формулы по науке о балансировке инструмента, а также дополнительные причины, почему это важно для всех, кто заинтересован в улучшении своих операций фрезерования, сверления и растачивания.

Так что же с этим делать? Ответ уже должен быть очевиден:инвестировать в балансировочный станок, как это сделал один из клиентов Брендта Холдена несколько лет назад, купив свой первый обрабатывающий центр со скоростью вращения 20 000 об/мин. Результаты были настолько хороши, что он начал балансировать все в мастерской, даже для своих старых машин, которые были ограничены 8000 об/мин.

«Улучшенный срок службы инструмента и чистота поверхности были дополнительным примечанием», — говорит Холден. «Больше всего он заметил увеличение скорости съема металла. Там, где раньше он мог резать деталь со скоростью 3000 об/мин, он обнаружил, что обычно может удвоить эту скорость за счет балансировки с соответствующим увеличением скорости подачи. Он был в восторге."

Выход за рамки баланса инструментов

Мэтт Бразерс, менеджер технического центра «Индустрия 4.0» в Zoller Inc., может поделиться аналогичными историями успеха клиентов, внедривших одно из решений компании по балансировке инструмента. Тем не менее, он быстро указывает, что балансировочный станок — это только часть гораздо более крупной стратегии по созданию инструментальной кроватки. Не менее важной является необходимость предварительной настройки инструментов в автономном режиме, что устраняет вероятность ошибки оператора при трогании станка и значительно повышает готовность станка к загрузке.

Благодаря продвинутым возможностям оптической визуализации большинства предустановщиков они также позволяют обслуживающему персоналу тщательно осматривать инструменты перед использованием и измерять важнейшее биение, упомянутое ранее. А для тех мастерских, которые используют инструменты для термоусадочной посадки, Zoller (и Haimer) предлагают комбинированные станки, способные выполнять обе операции за одну операцию.

Brothers предполагает, что при внедрении с помощью решения для управления инструментами (TMS) автономные предустановщики инструментов обеспечивают полную видимость использования инструментов, а также улучшают весь процесс программирования и настройки.

«Система TMS компании Zoller может напрямую связываться со станком, — говорит он. «Он может взаимодействовать с CAM-системой цеха, программным обеспечением для моделирования или системой контроля срока службы инструмента. Хранение информации о режущих инструментах и ​​держателях в единой базе данных имеет много преимуществ, включая повышение точности данных, сокращение складских запасов инструментов, сокращение времени простоя и более эффективные технологические процессы. Вот почему мы считаем, что TMS должна быть неотъемлемой частью любого магазина, ориентированного на Индустрию 4.0».

Для магазинов, заинтересованных в любой из этих технологий повышения производительности, сейчас самое время изучить их. Вычет за оборудование по Разделу 179 заканчивается в декабре. Свяжитесь с MSC или любой из компаний, перечисленных в этой статье, чтобы узнать больше.

Пожинаете ли вы преимущества балансировки инструментов?

Часто считается, что балансировка инструмента необходима только для высокоскоростной обработки, но многие мастерские могут извлечь из этого пользу.

Эксперты скажут вам, что необходимость балансировки начинается уже при 6000 об/мин, и что пропуск этого важного шага снижает как срок службы инструмента, так и производительность.

Примите участие в нашем опросе ниже, чтобы поделиться своим мнением о балансировке инструментов и узнать, что думают другие.

Вы уже балансируете свои инструменты?

Какие преимущества вы получили от балансировки инструментов? С какими проблемами вы столкнулись? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.