Wyważanie narzędzi w obróbce skrawaniem

Wyważanie narzędzi stanowi krytyczny aspekt konserwacji narzędzi, który często jest pomijany lub wykonywany nieprawidłowo. Takie działanie może prowadzić do wielu problemów, jak m.in. powodować drganie maszyny czy zwiększone zużycie materiałów. Dlaczego więc wyważanie narzędzi jest tak ważne?

Nauka a wyważanie narzędzi

Wyważanie narzędzi jest możliwe dzięki równowadze obrotowej, która jest osiągana, gdy występuje stały moment pędu. Oznacza to, że suma wszystkich momentów obrotowych działających na obiekt wynosi zero. Zmiana momentu bezwładności narzędzia spowoduje zmianę pędu liniowego, który przestaje być stały. To powoduje, że nie zostaje osiągnięta równowaga obrotowa i narzędzie nie jest już wyważone. Podczas projektowania narzędzia oblicza się jego bezwładność tak, aby była najefektywniejsza w usuwaniu materiału. Wraz ze zużyciem narzędzia, bezwładność zmienia się wraz ze zmianą jego geometrii. Dlatego moment pędu nie jest stały, a narzędzie musi być odpowiednio wyważone, aby skompensować tę zmianę. Niewyważenie staje się bardziej szkodliwe przy wyższych prędkościach, gdyż będzie się bardziej chwiać i powodować wady obróbki. Przyjmuje się, że obróbki skrawaniem powyżej 3000 obr./min mają kluczowe znaczenie. Przy takich prędkościach nawet niewielkie niewyważenie może spowodować uszkodzenie wrzeciona.

Jak przeprowadzić wyważanie narzędzi?

Wyważanie można przeprowadzić trzema metodami, które zrównoważą moment bezwładności i będą przeciwdziałać zmianie momentu pędu:

• Metoda 1: dodawanie ciężaru do uchwytu narzędzia poprzez wkręcenie śrub w uprzednio nawiercone otwory,
• Metoda 2: użycie pierścieni wyważających, które mają określony ciężar i są umieszczane na uchwycie narzędzia w celu skorygowania istniejącej nierównowagi,
• Metoda 3: wyważanie destrukcyjne, czyli frezowanie lub wiercenie niewielkich ilości materiału z uchwytu narzędzia w celu uzyskania pożądanej równowagi,

Wybór metody zależy od takich czynników, jak rodzaj narzędzia, stopień niewyważenia oraz pożądany poziom precyzji.

Na czym polega wyważanie narzędzi?

Wyważanie narzędzi obejmuje kilka kroków niezbędnych do wykonania tego precyzyjnie:

1. Wyczyszczenie narzędzia i sprzętu do wyważania, aby usunąć wszelkie zanieczyszczenia, które mogłyby wpłynąć na dokładność procesu. Wyważarka musi być skalibrowana i w dobrym stanie technicznym,
2. Zamontowanie narzędzia bezpiecznie na wyważarce. Powinno być ono umieszczone w sposób umożliwiający łatwy dostęp i pomiar wyważenia,
3. Uruchomienie wyważarki i pozwolenie jej na obracanie narzędzia z żądaną prędkością. Maszyna zmierzy wielkość i lokalizację niewyważenia narzędzia. Pomiaru można dokonać za pomocą różnych metod, takich jak pomiar wibracji, akcelerometry lub laserowe czujniki przemieszczenia,
4. Przeanalizowanie wyników pomiarów, aby określić wielkość i rozkład niewyważenia. Informacje te pomagają zidentyfikować działania korygujące niezbędne do uzyskania prawidłowej równowagi. Niektóre maszyny są zaprogramowane tak, aby wyświetlać laserowo zaznaczoną linię wskazującą miejsce niewyważenia oraz jego wielkość. Ponadto maszyny te mogą informować operatora, czy materiał należy dodać, czy usunąć w określonym miejscu,
5. Zastosowanie odpowiednich środków zaradczych, aby wykonać wyważanie narzędzia. Może to obejmować kilka technik, w tym obciążnik, usunięcie materiału oraz wyważanie pierścieni lub śrub,
6. Ponowny pomiar wyważenia narzędzia, aby sprawdzić, czy osiągnięto pożądany poziom wyważenia.
7. W razie potrzeby należy dostosować równowagę drobnymi korektami,  
8. Sprawdzenie wyważenia narzędzia poprzez dodatkowe testy lub kontrole, aby mieć pewność, że spełnia ono wymagane specyfikacje lub normy.

Wskazówki dotyczące wyważania narzędzi

Oto pięć wskazówek dotyczących wyważania obrabiarek:

1. Ocena stanu maszyny przed rozpoczęciem procesu wyważania, aby upewnić się, że maszyna i narzędzia są czyste i wolne od zanieczyszczeń. Następnie należy uruchomić maszynę na maksymalnych obrotach, aż temperatura silnika i wrzeciona się ustabilizuje. Użycie termometru na podczerwień pozwoli zidentyfikować wszelkie punkty zapalne, które mogą wskazywać na potencjalne problemy. Kolejnym krokiem będzie przeprowadzenie oceny wyważenia za pomocą odpowiednich narzędzi, zarówno zimnej, jak i nagrzanej maszyny. Ta ocena pozwoli określić aktualny stan wyważenia maszyny oraz łożysk, silników i układu smarowania,
2. Używanie odpowiedniego sprzętu do wyważania narzędzi, czyli obciążników, śrub czy podkładek, jeśli to konieczne. Warto zapoznać się też z procedurami obsługi sprzętu i mieć doświadczenie w jego obsłudze. Przeprowadzić liczne testy, aby zapewnić spójne i skorelowane wyniki. W przypadku jakichkolwiek rozbieżności, konieczna jest dokładna identyfikacja zmiennej powodującej rozbieżność,
3. Pomiar poziomu niewyważenia, aby skutecznie zaplanować działania korygujące. Chociaż wyważanie statyczne może być odpowiednie dla niektórych urządzeń o dużych masach i średnicach obrotowych, obrabiarki zazwyczaj wymagają precyzyjnych systemów akcelerometrycznych. Należy rozważyć możliwość przemieszczenia się elementów, a nie dokładnego wyważenia. Poszukać możliwości zmiany położenia napędów, które mogły ulec przesunięciu i sprawdzić układy mocowania silnika pod kątem potencjalnych regulacji. Korekta niewyważenia może obejmować usunięcie lub dodanie obciążników przykręcanych lub klejonych, zmianę położenia narzędzia w maszynie lub regulację elementów samej maszyny. Należy to powtarzać, aż narzędzie lub maszyna zostaną wyważone w pożądanym zakresie tolerancji.
4. Kalibracja sprzętu ważącego powinna być regularna, aby zachować dokładność i niezawodność w całym procesie wyważania. Używanie wadliwego sprzętu lub nieznajomość procedur może prowadzić do nieprawidłowego wyważania, co z kolei prowadzi do problemów z jakością i przyspieszonego zużycia maszyny,
5. Skorzystanie z pomocy profesjonalisty, jeśli wyważanie doprowadzi do skomplikowanych problemów lub nie ma pewności co do prawidłowości procesu. Warto wtedy zwrócić się o pomoc do ekspertów w tej dziedzinie. Posiadają oni niezbędną wiedzę, doświadczenie i specjalistyczny sprzęt do dokładnej oceny i wyważania obrabiarek. Mogą oni udzielić cennych wskazówek i zaleceń oraz dokonać regulacji w celu uzyskania optymalnego wyważenia.

Jakie są powszechne standardy wyważania narzędzi?

W różnych branżach powszechnie stosuje się kilka powszechnie stosowanych norm dotyczących wyważania narzędzi. Normy te zawierają wytyczne i specyfikacje dotyczące prawidłowego wyważania narzędzi. Oto kilka podstawowych norm, z których warto skorzystać przeprowadzając wyważanie:

1. ISO 21940-11 określa wymagania, dotyczące jakości wyważenia dla sztywnych maszyn wirujących.
2. ISO 14694 określa metody i wymagania, dotyczące wyważania wirników giętkich o maksymalnej prędkości obrotowej 15 000 obr./min.
3. ANSI S2.19 zawiera szczegółowe procedury wyważania oraz wskazówki dotyczące pomiaru niewyważenia i późniejszego procesu jego korekcji,
4. ISO 16084 określa dopuszczalne poziomy niewyważenia dla różnych typów narzędzi skrawających, takich jak narzędzia monolityczne, płytki wymienne i oprawki narzędziowe.

Jak często należy wyważać obrabiarki?

Częstotliwość wyważania obrabiarki zależy od różnych czynników, w tym rodzaju maszyny, intensywności użytkowania oraz specyficznych wymagań danej branży. Ważne są też zalecenia producenta, harmonogram regularnych konserwacji, wydajność obrabiarki w zakresie drgań, precyzji i oznak zużycia, zmiany operacyjne czy reaktywne równoważenie.

Jakie kwestie należy wziąć pod uwagę planując wyważanie narzędzi?

Przy równoważeniu narzędzi należy wziąć pod uwagę kilka kwestii:

1. Prędkość wrzeciona, gdyż z jej wzrostem wzrasta również ryzyko wystąpienia niekorzystnych skutków drgań,
2. Rodzaje uchwytów narzędziowych,
3. Rodzaje niewyważenia, które wpływają na uchwyty narzędziowe: niewyważenie parzyste, statyczne i dynamiczne,
4. Tolerancja wyważania, gdyż wyważarki wykorzystują klasy jakości ISO do określania tolerancji wyważenia.
5. Wybór wyważarki, gdyż należy wziąć pod uwagę zakres zastosowania i określić, czy potrzebne jest wyważanie jedno-, czy dwupłaszczyznowe.

Dlaczego wyważanie jest często pomijane przez producentów?

Ze względu na zwiększone koszty dodatkowych procesów, dodatkowy koszt zakupu maszyn do wyważania narzędzi czy przekonanie, że profil działalności firmy nie uzasadnia konieczności stosowania zrównoważonych zespołów narzędzi, wyważanie jest pomijane. Może to prowadzić do błędów współosiowości i nierównomiernego rozkładu masy narzędzi, co może spowodować nadmierne wibracje we wrzecionie i obrabianym przedmiocie podczas obróbki. A to będzie miało z pewnością negatywny wpływ na jakość wykończenia powierzchni części, utrzymanie ścisłych tolerancji projektowych i znaczne skrócenie żywotności narzędzi. Zwiększone zostaną również koszty konserwacji oraz szanse na powstanie awarii maszyny.