刀具合理平衡質量等級的確定

發布時間：

2024-07-03 17:37

為了確定高速旋轉刀具統一的合理平衡質量等級 G，由德國政府和機器制造商協會(VDMA) 所屬精密工具專業委員會牽頭成立了工作組，將刀具動平衡技術作為一個 “要求公開”的項目進行了系統研究。研究組的成員來自相關行業及技術領域，如刀具、機床和平衡機制造行業、用戶行業、大學和研究機構等。根據他們的研究結果，提出了 “高速旋轉刀具系統平衡要求”的指導性規范 (FMK —Richtlinie) 。

該規范有三個要點：

(1) 認為對刀具平衡質量等級的要求是由上限值和下限值界定的一個范圍，大于上限值時刀具的不平衡量將對加工帶來負面影響而小于下限值則表明不平衡量要求過嚴，這在技術和經濟上既不合理且無必要。

(2) 以主軸軸承動態載荷的大小作為刀具平衡質量的評價尺度，并規定以 G16 作為統一的上限值。由于切削加工條件以及影響加工效果因素的多樣性，以加工效果的好壞作為刀具平衡的評價尺度并不能普遍適用，而因刀具不平衡引起的主軸軸承動態載荷的大小則是與

不平衡量直接相關的參數，因此提出以主軸軸承動態載荷的大小作為制定統一平衡要求的依據。根據 VDI 加 56(DIN ／ISO10816)“ 機械振動評定標準 ”的規定，可將使主軸軸承產生最大振動速度 (1 ～ 2.8mm ／s) 的不平衡量作為刀具系統允許不平衡量的上限值。當以lmm/s 或 2.8mm/s 的振動速度作為評價尺度時，不同重量的 HSK 一 63 刀柄在一定轉速范圍內所允許的平衡質量等級 G 的上限值 ( 三條曲線 b) 表明，G 的上限值與刀具的質量、轉速和選定的機床主軸振動速度有關，且分散在一個較大范圍內。工作組選取振動速度1.2mm/S、2mm/s、轉速范圍 10000 ～40000r/min、重量 0.5 ～10kg 的不同規格 HSK刀柄，計算出 27 個 G 的上限值，其中最大 G 值達 201，最小 G 值僅為 9。綜合考慮高速旋轉刀具的安全要求和使用的方便性，工作組提出一個折衷的刀具系統平衡等級要求，即選取 G16 作為統一的上限值，這樣除無法滿足一個 G9 值外，可滿足計算所得全部 G 值覆蓋的加工條件范圍 (即轉速為 l0000 ～ 40000r/min，刀具系統重量為0.5 ～12kg，振動速度為 2mm/s) 。

(3) 確定刀具系統合理不平衡量的下限值為刀具系統安裝在機床主軸上時存在的偏心量( 單位為 )，根據現有機床制造水平，該值通常為 2～5μ m(根據每臺機床的具體情況而略有不同 )。以安裝偏心量作為下限值，表明將刀具系統的允許殘留偏心量 eper(μm) 平衡到小于 2~5μm 并無意義。當轉速在 40000r/min 以下時，上限值 G16 所對應的允許殘留偏心量 eper 值(μm)( 或單位重量允許殘留不平衡量gmm/kg) 均大于刀具系統的換刀重復定位精度值 ( 僅當轉速等于 40000r/min 時，eper=4μm) 。因此 .規定上限值為 G16、下限值為 2 ～5μm( 或 gmm/kg) 既可防止不平衡量過大對機床主軸的不利影響，又具有技術、經濟合理性。此外，G16 的規定還滿足了高速旋轉刀具安全標準 (EDINENISO15641)中規定刀具平衡等級應優于 G40 的要求。