불균형한 인식

균형 잡힌 도구가 생산성을 높이나요? 불균형의 효과는 누구나 시각화할 수 있는 가장 간단한 물리학 이론 중 하나입니다. 세탁기가 회전하면서 한쪽에 젖은 수건이 너무 많으면 어떻게 되는지 생각해 보십시오. 또는 자동차에 균형 잡힌 바퀴가 없다면 승차감은 어떠할까요?

이러한 시나리오는 상상하기 쉽지만, 금형 제작 산업 내에서 수년간 지속되어 온 몇 가지 오해로 인해 밀링 응용 프로그램용 공구 홀더와 관련하여 불균형의 영향이 그렇게 분명하지 않습니다. 게다가 모든 속도에서 공구 홀더 어셈블리의 균형을 맞추는 것의 이점을 간과하는 경우가 많습니다.

균형잡힌 뒤돌아보기

진정으로 균형 잡힌 툴 홀더 어셈블리를 실행하는 것의 중요성을 처음으로 확인한 것은 금형 제작 산업이었습니다. 툴 홀더 어셈블리는 툴 홀더, 절삭 공구, 필요한 경우 풀 스터드, 너트, 콜릿 등으로 구성됩니다. 스핀들 고장의 발진. 이러한 고속 기계의 덜 무거운 스핀들과 사용되는 대부분의 공구 홀더의 극심한 불균형으로 인해 해결해야 할 문제의 불균형이 발생했습니다.

90년대 초반에는 툴 홀더 어셈블리의 정확한 균형을 맞추기 위해 특별히 설계된 기계가 시장에 없었습니다. 결과적으로, 기술 곡선에서 앞서기 위해 노력하는 최첨단 회사들은 공구 홀더가 아닌 로터, 휠, 크랭크샤프트, 터빈 등과 같은 부품의 균형을 맞추도록 설계된 균형 기계를 구입했습니다. 그러나 이러한 밸런싱 기계는 실제로 어셈블리의 밸런싱을 해제하고 있었기 때문에 고객은 "밸런싱된" 도구 홀더로 가공할 때 눈에 띄는 차이를 느끼지 못했습니다.

90년대 후반, 툴 홀더 어셈블리의 진정한 균형을 이루는 밸런싱 머신이 마침내 출시되었습니다. 또한 이 시기에 도입된 다른 밸런싱 개선 사항에는 절삭 공구(예:열박음 공구 홀더)를 변경할 때 보다 일관된 균형 반복성을 제공하는 공구 홀더 시스템뿐만 아니라 더 미세한 "사전 균형" 공구 홀더가 포함됩니다. 이러한 개발 조합을 통해 금형 제작자는 최신 고속 기술의 사용을 가속화 및 최적화하고 더 정밀한 마감의 금형을 생산하여 연마 및/또는 EDM 작업을 크게 줄일 수 있었습니다.

금형 업계는 20년 전에 고속 응용 분야에 균형 잡힌 도구 홀더를 사용해야 할 필요성을 인식했지만 여전히 균형 잡힌 어셈블리를 실행하는 것의 중요성에 대해 다소 혼란스러워하고 있습니다.

툴 홀더 밸런싱에 대한 오해는 사전 밸런싱된 툴 홀더만 사용하면 충분하다는 인식입니다. 이러한 사전 균형 공구 홀더를 사용하는 것이 좋습니다. 그러나 이것이 완전한 공작 기계 활용을 보장하지는 않습니다. 절삭 공구를 교체한 후 공구 홀더 어셈블리의 불균형을 측정하는 것은 작업장에 있는 모든 공작 기계의 잠재력을 최대한으로 실현하는 데 필수적입니다. 균형 잡힌 공구 홀더 어셈블리를 사용하는 경우 더 느린 rpm 기계(8,000rpm에서 작동하는 기계)도 최대한으로 사용할 수 있습니다. 미세하게 균형이 잡힌 공구 홀더 어셈블리는 생산성 향상, 안전성, 긴 절삭 공구 및 스핀들 수명을 비롯한 많은 이점을 제공합니다. 툴 홀더 어셈블리가 정확한 동심도와 균형을 보여줄 때만 최적의 절삭 조건을 활용할 수 있습니다. 이 경우 경험의 법칙은:균형이 너무 많으면 충분하지 않은 것보다 낫습니다.

이미 공장에 있는 불균형 홀더는 어떻게 됩니까? 실제로는 밸런스 홀더와 언밸런스 홀더를 혼합하는 것을 피할 수는 없지만, 높은 회전 속도에서 언밸런스 홀더를 사용한 단일 가공 공정은 필요한 가공 정확도를 취소하고 스핀들을 손상시킬 수 있다는 점을 명심하십시오. 이러한 이유로 공구 홀더는 가급적이면 플랜트 자체에서 균형을 유지해야 합니다. 그렇지 않은 경우 입고 및 품질 관리의 일부를 도구 홀더에 균형을 맞추는 것이 좋습니다. 솔직히 말해서, 점검할 기계가 없는 한 도구 홀더 어셈블리의 상태를 어떻게 알 수 있습니까?

불균형의 원인과 결과

불균형은 회전하는 동안 고르지 않은 무게 분포로 인해 발생하며, 이는 회전 속도에 따라 정사각형으로 증가하는 원심력을 생성합니다. 즉, 불균형이 동일할 경우 스핀들은 2,000rpm의 회전 속도보다 10,000rpm의 회전 속도에서 25배 더 높은 원심력을 생성합니다. 결과적으로 공구 홀더 어셈블리의 불균형은 고속 가공, 무거운 공구 또는 복잡한 형상의 절삭 공구에 특히 눈에 띄는 부정적인 영향을 미칩니다.

불균형의 주요 결과는 스핀들 베어링에 부담을 주는 이 원심력으로 인해 스핀들 수명이 절반으로 단축될 수 있습니다. 결과적으로 균형 잡힌 도구를 사용하는 것이 항상 권장됩니다. 그렇지 않으면 스핀들 보증이 존재하지 않거나 제한됩니다.

또 다른 결과는 스핀들이 회전함에 따라 원심력의 유효 방향이 변할 때 생성되는 진동입니다. 이러한 진동은 전체 기계와 절삭 공구에 전달되어 절삭 공구 수명을 단축시킵니다. 언밸런스드 공구 홀더 어셈블리의 공구 수명은 평균 10% 감소하여 절삭 공구 비용이 증가하는 것으로 보고되었습니다. 이러한 진동은 스핀들과 절삭 공구에만 유해한 것이 아닙니다. 또한 전체 프로세스의 신뢰성을 손상시키고 가공 결과로 전달됩니다. 진동은 추가적인 미세 가공이나 수작업으로 제거해야 하는 채터 마크를 생성합니다.

정확한 공정 신뢰성 수준에 도달하고 요구되는 최종 결과를 얻으려면 진동을 줄여야 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 스핀들 속도, 이송 속도 및 절삭 깊이를 줄이는 것입니다. 이렇게 하면 절단이 더 부드러워지지만 금속 제거율과 생산성이 저하됩니다.

투자 인텔

금속 제거율 및 생산성 감소의 문제는 간단한 분석을 통해 명확해집니다. 머시닝 센터의 운영 비용은 시간당 $100입니다(1교대 작업, 연간 1,600시간 운영). 금속 제거 시간이 10% 증가하면 시간당 10달러를 절약할 수 있으며 이는 연간 16,000달러에 해당합니다.

균형 잡힌 공구 홀더 어셈블리의 또 다른 이점은 비용 절감과 기계 신뢰성의 핵심인 증가된 스핀들 수명입니다. 이를 통해 스핀들 교체를 계획할 수 있어 계획에 없던 기계 가동 중지 시간을 제거할 수 있습니다. 진정으로 균형 잡힌 시스템은 기계당 연간 $20,000 이상의 비용 절감을 실현할 수 있습니다. 여기에는 부품 표면 품질 개선, 크기 정확도 증가, 기계 고장 또는 가동 중지 시간 감소로 실현할 수 있는 추가 절감 효과도 포함되지 않습니다.

이 수치는 균형 기계 비용에 대한 반대 의견을 반영합니다. 투자 자체에 대한 비용이 전혀 또는 충분히 빨리 지불되지 않을 때에만 투자가 비싸다고 주장할 수 있습니다. 앞서 언급한 계산에 따르면 밸런싱 머신은 실제로 매우 빠르게 비용을 지불할 수 있습니다. 높은 회전 속도에서 언밸런스 홀더를 사용한 단일 가공 프로세스는 필요한 가공 정확도를 취소하고 스핀들을 손상시킬 수 있음을 명심하십시오. 스핀들 교체만으로도 밸런싱 머신보다 더 많은 비용이 들 수 있음을 고려하십시오.

측정 테스트

일관된 가공 프로세스를 보장하려면 툴 홀더 어셈블리의 균형을 측정해야 합니다. 일반적으로 진정으로 균형 잡힌 어셈블리를 사용하는 경우 특히 열박음 척에서 절삭 공구를 추가한 후 더 이상 정밀한 균형 조정이 필요하지 않습니다.

미세하게 균형이 잡힌 공구 홀더는 올바른 방향으로 나아가는 단계입니다. 그러나 절삭 공구 또는 평면 밀링 커터가 어셈블리의 전체 불균형에 미치는 영향은 무엇입니까? 이 질문에 답하기 위해 이 간단한 측정 테스트를 검토해 보겠습니다.

측정은 평면 밀링 커터와 함께 Weldon 척, 콜릿 척 및 열박음 척이 있는 공구 동적 밸런싱 기계에서 수행되었습니다. 쇼트 버전은 모두 샤프트 직경이 20mm인 미세 균형 제품입니다. 측정 요구 사항은 작동 회전 속도 25,000rpm/측정 프로세스 1면(정적)에서 균형 등급 G =2.5였습니다. 처음에는 4가지 다른 공구 홀더 유형(즉, 절삭 공구 없이)의 불균형이 측정되었습니다. 예상대로 홀더의 불균형은 지속적으로 허용 한계 내에 있었습니다. 정밀하게 균형이 잡힌 이 홀더에 있는 절삭 공구를 사용한 후속 측정은 특히 오늘날 널리 사용되는 클램핑 플랫이 있는 공구의 경우 명확한 불균형을 보여주었습니다.

수축 및 콜릿 척에서 원통형 샤프트와 대칭형 공구 형상을 가진 공구를 고정하는 어셈블리에서 눈에 띄는 불균형이 발견되지 않았습니다. 측정된 값은 0.8 또는 1.3그램 밀리미터(gmm)였습니다. 원통형 샤프트와 대칭적인 절삭날이 있는 공구는 약간의 불균형만 발생합니다. 열박음 척은 움직이는 부품이 없고 공구를 중앙에 고정하며 여기에서도 추가적인 불균형이 거의 없습니다. 콜릿 도구 홀더를 사용하면 클램핑 너트가 비대칭으로 제작되어 문제가 발생할 수 있지만 이러한 이유로 너트 자체는 특별히 균형을 이룹니다.

대조적으로, 클램핑 플랫이 있는 도구는 균형 요구 사항을 전혀 충족할 수 없었습니다. Weldon 툴 홀더를 사용해도 G8의 균형 등급에 해당하는 5.5gmm의 실제 불균형이 측정되었습니다. 순전히 수학적 기준으로 이것은 7,600rpm의 최대 회전 속도만 허용합니다. 콜릿 척의 경우 클램핑 플랫이 있는 이 절삭 공구에 대해 G29의 높은 균형 등급이 결정되었고 수축 척의 경우 G38이 결정되었습니다. 이는 각각 2,700rpm 및 1,600rpm의 최대 회전 속도에 해당합니다.

Weldon 클램핑 플랫이 있는 비대칭 도구 또는 도구와 함께 사용하면 미세하게 균형이 잡힌 수축 및 콜릿 척도 상당히 불균형하게 됩니다. 가공할 때 효율적이고 정확하게 작업하려면 각 공구 교체 후 이러한 공구의 균형을 다시 조정해야 합니다.

페이스 밀 커터의 측정은 유사한 결과를 생성했습니다. 인서트 공구가 ​​작동 중일 때 G23의 균형 등급에 해당하는 20.3gmm의 불균형이 결정되었습니다. 페이스 밀 인서트 커터에는 고정된 부품이 있고 항상 같은 위치에 있지는 않기 때문입니다. 밀링 헤드는 어셈블리 구성(예:보어 홀이 있는 핀 및 클리어런스 피팅)으로 인해 허용 오차가 크므로 공구 위치가 100% 정의되지 않습니다.

이 테스트는 상호 균형 또는 절삭 공구와 홀더가 필수적임을 보여줍니다. 고품질 도구를 사용하더라도 전체 도구 조립에는 미세한 균형이 중요합니다.

간편한 균형 조정

밸런싱에 대한 예약은 여전히 ​​존재하지만 올바른 밸런싱 기계와 실습 지향 소프트웨어를 사용하면 빠르고 쉽게 달성할 수 있습니다. 간단히 말해서 작업자는 홀더를 기계에 넣고 메뉴에서 적절한 요구 사항을 선택하면 기계가 사용자에게 나머지 단계를 안내합니다.

공구 홀더에 익숙한 작업자는 광범위한 교육 없이도 적절하게 설계된 밸런싱 기계를 작동할 수 있어야 합니다. 각 도구에 대한 필요한 데이터가 이미 공급되고 저장되어 시간을 절약하고 오류를 방지하는 기계에 전문 지식이 있어야 합니다. 사용자 관리를 통해 추가 안전 예방 조치를 제공할 수 있습니다. 예를 들어 도구 데이터를 편집하거나 변경할 수 있는 권한을 지정된 직원으로 제한할 수 있습니다. 다른 사용자는 저장된 도구에만 액세스할 수 있으며 설정된 요구 사항에 따라 밸런싱을 진행할 수 있습니다.

밸런싱 프로세스는 툴 홀더가 밸런싱 스핀들에 고정되고 회전하도록 설정된 다음 측정이 수행되는 대부분 자동화된 프로세스입니다. 밸런스 스핀들의 힘 센서는 불균형으로 인한 원심력을 측정합니다. 그런 다음 소프트웨어는 측정을 평가하고 작업자에게 제거 또는 추가해야 하는 재료의 양 또는 불균형을 보상하기 위해 무게를 이동할 위치를 표시합니다.

밸런싱 머신은 또한 사용자가 불균형을 제거하기 위해 사용할 수 있는 다양한 다른 옵션을 제공합니다. 예를 들어, 재료를 드릴링하는 대신 균형 나사 또는 링을 사용하면 무게가 추가될 수 있습니다. 이 전술을 사용하면 불균형을 보상하기 위해 함께 속해 있고 정의된 불균형이 있는 두 개의 링이 도구 홀더의 원통형 부분에 고정됩니다. 그런 다음 소프트웨어는 링을 돌려야 하는 정확한 각도를 제공합니다. 사용 가능한 라인 레이저는 기계에서 직접 회전 위치를 보여줍니다.

측정은 최대 1분이 소요되며, 밸런싱 링이나 나사로 작업하면 전체 프로세스를 2분 안에 완료할 수 있습니다. 질량을 고르게 하기 위해 도구 홀더에 드릴을 사용해야 하는 경우 시간이 약간 더 걸릴 수 있습니다.

명확한 인식

밸런싱 기술의 발전으로 툴 홀더 어셈블리의 밸런싱이 빠르고 간단하며 정확해져서 공작 기계를 최대한 활용할 수 있습니다. 균형에 관한 기본 물리학을 기억하고 균형 프로세스에 적용하기만 하면 됩니다. 그러면 모든 오해가 사라져야 합니다.

이전에 Haimer-USA.com에 소개되었습니다.

MSCDirect.com에서 Haimer-USA의 도구 홀더 밸런서를 쇼핑하십시오.