공구 밸런스 및 RPM

밸런스 요건과 절삭 속도를 높이면 기계 스핀들, 클램핑 장치, 공구 시스템 등 전체 공구 시스템의 밸런스 요건이 더욱 엄격해집니다.

공구 밸런싱 요건

ISO 1940-1에 따라 밸런스를 맞추는 것은 종종 다음에 더 나은 밸런스 조정 등급(예: G 6.3 대신 G 2.5)을 추가로 선택하여 강화합니다. 많은 경우 이는 기술적으로 필요하지 않으며, 비용 증가로 인해 사용되지 않습니다.

불균형으로 인해 스핀들 부하를 제한하려면 허용 잔여 불균형에 의해 야기되는 원심력보다 훨씬 높은 동적 절삭력(예: 밀링 커터의 단속 절삭)을 사용해야 합니다. 불균형은 기계 구조의 스피드 고조파 자극으로 작용하며, 여기된 원심력의 양은 불균형과 회전 속도로 인해 발생합니다.

ISO 1940-1에 명시된 강성 로터의 공구 밸런스 품질 요구사항(예: 전동기 로터)은 기계 스핀들, 클램핑 장치 및 공구가 본질적으로 다른 기능을 나타내므로 전체 시스템에 적용할 수 없습니다.

• 공작 기계 스핀들, 클램핑 장치 및 공구는 다양한 시스템(예: 머시닝 센터의 공구 교환)입니다.
• 부정확한 반경 및 각도 클램핑으로 인해 스핀들 내에서 공구를 반복해서 교환하면 전체 시스템의 밸런스 상태가 달라질 수 있습니다.
• 개별 구성요소(스핀들, 클램핑 장치 및 공구)의 맞춤 공차가 밸런스 과정을 제한합니다.

공구 시스템과 공작 기계 스핀들 세트 간의 부정확한 클램핑으로 인해 밸런스 조건의 반복성이 제한되며, 회전 툴링 시스템의 밸런스 요건에서 모든 필수 매개변수를 고려해야 합니다. 주된 목적은 불균형 관련 기계 진동 및 시스템 부하뿐 아니라 공정 간섭을 제한하는 것입니다.

위의 방법에서는 회전 공구 시스템의 밸런스를 위한 요건을 지정하는 새로운 접근 방식을 설정합니다. ISO 16084 표준에서는 공구 불균형에 의한 스핀들 베어링에 작용하는 실제 부하를 고려한 회전 공구 시스템의 밸런스 요건을 다룹니다.

ISO 16084는 불균형에 의한 베어링 부하가 베어링 동적 부하 용량의 1%를 초과해서는 안 된다고 규정합니다. 이 표준에서 모든 허용 잔류 불균형은 (g. mm) 단위로 표시되며, 일정한 (고정) 상태 로터의 ISO 1940-1 - 밸런스 품질 요건에 따른 G등급 밸런스 레벨에 할당되지 않습니다.

공구 밸런싱 이론

로터 불균형은 설계, 소재, 제조, 조립에 의해 발생할 수 있습니다. 모든 로터는 연속 생산에서도 길이를 따라 불균형이 분포합니다.

밸런싱은 로터의 질량 분포를 확인하고 필요 시 조절하는 과정입니다. 이 과정을 통해 서비스 속도에서 스핀들 베어링에 작용하는 불균형 부하가 베어링 용량 내에 있는지 확인합니다. 저널의 진동도 지정된 주파수 한도 내로 제어됩니다.

불균형, U (g.mm)

비대칭으로 분포된 질량이 회전 축으로부터 반경 방향으로 얼마나 편향되었는지를 측정한 값입니다(그림 1 참조).

U = m × e

편심, e (µm)

회전 중심과 무게 중심의 거리입니다(아래 이미지 참조).

e = U / m

불균형력, F (N)

불균형은 원심력을 발생시켜 불균형 및 회전수에 따라 선형력을 증가시킵니다(아래의 원심력 그림 참조).

F = U × ω²

공구 밸런싱 이론

1. 회전 축
2. 무게 중심
3. 편심
4. 비대칭으로 분포된 질량
5. 원심력

카운터 밸런스

원하지 않는 원심력을 보완하기 위해 소재를 제거하거나 추가해 무게 중심이 회전 축을 향하게 할 수 있습니다(아래 그림 참조).

불균형

1. 회전 축
2. 무게 중심
3. 편심
4. 비대칭으로 분포된 질량

드릴링된 보완 홀을 이용한 카운터 밸런싱

1. 회전 축
2. 무게 중심
3. 보완 홀 드릴링
4. 비대칭으로 분포된 질량

ISO 1940-1(G)에 따른 밸런스 등급

ISO 1940-1 밸런싱 등급 G 2.5, 20,000 rpm에 따라 공구를 밸런싱할 때 1 g•mm/kg( e=1 µm)의 불균형이 허용됩니다(아래 차트 참조). 예를 들어 작은 샌드빅 코로만트 스티커는 4 g.mm에 해당합니다. ISO 1940-1 표준은 더 무거운 공구 홀더에서 더 많은 불균형을 허용하고 동일한 회전 속도로 더 가벼운 공구 홀더에서 불균형을 허용합니다. 이것은 서로 다른 불균형이 서로 다른 불균형력을 발생시키지만 일관된 시스템 부하가 달성되지 않는다.

ISO 1940-1 에 따르면 일정한(단단한 )상태의 로터에 대한 밸런스 품질 요구사항 인 G는 회전체의 밸런싱 품질을 측정한 값입니다. G는 회전 속도 대비 무게 중심에서의 접선 속도입니다. G는 회전 속도(n), 바디 질량(m) 및 불균형(u)에 따라 달라집니다. G 등급은 회전 속도를 모르면 확인할 수 없습니다.

다른 ISO 1940-1 G에 대해 허용되는 잔여 불균형

X축: 서비스 속도 n, 분당 회전수

Y축: 허용 잔류 불균형, e_per, g-mm/kg

계산 예시 ISO 1940-1

Coromant Capto® C4 공구 홀더

• 밸런스 등급: G2.5, 20000 rpm
• 공구 질량: 1.0 kg
• 밸런스 등급 공식
• 편심 = 불균형/공구 질량

샌드빅 코로만트 스티커는 4 g.mm에 해당합니다.

ISO 16084에 따른 밸런싱

고속 절삭 공구의 사용을 위해 정한 맞춤 기준입니다. ISO 16084 표준은 스핀들 베어링에 적용되는 실제 하중을 고려한 방식으로 로터 공구 시스템이 밸런스를 이루고, 다른 G 등급을 사용하지 않으며, 허용된 불균형(U) 값을 g.mm의 모든 공구에 지정합니다.

ISO 16084는 고속 절삭 공구의 사용에만 적용되도록 만들어지면서 이전 ISO 표준에는 없는 새 매개변수가 도입되었습니다. 이를 통해 더욱 실제적인 방식으로 공구 시스템의 불균형을 요구할 수 있습니다. 위에서 언급한 것처럼, 불균형 요건은 전체 표준의 기본이 되는 스핀들의 베어링에 실제로 영향을 주는 하중에서 파생됩니다. 다음은 ISO 16084 표준의 기본 공식입니다.

단계별 계산 가이드

1. 적용되는 스핀들 인터페이스 식별(개별적으로 정의된 매개변수가 있음) 예: Coromant Capto® C4 또는 HSK-A63
2. 처리해야 하는 가공의 유형 지정 표준 가공(fBAL = 0.8)미세 가공(fBAL = 0.2)
3. 공구의 입력 매개변수 공구 질량(mt)무게 중심의 길이(LCG)RPM 공구의 회전 속도(n)
4. 최대 허용 불균형 계산(U_STAT,PER)

계산 예시 ISO 16084

1. 스핀들 인터페이스 식별: HSK-A63 Cdyn = 25 000 N (최대 베어링 부하)Am = 50 mm (스핀들 노즈 베어링)Lb = 415 mm (베어링 간 거리)Es = 2.00 µm (공구 섕크의 연결 부정확도)UBM,TOL = 0.75 g.mm (밸런싱 기계의 공차)
2. 확정된 가공: 미세 가공, f_bal = 0.2
3. 구체적인 매개변수 mt = 1.4 kg회전 속도, n=3500 rpmLCG = 75 mm
4. U_STAT,PER = 282 g.mm