Balanceamento e RPM da ferramenta

O aumento das velocidades de corte em combinação com exigências de balanceamento mais altos resulta em condições de balanceamento mais restritas para o sistema completo de ferramentas - fuso de máquina, dispositivo de fixação e sistema de ferramentas.

Exigências de balanceamento da ferramenta

O balanceamento, de acordo com a ISO 1940-1, é frequentemente intensificado ao se escolher, adicionalmente, a classe seguinte de melhor balanceamento (por exemplo, G 2,5 em vez de G 6,3). Isso não apenas é, tecnicamente, muitas vezes desnecessário, levando a altos custos, como também não pode ser alcançado em muitos casos.

Outro ponto que deve ser considerado para qualificar a carga do fuso devido ao desbalanceamento é que as forças dinâmicas de corte (por exemplo, causadas pelo corte interrompido de um fresamento) frequentemente são muito superiores às forças centrífugas causadas pelos desbalanceamentos residuais permissíveis exigidos. O desbalanceamento age como uma excitação harmônica de velocidade da estrutura da máquina e a quantidade da força centrífuga excitada surge do desbalanceamento e da velocidade de rotação.

Os requisitos de qualidade de balanceamento de ferramentas para rotores rígidos indicados na ISO 1940-1 (por ex. rotores de motor elétrico, etc.) não podem ser aplicados adequadamente a esses sistemas porque os fusos de máquina, dispositivos de fixação e ferramentas apresentam características essencialmente diferentes:

• Fusos de máquinas-ferramenta, dispositivos de fixação e as ferramentas são sistemas que variam (por .ex. por troca de ferramentas em centros de usinagem)
• Devido a imprecisões de fixação radiais e angulares, uma troca repetida de ferramenta no fuso leva a condições de balanceamento variáveis para o sistema completo
• Ajustar as tolerâncias das peças individuais (fuso, dispositivo de fixação e ferramenta) limita o processo de balanceamento

As imprecisões de fixação entre o sistema de ferramentas e o fuso da máquina-ferramenta definem os limites para a repetibilidade das condições de balanceamento e, em vista disso, as exigências de balanceamento dos sistemas de ferramentas rotativas devem levar em consideração todos os parâmetros essenciais. O principal objetivo é a limitação das vibrações da máquina relacionadas ao desbalanceamento e às cargas do sistema, bem como as interferências do processo.

As circunstâncias acima definem uma nova abordagem para especificar os requisitos para o balanceamento de sistemas de ferramentas rotativas. A especificação do conteúdo da norma ISO 16084 para balanceamento de sistemas de ferramentas rotativas considera a carga existente nos rolamentos do fuso causada pelo desbalanceamento da ferramenta.

A norma ISO 16084 especifica que a carga do rolamento causada pelo desbalanceamento não deve exceder 1% da capacidade da carga dinâmica dos rolamentos. Nessa norma, todos os desbalanceamentos residuais permitidos são indicados em (g.mm) e não são atribuídos a um nível específico de qualidade da classe G de acordo com a ISO 1940-1 - Especificações da qualidade de balanceamento para rotores em um estado constante (rígido).

Teoria de balanceamento da ferramenta

O desbalanceamento do rotor pode ser causado pelo desenho, material, produção e montagem. Cada rotor tem uma distribuição individual de desbalanceamento ao longo de seu comprimento, mesmo em uma produção em série.

O balanceamento é um procedimento pelo qual a distribuição da massa de um rotor é verificado e, se necessário, ajustado. Isso é feito para garantir que a força de desbalanceamento que atua nos rolamentos do fuso na velocidade de operação esteja dentro da capacidade dos rolamentos. A vibração dos munhões também é controlada para estar dentro dos limites de frequência especificados.

Desbalanceamento, U (g.mm)

É uma medida que especifica quanto da massa distribuída de forma assimétrica desvia radialmente do eixo rotativo, veja a figura abaixo.

U = m × e

Excentricidade, e (µm)

A distância entre o centro rotacional e o centro de gravidade, veja a figura abaixo.

e = U / m

Força de desbalanceamento, F (N)

O desbalanceamento cria uma força centrífuga que aumenta linearmente com o desbalanceamento e é multiplicada pelo número de rotações, consulte a força centrífuga na figura abaixo.

F = U × ω²

Teoria de balanceamento da ferramenta

1. Eixo rotativo
2. Centro de gravidade
3. Excentricidade
4. Massa distribuída assimetricamente
5. Força centrífuga

Contrabalaceamento

Para compensar as forças centrífugas indesejadas, é possível remover ou adicionar materiais que ajudem a direcionar o centro de gravidade para o eixo rotativo, veja a figura abaixo.

Desbalanceamento

1. Eixo rotativo
2. Centro de gravidade
3. Excentricidade
4. Massa distribuída assimetricamente

Contrabalaceamento com furo de compensação

1. Eixo rotativo
2. Centro de gravidade
3. Furo de compensação
4. Massa distribuída assimetricamente

Classe de balanceamento de acordo com ISO 1940-1 (G)

Quando balancear uma ferramenta de acordo com a ISO 1940-1, a classe de balanceamento G 2,5 em 20.000 rpm permite um desbalanceamento de 1 g.mm/kg (e=1 µm), veja o gráfico abaixo. Como exemplo, um pequeno adesivo da Sandvik Coromant corresponde a 4 g.mm. A norma ISO 1940/1 permite desbalanceamento maior em um porta-ferramenta mais pesado que um mais leve na mesma velocidade rotacional. Embora o desbalanceamento crie forças de desbalanceamento diferentes, nenhuma carga de sistema consistente é alcançada.

De acordo com a ISO 1940-1, as especificações de qualidade do balanceamento para rotores em um estado constante (rígido), G é a medida da qualidade de balanceamento de um corpo rotativo. G é a velocidade tangencial no centro de gravidade em relação à velocidade rotacional. G depende da velocidade rotacional (n), da massa do corpo (m) e do desbalanceamento (u). A classe G não é identificada sem que se saiba a velocidade rotacional.

Desbalanceamento residual específico permitido para diferentes ISO 1940-1 G

Eixo X: Velocidade de operação n, rot/min

Eixo Y: Desbalanceamento residual específico permitido, e_per, g.mm/kg

Exemplo de cálculo ISO 1940-1

Porta-ferramentas Coromant Capto® C4

• Classe de balanceamento: G2,5 a 20000 rpm
• Massa da ferramenta: 1,0 kg
• Equação da classe de balanceamento
• Excentricidade = Desbalanceado/massa da ferramenta

Um adesivo da Sandvik Coromant corresponde a 4 g.mm

Uma norma feita sob medida para a aplicação de ferramentas de corte de alta velocidade. A norma ISO 16084 significa que o sistema da ferramenta do rotor é equilibrado de forma a levar em conta a carga real a que os rolamentos do fuso estão sujeitos, não utiliza as diferentes classes G, mas fornece um valor específico do desequilíbrio aceito (U) para todas as ferramentas em g.mm.

Como a ISO 16084 é adaptada apenas para a aplicação de ferramentas de corte de alta velocidade, isso também implica que uma série de novos parâmetros é introduzida, em comparação com a antiga norma ISO. Isso permite uma maneira mais realista de exigir o desequilíbrio do sistema de ferramentas. Como mencionado, os requisitos de desbalanceamento são derivados da quantidade de carga que realmente afeta os rolamentos no fuso, que é a base para toda a norma. A seguir está a equação fundamental para a norma ISO 16084.

Guia de cálculo passo a passo

1. Identifique qual interface de fuso que se encaixa (têm parâmetros definidos individuais). Ex. Coromant Capto® C4 ou HSK-A63
2. Determine que tipo de usinagem será feita
   • Usinagem padrão (fBAL = 0,8)
   • Usinagem fina (fBAL = 0,2)
3. Insira os parâmetros específicos para a ferramenta
   • Massa da ferramenta (mt)
   • Comprimento para o centro de gravidade (LCG)
   • Velocidade rotacional da ferramenta em RPM (n)
4. Calcule o desbalanceamento máximo permitido (U_STAT,PER)

Exemplo de cálculo ISO 16084

1. Identifique a interface do fuso: HSK-A63
   • Cdyn = 25000 N (carga máxima do rolamento)
   • Am = 50 mm (rolamento do nariz do fuso)
   • Lb = 415 mm (comprimento entre rolamentos)
   • Es = 2,00 µm (imprecisão de junção da ferramenta convencional)
   • UBM,TOL = 0,75 g.mm (tolerância da máquina de balanceamento)
2. Usinagem determinada: Usinagem fina, fBAL = 0,2
3. Parâmetros específicos
   • mt = 1,4 kg
   • Velocidade rotacional, n=3500 rpm
   • LCG = 75 mm
4. USTAT,PER