刀具合理平衡质量等级的确定

发布时间：

2019-05-29 11:03

为了确定高速旋转刀具统一的合理平衡质量等级 G，由德国政府和机器制造商协会(VDMA) 所属精密工具专业委员会牵头成立了工作组，将刀具动平衡技术作为一个 “要求公开”的项目进行了系统研究。研究组的成员来自相关行业及技术领域，如刀具、机床和平衡机制造行业、用户行业、大学和研究机构等。根据他们的研究结果，提出了 “高速旋转刀具系统平衡要求”的指导性规范 (FMK —Richtlinie) 。

该规范有三个要点：

(1) 认为对刀具平衡质量等级的要求是由上限值和下限值界定的一个范围，大于上限值时刀具的不平衡量将对加工带来负面影响而小于下限值则表明不平衡量要求过严，这在技术和经济上既不合理且无必要。

(2) 以主轴轴承动态载荷的大小作为刀具平衡质量的评价尺度，并规定以 G16 作为统一的上限值。由于切削加工条件以及影响加工效果因素的多样性，以加工效果的好坏作为刀具平衡的评价尺度并不能普遍适用，而因刀具不平衡引起的主轴轴承动态载荷的大小则是与

不平衡量直接相关的参数，因此提出以主轴轴承动态载荷的大小作为制定统一平衡要求的依据。根据 VDI 加 56(DIN ／ISO10816)“ 机械振动评定标准 ”的规定，可将使主轴轴承产生最大振动速度 (1 ～ 2.8mm ／s) 的不平衡量作为刀具系统允许不平衡量的上限值。当以lmm/s 或 2.8mm/s 的振动速度作为评价尺度时，不同重量的 HSK 一 63 刀柄在一定转速范围内所允许的平衡质量等级 G 的上限值 ( 三条曲线 b) 表明，G 的上限值与刀具的质量、转速和选定的机床主轴振动速度有关，且分散在一个较大范围内。工作组选取振动速度1.2mm/S、2mm/s、转速范围 10000 ～40000r/min、重量 0.5 ～10kg 的不同规格 HSK刀柄，计算出 27 个 G 的上限值，其中最大 G 值达 201，最小 G 值仅为 9。综合考虑高速旋转刀具的安全要求和使用的方便性，工作组提出一个折衷的刀具系统平衡等级要求，即选取 G16 作为统一的上限值，这样除无法满足一个 G9 值外，可满足计算所得全部 G 值覆盖的加工条件范围 (即转速为 l0000 ～ 40000r/min，刀具系统重量为0.5 ～12kg，振动速度为 2mm/s) 。

(3) 确定刀具系统合理不平衡量的下限值为刀具系统安装在机床主轴上时存在的偏心量( 单位为 )，根据现有机床制造水平，该值通常为 2～5μ m(根据每台机床的具体情况而略有不同 )。以安装偏心量作为下限值，表明将刀具系统的允许残留偏心量 eper(μm) 平衡到小于 2~5μm 并无意义。当转速在 40000r/min 以下时，上限值 G16 所对应的允许残留偏心量 eper 值(μm)( 或单位重量允许残留不平衡量gmm/kg) 均大于刀具系统的换刀重复定位精度值 ( 仅当转速等于 40000r/min 时，eper=4μm) 。因此 .规定上限值为 G16、下限值为 2 ～5μm( 或 gmm/kg) 既可防止不平衡量过大对机床主轴的不利影响，又具有技术、经济合理性。此外，G16 的规定还满足了高速旋转刀具安全标准 (EDINENISO15641)中规定刀具平衡等级应优于 G40 的要求。