W przypadku braku dokładnego wyważenia narzędzia i uchwytu siły odśrodkowe występujące przy obróbce skrawaniem powodują znaczne obciążenie łożyska wrzecion, co prowadzi do skrócenia ich żywotności. Same wrzeciona oraz inne elementy napędowe maszyn mogą zostać wyważone już przez producenta, jednak w przypadku uchwytów i narzędzi zadanie to należy do użytkownika maszyny. Brak ich wyważenia przekłada się bezpośrednio na koszty związane z częstszymi remontami i przestojami.

W odpowiedzi na potrzeby rynku w ofertach wielu producentów dostępne są systemy wyważania narzędzi i uchwytów narzędziowych. Stawiają oni na łatwą ich obsługę i ergonomię. Urządzenia do wyważania w jednej płaszczyźnie lub dwóch pozwalają na wyważanie narzędzi o różnych geometriach, a np. pneumatyczne systemy mocowania zapewniają powtarzalność osadzania. W praktyce najczęściej ograniczenia prędkości wrzeciona wynikają właśnie z braku równowagi w zespole uchwytu narzędziowego, więc poprzez wyważenie można zwiększyć prędkości i posuwy, co przekłada się na skrócenie czasu obróbki.

Zgodnie z normą

Podstawową normą dotyczącą wyważania jest opublikowana w październiku 2017 r. norma ISO 16084: 2017. Określono w niej wymagania i obliczenia dopuszczalnych statycznych i dynamicznych niewyważeń resztkowych obracających się pojedynczych narzędzi i układów narzędzi. Wskazano też wytyczne dotyczące maksymalnych sił odśrodkowych związanych z niewyważeniem indukowanych przez prędkość obrotową i nieuszkadzających łożysk wrzeciona, a także procesów obróbki, trwałości narzędzia i jakości przedmiotu obrabianego.

Narzędzia i systemy narzędziowe objęte ww. normą to np. te z połączeniem wydrążonym (HSK) zgodnie z ISO 12164-1 i ISO 12164-2, modułowym połączeniem stożkowym z systemem prowadnic kulkowych zgodnie z ISO 26622, wielokątnym połączeniem stożka zgodnie z ISO 26623 czy stożkiem 7/24 zgodnie z ISO 7388-1, 7388-2, 9270-1 i 9270-2 w odniesieniu do ich indywidualnej prędkości roboczej.

Kolejne przedstawione w normie zalecenia odnoszą się do modułowych systemów narzędziowych. Określono w niej także możliwy wpływ na procedurę wyważania przemieszczeń chwytów narzędzi, a także niekorzystnych warunków, jak np. rezonans maszyny generowany przez poszczególne prędkości obrotowe.

Zwiększenie prędkości skrawania w połączeniu z wyższymi wymaganiami względem wyważania powoduje zaostrzenie warunków wyważania układu wrzeciona narzędziowego (wrzeciona obrabiarki, urządzenia mocującego i systemu narzędzi). Narzędzia do wyważania i systemy narzędzi zgodnie z ISO 1940-1 są obecnie często rozwijane poprzez wybranie dokładniejszego poziomu wyważania, np. G 2,5 zamiast G 6,3, co zdaniem autorów normy jest nie zawsze potrzebne i powoduje wzrost kosztów.

Kolejnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest obciążenie wrzeciona spowodowane dynamicznymi siłami skrawania, np. przerwanym cięciem frezu. Często są one znacznie wyższe niż siły odśrodkowe spowodowane wymaganymi dopuszczalnymi niewyważeniami resztkowymi.

Urządzenia

Na rynku dostępnych jest wiele różnych systemów wyważania narzędzi i uchwytów. Co pewien czas prezentowane są też nowości. Na przykład w firma RoTec Polska proponuje nową generację wyważarek do narzędzi i oprawek narzędziowych – Schenck Tooldyne. Urządzenie zaprojektowano tak, by zapewnić precyzyjne rezultaty w możliwie najkrótszym czasie, a obsługuje ono wiele rodzajów narzędzi i uchwytów. Dzięki możliwości obsługi z poziomu komputera wyważanie za pomocą Tooldyne jest szybsze i bezpieczniejsze. W urządzeniu zastosowano pneumatycznie uruchamiany „quick change” – mechanizm, który automatycznie wciąga narzędzie do wrzeciona w celu dokładnego odwzorowania warunków pracy. Jak podaje producent, Tooldyne najlepiej sprawdza się w prostym i szybkim wyważaniu, nie wymaga kalibracji i spełnia normy bezpieczeństwa 2006/42/EC.

Z kolei firma Cimat produkuje i dostarcza specjalizowane wyważarki jedno- i dwupłaszczyznowe. Produkowane są w różnych wersjach w zależności od typu obsługi, typu elementu wyważanego oraz masy i wymiarów wirnika. Urządzenia te pozwalają na wyważanie w jednej lub dwóch płaszczyznach korekcyjnych, mają zamontowane pionowe wrzeciona. Można w nich mocować uchwyty samocentrujące, stałe, adaptery ISO lub HSK, uchwyty do narzędzi trzpieniowych lub oprzyrządowanie technologiczne zaprojektowane i wykonane przez Cimat zgodnie ze specjalnymi potrzebami użytkowników. Wyważarki te oferują kompensacje niewyważenia wywołanego niecentrycznością mocowania wirnika. Wszystkie wyniki pomiarów są zapisywane w bazie danych znajdującej się w module pomiarowym maszyny.

To oczywiście tylko wybrane przykłady z szerokiej oferty rynkowej. Z pewnością, jeśli chcemy jak najpełniej korzystać z zalet obróbki z wysokimi prędkościami obrotowymi narzędzi, to musimy stosować wyważarki. W wielu przypadkach użycie niewyważonych narzędzi wyklucza możliwość skorzystania z gwarancji na wrzeciono maszyny.

Według opinii ekspertów uchwyty narzędzi do obróbki z dużą prędkością najlepiej jest wyważać po zamontowaniu – jako kompletny zestaw obejmujący narzędzie skrawające i pozostałe elementy. Po zmodyfikowaniu elementów uchwytu zmienia się bowiem poziom równowagi. Warto się też upewnić, że wszystkie oprawki są wyważone, ponieważ nawet jeden proces z niezrównoważonym narzędziem przy dużej prędkości wrzeciona może uszkodzić jego łożyska.