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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..×××××-××××/ISO16084:2017旋转工具和工具系统的动平衡Balancingofrotatingtoolsandtoolsystems(ISO16084:2017,Balancingofrotatingtoolsandtoolsystems,IDT)(征求意见稿)××××-××-××发布××××-××-××实施国家标准管理委员会国家市场监督管局总局发布:..GB/T×××××-××××前言本文件按照GB/—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件等同采用ISO16084:2017《旋转工具和工具系统的动平衡》。本文件做了下列编辑性更改:——;——;——。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国刀具标准化技术委员会(SAC/TC91)归口。本文件主要起草单位:江苏大学、成都工具研究所有限公司、森泰英格(成都)数控刀具股份有限公司、……本文件主要起草人:毕勤胜、许刚、王树林、陈文浪……本文件为首次发布。I:..GB/T×××××-××××旋转工具和工具系统的动平衡1范围本文件规定了单个旋转工具和工具系统静不平衡和动不平衡的许用剩余不平衡的要求和计算。基于包含与转速有关的离心力引起的不平衡不会损坏轴承和避免与加工工艺损伤、工具寿命和工件质量相关的不平衡的准则。注1:工具和工具系统包含按GB/(HSK)、GB/T33524系列的带钢球拉紧的模块圆锥接口、GB/T32557系列的带有法兰接触面的多棱锥接口、GB/:24圆锥接口,ISO9270-1和ISO9270-2它们各自的工作速度。模块工具系统是本文件另一个重要和复杂的问题,包括其中组件和装配工具系统平衡的过程描述和计算。本文件将重点放在工具柄可能的夹紧错位及其对平衡过程的影响。夹紧错位发生在工具或工具系统与机器工具主轴,也会发生在模块化工具系统内部组装。注2:不利过程或系统条件(如由特定转速引起机械结构的局部共振)或设计和与机器相关的技术条件(轴的投影长度、狭小的空间条件、易受振动影响的设备、夹紧装置和工具设计)会导致增加振动载荷和平衡要求。这依赖于个别机器和工具主轴系统的相互作用,不能被标准覆盖。在个别示例中来自本文件推荐限制值的偏差是必要的。注3:柄接口磨损也可能会导致夹紧状况变化,从而恶化跳动和平衡条件,在本文件中这些错误不能被专门解决的。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T6444机械振动平衡词汇(GB/T6444-2008,ISO1925:2001,IDT)3术语和定义、。-主轴系统(tool-spindlesystem)所有组件即机床工具主轴和工具系统()的装配组成的系统,因设计、形状、跳动等导致不平衡。(toolsystem)至少两个组件装配形成的系统。示例:一个柄适配项和单个工具。注1:注2:1:..GB/T×××××-××××(singletool)工具的组成部分,中间元件(如盒子、模块化组件)和用于通过剪切去除被加工面材料的切削刃(如切削刀片、刀头)。注:术语单个工具和单个切削工具意思相同。(basicadapter)用在机床和工作面()上的可适配接口系统组件,不同型式和尺寸的公或母接口。(intermediateadapter)在基础适配器()和单个工具()或另一个中间适配器之间的可适配系统组件。(clampingdevice)连接机床工具主轴和工具系统的组成装置。(),因一对大小相同、方向相反的轴向向量引起的不平衡。:..GB/T×××××-××××3:..GB/T×××××-××××4:..GB/T×××××-××××5:..GB/T×××××-××××,例如,将工具插入机床主轴时。即使平衡结果代表的偏心率小于可能柄偏心率,也无法通过机床主轴或平衡机的每次夹紧动作重复实现该平衡条件。径向连接错位取决于柄的型式和尺寸(不同工具接口的径向连接错位见表2)。不同接口的磨损和跳动等因素可能会导致接合精度降低,从而导致工具-主轴系统产生更大的残余不平衡。()。表2给出了针对不同工具质量制造的平衡机的不平衡测量极限。通过指数平衡可以消除系统偏心,如平衡轴的跳动。见IS021940-14所述。注:IS021940-21描述了评价平衡机极限和性能的测试步骤。-1允许剩余不平衡的影响和常见后果以下两个例子表明,基于ISO1940-1的常见平衡质量已经超过了可能的极限。例子1:转速为25000min-l时,,意味着允许剩余不平衡量仅为1gmm/kg。对于质量为1000g的工具,1gmm的允许剩余不平衡量对应于工具重心的允许偏心率仅为1μm。该值低于新HSK可重复提供的值(见表2)6:..GB/T×××××-××××对于质量更低、转速更高的工具,允许剩余不平衡的要求不断提高。在40000min-l的转速下,质量为350g的HSK-(也就是6gmm/kg),。这两个例子都表明,由于平衡机本身的夹紧误差和商用平衡机的测量精度,这些剩余不平衡的测量和实现都不可靠。ISO1940-1还表明:在相同的转速下,不同的工具质量在相同的质量水平下准许存在不同的剩余不平衡。不同的不平衡因此导致不同的离心力,即主轴载荷,然而,主轴动态载荷并不取决于工具质量,而取决于工具系统的不平衡及其产生的力。、频率以及机床工具系统的动态特性有关。在某些激发频率下,如果一个系统与频率相关的动态适应较差,那么同一等级的振动会导致更高的振动幅度。因此,就机床,尤其是工具主轴系统而言,平衡要求取决于工具-主轴系统的动态特性。对机床动态特性的通用描述是不可能的。然而,可通过将工具平衡到可再现的残余不平衡UMIN()的极限来限制与不平衡相关的机器振动。如果相关加工工艺允许在相关工作速度范围内修改工艺参数,则通过改变切削速度也可以实现机器振动的降低。因此,激振可以在机器更稳定的动态频率范围内发生。,本文件中有必要规定根据转速和主轴系统的特性的关系来平衡工具系统(理论方法见附录A)。图2显示了承受最高载荷的轴承及未平衡工具的相关受力的通用工具-主轴模型结构和几何条件。注:本文件中所有允许剩余不平衡和其他不平衡单位为gmm。根据ISO1940-1没有特定的质量等级,。说明:1轴承B12轴承B27:..GB/T×××××-××××3重心CG图2确定在轴承B1上载荷FB1,RES的通用方法是计算力FB1,STAT和FB1,CPL的矢量和。这些力由“动态不平衡”(工具重心的静态不平衡USTAT和偶不平衡UCPL的结合)产生。为了使残余动态不平衡最小,在静态平衡时,应在材料不平衡处或附近去除或添加材料。在相关转速范围内,主轴前轴承B1上的力FB1,RESs不得超过额定动态载荷CDYN的1%。值得注意的是,动态载荷极限比FB1,RES/CDYN=1%与工具质量无关。刚性转子的动不平衡情况可以通过位于距离为b的两个轴向平面P1和P2的独立不平衡矢量UP1和UP2来描述(见图3)。在刚性工具和工具系统的工业实际平衡中,这种“双平面平衡”非常普遍。图3-主轴和工具双平面平衡模型为了计算位于工具重心CG的静不平衡量(见图4),应计算允许的静剩余不平衡量Ustat,1%(见公式3)。决定是否需要静平衡或动平衡取决于工具的L/D的比值()。图4-工具重心CG中的静态不平衡动平衡的允许不平衡UP1,PER和UP2,PER来自工具重心CG处的USTAT,PER,这基于主轴轴承B1上的载荷不得超过允许的静态不平衡所产生的载荷USTAT,PER的强制要求()。,“短”工具正处于静态平衡状态。由于功能要求,工具相关不平衡的中心通常不位于工具重心。对单个工具而言,这种所谓的“准静态不平衡”UQS(见图5)是由切削尖端和切屑槽8:..GB/T×××××-××××产生的,因此常常位于工具前端附近。图5-由于准静态平衡而产生的偶不平衡“在平衡机上”,操作者很难确定不平衡位置处的重心。即使不平衡位置明显,在工具体相反面直接去除材料通常也是不可能的。由于工具直径较大,因此,通常在工具柄附近进行静态质量补偿。这意味着初始不平衡UQS与补偿不平衡-UQS的校正平面之间存在距离LCPL。结果是工具产生特殊的动态不平衡,即带剩余偶不平衡的静态平衡UCPL(见公式1),单位为gmm2。??CPL=??QS×??CPL????????(1)距离LCPL的变化是不可预测的,取决于工具设计和平衡测量的位置。由偶不平衡(??CPL)引起的主轴轴承上的力是未知的,因此,不能被视为静态平衡。然而,两个轴承的FB1和FB2是可能被计算出来的,这是由于偶不平衡导致两个轴承的受力FB1和FB2相等(见公式2)。??????????×????=??=×??=??××??(2)????????????公式(2)还表明,LCPL与LB的比值对轴承受力有显著影响。实际上,静态平衡中没有考虑到这一点。,“最坏情况下”与最大可能距离LCPL的静态平衡,这种影响远低于“CDYN的1%”,因此,影响可以被忽略,视为静态平衡。为使剩余动态不平衡最小化,在静态平衡时,应在材料不平衡的位置或旁边去除除或添加材料。针对每种类型和尺寸的接口规定主轴参数CDYN、aM和LB(见表2)。图6中的工具-主轴系统示意图给出了图2中的部分主要参数。9:..GB/T×××××-××××3平面P2图6工具-主轴系统模型(带参数)本文中,轴承载荷的限制是静平衡与动平衡的基础。在ISO1940-1中,轴承平面表示工具-主轴系统的公差面。由于工具和工具系统是工具-主轴系统的唯一可变组件,因此,从机床工具主轴中添加/移除材料是不明智的。因此,工具平面P1和P2是工具-主轴系统的校正平面。同时,它们也是工具系统的公差和校正平面,从而实现独立于机床工具主轴的动态平衡。根据本文件的规定,平面P1和P2的允许动态不平衡的计算也用于单独定义的悬伸安装工具系统()。(3)给出了主轴前轴承B1承受最大载荷(FB1,RES/CDYN=1%)时的剩余不平衡。本文件最初是为HSK接口(尺寸HSK-25至HSK-100)制定,现在不仅适用于范围中注1提及的工具,也适用于质量相近且已知可能夹紧错位的柄和主轴。(见表2)。?????????????,?%=×10×??×?????(3)?其中??=???+????(4)根据公式(3)计算的剩余不平衡代表保持轴承未损坏剩余不平衡范围。为了使平衡质量适应不同的加工工艺,在表1中给出了标准平衡和精细平衡两种加权系数,可应用于单工具和工具系统(见组件第5条)。10:..GB/T×××××-××××表1-加权系数fBAL标准平衡fBAL=fBAL,STAND==fBAL,FINE=(4)和fBAL带入公式(3)得到?????????????,???=?????×??????,?%=×10×?????×??×???????(5)????允许的剩余静态不平衡,USTAT,PER,也必须考虑到可能的UMIN(详见本公式10到公式12)。?????=????,???+?????(6)如果减去Umin,工具在机床主轴中的不会超过Ustat,1%,从而定义了允许的静态不平衡USTAT,PER,以便使其平衡过程达到。??????,???=??????,?%??????(7)因此,最终的允许静态不平衡的公式是?????????????,???≤×10×?????×??×?????????????,???+??×????(8)????工具和工具系统在插入机床主轴后与主轴轴线(即旋转轴)会出现的一定径向和角跳动。最坏的情况是发生全径向错位eS,为了估算实际中可能出现的最大实际不平衡量,需要再次加上公式(8)中计算USTAT,PER,??????,???≤??????,???+?????=??????,???+??×???(9)注:模块化工具系统的组件之间也会发生径向错位。。对任意主轴接口,额定动态载荷值CDYN、机器杠杆臂长aM、以及主轴轴承之间的距离LB(见图2和图6)是特定的,可以从表2中获取。从前轴承到工具重心的总杠杆臂由机械杠杆臂aM(见表2)和工具杠杆臂LCG组成。与工具有关的杠杆臂LCG应由用户规定,定义为从主轴鼻(如HSK面)的参考位置RP到工具重心CG的距离。。转速n必须以min-1速度输入。可达的最小不平衡是由可测的最小不平衡决定,UBM,MIN取决与平衡机品质,这仅是一种没有任何跳动故障的可能。实际上,最小不平衡测量值Umin可能大于UBM,MIN。这取决于平衡机的测量精度UBM,ACC和由径向。UMIN必从USTAT,1%被减去,这样即使这两种影响都发生在平衡过程中或之后在机床主轴中发生,工具的允许静态不平衡USTAT,PER不超过USTAT,1%。在重型工具和高转速的情况下,USTAT,PER可能会在Umin附近呈现低值。然而,这种系统状态,只有通过平衡由主轴和工具系统组成的连接的刀轴系统才能实现。11:..GB/T×××××-××××,MAX超过不平衡USTAT,1%,允许不平衡的USTAT,PER甚至取负值。然而,Umin仍然是可能的最低值。公式(10)到公式(12)给出了这些情况的一个概念。、跳动的影响、测量结果的重复性由于在测量过程中发生的不同故障的影响,平衡机的测量精度是有限的和不平衡的测量也会发生变化。12:..GB/T×××××-××××平衡机的主轴接口与工具/组件柄表现出一必然的最小径向跳动和角跳动。由于测量结果取决于平衡机床主轴的连接精度,也有相应的影响。表2给出了最常见的柄接口的eS的参考值。平衡机中的径向夹紧错位应该比机床主轴-工具中好第二个因素是可测的最小不平衡UBM,MIN,这取决于平衡机的类型和大小。较低的工具质量(<)使平衡机的测量极限更加明显。UBM,ACC是平衡机的测量精度。表2中列出了UBM,MIN和UBM,ACC的值。如式(10)所示,和UBM,ACC相加的总和为工具-主轴系统的可重复测量的剩余不平衡UMIN。如果需要更好的平衡结果,由于应用相关要求,单独平衡整个工具-主轴系统(机床主轴和工具系统在其接合状态下)可能是一种选择。如上所述,平衡的精度取决于平衡机的测量精度UBM,ACC和有限的跳动影响eS(见表2)。?????≤????,???+?????=????,???+??×???(10)调整和消除径向跳动和角跳动故障,(→0)可能会导致UMIN达到最小值,如公式(11)?????≥????,???(11)UMIN最终定义的范围见公式(12)????,???≤?????≤????,???+?????(12)与静态不平衡相比,动态不平衡的测量更为复杂和困难。因此,每个平面的最小允许剩余不平衡,UP,MIN不能小于UMIN,即公式(13):???,???≥?????(13)这意味着在最坏的情况下(即两个平面的不平衡具有相同的角度取向),产生的静态不平衡,USTAT,P1,P2达到UMIN的两倍,见公式(14):??????,??,??=????????,???+???????,????≥????????,????+????????,????≥2×?????工具动态平衡的USTAT,P1,P2在静态平衡时,静态可能只会达到最小值UMIN。图13为质量为1000g的HSK-63工具的图,图中UMIN是一根水平线,。即使平衡机显示值低于UMIN,在随后的换刀操作后也不能重复测量。因此,UMIN水平线以下的平衡结果只能通过平衡组装的工具-主轴系统来实现。工具制造商(TM)和用户(CS)的不同平衡条件可导致对同一工具(例如,不同夹紧精度的工具适配器)的不同平衡结果。品牌测量平衡机等的质量维护状态,以防止因此而引起的激振。建议在制造商和用户限制USTAT,PER的公差在±15%的范围。这意味着在初始平衡过程中,静态和动平衡的允许不平衡值可能会降低,然后再进行15%的验证。13:..GB/T×××××-××××如果是动平衡,这个公差范围应该适用于每个平面注:ISO1940-1和ISO21940-14建议详细考虑与机器有关的误差。示例:在允许静态不平衡为10gmm的情况下,工具制造商必须平衡到USTAT,PER,TM=(-15%),在另一台平衡机(例如用户的平衡机)上进行随后的验证,剩余不平衡USTAT,PER,CS=。(准则)决定静态(单平面平衡)还是动平衡(TWR平面平衡)的参数?????是LBL和DS之间的比率,定义为公式(15):????????=?(15)?公式(16)给出动平衡初始状态的极限比RSTAT,MAX:?????,?????????,???=≤(16)??LBL和LSTAT,MAX是从主轴参考点RP(例如HSK面)到前面最可能平衡面(工具仍然能够进行质量补偿)的长度,因此,短于工具长度,即LBL≤L,参考直径Ds表示接口尺寸大小,见图6,例如HSK-A63→Ds=63mm。工具和工具系统的?????超过LSTAT,MAX(即?????>LSTAT,MAX)是动态平衡。如果LBL大于平面P1和P2的最小距离bMIN,动态平衡是敏感的。根据表2中的尺寸确定不同的平衡机。,即主轴轴承的额定动载荷不得超过CDYN的1%。这是因为2个平面的动态不平衡引起的轴承B1载荷与相同条件下的静态不平衡载荷相对应。不平衡是指垂直于工具旋转轴的长度和角度方向的矢量。为了使保持动平衡工作尽可能简单,并保留使用工具平衡的通常做法,允许的动不平衡不应取决于它们的角方向。,。如果发生动态不平衡,静态不平衡可以通过添加平衡平面P1和P2的两个不平衡矢量来计算。图7A、B和C表示了三种不同角度的不平衡矢量???????和???????的不平衡情况。14:..GB/T×××××-××××图7??????,???和??????,???取决于???????,???和???????,???之间的夹角???????,???是与???????,???相同方向的允许剩余静态不平衡的向量。图7中的三种动态平衡情况都导致了?????????,???的绝对值(即长度)相等,平面P1和P2之间的不同角度的不平衡(见案例A和B),导致不同的?????????,???最大值大于?????????,???,仅情况C:在相同方向的两个不平衡(即:???????,???与???????,???的夹角α=0°),?????????,???和?????????,???相等。注1:工具、工具组件和模块化工具系统在其工作速度范围内被认为是刚性的。注2:利用两个平衡面实现动平衡的过程在工业实践中得到了很好的应用,并在本文件中得到了应用。。注3:。注4:情况D,E和F下允许不平衡的计算是基于两个平面P1和P2的不平衡有相同的角方向(即α=0°;见图7中的案例C)。公式(17)表示如下:??????,???=??????,???,?<??????,???,?<??????,???,?(17)当α=0°时,??????,???=??????????,????=????????,???+???????,????=????????,????+????????,????(18):工具重心在平衡面P1和平衡面P2之间注:情况D(P1-CG-P2)代表标准情况,更是有别于特例CG-P1-P2(情况E,)和P1-P2-CG(情况F,)允许剩余不平衡????,???和????,???的计算公式(19)和公式(20)的推导是基于图8的模型。15:..GB/T×××××-××××图8?????????????,???=??????,???×??????????????????????,???=??????,???×??????????????????????,???=??????,???×??????????????????????,???=??????,???×????????????,???≥???,???=???,???×??????,???=×??????,???≥?????::(G40)安全不平衡极限ISO15641为旋转工具系统提供“G40”安全要求。为安全起见,在应用本文件时,当外设速度超过1000m/min时,工具的平衡质量不能比ISO15641中“G40”更差。这意味着静态不平衡UG40不应超过在工具最大直径DREE(切削刃或刀体直径)下的外设速度vREF,,即在vG40=1000m/min下,见公式(35)。??×G4060?????==??×G40×?2π??UG40应与标准和/或精细平衡的允许不平衡进行比较。应适用较小的价值。:..GB/T×××××-××××,有时无法消除。图14显示了一种带有偏心单点切削刃的特殊刀具,该刀具结合了两步向前钻孔操作和反向面切削操作,用于加工扩大的直径。工具体的形状是基于工具钻孔的径向偏移量,因此不允许与偏心凸轮相反的质量补偿。由于稳定性原因,在切削刃一侧去除足够的材料也是不可能的。结果是,这种工具通常不能平衡以满足本文件的要求。为了提供最佳的加工工艺条件,以及主轴轴承,建议:——尽可能的使剩余不平衡最小;——选择主轴轴承刚性最好的机床;——再次检查残余不平衡引起的轴承负荷;——如果工艺允许,调整加工参数;——使用阻尼措施,使与振动相关的不平衡最小。注意:在例外情况下的残余不平衡的这些特殊工具,主要目标是生产工件。寻找最佳的加工参数主要旨在优化加工工艺,但通常也提高主轴轴承的动态负载额定值。,如适配器、延伸部分、减速器和切削刀具,大多数工具系统由两个或三个组件组成,要么全部是标准组件(见图15中G和I),或至少有一个标准的柄适配器和至多两个特殊组件,如一个中间适配器和单个工具(见图15中H和J),标准的单个工具(如钻头和铣刀)通常夹在收缩配合的刀柄或夹头中。不计入组件的总数ksys(见注1)。因此,“标准工具系统”定义为三个组17:..GB/T×××××-××××件及其平衡规则组织的工具系统(如所谓的目录组件)。见公式(36)。ksys,STND=3(36)-???????????????,?,???,???=×10×?????,????×?????,?×?×???(????,???+???×???,?)?????+???+????,?????,???,???=????,?????????,?,???=???,???,???×???G(x)×??×60???(?),???=2π??×10?×??×????≤?????????,???????????????????,???×????18:..GB/T×××××-××××???×????,?+???×????+????,??+???×????+???+????,??=?????×????,???,??????=???+???+??????×????,?+???×????+????,??+???×????+???+????,??????,???,?=???+???+??????×????,?+???×????+????,??+?+?????×????+???+?+?????+????,????+???×????+???+?+?????+????,??????,???,?=???+???+?+?????+???(换)接口工具及组件的平衡工具系统的中间组件有时具有除表2中所列接口外的其他接口,例如图1和图15中的接口。相当常见的接口是径向或径向和角度可调的法兰连接,因为它们允许这两种类型的跳动最小化,这对于长组件特别重要。这些未列出的柄不能在标准中单独讲述。对于这些情况,表2包括两个参数mmin和mmax,这两个参数按道理应该是参考质量,有助于将这些组件分类为适合主轴尺寸。由于质量数字与主轴尺寸重叠,如有疑问,建议选择较小主轴尺寸的参数作为预防措施。还可以针对不一定对应于所列参考质量的特殊主轴尺寸单独平衡工具组件。,为可能的平衡模型提供不同的情况,它们具有相同的总长度。带有