ISO 16084:2017
(Main)Balancing of rotating tools and tool systems
Balancing of rotating tools and tool systems
ISO 16084:2017 specifies requirements and provides calculations for the permissible static and dynamic residual unbalances of rotating single tools and tool systems. It is based on the guideline that unbalance related centrifugal forces induced by the rotational speed do not harm the spindle bearings, as well as prevent unbalance related impairments of machining processes, tool life and work piece quality. NOTE 1 Tools and tool systems covered by ISO 16084:2017 are, for example, those with hollow taper interfaces (HSK) according to ISO 12164-1 and ISO 12164-2, modular taper interface with ball track system according to the ISO 26622 series polygonal taper interface according to the ISO 26623 series, taper 7/24 according to ISO 7388-1, ISO 7388-2, ISO 9270-1 and ISO 9270-2 related to their individual operating speed. Modular tool systems are another important and complex issue of ISO 16084:2017. Calculations and process descriptions for balancing these components and the assembled tool systems are included. ISO 16084:2017 is putting an important focus on the possible clamping dislocations of tool shanks and their effects on the balancing procedure. These dislocations can occur between a tool or a tool system and the machine tool spindle (e.g. with every tool change), as well as within a modular tool system during its assembly. NOTE 2 Unfavourable process or system conditions (e.g. partial resonances of the machine structure generated by particular rotational speeds) or design and machine-related technical conditions (e.g. the projecting length of the axes, narrow space conditions, vibration susceptible devices, clamping devices and tool design) may lead to increased vibration loads and balancing requirements. This is dependent on the individual interaction of the machine and the tool spindle system and cannot be covered by a standard. A deviation from the recommended limit values of ISO 16084:2017 can be required in individual cases. NOTE 3 Wear of the shank interfaces may lead to possible variations of the clamping situation and thus to worse run-out and balancing conditions. These errors cannot be specifically addressed in a standard.
Équilibrage pour outils rotatifs et systèmes d'outillage
L'ISO 16084 :2017 spécifie des exigences et fournit des modes de calcul pour les déséquilibres résiduels statiques et dynamiques admissibles d'outils simples rotatifs et de systèmes d'outillage. Elle se fonde sur le principe directeur selon lequel les forces centrifuges liées au balourd et induites par la vitesse de rotation n'endommagent pas les paliers de broche et préviennent les détériorations liées au balourd des procédés d'usinage, de la durée de vie de l'outil et de la qualité des pièces à usiner. NOTE 1 Les outils et les systèmes d'outillage couverts par l'ISO 16084 :2017 englobent par exemple ceux dotés d'interfaces à cône creux (HSK) conformément à l'ISO 12164‑1 et l'ISO 12164‑2, ceux équipés d'interfaces à cône modulaire avec système de serrage à billes conformément à la série ISO 26622, ceux avec des interfaces à cône polygonal conformément à la série ISO 26623, les outils à conicité 7/24 conformément à l'ISO 7388‑1, l'ISO 7388‑2 et à l'ISO 9270‑1 et l'ISO 9270‑2 pour ce qui est de leur vitesse d'exploitation individuelle. Les systèmes d'outillage modulaires constituent un autre aspect important et complexe du présent document. Il englobe des calculs et des descriptions de procédés d'équilibrage pour ces composants et les systèmes d'outillage assemblés. L'ISO 16084 :2017 consacre une importante partie sur la dislocation possible entre un outil ou un système d'outillage et la broche de la machine-outil (par exemple, à chaque changement d'outil), ainsi qu'à l'intérieur d'un système d'outillage modulaire lors de son montage. NOTE 2 Un procédé mal adapté ou un système en mauvais état (par exemple, résonance partielle de la structure de la machine produite par des vitesses de rotations particulières) ou une mauvaise conception et l'état technique de la machine qui en résulte (par exemple, longueur de saillie des essieux, fonctionnement en milieu étroit, dispositifs sensibles aux vibrations, dispositifs de serrage et conception d'outillage) peuvent accroître les charges de vibration et peser davantage sur les exigences d'équilibrage. Tout ceci dépend de l'interaction individuelle de la machine et du système d'outillage à broche, et ne peut être couvert dans une norme. Il peut être nécessaire de s'écarter des valeurs limites recommandées dans l'ISO 16084 :2017 selon le cas de figure spécifique qui se présente. NOTE 3 L'abrasion des surfaces au niveau des queues d'outils peut engendrer de possibles variations dans le serrage et, partant, aggraver le battement et dégrader les conditions d'équilibrage. Ces erreurs ne peuvent faire l'objet d'une norme spécifique.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16084
First edition
2017-10
Balancing of rotating tools and tool
systems
Équilibrage pour outils rotatifs et systèmes d'outillage
Reference number
©
ISO 2017
© ISO 2017, Published in Switzerland
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols and abbreviated terms. 3
4 Requirements . 6
4.1 General . 6
4.1.1 Clamping inaccuracies . 6
4.1.2 Influence of balancing machines . 6
4.1.3 Effects and frequent consequences of permissible residual unbalances
according to ISO 1940-1 . 7
4.1.4 Inherent properties of machine tools and components. 7
4.2 Balancing requirements based on the spindle load . 7
4.2.1 General. 7
4.2.2 Determination of the balancing requirements .10
4.2.3 Measuring accuracy of balancing machines, influence of run-out and
repeatability of measuring results .14
4.2.4 Application criterion of static and dynamic balancing .15
4.2.5 Permissible residual dynamic unbalances .15
4.2.6 Balancing requirements for tool systems with guidance .20
4.2.7 Influence of the HSK (hollow taper shank) on the dynamic unbalance .22
4.3 Safety-related unbalance limitations (G40) according to ISO 15641 .23
4.4 Graphic visualization of the balancing requirements.23
4.5 Special tools with asymmetric body shapes .25
5 Balancing of tool systems .25
5.1 General .25
5.2 Balancing of tool system components .27
5.3 Influence of the angular orientation of component unbalances .29
5.4 Influence of clamping dislocations .29
5.5 Integration of tool system components balanced according to ISO 1940-1 .30
5.6 Calculation of the permissible rotational speed depending on actual unbalance .30
5.7 Determination and calculation of the position of the centre of gravity .31
5.7.1 Experimental determination of the centre of gravity .31
5.7.2 Calculation of the centre of gravity of a modular tool system .31
5.8 Balancing of tools and components with alternative interfaces .32
5.9 HSK adapters with rotationally symmetrical tools .32
5.10 Remarks for setup and balancing of tool systems .33
6 Data representation and exchange.34
Annex A (informative) Permissible residual unbalances — Theoretical approach and
calculation examples .36
Annex B (informative) Calculation examples of tool systems.61
Annex C (normative) XML file structure for the documentation of balancing information .66
Annex D (informative) Fundamental unbalance formula, correlations and practical advice .68
Bibliography .71
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 29, Small tools.
iv © ISO 2017 – All rights reserved
Introduction
Increasing cutting speeds in combination with higher balancing requirements result in tighter
balancing conditions for the tool spindle system (machine tool spindle, clamping device and tool
system). Especially balancing tools and tool systems according to ISO 1940-1 are often being intensified
by additionally choosing the next better balancing quality (e.g. G 2,5 instead of G 6,3). Not only that this
is technically often not necessary and leading to high cost, it also cannot be achieved in many cases.
Unbalance acts as speed-harmonic excitation of the machine structure and the amount of the excited
centrifugal force arises from the unbalance and the rotational speed. Another point of consideration in
connection with this is the spindle load due to dynamic cutting forces (e.g. caused by the interrupted cut
of a milling cutter) which are often remarkably higher than the centrifugal forces caused by demanded
permissible residual unbalances.
The balancing quality requirements for rigid rotors stated in ISO 1940-1 (e.g. electromotor rotors, etc.)
cannot be applied appropriately to these tool-spindle systems because machine tool spindles, clamping
devices and tools show essentially different features:
— machine tool spindles, clamping devices and tools are varying systems (e.g. by tool changes in
machining centres);
— due to radial and angular clamping inaccuracies, a repeated tool change within the spindle leads to
varying balancing conditions for tool-spindle systems;
— fit tolerances of the individual components (spindle, clamping device and tool) set limits to the
balancing process.
In particular, clamping inaccuracies between tool system and machine tool spindle set limits to the
repeatability of the balancing conditions. This document, however, does not specify details for the
balancing of tool-spindle systems that include the machine tool spindles.
In view of this, procedures have been developed to derive the balancing requirements of rotating tool
systems taking all essential parameters into account. The main objective is the limitation of unbalance
related machine vibrations and system loads, as well as process interferences.
The above circumstances were the reasons to develop a new approach to specify the requirements
for the balancing of rotating tool systems. This document is based on research results gathered at the
PTW “Institute of Production Management, Technology and Machine Tools of the Technical University
Darmstadt”, the GFE “Association for Manufacturing Technology and Development (Gesellschaft für
Fertigungstechnologie und Entwicklung e. V.)” in Schmalkalden (Germany) and the discussions of the
German standards working group “Requirements for Balancing of Rotating Tool Systems”.
Research results and experiences in practice have shown that this document is suitable from both the
technical and economical point of view.
Annex A shows several examples for static and dynamic balancing of differently shaped tools while
modular tool systems are addressed by the examples of Annex B. Annex A also includes the derivations
of the calculations of the dynamic permissible residual unbalances for the three different geometrical
situations mentioned in this document.
An introduction to the subject “balancing” is also included in ISO 19499. This document includes useful
information with regard to other standards dealing with the balancing of rotors.
EN 847 (all parts) contains additional specifications for the balancing tools for woodworking.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16084:2017(E)
Balancing of rotating tools and tool systems
1 Scope
This document specifies requirements and provides calculations for the permissible static and dynamic
residual unbalances of rotating single tools and tool systems. It is based on the guideline that unbalance
related centrifugal forces induced by the rotational speed do not harm the spindle bearings, as well as
prevent unbalance related impairments of machining processes, tool life and work piece quality.
NOTE 1 Tools and tool systems covered by this document are, for example, those with hollow taper interfaces
(HSK) according to ISO 12164-1 and ISO 12164-2, modular taper interface with ball track system according to the
ISO 26622 series polygonal taper interface according to the ISO 26623 series, taper 7/24 according to ISO 7388-1,
ISO 7388-2, ISO 9270-1 and ISO 9270-2 related to their individual operating speed.
Modular tool systems are another important and complex issue of this document. Calculations and
process descriptions for balancing these components and the assembled tool systems are included.
This document is putting an important focus on the possible clamping dislocations of tool shanks and
their effects on the balancing procedure. These dislocations can occur between a tool or a tool system
and the machine tool spindle (e.g. with every tool change), as well as within a modular tool system
during its assembly.
NOTE 2 Unfavourable process or system conditions (e.g. partial resonances of the machine structure generated
by particular rotational speeds) or design and machine-related technical conditions (e.g. the projecting length of
the axes, narrow space conditions, vibration susceptible devices, clamping devices and tool design) may lead to
increased vibration loads and balancing requirements. This is dependent on the individual interaction of the
machine and the tool spindle system and cannot be covered by a standard. A deviation from the recommended
limit values of this document can be required in individual cases.
NOTE 3 Wear of the shank interfaces may lead to possible variations of the clamping situation and thus to
worse run-out and balancing conditions. These errors cannot be specifically addressed in a standard.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1925, Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1925 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
NOTE The specific field of balancing requires the introduction of terms and definitions which are not in
accordance with ISO 13399.
3.1.1
tool-spindle system
assembly of all components, i.e. machine tool spindle and tool system (3.1.2), which may cause unbalance
due to design, shape, run-out, etc.
3.1.2
tool system
assembly of at least two components
EXAMPLE A shank adapter and a single tool (3.1.3).
Note 1 to entry: The term “modular tool system” is being synonymously used with “tool system” in this document.
Note 2 to entry: Component 1 (shank adapter) of Figure 1 could also be a tool that includes an interface to hold
component 2.
Key
1 Component 1: Shank adapter
2 Component 2: Intermediate adapter
n − 1 Component n-1: Intermediate adapter
n Component n: (Single) cutting tool
Figure 1 — Example of possible components of a modular tool system
3.1.3
single tool
composition of the tool body, intermediate elements (e.g. cassettes, modular components) and the
cutting edge(s) (e.g. cutting tip, bit) for removing material from a work piece through a shearing action
at the defined cutting edge(s)
Note 1 to entry: The term “single tool” has the meaning “single cutting tool”.
3.1.4
basic adapter
adaptive item with different types and sizes of male or female connecting interfaces (3.1.7) on both the
machine and workpiece side
3.1.5
intermediate adapter
adaptive item between a basic adapter (3.1.4) and a single tool (3.1.3) or another intermediate adapter
3.1.6
clamping device
device which constitutes the connection between machine tool spindle and tool system (3.1.2)
3.1.7
interface
contact point between the components of a tool system (3.1.2) and between a tool or a tool system and
the machine tool spindle
2 © ISO 2017 – All rights reserved
3.1.8
unbalance moment
moment caused by an unbalance with an axial distance (i.e. a lever) to the front spindle bearing
3.1.9
couple unbalance
special kind of unbalance moment (3.1.8) caused by a pair of unbalance vectors of the same length,
opposite direction and axial distance
Note 1 to entry: It mainly occurs due to quasi-static balancing (see Figure 5 and A.5.2).
3.2 Symbols and abbreviated terms
Symbols and
Unit Description
abbreviated terms
a mm Total lever arm — distance front bearing B1 to the tool centre of gravity CG
Machine lever arm of generalized spindle model (i.e. distance from front bear-
a mm
M
ing to spindle nose, e.g. HSK face)
B1 — Spindle bearing 1
B2 — Spindle bearing 2
b mm Distance between the balancing planes P1 and P2
b mm Minimal distance between the balancing planes P1 and P2
MIN
CG — Centre of gravity
CS — User (often also customer)
C N Dynamic load rating(s) of spindle bearing(s)
DYN
D mm Diameter
D mm Reference diameter of a tool or a component for the G40 check
REF
D mm Reference shank flange diameter (e.g. HSK-63 → D = 63 mm)
S S
e mm Maximum radial dislocation of component k within a tool system
k,SYS,MAX
e mm Pure radial dislocation of a tool shank of a tool or a tool component
S
e mm Radial dislocation of the tool shank of component i
S,i
f — Weighting factor for the balancing quality
BAL
f — Weighting factor for fine balancing
BAL,FINE
f — Weighting factor for standard balancing
BAL,STND
f — Factor to prevent falling below a minimal permissible unbalance per plane
P,MIN
f — Factor to calculate the permissible component unbalances of special tool systems
SYS,k
N Force vector
F
F N Total force on a spindle bearing
B
F N (Dynamic) Force on spindle bearing B1 due to an unbalance
B1
F N (Dynamic) Force on spindle bearing B2 due to an unbalance
B2
F N Force at bearing B1 due to a couple unbalance
B1,CPL
F N Resultant force at bearing B1
B1,RES
F N Force at bearing B1 due to a static unbalance
B1,STAT
G (x) mm/s Balancing quality G (x) according ISO 1940-1, e.g. G 6,3
G40 mm/s Safety limitation of the permissible unbalance according to ISO 15641
h mm Distance from RP to plane P1
P1
h mm Distance from RP to plane P2
P2
HSK-(x) — HSK of size (x) representing all different types (A, C, E, T, etc.), e.g. HSK-63
Symbols and
Unit Description
abbreviated terms
Index for serially numbered parameters or components (balancing planes, tool
i —
components, etc.)
k — Number of tool system components
k — Total number of tool system components
SYS
k — Total number of components of a standard tool system k = 3
SYS,STND SYS,STND
L mm Length of a single tool or a tool system component
L mm Distance between the spindle bearings B1 and B2
B
Maximum length from RP to plane P2 that still enables mass compensation,
L mm
BL
i.e. L < L
BL
L mm Lever arm from RP to the tool centre of gravity CG
CG
L mm Lever arm to the centre of gravity of component i
CG,i
L mm Lever arm to the centre of gravity of component i within a tool system
CG,i,SYS
L mm Lever arm to the centre of gravity of a tool system (distance from RP to CG)
CG,SYS
L mm Lever arm to the centre of gravity of a tool system of (i) components
CG,SYS,i
L mm Lever arm to the centre of gravity of a tool system of (k) components
CG,SYS,k
L mm Lever arm to the centre of gravity of a standard tool system of (3) components
CG,SYS,3
Distance between the planes of the initial unbalance and the compensating
L mm
CPL
unbalance (in case of a couple unbalance due to quasi-static balancing)
L mm Distance from the spindle reference point RP to plane P1
P1
L mm Distance from the spindle reference point RP to plane P2
P2
L mm Length of a tool system
SYS
L mm Maximum length of a tool or a tool system for static balancing
STAT,MAX
Mass of a tool
m g (kg)
NOTE Input of masses in all formulae in gram (g).
m g (kg) Interface-relevant average reference mass of a tool or a tool system
AVG
m g (kg) Mass of tool system component i
i
m g (kg) Mass of tool system component k
k
m g (kg) Interface-relevant maximum reference mass of a tool or a tool system
MAX
m g (kg) Interface-relevant minimum reference mass of a tool or a tool system
MIN
m g (kg) Mass of a tool system
SYS
m g Unbalance mass
U
m g Unbalance mass at plane P1
U,P1
m g Unbalance mass at plane P2
U,P2
−1
n min Rotational speed
−1
n min Maximum permissible rotational speed
MAX,PER
−1
n min Rotational speed of a tool system
SYS
P1 — Balancing plane 1
P2 — Balancing plane 2
RP — Reference point at the spindle nose (e.g. the HSK face)
r mm Radius
R — Ratio of utilization of the dynamic load rating C
DYN DYN
R — Ratio of tool length to diameter (to decide about static or dynamic balancing)
L/D
R — Limit ratio for static balancing (R = 2,2)
STAT,MAX STAT,MAX
*
— Limit ratio for static balancing of tools with guidance
R
STAT,MAX
4 © ISO 2017 – All rights reserved
Symbols and
Unit Description
abbreviated terms
TM — Tool or component manufacturer
U gmm Unbalance (NOTE The unit “gmm” is equal to “g·mm”.)
gmm Unbalance vector
U
U gmm Smallest measurable unbalance of a balancing machine
BM,MIN
U gmm Measuring accuracy of a balancing machine
BM,ACC
U gmm Couple unbalance
CPL
Unbalance due to radial dislocation (eccentricity) relative to the spindle
U gmm
ECC
rotary axis
Unbalance of component i due to radial dislocation relative to the spindle
U gmm
ECC,i
rotary axis
U gmm Unbalance due to a maximum radial dislocation (i.e. eccentricity)
ECC,MAX
Unbalance due to radial dislocation of component i relative to component i − 1
U gmm
ECC,i,SYS
within a tool system
Maximum unbalance of component k due to radial dislocation within a tool
U gmm
ECC,k,MAX
system
U gmm Permissible residual static unbalance according to ISO 1940-1
G (x),PER
U gmm G40 safety unbalance according to ISO 15641
G40
U gmm Achievable minimum residual unbalance
MIN
U gmm Achievable minimum unbalance of a tool system of k components
MIN,SYS,k
U gmm Moment of a static unbalance U (located in CG)
MOM,STAT STAT
U gmm Unbalance per plane
P
U , gmm Minimum unbalance per plane
P MIN
U , gmm Permissible residual unbalance per plane
P PER
U gmm Unbalance at balancing plane P1
P1
U gmm Unbalance at balancing plane P2
P2
U gmm Permissible residual unbalance at balancing plane P1
P1,PER
*
gmm U but with the same angular orientation as U
U P1,PER P2,PER
P1,PER
U gmm Limited permissible residual unbalance at balancing plane P1 (case F)
P1,PER,LIM
U gmm Permissible residual unbalance at balancing plane P2
P2,PER
U gmm Limited permissible residual unbalance at balancing plane P2 (case F)
P2,PER,LIM
U gmm Quasi-static unbalance (see Figure 5)
QS
U gmm Static unbalance
STAT
U gmm Actual measured static unbalance
STAT,ACT
U gmm Static unbalance weighted by f
STAT,BAL BAL
U gmm Maximum static unbalance
STAT,MAX
U gmm Maximum static unbalance of component i in a tool system of k components
STAT,i,MAX SYS
Permissible residual static unbalance of a universal component i that may be
U gmm
STAT,i,SYS,PER
placed at any axial position within a tools system of k components
SYS
U gmm Static unbalance to ensure F /C ≤ 1 % at spindle bearing B1
STAT,1 % B1 DYN
U gmm Maximum possible static unbalance of case A in Figure 7
STAT,MAX,A
U gmm Maximum possible static unbalance of case B in Figure 7
STAT,MAX,B
U gmm Maximum possible static unbalance of case C in Figure 7
STAT,MAX,C
U gmm Permissible residual static unbalance
STAT,PER
U gmm Permissible residual static unbalance for the user
STAT,PER,CS
Symbols and
Unit Description
abbreviated terms
U gmm Permissible residual static unbalance for fine balancing
STAT,PER,FINE
Resulting permissible residual static unbalance of a fine balanced tool or com-
U gmm
STAT,PER,FINE,RES
ponent taking U and G40 into account (see Figure 13)
MIN
Permissible residual static unbalance of a component, fine balanced for a tool
U gmm
STAT,PER,FINE,4
system of 4 components
Permissible residual static unbalance of a component, fine balanced for a tool
U gmm
STAT,PER,FINE,5
system of 5 components
Permissible residual static unbalance of a component, fine balanced for a tool
U gmm
STAT,PER,FINE,6
system of 6 components
U gmm Permissible residual static unbalance for standard balancing
STAT,PER,STND
U gmm Permissible residual static unbalance for the tool manufacturer
STAT,PER,TM
U gmm Permissible residual static unbalance of a tool system
STAT,SYS,PER
Permissible residual static unbalance of an assembled (quasi monolithic) tool
U gmm
STAT,SYS,PER,FINE
system for fine balancing
Permissible residual static unbalance of an assembled (quasi monolithic) tool
U gmm
STAT,SYS,PER,STND
system for standard balancing
U gmm Resulting static unbalance after a dynamic (two planes) balancing process
STAT,P1,P2
ν m/min Peripheral speed at the cutting edge
C
ν m/min Peripheral speed limit of G40 according to ISO 15641→ v = 1 000 m/min
G40 G40
ν m/min Peripheral speed of the reference tool diameter (i.e. biggest tool diameter)
REF
x mm Distance between plane P1 and tool centre of gravity CG
P1
x mm Distance between plane P2 and tool centre of gravity CG
P2
α ° Angle
α ° Angular orientation of the unbalance at plane P1
P1
α ° Angular orientation of the unbalance at plane P2
P2
α ° Angle between static and couple unbalance
U
mg/
ρ Density of steel (7,8 mg/mm )
ST
mm
Ω rad/s Angular velocity of a component or a tool
4 Requirements
4.1 General
4.1.1 Clamping inaccuracies
Unbalances which are not related to the balancing quality of a tool may occur due to clamping
inaccuracies caused by fit tolerances, e.g. when inserting a tool into the machine tool spindle. Even if
a balancing result stands for a smaller eccentricity than the possible shank eccentricity, this balancing
condition cannot be reproducibly achieved with every clamping action of this tool, either in the spindle
of a machine tool or of a balancing machine. A radial joining inaccuracy of several micrometres may
occur depending on shank type and size (see Table 2 for radial joining dislocations of different tool
interfaces). Factors such as wear and run-out of the different interfaces may lead to a worse joining
accuracy, thus generating a bigger residual unbalance of the tool-spindle system.
4.1.2 Influence of balancing machines
The achievable residual unbalance of a tool is limited by type and precision of the balancing machine
(see 4.2.2 and 4.2.3). Table 2 shows the unbalance measuring limits of balancing machines built for
different tool masses.
6 © ISO 2017 – All rights reserved
Systematic eccentricities like a run-out of the balancing spindle can be eliminated by index balancing.
This procedure is described in ISO 21940-14.
NOTE ISO 21940-21 describes testing procedures for evaluating the limits and the performance of balancing
machines.
4.1.3 Effects and frequent consequences of permissible residual unbalances according to
ISO 1940-1
The following two examples show that common balancing qualities based on ISO 1940-1 are already
exceeding possible limits.
−1
The frequently required quality level G 2,5 at a rotational speed of 25 000 min means a permissible
residual unbalance of only 1 gmm/kg. The residual unbalance of 1 gmm for a tool mass of 1 000 g
corresponds to a permissible eccentricity of just 1 µm for the tool centre of gravity. This value is lower
than a new HSK can repeatedly provide (see Table 2).
In case of tools of even lower masses and higher rotational speeds, the requirements are increasing
continuously. A HSK-40-tool of 350 g may only have a residual unbalance of 0,21 gmm (i.e. 0,6 gmm/kg)
−1
in order to comply with G 2,5 at a rotational speed of 40 000 min . It also means a maximum eccentricity
of the tool centre of gravity of only 0,6 µm.
Both examples show that neither the measurement of these residual unbalances nor their realization
are reliably possible due to the clamping inaccuracies in a balancing machine itself and the measuring
accuracy of commercially available balancing machines.
It also results from ISO 1940-1 that the same quality level permits different residual unbalances for
different tool masses at the same rotational speed. Different unbalances as a consequence lead to
varying centrifugal forces, i.e. spindle loads. The dynamic spindle load, however, is not dependent on
the tool mass but on the unbalance of the tool system and its resulting forces.
4.1.4 Inherent properties of machine tools and components
The vibration amplitudes of a machine structure are related to the exciting force and frequency, as well
as to the dynamic properties of the machine tool system. The same grade of excitation leads to higher
vibration amplitudes if the frequency-dependent dynamic flexibility of a system is worse at certain
frequencies of excitation.
Therefore, as far as the machine and in particular the tool-spindle system are concerned, the balancing
requirements depend on the dynamic properties of the tool-spindle system. A universal description
of the dynamic properties of machine tools is not possible. However, a limitation of unbalance-related
machine vibrations may be achieved by balancing a tool to the limit of the reproducibly achievable
residual unbalance, U (see 4.2.3).
MIN
A reduction of machine vibrations can also be achieved by altering the cutting speed if the relevant
machining process allows a modification of technological parameters within the relevant operating
speed range. Thus, the excitation could take place in a more stable dynamic frequency range of the
machine.
4.2 Balancing requirements based on the spindle load
4.2.1 General
In order to limit unbalance-related periodic loads on the spindle bearings, it is necessary to balance
tool systems in dependence of the rotational speed and the properties of the spindle systems specified
in this document (see Annex A for the theoretical approach). Figure 2 shows the structure and the
geometric conditions of the general tool-spindle model with tool unbalances and their related forces for
the bearing B1 taking the highest load.
NOTE This document indicates all permissible residual and other unbalances in “gmm”. There are no specific
quality levels like “G 6,3” according to ISO 1940-1.
Key
1 bearing B1
2 bearing B2
3 centre of gravity CG
Figure 2 — Tool-spindle model showing unbalance-related forces
The universal approach to determine the load F at bearing B1 is calculating the vector sum of
B1,RES
the forces F and F . These forces are generated by a so-called “dynamic unbalance”, the
B1,STAT B1,CPL
combination of a static unbalance, U , located in the tool centre of gravity and a couple unbalance,
STAT
U . When static balancing, material should be removed or added at or next to the place of the material
CPL
imbalance in order to minimize residual dynamic unbalances.
The force F on the front spindle bearing B1 shall not exceed 1 % of the dynamic load rating C
B1,RES DYN
within the relevant rotational speed range. It is important to note that this dynamic load limit ratio
F /C = 1 % is independent of the tool mass.
B1,RES DYN
A dynamic unbalance situation of a rigid rotor can be alternatively described by two independent
unbalance vectors U and U located in two axial planes P1 and P2 with the distance b (see Figure
P1 P2
3). This “two-plane-balancing” procedure has prevailed in the industrial balancing practice of rigid
tools and tool systems.
Key
1 plane 1
2 plane 2
Figure 3 — Model of a spindle and a tool with a two-plane dynamic unbalance
The permissible residual static unbalance, U [see Formula (3)], however, has been calculated for
STAT,1 %
a static unbalance located in the tool centre of gravity CG (see Figure 4). The decision whether static or
dynamic balancing is required depends on a certain L/D-ratio of the tool (see 4.2.4 for details).
8 © ISO 2017 – All rights reserved
Figure 4 — Static unbalance in the tool centre of gravity CG
The permissible unbalances U and U for dynamic balancing have been derived from
P1,PER P2,PER
U located in the tool centre of gravity CG and based on the mandatory requirement that the load
STAT,PER
on spindle bearing B1 shall not exceed the load being generated by the permissible static unbalance,
U (see 4.2.5).
STAT,PER
A “short” tool according to 4.2.4 is being balanced statically. Due to functionally required tool designs,
the centre of the related unbalance is usually not located in the tool centre of gravity CG. For single
tools, this so-called quasi-static unbalance, U (see Figure 5), is generated by cutting tips and chip
QS
flutes, thus often located near the tool front.
Key
1 correction plane
2 centre of quasi-static unbalance
Figure 5 — Couple unbalance due to quasi-static balancing
“At the balancing machine”, it is difficult for an operator to define the centre of gravity of the unbalance
position. Even if the unbalance position was obvious, removing material directly on the opposite side of
the tool body is often not possible either.
Therefore, static mass compensations often happen near the shank due to the bigger tool diameters.
This means a distance L between the initial unbalance, U , and the correction plane of the
CPL QS
compensating unbalance, −U .
QS
The result is a statically balanced tool with a remaining couple unbalance, U [see Formula (1)] — an
CPL
exceptional type of dynamic unbalance with the unit (gmm ).
UU=×L (1)
CPLQSCPL
The distance L varies unpredictably depending on the tool design and the position(s) of the balancing
CPL
measures. Therefore, the forces on the spindle bearings induced by a couple unbalance, U , are
CPL
unknown and cannot be taken into account for static balancing. Nevertheless, it is possible to calculate
the bearing forces F and F which are equal for both bearings because of the couple unbalance (see
B1 B2
Formula (2)).
U L
2π×n
CPL 2 CPL
FF== ××Ω =U × (2)
B1 B2 QS
L L 60
B B
Formula (2) also shows that the ratio of L and L has a significant influence on the bearing forces.
CPL B
In practice, this aspect has not been taken into account for static balancing. A.5.2 shows for a single tool
with one cutting edge — statically “worst case” balanced with the biggest possible distance L — that
CPL
this effect is far below the “1 % of C rule” and may therefore be neglected for static balancing.
DYN
When static balancing, material should be removed or added at or next to the place of the material
imbalance in order to minimize residual dynamic unbalances.
The spindle parameters C , a and L are specific for each interface type and size (see Table 2).
DYN M B
The schematic sketch of a tool-spindle system in Figure 6 shows the main parameters that are also part
of Figure 2.
Key
1 plane P1
2 centre of gravity CG
3 plane P2
Figure 6 — Model of a tool-spindle system showing the main parameters
The limitation of the loads on the bearings is the basis both for static and dynamic balancing in this
document. The bearing planes represent the tolerance planes of the tool-spindle system in the sense
of ISO 1940-1. As tools and tool systems are the only varying components of a tool-spindle system, it
would not be sensible to add/remove material to/from a machine tool spindle.
So the planes P1 and P2 at the tool body are the correction planes of the tool-spindle system. At the
same time, they are also tolerance and correction planes of the tool systems, thus enabling dynamic
balancing independently from the machine tool spindle. The permissible dynamic unbalances (see
4.2.5) are calculated for the planes P1 and P2 which can be individually defined for over-mounted tool
systems according to the rules of this document.
4.2.2 Determination of the balancing requirements
Formula (3) shows the residual unbalance at a maximum bearing load ratio of F /C = 1 % at
B1,RES DYN
spindle front bearing B1. As already mentioned in NOTE 1 of the scope, this document has been initially
10 © ISO 2017 – All rights reserved
developed for HSK interfaces (sizes HSK-25 to HSK-100) but is also applicable to shanks and spindles of
similar quality and known possible clamping dislocations (see Table 2).
C L
5 DYN B
U =9,12×10× × (3)
STAT, 1 %
L +a
n B
with
aa=+ L (4)
MCG
The residual unbalances calculated according to Formula (3) represent the range in which the spindle
bearings remain undamaged.
In order to give an option to adapt the balancing quality to different machining processes, two weighting
factors f for standard and fine balancing are proposed in Table 1. Both f factors can be applied to
BAL BAL
single tools and tool systems (see Clause 5 for components).
Table 1 — Weighting factors f
BAL
Standard balancing ff==08,
BALBAL,STND
Fine balancing ff==02,
BALBAL,FINE
Formula (4) and f modify Formula (3) to
BAL
C L
5 DYN B
Uf=×Uf=9,12×10× ×× (5)
STAT, BALBAL STAT, 1 % BAL
La++L
n
BM CGG
The permissible residual static unbalance, U , also has to take the possible fault U [for details,
STAT,PER MIN
see Formula (10) to Formula (12)] into account.
UU=+U (6)
MINBM,ACCECC
A tool will not exceed U in a machine tool spindle if U had been subtracted, thus defining the
STAT,1 % MIN
permissible static unbalance, U , for its balancing process to
STAT,PER
UU=−U (7)
STAT,PER STAT,1%MIN
So, the formula of the permissible static unbalance finally is
fC× L
5 BAL DYNB
U9≤×,1210 × × −+Um××e (8)
()
STAT,PER BM,ACC S
La++L
n
BM CG
Tools and tool systems show certain radial and angular run-outs to the spindle axis (i.e. the axis of
rotation) after insertion into the machine tool spindle. In the worst case, the full radial dislocation e
S
might occur. In order to estimate the possible maximum actual unbalance in practice, U needs to be
ECC
added again to U calculated with Formula (8).
STAT,PER
UU≤+UU=+me× (9)
STAT,MAX STAT,PER ECCSTAT,PERS
NOTE Radial dislocations also occur between components of modular tool systems. B.1 shows a calculation
example for a tool system consisting of three components.
The dynamic load rating, C , the machine lever arm, a , and the distance between the spindle
DYN M
bearings, L (see Figure 2 and Figure 6), are specific for any spindle interface and can be taken from
B
Table 2. The total lever arm from the front bearing to the tool centre of gravity is composed of the
machine lever arm, a (see Table 2), and the tool lever arm, L . The tool related lever, L , shall be
M CG CG
specified by the user and is defined as the distance from the reference position RP at the spindle nose
(e.g. the HSK face) to the tool centre of gravity, CG. The factor 9,12 × 10 arises from the converted units
−1
of the different parameters. The rotational speed, n, has to be entered in min .
The smallest achievable unbalance is determined by the measurable unbalance minimum, U ,
BM,MIN
depending on the quality of the balancing machine. This is only possible without any run-out fault.
In practice the minimal unbalance measurement, U , might be bigger than U . It depends on the
MIN BM,MIN
measuring accuracy of balancing machines, U , and on U caused by radial dislocation(s). U
BM,ACC ECC MIN
has to be subtracted from U so that the permissible static unbalance, U , of a tool shall
STAT,1 % STAT,PER
not exceed U even if both effects occurred during the balancing process or/and afterwards in
STAT,1 %
the machine tool spindle.
In case of heavy tools and high rotational speeds, U may take on low values near U . This
STAT,PER MIN
system status, however, may only be achievable by balancing the joined tool-spindle system composed
of spindle and tool system.
If the unbalance U caused by eccentricity happens to exceed the unbalance U , the
ECC,MAX STAT,1 %
permissible unbalance U takes on even negative values. U , however, remains the lowest
STAT,PER MIN
possible value. Formula (10) to Formula (12) give an idea of these circumstances.
12 © ISO 2017 – All rights reserved
Table 2 — Interface specific parameters
SZ
Name ISO 1 2 3 4 5 6 7 8 9
12164-1
25 32 40 50 63 80 100 125 160
HSK 12164-2
a
other 32 40 50 63 80 100 125 160 200
26623-1
PSC — 32 40 50 63 80 100 — —
26623-2
Shank type
26622-1
TS — 32 40 50 63 80 100 — —
26622-2
7388-1
7388-2
Taper
— — 30 — 40 45 50 — 60
7/24
9270-1
9270-2
b
m [kg] 0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 3,0 5,0 10
MIN
Interface-relevant com-
b
ponent mass of a tool or m [kg] 0,3 0,6 1,2 2,0 4,5 7,0 13 25 60
MAX
tool system
m [kg] 0,2 0,4 0,8 1,3 2,8 4,5 8,0 15 35
AVG
Parameters Units
C N 6 800 8 800 12 200 17 600 25 000 30 000 42 500 42 500 42 500
DYN
a mm 20 25 35 45 50 60 90 110 130
M
L mm 170 200 230 300 415 650 730 730 730
B
HSK mm 25 32 40 50 63 80 100 125 160
PSC mm — 32 40 50 63 80 100 — —
c
D
S
TS mm — 32 40 50 63 80 100 — —
7/24 mm — — 50 — 63,55 82,55 97,50 — 155
HSK mm 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,003 0,004 0,004 0,004
PSC mm — 0,002 0,002 0,002 0,002 0,003 0,004 — —
e
S
TS mm — 0,002 0,002 0,002 0,002 0,00
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16084
Première édition
2017-10
Équillibrage pour outils rotatifs et
systèmes d'outillage
Balancing of rotating tools and tool systems
Numéro de référence
©
ISO 2017
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Fax +41 22 749 09 47
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et termes abrégés . 3
4 Exigences . 7
4.1 Généralités . 7
4.1.1 Erreurs de serrage . 7
4.1.2 Influence des machines à équilibrer . 7
4.1.3 Effets et conséquences fréquentes des balourds résiduels admissibles
conformément à l’ISO 1940-1 . 7
4.1.4 Propriétés inhérentes aux machines-outils et aux composants . 8
4.2 Exigences d'équilibrage en fonction de la charge de broche. 8
4.2.1 Généralités . 8
4.2.2 Détermination des exigences d'équilibrage .11
4.2.3 Précision de mesure des machines à équilibrer, influence du battement et
répétabilité des résultats de mesure .14
4.2.4 Critères d'application de l'équilibrage statique et dynamique .16
4.2.5 Balourds dynamiques résiduels admissibles .16
4.2.6 Exigences d'équilibrage pour les systèmes d'outillage avec guidage .21
4.2.7 Influence du HSK (queue de cône creux) sur le déséquilibre dynamique .23
4.3 Balourds limites liés à la sécurité (G40) selon l'ISO 15641 .24
4.4 Visualisation graphique des exigences d'équilibrage .24
4.5 Outils spéciaux avec formes de corps asymétriques .26
5 Équilibrage des systèmes d'outillage .26
5.1 Généralités .26
5.2 Équilibrage des composants du système d’outillage .28
5.3 Influence de l'angle d'inclinaison des balourds des composants .30
5.4 Influence des dislocations de serrage .30
5.5 Intégration des composants équilibrés d'un système d'outillage selon l'ISO 1940-1 .32
5.6 Calcul de la vitesse de rotation admissible en fonction du balourd réel .32
5.7 Détermination et calcul de la position du centre de gravité .32
5.7.1 Détermination expérimentale du centre de gravité .32
5.7.2 Calcul du centre de gravité d'un système d'outillage modulaire.33
5.8 Équilibrage des outils et des composants avec des interfaces alternatives .33
5.9 Adaptateurs HSK avec outils à symétrie rotationnelle .33
5.10 Remarques concernant le montage et l'équilibrage des systèmes d'outillage .34
6 Représentation et échange de données .35
Annexe A (informative) Déséquilibres résiduels admissibles — Approche théorique et
exemples de calcul .37
Annexe B (informative) Exemples de calculs pour des systèmes d'outillage .62
Annexe C (normative) Structure d'un fichier XML pour la documentation des
informations d'équilibrage .67
Annexe D (informative) Formule fondamentale du balourd, corrélations et conseils pratiques .69
Bibliographie .72
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 29, Petit outillage.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
Introduction
L'augmentation des vitesses de coupe combinée à l'exigence d'un meilleur équilibrage contribue à
renforcer les conditions d'équilibrage pour le système d'outillage à broche (broche de machine-outil,
dispositif de serrage et système d'outillage). Les outils d'équilibrage et systèmes d’outillage décrits
dans l'ISO 1940-1 sont souvent amplifiés par le choix additionnel de la meilleure qualité d'équilibrage
de niveau supérieur (par exemple, G 2,5 eu lieu de G 6,3). Ce choix s'avère souvent injustifié sur le plan
technique et assez coûteux, sans compter que le niveau de qualité ne peut être atteint dans bien des cas.
Le balourd agit comme une excitation harmonique de la structure de la machine, et l'intensité de la
force centrifuge excitée résulte du balourd et de la vitesse de rotation. Un autre point à prendre en
considération, la charge de la broche due au balourd, concerne le fait que les forces de coupe dynamiques
(par exemple, provoquées par la coupe interrompue d'une fraiseuse) sont souvent considérablement
plus puissantes que les forces centrifuges provoquées par les déséquilibres résiduels admissibles
demandés.
Les exigences de qualité en matière d'équilibrage des rotors statiques mentionnés dans l'ISO 1940-1
(par exemple, rotors à moteur électrique, etc.) ne peuvent correctement s'appliquer aux systèmes
d'outillage à broche dans la mesure où les broches de machine-outil, les dispositifs de serrage et les
outils présentent des propriétés fondamentalement différentes:
— les broches des machines-outils, les dispositifs de serrage et les outils sont des systèmes variables
(en raison, par exemple, des changements d'outil dans les centres d'usinage);
— compte tenu des erreurs de serrage radial et angulaire, un changement répété d'outils dans la broche
contribue à faire fluctuer conditions d'équilibrage dans les systèmes d'outillage à broche;
— les tolérances d'assemblage de chaque composant (broche, dispositif de serrage et outil) soumettent
le procédé d'équilibrage à des limites.
En particulier, les erreurs de serrage entre le système d'outillage et la broche de la machine-outil
limitent la répétabilité des conditions d'équilibrage. Pour autant, le présent document ne précise pas
dans le détail l'équilibrage des systèmes d'outillage à broche comportant des broches de machine-outil.
Dans ces conditions, des procédures ont été élaborées pour établir des exigences d'équilibrage pour les
systèmes d'outillage rotatifs en tenant compte de tous les paramètres essentiels. La présente norme a
pour objectif principal de limiter les vibrations de la machine liées au balourd, les charges du système,
ainsi que les interférences de processus.
Les situations susmentionnées ont motivé l'élaboration d'une nouvelle approche pour spécifier les
exigences d'équilibrage des systèmes d'outillage rotatifs. Le présent document s'appuie sur les résultats
de recherche compilés à l'«Institute of Production Management, Technology and Machine Tools of the
Technical University Darmstadt», du PTW, à l'«Association pour la Technologie et le Développement
(Gesellschaft für Fertigungstechnologie und Entwicklung e. V.)» du GFE à Schmalkalden (Allemagne), et
sur les discussions avec le groupe de travail pour la normalisation allemande «Exigences d'équilibrage
des systèmes d'outillage rotatifs».
Les résultats de recherche et les expériences sur le terrain ont montré que le présent document est
adapté à la fois du point de vue technique et économique.
L'Annexe A expose plusieurs exemples d'équilibrages statiques et dynamiques pour des outils de formes
différentes, alors que les systèmes d'outillage modulaires sont couverts par les exemples donnés en
Annexe B. L'Annexe A comprend également les écarts de calculs des déséquilibres résiduels admissibles
dynamiques pour les trois configurations géométriques différentes couvertes dans le présent document.
Une introduction à la notion d'«équilibrage» est également présente dans l’ISO 19499. Ce document
comporte des informations utiles eu égard aux autres normes traitant de l'équilibrage des rotors.
L'EN 847 (toutes les parties) contient des spécifications additionnelles pour les outils d'équilibrage dans
le domaine du travail du bois.
NORME INTERNATIONALE ISO 16084:2017(F)
Équillibrage pour outils rotatifs et systèmes d'outillage
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des exigences et fournit des modes de calcul pour les déséquilibres
résiduels statiques et dynamiques admissibles d'outils simples rotatifs et de systèmes d'outillage. Elle
se fonde sur le principe directeur selon lequel les forces centrifuges liées au balourd et induites par la
vitesse de rotation n'endommagent pas les paliers de broche et préviennent les détériorations liées au
balourd des procédés d'usinage, de la durée de vie de l'outil et de la qualité des pièces à usiner.
NOTE 1 Les outils et les systèmes d'outillage couverts par le présent document englobent par exemple ceux
dotés d'interfaces à cône creux (HSK) conformément à l'ISO 12164-1 et l’ISO 12164-2, ceux équipés d'interfaces
à cône modulaire avec système de serrage à billes conformément à la série ISO 26622, ceux avec des interfaces
à cône polygonal conformément à la série ISO 26623, les outils à conicité 7/24 conformément à l'ISO 7388-1,
l’ISO 7388-2 et à l'ISO 9270-1 et l’ISO 9270-2 pour ce qui est de leur vitesse d'exploitation individuelle.
Les systèmes d'outillage modulaires constituent un autre aspect important et complexe du présent
document. Il englobe des calculs et des descriptions de procédés d'équilibrage pour ces composants et
les systèmes d'outillage assemblés.
Le présent document consacre une importante partie sur la dislocation possible entre un outil ou un
système d'outillage et la broche de la machine-outil (par exemple, à chaque changement d'outil), ainsi
qu'à l'intérieur d'un système d'outillage modulaire lors de son montage.
NOTE 2 Un procédé mal adapté ou un système en mauvais état (par exemple, résonance partielle de la
structure de la machine produite par des vitesses de rotations particulières) ou une mauvaise conception et l'état
technique de la machine qui en résulte (par exemple, longueur de saillie des essieux, fonctionnement en milieu
étroit, dispositifs sensibles aux vibrations, dispositifs de serrage et conception d'outillage) peuvent accroître
les charges de vibration et peser davantage sur les exigences d'équilibrage. Tout ceci dépend de l'interaction
individuelle de la machine et du système d'outillage à broche, et ne peut être couvert dans une norme. Il peut
être nécessaire de s'écarter des valeurs limites recommandées dans le présent document selon le cas de figure
spécifique qui se présente.
NOTE 3 L'abrasion des surfaces au niveau des queues d'outils peut engendrer de possibles variations dans le
serrage et, partant, aggraver le battement et dégrader les conditions d'équilibrage. Ces erreurs ne peuvent faire
l'objet d'une norme spécifique.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1925, Vibrations mécaniques — Équilibrage — Vocabulaire
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1925 ainsi que les
suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Plateforme de consultation en ligne: disponible à l'adresse http://www.iso.org/obp
NOTE Le domaine spécifique de l'équilibrage exige l'introduction de termes et de définitions qui ne suivent
pas la série des normes ISO 13399.
3.1.1
système d'outillage à broche
assemblage de tous les composants, par exemple, broche de machine-outil et système d'outillage (3.1.2),
qui peut engendrer un déséquilibre en raison de la conception, de la forme, du battement, etc
3.1.2
système d'outillage
assemblage d'au moins deux composants
EXEMPLE Un adaptateur de queue et un outil simple (3.1.3).
Note 1 à l'article: Le terme «système d’outillage modulaire» est utilisé comme synonyme de «système d’outillage»
dans le présent document.
Note 2 à l'article: Le composant n°1 (adaptateur de queue) de la Figure 1 pourrait également être un outil simple
muni d'une interface destinée à supporter le composant n°2
Légende
1 Composant n°1: Adaptateur de queue
2 Composant 2: Adaptateur intermédiaire
n − 1 Composant n-1: Adaptateur intermédiaire
n Composant n: Outil de coupe (simple)
Figure 1 — Exemple de composants possibles dans un système d'outillage modulaire
3.1.3
outil simple
composition du corps de l'outil, des éléments intermédiaires (par exemple, cassettes, composants
modulaires) et de la ou des arrêtes de coupe (par exemple, tête de coupe, ciseau) destinée à retirer de
la matière d'une pièce à usiner par une action de cisaillement au niveau de la ou des arrêtes de coupe
définies.
Note 1 à l'article: Le terme «outil simple» a le sens ici d'«outil de coupe simple».
3.1.4
adaptateur de base
élément modulaire équipé de différents types et tailles d'interfaces (3.1.7) de raccordement mâles ou
femelles à la fois côté machine et pièce à usiner
2 © ISO 2017 – Tous droits réservés
3.1.5
adaptateur intermédiaire
élément modulaire entre l'adaptateur de base (3.1.4) et l'outil simple (3.1.3) ou un autre adaptateur
intermédiaire
3.1.6
dispositif de serrage
dispositif de serrage qui forme le raccordement entre la broche et le système d'outillage (3.1.2)
3.1.7
interface
point de contact dans un système d'outillage (3.1.2) entre un outil ou un système d’outillage et la broche
de machine-outil
3.1.8
moment de déséquilibre
moment provoqué par un balourd présentant une distance axiale (c'est-à-dire un levier) avec le palier
avant de la broche
3.1.9
couple de balourds
moment de déséquilibre (3.1.8) de nature particulière provoqué par deux balourds de même taille, de
sens opposé et à distance axiale
Note 1 à l'article: Il se produit principalement en situation d'équilibrage quasi-statique (voir Figure 5, et A.5.2)
3.2 Symboles et termes abrégés
Symboles et
Unité Description
termes abrégés
a mm Bras de levier total — Distance entre le palier avant B1 et le centre de gravité CG de l'outil
Bras de levier de machine d'un modèle de broche générique (c'est-à-dire distance entre le
a mm
M
palier avant et le nez de broche, par exemple face frontale HSK)
B1 — Palier de broche 1
B2 — Palier de broche 2
b mm Distance entre les plans d'équilibrage P1 et P2
b mm Distance minimale entre les plans d'équilibrage P1 et P2
MIN
CG — Centre de gravité
CS — Utilisateur (également utilisateur)
C N Capacité(s) de charge dynamique du ou des paliers de broche
DYN
D mm Diamètre
Diamètre de référence d'un outil ou d'un composant pour les besoins de la vérification G
D mm
REF
D mm Diamètre de référence de la bride de queue (par exemple, HSK 63 → D = 63 mm)
S S
e mm Dislocation maximale d'assemblage du composant k dans un système d'outillage
k,SYS,MAX
e mm Dislocation radiale pure d'assemblage d'une queue d'outil ou d’un composant d’outil
S
e mm Dislocation radiale du composant i du système d'outillage
S,i
f — Facteur de pondération pour la qualité d'équilibrage
BAL
f — Facteur de pondération pour l'équilibrage fin
BAL,FINE
f — Facteur de pondération pour l'équilibrage standard
BAL,STND
f — Facteur pour garantir un balourd admissible minimal par plan
P,MIN
Symboles et
Unité Description
termes abrégés
Facteur pour calculer les balourds admissibles de composant des systèmes d’outillages
f —
SYS,k
spéciaux
N Vecteur de force
F
F N Force totale sur un palier de broche
B
F N Force (dynamique) qui s'exerce sur le palier de broche B1 en raison d'un balourd
B1
F N Force (dynamique) qui s'exerce sur le palier de broche B2 en raison d'un balourd
B2
F N Force au niveau du palier B1 en raison d'un couple de balourds
B1,CPL
F N Force résultante au niveau du palier B1
B1,RES
F N Force au niveau du palier B1 en raison d'un déséquilibre statique
B1,STAT
G (x) mm/s Qualité d’équilibrage (x) conforme à l’ISO 1940-1, par exemple, G 6,3
G 40 mm/s Limite de sécurité du déséquilibre admissible conforme à l’ISO 15641
h mm Distance entre le RP et le plan P1
P1
h mm Distance entre le RP et le plan P2
P2
HSK de la dimension (x) représentant tous les différents types (A, C, E, T, etc.), par
HSK-(x) —
exemple, HSK-63
Indexage pour des paramètres ou des composants numérotés (plans d'équilibrage, com-
i —
posants d'outil, etc.)
k — Nombre de composants du système d'outillage
k — Nombre total de composants du système d'outillage
SYS
k — Nombre total de composants d'un système d'outillage standard k = 3
SYS,STND SYS,STND
L mm Longueur d'un outil simple ou d'un composant de système d'outillage
L mm Distance entre les paliers de broche B1 et B2
B
Longueur maximale entre le RP et le plan P2 qui permet encore la compensation de
masse;
L mm
BL
Autrement dit, L < L
BL
L mm Bras de levier entre RP et le centre de gravité de l'outil CG
CG
L mm Bras de levier au centre de gravité du composant i
CG,i
L mm Bras de levier entre le centre de gravité du composant i dans un système d'outillage
CG,i,SYS
Bras de levier jusqu'au centre de gravité d'un système d'outillage (distance entre le RP et
L mm
CG,SYS
le CG)
L mm Bras de levier jusqu'au centre de gravité d'un système d'outillage à (i) composants
CG,SYS,i
L mm Bras de levier jusqu'au centre de gravité d'un système d'outillage à (k) composants
CG,SYS,k
Bras de levier jusqu'au centre de gravité d'un système d'outillage standard à (3) compo-
L mm
CG,SYS,3
sants
Distance entre les plans du balourd initial et le balourd de compensation (dans le cas d'un
L mm
CPL
couple de balourds dû à un équilibrage quasi statique)
L mm Distance entre le point de référence de la broche RP et le plan P1
P1
L mm Distance entre le point de référence de la broche RP et le plan P2
P2
L mm Longueur d'un système d'outillage
SYS
L mm Longueur maximale d'un outil ou d'un système d'outillage pour l'équilibrage statique
STAT,MAX
Masse d'un outil
m g (kg)
NOTE Les masses sont exprimées dans toutes les formules en grammes [g]
m g (kg) Masse de référence moyenne applicable à l'interface d'un outil ou d'un système d'outillage
AVG
m g (kg) Masse du composant i du système d'outillage
i
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Symboles et
Unité Description
termes abrégés
m g (kg) Masse du composant k du système d'outillage
k
Masse de référence maximale applicable à l'interface d'un outil ou d'un système d'outil-
m g (kg)
MAX
lage
m g (kg) Masse de référence minimale applicable à l'interface d'un outil ou d'un système d'outillage
MIN
m g (kg) Masse d'un système d'outillage
SYS
m g Masse du balourd
U
m g Masse du balourd au plan P1
U,P1
m g Masse du balourd au plan P2
U,P2
−1
n min Vitesse de rotation
−1
n min Vitesse de rotation maximale admissible
MAX,PER
−1
n min Vitesse de rotation d'un système d'outillage
SYS
P1 — Plan d'équilibrage 1
P2 — Plan d'équilibrage 2
RP — Position de référence au nez de broche (par exemple, face frontale HSK)
r mm Rayon
R — Taux d'utilisation de la capacité de charge dynamique du palier C
DYN DYN
Longueur de l'outil ramené à son diamètre (pour déterminer si un équilibrage statique ou
R —
L/D
dynamique est requis)
R — Taux limite pour l'équilibrage statique (R = 2,2)
STAT,MAX STAT,MAX
*
— Taux limite pour l'équilibrage statique des outils avec guidage
R
STAT,MAX
TM — Fabricant de l’outil ou du composant
U gmm Balourd (NOTE L’unité «gmm» est égale à «g·mm».)
gmm Vecteur balourd
U
U gmm Plus petit déséquilibre mesurable d'une machine à équilibrer
BM,MIN
Précision de mesure d'une machine à équilibrer
U gmm
BM,ACC
U gmm Couple de balourds
CPL
Déséquilibre dû au battement selon une déviation d'assemblage radiale (excentrique) par
U gmm
ECC
rapport à l'axe de rotation de la broche
Déséquilibre du composant i dû à la dislocation radiale relative de l’axe de rotation de la
U gmm
ECC,i
broche
U gmm Déséquilibre dû à la dislocation radiale maximale (excentricité)
ECC,MAX
Déséquilibre dû à la dislocation radiale du composant i par rapport au composant i – 1
U gmm
ECC,i,SYS
dans un système d'outillage
Déséquilibre maximum du composant k dû à la dislocation radiale dans un système
U gmm
ECC,k,MAX
d’outillage
U gmm Balourd statique résiduel selon l'ISO 1940-1
G(x),PER
U gmm Sécurité G40 anti-balourd selon l'ISO 15641
G 40
U gmm Balourd résiduel minimal réalisable
MIN
U gmm Balourd résiduel minimal réalisable d’un système d’outillage des composants k
MIN,SYS,k
U gmm Moment de déséquilibre statique U (localisé dans le CG)
MOM,STAT STAT
U gmm Balourd par plan
P
U , gmm Balourd minimal par plan
P MIN
U , gmm Balourd résiduel admissible par plan
P PER
Symboles et
Unité Description
termes abrégés
U gmm Déséquilibre au plan d'équilibrage P1
P1
U gmm Déséquilibre au plan d'équilibrage P2
P2
U gmm Balourd résiduel admissible au plan d'équilibrage P1
P1,PER
*
gmm U mais avec le même angle d'inclinaison que U
U P1,PER P2,PER
P1,PER
U gmm Balourd résiduel admissible limité au plan d'équilibrage P1 (cas F)
P1,PER,LIM
U gmm Balourd résiduel admissible au plan d'équilibrage P2
P2,PER
U gmm Balourd résiduel admissible limité au plan d'équilibrage P2 (cas F)
P2,PER,LIM
U gmm Balourd quasi statique (voir la Figure 5)
QS
U gmm Déséquilibre statique
STAT
U gmm Balourd statique réel (par exemple, mesuré)
STAT,ACT
U gmm Balourd statique mesuré par f
STAT,BAL BAL
U gmm Déséquilibre statique maximum
STAT,MAX
Déséquilibre statique maximum du composant i dans un système d’outillage de compo-
U gmm
STAT,i,MAX
sants k
SYS
Balourd statique résiduel admissible du composant i universel qui peut être placé dans
U gmm
STAT,i,SYS,PER
n’importe quelle position axiale dans un système d'outillage de composants k
SYS
U gmm Balourd statique pour garantir que F /C ≤ 1 % au niveau du palier de broche B1
STAT,1 % B1 DYN
U gmm Balourd statique maximal possible du cas A de la Figure 7
STAT,MAX,A
U gmm Balourd statique maximal possible du cas B de la Figure 7
STAT,MAX,B
U gmm Balourd statique maximal possible du cas C de la Figure 7
STAT,MAX,C
U gmm Balourd statique résiduel admissible
STAT,PER
U gmm Balourd statique résiduel admissible pour l’utilisateur
STAT,PER,CS
U gmm Balourd statique résiduel admissible pour l'équilibrage fin
STAT,PER,FINE
Balourd statique résiduel admissible résultant d’un outil à équilibrage fin ou un compo-
U gmm
STAT,PER,FINE,RES
sant prenant en compte U et G 40 (voir la Figure 13)
MIN
Balourd statique résiduel admissible d’un composant, à équilibrage fin pour un système
U gmm
STAT,PER,FINE,4
d’outillage à 4 composants
Balourd statique résiduel admissible d’un composant, à équilibrage fin pour un système
U gmm
STAT,PER,FINE,5
d’outillage à 5 composants
Balourd statique résiduel admissible d’un composant, à équilibrage fin pour un système
U gmm
STAT,PER,FINE,6
d’outillage à 6 composants
U gmm Balourd statique résiduel admissible d'un système d'outillage défini
STAT,PER,STND
U gmm Balourd statique résiduel admissible pour le fabricant de l’outil
STAT,PER,TM
U gmm Balourd statique résiduel admissible d’un système d’outillage
STAT,SYS,PER
Balourd statique résiduel admissible d'un système d'outillage (quasi monobloc) assemblé
U gmm
STAT,SYS,PER,FINE
pour l'équilibrage fin
Balourd statique résiduel admissible d'un système d'outillage (quasi monobloc) assemblé
U gmm
STAT,SYS,PER,STND
pour l'équilibrage standard
U gmm Balourd statique résultant d'un procédé d'équilibrage dynamique (à deux plans)
STAT,P1,P2
ν m/min Vitesse périphérique à l'arrête de coupe
C
ν m/min Limite de vitesse périphérique de la sécurité G 40 selon l'ISO 15641 → ν = 1 000 m/min
G 40 G 40
Vitesse périphérique du diamètre de référence de l'outil (c'est-à-dire le diamètre de l’outil
ν m/min
REF
le plus important)
x mm Distance entre le plan P1 et le centre de gravité de l'outil CG
P1
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Symboles et
Unité Description
termes abrégés
x mm Distance entre le plan P2 et le centre de gravité de l'outil CG
P2
α ° Angle
α ° Angle d’inclinaison du balourd au plan P1
P1
α ° Angle d’inclinaison du balourd au plan P2
P2
α ° Angle entre le balourd statique et le couple de balourds
U
3 3
ρ mg/mm Masse volumique de l'acier (7,8 mg/mm )
ST
Ω rad/s Vitesse angulaire d'un composant ou d'un outil
4 Exigences
4.1 Généralités
4.1.1 Erreurs de serrage
Des balourds sans lien avec la qualité d'équilibrage d'un outil peuvent se produire en raison d'erreurs
de serrage dues aux tolérances d'assemblage, par exemple au moment d'insérer un outil dans la broche
de la machine-outil. Même si l'équilibrage entraîne une excentricité plus faible que l'excentricité de
queue possible, il est impossible de reproduire cet état d'équilibrage à chaque action de serrage de l'outil
concerné dans la broche de la machine-outil ou de la machine à équilibrer. Une erreur d'assemblage
radial de plusieurs microns peut se produire selon le type et la dimension de la queue (voir le Tableau 2
pour les erreurs de serrage de différentes interfaces d'outil). Des facteurs tels que l'usure et le battement
des différentes interfaces peuvent contribuer à aggraver les imprécisions d'assemblage, produisant
ainsi un balourd résiduel plus important dans le système d'outillage à broche.
4.1.2 Influence des machines à équilibrer
Le balourd résiduel réalisable d'un outil est limité par le type et la précision de la machine à équilibrer
(voir les paragraphes 4.2.2 et 4.2.3). Le Tableau 2 expose les limites de mesure des balourds de machines
à équilibrer fabriquées pour des outils de masses différentes.
Les excentricités systématiques comme un battement la broche d'équilibrage peuvent être éliminées
par un équilibrage par indexage. Cette procédure est décrite dans l'ISO 21940-14.
NOTE L'ISO 21940-14 décrit les modes opératoires d'essais pour évaluer les limites et la performance des
machines à équilibrer.
4.1.3 Effets et conséquences fréquentes des balourds résiduels admissibles conformément à
l’ISO 1940-1
Les deux exemples ci-après montrent que les qualités d'équilibrages communes, basées sur l'ISO 1940-1
dépassent déjà les limites admissibles.
−1
Le niveau de qualité fréquemment exigé G 2,5 pour une vitesse de rotation de 25 000 min correspond
à un balourd résiduel admis d'à peine 1 gmm/kg. Un balourd résiduel de 1 gmm pour un outil pesant
1 000 g correspond à une excentricité admissible de tout juste 1 µm pour le centre de gravité de l'outil.
Cette valeur est inférieure à ce qu’une nouvelle interface HSK peut produire de manière répétée (voir le
Tableau 2).
S'agissant d'outils encore plus légers et de vitesses de rotation plus rapides, les exigences augmentent
de manière continue. Un outil HSK-40 de 350 g ne peut tolérer un balourd résiduel que de 0,21 gmm
(autrement dit, 0,6 gmm/kg) pour rester conforme au niveau de qualité G 2,5 pour une vitesse de
−1
rotation de 40 000 min . Cela signifie également une excentricité maximale du centre de gravité de
l'outil de seulement 0,6 µm.
Ces deux exemples montrent que ni le mesurage de ces balourds résiduels, ni leur réalisation ne sont
possibles de façon fiable, étant donné les erreurs de serrage inhérentes aux machines à équilibrer et la
précision de mesure des machines à équilibrer disponibles sur le marché.
Il ressort également de l'ISO 1940-1 qu'un même niveau de qualité tolère différents balourds résiduels
pour des outils de poids différents à une même vitesse de rotation. Par conséquent, des balourds
différents engendrent des fluctuations dans les forces centrifuges, autrement dit les charges de broche.
La charge dynamique de broche n'est pas toutefois fonction de la masse de l'outil, mais du balourd du
système d'outillage et des forces qui en résultent.
4.1.4 Propriétés inhérentes aux machines-outils et aux composants
Les amplitudes de vibrations de la structure d'une machine sont liées à la force et à la fréquence
d'excitation, ainsi qu'aux propriétés dynamiques du système. Un même degré d'excitation conduit à de
plus fortes amplitudes de vibration lorsque la flexibilité dynamique liée aux fréquences d'un système
chute à certaines fréquences d'excitation.
Par conséquent, s'agissant de la machine, et plus particulièrement du système d'outillage à broche, les
exigences en matière d'équilibrage sont dictées par les propriétés dynamiques du système d'outillage
à broche. Il est impossible de fournir une description universelle des propriétés dynamiques des
machines-outils. Pour autant, il peut être possible de limiter les vibrations de la machine liées à
un balourd en équilibrant un outil de manière à atteindre la limite de balourd résiduel réalisable
reproductible U (voir le paragraphe 4.2.3).
MIN
Il est également possible de réduire les vibrations de la machine en modifiant la vitesse de coupe à
condition que le procédé d'usinage applicable permette de corriger les paramètres technologiques dans
la fourchette des vitesses de fonctionnement applicables. De cette manière, l'excitation pourrait être
contenue dans une plage de fréquences plus stables de la machine.
4.2 Exigences d'équilibrage en fonction de la charge de broche
4.2.1 Généralités
Afin de limiter les charges périodiques liées aux balourds sur les paliers de broche, il est nécessaire
d'équilibrer les systèmes d'outillage en fonction de la vitesse de rotation et des propriétés des systèmes
à broche spécifiées dans le présent document (voir l'Annexe A pour l'approche théorique). La Figure 2
montre la structure et les configurations géométriques d'un modèle générique de broche-outil avec les
balourds d'outil et leurs forces associées sur le palier B1 qui supporte la charge la plus importante.
NOTE Le présent document indique tous les balourds résiduels et autres admissibles en «gmm». Il n’y a pas
de niveaux de qualités comme «G 6,3» conformément à l’ISO 1940-1.
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Légende
1 palier B1
2 palier B2
3 centre de gravité CG
Figure 2 — Modèle de broche-outil montrant les forces liées au balourd
L'approche universelle pour déterminer la charge F au niveau du palier B1 consiste à calculer le
B1,RES
vecteur somme des forces F et F . Ces forces sont engendrées par un balourd dit «dynamique»
B1,STAT B1,CPL
- l'association d'un balourd statique U dans le centre de gravité de l'outil et d'un couple de balourds
STAT
U . Dans le cas de l’équilibrage statique, il convient d’ajouter ou de retirer de la matière à l’endroit
CPL
ou à l'emplacement du déséquilibre matériel ou à proximité de celui-ci afin de minimiser les balourds
dynamiques résiduels.
La force F au palier avant de la broche B1 ne doit pas dépasser 1 % de la capacité de charge
B1,RES
dynamique C dans la fourchette des vitesses de rotation applicables. Il convient de noter que cette
DYN
limite de charge dynamique F /C = 1 % est indépendante de la masse de l'outil.
B1,RES DYN
Une situation de balourd dynamique d’un rotor rigide peut être alternativement décrite par deux
vecteurs balourds indépendants U et U positionnés dans deux plans axiaux P1 et P2 avec une
P1 P2
distance b (voir la Figure 3). Ce mode opératoire d'équilibrage «sur deux plans» prévaut dans les
pratiques d'équilibrage observées par l'industrie des outils et des systèmes d'outillage rigides.
Légende
1 plan 1
2 plan 2
Figure 3 — Modèle d’une broche et d’un outil montrant les forces liées au balourd
Le balourd statique résiduel admissible U [voir la Formule (3)] a toutefois été calculé pour un
STAT, 1 %
balourd statique situé dans le centre de gravité CG de l'outil (voir la Figure 4). Une certaine proportion
L/D de l'outil déterminera le type d'équilibrage requis, à savoir statique ou dynamique (voir le
paragraphe 4.2.4 pour plus de précisions).
Figure 4 — Déséquilibre statique dans le centre de gravité CG de l'outil
Les balourds admissibles U et U dans le cas d'un équilibrage dynamique découlent de
P1,PER P2,PER
U dans le centre de gravité CG de l'outil et d'après l'exigence obligatoire selon laquelle la charge
STAT,PER
sur le palier de broche B1 ne doit pas dépasser la charge engendrée par le balourd statique admissible
U (voir l’Article 4.2.5).
STAT,PER
Un outil «court» conforme au 4.2.4 est soumis à équilibrage statique. En raison des contraintes de
conception des outils du point de vue fonctionnel, le centre du balourd correspondant ne se situe
généralement pas dans le centre de gravité CG de l'outil. Dans le cas d'outils simples, ce déséquilibre dit
quasi statique U (voir la Figure 5) est provoqué par les têtes de coupe et les poches à copeaux, de ce
QS
fait souvent situées à proximité de l'avant de l'outil.
Légende
1 plan de correction
2 centre du déséquilibre quasi-statique
Figure 5 — Couple de balourds dû à un équilibrage quasi statique
«Sur la machine à équilibrer», il est difficile pour l'opérateur de définir le centre de gravité de la
position du balourd. Même lorsque la position du balourd est évidente, il n'est souvent pas possible dans
la pratique de retirer directement de la matière du côté opposé du corps de l'outil.
Les compensations de masse statique surviennent donc souvent à proximité de la queue de l'outil
compte tenu des diamètres plus importants de l'outil. Cela se traduit par une distance L entre le
CPL
balourd initial U et le plan de correction du balourd de compensation −U .
QS QS
Il en résulte un outil équilibré de manière statique avec un couple de balourds résiduel U [voir la
CPL
Formule (1)] — type exceptionnel de déséquilibre dynamique exprimé dans l'unité [gmm ].
UU=×L (1)
CPLQSCPL
La distance L varie de manière imprévisible selon le modèle de l'outil et de la ou des positions
CPL
des mesures d'équilibrage. Par conséquent, les forces qui s'exercent sur les paliers de broche suite à
un couple de balourds U restent inconnues et ne peuvent être prises en compte pour l'équilibrage
CPL
statique. Il est cependant possible de calculer les forces d'appui F et F qui sont égales pour les deux
B1 B2
paliers en raison du couple de balourds [voir la Formule (2)].
U L
2π×n
CPL 2 CPL
FF== ××Ω =U × (2)
B1 B2 QS
L L 60
B B
La Formule (2) montre également que le rapport entre L et L a une incidence considérable sur les
CPL B
forces d'appui.
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Dans la pratique, cet aspect n'a pas été pris en compte pour l'équilibrage statique. L'Article A.5.2 montre
que, pour un outil simple doté d'une arrête de coupe — avec l'équilibrage statistiquement le «plus
défavorable» et la distance la plus grande possible L — cet effet est de loin inférieur à la «règle de
CPL
1 % de C » et peut donc être ignoré pour l'équilibrage statique.
DYN
Dans le cas de l’équilibrage statique, il convient d’ajouter ou de retirer de la matière à l’endroit ou à
l'emplacement du déséquilibre matériel ou à proximité de celui-ci afin de minimiser les balourds
dynamiques résiduels.
Les paramètres de la broche C , a et L sont propres à chaque type et dimension d'interface (voir le
DYN M B
Tableau 2).
Le schéma d'un système d'outillage à broche illustré à la Figure 6 montre les principaux paramètres qui
sont également repris à la Figure 2.
Légende
1 plan P1
2 centre de gravité CG
3 plan P2
Figure 6 — Modèle d'un système d'outillage à broche illustrant les principaux paramètres
Le présent document accepte comme principe de base les limites de charge sur les paliers pour
déterminer à la fois l'équilibrage statique et dynamique. Les plans de palier représentent les plans
de tolérance du système d'outillage à broche au sens de l'ISO 1940-1. Étant donné que les outils et les
systèmes d'outillage sont les seuls composants variables d'un système d'outillage à broche, il ne serait
pas judicieux d'ajouter/de retirer de la matière à/de la broche de la machine-outil.
Ainsi, les plans P1 et P2 au niveau du corps de l'outil constituent les plans de correction du système
d'outillage à broche. Parallèlement, ils agissent aussi à la fois comme plans de tolérance et de correction
dans les systèmes d'outillage, et permettent donc l'équilibrage dynamique indépendamment de la
broche de la machine-outil. Les balourds dynamiques admissibles (voir 4.2.5) sont calculés pour les
plans P1 et P2 qui peuvent être chacun définis pour des systèmes d'outillage surmontés conformément
aux règles du présent document.
4.2.2 Détermination des exigences d'équilibrage
La Formule (3) montre le balourd résiduel à un taux de charge d'appui maximale de F /C = 1 %
B1,RES DYN
au palier avant de la broche. Comme déjà mentionné à la NOTE 1 du domaine d'application, le présent
document a été initialement élaboré pour les interfaces HSK (de dimensions HSK-25
...
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