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
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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.
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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
...
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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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 p
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.