顫振抑制方法和機(jī)床的制作方法
【專利摘要】一種顫振抑制方法，包括慣性力矩獲取步驟，用于獲取所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩；記錄步驟，用于將表示所獲取的慣性力矩的值記錄至所述加工程序；和計(jì)算步驟，用于在所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化、以抑制顫振時(shí)，根據(jù)記錄在所述加工程序中表示慣性力矩的值和用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的電機(jī)的最大輸入功率來計(jì)算可變振幅和可變周期。
【專利說明】顫振抑制方法和機(jī)床
[0001]優(yōu)先權(quán)信息
本申請(qǐng)要求2012年10月18日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?012-231114的日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考引入此處。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及通過改變轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，抑制機(jī)床加工過程中產(chǎn)生的顫振的控制方法，還涉及機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)機(jī)床進(jìn)行切削工作時(shí)，如果工具或加工件具有低的剛性，偶爾會(huì)產(chǎn)生所謂的“顫振”。顫振的產(chǎn)生造成例如工具破壞或加工件表面精度下降等問題。這種顫振是由于加工件的厚度被切斷時(shí)的波動(dòng)，和相位延遲的產(chǎn)生導(dǎo)致的振動(dòng)的增加引起的，所述相位延遲為一次轉(zhuǎn)動(dòng)之前在加工表面上產(chǎn)生的波動(dòng)(振動(dòng))和由于電流切斷引起的振動(dòng)之間的相位延遲。關(guān)于用于抑制顫振的技術(shù)，專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2提出了方法。專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2描述的技術(shù)改變了該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以使輸入工具的力不規(guī)則，從而抑制顫振。專利文獻(xiàn)I和2公開了一種裝置，當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化時(shí)，該裝置通過設(shè)定可變振幅和可變的周期抑制顫振。
[0004]引用列表
專利文獻(xiàn) I:JP 49-105277 A 專利文獻(xiàn)2 JP 61-3522 U。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題
專利文獻(xiàn)I和2中描述的方法需要設(shè)置可變振幅和可變周期兩種值，以改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度。為了抑制顫振，已知在某個(gè)值的可變振幅時(shí)，當(dāng)可變周期設(shè)置為短的時(shí)，該效果好，或該效果更好。也就是說，已知當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸急劇加速和減速時(shí)，顫振抑制效果好。但是，當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸反復(fù)急速加速和減速時(shí)，電機(jī)的輸入功率增加，電機(jī)可能產(chǎn)生熱量，并可能毀壞。
[0006]因此，考慮一種方法，在從電機(jī)的最大輸入功率和該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變的極限值(limit value)之后，進(jìn)行最初擬定的加工。要做到這點(diǎn)，需要進(jìn)行專門的操作，以測(cè)定慣性力矩，并將其記錄在用于控制該機(jī)床的數(shù)控裝置中。當(dāng)加工相同的工件時(shí)，沒有必要更新該慣性力矩，當(dāng)加工不同的工件時(shí)，有必要進(jìn)行專門操作以重新測(cè)定該慣性力矩，或者操作者需要將預(yù)先測(cè)定的慣性力矩設(shè)置在該數(shù)控裝置中，因此增加了很多工作步驟。當(dāng)用另一種機(jī)床加工相同的加工件時(shí)，需要相同數(shù)目的工作步驟，且該過程是不合理的。
[0007]本發(fā)明已經(jīng)克服了上述問題，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供一種通過簡單計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化的極限，而不需要測(cè)定每次加工的加工件的慣性力矩的、抑制顫振而不破壞電機(jī)的方法，還提供一種機(jī)床。
[0008]技術(shù)問題
本發(fā)明抑制顫振的方法為用于抑制機(jī)床的顫振的方法，該機(jī)床根據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的加工程序，通過轉(zhuǎn)動(dòng)包括加工件或工具的轉(zhuǎn)動(dòng)主體進(jìn)行切削工作，該方法包括，獲取步驟，用于獲取該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩；記錄步驟，將表示所獲取的慣性力矩的值記錄至該操作程序；計(jì)算步驟，當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度改變、以抑制顫振時(shí)，根據(jù)記錄在該加工程序中的表示慣性力矩的值和用于轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的電機(jī)的最大輸入功率來計(jì)算可變振幅和可變周期。
[0009]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，從獲取的該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩中減去該機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的預(yù)先存儲(chǔ)的慣性力矩得到值，將該值記錄至該加工程序中，作為表示慣性力矩的值。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)在加工程序的指示下，在多個(gè)單獨(dú)的步驟中加工加工件時(shí)，在該獲取步驟獲取該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩，用于相應(yīng)步驟；在該存儲(chǔ)步驟中，將用于相應(yīng)步驟的、獲取的表示該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩的值存儲(chǔ)至該加工程序中，用于相應(yīng)的步驟。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該機(jī)床為用于根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中的加工程序，通過轉(zhuǎn)動(dòng)包括加工件或工具的轉(zhuǎn)動(dòng)主體進(jìn)行切削工作的機(jī)床，該機(jī)床包括慣性力矩獲取單元，用于獲取所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩；記錄單元，用于當(dāng)所述慣性力矩獲取單元獲取慣性力矩時(shí)，將獲取的慣性力矩記錄至所述加工程序；和計(jì)算單元，用于當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化、以抑制顫振時(shí)，根據(jù)記錄在所述加工程序中的慣性力矩和用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的電機(jī)的最大輸入功率來計(jì)算可變振幅和可變周期。
[0011]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，由于一旦測(cè)定的慣性力矩記錄在該加工程序中，所以當(dāng)加工相同的工件時(shí)，沒有必要進(jìn)行相同的操作來測(cè)定慣性力矩，且可以很容易地計(jì)算該轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化極限，以抑制顫振，而不破壞電機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參考附圖，下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度波動(dòng)例子的示意圖；
圖3為顫振抑制方法的流程圖；和 圖4為展示加工程序部分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參考附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)頭架(headst0Ck)7軸向和轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐主軸I，該主軸I通過夾頭2和棘爪3夾持工件4。由該主軸1、轉(zhuǎn)子6b、該夾頭2、該棘爪3及該工件4構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)主體由電機(jī)6驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該電機(jī)包括安裝至該機(jī)頭架7上的定子6a，和安裝至該主軸I上的轉(zhuǎn)子6b。用于檢測(cè)該主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的編碼器5安裝子該機(jī)頭架7上。轉(zhuǎn)動(dòng)軸控制單元8連接至該電機(jī)6和該編碼器5,數(shù)控裝置9為該轉(zhuǎn)動(dòng)軸控制單元8指示該轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該轉(zhuǎn)動(dòng)單元8保持監(jiān)控通過編碼器5檢測(cè)的該主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并調(diào)整施加至該電機(jī)6上的輸入電流，以根據(jù)數(shù)控裝置9指示的轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)主體。
[0014]該數(shù)控裝置9與用于存儲(chǔ)程序等的存儲(chǔ)單元11連接，并與輸入/輸出單元10連接，該輸入/輸出單元10用于通過監(jiān)控器或類似物輸出，或用于通過鍵盤或類似物輸入。該數(shù)控裝置9通過在所述工件4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向和/或徑向移動(dòng)未示出的工具，同時(shí)根據(jù)該存儲(chǔ)單元11中存儲(chǔ)的加工程序轉(zhuǎn)動(dòng)該主軸I進(jìn)行切削工作。此外，該數(shù)控裝置9被輸入來自輸入/輸出單元10的該主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、可變振幅、和可變周期。因此，可以通過該數(shù)控裝置9和該轉(zhuǎn)動(dòng)軸控制單元8在指定的可變振幅和可變周期下改變?cè)撝鬏SI的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如圖2所示。
[0015]該慣性力矩可以通過輸入該定子6a的電流和該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變來測(cè)定。例如，當(dāng)該數(shù)控裝置9將速度指令發(fā)送至該轉(zhuǎn)動(dòng)軸控制單元8，以在一定轉(zhuǎn)動(dòng)速度下轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)主體時(shí)，該轉(zhuǎn)動(dòng)主體從停止?fàn)顟B(tài)逐步增加速至指示的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。此時(shí)，慣性力矩J和該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的角加速度與該電機(jī)6的轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系用表達(dá)式I表達(dá)。
[0016]T=J.α (I)
轉(zhuǎn)矩T與輸入電流I和取決于該電機(jī)的力矩常數(shù)k的關(guān)系可通過表達(dá)式2表示。
[0017]T=k.I (2)
在此處，該角加速度α可通過該編碼器5測(cè)試的該轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化量計(jì)算，有該轉(zhuǎn)動(dòng)軸控制單元8輸入的該輸入電流I是已知的。因此，該慣性力矩J可通過表達(dá)式I和表達(dá)式2計(jì)算得到。這種計(jì)算通過數(shù)控裝置9進(jìn)行，且該計(jì)算得到的慣性力矩記錄在該數(shù)控裝置9的操作程序中。該編碼器5和計(jì)算該慣性力矩的該數(shù)控裝置9起到獲取單元的作用，用于獲取該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩。
[0018]參考圖3的流程圖，描述用于本實(shí)施例的數(shù)控車床的抑制顫振的方法。在步驟SI中，加工件加工程序從該存儲(chǔ)單元11讀取至該數(shù)控裝置9。在步驟S2中，判斷該慣性力矩J是否作為整體記錄在該加工程序中，如果沒有記錄，該過程前進(jìn)至步驟S3，如果記錄了，該過程前進(jìn)至S5。在步驟S3中，通過已知方法測(cè)定該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩。除了上述方法，例如還提出了一種方法，用于通過當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)主體加速或減速時(shí)，施加至該電機(jī)6的輸入電流，以及此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變來測(cè)定慣性力矩的方法。
[0019]在步驟S4中，作為記錄裝置的該數(shù)控裝置9將步驟S3中測(cè)定的慣性力矩記錄至該數(shù)控裝置9內(nèi)的加工程序。該記錄的加工程序的例子如圖4所示。當(dāng)步驟S3中測(cè)定的慣性力矩為，例如0.5 kg* m2時(shí)，該數(shù)值“0.5”被記錄在該加工程序的頭部處的慣性力矩的變量名INA后面。在步驟S5中，作為計(jì)算裝置的該數(shù)控裝置9通過表達(dá)式3、通過程序中記錄的慣性力矩和之前存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)單元11中的電機(jī)6的最大輸入功率測(cè)定當(dāng)該轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化時(shí)，可變振幅和可變周期的極限。在表達(dá)式3中，Q為轉(zhuǎn)動(dòng)速度可變振幅(％)，R為轉(zhuǎn)動(dòng)速度可變周期(秒)，S為主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度(mirT1)，P為電機(jī)的最大輸入功率(W)。
[0020]Q=4500.P.R/ (2.S2.J) (3)
由于此處獲得的可變振幅和可變周期之間的關(guān)系是基本表達(dá)式，它可以表示為圖表，或者是在步驟S6中的輸入/輸出單元10的檢測(cè)器上的顯示的數(shù)值的代表值。
[0021]在步驟S4中，該慣性力矩被記錄在該數(shù)控裝置9的加工程序中。通過存儲(chǔ)該加工程序，記錄該慣性力矩的該加工程序存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)單元11中。從這點(diǎn)出發(fā)，可以讀取記錄該慣性力矩的加工程序。[0022]由于通過上述方法在一經(jīng)測(cè)定的慣性力矩可以記錄在該加工程序中，沒有必要進(jìn)行相同的操作，以測(cè)定當(dāng)加工相同工件時(shí)的慣性力矩，并且可容易地計(jì)算該轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化極限。因此，可以在不破壞電機(jī)時(shí)抑制顫振。
[0023]在步驟S4中，記錄該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩，但是通過減去該機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性力矩獲得的慣性力矩可以被記錄。也就是說，該數(shù)控車床所固有的主軸I和轉(zhuǎn)子6b的慣性力矩之前存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)單元11中，且從測(cè)定的所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩中減去該存儲(chǔ)值，以記錄結(jié)果。因此，使用另一個(gè)數(shù)控車床進(jìn)行加工時(shí)，該加工程序中記錄的慣性力矩可簡單的添加至該數(shù)控車床固有的主軸和轉(zhuǎn)子的慣性力矩，以測(cè)定該轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩。因此，只需將另一個(gè)數(shù)控車床移動(dòng)至合適位置，并使用一組的工件和加工程序，可以省略測(cè)定慣性力矩的操作，可以合理普遍的抑制顫振。
[0024]上面描述了在加工前的初始狀態(tài)測(cè)量慣性力矩的方法，但是它也能夠在每個(gè)步驟中測(cè)量慣性力矩，并將結(jié)果記錄在該加工程序中。由于通過加工切下該加工件，所以慣性力矩下降。因此，例如在相應(yīng)的加工步驟，如用于外部形狀的粗加工步驟和用于內(nèi)徑的精加工步驟中，測(cè)量慣性力矩，并在加工步驟之間的斷點(diǎn)記錄下來。因此，可以獲得適用于相應(yīng)步驟的慣性力矩。該獲得的值可用于計(jì)算相應(yīng)步驟中，該轉(zhuǎn)動(dòng)速度最佳的可變振幅和可變周期。
[0025]上面描述了在轉(zhuǎn)動(dòng)該工件時(shí)進(jìn)行切削工作的數(shù)控車床的例子，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用至其他機(jī)床，例如在轉(zhuǎn)動(dòng)工具時(shí)進(jìn)行切削工作的加工中心。
【權(quán)利要求】
1.用于抑制機(jī)床顫振的顫振抑制方法，該機(jī)床根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中的加工程序，通過轉(zhuǎn)動(dòng)包括加工件或工具的轉(zhuǎn)動(dòng)主體來進(jìn)行切削工作，所述方法包括: 慣性力矩獲取步驟，用于獲取所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩； 記錄步驟，用于將表示所獲取的慣性力矩的值記錄至所述加工程序；和 計(jì)算步驟，用于在所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化、以抑制顫振時(shí)，根據(jù)記錄在所述加工程序中的表示慣性力矩的值和用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的電機(jī)的最大輸入功率來計(jì)算可變振幅和可變周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顫振抑制方法，其特征在于，從獲取的所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩中減去此前存儲(chǔ)的所述機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性力矩，獲得一個(gè)值，將該值記錄至所述加工程序中，作為表示慣性力矩的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顫振抑制方法，其特征在于， 當(dāng)由所述加工程序指示在多個(gè)單獨(dú)步驟中操作所述工件時(shí)， 在所述獲取步驟中，針對(duì)各相應(yīng)步驟獲取所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩；和 針對(duì)相應(yīng)步驟獲取的、表示所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩的值在所述記錄步驟中被記錄在所述加工程序中，用于相應(yīng)的步驟。
4.用于進(jìn)行切削工作的機(jī)床，該機(jī)床根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中的加工程序，通過轉(zhuǎn)動(dòng)包括加工件或工具的轉(zhuǎn)動(dòng)主體來進(jìn)行切削工作，所述機(jī)床包括: 慣性力矩獲取單元，用于獲取所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的慣性力矩； 記錄單元，用于當(dāng)所述慣性力矩獲取單元獲取慣性力矩之后，將所獲取的慣性力矩記錄至所述加工程序；和 計(jì)算單元，用于在所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化、以抑制顫振時(shí)，根據(jù)記錄在所述加工程序中的慣性力矩和用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主體的電機(jī)的最大輸入功率來計(jì)算可變振幅和可變周期。
【文檔編號(hào)】B23Q15/12GK103769945SQ201310475810
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】吉野清, 水上裕登, 加藤隆幸, 伊藤范佳, 西寺信希 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社