用于控制顫振的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及一種用于降低機(jī)床顫振(chatter)的系統(tǒng)、方法、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和界 面。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，如通過(guò)引用其全部?jī)?nèi)容包含于此的美國(guó)5,170,358號(hào)專(zhuān)利所述，諸如車(chē)削、 鏜削和銑削等的加工操作中的顫振或者不穩(wěn)定是工業(yè)上的常見(jiàn)問(wèn)題。振動(dòng)被主要分成自由 振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。顫振是在加工操作(或者加工工藝)過(guò)程中一種常見(jiàn)類(lèi)型的自 激振動(dòng)。在某些工作條件下，強(qiáng)迫振動(dòng)也可能產(chǎn)生顫振。
[0003] 顫振是在加工操作過(guò)程中不希望看到的振動(dòng)。有害振動(dòng)反饋回路可能通過(guò)機(jī)床、 工件和機(jī)器導(dǎo)致顫振。在發(fā)生顫振時(shí)，通?？梢酝ㄟ^(guò)改變與顫振頻率（響應(yīng)頻率)有關(guān)的工 具旋轉(zhuǎn)速度(改變驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率)來(lái)衰減來(lái)自反饋回路的振動(dòng)。本公開(kāi)的實(shí)施例旨在促進(jìn)降 低賈頁(yè)振。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種用于控制顫振的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：電路，其被配 置成:基于通過(guò)以先前選定器具速度設(shè)置而進(jìn)行的加工操作所收集到的傳感器數(shù)據(jù)，生成 顫振信息，其中，所述顫振信息包括顫振水平值和顫振頻率值;基于通過(guò)所述加工操作所生 成的顫振頻率值，確定預(yù)測(cè)會(huì)降低或者消除顫振的多個(gè)不同候選器具速度設(shè)置；以及生成 包括多個(gè)不同器具速度設(shè)置的用戶(hù)界面，所述多個(gè)不同器具速度設(shè)置包括所述先前選定器 具速度設(shè)置和所述多個(gè)不同候選器具速度設(shè)置供用戶(hù)選擇，其中，所述用戶(hù)界面被配置成 示出針對(duì)所述先前選定器具速度設(shè)置的顫振水平值。
[0005] 此外，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種用于控制顫振的方法。該方法包括以下步 驟:利用電路，基于通過(guò)以先前選定器具速度設(shè)置而進(jìn)行的加工操作所收集到的傳感器數(shù) 據(jù)，生成顫振信息，所述顫振信息包括顫振水平值和顫振頻率值;利用所述電路，基于通過(guò) 所述加工操作所生成的顫振頻率值，確定預(yù)測(cè)會(huì)降低或者消除顫振的多個(gè)不同候選器具速 度設(shè)置;利用所述電路，生成包括多個(gè)不同器具速度設(shè)置的用戶(hù)界面，其中，所述多個(gè)不同 器具速度設(shè)置包括所述先前選定器具速度設(shè)置和所述多個(gè)不同候選器具速度設(shè)置供用戶(hù) 選擇；以及利用所述電路，在所述用戶(hù)界面中示出針對(duì)所述先前選定器具速度設(shè)置的顫振 水平值。
[0006] 此外，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種存儲(chǔ)在通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行時(shí)使得計(jì)算機(jī)進(jìn) 行如上所述的用于控制顫振的方法的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0007] 對(duì)于說(shuō)明性實(shí)現(xiàn)的上述一般說(shuō)明及其下述詳細(xì)說(shuō)明，僅是本公開(kāi)的技術(shù)的示例性 方面，并且不是限制性的。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可能產(chǎn)生顫振的示例性機(jī)床。
[0009] 圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的以顫振應(yīng)用程序界面為基礎(chǔ)的方法的流程圖。
[0010] 圖3A~3D示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的顫振應(yīng)用程序界面。
[0011 ] 圖4示出示例性穩(wěn)定葉瓣(lobe)圖。
[0012] 圖5示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、與顫振應(yīng)用程序界面中所包括的速度欄和歷史欄有 關(guān)的方法的流程圖。
[0013] 圖6A~6H示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的顫振應(yīng)用程序界面的示例性畫(huà)面。
[0014] 圖7示出計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)的例子的框圖。
[0015]圖8示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)顫振應(yīng)用程序界面的系統(tǒng)。
[0016]圖9A~9F各自示出在計(jì)算機(jī)屏幕、監(jiān)視器或者其他顯示面板的一部分上所實(shí)現(xiàn)的 示例性圖形用戶(hù)界面。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 在這些附圖中，相同附圖標(biāo)記在多個(gè)圖中指定相同或者相應(yīng)的部分。此外，如在此 處使用的，單詞"一"和"一個(gè)"等通常意為"一個(gè)以上"，除非另有說(shuō)明除外。這些附圖大體按 比例繪制，除非另有規(guī)定除外，或者示出示意性結(jié)構(gòu)或者流程圖。
[0018] 此外，術(shù)語(yǔ)"大約"、"接近"、"小"以及類(lèi)似術(shù)語(yǔ)通常是指包括某些實(shí)施例中具有 20%、10%或者優(yōu)選5%的余量的標(biāo)識(shí)值及其間的任何值的范圍。
[0019] 術(shù)語(yǔ)"速度"、"主軸速度"、"選定速度"以及類(lèi)似術(shù)語(yǔ)是指以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)所表 示的"器具轉(zhuǎn)速"，除非另有規(guī)定除外。然而，本公開(kāi)的實(shí)施例不局限于此，并且應(yīng)該理解，可 以使用速度的其他單位。
[0020] 可以使用例如一個(gè)以上的傳感器來(lái)監(jiān)視加工操作過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)。該一個(gè)以 上的傳感器可被配置成直接或者間接測(cè)量加工操作過(guò)程中的振動(dòng)。可以使用從該一個(gè)以上 的傳感器所接收到的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)使用例如用于消除驅(qū)動(dòng)振動(dòng)和從動(dòng)振動(dòng)之間的相位差 的一個(gè)以上的方法計(jì)算顫振降低的器具轉(zhuǎn)速?；谒?jì)算出的速度，通過(guò)手動(dòng)或者自動(dòng)將 器具轉(zhuǎn)速改變成選定的計(jì)算出的速度，可以消除或者降低顫振。
[0021] 在某些實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)以上的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)控制該機(jī)器。操作者(或 者用戶(hù)）可以經(jīng)由通過(guò)一個(gè)以上的CNC或者獨(dú)立計(jì)算機(jī)所提供的一個(gè)以上的用戶(hù)界面來(lái)控 制器具轉(zhuǎn)速。該用戶(hù)界面可以被配置成顯示顫振數(shù)據(jù)和顫振降低計(jì)算結(jié)果的中的一個(gè)或者 它們的組合，以引導(dǎo)用戶(hù)啟用一個(gè)以上的想要的器具轉(zhuǎn)速。然而，在這類(lèi)結(jié)構(gòu)中，速度數(shù)據(jù)、 顫振數(shù)據(jù)和啟用方法可能高度不相關(guān)。
[0022] 為了解決該問(wèn)題，可以將顫振歷史數(shù)據(jù)與相應(yīng)速度信息整合，并且將其提供給操 作者。在嘗試多個(gè)器具轉(zhuǎn)速以找到最佳器具轉(zhuǎn)速時(shí)，可以保存嘗試速度的歷史和每一顫振 幅度、并且將其顯示給操作者。可以以表或者圖形的形式顯示這些數(shù)據(jù)。然而，由于屏幕大 小限制，同時(shí)全方位示出顫振數(shù)據(jù)，這可能是不實(shí)際的。
[0023] 為了更加有效降低在一個(gè)以上的加工操作過(guò)程中的顫振，需要便于基于以往信息 來(lái)選擇運(yùn)行速度的界面。
[0024] 圖1示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的示例性機(jī)器100。機(jī)器100包括主軸箱101、刀具102 (例如，車(chē)削、鏜削和銑削刀具）、工件103和一個(gè)以上的傳感器（例如，振動(dòng)傳感器104和 105)。主軸箱101包括用于將刀具102保持在想要的位置處的固定裝置。主軸箱101還包括能 夠以可選擇的想要的固定速度轉(zhuǎn)動(dòng)刀具102的電動(dòng)機(jī)(未示出）。刀具102在與工件103接觸 時(shí)以選定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，以例如通過(guò)去除材料使得工件103加工成形。通過(guò)計(jì)算機(jī)700和/或者操 作者動(dòng)作來(lái)控制刀具102和工件103的運(yùn)動(dòng)。
[0025] 振動(dòng)傳感器104和105被置于主軸箱101上的不同位置處。振動(dòng)傳感器測(cè)量在加工 過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)，并且將振動(dòng)數(shù)據(jù)提供給控制計(jì)算機(jī)(例如，計(jì)算機(jī)700)，其中，在控制 計(jì)算機(jī)中對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理后的數(shù)據(jù)可以被顯示在用戶(hù)界面上，其中，操作者與用 戶(hù)界面進(jìn)行交互來(lái)操作機(jī)器100。例如，可以使用振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算被顯示在用戶(hù)界面上的、諸 如速度等的一個(gè)以上的最佳顫振降低參數(shù)。以一個(gè)以上的參數(shù)作為指引，操作者可以通過(guò) 用戶(hù)界面進(jìn)行適當(dāng)選擇以降低在一個(gè)以上加工過(guò)程中所觀測(cè)到的顫振。
[0026] 圖2是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的以顫振應(yīng)用程序界面(CAI)為基礎(chǔ)的方法的流程圖。當(dāng) 接通機(jī)器100的電源、或者另外啟動(dòng)初始化處理時(shí)，開(kāi)始CAI處理。初始化步驟201涉及初始 化諸如器具槽計(jì)數(shù)、器具最小速度、器具最大速度、器具顫振閾值等的一個(gè)以上的加工相關(guān) 參數(shù)，以及/或者清除速度和顫動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。在步驟202,（自動(dòng)或者通過(guò)操作者)選擇初始機(jī)器 速度(或者初始器具速度設(shè)置），并且開(kāi)始加工過(guò)程。數(shù)據(jù)收集步驟203涉及讀取或者收集加 工過(guò)程期間的數(shù)據(jù)。例如，在步驟204,讀取振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，或者在步驟206,讀取當(dāng)前主軸 速度。一旦收集了傳感器數(shù)據(jù)，就可以將其轉(zhuǎn)換成不同形式。例如，在步驟205,使用快速傅 里葉變換(FFT)將振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)。
[0027] 數(shù)據(jù)收集步驟203之后是數(shù)據(jù)處理步驟207。在數(shù)據(jù)處理步驟207,按照設(shè)計(jì)規(guī)格 (例如，顫振計(jì)算)來(lái)處理傳感器數(shù)據(jù)。例如，以某一方法(例如，平均、加權(quán))來(lái)處理來(lái)自多個(gè) 傳感器的振動(dòng)數(shù)據(jù)。振動(dòng)數(shù)據(jù)的處理包括基于振動(dòng)數(shù)據(jù)生成(例如，通過(guò)判斷或者測(cè)量)顫 振水平值和顫振頻率值。在一個(gè)實(shí)施例中，顫振水平值對(duì)應(yīng)于針對(duì)顫振頻率所檢測(cè)到的最 大顫振水平。步驟207還涉及為了消除顫振附帶的振動(dòng)數(shù)據(jù)以及傳感器數(shù)據(jù)中的噪聲可以 使用的數(shù)據(jù)濾波算法。
[0028] 在數(shù)據(jù)處理步驟207之后，并行執(zhí)行步驟208和210。步驟208是評(píng)估顫動(dòng)是否大于 在步驟201所設(shè)置的器具顫振閾值的條件檢查。如果在步驟208評(píng)估該條件為"否"（N)，那么 處理返回至步驟203。如果在步驟208評(píng)估該條件為"是"（Y)，那么處理進(jìn)入步驟209。在步驟 209,利用無(wú)顫振主軸速度計(jì)算模塊(或者降低顫振后的主軸速度計(jì)算模塊)來(lái)計(jì)算被預(yù)測(cè) 降低或者消除顫振的一個(gè)以上的候選速度。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)以上的候選速度是預(yù)測(cè) 到顫振水平低于一個(gè)以上的預(yù)定顫振閾值的速度。無(wú)顫振主軸速度計(jì)算模塊計(jì)算在CAI的 速度欄中所提供的一個(gè)以上的候選主軸速度