顫振抑制方法和機床的制作方法
【專利摘要】一種顫振抑制方法，包括慣性力矩獲取步驟，用于獲取所述轉動主體的慣性力矩；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；和計算步驟，用于在所述轉動主體的轉動速度變化、以抑制顫振時，根據記錄在所述加工程序中表示慣性力矩的值和用于轉動所述轉動主體的電機的最大輸入功率來計算可變振幅和可變周期。
【專利說明】顫振抑制方法和機床
[0001]優先權信息
本申請要求2012年10月18日提交的、申請號為2012-231114的日本專利申請的優先權，其全部內容通過參考引入此處。
【技術領域】
[0002]本發明涉及通過改變轉動軸的轉動速度，抑制機床加工過程中產生的顫振的控制方法，還涉及機床。
【背景技術】
[0003]當機床進行切削工作時，如果工具或加工件具有低的剛性，偶爾會產生所謂的“顫振”。顫振的產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的波動，和相位延遲的產生導致的振動的增加引起的，所述相位延遲為一次轉動之前在加工表面上產生的波動(振動)和由于電流切斷引起的振動之間的相位延遲。關于用于抑制顫振的技術，專利文獻I和專利文獻2提出了方法。專利文獻I和專利文獻2描述的技術改變了該轉動軸的轉動速度，以使輸入工具的力不規則，從而抑制顫振。專利文獻I和2公開了一種裝置，當該轉動軸的轉動速度變化時，該裝置通過設定可變振幅和可變的周期抑制顫振。
[0004]引用列表
專利文獻 I:JP 49-105277 A 專利文獻2 JP 61-3522 U。

【發明內容】

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

【附圖說明】
[0012]參考附圖，下面將詳細描述本發明的優選實施例，其中:
圖1為本發明實施例的數控車床的結構示意圖；
圖2為轉動軸的轉動速度波動例子的示意圖；
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。
【具體實施方式】
[0013]參考附圖，描述本發明的實施例。圖1為本發明實施例的數控車床的結構示意圖。機頭架(headst0Ck)7軸向和轉動地支撐主軸I，該主軸I通過夾頭2和棘爪3夾持工件4。由該主軸1、轉子6b、該夾頭2、該棘爪3及該工件4構成的轉動主體由電機6驅動而轉動，該電機包括安裝至該機頭架7上的定子6a，和安裝至該主軸I上的轉子6b。用于檢測該主軸I的轉動速度的編碼器5安裝子該機頭架7上。轉動軸控制單元8連接至該電機6和該編碼器5,數控裝置9為該轉動軸控制單元8指示該轉動速度。該轉動單元8保持監控通過編碼器5檢測的該主軸I的轉動速度，并調整施加至該電機6上的輸入電流，以根據數控裝置9指示的轉動速度轉動該轉動主體。
[0014]該數控裝置9與用于存儲程序等的存儲單元11連接，并與輸入/輸出單元10連接，該輸入/輸出單元10用于通過監控器或類似物輸出，或用于通過鍵盤或類似物輸入。該數控裝置9通過在所述工件4的轉動軸方向和/或徑向移動未示出的工具，同時根據該存儲單元11中存儲的加工程序轉動該主軸I進行切削工作。此外，該數控裝置9被輸入來自輸入/輸出單元10的該主軸I的轉動速度、可變振幅、和可變周期。因此，可以通過該數控裝置9和該轉動軸控制單元8在指定的可變振幅和可變周期下改變該主軸I的轉動速度，如圖2所示。
[0015]該慣性力矩可以通過輸入該定子6a的電流和該轉動主體的轉動速度的改變來測定。例如，當該數控裝置9將速度指令發送至該轉動軸控制單元8，以在一定轉動速度下轉動該轉動主體時，該轉動主體從停止狀態逐步增加速至指示的轉動速度。此時，慣性力矩J和該轉動主體的角加速度與該電機6的轉矩T的關系用表達式I表達。
[0016]T=J.α (I)
轉矩T與輸入電流I和取決于該電機的力矩常數k的關系可通過表達式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測試的該轉動速度的變化量計算，有該轉動軸控制單元8輸入的該輸入電流I是已知的。因此，該慣性力矩J可通過表達式I和表達式2計算得到。這種計算通過數控裝置9進行，且該計算得到的慣性力矩記錄在該數控裝置9的操作程序中。該編碼器5和計算該慣性力矩的該數控裝置9起到獲取單元的作用，用于獲取該轉動主體的慣性力矩。
[0018]參考圖3的流程圖，描述用于本實施例的數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單元11讀取至該數控裝置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，該過程前進至步驟S3，如果記錄了，該過程前進至S5。在步驟S3中，通過已知方法測定該轉動主體的慣性力矩。除了上述方法，例如還提出了一種方法，用于通過當該轉動主體加速或減速時，施加至該電機6的輸入電流，以及此時轉動速度的改變來測定慣性力矩的方法。
[0019]在步驟S4中，作為記錄裝置的該數控裝置9將步驟S3中測定的慣性力矩記錄至該數控裝置9內的加工程序。該記錄的加工程序的例子如圖4所示。當步驟S3中測定的慣性力矩為，例如0.5 kg* m2時，該數值“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，作為計算裝置的該數控裝置9通過表達式3、通過程序中記錄的慣性力矩和之前存儲于該存儲單元11中的電機6的最大輸入功率測定當該轉動速度變化時，可變振幅和可變周期的極限。在表達式3中，Q為轉動速度可變振幅(％)，R為轉動速度可變周期(秒)，S為主軸轉動速度(mirT1)，P為電機的最大輸入功率(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系是基本表達式，它可以表示為圖表，或者是在步驟S6中的輸入/輸出單元10的檢測器上的顯示的數值的代表值。
[0021]在步驟S4中，該慣性力矩被記錄在該數控裝置9的加工程序中。通過存儲該加工程序，記錄該慣性力矩的該加工程序存儲在該存儲單元11中。從這點出發，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測定的慣性力矩可以記錄在該加工程序中，沒有必要進行相同的操作，以測定當加工相同工件時的慣性力矩，并且可容易地計算該轉動速度的變化極限。因此，可以在不破壞電機時抑制顫振。
[0023]在步驟S4中，記錄該轉動主體的慣性力矩，但是通過減去該機床的轉動部分的慣性力矩獲得的慣性力矩可以被記錄。也就是說，該數控車床所固有的主軸I和轉子6b的慣性力矩之前存儲于該存儲單元11中，且從測定的所述轉動主體的慣性力矩中減去該存儲值，以記錄結果。因此，使用另一個數控車床進行加工時，該加工程序中記錄的慣性力矩可簡單的添加至該數控車床固有的主軸和轉子的慣性力矩，以測定該轉動主體的慣性力矩。因此，只需將另一個數控車床移動至合適位置，并使用一組的工件和加工程序，可以省略測定慣性力矩的操作，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測量慣性力矩的方法，但是它也能夠在每個步驟中測量慣性力矩，并將結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，例如在相應的加工步驟，如用于外部形狀的粗加工步驟和用于內徑的精加工步驟中，測量慣性力矩，并在加工步驟之間的斷點記錄下來。因此，可以獲得適用于相應步驟的慣性力矩。該獲得的值可用于計算相應步驟中，該轉動速度最佳的可變振幅和可變周期。
[0025]上面描述了在轉動該工件時進行切削工作的數控車床的例子，但是本發明還可以應用至其他機床，例如在轉動工具時進行切削工作的加工中心。
【權利要求】
1.用于抑制機床顫振的顫振抑制方法，該機床根據存儲于存儲單元中的加工程序，通過轉動包括加工件或工具的轉動主體來進行切削工作，所述方法包括: 慣性力矩獲取步驟，用于獲取所述轉動主體的慣性力矩； 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 計算步驟，用于在所述轉動主體的轉動速度變化、以抑制顫振時，根據記錄在所述加工程序中的表示慣性力矩的值和用于轉動所述轉動主體的電機的最大輸入功率來計算可變振幅和可變周期。
2.根據權利要求1所述的顫振抑制方法，其特征在于，從獲取的所述轉動主體的慣性力矩中減去此前存儲的所述機床的轉動部分的慣性力矩，獲得一個值，將該值記錄至所述加工程序中，作為表示慣性力矩的值。
3.根據權利要求1所述的顫振抑制方法，其特征在于， 當由所述加工程序指示在多個單獨步驟中操作所述工件時， 在所述獲取步驟中，針對各相應步驟獲取所述轉動主體的慣性力矩；和 針對相應步驟獲取的、表示所述轉動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，用于相應的步驟。
4.用于進行切削工作的機床，該機床根據存儲于存儲單元中的加工程序，通過轉動包括加工件或工具的轉動主體來進行切削工作，所述機床包括: 慣性力矩獲取單元，用于獲取所述轉動主體的慣性力矩； 記錄單元，用于當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 計算單元，用于在所述轉動主體的轉動速度變化、以抑制顫振時，根據記錄在所述加工程序中的慣性力矩和用于轉動所述轉動主體的電機的最大輸入功率來計算可變振幅和可變周期。
【文檔編號】B23Q15/12GK103769945SQ201310475810
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2012年10月18日
【發明者】吉野清, 水上裕登, 加藤隆幸, 伊藤范佳, 西寺信希 申請人:大隈株式會社