本發明屬于數控車床加工技術領域，具體涉及一種消除共振的裝置及數控車床。

背景技術：

數控車床是一種高精度、高效率的自動化車床，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件。車床在加工時，或多或少都會出現共振現象，車床加工產生的共振現象會造成產品表面凸凹不平，刀具磨損加速等，嚴重影響加工效率和產品質量。因此，如何消除車床在加工過程中的共振現象，成為了業內人員極大關注的問題。目前，針對車床在加工過程中的共振現象，大多采用以下方式：第一種，大幅降低切削速度，雖然減緩了共振現象，但是效果有限，同時還會嚴重影響加工效率。第二種，加強加工鋼性，采用專門設計的夾具和刀具，由于采用的夾具和刀具需要專門設計，對于非批量加工而言，增加了成本，性價比不高，且效果有限。如何消除車床在加工過程中產生的共振想象，一直是令人頭痛的大難題，目前還沒有較為滿意的解決技術方案。

技術實現要素：

鑒于此，本發明的目的在于提供一種消除共振的裝置及數控車床，以有效地改善上述問題。

本發明的實施例是這樣實現的：

本發明實施例提供了一種消除共振的裝置，應用于數控車床，所述數控車床包括：電機和主軸，所述電機和所述主軸傳動連接。所述裝置包括：信號發生器，所述信號發生器與所述電機耦合，用于根據預設規則發送信號去控制所述電機不間斷的變速轉動，以實現所述主軸的不間斷變速輸出。

在本發明較佳的實施例中，所述信號發生器發送的所述信號包括：不間斷交替變化的第一信號和第二信號，所述第一信號用于使所述電機的轉速增大，所述第二信號用于使所述電機的轉速減小。

在本發明較佳的實施例中，所述信號發生器為處理器、控制系統和電機驅動器，所述處理器與所述控制系統耦合，所述控制系統與所述電機驅動器耦合，所述電機驅動器與所述電機耦合。

在本發明較佳的實施例中，所述信號發生器為智能開關、控制系統和電機驅動器，所述智能開關與所述控制系統耦合，所述控制系統與所述電機驅動器耦合，所述電機驅動器與所述電機耦合。

在本發明較佳的實施例中，所述信號發生器為變頻器、控制系統和電機驅動器，所述控制系統與所述電機驅動器耦合，所述電機驅動器和所述變頻器均與所述電機耦合。

在本發明較佳的實施例中，所述第一信號的振幅與所述第二信號的振幅滿足預設關系，以使所述電機的轉速減小的幅度與所述電機的轉速增大的幅度相匹配。

在本發明較佳的實施例中，所述第一信號的振幅為第一閾值，用于使所述電機的轉速與所述電機初始轉速相比減小的幅度為a，所述a選自5－20％。

在本發明較佳的實施例中，所述a為10％。

本發明實施例還提供了一種數控車床，包括：電機、主軸和上述的消除共振的裝置，所述裝置中的信號發生器與所述電機耦合，所述電機和所述主軸傳動連接。

在本發明較佳的實施例中，所述電機為主軸電機。

本發明實施例提供了一種消除共振的裝置及數控車床。該消除共振的裝置應用于數控車床，所述數控車床包括：電機和主軸，所述電機和所述主軸傳動連接。所述裝置包括：信號發生器，所述信號發生器與所述電機耦合。電機作為車床加工過程中的核心元器件之一，其轉速的大小，直接影響加工的效果與效率等，同時，其轉速的大小也與車床加工時的震動強度息息相關。因此，要想消除車床加工過程中的共振現象，就不得不考慮如何改變電機的轉速等因素。通常，車床加工都是維持一個固定轉速加工，這就造成加工共振不斷加強，當共振強度積累到超過加工工件的剛性時，就會造成產品表面凸凹不平，會對產品質量造成嚴重影響。因此，本發明的原理是使車床加工時電機轉速不停變化，避免同一頻率震動的持續累積加強而出現的共振現象的問題。進一步的，該信號發生器可以根據預設規則去控制所述電機不間斷的變速轉動，以實現所述主軸的不間斷變速輸出，從而有效的消除了車床加工過程中的共振現象，避免了車床加工產生的共振現象會造成產品表面凸凹不平，刀具磨損加速等等問題，提高了加工效率和產品質量。本發明具備：消除共振效果顯著、結構簡單、成本低廉、適用性強、性能優等諸多優點。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明實施例而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。

圖1示出了本發明實施例提供的一種數控車床的結構框圖。

圖2示出了本發明實施例提供的圖2中的主軸轉動時的震動頻率示意圖。

圖3示出了本發明實施例提供的一種數控車床中的主軸實現不間斷變速輸出的原理圖。

圖4示出了本發明第一實施例提供的一種消除共振的裝置的結構框圖。

圖5示出了本發明第二實施例提供的一種消除共振的裝置的結構框圖。

圖6示出了本發明第三實施例提供的一種消除共振的裝置的結構框圖。

圖標：10a－消除共振的裝置；10b－消除共振的裝置；10c－消除共振的裝置；11a－信號發生器；11b－信號發生器；11c－信號發生器；111a－處理器；112a－控制系統；113a－電機驅動器；111b－智能開關；112b－控制系統；113b－電機驅動器；111c－變頻器；112c－控制系統；113c－電機驅動器；30－數控車床；31－電機；33－主軸。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”、“耦合”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明實施例提供了一種數控車床30，如圖1所示。該數控車床30包括：電機31、主軸33和消除共振的裝置。

所述電機31與所述主軸33傳動連接，用于驅動主軸33轉動。所述電機31可以是目前數控車床30中常使用的電機，于本實施例中，優選地，所述電機31可以為交流電機，例如，可以是交流電機中的主軸電機。

電機31作為車床加工過程中的核心元器件之一，其轉速的大小，直接影響加工的效果與效率等，同時，其轉速的大小也與車床加工時的震動強度息息相關。因此，要想消除車床加工過程中的共振現象，就不得不考慮如何改變電機31的轉速等因素。

所述消除共振的裝置包括：信號發生器，所述信號發生器與所述電機31耦合，用于根據預設規則發送信號去控制所述電機31不間斷的變速轉動，以實現所述主軸33的不間斷變速輸出。通過改變電機31的轉速，進而改變主軸33的轉動速度，從而可以消除車床加工過程中的共振想象。

其中，上述的根據預設規則發送信號是指，根據使用者為了滿足或達到車床加工工件的實際需求而預先設立的規則發送信號，例如，可以是不間斷的交替發送第一信號和第二信號。其中，所述第一信號用于使所述電機31的轉速增大，所述第二信號用于使所述電機31的轉速減小。這樣通過不間斷的交替改變電機31的轉速，便可以很好的消除電機31的共振現象，如圖2所示。

其中，圖2中的a所表示的是：較高轉速時，主軸33的震動頻率；圖2中的b所表示的是：較低轉速時，主軸33的震動頻率；圖2中的c所表示的是：較高轉速和較低轉速不間斷交替變化時，主軸33的震動頻率。從圖中，不難發現，當主軸33不間斷變速輸出時，即電機31不間斷的變速轉動時，其主軸33的震動頻率相互干擾抵消，如圖2中的圖形c所示。

其中，較高轉速和較低轉速是相對的，例如，高于正常轉速時，便為較高轉速，低于正常轉速時，便為較低轉速。例如，正常轉速為每分鐘100轉，則高于每分鐘100轉的轉速便為較高轉速，低于每分鐘100轉的轉速便為較低轉速。

其中，需要說明的是，上述中的數值100，僅僅是為了便于理解而舉的例子而已，因此，并不能理解成是對本發明的限制。電機31的實際轉速應根據實際實用情況來定，因此，不作限制。

其中，以圖3為例對所述主軸33不間斷變速輸出的原理進行簡要說明。所述電機31根據第一轉速信號進行轉動，其對應的轉速為第一轉速，此時主軸33的轉速也可以視為第一轉速(其中，忽略傳動過程中的能量損耗)；所述電機31根據第二轉速信號進行轉動，其對應的轉速為第二轉速，此時主軸33的轉速也可以視為第二轉速(其中，忽略傳動過程中的能量損耗)。由于第一轉速與第二轉速不同，便可以使主軸33變速輸出。其中，若第一轉速信號和第二轉速信號不間斷的交替發送，便可以不間斷的交替改變電機31的轉速，從而使主軸33不間斷變速輸出，便可以很好的消除共振現象。

第一實施例

作為第一種實施方式，應用于上述的數控車床30中的消除共振的裝置10a，如圖4所示。所述消除共振的裝置10a包括：信號發生器11a，其中，所述信號發生器11a為：處理器111a、控制系統112a和電機驅動器113a。

其中，所述處理器111a與所述控制系統112a耦合，用于向控制系統112a發送用于改變電機31轉速的信號。于本實施例中，優選地，所述信號包括：不間斷交替變化的第一信號和第二信號，所述第一信號用于使所述電機31的轉速增大，所述第二信號用于使所述電機31的轉速減小。

其中，上述的處理器111a可以是一種具備信號處理能力的芯片，例如，可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，cpu)、網絡處理器(networkprocessor，np)等；還可以是數字信號處理器(digitalsignalprocessing，dsp)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、現成可編程門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。其中，通用處理器可以是微處理器或者也可以是任何常規的處理器等。于本實施例中，優選地，該處理器111a可以是stm32系列的處理器，而該型號的處理器能夠被人們所購買和使用，其具體的使用方式必然已被公眾所熟知，例如，具體如何設置各引腳的功能、如何設置各引腳與其他設備的連接等。

其中，為了更好的消除車床加工過程中的共振現象，于本實施例中，優選地，所述第一信號的振幅與所述第二信號的振幅滿足預設關系，以使所述電機31的轉速減小的幅度與所述電機31的轉速增大的幅度相匹配。例如，電機31初始轉速為每分鐘500轉，第一信號作用后，電機31的轉速變為每分鐘600轉，則與初始轉速相比，增加的幅度為100轉，第二信號作用后，電機31的轉速為每分鐘400轉，則與初始轉速相比，減小的幅度為100轉。也就是說，電機31的轉速減小的幅度與所述電機31的轉速增大的幅度相匹配。

其中，預設關系是指為了滿足所述電機31的轉速減小的幅度與所述電機31的轉速增大的幅度相匹配的條件下，所述第一信號的振幅與所述第二信號的振幅須滿足的關系。其中，該預設關系，應根據實際加工需求來設定。

通常，車床在加工工件時，其電機31的轉速是根據實際加工需求來設定的，若增加的幅度過大或/和減小的幅度過大，均會影響工件的加工效果。因此，為了更好的滿足加工需求，于本實施例中，優選地，所述第一信號的振幅為第一閾值，用于使所述電機31的轉速與所述電機31初始轉速相比減小的幅度為a，所述a選自5－20％。例如，電機31初始轉速為每分鐘100轉，第一信號作用后，電機31的轉速變為，每分鐘105－120轉，第二信號作用后，所述電機31的轉速變為每分鐘80－95轉。即電機31的轉速與所述電機31初始轉速相比增加或減小的幅度應在5－20％之間，例如，可以是5％、6％、7％、8％、……、18％、19％、20％，即只要滿足5－20％之間的任意數值即可。于本實施例中，優選，電機31的轉速與所述電機31初始轉速相比增加或減小的幅度為10％，即a為10％。

其中，上述中的第一閾值是指為了滿足所述電機31的轉速與所述電機31初始轉速相比減小的幅度為a，所述a選自5－20％的條件下，所述第一信號的振幅須滿足的關系。其中，該第一信號的振幅，應根據實際加工需求來設定。

所述控制系統112a分別與處理器111a和所述電機驅動器113a耦合，用于控制電機31的轉速，進一步的，所述控制系統112a向電機驅動器113a發送轉速指令，以使電機31按照控制系統112a發送的轉速指令進行運作。所述控制系統112a可以是數控車床30中常使用的控制系統112a，于本實施例中，優選地，所述控制系統112a為計算機數字化控制系統(computerizednumericalcontrol，cnc)系統。該控制系統112a能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，通過計算機將其譯碼，從而使車床執行規定好了的動作，通過刀具切削將毛坯料加工成半成品成品零件。

其中，應當理解的是，上述中的處理器111a可以是集成于控制系統112a中的處理器111a，即，處理器111a可以是使用控制系統112a中的處理器111a來實現，無需額外的處理器111a；也可以是控制系統112a之外的另一個單獨的處理器111a，在此不作，進一步限定。

所述電機驅動器113a分別與所述控制系統112a和所述電機31耦合。用于根據控制系統112a發送的電機31轉速指令去控制電機31進行相應的轉動。電機驅動器113a作為一種根據控制器來驅動電機31的運動的元器件，主要用來調速、調扭矩、調轉向等，同時還具備保護功能，例如，具備過電壓、過電流、過熱、欠壓等保護功能。所述的電機驅動器113a可以是數控車床30中常使用的用于驅動電機31的驅動器，于本實施例中，優選地，所述電機驅動器113a可以是交流伺服驅動器。

第二實施例

作為第二種實施方式，應用于上述的數控車床30中的消除共振的裝置10b，如圖5所示。所述消除共振的裝置10b包括：信號發生器11b，其中，所述信號發生器11b為：智能開關111b、控制系統112b和電機驅動器113a。

其中，該實施例提供的消除共振的裝置10b與第一實施例相比，其不同之處在于，信號發生器11b不同，進一步，如圖5所示。

所述智能開關111b與所述控制系統112b耦合，用于向控制系統112b發送控制信號，所述控制系統112b接收到所述智能開關111b發送的控制信號后，對該控制信號進行處理，例如，經過解碼、比對等處理后，識別出該控制信號，并將與該控制信號相對應信號發送給電機驅動器113b去控制電機31按照預設規則轉動。例如，所述控制信號包括：根據預設時間間隔交替變化的第一控制信號和第二控制信號。控制系統112b接收到第一控制信號和第二控制信號后，對該控制信號進行處理，識別出該信號，并將與第一控制信號相對應的預設的第一信號和與第二控制信號相對應的預設的第二信號發送給電機驅動器113b，從而實現電機31不間斷的變速轉動，其中，所述第一信號用于使所述電機31的轉速增大，所述第二信號用于使所述電機31的轉速減小。所述智能開關111b可以是具備硬件可編程能力的開關，例如，plc可編程開關。或者，所述智能開關111b也可以是具備記憶或循環功能的元器件，例如，可以是延時循環時間繼電器等。例如，可以是dh48s－s系列、st3pr系列、zys11系列等型號的延時循環時間繼電器。

其中，上述中的預設時間間隔應根據實際使用需求來設定，例如，車床在加工對加工精度不是特別高的工件時，可以將預設時間間隔設置為稍長一些，例如，5－10秒。車床在加工對加工精度要求特別高的工件時，可以將預設時間間隔設置為稍短一些，例如，1－3秒等。例如，智能開關111b向控制系統112b發送第一控制信號，經過5秒的時間間隔后，智能開關111b又向控制系統112b發送第二控制信號，在經過5秒的時間間隔后，智能開關111b又向控制系統112b發送第一控制信號……如此反復，不間斷的交替發送第一控制信號和第二控制信號。

其中，第一控制信號與第二控制信號之間的時間間隔還可以不是相等的，例如，智能開關111b向控制系統112b發送第一控制信號，經過1秒的時間間隔后，智能開關111b又向控制系統112b發送第二控制信號，再經過2秒的時間間隔后，智能開關111b又向控制系統112b發送第一控制信號，再經過3秒的時間間隔后，智能開關111b又向控制系統112b發送第二控制信號……如此反復，不間斷的交替發送第一控制信號和第二控制信號。

其中，應當理解的是，上述中列舉的預設時間間隔，例如，1－3秒、5－10秒等，僅僅是為了便于理解而舉的例子，具體的時間間隔，應根據實際實用需求來設定，因此并不能理解成是對本發明的限制。

其中，控制信號可以為一個電平信號，例如高電平或低電平。低電平表示電壓值低于第一數值的電壓，第一數值為行業內的一個常用數值。例如，一般對于ttl電路來說，第一數值為0.0v－0.4v，而對于cmos電路來說，第一數值為0.0－0.1v。本發明實施例中，優選地，第一數值為0v，即低電平為0v。高電平表示電壓值高于第二數值的電壓，第二數值為行業內的一個常用數值。例如，一般對于ttl電路來說，第二數值為2.4v－5.0v，而對于cmos電路來說，第二數值為4.99－5.0v。本發明實施例中，優選地，第二數值為3.3v，即高電平為3.3v。

其中，“控制系統112b將與第一控制信號相對應的預設的第一信號和與第二控制信號相對應的預設的第二信號發送給電機驅動器113b”中的預設的第一信號和第二信號，是使用者根據實際加工需求，預先設定的滿足加工需求的規則等。

其中，所述控制系統112b與第一實施例提供的消除共振的裝置10a中的控制系統112a相同，所述電機驅動器113b與第一實施例提供的消除共振的裝置10a中的電機驅動器113a相同，為了避免累贅，此處不再對控制系統112b和電機驅動器113b進行說明。其中，需要說明的是，該控制系統112b分別與所述智能開關111b和所述電機驅動器113b耦合。

第三實施例

作為第三種實施方式，應用于上述的數控車床30中的消除共振的裝置10c，如圖6所示。所述消除共振的裝置10c包括：信號發生器11c，其中，所述信號發生器11c為：變頻器111c、控制系統112c和電機驅動器113c。

其中，該實施例提供的消除共振的裝置10c與第一實施例相比，其不同之處在于，信號發生器11c不同，進一步，如圖6所示。

所述變頻器111c與所述電機31耦合，用于在電機驅動器113c正常驅動電機31的基礎上，根據預設規則去增加或/和降低電機31的轉速。優選地，所述變頻器111c可以根據預設規則去改變電機31工作電源的電壓或/和頻率，進而去改變電機31的轉速，以實現所述主軸33的不間斷變速輸出。變頻器111c作為一種通過改變電機31工作電源的電壓或/和頻率等方式來控制交流電動機的電力控制設備。所述變頻器111c可以是目前市面上常使用的變頻器111c。例如，可以是6se64系列、g11s系列等型號的變頻器111c。

例如，變頻器111c不間斷的交替發送與電機31工作電源相關的第一信號和第二信號，去增加或/和降低電機31的轉速，以實現所述主軸33的不間斷變速輸出。其中，第一信號和第二信號是按照預設規則發送的，例如，可以是不間斷的交替發送第一信號和第二信號。所述第一信號的振幅與所述第二信號的振幅滿足預設關系，以使所述電機31的轉速減小的幅度與所述電機31的轉速增大的幅度相匹配。

其中，該預設關系是指為了滿足所述電機31的轉速減小的幅度與所述電機31的轉速增大的幅度相匹配的條件下，所述第一信號的振幅與所述第二信號的振幅須滿足的關系。其中，該預設關系，應根據實際加工需求來設定。

其中，所述控制系統112c與第一實施例提供的消除共振的裝置10a中的控制系統112a相同，所述電機驅動器113c與第一實施例提供的消除共振的裝置10a中的電機驅動器113a相同，為了避免累贅，此處不再對控制系統112c和電機驅動器113c進行說明。

其中，需要說明的是，所述控制系統112c向電機驅動器113c發送轉速指令，以使電機31按照控制系統112c發送的轉速指令進行運轉，例如，以每分鐘500轉的速度運轉，然后通過變頻器111c來改變電機31的轉速，以實現所述主軸33的不間斷變速輸出。

例如，以600、400、600、400……的方式轉動，即，電機31以每分鐘600轉的速度轉動、電機31以每分鐘400轉的速度轉動、電機31以每分鐘600轉的速度轉動、電機31以每分鐘400轉的速度轉動……。其時間間隔可以是相等的，例如，電機31以每分鐘600轉的速度轉動，經過5秒后，電機31以每分鐘400轉的速度轉動，再經過5秒后，電機31以每分鐘600轉的速度轉動，再經過5秒后，電機31以每分鐘400轉的速度轉動……。其時間間隔也可以是不相等的，例如，電機31以每分鐘600轉的速度轉動，經過1秒后，電機31以每分鐘400轉的速度轉動，再經過2秒后，電機31以每分鐘600轉的速度轉動，再經過3秒后，電機31以每分鐘400轉的速度轉動……。

其中，應該理解的是，上述中的500、400、600等數字示意，僅僅是為了便于理解而舉的例子而已，并不能理解成是對本發明的限制。

綜上所述，本發明實施例提供了一種消除共振的裝置及數控車床。該消除共振的裝置應用于數控車床，所述數控車床包括：電機和主軸，所述電機和所述主軸傳動連接。所述裝置包括：信號發生器，所述信號發生器與所述電機耦合。其中，作為第一種實施方式，所述信號發生器可以為：處理器、控制系統和電機驅動器。作為第二種實施方式，所述信號發生器可以為：智能開關、控制系統和電機驅動器。作為第三種實施方式，所述信號發生器可以為：變頻器、控制系統和電機驅動器。但無論信號發生器為何種實施方式，均可以是根據預設規則去控制所述電機不間斷的變速轉動，以實現所述主軸的不間斷變速輸出，從而有效的消除了車床加工過程中的共振現象，避免了車床加工產生的共振現象會造成產品表面凸凹不平，刀具磨損加速等等問題，提高了加工效率和產品質量。本發明具備：消除共振效果顯著、結構簡單、成本低廉、適用性強、性能優等諸多優點。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。