CN100408264C - 机床及用于计算在机床中的平衡器的安装位置的方法 - Google Patents

Abstract

机床及用于计算机床中的平衡器的安装位置的方法。当使转台旋转时，多任务设备的主控制部基于由伺服系统计算的位置偏差的波动，来检测其上安装有加工件的转台的振动。主控制部例如基于所检测的振动、加工件的质量、以及转台的转速来计算加工件相对于转台的装配位置(偏心量和偏心角)。主控制部基于所计算的加工件的装配位置来计算平衡器相对于转台的安装位置。从而可以容易地获得振动抑制平衡器相对于转台的合适的安装位置。

Description

机床及用于计算在机床中的平衡器的安装位置的方法

技术领域

本发明涉及一种配备有转台的机床，以及用于计算平衡器相对于转台的安装位置的方法。

背景技术

将配备有转台的典型机床设计为使得转台线性前后移动并且旋转。例如通过设置在刀架上的刀具来切割安装在转台上的加工件。

根据转台上的加工件或模具的安装状态，会在转台上引起旋转不平衡。如果引起了这种旋转不平衡，则转台会振动。当在这种状态中执行车削加工处理时，加工件会变得有缺陷。在某些情况下，转台会损坏或加工件可能与转台相脱离。

因此，可以在转台上提供用于检测转台振动的振动检测器。在这种情况下，当转台由于旋转不平衡而引起振动时，操作人员会收到状态通知。然而，由于通知操作人员状态并不会消除旋转不平衡，因此并不会从根本上解决由旋转不平衡所引发的问题。

日本未审特开2002-28858号公报公开了一种使配备有旋转刀具的刀架相对于加工件前后移动的机床。该机床包括：控制线性电机的伺服系统，该线性电机相对于加工件前后移动刀架；以及，扰动预测装置，其用于预测由旋转刀具的旋转不平衡导致的作用在伺服系统上的扰动。控制伺服系统以对由扰动预测装置预测的扰动的影响进行补偿。

更具体地，基于从伺服系统的速度反馈回路输出的电流命令值、和从用于检测刀架位置的位置检测器输出的位置反馈值，对由旋转刀具的旋转不平衡导致的作用在伺服系统上的扰动进行预测。根据所预测的扰动，对输入伺服系统的电流反馈回路的电流命令值进行校正，从而补偿所述扰动的影响。结果，抑制了由旋转刀具的旋转不平衡引起的研磨头的速度波动，这改善了加工件的加工精确度。

然而，在上述公报中公开的技术用于抑制研磨头的速度波动，而不会消除旋转刀具的旋转不平衡。因此，即使将上述公报中公开的技术应用于装备有转台的机床，也不会抑制转台的旋转不平衡，也不可能解决诸如转台损坏或加工件脱离的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的是容易地实现振动抑制平衡器相对于转台的合适的安装位置。

为了实现上述和其它的目的并且根据本发明的目的，提供一种用于计算平衡器相对于机床转台的安装位置的方法。该方法包括：当使其上安装有物体的转台旋转时检测转台的振动；根据检测到的振动、所安装物体的质量、以及表示转台旋转状态的物理量来计算所安装物体相对于转台的装配位置；以及根据所计算的所安装物体的装配位置来计算平衡器相对于转台的安装位置。

本发明还提供了一种机床，其包括其上安装有物体的转台、振动检测部、装配位置计算部、以及安装位置计算部。所述振动检测部在其上安装有物体的转台旋转期间对转台的振动进行检测。装配位置计算部基于所检测的振动、所安装的物体的质量以及表示转台的旋转状态的物理量来计算所安装物体相对于转台的装配位置。安装位置计算部基于所计算的所安装物体的装配位置来计算平衡器相对于转台的安装位置。

本发明还提供了另一种机床，其包括转台、旋转装置、移动装置、控制部和振动检测部。旋转驱动装置使转台旋转。移动装置沿着预定的移动方向来移动转台。控制部控制移动装置并且构成伺服系统，所述伺服系统包括位置反馈回路。振动检测部基于输入到位置反馈回路中的输入值来检测旋转中的转台的振动。

通过下面结合附图以示例方式示出的对本发明原理的示例性描述中，本发明的其它方面和优点将变得明确。

附图说明

通过参照下面结合附图给出的对优选实施例的描述，可以更好地理解本发明及其目的和优点，其中：

图1是示出了根据本发明第一实施例的多任务设备的示意性立体图；

图2是表示图1的多任务设备的加工控制装置的电气结构的框图；

图3是表示X轴控制部的框图；

图4是示出了X轴驱动电机、加工件主轴电机以及与其控制相关的组件的示意图；

图5是表示用于检测转台振动的过程的流程图；

图6是表示转台和转台上的加工件的说明图；

图7(a)是旋转编码器的脉冲计数器的说明图；

图7(b)是在X轴方向中的位置偏差(droop)的说明图；

图8是用于解释第一阈值和第二阈值的曲线图；

图9(a)是表示在转台的转速和转台的振动振幅之间的关系的图形；

图9(b)是表示在转台的转速和在X轴方向中的位置偏差之间的关系的曲线图；

图10(a)是表示作用在转台上的离心力与转台的振动振幅之间的关系的曲线图；

图10(b)是表示作用在转台的离心力与在X轴方向上的位置偏差之间的关系的曲线图；

图11是表示在X轴方向上的位置偏差与转台的振动振幅之间的关系的曲线图；

图12是表示在X轴方向上的位置偏差与作用在转台上的离心力之间的关系的曲线图；

图13是示出了转台的平面图；

图14(a)和图14(b)是示出了平衡器相对于转台安装装配的剖面图；

图15(a)是表示将转台设置在停止旋转阶段位置处的状态的说明图；

图15(b)是表示平衡器安装位置面对操作区的状态的说明图；

图16是表示平衡器安装位置的说明图；

图17(a)是表示加工件与平衡器之间平衡的说明图；

图17(b)是表示理想的安装角(θ+π)与最接近于该理想安装角(θ+π)的平衡器安装位置P_m的装配角α_m之间的差β的说明图；

图18是表示显示画面的说明图；

图19是表示根据本发明第二实施例的加工件与平衡器之间的平衡的说明图；以及

图20是示出了根据第二实施例的显示画面的说明图。

具体实施方式

现在将参照图1到18来描述本发明的第一实施例。

多任务设备10包括如图1所示的底座12。沿着X轴在底座12的上表面上延伸有相互平行的X轴线性导轨14(图中为2个)。在X轴线性导轨14上设置有加工件支撑装置20。加工件支撑装置20包括底部22。底部22由X轴线性导轨14来引导，并且可沿着预定的移动方向(即X轴)移动。

在底部22的下表面上设置有螺母23(参见图4)，而且该螺母23拧在设置在底座12上的滚珠丝杠16上。当通过设置在底座12上的X轴驱动电机Mx选择性地使滚球丝杠16正反旋转时，底部22沿着X轴前后移动或往复运动。所述X轴驱动电机Mx用作为移动装置。

在底部22上设置有盘状的转台30，该转台30可以绕与Z轴平行的C轴旋转。如图4所示，底部22具有旋转驱动装置，该装置在第一实施例中是用于使转台30旋转的加工件主轴电机M_ws。转台30的上表面形成在其上安装加工件W的加工件安装面32。如图4和13所示，将模具34安装在加工件安装面32上。各个模具34沿着多对引导槽中的一对往复运动，该引导槽从转台30的旋转中心(C轴)基本上呈径向地延伸，并且可利用固定装置固定到加工件安装面32上，这里没有示出。模具34可拆装地将加工件W保持在加工件安装面32上。加工件W和模具34相当于安装在转台30上的所安装物体。

如图13、14(a)和14(b)所示，在加工件安装面32上形成有从转台30的旋转中心(C轴)径向延伸的平衡器安装槽36。安装槽36相对于预先在转台30上定义的基准方向位置Px(基准角位置)分别具有不同的装配角α(参见图13)。基准方向位置Px是在转台30上的沿圆周方向的用作基准的一个特定角位置。各个安装槽36用作平衡器安装部。将安装槽36形成在加工件安装面32上，并且该安装槽36还在转台30的周面上是开口的。各个安装槽36具有如图14(a)和14(b)所示的倒T形剖面。各个安装槽36的下部(底部)宽而上部(开口侧)窄。

将用作安装元件的螺栓37的头部37a通过在转台30的周面上的开口插入到其中一个安装槽36。螺栓37可沿着安装槽36的纵向滑动。螺栓37的头部37a与形成在安装槽36的宽部与窄部之间形成的台阶36A相啮合。不能将螺栓37从在加工件安装面32上的开口取出。当螺栓37被插入到多个安装槽36中的一个时，螺栓37的末端从加工件安装面32伸出，且插入到形成在平衡器40中的通孔42中。将通孔42(图13中为两个)形成在平衡器40中。将螺栓37选择性地插入多个通孔42中的一个。在将平衡器40装配到插入在安装槽36中的螺栓37的情况下，螺栓37的末端从平衡器40伸出。螺母44可拆除地与螺栓37的末端螺纹联接。

如图1所示，在底座12上横跨X轴线性导轨14设置有门架式框柱50。沿着Z轴(即垂直方向)延伸的引导件(在第一实施例中为Z轴线性导轨54(在图1中为2个))位于框柱50的前表面。Z轴线性导轨54相互平行。在Z轴线性导轨54上设置有可沿着Z轴移动的鞍状件52。在鞍状件52的面向框柱50的表面上设置有一对螺母。该对螺母分别与设置在框柱50上的滚球丝杠(未示出)螺纹联接。当位于框柱50顶面上的一对Z轴驱动电机Mz使对应的滚球丝杠正反旋转时，鞍状件52将在Z轴方向上往复运动。

相互平行的Y轴线性导轨58(图1中为2个)沿着在鞍状件52的与框柱50相对的表面上的Y轴延伸。在Y轴线性导轨58上设置有头支承装置60。该头支承装置60由Y轴线性导轨58来引导，并且可沿着Y轴方向移动。在头支承装置60的面向鞍状件52的表面上布置有螺母(未示出)。这些螺母与设置在鞍状件52上的滚球丝杠59螺纹联接。当通过设置在鞍状件52上的Y轴驱动电机My使滚球丝杠59正反旋转时，头支承装置60沿着Y轴方向往复运动。

在头支承装置60的下部布置有以B轴(与Y轴相平行)为旋转中心的可绕枢轴旋转的刀具主轴头70。即，头支承装置60配备有B轴驱动电机Mb(参见图2)，并且B轴驱动电机Mb使旋转刀具主轴头70绕B轴旋转。刀具主轴头70配备有内置刀具主轴电机M_TS(参见图2)，而且该刀具主轴电机M_TS使主轴(未示出)旋转。车削用加工刀具可与刀具主轴头相装配。利用锁定机构(未示出)可将刀具主轴头70与安装到刀具主轴头70的加工刀具一起选择性地锁定到确定角度。

多任务设备10配备有CNC控制装置(如图2所示，在第一实施例中其作为加工控制装置)。如图2所示，加工控制装置100包括主控制部110(其是CPU)。主控制部110通过总线105与加工程序存储器120、系统程序存储器130、缓冲存储器140、加工控制部150、操作面板160(其包括键盘等)以及显示器170(其是液晶显示器)相连。主控制部110与位置控制部相对应，该位置控制部控制转台30在移动方向(在第一实施例中为X轴方向)上的位置。

主控制部110还通过总线105与X轴控制部200、Y轴控制部210、Z轴控制部220、B轴控制部230和加工件主轴控制部240相连。图2中仅示出了一组Z轴控制部220、驱动电路222以及Z轴驱动电机Mz。然而，实际上存在与图1所示的两个Z轴驱动电机Mz相对应的两组Z轴控制部220、驱动电路222和Z轴驱动电机Mz。各个控制部200、210、220、230、240根据来自主控制部110的命令，通过驱动电路202、212、222、232、242中的对应的一个来驱动电机Mx、My、Mz、Mb、Mws中的对应的一个。

将位置检测器(即旋转编码器204、214、224、234、244)分别安装到电机Mx、My、Mz、Mb、Mws中的对应的一个。各个旋转编码器将与相关联的电机的旋转量相对应的脉冲信号输出给控制部200、210、220、230、240中的对应的一个。脉冲信号用于生成用于对应电机的位置反馈信号或速度反馈信号。旋转编码器204对应于位置检测器，该位置检测器检测转台30在移动方向(即在X轴方向上)的位置。

当使转台30停止时，主控制部110根据存储在系统程序存储器130中的系统程序将用于在预定停止旋转相位处使转台30停止的控制信号输出给加工件主轴控制部240。加工件主轴控制部240控制加工件主轴电机Mws，以使转台30根据控制信号在停止旋转相位处停止。在第一实施例中，当转台30在停止旋转相位处停止时，定义在转台30上的基准方向位置Px与X轴相平行，并且与通过转台30的旋转中心(C轴)的线相对准。

现在将描述作为本发明特征结构的X轴控制部200。如图3所示，X轴控制部200包括速度检测部203、位置控制部205、速度控制部206、电流控制部207以及锁存部208。速度控制部203根据旋转编码器204的输出脉冲(位置反馈信号)产生速度反馈信号。位置控制部205根据来自主控制部110的位置命令和来自旋转编码器204的输出脉冲(位置反馈信号)来产生速度命令。来自主控制部110的位置命令表示转台30在X轴方向上的目标位置。来自旋转编码器204的输出脉冲表示转台30在X轴方向上的实际位置。将位置命令与位置反馈信号之间的差称为位置偏差，该位置偏差是通过使用减法器205a来计算的。如上所述，X轴控制部200构成包括位置反馈回路的伺服系统。该位置命令和位置反馈信号对应于输入到位置反馈回路的输入值。

速度控制部206生成电流命令，以使得速度命令与速度反馈信号之差变为0。如上所述，X轴控制部200包括速度反馈回路。电流控制部207产生电压命令，以使得电流命令与由电流检测部209检测的电流值之间的差变为0。电流检测部209(图2中未示出)检测从驱动电路202流入X轴驱动电机Mx的电流电平(电流值)。如上所述，X轴控制部200包括电流反馈回路。锁存部208对在任意给定时间计算的位置偏差进行锁存，并且将其输出给主控制部110。

图2中所示的Y轴控制部210、Z轴控制部220、B轴控制部230和加工件主轴控制部240与X轴控制部200的不同之处在于：它们不包括锁存部208。因此不再赘述。

图2所示的驱动电路202包括逆变器电路，其根据电压命令来产生实际施加给X轴驱动电机Mx的电压。由于驱动电路212、222、232、242具有与驱动电路202相同的配置，所以不再赘述。

如图2所示，主控制部110经由总线105与刀具主轴控制部250相连。刀具主轴控制部250从主控制部110接收主轴旋转命令，并且将主轴速度信号输出给驱动电路252。基于该主轴速度命令，驱动电路252使主轴电机M_TS以对应于主轴旋转命令的转速旋转，从而利用主轴使切割刀具旋转。

现在将描述用于对在具有上述结构的多任务设备10的转台30的旋转期间引起的振动进行检测的方法。

图5是表示用于检测转台30的振动的过程的流程图。图4示出了X轴驱动电机Mx、加工件主轴电机M_ws及与它们的控制相关的部件。例如，在执行存储在加工程序存储器120中的各种加工程序之前，由主控制部110根据存储在系统程序存储器130中的振动检测程序来执行图5中所示的振动检测过程。首先，利用模具34将加工件W保持在转台30上，并且不将平衡器40安装到转台30上。另外，底部22位于初始位置(在开始加工之前的原始位置)。

(步骤S10)

如图5所示，在步骤S10，X轴控制部200根据从主控制部110发送的关于X轴方向的位置命令来控制X轴驱动电机Mx，以使底部22从初始位置沿着X轴方向移动。然后，X轴控制部200基于来自旋转编码器204的输出脉冲执行位置反馈控制，并且确定底部22(转台30)是否已移动到对应于位置命令的位置。当底部22移动到对应于位置命令的位置时，X轴控制部200使底部22停止，并且控制X轴驱动电机Mx，使得底部22保持在该位置处。

即使转台30位于X轴方向上的与位置命令相对应的位置上，X轴控制部200也将继续计算位置偏差，该位置偏差是基于来自旋转编码器204的输出脉冲的位置反馈信号与该位置命令之差。如果转台30位于与该位置命令相对应的位置并且转台30不振动，则位置偏差为0。

(步骤S20)

接下来，在步骤S20，主控制部110将速度命令输出给加工件主轴控制部240，并且使转台30开始旋转。将该速度命令输出给加工件主轴控制部240，使得转台30以预定的目标转速进行旋转。加工件主轴控制部240基于该速度命令和来自旋转编码器244的输出脉冲，来对加工件主轴电机M_WS进行速度反馈控制。

(步骤S30)

在输出速度命令之后，主控制部110执行步骤S30的第一偏差监测处理，直到转台30达到目标转速为止。现在将描述在转台30的加速旋转期间执行的第一偏差监测处理。

如果当转台30停止在X轴方向的预定位置处时引起旋转不平衡，则会出现与转台30的转速和不平衡度相对应的振动。即，振动水平会根据作用于转台30上的离心力的水平而波动。振动表现为通过滚球丝杠16在X轴方向上位置偏差的波动。作用于转台30上的离心力与转台30上生成的振动的振幅相关，同时离心力与X轴方向的位置偏差相关。换句话说，振动的振幅与X轴方向上的位置偏差相关。因此，通过监测在X轴方向上的位置倾斜的波动量来检测转台30的振动。

图9(a)是表示在转台30的转速与转台30在X轴方向上的振动振幅之间的关系的曲线图。图9(a)示出了根据以下5个示例A到E转台30的振动振幅相对于转速的测量结果，在所述5个示例中加工件W沿径向偏离转台30旋转中心的偏心量从0到4mm以每次递增1mm的方式进行变化。图9(b)是表示在转台30的转速与转台30在X轴方向上的位置偏差之间的关系的曲线图。图9(b)示出了根据与图9(a)中的5个示例相同的5个示例A到E的转台30的位置偏差相对于转速的测量结果。

图10(a)是表示作用在转台30上的离心力与转台30在X轴方向上的振动振幅之间的关系的曲线图。该曲线根据图9(a)所示的测量结果而获得。图10(b)是表示作用在转台30上的离心力与转台30在X轴方向上的位置偏差之间的关系的曲线图；该曲线根据图9(b)所示的测量结果而获得。使用下面的等式来计算作用于转台30上的离心力。

离心力[kN]＝(π²·M·R·N²)/(9×10⁸)

在该等式中，M表示加工件W的质量[kg]，R表示加工件W偏离转台30的旋转中心(C轴)的偏心量[mm]，以及N表示转台30的转速[min^-1].

基于图10(a)和10(b)，由图11的曲线来表示在位置偏差与振动振幅之间的关系。如图11所示，由于位置偏差与振动振幅关系密切，所以通过对位置偏差进行监测能够对振动振幅的水平进行精确地估计。因此，在图5中的步骤S30的第一次偏差监测处理中，通过监测X轴方向上的位置偏差的波动来检测转台30的X轴方向上的振动的水平。

当由DX表示在X轴方向上的位置偏差时，位置偏差DX的值由于转台30振动而在正值与负值之间交替地变化。因此，在图5的步骤S30，主控制部110确定在给定时间从锁存部208输入的位置偏差的绝对值(|DX|)是小于还是等于预定的第一阈值γ1。将第一阈值γ1设定为大于第二阈值γ2(其将在下面进行描述)的一个值。即，使旋转转台30加速旋转直到转台30达到目标转速。在这种情况下，如图8所示，与以目标转速恒速地旋转转台30的情形相比，转台30的振动会更大。因此，在转台30的加速旋转期间执行的第一偏差监测处理中，将第一阈值γ1设定为相对大的值以增加可允许振幅的范围。在图8中，第一检测范围表示在利用第一阈值γ1来判断位置偏差的波动过程的时段。

在步骤S30，如果位置倾斜的绝对值(|DX|)小于或者等于第一阈值γ1，则主控制部110进入到步骤S40，而如果位置倾斜的绝对值(|DX|)大于第一阈值γ1，则主控制部110进入到步骤S70。

(步骤S40)

在步骤S40，主控制部110确定转台30的转速是否已经达到目标转速。基于来自旋转编码器244的输出脉冲来计算转台30的转速。如果转台30的转速没有达到目标转速，则主控制部110返回到步骤S30。如果转台30的转速已经达到目标转速，则主控制部110命令加工件主轴控制部240将转台30的转速保持为目标转速，然而进入到步骤S50。

(步骤S50)

在步骤S50，主控制部110执行第二检测偏差监测处理。第二偏差监测处理是这样一种处理，即当转台30以目标转速恒速地旋转时，对从X轴控制部200的锁存部208输出的位置偏差的波动进行监测的处理。如果位置偏差的绝对值(|DX|)小于或者等于第二阈值γ2(其小于第一阈值γ1)，则主控制部110进入到步骤S60，而如果位置倾斜的绝对值(|DX|)大于第二阈值γ2，则主控制部110进入到步骤S70。

(步骤S60)

在步骤S60，主控制部110确定在达到目标转速之后转台30的旋转次数是否已经达到预定的确定次数。所述确定次数例如可以是旋转几周。在图8中，第二检测范围表示在利用第二阈值γ2来判断位置偏差的波动的过程的时段。第二检测范围与转台30的旋转次数达到预定次数所需的时间相对应。

主控制部110包括脉冲计数器(未示出)，用于对来自旋转编码器244的输出脉冲进行计数。如图7(a)所示，脉冲计数器对在60/N期间输入的旋转编码器244的输出脉冲进行计数。当计数值达到预定数量h时，脉冲计数器将计数值重置为0并且重新进行计数。N表示转台30的转速[min^-1]。每当脉冲计数器对输出脉冲进行计数直到预定次数h时，主控制部110的旋转计数器(未示出)就将表示转台30旋转次数的计数值增加1。如果旋转计数器的计数值没有达到预定次数，则主控制部110将图5的步骤S60的判定结果确定为否，并且返回到步骤S30。如果旋转计数器的计数值已经达到了预定次数，则主控制部110确定步骤S60的判定结果为是，并且结束振动检测程序。

在图5中，如果已确定了步骤S60的判定结果为否，则主控制部110返回到步骤S30。但主控制部110也可以返回到步骤S50。

(步骤S70和S80)

如果在步骤S30中位置偏差的绝对值(|DX|)大于第一阈值γ1，或者如果在步骤S50中位置偏差的绝对值(|DX|)大于第二阈值γ2，则主控制部110进入到步骤S70。在步骤S70，主控制部110将停止控制信号输出给加工件主轴控制部240，以使转台30停止在停止旋转相位处。在接下来的步骤S80，主控制部110将告警信号输出给显示器170，以将异常通知给操作人员。从而，加工件主轴控制部240停止加工件主轴电机M_WS，并且将转台30停止在停止旋转相位处。显示器170同时显示告警，该告警例如表示已经停止转台30的旋转或者出现振动。停止控制信号和告警信号与指示转台30异常的信号相对应。

(步骤S90)

在接下来的步骤S90，主控制部110例如执行用于计算平衡器安装位置的过程。该计算过程包括偏心量R的计算、偏心角θ的计算、以及平衡器安装角(θ+π)的计算。如图6所示，偏心量R是加工件W从转台30的旋转中心径向位移的量。偏心角θ是加工件W在圆周方向上相对于基准方向位置Px的位移角。平衡器安装角(θ+π)是平衡器40在圆周方向上相对于转台30上的基准方向位置Px的安装位置角。偏心量R和偏心角θ表示加工件W相对于转台30的装配位置。

(偏心量R的计算)

现在将描述偏心量R的计算。在下面的等式中，由下面的符号来表示数值(参见图6)。

R：偏心量[m]

N：转台30的转速[min^-1]

ω：转台30的角速度[rad/s]

M：加工件W的质量[kg]

Fx：在X轴方向上作用于转台30的离心力

Dx：在X轴方向上的位置倾斜

θ：偏心角[rad]

t：时间

通过操作面板160预先输入加工件W的质量M，并且将其存储在缓冲存储器140中。当执行系统程序时从缓冲存储器140中读取加工件W的质量M。

通过使用以下的公式(1)和(2)来求出离心力Fx。

F_x＝MRω²cos(ωt-θ)                             (1)

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{60}N---\left(2\right)$

离心力Fx的最大值Fxmax由位置偏差Dx的最大值Dxmax的函数来表示，更具体地，由下面公式(3)所示的位置偏差Dx的最大值Dxmax的多项式来表示。图12是根据第一实施例的多任务设备10的位置偏差Dx的最大值Dxmax与离心力Fx的最大值Fxmax之间的关系的曲线图。图12与图10(b)的不同之处在于：假设水平轴是位置偏差Dx，而假设垂直轴是离心力Fx。图12的曲线图中所示的曲线表示公式(3)的函数。公式(3)的函数是根据预先通过实验获得的数据来定义的，并且被存储到系统程序存储器130中。

F_xmax＝f(D_xmax)                                    (3)

根据上面的公式(1)到(3)获得下面的公式(4)。主控制部110使用公式(4)来计算偏心量R。

$R=\frac{900}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{MN}}^2}\·f\left(D_{x\max }\right)---\left(4\right)$

(偏心角θ的计算)

主控制部110使用下面的公式(5)来计算偏心角θ。

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\ω}\·\mathrm{\Δt}=\frac{2\mathrm{\π}}{60}\·N\·\mathrm{\Δt}---\left(5\right)$

在第一实施例中，将脉冲计数器的计数值重置为0时的转台30的旋转相位定义为停止旋转相位。图7(b)示出了位置偏差Dx的波动。公式(5)中的Δt对应于从位置偏差Dx达到图7(b)中所示的峰值到将图7(a)的脉冲计数器的计数值重置为0的时段。换句话说，Δt对应于从位置偏差Dx达到最大值Dxmax直到转台30旋转到停止旋转相位时的时段。因此，当位置偏差Dx达到最大值Dxmax的同时转台30旋转到停止旋转相位时，Δt变为0。在这种情况下，根据公式(5)，偏心角θ也为0。即，当Δt为0时，加工件W安装到转台30上的基准方向位置Px。

(计算平衡器安装角(θ+π))

主控制部110采用以下方式来计算平衡器安装角(θ+π)。图15(a)示出了转台30停止在停止旋转相位处的状态。尽管在图1中没有示出，但沿着图15(a)所示的转台30的X轴方向的路径布置有隔板500和设备门510。操作人员通过打开设备门510可以选择性地将加工件W和平衡器40安装到转台30，或者将它们从转台30中拆去。通过打开设备门510形成的区域用作操作人员执行操作的操作区Ar(参见图15(b))。

在第一实施例中，当转台30存在旋转不平衡时，对加工件主轴电机M_WS进行控制，使得在转台30上的平衡器40的适当的安装区域(安装槽36)面向或与设备门510(操作区Ar)相邻。更具体地，主控制部110基于所计算的偏心角θ来计算平衡器安装角(θ+π)。然后，主控制部110计算与面向或与设备门510相邻的平衡器安装角(θ+π)相对应的转台30上的安装区域所需的旋转转台30的角度(π/2-θ)。随后，主控制部110基于旋转角(π/2-θ)来控制加工件主轴电机Mws。因此，与平衡器安装角(θ+π)相对应的安装区域(安装槽36)面向或与设备门510相邻(参见图15(b))。

(选择平衡器安装区域)

在第一实施例中，使用单个平衡器40来抑制转台30的旋转不平衡。在这种情况下，以下面的方式来选择平衡器40的安装区域。图16示出了平衡器安装区域(图中为12个)的位置的示例，即在转台30上设置的平衡器安装位置P_n(n＝0至11)。用α_n(n＝0至11)来表示各个平衡器安装位置P_n相对于基准方向位置Px的装配角。将装配角α0到α11作为固定值预先存储到系统程序存储器130中。图17(a)示出了在转台30上加工件W和平衡器40相平衡的状态。图17(a)示出了理想的平衡器安装角(θ+π)和与该理想的平衡器安装角(θ+π)最接近的平衡器安装位置P_m的装配角α_m。平衡器安装位置P_m是平衡器安装位置P0到P11中的平衡器40实际上应当安装的位置。图17(b)示出了在理想平衡器安装角(θ+π)与装配角α_m之间的差值β。

首先，主控制部110使用下面的公式(6)来计算要被安装的平衡器40的质量m_m[kg]。

$m_m=\frac{\mathrm{MR}}{r_m}---\left(6\right)$

在该公式中，r_m表示转台30的旋转中心与平衡器安装位置p_m之间的距离[m]，并且被预先存储在系统程序存储器130中。如上所述，R表示加工件W的偏心量[m]，而M表示加工件W的质量[kg]。

主控制部110使用下面的公式(8)来计算在各个装配角α_n(n＝0至11)与理想的平衡器安装角(θ+π)之间的差值β。然后，主控制部110选择使差值β的绝对值变为最小的装配角α_n，作为最接近于理想平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m，同时选择具有装配角α_m的安装位置P_m作为要实际安装平衡器40的位置。

通过下面的公式(7)来获得在将平衡器40安装到安装位置P_m的情况下由转台30的旋转不平衡产生的离心力F_A。

$F_A=2\mathrm{MR}{\mathrm{\ω}}^2\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}---\left(7\right)$

β＝α_n-θ-π                                          (8)

主控制部110确定平衡器40的理想安装角(θ+π)与最接近于理想平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m之间的差值β是否满足下面的平衡要求。

-π/3＜β＜π/3

如果差值β满足该平衡要求，则离心力F_A小于在安装平衡器40之前的离心力MRω²，这将抑制转台30的振动。如果差值β不满足该平衡要求，则将增大转台30的旋转不平衡。也就是说，由于在安装平衡器40之前的离心力为MRω²，所以如果使用公式(7)获得的在安装平衡器40之后的离心力F_A小于MRω²，则抑制了转台30的振动。为了使离心力F_A小于MRω²，公式(7)中的|2sin(β/2)|＜1必须为真，可以将|2sin(β/2)|＜1变换为|sin(β/2)|＜1/2。为了满足|sin(β/2)|＜1/2，-π/6＜β/2＜π/6必须为真，即-π/3＜β＜π/3必须为真。

如上所述，主控制部110基于旋转角(π/2-θ)将作为控制信号的选择信号输出给加工件主轴控制部240，以使得安装位置P_m具有最接近于理想平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m，即应当实际将平衡器40安装到其上的转台30上的安装槽36面向或与设备门510相邻。加工件主轴电机Mws从停止旋转相位开始使转台30旋转，并且将转台30停止在安装位置P_m面向或与设备门510相邻的状态下。加工件主轴控制部240和加工件主轴电机Mws用作旋转控制部。图15(b)示出了具有最接近于理想平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m的安装位置P_m面向设备门510的情形。为了便于说明，图15(b)示出了β＝0的情形。

(步骤S100)

在图5的步骤S100中，主控制部210基于在步骤S90中的计算结果将表示转台30旋转不平衡的校正信息的显示信号输出给显示器170。如果差值β满足平衡要求，则该校正信息包括：待使用的平衡器40的质量m1(m1＝m_m)、转台30的旋转中心与平衡器40的安装位置之间的距离r1(r1＝r_m)、以及要安装平衡器40的安装槽36(安装区域)的装配角θ1(θ1＝α_m)。如图18所示，显示器170基于显示信号在显示画面172上显示校正信息。主控制部110将控制信号输出给显示器170，以使得在显示画面172上显示平衡器40相对于转台30的布置。在显示器170上显示了校正信息之后，主控制部110结束图5的过程。

操作人员准备具有在显示画面172上显示的质量m1的平衡器40。将要安装平衡器40的安装槽36布置在设备门510的附近或者面向该设备门510。因此，在操作区Ar，操作人员将螺栓37插入到安装槽36，并且将平衡器40安装到螺栓37的从安装槽36伸出的部分。在沿着安装槽36移动平衡器40以获取在显示画面172上显示的距离r1之后，操作人员将螺母44与螺栓37拧紧，以将平衡器40固定到转台30上。

如果差值β不满足平衡要求，主控制部110也会使显示器170显示：即使安装了平衡器也不能校正旋转不平衡并且必须重新安装加工件W。

根据结构如上的多任务设备10，主控制部110(用作振动检测部)在转台30的旋转期间对转台30的振动进行检测。基于所检测到的振动、加工件的质量M、以及表示转台30的旋转状态的物理量(旋转速度N和角速度ω)，用作装配位置计算部作用的主控制部110计算加工件W相对于转台30的装配位置(偏心量R和偏心角θ)。用作安装位置计算部的主控制部基于所计算的偏心角θ来计算平衡器40相对于转台30的安装位置(平衡器安装角(θ+π))。因此，容易地掌握了平衡器40相对于转台30的安装位置。由于用作选择部的主控制器110选择安装槽36中的具有最接近于平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m的一个安装槽，所以通过将平衡器40安装到所选的一个安装槽36，容易地抑制了转台30的振动。

在第一实施例中，用作质量计算部的主控制部110例如基于偏心量R来计算要使用的平衡器40的质量m_m。此外，显示器170上显示质量m_m。因此，操作人员容易地掌握要使用的平衡器40的质量。由于在显示器170上显示了要安装平衡器40的安装槽36的装配角α_m，所以操作人员可容易地掌握要安装平衡器40的安装槽36。因此，操作人员可在显示器170上显示了的所述信息后，容易地并且正确地将平衡器40安装到安装槽36。

另外，第一实施例的多任务设备10针对操作人员来说，在转台30的周围区域部分具有操作区Ar。当转台30停止时，将最接近于理想的平衡器安装角(θ+π)的安装槽36布置为与操作区Ar相对。因此，操作人员可以容易地将平衡器40安装在位于与操作区Ar相对的位置的安装槽36上。

现在将参照图19和20，主要就与第一实施例的不同之处来描述本发明的第二实施例。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于图5的步骤S90和S100的处理过程，即用于校正转台30的旋转不平衡的过程。

在第一实施例中，将单个平衡器40安装到转台30上以校正转台30的旋转不平衡。在这种情况下，转台30的振动被抑制到可允许值的范围之内，但在理论上不会使振动为0。此外，如果平衡器40的理想安装角(θ+π)与最接近于该理想安装角(θ+π)的装配角α_m之间的差值β不满足预定的平衡要求(-π/3＜β＜π/3)，则不能抑制振动。

对比来看，在第二实施例中，将两个平衡器40安装到了具有装配角α_m、α_m+1且满足下面公式(9)的安装位置P_m、P_m+1。

α_m＜(θ+π)≤α_m+1                                (9)

假定转台30的旋转中心(C轴)和安装位置P_m、P_m+1之间的距离是r_m、r_m+1，以及与安装位置P_m、P_m+1相对应的平衡器40的质量是m_m、m_m+1，由于图19所示的力矩平衡的原因，所以在X轴方向满足下面的公式(10)，在Y轴方向满足下面的公式(11)。将距离r_m和r_m+1的值预先存储在系统程序存储器130中。

MRcosθ+m_mr_mcosα_m+m_m+1r_m+1cosα_m+1＝0                  (10)

MRsinθ+m_mr_msinα_m+m_m+1r_m+1sinα_m+1＝0                  (11)

根据公式(10)和(11)获得下面的公式(12)和(13)。

$m_m=\frac{\mathrm{MR}\sin (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\α}}_{m+1})}{r_m\sin ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\α}}_{m+1})}---\left(12\right)$

$m_{m+1}=\frac{\mathrm{MR}\sin (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\α}}_m)}{r_{m+1}\sin ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\α}}_{m+1})}---\left(13\right)$

在第二实施例中，在图5的步骤S90，主控制部110选择两个安装位置P_m、P_m+1，在它们具有使平衡器安装角(θ+π)位于其间的彼此相邻的装配角α_m、α_m+1。更具体地，主控制部110以与实施例1中相同的方式来计算各个装配角α_n(N＝0至11)与理想的平衡器安装角(θ+π)之间的差值β。然后，主控制部110选择比使得差值β的绝对值达到最小的平衡器安装角(θ+π)小的一个装配角α_n的其中一个作为装配角α_m，并且选择比使得差值β的绝对值达到最小的平衡器安装角(θ+π)大的一个装配角α_n作为装配角α_m+1。然后，主控制部110选择与装配角α_m、α_m+1相对应的安装位置P_m、P_m+1。

主控制器110使用上述公式(12)和(13)来计算与安装位置P_m、P_m+1相对应的平衡器40的质量m_m、m_m+1。在第二实施例中，以与第一实施例相同的方式，主控制部110执行偏心量R的计算、偏心角θ的计算、以及平衡器安装角(θ+π)的计算。

在第二实施例中，在图5的步骤S100，主控制部110基于在步骤S90中的计算结果将表示转台30的旋转不平衡的校正信息的显示信号输出给显示器170。该校正信息包括：要使用的两个平衡器40的质量m1(m1＝m_m)、m2(m2＝m_m+1)，从转台30的旋转中心到平衡器40的安装位置的距离r1(r1＝r_m)、r2(r2＝r_m+1)，以及要安装的平衡器40的两个安装槽36(安装区域)的装配角θ1(θ1＝α_m)、θ2(θ2＝α_m+1)。如图20所示，显示器170基于显示信号在显示画面172上显示校正信息。主控制部110还将控制信号输出给显示器170，以使得在显示画面172上显示出在转台30上的两个平衡器40的布置。

操作人员准备具有在显示画面172上显示的质量m_m、m_m+1的两个平衡器40。将要安装平衡器40的两个安装槽36布置到面向设备门510的附近。因此，在操作区Ar，操作人员将螺栓37插入各个安装槽36，并且将各个平衡器40安装到螺栓37的从相应安装槽36伸出的部分上。在沿着安装槽36移动平衡器40以获取显示在显示画面172上的距离r1、r2之后，操作人员将螺母44与各个螺栓37拧紧，以将各个平衡器40固定到转台30上。

根据第二实施例，主控制部110选择具有大于且最接近于平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m+1的一个安装槽36，并且选择具有小于且最接近于平衡器安装角(θ+π)的装配角α_m的一个安装槽36。主控制部分110在显示器170上显示选择结果。因此，操作人员可根据显示在显示器170上的信息，容易且正确地将平衡器40安装到两个安装槽36上。从而可以充分地消除转台30的振动。

本发明并不限于所示出的实施例，而是可以具体实施为以下的修改。

在上述各个实施例中，可以不必将本发明应用于多任务设备，而是可以具体实施在配备有转台的各种类型的机床中。转台30并不限制于在单轴方向上移动的情况，而可以是在X轴和Y轴的双轴方向中移动的情况。

在图5的步骤S60，主控制部110确定转台30的旋转次数是否已经达到预定的确定次数。然而，除此之外，主控制部110还可以确定是否已经过了与确定次数相对应的确定时间。在这种情况下，使用测时的定时器。例如使用下面的表达式来计算确定时间。

确定时间[ms]＝(确定次数)×60000/(转台的目标旋转速度[min^-1])。

在转台30上提供的平衡器安装部并不限于安装槽36，而是可以以任何形式来提供，只要可以安装平衡器40即可。

在上述各个实施例中，可以使用平衡器自动安装装置(未示出)将平衡器安装至转台30。例如在操作区Ar处设置平衡器自动安装装置。在第一实施例中，例如，主控制部110将以下各项输出给平衡器自动安装装置：包括要使用的平衡器40的质量m1的校正信息、从转台30的旋转中心到平衡器40的安装位置的距离r1、以及要安装平衡器40的安装槽36的装配角θ1。该平衡器自动安装装置基于所输入的校正信息来选择并安装平衡器40。即，平衡器自动安装装置选择具有指示质量m1的平衡器40，并且将所选的平衡器40安装到位于指示距离r1的指示装配角θ1的安装槽36。

Claims (18)

1. 一种用于计算平衡器相对于机床的转台的安装位置的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

当使其上安装有物体的所述转台旋转时检测所述转台的振动；

基于所检测的振动、所安装物体的质量、以及表示所述转台的旋转状态的物理量，来计算所安装物体相对于所述转台的装配位置；以及

基于所计算的所安装物体的装配位置，来计算所述平衡器相对于所述转台的安装位置。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所安装物体相对于所述转台的装配位置的步骤包括：计算所安装物体相对于所述转台的旋转中心的径向位移，以及所安装物体在圆周方向上相对于定义在所述转台上的预定基准方向位置的位移角。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述平衡器相对于所述转台的安装位置的步骤包括：计算平衡器安装角，该安装角是定义在所述转台上的预定基准方向位置与所述安装位置之间的圆周角。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转台包括多个平衡器安装部分，每个平衡器安装部分相对于所述预定基准方向位置具有不同的装配角，所述方法还包括：选择一个具有一个与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分。

5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转台包括多个平衡器安装部分，每个平衡器安装部分相对于所述预定基准方向位置具有不同的装配角，所述方法还包括：选择一个具有一个大于所计算的平衡器安装角并与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分，以及一个具有一个小于所计算的平衡器安装角并与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分。

6. 一种机床，其特征在于，所述机床包括：

其上安装有物体的转台；

振动检测部，其在其上安装有物体的所述转台的旋转期间对所述转台的振动进行检测；

装配位置计算部，其基于所检测的振动、所安装物体的质量以及表示所述转台的旋转状态的物理量，来计算所安装物体相对于所述转台的装配位置；

安装位置计算部，基于所计算的所安装物体的装配位置来计算所述平衡器相对于所述转台的安装位置。

7. 根据权利要求6所述的机床，其特征在于，所安装物体相对于所述转台的所述装配位置包括：所安装物体相对于所述转台的旋转中心的径向位移，以及所安装物体在圆周方向上相对于定义在所述转台上的预定基准方向位置的位移角。

8. 根据权利要求6所述的机床，其特征在于，所述平衡器相对于所述转台的安装位置由平衡器安装角来表示，所述平衡器安装角是定义在转台上的预定基准方向位置与所述安装位置之间的圆周角。

9. 根据权利要求8所述的机床，其特征在于，还包括：

布置在所述转台上的多个平衡器安装部分，并且每个所述平衡器安装部分相对于所述预定基准方向位置具有不同的装配角，以及

选择部，用于选择一个具有一个与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分。

10. 根据权利要求8所述的机床，其特征在于，还包括：

布置在所述转台上的多个平衡器安装部分，并且每个所述平衡器安装部分相对于所述预定基准方向位置具有不同的装配角；以及

选择部，用于选择一个具有一个大于所计算的平衡器安装角并与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分，以及一个具有一个小于所计算的平衡器安装角并与所计算的平衡器安装角之间的差值的绝对值为最小的装配角的平衡器安装部分。

11. 根据权利要求9所述的机床，其特征在于，还包括显示器，其显示表示所述选择部的选择结果的信息。

12. 根据权利要求9所述的机床，其特征在于：在所述转台的部分周围区域处设置有操作区，用于将平衡器安装到所述转台，所述机床还包括旋转控制部，其控制所述转台的旋转，以将由所述选择部选择的平衡器安装部分布置为与所述操作区相对应。

13. 根据权利要求6所述的机床，其特征在于，还包括质量计算部，其基于所安装物体的质量和所安装物体的装配位置来计算将要安装到所述转台的平衡器的质量。

14. 根据权利要求13所述的机床，其特征在于，还包括显示器，其显示表示所述质量计算部计算结果的信息。

15. 根据权利要求6到14的任一项所述的机床，其特征在于，还包括移动装置，其使所述转台沿着预定的移动方向移动，并且所述振动检测部在所述移动方向上检测所述转台的振动。

16. 一种机床，其特征在于，包括：

转台；

旋转驱动装置，其使所述转台旋转；

移动装置，其使所述转台沿着预定的移动方向移动；

控制部，其控制所述移动装置，并且所述控制部构成包括位置反馈回路的伺服系统；以及

振动检测部，其基于输入所述位置反馈回路的输入值来检测处于旋转中的所述转台的振动。

17. 根据权利要求16所述的机床，其特征在于：所述振动检测部基于位置偏差的波动来检测所述转台的振动，所述位置偏差是由所述伺服系统基于所述输入值来计算的。

18. 根据权利要求17所述的机床，其特征在于，还包括位置检测器，其输出表示所述转台在移动方向上的位置的信号，所述输入值包括用于所述转台的位置命令和所述位置检测器的输出信号，并且所述位置偏差是所述位置命令与所述输出信号之间的差。

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