CN101180157B - 机床振动的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机床振动的优化方法，使从动轴(17)转动，随后经过速度范围，其中，检测在所述速度范围中产生的振动，并且确定和调整具有最小振动的最佳速度。

Description

机床振动的优化方法 
技术领域
本发明涉及一种机床的优化方法，尤其涉及一种机床振动的优化方法。 
背景技术
在机床中，特别是在用于加工工件的机床中，使工件或工具(tool)转动。在铣床的情况下，从动轴支撑工具，而在车床的情况下，使工件分别转动。 
在高速加工过程中，使用处于40000rpm或更高范围的速度。为了能够实现期望的加工精度，需要尽可能最佳地平衡从动轴。然而，不是总可以达到期望的程度。而是可能出现较小的残余不平衡，该不平衡也可能是由例如工件或工具的夹紧导致的。工具或工件本身也可能造成不平衡。 
由于存在不平衡，所以产生振动，导致加工不精确和表面质量劣化。为此，在使用机床时，不期望任何种类的振动。 
通过机床本身、机架、机床工作台、或其它组件的适当构造可实现对振动特性的有益影响。然而，转动组件的振动抑制不可能仅限于这些手段。 
发明内容
Weck，Manfred：Werkzeugmaschinen，FertigungssystemeVolume 4，Messtechnische Untersuchung und Beurteilung，VDI-Verlag，Düsseldorf，1992，第354和355页，说明了用于增强机床的骚动特性(clatter characteristics)的措施，其中特别提出了加工过程中的速度调制。 
DD 137 547C说明了一种用于避免不利于寿命的加工参数的组件。其中，目的是在车削和铣削时排除处于不利的频率范 围的加工。该文献所述的解决方案预见到：由安装在工具或工具附近的一个或多个测振计连续检测操作过程中工具的振动，并将该振动与预定目标值进行比较，其中，在超出该目标值时改变切削速率。 
本发明的目的是提供一种上述类型的方法，其能够在使机床具有简单结构以及具有简化且成本有效的应用的同时，优化机床的振动。 
根据本发明提供一种机床振动的优化方法，使从动轴以目标速度转动，其中，不沿所述机床的运动轴进行进一步的移动，随后，使所述目标速度自动增大和/或减小至少一个预定值，其中，检测在选定为高于和/或低于所述目标速度的速度范围中产生的振动，并且确定和调整具有最小振动的最佳速度，随后，以所述最佳速度进行工件的加工。 
从而，根据本发明，提供：选择(自动地或人工地)随后 连续地或逐步地经过的速度范围。检测在该速度范围中产生的振动。然后，可以确定分别导致最佳振动抑制或最小振动的速度。然后，在所述速度下进行工件的随后加工。根据本发明，选择经过的速度范围，使得基于考虑切削参数等的加工预先确定的速度位于该范围内。 
根据本发明，还提供：最初使从动轴以目标速度转动。随后，基于目标速度增大和减小速度。因此，该速度经过高于和低于目标速度的预定速度范围。在经过该速度范围时，分别检测或确定产生的振动。由于根据共振、组件的固有刚性或其它标准，振动在该速度范围内非常不同，因此在经过的速度范围内获得最佳范围，在该最佳范围中，当与目标速度比较时，产生的振动更小。如果以该速度驱动从动轴，则可实现加工质量的显著提高。 
通过适当地选择基于目标速度增大或减小速度的速度范围，还可以使其余的加工条件保持在最佳的或适当的范围内。 
在本发明的方法中，考虑了振动的严重程度因转轴的速度而不同。在本文中，已证明：在本发明的方法中，随着速度的增大振动并非不可避免地增大。而是在转轴的机械结构和机床本身中产生频率，在该频率下产生放大振动的共振。如上所述，这导致对工件的加工特别不利。 
另外，振动导致应该减少的有害噪声发出。 
从而，当使用本发明的方法时，可以自动使振动最小化，并且自动获得最佳的振动特性和由此导致的最佳的加工。 
可如下利用本发明的方法： 
在接通从动轴的驱动并且达到期望的目标速度(可人工限定或通过加工程序限定)之后，经过由人工或由加工程序自动选择的目标速度附近的预定速度范围。这意味着经过比目标速 度高或低预定量的速度范围。于是，相对于目标速度分别减小或增大从动轴的速度。显然，本发明的方法不限于基于目标速度增大或减小相同的速度量。而是也可以仅在一个方向上进行振动的优化，也就是说，仅通过增大速度或仅通过减小速度进行振动的优化。这取决于所选择的加工参数以及其它条件。还可以利用不同的值进行速度范围的增大或减小。 
如本发明提供的那样，在速度变化过程中，检测各自产生的振动的严重程度。这里，可连续或逐步地经过速度范围。 
在机床的控制器中或适当的附加装置中检测产生的振动，并且对于各速度，分别对比产生的振动。于是，可以确定速度或速度范围，在该速度或速度范围中可获得最有益的振动值或最有益的振动特性。基于该速度或速度范围，可在最佳条件下进行工件的加工。 
根据本发明的方法，由于考虑到产生的振动，分别经过速度范围且自动检查该速度范围，因此可以自动避免共振或最好地抑制共振。 
显然，根据本发明，在增大或减小速度时，经过的速度范围越大，该方法的结果将变得越好。由于通过切削参数、工件的几何结构和/或工具的几何结构预先确定速度，因此本发明的方法以有效的方式对于大多数不同的工件、工具和加工参数提供自动优化振动的可能性。从而，根据本发明，例如，万一工件的加工条件根据其几何结构而改变，也可以中断加工步骤并再次进行优化振动的过程。 
根据本发明，更有益的是可以以一定的时间间隔重复该方法，以补偿例如由于可能产生共振的电动机或轴承的内加热导致的热特性和热变化。在本文中，考虑到机床的热负荷，如果实现静态条件，则可以优选进行本发明的方法。 
可借助于例如加速度传感器等适当的传感器来进行本发明的方法。可在例如从动轴的区域中、例如在可沿该从动轴的运动轴线移动的组件处安装该传感器。例如可以在工具旋转轴的轴承座处安装该传感器。 
在本发明的另一个优选实施例中，使用至少一个机床位置传感器，该传感器也用于控制机床的各组件的运动(沿X、Y和Z轴的运动)。机床，特别是用在加工中心的那些机床通常包括多个运动轴，以实现工具与工件之间的相对运动。以受控的方式进行沿所述轴的运动。为了检测各轴的运动位置，在线性轴的情况下设置例如玻璃码尺等测量传感器。借助于这些测量传感器检测各运动轴的实际位置。通过对于各轴补偿实际位置与目标位置之间的差异，机床将各轴移动到期望的目标位置。 
根据本发明，为了检测产生的振动并进行振动的优化，对于本发明的方法，可以以特别简单的方式使用一个或多个测量传感器的沿机床的运动轴的信号。于是，可检测振动，特别是承载工具或工件的从动轴的振动。因此可借助于测量传感器检测所述振动。在本文中，导致例如位置信号的较小偏差。根据振动的严重程度，位置信号的偏差也相应改变。显然，如果不沿机床的运动轴进行进一步移动，则本发明的方法的优化是非常可能的。 
于是，根据本发明，不需要安装多个附加的传感器。而是可将已经存在的测量传感器用于本发明的方法。结果，实现成本的显著降低。 
在工件的特定的加工步骤的情况下，将工件或工具的速度精确调整到各运动轴或横向进给轴的进给速率，以实现例如工具的各齿或切削刃的特定的横向进给。因此，通过使用本发明方法的速度变化还导致运动轴的进给速率的变化。在本发明方 法的另一个优选发展中，提供：为了优化振动，速度一改变，就自动调整进给速率，以调整加工步骤。 
由于产生的振动对机床的各运动轴的影响不同，因此有利的是本发明的方法可以包括多个、即多于一个的用于分析振动严重程度的测量传感器。例如在龙门(portal)铣床的情况下，移动主轴的垂直运动轴及上水平运动轴受振动的影响。因此，两个指定的测量传感器的信号特别适于检测产生的振动。因此，在龙门机床的情况下，优选考虑两个信号(水平运动轴和垂直运动轴)。在一些类型的工具旋转轴中，振动特性可能改变。根据速度和其它参数，沿垂直方向或径向的振动可能更加显著。此外，这影响测量值的记录。此外，可通过使用本发明的方法来优化这些影响因素。 
附图说明
下面，结合附图基于实施例来说明本发明，其中： 
图1是机床的简化的前立体图； 
图2是示出振幅与速度的关系的图。 
具体实施方式
图1示出包括机床工作台10的机床，在该机床工作台10上安装具有横向构件12的龙门11。在由龙门11形成的工作空间13中，溜板(slide carriage)14可沿水平运动轴移动。横向滑板15可相对于横向构件12沿另一水平轴移动。横向滑板15承载支撑主轴17的垂直刀架(carriage)16，该主轴17形成可转动的轴，在主轴17的端部安装工具18。为简化起见，省略了溜板处的工具的固定装置的图解。从现有技术中已知机床的基本结构，从而此处省略进一步的解释。 
在示出的实施例中，传感器1被安装在主轴17的机架上，该传感器用于检测主轴17的振动。 
附图标记2表示测量传感器，该测量传感器设置在横向构件12处，以检测横向滑板15的水平运动并控制横向滑板15。因此，可通过测量传感器2的例如直接作为振动或至少作为放大噪声的位置信号的变化来直接检测产生的振动。 
图2是示出主轴17的振动(幅度)A与速度n的关系的图。根据本发明，最初，将主轴17的速度设定为nsoll。根据本发明，然后，将速度增大或减小预定值。增大或减小的极限分别由值nmax或nmin给定。如可从图2得出的那样，在整个速度范围上产生振幅的梯度。该范围在速度noptimal处具有最小值。该速度noptimal是利用本发明的方法调整的最佳速度值，且在该速度存在最佳的振动特性。 
附图标记
1传感器 
2测量传感器 
10机床工作台 
11龙门 
12横向构件 
13工作空间 
14溜板 
15横向滑板 
16垂直刀架 
17主轴 
18工具 

Claims (11)

1.一种机床振动的优化方法，其特征在于，使从动轴(17)以目标速度转动，其中，不沿所述机床的运动轴进行进一步的移动，随后，使所述目标速度自动增大和/或减小至少一个预定值，其中，检测在选定为高于和/或低于所述目标速度的速度范围中产生的振动，并且确定和调整具有最小振动的最佳速度，随后，以所述最佳速度进行工件的加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续经过具有更高或更低速度的所述速度范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，逐步经过具有更高或更低速度的所述速度范围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当中断加工时，以预定间隔重复所述方法。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个附加的传感器(1)用于确定所述振动。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个测量传感器(2)用于确定所述振动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少使机床的运动轴的横向进给运动适应变化的最佳速度。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，最佳速度的确定被执行为振幅的测量。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，最佳速度的确定被执行为测量传感器的信号变化的测量。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，以预定的时间间隔重复所述方法。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当工件的加工参数改变时，重复所述方法。
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