CN102528556A - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床，即便是经验尚浅的作业人员也能够容易地抑制颤振，进而实现成品率的提高。在发生颤振时通过变更预定的参数来以与变更后的参数的值对应的振幅(Q)及周期(R)使主轴(2)的旋转速度变动的机床中，参数显示控制部(11)将涉及该参数的信息显示到显示单元(9)。因此，作业人员能够参考显示单元(9)中的显示来变更参数，从而变更主轴(2)的旋转速度的振幅(Q)及周期(R)。因此，即使是经验尚浅的作业人员，与以往相比也能够容易地使颤振受到抑制，进而还能够实现成品率的提高。

Description

机床

技术领域

本发明为一边使刀具或工件旋转一边进行加工的机床。

背景技术

以往，例如在使刀具旋转以对工件的表面进行切削加工的那种机床中，由于刀具的刚性低等原因，有时在加工中会发生颤振。并且。作为发生颤振时的抑制方法，例如像专利文献1和专利文献2所记载的那样，周知使主轴的转速以预定的振幅而周期性地变动的方法。

现有技术文献

专利文献1日本特开昭49-105277号公报

专利文献2日本特开2000-126991号公报

然而，以往，使主轴的转速周期性地变动时的振幅和周期，需要根据作业人员的经验等确定。也就是说，为了有效地抑制颤振，需要丰富的经验，因此，对经验尚浅的作业人员等来说，颤振的抑制非常困难，甚至存在工件的成品率下降等问题。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题而做出，意在提供一种机床，即便是经验尚浅的作业人员也能够容易地抑制颤振，进而实现成品率的提高等。

为达成上述目的，根据本发明中的第一方面所记载的发明，机床具有：旋转轴控制单元，该旋转轴控制单元具有用于使刀具或工件旋转的旋转轴以及用于使所述旋转轴旋转的驱动单元，并且能够使所述旋转轴的旋转速度以预定的平均旋转速度为基准而以预定的振幅及周期进行变动；和机床控制单元，当发生颤振时，该机床控制单元通过变更预定的参数来对所述平均旋转速度、所述振幅及所述周期中的至少任意一个进行变更，其特征在于，所述机床具有：显示单元；和参数显示控制部，该参数显示控制部将涉及所述参数的信息显示于所述显示单元，能够根据所述显示单元显示的涉及所述参数的信息来变更所述参数。

第二方面所记载的发明的特征在于，在第一方面所记载的发明中，所述参数显示控制部将对再生型颤振有效果的参数的值或其范围、和/或对再生型颤振没有效果的参数的值或其范围作为涉及所述参数的信息而显示于所述显示单元。

第三方面所记载的发明的特征在于，在第一或第二方面所记载的发明中，所述参数显示控制部将所述驱动单元无法实现的参数的值的范围作为涉及所述参数的信息而显示于所述显示单元。

第四方面所记载的发明的特征在于，在第一至第三方面中的任一方面所记载的发明中，采用所述振幅及所述周期作为所述参数。

第五方面所记载的发明的特征在于，在第一至第三方面中的任一方面所记载的发明中，采用所述振幅或所述周期中的任意一个以及、在所述旋转轴的角加速度、所述旋转轴的转矩、向所述驱动单元供给的电力、将所述振幅除以所述周期所求得的变动率和所述平均旋转速度中的任意一个作为所述参数。

此外，第一方面中的平均旋转速度指的是在使旋转速度以预定的振幅及周期变动时成为基准的旋转速度。

根据本发明，由于具有显示单元和将涉及参数的信息显示于显示单元的参数显示控制部，并能够根据显示单元所显示的涉及参数的信息变更参数，因此，即便是经验尚浅的作业人员，与以往相比也能够容易地使颤振受到抑制，进而还能够实现成品率的提高。

另外，根据第二方面所记载的发明，由于参数显示控制部将对再生型颤振有效果的参数的值本身或其范围、和/或对再生型颤振没有效果的参数的值本身或其范围作为涉及参数的信息显示于显示单元，因此，即便是经验尚浅的作业人员，也能够更加可靠且容易地抑制颤振。

并且，根据第三方面所记载的发明，参数显示控制部将驱动单元无法实现的参数的值的范围作为涉及参数的信息显示于显示单元。因此，例如作业人员输入了使旋转轴的转矩超过最大值的值，则该输入值无效，在旋转轴的旋转速度的振幅和周期不变更的状态下继续加工，不会发生无法抑制颤振的情况，极其可靠地抑制颤振。

并且，根据第四及第五方面所记载的发明，由于采用振幅和周期作为参数，或者，采用振幅或周期中的任意一个、以及在旋转轴的角加速度、旋转轴的转矩、向驱动单元供给的电力、将振幅除以周期所求得的变动率和平均旋转速度中的任意一个作为参数，因此，能够更加简便地变更振幅及周期。

附图说明

图1是示出加工中心的模块结构的说明图。

图2是示出主轴的旋转速度以预定的振幅及周期变动的情况的说明图。

图3是示出显示单元中的涉及参数的信息等的显示形态的一例的说明图。

图4是示出显示单元中的涉及参数的信息等的显示形态的变形例的说明图。

标号说明

1··加工中心；2··主轴；3··主轴箱；4··电动机(驱动单元)；5··编码器；6··工作台；7··主轴控制部；8··机床控制部；9··显示单元；10··存储部；11··参数显示控制部；12··输入单元；14··夹具；14··刀具。

具体实施方式

以下根据附图详细对本发明的一种实施方式的机床进行说明。

标号1为具有作为旋转轴的主轴2的加工中心，该主轴2能够通过夹具13装配刀具14，在将主轴2支撑为能够旋转的主轴箱3内，内置有用于使主轴2旋转的电动机4、以及用于检测主轴2和电动机4的旋转速度的编码器5。另外，在与主轴箱3对置的位置，设置有用于载置工件W的工作台6。

另一方面，标号7是用于控制主轴2的旋转速度、或调整向电动机4供给的电力的主轴控制部，并且与电动机4和编码器5电连接。另外，标号8是对加工中心1整体的动作进行控制的机床控制部，并且与上述主轴控制部7、存储加工程序的存储部10、以及后述的具有显示单元9的参数显示控制部11等连接。并且，标号12是用于向机床控制部8发出旋转速度的变更等指令的输入单元。

并且，在上述机床1中，当通过输入单元12向机床控制部8发出加工开始的指令时，读取存储部10所存储的加工程序，在主轴控制部7的控制下向电动机4供给电力，从而使主轴2开始旋转，并且，旋转速度以预定的平均旋转速度(图4中的旋转速度S)为基准而以预定的振幅及周期进行变动，对工件W的表面等进行切削加工。另外，如果产生颤振，作业人员只要根据显示单元9显示的、后述那样的涉及参数的信息，通过输入单元12变更预定的参数(此处为振幅及周期)，从而变更主轴2的旋转速度的振幅及周期即可。这样，主轴2的旋转速度就会以与变更后的参数的值对应的振幅及周期进行变动，使颤振得到抑制。另外，机床控制部8将抑制了颤振的参数的值、与该参数的值对应的振幅及周期存储到存储部10。并且，在从下次开始的加工时，就会以当初加工时存储于存储部10的振幅及周期(在仅存储参数的值的情况下，可以根据所存储的参数的值算出振幅及周期)使主轴2的旋转速度进行变动。

此外，作为上述主轴控制部7对主轴2的旋转速度的变动的例子，例如如图2所示，考虑了以振幅Q及周期R的变动。此时，也可以不是如图2以三角波表示地进行变动，而是以正弦波表示地进行变动，还可以以梯形波表示地进行变动。另外，作为用于对主轴2的旋转速度的振幅Q及周期R进行变更的参数，采用振幅Q和周期R当然也是可以的，还可以将其他要素作为参数采用。即，如果设将发生变动的旋转速度的振幅除以平均旋转速度所得的值为Q，设变动的周期为R，振幅Q及周期R的关系就可以用下述式(1)的一次式表示。因此，也可以构成为：不采用周期R而一起采用主轴转矩T和振幅Q作为参数，即通过输入单元12变更振幅Q及主轴转矩T，从而改变加工中心1中的主轴2的旋转速度的振幅Q及周期R。另外，下述算式1中的惯量J是由主轴2、夹具13、刀具14的种类等所确定(同定)的值。

算式1

$Q=\frac{1500}{\mathrm{\πSJ}}(T-T_c)R---\left(1\right)$

Q：旋转速度变动振幅[％]

R：旋转速度变动周期[s]

S：主轴旋转速度[min^-1]

J：旋转体的惯量[kgm²]

T：主轴转矩[Nm]

T_c：切削转矩[Nm]

另外，主轴转矩T和主轴2的角加速度(主轴角加速度)之间的关系如下述式(2)所示，因此，也可以不采用转矩T而一起采用主轴角加速度和振幅Q作为参数。

并且，主轴转矩T和向电动机4供给的电力之间的关系如下述式(3)所示，因此，也可以不采用主轴转矩T而一起采用向电动机4供给的电力和振幅Q作为参数。

算式2

主轴角加速度[rad/s²]

算式3

$P=\frac{\mathrm{\πS}}{30}T---\left(3\right)$

P：供给的电力[W]

此处，根据图3和图4对通过作为本发明的主要部分的参数显示控制部11进行的、显示单元9的显示进行说明。

当使主轴2旋转而开始加工时，如图3所示，显示单元9就会显示加工信息以及涉及用于抑制颤振的参数的信息(对变更的参数的值进行提示的信息)。在图3所示的例子中，作为加工信息，在右侧显示如下信息：涉及主轴2的旋转速度的变动的信息(图3中的旋转速度)；涉及主轴2的转矩的变动的信息(图3中的转矩)；涉及振动加速度的信息(图3中的加速度)，该振动加速度通过利用未图示的振动检测传感器对发生于主轴2的振动进行检测而得到。另外，作为加工信息，在左侧显示加工中使用的刀具14的齿数、加工中的主轴2的平均旋转速度。

另一方面，在图3所示的例子中，将参数设为旋转速度的振幅Q及周期R(即，构成为通过输入单元12变更振幅Q及周期R)，作为涉及参数的信息，在分别取振幅Q为纵轴、周期R为横轴的平面上，显示将当前的设定值(即，当前的振幅及周期)标定后所得到的图像(即，图3中的●)。另外，当抑制所谓的再生型颤振时，存在具有抑制颤振的效果的周期和没有效果的周期，已知分别通过下述算式4中的式(4)及式(5)表示。因此，在图3所示的例子中，作为涉及参数的信息，将以通过式(4)求得的周期和以该周期为基准加减预定宽度所得到的周期(关于预定宽度，预先设定)作为具有颤振的抑制效果的周期而在上述平面内着色来表示。

另外，作为涉及参数的信息，相对于设定好的周期，也可以将通过式(4)所求得的、具有抑制颤振效果的平均旋转速度的备用值，仅用根据与当前的旋转速度接近的旋转速度预先依次设定好的数来显示，通过输入单元12变更平均旋转速度(例如，使振幅及周期不变，变更成为基准的平均旋转速度)。并且，也可以在分别取周期R为纵轴、平均旋转速度N为横轴的平面上显示当前的设定值，将对颤振具有抑制效果的周期R和平均旋转速度N的值或其范围、和/或没有抑制效果的周期R和平均旋转速度N的值或其范围在上述平面上着色显示。

算式4

具有抑制效果的主轴旋转速度变动周期

没有抑制效果的主轴旋转速度变动周期

m：刀具齿数

n：整数

N：主轴平均旋转速度[min^-1]

另外，如果对电动机4过量地供给电力，电动机4将因发热等而损坏。因此，为了不发生那种事态，在机床控制部8限制主轴2的转矩的最大值，因此，存在即使想要将主轴2的旋转速度的振幅Q增大或者将周期R缩短却也无法变更的情况。也就是说，根据由上述式(1)推导的下述式(6)可知，限制了能变更的振幅Q及周期R。因此，作为涉及参数的信息，参数显示控制部11在上述平面内明确地显示不满足式(6)的振幅及周期的范围(图3中的“不可设定”)，以免作业人员输入不满足式(6)的范围的参数的值。此外，关于式(6)中的惯量J，可以根据夹具13和刀具14的材质和形状算出，也可以使用空切削状态(空转时)中的主轴转矩T、振幅Q以及周期R根据式(1)算出。另外，关于切削转矩T_c，可以根据刀具14的形状、工件W的单位面积切削阻力和切削条件计算，也可以以从实际切削工件W的情况下的主轴转矩中减去空切削状态下的主轴转矩的值而求出。

算式5

$Q\≤\frac{1500}{\mathrm{\πSJ}}(T_{\max }-T_c)R---\left(6\right)$

T_max：主轴转矩的最大值[Nm]

另外，虽然在图3所示的例子中，将参数设为振幅Q及周期R，但如上所述，参数并不限于它们。并且，采用振幅Q及角加速度作为参数的情况下的显示单元9上的显示形态如图4所示。在图4所示的例子中，显示单元9也显示加工信息和涉及参数的信息，对于加工信息，显示与图3所示的例子相同的信息。另一方面，作为涉及参数的信息，在分别取振幅Q为纵轴、角加速度为横轴的平面上，将当前的设定值(即，当前的振幅及角加速度)标定后所得的图像(即，图4中的●)进行显示。另外，振幅Q、周期R以及角角速度由于存在下述算式6中的式(7)的关系，因此，通过将上述式(4)代入，能够得出下述算式6中的式(8)所示的、具有抑制再生型颤振的效果的振幅Q和角加速度之间的关系。因此，在图4所示的例子中，将通过上述式(4)求出的周期和以该周期为基准加减预定宽度所得到的周期代入时的式(8)的范围，作为具有颤振的抑制效果的振幅及角加速度，在上述平面内着色来显示。

算式6

主轴角加速度[rad/s²]

并且，相对于主轴2的转矩的最大值受到限制的情况，根据从上述式(2)推导的下述式(9)可知，能够变更的角加速度受到限制。因此，参数显示控制部11，作为涉及参数的信息在上述平面内明确显示不满足式(9)的角加速度的范围(图4中的“不可设定”)，以免作业人员输入不满足式(9)的范围的参数的值。

算式7

此外，作为用于像上述那样变更旋转速度的振幅Q及周期R的参数，也可以采用其他的要素，例如，不采用周期R也不采用角加速度，而是将主轴转矩和向电动机4供给的电力作为参数与振幅Q一起被采用，例如，参数显示控制部11也可以构成为以在以振幅Q为纵轴、以主轴转矩为横轴的平面上绘制各种信息的形式显示涉及参数的信息。另外，也可以将角加速度和主轴转矩、供给的电力与周期R一起作为参数采用。并且，也可以使用将振幅Q除以周期R所得到的变动率，并将该变动率和振幅Q作为参数采用，或者将变动率和周期R作为参数采用。另一方面，虽然在上述图3及图4所示的例子中，构成为对具有抑制再生型颤振的效果的参数的值的范围进行显示，但也可以根据上述式(5)，构成为对于没有振动抑制效果的参数的值的范围，也作为涉及参数的信息来显示。

以上，根据本实施方式的加工中心1，通过在发生颤振时变更预定的参数，从而使主轴2的旋转速度以与变更后的参数的值对应的振幅Q及周期R进行变动，其中，参数显示控制部11将涉及该参数的信息显示到显示单元9。因此，作业人员能够根据显示单元9中的显示变更参数，从而变更主轴2的旋转速度的振幅Q及周期R。因此，即使是经验尚浅的作业人员，与以往相比也能够容易地使颤振受到抑制，进而还能够实现成品率的提高。

另外，由于采用振幅Q和周期R作为参数，或者，采用振幅Q或周期R中的任意一个、以及在主轴2的角加速度、主轴2的转矩、向电动机4供给的电力或变动率中的任意一个作为参数，因此，能够更加简便地变更振幅Q及周期R。

并且，由于将对抑制再生型颤振有效果的参数的值的范围作为涉及参数的信息而显示于显示单元9，因此，即便是经验尚浅的作业人员，也能够更加可靠且容易地抑制颤振。

另外，将主轴2的转矩超过最大值那样的参数的值的范围作为涉及参数的信息显示于显示单元9，并报知作业人员不要输入该范围内的值，从而避免伴随振幅Q及周期R的变更而对电动机过度地施加负荷、即避免主轴2的转矩超过最大值。因此，作业人员输入了主轴2的转矩超过最大值那样的值的话，该输入值无效，在不变更主轴2的旋转速度的振幅Q和周期R的状态下继续加工，从而不会发生无法抑制颤振这类的情况，能够极其可靠地抑制颤振。

并且，将变更后的参数的值和与该参数的值对应的振幅Q及周期R存储于存储部10，从下次开始，就会以当初加工时存储于存储部10的振幅Q及周期R以主轴2的旋转速度使主轴2的旋转速度变动，因此，能够更加切实地抑制颤振。

另外，本发明涉及的机床并完全不限于上述实施方式的形态，旋转轴、参数显示控制部以及涉及机床整体的结构等，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以根据需要适当地变更。

例如，在上述实施方式中，作为机床对使刀具旋转的加工中心进行了说明，但也可以应用到使工件旋转的车床等其他的机床。

另外，虽然参数显示控制部11在显示单元9将加工信息与涉及参数的信息一起显示，但也不一定显示加工信息，也可以在与涉及参数的信息不同的显示单元显示加工信息。

并且，上述实施方式中，在显示单元9上只是显示了对电动机9过度施加负荷那样的参数的值的范围，但也可以构成为根本就无法通过输入单元12输入这种范围内的参数的值。

Claims (6)

1.一种机床，该机床包括：旋转轴控制单元，该旋转轴控制单元具有用于使刀具或工件旋转的旋转轴以及用于使所述旋转轴旋转的驱动单元，并且，该旋转轴控制单元能够使所述旋转轴的旋转速度以预定的平均旋转速度为基准而以预定的振幅及周期进行变动；和机床控制单元，当发生颤振时，该机床控制单元通过变更预定的参数来对所述平均旋转速度、所述振幅及所述周期中的至少任意一个进行变更，其特征在于，

所述机床包括：

显示单元；和

参数显示控制部，该参数显示控制部将涉及所述参数的信息显示于所述显示单元，

能够根据所述显示单元所显示的涉及所述参数的信息变更所述参数。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述参数显示控制部将对再生型颤振有效果的参数的值或其范围、和/或对再生型颤振没有效果的参数的值或其范围作为涉及所述参数的信息而显示于所述显示单元。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述参数显示控制部将所述驱动单元无法实现的参数的值的范围作为涉及所述参数的信息而显示于所述显示单元。

4.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，

所述参数显示控制部将所述驱动单元无法实现的参数的值的范围作为涉及所述参数的信息而显示于所述显示单元。

5.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

采用所述振幅及所述周期作为所述参数。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的机床，其特征在于，

采用所述振幅或所述周期中的任意一个、以及在所述旋转轴的角加速度、所述旋转轴的转矩、向所述驱动单元供给的电力、将所述振幅除以所述周期所求得的变动率和所述平均旋转速度中的任意一个作为所述参数。

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