CN102596495A - 作业机械的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种作业机械的控制方法，首先，输入加工前和加工后的工件的固有振动（步骤S1）。其次，将工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域设定在坎贝尔线图上（步骤S2）。接着，输入加工工具的加工时的振动成分（步骤S3）。然后，将加工工具的加工时的振动成分设定在坎贝尔线图上（步骤S4）。还有，通过坎贝尔线图判断在工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域，加工工具的振动成分处于共振范围以外的加工工具的转速（工作条件）（步骤S5）。最后，基于加工工具的转速（工作条件），对工件进行加工（步骤S6）。因此，能够改善工件的加工面粗糙度，并降低加工成本。

Description

作业机械的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及一种作业机械的控制方法及控制装置，在进行切削加工等的作业机械中，防止工件加工时的抖振。
背景技术
例如，在切削加工中，因加工工具工作时的振动相对于工件的固有振动共振而发生抖振。如果发生抖振，则发生工件的加工面粗糙度不良、因振动而引起的加工工具的切削刃损耗的问题。
作为应对该抖振的对策，例如有专利文件1所记载的方法。在该方法中，在当前工序中获取工件的振动数据，利用该振动数据，预测在加工精度更高的下一工序中是否发生抖振，基于该被预测的是否发生抖振的结果，修改在下一工序中的加工工件的加工数据。然后，在各工序中发生抖振的情况下，基于从该工序获取的工件的振动数据来防止在该工序中的工件的抖振。具体而言，通过增加加工工具的进给量、减小加工工具对工件的切削速度（转速）、或者减少加工工具对工件的切入量来防止工件的抖振。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：（日本）特开2006-150504号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述专利文件1所记载的方法中，根据当前工序中的工件的振动数据来预测在下一工序中是否发生抖振，基于该预测结果修改下一工序中的加工工件的加工数据，但是，却存在不能够防止抖振的发生的情况。这是因为在切削加工中，随着工件的质量变化和刚性变化，工件的固有振动发生变化。因此，在工件加工中，加工工具的固有振动相对于工件的固有振动共振而发生抖振。在专利文件1所记载的方法中，为了防止该抖振而改变加工工具的进给量、转速、切入量等加工工具的工作条件。
然而，在工件的加工中，如果改变加工工具的工作条件，则改变前后的工件加工面粗糙度变化从而导致加工面粗糙度恶化，并且，使加工时间增加从而加工成本增加。
本发明的目的在于，鉴于上述问题提供一种作业机械的控制方法及控制装置，能够改善工件的加工面粗糙度，并降低加工成本。
用于解决技术问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的作业机械的控制方法的特征在于，包括：设定加工前和加工后的工件的固有振动，并设定加工工具的加工时的振动成分的工序；判断所述加工工具的工作条件的工序，该加工工具的工作条件的工序是：在所述工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域，所述加工工具的振动成分处于共振范围以外；基于判断的所述加工工具的工作条件对所述工件进行加工。
就该作业机械的控制方法而言，即使在工件加工中工件质量和刚性变化，因为是在工件的固有振动与加工工具的振动成分在该变化区域不共振的加工工具的工作条件下对工件进行加工，所以能够防止抖振的发生。其结果，没有为了抑制抖振而在工件加工中改变加工工具的工作条件，因此工件的加工面粗糙度被改善，且因不增加加工时间而使加工成本降低。
并且，在本发明的作业机械的控制方法中，所述加工工具的工作条件优选使所述加工工具的进给量和切入量为一定的所述加工工具的转速。
并且，在本发明的作业机械的控制方法中，优选将所述工件的固有振动以及所述加工工具的加工时的振动成分设定在坎贝尔线图上。
为了达成上述目的，本发明的作业机械的控制装置的特征在于，具有：设定部，其设定加工前和加工后的工件的固有振动，并设定加工工具的加工时的振动成分；判断部，其判断所述加工工具的工作条件，该加工工具的工作条件是：在所述工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域，所述加工工具的振动成分处于共振范围以外；控制部，其基于判断的所述加工工具的工作条件对所述工件进行加工。
就该作业机械的控制装置而言，即使在工件加工中工件质量和刚性变化，因为是在工件的固有振动与加工工具的振动成分在该变化区域不共振的加工工具的工作条件下对工件进行加工，所以能够防止抖振的发生。其结果，没有为了抑制抖振而在工件加工中改变加工工具的工作条件，因此工件的加工面粗糙度被改善，且因不增加加工时间而使加工成本降低。
发明效果
根据本发明，能够通过防止抖振的发生从而避免在工件加工中改变加工工具的工作条件的情况，以改善工件的加工面粗糙度，且不增加加工时间从而降低加工成本。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的作业机械及其控制装置的概略结构图。
图2是用于判断加工工具的工作条件的坎贝尔线图。
图3是图1所示的作业机械的控制装置动作（控制方法）的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的作业机械的控制方法及控制装置所适用的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明不限定于该实施方式。
图1是表示本发明实施方式的作业机械机器控制装置的概略结构图，图2是用于判断加工工具的工作条件的坎贝尔线图，图3是图1所示作业机械的控制装置动作（控制方法）的流程图。
如图1所示，作为作业机械的工件加工装置1具有加工部2和控制装置4。
在加工部2的下部设置有底座21。在底座21之上设置有呈门形的支柱22。在支柱22的前表面，经由在X轴方向（左右方向）上延伸的导向部23，24，可往复移动地支撑有座架25。并且，在座架25的前表面，经由在Z轴方向（铅直方向）上延伸的导向部26可升降地支撑有主轴头27。在主轴头27的下表面，加工头28以绕旋转轴P可旋转的方式被支撑。在该加工头28上保持有加工工具T。另外，在加工头28上设置有吸收加工工具T与工件W接触时的接触压力的缓冲器28a。并且，在底座21之上，经由在Y轴方向（前后方向）上延伸的导向部29可滑动移动地支撑有工作台30。在该工作台30上设置有保持工件W的工件保持部31。另外，如图1所示的工件W以用于燃气轮机等的涡轮叶片为例。
即，加工部2构成为，使加工工具T能够在X轴方向（左右方向）和Z轴方向（铅直方向）上移动，并且使工件W能够在Y轴方向（前后方向）上移动。该在X轴方向、Z轴方向及Y轴方向上的移动通过下述的移动机构驱动部46来驱动。加工部2进一步构成为，使加工工具T能够绕旋转轴P旋转。该加工工具T的旋转通过下述的加工工具旋转驱动部47来驱动。
该工件加工装置1在使加工工具T绕旋转轴P旋转的同时使加工工具T在X、Z轴方向上移动，并且，使工件W在Y轴方向上移动，由此使加工工具T与工件W接触以进行工件W的切削加工。
控制装置4由微型计算机构成，是控制加工部2的动作的装置。该控制装置4具有控制部41。在该控制部41与存储部42、输入部43、设定部44、判断部45、移动机构驱动部46以及加工工具旋转驱动部47连接。
在输入部43输入用于在下述判断部45中判断加工部2的工作条件的各事项。输入到输入部43的各事项包括工件W的固有振动以及加工工具T的加工时的振动成分。工件W的固有振动包括加工前和加工后的固有振动。这些加工前和加工后的工件W的固有振动，能够通过基于工件W的设计数据的有限元法分析或实验模式分析来获得。另外，加工工具T的振动成分是，利用加工工具T的转速[N]与加工工具T的切削刃数[Z]的乘积（NZ）计算出的频率成分、以及该频率成分的高次谐波成分。另外，输入到输入部43的各事项包括预先储存在存储部42的事项、或者是通过从控制装置4外部连接到输入部43的外部输入装置（未图示）输入到输入部43的事项。
另外，工件W的固有振动包括螺旋模式和弯曲模式。螺旋模式是，在工件W呈如图1所示的像涡轮叶片一样的板片状的情况下，在例如加工长边方向的中央部时，向螺旋方向施加负载的模式。另一方面，弯曲模式是，在加工如图1所示的工件W的长边方向的前端部时，向弯曲方向施加负载的模式。在这些螺旋模式和弯曲模式中，螺旋模式下的固有振动大且在加工前和加工后的固有振动差大，因此容易发生抖振。因而，在本实施方式中，将采用螺旋模式的加工中的固有振动适用于本实施方式而进行说明。
设定部44将输入到输入部43的工件W的固有振动和加工工具T加工时的振动成分设定在图2所示的坎贝尔线图上。
判断部45利用上述坎贝尔线图判断：在工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域，加工工具T的振动成分处于共振范围以外的加工工具T的工作条件。需要说明的是，在本实施方式中，将加工工具T的工作条件设定为，使加工工具T的进给量和切入量为一定的加工工具T的转速。加工工具T的转速是用于决定加工工具T的振动成分的要素，因此作为工作条件更加优选。
并且，控制部41根据预先储存在存储部42的程序和数据，基于主要由判断部45来判断的加工工具T的工作条件，控制移动机构驱动部46和加工工具旋转驱动部47。
参照图2的坎贝尔线图和图3的流程图，说明根据上述控制装置4的工件加工装置1的控制（控制方法）。
首先，在输入部43输入加工前和加工后的工件W的固有振动（步骤S1）。其次，在设定部44将工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域设定在坎贝尔线图上（步骤S2）。如图2所示，坎贝尔线图的纵轴被设定为频率[Hz]，横轴被设定为转速[rpm]。并且，在设定部44中，在该坎贝尔线图上设定工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域（斜线部分）。
再次，在输入部43输入加工工具T的加工时的振动成分（步骤S3）。然后，在设定部44将加工工具T的加工时的振动成分设定在坎贝尔线图上（步骤S4）。在步骤S4中，如图2所示，在设定部44中，作为加工工具T的加工时的振动成分，将用加工工具T的转速[N]与加工工具T的切削刃数[Z]的乘积[NZ]计算出的频率成分、以及该频率成分的高次谐波成分（2NZ，3NZ，4NZ…）设定在坎贝尔线图上。通过将工件W的固有振动以及加工工具T的加工时的振动成分设定在坎贝尔线图上，能够容易地对加工工具T转速的判断进行确认。
然后，在判断部45，利用坎贝尔线图判断：在工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域，加工工具T的振动成分处于共振范围以外的加工工具T的转速（步骤S5）。由此，如图2所示，得到不发生抖振的转速范围。
最后，控制部41基于加工工具T的转速（工作条件），控制加工工具旋转驱动部47，并且控制移动机构驱动部46，从而对工件W进行加工（步骤S6），并结束本控制。
需要说明的是，上述步骤S1、S2与S3、S4的顺序也可以是相反的。即，也可以先输入加工工具T的加工时的振动成分（步骤S3），将该加工工具T的加工时的振动成分设定到坎贝尔线图上（步骤S4），然后再输入加工前和加工后的工件W的固有振动（步骤S1），将工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域设定到坎贝尔线图上（步骤S2）。
这样，根据本实施方式的作业机械的控制方法及控制装置判断：在工件W的固有振动的加工前与加工后之间的区域，加工工具T的振动成分处于共振范围以外的加工工具T的转速（工作条件），并基于该判断的加工工具T的转速对工件W进行加工。因此，在工件W的加工中，即使工件W的质量或刚性变化，因为以工件W的固有振动与加工工具T的振动成分在该变化区域不发生共振的加工工具T的转速对工件W进行加工，因此，能够防止抖振的发生。其结果，没有为了抑制抖振而在工件W的加工中改变加工工具T的工作条件，因此能够改善工件的加工面粗糙度，且不增加加工时间从而能够降低加工成本。
工业实用性
如上所述，本发明所涉及的作业机械的控制方法及控制装置适用于改善工件加工面粗糙度，并降低加工成本。
附图标记说明
1 工件加工装置（作业机械）
2 加工部
21 底座
22 支柱
23，24 导向部
25 座架
26 导向部
27 主轴头
28a 缓冲器
28 加工头
29 导向部
30 工作台
31 工件保持部
4 控制装置
41 控制部
42 存储部
43 输入部
44 设定部
45 判断部
46 移动机构驱动部
47 加工工具旋转驱动部
P 旋转轴
T 加工工具
W 工件

Claims (4)

1.一种作业机械的控制方法，其特征在于，包括：
设定加工前和加工后的工件的固有振动，并设定加工工具的加工时的振动成分的工序；
判断所述加工工具的工作条件的工序，该加工工具的工作条件的工序是：在所述工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域，所述加工工具的振动成分处于共振范围以外；
基于判断的所述加工工具的工作条件对所述工件进行加工。
2.如权利要求1所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述加工工具的工作条件是，使所述加工工具的进给量和切入量为一定的所述加工工具的转速。
3.如权利要求1或2所述的作业机械的控制方法，其特征在于，将所述工件的固有振动、以及所述加工工具的加工时的振动成分设定在坎贝尔线图上。
4.一种作业机械的控制装置，其特征在于具有：
设定部，其设定加工前和加工后的工件的固有振动，并设定加工工具的加工时的振动成分；
判断部，其判断所述加工工具的工作条件，该加工工具的工作条件是：在所述工件的固有振动的加工前与加工后之间的区域，所述加工工具的振动成分处于共振范围以外；
控制部，其基于判断的所述加工工具的工作条件对所述工件进行加工。
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