CN103009187A - 机床中的转轴转速的监控方法和监控装置、机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床中的转轴转速的监控方法和监控装置、机床，其不管转轴的转速如何，都能够显示最适于抑制高频振动的变动周期，能够在短时间内容易地设定为最佳参数。当使转速变动时，将表示转速的变动振幅（Q）和变动周期（P）的关系的变动图（20）显示在监视器（14）上，在变动图（20）中，除显示当前的设定值（A）外，还显示变动振幅（Q）和变动周期（P）的可设定范围（21）、以及根据以下的式（1）得到的最佳变动周期P_O和／或根据式（2）得到的变动周期（P）的最佳范围P₁。T是转轴的旋转周期，a、a_min、a_max是预先设定的系数，P_O＝aT…（1）a_minT≤P₁≤a_maxT…（2）。

Description

机床中的转轴转速的监控方法和监控装置、机床

技术领域

本发明涉及在机床中通过显示部来监控由转速变动部件引起的转速的变动状态的监控方法和监控装置、以及具有该监控装置的机床,该机床具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按任意模式使该转轴的转速连续变动。

背景技术

在使用机床加工低刚性的被加工物的情况下、或者在使用低刚性工具进行的加工中，在切削时往往产生被称为高频振动的激烈振动。高频振动会使加工面产生一般被称为高频振纹的周期性的花纹，引起精加工面性状或加工精度的恶化。此外，由于切削力周期性地变动而产生噪音，有时会引起工具的磨耗或损坏等，因而产生问题。

因此，作为高频振动的抑制方法，在以下所示的专利文献1中提出了使转轴的转速变动的技术。此外，在专利文献2中记载有如下发明：在高频振动发生的情况下，在显示转速变动控制画面的状态中，使得能够对每种工具输入转速的变动幅度、变动率，由此能够简单地操作控制装置。另一方面，本发明的申请人在作为在先申请的日本特愿2010-235720号中提供了这样的发明：在转速变动切削中，显示对再生型高频振动具有效果的参数值，使得可以简单地确定参数。

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

但是，以往，当使转轴的转速周期性地变动时，如上所述，即使在将变动周期设定为被认为对高频振动具有效果的可动作范围内的最小值的情况下，根据不同转速，有时也存在高频振动并不是最小的情况。因此，操作员不一定能正确地知道用于抑制高频振动的最佳变动周期，有时为了探索最佳参数而耗费时间。

发明内容

因此，本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于提供机床中的转轴转速的监控方法和监控装置，进而提供机床，其不管转轴转速如何，都能够显示最适于抑制高频振动的变动周期，能够在短时间内容易地设定为最佳参数。

为达成上述目的，技术方案1所述的发明是机床中的监控方法，该机床具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；转速变动部件，其按照任意模式使上述转轴的转速连续变动，上述监控方法是在上述机床中通过显示部来监控由上述转速变动部件引起的上述转速的变动状态的监控方法，其特征在于，上述监控方法执行如下步骤：作图步骤，在该作图步骤中，将表示上述转速的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于上述显示部；变动位置显示步骤，在该变动位置显示步骤中，将当前的变动位置显示于上述变动图；设定范围显示步骤，在该设定范围显示步骤中，将能够设定上述变动振幅和上述变动周期的范围显示在上述变动图上；以及变动周期显示步骤，其将根据以下的式（1）得到的最佳变动周期和／或根据式（2）得到的变动周期的最佳范围显示在上述变动图上，

P_O＝aT                …（1）

a_minT≤P₁≤a_maxT      …（2）

P_O：最佳变动周期[s]

P₁：变动周期的最佳范围[s]

T：转轴的旋转周期[s]

a、a_min、a_max：预先设定的系数。

技术方案2所述的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，在上述设定范围显示步骤中，将由上述电动机的变动周期的电力临界线以及预先设定的上述变动振幅的上限值线围成的范围作为能够设定上述变动振幅和上述变动周期的范围进行显示。

技术方案3所述的发明的特征在于，在技术方案1或2的结构中，在上述变动位置显示步骤中显示的当前的变动位置与上述变动周期显示步骤中显示的上述最佳变动周期或上述最佳范围不同的情况下，还执行引导显示步骤，在该引导显示步骤中，显示将上述当前的变动位置向上述最佳变动周期或上述最佳范围进行引导的引导显示。

为达成上述目的，技术方案4所述的发明是机床中的监控装置，该机床具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按照任意模式使上述转轴的转速连续变动，上述监控装置是在上述机床中通过显示部来监控由上述转速变动部件引起的上述转速的变动状态的监控装置，其特征在于，上述监控装置具有：作图部件，其将表示上述转速的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于上述显示部；变动位置显示部件，其将当前的变动位置显示于上述变动图；设定范围显示部件，其将能够设定上述变动振幅和上述变动周期的范围显示在上述变动图上；以及变动周期显示部件，其将根据以下的式（1）得到的最佳变动周期和／或根据式（2）得到的变动周期的最佳范围显示在上述变动图上，

P_O＝aT                …（1）

a_minT≤P₁≤a_maxT      …（2）

P_O：最佳变动周期[s]

P₁：变动周期的最佳范围[s]

T：转轴的旋转周期[s]

a、a_min、a_max：预先设定的系数。

技术方案5所述的发明的特征在于，在技术方案4的结构中，在上述设定范围显示部件中，将由上述电动机的变动周期的电力临界线以及预先设定的上述变动振幅的上限值线围成的范围作为能够设定上述变动振幅和上述变动周期的范围进行显示。

技术方案6所述的发明的特征在于，在技术方案4或5的结构中，还具有引导显示部件，在由上述变动位置显示部件显示的当前的变动位置与由上述变动周期显示部件显示的上述最佳变动周期或上述最佳范围不同的情况下，上述引导显示部件显示将上述当前的变动位置向上述最佳变动周期或上述最佳范围进行引导的引导显示。

为达成上述目的，技术方案7所述的发明是一种机床，其具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按照任意模式使上述转轴的转速连续变动，上述机床的特征在于，上述机床具有技术方案4至6中的任何一项所述的转轴转速的监控装置。

根据技术方案1和4、7所述的发明，操作员根据显示部中的显示，无论用怎样的转速进行切削，都可以在短时间内高效地找出高频振动的抑制效果很高的变动切削参数，可以用最佳的参数改变转轴的转速的变动振幅和变动周期。

根据技术方案2和5所述的发明，除上述效果之外，还能够选择已考虑电动机的最大电力的恰当的可设定范围。

根据技术方案3和6所述的发明，除上述效果之外，操作员还可以简单地识别高频振动的抑制效果很高的参数的变更步骤。

附图说明

图1是数控车床的概略结构图。

图2是表示主轴转速的变动例的说明图。

图3是试验结果的坐标图。

图4是表示监视器的显示例的说明图。

图5是表示变动图的其它显示例的说明图。

图6是表示变动图的其它显示例的说明图。

标号说明

1：数控车床；2：主轴箱；3：主轴；4：卡盘；5：卡爪；6：电动机；7：编码器；8：主轴控制部；9：机床控制部；10：输入部件；11：存储部；12：参数运算部；13：参数显示控制部；14：监视器；20：变动图；21：可设定范围；22：上限值设定按钮；23：推荐值按钮；24、25：调整按钮；26：引导箭头；W：工件；L1：电力临界线；L2：上限值线；A：当前的设定值；B：推荐值。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是作为机床的一个例子的数控车床1的概略结构图。在数控车床1中，在主轴箱2，经由卡盘4和卡爪5夹持工件W的作为转轴的主轴3被轴支承成能够自由转动，在主轴箱2的内部，内设有：电动机6，其旋转驱动主轴3；和编码器7，其被固定于主轴箱2，用于检测主轴3的转速。

标号8是与电动机6和编码器7连接的主轴控制部，标号9是对主轴控制部8发出转速指令的机床控制部，主轴控制部8一边始终对从编码器7检测出的主轴3的转速进行监控，一边调整提供给电动机6的电力，以使主轴3按照从机床控制部9发出的转速指令进行转动。

此外，在机床控制部9还连接有：输入部件10，其用于发出转速的变更等指令；存储部11，其用于存储加工程序等；参数运算部12，其计算用于抑制高频振动的最佳参数；和参数显示控制部13，其使由参数运算部12计算出的参数或后述的变动图显示在作为显示部的监视器14上。该机床控制部9具有周知的结构，其一边使主轴3旋转，一边使固定在未图示的刀架上的工具切入工件W，并使刀架沿半径方向或长度方向进行进给，从而进行切削加工。

机床控制部9利用输入部件10分别输入主轴3的转速、主轴3的变动振幅和变动周期，由此如图2所示，可以使主轴3的转速按指定的变动振幅和变动周期进行变动。亦即，机床控制部9也起着作为转速变动部件的功能。

在该主轴转速的变动切削中，最适于抑制高频振动的变动周期可以通过切削试验来求得。例如，用镗杆对固定于主轴3的工件W进行切削，一边用设置于镗杆的振动计测量切削中的振动，一边用输入部件10变更变动周期，由此可以找出振动成为最小的最佳变动周期。图3是表示通过试验求出的变动周期与高频振动的大小之间的关系的图，若设主轴3的旋转周期为T，则可以如以下的式（1）那样表示最佳变动周期P_O。a是例如用上述切削试验方法试验求出的系数。

P_O＝aT      …（1）

P_O：最佳变动周期[s]

T：主轴旋转周期[s]

接下来，对作为本发明的主要部分的参数显示控制部13向监视器14输出的显示进行说明。参数显示控制部13起到作为作图部件、变动位置显示部件、设定范围显示部件、变动周期显示部件以及引导显示部件的功能，其与监视器14一起构成本发明的监控装置。

首先，在该数控车床1中，也利用设置于工具的未图示的振动传感器来检测加工中这一时间域的振动，从而监控有无高频振动的发生，在监视器14上，实时地显示振动传感器的波形，从而能够识别高频振动的发生状况。

当确认到高频振动发生时，通过由输入部件10输入的指令，在监视器14上，如图4所示，除主程序和主轴3的当前位置等基本显示之外，还显示分别取变动振幅Q为纵轴、取变动周期P为横轴而得到的变动图20（作图步骤）。此外，在此处作为参数，分别显示基准转速S_O、变动振幅Q和变动周期P、用于求出最佳变动周期的系数a、最小系数a_min和最大系数a_max，同时，在变动图20上，显示电动机6的电力临界线L1和变动振幅Q的上限值线L2（设定范围显示步骤）。由该电力临界线L1和变动振幅Q的上限值线L2围成的下侧的区域成为各参数的可设定范围21。

从而，操作员通过在高频振动发生时输入预定的参数，能够按照与参数的值对应的变动振幅Q和变动周期P使主轴3的转速变动。在此情况下，在变动图20上，作为当前的变动位置的设定值A以黑色圆点显示（变动位置显示步骤）。

可是，由于电动机6流过过大的电流时会因发热而损坏，所以输入电力的上限被限定。因此，即使将转速的变动振幅Q设定得很大、将变动周期P设定得很小，有时也不能按设定值变动。因此，在参数显示控制部13中，例如根据下述式（3），计算出由电动机6的最大输入电力决定的能够变动的变动振幅Q和变动周期P的临界线、亦即变动周期P的电力临界线L1，并进行显示。另一方面，通过按压显示在监视器14下部的上限值设定按钮22，而显示出未图示的输入画面，从而能够输入变动振幅Q的上限值。

【算式1】

$Q=\frac{45000}{{\mathrm{\π}}^2{S}^{2}J}(E-\mathrm{Ec})P---\left(3\right)$

Q：变动振幅[%]               P：变动周期[s]

S：主轴转速[min^-1]           J：主轴的惯量[kg.m²]

E：电动机的最大输入电力[W]   Ec：切削电力和损失电力的合计[W]

此外，在图4的变动图20中，当要抑制再生型高频振动时，一并显示由预先设定的系数a和式（1）给出的最佳变动周期P_O、和利用系数a_min、a_max和主轴旋转周期T按下式（2）给出的变动周期的最佳范围P₁（变动周期显示步骤）。

a_minT≤P₁≤a_maxT              …（2）

进而，此处，当要抑制高频振动时，最佳的参数作为推荐值B用白色圆点绘制。该推荐值B中，变动周期P是用式（1）求出的最佳变动周期P_O，变动振幅Q是参数的可设定范围21的最大值，通过按压显示在监视器14下部的推荐值按钮23，可以瞬间变更为推荐值B。

并且，在即使为由推荐值按钮23设定的参数、也不能抑制高频振动的情况下，一边观察振动传感器的波形，一边在a_minT≤P₁≤a_maxT的范围内调整变动周期P，将变动周期P调整为高频振动变成最小的变动周期P，由此能够通过短时间的调整将高频振动的抑制效果发挥到最大限度。在监视器14的下部，显示有变动振幅Q的调整按钮24、24以及变动周期P的调整按钮25、25。

但是，关于变动振幅Q，如果其过大，则在低速时或高速时切削速度与工具的推荐切削速度不同，因此，最好在能够抑制高频振动的范围使其成为尽可能小的值。从而，在当前的设定值A没有被包含在最佳范围P₁的情况下，根据由输入部件10输入的输入指令，如图4所示，显示作为引导显示的引导箭头26，该引导箭头26由以当前的设定值A为起点只将变动周期P引导至最佳变动周期P_O的横线、和从该处起将变动振幅Q引导至上限值作为推荐值B的纵线构成（引导显示步骤）。利用该引导箭头26，敦促操作员从当前的设定值A首先向最佳变动周期P_O进行变更，在即便如此还是不能得到高频振动的抑制效果的情况下，进一步敦促操作员向变动振幅Q的上限值(此处为推荐值B)进行变更。

同样地，在图5、图6所示的变动图20中，在参数的可设定范围21中，在电力临界线L1和变动周期P的最佳范围P₁相交的情况下，分别示出了推荐值B和表示参数变更步骤的引导箭头。在电动机6的耗电量固定的条件下，变动振幅Q越大，高频振动的抑制效果也就越大。因此，在图5中，显示了引导箭头27，其由如下线段构成：只将变动周期P引导至由系数a和式（1）给出的最佳变动周期P_O的横线；从该处起，以增加进一步的高频振动抑制效果为目的，将变动振幅Q引导至电动机6的电力成为最大的电力临界线L1上的纵线；以及进一步在电力临界线L1上将变动振幅Q引导至推荐值B的斜线。同样地，在图6中也显示了引导箭头28，其由如下线段构成：只将变动周期P引导至最佳范围P₁和电力临界线L1上的横线；以及在电力临界线L1上将变动振幅Q引导至推荐值B的斜线。

这样，根据上述方式的数控车床1的监控方法和监控装置，当高频振动发生时，能够使表示主轴3的转速的变动振幅Q和变动周期P的关系的变动图20显示在监视器14上，能够使转速按任意模式连续变动，另一方面，在变动图20中，显示当前的设定值A、以及变动振幅Q和变动周期P的可设定范围21，同时，将根据式（1）得到的最佳变动周期P_O和根据式（2）得到的变动周期P的最佳范围P₁显示在变动图20上。从而，操作员根据监视器14中的显示，无论用怎样的转速进行切削，都可以在短时间内高效地找出高频振动的抑制效果很高的变动切削参数，可以用最佳的参数变更主轴3的转速的变动振幅Q和变动周期P。

特别地，此处，由于将由电动机6的变动周期P的电力临界线L1以及预先设定的变动振幅Q的上限值线L2围成的范围显示为变动振幅Q和变动周期P的可设定范围21，因此，能够选择考虑了电动机6的最大电力的恰当的可设定范围。

此外，在当前的设定值A与最佳范围P₁不同的情况下，显示将当前的设定值A引导向最佳变动周期P_O的引导箭头26～28，因此，操作员可以简单地识别高频振动的抑制效果很高的参数的变更步骤。

并且，在上述方式中，当在监视器中显示变动图并开始主轴的变动时，电力临界线、变动振幅的上限值线、最佳变动周期以及最佳范围被自动显示，但也可以通过输入部件使它们分别在任意的时刻显示，也可以使引导显示也自动显示。当然，变动图的形态也并不仅限于上述内容，也可以进行使轴相反、或者显示为三维等的变更。

此外，此处在变动图上同时显示了最佳变动周期和最佳范围，但也可以只显示其中任意一方。

进而，当前的设定值或推荐值的显示并不仅限于圆点，也可以选择其它形状的标记、或者使当前的设定值和推荐值的标记的形状不同。关于各参数的可设定范围的显示，除由线进行区别之外，也可以通过颜色的不同或深浅等进行区别。而且，引导显示也并不仅限于箭头，例如，可以反复进行使当前的变动位置的标记一边闪烁一边朝向新的变动位置移动的显示等，只要能够进行向新的变动位置的提示，就可以进行适当变更，此外，并不仅限于引导至推荐值，也可以在引导至最佳变动周期或最佳范围中的任意一个值时就结束引导。但是，也不一定要设置引导显示。

另一方面，在上述方式中，最初按设定的匀速使主轴旋转，当检测出高频振动发生时，通过用输入部件输入转速的变动振幅和变动周期，来使转速变动，但也可以从一开始起就使转速变动。

此外，本发明并不仅限于数控车床，只要是使转速变动来进行切削加工的机床即可，例如也包括通过使安装有工具的转轴旋转来进行工件加工的加工中心等。

Claims (8)

1.一种机床中的转轴转速的监控方法，该机床具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按照任意模式使所述转轴的转速连续变动，所述监控方法是在所述机床中通过显示部来监控由所述转速变动部件引起的所述转速的变动状态的监控方法，其特征在于，

所述监控方法执行如下步骤：

作图步骤，在该作图步骤中，将表示所述转速的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于所述显示部；

变动位置显示步骤，在该变动位置显示步骤中，将当前的变动位置显示于所述变动图；

设定范围显示步骤，在该设定范围显示步骤中，将能够设定所述变动振幅和所述变动周期的范围显示在所述变动图上；以及

变动周期显示步骤，在该变动周期显示步骤中，将根据以下的式（1）得到的最佳变动周期和／或根据式（2）得到的变动周期的最佳范围显示在所述变动图上，

P_O＝aT            …（1）

a_minT≤P₁≤a_maxT  …（2）

P_O：最佳变动周期[s]

P₁：变动周期的最佳范围[s]

T：转轴的旋转周期[s]

a、a_min、a_max：预先设定的系数。

2.如权利要求1所述的机床中的转轴转速的监控方法，其特征在于，

在所述设定范围显示步骤中，将由所述电动机的变动周期的电力临界线以及预先设定的所述变动振幅的上限值线围成的范围作为能够设定所述变动振幅和所述变动周期的范围进行显示。

3.如权利要求1或2所述的机床中的转轴转速的监控方法，其特征在于，

在所述变动位置显示步骤中显示的当前的变动位置与所述变动周期显示步骤中显示的所述最佳变动周期或所述最佳范围不同的情况下，还执行引导显示步骤，在该引导显示步骤中，显示将所述当前的变动位置向所述最佳变动周期或所述最佳范围进行引导的引导显示。

4.一种机床中的转轴转速的监控装置，该机床具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按照任意模式使所述转轴的转速连续变动，所述监控装置是在所述机床中通过显示部来监控由所述转速变动部件引起的所述转速的变动状态的监控装置，其特征在于，

所述监控装置具有：

作图部件，其将表示所述转速的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于所述显示部；

变动位置显示部件，其将当前的变动位置显示于所述变动图；

设定范围显示部件，其将能够设定所述变动振幅和所述变动周期的范围显示在所述变动图上；以及

变动周期显示部件，其将根据以下的式（1）得到的最佳变动周期和／或根据式（2）得到的变动周期的最佳范围显示在所述变动图上，

P_O＝aT            …（1）

a_minT≤P₁≤a_maxT  …（2）

P_O：最佳变动周期[s]

P₁：变动周期的最佳范围[s]

T：转轴的旋转周期[s]

a、a_min、a_max：预先设定的系数。

5.如权利要求4所述的机床中的转轴转速的监控装置，其特征在于，

在所述设定范围显示部件中，将由所述电动机的变动周期的电力临界线以及预先设定的所述变动振幅的上限值线围成的范围作为能够设定所述变动振幅和所述变动周期的范围进行显示。

6.如权利要求4所述的机床中的转轴转速的监控装置，其特征在于，

所述监控装置还具有引导显示部件，在由所述变动位置显示部件显示的当前的变动位置与由所述变动周期显示部件显示的所述最佳变动周期或所述最佳范围不同的情况下，该引导显示部件显示将所述当前的变动位置向所述最佳变动周期或所述最佳范围进行引导的引导显示。

7.如权利要求5所述的机床中的转轴转速的监控装置，其特征在于，

所述监控装置还具有引导显示部件，在由所述变动位置显示部件显示的当前的变动位置与由所述变动周期显示部件显示的所述最佳变动周期或所述最佳范围不同的情况下，该引导显示部件显示将所述当前的变动位置向所述最佳变动周期或所述最佳范围进行引导的引导显示。

8.一种机床，其具有：转轴，其用于安装工具或工件，并由电动机驱动；和转速变动部件，其按照任意模式使所述转轴的转速连续变动，所述机床的特征在于，

所述机床具有权利要求4至7中的任何一项所述的转轴转速的监控装置。

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