CN103769945B - 颤振抑制方法和机床 - Google Patents

Abstract

一种颤振抑制方法，包括惯性力矩获取步骤，用于获取所述转动主体的惯性力矩；记录步骤，用于将表示所获取的惯性力矩的值记录至所述加工程序；和计算步骤，用于在所述转动主体的转动速度变化、以抑制颤振时，根据记录在所述加工程序中表示惯性力矩的值和用于转动所述转动主体的电机的最大输入功率来计算可变振幅和可变周期。

Description

颤振抑制方法和机床

优先权信息

本申请要求2012年10月18日提交的、申请号为2012-231114的日本专利申请的优先权，其全部内容通过参考引入此处。

技术领域

本发明涉及通过改变转动轴的转动速度，抑制机床加工过程中产生的颤振的控制方法，还涉及机床。

背景技术

当机床进行切削工作时，如果工具或加工件具有低的刚性，偶尔会产生所谓的“颤振”。颤振的产生造成例如工具破坏或加工件表面精度下降等问题。这种颤振是由于加工件的厚度被切断时的波动，和相位延迟的产生导致的振动的增加引起的，所述相位延迟为一次转动之前在加工表面上产生的波动（振动）和由于电流切断引起的振动之间的相位延迟。关于用于抑制颤振的技术，专利文献1和专利文献2提出了方法。专利文献1和专利文献2描述的技术改变了该转动轴的转动速度，以使输入工具的力不规则，从而抑制颤振。专利文献1和2公开了一种装置，当该转动轴的转动速度变化时，该装置通过设定可变振幅和可变的周期抑制颤振。

引用列表

专利文献1：JP 49-105277 A

专利文献2：JP 61-3522 U。

发明内容

技术问题

专利文献1和2中描述的方法需要设置可变振幅和可变周期两种值，以改变转动速度。为了抑制颤振，已知在某个值的可变振幅时，当可变周期设置为短的时，该效果好，或该效果更好。也就是说，已知当该转动轴急剧加速和减速时，颤振抑制效果好。但是，当该转动轴反复急速加速和减速时，电机的输入功率增加，电机可能产生热量，并可能毁坏。

因此，考虑一种方法，在从电机的最大输入功率和该转动主体的惯性力矩发现转动速度的改变的极限值（limit value）之后，进行最初拟定的加工。要做到这点，需要进行专门的操作，以测定惯性力矩，并将其记录在用于控制该机床的数控装置中。当加工相同的工件时，没有必要更新该惯性力矩，当加工不同的工件时，有必要进行专门操作以重新测定该惯性力矩，或者操作者需要将预先测定的惯性力矩设置在该数控装置中，因此增加了很多工作步骤。当用另一种机床加工相同的加工件时，需要相同数目的工作步骤，且该过程是不合理的。

本发明已经克服了上述问题，本发明的优点在于提供一种通过简单计算转动速度的变化的极限，而不需要测定每次加工的加工件的惯性力矩的、抑制颤振而不破坏电机的方法，还提供一种机床。

技术问题

本发明抑制颤振的方法为用于抑制机床的颤振的方法，该机床根据存储单元中存储的加工程序，通过转动包括加工件或工具的转动主体进行切削工作，该方法包括，获取步骤，用于获取该转动主体的惯性力矩；记录步骤，将表示所获取的惯性力矩的值记录至该操作程序；计算步骤，当该转动主体的转动速度改变、以抑制颤振时，根据记录在该加工程序中的表示惯性力矩的值和用于转动该转动主体的电机的最大输入功率来计算可变振幅和可变周期。

根据优选实施例，从获取的该转动主体的惯性力矩中减去该机床的转动部分的预先存储的惯性力矩得到值，将该值记录至该加工程序中，作为表示惯性力矩的值。根据另一个优选实施例，当在加工程序的指示下，在多个单独的步骤中加工加工件时，在该获取步骤获取该转动主体的惯性力矩，用于相应步骤；在该存储步骤中，将用于相应步骤的、获取的表示该转动主体的惯性力矩的值存储至该加工程序中，用于相应的步骤。

根据本发明的另一个实施例，该机床为用于根据存储于存储单元中的加工程序，通过转动包括加工件或工具的转动主体进行切削工作的机床，该机床包括惯性力矩获取单元，用于获取所述转动主体的惯性力矩；记录单元，用于当所述惯性力矩获取单元获取惯性力矩时，将获取的惯性力矩记录至所述加工程序；和计算单元，用于当所述转动主体的转动速度变化、以抑制颤振时，根据记录在所述加工程序中的惯性力矩和用于转动所述转动主体的电机的最大输入功率来计算可变振幅和可变周期。

发明效果

根据本发明，由于一旦测定的惯性力矩记录在该加工程序中，所以当加工相同的工件时，没有必要进行相同的操作来测定惯性力矩，且可以很容易地计算该转动速度的变化极限，以抑制颤振，而不破坏电机。

附图说明

参考附图，下面将详细描述本发明的优选实施例，其中：

图1为本发明实施例的数控车床的结构示意图；

图2为转动轴的转动速度波动例子的示意图；

图3为颤振抑制方法的流程图；和

图4为展示加工程序部分的示意图。

具体实施方式

参考附图，描述本发明的实施例。图1为本发明实施例的数控车床的结构示意图。机头架（headstock）7轴向和转动地支撑主轴1，该主轴1通过夹头2和棘爪3夹持工件4。由该主轴1、转子6b、该夹头2、该棘爪3及该工件4构成的转动主体由电机6驱动而转动，该电机包括安装至该机头架7上的定子6a，和安装至该主轴1上的转子6b。用于检测该主轴1的转动速度的编码器5安装子该机头架7上。转动轴控制单元8连接至该电机6和该编码器5，数控装置9为该转动轴控制单元8指示该转动速度。该转动单元8保持监控通过编码器5检测的该主轴1的转动速度，并调整施加至该电机6上的输入电流，以根据数控装置9指示的转动速度转动该转动主体。

该数控装置9与用于存储程序等的存储单元11连接，并与输入/输出单元10连接，该输入/输出单元10用于通过监控器或类似物输出，或用于通过键盘或类似物输入。该数控装置9通过在所述工件4的转动轴方向和/或径向移动未示出的工具，同时根据该存储单元11中存储的加工程序转动该主轴1进行切削工作。此外，该数控装置9被输入来自输入/输出单元10的该主轴1的转动速度、可变振幅、和可变周期。因此，可以通过该数控装置9和该转动轴控制单元8在指定的可变振幅和可变周期下改变该主轴1的转动速度，如图2所示。

该惯性力矩可以通过输入该定子6a的电流和该转动主体的转动速度的改变来测定。例如，当该数控装置9将速度指令发送至该转动轴控制单元8，以在一定转动速度下转动该转动主体时，该转动主体从停止状态逐步增加速至指示的转动速度。此时，惯性力矩J和该转动主体的角加速度与该电机6的转矩T的关系用表达式1表达。

T=J·α (1)

转矩T与输入电流I和取决于该电机的力矩常数k的关系可通过表达式2表示。

T=k·I (2)

在此处，该角加速度α可通过该编码器5测试的该转动速度的变化量计算，有该转动轴控制单元8输入的该输入电流I是已知的。因此，该惯性力矩J可通过表达式1和表达式2计算得到。这种计算通过数控装置9进行，且该计算得到的惯性力矩记录在该数控装置9的操作程序中。该编码器5和计算该惯性力矩的该数控装置9起到获取单元的作用，用于获取该转动主体的惯性力矩。

参考图3的流程图，描述用于本实施例的数控车床的抑制颤振的方法。在步骤S1中，加工件加工程序从该存储单元11读取至该数控装置9。在步骤S2中，判断该惯性力矩J是否作为整体记录在该加工程序中，如果没有记录，该过程前进至步骤S3，如果记录了，该过程前进至S5。在步骤S3中，通过已知方法测定该转动主体的惯性力矩。除了上述方法，例如还提出了一种方法，用于通过当该转动主体加速或减速时，施加至该电机6的输入电流，以及此时转动速度的改变来测定惯性力矩的方法。

在步骤S4中，作为记录装置的该数控装置9将步骤S3中测定的惯性力矩记录至该数控装置9内的加工程序。该记录的加工程序的例子如图4所示。当步骤S3中测定的惯性力矩为，例如0.5 kg·m²时，该数值“0.5”被记录在该加工程序的头部处的惯性力矩的变量名INA后面。在步骤S5中，作为计算装置的该数控装置9通过表达式3、通过程序中记录的惯性力矩和之前存储于该存储单元11中的电机6的最大输入功率测定当该转动速度变化时，可变振幅和可变周期的极限。在表达式3中，Q为转动速度可变振幅（%），R为转动速度可变周期（秒），S为主轴转动速度（min^-1），P为电机的最大输入功率（W）。

Q=4500·P·R/(π²·S²·J) (3)

由于此处获得的可变振幅和可变周期之间的关系是基本表达式，它可以表示为图表，或者是在步骤S6中的输入/输出单元10的检测器上的显示的数值的代表值。

在步骤S4中，该惯性力矩被记录在该数控装置9的加工程序中。通过存储该加工程序，记录该惯性力矩的该加工程序存储在该存储单元11中。从这点出发，可以读取记录该惯性力矩的加工程序。

由于通过上述方法在一经测定的惯性力矩可以记录在该加工程序中，没有必要进行相同的操作，以测定当加工相同工件时的惯性力矩，并且可容易地计算该转动速度的变化极限。因此，可以在不破坏电机时抑制颤振。

在步骤S4中，记录该转动主体的惯性力矩，但是通过减去该机床的转动部分的惯性力矩获得的惯性力矩可以被记录。也就是说，该数控车床所固有的主轴1和转子6b的惯性力矩之前存储于该存储单元11中，且从测定的所述转动主体的惯性力矩中减去该存储值，以记录结果。因此，使用另一个数控车床进行加工时，该加工程序中记录的惯性力矩可简单的添加至该数控车床固有的主轴和转子的惯性力矩，以测定该转动主体的惯性力矩。因此，只需将另一个数控车床移动至合适位置，并使用一组的工件和加工程序，可以省略测定惯性力矩的操作，可以合理普遍的抑制颤振。

上面描述了在加工前的初始状态测量惯性力矩的方法，但是它也能够在每个步骤中测量惯性力矩，并将结果记录在该加工程序中。由于通过加工切下该加工件，所以惯性力矩下降。因此，例如在相应的加工步骤，如用于外部形状的粗加工步骤和用于内径的精加工步骤中，测量惯性力矩，并在加工步骤之间的断点记录下来。因此，可以获得适用于相应步骤的惯性力矩。该获得的值可用于计算相应步骤中，该转动速度最佳的可变振幅和可变周期。

上面描述了在转动该工件时进行切削工作的数控车床的例子，但是本发明还可以应用至其他机床，例如在转动工具时进行切削工作的加工中心。

Claims (4)

1.用于抑制机床颤振的颤振抑制方法，该机床根据存储于存储单元中的加工程序，通过转动包括加工件或工具的转动主体来进行切削工作，所述方法包括：

读取及确定步骤，利用所述机床的数控装置读取存储于所述存储单元中的所述加工程序，并确定表示所述转动主体的惯性力矩的值是否存储于所述加工程序中；

惯性力矩获取及记录步骤，当表示所述惯性力矩的值没有存储于所述加工程序中时，通过所述数控装置，获取所述转动主体的惯性力矩，并将表示所获取的惯性力矩的值记录至所述加工程序；和

计算步骤，用于在所述转动主体的转动速度变化、以抑制颤振时，通过所述数控装置，根据记录在所述加工程序中的表示惯性力矩的值和用于转动所述转动主体的电机的最大输入功率来计算可变振幅和可变周期。

2.根据权利要求1所述的颤振抑制方法，其特征在于，从获取的所述转动主体的惯性力矩中减去此前存储的所述机床的转动部分的惯性力矩，获得一个值，将该值记录至所述加工程序中，作为表示惯性力矩的值。

3.根据权利要求1所述的颤振抑制方法，其特征在于，

当由所述加工程序指示在多个单独步骤中操作所述工件时，

在所述获取步骤中，针对各相应步骤获取所述转动主体的惯性力矩；和

针对相应步骤获取的、表示所述转动主体的惯性力矩的值在所述记录步骤中被记录在所述加工程序中，用于相应的步骤。

4.用于进行切削工作的机床，该机床根据存储于存储单元中的加工程序，通过转动包括加工件或工具的转动主体来进行切削工作，所述机床包括：

用于读取存储于所述存储单元中的加工程序，并确定表示所述转动主体的惯性力矩的值是否存储于所述加工程序中的单元；

惯性力矩获取单元，用于当表示所述惯性力矩的值未存储于所述加工程序中时，获取所述转动主体的所述惯性力矩；

记录单元，用于当所述惯性力矩获取单元获取惯性力矩之后，将所获取的表示惯性力矩的值记录至所述加工程序；和

计算单元，用于在所述转动主体的转动速度变化、以抑制颤振时，根据记录在所述加工程序中的惯性力矩和用于转动所述转动主体的电机的最大输入功率来计算可变振幅和可变周期。