CN111601679A - 机床的控制装置、机床以及机床的控制方法 - Google Patents

机床的控制装置、机床以及机床的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机床的控制装置、机床以及机床的控制方法。机床(100)具备安装有切削刀具(CT)的刀具主轴(112)、以及控制装置(1)。控制装置(1)具备控制电路(10)、判定电路(30)以及设定电路(40)。当为了对工件(W)进行切削加工而使刀具主轴(112)旋转时，在判定为产生颤振的情况下，控制电路(10)从上限值(UL)和下限值(LL)之间的范围内随机决定变化量(V)，使刀具主轴(112)以从第一旋转速度(RS1)变化变化量(V)后的第二旋转速度(RS2)旋转。

Description

机床的控制装置、机床以及机床的控制方法
技术领域
本发明涉及机床的控制装置、机床以及机床的控制方法。
背景技术
专利文献1公开了为了对工件进行切削加工而具备旋转的切削刀具的机床。
专利文献1：日本专利公开公报特开2012-200844号
发明内容
本申请公开的技术课题例如是抑制机床进行切削加工时产生的颤振。
根据本发明的第一方式，机床的控制装置包括判定单元、设定单元以及控制单元。判定单元判定安装有切削刀具或工件的主轴旋转而切削工件时是否产生颤振。设定单元设定主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值。控制单元对主轴的旋转速度进行控制。控制单元使主轴以第一旋转速度旋转。当使主轴旋转时，在判定为产生颤振的情况下，控制单元从上限值与下限值之间的范围内决定变化量，使主轴以使第一旋转速度变化变化量后的第二旋转速度旋转。
此外，根据本发明的第二方式，机床具备安装有切削刀具或工件的主轴、以及控制装置。控制装置具备判定单元、设定单元以及控制单元。判定单元判定主轴旋转而切削工件时是否产生颤振。设定单元设定主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值。控制单元对主轴的旋转速度进行控制。控制单元使主轴以第一旋转速度旋转。当使主轴旋转时，在判定为产生颤振的情况下，控制单元从上限值与下限值之间的范围内决定变化量，使主轴以使第一旋转速度变化变化量后的第二旋转速度旋转。
此外，根据本发明的第三方式，机床的控制装置具备判定电路、设定电路以及控制电路。判定电路判定安装有切削刀具或工件的主轴旋转而切削工件时是否产生颤振。设定电路设定主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值。控制电路对主轴的旋转速度进行。控制电路使主轴以第一旋转速度旋转。当使主轴旋转时，在判定为产生颤振的情况下，控制电路从上限值与下限值之间的范围内决定变化量，使主轴以使第一旋转速度变化变化量后的第二旋转速度旋转。
此外，根据本发明的第四方式的机床的控制方法，使安装有切削刀具或工件的主轴以第一旋转速度旋转，判定主轴旋转而切削工件时是否产生颤振。设定主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值。当使主轴旋转时，在判定为产生颤振的情况下，从上限值与下限值之间的范围内决定变化量。使主轴以使第一旋转速度变化变化量后的第二旋转速度旋转。
根据本申请公开的技术，例如能够抑制机床进行切削加工时产生的颤振。
附图说明
图1是表示第一实施方式的机床的概要结构的图。
图2是表示控制装置的各动作的流程图。
图3是表示旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图4是用于说明实施方式的效果的稳定极限线图的示意图。
图5是表示旋转速度的变更处理的变形例1的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图6是用于说明变形例1的旋转速度的变更处理的效果的稳定极限线图的示意图。
图7是表示旋转速度的变更处理的变形例2的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图8是表示旋转速度的变更处理的变形例3的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图9是表示旋转速度的变更处理的变形例4的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图10是表示旋转速度的变更处理的变形例5的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图11是表示Bias决定处理中的各动作的流程图。
图12是表示旋转速度的变更处理的变形例6的旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
图13是存储于存储器的使用完毕列表的图。
图14是表示第二实施方式的机床的概要结构的图。
图15是表示存储于存储器的结果列表的图。
图16是表示存储于存储器的结果列表的图。
具体实施方式
以下，基于表示本发明的实施方式的附图对本发明进行具体说明。另外，图中相同的附图标记表示对应或实质上相同的结构。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的机床100的概要结构的图。在图1中，箭头表示信号的走向。如图1所示，机床100具备刀具主轴台110和工件主轴台120。刀具主轴台110和工件主轴台120配置在基台130上。
刀具主轴台110具备刀具主轴112。刀具主轴112能够绕旋转轴A1旋转。旋转轴A1与垂直方向实质上平行。在刀具主轴112安装有切削刀具CT。刀具主轴台110安装于立柱114，所述立柱114安装于基台130。
工件主轴台120具备工件主轴122。工件主轴122能够绕旋转轴A2旋转。旋转轴A2与水平方向实质上平行。在工件主轴122安装有工件W。
在本实施方式中，旋转轴A1和旋转轴A2实质上正交，但是也可以不正交。此外，在本实施方式中，刀具主轴112和工件主轴122能够旋转，但是刀具主轴112和工件主轴122也可以只有一方能够旋转。
立柱114能够在水平方向上移动。刀具主轴台110能够在垂直方向上移动。由此，刀具主轴112能够在水平方向和垂直方向上移动。刀具主轴台110也可以相对于立柱114绕与水平方向实质上正交的轴旋转。在本实施方式中，工件主轴台120将工件主轴122保持为不能移动。但是，工件主轴台120也可以将工件主轴122保持为能够移动。此外，也可以为，刀具主轴112不能移动，而工件主轴122能够移动。
以下，以切削刀具CT相对于工件W绕旋转轴A1旋转的铣削为例说明本实施方式。
机床100具备用于控制机床100的控制装置1。控制装置1与基台130连接。此处，控制装置1可以与机床100的其他部位连接，也可以与基台130分开设置。在控制装置1连接有操作部(操作单元)70和显示器(显示单元)80。通过操作部70和显示器80实现图形用户界面(Graphical User Interface)。但是，控制装置1、操作部70和显示器80也可以一体构成。
如图1所示，控制装置1具备控制电路(控制单元)10、振动检测电路(振动检测单元)20、判定电路(判定单元)30、设定电路(设定单元)40、负载检测电路(负载检测单元)50以及存储器(存储单元)60。控制电路10、振动检测电路20、判定电路30、设定电路40、负载检测电路50以及存储器60能够经由总线2相互收发信号。在本实施方式中，控制电路10、振动检测电路20、判定电路30、设定电路40以及负载检测电路50分别设置。但是，这些电路也可以由一个电路构成。此外，控制装置1也可以取代这些电路转而具备用于实现这些电路的动作的程序以及执行该程序的处理器。另外，程序存储在存储器60中。
控制电路10控制刀具主轴112绕旋转轴A1的旋转以及刀具主轴台110的移动、立柱114的移动。控制电路10具有运算器，该运算器计算刀具主轴112的旋转速度和旋转速度的变化量。控制装置1经由基台130与控制装置1之间的电缆130C发送控制信号，以便控制刀具主轴112、刀具主轴台110和立柱114。控制装置1根据切削加工程序、操作部70接受到的输入操作，一并控制机床100。切削加工程序存储在存储器60中。
控制电路10包括随机数产生电路(随机数产生单元)10R。随机数产生电路10R产生随机数。随机数用于变更刀具主轴112的旋转速度。在本实施方式中，随机数产生电路10R产生0到1的均匀随机数。另外，均匀随机数可以包括0和1，也可以不包括0和1。随机数产生电路10R是基于线性同余方法产生伪随机数的伪随机数产生电路(伪随机数产生器)。伪随机数的初始值是基于时刻和热噪声的随机数。
但是，随机数产生电路10R产生的随机数并不限定于均匀随机数。此外，随机数产生电路10R也可以根据其他算法(例如梅森旋转算法)产生伪随机数。此外，伪随机数的初始值并不限定于基于时刻、热噪声的随机数。进而，随机数产生电路10R也可以不是伪随机数产生电路，例如是基于热噪声的随机数产生电路(随机数产生器)。
振动检测电路20检测切削刀具CT切削工件W时产生的振动的加速度。振动检测电路20与振动传感器22和振动传感器24连接。振动传感器22配置于刀具主轴台110。振动传感器24配置于工件主轴台120。在本实施方式中，振动传感器22和振动传感器24为加速度传感器，但是并不限定于此。驱动振动传感器22的驱动信号、驱动振动传感器24的驱动信号、从振动传感器22输出的检测信号、从振动传感器24输出的检测信号经由电缆130C传送。这些检测信号表示振动的振动加速度(m/s2)。振动检测电路20根据来自其他电路的取得请求，驱动振动传感器22和振动传感器24，将各检测信号进行AD转换。然后，振动检测电路20输出表示AD转换后的各振动加速度的信号。
在本实施方式中，配置振动传感器22和振动传感器24这两个传感器，也可以仅配置一个振动传感器。此外，振动传感器22和振动传感器24也可以分别配置于刀具主轴台110和工件主轴台120以外的部位。
判定电路30判定在机床100是否产生颤振。具体而言，判定电路30判定检测到的振动加速度A是否大于振动阈值(m/s2)。在振动加速度A大于振动阈值的情况下，判定为在机床100产生颤振。
例如，存储器60存储振动加速度的判定用的振动阈值。判定电路30具有逻辑运算器，逻辑运算器将存储于存储器60的振动阈值与从振动检测电路20取得的振动加速度A进行比较。但是，振动阈值也可以基于操作部70接受到的输入操作求出。判定电路30将表示比较结果的信号向控制电路10输出。即，判定电路30将表示是否产生颤振的信号向控制电路10输出。
在本实施方式中，使用振动传感器22和振动传感器24这两个传感器。因而，判定电路30将与振动传感器22对应的振动加速度和振动传感器22用的振动阈值进行比较，将与振动传感器24对应的振动加速度和振动传感器24用的振动阈值进行比较。此时，判定电路30也可以判定至少一方的振动加速度是否大于对应的振动阈值。但是，判定电路30也可以将与振动传感器22对应的振动加速度和与振动传感器24对应的振动加速度进行合计，并与一个振动阈值进行比较。
此外，判定电路30也可以具有运算器，运算器计算振动加速度的有效值ARMS。具体而言，判定电路30使用运算器并基于以下的数式1计算有效值ARMS。
(数式1)
Figure BDA0002581356920000061
例如，判定电路30每200msec从振动检测电路20取得4000个振动加速度A1～A4000。然后，判定电路30将通过数式1求出的有效值ARMS与振动阈值进行比较。如果这样使用振动加速度的有效值ARMS，例如即使由于在电缆130C传播的噪声的影响而几个振动加速度Ai成为异常值，有效值ARMS也会受到大多数正常值的较多影响，因此能够抑制因该异常值而引起误判定。
但是，不仅有效值ARMS，而且瞬时值、规定期间中的峰值、对时间区域的振动加速度进行傅里叶分析而转换为频率区域的振动加速度的值，也能够用作振动加速度。此外，规定的频率中的振动的功率谱也能够用作代替振动加速度的值。
对于颤振的产生，并不限定于基于振动加速度进行判定，也可以基于向刀具主轴112施加的负载进行判定。具体而言，负载检测电路50检测向刀具主轴112施加的负载。例如，负载检测电路50具有电流检测电阻。电流检测电阻与使刀具主轴112绕旋转轴A1旋转的马达的端子电连接，用于检测电流值。检测到的电流值与向刀具主轴112施加的负载对应。然后，判定电路30判定检测到的振动加速度是否大于与检测到的电流值对应的振动阈值。在检测到的电流值大的情况下判断为进行重切削，相对大地设定振动阈值。另一方面，在检测到的电流值小的情况下判断为进行轻切削，相对小地设定振动阈值。因而，即使是在电流值大时判定为正常切削的振动加速度，也存在由于电流值小而被判定为产生颤振的情况。
另外，电流值与振动阈值的对应关系可以存储在存储器60中，也可以通过操作部70接受输入操作而求出。
此外，判定电路30也可以基于将在一定时间的期间多次检测到的电流值平均化而得的值判定是否产生颤振。通过如此进行判定，能够抑制基于在切削刀具CT与工件W接触的瞬间和切削刀具CT从工件W离开的瞬间暂时变大的电流值误判定为产生颤振。
此外，判定电路30可以不使用电流值和振动阈值，在电流值与振动加速度的比例为规定的阈值以上的情况下，判定为产生颤振。
此外，判定电路30可以基于麦克风收到的声音(例如音量)判定为在机床100产生颤振。进而，判定电路30也可以在操作部70接受到表示产生颤振的操作时，判定为在机床100产生颤振。
设定电路40设定刀具主轴112的旋转速度的变化量的上限值UL与下限值LL。设定电路40根据来自控制电路10的取得请求，输出表示上限值UL与下限值LL的信号。
例如，设定电路40可以基于操作部70接受到的输入操作设定上限值UL与下限值LL。但是，设定电路40也可以具有运算器，运算器从控制电路10取得表示刀具主轴112的当前的旋转速度的信号，根据当前的旋转速度计算上限值UL与下限值LL。此外，运算器也可以取得通过操作部70接受到的输入操作而输入的旋转速度，根据所输入的旋转速度计算上限值UL与下限值LL。
上限值UL与下限值LL可以分别为旋转速度的绝对值(rpm)，也可以为相对于作为基准的旋转速度的相对值(％)。此外，还可以使用将作为基准的旋转速度与上限值UL和下限值LL分别建立关联的数式和表，设定为作为基准的旋转速度变大时扩大上限值UL与下限值LL的范围。进而，上限值UL与下限值LL可以为正的绝对值(相对值)，也可以为负的绝对值(相对值)。
例如，上限值UL为+100(rpm)，下限值LL被设定为-100(rpm)。此外，例如相对于作为基准的旋转速度，上限值UL为+10％，下限值LL被设定为-10(％)。
另外，为了缩短切削加工的时间，上限值UL与下限值LL的中间值可以大于0(rpm或％)。例如，上限值UL为+200(rpm)，下限值LL被设定为-100(rpm)。
上限值UL被设定为，使得变更后的旋转速度小于能够设定的最高旋转速度。即，将上限值UL设定为，使得变更前的旋转速度与上限值UL之和小于最高旋转速度。将下限值LL设定为，使得变更后的旋转速度大于能够设定的最低旋转速度。
此外，上限值UL与下限值LL并不限定于基于作为基准的旋转速度进行设定，也可以基于切削刀具CT的规格(例如刃数)进行设定。进而，上限值UL与下限值LL也可以基于以当前的旋转速度、切削刀具CT的规格以及其他的加工条件的数值为变量的多变量多维多项式进行设定。
接着，图2是表示控制装置1的各动作的流程图。图3是表示旋转速度的变更处理中的各动作的流程图。
如图2所示，控制电路10使刀具主轴112以第一旋转速度旋转(步骤S1)。此时，控制电路10可以读出由切削加工程序指定的第一旋转速度，也可以基于操作部70接受到的输入操作求出第一旋转速度。
控制电路10通过控制刀具主轴台110和立柱114，使刀具主轴112朝向工件W移动(步骤S2)。判定电路30取得振动阈值(步骤S3)。振动检测电路20检测振动的振动加速度(步骤S4)。判定电路30判定检测到的振动加速度是否大于振动阈值(步骤S5)。在检测到的振动加速度为振动阈值以下的情况下(步骤S5：否)，返回到步骤S4。另外，如上所述，判定电路30也可以在步骤S5中除了振动加速度之外还使用向刀具主轴112施加的负载。
(旋转速度的变更)
在检测到的振动加速度大于振动阈值的情况下(步骤S5：是)，执行变更刀具主轴112的旋转速度的处理(步骤S6)。即，在判定为产生颤振时(步骤S5：是)，为了抑制颤振，执行变更刀具主轴112的旋转速度的处理(步骤S6)。
如图3所示，在旋转速度的变更处理S6中，设定电路40设定上限值UL与下限值LL(步骤S10)。然后，控制电路10的随机数产生电路10R产生从0到1的随机数RN(步骤S20)。然后，控制电路10基于所产生的随机数RN计算旋转速度的变化量V(步骤S30)。例如，控制电路10基于以下的数式2-1计算变化量V。
(数式2)
V＝LL+(UL-LL)×RN……(数式2-1)
即，变化量V从上限值UL与下限值LL之间的范围内随机决定。
然后，控制电路10计算第二旋转速度RS2(步骤S40)。具体而言，控制电路10使第一旋转速度RS1变化在步骤S30中计算出的变化量V，由此来计算第二旋转速度RS2。
例如，在上限值UL、下限值LL和变化量V为旋转速度的绝对值(rpm)的情况下，控制电路10基于数式2-2计算第二旋转速度RS2。
(数式3)
RS2＝RS1+V……(数式2-2)
即，第二旋转速度RS2是第一旋转速度RS1与变化量V之和。
例如，在上限值UL、下限值LL和变化量V为相对于第一旋转速度RS1的相对值(％)的情况下，控制电路10基于数式2-2A计算第二旋转速度RS2。
(数式4)
RS2＝RS1×(1+V)……(2-2A)
即，在上限值UL、下限值LL和变化量V为相对于第一旋转速度RS1的相对值(％)的情况下，当第一旋转速度RS1变大时，旋转速度的绝对值(rpm)中的上限值与下限值之间的范围也变大。
然后，控制电路10使刀具主轴112以计算出的第二旋转速度RS2绕旋转轴A1旋转(步骤S50)。
返回到图2，当刀具主轴112的旋转速度的变更处理结束时(步骤S6)，控制电路10判断切削加工是否结束(步骤S7)。例如，在经过由切削加工程序预定的时间的情况下、刀具主轴112被输送预定的输送长度的情况下，控制电路10判断为切削加工结束(步骤S7：是)。当判断为切削加工未结束时(步骤S7：否)，返回到步骤S4。
以往，在机床产生颤振的情况下，为了判断是否产生颤振、求出用于抑制颤振的加工条件，需要具备一定经验的熟练技工的参与。在本实施方式中，控制装置1检测振动加速度，判定检测到的振动加速度是否大于振动阈值，由此自动地判断是否产生颤振。进而，控制装置1从上限值UL与下限值LL之间的范围内随机决定变化量V，使第一旋转速度RS1变化所决定的变化量V，由此求出第二旋转速度RS2。由此，能够在没有熟练技工的参与的情况下容易地抑制机床进行切削加工时产生的颤振。
图4是用于说明本实施方式的效果的稳定极限线图的示意图。稳定极限线图是关于自励颤振中的再生型的颤振，表示主轴的旋转速度与刀具的切入深度之间的关系的图。图4所示的曲线的下侧是不产生颤振而能够加工的稳定区域，曲线的上侧是产生颤振的颤振区域。但是，在本实施方式中，控制电路10不求出图4所示的稳定极限线图。
在现有技术中，为了抑制在切削加工中产生的自励颤振中的再生型的颤振，求出图4所示的稳定极限线图。在现有技术中，为了求出稳定极限线图，对机床进行加振测试或切削测试。但是，难以求出准确的稳定极限线图。此外，由于难以囊括全部颤振的产生原因，所以即使根据求出的稳定极限线图无颤振地开始切削加工，有时也会在切削加工的中途产生颤振。
从图4明显可知，作为抑制颤振的方法，能够利用变更切削刀具的旋转速度这一情况。因此，在本实施方式中，控制电路10不求出稳定极限线图，从上限值UL与下限值LL之间的范围内随机决定变化量V，使第一旋转速度RS1变化所决定的变化量V，由此求出第二旋转速度RS2。这样，控制电路10不求出稳定极限线图，将刀具主轴112的第一旋转速度RS1变更为第二旋转速度RS2，由此抑制颤振。因而，在本实施方式中，不需要用于求出稳定极限线图的加振测试和切削测试。进而，控制装置1不需要具备用于分析加振测试结果的计算能力。此外，与自励和强制等的颤振的类型无关，能够抑制机床100进行切削加工时产生的颤振。
在图4所示的稳定极限线图中，峰值和与该峰值邻接的峰值的距离(旋转速度)随着旋转速度变大而变大。即，当旋转速度变大时，为了可靠地抑制颤振，优选变化量V也变大。在本实施方式中，将上限值UL与下限值LL设定为相对于第一旋转速度RS1的相对值(％)，或者使用第一旋转速度RS1与上限值UL与下限值LL分别建立关联的数式和表，从而设定为当第一旋转速度RS1变大时扩大旋转速度的绝对值(rpm)中的上限值和下限值的范围。由此，当第一旋转速度RS1小时减小变化量V，当第一旋转速度RS1大时增大变化量V。即，由于能够与稳定极限线图中的能够加工的区域的倾向相应地调整旋转速度的变化量V，所以能够更可靠地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。
在现有技术中，为了抑制颤振，有时进行机器学习来决定加工条件的调整量。但是，为了通过机器学习求出最佳加工条件，需要复杂的计算步骤，在计算的处理中对控制电路施加大的负荷。此外，为了导出最佳加工条件，需要积蓄庞大量的数据。对于与机床所进行的多品种少量生产对应的各种刀具和工件的材质、加工形状，难以分别积蓄数据。在本实施方式中，控制装置1从上限值UL与下限值LL之间的范围内随机决定变化量V，使第一旋转速度RS1变化所决定的变化量V，由此求出第二旋转速度RS2，因此，计算步骤简单，计算处理中对控制电路10的负荷少。进而，由于无需积蓄庞大量的数据，所以不依赖刀具的种类、工件的材质和加工形状，能够抑制机床100进行切削加工时产生的颤振。
另外，也可以省略产生随机数RN。例如，控制电路10可以将上限值UL与下限值LL的中间值决定为变化量V。即，控制电路10可以基于规则从上限值UL与下限值LL的范围内决定变化量V。
(变形例1)
接着，图5是图3所示的旋转速度的变更处理S6的变形例1的旋转速度的变更处理S6A中的各动作的流程图。在变形例1的旋转速度的变更处理S6A中，反复进行刀具主轴112的旋转速度的变更，直到检测的振动加速度A变为振动阈值以下为止。省略重复的步骤的说明。
具体而言，在代替步骤S10而执行步骤S10A，代替步骤S40而执行步骤S40A，在步骤S50后执行步骤S60和步骤S70这点，旋转速度的变更处理S6A与图3所示的旋转速度的变更处理S6不同。
在步骤S10A中，设定电路40基于刀具主轴112的当前的旋转速度设定变化量的允许幅度VW。例如，设定电路40通过从存储器60中读出多个旋转速度与多个允许幅度分别建立关联的表，来设定允许幅度VW。此外，例如设定电路40基于操作部70接受到的操作来设定允许幅度VW。允许幅度VW例如被设定为当前的旋转速度的10％。上限值UL与下限值LL被设定为满足允许幅度VW。
步骤S40A与步骤S40的不同之处在于，使当前的旋转速度变化以满足在步骤S10A中求出的允许幅度VW的方式在步骤S30中计算出的变化量V，由此来计算第二旋转速度RS2。
当从第一旋转速度RS1变更为第二旋转速度RS2时(步骤50)，振动检测电路20检测振动加速度A(步骤S60)。然后，判定电路30判定在步骤S60中检测到的振动加速度A是否大于振动阈值(步骤S70)。当在步骤S60中检测到的振动加速度A为振动阈值以下时(步骤S70：否)，结束旋转速度的变更处理S6A。另外，判定电路30也可以在步骤S70中，除了振动加速度A之外，也使用向刀具主轴112施加的负载。当在步骤S60中检测到的振动加速度A大于振动阈值时(步骤S70：是)，返回到步骤S10A。即，反复执行步骤S10A～步骤S50，直到在步骤S60中检测到的振动加速度A小于振动阈值为止。
进而换言之，与旋转速度的变更的次数j对应的第二旋转速度RS2(j)基于下述的数式3-1和数式3-2计算。
(数式5)
V(j)＝LL(j)+VW(j)×RN(j)……(数式3-1)
(数式6)
RS2(j)＝RS2(j-1)+V(j)……(数式3-2)
其中，下限值LL(j)为旋转速度的绝对值(rpm)。这样，控制电路10通过使第二旋转速度RS2(j-1)变化变化量V(j)，计算新的第二旋转速度RS2(j)。但是，第二旋转速度RS2(0)与第一旋转速度RS1相同。因而，第二旋转速度RS2(j)也能够基于数式3-1和以下的数式3-3计算。
(数式7)
Figure BDA0002581356920000121
图6是用于说明变形例1的旋转速度的变更处理S6A的效果的稳定极限线图的示意图。图6所示的曲线的下侧为不产生颤振而能够加工的稳定区域，曲线的上侧为产生颤振的颤振区域。此处，上限值UL、下限值LL和变化量V为绝对值(rpm)。如图6所示，允许幅度VW(j)根据变更的次数j而变化。即，上限值UL(j)和下限值LL(j)根据变更的次数j而变化。变化量V(j)基于允许幅度VW(j)和随机数RN(j)决定。第二旋转速度RS2(j+1)为第二旋转速度RS2(j)与变化量V(j)之和。第二旋转速度RS(j+2)为第二旋转速度RS2(j+1)与变化量V(j+1)之和，抑制颤振。
这样，当反复进行旋转速度的变更时，能够更可靠地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。
此外，抑制颤振的第二旋转速度RS2通过基于随机数RN(j)的随机搜索求出。因而，与线形搜索的情况相比，不会陷入始终无法抑制颤振的状态，能够比较稳定地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。
进而，如果基于随机数RN(j)计算第二旋转速度RS2(j)，则与变更旋转速度以使振动加速度A(j)变小的算法相比，陷入局部解的可能够性低。
此处，如图6的稳定极限线图所示，峰值和与该峰值邻接的峰值的距离(旋转速度)随着旋转速度变大而变大。即，当旋转速度变大时，为了抑制颤振，需要更大的变化量V。因而，如步骤S10A那样，如果随着当前的旋转速度变大而扩大允许幅度VW(j)，则变化量V(j)的绝对值也变大。由此，控制电路10能够更快地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。
换言之，当旋转速度变小时，能够以更小的变化量V抑制颤振。因而，如步骤S10A那样，如果将允许幅度VW(j)设为当前的旋转速度的相对值，则能够与当前的旋转速度相应地减小变化量V(j)。
但是，允许幅度VW(j)并不限定于相对于当前的旋转速度的相对值(％)，也可以是旋转速度的绝对值(rpm)。
(变形例2)
接着，图7是图3所示的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6的变形例2的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6B中的各动作的流程图。在变形例2的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6B中，上限值UL与下限值LL被固定，反复进行从第一旋转速度RS1向第二旋转速度RS2的变更。
具体而言，图7所示的流程图与变形例1的旋转速度的变更处理S6A的不同之处在于，代替步骤S10A而执行步骤S10，代替步骤S40A而执行步骤S40，当在步骤S70中判定为“是”时返回到步骤S20。
如图7所示，判定电路30判定在步骤S60中检测到的振动加速度A是否大于振动阈值(步骤S70)。当在步骤S60中检测到的振动加速度A大于振动阈值时(步骤S70：是)，返回到步骤S20。即，由于不反复执行步骤S10，所以上限值UL与下限值LL在反复计算第二旋转速度RS2时成为固定值。因而，在旋转速度的变更処理S6B中，相对于第一旋转速度RS1的变化量的允许幅度VW也为固定值。
控制电路10基于下述数式4-1和数式4-2计算第二旋转速度RS2(j)。
(数式8)
V(j)＝LL+VW×RN(j)……(数式4-1)
(数式9)
RS2(j)＝RS1+V(j)……(数式4-2)
即，变化量V(j)从被固定的上限值UL与下限值LL之间的固定的范围内基于随机数RN(j)随机决定。第二旋转速度RS2(j)为第一旋转速度RS1与变化量V(j)之和。但是，变化量V(j)并不限定于旋转速度的绝对值(rpm)，也可以为相对于旋转速度的相对值(％)。
由此，由于第二旋转速度RS2在固定的范围内变更，所以不会大幅偏离当初指定的第一旋转速度RS1，能够决定抑制颤振的第二旋转速度RS2。因而，容易避免伴随着颤振的抑制而向机床100施加的负载增加、刀具寿命的降低或者加工时间的延长超出预想。
(变形例3)
接着，图8是表示图3所示的旋转速度的变更处理S6的变形例3的旋转速度的变更处理S6C中的各动作的流程图。在变形例3的旋转速度的变更处理S6C中，在对旋转速度的变更的反复次数设置限制这点，与变形例1的旋转速度的变更处理S6B不同。省略重复的步骤的说明。
如图8所示，控制电路10对反复次数RC输入0(步骤S12)。该反复次数RC被暂时存储，例如存储在存储器60中。然后，当设定电路40设定上限值UL与下限值LL时(步骤S10)，控制电路10判断反复次数RC是否超过限制次数(步骤S14)。当反复次数RC不超过限制次数时(步骤S14：否)，进入步骤S20。当在步骤S60中检测到的振动加速度大于振动阈值时(步骤S70：是)，控制电路10将反复次数RC增大1次(步骤S16)。当反复次数RC增大1次时(步骤S16)，返回到步骤S14。
当反复次数RC超过限制次数时(步骤S14：是)，控制电路10进行警告(步骤S18)。例如，控制电路10使显示器80显示警告内容，结束刀具主轴112的旋转速度的变更处理(步骤S18)。这样，由于旋转速度的变更的反复次数RC被限制，所以搜索抑制颤振的第二旋转速度RS2的处理不会一直持续。
例如，控制电路10也可以使检测到的振动加速度与检测时的旋转速度对应地暂时存储在存储器60中。然后，控制电路10也可以在步骤S18中，使显示器80显示在变更处理中检测到的振动加速度中的、检测到最低值时的旋转速度。进而，控制电路10也可以使显示器80显示检测到最低值时的旋转速度和与该旋转速度对应的振动加速度。进而，控制电路10也可以变更为在变更处理中检测到最低振动加速度时的旋转速度。由此，能够在执行旋转速度的变更处理之前抑制机床100进行切削加工时产生的颤振。
(变形例4)
接着，图9是表示图3所示的旋转速度的变更处理S6的变形例4的旋转速度的变更处理S6D中的各动作的流程图。在变形例4的旋转速度的变更处理S6D中，在最初变更旋转速度时，从上限值UL与下限值LL之间的范围内决定变化量V，以使第二旋转速度RS2大于第一旋转速度RS1这点，与变形例3的旋转速度的变更处理S6C不同。省略重复的步骤的说明。
当反复次数RC不超过限制次数时(步骤S14：否)，控制电路10判断反复次数RC是否为0(步骤S15)。在反复次数RC不为0的情况下(步骤S15：否)，进入步骤S20。在反复次数RC为0的情况下(步骤S15：是)，进入步骤S22。
控制电路10的随机数产生电路10R产生随机数RN0以使第二旋转速度RS2大于第一旋转速度RS1(步骤S22)。例如，在上限值UL为100(rpm)、下限值LL为-100(rpm)且所产生的随机数RN0为0.5以下的情况下，随机数产生电路10R使随机数RN0增大0.5。由此，即使下限值LL为-100(rpm)，变化量V也大于0(rpm)。
这样，在最初变更旋转速度时，第二旋转速度RS2变得大于第一旋转速度RS1。因而，在即使以小于第一旋转速度RS1的旋转速度能够抑制颤振的情况下，将小于第一旋转速度RS1的旋转速度作为第二旋转速度RS2求出的概率变低。换言之，在本变形例的旋转速度的变更处理S6D中，为了抑制颤振且缩短切削加工的时间，能够提高计算出更大的旋转速度作为第二旋转速度RS2的概率。
另外，在本变形例中，通过使随机数产生电路10R产生随机数RN0，使第二旋转速度RS2大于第一旋转速度RS1。但是，控制电路10可以不产生随机数RN0，而通过改变变化量V的计算方法，使第二旋转速度RS2大于第一旋转速度RS1。例如，也可以将负值的变化量V转换为正值。此外，例如也可以不转换变化量V，而将反复次数RC为0时的下限值LL(0)设定为正的值。
(变形例5)
接着，图10是图3所示的旋转速度的变更处理S6的变形例5的旋转速度的变更处理S6E中的各动作的流程图。
变形例5的旋转速度的变更处理S6E在将变化量V(j+1)决定为，在振动加速度A(j)小于振动加速度A(j-1)的情况下，维持第二旋转速度RS2(j)与第二旋转速度RS2(j-1)之间的大小关系这点，与变形例1的旋转速度的变更处理S6B不同。省略重复的步骤的说明。
具体而言，如图10所示，在代替步骤S30而执行步骤S30A，当在步骤S70判定为“是”时执行步骤S80，在执行步骤S80之后返回到步骤S20这点，旋转速度的变更处理S6E与旋转速度的变更处理S6B不同。
步骤S30A的控制电路10基于以下的数式3-1A以及数式3-2计算变化量V。
(数式10)
V(j)＝Bias·(LL(j)+VW(j)×RN(j))……(数式3-1A)
(数式11)
RS2(j)＝RS2(j-1)+V(j)……(数式3-2)
其中，在本变形例中，将上限值UL(j)和下限值LL(j)决定为，使得VW(j)为正的值。此外，Bias为-1或+1。Bias被暂时存储，例如被存储在存储器60中。该Bias在步骤S80中决定。具体而言，如图11所示，控制电路10判定振动加速度A(j)是否小于振动加速度A(j-1)(步骤S82)。控制电路10当振动加速度A(j)小于振动加速度A(j-1)时(步骤S82：是)，结束步骤S80的处理。即，当振动加速度A(j)小于振动加速度A(j-1)时(步骤S82：是)，不变更Bias的符号。当振动加速度A(j)为振动加速度A(j-1)以上时(步骤S82：否)，控制电路10使Bias的符号反转(步骤S84)。
其中，在步骤S4(参照图2)和步骤S60中检测到的振动加速度A暂时存储在存储器60中。
例如，当第二旋转速度RS2(j)大于第二旋转速度RS2(j-1)且振动加速度A(j)小于振动加速度A(j-1)时，Bias的符号不变，因此，变化量V(j)成为正的值。其结果是，第二旋转速度RS2(j+1)大于第二旋转速度RS2(j)。此外，当第二旋转速度RS2(j)大于第二旋转速度RS2(j-1)且振动加速度A(j)为振动加速度A(j-1)以上时，Bias的符号反转，因此，变化量V(j)成为负的值。其结果是，第二旋转速度RS2(j+1)小于第二旋转速度RS2(j)。即，控制电路10为，如果振动加速度A变小，则维持旋转速度的变更的方向(高旋转化或低旋转化)，如果振动加速度A变大，则将旋转速度的变更的方向设为反方向。由此，能够更快地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。另外，变化量V(j)也可以为相对于旋转速度的相对值(％)。
另外，在本变形例中，Bias为-1或+1的值，但是并不限定于此。例如，Bias也可以作为表示旋转速度的变更方向的切换是否有效的标志存储在存储器60中。然后，控制电路10可以参照该标志，决定是从当前的旋转速度加上变化量V(j)还是减去变化量V(j)。
(变形例6)
接着，图12是表示图3所示的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6的变形例6的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6F中的各动作的流程图。在变形例6的刀具主轴112的旋转速度的变更处理S6F中，在不再次计算已使用过一次的第二旋转速度RS2这点，与变形例1的旋转速度的变更处理S6B不同。省略重复的步骤的说明。
如图12所示，在变形例6的旋转速度的变更处理S6F中，控制电路10在计算出第二旋转速度RS2后(步骤S40)，判定计算出的第二旋转速度RS2是否存储在存储器60中(步骤S42)。控制电路10当计算出的第二旋转速度RS2已经存储在存储器60中时(步骤S42：是)，返回到步骤20。即，控制电路10不使刀具主轴112以已经存储在存储器60中的第二旋转速度RS2旋转。当计算出的第二旋转速度RS2未存储在存储器60中时(步骤S42：否)，执行步骤S50和步骤S60。在步骤S60的执行后，控制电路10将计算出的第二旋转速度RS2存储在存储器60中(步骤S44)。例如，存储器60如图13所示那样存储使用完毕列表600。使用完毕列表600将在步骤S40中计算出的第二旋转速度RS2与在步骤S60中检测到的振动加速度A建立关联地存储。但是，使用完毕列表600也可以仅存储第二旋转速度RS2。此外，使用完毕列表600也可以代替第二旋转速度RS2而存储变化量V。
当检测到的振动加速度A为振动阈值以下时(步骤S70：否)，控制电路10从存储器60中删除第二旋转速度RS2(步骤S46)。即，当振动得到抑制时，将存储在存储器60中的使用完毕列表600初始化。然后，结束旋转速度的变更处理S6F。
在变形例6的旋转速度的变更处理S6F中，不会执行两次以上使刀具主轴112以无法抑制颤振的第二旋转速度RS2旋转。因而，能够更快地求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。此外，例如与登山法等的算法相比，陷入局部解的可能够性低。
另外，上述的变形例1～6的特征能够在不矛盾的范围内进行组合。例如，控制电路10也可以使用Bias、反复次数RC和使用完毕列表600，更快地求出抑制颤振的第二旋转速度RC2。
(第二实施方式)
接着，图14是表示第二实施方式的机床100A的概要结构的图。
第二实施方式的机床100A在具备控制装置1A和中央处理装置3这点，与第一实施方式的机床100不同。
中央处理装置3经由通信装置90M与控制装置1A连接。由此，中央处理装置3能够与控制装置1A进行通信。中央处理装置3也可以与控制装置1A以外的机床的控制装置1B进行通信。控制装置1A为了与中央处理装置3进行通信而具备通信电路(第一通信单元)90。通信电路90经由总线2与控制电路10、振动检测电路20和负载检测电路50连接。
在第二实施方式的机床100A中，判定电路30、设定电路40和存储器60设置于中央处理装置3。中央处理装置3为了与通信电路90进行通信而具备通信电路(第二通信单元)92。
这样，即便将第一实施方式中的控制装置1的结构设置在控制装置1以外的装置，也能够得到第一实施方式和变形例1～6的效果。进而，中央处理装置3的结构也可以通过云计算实现。另外，控制电路10也可以不设置在控制装置1A。
此外，如果将第一旋转速度RS1与抑制颤振的第二旋转速度RS2建立关联地存储在中央处理装置3的存储器60中，则控制装置1A以外的控制装置1B也能够读出第一旋转速度RS1和抑制颤振的第二旋转速度RS2。例如，如图15所示，存储器60存储表示旋转速度的变更处理的结果的结果列表610。在结果列表610中，如数据612所示，将作为第一旋转速度RS1的1650(rpm)、作为抑制颤振的第二旋转速度RS2的1740(rpm)和作为振动被抑制时检测到的振动加速度A75(m/s2)建立关联。
此处，结果列表610也可以不仅存储抑制颤振的第二旋转速度RS2，而且存储无法抑制颤振的第二旋转速度RS2。如数据614所示，在结果列表610中，将作为第一旋转速度RS的11000(rpm)、作为无法抑制颤振的第二旋转速度RS2的1100(rpm)、以及作为刀具主轴112以第二旋转速度RS2旋转时检测到的振动加速度A110(m/s2)建立关联。其中，振动阈值为100(m/s2)。
如果这样在存储器60中积蓄旋转速度的变更处理的结果，则不仅控制装置1A以外的控制装置1B能够读出，而且控制装置1A也能够读出旋转速度的变更处理的结果。并且，控制装置1A在新开始切削加工时，不多次变更旋转速度，就能够求出抑制颤振的第二旋转速度RS2。此时，控制装置1A也可以求出与最小的振动加速度对应的第二旋转速度RS2。
进而，如图16的结果列表620所示，也可以在存储器60中进一步建立关联地存储切削刀具、刀具主轴112的进给速度、切入量以及被切削材料材质。此外，也可以将切削加工程序与存储于结果列表620的数据建立关联地存储。
控制电路10也可以不自动地变更旋转速度，而使显示器80显示结果列表620，由用户选择第二旋转速度RS2。
(其他实施例)
在以上的例子中，刀具主轴112与垂直方向实质上平行，但可以相对于垂直方向倾斜，也可以与水平方向实质上平行。此外，机床100可以具备自动更换切削刀具CT的刀具自动更换装置。切削刀具CT的更换可以由转塔进行。
此外，在以上的例子中，通过切削刀具CT进行铣削，但铣削可以是立铣刀加工，也可以是铣刀加工。此外，切削加工并不限定于铣削，也可以是车削加工(外径/内径/端面/镗孔)。
此外，在以上的例子中，能够经由操作部70设定各阈值和值，但是各阈值和值也可以通过经由通信电路90接收设定信号来设定。
此外，上限值UL、下限值LL、允许幅度VW、反复次数RC的限制次数以及Bias也可以按照切削刀具CT、被切削材料材质和切削加工程序设定。
此外，各流程图中的各步骤的执行顺序能够在不改变处理结果的范围内变更。
在本申请中，“具备”及其派生词是说明构成要素的存在的非限制性术语，不排除未记载的其他构成要素的存在。这也适用于“具有”、“包括”以及它们的派生词。
“～构件”、“～部”、“～要素”、“～体”和“～结构”的术语可以具有单一部分、多个部分的多个含义。
“第一”和“第二”等的序数仅是用于识别结构的术语，而不具有其他含义(例如特定的顺序等)。例如，“第一要素”的存在并不意味着一定存在“第二要素”，此外，“第二要素”的存在也并不意味着一定存在“第一要素”。
表示程度的“实质上”、“大约”和“大体”等的词语表示最终结果不大幅改变的合理的偏移量。本申请所记载的全部数值可以解释为包括“实质上”、“大约”和“大体”等。
从上述的公开内容考虑，显然可以对本发明进行各种变更和修正。因而，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内，通过与本申请的具体公开内容以外的方法实施本发明。
附图标记说明：
100：机床；1：控制装置；10：控制电路；10R：随机数产生电路；20：振动检测电路；22、24：振动传感器；30：判定电路；40：设定电路；50：负载检测电路；60：存储器；70：操作部；80：显示器；110：刀具主轴台；112：刀具主轴；114：立柱；120：工件主轴台；122：工件主轴。

Claims (15)

1.一种机床的控制装置，具备：
判定单元，判定安装有切削刀具或工件的主轴旋转而切削所述工件时是否产生颤振；
设定单元，设定所述主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值；以及
控制单元，对所述主轴的旋转速度进行控制，
所述控制单元使所述主轴以第一旋转速度旋转，
当使所述主轴旋转时，在判定为产生所述颤振的情况下，所述控制单元从所述上限值与所述下限值之间的范围内随机决定所述变化量，使所述主轴以使所述第一旋转速度变化所述变化量后的第二旋转速度旋转。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其中，
所述控制单元产生随机数，并基于所述随机数决定所述变化量。
3.根据权利要求1或2所述的机床的控制装置，其中，
还具备存储单元，
所述控制单元使所述存储单元存储所述变化量，
所述控制单元除去已存储在所述存储单元中的变化量，决定所述变化量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机床的控制装置，其中，
所述设定单元在所述第一旋转速度变大时，扩大所述范围。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机床的控制装置，其中，
所述控制单元反复进行所述旋转速度的变更，直到判定为不产生所述颤振为止。
6.根据权利要求5所述的机床的控制装置，其中，
所述控制单元在最初决定所述变化量的情况下，从所述范围内决定所述变化量，以使所述第二旋转速度大于所述第一旋转速度。
7.根据权利要求5或6所述的机床的控制装置，其中，
所述控制单元以所述旋转速度的变更的反复次数不超过限制次数的方式变更所述旋转速度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的机床的控制装置，其中，
还具备振动检测单元，该振动检测单元检测所述工件被切削时产生的振动的振动加速度，
所述判定单元在所述振动加速度大于阈值时判定为产生所述颤振。
9.根据权利要求8所述的机床的控制装置，其中，
所述控制单元在所述主轴以变更后的第二旋转速度旋转时检测到的所述振动加速度小于所述主轴以变更前的第二旋转速度旋转时检测到的所述振动加速度的情况下，从所述范围内随机决定所述变化量，以便维持所述变更后的第二旋转速度与所述变更前的第二旋转速度之间的大小关系。
10.根据权利要求8或9所述的机床的控制装置，其中，
还具备检测向所述主轴施加的负载的负载检测单元，
所述阈值与所述负载对应。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的机床的控制装置，其中，
所述上限值和所述下限值分别为所述旋转速度的绝对值。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的机床的控制装置，其中，
所述上限值和所述下限值分别为相对于所述旋转速度的相对值。
13.一种机床，具备：
权利要求1至12中任一项所述的机床的控制装置；以及
所述主轴。
14.一种机床的控制装置，具备：
判定电路，判定安装有切削刀具或工件的主轴旋转而切削所述工件时是否产生颤振；
设定电路，设定所述主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值；以及
控制电路，对所述主轴的旋转速度进行控制，
所述控制电路使所述主轴以第一旋转速度旋转，
当使所述主轴旋转时，在判定为产生所述颤振的情况下，所述控制电路从所述上限值与所述下限值之间的范围内随机决定所述变化量，使所述主轴以使所述第一旋转速度变化所述变化量后的第二旋转速度旋转。
15.一种机床的控制方法，其中，
使安装有切削刀具或工件的主轴以第一旋转速度旋转，
判定所述主轴旋转而所述工件被切削时是否产生颤振，
设定所述主轴的旋转速度的变化量的上限值和下限值，
当使所述主轴旋转时，在判定为产生所述颤振的情况下，从所述上限值与所述下限值之间的范围内随机决定所述变化量，
使所述主轴以使所述第一旋转速度变化所述变化量后的第二旋转速度旋转。
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