CN116568457A - 振动诊断辅助装置、振动诊断辅助方法以及机床 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施方式的振动诊断辅助装置(50)针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在转轴正按照旋转指令信号(RS)旋转的状态下可动机构(30)按照第1摆动指令信号(SS1)或第2摆动指令信号(SS2)摆动时的转轴的摆动频率特性，并使获取到的摆动频率特性显示在显示装置(56)上。

Description

振动诊断辅助装置、振动诊断辅助方法以及机床

技术领域

本发明涉及一种振动诊断辅助装置、振动诊断辅助方法以及机床。

背景技术

在机床中，为了掌握机床的振动特性，有时会将机床上搭载的马达用于激振源来测定频率特性。例如，日本专利特开2016-111897号公报的伺服控制装置中揭示了根据频率特性来检测共振频率这一内容。该频率特性中包含输入至针对伺服马达的速度控制回路的正弦波的输入信号和输入了该输入信号的情况下从速度控制回路输出的输出信号的增益。

发明内容

然而，日本专利特开2016-111897号公报的伺服控制装置掌握不到根据振动的原因而发生变化的振动。例如，在转轴特有的固有频率等的情况下，振动会根据转轴的转速(旋转频率)而发生变化。此外，例如在有螺栓的松动等的情况下，振动的产生方式根据激振条件而发生变化。此外，日本专利特开2016-111897号公报的伺服控制装置没有能掌握到振动的来历这样的功能。

进而，在要求特别高的加工精度的精密加工机中，掌握如下事项是比较重要的。具体而言，掌握转轴的转速(旋转频率)与最近的共振频率的远离程度如何是比较重要的。换句话说，掌握转轴更稳定而安静地旋转的转速存在于哪一带是比较重要的。但在以往，精密加工机难以判断上述事项。此外，以往也没有识别并明示能高精度地进行加工的“推荐加工转速”或“推荐主轴转速”的功能。

因此，本发明的第1目的在于提供一种能够考虑固有频率、共振点的移动等来掌握频率特性的振动诊断辅助装置、振动诊断辅助方法以及机床。此外，本发明的第2目的在于提供一种易于实现超精密加工的振动诊断辅助装置、振动诊断辅助方法以及机床。精密加工机中，按主轴的每一转速来掌握主轴的共振点的分布状况是极为有效的。可以附加明确振动的分布状况、进而明示“推荐加工转速”或“推荐主轴转速”的功能。由此，可以提供让操作人员知晓能高精度地进行加工的推荐转速的辅助功能，即便是不熟练的操作人员也能容易地知晓理想的加工转速的候选。

本发明的第1形态为一种振动诊断辅助装置，其对具有数控装置的机床的转轴部的振动的诊断进行辅助，其具备：

可动机构，其搭载于所述机床上；

机构控制部，其驱动所述可动机构；

摆动指令信号送出部，其对所述机构控制部送出第1摆动指令信号或者第2摆动指令信号，所述第1摆动指令信号以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，所述第2摆动指令信号以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；

转轴控制部，其使所述转轴部上搭载的转轴旋转；

旋转指令信号送出部，其对所述转轴控制部送出旋转指令信号；

获取部，其针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在所述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第1摆动指令信号或所述第2摆动指令信号摆动时的所述转轴的摆动频率特性；以及

显示控制部，其使由所述获取部获取到的所述摆动频率特性显示在显示装置上。

本发明的第2形态为一种机床，其具备上述振动诊断辅助装置；所述转轴部及主轴部中的至少一方；以及至少一个所述可动机构。

再者，振动诊断辅助装置能以功能的形式安装在机床上搭载的数控装置内，也可构建于个人电脑内并与所述数控装置连接而对所述数控装置发送指令。此外，转轴及可动机构也可为搭载于机床上的、由所述数控装置控制的各个轴。

本发明的第3形态为一种振动诊断辅助方法，对机床的转轴部的振动的诊断进行辅助，其包含：

旋转步骤，使所述转轴部上搭载的转轴按照旋转指令信号旋转；

摆动步骤，使所述机床的可动机构按照第1摆动指令信号或者第2摆动指令信号摆动，所述第1摆动指令信号以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，所述第2摆动指令信号以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；

获取步骤，针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在所述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第1摆动指令信号或所述第2摆动指令信号摆动时的摆动频率特性；以及

显示控制步骤，使所述获取步骤中获取到的所述摆动频率特性显示在显示装置上。

由此，将具有转轴特有的性质的固有振动频率以及根据激振源的性质而移动的共振点考虑进去。因而，能够展现出转轴部的更详细的频率特性。进而，能够展现出固有振动频率的详细的分布。结果，容易寻找到尽量远离固有振动频率而且更安静地旋转的转速。尤其是在转轴为主轴的情况下，容易获得精度高的加工面。再有，还可以利用该结果来推断异常振动的原因。尤其是在要求高加工精度的精密加工机中，能实现更高精度的加工，获得巨大价值。

附图说明

图1为表示机床的示意图。

图2为表示控制单元的构成的框图。

图3为表示摆动指令信号的一例的图。

图4为表示摆动频率特性的显示例的图。

图5为表示振动诊断辅助处理的流程的流程图。

图6为表示变形例1的振动诊断辅助装置的一部分的图。

图7为表示第2摆动指令信号的一例的图。

图8为表示变形例4的振动诊断辅助装置的一部分的图。

具体实施方式

〔实施方式〕

图1为表示机床10的示意图。机床10使用刀具对加工对象物进行加工。机床10可为加工精度在100μm以下的精密机床。此外，机床10也可为加工精度在10μm以下的超精密机床。再者，作为机床10，有车床或加工中心等。车床使旋转状态的加工对象物接触被固定的刀具来进行加工。加工中心使旋转状态的刀具接触固定的加工对象物来进行加工。机床10具备机床主体12和控制单元14。

机床主体12是使用刀具对加工对象物进行加工的主体。机床主体12具有作为转轴部的主轴部20、可动机构30以及测定部40。

主轴部20以能沿规定方向移动主轴22的方式支承主轴22。在机床10为车床的情况下，主轴部20相当于主轴箱。在机床10为加工中心的情况下，主轴部20相当于主轴头。主轴部20具有主轴22、主轴马达24、联结构件26以及固定构件28。

主轴马达24驱动主轴22。主轴马达24可为直接传动式内装马达。联结构件26联结主轴马达24与主轴22。联结构件26可包含齿轮、皮带、联轴器、接头等动力传递要素。再者，在主轴马达24为内装马达的情况下，主轴马达24直接连接于主轴22，所以不配备联结构件26。也就是说，主轴部20有时未配备联结构件26。固定构件28表示主轴马达24的定子等不与主轴22联动旋转的构件。固定构件28例如也可为马达外壳、主轴外壳等壳体。

可动机构30是沿机床10的可动轴进行动作的机构。可动机构30包含直轴或转轴。可动机构30进行动作的方向任意。可动机构30进行动作的方向可为主轴22所延伸的第1方向。此外，可动机构30进行动作的方向也可为在面内与第1方向正交的第2方向。此外，可动机构30进行动作的方向也可为与第1方向及第2方向各者正交的第3方向。进而，可动机构30进行动作的方向也可为第1方向、第2方向以及第3方向以外的方向。此外，在转轴的情况下，转轴所延伸的方向也任意。可动机构30可用作对主轴部20的激振源。主轴部20可搭载于也可不搭载于可动机构30。可动机构30具有伺服马达32、动力传递部34以及支承构件36。

伺服马达32可为线性马达，也可为旋转型马达。动力传递部34将伺服马达32的驱动力传递至支承构件36。动力传递部34可为将伺服马达32的驱动力(旋转力)转换为直线前进运动而传递至支承构件36的滚珠丝杠等。此外，动力传递部34也可将伺服马达32的驱动力(推力)直接传递至支承构件36。进而，动力传递部34可包含齿轮、皮带、联轴器、接头等动力传递要素。支承构件36支承可动对象物。在主轴部20搭载于可动机构30的情况下，可动对象物为主轴部20。在该情况下，支承构件36支承主轴部20的固定构件28。另一方面，在主轴部20不搭载于可动机构30的情况下，可动对象物为区别于主轴部20的别的构件。在该情况下，支承构件36支承区别于主轴部20的别的构件。

测定部40对用于获得主轴部20的状态的物理量进行测定。作为物理量，采用声音的大小(声压等)、振动的大小(位移、速度、加速度等)、主轴22的角度、角速度、角加速度等当中的至少一方。表示振动的大小的物理量也可为主轴22的旋转方向。测定部40的设置位置可为机床主体12的任何位置。通常而言，离作为测定对象转轴(主轴22)的主轴部20越近越好。其原因在于，激振的效果容易传递、能更准确地进行测定。测定部40可包含搭载于机床10上的传感器。尤其是用于机床10的各可动轴的控制的检测器比较适宜。可从中特别选定更容易测定目标转轴部(主轴部20)的振动的检测器而包含在测定部40中。在各轴的驱动源为电动机的情况下，可将其驱动电流用作表示振动的大小的物理量。尤其是欲保持停止状态的电流值适宜作为表示振动的大小的物理量。在本实施方式中，测定部40测定伺服马达32的旋转角(位置)。

控制单元14控制机床主体12。图2为表示控制单元14的构成的框图。控制单元14具有振动诊断辅助装置50、输入装置52、存储装置54以及显示装置56。振动诊断辅助装置50对主轴部20的振动的诊断进行辅助。振动诊断辅助装置50可为控制机床主体12的数控装置，也可为通用的个人电脑。在振动诊断辅助装置50为通用的个人电脑的情况下，控制机床10的数控装置与个人电脑相连接。输入装置52输入信息。输入装置52可为键盘、鼠标等，也可为搭载于数控装置上的输入键。存储装置54存储信息。存储装置54可为硬盘、便携式存储器等。显示装置56显示信息。显示装置56可为液晶显示器、有机EL显示器等。再者，输入装置52及显示装置56例如也可像示教器那样为一体。或者，输入装置52及显示装置56也可搭载于数控装置，也可连接于通用的个人电脑。

振动诊断辅助装置50具有CPU、GPU等处理器和存储部。存储部包含RAM等易失性存储器和ROM、闪存、硬盘等非易失性存储器。存储部的至少一部分也可配备在处理器中。本实施方式的振动诊断辅助装置50具有旋转指令信号送出部72、主轴控制部74、摆动指令信号送出部76、机构控制部78、获取部80以及显示控制部82。旋转指令信号送出部72、主轴控制部74、摆动指令信号送出部76、机构控制部78、获取部80以及显示控制部82可通过由处理器处理存储部中存储的程序来实现。此外，旋转指令信号送出部72、主轴控制部74、摆动指令信号送出部76、机构控制部78、获取部80以及显示控制部82中的至少一方也可由ASIC、FPGA等集成电路来实现。此外，旋转指令信号送出部72、主轴控制部74、摆动指令信号送出部76、机构控制部78、获取部80以及显示控制部82中的至少一方也可由包含分立器件的电子电路构成。

旋转指令信号送出部72将旋转指令信号RS送出至主轴控制部74。旋转指令信号RS是规定主轴22的转速(主轴转速)的信号。主轴控制部74按照旋转指令信号RS来控制主轴部20的主轴马达24，由此使得主轴22旋转。再者，在旋转指令信号RS规定的转速为零的情况下，主轴22为不旋转的状态(静止的状态)。

摆动指令信号送出部76将摆动指令信号SS送出至机构控制部78。摆动指令信号SS是控制伺服马达32的信号。即，摆动指令信号SS是用于使伺服马达32反复执行摆动动作的信号。所谓摆动动作，是伺服马达32的马达轴在从预先定下的基准位置朝正方向转动(位移)后进行反转、在通过基准位置而朝负方向转动(位移)后进行反转的动作。附带一提，所谓摆动动作，是伺服马达32的马达轴在第1转动位置与第2转动位置之间交替重复正旋转与负旋转。再者，第1转动位置是从基准位置朝正方向转动(位移)了规定量程度的位置，第2转动位置是从基准位置朝负方向转动(位移)了规定量程度的位置。

图3为表示摆动指令信号SS的一例的图。摆动指令信号SS的值“0”表示基准位置。此外，具有+符号(正符号)的摆动指令信号SS的值表示从基准位置作正旋转的伺服马达32的旋转角度(位移量)。具有-符号(负符号)的摆动指令信号SS的值表示从基准位置作负旋转的伺服马达32的旋转角度(位移量)。摆动指令信号SS的值(绝对值)越是离开基准位置“0”，伺服马达32距基准位置的旋转角度(位移量)便越大。

摆动指令信号SS以随着时间经过而频率逐渐升高的方式发生变化(作上啁啾)。“频率逐渐升高”包括频率连续地平顺地升高而不中断的情况或者频率阶段性地升高的情况。另外，摆动指令信号SS也可在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐升高的方式发生变化。

遵循摆动指令信号SS的伺服马达32(可动机构30)的摆动随着时间经过而变快。再者，摆动指令信号SS的振幅可固定而不随时间变化。在振幅固定而不随时间变化的情况下，伺服马达32从基准位置朝正方向旋转(位移)的旋转角度(位移量)与伺服马达32从基准位置朝反方向旋转(位移)的旋转角度(位移量)为相同旋转角度。

机构控制部78按照摆动指令信号SS使伺服马达32周期性地摆动。可动机构30随着该伺服马达32的摆动而摆动，由此，支承于该可动机构30的支承构件36的主轴部20发生摆动。也就是说，机构控制部78按照摆动指令信号SS来控制伺服马达32，由此使得可动机构30作为对主轴部20的激振源而摆动。

获取部80在主轴22正按照旋转指令信号RS旋转的状态下获取可动机构30的摆动频率特性。摆动频率特性是可动机构30按照摆动指令信号SS而作为激振源摆动时的频率特性。获取部80针对预先定下的多个主轴转速中的每一转速来获取摆动频率特性。

当获取部80从输入装置52收到测定开始命令时，对旋转指令信号送出部72输出切换信号，将旋转指令信号RS规定的主轴转速依序切换为预先定下的多个主轴转速中的某一转速。

此外，获取部80按每一规定时间间隔而根据摆动指令信号SS和测定信号MS来获取摆动频率特性。测定信号MS是在可动机构30正按照摆动指令信号SS摆动时由测定部40测定出的信号。当获取部80获取到摆动频率特性时，将摆动频率特性存储至存储装置54。

作为摆动频率特性，使用振幅(位移)、速度、加速度以及声压中任一者的频率特性。在本实施方式的情况下，摆动频率特性设为多个摆动频率各者下的摆动指令信号SS与测定信号MS的振幅比即增益特性。在该情况下，针对每一摆动频率来获取输入至伺服马达32的输入信号(摆动指令信号SS)与对应于该输入信号而由测定部40测定出的测定信号MS的振幅比。另外，获取部80也可获取对应于多个摆动频率各者的功率谱密度作为摆动频率特性。在该情况下，获取部80可根据声压、振动、其他轴的静止时的电流等的波形的傅里叶谱来获取功率谱密度。

显示控制部82使按照预先定下的多个主轴转速中的每一转速由获取部80获取到的摆动频率特性显示在显示装置56上。由此，显示控制部82能让操作人员认识到适于加工的旋转频率。即，能够筛选出主轴22稳定而安静地旋转的主轴转速区域。若在主轴22稳定而安静地旋转的主轴转速下进行加工，则能以高加工精度实现尺寸、表面粗糙度等加工条件。尤其是在加工精度为10纳米以下而且要求细微的加工精度的超精密加工机中，该效果好。

图4为表示摆动频率特性的显示例的图。显示控制部82可使由获取部80获取到的每一主轴转速的摆动频率特性以特性图GF的形式显示在显示装置56上。另外，特性图GF可为将第1轴设为主轴转速、将第2轴设为摆动频率、将第3轴设为振动量的三维显示的图(图4)。所谓振动量，是表示振动的大小的量。振动量可为振幅、速度、加速度、声音的大小(声压)或者根据它们的傅里叶谱求出的功率谱密度。振动的大小能以绝对值表示，也能以相对值表示。此外，也可为将第1轴设为主轴转速、将第2轴设为摆动频率的二维显示的图。在二维显示的情况下，可在绘图的大小、颜色、形状等方面想办法，以让人了解振动的大小的变化。图4所示的主轴转速也可换算为旋转频率[Hz]。

显示控制部82可使搬运线TL作为辅助线与特性图GF一起显示出来。搬运线TL是将对应于主轴转速的旋转频率与摆动频率相等的点连结而成的辅助线，描绘在包含第1轴和第2轴的平面上。

显示控制部82也可在特性图GF上显示将表示频率特性的波形(三维波形或二维波形)的波峰连结而成的线LN。该线LN是通过将二维的搬运线TL投影到三维的特性图GF上来加以描绘。即，线LN是穿过搬运线TL且平行于第3轴的平面(搬运面)与特性图GF的面相交叉的线。显示控制部82也可强调线LN。例如，显示控制部82可在特性图GF上显示搬运线TL，且从该特性图GF中抽出线LN，由此来强调该线LN(参考图4)。此外，显示控制部82可在特性图GF上按颜色来区分线LN与其他波形，由此来强调该线LN。

另外，线LN可通过对表示频率特性的波形(三维波形或二维波形)的波峰与波峰之间进行插补来生成。在从特性图GF中抽出线LN的情况下，特性图GF上的线LN与从特性图GF中抽出的线LN的插补方法可不一样。插补方法例如有拉格朗日插补、样条插补等。插补前的数据越多，插补的精度便越高，所以摆动频率特性的数据越多越好。此外，摆动时的转轴(主轴22)的转速是细分数(步数)越多越好。因此，也可进行以下运用：在夜间自动获取数据而在次日早晨前获取用于描绘详细的特性图GF的数据。

线LN上的波峰表示某些共振点。例如，线LN上出现的波峰中的几个通常被称为危险速度。危险速度是与弹性要素所引起的固有振动频率发生共振的共振点。弹性要素可包含在主轴22主体(转轴本身)或者主轴22的支承要素(轴承等)中。

在特性图GF的波峰群PLC1及波峰群PLC4中，不论旋转频率(主轴转速)的值如何，出现摆动频率特性上的波峰的频率都大致固定。这些波峰群PLC1、PLC4不依赖于主轴转速(旋转频率)。因此得知，波峰群PLC1、PLC4与主轴22的旋转无关，与静止的某些固有振动频率发生了共振。具体而言，例如与主轴部20的结构部的固有振动频率发生了共振。

此外，特性图GF的波峰群PLC3及波峰群PLC6是以如下方式发生变化：随着旋转频率(主轴转速)的上升，出现摆动频率特性上的波峰的频率上升。另一方面，波峰群PLC2及波峰群PLC5是以如下方式发生变化：随着旋转频率(主轴转速)的上升，出现摆动频率特性上的波峰的频率下降。得知这些波峰群PLC2、PLC3、PLC5、PLC6与某些弹性要素所引起的固有振动频率发生了共振。具体而言，例如与轴的弹性带来的弯曲模态的固有振动频率发生了共振。

线LN上与波峰群PLC1～PLC6各者相交的点P1～P6表示主轴转速与固有振动频率一致。各点P1～P6的固有振动频率随着主轴22的旋转而受到激振，从而发生共振。也就是表示，在这些点P1～P6附近，主轴22的旋转时的振动增大。反过来，在远离这些点P1～P6的各点间的旋转频率区域内具有规定阈值以下的振动状态(振幅、速度、加速度、噪音等)的范围WP是振动比其前后小的转速区域，是适于加工的主轴转速的范围。

显示控制部82可使线LN中适于加工的主轴转速的范围WP显示出来，也可根据预先设定的阈值使适于加工的主轴转速的范围WP显示出来。

接着，关于对振动的诊断进行辅助的振动诊断辅助方法，对振动诊断辅助装置50的振动诊断辅助处理的流程进行说明(参考图5)。

例如在从输入装置52收到了测定开始命令的情况下，振动诊断辅助处理转移至步骤S1。在步骤S1中，旋转指令信号送出部72将表示所设定的主轴转速的旋转指令信号RS送出至主轴控制部74。主轴控制部74按照旋转指令信号RS来控制主轴部20的主轴马达24，使主轴22旋转。当主轴22按照旋转指令信号RS旋转时，振动诊断辅助处理转移至步骤S2。

在步骤S2中，摆动指令信号送出部76将摆动指令信号SS送出至机构控制部78。机构控制部78按照摆动指令信号SS来控制可动机构30的伺服马达32，使可动机构30摆动。当可动机构30按照摆动指令信号SS摆动时，振动诊断辅助处理转移至步骤S3。

在步骤S3中，获取部80获取在主轴22正按照旋转指令信号RS旋转的状态下可动机构30按照摆动指令信号SS摆动时的摆动频率特性。当获取到摆动频率特性时，振动诊断辅助处理转移至步骤S4。

在步骤S4中，获取部80判定是否获取到对应于预先定下的多个主轴转速各者的摆动频率特性。此处，在对应于预先定下的多个主轴转速各者的摆动频率特性中有未获取的对应于主轴转速的摆动频率特性的情况下，振动诊断辅助处理转移至步骤S5。反过来，在没有未获取的对应于主轴转速的摆动频率特性的情况下，振动诊断辅助处理转移至步骤S6。

在步骤S5中，获取部80将当前设定的主轴转速切换为与未获取的摆动频率特性相对应的主轴转速。当主轴转速被切换时，振动诊断辅助处理返回至步骤S1。

在步骤S6中，显示控制部82使步骤S4中按多个主轴转速中的每一转速获取到的摆动频率特性(增益特性)显示在显示装置56上。当显示出摆动频率特性时，振动诊断辅助处理结束。

再者，上述振动诊断辅助处理的顺序为一例，也可为上述顺序以外的顺序。例如，也可每当获得一个主轴转速的摆动频率特性时便将其波形追加到显示装置56上。

上述实施方式可以像下述那样变形。

(变形例1)

图6为表示变形例1的振动诊断辅助装置50的一部分的图。再者，对与上述实施方式中说明过的构成同等的构成标注的是同一符号。变形例1中省略与上述实施方式重复的说明。

在变形例1的振动诊断辅助装置50中，上述实施方式的摆动指令信号送出部76被变更为摆动指令信号送出部76X。

摆动指令信号送出部76X具有送出第1摆动指令信号SS1的第1信号送出部76A和送出第2摆动指令信号SS2的第2信号送出部76B。第1摆动指令信号SS1是与上述实施方式的摆动指令信号SS相同的信号。

另一方面，第2摆动指令信号SS2与上述实施方式的摆动指令信号SS不一样。图7为表示第2摆动指令信号SS2的一例的图。第2摆动指令信号SS2的值“0”表示基准位置。此外，具有+符号(正符号)的第2摆动指令信号SS2的值表示从基准位置朝正方向侧旋转的伺服马达32的旋转角度(位移量)。具有-符号(负符号)的第2摆动指令信号SS2的值表示从基准位置朝负方向侧旋转的伺服马达32的旋转角度(位移量)。第2摆动指令信号SS2的值(绝对值)越是离开基准位置“0”，伺服马达32距基准位置的旋转角度(位移量)便越大。

第2摆动指令信号SS2以随着时间经过而频率逐渐降低的方式发生变化(作下啁啾)。所谓“逐渐降低”，包括连续地平顺地降低而不中断的情况或者随着时间经过而阶段性地降低的情况。另外，第2摆动指令信号SS2也可在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐降低的方式发生变化。

遵循第2摆动指令信号SS2的伺服马达32(可动机构30)的摆动频率随着时间经过而降低。再者，第2摆动指令信号SS2的振幅可固定而不随时间变化。在振幅固定而不随时间变化的情况下，伺服马达32从基准位置朝正方向旋转(位移)的旋转角度(位移量)与伺服马达32从基准位置朝反方向旋转(位移)的旋转角度(位移量)相同。

第2摆动指令信号SS2(参考图7)与第1摆动指令信号SS1(参考图3)优选处于映照于平面镜中的物体与像的对应关系。也就是说，第2摆动指令信号SS2与第1摆动指令信号SS1具有对称关系。使第1摆动指令信号SS1的时间变化(t0→t1)倒转得到的(t1→t0)便是第2摆动指令信号SS2。再者，第2摆动指令信号SS2按照t1→t0这一方向被输入至伺服马达32。

摆动指令信号送出部76X将第1摆动指令信号SS1送出至机构控制部78及获取部80。当摆动指令信号送出部76X完成第1摆动指令信号SS1的送出时，将第2摆动指令信号SS2送出至机构控制部78及获取部80。另外，摆动指令信号送出部76X也可在将第2摆动指令信号SS2送出到机构控制部78及获取部80之后将第1摆动指令信号SS1送出至机构控制部78及获取部80。另外，上述实施方式的摆动指令信号送出部76也可将摆动指令信号SS、第2摆动指令信号SS2送出至机构控制部78及获取部80。

获取部80按照预先定下的多个主轴转速中的每一转速来获取在主轴22正按照旋转指令信号RS旋转的状态下可动机构30按照第1摆动指令信号SS1而作为激振源摆动时的摆动频率特性(第1摆动频率特性)。此外，获取部80按照预先定下的多个主轴转速中的每一转速来获取在主轴22正按照旋转指令信号RS旋转的状态下可动机构30按照第2摆动指令信号SS2而作为激振源摆动时的摆动频率特性(第2摆动频率特性)。显示控制部82使获取部80所获取到的第1摆动频率特性及第2摆动频率特性显示在显示装置56(参考图2)上。

此处，例如当存在伺服马达32或动力传递部34的螺栓的松动等异常时，第1摆动频率特性与第2摆动频率特性有产生差异的趋势。该情况下的“异常”在控制论上被称为“不灵敏区要素”的异常的情况下变得明显。

其原因在于，以随着时间经过而摆动频率增大的方式使机床主体12摆动的情况下产生的振动与以随着时间经过而摆动频率减小的方式使机床主体12摆动的情况下产生的振动容易不一样。

因而，与仅显示以随着时间经过而摆动频率升高的方式摆动时的摆动频率特性的上述实施方式的情况相比，可以将更详细的振动因素呈现给操作人员。

(变形例2)

在上述实施方式中，显示控制部82使特性图GF显示在显示装置56上。显示控制部82也可除了该显示以外还使加工时推荐的主轴转速显示出来。由此，可以将更安静而稳定地旋转的、尽量远离共振频率的旋转频率以视觉或直观上易于理解的方式呈现给操作人员。

(变形例3)

上述实施方式的机床主体12上配备有用于使1个轴移动的可动机构30。但机床主体12上也可配备用于使多个轴移动的多个可动机构30。在该情况下，可包含用于使X轴移动的可动机构30、用于使Y轴移动的可动机构30、以及用于使Z轴移动的可动机构30。

在机床主体12上配备多个可动机构30的情况下，能以共用的方式对多个可动机构30设置振动诊断辅助装置50，也可对多个可动机构30各者各设置1个振动诊断辅助装置50。

另外，在机床主体12上配备多个可动机构30的情况下，针对多个可动机构30各自所具有的伺服马达32来获取摆动频率特性(增益特性)。在该情况下，能更详细地捕捉机床主体12的振动特性，所以能使离异常部位最近的可动机构30清楚地显露出来。

(变形例4)

图8为表示变形例4的振动诊断辅助装置50的一部分的图。另外，对与上述实施方式中说明过的构成同等的构成标注的是同一符号。变形例4中省略与上述实施方式重复的说明。

变形例4的振动诊断辅助装置50除了上述实施方式以外还新具备推断部84。

根据操作人员的操作而从输入装置52对该推断部84输入异常振动频率。异常振动频率是使用已知的测定方法来测定出比规定阈值大的振动频率。

推断部84根据由获取部80获取到的摆动频率特性来推断异常振动频率的来源(主要原因)。推断部84在从输入装置52输入了异常振动频率的情况下，根据由获取部80获取到的摆动频率特性来推断异常振动频率是来源于主轴部20中的固定系还是来源于旋转系。

如上所述，不论主轴转速为哪一值出现摆动频率特性的波峰的频率都大致固定的波峰群PLC1、PLC4与静止的某些固有振动频率发生共振。因此，若不论主轴转速如何都大致固定的表示波峰的频率与异常振动频率的差在容许范围内，则异常振动频率很可能来源于固定系。

另一方面，如上所述，诊断对象的频率中随着主轴转速的变化而出现摆动频率特性的波峰的频率发生变化的波峰群PLC2、PLC3、PLC5、PLC6与联动于旋转的某些弹性要素所引起的固有振动频率发生共振。因此，若根据主轴转速而变化的表示波峰的频率与异常振动频率的差在容许范围内，则异常振动频率很可能来源于旋转系。

也就是说，在第1范围内有输入的异常振动频率的情况下，推断部84推断该异常振动频率来源于固定系。第1范围是以出现摆动频率特性的波峰的频率当中不论主轴转速如何都固定的频率为中心的±的范围。另一方面，在第2范围内有输入的异常振动频率的情况下，推断部84推断该异常振动频率来源于旋转系。第2范围是根据主轴转速的增加而出现摆动频率特性的波峰的频率发生变化时的增减幅度。

在针对异常振动频率的来源的推断已结束的情况下，推断部84将推断结果送出至显示控制部82。在该情况下，显示控制部82使推断部84的推断结果显示在显示装置56上。由此，可以呈现异常振动的原因的推断结果。

(变形例5)

在上述实施方式中，主轴控制部74是借助电来使主轴22旋转，但也可借助流体来使主轴22旋转。再者，流体例如为压缩后的空气等。

(变形例6)

也可仅描绘特性图GF的线LN。作为以简易的方法仅描绘线LN的方法，可以通过描绘使转轴加速或减速时获得的振动数据而以最小限度的构成要素而且在短时间内描绘出来。该情况下的激振源由转轴自身兼任。在仅描绘线LN的情况下，可利用声压、振动、其他轴的静止时的电流波形等而根据这些波形的傅里叶谱来求功率谱密度，并显示对应于旋转频率的功率谱密度作为频率特性。

(变形例7)

在上述实施方式中，搬运线TL为1次模式(转轴的旋转频率＝摆动频率)。实际的共振是在相对于旋转频率为n倍(n为自然数)的频率下也会发生。因而，特性图GF中宜也描绘相对于旋转频率为n倍(n为自然数)的斜率的搬运线TL。这些搬运线TL(搬运面)与获取到的波峰群PLC1～PLC6交叉的情况下描绘的线LN有可能是n次共振点。例如在机床10为加工中心、主轴22上安装的刀具为双刃立铣刀的情况下，主轴22以主轴转速的2倍的频率受到激振。在该情况下，2次搬运线TL(搬运面)与波峰群PLC1～PLC6交叉的情况下描绘的线LN为共振点，所以须以避开此处的方式选择主轴转速。如此，不仅是1次搬运线TL，与高次搬运线TL(搬运面)交叉的情况下描绘的线LN也得到有效利用，所以特性图GF中描绘的所有波峰群PLC1～PLC6都被用作有用的信息源。

(变形例8)

在上述实施方式中，获取部80按照预先定下的多个转速中的每一转速来获取在主轴部20上搭载的主轴22正在旋转的状态下可动机构30摆动时的摆动频率特性。主轴22只是一例，也可运用主轴22以外的转轴。例如，在机床10上有可旋转的工作台的情况下，也可为该工作台上搭载的转轴。也就是说，只要是机床10上的转轴，便可为任何转轴。其原因在于，通过获取部80按照预先定下的多个转速中的每一转速来获取在转轴部上搭载的转轴正在旋转的状态下可动机构30摆动时的摆动频率特性，能够获得与上述实施方式同样的效果。

下面记载根据上述实施方式及变形例能够掌握的发明。

(第1发明)

第1发明为一种振动诊断辅助装置(50)，其对具有数控装置的机床(10)的转轴部(例如主轴部(20))的振动的诊断进行辅助。振动诊断辅助装置具备：可动机构(30)，其搭载于机床上；机构控制部(78)，其驱动可动机构；摆动指令信号送出部(76、76X)，其对机构控制部送出第1摆动指令信号(SS1)或者第2摆动指令信号(SS2)，所述第1摆动指令信号(SS1)以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，所述第2摆动指令信号(SS2)以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；转轴控制部(例如主轴控制部(74))，其使转轴部上搭载的转轴(例如主轴(22))旋转；旋转指令信号送出部(72)，其对转轴控制部送出旋转指令信号(RS)；获取部(80)，其针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在转轴正按照旋转指令信号旋转的状态下可动机构按照第1摆动指令信号或第2摆动指令信号摆动时的转轴的摆动频率特性；以及显示控制部(82)，其使由获取部获取到的摆动频率特性显示在显示装置(56)上。

由此，能够展现出在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)，结果，能够捕捉到考虑了转轴特有的固有振动频率的转轴部的详细的频率特性。

也可为，获取部获取在转轴正按照旋转指令信号旋转的状态下可动机构按照第1摆动指令信号摆动时的第1摆动频率特性和在转轴正按照旋转指令信号旋转的状态下可动机构按照第2摆动指令信号摆动时的第2摆动频率特性，第1摆动指令信号是在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐升高的方式发生变化的信号，第2摆动指令信号是在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐降低的方式发生变化的信号。由此，能更准确、详细地展现出在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)。

也可为，第1摆动指令信号及第2摆动指令信号的振幅是固定的。由此，能够获取可动机构以振幅固定的方式摆动的情况下的摆动频率特性。

也可为，转轴部搭载于可动机构上。由此，与转轴部未搭载于可动机构上的情况相比，能详细地获取在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)。

也可为，转轴控制部借助电或流体使转轴旋转。由此，容易使转轴平顺地旋转。

也可为，摆动频率特性为可动机构摆动时的振幅、速度、加速度以及噪音的声压中任一方的频率特性。由此，能够详细地展现出在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)。

也可为，显示控制部在将第1轴设为转轴的转速、将第2轴设为摆动频率、将第3轴设为表示振动的大小的量的特性图(GF)上显示转轴的每一转速的摆动频率特性。由此，与将第1轴设为转轴的转速、将第2轴设为摆动频率的特性图的情况相比，能以易于理解的方式展现摆动频率特性。另外，测定数据与测定数据之间优选平顺地加以插补而显示。插补方法例如有拉格朗日插补或样条插补等。作为基础的摆动频率特性的数据越多，精度便越高，所以，根据本方式，优选在更多的转速下获取摆动频率特性。例如，也能进行以下运用：运行自动执行图5的内容的程序而以无人方式自动获取用于描绘详细的特性图的数据。尤其可以利用机床不运转的夜间或者休息日的时间来进行该运用，由此获取更详细且准确的特性图。

也可为，显示控制部根据预先设定的阈值使适于加工的转轴的转速的范围(WP)显示出来。由此，对于经验少的不熟练的操作人员而言，也能容易地筛选出适于加工的转轴的转速区域。

也可为，显示控制部使适于加工的转轴的转速的范围显示出来。由此，能容易地选择适于加工的转轴的转速。

也可为，转轴部为搭载于机床上的主轴部，转轴为搭载于机床上而由数控装置控制的主轴，可动机构为搭载于机床上而由数控装置控制的沿可动轴进行动作的机构。由此，能够获得精度高的加工面。

(第2发明)

第2发明为一种机床，具备上述振动诊断辅助装置；转轴部及主轴部中的至少一方；以及至少一个可动机构。

由于具备上述振动诊断辅助装置，所以能够展现出在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)，结果，能够捕捉到考虑了转轴特有的固有振动频率的转轴部的频率特性。

(第3发明)

第3发明为一种振动诊断辅助方法，对机床的转轴部(例如主轴部)的振动的诊断进行辅助。振动诊断辅助方法包含：旋转步骤(S1)，使转轴部上搭载的转轴(例如主轴)按照旋转指令信号旋转；摆动步骤(S2)，使机床的可动机构按照第1摆动指令信号或者第2摆动指令信号摆动，所述第1摆动指令信号以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，第2摆动指令信号以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；获取步骤(S3)，针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在转轴正按照旋转指令信号旋转的状态下可动机构按照第1摆动指令信号或第2摆动指令信号摆动时的摆动频率特性；以及显示控制步骤(S6)，使获取步骤中获取到的摆动频率特性显示在显示装置上。

由此，能够展现出在可动机构摆动时容易发生共振的转速(旋转频率)，结果，能够捕捉到考虑了转轴特有的共振频率的转轴部的频率特性。

也可为，转轴部为搭载于机床上的主轴部，转轴为搭载于机床上而由数控装置控制的主轴，可动机构为搭载于机床上而由数控装置控制的沿可动轴进行动作的机构。由此，能够获得精度高的加工面。

Claims (13)

1.一种振动诊断辅助装置(50)，其对具有数控装置的机床(10)的转轴部的振动的诊断进行辅助，其特征在于，具备：

可动机构(30)，其搭载于所述机床上；

机构控制部(78)，其驱动所述可动机构；

摆动指令信号送出部(76、76X)，其对所述机构控制部送出第1摆动指令信号(SS1)或者第2摆动指令信号(SS2)，所述第1摆动指令信号(SS1)以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，所述第2摆动指令信号(SS2)以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；

转轴控制部(74)，其使所述转轴部上搭载的转轴旋转；

旋转指令信号送出部(72)，其对所述转轴控制部送出旋转指令信号(RS)；

获取部(80)，其针对预先定下的多个转速中的每一转速来获取在所述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第1摆动指令信号或所述第2摆动指令信号摆动时的所述转轴的摆动频率特性；以及

显示控制部(82)，其使由所述获取部获取到的所述摆动频率特性显示在显示装置上。

2.根据权利要求1所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述获取部获取在所述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第1摆动指令信号摆动时的第1摆动频率特性和所在述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第2摆动指令信号摆动时的第2摆动频率特性，

所述第1摆动指令信号是在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐升高的方式发生变化的信号，所述第2摆动指令信号是在预先定下的频率范围内以随着时间经过而频率逐渐降低的方式发生变化的信号。

3.根据权利要求1或2所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述第1摆动指令信号及所述第2摆动指令信号的振幅是固定的。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述转轴部搭载于所述可动机构上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述转轴控制部借助电或流体使所述转轴旋转。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述摆动频率特性为所述可动机构摆动时的振幅、速度、加速度以及噪音的声压中任一方的频率特性。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述显示控制部在将第1轴设为所述转轴的转速、将第2轴设为摆动频率、将第3轴设为表示振动的大小的量的特性图(GF)上显示所述转轴的每一转速的所述摆动频率特性。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述显示控制部根据预先设定的阈值使适于加工的所述转轴的转速的范围(WP)显示出来。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述显示控制部使适于加工的所述转轴的转速的范围显示出来。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的振动诊断辅助装置，其特征在于，

所述转轴部为搭载于所述机床上的主轴部(20)，所述转轴为搭载于所述机床上而由所述数控装置控制的主轴(22)，所述可动机构为搭载于所述机床上而由所述数控装置控制的沿可动轴进行动作的机构。

11.一种机床，其特征在于，

具备根据权利要求1～10中任一项所述的振动诊断辅助装置；所述转轴部及主轴部中的至少一方；以及至少一个所述可动机构。

12.一种振动诊断辅助方法，对机床的转轴部的振动的诊断进行辅助，其特征在于，包含：

旋转步骤(S1)，使所述转轴部上搭载的转轴按照旋转指令信号旋转；

摆动步骤(S2)，使所述机床的可动机构按照第1摆动指令信号或者第2摆动指令信号摆动，所述第1摆动指令信号以随着时间经过而频率升高的方式发生变化，所述第2摆动指令信号以随着时间经过而频率降低的方式发生变化；

获取步骤(S3)，按照预先定下的多个转速中的每一转速来获取在所述转轴正按照所述旋转指令信号旋转的状态下所述可动机构按照所述第1摆动指令信号或所述第2摆动指令信号摆动时的摆动频率特性；以及

显示控制步骤(S6)，使所述获取步骤中获取到的所述摆动频率特性显示在显示装置上。

13.根据权利要求12所述的振动诊断辅助方法，其特征在于，

所述转轴部为搭载于所述机床上的主轴部，所述转轴为搭载于所述机床上而由数控装置控制的主轴，所述可动机构为搭载于所述机床上而由所述数控装置控制的沿可动轴进行动作的机构。