CN116867604A - 机床的控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够稳定地获得抑制再生型自激颤振的效果的机床的控制装置。机床的控制装置具备：变动指令计算部，其基于机床中的主轴马达的速度指令和用于使所述主轴马达的旋转速度周期性地变动的变动条件，来生成变动指令；以及速度控制部，其基于所述速度指令和所述变动指令来控制所述主轴马达的旋转速度，其中，所述变动指令计算部基于作为所述变动条件的频率比和基于所述速度指令的所述主轴马达的旋转速度，来计算周期性地变动的所述主轴马达的旋转速度的频率，由此生成所述变动指令。

Description

机床的控制装置
技术领域
本公开涉及一种机床的控制装置。
背景技术
在通过机床进行切削加工时，有时在刀具与工件之间持续地产生颤振(chattervibration)。根据产生振动的主要原因，颤振被分类为强迫颤振和自激颤振。强迫颤振是受到强迫性的振动源的影响而产生的，自激颤振是在机床的动态特性与切削过程重叠并满足了规定的条件时在没有特定的振动源的情况下产生的。自激颤振中的再生型自激颤振是由于切削碎屑厚度的变动产生的。
以往，已知一种通过使机床中的主轴的旋转速度周期性地变动来抑制再生型自激颤振的技术(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-091283号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，本次，本申请的申请人发现，在上述技术中，旋转一周前的时间点的主轴的旋转速度与当前时间点的主轴的旋转速度的速度变化率越大，则抑制再生型自激颤振的效果越高。即，在如以往那样以绝对值给出使主轴的旋转速度周期性地变动的条件(振幅和频率)的情况下，主轴的旋转速度越大，则速度变化率越小，无法获得稳定的抑制效果。因此，需求一种能够稳定地获得抑制再生型自激颤振的效果的机床的控制装置。
用于解决问题的方案
本公开所涉及的机床的控制装置具备：变动指令计算部，其基于机床中的主轴马达的速度指令和用于使所述主轴马达的旋转速度周期性地变动的变动条件，来生成变动指令；以及速度控制部，其基于所述速度指令和所述变动指令来控制所述主轴马达的旋转速度，其中，所述变动指令计算部通过基于作为所述变动条件的频率比和基于所述速度指令的所述主轴马达的旋转速度计算周期性地变动的所述主轴马达的旋转速度的频率，来生成所述变动指令。
发明的效果
根据本公开，能够稳定地获得抑制再生型自激颤振的效果。
附图说明
图1是示出本实施方式所涉及的机床的概要的图。
图2是示出本实施方式所涉及的马达控制装置的处理的流程的流程图。
图3是示出以往的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图，是示出变更主轴速度之前的情况的图。
图4是示出以往的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图，是示出变更了主轴速度之后的情况的图。
图5是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)的时间历程的图，是示出主轴速度为1200[min-1]且变动振幅比和变动频率比均为10％时的情况的图。
图6是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)的时间历程的图，是示出主轴速度为2400[min-1]且变动振幅比和变动频率比均为10％时的情况的图。
图7是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、变动振幅以及变动频率的时间历程的一例的图。
图8是用于说明速度变化率的定义的图，是示出刀具和工件的图。
图9是用于说明速度变化率的定义的图，是示出主轴马达的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式的一例进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的机床的概要的图。
机床是如下装置：基于来自数值控制装置2的速度指令来控制马达控制装置1，从而使主轴马达3旋转，由此进行切削加工等规定的加工。该机床通过使主轴马达3的旋转速度周期性地变动，例如通过使主轴马达3的旋转速度发生正弦波振动，来抑制再生型自激颤振。
马达控制装置1具备变动指令计算部11、变动条件设定部12、速度控制部14、电流控制部16以及电流检测部17。
变动指令计算部11基于机床中的主轴马达3的速度指令和用于使主轴马达3的旋转速度周期性地变动的变动条件，来生成变动指令。具体地说，变动指令计算部11对基于速度指令的主轴马达3的旋转速度乘以作为变动条件的变动振幅比(在下面也简称为振幅比)，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的振幅，并且对基于速度指令的主轴马达3的旋转速度乘以作为变动条件的变动频率比(在下面也简称为频率比)，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的频率，由此生成变动指令。
更具体地说，变动指令计算部11对基于速度指令的主轴马达3的旋转速度S[min-1]乘以作为变动条件的振幅比a[％]，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的振幅A[min-1]。即，振幅A[min-1]通过A＝S×(a/100)来表达。另外，变动指令计算部11对通过将基于速度指令的主轴马达3的旋转速度S[min-1]除以60而变换为频率[Hz]所得到的值乘以作为变动条件的频率比f[％]，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的频率F[Hz]。即，频率F[Hz]通过F＝(S/60)×(f/100)来表达。
变动条件设定部12设定振幅比a[％]和频率比f[％]作为用于使主轴马达3的旋转速度周期性地变动的变动条件，并将其作为信号输出。变动条件的设定采用来自加工程序的输入、所设定的参数等。
附图标记13表示：对从主轴速度指令21作为信号输出的速度指令的值加上从变动指令计算部11作为信号输出的变动指令的值并且减去从速度检测部31作为信号输出的实际速度反馈的值而得到的值被作为信号输入到速度控制部14。
速度控制部14基于速度指令和变动指令来生成用于控制主轴马达3的旋转速度的指令，并将其作为信号输出。
附图标记15表示：从自速度控制部14作为信号输出的指令的值减去自电流检测部17作为信号输出的实际电流反馈的值而得到的值被作为信号输入到电流控制部16。
电流控制部16基于被输入的信号来生成用于驱动主轴马达3的电压指令，并将其作为信号输出。
电流检测部17检测作为主轴马达3的电流值的信号，并将检测结果作为实际电流反馈的信号输出。
数值控制装置2具备主轴速度指令21。主轴速度指令21生成主轴马达3的速度指令，并将其作为信号输出。
主轴马达3在马达控制装置1的控制下进行旋转。速度检测部31检测主轴马达3的旋转速度，并将检测结果作为实际速度反馈的信号输出。速度检测部31采用编码器等。
图2是示出本实施方式所涉及的马达控制装置1的处理的流程的流程图。
在步骤S11中，变动指令计算部11从主轴速度指令21获取作为信号的速度指令，并且从变动条件设定部12获取作为信号的变动条件即振幅比a[％]和频率比f[％]。
在步骤S12中，变动指令计算部11对基于速度指令的主轴马达3的旋转速度S[min-1]乘以作为变动条件的振幅比a[％]，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的振幅A[min-1]。此外，振幅A[min-1]通过A＝S×(a/100)来表达。
在步骤S13中，变动指令计算部11对通过将基于速度指令的主轴马达3的旋转速度S[min-1]除以60而变换为频率[Hz]所得到的值乘以作为变动条件的频率比f[％]，来计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的频率F[Hz]。此外，频率F[Hz]通过F＝(S/60)×(f/100)来表达。
在步骤S14中，变动指令计算部11根据振幅A[min-1]和频率F[Hz]来计算变动指令SSV[min-1]。此外，变动指令SSV[min-1]通过SSV＝A×sin(2π×F×t)来表达。其中，t[s]表示变动指令的控制周期。
在此，图3是示出以往的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图，是示出变更主轴速度之前的情况的图。另外，图4是示出以往的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图，是示出变更了主轴速度之后的情况的图。
关于以往的主轴马达中的周期性地变动的主轴速度指令，振幅和频率是以绝对值决定的。例如，如图3所示，在主轴速度为1200±240[min-1]、即振幅为240[min-1]的情况下，速度变化率在-10％～10％程度推移。与此相对，如图4所示，在振幅保持240[min-1]而将主轴速度从1200[min-1]变更为2400[min-1]的情况下，速度变化率变为在-5％～5％程度推移。像这样，在以往的主轴马达中，速度变化率减小，无法稳定地获得抑制再生型自激颤振的效果。
另一方面，图5是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)的时间历程的图，是示出主轴速度为1200[min-1]且变动振幅比和变动频率比均为10％时的情况的图。图6是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)的时间历程的图，是示出主轴速度为2400[min-1]且变动振幅比和变动频率比均为10％时的情况的图。
如图5和图6所示，在本实施方式中，关于主轴马达中的周期性地变动的主轴速度指令，振幅和频率分别是以比例决定的。因此，虽然在图5所示的例子中变动振幅为240[min-1]且变动频率为2Hz(0.5sec)，在图6所示的例子中变动振幅为480[min-1]且变动频率为4Hz(0.25sec)，互不相同，但是变动振幅比和变动频率比均为10％，是相同的。因此，速度变化率与主轴速度无关而保持为恒定。
另外，图7是示出本实施方式的主轴马达的旋转速度(主轴速度)、变动振幅以及变动频率的时间历程的一例的图。如该图7所示，在本实施方式中，与主轴速度的增大相应地，变动振幅和变动频率也增大。即，变动振幅比和变动频率比与主轴速度无关而是恒定的，因此速度变化率保持为恒定。因此，能够获得稳定的抑制再生型自激颤振的效果。
在此，对速度变化率进行说明。
图8是用于说明速度变化率的定义的图，是示出刀具和工件的图。图9是用于说明速度变化率的定义的图，是示出主轴马达3的旋转速度(主轴速度)、主轴旋转角度以及速度变化率各自的时间历程的图。
如图8所示，主轴马达3的旋转速度(主轴速度)的方向是工件旋转的方向，在图8中用箭头表示。另外，关于主轴马达3的主轴旋转角度，旋转一周是从0度至360度。刀具沿轴方向进行进给动作，由此通过刀具来对圆柱状的工件的外周表面进行切削。
如图9所示，在时间点A，主轴马达3的旋转速度(主轴速度)为1315[min-1]，主轴马达3的主轴旋转角度为100度。在时间点A的旋转一周前的时间点，主轴速度为1285[min-1]，主轴旋转角度为与时间点A的主轴旋转角度相同的100度。根据时间点A的主轴速度1315[min-1]与时间点A的旋转一周前的时间点的主轴速度1285[min-1]的速度差的比率，来求出时间点A的速度变化率。
另外，在时间点B，主轴马达3的旋转速度(主轴速度)为1315[min-1]，主轴马达3的主轴旋转角度为300度。在时间点B的旋转一周前的时间点，主轴速度为1305[min-1]，主轴旋转角度为与时间点B的主轴旋转角度相同的300度。根据时间点B的主轴速度1315[min-1]与时间点B的旋转一周前的时间点的主轴速度1305[min-1]的速度差的比率，来求出时间点B的速度变化率。
在本实施方式中，以使如上面这样定义的速度变化率恒定的方式进行主轴速度指令的变动。具体地说，以与主轴速度指令相应的比例给出变动振幅、变动频率。由此，速度变化率与主轴速度指令无关而保持为恒定。
根据本实施方式，起到以下效果。
本实施方式所涉及的马达控制装置1具备：变动指令计算部11，其基于机床1中的主轴马达3的速度指令和用于使主轴马达3的旋转速度周期性地变动的变动条件，来生成变动指令；以及速度控制部14，其基于速度指令和变动指令来控制主轴马达3的旋转速度，其中，变动指令计算部11通过基于作为变动条件的频率比和基于速度指令的主轴马达3的旋转速度计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的频率，来生成变动指令。
由此，在主轴速度指令不同的加工程序、主轴速度指令在加工途中发生变化这样的加工的情况下，例如即使在主轴超驰(override)时、进行周速恒定控制时等，速度变化率也保持为恒定，因此能够获得稳定的抑制再生型自激颤振的效果。
另外，在本实施方式所涉及的马达控制装置1中，变动指令计算部11通过基于作为变动条件的振幅比和基于速度指令的主轴马达3的旋转速度计算周期性地变动的主轴马达3的旋转速度的振幅，来生成变动指令。
由此，能够更稳定地获得上述效果。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是上述的马达控制装置1能够通过硬件、软件或者它们的组合来实现。另外，通过上述的马达控制装置1进行的控制方法也能够通过硬件、软件或者它们的组合来实现。此外，通过软件来实现的意思是通过由计算机读入并执行程序来实现。
附图标记说明
1：马达控制装置；11：变动指令计算部；12：变动条件设定部；14：速度控制部；16：电流控制部；17：电流检测部；2：数值控制装置；21：主轴速度指令；3：主轴马达；31：速度检测部。

Claims (2)

1.一种机床的控制装置，具备：
变动指令计算部，其基于机床中的主轴马达的速度指令和用于使所述主轴马达的旋转速度周期性地变动的变动条件，来生成变动指令；以及
速度控制部，其基于所述速度指令和所述变动指令来控制所述主轴马达的旋转速度，
其中，所述变动指令计算部通过基于作为所述变动条件的频率比和基于所述速度指令的所述主轴马达的旋转速度计算周期性地变动的所述主轴马达的旋转速度的频率，来生成所述变动指令。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其中，
所述变动指令计算部通过基于作为所述变动条件的振幅比和基于所述速度指令的所述主轴马达的旋转速度计算周期性地变动的所述主轴马达的旋转速度的振幅，来生成所述变动指令。
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