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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung
zum Unterdrücken von Schwingungen, die während
einer Bearbeitung bei einem Bearbeitungswerkzeug erzeugt werden,
indem ein Werkzeug oder ein Werkstück gedreht wird.
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Zum
Beispiel ist ein herkömmliches Bearbeitungswerkzeug bekannt,
bei dem ein Werkstück durch eine drehbare Hauptspindel
gedreht und bearbeitet wird, während ein Werkzeug dem Werkstück zugeführt
wird. Bei den Bearbeitungswerkzeugen werden so genannte "Ratterschwingungen"
während der Bearbeitung erzeugt, wenn eine Schnitttiefe
bei einer Schneidprozedur sehr groß ist, was zu einer Verschlechterung
der Oberflächengenauigkeit einer bearbeiteten Oberfläche,
einem schnellen Verschleiß eines Werkzeugs und einer Absplitterung
eines Werkzeugs führt. Insbesondere werden als selbst erregte
Schwingungen "regenerative Ratterschwingungen" zwischen dem Werkzeug
und dem Werkstück erzeugt, und "erzwungene Ratterschwingungen" werden
von einem Bearbeitungswerkzeug mit dem Werkzeug verursacht. In diesem
Fall sind ein Prozess zum Unterdrücken der regenerativen
Ratterschwingungen und ein Prozess zum Unterdrücken der
erzwungenen Ratterschwingungen inkompatibel. Wie dies in der Patentdruckschrift
1 beschrieben ist, wurde herausgefunden, dass es daher erforderlich ist,
zu bestimmen, ob eine erzeugte Ratterschwingung die regenerative
Ratterschwingung oder die erzwungene Ratterschwingung ist, um einen
Schwingungsunterdrückungsprozess für jede Schwingung korrekt
durchzuführen.
- [Patentdruckschrift 1] Japanische
ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift JP-2000-210840 A
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Bei
einem Verfahren, das in der Patentdruckschrift 1 beschrieben wird,
wird jedoch ein Schwingungsunterdrückungsprozess durchgeführt,
bei dem nur die gegenwärtigen Ratterschwingungen berücksichtigt
werden. Wenn sowohl die regenerativen Ratterschwingungen als auch
die erzwungenen Ratterschwingungen zur Zeit eines Änderns
einer Drehzahl der Hauptspindel erzeugt werden, kann somit ein Prozess
zum Unterdrücken der regenerativen Ratterschwingungen die
erzwungenen Ratterschwingungen erregen, oder ein Prozess zum Unterdrücken
der erzwungenen Ratterschwingungen kann die regenerativen Ratterschwingungen
erregen. Es bestand daher ein Problem, dass die Ratterschwingungen
nicht unterdrückt werden können, oder dass stärkere
Ratterschwingungen erzeugt werden.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung
für ein Bearbeitungswerkzeug vorzusehen, die eine optimale
Drehzahl für verschiedene Fälle erhalten kann,
bei denen nur die regenerativen Ratterschwingungen erzeugt werden,
bei denen nur die erzwungenen Ratterschwingungen erzeugt werden, und
bei denen sowohl die regenerativen Ratterschwingungen als auch erzwungenen
Ratterschwingun gen erzeugt werden. Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung
kann des Weiteren Ratterschwingungen sicher und wirksam ohne einen Ratterschwingungsunterdrückungsprozess
unterdrücken, der die anderen Ratterschwingungen erregt.
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Um
die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist ein erster
Aspekt der Erfindung eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung
für ein Bearbeitungswerkzeug zum Unterdrücken
von Ratterschwingungen, die dann erzeugt werden, wenn eine Drehwelle
bei dem Bearbeitungswerkzeug gedreht wird, das mit der Drehwelle
zum Drehen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks versehen
ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: ein Erfassungselement
zum Erfassen einer Zeitbereichsschwingung aufgrund der sich drehenden
Drehwelle; ein Berechnungselement zum Berechnen einer Ratterfrequenz und
einer Frequenzbereichsschwingung mit der Ratterfrequenz auf der
Grundlage der Zeitbereichsschwingung, die durch das Erfassungselement
erfaßt wird, und zum Berechnen einer optimalen Drehzahl der
Drehwelle, die eine Ratterschwingung unterdrücken kann,
wenn die berechnete Frequenzbereichsschwingung einen vorbestimmten
Schwellwert überschreitet, wobei ein k-Wert und Phaseninformationen verwendet
werden, wobei der k-Wert ein ganzzahliger Anteil eines Wertes ist,
der dadurch erhalten wird, dass die Ratterfrequenz durch ein Produkt
einer Anzahl von Werkzeugschneiden und der Drehzahl der Drehwelle
dividiert wird, und wobei die Phaseninformation ein Dezimalanteil
des Wertes ist, der dadurch erhalten wird, dass die Ratterfrequenz
durch ein Produkt der Anzahl der Werkzeugschneiden und der Drehzahl
der Drehwelle ist; ein Speicherelement zum Speichern des k-Wertes
und der Phaseninformation; und ein Drehzahlsteuerelement zum Drehen
der Drehwelle mit einer optimalen Drehzahl, die durch das Berechnungselement
und das Speicherelement berechnet ist, wobei das Berechnungselement
die berechnete Phaseninformation mit ei ner vorbestimmten Konstanten
vergleicht, um zu bestimmen, ob eine erzeugte Ratterschwingung eine
erzwungene Ratterschwingung oder eine regenerative Ratterschwingung
ist, bestimmt, ob eine Ratterschwingung erzeugt wird oder nicht,
die sich von der bestimmten Ratterschwingung unterscheidet, die
vor der gegenwärtigen Schwingung bestimmt wird, indem die
in dem Speicherelement gespeicherte Phaseninformation verwendet
wird, und den k-Wert gemäß einem Vorhandensein
der erzeugten, bestimmten Ratterschwingung und der unterschiedlichen
Ratterschwingung ändert, so dass die optimale Drehzahl
berechnet wird.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten
Aspekt folgendermaßen. Um den k-Wert korrekt zu ändern,
wenn das Berechnungselement bestimmt, dass eine erzeugte Ratterschwingung
die erzwungene Ratterschwingung ist und die regenerative Ratterschwingung
vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung erzeugt
wurde, erhält das Berechnungselement einen Wert, der aus der
gegenwärtigen Phaseninformation und einer Phaseninformation
berechnet wird, die der berechneten Phaseninformation von jenen
Phaseninformationen am nächsten liegt, die als die regenerative
Ratterschwingung bestimmt sind, und es setzt diesen Wert als neue
Phaseninformation fest. Wenn die regenerative Ratterschwingung vor
der der Erzeugung der gegenwärtigen Ratterschwingung nicht
erzeugt wurde, erhält das Berechnungselement einen Wert durch
Addieren eines Dezimalwerts, der keine erzwungene Ratterschwingung
erzeugt, mit der berechneten Phaseninformation, wobei es diesen
Wert als die neue Phaseninformation festlegt, und es bestimmt, dass
die erzeugte Ratterschwingung die regenerative Ratterschwingung
ist. Wenn das Berechnungselement bestimmt, dass die erzeugte Ratterschwingung
die regenerative Ratterschwingung ist, und dass die erzwungene Ratterschwingung
vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde,
erhält das Berech nungselement einen Wert, der aus der gegenwärtigen
Phaseninformation und jener Phaseninformation berechnet wird, die
der berechneten Phaseninformation von gespeicherten Phaseninformationen
am nächsten liegt, die als die erzwungene Ratterschwingung
bestimmt sind, und sie setzt diesen Wert als die neue Phaseninformation fest.
Wenn die erzeugte Ratterschwingung vor der Erzeugung der gegenwärtigen
Schwingung nicht erzeugt wurde, setzt das Berechnungselement die
Zahl 0 als neue Phaseninformation fest und ändert den k-Wert
durch Addieren der neuen Phaseninformation mit dem berechneten k-Wert.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem zweiten
Aspekt folgendermaßen. Wenn nämlich die erzwungene
Ratterschwingung gegenwärtig erzeugt wird und die regenerative
Ratterschwingung vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung erzeugt
wurde, und wenn die regenerative Ratterschwingung gegenwärtig
erzeugt wird und die erzwungene Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, erhält das
Berechnungselement einen Durchschnittswert der gegenwärtigen
Phaseninformation und jener Phaseninformation, die der berechneten
Phaseninformation am nächsten liegt, und sie setzt diesen Wert
als neue Phaseninformation fest, um die neue Phaseninformation einfach
zu erhalten.
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Ein
vierter Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu einem des
ersten bis dritten Aspekts folgendermaßen. Um die optimale
Drehzahl unter Verwendung des geänderten k-Werts korrekt
zu berechnen, berechnet das Berechnungselement die optimale Drehzahl
durch Dividieren der Ratterfrequenz mit dem Produkt der Anzahl der
Werkzeugschneiden und des geänderten k-Werts.
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Wenn
das Werkzeug exzentrisch ist, kann dabei die Anzahl der Werkzeugschneiden
zusätzlich 1 sein.
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Ein
fünfter Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu
dem zweiten Aspekt folgendermaßen. Wenn das Berechnungselement
bestimmt, dass die erzeugte Ratterschwingung die erzwungene Ratterschwingung
ist und dass die regenerative Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, und wenn das
Berechnungselement bestimmt, dass die erzeugte Ratterschwingung
eine regenerative Ratterschwingung ist und dass die erzwungene Ratterschwingung
vor der Erzeugung der gegenwärtigen Ratterschwingung erzeugt
wurde, erhält das Berechnungselement nämlich einen
Wert, der von der gegenwärtigen Drehzahl der Drehwelle
und einer Drehzahl der Drehwelle berechnet wird, die der gegenwärtigen
Drehzahl der Drehwelle von verschiedenen Drehzahlen der Drehwelle
am nächsten ist, die als eine Ratterschwingung bestimmt
sind, die sich von der gegenwärtigen Schwingung von gespeicherten
Spindeldrehzahlen unterscheidet, und es setzt diesen Wert als die
optimale Drehzahl fest, um die optimale Drehzahl zu berechnen, ohne
dass irgendeine Phaseninformation verwendet wird.
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Ein
sechster Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem zweiten
Aspekt folgendermaßen. Wenn das Berechnungselement bestimmt,
dass die erzeugte Ratterschwingung die erzwungene Ratterschwingung
ist und dass die regenerative Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, und wenn das
Berechnungselement bestimmt, dass die erzeugte Ratterschwingung
die regenerative Ratterschwingung ist, und dass die erzwungene Ratterschwingung
vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde,
erhält das Berechnungselement nämlich einen Durchschnittswert
der gegenwärtigen Drehzahl der Drehwelle und einer Drehzahl
der Drehwelle, die der gegenwärtigen Drehzahl der Drehwelle
von den verschiedenen Drehzahlen der Drehwelle am nächsten
liegt, die als eine Ratterschwingung bestimmt sind, die sich von
der gegenwärtigen Schwingung von gespeicherten Spindeldrehzahlen
unterscheidet, und es setzt diesen Wert als die optimale Drehzahl fest,
um die optimale Drehzahl zu berechnen, ohne dass irgendeine Phaseninformation
verwendet wird.
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Gemäß der
Erfindung des ersten Aspekts wird ein Schwingungsunterdrückungsprozess
unter Berücksichtigung sowohl der regenerativen Ratterschwingung
als auch der erzwungenen Ratterschwingung durchgeführt.
Somit kann ein einziger Ratterschwingungsunterdrückungsprozess
durchgeführt werden, ohne dass die andere Ratterschwingung
erregt wird, und somit kann die optimale, stabile Drehzahl konstant
berechnet werden. Da des Weiteren eine stärkere Ratterschwingung
nachdem Schwingungsunterdrückungsprozess nicht erzeugt wird,
kann eine Ratterschwingung sicher und wirksam unterdrückt
werden. Daher kann eine Oberflächengenauigkeit der bearbeiteten
Oberfläche hoch aufrechterhalten werden, und es kann erwartet
werden, dass ein Verschleiß des Werkzeugs unterdrückt und
eine Absplitterung des Werkzeugs verhindert wird.
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Zusätzlich
zu der Wirkung des ersten Aspekts hat die Erfindung des zweiten
Aspekts die Wirkung, dass der k-Wert dadurch korrekt geändert
werden kann, dass die neue Phaseninformation zu dem berechneten
k-Wert addiert wird.
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Zusätzlich
zu der Wirkung des zweiten Aspekts hat die Erfindung des dritten
Aspekts die Wirkung, dass die neue Phaseninformation in einfacher Weise
erhalten werden kann.
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Zusätzlich
zu der Wirkung von einem des ersten bis dritten Aspekts hat die
Erfindung des vierten Aspekts die Wirkung, dass die optimale Drehzahl unter
Verwendung des geänderten k-Werts korrekt berechnet werden
kann.
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Zusätzlich
zu der Wirkung des zweiten Aspekts haben die Erfindungen des fünften
und des sechsten Aspekts die Wirkung, dass die optimale, stabile
Drehzahl sowohl hinsichtlich der erzwungenen als auch der regenerativen
Ratterschwingung berechnet werden kann, ohne dass irgendeine Phaseninformation
verwendet wird.
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1 zeigt
eine darstellende Ansicht einer Blockkonfiguration einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung;
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2 zeigt
eine darstellende Ansicht, die seitlich ein Drehwellengehäuse
zeigt, das einer Schwingungsunterdrückung ausgesetzt wird;
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3 zeigt
eine darstellende Ansicht, die das Drehwellengehäuse in
einer Wellenrichtung zeigt;
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4 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Beispiels eines Fourieranalyseergebnisses
von Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen;
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5 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Beispiels einer Schwingungsbeschleunigung
bei einer Drehzahl einer Hauptspindel, bei der eine Phaseninformation
ein Wert nahe 0 wird;
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6 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Beispiels einer Schwingungsbeschleunigung
bei einer Drehzahl einer Hauptspindel, bei der die Phaseninformation
nicht zu einem Wert nahe 0 wird;
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7 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Beispiels einer Schwingungsbeschleunigung
bei einer Drehzahl einer Hauptspindel, bei der die Phaseninformation
ein Durchschnittswert wird;
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8 zeigt
ein Flußdiagramm betreffend eine Unterdrückungssteuerung
einer Ratterschwingung; und
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9 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Bereichs 1 einer Phaseninformation.
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Ein
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 zeigt
eine darstellende Ansicht einer Blockkonfiguration einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung.
Die 2 zeigt eine darstellende Ansicht, die ein Drehwellengehäuse 1 seitlich
zeigt, das einer Schwingungsunterdrückung ausgesetzt wird.
Die 3 zeigt eine darstellende Ansicht des Drehwellengehäuses 1 in
einer Wellenrichtung.
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Eine
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 9 unterdrückt
"Ratterschwingungen", die in einer Drehwelle 3 erzeugt
werden, die um eine Achse C des Drehwellengehäuses 1 drehbar
vorgesehen ist. Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 9 hat Schwingungssensoren
(Erfassungselemente) 2a bis 2c zum Erfassen von
Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen, die an der sich drehenden
Drehwelle 3 erzeugt werden, und eine Steuervorrichtung
(ein Berechnungselement und ein Drehzahlsteuerelement) 5 zum
Steuern einer Drehzahl der Drehwelle 3 auf der Grundlage
von Werten, die durch die Schwingungssensoren 2a bis 2c erfaßt
werden.
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Die
Schwingungssensoren 2a bis 2c sind an dem Drehwellengehäuse 1 angebracht,
wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist. Einer der Schwingungssensoren erfaßt die Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung
(die eine Schwingungsbeschleunigung an einer Zeitachse meint) in
einer Richtung, die orthogonal zu den anderen Sensoren ist (die
Schwingungssensoren 2a bis 2c erfassen zum Beispiel
die Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen in der jeweils orthogonalen
x-, y- und z-Richtung).
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Die
Steuervorrichtung 5 hat eine FFT-Berechnungseinheit 6 zum
Durchführen einer Analyse auf der Grundlage der Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen,
die durch die Schwingungssensoren 2a bis 2c erfaßt
werden, eine Parameterberechnungseinheit 7 zum Speichern
eines Werts, der durch die FFT-Berechnungseinheit 6 berechnet
wird, und zum Berechnen der optimalen Drehzahl auf der Grundlage
des gegenwärtigen Werts und des gespeicherten Werts, eine
NC-Vorrichtung 8 zum Steuern einer Bearbeitung in dem Drehwellengehäuse 1 und einen
Speicher (nicht dargestellt). Die Steuervorrichtung 5 führt
eine später beschriebene Analyse in der FFT-Berechnungseinheit 6 durch
und überwacht eine Drehzahl der Drehwelle 3.
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Eine
Steuerung zum Unterdrücken einer "Ratterschwingung" der
Steuervorrichtung 5 wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm
in der 8 beschrieben.
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Wenn
die Steuerung startet, führt die FFT-Berechnungseinheit 6 eine
Fourier-Transformation der Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen durch,
die während einer Drehung durch die Schwingungssensoren 2a bis 2c konstant
erfaßt werden (S1), und sie berechnet eine maximale Beschleunigung
und deren Frequenz (eine Rat terfrequenz), wie dies durch die Zahl 4 in
der 4 gezeigt ist (S2).
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Dann
vergleicht die Parameterberechnungseinheit 7 die bei S2
berechnete maximale Beschleunigung mit einem vorbestimmten Schwellwert
(S3). Wenn die Beschleunigung den Schwellwert überschreitet,
bestimmt die Parameterberechnungseinheit 7, dass eine "Ratterschwingung",
die zu unterdrücken ist, in der Drehwelle 3 erzeugt
wird, und sie berechnet einen k-Wert und eine Phaseninformation durch
folgende Ausdrücke (1) bis (3) unter Verwendung der Ratterfrequenz,
der Anzahl der Werkzeugschneiden und der Drehzahl der Drehwelle 3 (S4). Wenn
die maximale Beschleunigung den Schwellwert bei der Bestimmung von
S3 nicht überschreitet, löscht die Parameterberechnungseinheit 7 eine
Aufzeichnung in dem Speicher (S8), und die Verarbeitung wird beendet. K'-Wert = Ratterfrequenz/(Anzahl der Werkzeugschneiden × Drehzahl
der Drehwelle) (1) k-Wert = ganzzahliger Anteil des K'-Werts (2) Phaseninformation = K'-Wert – k-Wert (3)
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"Anzahl
der Werkzeugschneiden" in dem Ausdruck (1) wird als voreingestellt
in der Parameterberechnungseinheit 7 angenommen. "Drehzahl
der Drehwelle" in dem Ausdruck (1) ist eine gegenwärtige
Drehzahl (vor dem Optimieren der Drehzahl). "K'-Wert" in dem Ausdruck
(1) ist eine dimensionslose Zahl, und sie muß dieselbe
Dimension haben, wenn sich die Dimensionseinheiten der Ratterfrequenz
und der Drehzahl der Drehwelle unterscheiden.
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Um
dann bei S5 den gegenwärtigen Schwingungszustand zu speichern,
speichert die Parameterberechnungseinheit 7 die gegenwärtige
Drehzahl der Drehwelle, die maximale Beschleunigung und deren Frequenz,
die bei S2 berechnet wird, und den k-Wert und die Phaseninformation
(einen Dezimalanteil des K'-Werts), der bei S4 berechnet wird, in
den Speicher.
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Dann
bestimmt die Parameterberechnungseinheit 7 bei S6, ob die
Steuerung wiederholt werden muß oder nicht. Diese Bestimmung
kann gemäß der Anzahl der wiederholten Steuerungen
durchgeführt werden. Zum Beispiel ist die begrenzte Anzahl
der Wiederholungen der Steuerung auf 1 festgelegt. Wenn die in dem
Speicher gespeicherte Datenzahl nicht größer als
die Konstante 1 ist, wird bestimmt, dass die optimale Drehzahl erneut
berechnet werden muß. Wenn die Datenanzahl größer
als die Konstante 1 ist, wird bestimmt, dass die maximale Beschleunigung
nicht kleiner als der Schwellwert sein kann, und somit muß die
optimale Drehzahl nicht erneut berechnet werden.
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Wenn
die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt, dass die Steuerung
bei S6 wiederholt werden muß, wird somit die Verarbeitung
nach S9 durchgeführt, um die optimale Drehzahl erneut zu
berechnen. Wenn zusätzlich die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt,
dass die Steuerung bei S6 nicht wiederholt werden muß,
wird die maximale Beschleunigung in den Speicher extrahiert, um
die Drehzahl der Drehwelle so zu ändern, dass sie eine
minimale Beschleunigung durch die NC-Vorrichtung 8 bei
S7 aufweist. Dann löscht die Parameterberechnungseinheit 7 eine
Aufzeichnung in dem Speicher (S8) und die Verarbeitung wird beendet.
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Um
andererseits eine Art der gegenwärtigen Schwingung zu bestimmen,
vergleicht die Parameterberechnungseinheit 7 eine Phasenin formation,
die durch den Ausdruck (3) erhalten wird, mit Konstanten 2 und 3
bei S9. In diesem Fall ist ein Bereich 1 innerhalb eines Bereichs
von mehr als die Konstante 2 bis weniger als die Konstante 3, wie
dies in der 9 dargestellt ist. Dieser Bereich
1 meint einen Bereich nahe 0, und ein Bereich außer dem
Bereich 1 ist ein Bereich, der von 0 entfernt ist.
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Wenn
die gegenwärtige Phaseninformation in dem Bereich 1 liegt,
bestimmt die Parameterberechnungseinheit 7 daher, das die
erzwungene Ratterschwingung erzeugt wird, und sie bestimmt, ob die Daten,
die einige Phaseninformationen haben, die in dem Speicher aufgezeichnet
sind, die nicht innerhalb des Bereichs 1 liegen, bei S10 vorhanden
sind. Wenn die gegenwärtige Phaseninformation so bestimmt
ist, dass sie nicht innerhalb des Bereichs 1 bei S9 liegt, bestimmt
die Parameterberechnungseinheit 7 bei S11, dass eine regenerative
Ratterschwingung erzeugt wird, und sie bestimmt, ob die Daten, die
einige Phaseninformationen haben, die in dem Speicher aufgezeichnet
sind, innerhalb des Bereichs 1 vorhanden sind oder nicht.
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Wenn
die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt, dass die Daten,
die Phaseninformationen haben, die nicht innerhalb des Bereichs
1 liegen, bei S10 vorhanden sind, wird des Weiteren bestimmt, dass
eine regenerative Ratterschwingung erzeugt wurde, bevor die gegenwärtige
erzwungene Ratterschwingung erzeugt wurde. Dann berechnet die Parameterberechnungseinheit 7 eine
neue Phaseninformation auf der Grundlage eines folgenden Ausdrucks
(4) bei S12. Wenn andererseits die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt,
dass die Daten, die Phaseninformationen haben, die nicht innerhalb des
Bereichs 1 liegen, bei S10 nicht vorhanden sind, bestimmt sie, dass
eine Schwingung außer der gegenwärtigen, erzwungenen
Ratterschwingung, vorher nicht erzeugt wurde. Dann be rechnet die
Parameterberechnungseinheit 7 eine neue Phaseninformation
auf der Grundlage des nachfolgend beschriebenen Ausdrucks (5) bei
S13.
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Wenn
die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt, dass die Daten,
die Phaseninformationen aufweisen, die innerhalb des Bereichs 1
liegen, bei S11 vorhanden sind, bestimmt sie des Weiteren, dass
eine erzwungene Ratterschwingung vor der Erzeugung der gegenwärtigen
regenerativen Ratterschwingung erzeugt wurde. Dann berechnet die
Parameterberechnungseinheit 7 eine neue Phaseninformation
auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks (4) bei S14. Wenn andererseits
die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt, dass Daten,
die Phaseninformationen haben, die innerhalb des Bereichs 1 liegen,
nicht vorhanden sind, bestimmt sie, dass eine Schwingung außer
der gegenwärtigen Schwingung vorher nicht erzeugt wurde.
Dann berechnet die Parameterberechnungseinheit 7 eine neue
Phaseninformation bei S15 auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks
(6). Neue Phaseninformation = (gegenwärtige
Phaseninformation + Phaseninformation in einem Speicher)/2 (4) Neue Phaseninformation = gegenwärtige
Phaseninformation + 0,5 (5) Neue Phaseninformation = 0 (6)
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Die
Phaseninformation in dem Speicher in dem Ausdruck (4) ist eine Phaseninformation
von Daten entsprechend jenen von S10 in S12, und sie ist eine Phaseninformation
von Daten entsprechend jenen von S11 in S14. Wenn zusätzlich
mehrere entsprechende Daten vorhanden sind, werden Daten mit jener
Phaseninformation verwendet, die der gegenwärtigen Phaseninformation
am nächsten liegt.
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Des
Weiteren dient der Ausdruck (4) einem Prozess, bei dem eine erzwungene
Ratterschwingung und eine regenerative Ratterschwingung gemäß der
Drehzahl erzeugt werden. Zum Beispiel kann eine erzwungene Ratterschwingung
mit der maximalen Beschleunigung, wie dies mit einer Zahl 10 in
der 5 gezeigt ist, mit einer Frequenz f1 erzeugt werden.
Wie dies in der 6 dargestellt ist, können
dabei Daten einer regenerativen Ratterschwingung mit der maximalen
Beschleunigung, wie dies durch eine Zahl 11 gezeigt ist,
mit einer Frequenz f2 vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung
in dem Speicher vorhanden sein.
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Dann
berechnet die Parameterberechnungseinheit 7 bei S12 und
S14 eine neue Phaseninformation auf der Grundlage des Ausdrucks
(4), so dass sie ein Durchschnittswert der Phaseninformationen ist, wie
dies in der 7 dargestellt ist (die maximale
Beschleunigung, die durch eine Zahl 12 gezeigt ist, wird mit
einer Frequenz f3 erhalten. Die Parameterberechnungseinheit 7 berechnet
die optimale Drehzahl auf der Grundlage dieser neuen Phaseninformation und ändert
die Drehzahl. Dadurch können beide Ratterschwingungen moderat
unterdrückt werden. Zusätzlich können
beide Ratterschwingungen in ähnlicher Weise moderat unterdrückt
werden, wenn die regenerative Ratterschwingung mit der Frequenz
f1 erzeugt wird und die erzwungene Ratterschwingung mit der Frequenz
f2 erzeugt wird.
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Zusätzlich
wird im Allgemeinen 0,5, was die erzwungene Ratterschwingung am
wirkungsvollsten unterdrücken kann, zu der gegenwärtigen
Phaseninformation bei dem Ausdruck (5) addiert. Hierbei bedeutet
die Addition von 0,5 eine Reduzierung der Drehzahl der Drehwelle.
Falls es erforderlich ist, die Drehzahl der Drehwelle zu erhöhen,
kann –0,5 addiert werden, d, h. 0,5 wird subtrahiert.
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Dann
berechnet die Parameterberechnungseinheit 7 einen k1-Wert
durch Addieren der jeweils berechneten, neuen Phaseninformationen
zu dem k-Wert auf der Grundlage des nachfolgend beschriebenen Ausdrucks
(7) bei S16. Die Parameterberechnungseinheit 7 berechnet
die optimale Drehzahl durch Dividieren der Frequenz einer Ratterschwingung
durch das Produkt der Anzahl der Werkzeugschneiden und des k1-Wertes
bei S17. Wenn das Werkzeug eine Exzentrizität aufweist,
kann die Anzahl der Werkzeugschneiden 1 betragen. Dies ist dadurch
begründet, dass eine Schneidkraft für jede Klinge
unterschiedlich ist, wenn die Exzentrizität erzeugt wird,
und somit wird eine Frequenzkomponente, die nur mit der Drehzahl
der Hauptspindel synchronisiert ist, als eine Frequenzkomponente
der erzeugten Schneidkraft ungeachtet der Anzahl der Werkzeugschneiden
zusätzlich zu einer Frequenz erzeugt, die das ganzzahlige
Vielfache jenes Werts ist, der durch ein Produkt der Drehzahl der
Hauptspindel und der Anzahl der Werkzeugschneiden erhalten wird. k1-Wert = k-Wert + neue Phaseninformation (7) die optimale Drehzahl = Ratterfrequenz/(Anzahl
der Werkzeugschneiden × k1-Wert) (8)
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Dann ändert
die NC-Vorrichtung bei S18 die Drehzahl der Drehwelle 3,
damit sie gleich der berechneten optimalen Drehzahl wird. Dadurch
wird eine Verhinderung einer Verstärkung einer "Ratterschwingung",
d. h. eine Unterdrückung bewirkt.
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Dementsprechend
wird die Steuerung der Unterdrückung der Ratterschwingung
in der Steuervorrichtung 5 durchgeführt.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, überwacht die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 9 des
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels eine "Ratterschwingung",
die während der Drehung der Drehwelle 3 erzeugt
wird, in Echtzeit nach dem Beginn der Steuerung dieser Schwingung.
Diese Überwachung wird unter Verwendung der Schwingungssensoren 2a bis 2c der
FFT-Berechnungseinheit 6 und der Parameterberechnungseinheit 7 durchgeführt.
Dann berechnet die Vorrichtung 9 unmittelbar die optimale
Drehzahl durch die Ausdrücke (1) bis (8) unmittelbar nach
der Erzeugung der Erfassung der Ratterschwingung, und sie setzt
die Drehzahl der Drehwelle 3 gleich der optimalen Drehzahl fest,
wodurch sie eine Verstärkung der Ratterschwingung unterdrückt.
Da die optimale Drehzahl auf der Grundlage der "Ratterschwingung"
berechnet wird, die tatsächlich in der sich drehenden Drehwelle 3 erzeugt
wird, kann die optimale Drehzahl unmittelbar und noch genauer berechnet
werden.
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Wenn
insbesondere die Vorrichtung 9 die optimale Drehzahl berechnet,
vergleicht die Parameterberechnungseinheit 7 die berechnete
Phaseninformation mit einer vorbestimmten Konstante, und sie bestimmt,
dass eine erzeugte Ratterschwingung eine erzwungene Ratterschwingung
oder eine regenerative Ratterschwingung ist. Zusätzlich
bestimmt die Parameterberechnungseinheit 7, ob sich eine
Ratterschwingung von der bestimmten Ratterschwingung unterscheidet
oder nicht, die vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung
erzeugt wurde, und zwar aus der Phaseninformation, die in einem
Speicher gespeichert ist, und sie ändert jeden k-Wert gemäß der
bestimmten Ratterschwingung und einem Vorhandensein einer Erzeugung
der unterschiedlichen Ratter schwingung, um so die optimale Drehzahl
zu berechnen. Wenn sowohl die erzwungene Ratterschwingung als auch
die regenerative Ratterschwingung erzeugt werden, kann somit die
optimale stabile Drehzahl erhalten werden, und somit kann eine Ratterschwingung
wirksam unterdrückt werden. Daher kann eine hohe Genauigkeit
der Oberflächenbearbeitung aufrecht erhalten werden, und
es kann erwartet werden, dass ein Verschleiß des Werkzeugs
unterdrückt und eine Absplitterung des Werkzeugs verhindert
werden.
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Wenn
des Weiteren die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt,
dass die erzeugte Ratterschwingung die erzwungene Ratterschwingung
ist und dass die regenerative Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, erhält
die Parameterberechnungseinheit 7 einen Wert, der aus der
gegenwärtigen Phaseninformation und jener Phaseninformation
berechnet wird, die der berechneten Phaseninformation von gespeicherten
Phaseninformationen am nächsten liegt, die als die regenerative
Ratterschwingung bestimmt sind, und sie setzt diesen Wert als neue
Phaseninformation fest. Wenn die regenerative Ratterschwingung vor
der Erzeugung der gegenwärtigen Phaseninformation nicht
erzeugt wurde, erhält die Parameterberechnungseinheit 7 einen
Wert durch Addieren eines Dezimalwerts (0,5 oder –0,5 in
diesem Fall), durch den die erzwungene Ratterschwingung nicht erzeugt
wird, zu der berechneten Phaseninformation, und sie legt diesen
Wert als neue Phaseninformation fest. Wenn die Parameterberechnungseinheit 7 bestimmt,
dass die erzeugte Ratterschwingung die regenerative Ratterschwingung
ist und dass die erzwungene Ratterschwingung vor der Erzeugung der gegenwärtigen
Schwingung erzeugt wurde, erhält die Parameterberechnungseinheit 7 einen
Wert, der von der gegenwärtigen Phaseninformation und jener Phaseninformation
berechnet wird, die der berechneten Phaseninformation von den gespeicherten
Phaseninformationen am nächsten liegt, die als die erzwungene
Ratterschwingung bestimmt sind, und sie setzt diesen Wert als neue
Phaseninformation fest. Wenn die erzwungene Ratterschwingung vor
der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung nicht erzeugt
wurde, setzt die Parameterberechnungseinheit 7 die Zahl
0 als neue Phaseninformation fest, und sie erhält einen
k1-Wert durch Addieren der jeweils neuen Phaseninformation zu dem
berechneten k-Wert. Somit kann der k-Wert korrekt geändert
werden.
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Insbesondere
wenn die erzwungene Ratterschwingung gegenwärtig erzeugt
wird und die regenerative Ratterschwingung vor der Erzeugung der gegenwärtigen
Schwingung erzeugt wurde, und wenn die regenerative Ratterschwingung
gegenwärtig erzeugt wird und die erzwungene Ratterschwingung
vor der Erzeugung der gegenwärtigen Schwingung erzeugt
wurde, erhält die Parameterberechnungseinheit 7 einen
Durchschnittswert der gegenwärtigen Phaseninformation und
der Phaseninformation, die der jeweils berechneten Phaseninformation am
nächsten liegt, und sie setzt diesen Wert als neue Phaseninformation
fest. Somit kann die neue Phaseninformation in einfacher Weise erhalten
werden.
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Des
Weiteren berechnet die Parameterberechnungseinheit 7 die
optimale Drehzahl durch die Ratterfrequenz mittels des Produkts
der Anzahl der Werkzeugschneiden und des k1-Werts. Somit kann die
optimale Drehzahl korrekt berechnet werden.
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Eine
Struktur gemäß der Schwingungsunterdrückungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. Strukturen des
Erfassungselements, einer Steuervorrichtung und einer Steuerung der
Schwingungsunterdrückung der Steuervorrichtung können
in angemessener Weise je nach Bedarf abgewandelt werden, ohne dass
der Umfang der Erfindung verlassen wird.
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Wenn
zum Beispiel eine Phaseninformation, ein k-Wert, eine Konstante
und die Beziehung zwischen ihnen, wie sie in den Ausdrücken
(1) bis (8) angegeben ist, sorgfältig geprüft
und gemäß einer Art eines Bearbeitungswerkzeugs
bestimmt werden, kann die Genauigkeit noch weiter verbessert werden. Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zum
Beispiel die optimale Drehzahl unter Verwendung eines Durchschnittswerts
der Phaseninformation der regenerativen Ratterschwingung und der
erzwungenen Ratterschwingung als neue Phaseninformation berechnet.
Jedoch kann die optimale Drehzahl unter Verwendung der maximalen
Beschleunigung zur Zeit einer Erzeugung der jeweiligen Ratterschwingung,
der Gewichtung dieses Werts und durch Festlegen dieses Werts als
neue Phaseninformation berechnet werden.
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Des
Weiteren kann die Drehzahl in einem vorbestimmten Intervall zwischen
einer Phaseninformation der jeweiligen Ratterschwingung geändert werden.
Wenn die Drehzahl geändert wird und die Schwingungszustände
gespeichert werden, kann die Drehzahl, bei der die maximale Beschleunigung
am geringsten ist, als die optimale Drehzahl berechnet werden.
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Wenn
andererseits die erzeugte Ratterschwingung als die erzwungene Schwingung
bestimmt wird und die regenerative Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, und wenn die
erzeugte Ratterschwingung als die regenerative Ratterschwingung
bestimmt wird und die erzwungene Ratterschwingung vor der Erzeugung
der gegenwärtigen Schwingung erzeugt wurde, kann die optimale
Drehzahl ohne Verwendung der Phaseninformation berechnet werden. Zum
Beispiel wird ein Fall betrachtet, bei dem die regenerative Ratterschwingung
bei einer gegenwärtigen Drehzahl der Drehwelle von 1800
U/min erzeugt wird und ein Speicher eine Historie speichert, in
der erzwungene Ratterschwingungen bei Drehzahlen der Drehwelle von
1000 U/min, 1500 U/min und 2500 U/min erzeugt wurden. Anstelle der
Schritte S12 bis S17 wird in diesem Fall eine Schwingungsbeschleunigung
durch die Drehzahl der Drehwelle von 1500 U/min gewichtet, die der
gegenwärtigen Drehzahl der Drehwelle von 1800 U/min am
nächsten liegt, und eine Drehzahl von 1600 U/min kann als
die optimale Drehzahl berechnet werden, oder eine Drehzahl von 1650
U/min, die ein Durchschnitt von 1800 U/min und 1500 U/min ist, kann
als die optimale Drehzahl berechnet werden. Dementsprechend kann
die optimale stabile Drehzahl sowohl hinsichtlich der erzwungenen
als auch der regenerativen Ratterschwingung berechnet werden, ohne
dass eine Phaseninformation verwendet wird.
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Wenn
bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die
Fourieranalyse der Zeitbereichsschwingungsbeschleunigungen durchgeführt
wird, die durch das Erfassungselement erfaßt werden, wird
des Weiteren das Unterdrücken einer Ratterschwingung unter
Verwendung eines Spitzenwerts gesteuert, bei dem die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung
das Maximum hat. Jedoch kann die Vorrichtung die optimale Drehzahl
unter Verwendung von mehreren Spitzenwerten berechnen, bei denen
Werte der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung in einer großen
Größenordnung sind. Dadurch kann die Unterdrückungswirkung
der Ratterschwingung weiter verbessert werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird des
Weiteren die Schwingungsbeschleunigung einer Drehwelle durch das
Erfassungselement erfasst, und die optimale Drehzahl wird auf der
Grundlage der erfaßten Schwingungsbeschleunigung berechnet.
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Jedoch
kann die Vorrichtung eine Versetzung oder einen Schalldruck aufgrund
einer Schwingung unter Verwendung des Erfassungselements erfassen
und die optimale Drehzahl auf der Grundlage der erfaßten
Versetzung oder des erfaßten Schalldrucks berechnen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zusätzlich
eine Schwingung in einer Drehwelle eines Bearbeitungswerkzeugs,
wie zum Beispiel in einer Bearbeitungsmitte erfaßt, um die
ein Werkzeug gedreht wird. Jedoch kann die Vorrichtung eine Schwingung
eines Werkstücks, das sich an der sich nicht drehenden
Seite (an der ortfesten Seite) befindet, oder eine Schwingung eines
Teils nahe dem Werkstück erfassen.
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Darüber
hinaus kann die vorliegende Erfindung auf ein Bearbeitungswerkzeug,
wie zum Beispiel eine Drehbank, angewendet werden, bei der ein Werkstück
gedreht wird. In diesem Fall kann die Vorrichtung eine Schwingung
an einer Seite einer Hauptspindel erfassen, die der Drehwelle entspricht
und ein Werkstück hält, oder eine Schwingung eines Werkzeugs,
das einer ortsfesten Seite entspricht. Selbstverständlich
können zusätzlich die Anbringungsposition, die
Anbringungszahl und dergleichen des Erfassungselements angemessen
entsprechend einer Art, einer Größe oder dergleichen
eines Bearbeitungswerkzeugs abgewandelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2000-210840
A [0002]