DE102011082544A1

DE102011082544A1 - Schwingungsunterdrückungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011082544A1
Application number: DE102011082544A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Yoshino; Hiroshi Inagaki; Tomoharu Ando; Hiroshi Ueno; Akihide Hamaguchi; Hajimu ISHII
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2012-03-15
Also published as: CN102407490B; CN102407490A; US20120065766A1; US8700201B2; ITMI20111638A1

Abstract

Eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung enthält eine Speichereinheit (13), die eine durch eine arithmetische Einheit (12) berechnete stabile Drehzahl in Verbindung mit einem Drehzahlbereich, der die stabile Drehzahl enthält, speichert, in der, wenn eine angewiesene Drehzahl, die eine Drehzahl einer Rotationswelle (3) ist, beim Starten eines Bearbeitungsvorgangs durch Rotieren der Rotationswelle (3) eingegeben wird, die arithmetische Einheit (12) bestimmt, ob die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, oder nicht, die stabile Drehzahl ausliest, wenn die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, und anstatt der angewiesenen Drehzahl, die stabile Drehzahl an die NC-Vorrichtung (14) ausgibt und den Bearbeitungsvorgang bei der stabilen Drehzahl startet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung, die in einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist, die konfiguriert ist, einen Bearbeitungsvorgang auszuführen, während ein Werkzeug oder ein Werkstück rotiert, zum Unterdrücken einer während dem Bearbeitungsvorgang erzeugten Ratterschwingung.
Üblicherweise wird in einer Werkzeugmaschine, die ein Werkzeug rotiert, um zum Beispiel die Oberfläche eines Werkstücks zu schleifen, möglicherweise eine Ratterschwingung während dem Bearbeitungsvorgang aufgrund einer geringen Steifigkeit des Werkzeugs oder dergleichen erzeugt. Um das Obige zu verhindern, wurde eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung eingeführt. In der Schwingungsunterdrückungsvorrichtung wird, wenn ein Erzeugen der Ratterschwingung während dem Bearbeitungsvorgang erfasst wird, eine Ratterfrequenz der Ratterschwingung berechnet, eine stabile Drehzahl, die in der Lage ist, die Ratterschwingung zu unterdrücken, wird unter Verwendung der Ratterfrequenz berechnet, und die Drehzahl des Werkzeugs wird auf die stabile Drehzahl geändert (z. B. die Schwingungsunterdrückungsvorrichtungen, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-44852 und Nr. 2008-290118 beschrieben).
Andererseits wurde, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-210840 beschrieben, auch eine Technologie entwickelt, in der erfasst wird, ob die Ratterschwingung eines Werkstücks entweder von einem regenerativen Typ oder von einem erzwungenen Typ ist, und geeignete Maßnahmen für jede davon werden dann automatisch ergriffen.
Jedoch ändern die in der offengelegten japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-44852 und Nr. 2008-290118 beschriebenen Schwingungsunterdrückungsvorrichtungen die Drehzahl nach Erfassen der Ratterschwingung auf eine stabile Drehzahl. Daher wird, wenn eine Rotation des Werkzeugs einmal angehalten ist, und dann das Werkzeug wieder rotiert wird und ein Bearbeitungsvorgang gestartet wird, die folgende Steuerung ausgeführt: Das Werkzeug wird wieder mit einer zu dem Zeitpunkt des Beginns des Bearbeitungsvorgangs angewiesenen Drehzahl rotiert, die Ratterschwingung wird erfasst, und dabei wird die Drehzahl auf eine stabile Drehzahl geändert. Dementsprechend wird jedes Mal, wenn der Bearbeitungsvorgang gestartet wird, wegen der Ratterschwingung, eine Rattermarke und Ähnliches auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt. Weiterhin wird die Bearbeitungseffektivität verschlechtert, die Genauigkeit der bearbeiteten Oberflächen wird schlechter, und Ähnliches.
Andererseits wird gemäß dem Verfahren der offengelegten japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-210840 , der Prozess basierend auf einer im Voraus gespeicherten Referenzfrequenz ausgeführt, und daher kann der Effekt ausgeübt werden, sofern sich die Eigenfrequenz nicht ändert. Jedoch können, nachdem der Bearbeitungsvorgang einmal beendet wurde, wenn der Bearbeitungsvorgang wieder gestartet wird, ein Halter, der ein Werkzeug halt, ausgewechselt werden, die Spannkraft beim Halten des Werkzeugs an dem Halter geändert werden, oder die Steifigkeit sich aufgrund einer Wärmeentwicklung der Rotationswelle und dergleichen verändern. Als ein Ergebnis kann sich die Eigenfrequenz ändern, und daher kann die im Voraus gespeicherte Referenzfrequenz nicht verwendet werden.
Somit wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung solcher Umstände entwickelt, und ihre Aufgabe ist es, eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung, in der niemals eine Ratterschwingung während eines Bearbeitungsvorgangs erzeugt wird, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle in einer Werkzeugmaschine, die die Rotationswelle zum Rotieren eines Werkzeugs oder eines Werkstücks aufweist, erzeugt wird. Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung enthält eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Erzeugen der Ratterschwingung zu erfassen, eine arithmetische Einheit, die konfiguriert ist, eine stabile Drehzahl, die in der Lage ist, die Ratterschwingung zu unterdrücken, basierend auf einem durch die Erfassungseinheit erfassten Wert zu berechnen, eine Drehzahlsteuerungseinheit, die konfiguriert ist, eine Drehzahl der Rotationswelle zu steuern, und eine Speichereinheit, die konfiguriert ist, die durch die arithmetische Einheit berechnete stabile Drehzahl in Verbindung mit einem Drehzahlbereich, in dem die stabile Drehzahl enthalten ist, zu speichern, wobei, wenn eine angewiesene Drehzahl, die eine Drehzahl der Rotationswelle ist, zu einem Zeitpunkt eines Startens eines Bearbeitungsvorgangs durch Rotieren der Rotationswelle eingegeben wird, die arithmetische Einheit bestimmt, ob die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, oder nicht, die stabile Drehzahl ausliest, wenn die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, anstatt der angewiesenen Drehzahl die stabile Drehzahl an die Drehzahlsteuerungseinheit ausgibt und einen Bearbeitungsvorgang bei der stabilen Drehzahl startet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei, wenn beim Auslesen der stabilen Drehzahl durch die Erfassungseinheit ein Erzeugen einer Ratterschwingung während eines Bearbeitungsvorgangs erfasst wird, die arithmetische Einheit eine neue stabile Drehzahl, die auf einem erfassten Wert bezüglich der zu diesem Zeitpunkt erfassten Ratterschwingung basiert, berechnet, die Drehzahlsteuerungseinheit anweist, die Drehzahl der Rotationswelle auf die neue stabile Drehzahl zu ändern und die neue stabile Drehzahl in Verbindung mit dem Drehzahlbereich in der Speichereinheit speichert. Weiterhin gibt die arithmetische Einheit die neue stabile Drehzahl an die Drehzahlsteuerungseinheit aus, wenn eine in dem Drehzahlbereich enthaltene angewiesene Drehzahl das nächste Mal eingegeben wird.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einer von dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Erfassungseinheit eine Zeitbereichsschwingung, die eine Rotation der Rotationswelle begleitet, erfasst, eine Frequenz der Rotationswelle und eine Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung bei der Frequenz, die auf der Zeitbereichsschwingung basiert, erhält, und eine Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung mit einem vorbestimmten Schwellwert vergleicht. Weiterhin bestimmt die Erfassungseinheit, dass Ratterschwingung erzeugt wurde, wenn die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Die arithmetische Einheit speichert die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung zu dem Zeitpunkt, wenn erfasst wird dass die Ratterschwingung erzeugt wurde, in der Speichereinheit.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die arithmetische Einheit eine Mehrzahl von stabilen Drehzahlen, die in der Lage sind, die Ratterschwingung zu unterdrücken, basierend auf einem durch die Erfassungseinheit erfassten Wert berechnet, und eine stabile Drehzahl, die nicht in dem Drehzahlbereich enthalten ist, gemeinsam mit einer stabilen Drehzahl, die in dem Drehzahlbereich außerhalb der Mehrzahl der stabilen Drehzahlen enthalten ist, auch in der Speichereinheit speichert.
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle in einer Werkzeugmaschine, erzeugt wird, die die Rotationswelle zum Rotieren eines Werkzeugs oder eines Werkstücks aufweist. Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung enthält eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Erzeugen der Ratterschwingung zu erfassen, eine Drehzahländerungseinheit, die konfiguriert ist, eine Drehzahl der Rotationswelle zu ändern, eine Verlaufssteuerungseinheit, die konfiguriert ist, die Drehzahlen vor und nach einer Änderung paarweise in einer Speichervorrichtung zu speichern, wenn die Erfassungseinheit für eine Schwingung ein Erzeugen der Ratterschwingung bei der Drehzahl nach einer Änderung durch die Drehzahländerungseinheit nicht erfasst, und eine Drehzahlaustauscheinheit, die konfiguriert ist, die Rotationswelle anstatt bei der angewiesenen Drehzahl, bei der Drehzahl nach der Änderung, die ein Paar mit der Drehzahl vor der Änderung bildet, zu rotieren, wenn die Rotationswelle rotiert wird und ein Bearbeitungsvorgang gestartet ist, und wenn die angewiesene Drehzahl gleich der Drehzahl vor einer Änderung ist, die durch die Verlaufssteuerungseinheit in der Speichervorrichtung gespeichert ist.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Drehzahländerungseinheit konfiguriert ist, die Drehzahl der Rotationswelle bei einem Override von 10% oder weniger zu ändern.
Entsprechend den Aspekten der vorliegenden Erfindung wird der Bearbeitungsvorgang bei einer Drehzahl mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit einer Erzeugung der ”Ratterschwingung” gestartet, als in dem Fall, in dem bei der angewiesenen Drehzahl rotiert wird. Daher wird es wahrscheinlicher, einen Bearbeitungsvorgang auszuführen, der niemals die ”Ratterschwingung” erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, eine hochgenaue bearbeitete Oberfläche ohne jegliche zurückbleibende Rattermarken fertig zu stellen, und eine Bearbeitungseffektivität und eine Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche kann verbessert werden.
Entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Erzeugen der ”Ratterschwingung” selbst während einem Bearbeitungsvorgang bei einer stabilen Drehzahl erfasst. Wenn die ”Ratterschwingung” erfasst wurde, wird eine neue stabile Drehzahl berechnet und der Bearbeitungsvorgang wird bei der neuen stabilen Drehzahl fortgesetzt. Die neue stabile Drehzahl wird in einen nächsten Bearbeitungsvorgang anstatt der angewiesenen Drehzahl angewendet. Daher kann die ”Ratterschwingung” wirksamer unterdrückt werden.
Gemäß dem dritten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der Maximalwert der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung, die als die ”Ratterschwingung” erfasst wird, und die stabile Drehzahl in einem Bereich, der nicht der Drehzahlbereich ist, auch in der Speichereinheit gespeichert. Daher kann unter Bezugnahme auf den Verlauf davon, der Verlauf der Änderung der Bearbeitungsbedingung einfach gesichert werden. Dementsprechend kann eine Veränderung der Verhältnisse verwaltet werden, und eine Abschätzung über den Verschleiß des Werkzeugs und eine Vorhersage der Lebensdauer des Werkzeugs sind auch möglich.
Weiterhin können gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung winzige Einstellungen der Drehzahl einfach ausgeführt werden.
1 ist eine erklärende Zeichnung, die einen Blockaufbau einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung einer Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Seitenansicht eines Rotationswellengehäuses zeigt, das Gegenstand der Schwingungsunterdrückung der ersten Ausführungsform ist.
3 ist eine erklärende Zeichnung, die eine axiale Ansicht des Rotationswellengehäuses der Ausführungsform 1 zeigt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Schwingungsunterdrückungssteuerung einer ”Ratterschwingung” durch die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung der Ausführungsform 1 zeigt.
5 ist eine erklärende Zeichnung, die stabile Drehzahlen, einen Maximalwert einer Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung und dergleichen zeigt, die in der Speichereinheit der Ausführungsform 1 in einer tabellarischen Form gespeichert sind.
6 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Beispiel eines Ergebnisses einer Fourier-Analyse einer Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung der Ausführungsform 1 zeigt.
7 ist eine erklärende Zeichnung, die einen Blockaufbau einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung einer Ausführungsform 2 zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm einer Schwingungsunterdrückungssteuerung der Ausführungsform 2.
9 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Verhältnis zwischen der Drehzahl und einer Schwingungsbeschleunigung, und eine Zeit der Ausführungsform 2 zeigt.
10 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Verhältnis zwischen der Schwingungsbeschleunigung und einer Drehzahl der Ausführungsform 2 zeigt.
11 ist eine erklärende Zeichnung eines Impulssignalgenerators der Ausführungsform 2.
12 ist eine erklärende Zeichnung eines Winkelpositionsdetektors der Ausführungsform 2.
13 ist eine erklärende Zeichnung einer Anzeigevorrichtung und einer Bedienvorrichtung der Ausführungsform 2.
14 ist eine erklärende Zeichnung, die einen veränderlichen Bereich der Drehzahl der Ausführungsform 2 zeigt.
Eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine erklärende Zeichnung, die einen Blockaufbau einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 10 zeigt. 2 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Seitenansicht eines Rotationswellengehäuses 1, das Gegenstand der Schwingungsunterdrückung ist, zeigt, und 3 ist eine erklärende Zeichnung, die eine axiale Ansicht des Rotationswellengehäuses 1 zeigt.
Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung zum Unterdrücken einer ”Ratterschwingung”, die in einer Rotationswelle 3, die um eine C-Achse drehbar in dem Rotationswellengehäuse 1 vorgesehen ist, erzeugt wird, und enthält Schwingungssensoren 2a–2c zum Erfassen einer Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung (d. h. Schwingungsbeschleunigung auf einer Zeitachse), die ein charakteristischer Wert ist, der eine während einer Rotation in der Rotationswelle 3 erzeugten Schwingung begleitet, und eine Steuerungsvorrichtung 5, die durch die Schwingungssensoren 2a–2c erfasste Werte analysiert, um zu bestimmen, ob die ”Ratterschwingung” erzeugt wurde, oder nicht, und die Drehzahl der Rotationswelle 3 basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung steuert.
Wie in 2 und 3 gezeigt, sind die Schwingungssensoren 2a–2c an dem Rotationswellengehäuse 1 angebracht, und ein Schwingungssensor ist angeordnet, um die Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung in einer rechtwinkligen Richtung bezüglich den anderen Schwingungssensoren zu erfassen (z. B. sind die Schwingungssensoren 2a–2c so angeordnet, um jeweils die Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung in einer x-Achsen-, Y-Achsen-, und Z-Achsenrichtung rechtwinklig zueinander zu erfassen).
Andererseits enthält die Steuerungsvorrichtung 5 eine Schwingungserfassungseinheit 11 für die Ratterschwingung, die eine Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung (Schwingungsbeschleunigung auf einer Frequenzachse) durch Ausführen einer Analyse basierend auf einer durch die Schwingungssensoren 2a–2c erfassten Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung erhält, und ein Erzeugen der ”Ratterschwingung” mit der Tatsache, dass ihr Maximalwert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, erfasst. Weiterhin enthält die Steuerungsvorrichtung 5 eine arithmetische Einheit 12, die eine stabile Drehzahl durch eine nachstehend beschriebene Berechnungsformel unter Verwendung einer Ratterfrequenz, bei der die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung ein Maximalwert wird, wenn die Ratterschwingung erfasst wurde, berechnet, eine Speichereinheit 13, die die berechnete stabile Drehzahl speichert, und eine NC-Vorrichtung 14, die den Bearbeitungsvorgang in dem Rotationswellengehäuse 1 durch Ändern der Drehzahl der Rotationswelle 3 und dergleichen steuert. Eine Bearbeitungsvorgangsinformation, so wie die Anzahl der Werkzeugspannuten, die für eine Berechnung der stabilen Drehzahl verwendet wird, die angewiesene Drehzahl beim Starten des Bearbeitungsvorgangs sowie eine Vielzahl von Daten, so wie ein Schwellwert zum Erfassen der ”Ratterschwingung” und dergleichen, kann durch einen Bediener eingegeben werden.
Hier wird eine Schwingungsunterdrückungssteuerung der ”Ratterschwingung” durch die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 10 entsprechend einem Ablaufdiagramm aus 4, einer Tabelle aus 5, einem Diagramm aus 6 und dergleichen beschrieben.
Zuerst bestimmt die arithmetische Einheit 12, ob die angewiesene Drehzahl innerhalb eines Bereichs 1 oder eines Bereichs 2, die in der Speichereinheit 3 gespeichert sind, eingegeben ist, oder nicht (S2 und S11). Wenn die angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 ist (in S2 als JA bestimmt) oder innerhalb des Bereichs 2 ist (in S11 als JA bestimmt), geht der Vorgang zu S3 weiter. Jedoch wurde, wenn der Bearbeitungsvorgang das erste Mal innerhalb des Bereichs 1 oder innerhalb des Bereichs 2 ist, die stabile Drehzahl nicht in der Speichereinheit 13 gespeichert. Daher gibt die arithmetische Einheit 12 in S3 die angewiesene Drehzahl, wie sie ist, an die NC-Vorrichtung 14 weiter, die Rotationswelle 3 wird bei der angewiesenen Drehzahl in dem Rotationswellengehäuse 1 rotiert, und der Bearbeitungsvorgang wird unter Steuerung der NC-Vorrichtung 14 gestartet (S4). Andererseits gibt die arithmetische Einheit 12 die angewiesene Drehzahl, wie sie ist, an die NC-Vorrichtung aus (S12), wenn die angewiesene Drehzahl weder innerhalb des Bereichs 1 noch innerhalb des Bereichs 2 ist (sowohl in S2 als auch in S11 als NEIN bestimmt), und der Bearbeitungsvorgang wird bei der angewiesenen Drehzahl ausgeführt, bis der Bearbeitungsvorgang beendet ist (S13). Weiterhin ist der Bereich, der für die Bestimmung in S2 und S11 verwendet wird, ein vorbestimmter Drehzahlbereich, und der Bereich 1 ist im Voraus auf 6.000 min^–1 bis 9.000 min^–1 und der Bereich 2 ist im Voraus auf 15.000 min^–1 bis 21.000 min^–1 eingestellt. Weiterhin sind der Bereich 1 und der Bereich 2 Bereiche, die die am häufigsten angewiesenen Drehzahlen enthalten.
Daher werden S12 und S13 selten ausgeführt, und sie werden nur z. B. in solchen Bearbeitungsvorgängen mit einer niedrigen Drehzahl (4.000 min¹ oder niedriger) ausgeführt, die nicht anfällig sind, dass die die Ratterschwingung erzeugt wird.
Weiterhin führt die Schwingungserfassungseinheit 11 eine Fourier-Analyse der in den Schwingungssensoren 2a–2c erfassten Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung immer während des Bearbeitungsvorgangs aus, wenn der Bearbeitungsvorgang in S4 gestartet wurde, analysiert das Verhältnis zwischen der Frequenz der Rotationswelle 3 und der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung (Schwingungsbeschleunigung auf einer Frequenzachse) der Rotationswelle 3 bei der wie in 6 gezeigten Frequenz, überwacht, ob der Maximalwert der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung (maximale Beschleunigung) den im Voraus eingestellten vorbestimmten Schwellwert überschritten hat, oder nicht, und erfasst ein Erzeugen der ”Ratterschwingung” (S5). Weiterhin wird die stabile Drehzahl durch die nachstehende Berechnungsformel (1) unter Verwendung der Frequenz der Rotationswelle 3, die der Maximalwert (d. h. die ”Ratterschwingung” und Schwingung 6 in 6) wird (S6), berechnet, wenn der Maximalwert der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung den Schwellwert überschritten hat (in S5 als JA bestimmt), mit dem Verständnis, dass die ”Ratterschwingung”, die zu unterdrücken ist, in der Rotationswelle 3 erzeugt wurde. Stabile Drehzahl = {60 × Ratterfrequenz/Anzahl von Werkzeugspannuten × (k-Nr. + 1)} (1)
Hier ist die ”Anzahl von Werkzeugspannuten” die Anzahl der Spannuten des an der Rotationswelle 3 montierten Werkzeugs und sie wird in die arithmetische Einheit 12 zum Berechnen der stabilen Drehzahl im Voraus eingegeben. Die k-Nummer ist ein ganzzahliger Wert von 0 oder größer, und die stabile Drehzahl wird durch Ersetzen von k = 0, 1, 2, 3, 4 ... nacheinander berechnet.
Weiterhin werden aus den stabilen Drehzahlen, die nacheinander ausgehend von k = 0 berechnet werden, eine erste stabile Drehzahl, die ein Wert innerhalb des Bereichs 1 ist, wenn die derzeitige Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 ist, und die stabile Drehzahl vor und nach der ersten stabilen Drehzahl (d. h. die unter Verwendung von k = n – 1 und k = n + 1 berechnet wird, wenn die k-Nummer beim Berechnen der ersten stabilen Drehzahl k = n ist) in der Speichereinheit 13 in einer in 5 gezeigten Form gespeichert (S7). Andererseits werden eine zweite stabile Drehzahl, die ein Wert innerhalb des Bereichs 2 ist, wenn die derzeitige Drehzahl innerhalb des Bereichs 2 ist, und die stabilen Drehzahlen vor und nach der zweiten stabilen Drehzahl (d. h. gleich wie in dem Fall der ersten stabilen Drehzahl, die unter Verwendung von k = m – 1 und k = m + 1 berechnete Drehzahl, wenn die k-Nummer beim Berechnen der zweiten stabilen Drehzahl k = m ist) in der Speichereinheit 13 in der in 5 gezeigten Form gespeichert (S7). Die Drehzahl der Rotationswelle 3 wird auf die erste stabile Drehzahl, die zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, wenn die in S1 eingegebene angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 ist, oder auf die zweite stabile Drehzahl, die zu dieser Zeitpunkt, wenn die in S1 eingegebene angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 2 ist, geändert (S8). Weiterhin werden in S7 Maximalwerte der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung, die den Schwellwert überschritten haben, ebenfalls in der Speichereinheit 13, wie in 5 gezeigt, gespeichert.
Danach wird der Bearbeitungsvorgang bei der geänderten stabilen Drehzahl fortgesetzt (S9) und ein Erfassen der ”Ratterschwingung” und ein Wechsel der Drehzahl in der Erfassung in S5 bis S8 werden wiederholt, bis der Bearbeitungsvorgang beendet ist (JA in S10). Daher wird die ”Ratterschwingung” jederzeit erfasst, eine neue erste stabile Drehzahl oder eine neue zweite stabile Drehzahl werden durch die Berechnungsformel (1) unter Verwendung der Ratterfrequenz der ”Ratterschwingung” berechnet und in der Speichereinheit 13 gespeichert, und der Bearbeitungsvorgang wird fortgesetzt, wobei die Drehzahl auf die neueste erste stabile Drehzahl (oder zweite stabile Drehzahl) geändert wird. Wenn die ”Ratterschwingung” nicht erfasst wird, wird der Bearbeitungsvorgang ohne Änderung der Drehzahl von der stabilen Drehzahl fortgesetzt. Dann kommt der Prozess zu einem Ende, wenn der Bearbeitungsvorgang beendet ist. Wenn die neue erste stabile Drehzahl und die neue zweite stabile Drehzahl in der Speichereinheit 13 gespeichert werden, werden die vorangehenden ersten stabilen Drehzahlen, zweiten stabilen Drehzahlen und dergleichen nicht gelöscht, sondern sie werden unter Hinzunahme der neuesten ersten stabilen Drehzahl und dergleichen, wie in 5 gezeigt, gespeichert. Weiterhin kann der Verlauf der ersten stabilen Drehzahl und dergleichen auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) angezeigt werden, oder kann auf einem Papiermedium und dergleichen ausgegeben werden.
Als nächstes, wenn der Bearbeitungsvorgang innerhalb des Bereichs 1 oder innerhalb des Bereichs 2 das zweite Mal oder später ausgeführt wird, oder wenn die angewiesene Drehzahl eingegeben wird (S1), bestimmt die arithmetische Einheit 12 in gleicher Weise wie beim ersten Mal, ob die eingegebene angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 oder des Bereichs 2 ist, die in der Speichereinheit 13 gespeichert sind, oder nicht (S2 und S11). Wenn die angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 ist (JA in S2), wird die neueste erste stabile Drehzahl aus den in der Speichereinheit 13 gespeicherten ersten stabilen Drehzahlen anstatt der angewiesenen Drehzahl an die NC-Vorrichtung ausgegeben (S3), und die Rotationswelle 3 wird bei der ersten stabilen Drehzahl rotiert, um den Bearbeitungsvorgang zu beginnen (S4). Weiterhin wird, wenn die angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 2 ist (JA in S11), die neueste zweite stabile Drehzahl aus den in der Speichereinheit 13 gespeicherten zweiten stabilen Drehzahlen anstatt der angewiesenen Drehzahl an die NC-Vorrichtung 14 ausgegeben (S3), und die Rotationswelle 3 wird bei der zweiten stabilen Drehzahl rotiert, um den Bearbeitungsvorgang zu beginnen (S4).
Nachdem der Bearbeitungsvorgang begonnen ist, werden in gleicher Weise wie bei dem erstmaligen Bearbeitungsvorgang, eine Erfassung der ”Ratterschwingung” und eine Änderung der Drehzahl in der Erfassung in S5 bis S8 wiederholt bis der Bearbeitungsvorgang beendet ist, und wenn die ”Ratterschwingung” erfasst wird, während die Rotationswelle 3 bei der ersten stabilen Drehzahl oder der zweiten stabilen Drehzahl rotiert wird, wird eine neue erste stabile Drehzahl oder zweite stabile Drehzahl durch die Berechnungsformel (1) unter Verwendung der Ratterfrequenz der ”Ratterschwingung” berechnet und in der Speichereinheit 13 gespeichert, und der Bearbeitungsvorgang wird fortgesetzt, wobei die Drehzahl auf die zu diesem Zeitpunkt berechnete neue erste stabile Drehzahl (oder zweite stabile Drehzahl) geändert wird.
Entsprechend der Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 10, die die Schwingungsunterdrückungssteuerung wie oben beschrieben ausführt, wird die angewiesene Drehzahl auf die während dem erstmaligen Bearbeitungsvorgang berechnete erste stabile Drehzahl oder die während dem erstmaligen Bearbeitungsvorgang berechnete zweite stabile Drehzahl geändert, wenn die angewiesene Drehzahl beim Beginn des Bearbeitungsvorgangs eingegeben wird, und wenn die angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 oder innerhalb des Bereichs 2 ist, und die Rotationswelle 3 wird bei der ersten stabilen Drehzahl oder der zweiten stabilen Drehzahl rotiert, um den Bearbeitungsvorgang zu starten. Dementsprechend wird der Bearbeitungsvorgang bei einer stabilen Drehzahl mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit eines Erzeugens der ”Ratterschwingung” begonnen, als in dem Fall der angewiesenen Drehzahl. Daher wird die Wahrscheinlichkeit einer Fertigstellung des Bearbeitungsvorgangs hoch, bei dem die ”Ratterschwingung” niemals erzeugt wird. Dementsprechend ist es möglich, die bearbeitete Oberfläche hochgenau ohne jegliche verbleibende Rattermarken fertig zu stellen, und eine Bearbeitungseffektivität und eine Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche können verbessert werden.
Ob die ”Ratterschwingung” erzeugt wurde oder nicht, wird selbst während dem bei der ersten stabilen Drehzahl oder der zweiten stabilen Drehzahl ausgeführten Bearbeitungsvorgang erfasst. Wenn ein Erzeugen der ”Ratterschwingung” erfasst wurde, wird eine neue erste stabile Drehzahl (oder zweite stabile Drehzahl) berechnet, und der Bearbeitungsvorgang wird bei der neuen ersten stabilen Drehzahl (oder zweiten stabilen Drehzahl) fortgesetzt. Weiterhin wird die neue erste stabile Drehzahl (oder zweite stabile Drehzahl) in der Speichereinheit 13 gespeichert, und, wenn der Bearbeitungsvorgang das nächste Mal begonnen wird, der Bearbeitungsvorgang bei der neuen ersten stabilen Drehzahl (oder zweiten stabilen Drehzahl) gestartet. Daher kann die ”Ratterschwingung” effektiver unterdrückt werden.
Weiterhin werden in der Speichereinheit 13 nicht nur die neueste erste stabile Drehzahl, sondern auch die vorangehenden ersten stabilen Drehzahlen und dergleichen gespeichert, und der Maximalwert der als die ”Ratterschwingung” erfassten Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung sowie die stabilen Drehzahlen aus dem Bereich 1 oder aus dem Bereich 2 (d. h. die unter Verwendung der obigen k = n – 1 und dergleichen berechneten Drehzahlen) werden ebenso gespeichert. Daher kann unter Bezugnahme auf diese Verläufe, der Verlauf der Änderung der Bearbeitungsbedingung einfach gesichert werden. Dementsprechend kann die Änderung der Bedingungen verwaltet werden und eine Abschätzung über den Verschleiß des Werkzeugs und eine Vorhersage der Lebensdauer des Werkzeugs sind auch möglich.
Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung bezüglich der vorliegenden Erfindung ist nicht durch jegliche Mittel auf die oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt, und die Erfassungseinheit, eine Steuerungsvorrichtung und die Ausbildung bezüglich der Steuerung und dergleichen einer Schwingungsunterdrückung in der Steuerungsvorrichtung kann in geeigneter Weise entsprechend der Notwendigkeit innerhalb des Bereichs, der sich nicht von den Zielen der vorliegenden Erfindung entfernt, geändert werden.
Zum Beispiel ist es möglich, obwohl die obige Ausführungsform so gebildet ist, dass die angewiesene Drehzahl innerhalb des Bereichs 1 oder innerhalb des Bereichs 2, so wie sie in dem ersten Bearbeitungsvorgang ist, ausgegeben wird, sie auch so auszubilden, dass durch Erhalten der dynamischen Eigenschaften eines mechanischen Systems durch eine Impulsanregung und Ausarbeiten eines Stabilitätsgrenzdiagramms und desgleichen, die erste stabile Drehzahl und die zweite stabile Drehzahl im Voraus erhalten werden und in der Speichereinheit 13 gespeichert werden. Somit wird in S3 die angewiesene Drehzahl beim ersten Mal auf die erste stabile Drehzahl (oder die zweite stabile Drehzahl) geändert.
Weiterhin ist es, obwohl die obige Ausführungsform gebildet ist, um die Schwingungsbeschleunigung der Rotationswelle durch die Schwingungssensoren zu erfassen, möglich, sie so auszubilden, dass die Auslenkung der Rotationswelle und der durch eine Schwingung verursacht Schalldruck erfasst werden, und basierend auf der Auslenkung und dem Schalldruck eine optimale Drehzahl berechnet wird.
Weiterhin können beim Speichern der ersten stabilen Drehzahl und der zweiten stabilen Drehzahl, ob der Maximalwert der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung und die stabile Drehzahl außerhalb des Bereichs und dergleichen gespeichert werden, oder nicht, diese auch in geeigneter Weise geändert werden. Beim Erfassen der Ratterschwingung ist es auch möglich, nicht nur die Wellenform, in der die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung den Maximalwert zeigt, zu verwenden, sondern auch eine Vielzahl von Wellenformen (z. B. drei), in denen der Wert der Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung hoch ist, zu verwenden, und dabei weiterhin den Unterdrückungseffekt der ”Ratterschwingung” zu verbessern.
Zusätzlich ist es auch möglich, obwohl die obige Ausführungsform so gebildet ist, dass sie die Schwingung in der Rotationswelle der Werkzeugmaschine erfasst, sie so auszubilden, dass die Schwingung auf der Seite, die nicht rotiert wird, (feste Seite) erfasst wird, und die optimale Drehzahl zu berechnen. Weiterhin kann die Ausführungsform nicht nur auf ein Bearbeitungszentrum, das das Werkzeug rotiert, sondern auch auf eine solche Maschine, wie eine Drehmaschine und ähnliche, angewendet werden, die das Werkstück rotiert. Es wird nicht nötig sein, zu erwähnen, dass die Installationspositionen, die Anzahl der Installationen und Ähnliches der Erfassungseinheit in geeigneter Weise entsprechend der Art, Größe und dergleichen der Werkzeugmaschine geändert werden können.
Ausführungsform 2
Als nächstes wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben.
7 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein vertikales Bearbeitungszentrum, das ein Beispiel einer Werkzeugmaschine ist, und eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 100, zeigt die in dem vertikalen Bearbeitungszentrum angeordnet ist.
Erstens, hat das vertikale Bearbeitungszentrum 21 einen bekannten Aufbau, dass eine Hauptspindel 23 als eine Rotationswelle, die um die C-Achse drehbar ist, in einem in dem oberen Teil angeordneten Hauptspindelkopf 22 vorgesehen ist, und ein Werkstück 26, das auf einem Bearbeitungstisch 25 unterhalb festgelegt ist, durch ein an der Hauptspindel 23 angebrachtes Werkzeug 24 bearbeitet wird. In dem Bearbeitungszentrum 21 steuert eine NC-Vorrichtung 112 eine Rotation der Hauptspindel 23 entsprechend einem NC-Programm, und das Werkzeug 24 ist durch eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung (nicht gezeigt) automatisch auswechselbar.
Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 100 ist zum Kontrollieren der in der Hauptspindel 23 erzeugten ”Ratterschwingung”. Die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 100 enthält Schwingungssensoren 27 zum Erfassen der in der rotierenden Hauptspindel 23 erzeugten Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung, und eine Steuerungsvorrichtung 111, die die Drehzahl der Hauptspindel 23 basierend auf durch die Schwingungssensoren 27 erfassten Werte steuert. Eine Anordnung der Schwingungssensoren 27 ist dieselbe, wie die der Ausführungsform 1.
Die Steuerungsvorrichtung 111 enthält die NC-Vorrichtung 112 als eine Drehzahländerungseinheit und eine Drehzahlaustauscheinheit zum Steuern der mechanischen Bewegung, eine arithmetische Vorrichtung 113 als eine Erfassungseinheit, die basierend auf der durch die Schwingungssensoren 27 erfassten Zeitbereichsschwingungsbeschleunigung eine Fourier-Analyse ausführt, und als eine Verlaufssteuerungseinheit, eine Speichervorrichtung 114, die die durch die arithmetische Vorrichtung 113 berechneten Werte, den Unterdrückungsverlauf der Ratterschwingungen und dergleichen speichert, eine Anzeigevorrichtung 115, die ein durch die arithmetische Vorrichtung 113 berechnetes Ergebnis oder ein Berechnungsergebnis basierend auf dem Ergebnis anzeigt, und eine Bedienvorrichtung 116, die es dem Bediener erlaubt, Eingabeoperationen in die NC-Vorrichtung 112 auszuführen.
Eine Unterdrückungssteuerung der ”Ratterschwingung” in der Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 100, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird basierend auf dem Ablaufdiagramm in 8 beschrieben.
Zuerst wird, wenn eine optionale Drehzahl durch die Bedienvorrichtung 116 eingegeben wird und ein Start des Bearbeitungsvorgangs in S21 angewiesen wird, in S22 bestimmt, ob die eingegebene Drehzahl in der Speichereinheit 114 vorhanden ist oder nicht, d. h., ob die eingegebene Drehzahl die Drehzahl vor der Änderung aus einem Paar von gespeicherten Drehzahlen ist, oder nicht. Wenn der Bearbeitungsvorgang das erste Mal stattfindet, ist der Speicherinhalt nicht vorhanden, daher wird die Hauptspindel 23 bei der eingegebenen Drehzahl rotiert, und der Bearbeitungsvorgang wird in S23 gestartet.
Während des Bearbeitungsvorgangs wird die durch die Schwingungssensoren 27 erhaltene Schwingung überwacht, die Schwingung wird durch die arithmetische Vorrichtung 113 in die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung umgewandelt, und der Wert der erhaltenen maximalen Beschleunigung wird in S24 mit einem im Voraus eingestellten Schwellwert verglichen. Wenn die maximale Beschleunigung in der Bestimmung den Schwellwert überschreitet, wird bestimmt, dass die Ratterfrequenz erzeugt wird, und die Drehzahl und die Ratterfrequenz werden dann in S25 in der Speichervorrichtung 114 gespeichert. Dann wird das Ergebnis in Verbindung mit der Drehzahl und der Schwingungsbedingung berechnet und das Berechnungsergebnis wird in S26 auf der Anzeigevorrichtung 115 angezeigt.
Die Anzeige zeigt in Echtzeit die zeitweilige Wellenform der Schwingungsbeschleunigung oder die Wellenform an, die die Schwingungsbeschleunigung, die von zeit zu Zeit Frequenzanalysiert wird, um einen Anstieg/Abfall der Schwingungsbeschleunigung, die eine Veränderung der Drehzahl begleiten, zu erfahren. Wie z. B. in 9 gezeigt, zeigt sie eine Zeitachsenwellenform 31 der Drehzahl und eine Zeitachsenwellenform 32 der Schwingungsbeschleunigung an, die vertikal übereinander angeordnet sind, und die die Messzeit aneinander angepasst haben. Entsprechend der Anzeige wird das Ausmaß der Schwingungsbeschleunigung bei jeder Drehzahl einfach erfahren.
Als eine Alternative kann bei jeder Drehzahl die Schwingungsbeschleunigung auch als eine Markierung 33 in Verbindung mit der Drehzahl auf einer Abszisse und mit der Schwingungsbeschleunigung auf einer Ordinate, wie in 10 gezeigt, angezeigt werden. Dann ist die in der Ordinate gezeigte Schwingungsbeschleunigung ein Spitzenwert der zeitweisen Wellenform oder der Spitzenwert der Wellenform der Schwingungsbeschleunigung, die der Frequenzanalyse unterzogen wird.
Daher weist in S27 der Bediener die NC-Vorrichtung 112 an, die Drehzahl bezüglich des auf der Anzeigevorrichtung 115 angezeigten Ergebnisses zu verändern. Als die Bedienvorrichtung 116, die den Befehl ausführt, kann, wie in 11 gezeigt, z. B. ein Impulssignalgenerator 40 in Betracht gezogen werden. Der Impulssignalgenerator 40 enthält einen Impulstypknebel 41, der in der Lage ist, durch eine rotierende Bedienung die Drehzahl um 1 min^–1 als das Minimum zu ändern, und einen Verstärkungseinstellungsschalter 42, der in der Lage ist, das Veränderungsausmaß in drei Stufen von einfach, zehnfach und hundertfach zu ändern, wenn der Impulstypknebel 41 um eine Skaleneinteilung gedreht wird. Das heißt, dass die vorliegende Drehzahl um einen Wert, der sich durch Multiplizieren des Veränderungsausmaßes des Impulstypknebels 41 mit der Vergrößerung des Vergrößerungseinstellungsschalters 42 ergibt, geändert werden kann.
Als eine Alternative kann unter Verwendung eines, wie in 12 gezeigten, Winkelpositionsdetektors 50, die vorliegende Drehzahl durch Multiplizieren der dem Winkel eines Override-Einstellungsknopfs 51 zugeordneten Rate (Änderung um 1% bei einer Skaleneinteilung, Erhöhen durch Drehen im Uhrzeigersinn, Verringern durch Drehen gegen den Uhrzeigersinn) mit der derzeitigen Drehzahl, geändert werden.
Weiterhin kann die derzeitige Drehzahl, wie in 13 gezeigt, durch Verwenden von Bedienknöpfen 118, die das Änderungsausmaß von ±1% bis ±10% anzeigen, und die an der Anzeigevorrichtung 115 angebracht sind, die mit einem Monitor 117 oder Bedientasten 119 entsprechend den Bedienknöpfen 118 vorgesehen ist, um einem Wert, der durch Multiplizieren der jedem Bedienknopf 118 oder jeder Bedientaste 119 zugeordneten Rate mit der derzeitigen Drehzahl erhalten wird, geändert werden. Dann werden die derzeitige Drehzahl und die Änderungsrate auf dem Monitor 117 angezeigt, da sich das Änderungsausmaß entsprechend der Anzahl des Drückens ansammelt.
Wenn jedoch die Drehzahl durch den Impulssignalgenerator 40, den Winkelpositionsdetektor 50, die Bedienknöpfe 118 und dergleichen geändert wird, ist es bevorzugt, die Drehzahl mit der Änderungsrate um 10% oder weniger hinsichtlich des Hauptspindel-Overrides geändert zu werden. Mit dem ±10%-Hauptspindel-Override oder weniger, kann eine winzige Einstellung der Drehzahl einfach ausgeführt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, um die Arbeit sicher auszuführen, wenn die Drehzahl geändert wird, dass, wie in 14 gezeigt, eine untere Rotationswellendrehzahlgrenze 61 und eine obere Rotationswellendrehzahlgrenze 62 sowie eine durch den Bediener eingestellte untere Drehzahlgrenze 63 und eine durch den Bediener eingestellte obere Drehzahlgrenze 64 eingehalten werden, und die Drehzahl nur geändert werden kann, wenn die derzeitige Drehzahl 60 innerhalb eines Bereichs ist, dessen untere Grenze die höhere der unteren Rotationswellendrehzahlgrenze 61 und der eingestellten unteren Drehzahlgrenze 63 ist, und dessen obere Grenze die niedrigere der oberen Rotationswellendrehzahlgrenze 62 und der oberen eingestellten Drehzahlgrenze 64 ist.
Nachdem somit in S27 die Drehzahl geändert ist, vergleicht während einer Bearbeitung die arithmetische Vorrichtung 113 wieder den Wert der maximalen Beschleunigung mit dem im Voraus in S28 eingestellten Schwellwert. Wenn das Ergebnis JA ist, d. h. der Wert der maximalen Beschleunigung den Schwellwert überschreitet, wird nachvollzogen, dass die Ratterschwingung immer noch erzeugt wird. Somit kehrt der Prozess zu S25 zurück, und der Prozess des Speicherns der Drehzahl und der Ratterfrequenz sowie des Anzeigens der Erzeugungsbedingung auf der Anzeigevorrichtung 115 wird fortgesetzt.
Andererseits speichert, wenn in der Bestimmung von S28 bestimmt wird, dass die Ratterschwingung nicht erzeugt wird, die arithmetische Vorrichtung 113 in S29 die Drehzahl vor und nach der Änderung als ein Paar in der Speichervorrichtung 114. Wenn der Bearbeitungsvorgang in der Bestimmung von S30 nicht beendet war, wird der Prozess beginnend von S24 fortgesetzt.
Wenn ein neuer Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird, nachdem das Paar der Drehzahl vor und nach der Änderung gespeichert ist und der Bearbeitungsvorgang beendet ist, und wenn die Drehzahl in S21 eingegeben wird, bestimmt die NC-Vorrichtung 112, ob die eingegebene Drehzahl in der Speichervorrichtung 114 vorhanden ist oder nicht, d. h., ob die eingegebene Drehzahl die Drehzahl vor der Änderung von dem Paar von den in S22 gespeicherten Drehzahlen ist oder nicht. Wenn die eingegebene Drehzahl die Drehzahl vor der Änderung des vorhergehenden Mals ist, wird die Hauptspindel 23 in S31 bei der Drehzahl nach der Änderung, die das Paar damit bildet, rotiert. Dementsprechend kann, wenn der Bearbeitungsvorgang neu gestartet wird, der Bearbeitungsvorgang bei einer optimalen Drehzahl ausgeführt werden, mit der von dem Beginn an die Ratterschwingung nicht erzeugt wird.
Somit enthält entsprechend der Schwingungsunterdrückungsvorrichtung 100 der Ausführungsform 2 die Vorrichtung 100 die Schwingungserfassungseinheit (die Schwingungssensoren 27 und die arithmetische Vorrichtung 113), die eine Erzeugung der Ratterschwingung erfasst, die Drehzahländerungseinheit (den Impulssignalgenerator 40 und dergleichen und die NC-Vorrichtung 112), die die Drehzahl der Hauptspindel 23 ändert, die Verlaufssteuerungseinheit (die arithmetische Vorrichtung 113), die die Drehzahlen vor und nach der Änderung als ein Paar in der Speichervorrichtung 114 speichert, wenn die arithmetische Vorrichtung 113 ein Erzeugen der Ratterschwingung bei der Drehzahl nach dem Ändern durch die NC-Vorrichtung 112 nicht erfasst, und die Drehzahlaustauscheinheit (die NC-Vorrichtung 112), die, wenn die Drehzahl, die in dem nächsten Bearbeitungsvorgang angewiesen wird, dieselbe ist, wie die in der Speichervorrichtung 114 durch die arithmetische Vorrichtung 113 gespeicherte Drehzahl vor der Änderung, die Hauptspindel 23 bei der Drehzahl nach der Änderung, die das Paar mit der Drehzahl vor der Änderung bildet, und die die angewiesene Drehzahl ersetzt, rotiert. Als ein Ergebnis kann der Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden, selbst wenn die Ratterschwingung, wenn der angewiesene Wert aufrecht erhalten wird, erzeugt wird, wobei die Drehzahl für die optimale Drehzahl, bei der ein stabiler Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden kann, ausgetauscht wird, und daher kann ein stabiler Bearbeitungsvorgang, in dem die Rattermarkierung nicht von dem Beginn an erzeugt wird, erreicht werden.
Hier ändert insbesondere die Drehzahländerungseinheit, wie der Impulssignalgenerator 40 und dergleichen, die Drehzahl der Hauptspindel 23 mit einem Override von 10% oder weniger, und daher kann eine winzige Einstellung der Drehzahl einfach erreicht werden.
Die Ausführungsform 2 ist so konfiguriert, dass die Erzeugungsbedingung der Ratterschwingung, so wie sie ist, auf der Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Es ist auch möglich, die arithmetische Vorrichtung dazu zu bringen, die Drehzahl, bei der die Ratterschwingung unterdrückt werden kann, (optimale Drehzahl) basierend auf der Ratterfrequenz, bei der die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung maximal wird, wenn die Ratterschwingung erzeugt wird, und der Anzahl der Spannuten des Werkzeugs zu berechnen, und die optimale Drehzahl auf der Anzeigevorrichtung anzuzeigen. Somit kann der Bediener die Drehzahl zum Unterdrücken der Ratterschwingung sicherer und schnell ändern. Anstatt einer Änderung der Drehzahl durch den Bediener kann die Drehzahl automatisch auf die optimale durch die arithmetische Vorrichtung berechnete Drehzahl geändert werden, wenn die Ratterschwingung erzeugt wird. In jedem Fall kann, durch Aufbewahren des Unterdrückungsverlaufs der Ratterschwingung, die Drehzahl nach der Änderung in dem nächsten Bearbeitungsvorgang ersetzt werden.
Andererseits können für eine Erfassung der Schwingung der Werkzeugmaschine ein Mikrofon, ein Positions- und Rotationsdetektor, elektrischer Strom des Motors für die Hauptspindel und die Zuführwelle zusätzlich zu den Schwingungssensoren verwendet werden. Weiterhin kann die Erzeugungsbedingung der Schwingung nicht nur unter Verwendung des Verhältnisses der Drehzahl und der Schwingungsbeschleunigung, sondern auch mit der Schwingungsfrequenz, Schnittgeschwindigkeit, Zustellrate, Rotationswellendrehmoment und dergleichen, angezeigt werden.
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Werkzeugmaschine von dem Vertikalbearbeitungszentrum, sondern auch auf anderen Werkzeugmaschinen, so wie eine NC-Drehmaschine angewendet werden, die einen Bearbeitungsvorgang durch Rotieren eines an einer Rotationswelle montierten Werkstücks und dergleichen ausführen.
Es wird explizit festgestellt, dass all die in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale dazu gedacht sind, separat und unabhängig voneinander sowohl zum Zweck der Originaloffenbarung als auch zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offenbart zu sein. Es wird explizit festgestellt, dass alle Wertebereiche, insbesondere Grenzen von Wertebereichen, oder Angaben von Gruppen von Objekten jeden möglichen Zwischenwert oder Zwischeneinheit zum Zweck der Originaloffenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-44852 [0002, 0004]
JP 2008-290118 [0002, 0004]
JP 2000-210840 [0003, 0005]

Claims

Schwingungsunterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle (3) in einer Werkzeugmaschine, die die Rotationswelle (3) zum Rotieren eines Werkzeugs oder eines Werkstücks hat, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung aufweist: eine Erfassungseinheit (11), die konfiguriert ist, ein Erzeugen der Ratterschwingung zu erfassen; eine arithmetische Einheit (12), die konfiguriert ist, eine stabile Drehzahl, die in der Lage ist, die Ratterschwingung zu unterdrücken, basierend auf einem durch die Erfassungseinheit (11) erfassten Wert zu berechnen; eine Drehzahlsteuerungseinheit, die konfiguriert ist, eine Drehzahl der Rotationswelle (3) zu steuern; und eine Speichereinheit (13), die konfiguriert ist, die durch die arithmetische Einheit (12) berechnete stabile Drehzahl in Verbindung mit einem Drehzahlbereich, in dem die stabile Drehzahl enthalten ist, zu speichern; wobei, wenn eine angewiesene Drehzahl, die eine Drehzahl der Rotationswelle (3) ist, zu einem Zeitpunkt eines Startens eines Bearbeitungsvorgangs durch Rotieren der Rotationswelle (3) eingegeben wird, und die arithmetische Einheit (12) bestimmt, ob die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, oder nicht, die stabile Drehzahl ausliest, wenn die angewiesene Drehzahl in dem Drehzahlbereich enthalten ist, anstatt der angewiesenen Drehzahl, die stabile Drehzahl an die Drehzahlsteuerungseinheit ausgibt, und einen Bearbeitungsvorgang bei der stabilen Drehzahl startet.
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, wenn ein Erzeugen einer Ratterschwingung durch die Erfassungseinheit (11) während eines Bearbeitungsvorgangs beim Auslesen einer stabilen Drehzahl erfasst wird, die arithmetische Einheit (12) basierend auf einem erfassten Wert, der sich auf die zu diesem Zeitpunkt erfasste Ratterschwingung bezieht, eine neue stabile Drehzahl berechnet, die Drehzahlsteuerungseinheit anweist, die Drehzahl der Rotationswelle (3) auf die neue stabile Drehzahl zu ändern, die neue stabile Drehzahl in der Speichereinheit (13) in Verbindung mit dem Drehzahlbereich speichert, und die neue stabile Drehzahl an die Drehzahlsteuerungseinheit ausgibt, wenn eine angewiesene Drehzahl, die in dem Drehzahlbereich enthalten ist, das nächste Mal eingegeben wird.
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassungseinheit (11) eine Zeitbereichsschwingung erfasst, die eine Rotation der Rotationswelle (3) begleitet, eine Frequenz der Rotationswelle (3) und eine Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung bei der Frequenz, basierend auf der Zeitbereichsschwingung erhält, eine Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung mit einem vorbestimmten Schwellwert vergleicht, und bestimmt, dass Ratterschwingung erzeugt wurde, wenn die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und die arithmetische Einheit (12) die Frequenzbereichsschwingungsbeschleunigung zu dem Zeitpunkt, wenn erfasst wird, dass die Ratterschwingung erzeugt wurde, in der Speichereinheit (13) speichert.
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die arithmetische Einheit (12) eine Mehrzahl von stabilen Drehzahlen, die in der Lage sind, die Ratterschwingung zu unterdrücken, basierend auf einem durch die Erfassungseinheit (11) erfassten Wert berechnet, und eine stabile Drehzahl, die nicht in dem Drehzahlbereich enthalten ist, gemeinsam mit einer stabilen Drehzahl, die in dem Drehzahlbereich außerhalb der Mehrzahl von stabilen Drehzahlen enthalten ist, auch in der Speichereinheit (13) speichert.
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle (23) in einer Werkzeugmaschine, die die Rotationswelle (23) zum Rotieren eines Werkzeugs oder eines Werkstücks hat, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsunterdrückungsvorrichtung aufweist: eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, ein Erzeugen der Ratterschwingung zu erfassen; eine Drehzahländerungseinheit, die konfiguriert ist, eine Drehzahl der Rotationswelle (23) zu ändern; eine Verlaufssteuerungseinheit, die konfiguriert ist, die Drehzahlen vor und nach einer Änderung in einer Speichervorrichtung (114) paarweise zu speichern, wenn die Erfassungseinheit für eine Schwingung ein Erzeugen der Ratterschwingung bei der Drehzahl nach einer Änderung durch die Drehzahländerungseinheit nicht erfasst; und eine Drehzahlaustauscheinheit, die konfiguriert ist, die Rotationswelle (23) anstatt bei der angewiesenen Drehzahl, bei der Drehzahl nach der Änderung, die ein Paar mit der Drehzahl vor der Änderung bildet, zu rotieren, wenn die Rotationswelle (23) rotiert wird und ein Bearbeitungsverfahren gestartet ist, und wenn die angewiesene Drehzahl gleich der Drehzahl vor einer Änderung ist, die in der Speichervorrichtung (114) durch die Verlaufssteuerungseinheit gespeichert ist.
Schwingungsunterdrückungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Drehzahländerungseinheit konfiguriert ist, die Drehzahl der Rotationswelle (23) bei einem Override von 10% oder weniger zu ändern.