-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schwingungsbestimmungsverfahren zum Bestimmen des Typs einer Ratterschwingung, die in einer Werkzeugmaschine während einer Bearbeitung, die durch ein Rotieren eines Werkzeugs oder eines Werkstücks ausgeführt wird, auftritt, und auf eine Schwingungsbestimmungsvorrichtung zum Ausführen des Schwingungsbestimmungsverfahrens.
-
In einer Werkzeugmaschine, die eine Bearbeitung durch Rotieren einer Rotationswelle ausführt, kann möglicherweise eine sogenannte Ratterschwingung während einer Bearbeitung aufgrund von ungeeigneten Bearbeitungsbedingungen, wie etwa einer Schnitttiefe und einer Drehzahl der Rotationswelle und dergleichen, auftreten. Wenn die Ratterschwingung auftritt, kann eine Endbearbeitungsgenauigkeit der bearbeiteten Oberfläche herabgesetzt werden und das Werkzeug kann brechen. Daher ist eine Unterdrückung der Ratterschwingung erforderlich.
-
Es gibt zwei Typen der Ratterschwingung, nämlich eine „regenerative Ratterschwingung”, die eine selbstinduzierte Schwingung ist, die zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück auftritt, und eine „erzwungene Ratterschwingung”, bei der die Werkzeugmaschine selbst eine Schwingungsquelle wird. Vor der vorliegenden Anmeldung entwickelte die Anmelderin eine Schwingungsunterdrückungsvorrichtung (Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-290186 ), die die zwei Typen der Ratterschwingung unterscheidet, so dass jeweilige Gegenmaßnahmen für die zwei Typen der Ratterschwingung ergriffen werden können. In der in der Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-290186 beschriebenen Schwingungsunterdrückungsvorrichtung wird durch eine FFT-Analyse einer durch Schwingungssensoren erfassten Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung eine Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung erhalten, und die Frequenz, bei der die Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung maximal wird, wird als die Ratterfrequenz fc erhalten. Dann werden eine k'-Zahl, eine k-Zahl und eine Phasendifferenz ε entsprechend nachstehenden Formeln (1) bis (3) berechnet, um eine „erzwungene Ratterschwingung” zu bestimmen, wenn die Phasendifferenz ε nahe 0 ist (z. B. 0,1 oder weniger), d. h. die Fall-k'-Zahl nahe einer Ganzzahl ist, und um anderenfalls eine „regenerative Ratterschwingung” zu bestimmen. Mit anderen Worten wird, wenn eine Bearbeitung unter Verwendung eines Werkzeugs, das z. B. eine wie in
7 gezeigte Schwingungscharakteristik hat, bei der Drehzahl Sa der Rotationswelle ausgeführt wird, und wenn eine wie in einem Diagramm von
6 gezeigte „erzwungene Ratterschwingung” auftritt, ein Wert eines ganzzahligen Vielfachen einer Grundfrequenz (einem Wert, nahe einem ganzzahligen Vielfachen bei einer derzeitigen Bearbeitung) als die Ratterfrequenz erfasst. Daher wird der Fall, in dem die Phasendifferenz ε einen Wert annimmt, der nahe einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz ist, als eine „erzwungene Ratterschwingung” bestimmt.
k' = 60 × fc/(Z × S) (1) k = |k'⌋ (2) ε = k' – k (3) -
In der Formel (1) stellt Z die Anzahl von Spannuten dar und S stellt die Drehzahl der Rotationswelle in Form von Umdrehungen pro Minute dar. In der Formel (2) stellt |x⌋ eine Nächst-untere-Ganzzahl-Funktion dar, die eine maximale Ganzzahl ausdrückt, die kleiner als x ist (d. h. dass gemäß der Formel (2) ein ganzzahliger Anteil einer k'-Zahl erhalten wird).
-
Jedoch wird, wenn die Drehzahl der Rotationswelle niedrig ist und, wie in einem Bereich a (dem Bereich einer niedrigen Drehzahl) z. B. in dem Diagramm von
1 gezeigt, eine Bearbeitung unter Verwendung eines Werkzeugs mit einer kleinen Anzahl von Spannuten ausgeführt wird, das Intervall der Ratterfrequenz, die das ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz ist, eng. Mit anderen Worten, gibt es bei einer solchen Bearbeitungsbedingung kaum einen Unterschied zwischen einer „erzwungenen Ratterschwingung” und einer „regenerativen Ratterschwingung”. Daher kann, wenn die Ratterschwingung nur unter Verwendung des Maximalwerts der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung bestimmt wird, wie in der Offenlegung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nummer 2008-290186 beschrieben ist, sich eine Bestimmungsrichtigkeit zwischen einer „erzwungenen Ratterschwingung” und einer „regenerativen Ratterschwingung” bei der oben beschriebenen Bearbeitungsbedingung verschlechtern.
-
Ferner gibt es bezüglich der „erzwungenen Ratterschwingung” zusätzlich zu einer „erzwungenen Schwingung vom Rotationssynchronisationstyp”, in dem die Ratterfrequenz, wie oben beschrieben, die Werte der ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz annimmt, eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp”, die bei einer Frequenz in der Nähe der Eigenfrequenz des Werkzeugmaschinenkörpers, Werkzeugs, Werkstücks und dergleichen aufgrund einer Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und einer durch eine Bearbeitung verursachte Stoßkraft auftritt. Die Ratterfrequenz einer solchen „erzwungenen Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” ist nicht stabil. Das heißt, dass, wenn die Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung durch eine FFT-Analyse der Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung erhalten wird, der Maximalwert davon in der Nähe der Eigenfrequenz des Werkzeugmaschinenkörpers und des Werkzeugsystems erscheint, und die Frequenz, die den Maximalwert annimmt, nicht konstant ist. Dementsprechend gibt es also ein Problem, dass eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” nicht bestimmt werden kann, wenn wie in der Offenlegung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-290186 nur der Maximalwert der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung zum Objekt gemacht wird.
-
Die vorliegende Erfindung wurde bei diesem Sachverhalt entwickelt, und es ist ihre Aufgabe, ein Schwingungsbestimmungsverfahren und eine Schwingungsbestimmungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, den Typ der Ratterschwingung genauer zu bestimmen als in dem Stand der Technik.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Schwingungsbestimmungsverfahren zum Bestimmen eines Typs einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle in einer Werkzeugmaschine, die die Rotationswelle hat, die ein Werkzeug oder ein Werkstück rotiert, auftritt. Das Schwingungsbestimmungsverfahren enthält einen ersten Schritt zum Erfassen einer Zeitbereichs-Schwingung der Rotationswelle und einer Drehzahl der Rotationswelle während einer Rotation, einen zweiten Schritt zum Berechnen einer Frequenzbereichs-Schwingung basierend auf der Zeitbereichs-Schwingung und Erhalten einer Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen, die die Spitzenwerte in der berechneten Frequenzbereichs-Schwingung annehmen, einen dritten Schritt zum Erhalten eines Bestimmungsbereichs der Rotationssynchronisationstypschwingung zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung unter Verwendung einer jeweils für jeden der Spitzenwerte eigenen Spitzenfrequenz, und einen vierten Schritt zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf einem Verhältnis zwischen der in den jeweiligen Spitzenwerten eigenen Spitzenfrequenz und dem Bestimmungsbereich der Rotationssynchronisationstypschwingung, die unter Verwendung der eigenen Spitzenfrequenzen erhalten wird.
-
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Schwingungsbestimmungsverfahren zum Bestimmen eines Typs einer Ratterschwingung, die in einer Rotationswelle in einer Werkzeugmaschine, die die Rotationswelle hat, die ein Werkzeug oder ein Werkstück rotiert, auftritt. Das Schwingungsbestimmungsverfahren enthält einen ersten Schritt zum Erfassen einer Zeitbereichs-Schwingung der Rotationswelle und einer Drehzahl der Rotationswelle während einer Rotation, einen zweiten Schritt zum Berechnen einer Frequenzbereichs-Schwingung basierend auf der Zeitbereichs-Schwingung und Erhalten einer Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen, die die Spitzenwerte in der berechneten Frequenzbereichs-Schwingung annehmen, einen dritten Schritt zum Erhalten eines Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf der Mehrzahl von Spitzenfrequenzen, und einen vierten Schritt zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf der Anzahl der Spitzenwerte, wobei die Spitzenwerte in dem Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung enthalten sind.
-
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schwingungsbestimmungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in dem in dem dritten Schritt ein Intervall zwischen Frequenzen, die die Spitzenwerte annehmen, erhalten wird, und der Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung nach Ausschließen der Spitzenwerte, bei denen das Intervall zwischen Frequenzen eine Frequenz ist, die durch eine nachstehende Formel (7) und/oder Formel (8) erhalten wird, oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist, aus den Spitzenwerten von einem Objekt der Bestimmung erhalten wird. Rotationsfrequenz = Drehzahl einer Rotationswelle/60 (7) Spannutdurchgangsfrequenz = Drehzahl einer Rotationswelle × Anzahl von Werkzeugspannuten/60 (8)
-
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schwingungsbestimmungsvorrichtung, die in einer Werkzeugmaschine, die eine Rotationswelle hat, die ein Werkzeug oder ein Werkstück rotiert, einen Typ der Ratterschwingung bestimmt, der auftritt, wenn die Rotationswelle rotiert wird. Die Schwingungsbestimmungsvorrichtung enthält eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Zeitbereichs-Schwingung der Rotationswelle und einer Drehzahl der Rotationswelle während einer Rotation, eine FFT-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Frequenzbereichs-Schwingung basierend auf der durch die Erfassungseinheit erfassten Zeitbereichs-Schwingung und Erhalten einer Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen, die die Spitzenwerte in der berechneten Frequenzbereichs-Schwingung annehmen, eine Bestimmungseinheit zum Erhalten eines Bestimmungsbereichs der Rotationssynchronisationstypschwingung zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung unter Verwendung einer jeweils für jeden der Spitzenwerte eigenen Spitzenfrequenz und Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf einem Verhältnis zwischen den eigenen Spitzenfrequenzen in den jeweiligen Spitzenwerten und dem unter Verwendung der eigenen Spitzenwerte erhaltenen Bestimmungsbereich der Rotationssynchronisationstypschwingung, und eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des Typs der bestimmten Ratterschwingung.
-
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schwingungsbestimmungsvorrichtung, die in einer Werkzeugmaschine, die eine Rotationswelle hat, die ein Werkzeug oder ein Werkstück rotiert, einen Typ der Ratterschwingung bestimmt, die auftritt, wenn die Rotationswelle rotiert wird. Die Schwingungsbestimmungsvorrichtung enthält eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Zeitbereichs-Schwingung der Rotationswelle und einer Drehzahl der Rotationswelle während einer Rotation, eine FFT-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Frequenzbereichs-Schwingung basierend auf einer durch die Erfassungseinheit erfassten Zeitbereichs-Schwingung und Erhalten einer Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen, die die Spitzenwerte in der berechneten Frequenzbereichs-Schwingung annehmen, eine Bestimmungseinheit zum Erhalten eines Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf der Mehrzahl von Spitzenfrequenzen und Bestimmen des Typs der Ratterschwingung basierend auf der Anzahl der Spitzenwerte, wobei die Spitzenwerte in dem Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung enthalten sind, und eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des Typs der bestimmten Ratterschwingung.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen, die die Spitzenwerte in der berechneten Frequenzbereichs-Schwingung annehmen, erhalten, der Bestimmungsbereich der Rotationssynchronisationstypschwingung (Aspekt 1) und der Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung (Aspekt 2) werden, wie oben beschrieben, basierend auf der Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen erhalten, und der Typ der Ratterschwingung wird bestimmt. Daher kann, verglichen mit dem Stand der Technik, in dem eine Bestimmung nur unter Verwendung des Maximalwerts der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung durchgeführt wird, der Typ der aufgetretenen Ratterschwingung insbesondere beim Bearbeiten mit einer geringen Drehzahl und einem Bearbeiten unter Verwendung eines Werkzeugs mit einer kleinen Anzahl von Spannuten genauer bestimmt werden, und eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp”, die aufgrund einer Reibung zwischen dem Werkzeug und einem Werkstück und einer durch eine Bearbeitung verursachte Stoßkraft verursacht wird, kann auch bestimmt werden.
-
Ferner wird gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Intervall zwischen Frequenzen, die die Spitzenwerte annehmen, erhalten, und der Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung wird nach Ausschließen von Spitzenwerten, bei denen das Intervall zwischen Frequenzen die Rotationsfrequenz und/oder die Spannutdurchgangsfrequenz wird, oder ein ganzzahliges Vielfaches davon wird, aus den Spitzenwerten von einem Objekt der Bestimmung, erhalten. Daher kann ein Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung genauer bestimmt werden und eine genauere Bestimmung von einer „erzwungenen Ratterschwingung vom Eigenfrequenz-Typ” wird möglich.
-
Gemäß dem vierten und fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Anzeigevorrichtung, die den Typ der bestimmten Ratterschwingung anzeigt, bereitgestellt. Daher kann ein Arbeiter den Typ der auftretenden Ratterschwingung einfach erfassen, wirksame Maßnahmen entsprechend des Typs schnell ergreifen, die Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche verbessern, einen Verschleiß eines Werkzeugs unterdrücken, einen Bruch des Werkzeugs verhindern, die Bearbeitungseffizienz bei dem Produkt verbessern, usw.
-
1 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Blockkonfiguration einer Schwingungsunterdrückungsvorrichtung zeigt.
-
2 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Rotationswellengehäuse eines Objekts der Schwingungsunterdrückung von einer Seite gesehen zeigt.
-
3 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Rotationswellengehäuse von der axialen Richtung gesehen zeigt.
-
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Schwingungsbestimmungssteuerung zeigt.
-
5 ist eine erklärende Zeichnung, die die Spitzenwerte und die Spitzenfrequenzen der Schwingungsbeschleunigung einer Mehrzahl von erhaltenen Frequenzbereichen zeigt.
-
6 ist eine erklärende Zeichnung, die das Verhältnis zwischen der Drehzahl und der Frequenz zeigt, wenn eine erzwungene Ratterschwingung vom Rotationssynchronisationstyp auftritt.
-
7 ist eine erklärende Zeichnung, die die Schwingungscharakteristik eines Werkzeugs zeigt.
-
Ein Schwingungsbestimmungsverfahren und eine Schwingungsbestimmungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachstehend basierend auf den Zeichnungen im Detail beschrieben.
-
1 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Blockkonfiguration einer Schwingungsbestimmungsvorrichtung 10 zeigt. 2 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Rotationswellengehäuse 1, das ein Objekt der Schwingungsüberwachung wird, von einer Seite gesehen zeigt und 3 ist eine erklärende Zeichnung, die das Rotationswellengehäuse 1 von der axialen Richtung gesehen zeigt.
-
Die Schwingungsbestimmungsvorrichtung 10 bestimmt einen Typ der Ratterschwingung, der in einer Rotationswelle 3, die in dem Rotationswellengehäuse 1 vorgesehen ist, um so um eine Achse C rotierbar zu sein, auftritt. Die Schwingungsbestimmungsvorrichtung 10 enthält Schwingungssensoren 2a bis 2c und eine Steuerungsvorrichtung 5. Die Schwingungssensoren 2a bis 2c erfassen eine Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung (was die Schwingungsbeschleunigung auf der Zeitachse bedeutet), die ein Eigenwert ist, der die während einer Rotation in der Rotationswelle 3 auftretende Schwingung begleitet. Die Steuerungsvorrichtung 5 analysiert durch die Schwingungssensoren 2a bis 2c erfasste Werte, um den Typ der „Ratterschwingung” zu bestimmen und das Ergebnis der Bestimmung anzuzeigen.
-
Die Schwingungssensoren 2a bis 2c sind, wie in 2 und 3 gezeigt, an dem Rotationswellengehäuse 1 angebracht. Ein Schwingungssensor ist konfiguriert, die Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung in der Richtung senkrecht zu anderen Schwingungssensoren zu erfassen (z. B. sind die Schwingungssensoren 2a bis 2c angebracht, um die Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung in der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung, die senkrecht zueinander sind, zu erfassen).
-
Die Steuerungsvorrichtung 5 enthält eine FFT-Berechnungseinheit 11, eine Drehzahlerfassungseinheit 12, eine Eingabeeinheit 13, eine Bestimmungseinheit 14, eine Anzeigeeinheit 15 und eine Speichereinheit (nicht dargestellt), usw. Basierend auf der durch die Schwingungssensoren 2a bis 2c erfassten Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung führt die FFT-Berechnungseinheit 11 eine Analyse durch. Die Drehzahlerfassungseinheit 12 erfasst die Drehzahl der Rotationswelle 3. Die Eingabeeinheit 13 wird von einem Werker verwendet, um eine Vielfalt von Werten und dergleichen zum Bestimmen des Typs der Ratterschwingung einzugeben. Die Bestimmungseinheit 14 bestimmt den Typ der aufgetretenen Ratterschwingung. Die Anzeigeeinheit 15 zeigt, wie oben beschrieben, das Ergebnis der Bestimmung in der Bestimmungseinheit 14 und dergleichen zusätzlich zu einem NC-Programm und der derzeitigen Stellung der Maschine an. Die Speichereinheit speichert eine Vielfalt von Werten, die durch die Eingabeeinheit 13 eingegeben werden, und das Bestimmungsergebnis in der Bestimmungseinheit 14 und dergleichen.
-
Hier wird eine Schwingungsbestimmungssteuerung, die ein wesentlicher Teil der Erfindung ist, basierend auf dem Ablaufdiagramm von 4 im Detail beschrieben.
-
Bevor eine Bearbeitung beginnt, werden zuerst die Werte zum nachstehend beschriebenen Bestimmen des Typs der Ratterschwingung und eine Werkzeuginformation, wie etwa eine Anzahl von Spannuten, durch die Eingabeeinheit 13 eingegeben, um im Voraus in der Speichereinheit gespeichert zu werden. Dann, wenn unter Steuerung einer NC-Vorrichtung, die nicht dargestellt ist, eine Anweisung für eine Drehzahl der Rotationswelle 3 bereitgestellt wird, um eine Bearbeitung zu beginnen, erfassen die Schwingungssensoren 2a bis 2c die Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung in dem Rotationswellengehäuse 1 permanent und die FFT-Berechnungseinheit 11 führt eine schnelle Fourier-Analyse der Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung aus (S1), um die Spitzenwerte der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung und die Frequenzen davon (Spitzenfrequenzen) zu erhalten (S2). Daher kann, wie beispielsweise in dem Diagramm von 5 gezeigt, die Mehrzahl von Spitzenwerten und Spitzenfrequenzen erhalten werden.
-
Als nächstes wird, nachdem die obere Grenze und die untere Grenze des Bestimmungsbereichs der Rotationssynchronisationstypschwingung jeweils unter Verwendung der nachstehenden Formeln (4) und (5) für jeweilige Spitzenwerte erhalten wurden (S3), in der Bestimmungseinheit 14 die Anzahl der Spitzenwerte, bei denen die eigenen Spitzenfrequenzen nicht innerhalb des Bestimmungsbereichs der Rotationssynchronisationstypschwingung, der unter Verwendung der eigenen Spitzenfrequenzen (Bedingung A) erhalten wird, enthalten ist, gezählt und bestimmt ob die Anzahl größer als eine erste im Voraus durch die Eingabeeinheit 13 eingestellte Zahl ist, oder nicht (S4). Wenn die Anzahl der Spitzenwerte, die die Bedingung A erfüllen, gleich oder größer als die erste eingestellte Zahl ist (in S4 als Ja bestimmt), wird bestimmt, dass eine „erzwungene Ratterschwingung vom Rotationssynchronisationstyp” aufgetreten ist, und das Ergebnis der Bestimmung wird auf der Anzeigeeinheit 15 angezeigt (S5).
-
Ausdruck 1
-
-
Obere Grenze des ersten Schwingungsbestimmungsbereichs = Drehzahl/60 × (|Spitzenfrequenz × 60/Drehzahl⌋ ) – Werkzeugkorrekturwert (4)
-
Untere Grenze des ersten Schwingungsbestimmungsbereichs = Drehzahl/60 × (|Spitzenfrequenz × 60/Drehzahl⌋ + 1) + Werkzeugkorrekturwert (5)
-
|x⌋ in den Formeln (4) und (5) ist eine Nächst-untere-Ganzzahl-Funktion gleich der in der Formel (2). Ferner ist der Werkzeugkorrekturwert in den Formeln (4) und (5) ein Wert, der durch die nachstehende Formel (6) unter Berücksichtung einer Drehzahlerfassungsauflösung und einer Frequenzauflösung erhalten wird.
-
Ausdruck 2
-
-
Werkzeugkorrekturwert = Drehzahlerfassungsauflösung × (Spitzenfrequenz × 60/Drehzahl⌋)/60 + Frequenzauflösung (6)
-
Andererseits wird, wenn die Anzahl der Spitzenwerte, die die Bedingung A erfüllen, kleiner als die erste eingestellte Zahl ist (in S4 als Nein bestimmt), bestimmt, ob die Spitzenwerte innerhalb des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung, der ein vorbestimmter Frequenzbereich ist, nahe zusammen gebündelt sind, um eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” zu bestimmen. Zuerst werden, um die Fälle auszuschließen, in denen die Spitzenwerte aus Gründen nahe zusammengebündelt sind, die andere sind als die „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp”, die Spitzenwerte, die als Seitenband erfasst sind, ausgeschlossen (S6). Mit anderen Worten können, wenn eine schnelle Fourier-Analyse auf eine unregelmäßige Schwingung, wie etwa eine Bearbeitungsschwingung, angewendet wird, Spitzenwerte möglicherweise in einem Frequenzintervall einer unregelmäßigen Periode erfasst werden. Die unregelmäßige Periode entspricht der Rotationsperiode der Rotationswelle oder der Spannutdurchgangsperiode des Werkzeugs. Daher werden die erfassten Spitzenwerte ausgeschlossen, bei denen das Intervall zwischen Frequenzen, die die erfassten Spitzenwerte annehmen, die Rotationsfrequenz oder die von den Formeln (7) und (8) erhaltene Spannutendurchgangsfrequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. Rotationsfrequenz = Drehzahl der Rotationswelle/60 (7) Spannutdurchgangsfrequenz = Drehzahl der Rotationswelle × Anzahl von Werkzeugspannuten/60 (8)
-
Nachdem die als das Seitenband erfassten Spitzenwerte wie oben beschrieben ausgeschlossen sind, extrahiert die Bestimmungseinheit 14 die Spitzenwerte, bei denen das Intervall zwischen Frequenzen, die die Spitzenwerte annehmen, ein im Voraus durch die Eingabeeinheit 13 eingestelltes Intervall oder weniger ist, aus den verbleibenden Spitzenwerten (S7), der Mittelwert der Spitzenfrequenzen der extrahierten Spitzenwerte wird erhalten, und der Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung, der ein Frequenzband mit einer vorbestimmten Breite (im Voraus durch die Eingabeeinheit 13 eingestellt), die einen Mittelwert als den mittleren Wert hat, wird, wird eingestellt (S8). Aus den extrahierten Spitzenwerten wird die Anzahl der Spitzenwerte, bei denen die Spitzenfrequenzen innerhalb des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung enthalten sind (Bedingung B) gezählt und bestimmt, ob die Anzahl größer als eine im Voraus durch die Eingabeeinheit 13 eingestellte zweite eingestellte Zahl ist, oder nicht (S9). Wenn die Anzahl der Spitzenwerte, die innerhalb des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung enthalten sind, gleich oder größer als die zweite eingestellte Zahl ist, wird bestimmt, dass eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” aufgetreten ist, und das Ergebnis der Bestimmung wird auf der Anzeigeeinheit 15 angezeigt (S10). Andernfalls wird, wenn die Anzahl der Spitzenwerte, die innerhalb des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung enthalten ist, kleiner als die zweite eingestellte Zahl ist, bestimmt, dass eine „regenerative Ratterschwingung” aufgetreten ist, und das Ergebnis der Bestimmung wird auf der Anzeigeeinheit 15 angezeigt (S11). Beim Anzeigen eines Auftretens einer „regenerativen Ratterschwingung” in S11 kann sie konfiguriert sein, dass, wenn das Intervall zwischen den Spitzenwerten nahe der durch die Formel (7) erhaltenen Rotationsfrequenz oder dem ganzzahligen Vielfachen davon ist, „regenerative Ratterschwingung vom Rotationsperiodentyp” angezeigt wird, und wenn das Intervall zwischen den Spitzenwerten nahe der durch die Formel (8) erhaltenen Spannutdurchgangsfrequenz oder dem ganzzahligen Vielfachen davon ist, „regenerative Ratterfrequenz vom Spannutdurchgangsperiodentyp” angezeigt wird.
-
In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten Schwingungsbestimmungsvorrichtung 10 wird eine Bestimmung der Ratterschwingung durch das wie oben beschriebene Verfahren für eine Mehrzahl von Spitzenwerten ausgeführt, die auftauchen, wenn eine Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung durch eine schnelle Fourier-Analyse einer Zeitbereichs-Schwingungsbeschleunigung erhalten wird. Daher kann, verglichen mit dem Stand der Technik, in dem eine Bestimmung nur unter Verwendung des Maximalwerts der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung ausgeführt wird, bei einer Bearbeitung bei einer geringen Drehzahl und einer Bearbeitung unter Verwendung eines Werkzeugs mit einer kleinen Anzahl von Spannuten, insbesondere der Typ der aufgetretenen Ratterschwingung genau bestimmt werden. Zusätzlich können eine „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp”, die aufgrund von Reibung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück erzeugt wird, und eine durch Bearbeitung verursachte Stoßkraft bestimmt werden.
-
Beim Bestimmen einer „erzwungenen Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” in S6 wird das Intervall zwischen Frequenzen, die die Spitzenwerte annehmen, erhalten, und aus den erfassten Spitzenwerten werden die Spitzenwerte, bei denen das Frequenzintervall die Rotationsfrequenz oder die Spannutdurchgangsfrequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist, vom Objekt der Bestimmung ausgeschlossen. Daher kann der Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung in S8 genauer erhalten werden, und eine Bestimmung einer „erzwungenen Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” wird mit höherer Genauigkeit möglich.
-
Ferner kann, da der Typ der genau bestimmten Ratterschwingung auf der Anzeigeeinheit 15 angezeigt wird, ein Werker den Typ der Ratterschwingung in einer kurzen Zeit einfach erfassen. Daher kann der Werker schnell Maßnahmen ergreifen, die wirksam gegen die auftretende Ratterschwingung sind (Wechsel der Schneidbedingung und dergleichen, wie etwa z. B. der Drehzahl und der Schnitttiefe). Somit ist es möglich, die Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche zu verbessern, einen Verschleiß eines Werkzeugs zu unterdrücken, einen Bruch des Werkzeugs zu verhindern, eine Herstellungseffizienz des Produkts zu verbessern, usw.
-
Die Schwingungsbestimmungsvorrichtung in Bezug auf die vorliegende Erfindung ist überhaupt nicht auf die Aspekte der oben durch jegliche Mittel beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken, und Konfigurationen bezüglich der Erfassungseinheit, einer Steuerung bezüglich einer Bestimmung des Typs der Ratterschwingung, einer Steuerung nach einer Bestimmung und dergleichen können in geeigneter Weise innerhalb des Umfangs, der sich nicht von der Aufgabe der vorliegenden Erfindung entfernt, modifiziert werden.
-
Zum Beispiel ist die oben beschriebene Ausführungsform so konfiguriert, dass die Schwingungsbeschleunigung der Rotationswelle durch Schwingungssensoren erfasst wird, jedoch kann sie so konfiguriert sein, dass die Verlagerung und der Schalldruck der Rotationswelle, die durch Schwingung verursacht sind, erfasst werden, und eine stabile Drehzahl basierend auf der Verlagerung und dem Schalldruck berechnet wird. Zusätzlich ist es auch möglich, einen Detektor, der die Position und Rotation der Rotationswelle erfasst, und ein elektrisches Strommessinstrument, das einen Strom eines Rotationswellenmotors und eines Vorschubwellenmotors als die Erfassungseinheiten misst, anzuwenden.
-
Es ist auch eine Konfiguration möglich, bei der ein Drehzahlsteuerungssystem (NC-Vorrichtung) zum Steuern der Drehzahl der Rotationswelle in der Schwingungsbestimmungsvorrichtung enthalten ist. Somit kann nach einem Bestimmen des Typs der Ratterschwingung eine stabile Drehzahl, die in der Lage ist, die Ratterschwingung zu unterdrücken, unter Verwendung einer Berechnungsformel für jeden Typ (z. B. solch eine Berechnungsformel, wie in der Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nummer 2008-290186 beschrieben ist) berechnet werden, und das Drehzahlsteuerungssystem kann die Drehzahl automatisch auf die stabile Drehzahl ändern.
-
Ferner kann sie so konfiguriert sein, dass aus den in S2 erhaltenen Spitzenwerten der Frequenzbereichs-Schwingungsbeschleunigung der Maximalwert davon und ein vorbestimmter Schwellwert verglichen werden, und S3 und folgende Schritte nur ausgeführt werden, wenn der Maximalwert gleich oder größer als der Schwellwert ist, wobei nur die Spitzenwerte, die den Schwellwert überschritten haben, Objekt der Bestimmung sein können, oder alle Spitzenwerte Objekt der Bestimmung sein können. Ferner kann sie so konfiguriert sein, dass, wenn die Eigenfrequenz der Werkzeugmaschine, eines Werkzeugs und dergleichen bekannt sind, die „erzwungene Ratterschwingung vom Eigenfrequenztyp” durch Bestimmen eines Frequenzbands mit einer vorbestimmten Breite, die die Eigenfrequenz als einen Mittelwert bestimmt hat, zu dem Bestimmungsbereich der Eigenschwingungstypschwingung und Zählen der Anzahl der Spitzenwerte, bei denen die Spitzenwerte innerhalb des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung enthalten sind, bestimmt werden, und durch Verwenden solch eines Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung kann eine weitere Verbesserung der Bestimmungsgenauigkeit erwartet werden.
-
Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform eine Bestimmung nach der Bedingung B nach einer Ausführung einer Bestimmung nach der Bedingung A ausgeführt. Jedoch ist es möglich, eine Bestimmung nach der Bedingung A nach einem Ausführen der Bestimmung nach der Bedingung B auszuführen (d. h. die Reihenfolge von S3 zu S4 und S6 zu S9 können zueinander getauscht werden), und es ist möglich, nur eine von beiden auszuführen.
-
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform ist sie so konfiguriert, dass eine Schwingung in einer Rotationswelle einer Werkzeugmaschine erfasst wird. Jedoch ist es auch möglich, eine Schwingung auf der nicht rotierenden Seite (ortsfesten Seite) zu erfassen, um zu erfassen, ob die Ratterschwingung aufgetreten ist, oder nicht. Die Technologie kann nicht nur auf ein Bearbeitungszentrum, das ein Werkzeug rotiert, angewendet werden, sondern auch auf eine Werkzeugmaschine, wie etwa eine Drehmaschine und dergleichen, die ein Werkstück rotiert. Ferner ist es unnötig zu erwähnen, dass die erste eingestellte Zahl bezüglich einer Bestimmung, das Frequenzband zum Einstellen des Bestimmungsbereichs der Eigenschwingungstypschwingung und dergleichen in geeigneter Weise entsprechend des Typs, der Größe und desgleichen der Werkzeugmaschine geändert werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2008-290186 [0003, 0003, 0005, 0006, 0040]
