ITMI20080871A1

ITMI20080871A1 - Dispositivo e metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile

Info

Publication number: ITMI20080871A1
Application number: IT000871A
Authority: IT
Inventors: Hiroshi Inagaki; Eiji Shamoto; Norikazu Suzuki
Original assignee: National University Corp Nagoya; Okuma Machinery Works Ltd
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2008-11-25
Also published as: US20080289923A1; DE102008024773A1; US8256590B2

Description

DESCRIZIONE

annessa a DOMANDA DI BREVETTO per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"DISPOSITIVO E METODO DI ELIMINAZIONE DI VIBRAZIONE PER MACCHINA UTENSILE"

DESCRIZIONE

STATO DELLA TECNICA

Settore dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo e un metodo di eliminazione di vibrazione atto ad eliminare una vibrazione generata durante la lavorazione in una macchina utensile che esegue la lavorazione facendo ruotare un utensile o un pezzo in lavorazione.

Stato dell'arte

Esiste convenzionalmente, a titolo di esempio, una macchina utensile dove un pezzo in lavorazione è sostenuto da un mandrino principale girevole e viene lavorato mentre un utensile viene fatto avanzare rispetto al pezzo in lavorazione. Tuttavia, nella macchina convenzionale, quando la profondità di taglio in una lavorazione di taglio è resa maggiore del necessario, si genera durante la lavorazione una cosiddetta "vibrazione di chatter", con la conseguenza di un peggioramento della precisione di finitura della superficie lavorata. In particolare, una "vibrazione di chatter di tipo rigenerativo" che è una vibrazione auto-eccitata generata durante la lavorazione. Per eliminare la vibrazione di chatter di tipo rigenerativo, è noto, come descritto nella Pubblicazione di Brevetto Giapponese non Esaminato No.

2003-340627 e nella Traduzione Giapponese di PCT No.

2001-517557, usare una velocità di rotazione pari ad un valore derivato ottenendo una frequenza naturale di un sistema quale l'utensile o il pezzo in lavorazione dove si genera la vibrazione di chatter, o una frequenza della vibrazione di chatter durante la lavorazione, moltiplicando la frequenza naturale o la frequenza di chatter per 60; e dividendo la frequenza moltiplicata per il numero di lame di utensile e per un predeterminato numero intero. La velocità di rotazione calcolata sulla base della precedente procedura è chiamata velocità di rotazione stabile.

Allo scopo di ottenere la frequenza naturale del sistema dove si genera la vibrazione di chatter, è noto un metodo in cui, ad esempio, la "frequenza naturale" è ottenuta applicando un'eccitazione ad impulso all'utensile o al pezzo in lavorazione per misurare una frequenza come descritto nella Pubblicazione di Brevetto Giapponese non Esaminato No. 2003-340627. Inoltre, allo scopo di ottenere la "frequenza di chatter" durante la lavorazione, ad esempio un sensore sonoro è disposto vicino all'utensile o al pezzo in rotazione, ed il sensore rivela una frequenza di vibrazione durante la lavorazione per ottenere la frequenza di chatter, come descritto nella Traduzione Giapponese di PCT No. 2001-517557.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Tuttavia, se la frequenza naturale è ottenuta sulla base di un metodo descritto nella Pubblicazione di Brevetto Giapponese non Esaminato No. 2003-340627, è richiesto un dispositivo ad impulso costoso, cosicché il costo sarà elevato. Inoltre, un metodo di eccitazione descritto nella Pubblicazione di Brevetto Giapponese non Esaminato No. 2003-340627 è meno pratico sebbene richieda tecniche avanzate, perché, ad esempio, una frequenza naturale misurata prima della lavorazione e una frequenza naturale misurata durante la lavorazione non sempre coincidono l'una con l'altra e pertanto non è facile ottenere una velocità di rotazione ottimale in modo preciso.

D'altro canto, in un metodo della Traduzione Giapponese di PCT No. 2001-517557, un suono della rotazione o simile, rivelato dal sensore sonoro, è analizzato per tentare di ottenere la frequenza di chatter. Tuttavia, vi è differenza fra la frequenza di chatter calcolata sulla base dell'analisi del suono di rotazione o simile, e quella alla velocità di rotazione ottimale. Ne deriva che è difficile ottenere in modo preciso la velocità di rotazione ottimale analogamente al metodo della Pubblicazione di Brevetto Giapponese non Esaminato No. 2003-340627. In altre parole, quando la frequenza di chatter è calcolata sulla base del suono di rotazione, o simile, la lavorazione e le misurazioni sono eseguite ulteriormente parecchie volte, e quindi la frequenza di chatter è ottenuta asintoticamente dopo la rivelazione della frequenza di vibrazione corrispondente alla vibrazione di chatter. Per questa ragione, è richiesto un lungo periodo di tempo dalla rivelazione della frequenza di chatter al calcolo della velocità di rotazione ottimale, con la conseguenza di tracce dovute alla vibrazione di chatter sulla superficie lavorata.

Pertanto, la presente invenzione è un dispositivo ed un metodo di eliminazione di vibrazione capace di ottenere la precisa velocità di rotazione ottimale e di accorciare un periodo di tempo dalla generazione della vibrazione di chatter al calcolo della velocità di rotazione ottimale.

Allo scopo di raggiungere l'oggetto di cui sopra, un primo aspetto della presente invenzione è un dispositivo di eliminazione di vibrazione per eliminare una vibrazione di chatter generata nella rotazione di un albero rotante in una macchina utensile dotata dell'albero rotante per far ruotare un utensile oppure un pezzo in lavorazione, e caratterizzato dall 'includere : mezzi di rivelazione per rivelare una vibrazione nel dominio del tempo dovuta all'albero rotante che ruota; mezzi di calcolo per calcolare una frequenza di chatter ed una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rivelata dai mezzi di rivelazione, e calcolare una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante sulla base di un prede terminato parametro quando la calcolata vibrazione nel dominio della frequenza supera un predeterminato valore di soglia, la velocità di rotazione ottimale essendo capace di eliminare la vibrazione di chatter,- e mezzi di controllo della velocità di rotazione per far ruotare l'albero rotante alla velocità di rotazione ottimale calcolata mediante i mezzi di calcolo.

Un secondo aspetto della presente invenzione è un metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile dotata di un albero rotante per far ruotare un utensile oppure un pezzo in lavorazione, e caratterizzato dal fatto che la vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante è eliminata realizzando: un passo di rivelazione della rivelazione di una vibrazione nel dominio del tempo dovuta all'albero rotante che ruota; un passo di calcolo del calcolo di una frequenza di chatter e di una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rivelata nel passo di rivelazione, e di calcolo di una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante sulla base di un predeterminato parametro quando la calcolata vibrazione nel dominio della frequenza supera un predeterminato valore di soglia, la velocità di rotazione ottimale essendo capace di eliminare la vibrazione di chatter; e un passo di controllo della rotazione dell'albero rotante alla velocità di rotazione ottimale calcolata nel passo di calcolo.

Si dovrebbe notare che il termine "vibrazione" nella descrizione della presente invenzione, include una accelerazione vibrazionale, uno spostamento dovuto alla vibrazione, una pressione sonora dovuta alla vibrazione e simili.

Secondo la presente invenzione, la velocità di rotazione ottimale è calcolata sulla base della vibrazione di chatter generata nell'albero rotante che è fatto realmente ruotare, cosicché la velocità di rotazione ottimale possa essere calcolata immediatamente in modo più preciso, e la calcolata velocità di rotazione ottimale può essere immediatamente utilizzata per la rotazione dell'albero rotante. Di conseguenza, la vibrazione di chatter generata nell'albero rotante può essere effettivamente eliminata, e quindi la precisione di finitura di superficie lavorata può essere mantenuta di qualità elevata e all'utensile è evitato di usurarsi e di scheggiarsi .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Fig. 1 è uno schema esplicativo che mostra di fianco un alloggiamento di albero rotante soggetto a eliminazione di vibrazione secondo una forma di realizzazione 1;

Fig. 2 è uno schema esplicativo che mostra di fianco un alloggiamento di albero rotante soggetto a eliminazione di vibrazione;

Fig. 3 è uno schema esplicativo che illustra l'alloggiamento di albero rotante nella direzione dell 'albero;

Fig. 4 è uno schema esplicativo che illustra un esempio di un risultato dell'analisi di Fourier di accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo;

Fig. 5 è uno schema esplicativo che illustra un esempio di relazioni fra un coefficiente un valore k e una fase necessari per calcolare una velocità di rotazione ottimale ;

Fig. 6 è un diagramma di flusso relativo al controllo di eliminazione della vibrazione di chatter;

Fig. 7 è un diagramma di flusso relativo al controllo di eliminazione della vibrazione di chatter, secondo una forma di realizzazione 2;

Fig. 8 è un diagramma di flusso relativo al controllo di eliminazione della vibrazione di chatter, secondo una forma di realizzazione 3;

Fig. 9 è un grafico che illustra un effetto convenzionale di eliminazione sulla vibrazione di chatter; e

Fig. 10 è un grafico che illustra un effetto di eliminazione sulla vibrazione di chatter secondo la forma di realizzazione 3.

DESCRIZIONE DELLE FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE

Sulla base dei disegni sarà descritto nel seguito un dispositivo di eliminazione di vibrazione secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Forma di realizzazione 1

La Fig. 1 è uno schema esplicativo che illustra una configurazione a blocchi di un dispositivo 10 di eliminazione di vibrazione. La Fig. 2 è uno schema esplicativo che mostra di fianco un alloggiamento 1 di albero rotante soggetto a eliminazione di vibrazione. La Fig. 3 è uno schema esplicativo che illustra l'alloggiamento 1 di albero rotante nella direzione dell'albero.

Il dispositivo 10 di eliminazione di vibrazione elimina la vibrazione di chatter generata in un albero rotante 3 previsto girevolmente intorno ad un asse C posto attraverso l'alloggiamento 1 di albero rotante, ed include sensori di vibrazione (mezzi di rivelazione) 2a a 2c atti a rivelare accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo generate nell'albero rotante 3 che ruota, e un dispositivo di controllo (mezzi di calcolo e mezzi di controllo della velocità di rotazione) 5 per controllare una velocità di rotazione dell'albero rotante 3 sulla base di valori rivelati dai sensori di vibrazione 2a a 2c.

I sensori di vibrazione 2a a 2c sono attaccati all'alloggiamento 1 di albero rotante come illustrato nelle Figg. 2 e 3, ed uno dei sensori di vibrazione rivela l'accelerazione di vibrazione nel dominio del tempo (che significa accelerazione vibrazionale sull'asse dei tempi) in una direzione ortogonale agli altri sensori (ad esempio, i sensori di vibrazione, 2a a 2c rivelano le accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo nelle direzioni X, Y e Z rispettivamente ortogonali) .

D'altro canto, il dispositivo di controllo 5 include un'unità di calcolo 6 di trasformata veloce di Fourier (FFT, Fast Fourier Transform) per eseguire un'analisi sulla base delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate dai sensori di vibrazione 2a a 2c; un'unità di calcolo parametrico 7 per calcolare una velocità di rotazione ottimale sulla base di un valore calcolato mediante l'unità di calcolo FFT 6; e un dispositivo a controllo numerico NC 8 per controllare la lavorazione nell'alloggiamento 1 di albero rotante, ed esegue l'analisi che sarà descritta in seguito nell'unità di calcolo FFT 6 e il monitoraggio della velocità di rotazione dell'albero rotante 3.

Sulla base delle Figg. 4 a 6 viene adesso descritto il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter nel dispositivo di controllo 5. La Fig. 4 è uno schema esplicativo che illustra un esempio di un risultato delle analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo. La Fig. 5 è uno schema esplicativo che illustra un esempio di relazioni fra un coefficiente, un valore k e una fase che sono necessari per calcolare la velocità di rotazione ottimale. La Fig. 6 è uno schema a blocchi che illustra il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter.

Dapprima, l'unità di calcolo FFT 6 esegue le analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate in modo continuo in posizioni dei sensori vibrazionali 2a a 2c durante la rotazione (SI). Quindi, l'unità 6 calcola una frequenza (frequenza di chatter) dell'albero rotante 3 ed una accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza (che significa un'accelerazione vibrazionale su di un asse delle frequenze) dell'albero rotante 3 alla frequenza come illustrato nella Fig. 4 (S2). Quando sono eseguite le sopra descritte analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo, è ottenuta una pluralità di andamenti a pinnacolo come mostrato nella Fig. 4 dove è illustrata una relazione fra una frequenza e un'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza. Nella forma di realizzazione 1, è usato, per eseguire il controllo, un pinnacolo avente il valore massimo di accelerazione di vibrazione nel dominio della frequenza.

L'unità di calcolo parametrico 7 confronta l'accelerazione di vibrazione nel dominio della frequenza calcolata mediante la suddetta unità di calcolo FFT 6 con un predeterminato valore di soglia prefissato (S3). Quando la calcolata accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza supera il predeterminato valore di soglia (ad esempio, quando viene rivelato nella Fig. 4 un valore 4 di accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza) , l'unità di calcolo parametrico 7 calcola la velocità rotazionale ottimale usando le seguenti espressioni di calcolo (1) a (5) nell'ipotesi che la vibrazione di chatter da eliminare sia generata nell'albero rotante 3 (S4). Successivamente, nel dispositivo NC 8, la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 è controllata così da essere uguale alla velocità di rotazione ottimale calcolata (S5) in maniera da impedire l'amplificazione della vibrazione di chatter, cioè, eliminare la vibrazione di chatter. Si dovrebbe notare che la rilevazione delle accelerazioni vibrazionali mediante i sensori di vibrazione 2a a 2c nella descrizione che precede corrisponde al passo di rivelazione nel metodo di eliminazione della vibrazione della presente invenzione; il calcolo della velocità di rotazione ottimale nella unità di calcolo FFT 6 e nell'unità di calcolo parametrica 7 corrisponde al passo di calcolo nel metodo di eliminazione di vibrazione della presente invenzione; e il controllo della velocità di rotazione alla velocità di rotazione ottimale mediante il dispositivo NC 8 corrisponde al passo di controllo nel metodo di eliminazione di vibrazione della presente invenzione .

Nella maniera di cui sopra è eseguito il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter nel dispositivo di controllo 5.

Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante) , - (1)

Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3) Coefficiente = a - b x valore k c x informazione di fase, e - (4)

Velocità di rotazione ottimale = coefficiente x velocità di rotazione stabile - (5)

dove si suppone che il "numero di lame di utensile" nell'espressione (1) sia fissato nell'unità di calcolo parametrico 7. La velocità di rotazione dell'albero rotante nell'espressione (1) si riferisce ad una velocità di rotazione corrente (prima dell'ottimizzazione della velocità di rotazione). Inoltre, la velocità di rotazione stabile nell'espressione (5) si riferisce ad una velocità di rotazione calcolata con il metodo descritto nello "Stato dell'arte" di cui sopra mentre si suppone che la frequenza di chatter nel calcolo impieghi un valore ottenuto sulla base delle analisi di Fourier.

Successivamente, è descritto come sono determinate le costanti a, b e c nell'espressione (4).

Le costanti a, b e c sono determinate dal diagramma dei limiti di stabilità, che è prodotto sulla base di varie condizioni quale una relazione fra una velocità di rotazione dell'albero rotante 3 e la frequenza di chatter. Ad esempio, una lavorazione di prova è eseguita a varie velocità di rotazione, e sono eseguite le analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate durante la lavorazione per calcolare la frequenza (frequenza di chatter) dell'albero rotante e l'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza alla frequenza. L'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza durante la lavorazione è aumentata e diminuita periodicamente in accordo con la variazione della velocità di rotazione, ed una velocità di rotazione a cui è ridotta al minimo l'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza è la velocità di rotazione ottimale da ottenere. A questo scopo, l'informazione di fase, il valore k, la velocità di rotazione stabile e simili a ciascuna velocità di rotazione sono ottenute con l'uso delle precedenti espressioni di calcolo, e quindi le relazioni fra i rispettivi elementi (informazione di fase e valore k) e un valore (vale a dire, coefficiente) derivato dividendo per la velocità di rotazione stabile la velocità di rotazione a cui l'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza è ridotta al minimo, sono ottenute come illustrato nella Fig. 5. Successivamente, dalle relazioni illustrate nella Fig. 5, le costanti a, b e c nelle espressioni di calcolo di cui sopra per il coefficiente (espressione(4)) sono determinate con l'uso di vari approcci analitici(per esempio, a = 0,971, b = 0,003 e c = 0,045, o altra combinazione) .

Il dispositivo 10 di eliminazione di vibrazione, che mette in pratica il metodo di eliminazione di vibrazione come sopra descritto, monitorizza una vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante 3 in tempo reale con l'impiego dei sensori di vibrazione 2a a 2c, dell'unità di calcolo FFT 6 e dell'unità di calcolo parametrico 7; calcola la velocità di rotazione ottimale sulla base delle precedenti espressioni di calcolo (1) a (5) immediatamente dopo che è rivelata la vibrazione di chatter; e rende la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 uguale alla velocità di rotazione ottimale eliminando in tal modo l'amplificazione della vibrazione di chatter. Cioè, la velocità di rotazione ottimale è calcolata sulla base della vibrazione di chatter generata nell'albero rotante 3 quando effettivamente ruota, cosicché la velocità di rotazione ottimale possa essere calcolata immediatamente in modo più preciso. Di conseguenza, la vibrazione di chatter può essere effettivamente eliminata, e pertanto la precisione di finitura di una superficie lavorata può essere mantenuta di elevata qualità, all'utensile è evitata l'usura e lo scheggiamento.

Si dovrebbe notare che la configurazione relativa al dispositivo di vibrazione della presente invenzione non si limita ad un qualunque aspetto descritto nella precedente forma di realizzazione 1, ma le conformazioni riguardanti i mezzi di rivelazione, il dispositivo di controllo, il controllo della eliminazione della vibrazione eseguito nel dispositivo di controllo, e simile possono essere modificate in modo appropriato come necessario senza allontanarsi dall'ambito della presente invenzione.

Ad esempio, se le relazioni fra l'informazione di fase, il valore k e il coefficiente rappresentato dall'espressione (4) e illustrato nella Fig. 5 sono in modo appropriato verificate e determinate a seconda del tipo di macchina utensile, può essere ulteriormente migliorata la precisione. In altre parole, il calcolo del coefficiente non si limita affatto all'espressione (4) descritta nella precedente forma di realizzazione 1.

Inoltre, la precedente forma di realizzazione 1 è configurata per calcolare e ottenere il coefficiente sulla base dell'espressione (4); tuttavia, essa può essere configurata cosicché una pluralità di valori dei coefficienti siano memorizzati in via preliminare nel dispositivo di controllo in maniera da corrispondere al valore k e all'informazione di fase calcolati (vale a dire, l'espressione (4) può essere omessa).

Forma di realizzazione 2

Successivamente viene descritta un'altra forma di realizzazione della presente invenzione. Le configurazioni del dispositivo di eliminazione di vibrazione e dell'alloggiamento dell'albero rotante sono le stesse di quelle della forma di realizzazione 1, cosicché ne viene omessa una descrizione ripetuta. Il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter nel dispositivo di controllo 5 è descritto sulla base dello schema di flusso illustrato nella Fig. 7.

Dapprima, nell'unità di calcolo FFT 6, le analisi di Fourier sono condotte in relazione alle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate in modo continuo nelle posizioni dei sensori di vibrazione 2a a 2c durante la rotazione (S21). Quindi, sono calcolati (S22) l'accelerazione massima illustrata dal riferimento numerico 4 della Fig. 4 e l'associata frequenza (frequenza di chatter).

Quindi, nell'unità di calcolo parametrico 7, l'accelerazione massima calcolata nel precedente S22 e un predeterminato valore di soglia prefissato sono confrontati l'una con l'altro (S23). Quando l'accelerazione massima supera il valore di soglia, il valore k e l'informazione di fase sono calcolati in S24 sulla base della frequenza di chatter, del numero di lame di utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante 3 con l'impiego delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (3), con l'ipotesi che la vibrazione di chatter da eliminare sia generata nell'albero rotante 3.

Valore k = porzione intera del valore k', e - (2)

Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3)

dove si suppone che il numero di lame di utensile nell'espressione (1) sia fissato nell'unità di calcolo parametrico 7. Inoltre, la velocità di rotazione dell'albero rotante nell'espressione di calcolo (1) si riferisce ad una velocità di rotazione corrente (prima dell'ottimizzazione della velocità di rotazione).

Successivamente, in S25, l'informazione di fase ottenuta con l'espressione di calcolo (3) è confrontata con le costanti 1 e 2. Se l'informazione di fase è maggiore della costante 1 e minore della costante 2, il valore kl è calcolato in S26 sulla base di una espressione di modifica (1) con l'ipotesi che sia generata la vibrazione di chatter forzata. D'altro canto, se l'informazione di fase è fuori di questo intervallo, più piccola della costante di fissaggio, il valore kl è calcolato in S27 sulla base di un'espressione di modifica (2) nell'ipotesi che sia generata la vibrazione di chatter di tipo rigenerativo.

La condizione di determinazione in S25 è una condizione predeterminata per identificare il tipo di vibrazione di chatter.

Valore kl = valore k Costante 3 1 - Espressione di modifica (1)

Valore kl = valore k 1 - Espressione di modifica (2)

In aggiunta, dato che la costante 1 è 0, e la costante 2 è 0,1, la vibrazione di chatter forzata può essere scelta in maniera da distinguersi dalla vibrazione di chatter di tipo regenerativo. Inoltre, quando la costante 3 è fissata comunemente a 0,5 o a -0,5, la vibrazione di chatter forzata può essere eliminata in modo migliore. La selezione di ±(più o meno) corrisponde a quella dell'aumento o della diminuzione della velocità di rotazione.

Successivamente, in S28, è calcolata la velocità di rotazione ottimale sulla base della seguente espressione di calcolo (6) usando la frequenza di chatter, il numero di lame di utensile e il valore kl ottenuto in S26 o S27.

Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (Numero di lame di utensile x valore kl)— (6) Infine, in S29, la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 è variata con il dispositivo NC 8 così da essere uguale alla velocità di rotazione ottimale calcolata in maniera da impedire l'amplificazione della vibrazione di chatter, vale a dire eliminare la vibrazione di chatter.

Nella maniera di cui sopra, il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter è eseguito nel dispositivo di controllo 5.

Come sopra descritto, il dispositivo 10 di eliminazione di vibrazione secondo la forma di realizzazione 2 monitorizza la vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante 3 in tempo reale con l'impiego dei sensori di rotazione 2a a 2c, dell'unità di calcolo FFT 6 e dell'unità di calcolo parametrico 7. Quindi, il dispositivo 10 calcola la velocità di rotazione ottimale sulla base delle precedenti espressioni di calcolo (1) a (3) e (6) e delle espressioni di modifica (1) e (2) immediatamente dopo che è rivelata la generazione della vibrazione di chatter. Allora, la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 è resa uguale alla velocità di rotazione ottimale in maniera da eliminare l'amplificazione della vibrazione di chatter. In altre parole, la velocità di rotazione ottimale è calcolata sulla base della vibrazione di chatter generata nell'albero rotante 3 che è effettivamente fatto ruotare, cosicché la velocità di rotazione ottimale possa essere immediatamente calcolata in modo più preciso. In particolare, l'unità di calcolo parametrico 7 identifica il tipo di vibrazione di chatter generata e calcola la velocità di rotazione ottimale con un parametro che varia a seconda del tipo, così che la vibrazione di chatter forzata e la vibrazione di chatter di tipo rigenerativo, così che la vibrazione di chatter forzata e la vibrazione di chatter di tipo rigenerativo possono essere distinte chiaramente l'una dall'altra per ottenere immediatamente la velocità di rotazione ottimale per ciascuno dei casi. Ne deriva che diventa possibile eliminare la vibrazione di chatter. Di conseguenza, la precisione di finitura della superficie lavorata può essere mantenuta di elevata qualità e ci si può anche aspettare di eliminare l'usura dell'utensile e di impedirne lo scheggiamento. Nella forma di realizzazione 2, l'informazione di fase, il valore k, le costanti e simili, e le relazioni fra loro rappresentate dalle espressioni di calcolo (1) a (3) e (6) e dalle espressioni di modifica (1) e (2) possono in modo appropriato essere verificate e determinate a seconda del tipo di macchina utensile, così che possa essere ulteriormente migliorata la precisione .

Forma di realizzazione 3

Facendo riferimento alla Fig. 8, nell'unità 6 di calcolo FFT, le analisi di Fourier sono dapprima eseguite relativamente alle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate in modo continuo nelle posizioni dei sensori di vibrazione 2a a 2c durante la rotazione (S31), e sono calcolate (S32) l'accelerazione massima illustrata dal riferimento numerico 4 della Fig. 4 e l'associata frequenza (frequenza di chatter). Quindi, nell'unità di calcolo parametrico 7, l'accelerazione massima calcolata nel precedente S32 è confrontata con un predeterminato valore di soglia prefissato (S33), e se l'accelerazione massima supera il valore di soglia, il valore k e l'informazione di fase sono calcolati in S34 sulla base della frequenza di chatter, del numero di lame di utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante 3 con l'impiego delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (3), con l'ipotesi che la vibrazione di chatter da eliminare sia generata nell'albero rotante 3.

Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante), - (1)

Valore k = porzione intera del valore k', e - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3)

Successivamente, in S35, l'informazione di fase ottenuta con l'espressione di calcolo (3) è confrontata con una costante di fissaggio. Se l'informazione di fase è uguale alla costante di fissaggio o maggiore di essa, il valore kl è calcolato in S36 sulla base di una espressione di modifica (3). D'altro canto, se l'informazione di fase è più piccola della costante di fissaggio, il valore kl è calcolato in S37 sulla base di un'espressione di modifica (4).

Valore kl = valore k 1 -- Espressione di modifica (3) Valore kl = valore k -- Espressione di modifica (4) In aggiunta, se la costante di fissaggio è fissata comunemente a 0,5, è ridotta al minimo un'entità di variazione ella velocità di rotazione. Tuttavia, se il tasso di variazione della velocità di rotazione è piccolo, un limite inferiore di taglio nel diagramma dei limiti di stabilità può essere fatto cadere al di sotto e può generarsi la vibrazione di chatter di tipo rigenerativo, a seconda del verso in cui è variata la velocità di rotazione, cosicché è soltanto necessario confrontare il limite inferiore come costante di fissaggio con l'informazione di fase. In questo caso, viene preferibilmente scelta la costante di fissaggio di 0,75.

Successivamente, in S38, è calcolata la velocità di rotazione ottimale sulla base della seguente espressione di calcolo (6) usando la frequenza di chatter, il numero di lame di utensile e il valore kl ottenuto in S36 o S37.

Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (Numero di lame di utensile x valore kl)--(6) Infine, in S39, la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 è variata con il dispositivo NC 8 così da essere uguale alla velocità di rotazione ottimale calcolata in maniera da impedire l'amplificazione della vibrazione di chatter, vale a dire eliminare la vibrazione di chatter.

Nella maniera di cui sopra, il controllo di eliminazione della vibrazione di chatter.è eseguito nel dispositivo di controllo 5.

Come sopra descritto, il dispositivo 10 di eliminazione di vibrazione secondo la forma di realizzazione 3 monitorizza la vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante 3 con l'impiego dei sensori di rotazione 2a a 2c, dell'unità di calcolo FFT 6 e dell'unità di calcolo parametrico 7 in tempo reale. Quindi, il dispositivo 10 calcola la velocità di rotazione ottimale sulla base delle precedenti espressioni di calcolo (1) a (3) e (6) e delle espressioni di modifica (3) e (4) immediatamente dopo che è rivelata la generazione della vibrazione di chatter, e rende la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 uguale alla velocità di rotazione ottimale in maniera da eliminare l'amplificazione della vibrazione di chatter. Cioè, la velocità di rotazione ottimale è calcolata sulla base della vibrazione di chatter generata nell'albero rotante 3 che è effettivamente fatto ruotare, cosicché la velocità di rotazione ottimale possa essere immediatamente calcolata in modo più preciso. In particolare, l'unità di calcolo parametrico 7 confronta l'informazione di fase con la costante di fissaggio e calcola la velocità di rotazione ottimale con un parametro che varia a seconda del risultato del confronto. Ne deriva che diventa possibile eliminare la vibrazione di chatter in breve tempo. Di conseguenza, la precisione di finitura della superficie lavorata può essere mantenuta di elevata qualità e ci si può anche aspettare di eliminare l'usura dell'utensile e di impedirne lo scheggiamento. Le Figg. 9 e 10 sono grafici che illustrano gli effetti di eliminazione delle frequenze di chatter (frequenze di vibrazione di chatter) per i casi in cui sono impiegati un dispositivo convenzionale di eliminazione di vibrazione che non utilizza la presente invenzione e, rispettivamente, il dispositivo di eliminazione di vibrazione della presente invenzione. Nel caso della Fig. 9, la velocità di rotazione è notevolmente modificata da 6800 min<'1>a 6250 min<'1>, e pertanto serve molto tempo per eliminare la vibrazione di chatter. D'altro canto, nel caso della Fig. 10, la velocità di rotazione cambia rapidamente da 6800 min<'1>a 7000 min<'1>per raggiungere la velocità di rotazione ottimale, e pertanto l'accelerazione massima G può essere diminuita più rapidamente che nei tempi della Fig. 9 in maniera da eliminare la vibrazione di chatter in breve tempo. Nella precedente forma di realizzazione 3, per esempio, l'informazione di fase, il valore k, la costante di fissaggio e simili, e le relazioni fra loro rappresentate dalle espressioni di calcolo (1) a (3) e (6) e dalle espressioni di modifica (3) e (4) possono essere in modo appropriato verificate e determinate a seconda del tipo di macchina utensile cosicché possa essere ulteriormente migliorata la precisione.

Relativamente alla velocità di rotazione ottimale calcolata a partire dal precedente valore kl, può essere presa, invece della procedura in S35 a S38, una procedura così da calcolare due velocità di rotazione ottimali rispettivamente dal valore k e dal valore k 1 nell'espressione di calcolo (6); sulla base delle differenze fra le due velocità di rotazione ottimali e una velocità di rotazione corrente, selezionare come velocità di rotazione ottimale una delle due velocità di rotazione ottimali, che ha una minore entità di variazione di velocità di rotazione; e modificare la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 in essa nel dispositivo NC 8 per eliminare la vibrazione di chatter .

Inoltre, ciascuna delle precedenti forme di realizzazione è atta a eseguire il controllo relativo alla soppressione della vibrazione di chatter usando un pinnacolo avente il massimo valore della accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza ottenuto dal risultato delle analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rivelate dai mezzi di rivelazione; tuttavia, la velocità di rotazione ottimale può essere calcolata usando una pluralità di pinnacoli (ad esempio, tre) aventi valori di accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza più elevati di quelli del resto, in maniera da migliorare ulteriormente l'effetto di eliminazione sulla vibrazione di chatter.

Ulteriormente, la forma di realizzazione di cui sopra è rispettivamente configurata per rivelare le accelerazioni vibrazionali dell'albero rotante con i mezzi di rivelazione, e calcolare la velocità di rotazione ottimale sulla base delle accelerazioni vibrazionali rivelate; tuttavia, può essere realizzata una configurazione tale che i mezzi di rivelazione rivelino uno spostamento o pressione sonora dovuti alla vibrazione, e la velocità di rotazione ottimale è calcolata sulla base dello spostamento o pressione sonora rivelati.

Inoltre ancora, la forma di realizzazione di cui sopra è rispettivamente configurata per rivelare la vibrazione dell'albero rotante della macchina utensile quale un così detto centro di lavorazione in cui è fatto ruotare l'utensile; tuttavia, una configurazione può essere realizzata cosicché sia rivelata la vibrazione del pezzo in lavorazione o in vicinanza di esso, che corrisponde ad un lato non rotante (lato fisso). Ancora, la presente invenzione è applicabile ad una macchina utensile quale un tornio in cui il pezzo in lavorazione è fatto ruotare, e in tal caso possono essere rivelate una vibrazione su un lato di un mandrino principale, che corrisponde all'albero rotante e che sostiene il pezzo, oppure una vibrazione dell'utensile, che corrisponde al lato fisso. In aggiunta, si dovrebbe comprendere che le posizioni di attacco, il numero degli attacchi e simili dei mezzi di rivelazione possono essere modificati in modo appropriato a seconda del tipo, della dimensione o simile della macchina utensile.

Una forma di realizzazione per mettere in pratica il metodo di eliminazione della vibrazione della presente invenzione non si limita al dispositivo di eliminazione della vibrazione di ciascuna delle precedenti forme di realizzazione. Ad esempio, le precedenti forme di realizzazione sono configurate cosicché nel dispositivo di controllo, il dispositivo NC controlli automaticamente la velocità di rotazione dell'albero rotante quando la velocità di rotazione ottimale è calcolata con l'unità di calcolo FFT e l'unità di calcolo parametrico, in maniera da eseguire il passo di calcolo del calcolo della velocità di rotazione ottimale e il passo di controllo del controllo dell'albero rotante alla velocità di rotazione ottimale; tuttavia, invece di tale configurazione, esso può essere modificato così che, ad esempio, la velocità di rotazione ottimale ottenuta con l'unità di calcolo FFT sia visualizzata una volta su di una parte di visualizzazione per informare l'operatore, e l'operatore esegue un'operazione di immissione nel dispositivo NC in maniera da variare la velocità di rotazione dell'albero rotante nella velocità di rotazione ottimale. Cioè, può essere eseguita qualunque modifica senza allontanarsi dall'ambito della presente invenzione .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile, comprendente: un albero rotante (3) per far ruotare un utensile oppure un pezzo in lavorazione; mezzi di rivelazione per rivelare una vibrazione nel dominio del tempo dovuta all'albero rotante (3) che ruota ; mezzi di calcolo per calcolare una frequenza di chatter ed una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rivelata dai mezzi di rivelazione, e calcolare una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante (3) capace di eliminare una vibrazione di chatter sulla base di un predeterminato parametro quando la calcolata vibrazione nel dominio della frequenza supera un predeterminato valore di soglia; e mezzi di controllo della velocità di rotazione per far ruotare l'albero rotante (3) alla velocità di rotazione ottimale calcolata mediante i mezzi di calcolo, in cui la vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante (3) è eliminata.
2. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di calcolo calcolano la velocità di rotazione ottimale con l'impiego di un valore k e di un'informazione di fase calcolati sulla base di almeno le sotto menzionate espressioni (1) a (3) come predeterminato parametro: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3)
3. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi di calcolo memorizzano in via preliminare una pluralità di coefficienti corrispondenti al valore k e all'informazione di fase calcolati mediante le espressioni (1) a (3), selezionano uno dei coefficienti sulla base del valore k calcolato e dell'informazione di fase calcolata, e calcolano la velocità di rotazione ottimale con l'impiego del coefficiente specifico.
4. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di calcolo identificano il tipo di vibrazione chatter generata sulla base di una predeterminata condizione nel calcolo della velocità di rotazione ottimale, e calcolano la velocità di rotazione ottimale variando il predeterminato parametro a seconda del tipo identificato di vibrazione chatter.
5. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 4, in cui i mezzi di calcolo calcolano la velocità di rotazione ottimale sulla base delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (4) derivanti il predeterminato parametro, identificano il tipo di vibrazione chatter dall'informazione di fase calcolata sulla base dell'espressione di calcolo (3) e variano un valore kl nell'espressione di calcolo (4) sulla base della condizione predeterminata: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3) Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x valore kl)-(4).
6. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 5, in cui i mezzi di calcolo determinano la vibrazione di chatter in vibrazione di chatter forzata quando 1'informazione di fase ottenuta mediante l'espressione di calcolo (3) ha un valore vicino a 0, aggiungono 0,5 oppure -0,5 all'informazione di fase per ottenere il valore kl e calcolano la velocità di rotazione ottimale a partire dall'espressione di calcolo (4).
7. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di calcolo calcolano la velocità di rotazione ottimale cosicché un'entità di variazione di velocità di rotazione è ridotta al minimo variando il predeterminato parametro sulla base della condizione predeterminata, nel calcolo della velocità di rotazione ottimale .
8. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 7, in cui i mezzi di calcolo calcolano la velocità di rotazione ottimale sulla base delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (4) derivanti dal predeterminato parametro, confrontano l'informazione di fase calcolata sulla base dell'espressione di calcolo (3) con una predeterminata costante di fissaggio e variano un valore k nell'espressione di calcolo (4) sulla base del risultato del confronto: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3) Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x valore k)— (4).
9. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di calcolo aggiungono 1 al valore k nell'espressione di calcolo (4) per calcolare la velocità di rotazione ottimale quando l'informazione di fase è uguale ad una predeterminata costante di fissaggio 0,5 o maggiore di essa.
10. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di calcolo aggiungono 1 al valore k nell'espressione di calcolo (4) per calcolare la velocità di rotazione ottimale quando l'informazione di fase è uguale ad una predeterminata costante di fissaggio 0,75 o maggiore di essa.
11. Dispositivo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di calcolo calcolano la velocità di rotazione ottimale avente un'entità di variazione di velocità di rotazione ridotta al minimo calcolando due velocità di rotazione ottimali rispettivamente per i casi in cui il valore k nell'espressione di calcolo (4) è k e k 1, e selezionando una delle due velocità di rotazione ottimali che ha una minore differenza dalla velocità di rotazione corrente.
12. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile dotata di un albero rotante (3) per far ruotare un utensile oppure un pezzo in lavorazione, il metodo di eliminazione di vibrazione comprendendo: un passo di rivelazione della rivelazione di una vibrazione nel dominio del tempo dovuta all'albero rotante (3) che ruota; un passo di calcolo del calcolo di una frequenza di chatter e di una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rivelata nel passo di rivelazione, e di calcolo di una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante (3) capace di eliminare una vibrazione di chatter sulla base di un predeterminato parametro quando la calcolata vibrazione nel dominio della frequenza supera un predeterminato valore di soglia; e un passo di controllo della rotazione dell'albero rotante (3) alla velocità di rotazione ottimale calcolata nel passo di calcolo, in cui la vibrazione di chatter generata durante la rotazione dell'albero rotante (3) è eliminata.
13. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui nel passo di calcolo è calcolata la velocità di rotazione ottimale con l'impiego di un valore k e di un'informazione di fase calcolati sulla base di almeno le sotto menzionate espressioni (1) a (3) come predeterminato parametro: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3)
14. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 13, in cui nel passo di calcolo è preliminarmente memorizzata una pluralità di coefficienti corrispondenti al valore k e all'informazione di fase calcolati mediante le espressioni (1) a (3), è selezionato uno dei coefficienti sulla base del valore k calcolato e dell'informazione di fase calcolata, ed è calcolata la velocità di rotazione ottimale con l'impiego del coefficiente specifico.
15. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui nel passo di calcolo è identificato il tipo di vibrazione chatter generata sulla base di una predeterminata condizione nel calcolo della velocità di rotazione ottimale, e viene calcolata la velocità di rotazione ottimale variando il predeterminato parametro a seconda del tipo identificato di vibrazione chatter.
16. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 15, in cui nel passo di calcolo è calcolata la velocità di rotazione ottimale sulla base delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (4) derivanti dal predeterminato parametro, è identificato il tipo di vibrazione chatter dall'informazione di fase calcolata sulla base dell'espressione di calcolo (3) e viene variato un valore kl nell'espressione di calcolo (4) sulla base della condizione predeterminata: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3) Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x valore kl)-(4).
17. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 16, in cui nel passo di calcolo è determinata la vibrazione di chatter in vibrazione di chatter forzata quando l'informazione di fase ottenuta mediante l'espressione di calcolo (3) ha un valore vicino a 0, viene aggiunto 0,5 oppure -0,5 all'informazione di fase per ottenere il valore kl e viene calcolata la velocità di rotazione ottimale a partire dall'espressione di calcolo (4).
18. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui nel passo di calcolo è calcolata la velocità di rotazione ottimale cosicché un'entità di variazione di velocità di rotazione è ridotta al minimo variando il predeterminato parametro sulla base della condizione predeterminata, nel calcolo della velocità di rotazione ottimale .
19. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 18, in cui nel passo di calcolo è calcolata la velocità di rotazione ottimale sulla base delle seguenti espressioni di calcolo (1) a (4) derivanti il predeterminato parametro, è confrontata l'informazione di fase calcolata sulla base dell'espressione di calcolo (3) con una predeterminata costante di fissaggio e viene variato un valore k nell'espressione di calcolo (4) sulla base del risultato del confronto: Valore k' = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante (3)), ---(1) Valore k = porzione intera del valore k', - (2) Informazione di fase = valore k' - valore k, - (3) Velocità di rotazione ottimale = 60 x frequenza di chatter / (numero di lame di utensile x valore k)-(4).
20. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 19, in cui nel passo di calcolo la velocità di rotazione ottimale è calcolata aggiungendo 1 al valore k nell'espressione di calcolo (4) quando l'informazione di fase è uguale ad una predeterminata costante di fissaggio 0,5 o maggiore di essa.
21. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 19, in cui nel passo di calcolo la velocità di rotazione ottimale è calcolata aggiungendo 1 al valore k nell'espressione di calcolo (4) quando l'informazione di fase è uguale ad una predeterminata costante di fissaggio 0,75 o maggiore di essa.
22. Metodo di eliminazione di vibrazione per macchina utensile secondo la rivendicazione 19, in cui nel passo di calcolo è calcolata la velocità di rotazione ottimale avente un'entità di variazione di velocità di rotazione ridotta al minimo calcolando due velocità di rotazione ottimali rispettivamente per i casi in cui il valore k nell'espressione di calcolo (4) è k e k 1, e selezionando una delle due velocità di rotazione ottimali che ha una minore differenza dalla velocità di rotazione corrente.