TWI626111B - 切削加工轉速調整裝置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種切削加工轉速調整裝置，其可包含複數個訊號感測模組及訊號擷取模組及訊號處理模組。各個訊號感測模組可量測切削加工機進行切削加工時產生的振動訊號，直到切削加工結束。訊號擷取模組可擷取該些振動訊號。訊號處理模組可根據該些振動訊號執行位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的位移傳遞率，並可根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數，再根據該些系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析，以計算切削加工機的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉。其中，訊號處理模組可重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束。

Description

切削加工轉速調整裝置及其方法
本發明係有關於一種切削加工轉速調整裝置，特別是一種能即時調整轉速的切削加工轉速調整裝置。本發明還涉及此切削加工轉速調整裝置的轉速調整方法。
切削加工機，如CNC車床、銑床等等，是目前工業上常用的機械，而在對工件進行切削加工的過程中，經常會產生顫振的情況，如此會造成工件的表面粗糙度不佳。因此，使用者需要設法避免顫振的情況產生，藉此保證切削穩定度及加工精度的提升。
一般而言，偵測切削加工機產生的顫振主要有兩種方式：(1)預測型顫振：使用者需使用衝擊鎚敲擊工具機主軸及刀具端以獲得系統特徵參數，進而繪製顫振穩定界線圖以選擇具穩定切削之轉速進行切削加工。然而，這種方式需於工具機靜止時進行，且這種方式是假設整個切削加工均為理想切削狀態，故其與實際執行切削加工時的之系統特徵參數間會有些許差異，其中，最大差異為切削阻抗(工件阻抗)；(2)迴避型顫振：在工具機進行加工時，使用者可即時透過感測器量測並分析切削加工機加工過程中所產生之各種訊號，並進行分析判斷是否即將發生顫振，一旦判斷當前切削轉速發生顫振時則立即調變切削加工機之轉速以避免顫振。然而，這種方式無法得知切削加工機之主軸最佳切削轉速，對於轉速的調變程度更無客觀 之標準，且由於顫振已發生，工件的加工精度已降低。由上述可知，上述二種習知技藝之方式均無法保證工件能具有較高的加工精度。
此外，目前已經有一種切削加工參數估測之方法，此方法需先選定一切削轉速調變範圍，並在該範圍內不斷更換轉速進行試切，接著透過操作模態分析法取得其系統動態參數，並依此繪製顫振穩定界線圖以獲得該範圍內之最佳切削轉速，爾後以該最佳切削轉速搭配不同的切削深度再次進行試切，於該試切過程中量測振動訊號並進行訊號處理以取得振動訊號特徵，並將該振動訊號特徵與預設門檻值比對以決定是否發生切削顫振，以找出最佳深度。
然而，由於切削加工機，如銑床，於切削加工過程中其刀具與工件表面所接觸的面積及刀具移動的路徑等工況均會不斷改變，因此最佳切削轉速也會一直變化，而上述的方法僅能在一開始進行試切時決定最佳切削轉速，無法即時根據刀具狀況與工況的改變來調整主軸的轉速，因此工件的加工精度無法得到有效地提升。
此外，由於上述的方式需要進行試切，然而，部份工件價格極為昂貴，因此若是透過試切的方式來找到最佳切削轉速則將耗費極高的成本，並無法符合實際上應用的需求，故應用範圍將受到限制。
因此，如何提出一種切削加工轉速調整裝置及方法，使能有效改善習知技藝之應用範圍受限的問題已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種切削加工轉速調整裝置及方法，以解決習知技藝之應用範圍受限的問題。
根據本發明之其中一目的，提出一種切削加工轉速調整裝置，其可包含複數個訊號感測模組及訊號擷取模組及訊號處理模組。各個訊號感測模 組可量測切削加工機進行切削加工時產生的振動訊號。訊號擷取模組可擷取該些振動訊號。訊號處理模組可根據該些振動訊號執行位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的位移傳遞率，並可根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數，再根據該些系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析，以計算切削加工機的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉。其中，訊號處理模組可重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束。
在一較佳的實際例中，位移傳遞率分析可包含功率頻譜密度函數分析。
在一較佳的實際例中，該些系統動態參數可包含切削加工機的自然頻率及模態阻尼比。
在一較佳的實際例中，切削加工機可包含主軸基座、主軸、刀具及刀把，主軸可設置於主軸基座上，刀把可設置於主軸上，而刀具可設置於刀把上。
在一較佳的實際例中，訊號處理模組可根據位移傳遞率執行曲線擬合，以獲得曲線峰值，並根據曲線峰值計算自然頻率。
在一較佳的實際例中，該些訊號感測模組可設置於主軸上。
在一較佳的實際例中，該訊號處理模組可根據自然頻率執行數值分析，以獲得模態阻尼比。
根據本發明之其中一目的，再提出一種切削加工轉速調整方法，其可包含下列步驟：透過複數個訊號感測模組持續量測切削加工機進行切削加工時產生的振動訊號；經由訊號擷取模組擷取該些振動訊號；由訊號處理模組根據該些振動訊號執行位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的位移傳遞率；經由訊號處理模組根據位移傳遞率執行頻率響應擬合， 以獲得複數個系統動態參數；透過訊號處理模組根據該些系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工機的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉；以及由訊號處理模組重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束。
在一較佳的實際例中，位移傳遞率分析可包含功率頻譜密度函數分析。
在一較佳的實際例中，該些系統動態參數可包含切削加工機的自然頻率及模態阻尼比。
在一較佳的實際例中，切削加工轉速調整方法更可包含下列步驟：由訊號處理模組根據位移傳遞率執行曲線擬合，以獲得曲線峰值，並根據曲線峰值計算自然頻率。
在一較佳的實際例中，切削加工轉速調整方法更可包含下列步驟：經由訊號處理模組根據自然頻率執行數值分析，以獲得該模態阻尼比。
承上所述，依本發明之切削加工裝置及其切削加工方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以精確地計算切削加工裝置的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉，使工件能在保證精度的前提下提升加工效率。
(2)本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工裝置的最佳切削轉速以避免顫振的情況，因此切削加工裝置在穩定不產生顫振的情況下對工件進行切削加工，使工件的加工品質提升。
(3)本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可重覆執行位 移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束，因此即使在切削加工裝置之刀具與工件表面所接觸的面積及刀具移動路徑改變等不同的工況下，仍可確保切削加工裝置之主軸在整個切削加工的過程中都能保持在最佳切削轉速，以進一步提升工件的加工精度。
(4)本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以獲得切削加工裝置的最佳切削轉速，因此不需要進行試切程序，故可應用於價格昂貴的工件，應用範圍更為廣泛。
(5)本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析等等步驟，而上述的步驟可在不同切削參數(如刀刃進給量、切削深度及切削寬度等等)與不同的工件材料性質下皆能取得最佳切削轉速，使工件加工精度提升，故使用上更具彈性。
1、2‧‧‧切削加工轉速調整裝置
11‧‧‧訊號處理模組
12‧‧‧訊號擷取模組
13‧‧‧訊號感測模組
3‧‧‧切削加工機
31‧‧‧主軸基座
32‧‧‧主軸
33‧‧‧刀把
34‧‧‧刀具
21‧‧‧電腦
22‧‧‧振動訊號擷取器
23‧‧‧振動訊號感測器
VC‧‧‧振動訊號
BR‧‧‧最佳切削轉速
P‧‧‧工件
S21~S26、S41~S49‧‧‧步驟流程
第1圖 係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第一實施例之方塊圖。
第2圖 係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第一實施例之流程圖。
第3圖 係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之示意圖。
第4圖 係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之流程圖。
第5圖至第14圖 係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之實驗數據圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之切削加工轉速調整裝置及其方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標 示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第一實施例之方塊圖。如圖所示，切削加工轉速調整裝置1可包含複數個訊號感測模組13及訊號擷取模組12及訊號處理模組11。
各個訊號感測模組13可為振動訊號感測器或其它類似的裝置，其可持續量測切削加工機3進行切削加工時產生的振動訊號VC，直到切削加工結束。
訊號擷取模組12可為訊號擷取器或其它類似的裝置，其可擷取該些振動訊號VC。
訊號處理模組11可為電腦或其它各種可執行運算功能的裝，其可根據該些振動訊號VC執行位移傳遞率分析，其中可包含功率頻譜密度函數分析，以獲得該些訊號感測模組13之間的位移傳遞率。
接著，訊號處理模組11可根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數。該些系統動態參數可包含切削加工機3的自然頻率及模態阻尼比；其中，訊號處理模組11可根據位移傳遞率執行曲線擬合，以獲得曲線峰值，並可根據曲線峰值計算自然頻率，而訊號處理模組11可根據自然頻率執行數值分析，以獲得模態阻尼比。
然後，訊號處理模組11可根據該些系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析，以計算切削加工機3的最佳切削轉速BR，並使切削加工機3以最佳切削轉速運轉BR。
而在整個切削加工中，訊號處理模組11可重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速BR直到切削加工結束。本實施例之切削加工轉速調整裝置1可直接整合於切削加工機3中，或為一個獨立的裝置。
切削加工機3，如銑床等，由於其刀具在在切削加工的過程中需要在工件的表面以一定的切削深度移動，因此其移動路徑及刀具與工件接觸的面積等工況會不斷改變，當這些工況改變時，切削加工機3的各個系統動態參數可能產生變化，故切削加工機3的主軸此時所使用的切削轉速可能已經不是最佳切削轉速。
而在本實施例中，訊號處理模組11可在整個切削加工中重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速BR直到切削加工結束，因此即使工況改變導致切削加工機3的各個系統動態參數產生變化，切削加工機3的主軸仍然能一直透過調整切削轉速使其在整個切削加工中保持最佳切削轉速BR，因此可確保工件有最高的加工精度。
請參閱第2圖，其係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第一實施例之流程圖。本實施例可包含下列步驟：
在步驟S21中，透過複數個訊號感測模組持續量測切削加工機進行切削加工時產生的振動訊號，直到切削加工結束。
在步驟S22中，經由訊號擷取模組擷取該些振動訊號。
在步驟S23中，由訊號處理模組根據該些振動訊號執行位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的位移傳遞率。
在步驟S24中，經由訊號處理模組根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數。
在步驟S25中，透過訊號處理模組根據該些系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工機的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉。
在步驟S26中，由訊號處理模組重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應 擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束。
值得一提的是，習知技藝無法精確地估測切削加工機在對工件執行切削加工時的最佳切削轉速，因此無法保證工件能具有較高的加工精度。相反的，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以精確地計算切削加工裝置的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉，使工件能在保證精度的前提下提升加工效率。
由於切削加工過程中刀具與工件表面所接觸的面積及刀具移動的路徑等工況均會不斷改變，因此最佳切削轉速也會一直變化，習知技藝無法即時調整切削加工機之切削轉速，使其在整個作業中保持最佳切削轉速，因此無法達到較高的加工精度。相反的，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束，因此即使切削加工裝置之刀具與工件表面所接觸的面積及刀具移動路徑改變等不同的工況下，仍可確保切削加工裝置之主軸在整個切削加工的過程中都能保持在最佳切削轉速，以進一步提升工件的加工精度。
又，習知技藝需要進行試切的步驟，然而，部份工件價格極為昂貴，因此若是透過試切的方式來找到最佳切削轉速會耗費極高的成本，並無法符合實際上應用的需求，故應用範圍受到很大的限制。本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以獲得切削加工裝置的最佳切削轉速，因此不需要進行試切程序，故可應用於價格昂貴的工件，應用範圍更為廣泛。
此外，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工裝置的最佳切削轉 速以避免顫振的情況，因此切削加工裝置在穩定不產生顫振的情況下執行對工件進行切削加工，使工件的加工品質提升。
再者，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析等等步驟，而上述的步驟可在不同切削參數(如刀刃進給量、切削深度及切削寬度等等)與不同的工件材料性質下皆能取得最佳切削轉速，使工件加工精度提升，故使用上更具彈性。由上述可知，本發明實具進步性之專利要件。
請參閱第3圖，其係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之示意圖。如圖所示，切削加工轉速調整裝置2可包含複數個振動訊號感測器23及振動訊號擷取器22及電腦21。切削加工轉速調整裝置2可與切削加工機3連結；其中，切削加工機3可包含主軸基座31、主軸32、刀把33及刀具34；主軸32可設置於主軸基座31上，刀把34可設置於主軸32上，而刀具34可設置於刀把33上。
各個振動訊號感測器23可設置於切削加工機3的主軸32上不同的位置；其中一個振動訊號感測器23可設置於位置i，另一個振動訊號感測器23可設置於位置j，以持續量測切削加工機3對工件P進行切削加工時產生的振動訊號，直到切削加工結束。
振動訊號擷取器22可擷取該些振動訊號感測器23量測到的振動訊號，並傳送至電腦21。
電腦21可根據該些振動訊號執行位移傳遞率分析，其中可包含功率頻譜密度函數分析，以獲得該些振動訊號感測器23之間的位移傳遞率。
位移傳遞率T ij (s)可定義為：
其中，i及j分別表示安裝於不同位置的振動訊號感測器23，G jj (s)為由位置j的振動訊號感測器23所量測到的振動訊號之自功率頻譜密度函數；G ij (s)為分別由位置i及j的振動訊號感測器23所量測到的振動訊號之交叉功率頻譜密度函數。針對一具有N自由度之系統，式(1)中之T ij (s)可表示為：
其中，k表示不同之外力激振，F為輸入的外力，H為系統之轉移函數(或稱為頻率響應函數)，其定義為：
其中，為模態向量，L為模態參與量，λ為系統的極點(Poles)，當iω接近系統之極點時將發生共振，此時式(2)將變為：
由式(4)可以看出外力可以抵消，因此位移傳遞率與外力無關，說明當共振發生時兩個不同外力激振之位移傳遞率相減其差值應接近於0，可表示如下：
其中，k、l表示兩個不同之外力激振。
接著，電腦21可根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數，其可包含切削加工機3的自然頻率及模態阻尼比。
電腦21可執行頻率響應擬合，其中，電腦21可根據位移傳遞率執行曲線擬合，以獲得曲線峰值，並可根據曲線峰值計算自然頻率，即將式(5)取倒數，即可於系統之峰值得知主軸32及刀具34之自然頻率。為求 得模態阻尼比，將式(5)之倒數改寫為多項式形式如下：
其中，Ω j (ω)=e (-iωTs)m 為離散時間基底函數的模型，T s 為訊號採樣週期，m為鑑別階數，n為鑑別階數之總數，B km 與A m 分別為多項式之分子與分母之係數，k則代表鑑別數據的樣本數。將B km 與A m 整理成矩陣形式θ：
其中， 接著透過非線性最小平方法估測頻率響應函數之係數，並計算每一筆鑑別數據其各頻率之誤差值ε k ：
其中，W k (ω f )為權重函數，其可表為：
為使該誤差值ε k 最小，對式(8)進行偏微分計算其梯度，即可估算得分母係數α。計算α之伴隨矩陣其特徵值，並透過數值分析求得主軸32及刀具34端之系統之極點，並代入所求之自然頻率後即可估測主軸32及刀具34之系統之模態阻尼比ξ：
然後，電腦21可根據自然頻率及模態阻尼比等系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析，以計算切削加工機3的最佳切削轉速。
其中，顫振穩定方程式可表示為：
其中，f c =ω c /2π表示為顫振頻率，Ω為主軸32轉速(RPS)，N為刀具34旋轉一圈刻印在工件P上的切削波紋數，δ為切削波紋數。當δ為0或2π時代表當前切削波紋與前次切削波紋間之相位差為0，此時為穩定切削狀態，意即切削顫振未發生。式(13)中k c 為切削剛性，R(ω c )為主軸32及刀具34之系統頻率響應函數，b lim 為臨界切削深度。將式(12)修改為：
其中，k為主軸32及刀具34之系統剛性，透過式(11)、式(12)、式(14)即可繪製系統於不同外力激振頻率下之顫振穩定界線圖，電腦21可根據顫振穩定界線圖以計算切削加工機3的最佳切削轉速，並使切削加工機3以最佳切削轉速BR運轉。
電腦21可判定切削加工是否已完成，若持續透過振動訊號擷取器22接收到該些振動訊號感測器23量測的振動訊號，則表示切削加工未完成；此時，電腦21可再次執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以獲得最佳切削轉速，並以此最佳切削轉速取代目前切削轉速，而電腦21會重覆執行上述步驟。直到電腦21未透過振動訊號擷取器22接收到該些振動訊號感測器23量測的振動訊號，電腦21則可判定切削加工結束，而停止執行上述步驟。
由上述可知，電腦21可在整個切削加工中重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速，並不斷即時計算更新最佳切削轉速，以取代目前的切削轉速，直到切削加工結束，因此即使工況改變，切削加工機3的主軸32仍然能一直透過調整轉速使其在整個切削加工中保持最佳切削轉速，因此可確保工件P有最高的加工精度。
本實施例之切削加工轉速調整裝置2可直接整合於切削加工機3中，或為一個獨立的裝置，均應包含在本發明之申請專利範圍中。
請參閱第4圖，其係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之流程圖。本實施例可包含下列步驟：
在步驟S41中，切削加工開始，並進入步驟S42。
在步驟S42中，振動訊號感測器量測切削加工機的振動訊號，並進入步驟S43。
在步驟S43中，振動訊號擷取器擷取振動訊號，並進入步驟S44。
在步驟S44中，電腦根據振動訊號執行位移傳遞率分析，以獲得該些振動訊號感測器之間的位移傳遞率，並進入步驟S45。
在步驟S45中，電腦根據位移傳遞率執行頻率響應擬合，以獲得切削加工機之主軸及刀具的自然頻率及模態阻尼比，並進入步驟S46。
在步驟S46中，電腦根據自然頻率及模態阻尼比執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工機之主軸之最佳切削轉速，並進入步驟S47。
在步驟S47中，電腦以最佳切削轉速取代切削加工機之主軸之目前切削轉速，並繼續執行切削加工，並進入步驟S48。
在步驟S48中，電腦判斷切削加工是否結束？若是，則進入步驟S49；若否，則回到步驟S42。
在步驟S49中，切削加工結束。
請參閱第5圖至第14圖，其係為本發明之切削加工轉速調整裝置之第二實施例之實驗數據圖。第5圖至第14圖以實際的實驗數據來證明第二實施例之切削加工轉速調整裝置2所能達到的功效。
首先對切削加工機3(本實施例為銑床)於靜止時透過模態敲擊實驗取得主軸32及刀具34之自然頻率與模態阻尼比等系統動態參數，進而繪製顫振穩定界線圖，如第5圖所示。本實施例分別選擇6850RPM、7110RPM及7375RPM作為切削轉速進行切削加工，其中，6850RPM及7375RPM為模態敲擊實驗所提供之最佳切削轉速，上述三個轉速均為利用習知技藝之方法獲得。
接著，第二實施例之切削加工轉速調整裝置2及其轉速調整方法進行切削加工，其中以7375RPM作為預設切削轉速進行切削加工；第6圖及第7圖分別為7375RPM預設切削轉速下，電腦21執行位移傳遞率分析及頻率響應擬合所得之X、Y方向之擬合頻率響應函數，其峰值代表自然頻率，+記號代表自然頻率之相應的模態阻尼比，然後，電腦21再根據主軸32及刀具34之自然頻率與模態阻尼比執行顫振穩定界線圖分析繪製X、Y方向顫振穩定界線圖，如第8圖所示；電腦21根據顫振穩定界線圖判斷7422RPM為當前之最佳切削轉速，並以此最佳切削轉速7422RPM切削加工機運轉以進行切削加工。
電腦21判斷切削加工是否結束，並判定切削加工未結束，故電腦21再次執行位移傳遞率分析及頻率響應擬合以獲得於7422RPM轉速下之X、Y方向擬合頻率響應函數，並計算主軸32及刀具34之自然頻率與模態阻尼比，如第9圖及第10圖所示。
接著，電腦21再次根據主軸32及刀具34之自然頻率與模態阻尼比執行顫振穩定界線圖以更新顫振穩定界線圖，如第11圖所示；電腦21根據 顫振穩定界線圖判斷以7498RPM為最佳切削轉速取代當前之最佳切削轉速7422RPM，並繼續進行切削加工。
電腦21判斷切削加工是否結束，並判定切削加工已結束。當然，在本實施例中為了方便舉例說明，切削加工在最佳切削轉速更新二次後即結束，然而，在實際的應用上，最佳切削轉速可不斷更新多次，直到切削加工結束。
本實施例以下列三種方式分別對本實施例之切削加工轉速調整裝置2及其轉速調整方法與習知技藝進行比較：(1)主軸32之振動量，於主軸32上安裝振動量測裝置，用以量測並不同切削轉速下之主軸32之振動量；(2)切削加工過程產生之音量，於主軸32旁安裝聲音量測裝置，用以量測不同切削轉速下之音量；(3)工件P之表面波紋，即觀察工件P於不同切削轉速加工下其表面粗糙度之優劣情形。
第12圖所示為主軸振動量驗證結果，而第13圖所示為切削加工產生之音量驗證結果。第12圖及第13圖顯示當切削轉速設定由習知技藝之方法所提供之6850RPM、7110RPM及7375RPM，調變至透過本實施例之方法所得到的最佳切削轉速，7422RPM及7498RPM後，其主軸32之振動量與切削加工過程產生之音量均有明顯遞減，且隨調變次數增加而減少，此表示切削加工過程隨著最佳切削轉速的自動調變而變得更趨穩定。
如第14圖所示，工件P之表面粗糙度，顯示最後調變之7498RPM之最佳切削轉速所得之工件P表面較習知技藝提供之轉速具有更良好的表面粗糙度。
綜上所述，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以精確地計算切削加工裝置的最佳切削轉速，並使切削加工機以最佳切削轉速運轉，使工件能在保證精 度的前提下提升加工效率。
本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可根據其系統動態參數執行顫振穩定界線圖分析以計算切削加工裝置的最佳切削轉速以避免顫振的情況，因此切削加工裝置在穩定不產生顫振的情況下對工件進行切削加工，使工件的加工品質提升。
又，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可重覆執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以更新最佳切削轉速直到切削加工結束，因此即使在切削加工裝置之刀具與工件表面所接觸面積及刀具移動路徑改變等不同的工況下，仍可確保切削加工裝置之主軸在整個切削加工的過程中都能保持在最佳切削轉速，以進一步提升工件的加工精度。
此外，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析以獲得切削加工裝置的最佳切削轉速，因此不需要進行試切程序，故可應用於價格昂貴的工作，應用範圍更為廣泛。
再者，本發明之一實施例中，切削加工裝置之訊號處理模組可即時執行位移傳遞率分析、頻率響應擬合及顫振穩定界線圖分析等等步驟，而上述的步驟可在不同切削參數(如每刃進給量、切削深度及切削寬度等等)與不同的工件材料性質下皆能取得最佳切削轉速，使工件加工精度提升，故使用上更具彈性。
可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (10)

  1. 一種切削加工轉速調整裝置，係包含複數個訊號感測模組，各個該訊號感測模組係持續量測一切削加工機進行一切削加工時產生的一振動訊號，直到該切削加工結束；一訊號擷取模組，係擷取該些振動訊號，以及一訊號處理模組，係根據該些振動訊號執行一位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的一位移傳遞率，並根據該位移傳遞率執行一頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數，再根據該些系統動態參數執行一顫振穩定界線圖分析，以計算該切削加工機的一最佳切削轉速，並使該切削加工機以該最佳切削轉速運轉；其中，該訊號處理模組係重覆執行該位移傳遞率分析、該頻率響應擬合及該顫振穩定界線圖分析以更新該最佳切削轉速直到該切削加工結束，其中該位移傳遞率分析包含一功率頻譜密度函數分析，藉此使該訊號處理模組能即時更新該最佳切削轉速，使該切削加工機在整個該切削加工的過程中均能以更新的該最佳切削轉速進行該切削加工。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切削加工轉速調整裝置，其中該些系統動態參數係包含該切削加工機的一自然頻率及一模態阻尼比。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之切削加工轉速調整裝置，其中該切削加工機係包含一主軸基座、一主軸、一刀具及一刀把，該主軸設置於該主軸基座上，該刀把設置於該主軸上，而該刀具設置於該刀把上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之切削加工轉速調整裝置，其中該訊號處理模組係根據該位移傳遞率執行一曲線擬合，以獲得一曲線峰值，並根據該曲線峰值計算該自然頻率。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之切削加工轉速調整裝置，其中該些訊號感測模組係設置於該主軸上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之切削加工轉速調整裝置，其中該訊號處理模組係根據該自然頻率執行一數值分析，以獲得該模態阻尼比。
  7. 一種切削加工轉速調整方法，係包含下列步驟：透過複數個訊號感測模組持續量測一切削加工機進行一切削加工時產生的一振動訊號，直到該切削加工結束；經由一訊號擷取模組擷取該些振動訊號；由一訊號處理模組根據該些振動訊號執行一位移傳遞率分析，以獲得該些訊號感測模組之間的一位移傳遞率；經由該訊號處理模組根據該位移傳遞率執行一頻率響應擬合，以獲得複數個系統動態參數；透過該訊號處理模組根據該些系統動態參數執行一顫振穩定界線圖分析以計算該切削加工機的一最佳切削轉速，並使該切削加工機以該最佳切削轉速運轉；以及由該訊號處理模組重覆執行該位移傳遞率分析、該頻率響應擬合及該顫振穩定界線圖分析以更新該最佳切削轉速直到該切削加工結束，其中該位移傳遞率分析包含一功率頻譜密度函數分析，藉此使該訊號處理模組能即時更新該最佳切削轉速，使該切削加工機在整個該切削加工的過程中均能以更新的該最佳切削轉速進行該切削加工。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之切削加工轉速調整方法，其中該些系統動態參數係包含該切削加工機的一自然頻率及一模態阻尼比。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之切削加工轉速調整方法，更包含下列步驟：由該訊號處理模組根據該位移傳遞率執行一曲線擬合，以獲得一曲線峰值，並根據該曲線峰值計算該自然頻率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之切削加工轉速調整方法，更包含下列步驟：經由該訊號處理模組根據該自然頻率執行一數值分析，以獲得該模態阻尼比。
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