專利名稱：振動抑制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在使刀具或工件旋轉(zhuǎn)的同時進行加工的機床中，抑制加 工中產(chǎn)生的振動的方法及能夠執(zhí)行該方法的振動抑制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為機床的振動抑制方法，例如公知有專利文獻1記載的方 法。在該振動抑制方法中，為了抑制作為自激振動的再生型顫振，求取 刀具或工件等產(chǎn)生顫振的系統(tǒng)的固有振動頻率，利用將該固有振動頻率
的60倍除以刀具刃數(shù)和預定整數(shù)得到的值，作為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，其中，該自 激振動為導致加工面的精加工精度惡化的原因。并且，通過在該穩(wěn)定轉(zhuǎn) 速下進行加工，來抑制加工中產(chǎn)生的顫振。另外，固有振動頻率是通過 對刀具或工件施加脈沖振動而得到的。
此外，還公知有專利文獻2記載的振動抑制方法。該振動抑制方法 是這樣的方法求取產(chǎn)生顫振的系統(tǒng)在加工中的顫振頻率，將該顫振頻 率的60倍除以刀具刃數(shù)和預定整數(shù)得到的值作為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，進行加工， 由此來抑制顫振。另外，加工中的顫振頻率是通過在刀具或工件的附近 配置聲音傳感器，并基于旋轉(zhuǎn)中由聲音傳感器檢測到的振動頻率而得到 的。
專利文獻1日本特開2003—340627號公報專利文獻2日本特表2001—517557號公報
但是，在專利文獻1記載的振動抑制方法中，除了需要昂貴的脈沖 裝置之外，為了使用該裝置進行勵振還需要掌握高度的技術(shù)，因而十分 繁瑣。而且，由于加工前得到的固有振動頻率與加工中的固有振動頻率 未必一致，因此還存在難以得到準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的問題。
另一方面，在專利文獻2記載的振動抑制方法中，通過旋轉(zhuǎn)音等的
6分析而得到的顫振頻率與實際的固有振動頻率的值稍有不同，因此，還 是難以得到準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。因此，本申請人提出了這樣的振動抑制裝
置(例如日本特愿2007 — 138166)，即在該振動抑制裝置中設置了檢測 旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)軸的時域振動的檢測單元和根據(jù)該時域振動來計算顫振頻 率等的運算單元，以求取更加準確的加工中的固有頻率，由此來獲得更 適當?shù)姆€(wěn)定轉(zhuǎn)速。但是在該振動抑制裝置中，由于計算式誤差的原因， 在運算單元計算出的固有振動頻率與實際的固有頻率之間產(chǎn)生計算誤
差，因此，盡管將旋轉(zhuǎn)軸設定為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，也仍然能夠設想到繼續(xù)發(fā)生 顫振的情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供在繼 續(xù)發(fā)生顫振的情況下能夠得到更加準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，從而能夠可靠抑止 顫振的振動抑制方法及裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中的第一方面所述的發(fā)明是一種振動抑 制方法，其用于在具有旋轉(zhuǎn)軸的機床中抑制所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的顫 振，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制方法 執(zhí)行以下步驟第1步驟，檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；第2 步驟，根據(jù)檢測到的時域的振動，計算顫振頻率和該顫振頻率下的頻域 的振動加速度；第3步驟，在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值 時，通過下述運算式(1)、 (2)來計算k值和k'值，并將它們作為加工 信息進行存儲；第4步驟，使用計算出的k值，通過下述運算式(3)來 計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，并將所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速設為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；以及第5 步驟，關(guān)于按照預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)軸，當頻域的振動加 速度再次超過預定閾值時，使所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速從所述預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速發(fā) 生變化，
運算式(l): k'值-(60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)} 運算式(2): k值二k'值的整數(shù)部分
運算式(3):預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速二60x顫振頻率"刀具刃數(shù)x (k值+l) }。另外，通過第一方面所述的第1步驟檢測的"振動"包括振動加速度、 由振動引起的位移以及由振動引起的聲壓等、振動本身以及由振動引起 的在旋轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的能夠間接檢測振動的物理變化。
第二方面所述的發(fā)明的特征在于，在第一方面所述的發(fā)明中，在執(zhí) 行第5步驟后，還執(zhí)行以下步驟第6步驟，當頻域的振動加速度超過 預定閾值時，使用變化后的轉(zhuǎn)速，利用與所述運算式(1)相同的運算式 來計算k"值；第7步驟，將變化量與預定的相位閾值進行比較，在所述 變化量未超過所述相位閾值時，將k"值更新為k'值，其中，所述變化量 是計算出的k"值與作為加工信息而存儲的k'值之間的差；以及第8步驟， 反復進行轉(zhuǎn)速的變化、k"值的計算以及k'值的更新直到所述變化量超過 所述相位閾值為止，將所述變化量超過所述相位閾值時的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn) 定轉(zhuǎn)速。
第三方面所述的發(fā)明的特征在于，在第一方面所述的發(fā)明中，在所 述第3步驟中，將頻域的振動加速度超過預定閾值時的顫振頻率作為加
工信息進行存儲，并且，在執(zhí)行第5步驟后，還執(zhí)行以下步驟，在該步
驟中，當頻域的振動加速度超過預定閾值時，求出當前次的顫振頻率與 作為所述加工信息而存儲的顫振頻率之間的變化量，使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化直 到該變化量超過預定相位閾值為止，并將所述變化量超過預定相位閾值 時的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
第四方面所述的發(fā)明的特征在于，在第一方面 第三方面中任意一
個方面所述的發(fā)明中，在所述第5步驟中，在使轉(zhuǎn)速變化時，對k'值的
小數(shù)部分與預定的變更方向決定閾值進行比較，來決定轉(zhuǎn)速的增減。
另一方面，第五方面所述的發(fā)明是一種振動抑制裝置，其用于在具 有旋轉(zhuǎn)軸的機床中抑制所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的顫振，所述旋轉(zhuǎn)軸用于
使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制裝置具有檢測單元，其 檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；第1運算單元，其根據(jù)檢測到 的時域的振動，計算顫振頻率和該顫振頻率下的頻域的振動加速度；第2 運算單元，其在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述 運算式(1)、 (2)來計算k值和k'值，并通過下述運算式(3)來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；存儲單元，其將所述算k值和k'值作為加工信息進行存儲;
以及轉(zhuǎn)速控制單元，其控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，并且，關(guān)于按照所述第2 運算單元計算出的預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)軸，當頻域的振動
加速度再次超過預定閾值時，使所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速從所述預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 發(fā)生變化，
運算式(l): k'值-(60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)} 運算式(2): k值二k'值的整數(shù)部分
運算式(3):預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速-60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x (k值+l) }。
另外，在第五方面中由檢測單元檢測的"振動"也表示與權(quán)利要求1 所述的振動相同的含義。
此外，第六方面所述的發(fā)明是一種振動抑制方法，其用于在具有旋 轉(zhuǎn)軸的機床中，當旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生顫振時改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn) 速，從而抑制所述顫振，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其 特征在于，該振動抑制方法執(zhí)行以下步驟步驟A，檢測旋轉(zhuǎn)中的所述 旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；步驟B，根據(jù)檢測到的時域的振動，計算顫振頻 率和該顫振頻率下的頻域的振動加速度；步驟C，在計算出的頻域的振 動加速度超過預定閾值時，通過下述運算式a來計算相位sl;步驟D， 將計算出的相位sl與相位s0進行比較，所述s0是在上次的振動加速度 超過預定閾值時，利用與相位sl相同的運算式a進行計算并存儲的相位； 以及步驟E，根據(jù)步驟D的比較結(jié)果，來改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，
運算式a:相位sl-(60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}的小數(shù)部分。
第七方面所述的發(fā)明的特征在于，在第六方面所述的發(fā)明中，當步 驟D中的比較結(jié)果是計算出的相位sl小于上次計算出的相位s0時，在 步驟E中，將當前次計算出的相位sl更新并存儲為相位sO，并且，使所 述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變更預定的變更量，另一方面，當步驟D中的比較結(jié)果 是計算出的相位sl大于等于上次計算出的相位s0時，在步驟E中，將 所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變更為計算出相位s0時的轉(zhuǎn)速。
另一方面，第八方面所述的發(fā)明是一種振動抑制裝置，其用于在具 有旋轉(zhuǎn)軸的機床中，當旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生顫振時改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，從而抑制所述顫振，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)， 其特征在于，該振動抑制裝置具有檢測單元，其檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋 轉(zhuǎn)軸的時域的振動；運算單元I，其根據(jù)檢測到的時域的振動，來計算顫 振頻率和該顫振頻率下的頻域的振動加速度；運算單元II，其在計算出 的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述運算式a來計算相位sl; 存儲單元，其存儲相位s0，所述s0是在上次的振動加速度超過預定閾值 時，所述運算單元II利用與相位sl相同的運算式a計算得到的；以及控 制單元，其在所述運算單元II計算出相位sl時，將計算出的相位sl與 存儲在所述存儲單元中的相位sO進行比較，并根據(jù)其結(jié)果，來指示所述
旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的改變；以及轉(zhuǎn)速控制單元，其控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速， 運算式a:相位sl-(60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}的小數(shù)部分。
根據(jù)第一方面 第五方面所述的發(fā)明，當按照預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋 轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸再次產(chǎn)生"顫振"時，以預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為基礎，使旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn) 速發(fā)生變化來進行對應，因此能夠比以往更加有效地抑制間斷產(chǎn)生的"顫 振"，進而能夠提高加工面的質(zhì)量，并抑制刀具磨損等。
并且，求出使轉(zhuǎn)速變化時的k'值的變化量和顫振頻率的變化量，通 過將其與相位閾值之間的比較等來決定穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，因此能夠得到更加準 確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，能夠極其有效地抑制"顫振"。
根據(jù)第六方面 第八方面的發(fā)明，在產(chǎn)生"顫振"時，計算該轉(zhuǎn)速下 的相位sl，將該相位sl與上次轉(zhuǎn)速超過預定閾值時的轉(zhuǎn)速下的相位sO 進行比較，并根據(jù)該結(jié)果來改變旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進行應對，因此能夠根據(jù) 狀況來采取對應措施，能夠比以往更加有效地抑制"再生型顫振"。
尤其，將當前轉(zhuǎn)速下的相位sl與上次轉(zhuǎn)速下的相位s0進行比較， 當相位sl大于等于相位sO時，將轉(zhuǎn)速變更為上次的轉(zhuǎn)速(即，計算出相 位s0時的轉(zhuǎn)速)，由此能夠以相位值最小的轉(zhuǎn)速進行加工。因此，能夠 更有效地抑制"再生型顫振"的產(chǎn)生，進而能夠提高加工面的質(zhì)量，并抑 制刀具磨損等。


10圖1是振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)說明框圖。 圖2是從側(cè)面示出旋轉(zhuǎn)軸箱的說明圖。 圖3是從軸向示出旋轉(zhuǎn)軸箱的說明圖。
圖4是表示時域的振動加速度的傅立葉分析結(jié)果的一例的說明圖。
圖5是表示在將旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速設定為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時的顫振頻率
下，顫振加速度的變化的說明圖。
圖6是表示在將旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速設定為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，進一步進行 微小變化時的顫振頻率下，振動加速度的變化的說明圖。 圖7是顫振的抑制控制的流程圖。 圖8是顫振的抑制控制的流程圖。
圖9是示出在以往的振動抑制控制中的顫振頻率下，振動加速度的 變化的說明圖。
圖IO是示出在本發(fā)明的振動抑制控制中的顫振頻率下，振動加速度 的變化的說明圖。
圖11是本實施例的振動抑制控制的流程圖。 標號說明
1旋轉(zhuǎn)軸箱；2a、 2b、 2c振動傳感器；3旋轉(zhuǎn)軸；5控制裝置；10 振動抑制裝置；IIFFT運算裝置；12運算裝置；13NC裝置；14存儲裝置。
具體實施例方式
以下根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的一個實施方式的振動抑制方法及裝 [第一實施方式〗
圖1是振動抑制裝置10的結(jié)構(gòu)說明框圖。圖2是從側(cè)面示出作為振 動抑制對象的旋轉(zhuǎn)軸箱1的說明圖，圖3是從軸向示出旋轉(zhuǎn)軸箱1的說 明圖。
振動抑制裝置IO用于抑制在旋轉(zhuǎn)軸箱1內(nèi)設置成可繞C軸旋轉(zhuǎn)的旋 轉(zhuǎn)軸3上產(chǎn)生的"顫振"，該振動抑制裝置10由以下部分構(gòu)成振動傳感器(檢測單元)2a 2c，其用于檢測在旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)軸3上產(chǎn)生的時域 的振動加速度(表示時間軸上的振動加速度)；以及控制裝置5，其根據(jù) 振動傳感器2a 2c所檢測出的檢測值來控制旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速。
如圖2和圖3所示，振動傳感器2a 2c以能夠檢測相互正交的X軸、 Y軸、Z軸方向上的時域的振動加速度的狀態(tài)，安裝在旋轉(zhuǎn)軸箱l上，以 檢測相互成直角的方向上的時域的振動加速度。
此外，控制裝置5具有FFT運算裝置ll，其根據(jù)振動傳感器2a 2c檢測出的時域的振動加速度，來進行傅立葉分析；運算裝置12，其根 據(jù)FFT運算裝置11計算出的值，來進行穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的計算等；NC裝置(轉(zhuǎn) 速控制單元)13，其控制利用旋轉(zhuǎn)軸箱1進行的加工；以及存儲裝置14， 其存儲運算裝置12計算出的各種數(shù)值。另外，NC裝置13對旋轉(zhuǎn)軸3的 轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測。
這里，根據(jù)圖7和圖8的流程圖，來說明由上述這樣的振動控制裝 置10執(zhí)行的"顫振"的振動抑制方法。
在開始加工的最初，控制裝置5根據(jù)圖7的流程圖來控制旋轉(zhuǎn)軸3 的旋轉(zhuǎn)動作。
首先，在FFT運算裝置11中，針對振動傳感器2a 2c在旋轉(zhuǎn)軸3 的旋轉(zhuǎn)中始終檢測的時域的振動加速度，進行傅立葉分析(S1)，并始終 計算如圖4所示的最大加速度(頻域的振動加速度)及其頻率4 (顫振頻 率)(S2)。另外，在對時域的振動加速度進行傅立葉分析時，獲得多個 模式的表示頻率與頻域的振動加速度之間的關(guān)系的如圖4所示的波形， 而在本實施方式中，采用頻域的振動加速度為最大的波形。
接著，在運算裝置12中，對在FFT運算裝置ll中計算出的頻域的 振動加速度與預先設定的預定閾值進行比較(S3)，當頻域的振動加速度 超過預定閾值時(例如，檢測到圖4中的頻率4下的頻域的振動加速度 時)，視為在旋轉(zhuǎn)軸3上產(chǎn)生了應該進行抑制的"顫振"，通過下述運算式 (1)、 (2)來計算k，值和k值，并且與k，值和k值一起，將該頻域的振 動加速度(即最大加速度)和頻率4作為加工信息，存儲到存儲裝置14 中(S4)。此外，通過下述運算式(3)來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，并將其輸出給NC裝置13，將旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速變更為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(S5)。 k'值-(60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)} k值-k'值的整數(shù)部分...(2)
預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速-60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x (k值+l) } ...(3)
這里，運算式(1)、 (3)中的"刀具刃數(shù)"設為預先在運算裝置12中 設定。此外，運算式(1)中的"轉(zhuǎn)速"是設定為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之前的當前 轉(zhuǎn)速。并且，顫振頻率是產(chǎn)生"顫振"時的頻率4。
在使旋轉(zhuǎn)軸3按照如上計算出預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)時，如圖5所 示，顫振頻率(頻率4)下的振動加速度7只降低了 20%左右。因此， 雖然使旋轉(zhuǎn)軸3按照計算為能夠大體抑制"顫振"的預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋 轉(zhuǎn)，但仍然可能出現(xiàn)頻域的振動加速度再次超過閾值，即，間歇性地發(fā) 生"顫振"的情況。因此，控制裝置5在使旋轉(zhuǎn)軸3按照預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)后，根據(jù)圖8所示的流程圖來控制旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)動作。另外，圖5 中的6表示轉(zhuǎn)速。
如上所述，在FFT運算裝置11中，在基于預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)中， 仍然針對振動傳感器2a 2c在旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)中始終檢測的時域的振動 加速度，繼續(xù)進行傅立葉分析并繼續(xù)計算最大加速度及其頻率4 (顫振頻 率)(Sll)，并且在運算裝置12中，對在FFT運算裝置ll中計算出的頻 域的振動加速度與預先設定的預定閾值進行比較(S12)。然后，當再次 檢測到超過預定閾值的頻域的振動加速度時，根據(jù)存儲在存儲裝置14中 的k，值的小數(shù)部分與預先設定的變更方向決定閾值(例如0.5)之間的下 述關(guān)系，來決定旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速的增減，并根據(jù)該決定，向NC裝置13 指示使轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化(S13)。然后，在NC裝置13中，根據(jù)來自運 算裝置12的指令使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化。這里，k'值的小數(shù)部 分與預先設定的變更方向決定閾值之間的關(guān)系是指，當k'值的小數(shù)部分 大于或等于變更方向決定閾值時，減小轉(zhuǎn)速，當k'值的小數(shù)部分小于變
更方向決定閾值時，增大轉(zhuǎn)速。此外，使轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化時的變更量 設定為轉(zhuǎn)速的幾個百分點左右(例如2%)。
此外，在轉(zhuǎn)速的微小變更后，振動抑制裝置IO繼續(xù)使FFT運算裝置11和運算裝置12執(zhí)行與Sll和S12同樣的傅立葉分析以及頻域的振動加 速度與預定閾值之間的比較(S14)。然后，在運算裝置12中，當再次檢 測到超過預定閾值的振動加速度時，根據(jù)該微小變更后的轉(zhuǎn)速、刀具刃 數(shù)以及在S14中超過預定閾值的振動加速度時的顫振頻率，利用與上述 運算式(1)相同的運算式來計算k"值(S15)。此外，根據(jù)計算出的k" 值和存儲在存儲裝置14中的k'值，通過下述運算式(4)來求取變化量。 變化量-k'值一k"值…(4)
然后，在運算裝置12中，對變化量與預先設定的相位閾值(例如 0.4)進行比較(S16),當變化量未超過相位閾值時，將求出的k"值作為 k'值，對存儲裝置14進行覆蓋更新(S17)，然后返回S13進一步使轉(zhuǎn)速 發(fā)生微小變化，繼續(xù)迸行基于傅立葉分析的監(jiān)測，并且，在"顫振"尚未 收斂的情況下，重復執(zhí)行求取變化量等的上述控制。
另一方面，當S16中的比較結(jié)果為變化量超過了相位閾值時、以及 使轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化后的結(jié)果為不再檢測到"顫振"(即，未檢測到超過 預定閾值的頻域的振動加速度)時，將該轉(zhuǎn)速作為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，向NC裝 置13進行輸出以維持轉(zhuǎn)速(S18)。然后，接收到來自運算裝置12的關(guān) 于維持轉(zhuǎn)速的輸出的NC裝置13使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速維持在該轉(zhuǎn)速(即， 維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速)。因此，維持在抑制了"顫振"的穩(wěn)定加工狀態(tài)。
在如上這樣地一邊使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化一邊進行加工 時，如圖6所示，能夠?qū)㈩澱耦l率下的振動加速度7降低大致40%以上。 即，理論上，相位為27T (k'值的小數(shù)部二0)的位置是"再生型顫振"為最 小的轉(zhuǎn)速，不過由于計算誤差等原因，即使計算出相位為2兀的轉(zhuǎn)速(預 測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速)，該轉(zhuǎn)速未必就是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。因此，相位從27i附近變化到0 時，即，變化量和顫振頻率變化較大的轉(zhuǎn)速是最能夠抑制"再生型顫振" 的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，因此在振動抑制裝置10中，通過使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速從預測 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行微小變化，能夠得到準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
根據(jù)上述這樣的振動抑制裝置10和由該振動抑制裝置10執(zhí)行的振 動抑制方法，以預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為基礎，使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化， 并計算k'值的變化量等，由此求出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，因此能夠求出更加準確的
14穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，能夠比以往更加有效地抑制加工中產(chǎn)生的"顫振"，進而能夠 提高加工面的質(zhì)量，并抑制刀具磨損等。 [第二實施方式]
在第二實施方式的振動抑制裝置10的控制裝置5的存儲裝置14中， 存儲有相位sO的初始值(sO=l)。第二實施方式的振動抑制裝置10的其 他結(jié)構(gòu)與第一實施方式的振動抑制裝置10的結(jié)構(gòu)相同。
這里，根據(jù)圖11的流程圖來說明由上述這樣的振動抑制裝置10執(zhí) 行的"顫振"的振動抑制方法。
在開始加工的最初，控制裝置5根據(jù)圖11的流程圖來控制旋轉(zhuǎn)軸3 的旋轉(zhuǎn)動作。
首先，在FFT運算裝置11中，針對振動傳感器2a 2c在旋轉(zhuǎn)軸3 的旋轉(zhuǎn)中始終檢測的時域的振動加速度，進行傅立葉分析(Sl)，并始終 計算如圖4所示的最大加速度(頻域的振動加速度)及其頻率4 (顫振頻 率)(S2)。另外，在對時域的振動加速度進行傅立葉分析時，獲得多個 模式的表示頻率與頻域的振動加速度之間的關(guān)系的如圖4所示的波形， 在這里釆用頻域的振動加速度為最大的波形。
接著，在運算裝置12中，對在FFT運算裝置11中計算出的頻域的 振動加速度與預先設定的預定閾值進行比較(S3),當頻域的振動加速度 超過預定閾值時(例如，檢測到圖4中的頻率4下的頻域的振動加速度 時)，視為在旋轉(zhuǎn)軸3上產(chǎn)生了應該進行抑制的"顫振"，并通過下述運算 式a來計算相位sl (S4)。
sl二(60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}的小數(shù)部分…a
這里，運算式a中的"刀具刃數(shù)"是在運算裝置12中預先設定的。此 外，運算式cx中的"轉(zhuǎn)速"是當前轉(zhuǎn)速。并且，顫振頻率是產(chǎn)生"顫振"時的 頻率4。
然后，將計算出的相位sl與存儲在存儲裝置14中的相位sO進行比 較(S5)。在旋轉(zhuǎn)軸3開始旋轉(zhuǎn)后，當最初檢測到"顫振"時，相位sO為初 始值(即，sO=l)，因此必定sKsO (在S5中的判斷為"是")。當這樣計 算出的相位sl小于存儲在存儲裝置14中的相位s0時，在存儲裝置14中，將這次計算出的相位sl的值作為相位sO進行更新存儲，并且在NC 裝置13中，使轉(zhuǎn)速增加預定的變化量(S6)。另外，該變化量是預先存 儲的值，例如為加工開始時設定的轉(zhuǎn)速的幾個百分點(例如3%)。
然后，在如上所述的轉(zhuǎn)速變更后，返回S1，在FFT運算裝置11中， 針對在按照變更后的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸3中始終檢測的時域的振動 加速度，進行傅立葉分析，并繼續(xù)計算最大加速度及其頻率4(顫振頻率)， 并且在運算裝置12中，對在FFT運算裝置11中計算出的頻域的振動加 速度與預先設定的預定閾值進行比較(S3)。這里，當再次檢測到超過閾 值的振動加速度時(在S3中判定為"是")，再次通過上述運算式a來計 算相位sl (S4)，將上次更新的相位sO與這次計算出的相位sl進行比較 (S5)，當這次計算出的相位el小于上次更新的相位sO時，更新存儲裝 置14中的相位s0(即，更新為這次計算出的相位sl的值)，并使NC裝 置13進行增加轉(zhuǎn)速的控制(S6)。然后，重復該S1 S6的步驟,直到 S6中的判斷為"否"，即相位sl大于等于相位s0為止。另外，當在S6中 增加轉(zhuǎn)速后的結(jié)果是不再檢測到"顫振"時(即，在S3的判斷中不再為"是" 時)，將該增加后的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，直到加工結(jié)束。
另一方面，當在增加后的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生了"顫振"，并且此時計算出的 相位sl大于等于相位sO，即S6中的判斷為"否"時，在NC裝置13中， 使轉(zhuǎn)速減小上次所增加的變化量(S7)。即，這次計算出的相位sl大于 等于存儲在存儲裝置14中的相位s0 (即，上次計算出的相位el)表示相 位s0的相位值最小，因此使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速恢復到該相位值為最小的前 一個階段的轉(zhuǎn)速(前一個轉(zhuǎn)速)。然后，將該減少后的轉(zhuǎn)速作為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速， 并維持該轉(zhuǎn)速直到加工結(jié)束(S8)。
這里，根據(jù)圖9和圖10，來討論按照上述方式使旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速增 減時的"顫振"抑制結(jié)果和按照以往那樣僅使轉(zhuǎn)速變更一次時的"顫振"抑 制結(jié)果。
以往，在得知檢測到"顫振"后，根據(jù)該檢測結(jié)果(或以往的實驗結(jié) 果)，將旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速變更為作為理論值的理想轉(zhuǎn)速，即使如此，由于 振動檢測值的誤差和轉(zhuǎn)速控制誤差等原因，顫振頻率(頻率4)下的振動
16加速度7只降低了 10%左右(圖9)。 g卩，即使在轉(zhuǎn)速變更后，仍然可能 出現(xiàn)間斷地產(chǎn)生"顫振"的情況。
另一方面，按照上述方式，在每次得知檢測到"顫振"時執(zhí)行改變轉(zhuǎn) 速并最終將相位為最小值的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的控制，在該情況下， 如圖IO所示，能夠?qū)㈩澱耦l率下的振動加速度7減少大致40%以上。另 外，在圖9和圖10中，6表示轉(zhuǎn)速的變化，7表示顫振頻率下的振動加 速度的變化，8表示相位的變化。
根據(jù)上述這樣的振動抑制裝置10和由該振動抑制裝置10執(zhí)行的振 動抑制方法，在產(chǎn)生"顫振"時，計算該轉(zhuǎn)速下的相位sl，將該相位sl與 上次轉(zhuǎn)速下的相位s0進行比較，根據(jù)該結(jié)果來改變旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進行應 對，因此能夠根據(jù)狀況來采取對應措施，能夠比以往更加有效地抑制"再 生型顫振"。
尤其，將當前轉(zhuǎn)速下的相位sl與上次轉(zhuǎn)速下的相位s0進行比較， 當相位sl大于等于相位sO時，將轉(zhuǎn)速變更為上次的轉(zhuǎn)速(即，計算出相 位s0時的轉(zhuǎn)速)，由此能夠在相位值最小的轉(zhuǎn)速下進行加工。因此，能 夠更有效地抑制"再生型顫振"的產(chǎn)生，進而能夠提高加工面的質(zhì)量，并 抑制刀具磨損等。
另外，本發(fā)明的振動抑制方法及裝置的結(jié)構(gòu)不限于上述各實施方式 記載的方式，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可以根據(jù)需要，對顫振頻 率的檢測和振動抑制控制的結(jié)構(gòu)進行適當變更。
例如，在上述第一實施方式中，在間斷檢測到"顫振"的情況下，采 用了使旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化的結(jié)構(gòu)，不過此時轉(zhuǎn)速的變化率最好 根據(jù)變化之前的轉(zhuǎn)速大小、刀具刃數(shù)、動態(tài)特性等來進行變更。即，在 轉(zhuǎn)速較低的情況下，即使10min—程度的變化量也能夠起到作用，另一方 面，轉(zhuǎn)速越高，穩(wěn)定/不穩(wěn)定區(qū)域的范圍越大，有時如果不使轉(zhuǎn)速改變20 30%左右就無法充分得到振動抑制效果，因此可以根據(jù)上述條件而適當 地進行變更。
此外，關(guān)于運算式(1) (4)所使用的預先設定的各種閾值，可 以根據(jù)機床的種類通過適當調(diào)查來決定(例如，在上述第一實施方式中，相位閾值可以取0.2 0.6之間的數(shù)值，或者可以根據(jù)刀具、加工物的大 小/種類等而采用不同的數(shù)值)。而且在上述第一實施方式中，在求取用于 與相位閾值進行比較的變化量時，通過差分(運算式(4))來求取k'值 的實際變化量，不過也可以通過微分來求取變化比例，并將該變化比例 作為變化量與相位閾值進行比較。此外，也可以不使用k，值的變化量， 而采用轉(zhuǎn)速變更前后的顫振頻率的變化量，作為與相位閾值進行比較的 變化量。
另外，在上述第一實施方式中，使用通過時域的振動加速度的傅立 葉分析取得的多個模式的波形中的、頻域的振動加速度最大的波形來進 行振動抑制控制，不過也可以使用頻域的振動加速度的值最高的多個(例 如3個)波形，來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，由此來進一步提高"顫振"的抑制 效果。
另外，在上述第一實施方式中，將檢測單元設為振動傳感器，不過 也可以取而代之，采用能夠檢測由振動引起的旋轉(zhuǎn)軸的位移或聲壓的檢 測單元。再進一步，即使在采用振動傳感器的情況下，也可以不按照上 述實施方式那樣檢測旋轉(zhuǎn)側(cè)(即旋轉(zhuǎn)軸)的振動，而是通過檢測未旋轉(zhuǎn) 側(cè)的振動，來求取預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
此外，本發(fā)明的第二實施方式不限于使刀具旋轉(zhuǎn)而進行加工的加工 中心，也可以抑制使工件旋轉(zhuǎn)的車床等機床的振動，或者可以根據(jù)機床 的種類、大小來適當變更檢測單元的設置位置及個數(shù)等。
另一方面，在上述第二實施方式中，采用了根據(jù)計算出的相位el的 值來改變旋轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)，不過最好根據(jù)預先設定的轉(zhuǎn)速大小、 刀具刃數(shù)、動態(tài)特性等來改變此時轉(zhuǎn)速的變化率。g卩，在轉(zhuǎn)速較低的情 況下，即使i0min—'程度的變化量也能夠起到作用，另一方面，轉(zhuǎn)速越高， 穩(wěn)定/不穩(wěn)定區(qū)域的范圍越大，有時如果不使轉(zhuǎn)速改變20 30%左右，就 無法充分得到振動抑制效果，因此可以根據(jù)上述條件來適當?shù)剡M行變更。
此外，在上述第二實施方式中，當計算出的相位sl未超過相位s0 時，增加轉(zhuǎn)速，不過也可以根據(jù)初始設定的轉(zhuǎn)速和各種條件，在S6的判 斷為"是"時，使轉(zhuǎn)速降低預定變化量。在進行該控制時，當最終相位sl大于等于相位SO時，使轉(zhuǎn)速增加預定的變化量，將該轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn) 速。
此外，在背景技術(shù)的文獻等中也有過這樣的記載，即盡管相位為 2兀的位置是"再生型顫振"最小的轉(zhuǎn)速，但是在推導理論式的過程中包含 計算誤差，因此在求出相位為2兀的轉(zhuǎn)速時，該值未必就是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。因 此，也可以不使用運算式(X，而使用下述運算式P，對相位進行校正和計 算，由此能夠求取出更加恰當?shù)姆€(wěn)定轉(zhuǎn)速。
sl二(60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)十A)的小數(shù)部分...(3 這里，運算式p中的A為預定的常數(shù)，使用近似為0的值(例如0.1)。 另外，在上述第二實施方式中，使用了通過時域的振動加速度的傅 立葉分析所取得的多個模式的波形中的、頻域的振動加速度最大的波形 來進行振動抑制控制，不過也可以使用頻域的振動加速度的值最大的多 個(例如3個)波形，來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，由此來進一步提高"顫振" 的抑制效果。
另外，在上述第二實施方式中，將檢測單元設為振動傳感器，不過 也可以取而代之，采用能夠檢測由振動引起的旋轉(zhuǎn)軸的位移或聲壓的檢 測單元。再進一步，即使在采用振動傳感器的情況下，也可以不按照上 述實施方式那樣檢測旋轉(zhuǎn)側(cè)(即旋轉(zhuǎn)軸)的振動，而是通過檢測未旋轉(zhuǎn) 側(cè)的振動，來求取預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種振動抑制方法，其用于在具有旋轉(zhuǎn)軸的機床中抑制所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的顫振，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制方法執(zhí)行以下步驟第1步驟，檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；第2步驟，根據(jù)檢測到的時域的振動，計算顫振頻率和該顫振頻率下的頻域的振動加速度；第3步驟，在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述運算式(1)、(2)來計算k值和k’值，并將它們作為加工信息進行存儲，運算式(1)k’值＝{60×顫振頻率/(刀具刃數(shù)×轉(zhuǎn)速)}運算式(2)k值＝k’值的整數(shù)部分；第4步驟，使用計算出的k值，通過下述運算式(3)來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，并將所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速設為預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，運算式(3)預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速＝60×顫振頻率/{刀具刃數(shù)×(k值+1)}；以及第5步驟，關(guān)于按照預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)軸，當頻域的振動加速度再次超過預定閾值時，使所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速從所述預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動抑制方法，其特征在于，該振動抑制方法在執(zhí)行第5步驟后，還執(zhí)行以下步驟第6步驟，當頻域的振動加速度超過預定閾值時，使用變化后的轉(zhuǎn)速，利用與所述運算式(1)相同的運算式來計算k"值；第7步驟，將變化量與預定的相位閾值進行比較，在所述變化量未超過所述相位閾值時，將k"值更新為k'值，其中，所述變化量是計算出的k"值與作為加工信息而存儲的k'值之間的差；以及第8步驟，反復進行轉(zhuǎn)速的變化、k"值的計算以及k'值的更新直到所述變化量超過所述相位閾值為止，將所述變化量超過所述相位閾值時的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動抑制方法，其特征在于，在所述第3步驟中，將頻域的振動加速度超過預定閾值時的顫振頻率作為加工信息進行存儲，并且，在執(zhí)行第5步驟后，還執(zhí)行以下步驟，在該步驟中，當頻域的振動加速度超過預定閾值時，求出當前次的顫振頻率與作為所述加工信息而存儲的顫振頻率之間的變化量，使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化直到該變化量超過預定相位閾值為止，并將所述變化量超過預定相位閾值時的轉(zhuǎn)速維持為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的振動抑制方法，其特征在于，在所述第5步驟中，在使轉(zhuǎn)速變化時，對k'值的小數(shù)部分與預定的變更方向決定閾值進行比較，來決定轉(zhuǎn)速的增減。
5. —種振動抑制裝置，其用于在具有旋轉(zhuǎn)軸的機床中抑制所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的顫振，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制裝置具有檢測單元，其檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；第1運算單元，其根據(jù)檢測到的時域的振動，計算顫振頻率和該顫振頻率下的頻域的振動加速度；第2運算單元，其在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述運算式(1)、 (2)來計算k值和k，值，并通過下述運算式(3)來計算預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，運算式(l): k，值叫60x顫振頻率/ (刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}運算式(2): k值-k，值的整數(shù)部分運算式(3):預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速-60x顫振頻率"刀具刃數(shù)x (k值+l) };存儲單元，其將所述算k值和k'值作為加工信息進行存儲；以及轉(zhuǎn)速控制單元，其控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，并且，關(guān)于按照所述第2運算單元計算出的預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)軸，當頻域的振動加速度再次超過預定閾值時，使所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速從所述預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。
6. —種振動抑制方法，其用于在具有旋轉(zhuǎn)軸的機床中，當旋轉(zhuǎn)中的 所述旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生顫振吋改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，從而抑制所述顫振，其 中，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制方法 執(zhí)行以下步驟步驟A，檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動；步驟B，根據(jù)檢測到的時域的振動，計算顫振頻率和該顫振頻率下 的頻域的振動加速度；步驟C，在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述 運算式a來計算相位sl，運算式a:相位sl-(60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}的小數(shù)部分；步驟D，將計算出的相位sl與相位sO進行比較，所述sO是在上次 的振動加速度超過預定閾值時，利用與相位el相同的運算式a進行計算 并存儲的相位；以及步驟E，根據(jù)步驟D的比較結(jié)果，來改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動抑制方法，其特征在于，當步驟D中的比較結(jié)果是計算出的相位sl小于上次計算出的相位s0 時，在步驟E中，將當前次計算出的相位sl更新并存儲為相位eO，并且，使所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變更預定的變更量，另一方面，當步驟D中的比較結(jié)果是計算出的相位sl大于等于上次計算出的相 位e0時，在步驟E中，將所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變更為計算出相位s0時的 轉(zhuǎn)速。
8. —種振動抑制裝置，其用于在具有旋轉(zhuǎn)軸的機床中，當旋轉(zhuǎn)中的 所述旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生顫振時改變所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，從而抑制所述顫振，其 中，所述旋轉(zhuǎn)軸用于使刀具或工件旋轉(zhuǎn)，其特征在于，該振動抑制裝置 具有檢測單元，其檢測旋轉(zhuǎn)中的所述旋轉(zhuǎn)軸的時域的振動； 運算單元I，其根據(jù)檢測到的時域的振動，來計算顫振頻率和該顫振 頻率下的頻域的振動加速度；運算單元II，其在計算出的頻域的振動加速度超過預定閾值時，通過下述運算式a來計算相位si ，運算式ou相位el-(60x顫振頻率/(刀具刃數(shù)x轉(zhuǎn)速)}的小數(shù)部分； 存儲單元，其存儲相位eO，所述sO是在上次的振動加速度超過預定閾值時，所述運算單元II利用與相位sl相同的運算式a計算得到的；以及控制單元，其在所述運算單元II計算出相位sl時，將計算出的相位 sl與存儲在所述存儲單元中的相位sO進行比較，并根據(jù)其結(jié)果，來指示 所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的改變；以及轉(zhuǎn)速控制單元，其控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明提供振動抑制方法及裝置，其在繼續(xù)產(chǎn)生顫振的情況下能夠得到更加準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，從而能夠可靠抑制顫振。作為解決手段，以預測穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為基礎，使旋轉(zhuǎn)軸(3)的轉(zhuǎn)速發(fā)生微小變化，并計算k’值的變化量等，由此求出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。因此能夠求出更加準確的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，能夠比以往更加有效地抑制加工中產(chǎn)生的“顫振”，進而能夠提高加工面的質(zhì)量，并抑制刀具磨損等。
文檔編號B23Q11/00GK101623835SQ200910158478
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者稻垣浩 申請人:大隈株式會社