颤动检测方法及颤动避免方法、以及工作机械技术

以规定的取样周期（Δt）取得工件加工时的工具（4）的振动数据，根据取得的按时序的振动数据，计算在切削刃（4a、4b）多次接触工件（W）所需要的时间上的自相关系数（Rxx’），并且，计算所计算出来的自相关系数（Rxx’）的特性的周期（Tx），在切削刃（4a、4b）接触工件（W）时的接触周期（T1）不是计算出的周期（Tx）的整数倍时，判定为发生颤动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及检测在加工工件时发生的颤动、特别是检测称之为再生颤动的颤动的颤动检测方法及避免颤动的颤动避免方法、以及工作机械。
技术介绍
过去，已知在使安装在旋转主轴上的工具相对于工件相对移动以对工件进行加工的工作机械中，抑制在加工中发生的颤动的装置(例如，参照专利文献I)。在该专利文献I记载的装置中，在FFT运算装置中进行振动加速度的傅立叶分析，对通过傅立叶分析计算出的各个最大速度和预先设定的基准值进行比较，在任一个最大加速度超过基准值的情况下，判定为发生应当抑制的颤动。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2008 - 290164号公报
技术实现思路
但是，上述专利文献I记载的装置，为了通过进行傅立叶分析来判定颤动的发生，需要大量的数据。因此，需要例如一秒钟长的数据取样时间，难以即时检测及避免加工中的颤动。本专利技术是为了解决该问题而做出的，本专利技术的目的是基本上实时地检测颤动，迅速地避免该颤动。本专利技术是一种颤动检测方法，所述颤动检测方法检测将具有切削刃的工具安装到旋转主轴上、使工具相对于工件相对移动来加工工件时发生的颤动，其特征在于，包括数据取得步骤，在所述数据取得步骤，以规定的取样周期取得具有与工件加工时工具的振动的相关关系的振动数据；计算步骤，在所述计算步骤，根据由数据取得步骤取得的按照时序的振动数据，计算在切削刃多次接触工件所需时间上的自相关函数，并且，计算所计算出的自相关函数的特性的周期或振动频率；判定步骤，在所述判定步骤，当切削刃与工件接触的接触周期不是由计算步骤计算出的周期的整数倍时，或者，由计算步骤计算出的振动频率不是工具的切削刃数与旋转主轴的旋转速度的乘积的整数倍时，判定为发生颤动。另外，根据本专利技术的颤动避免方法，其特征在于，包括旋转速度增减步骤，在所述旋转速度增减步骤，在由上述判定步骤判定为发生颤动时，计算由切削刃的接触周期和利用计算步骤计算出的周期求出的相位差、或者由工具的切削刃数及旋转主轴的旋转速度的乘积和利用计算步骤计算出的振动频率求出的相位差，根据计算出的相位差，以规定的比例增减旋转主轴的旋转速度，重复旋转主轴的旋转速度的增减，直到计算出的相位差基本上为O为止。进而，本专利技术是一种工作机械，所述工作机械将具有切削刃的工具安装到旋转主轴上，使该工具相对于工件相对移动，对工件进行加工，其特征在于，包括数据取得机构，所述数据取得机构以规定的取样周期取得具有与在工件加工时的工具的振动的相关关系的振动数据；计算机构，所述计算机构根据利用数据取得机构取得的按时序的振动数据，计算在切削刃与工件多次接触所需时间上的自相关函数，并且，计算所计算出的自相关函数的特性的周期或者振动频率；判定机构，当切削刃与工件接触的接触周期不是由计算机构计算出的周期的整数倍时，或者由计算机构计算出的振动频率不是工具的切削刃数与旋转主轴的旋转速度的乘积的整数倍时，所述判定机构判定为发生颤动。附图说明图1是表示根据本专利技术的实施方式的工作机械的概略结构的图示。图2A是表示稳定极限线图的一个例子的图示。图2B是表示稳定极限线图的一个例子的图示。图3是示意地表示切削过程中的工件加工面的图示。图4是表示图1的工作机械的控制结构的框图。图5A是表示未发生颤动的情况下的振动数据的波形的一个例子的图示。图5B是表示发生颤动的情况下的振动数据的波形的一个例子的图示。图6是表示由图5B的振动数据得到的自相关系数的图示。图7是表示利用图4的控制装置实施的处理的一个例子的流程图。图8是说明相位差的其它计算方法的图示。具体实施例方式下面，参照图1 图8说明本专利技术的实施方式。图1是表示根据本专利技术的实施方式的工作机械10的概略结构的图示，作为一个例子表示为立式加工中心。在基座I上竖立设置立柱2，在立柱2上经由直线进给机构可在上下方向(Z方向)上升降地支承着主轴箱3。在主轴箱3上经由旋转主轴朝下安装着切削用工具4。工具4例如是在周向方向对称位置具有两个切削刃(第一切削刃4a和第二切削刃4b)的立铣刀，由主轴箱3内的主轴电机旋转驱动。床鞍5经由直线进给机构可在水平方向(Y方向)上移动地支承在基座I上，工作台6经由直线进给机构可在与Y方向正交的水平方向(X方向)上移动地支承在床鞍5上。X方向、Y方向及Z方向的直线进给机构，例如，分别由滚珠丝杠和旋转驱动滚珠丝杠的伺服电机构成。借助上述结构，工具14在X、Y、Z方向上相对于工件W相对移动，对工件W进行加工。另外，下面，分别将主轴箱3内的主轴电机称为主轴用电机，使主轴箱3在Z方向上移动的电机称为Z轴用电机，使床鞍5在Y方向上移动的电机称为Y轴用电机，将使工作台在X方向上移动的电机称为X轴用电动机。所述各个电机由设置在工作机械10上的后面描述的控制装置30控制。在这种工作机械10中，当加大对工件W的进刀量时，在加工中发生颤动，不仅加工面的品质降低，而且存在着对旋转主轴或工具4的耐久性等产生恶劣影响的担忧。作为颤动的代表性的例子，有在工具4和工件W之间产生的作为自激振动的一种的再生颤动、和具有工具4的工作机械10成为振动源的强制颤动。其中，特别是再生颤动，如果由主轴的旋转速度S和进刀深度z决定的动作点存在于由工作机械10和工具的组合决定的稳定极限线图的下侧，则可以抑制。图2A、图2B是表示稳定极限线图的一个例子的图示。图中，在稳定极限线图的下侧是稳定区域，上侧是不稳定区域。如图所示，在稳定极限线图中，存在着稳定极限部分地变高的多个峰值区域(稳定窝)。从而，在动作点处于不稳定区域的情况下，如果变更主轴的旋转速度S或者进刀深度z，使动作点移动到稳定窝的内侧，则可以既抑制颤动的产生又高效率地加工工件W。例如，在动作点是图2A的P2的情况下，如果将进刀深度保持在设定值zl，并且将主轴的旋转速度增速，使动作点移到P2’，则可以没有颤动且不降低加工效率地良好地加工工件W。另外，对于颤动的检测，有对振动数据进行傅立叶分析，计算出颤动的频率的方法。但是，在这种方法中，为了提高频率分辨率，需要长的取样时间。例如，在主轴旋转速度为SOOOOmin — 1时进行振动分析的情况下，若作为主轴旋转速度的分辨率最低需要60min —S则频率分辨率为1Hz，需要I秒钟的取样时间。因此，到检测并避免颤动为止，最低要花I秒钟的时间，在此期间的加工动作使工件加工面的品质受到损害。为了防止这种情况，有必要缩短取样时间，尽可能快地检测出颤动。这里，对于颤动的发生机理进行说明。图3是示意地表示切削中的工件加工面的图示，在图的右侧，分别表示没有颤动的情况下和有颤动的情况下的A部分的放大图。图中，Wa是第一切削刃4a的移动轨迹，Wb是第二切削刃4b的移动轨迹，Wa与Wb之间的厚度相当于由第一切削刃4a进行切削之后，由第二切削刃4B切削的切削厚度h。各个切削刃4a、4b的移动轨迹Wa、Wb,从微观上看，凹凸地变动。因此，如果在移动轨迹Wa、Wb的波形中没有相位差，则切削厚度h是恒定的。在这种情况下，由于切削负荷是恒定的，所以，不发生颤动。与此相对，若移动轨迹Wa、Wb的波形中存在相位差，则由于切削厚度h变化，因而切削负荷变动，从而发生颤动。如果有切削刃接触工件加工面4次的振动数据，则可以求出相位差。考虑到这一点，在本实施方式中，如下面所述，能够以少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.10 JP 2010-2032761.一种颤动检测方法，检测将具有切削刃的工具安装到旋转主轴上、使该工具相对于工件相对移动以便对工件进行加工时发生的颤动，其特征在于，包括: 数据取得步骤，在所述数据取得步骤，以规定的取样周期取得与工件加工时的所述工具的振动具有相关关系的振动数据； 计算步骤，在所述计算步骤，根据由所述数据取得步骤取得的按时序的振动数据，计算在切削刃多次接触工件所需要的时间上的自相关函数，并且，计算所计算出的自相关函数的特性的周期或振动频率； 判定步骤，在所述判定步骤，在切削刃与工件接触的接触周期不是由所述计算步骤计算出的周期的整数倍时，或者，由所述计算步骤计算出的振动频率不是所述工具的切削刃数与所述旋转主轴的旋转速度的乘积的整数倍时，判定为发生颤动。2.一种颤动避免方法，避免将具有切削刃的工具安装到旋转主轴上、使该工具相对于工件相对移动以对工件进行加工时发生的颤动，其特征在于，包括: 数据取得步骤，在所述数据取得步骤，以规定的取样周期取得与工件加工时的所述工具的振动具有相关关系的振动数据； 计算步骤，在所述计算步骤，根据由所述数据取得步骤取得的按时序的振动数据，计算在切削刃多次接触工件所需要的时间上的自相关函数，并且，计算所计算出的自相关函数的特性的周期或振动频率， 判定步骤，在所述判定步骤，在切削刃与工件接触的接触周期不是由所述计算步骤计算出的周期的整数倍时，或者，由所述计算步骤计算出的振动频率不是所述工具的切削刃数与所述旋转主轴的旋转速度的乘积的整数倍时，判定为发生颤动， 旋转速度增减步骤 ，在所述旋转速度增减步骤，当由所述判定步骤判定为发生颤动时，计算由切削刃的接触周期和利用所述计算步骤计算出的周期求出的相位差、或者由所述工具的切削刃数及所述旋转主轴的旋转速度的乘积和利用所述计算步骤计算出的振动频率求出的相位差，根据计算出的相位差，以规定的比例增减所述旋转主轴的旋转速度，重复所述旋转主轴的旋转速度的增减，直到计算出的所述相位差基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤英二，
申请(专利权)人：株式会社牧野铣床制作所，
类型：
国别省市：