CN110035868A - 用于对工件进行切削加工的机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件（2）进行切削加工的机床（1），包括至少一个传感器（3）以及稳定性调节器（4），所述传感器被设立用于：检测所述机床（1）的振动特性，所述稳定性调节器被设立用于：根据所述机床（1）的振动特性来输出至少一个用于对切削加工的至少一个工艺参数（5）进行调整的信号，以用于对所述至少一个工艺参数（5）进行调整。

Description

用于对工件进行切削加工的机床

技术领域

本发明涉及一种机床和一种用于运行所述机床的方法，其中包括各种类型的机床，并且所述方法能够用于各种类型的机床、特别是对工件进行切削加工的铣床或车床。所述机床尤其也能够是在计算机控制的情况下运行的机床（所谓的CNC机床）。

背景技术

在机床运行时，永久的目标是能够使用尽可能高的加工速度来加工工件。然而，经常出现以下问题，即：加工质量受到高加工速度的损害。由于高加工速度引起的这样的加工质量损失比如反映在由于工件加工而产生的不规则的表面中。由于过高的加工速度，在切削加工时经常产生能用肉眼辨别的表面结构，其形成有规律的图案。引起这种表面结构的原因是机床的工具在加工过程中规则地嵌合到工件中。

发明内容

根据权利要求1，在这里描述了一种特别有利的机床，它能够实现高加工速度，其中同时实现了非常好的工件质量。根据权利要求6，描述了一种特别有利的、用于运行这种机床的方法。从属权利要求和说明书表明了所述机床和方法的另外的优选的实施变型方案。然而，所述机床和方法不限于这些实施变型方案。

特别优选所述机床如此设立而成，从而能够根据振动特性来自动地实施对于至少一个工艺参数的调整。这能够通过以下方式来进行，即：所输出的工艺参数由控制器直接用于调整机床的运行。

用于切削加工的机床具有至少一个传感器，所述传感器被设立用于：检测机床的振动特性。此外，机床具有稳定性调节器，该稳定性调节器被设立用于：根据机床的振动特性来调整切削加工的至少一个工艺参数。

传感器能够是被安置在机床上的任意的振动传感器。特别优选振动传感器被安置在机床的框架。这个框架比如能够由铸铁制成并且保持着机床的所有组件。然而，振动传感器也能够被安置在机床的每个其他位置上，例如被安置在布置有待加工的工件的能移动的台子上或者被安置在机床的驱动装置上。

由稳定性调节器根据振动来调整的至少一个工艺参数比如是以下参数之一：

-切削深度，工具以所述切削深度嵌合到工件中，

-进给速度，工件和工具以所述进给速度相对于彼此运动，以用于实施加工，

-主轴转速，机床的工件或工具以所述主轴转速来旋转。

此外，在这里也检测其他能调节的工艺参数。特别优选的是，机床如此设计而成，使得机床的质量分布能够改变。机床的振动特性决定性地取决于机床作为机械振动的***如何表现。机床的质量分布比如能够通过在机床上特地为此目的而设置的能运动的配重或者用于液态的配重的储槽（压载水舱）来调整。机床的每个另外的能调节的参数同样能够用于作为工艺参数来进行调整。

稳定性调节器优选是对机床进行控制的控制器或控制计算机的一部分。

振动传感器的振动特性总是相对于工具与工件之间的接触点来获取。传感器能够（如上所述）处于机床的不同位置处，所述传感器能够在工具和工件之间的嵌合点处确定这种振动特性。在这里，所述嵌合点描述了下述点，在该点处工具和工件在切削加工时相互接触并且在该点处工具和工件之间的工艺力起作用。

在这里，嵌合点和传感器的相应的位置之间的振动传递特性被称为传递路径或振动传递路径。如果由传感器所记录的振动推断出嵌合点处的振动，那就要考虑振动传递路径的振动传递特性。这种振动传递路径的这样的振动传递特性比如以模型的形式被保存在控制器中。

优选至少一个振动传感器布置在机床上的下述位置处，对于所述位置来说振动传递路径能够特别好作为模型来描绘。

稳定性调节器优选被设立用于：检测机床的主轴的转速并且在调整至少一个工艺参数时将其考虑在内。主轴的转速通常与下述激励频率成比例，在加工工件时用所述激励频率来激励作为振动***的机床，其中这种比例基本上取决于工具的设计。因此，有利的是，在稳定性调节器中对这种转速加以考虑，以用于如此定义工艺参数，使得机床的运行特别稳定。

优选在稳定性调节器中保存了判定逻辑，所述判定逻辑被设立用于：根据所出现的振动特性来调整至少一个工艺参数。

这种判定逻辑优选固定地存储在稳定性调节器中。对于特定的振动特性（通常以特定的振幅和特定的频率为特征），实施工艺参数的所规定的（存储在工艺逻辑中的）变化。工艺参数的存储在判定逻辑中的预先给定的变化比如事先已借助于用机床所实施的试验来获取或者查明。

优选如此使用机床，使得稳定性调节器主动地借助于传感器对用机床对工件实施的加工进行监控（步骤A）和B））。然后根据在监控时所确定的振动特性对切削加工的至少一个工艺参数进行调整（步骤C）。步骤A）至C）优选在加工工件的期间连续地且彼此并行地进行。

在运行中进行这样的连续的监控并且对至少一个工艺参数进行调整，这具有以下优点，即：这样的调整也能够用于使机床或机床的运行与由于加工而变化的振动特性相匹配。这样的振动特性通过运行比如由于机床的质量可能移位而变化。这比如可能由于以下情况而出现，即：机床的台子、驱动装置和/或导引件由于进一步的加工而到达其它位置中并且由此材料通过加工而被去除。因此，由机床和工件构成的***上的质量分布发生变化。

在为了加工工件而运行机床之前，也还优选进行测试阶段，在所述测试阶段中使机床的至少一根主轴的转速达到（特别是提高到）测试转速（步骤a））。在这种情况下，在连续地提高转速时所经过的所有转速的范围内获取机床的振动特性（步骤b））。通过这样的测试运行，能够构建判定逻辑，其随后用于调整工艺参数。步骤a）和b）优选在机床的调试期间执行一次。也能够在改变由机床和工件构成的***之后（例如在夹紧随后要加工的新工件之后）实施这些步骤a）和b），以用于获取振动特性。优选在步骤a）中如此缓慢且连续地提高转速，从而能够推断出由机床和工件构成的***的、在相应的转速下的起振的特性。在运行之前实施具有步骤a）和b）的测试阶段，在这里这是一种用于对机床的振动特性进行研究的处理方式的实施例。作为替代方案或者补充方案，也能够与按照A）、B）和C）运行机床并行地实施对于振动特性的（优选连续的）研究。如有必要，这样的对于振动特性的研究也能够与运行并行地在对此来说特别有利的运行情况中实施。通过对于振动特性的研究来获得对振动特性或振动模式进行描绘的相关参数。优选这些参数或振动模式保存在数据库中，该数据库能够用于构建并且提供所描述的判定逻辑。

所述机床和运行方法也能够为了用于运行机床而被称为用于机床的电子稳定性程序。通过对于机床的主动和连续的监控，能够主动地避免机床的振动。

所述机床和方法能够获取用于高加工速度的特别理想的工艺参数并且将其用于机床的运行，所述工艺参数仅仅引起机床的轻微的振动特性。因此，尤其能够避免机床的振颤。此外，能够避免在加工期间在出现强烈的振动时可能产生的不期望的视觉的表面结构。此外，还能够提高机床的使用寿命。

附图说明

下面借助于附图对所述机床、所述方法以及技术环境进行详细解释。附图示出了特别优选的实施例，然而本发明并不局限于所述实施例。附图中：

图1示出了所描述的机床，

图2示出了用于用判定逻辑来运行机床的方法的流程图，并且

图3示出了判定逻辑在所述机床的运行中的使用。

具体实施方式

图1示出了机床1，该机床具有框架6，驱动装置8被固定在所述框架上，所述驱动装置具有主轴7和被装入其中的工具10。工具10能够通过主轴7以转速w由主轴驱动装置8来驱动。主轴驱动装置8能够通过导引件9来移动。导引件9能够用滑块驱动装置13来移动。此外，机床1具有台子12，工件2在台子上被夹紧在夹盘11中。台子12能够借助于导引件9朝两个方向（在平面中）移动，以用于使工件2相对于工具10定位。为此，导引件9具有驱动装置13。工件2的运动的速度被称为进给速度v。工具10和工件2在嵌合点19处以切削深度s彼此处于嵌合之中。嵌合点19是下述点，在该点上工具10为进行加工而作用于工件2。在机床1的框架上并且在能移动的台子12上分别布置了传感器3，所述传感器记录机床1的振动并且将其传送给构造为控制器的稳定性调节器4。而后由稳定性调节器4根据所测量的振动来确定工艺参数，用所述工艺参数来操控驱动装置13和主轴驱动装置8，以用于用相应的工艺参数来运行。

图2示出了用稳定性调节器来实施的稳定性调节的流程图。稳定性调节器在此首先处理关于机床和工件的几何形状和结构以及机床上的传感器位置的信息（步骤（i））。步骤（i）能够至少部分地通过输入表面来进行。如果有必要，另外也能够在步骤（i）中提供来自数据存储器的数据。在流程图的右上部分中（步骤（ii）至（vii）），用机器实施各种测试，以用于分析机床在不同速度下的振动特性。这基本上对应于步骤a）和b），其在步骤A）至C）之前进行。步骤（ii）对应于步骤a）并描述了机床的主轴或主轴驱动装置的加速。步骤（iii）至（vii）是步骤b）的子步骤。步骤（iii）描述了对于所产生的振动的测量。步骤（iv）涉及对于所测量的振动值的再处理并且步骤（v）涉及对于振动特性的重新测量。在步骤（vi）和（vii）中，分别在时域（步骤（vi））和频域（步骤（vii））中评估所测量的振动。这种评估和评价主要用于确定在这里是否出现具有开振（Aufschwingen）的不稳定的特性。如果出现这样的特性，那就在（viii）中实施模式识别，在进行模式识别时将当前的振动模式与存储在数据库中的模式进行比较。这种用于比较的数据库在流程图中通过方框（xiii）来示出。根据这种具有模式识别viii的比较，然后运用用于将机床返回导引到稳定的运行模式中的合适的策略。对于合适的策略的选择在步骤（ix）中进行。根据所选择的策略来切换到步骤（x）到（xii）之一。步骤（x）对应于对于转速（x）的调整。步骤（xii）对应于对于进给速度的调整，并且步骤（xi）对应于对于进给速度和转速的调整。

运用何种策略用结果显示（xvi）来显示，以用于向机床的操作员通知机床的判定逻辑中的流程。然后，这个结果显示能够由机床的操作员用作样本，以用于调整机床的相应的运行参数（转速和进给），从而在实际上再次实现稳定的运行。如果机床未被设立用于：自动化地进行调整，那么这一点尤为重要。在此应明确包括这样的人工调整。

在（iii）中测量的振动信息流入到模式合成数据库（xiii）中。模式合成数据库（xiii）的构造是中心任务之一，其通过方法步骤a）和b）的实施来进行。目标是，模式合成数据库（xiii）包含下述信息，所述信息能够使决定，用所述步骤（x）、（xi）和（xiii）中的哪个步骤能够有效地降低所出现的振动。模式合成数据库（xiii）还能够用来自数据库（xv）的数据来补充，该数据库原则上包含可能的模式。这个数据库（xv）能够在机床的工作期限（使用寿命）内持续地得到补充。通过步骤（xiv），将相应的存储在模式合成数据库（xiii）中的模式分配给相应地在步骤（iii）中测量的转速。

图3示出了如在运用稳定性调节时所使用的那样的判定逻辑20以及一张图表，在该图表中绘示出切削深度（s）和作为由进给速度（v）和转速（w）构成的组合产生的切削速度。根据切削深度（s）以及由进给速度（v）和转速（w）产生的切削速度，所述逻辑在出现机床的不稳定的特性时进行特定的更改。在图2中在（xiii）中所示出的模式合成数据库原则上针对在图3中所示出的图表中的每个点而包含下述信息：应该用何种策略对机床的不稳定的振动特性做出反应。在图表中分别示出了稳定的区域（14）和不稳定的区域（15），在所述稳定的区域中能够进行机床的稳定的运行，在所述不稳定的区域中不能进行稳定的运行并且会在运行中出现机床的强烈的振动。

稳定的区域（14）与不稳定的区域（15）之间的分界线能够完全借助于对于振动特性的研究来获取。然而，作为替代方案和/或补充方案，也能够至少部分地估计这样的分界线。例如，这能够通过以下方式来进行，即：用试验来获取用于图表的各个点的振动特性并且在此基础上内插稳定的区域（14）与不稳定的区域（15）之间的分界线。除了各个点处的振动特性之外，也能够利用原则上的、关于这些分界线的走向的知识，以用于能够特别有效地实施这样的内插。

对于图表中的每个点来说，从模式合成数据库中产生以下预先规定：应该朝何种方向（也就是向上或者向下）改变切削速度和切削深度，以用于尽快地恢复机床的稳定的特性，其中同时实现高加工速度。图3所示出的图表示出了用于机床运行的稳定的区域14和不稳定的区域15。

可以看出，原则上对于在图3中选择的示意图中的较高的切削深度来说更容易存在不稳定的特性。也可以看出如此直观地不可预料的稳定的区域（14），该稳定的区域非常高地像小岛一样处于不稳定的区域（15）中。通过所描述的方法和所描述的机床，能够有意识地如此改变进给速度、转速和切削深度，从而比如在这个岛状的稳定的区域14中运行机床。因此，在加工后获得工件的高表面质量的同时达到特别高的加工速度。

Claims (9)

1.用于对工件（2）进行切削加工的机床（1），包括至少一个传感器（3）以及稳定性调节器（4），所述传感器被设立用于：检测所述机床（1）的振动特性，所述稳定性调节器被设立用于：根据所述机床（1）的振动特性来输出至少一个用于对切削加工的至少一个工艺参数（5）进行调整的信号，以用于对所述至少一个工艺参数（5）进行调整。

2.根据权利要求1所述的机床（1），其中所述至少一个传感器（3）是振动传感器，所述振动传感器被固定在所述机床（1）的框架（6）或台子（12）上。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机床（1），其中所述稳定性调节器（4）被设立用于：调整以下工艺参数（5）中的至少一个工艺参数：

-切削深度（s），

-进给速率（v），

-主轴转速（w），

-机床（1）的质量分布，以及

-机床（1）的每个另外的能调节的参数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机床（1），其中所述稳定性调节器（4）被设立用于：检测所述机床（1）的主轴（7）的转速（w）并且在调整所述至少一个工艺参数（5）时对其加以考虑。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机床（1），其中在所述稳定性调节器（4）中保存了判定逻辑（20），所述判定逻辑用于根据所出现的振动特性来调整所述至少一个工艺参数（5）。

6.用于运行机床（1）、特别是根据前述权利要求中任一项所述的机床（1）的方法，所述方法至少包括以下步骤：

A）对工件（2）进行切削加工，

B）在步骤A）期间用所述至少一个传感器（3）来检测所述机床（1）的振动特性，

C）根据所述振动特性B）来调整切削加工的至少一个工艺参数（5）。

7.根据权利要求5所述的方法，其中对于步骤C）来说使用在所述稳定性调节器（4）中所保存的用于调整所述至少一个工艺参数（5）的判定逻辑（20）。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤A）之前进行以下方法步骤：

a）将所述机床（1）的至少一根主轴（7）的转速（w）提高到限定的转速，并且

b）检测所述机床（1）的振动特性。

9.根据专利权利要求6所述的方法，其中所述步骤a）和b）以不同的测试速度来实施，以用于获取用于判定逻辑（20）的模式，所述判定逻辑用于调整至少一个工艺参数（5）。