ITMI20081584A1 - Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
"DISPOSITIVO DI SOPPRESSIONE DELLE VIBRAZIONI PER MACCHINA UTENSILE"
ANTECEDENTI DELL'INVENZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di soppressione delle vibrazioni per sopprimere una vibrazione generata durante la lavorazione in una macchina utensile dalla rotazione di un utensile o di un pezzo.
Descrizione della tecnica precedente
Esiste convenzionalmente una macchina utensile, per esempio, in cui un pezzo è supportato da un mandrino principale rotante e viene lavorato mentre un utensile viene fatto avanzare verso il pezzo. Nelle macchine utensili, quando una profondità di taglio nella procedura di taglio è molto rilevante, viene generata durante la lavorazione una cosiddetta "vibrazione chatter" che risulta nella diminuzione dell'accuratezza di finitura di una superficie lavorata, nella rapida usura di un utensile e nella scheggiatura dello stesso. Particolarmente, una "vibrazione chatter di tipo rigenerativo", come una vibrazione autoeccitata, viene generata tra l'utensile e il pezzo, e una "vibrazione chatter forzata" viene causata da una macchina utensile comprendente l'utensile. In questo caso, un processo di soppressione della vibrazione chatter di tipo rigenerativo e un processo di soppressione della vibrazione chatter forzata sono incompatibili. Pertanto, come descritto nel documento brevettuale 1, è stato trovato necessario determinare se una vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo o la vibrazione chatter forzata per mettere in atto un processo di soppressione delle vibrazioni corretto per ogni vibrazione.
[Documento brevettuale 1] pubblicazione di brevetto giapponese non esaminata N° 2000-210840.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
Tuttavia, in un procedimento descritto nel documento brevettuale 1, viene messo in atto un processo di soppressione delle vibrazioni considerando soltanto la vibrazione chatter corrente. Pertanto, quando sia la vibrazione chatter di tipo rigenerativo che la vibrazione chatter forzata vengono generate al momento di modificare una velocità di rotazione del mandrino principale, un processo di soppressione della vibrazione chatter di tipo rigenerativo può eccitare la vibrazione chatter forzata, oppure un processo di soppressione della vibrazione chatter forzata può eccitare la vibrazione chatter di tipo rigenerativo. Quindi, esiste il problema che la vibrazione chatter non può essere soppressa o viene generata una vibrazione chatter più forte.
Pertanto, un obiettivo della presente invenzione è di fornire un dispositivo di soppressione delle vibrazioni per una macchina utensile che può ottenere una velocità di rotazione ottimale per rispettivi casi, in cui viene generata soltanto la vibrazione chatter di tipo rigenerativo, viene generata soltanto la vibrazione chatter forzata, e vengono generate sia la vibrazione chatter di tipo rigenerativo che la vibrazione chatter forzata. Inoltre, il dispositivo di soppressione delle vibrazioni può sopprimere una vibrazione chatter in modo sicuro ed efficace senza che un processo di soppressione delle vibrazioni chatter ecciti l'altra vibrazione chatter .
Allo scopo di conseguire l'oggetto sopra indicato, un primo aspetto dell'invenzione è un dispositivo di soppressione delle vibrazioni per una macchina utensile per sopprimere una vibrazione chatter generata quando un albero rotante viene ruotato nella macchina utensile dotata dell'albero rotante per ruotare un utensile o un pezzo, il dispositivo comprendendo: un elemento di rilevazione per rilevare una vibrazione nel dominio del tempo dovuta alla rotazione dell'albero rotante; un elemento di calcolo per calcolare una frequenza di chatter e una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rilevata dall'elemento di rilevazione e calcolare una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante atta a sopprimere una vibrazione chatter quando la vibrazione nel dominio del tempo calcolata eccede una valore di soglia predeterminato, usando un valore k e un'informazione di fase, in cui il valore k è una parte intera di un valore ottenuto dividendo la frequenza di chatter per un prodotto del numero delle lame dell'utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante, e l'informazione di fase è una parte decimale del valore ottenuto dividendo la frequenza di chatter per un prodotto del numero di lame dell'utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante; un elemento di memorizzazione per memorizzare il valore k e l'informazione di fase; e un elemento di controllo della velocità di rotazione per ruotare l'albero rotante a una velocità di rotazione ottimale calcolata dall'elemento di calcolo e dall'elemento di memorizzazione, in cui l'elemento di calcolo confronta l'informazione di fase calcolata con una costante predeterminata per determinare se una vibrazione chatter generata è una vibrazione chatter forzata o una vibrazione chatter di tipo rigenerativo, determina se, o non, viene generata una vibrazione chatter differente dalla vibrazione chatter che viene determinata prima della vibrazione corrente usando l'informazione di fase memorizzata nell'elemento di memorizzazione, e cambia il valore k secondo l'esistenza di generazioni della vibrazione chatter determinata e della vibrazione chatter differente, in modo che venga calcolata la velocità di rotazione ottimale.
Un secondo aspetto dell'invenzione è il seguente, oltre al primo aspetto. Per cambiare correttamente il valore k, quando l'elemento di calcolo determina che una vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dall'informazione di fase corrente e dall'informazione di fase più vicina all'informazione di fase calcolata tra le informazioni di fase determinate come vibrazione chatter di tipo rigenerativo, e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase. Quando la vibrazione chatter di tipo rigenerativo non è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore aggiungendo un valore decimale che non genera una vibrazione chatter forzata all'informazione di fase calcolata, fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase, e determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo. Quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dall'informazione di fase corrente e dall'informazione di fase più vicina all'informazione di fase calcolata tra le informazioni di fase memorizzate determinate come vibrazione chatter forzata, e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase. Quando la vibrazione chatter forzata non è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo fa sì che il numero 0 sia la muova informazione di fase e cambia il valore k aggiungendo la nuova informazione di fase rispettivamente al valore k calcolato.
Un terzo aspetto dell'invenzione è il seguente, oltre al secondo aspetto. Vale a dire, quando viene correntemente generata la vibrazione chatter forzata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando viene correntemente generata la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore medio della informazione di fase corrente e dell'informazione di fase più vicina all'informazione di fase calcolata, e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase per ottenere facilmente una nuova informazione di fase.
Un quarto aspetto dell'invenzione è il seguente, oltre a uno qualsiasi dei primo - terzo aspetti. Vale a dire, per calcolare correttamente la velocità di rotazione ottimale usando il valore k cambiato, l'elemento di calcolo calcola la velocità di rotazione ottimale dividendo la frequenza di chatter per il prodotto del numero di lame dell'utensile e del valore k cambiato. Inoltre, in questo momento, quando l'utensile presenta eccentricità, il numero delle lame dell'utensile può essere 1.
Un quinto aspetto dell'invenzione è il seguente, oltre al secondo aspetto. Vale a dire, quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è una vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dalla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante e dalla velocità di rotazione dell'albero rotante più vicina alla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante tra le varie velocità di rotazione dell'albero rotante determinate come vibrazione chatter differente dalla vibrazione corrente tra le velocità di rotazione memorizzate del mandrino, e fa sì che questo valore sia la velocità di rotazione ottimale per calcolare la velocità di rotazione ottimale senza usare alcuna informazione di fase.
Un sesto aspetto dell'invenzione è il seguente, oltre al secondo aspetto. Vale a dire, quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore medio della velocità di rotazione corrente dell'albero rotante e della velocità di rotazione dell'albero rotante più vicina alla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante tra le varie velocità di rotazione dell'albero rotante determinate come vibrazione chatter differente dalla vibrazione corrente tra le velocità di rotazione memorizzate del mandrino, e fa sì che questo valore sia la velocità di rotazione ottimale per calcolare la velocità di rotazione ottimale senza l'uso di alcuna informazione di fase.
Secondo l'invenzione del primo aspetto, viene messo in atto un processo di soppressione delle vibrazioni considerando sia la vibrazione chatter di tipo rigenerativo che la vibrazione chatter forzata. Pertanto, può essere messo in atto un processo di soppressione delle vibrazioni chatter senza eccitare l'altra vibrazione chatter, e quindi può essere costantemente calcolata la velocità di rotazione stabile ottimale. Inoltre, poiché una vibrazione chatter più forte non viene generata dopo il processo di soppressione delle vibrazioni, una vibrazione chatter può essere soppressa con sicurezza ed efficacemente. Pertanto può essere mantenuta elevata l'accuratezza di finitura di una superficie lavorata e si può prevedere che l'utensile non venga sottoposto a usura e impedire che lo stesso si scheggi.
Oltre all'effetto del primo aspetto, l'invenzione del secondo aspetto produce l'effetto di poter correttamente cambiare il valore k aggiungendo una nuova informazione di fase al valore k calcolato.
Oltre all'effetto del secondo aspetto, l'invenzione del terzo aspetto produce l'effetto di poter facilmente ottenere nuove informazioni di fase.
Oltre all'effetto di uno qualsiasi dei primo - terzo aspetti, l'invenzione del quarto aspetto produce l'effetto di poter correttamente calcolare la velocità di rotazione ottimale usando il valore k cambiato.
Oltre all'effetto del secondo aspetto, le invenzioni dei quinto e sesto aspetti producono l'effetto di poter calcolare la velocità di rotazione stabile ottimale rispetto sia alla vibrazioni chatter forzata che a quella di tipo rigenerativo senza usare alcuna informazione di fase.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
- La figura 1 è un diagramma esplicativo che illustra una configurazione a blocchi di un dispositivo di soppressione delle vibrazioni;
- la figura 2 è un diagramma esplicativo che illustra lateralmente l'alloggiamento dell'albero rotante che è soggetto alla soppressione delle vibrazioni;
- la figura 3 è un diagramma esplicativo che illustra l'alloggiamento dell'albero rotante in una direzione dell' albero;
- la figura 4 è un diagramma esplicativo che illustra un esempio di un risultato dell'analisi di Fourier di accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo;
- la figura 5 è un diagramma esplicativo che illustra un esempio di un'accelerazione vibrazionale a una velocità di rotazione del mandrino principale tramite la quale l'informazione di fase diventa un valore vicino a 0;
- la figura 6 è un diagramma esplicativo che illustra un esempio di un'accelerazione vibrazionale a una velocità di rotazione del mandrino principale tramite la quale l'informazione di fase non diventa un valore vicino a 0; - la figura 7 è un diagramma esplicativo che illustra un esempio di un'accelerazione vibrazionale a una velocità di rotazione del mandrino principale tramite la quale l'informazione di fase diventa un valore medio;
la figura 8 è un diagramma di flusso relativo al controllo della soppressione di una vibrazione chatter; e
- la figura 9 è un diagramma esplicativo che illustra un campo di variabilità 1 delle informazioni di fase.
DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE
Una forma di realizzazione della presente invenzione verrà descritta qui di seguito facendo riferimento ai disegni.
La figura 1 è un diagramma esplicativo che illustra una configurazione a blocchi di un dispositivo di soppressione delle vibrazioni. La figura 2 è un diagramma esplicativo che illustra lateralmente un alloggiamento 1 dell'albero rotante che è soggetto a soppressione delle vibrazioni. La figura 3 è un diagramma esplicativo che illustra l'alloggiamento 1 dell'albero rotante in una direzione dell'albero.
Un dispositivo 9 di soppressione delle vibrazioni sopprime la "vibrazione chatter" generata in un albero rotante 3 situato girevolmente attorno a un asse C dell'alloggiamento 1 dell'albero rotante. Il dispositivo 9 di soppressione delle vibrazioni include sensori di vibrazioni (elemento di rilevazione) 2a - 2c per rilevare le accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo generate alla rotazione dell'albero rotante 3, e un dispositivo di controllo (un elemento di calcolo e un elemento di controllo della velocità di rotazione) 5 per controllare una velocità di rotazione dell'albero rotante 3 sulla base di valori rilevati dai sensori di vibrazioni 2a - 2c.
I sensori di vibrazione 2a - 2c sono fissati all'alloggiamento 1 dell'albero rotante, come illustrato nelle figure 2 e 3. Uno dei sensori di vibrazione rileva l'accelerazione vibrazionale nel dominio del tempo (che significa un'accelerazione vibrazionale su un asse del tempo) in una direzione ortogonale agli altri sensori (ad esempio, i sensori di vibrazione 2a - 2c rilevano le accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rispettivamente nelle direzioni ortogonali X, Y e Z). II dispositivo di controllo 5 include un'unità 6 di calcolo FFT per effettuare un'analisi sulla base delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rilevate dai sensori di vibrazioni 2a - 2c, un'unità 7 di calcolo dei parametri per memorizzare un valore calcolato dall'unità di calcolo FFT 6 e calcolare la velocità di rotazione ottimale sulla base del valore corrente e del valore memorizzato, un dispositivo NC 8 per controllare la lavorazione nell'alloggiamento 1 dell'albero rotante, e una memoria (non rappresentata). Il dispositivo di controllo 5 effettua un'analisi, come descritto in seguito, nell'unità 6 di calcolo FFT e il monitoraggio di una velocità di rotazione dell'albero rotante 3.
II controllo della soppressione di una "vibrazione chatter" nel dispositivo di controllo 5 verrà descritto con riferimento al diagramma di flusso nella figura 8. Quando il controllo inizia, l'unità 6 di calcolo FFT effettua una trasformata di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo che vengono costantemente rilevate durante la rotazione nei sensori di vibrazione 2a - 2c (SI), e calcola un'accelerazione massima e la sua frequenza (una frequenza di chatter) come mostrato dal riferimento numerico 4 in figura 4 (S2).
Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri confronta l'accelerazione massima calcolata in S2 con un valore di soglia predeterminato (S3). Quando l'accelerazione eccede il valore di soglia, l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che una "vibrazione chatter" che deve essere soppressa viene generata nell'albero rotante 3 e calcola un valore k e informazioni di fase dalle espressioni (1) - (3) che seguono usando la frequenza di chatter, il numero delle lame dell'utensile e la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 (S4). Quando l'accelerazione massima non eccede il valore di soglia nella determinazione di S3, l'unità 7 di calcolo dei parametri cancella un record nella memoria (S8) e termina l'elaborazione.
Valore k' = frequenza di chatter/(numero di lame dell'utensile x velocità di rotazione dell'albero rotante ... (1)
Valore k = parte intera del valore k' ... (2) Informazione di fase = valore k' - valore k ... (3) Il "numero di lame dell'utensile" nell'espressione (1) si ritiene sia presente nell'unità 7 di calcolo dei parametri. La "velocità di rotazione dell'albero rotante" nell'espressione (1) è una velocità di rotazione corrente (prima dell'ottimizzazione della velocità di rotazione). Il "valore k' " nell'espressione (1) è un numero adimensionato e si richiede che abbia una stessa dimensione quando le dimensioni dell'unità della frequenza di chatter e della velocità di rotazione dell'albero rotante sono differenti.
Quindi, in S5, allo scopo di memorizzare lo stato vibrazionale corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri memorizza la velocità rotazionale corrente dell'albero rotante, l'accelerazione massima e la sua frequenza calcolata in S2, e il valore k e l'informazione di fase (una parte decimale del valore k') calcolata in S4 nella memoria.
Quindi, in S6, l'unità 7 di calcolo dei parametri determina se, o non, è necessario ripetere il controllo. Questa determinazione può essere effettuata secondo il numero di ripetizione del controllo. Per esempio, il numero di ripetizione limitato di controllo è fissato a 1. Quando il numero dei dati memorizzato nella memoria non è superiore alla costante 1, viene determinato che è necessario che venga ricalcolata la velocità di rotazione ottimale. Quando il numero dei dati è superiore alla costante 1, viene determinato che l'accelerazione massima non può essere inferiore al valore di soglia, e quindi non è necessario che venga ricalcolata la velocità di rotazione ottimale.
Pertanto, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che è necessario ripetere il controllo in S6, viene effettuata l'elaborazione dopo S9 per ricalcolare la velocità di rotazione ottimale. Inoltre, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che non è necessario che venga ripetuto il controllo in S6, viene estratta l'accelerazione massima nella memoria per modificare la velocità di rotazione dell'albero rotante onde avere un'accelerazione minima dal dispositivo NC 8 in S7. Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri cancella un record nella memoria (S8) e termina 1'elaborazione .
D'altra parte, allo scopo di determinare un tipo della vibrazione corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri confronta le informazioni di fase ottenute dall'espressione (3) con le costanti 2 e 3 in S9. In questo caso, un campo di variabilità 1 è entro un campo di variabilità da più della costante 2 a meno della costante 3, come illustrato nella figura 9. Questo campo di variabilità 1 indica un campo di variabilità vicino a 0 e un campo di variabilità diverso dal campo di variabilità 1 è un campo di variabilità lontano da 0. Pertanto, quando le informazioni di fase correnti sono nel campo di variabilità 1, l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che viene generata la vibrazione chatter forzata e determina se esistono in SIO dati che hanno alcune informazioni di fase registrate nella memoria che non sono nel campo di variabilità 1. Quando in S9 viene determinato che le informazioni di fase correnti non sono entro il campo di variabilità 1, l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che viene generata una vibrazione chatter di tipo rigenerativo, e determina se, o non, i dati che hanno alcune informazioni di fase registrate nella memoria nella gamma di variabilità 1 esistono in SII.
Inoltre, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che esistono in SIO dati che hanno informazioni di fase non nel campo di variabilità 1, viene determinato che è stata generata una vibrazione chatter di tipo rigenerativo prima della generazione della vibrazione chatter corrente forzata. Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S12 nuove informazioni di fase sulla base dell'espressione 4 che segue. D'altra parte, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che in SIO non esistono i dati che non hanno informazioni di fase entro il campo di variabilità 1, essa determina che non è stata generata prima una vibrazione eccetto per la vibrazione chatter corrente forzata. Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S13 nuove informazioni di fase sulla base dell'espressione (5) descritta in seguito. Inoltre, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina in SII che esistono dati con informazioni di fase entro il campo di variabilità 1, viene determinato che è stata generata una vibrazione chatter forzata prima della generazione della vibrazione chatter corrente di tipo rigenerativo. Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S14 nuove informazioni di fase sulla base dell'espressione (4) che segue. D'altra parte, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che non esistono dati che hanno informazioni di fase entro il campo di variabilità 1, viene determinato che non è stata generata prima una vibrazione diversa dalla vibrazione corrente. Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S15 nuove informazioni di fase sulla base dell'espressione che segue (6).
Nuova informazione di fase = (Informazione di fase corrente Informazione di fase in una memoria) / 2 ... (4)
Nuova informazione di fase = Informazione di fase corrente 0,5 ... (5)
Nuova informazione di fase = 0 ... (6)
Le informazioni di fase nella memoria nell'espressione (4) sono le informazioni di fase di dati corrispondenti a quelli di SIO in S12, e sono le informazioni di fase di dati corrispondenti a quelli di SII in S14. Inoltre, quando esistono più dati corrispondenti, vengono usati dati aventi le informazioni di fase più vicine alle informazioni di fase correnti.
Inoltre, l'espressione (4) è per un processo in cui una vibrazione chatter forzata e una vibrazione chatter di tipo rigenerativo vengono generate secondo il numero di rotazioni. Per esempio, una vibrazione chatter forzata avente l'accelerazione massima, come mostrato con un riferimento numerico 10 in figura 5, può essere generata a una frequenza fi. In questo momento, come illustrato nella figura 6, possono esistere dati di una vibrazione chatter di tipo rigenerativo aventi l'accelerazione massima, come mostrato da un riferimento numerico 11, a una frequenza f2 prima della generazione della vibrazione corrente nella memoria.
Quindi, in S12 e S14, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola muove informazioni di fase sulla base dell'espressione (4) in modo che sia un valore medio delle informazioni di fase, come illustrato nella figura 7 (l'accelerazione massima mostrata da un riferimento numerico 12 viene ottenuta a una frequenza f3). L'unità 7 di calcolo dei parametri calcola la velocità di rotazione ottimale sulla base di queste nuove informazioni di fase e cambia la velocità di rotazione. In questo modo, entrambe le vibrazioni chatter possono essere moderatamente soppresse. Inoltre, entrambe le vibrazioni chatter possono essere allo stesso modo moderatamente soppresse quando la vibrazione chatter di tipo rigenerativo viene generata alla frequenza fi e la vibrazione chatter forzata viene generata alla frequenza f2.
Inoltre, generalmente, nell'espressione (5) viene aggiunto 0,5 atto a sopprimere più efficacemente la vibrazione chatter forzata all'informazione di fase corrente. Qui, l'aggiunta di 0,5 significa la riduzione della velocità di rotazione dell'albero rotante. Se viene richiesto di aumentare la velocità di rotazione dell'albero rotante, può essere aggiunto -0,5, vale a dire, viene sottratto 0,5.
Quindi, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S16 un valore kl aggiungendo la nuova informazione di fase rispettivamente calcolata al valore k sulla base dell'espressione (7) descritta in seguito. L'unità 7 di calcolo dei parametri calcola in S17 la velocità di rotazione ottimale dividendo la frequenza di una vibrazione chatter per il prodotto del numero di lame dell'utensile e del valore kl. Quando l'utensile presenta eccentricità, il numero di lame dell'utensile può essere 1. Questo perché, quando viene generata eccentricità, la forza di taglio di ogni lama è differente e, pertanto, viene generata una componente di frequenza sincronizzata soltanto con il numero di rotazioni di un mandrino principale come una componente di frequenza di forza di taglio generata indifferentemente dal numero di lame dell'utensile, oltre a una frequenza che è il multiplo integrale del valore ottenuto da un prodotto del numero di rotazioni del mandrino principale e del numero di lame dell'utensile .
Valore kl = valore k nuova informazione
di fase ... (7)
Numero di rotazioni ottimale = Frequenza chatter / (numero di lame dell'utensile x valore kl) ... (8).
Quindi, in S18, il dispositivo NC 8 cambia la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 così da renderla uguale alla velocità di rotazione ottimale calcolata. In questo modo, avviene prevenzione dell'amplificazione di una "vibrazione chatter", vale a dire soppressione.
Di conseguenza, il controllo della soppressione della vibrazione chatter viene effettuato nel dispositivo di controllo 5.
Come sopra descritto, il dispositivo 9 di soppressione delle vibrazioni della forma di realizzazione sopra descritta monitora una "vibrazione chatter" generata durante la rotazione dell'albero rotante 3 in tempo reale dopo l'inizio del controllo di questa vibrazione. Questo monitoraggio viene effettuato usando i sensori di vibrazioni 2a - 2c, l'unità 6 di calcolo FFT e l'unità 7 di calcolo dei parametri. Quindi, il dispositivo 9 calcola immediatamente la velocità di rotazione ottimale con le espressioni (1) - (8) immediatamente dopo che è stata rilevata la generazione della vibrazione chatter, e rende la velocità di rotazione dell'albero rotante 3 uguale alla velocità di rotazione ottimale, quindi sopprime l'amplificazione della vibrazione chatter. Vale a dire, poiché la velocità di rotazione ottimale viene calcolata sulla base della "vibrazione chatter" generata nell'albero rotante 3 attualmente rotante, la velocità di rotazione ottimale può essere calcolata immediatamente con maggiore precisione.
Più particolarmente, quando il dispositivo 9 calcola la velocità di rotazione ottimale, l'unità 7 di calcolo dei parametri confronta le informazioni di fase calcolate con una costante predeterminata e determina che una vibrazione chatter generata è una vibrazione chatter forzata o una vibrazione chatter di tipo rigenerativo. Inoltre, l'unità 7 di calcolo dei parametri determina se, o non, una vibrazione chatter, differente dalla vibrazione chatter determinata, è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente dalle informazioni di fase memorizzate in una memoria, e cambia ogni valore k secondo la vibrazione chatter determinata e l'esistenza di generazione della vibrazione chatter differente in modo da calcolare la velocità di rotazione ottimale. Pertanto, quando vengono generate sia la vibrazione chatter forzata che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo, può essere ottenuta la velocità di rotazione stabile ottimale, e quindi può essere efficacemente soppressa una vibrazione chatter. Di conseguenza, può essere mantenuta elevata l'accuratezza di lavorazione della superficie e ci si può aspettare che venga eliminata l'usura dell'utensile e impedita la scheggiatura.
Inoltre, quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri ottiene un valore calcolato dall'informazione di fase corrente e dall'informazione di fase più vicina alla informazione di fase calcolata tra informazioni di fase memorizzate determinate come vibrazione chatter di tipo rigenerativo e rende questo valore la nuova informazione di fase. Quando non era stata generata la vibrazione chatter di tipo rigenerativo prima della generazione dell'informazione di fase corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri ottiene un valore aggiungendo un valore decimale (0,5 o -0,5 in questo caso) per cui la vibrazione chatter forzata non viene generata all'informazione di fase calcolata, e rende questo valore la nuova informazione di fase. Quando l'unità 7 di calcolo dei parametri determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri ottiene un valore calcolato dalla informazione di fase corrente e dalla informazione di fase più vicina alla informazione di fase calcolata tra le informazioni di fase memorizzate determinate
come vibrazione chatter forzata, e rende questo valore la nuova informazione di fase. Quando la vibrazione chatter non è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri rende il numero 0 la nuova informazione di fase, e ottiene un valore kl aggiungendo ogni nuova informazione di fase al valore k calcolato. Pertanto, il valore k può essere cambiato adeguatamente.
In particolare, quando la vibrazione chatter forzata viene correntemente generata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando la vibrazione chatter di tipo rigenerativo viene correntemente generata e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'unità 7 di calcolo dei parametri ottiene un valore medio delle informazioni di fase correnti e delle informazioni di fase più vicine ad ogni informazione di fase calcolata, e rende questo valore la nuova informazione di fase. Pertanto, può essere facilmente ottenuta una nuova informazione di fase.
Inoltre, l'unità 7 di calcolo dei parametri calcola la velocità di rotazione ottimale dalla frequenza di chatter mediante il prodotto del numero di lame dell'utensile e del valore kl. Pertanto, può essere correttamente calcolata la velocità di rotazione ottimale.
Una struttura secondo il dispositivo di soppressione delle vibrazioni della presente invenzione non è limitata alla forma di realizzazione sopra descritta. Le strutture dell'elemento di rilevazione, di un dispositivo di controllo e il controllo della soppressione delle vibrazioni nel dispositivo di controllo possono essere adeguatamente modificate, se necessario, senza allontanarsi dall'ambito dell'invenzione.
Per esempio, quando le informazioni di fase, un valore k, una costante e la relazione tra di loro indicata nelle espressioni (1) - (8) vengono correttamente verificate e determinate secondo il tipo di utensile della macchina, l'accuratezza può essere ulteriormente migliorata. Ad esempio, nella forma di realizzazione sopra descritta, la velocità di rotazione ottimale viene calcolata usando un valore medio delle informazioni di fase della vibrazione chatter di tipo rigenerativo e della vibrazione chatter forzata come nuova informazione di fase. Tuttavia, la velocità di rotazione ottimale può essere calcolata usando l'accelerazione massima al momento della generazione di ogni vibrazione chatter, pesando questo valore e rendendo questo valore la nuova informazione di fase.
Inoltre, il numero di rotazioni può essere cambiato a un intervallo predeterminato tra le informazioni di fase di ogni vibrazione chatter. Quando il numero di rotazioni viene cambiato e vengono memorizzati gli stati vibranti, il numero delle rotazioni in cui l'accelerazione massima è la più bassa può essere reso la velocità di rotazione ottimale.
D'altra parte, quando viene determinato che la vibrazione chatter generata è la vibrazione forzata e che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando viene determinato che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, la velocità di rotazione ottimale può essere calcolata non usando informazioni di fase. Ad esempio, viene considerato un caso in cui la vibrazione chatter di tipo rigenerativo viene generata a una velocità di rotazione corrente dell'albero rotante di 1800 rpm e una memoria memorizza una storia in cui le vibrazioni chatter forzate erano state generate a velocità di rotazione dell'albero rotante di 1000 rpm, 1500 rpm e 2500 rpm. In questo caso, invece dei passi S12 - S17, un'accelerazione della vibrazione viene pesata dalla velocità di rotazione dell'albero rotante di 1500 rpm, che è la più vicina alla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante di 1800 rpm, e una velocità di rotazione di 1600 rpm può essere calcolata come la velocità di rotazione ottimale o una velocità di rotazione di 1650 rpm, che è una media di 1800 rpm e 1500 rpm, può essere calcolata come velocità di rotazione ottimale. Di conseguenza, la velocità di rotazione stabile ottimale può essere calcolata rispetto alle vibrazioni sia di tipo forzato che di tipo rigenerativo senza usare informazioni di fase.
Inoltre, nella forma di realizzazione sopra descritta, quando viene effettuata l'analisi di Fourier delle accelerazioni vibrazionali nel dominio del tempo rilevate dall'elemento di rilevazione, la soppressione di una vibrazione chatter viene controllata usando un pinnacolo in cui l'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza indica il massimo. Tuttavia, il dispositivo può calcolare la velocità di rotazione ottimale usando più pinnacoli in cui i valori dell'accelerazione vibrazionale nel dominio della frequenza sono di ordine superiore. In tal modo, l'effetto di soppressione di una vibrazione chatter può essere ulteriormente migliorato.
Inoltre, nella forma di realizzazione sopra descritta, l'accelerazione vibrazionale di un albero rotante viene rilevata dall'elemento di rilevazione, e la velocità di rotazione ottimale viene calcolata sulla base dell'accelerazione vibrazionale rilevata. Tuttavia, il dispositivo può rilevare uno spostamento o una pressione sonora efficace dovuta a una vibrazione usando l'elemento di rilevazione e calcolare la velocità di rotazione ottimale sulla base dello spostamento rilevato o della pressione sonora efficace.
Inoltre, nella forma di realizzazione sopra descritta, viene rilevata una vibrazione in un albero rotante di una macchina utensile, come un centro di lavorazione che fa ruotare un utensile. Tuttavia, il dispositivo può rilevare una vibrazione di un pezzo che è sul lato non rotante (il lato fisso) o una vibrazione di una parte vicina al pezzo.
Addizionalmente, la presente invenzione può essere applicata a una macchina utensile, come un tornio, in cui viene fatto ruotare un pezzo. In questo caso, il dispositivo può rilevare una vibrazione su un lato del mandrino principale, che corrisponde all'albero rotante e tiene un pezzo, o una vibrazione di un utensile, che corrisponde a un lato fisso. Inoltre, naturalmente, la posizione di fissaggio, il numero degli attacchi e simili dell'elemento di rilevazione possono essere adeguatamente modificati in corrispondenza con il tipo, la dimensione, o simili, di una macchina utensile.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per una macchina utensile avente un albero rotante (3) per sopprimere una vibrazione chatter generata quando un albero rotante (3) viene ruotato, il dispositivo comprendendo: - un elemento di rilevazione per rilevare una vibrazione nel dominio del tempo dovuta alla rotazione dell'albero rotante (3); - un elemento di calcolo per calcolare una frequenza di chatter e una vibrazione nel dominio della frequenza alla frequenza di chatter sulla base della vibrazione nel dominio del tempo rilevata dall'elemento di rilevazione, e calcolare una velocità di rotazione ottimale dell'albero rotante (3) atta a sopprimere una vibrazione chatter quando la vibrazione nel dominio della frequenza calcolata eccede un valore di soglia predeterminato, usando un valore k e informazioni di fase, in cui il valore k è una parte intera di un valore ottenuto dividendo la frequenza della vibrazione chatter per un prodotto del numero delle lame dell'utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante, e l'informazione di fase è una parte decimale del valore ottenuto dividendo la frequenza della vibrazione chatter per un prodotto del numero di lame dell'utensile e della velocità di rotazione dell'albero rotante; un elemento di memorizzazione per memorizzare il valore k e le informazioni di fase; e - un elemento di controllo della velocità di rotazione per ruotare l'albero rotante (3) alla velocità di rotazione ottimale calcolata dall'elemento di calcolo e dall'elemento di memorizzazione, in cui - l'elemento di calcolo confronta l'informazione di fase calcolata con una costante predeterminata per determinare se una vibrazione chatter generata è una vibrazione chatter forzata o una vibrazione chatter di tipo rigenerativo, determina se viene generata una vibrazione chatter differente dalla vibrazione chatter determinata prima della vibrazione corrente usando l'informazione di fase memorizzata nell'elemento di memorizzazione, e cambia il valore k secondo l'esistenza di generazioni della vibrazione chatter determinata e della vibrazione chatter differente, in modo da calcolare la velocità di rotazione ottimale.
- 2. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dall'informazione di fase corrente e dall'informazione di fase più vicina all'informazione di fase calcolata tra le informazioni di fase memorizzate determinate come vibrazione chatter di tipo rigenerativo e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase, in cui - quando la vibrazione chatter di tipo rigenerativo non era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore aggiungendo un valore decimale che non genera la vibrazione chatter forzata all'informazione di fase calcolata e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase, in cui quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e la vibrazione chatter forzata era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dall'informazione di fase corrente e dall'informazione di fase più vicina all'informazione di fase calcolata tra le informazioni di fase memorizzate determinate come vibrazione chatter forzata, e fa sì che questo valore sia la nuova informazione di fase, e in cui - quando la vibrazione chatter forzata non era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, l'elemento di calcolo fa sì che il numero 0 sia la nuova informazione di fase, e - cambia il valore k aggiungendo la nuova informazione di fase al valore k calcolato.
- 3. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile secondo la rivendicazione 2, in cui: - l'elemento di calcolo ottiene un valore medio delle informazioni di fase correnti e delle informazioni di fase più vicine alle informazioni di fase calcolate per i rispettivi casi ove la vibrazione chatter forzata viene correntemente generata e la vibrazione chatter di tipo rigenerativo è stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando la vibrazione chatter di tipo rigenerativo viene correntemente generata e la vibrazione chatter forzata era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e fa sì che questo valore medio sia la nuova informazione di fase.
- 4. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 3, in cui: - l'elemento di calcolo calcola la velocità di rotazione ottimale dividendo la frequenza di chatter per il prodotto del numero di lame dell'utensile e del valore k cambiato.
- 5. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile secondo la rivendicazione 2, in cui: l'elemento di calcolo ottiene un valore calcolato dalla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante e da una velocità di rotazione dell'albero rotante più vicina alla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante tra varie velocità di rotazione dell'albero rotante determinate come vibrazione chatter differente dalla vibrazione corrente tra velocità di rotazione del mandrino memorizzate, e fa sì che questo valore sia la velocità di rotazione ottimale quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e che la vibrazione chatter forzata era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente .
- 6. Dispositivo di soppressione delle vibrazioni per macchina utensile secondo la rivendicazione 2, in cui: l'elemento di calcolo ottiene un valore medio della velocità di rotazione corrente dell'albero rotante e di una velocità di rotazione dell'albero rotante più vicina alla velocità di rotazione corrente dell'albero rotante tra varie velocità di rotazione dell'albero rotante determinate come vibrazione chatter differente dalla vibrazione corrente tra velocità di rotazione del mandrino memorizzate, e fa sì che questo valore sia la velocità di rotazione ottimale, quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter forzata e che la vibrazione chatter di tipo rigenerativo era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente, e quando l'elemento di calcolo determina che la vibrazione chatter generata è la vibrazione chatter di tipo rigenerativo e che la vibrazione chatter forzata era stata generata prima della generazione della vibrazione corrente .
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