TWM525238U - 切削顫震迴避系統 - Google Patents

Description

切削顫震迴避系統

本新型是有關於一種切削顫震迴避系統，且特別是有關於一種可應用於加工機中，並可消除加工機所產生之切削顫震的切削顫震迴避系統。

在一般加工機之切削加工過程中，若因加工條件設定不當會導致切削顫震發生。切削顫震是一種由刀具振動引起的加工不穩定現象，且顫震通常會在工件表面留下顫震刀痕，而導致加工表面品質不良。另一方面，刀具也會因為在不平整的表面加工與振動而加速磨耗，而導致刀具或工件損壞。

因此，本新型之一目的是在提供一種切削顫震迴避系統，其可根據加工機上之不同之刀把與刀具結構特性以及製程參數設定，來產生對應之顫震迴避控制訊息，以消除加工機所產生的切削顫震。

根據本新型之上述目的，提出一種切削顫震迴避系統。此切削顫震迴避系統主要是用以消除一加工機所產 生之切削顫震。其中，加工機具有主軸，且主軸上設有刀把以及刀具。切削顫震迴避系統包含振動偵測裝置、控制裝置、顫震迴避模組以及操作與顯示模組。振動偵測裝置裝設在主軸上，且配置以偵測刀具之振動並產生振動訊號。控制裝置電性連接主軸，並配置以產生控制訊號來操控主軸以及提供即時切削資訊。顫震迴避模組電性連接振動偵測裝置以及控制裝置。顫震迴避模組包含結構資料庫以及製程控制模組。結構資料庫儲存有複數個刀具特性資料以及複數個刀把特性資料。其中結構資料庫包含刀具與刀把參數耦合分析單元，且刀具與刀把參數耦合分析單元係配置以從結構資料庫中選擇刀把特性資料以及刀具特性資料，來產出結構特性參數。製程控制模組包含參數設定單元以及顫震判斷與資訊處理單元。參數設定單元配置以根據一操作訊號來設定製程參數。顫震判斷與資訊處理單元配置以根據製程參數、結構特性參數、振動訊號以及控制訊號來產生一顫震資訊。操作與顯示模組電性連接顫震迴避模組以及振動偵測裝置。其中，操作與顯示模組包含操作裝置及顯示裝置。操作裝置係配置以選定或輸入參數。顯示裝置係配置以顯示顫震資訊。

依據本新型之一實施例，上述之顫震資訊包含顫震穩態資訊以及調變建議資訊。

依據本新型之又一實施例，上述之調變建議資訊包含主軸轉速建議值以及切削深度建議值。

依據本新型之另一實施例，上述之顫震判斷與資訊處理單元可進一步將顫震資訊轉換成調變訊號並傳送 至控制裝置。在控制裝置接收到調變訊號後，控制裝置可依據調變訊號來操控主軸。

依據本新型之再一實施例，上述之每一個刀具特性資料包含刀具之剛性、材料、外徑及/或刀刃數。

依據本新型之再一實施例，上述之顫震迴避模組更包含有限元素分析模組。此有限元素分析模組配置以建立並儲存刀具特性資料於結構資料庫中。

依據本新型之再一實施例，上述之每一個刀把特性資料包含刀把之剛性、材料及/或刀把設置在主軸之動剛性。

依據本新型之再一實施例，上述之控制訊號包含主軸轉速、切削深度以及切削進給率。

依據本新型之再一實施例，上述之振動偵測裝置配置以進一步將振動訊號轉換為一即時振動曲線圖。而且，顯示裝置可顯示前述之即時振動曲線圖。

由上述可知，本新型之切削顫震迴避系統主要可依據刀具在加工時所產生的震動訊號、加工時的即時製程參數、及操作人員所設定的結構特性參數來產生顫震資訊，以提供加工機自動調變其製程參數，進而達到迴避顫震之功效。在其他使用狀況下，操作人員亦可直接參考顫震資訊來手動調整加工機之製程參數。

此外，本新型的結構資料庫主要儲存有多個不同種類之刀把及刀具的特性資料，可提供操作人員選擇並設定加工機所使用的刀具及刀把。藉此，當顫震發生時，顫震 判斷與資訊處理單元可因應不同的刀把與刀具之結構特性參數、以及顫震發生時之相關製程條件，來產生對應的顫震資訊，進而可提升顫震資訊的準確度。在其他使用狀況下，顫震判斷與資訊處理單元亦可僅根據操作人員所輸入之製程參數以及結構特性參數來計算最佳的加工條件，以避免加工機發生顫震。

100‧‧‧切削顫震迴避系統

200‧‧‧主軸

210‧‧‧刀把

220‧‧‧刀具

300‧‧‧振動偵測裝置

400‧‧‧控制裝置

500‧‧‧顫震迴避模組

510‧‧‧結構資料庫

511‧‧‧刀具與刀把參數耦合分析單元

530‧‧‧製程控制模組

531‧‧‧參數設定單元

533‧‧‧顫震判斷與資訊處理單元

550‧‧‧有限元素分析模組

600‧‧‧操作與顯示模組

610‧‧‧顯示裝置

630‧‧‧操作裝置

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依照本新型之一實施方式之一種切削顫震迴避系統之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本新型之一實施方式之一種顫震穩態圖(Stability Lobe Diagram，SLD)；〔圖3〕係繪示依照本新型之一實施方式之一種調變建議圖；以及〔圖4〕係繪示依照本新型之一實施方式之一種即時振動曲線圖。

請參照圖1，其係繪示依照本新型之一實施方式之一種切削顫震迴避系統之裝置示意圖。本實施方式之切削顫震迴避系統100主要可架設在一般的加工機上，且可用以 消除加工機所產生之切削顫震。在一些例子中，加工機具有主軸200，主軸200上設有刀把210，且刀把210上設有刀具220。切削顫震迴避系統100主要包含振動偵測裝置300、控制裝置400、顫震迴避模組500以及操作與顯示模組600。其中，顫震迴避模組500電性連接振動偵測裝置300、控制裝置400以及操作與顯示模組600。

請繼續參照圖1，振動偵測裝置300裝設在主軸200上，且主要是配置以偵測刀具220之振動並產生振動訊號。在一實施例中，振動偵測裝置300可包含振動計(或加速規)以及訊號擷取卡。當振動計感測到刀具220振動時，振動計將感測到的刀具220振動傳送給訊號擷取卡，訊號擷取卡可將刀具220之振動轉換成振動訊號。控制裝置400電性連接主軸200，並配置以產生一控制訊號來操控主軸200以及提供即時切削資訊。舉例而言，控制裝置400可為電腦數值控制(Computer Numerical Control，CNC)裝置。

請繼續參照圖1，顫震迴避模組500主要包含結構資料庫510以及製程控制模組530。其中，結構資料庫510主要是用來儲存複數個刀具特性資料以及複數個刀把特性資料。在本實施例中，刀具特性資料係包含不同種類之刀具本身所具有之剛性、材料、外徑及/或刀刃數。在一實施例中，顫震迴避模組500可更包含有限元素分析模組550，且刀具特性資料可透過有限元素分析模組550來建立。對於廠商(機台製造商)而言，廠商可預先將客戶端(使用者端)所會用到之刀具，透過有限元素分析模組550來建立刀具特性資 料，儲存於結構資料庫510中。在其他實施例中，客戶端亦可根據其使用需求來透過有限元素分析模組550來建立會用到的不同刀具的刀具特性資料，並儲存於結構資料庫510中。

另一方面，刀把特性資料係包含不同種類之刀把剛性、材料及/或這些刀把設置在主軸上之動剛性。在一實施例中，廠商可透過敲擊測試等動剛性測試法來建立不同種類之刀把設置在主軸上之動剛性，並且預先將客戶端所會用到之刀把特性資料儲存於結構資料庫510中。在其他實施例中，客戶端亦可自行將廠商所提供之擴充資料以隨身硬碟或是網路傳輸的方式儲存至結構資料庫510中。

如圖1所示，製程控制模組530主要包含參數設定單元531以及顫震判斷與資訊處理單元533。參數設定單元531與顫震判斷與資訊處理單元533電性連接，且與操作與顯示模組600訊號連接。參數設定單元531係配置以根據一操作訊號來設定製程參數，例如主軸之轉速、切削深度、加工材料係數以及進給率等切削參數等。其中，本實施方式之操作與顯示模組600包含顯示裝置610以及操作裝置630。欲陳明者，在本實施例中所指的操作訊號是操作人員透過操作裝置630來輸入加工參數或是選取製程或加工條件等動作所產生。此外，結構資料庫510更包含刀具與刀把參數耦合分析單元511。刀具與刀把參數耦合分析單元511可從結構資料庫510中選擇所使用之刀把的刀把特性資料以及所使用之刀具的刀具特性資料，來產出結構特性參數。

此外，參數設定單元531與顫震判斷與資訊處理單元533電性連接，且顫震判斷與資訊處理單元533是分別與振動偵測裝置300、控制裝置400以及刀具與刀把參數耦合分析單元511訊號連接。在完成製程參數與結構特性參數之設定後，控制裝置400則可依據操作人員所設定之製程參數來產生控制訊號，以操控主軸200。在一例子中，控制訊號可包含主軸轉速、切削深度以及切削進給率。當加工機發生顫震時，顫震判斷與資訊處理單元533則可根據振動訊號、控制裝置400之即時控制訊號、參數設定單元531資料以及刀具與刀把參數耦合分析單元511產出之之結構特性參數來產生顫震資訊。

在本實施例中，顫震判斷與資訊處理單元533電性連接操作與顯示模組600，故在顫震判斷與資訊處理單元533產生顫震資訊後，操作與顯示模組600之顯示裝置610可進一步顯示顫震資訊，以供操作人員參考。

請繼續參照圖1，刀具與刀把參數耦合分析單元511係與顫震判斷與資訊處理單元533電性連接。在操作人員在選擇完所使用之刀把之刀把特性資料以及所使用之刀具的刀具特性資料後，刀具與刀把參數耦合分析單元511可根據所選擇之刀具特性資料以及刀把特性資料來產出結構特性參數。因此，當加工機發生顫震時，顫震判斷與資訊處理單元533係根據振動訊號、控制裝置400之即時控制訊號、參數設定單元531資料以及刀具與刀把參數耦合分析單元511所產生之結構特性參數來判斷與產生顫震資訊，進而 提升顫震資訊的準確度。

在一實施例中，顫震資訊包含顫震穩態資訊以及調變建議資訊。請參照圖2及圖3所示，其係分別繪示本新型之一實施方式之一種顫震穩態圖(SLD)以及一種調變建議圖。在一些例子中，顫震穩態資訊與調變建議資訊可分別由如圖2所示之顫震穩態圖以及如圖3所示之調變建議圖來表示，但不以此些為限。在其他實施例中，調變建議資訊亦可以表格的方式來表示。藉此，操作人員可參考顯示裝置610所顯示之顫震資訊來設定較佳之製程參數，進而使控制裝置400操控主軸200，藉此達到迴避顫震之目的。在一些例子中，調變建議資訊可包含主軸轉速建議值以及切削深度建議值。因此，操作人員可根據調變建議資訊來改變加工機的主軸轉速及切削深度，進而達到迴避加工機顫震的效果。

欲陳明者，除了透過操作人員參考顫震資訊來手動調整較佳之製程參數來消除顫震外，加工機亦可透過顫震迴避模組500來自動調整較佳之製程參數。在一些實施例中，顫震判斷與資訊處理單元533在產生顫震資訊後，可進一步將顫震資訊轉換成調變訊號，並將此調變訊號傳送至控制裝置400。而且，在控制裝置400接收到調變訊號後，控制裝置400可進一步依據調變訊號來操控主軸200，同樣可達到消除顫震之目的。

綜上所述，本新型之切削顫震迴避系統的運作流程如下。首先，操作人員透過操作裝置630來選擇並設定所使用之刀把210與刀具220之結構特性參數、以及主軸加 工之製程參數。在操作人員設定完結構特性參數以及製程參數後，控制裝置400可依據操作人員所設定之製程參數來產生控制訊號以操控主軸200，以進行加工程序。當加工機發生顫震時，振動偵測裝置300會產生振動訊號。顫震判斷與資訊處理單元533則可根據振動訊號、控制裝置400之即時控制訊號以及操作人員所設定之結構特性參數來產生顫震資訊，並將顫震資訊轉換成調變訊號而傳送至控制裝置400，以進一步操控主軸200，達到迴避顫震之目的。

欲陳明者，本新型除了可在刀具發生顫震時，提供顫震資訊外，亦可在離線的狀態下推估加工機是否發生顫震。也就是說，顫震判斷與資訊處理單元533亦可根據操作人員所設定之結構特性參數與製程參數來計算最佳的加工條件，以輔助控制裝置400之程式撰寫，進而提升整體加工機之控制精確度，並可減少顫震的發生機率。

此外，在其他實施例中，振動偵測裝置300亦可直接與操作與顯示模組600電性連接。請同時參照圖1及圖4，其中圖4係繪示依照本新型之一實施方式之一種即時振動曲線圖。當顫震發生時，振動偵測裝置300可進一步先將振動訊號轉換為如圖4所示之即時振動曲線圖。藉此，操作人員可透過操作與顯示模組600來選擇並顯示即時振動曲線圖，以即時了解刀具220之振動情形。

應說明者，圖2至圖4所示之顫震穩態圖、調變建議圖以及即時振動曲線圖僅為示範說明用，圖中的數值以及曲線分布並非用來限制本新型。不同的顫震情況以及參數 設定均會影響圖中的數值及曲線分布。

由上述本新型實施方式可知，本新型之切削顫震迴避系統主要可依據刀具在加工時所產生的震動訊號、加工時的即時製程參數、及操作人員所設定的結構特性參數來產生顫震資訊，以提供加工機自動調變其製程參數，進而達到迴避顫震之功效。在其他使用狀況下，操作人員亦可直接參考顫震資訊來手動調整加工機之製程參數。

此外，本新型的結構資料庫主要儲存有多個不同種類之刀把及刀具的特性資料，可提供操作人員選擇並設定加工機所使用的刀具及刀把。藉此，當顫震發生時，顫震判斷與資訊處理單元可因應不同的刀把與刀具之結構特性參數、以及顫震發生時之相關製程條件，來產生對應的顫震資訊，進而可提升顫震資訊的準確度。在其他使用狀況下，顫震判斷與資訊處理單元亦可僅根據操作人員所輸入之製程參數以及結構特性參數來計算最佳的加工條件，以避免加工機發生顫震。

雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧切削顫震迴避系統

200‧‧‧主軸

210‧‧‧刀把

220‧‧‧刀具

300‧‧‧振動偵測裝置

400‧‧‧控制裝置

500‧‧‧顫震迴避模組

510‧‧‧結構資料庫

511‧‧‧刀具與刀把參數耦合分析單元

530‧‧‧製程控制模組

531‧‧‧參數設定單元

533‧‧‧顫震判斷與資訊處理單元

550‧‧‧有限元素分析模組

600‧‧‧操作與顯示模組

610‧‧‧顯示裝置

630‧‧‧操作裝置

Claims (9)

1. 一種切削顫震迴避系統，係用以消除一加工機所產生之切削顫震，其中該加工機具有一主軸，且該主軸上設有一刀把以及一刀具，其中該切削顫震迴避系統包含：一振動偵測裝置，裝設在該主軸上，且配置以偵測該刀具之振動並產生一振動訊號；一控制裝置，電性連接該主軸，並配置以產生一控制訊號來操控該主軸以及提供即時切削資訊；一顫震迴避模組，電性連接該振動偵測裝置以及該控制裝置，其中該顫震迴避模組包含：一結構資料庫，儲存有複數個刀具特性資料、複數個刀把特性資料，其中該結構資料庫包含一刀具與刀把參數耦合分析單元，該刀具與刀把參數耦合分析單元係配置以從該結構資料庫中選擇該些刀把特性資料以及該些刀具特性資料，來產出一結構特性參數；以及一製程控制模組，包含：一參數設定單元，配置以根據一操作訊號來設定一製程參數；以及一顫震判斷與資訊處理單元，配置以根據該製程參數、該結構特性參數、該振動訊號以及該控制訊號來產生一顫震資訊；以及一操作與顯示模組，電性連接該顫震迴避模組以及振 動偵測裝置，其中該操作與顯示模組包含：一操作裝置，配置以選定或輸入參數；以及一顯示裝置，配置以顯示該顫震資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中該顫震資訊包含一顫震穩態資訊以及一調變建議資訊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之切削顫震迴避系統，其中該調變建議資訊包含一主軸轉速建議值以及一切削深度建議值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中該顫震判斷與資訊處理單元可進一步將該顫震資訊轉換成一調變訊號並傳送至該控制裝置，在該控制裝置接收到該調變訊號後，該控制裝置可依據該調變訊號來操控該主軸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中每一該些刀具特性資料包含該刀具之剛性、材料、外徑及/或刀刃數。
6. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中該顫震迴避模組更包含一有限元素分析模 組，配置以建立並儲存該些刀具特性資料於該結構資料庫中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中每一該些刀把特性資料包含該刀把之剛性、材料、及/或該刀把設置在該主軸之動剛性。
8. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中該控制訊號包含一主軸轉速、一切削深度以及一切削進給率。
9. 如申請專利範圍第1項所述之切削顫震迴避系統，其中該振動偵測裝置配置以進一步將該振動訊號轉換為一即時振動曲線圖；以及該顯示裝置可顯示該即時振動曲線圖。