稳定极限曲线制作方法及切削工具的固有振动数导出装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种切削工具的固有振动数导出方法、一种稳定极限曲线制作方法和一种切削工具的固有振动数导出装置。切削工具的固有振动数导出装置包括：加工执行部，一边阶段性地改变机床的主轴旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；位移检测部；切削动力检测部，检测作用于工具的切削动力；频率分析部，分别对在各主轴旋转速度下所获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力频谱；固有振动数导出部，针对各主轴旋转速度算出所获得的位移频谱除以切削动力频谱而得的适应性频谱后，算出重叠各适应性频谱而成的综合适应性频谱，将表示其最大适应性值的频率作为固有振动数而导出。

Method for making stability limit curve and apparatus for deriving natural vibration number of cutting tool

The invention discloses a method for deriving the natural vibration number of a cutting tool, a method for making a stability limit curve, and a device for deriving the intrinsic vibration number of a cutting tool. The number of natural vibration device of cutting tools including: export processing executive, while periodically changing the rotation speed of the machine tool, distance or time on the side of each rotation speed of the workpiece processing predetermined; displacement detection; dynamic detection of cutting power cutting, measuring tools in frequency; Department of analysis, were obtained at each spindle rotation speed the displacement data and cutting power data by frequency analysis to obtain the displacement and cutting power spectrum; natural vibration number is derived, adaptive spectral for each spindle rotation speed is obtained by dividing the displacement spectrum and the cutting power spectrum, spectrum comprehensive adaptability calculate the overlap of each adaptive spectral form, its maximum value will be said adaptability frequency as the inherent vibration number derived.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将利用机床对被加工物(工件)进行加工时所使用的切削工具的固有振动数导出的方法、及制作关于该切削工具的再生振动的稳定极限曲线的方法、以及将该切削工具的固有振动数导出的装置。
技术介绍
目前，在使用机床对工件进行加工时，因颤振而导致加工精度(尤其是表面精度)变差。这种颤振大致分为强制颤振及自激颤振，一般认为强制颤振是由于过大的外力发挥作用，或外力的频率与振动系统的共振频率同步而产生。另一方面，自激颤振有再生型颤振(再生颤振)及模耦合(modecoupling)型颤振，一般认为再生颤振是由于持续进行切削阻力的周期性变动与切取厚度的周期性变动的相互作用互相加强的切削(所谓的再生效应)而引起，并且认为模耦合型颤振是在两个方向的振动模式具有接近的共振频率的情况下，这些振动模式发生耦合而产生的颤振。以往，作为抑制所述颤振之中再生颤振的方法，提出了如下方法，即，求出稳定极限曲线(表示相对于主轴旋转速度的稳定极限的切入深度的线图)，并以主轴旋转速度位于稳定区域的方式调整该主轴旋转速度(参照下述专利文献1)。而且，为了制作这种稳定极限曲线，需要有工具的固有振动数、加工系统的阻尼比、等效质量、切削刚性及比切削刚性等数据。所述阻尼比及等效质量能够由工具的固有振动数而算出，因此，只要获得工具的固有振动数，那么就能够一并算出阻尼比及等效质量，作为将该工具的固有振动数导出的方法，以往通常已知的是如下方法，即，使用冲击锤(impacthammer)击打工具的前端部，由此时所获得的与工具的自由振动相关的数据及与冲击锤的击打力相关的数据而导出所述固有振动数(参照下述专利文献2)。另外，所述切削刚性及比切削刚性例如能够由使用该工具实际进行加工时在主轴马达中流动的电流值而算出。[
技术介绍
文献][专利文献][专利文献1]日本专利特开2012-213830号公报[专利文献2]日本专利特开2014-14882号公报
技术实现思路
[专利技术要解决的问题]然而，在以往的使用冲击锤导出切削工具的固有振动数的方法中，因为是由人使用冲击锤进行击打，所以容易产生人为的偏差，因此，存在难以获得准确的切削工具的固有振动数的问题，另外，存在为了获得适当的数据而对击打本身要求技能的问题。进而，关于安装于冲击锤的击打部的锤片(hammertip)，必须计算欲测定的振动频率的周期(频率的倒数)，以锤的接触时间处于该周期的0.3倍～1倍左右的范围的方式，通过试误选定锤片，从而也存在该选定工作极为繁琐的问题。另外，根据本专利技术人等的见解，认为切削工具的固有振动数的值在实际进行工件加工的加工时与并未进行工件加工时的空闲时存在微妙的不同。因此，只要能够从实际的加工状态导出该切削工具的固有振动数，那么就能够导出考虑到工件影响的更准确的固有振动数。本专利技术是鉴于以上的实际情况而完成的，目的在于提供一种不产生人为的偏差，另外，不需要繁琐的作业或特殊的技能而能够将切削工具的更准确的固有振动数导出的方法及其装置，以及制作稳定极限曲线的方法。[解决问题的手段]用来解决上述问题的本专利技术涉及一种将切削工具的固有振动数导出的方法，是将利用机床对被加工物进行加工时所使用的切削工具的固有振动数导出的方法，包括以下步骤：实际加工步骤：使用所述切削工具，一边阶段性地改变所述机床的主轴的旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；检测步骤：检测所述实际加工步骤中所述切削工具所产生的位置位移，并且检测作用于所述切削工具的切削动力；分析步骤：分别对所述检测步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力的频谱；以及导出步骤：基于所述分析步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移频谱及切削动力频谱，针对各所述旋转速度算出所述位移频谱除以所述切削动力频谱而得的频谱即适应性频谱(compliancespectrum)后，算出重叠所获得的各适应性频谱而成的综合适应性频谱，从所获得的综合适应性频谱导出表示最大适应性值的频率作为所述切削工具的固有振动数。而且，该固有振动数导出方法能够利用切削工具的固有振动数导出装置而适当地实施，该切削工具的固有振动数导出装置是将利用机床对被加工物进行加工时所使用的切削工具的固有振动数导出的装置，该装置包括：加工执行部，使所述机床执行如下动作：一边阶段性地改变所述机床的主轴的旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；位移检测部，检测所述机床的加工过程中所述切削工具所产生的位置位移；及切削动力检测部，检测作用于所述切削工具的切削动力；频率分析部，分别对由所述位移检测部及切削动力检测部在各所述主轴旋转速度下获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力的频谱；以及固有振动数导出部，基于所述频率分析部中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移频谱及切削动力频谱，针对各所述旋转速度算出所述位移频谱除以所述切削动力频谱而得的频谱即适应性频谱后，算出重叠所获得的各适应性频谱而成的综合适应性频谱，从所获得的综合适应性频谱导出表示最大适应性值的频率作为所述切削工具的固有振动数。本专利技术提供的切削工具的固有振动数导出方法及装置首先通过所述加工执行部使所述机床工作，使用所述切削工具，一边阶段性地改变所述机床的主轴的旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间(实际加工步骤)。然后，利用所述位移检测部检测在进行实际加工的期间所述切削工具所产生的位置位移，并且利用所述切削动力检测部检测作用于所述切削工具的切削动力(检测步骤)。此外，所谓使所述主轴旋转速度阶段性变化是指使主轴旋转速度以脉冲状或阶梯状(台阶状)变化，在对被加工物加工预先规定的距离或时间的期间内主轴旋转速度为固定。另外，关于主轴旋转速度的阶段性的变化量，并无特别限定，考虑取得数据的准确性或效率而适当设定。接着，利用所述频率分析部分别对由所述位移检测部及切削动力检测部而获得的各所述主轴旋转速度下的位移数据及切削动力数据进行频率分析(FFT(FastFourierTransformation，快速傅里叶变换))，算出关于位移及切削动力的频谱(波形)(分析步骤)。此外，所获得的位移频谱及切削动力频谱根据所述主轴的旋转速度而显示分别不同的特性即峰值频率。接着，基于各所述旋转速度下所获得的位移频谱及切削动力频谱，在所述固有振动数导出部中，首先，针对各所述旋转速度算出所述位移频谱除以所述切削动力频谱而成的频谱即适应性频谱后，算出重叠所有获得的各所述旋转速度的适应性频谱而成的综合适应性频谱(导出步骤)。此外，此处所说的适应性是将切削动力作为输入，取该输入与和其相对的输出即位移的比，被定义为输入与输出之间的传递函数。接着，所述固有振动数导出部基于算出的综合适应性频谱，分析该综合适应性频谱，并将表示最大适应性值的频率作为该切削工具的固有振动数而导出(导出步骤)。如上所述，适应性表示[位移(＝输出)/切削动力(＝输入)]。因此，可将适应性取最大值的频率、也就是相对于输入而输出变为最大的频率认定为该切削工具的固有振动数。这样一来，根据本专利技术，使用应该导出固有振动数的切削工具实际地对被加工物进行加工，并基于此时所检测出的该切削工具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削工具的固有振动数导出方法，是将利用机床对被加工物进行加工时所使用的切削工具的固有振动数导出的方法，其特征在于，包括如下步骤：实际加工步骤：使用所述切削工具，一边阶段性地改变所述机床的主轴的旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；检测步骤：检测在所述实际加工步骤中，所述切削工具所产生的位置位移，并且检测作用于所述切削工具的切削动力；分析步骤：分别对所述检测步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力的频谱；以及导出步骤：基于所述分析步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移频谱及切削动力频谱，针对各所述旋转速度算出所述位移频谱除以所述切削动力频谱而得的频谱即适应性频谱后，算出重叠所获得的各适应性频谱而成的综合适应性频谱，从所获得的综合适应性频谱导出表示最大适应性值的频率作为所述切削工具的固有振动数。

【技术特征摘要】
2015.11.26 JP 2015-2304661.一种切削工具的固有振动数导出方法，是将利用机床对被加工物进行加工时所使用的切削工具的固有振动数导出的方法，其特征在于，包括如下步骤：实际加工步骤：使用所述切削工具，一边阶段性地改变所述机床的主轴的旋转速度，一边在各旋转速度下对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；检测步骤：检测在所述实际加工步骤中，所述切削工具所产生的位置位移，并且检测作用于所述切削工具的切削动力；分析步骤：分别对所述检测步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力的频谱；以及导出步骤：基于所述分析步骤中在各所述主轴旋转速度下所获得的位移频谱及切削动力频谱，针对各所述旋转速度算出所述位移频谱除以所述切削动力频谱而得的频谱即适应性频谱后，算出重叠所获得的各适应性频谱而成的综合适应性频谱，从所获得的综合适应性频谱导出表示最大适应性值的频率作为所述切削工具的固有振动数。2.根据权利要求1所述的切削工具的固有振动数导出方法，其特征在于：实际加工步骤以如下方式构成：一边阶段性地改变所述主轴的旋转速度，一边利用与所述主轴正交且互相正交的两个进给轴即第一轴及第二轴的各自单独动作或它们的复合动作，在各旋转速度下，以包含所述第一轴及第二轴方向的进给量的方式，使所述切削工具相对于所述被加工物相对地移动而对所述被加工物加工预先规定的距离或时间；所述检测步骤以如下方式构成：针对各所述旋转速度而分别检测所述第一轴及第二轴的各进给方向上所述切削工具所产生的位置位移，并且分别检测此时作用于所述切削工具的切削动力；所述分析步骤以如下方式构成：分别对所述各进给方向的每一个、及各所述旋转速度下所获得的位移数据及切削动力数据进行频率分析，从而获得位移及切削动力的频谱；所述导出步骤以如下方式构成：算出所述各进给方向上在各所述旋转速度下所获得的位移频谱除以切削动力频谱而得的适应性频谱后，分别算出重叠所获得的各适应性频谱而成的综合适应性频谱，并分别从所获得的各综合适应性频谱检测表示最大适应性值的频率，将所检测出的两个频率作为所述切削工具的所述各进给方向上的固有振动数而导出。3.一种稳定极限曲线制作方法，其特征在于：包括根据权利要求1所述的各步骤；还包括曲线制作步骤，该曲线制作步骤是基于所述导出步骤中所获得的综合适应性频谱及所述切削工具的固有振动数，算出至少包括所述切削工具及被加工物的加工系统中的阻尼比及等效质量，并基于所得的阻尼比及等效质量以及所述固有振动数，制作关于所述切削工具的再生颤动的稳定极限曲线。4.一种稳定极限曲线制作方法，其特征在于：包括根据权利要求1所述的各步骤，所述导出步骤以如下方式构成：基于所获得的综合适应性频谱，将表示按照从小到大的顺序至少两个极大的适应性值的频率分别作为所述切削工具的固有振动数而导出；该稳定极限曲线制作方法还包括曲线制作步骤，该曲线制作步骤是基于所述导出步骤中所获得的综合适应性频谱及所述切削工具的各固有振动数，算出至少包括所述切削工具及被加工物的加工系统中的阻尼比及等效质量，即与所述各固有振动数相对应的阻尼比及等效质量，并基于所获得的阻尼比及等效质量以及所述各固有振动数，制作关于所述切削工具的再生颤动的稳定极限曲线，即与所述各固有振动数相对应的稳定极限曲线。5.一种稳定极限曲线制作方法，其特征在于：包括根据权利要求2所述的各步骤；还包括曲线制作步骤，该曲线制作步骤是基于在所述导出步骤中在所述各进给方向上所获得的综合适应性频谱及所述切削工具的固有振动数，分别算出至少包括所述切削工具及被加工物的加工系统中的阻尼比及等效质量，即所述各进给...

【专利技术属性】
技术研发人员：河合谦吾，大野胜彦，西川静雄，
申请(专利权)人：DMG森精机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP