用于控制颤振的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种用于降低机床颤振(chatter)的系统、方法、计算机可读介质和界 面。
【背景技术】
[0002] 例如，如通过引用其全部内容包含于此的美国5,170,358号专利所述，诸如车削、 镗削和铣削等的加工操作中的颤振或者不稳定是工业上的常见问题。振动被主要分成自由 振动、强迫振动和自激振动。颤振是在加工操作(或者加工工艺)过程中一种常见类型的自 激振动。在某些工作条件下，强迫振动也可能产生颤振。
[0003] 颤振是在加工操作过程中不希望看到的振动。有害振动反馈回路可能通过机床、 工件和机器导致颤振。在发生颤振时，通常可以通过改变与颤振频率（响应频率)有关的工 具旋转速度(改变驱动振动频率)来衰减来自反馈回路的振动。本公开的实施例旨在促进降 低賈页振。
【发明内容】
[0004] 根据本公开的实施例，提供一种用于控制颤振的系统。该系统包括：电路，其被配 置成:基于通过以先前选定器具速度设置而进行的加工操作所收集到的传感器数据，生成 颤振信息，其中，所述颤振信息包括颤振水平值和颤振频率值;基于通过所述加工操作所生 成的颤振频率值，确定预测会降低或者消除颤振的多个不同候选器具速度设置；以及生成 包括多个不同器具速度设置的用户界面，所述多个不同器具速度设置包括所述先前选定器 具速度设置和所述多个不同候选器具速度设置供用户选择，其中，所述用户界面被配置成 示出针对所述先前选定器具速度设置的颤振水平值。
[0005] 此外，根据本公开的实施例，提供一种用于控制颤振的方法。该方法包括以下步 骤:利用电路，基于通过以先前选定器具速度设置而进行的加工操作所收集到的传感器数 据，生成颤振信息，所述颤振信息包括颤振水平值和颤振频率值;利用所述电路，基于通过 所述加工操作所生成的颤振频率值，确定预测会降低或者消除颤振的多个不同候选器具速 度设置;利用所述电路，生成包括多个不同器具速度设置的用户界面，其中，所述多个不同 器具速度设置包括所述先前选定器具速度设置和所述多个不同候选器具速度设置供用户 选择；以及利用所述电路，在所述用户界面中示出针对所述先前选定器具速度设置的颤振 水平值。
[0006] 此外，根据本公开的实施例，提供一种存储在通过计算机来执行时使得计算机进 行如上所述的用于控制颤振的方法的非暂时性计算机可读介质。
[0007] 对于说明性实现的上述一般说明及其下述详细说明，仅是本公开的技术的示例性 方面，并且不是限制性的。
【附图说明】
[0008] 图1示出根据一个实施例的可能产生颤振的示例性机床。
[0009] 图2示出根据一个实施例的以颤振应用程序界面为基础的方法的流程图。
[0010] 图3A~3D示出根据一个实施例的颤振应用程序界面。
[0011 ] 图4示出示例性稳定叶瓣(lobe)图。
[0012] 图5示出根据一个实施例的、与颤振应用程序界面中所包括的速度栏和历史栏有 关的方法的流程图。
[0013] 图6A~6H示出根据一个实施例的颤振应用程序界面的示例性画面。
[0014] 图7示出计算机的硬件结构的例子的框图。
[0015]图8示出根据一个实施例的用于实现颤振应用程序界面的系统。
[0016]图9A~9F各自示出在计算机屏幕、监视器或者其他显示面板的一部分上所实现的 示例性图形用户界面。
【具体实施方式】
[0017] 在这些附图中，相同附图标记在多个图中指定相同或者相应的部分。此外，如在此 处使用的，单词"一"和"一个"等通常意为"一个以上"，除非另有说明除外。这些附图大体按 比例绘制，除非另有规定除外，或者示出示意性结构或者流程图。
[0018] 此外，术语"大约"、"接近"、"小"以及类似术语通常是指包括某些实施例中具有 20%、10%或者优选5%的余量的标识值及其间的任何值的范围。
[0019] 术语"速度"、"主轴速度"、"选定速度"以及类似术语是指以每分钟转数(rpm)所表 示的"器具转速"，除非另有规定除外。然而，本公开的实施例不局限于此，并且应该理解，可 以使用速度的其他单位。
[0020] 可以使用例如一个以上的传感器来监视加工操作过程中所产生的振动。该一个以 上的传感器可被配置成直接或者间接测量加工操作过程中的振动。可以使用从该一个以上 的传感器所接收到的传感器数据来使用例如用于消除驱动振动和从动振动之间的相位差 的一个以上的方法计算颤振降低的器具转速。基于所计算出的速度，通过手动或者自动将 器具转速改变成选定的计算出的速度，可以消除或者降低颤振。
[0021] 在某些实施例中，通过一个以上的计算机数控系统(CNC)控制该机器。操作者(或 者用户）可以经由通过一个以上的CNC或者独立计算机所提供的一个以上的用户界面来控 制器具转速。该用户界面可以被配置成显示颤振数据和颤振降低计算结果的中的一个或者 它们的组合，以引导用户启用一个以上的想要的器具转速。然而，在这类结构中，速度数据、 颤振数据和启用方法可能高度不相关。
[0022] 为了解决该问题，可以将颤振历史数据与相应速度信息整合，并且将其提供给操 作者。在尝试多个器具转速以找到最佳器具转速时，可以保存尝试速度的历史和每一颤振 幅度、并且将其显示给操作者。可以以表或者图形的形式显示这些数据。然而，由于屏幕大 小限制，同时全方位示出颤振数据，这可能是不实际的。
[0023] 为了更加有效降低在一个以上的加工操作过程中的颤振，需要便于基于以往信息 来选择运行速度的界面。
[0024] 图1示出根据本公开实施例的示例性机器100。机器100包括主轴箱101、刀具102 (例如，车削、镗削和铣削刀具）、工件103和一个以上的传感器（例如，振动传感器104和 105)。主轴箱101包括用于将刀具102保持在想要的位置处的固定装置。主轴箱101还包括能 够以可选择的想要的固定速度转动刀具102的电动机(未示出）。刀具102在与工件103接触 时以选定速度转动，以例如通过去除材料使得工件103加工成形。通过计算机700和/或者操 作者动作来控制刀具102和工件103的运动。
[0025] 振动传感器104和105被置于主轴箱101上的不同位置处。振动传感器测量在加工 过程中所产生的振动，并且将振动数据提供给控制计算机(例如，计算机700)，其中，在控制 计算机中对振动数据进行处理。处理后的数据可以被显示在用户界面上，其中，操作者与用 户界面进行交互来操作机器100。例如，可以使用振动数据计算被显示在用户界面上的、诸 如速度等的一个以上的最佳颤振降低参数。以一个以上的参数作为指引，操作者可以通过 用户界面进行适当选择以降低在一个以上加工过程中所观测到的颤振。
[0026] 图2是根据本公开实施例的以颤振应用程序界面(CAI)为基础的方法的流程图。当 接通机器100的电源、或者另外启动初始化处理时，开始CAI处理。初始化步骤201涉及初始 化诸如器具槽计数、器具最小速度、器具最大速度、器具颤振阈值等的一个以上的加工相关 参数，以及/或者清除速度和颤动数据库。在步骤202,（自动或者通过操作者)选择初始机器 速度(或者初始器具速度设置），并且开始加工过程。数据收集步骤203涉及读取或者收集加 工过程期间的数据。例如，在步骤204,读取振动传感器数据，或者在步骤206,读取当前主轴 速度。一旦收集了传感器数据，就可以将其转换成不同形式。例如，在步骤205,使用快速傅 里叶变换(FFT)将振动传感器数据转换成频域数据。
[0027] 数据收集步骤203之后是数据处理步骤207。在数据处理步骤207,按照设计规格 (例如，颤振计算)来处理传感器数据。例如，以某一方法(例如，平均、加权)来处理来自多个 传感器的振动数据。振动数据的处理包括基于振动数据生成(例如，通过判断或者测量)颤 振水平值和颤振频率值。在一个实施例中，颤振水平值对应于针对颤振频率所检测到的最 大颤振水平。步骤207还涉及为了消除颤振附带的振动数据以及传感器数据中的噪声可以 使用的数据滤波算法。
[0028] 在数据处理步骤207之后，并行执行步骤208和210。步骤208是评估颤动是否大于 在步骤201所设置的器具颤振阈值的条件检查。如果在步骤208评估该条件为"否"（N)，那么 处理返回至步骤203。如果在步骤208评估该条件为"是"（Y)，那么处理进入步骤209。在步骤 209,利用无颤振主轴速度计算模块(或者降低颤振后的主轴速度计算模块)来计算被预测 降低或者消除颤振的一个以上的候选速度。在一个实施例中，一个以上的候选速度是预测 到颤振水平低于一个以上的预定颤振阈值的速度。无颤振主轴速度计算模块计算在CAI的 速度栏中所提供的一个以上的候选主轴速度