[go: up one dir, main page]

CN109863376A - 用于作业机械的振动监测方法和系统 - Google Patents

用于作业机械的振动监测方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109863376A
CN109863376A CN201780058842.4A CN201780058842A CN109863376A CN 109863376 A CN109863376 A CN 109863376A CN 201780058842 A CN201780058842 A CN 201780058842A CN 109863376 A CN109863376 A CN 109863376A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tpf
threshold value
harmonic
frequency
display unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780058842.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109863376B (zh
Inventor
驹井保宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NT Engineering KK
Original Assignee
NT Engineering KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NT Engineering KK filed Critical NT Engineering KK
Publication of CN109863376A publication Critical patent/CN109863376A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109863376B publication Critical patent/CN109863376B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0971—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring mechanical vibrations of parts of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/12—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring vibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37434—Measuring vibration of machine or workpiece or tool

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

该振动监测方法具有以下步骤：在总阈值超过显示部(56)的显示栏(56a)中显示充当工具通过频率下的峰值加速度的TPF峰值超过TPF阈值的次数；在总阈值超过显示部(56)的显示栏(56b‑56d)中显示谐波频率下的谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；以及在变化显示部(58)上显示超过TPF阈值的次数与超过谐波TPF阈值的次数的比较。

Description

用于作业机械的振动监测方法和系统
技术领域
本发明涉及用于作业机械的振动监测方法和系统，该振动监测方法和系统用于在借助加工工具对工件执行加工时，监测由加工工具产生的震动状态。
背景技术
通常，各种机床用于借助加工工具对工件执行加工。例如，镗孔是通过将设置有镗刀(刀刃)的镗孔工具附接到机床的旋转主轴并在使镗孔工具高速旋转的同时使镗孔工具沿着预制孔连续延伸，来用镗刀的刀刃加工直径在预定位置处加工高精度孔部。
在这种作业机械中，为了执行高精度加工，需要确定加工状态是否良好。传统上，加工状态是否良好基于加工声音(即，切割声音)是否良好来确定。声音和振动具有同源，并且通过检测加工振动的特性，可以确定加工状态是否良好。
例如，专利文献1所公开的加工状态监测方法具有：正常状态确定步骤，该正常状态确定步骤确定对工件的加工是否处于正常状态；颤动确定步骤，该颤动确定步骤确定颤动是否发生；预测阶段确定步骤，该预测阶段确定步骤在确定加工未处于正常状态且颤动未发生时，确定它是正常状态转变到颤动的预测阶段；以及预测阶段监测步骤，该预测阶段监测步骤在确定是预测阶段时，监测预测阶段的加工状态并在屏幕上显示预测阶段的加工状态。因此，通过从预测阶段的加工状态获得特性信息，可以在颤动发生之前快速且有效地作出反应。
引用列表
专利文献
专利文献1
日本公开未审查专利申请NO.2016-083759
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明关于上述技术思想来实现，并且本发明的目的是提供能够由简单步骤且以简单构造高精度地有效执行加工状态是否良好的确定的、用于作业机械的振动监测方法和系统。
解决技术问题的手段
本发明涉及用于作业机械的振动监测方法和系统，在该振动监测方法和系统中，由傅里叶级数展开在包括频率和加速度的频谱中展开在加工时检测的加工振动。
该振动监测方法包括以下步骤：将充当从加工工具的转数和刀片数计算出的工具通过频率下的峰值加速度的TPF峰值与充当对于频谱预设的工具通过频率的峰值阈值的TPF阈值进行比较，并且在TPF阈值超过累计和显示部上显示TPF峰值超过TPF阈值的次数；将充当作为工具通过频率的整数倍的谐波频率下的峰值加速度的谐波TPF峰值与充当对于频谱预设的谐波频率的峰值阈值的谐波TPF阈值进行比较，并且在谐波TPF阈值超过累计和显示部上显示谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；以及将超过TPF阈值的次数与超过谐波TPF阈值的次数进行比较，并且在变化显示部上显示。
在该振动监测方法中，优选地，谐波TPF阈值超过累计和显示部至少具有：第一谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第一谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是工具通过频率两倍的谐波频率下的第一谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；和第二谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第二谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是工具通过频率三倍的谐波频率下的第二谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；并且变化显示部将超过TPF阈值的次数与超过第一谐波TPF阈值的次数和超过第二谐波TPF阈值的次数至少这二者的和进行比较并显示。
进一步地，该振动监测系统包括：TPF阈值超过累计和显示部，该TPF阈值超过累计和显示部将充当从加工工具的转数和刀片数计算出的工具通过频率下的峰值加速度的TPF峰值与充当对于频谱预设的工具通过频率的峰值阈值的TPF阈值进行比较，并且显示TPF峰值超过TPF阈值的次数；谐波TPF阈值超过累计和显示部，该谐波TPF阈值超过累计和显示部将充当是工具通过频率的整数倍的谐波频率下的峰值加速度的谐波TPF峰值与充当对于频谱预设的谐波频率的峰值阈值的谐波TPF阈值进行比较，并且显示谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；以及变化显示部，该变化显示部将超过TPF阈值的次数与超过谐波TPF阈值的次数进行比较并且显示。
进一步地，在该振动监测系统中，优选地，谐波TPF阈值超过累计和显示部至少包括：第一谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第一谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是工具通过频率两倍的谐波频率下的第一谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；和第二谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第二谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是工具通过频率三倍的谐波频率下的第二谐波TPF峰值超过谐波TPF阈值的次数；并且变化显示部将超过TPF阈值的次数与超过第一谐波TPF阈值的次数和超过第二谐波TPF阈值的次数至少这二者的和进行比较并显示。
本发明的效果
凭借根据本发明的振动监测方法和系统，在借助加工工具对工件执行加工时，可以看到在工具通过频率(TPF)下发生的峰值的次数与在谐波频率下发生的峰值的次数之间的相互关系。在良好加工状态下，在工具通过频率下发生的峰值的次数较显著，而在不良加工状态下，在谐波频率下发生的峰值的次数随同工具通过频率一起增大。因此，从两者之间的关系的变化，可以高精度地高效执行加工状态是否良好的确定。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的用于作业机械的振动监测系统应用于的作业机械的示意例示图。
图2是形成振动监测系统的控制器的例示图。
图3是形成振动监测系统的显示单元的例示构造图。
图4是在形成显示单元的频谱显示部上显示的良好加工振动的例示图。
图5是由图4所示的加工振动的傅里叶变换获得的谱的例示图。
图6是在频谱显示部上显示的不良加工振动的例示图。
图7是由图6所示的加工振动的傅里叶变换获得的谱的例示图。
图8是显示在良好加工状态下的、累积比较值的随着时间的变化的例示图。
图9是显示在不良加工状态下的、累积比较值的随着时间的变化的例示图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的实施方式的用于作业机械的加工状态监测系统(振动监测系统)10适用于机床12。机床12适用于系统的作业机械，在该系统中，功能地编译稍后要描述的加速度传感器26、麦克风28、以及控制器30。
机床12包括：心轴(主轴)18，该心轴借助轴承16可旋转地设置在壳体14中；和工具架(加工工具)20，该工具架可附接到心轴18和与其分离。刀具22安装在工具架20的前端中。工件W安装在工作台24上。
加工状态监测系统10包括为了检测在开始由刀具22加工时发生的振动而安装在壳体14的侧部中的加速度传感器26、和通过声波获取振动声音的麦克风28中的至少一者。加速度传感器26和(或)麦克风28连接到控制器30，并且控制器30连接到机械控制面板32。机械控制面板32控制机床12，并且连接到控制操作面板34。
如图2所述，控制器30包括算术单元(算术机构)38，由加速度传感器26和(或)麦克风28检测的机械振动(加工振动)由放大器和滤波器电路36放大并取入到算术单元中。
输入心轴18的转数、刀具22的刀片数以及自然振动数等的输入设置单元(输入设置部)40连接到算术单元38。在输入设置单元40中，可以设置阈值，用于在超过阈值的振动发生时监测、识别以及确定处理信号的过程等。在输入设置单元40中，根据需要设置重复计数器(电路)42。
加工状态确定单元44、和用于输出稍后要描述的算数确定的信号的输入/输出单元46连接到算术单元38。在屏幕上显示算术结果、检测结果等的显示单元48连接到算术单元38。更新后的数据例如每一秒从算术单元38发送到加工状态确定单元44。
如图3所示，显示单元48包括频谱显示部52、阈值超过累计和显示部56、以及变化显示部58。在频谱显示部52中，可以对于各频带或对于各指定频率设置阈值。在超过所设阈值的振动发生时，将振动计数为超过阈值，并且在阈值超过累计和显示部56上累积显示振动被计数的次数。在阈值超过累计和显示部56中，设置充当多类型显示窗的第一显示栏(TPF阈值超过累计和显示部)56a、第二显示栏(谐波TPF阈值超过累计和显示部)56b、第三显示栏(谐波TPF阈值超过累计和显示部)56c、第四显示栏(谐波TPF阈值超过累计和显示部)56d、以及第五显示栏56e，这些显示窗连同指示用于预设频带或用于指定频率的阈值的超过的累积信号一起工作。在变化显示部58中，显示在阈值超过累计和显示部56的指定类型显示窗中累积的值之间的随着时间的变化。
下面将描述由这样形成的加工状态监测系统10进行的振动监测方法。
如图1所示，在机床12中，驱动心轴18旋转并沿着工件W的预制孔Wa延伸，在前端安装有刀具22的工具架20附接到心轴18。然后，工具架20相对移动至工件W的预制孔Wa侧。因此，刀具22与工具架20一体旋转，并且借助刀具22对工件W的内壁面执行加工。
在开始加工之前，控制器30从加速度传感器26和(或)麦克风28获取心轴18空转时的振动。该振动值是无载状态的振动量并充当稍后获取的振动水平的设置阈值。加工由心轴18开始，并且借助放大器和滤波器电路36将加工振动取入到算术单元38中。在算术单元38中，加工振动经由傅里叶变换(傅里叶级数展开)进行算术分析。具体地，时间振动f(t)被表达为：
f(t)＝Σ(aj cos2πJt+bj sin2πJt)
在这点上，aj是频率J的余弦谐波分量的傅里叶系数，并且bj是频率J的正弦谐波分量的傅里叶系数。
相对于频率J的傅里叶系数基于aj＝1/2T∫f(t)cos(2πJt)dt和bj＝1/2T∫f(t)sin(2πJt)dt，进行傅里叶级数展开。积分区间是0至T，并且该积分区间T是时段1/J的整数倍。这里，实际获取例如10Hz至10000Hz的加工的振动频率。
如图3所示，频谱显示部52设置在显示单元48中。在频谱显示部52中，以由傅里叶分析计算的频率Hz为横轴且以加速度(振动的强度)G为纵轴显示频谱。
在频谱显示部52中，显示各种加工振动。例如，图4示出了良好加工状态下的加工振动，而图6示出了加工粗糙的状态(不良加工状态)下的加工振动。下文中，将给出具体描述。
图4所示的加工振动在铁构件用作工件W时发生，并且加工以3800RPM的心轴转速由双刀片刀具22执行。图4由时间轴表示加工振动量(加速度G作为纵轴，并且在测量开始之后通过的秒数作为横轴)，并且图5将经受傅里叶变换的该量表示为各频率的频谱(频率Hz作为横轴，并且加速度G作为纵轴)。
这里，从“(心轴的转数RPM/60)×刀片数量”获得加工刀刃与工件W抵靠的工具通过频率(TPF)。如图5所示，工具通过频率是127Hz(下文中，被称为TPF1)。进一步地，是TPF1两倍(整数倍)的谐波频率是253Hz(下文中，被称为TPF2)，是TPF1三倍(整数倍)的谐波频率是380Hz(下文中，被称为TPF3)，并且是TPF1四倍(整数倍)的谐波频率是507Hz(下文中，被称为TPF4)。根据需要，可以设置是TPF1的五倍或更多倍(整数倍)的谐波频率(TPFn)。
在TPF1、TPF2、TPF3以及TPF4中，分别充当峰值加速度(振动强度)的TPF1峰值、TPF2峰值、TPF3峰值、以及TPF4峰值发生。此时，与TPF1峰值的大小相比，作为TPF1的谐波频率的TPF2峰值、TPF3峰值、以及TPF4峰值中的其他峰值具有相当小的值。进一步地，在除了TPF1峰值至TPF4峰值之外的频率下，没有大峰值加速度发生。
即，在观察到加工振动的频谱时，仅工具通过频率(TPF1)下的峰值加速度(TPF1峰值)显著出现，并且没有其他大振动频率。在这种状态下执行的加工是良好的，并且加工(切削)的加工声音示出了良好的切割声音，并且获得良好的加工面。
同时，图6所示的加工振动在铁构件用作工件W时发生，并且加工以3060RPM的心轴转速由双刀片刀具22执行。图6由时间轴表示加工振动量(加速度G作为纵轴，并且在测量开始之后经过的秒数作为横轴)，并且图7将经受傅里叶变换的该量表示为各频率的频谱(频率Hz作为横轴，并且加速度G作为纵轴)。
这里，工具通过频率(TPF)是102Hz(下文中，被称为TPF1)。进一步地，是TPF1两倍(整数倍)的谐波频率是204Hz(下文中，被称为TPF2)，是TPF1三倍(整数倍)的谐波频率是306Hz(下文中，被称为TPF3)，并且是TPF1四倍(整数倍)的谐波频率是408Hz(下文中，被称为TPF4)。根据需要，可以设置是TPF1的五倍或更多倍(整数倍)的谐波频率(TPFn)。
在是TPF1的峰值加速度的TPF1峰值的大小与分别是TPF2、TPF3以及TPF3的峰值加速度的TPF2峰值、TPF3峰值以及TPF4峰值的大小之间进行比较。此时，与TPF1峰值的大小相比，作为TPF1的谐波频率的TPF2峰值、TPF3峰值、以及TPF4峰值中的其他峰值具有类似值。在这种状态下执行的加工中，加工振动声音增大，并且关于加工声音的频率，除了TPF1的声音之外，还混合TPF2、TPF3、以及TPF4的声音，并且同时还混合除了所激发TPF频率之外的低频的声音。因此，加工声音听起来像振动的音量级高的嘈杂加工声音，并且不具有易切削性的感觉，并且进一步地，被加工的表面变得粗糙。
如上所述，在加工状态监测系统10中，为了确定加工状态是否良好，总是监测加工中的工具通过频率(TPF)的峰值加速度和谐波频率的峰值加速度，并且将TPF2至TPFn(n＝3或更多的整数)的振动量的变化与TPF1峰值的振动量进行比较。下文中，将描述细节。
如图1所述，借助放大器和滤波器电路36向算术单元38发送由加速度传感器26和(或)麦克风28获取的加工振动。如图2所示，在算术单元38中，加工振动经受傅里叶变换(傅里叶级数展开)的算术分析，并且在频谱显示部52上显示其值，并且每固定时间(通常，为每一秒)更新显示。同时，在输入设置单元40中，输入包括心轴18的转数、刀具22的刀片数以及自然振动数等的信息。由该输入信息，可以分别在TPF1、TPF2、TPF3...TPFn等之间区分频谱的振动信息。
如图3所示，在频谱显示部52上显示的振动强度(峰值加速度)超过由频率的类型设置的阈值的情况下，向阈值超过累计和显示部56的类型显示窗发送振动强度，作为超过阈值的累计值。另选地，还可以在频谱显示部52中检测的累计值在阈值超过累计和显示部56的类型显示窗中累计并显示之前，在例如借助单独设置的重复计数器42将指示TPF1的阈值的超过的累计信号发出多次时，在阈值超过累计和显示部56的类型显示窗中累计并显示累计值。这种情况下的重复计数器的计数的安装在输入设置单元40的设置屏幕上执行。
在阈值超过累计和显示部56中，例如，在TPF1的振动(TPF1峰值)在由刀具22进行的加工时发生的振动的频谱处超过在频谱显示部52中设置的阈值时，向阈值超过累计和显示部56的第一显示栏56a发送超过阈值的累计值。在第一显示栏56a中，累积地显示TPF1的累计值。因此，每当发送超过TPF1的阈值的累计值时，在阈值超过累计和显示部56的第一显示栏56a中显示的图进行累积加法。
类似地，在谐波频率的TPF2的振动(TPF2峰值)在加工振动的频谱处超过在频谱显示部52中设置的阈值时，向阈值超过累计和显示部56的第二显示栏56b发送超过阈值的累计值。在第二显示栏56b中，累积地显示TPF2的累计值。因此，每当发送超过TPF2的阈值的累计值时，在阈值超过累计和显示部56的第二显示栏56b中显示的图进行累积加法。
进一步地，在谐波频率的TPF3的振动(TPF3峰值)超过在频谱显示部52中设置的阈值时，向阈值超过累计和显示部56的第三显示栏56c发送超过阈值的累计值。同时，在谐波频率的TPF4的振动(TPF4峰值)超过在频谱显示部52中设置的阈值时，向阈值超过累计和显示部56的第四显示栏56d发送超过阈值的累计值。此外，在除了TPF1至TPF4之外的TPF谐波频率的振动超过在频谱显示部52中设置的阈值时，在阈值超过累计和显示部56的第五显示栏56e中集中显示超过阈值的累计值。
在变化显示部58中，比较并随着时间显示阈值超过累计显示部56的第一显示栏56a至第四显示栏56d(根据需要包括第五显示栏56e)的累积累计值，其对频谱显示部52的数据的阈值的超过计数并显示。此时，可以由单独设置屏幕选择比较参数。具体地，在变化显示部58中，随着时间将TPF1的累积累计值(超过TPF阈值的次数)与TPF2、TPF3、以及TPF4(进一步地，根据需要为TPFn)的各累积累计值(超过谐波TPF阈值的次数)的和的值进行比较。即，“(TPF2的累计值+TPF3的累计值+TPF4的累计值+TPFn的累计值)/TPF1的累计值”等于比较值。
图8所示的变化显示部58显示TPF2、TPF3、以及TPF4(进一步地，根据需要为TPFn)的各累积累计值的和的累计值低于TPF1的累积累计值的情况。其比较值为1或更小，并且检测加工状态是易切削状态的事实。同时，图9所示的变化显示部58显示TPF2、TPF3、以及TPF4(进一步地，根据需要为TPFn)的各累积累计值的和的累计值高于TPF1的累积累计值的情况。其比较值为2.5或更多，并且检测加工状态是非易切削状态的事实。
即，从加工振动的频谱，通过取出指示在工具通过频率及其谐波频率下的阈值的超过的显著特定信号并将特定信号发生的情况进行比较，可以用数值和图显示加工是否良好。任意选择阈值超过累计和显示部56的类型显示窗的任意累积值来比较。
在这种情况下，在本实施方式中，在借助刀具22对工件W执行加工时，可以看到在工具通过频率(TPF1)下发生的峰值的次数与在谐波频率(TPF2～)下发生的峰值的次数之间的相互关系。在良好加工状态下，在工具通过频率下发生的峰值的次数较显著，而在不良加工状态下，在谐波频率下发生的峰值的次数随同工具通过频率一起增大。因此，从两者之间的关系的变化，获得可以高精度地高效执行加工状态是否良好的确定的效果。
在变化显示部58中，设置用于确定在工具通过频率(TPF1)下发生的峰值的次数与在多个谐波频率(TPF2～)下发生的峰值的次数的和之间的比的变化的阈值，并且输出所比较状态的确定信号。例如，在比较值是1或更小的情况下，输出指示易切削性(良好加工状态)的OK信号。进一步地，在比较值超过1的情况下，输出信号是指示状态是预测状态的+OK信号，而在比较值超过2.5的情况下，输出是非易切削状态(不良加工状态)的NG信号。
而且，通过监测在被包括在加工振动的频谱中的TPF1下的振动与谐波频率(TPF2～)下的振动之间的关系，随着时间有效执行对加工状态的确定。另外，在执行自动加工时，通过监测比较值，可以自动确定是否执行易切削加工。
在变化显示部58上显示的累积比较值与工具的刀刃的磨损有关的情况下，可以将比较值信号的输出用作工具更换的信号。例如，在具有锐角的加工刀刃锋利的情况下，累积比较值的变化小。然而，在加工进行且刀刃的磨损进展时，累积比较值的变化增大。因此，通过为了确定刀刃的更换时间而使用累积比较值，可以执行刀刃的有效更换。
进一步地，在加工的负荷在加工期间变化的情况下，例如，在加工期间在刀刃中发生碎屑时，不必大幅改变工件W的加工余量等，存在在谐波频率(TPF2～)下发生的峰值的次数与在工具通过频率下发生的峰值的次数相比而增大的趋势。因此，在变化显示部58上显示的累积比较值可以用作加工状态的监测功能。
图4和图6示出了由于转数的差异而引起的加工(切削)的振动状态之间的差异。然而，在改变用于切削的转数的同时搜索最佳转数的情况下，可以将该差异用作确定哪个转数指示易切削性的手段。具体地，可以用于确定比较值变小的转数是良好加工条件。
工业应用性
凭借根据本发明的振动监测方法和系统，在借助加工工具对工件执行加工时，可以看到在工具通过频率(TPF)下发生的峰值的次数与在谐波频率下发生的峰值的次数之间的相互关系。在良好加工状态下，在工具通过频率下发生的峰值的次数较显著，而在不良加工状态下，在谐波频率下发生的峰值的次数随同工具通过频率一起增大。因此，从两者之间的关系的变化，可以高精度地高效执行加工状态是否良好的确定。
附图标记列表
10：加工状态监测系统
12：机床
14：壳体
18：心轴
20：工具架
22：刀具
26：加速度传感器
28：麦克风
30：控制器
32：机械控制面板
34：控制操作面板
38：算术单元
40：输入设置单元
44：加工状态确定单元
46：输入/输出单元
48：显示单元
52：频谱显示部
56：阈值超过累计和显示部
56a至56e：显示栏
58：变化显示部

Claims (4)

1.一种用于作业机械的振动监测方法，在该振动监测方法中，通过傅里叶级数展开，在包括频率和加速度的频谱中展开在加工时检测到的加工振动，该振动监测方法包括以下步骤：
将充当在从加工工具的转数和刀片数计算出的工具通过频率下的峰值加速度的TPF峰值与充当对于频谱而预设的所述工具通过频率的峰值阈值的TPF阈值进行比较，并且在TPF阈值超过累计和显示部上显示所述TPF峰值超过所述TPF阈值的次数；
将充当在是所述工具通过频率的整数倍的谐波频率下的峰值加速度的谐波TPF峰值与充当对于所述频谱而预设的所述谐波频率的峰值阈值的谐波TPF阈值进行比较，并且在谐波TPF阈值超过累计和显示部上显示所述谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；以及
将超过所述TPF阈值的次数与超过所述谐波TPF阈值的次数进行比较，并且在变化显示部上显示。
2.根据权利要求1所述的用于作业机械的振动监测方法，其中，所述谐波TPF阈值超过累计和显示部至少具有：
第一谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第一谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是所述工具通过频率两倍的谐波频率下的第一谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；和
第二谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第二谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是所述工具通过频率三倍的谐波频率下的第二谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；并且
所述变化显示部将超过所述第一谐波TPF阈值的次数和超过所述第二谐波TPF阈值的次数至少这二者的和、与超过所述TPF阈值的次数进行比较并显示。
3.一种用于作业机械的振动监测系统，在该振动监测系统中，通过傅里叶级数展开，在包括频率和加速度的频谱中展开在加工时检测到的加工振动，该振动监测系统包括：
TPF阈值超过累计和显示部，该TPF阈值超过累计和显示部将充当在从加工工具的转数和刀片数计算出的工具通过频率下的峰值加速度的TPF峰值与充当对于所述频谱而预设的所述工具通过频率的峰值阈值的TPF阈值进行比较，并且显示所述TPF峰值超过所述TPF阈值的次数；
谐波TPF阈值超过累计和显示部，该谐波TPF阈值超过累计和显示部将充当在是所述工具通过频率的整数倍的谐波频率下的峰值加速度的谐波TPF峰值与充当对于所述频谱而预设的所述谐波频率的峰值阈值的谐波TPF阈值进行比较，并且显示所述谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；以及
变化显示部，该变化显示部将超过所述TPF阈值的次数与超过所述谐波TPF阈值的次数进行比较并且显示。
4.根据权利要求3所述的用于作业机械的振动监测系统，其中，所述谐波TPF阈值超过累计和显示部至少包括：
第一谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第一谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是所述工具通过频率两倍的谐波频率下的第一谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；和
第二谐波TPF阈值超过累计和显示部，该第二谐波TPF阈值超过累计和显示部显示在是所述工具通过频率三倍的谐波频率下的第二谐波TPF峰值超过所述谐波TPF阈值的次数；并且
所述变化显示部将超过所述第一谐波TPF阈值的次数和超过所述第二谐波TPF阈值的次数至少这二者的和、与超过所述TPF阈值的次数进行比较并显示。
CN201780058842.4A 2016-09-28 2017-09-22 用于作业机械的振动监测方法和系统 Active CN109863376B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016203922A JP6718107B2 (ja) 2016-09-28 2016-09-28 作業機械の振動監視方法及びシステム
JP2016-203922 2016-09-28
PCT/JP2017/035366 WO2018062445A1 (ja) 2016-09-28 2017-09-22 作業機械の振動監視方法及びシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109863376A true CN109863376A (zh) 2019-06-07
CN109863376B CN109863376B (zh) 2021-07-02

Family

ID=61760797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780058842.4A Active CN109863376B (zh) 2016-09-28 2017-09-22 用于作业机械的振动监测方法和系统

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6718107B2 (zh)
CN (1) CN109863376B (zh)
DE (1) DE112017004081T5 (zh)
WO (1) WO2018062445A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110539239A (zh) * 2018-05-29 2019-12-06 Tdk株式会社 预备加工装置、加工装置及加工状态检测装置
JP7353798B2 (ja) * 2018-05-29 2023-10-02 Tdk株式会社 予備加工装置、加工装置および加工状態検出装置
JP7170510B2 (ja) * 2018-11-12 2022-11-14 オークマ株式会社 モニタリング装置及びモニタリング方法
JP7058210B2 (ja) * 2018-12-10 2022-04-21 Dmg森精機株式会社 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム
CN110561195B (zh) * 2019-09-04 2020-09-25 清华大学深圳研究生院 一种机械加工过程中颤振的监测方法
US11344987B2 (en) 2019-09-04 2022-05-31 Tsinghua Shenzhen International Graduate School Method for monitoring chatter in machining process
JP6944102B2 (ja) * 2019-10-18 2021-10-06 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の加工状態監視方法及びシステム
JP6944103B2 (ja) * 2019-10-22 2021-10-06 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の加工状態監視方法及びシステム
CN114061922A (zh) * 2020-07-30 2022-02-18 宝山钢铁股份有限公司 基于振动数据的圆盘剪异常状况预警方法
JP2022064795A (ja) * 2020-10-14 2022-04-26 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の工具損傷判定方法及びシステム
KR102420874B1 (ko) * 2020-12-17 2022-07-15 한국생산기술연구원 셀프 피어싱 리벳 체결 품질의 모니터링 방법과 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 및 이를 위한 설비 시스템
CN114683508B (zh) * 2022-03-22 2022-11-08 杭州中祥通讯器材有限公司 一种带引线加强型通讯管材的制备工艺
KR20230172233A (ko) 2022-06-15 2023-12-22 한국생산기술연구원 인공 신경망 기반 셀프 피어싱 리벳 체결 품질의 평가 방법 및 이를 위한 시스템

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3733892A (en) * 1972-04-03 1973-05-22 Northrop Corp Synchronous vibrational analyzer for rotating machinery
CN1148163A (zh) * 1995-08-15 1997-04-23 欧姆龙株式会社 振动监视装置和振动监视条件决定装置
US20060188351A1 (en) * 2005-02-23 2006-08-24 Chung Yuan Christian University Computer assisted detecting and restraining systems for cutting tool chatter
CN1906473A (zh) * 2004-09-13 2007-01-31 日本精工株式会社 故障诊断装置和故障诊断方法
CN1926413A (zh) * 2004-10-18 2007-03-07 日本精工株式会社 机械设备的异常诊断系统
CN101770218A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 西门子公司 一种数控机床状态监测方法和装置
CN102387892A (zh) * 2009-04-10 2012-03-21 日本Nt工程技术株式会社 作业机械的颤振抑制方法以及装置
JP2016083759A (ja) * 2014-10-28 2016-05-19 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の加工状態監視方法及びシステム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62193750A (ja) * 1986-02-19 1987-08-25 Ichiro Inazaki 多刃工具損傷検出装置
JP6575814B2 (ja) * 2015-10-20 2019-09-18 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の加工状態監視方法及びシステム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3733892A (en) * 1972-04-03 1973-05-22 Northrop Corp Synchronous vibrational analyzer for rotating machinery
CN1148163A (zh) * 1995-08-15 1997-04-23 欧姆龙株式会社 振动监视装置和振动监视条件决定装置
CN1906473A (zh) * 2004-09-13 2007-01-31 日本精工株式会社 故障诊断装置和故障诊断方法
CN1926413A (zh) * 2004-10-18 2007-03-07 日本精工株式会社 机械设备的异常诊断系统
US20060188351A1 (en) * 2005-02-23 2006-08-24 Chung Yuan Christian University Computer assisted detecting and restraining systems for cutting tool chatter
CN101770218A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 西门子公司 一种数控机床状态监测方法和装置
CN102387892A (zh) * 2009-04-10 2012-03-21 日本Nt工程技术株式会社 作业机械的颤振抑制方法以及装置
JP2016083759A (ja) * 2014-10-28 2016-05-19 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の加工状態監視方法及びシステム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姚瑶 等: "精密数控机床运动部件低速振动的诊断与改善", 《制造技术与机床》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018062445A1 (ja) 2018-04-05
JP6718107B2 (ja) 2020-07-08
CN109863376B (zh) 2021-07-02
JP2018054587A (ja) 2018-04-05
DE112017004081T5 (de) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109863376A (zh) 用于作业机械的振动监测方法和系统
Uekita et al. Tool condition monitoring technique for deep-hole drilling of large components based on chatter identification in time–frequency domain
KR101300301B1 (ko) 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치
El-Wardany et al. Tool condition monitoring in drilling using vibration signature analysis
JP6575814B2 (ja) 作業機械の加工状態監視方法及びシステム
JP7101952B2 (ja) 故障予知機能を備えた複合加工機械
JP5288318B1 (ja) 作業機械のびびり抑制方法
US20020146296A1 (en) Method and device for avoiding chatter during machine tool operation
JP2016083759A (ja) 作業機械の加工状態監視方法及びシステム
JP5937727B1 (ja) 工具摩耗評価装置
WO2002060626A1 (en) Method of machining multi-layer workpiece
Maamar et al. Modal identification of a machine tool structure during machining operations
DE102015106849A1 (de) Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor und Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine
Shi et al. A dual-guided adaptive decomposition method of fault information and fault sensitivity for multi-component fault diagnosis under varying speeds
Morita et al. Tracing and visualizing variation of chatter for in-process identification of preferred spindle speeds
WO2022080505A1 (ja) 作業機械の工具損傷判定方法及びシステム
CN114555291B (zh) 作业机械的加工状态监视方法以及系统
Wójcicki et al. Experimental (OMA) and numerical (FEM) modal analysis of ball mill foundations
JPH068111A (ja) ドリル寿命判定方法
CN106629395B (zh) 一种门座式起重机微弱振动信号的幅值检测方法
CN105157820B (zh) 一种基于谱导数和频率栅栏缝的谐频频率识别及剔除方法
WO2023063435A1 (ja) 作業機械のベアリング良否判定方法及びシステム
Sghir et al. Milling cutting tool diagnosis using comparisons of the excitation identified by cepstral techniques
CN119891858A (zh) 用于颤动检测的电机信号的过滤
Rajesh et al. On-Line Monitoring of Drill Wear in Machining of AISI 1040 Steel Using Virtual Instrumentation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant