[發明專利]改進的用于顫振預測的數據庫

有效

• 申請號: 201510099286.8
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104898565B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: J.P.貝蘇徹特;J.莫寧
• 申請（專利權）人: 麥克隆·阿杰·查米萊斯股份公司
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 申屠偉進;陳嵐

本發明涉及一種顫振數據庫系統，其包括中央顫振數據庫，該中央顫振數據庫被饋送有對應于特別是銑削、車削、鉆削或鏜削機床的機加工機床的機加工和顫振條件的數據。本發明由以下特征表征：從包括在顫振數據庫系統中的至少兩個個體機加工機床獲得和收集饋送到中央顫振數據庫的數據。由此經由數據連接、優選地經由安全網絡將所述數據發送到中央顫振數據庫以基于真實遇到的條件產生顫振穩定性圖。

技術領域

本發明涉及顫振數據庫系統。

背景技術

高性能機加工（HPM）過程規律地面臨顫振現象的發生，該顫振現象限制最終產品的質量（例如波狀表面光潔度、超出公差的工件）并產生附加成本（例如過多的刀具磨損）。由于切削過程與機床結構動態特性之間的閉環互作用，在刀具與工件之間可能出現高幅度的自激振動（顫振），隨之導致所提及的質量問題。為了面對一直越發嚴重的對于HPM應用的市場需求，機床制造商必須提出解決方案以使得可以可靠地預測、防止且早期檢測顫振問題。

存在用于其抑制而不導致生產率損失的若干方式。其中，基于模型的技術展示了最大的潛力。然而，較早的研究指出，對于實踐中遇到的寬范圍的機加工條件而言基于物理模型的顫振預測缺乏可靠性。這些預測還需要耗時的程序和大多數時間昂貴的器械操作。由于所有這些原因，用于此類現象的控制的基于模型的方法的巨大潛力在實踐中被相當程度地降低。

顫振預測技術的改進構成易于防止機加工過程發生顫振的基于模型的技術的應用所需的第一個步驟。例如，基于這些預測，機床可以向操作者提供提示以便在本身不施行大量機加工測試的情況下達到保證無顫振機加工條件的最優生產率。

無論如何，良好設計的顫振預測應用需要對于該過程的動態特性的良好的理解水平以及對具有其全部部件（機床、刀具和工件）的機電系統的精確建模。

在銑削過程中，再生顫振是最為關鍵的顫振類型。它由切刀在工件材料中的當前振蕩所產生的可變切片厚度和先前的切削所留下的波狀表面引起。由于激勵機床結構的可變切削力與其振動之間的相位，可以將能量供應給振蕩系統，導致不穩定的自激振動。此現象以通常按照作為主軸轉速的函數的（在工件中在軸向方向上的旋轉刀具的）切削臨界深度表示穩定性限度為特征。此圖表一般被稱為“穩定性葉瓣圖”，因為穩定性限度對應于指示主軸轉速的一系列葉瓣，其中可以在達到穩定性限度以前選擇較大的切削深度。在圖1中頂部圖（源[1]）上圖示了所謂的穩定性葉瓣圖的示例。

如果可以可靠地預測穩定性葉瓣圖，則可以控制顫振現象。例如，如果對于特定機加工操作，操作者知道對應的穩定性圖表，則他有可能相應地選擇機加工參數（例如主軸轉速或切削深度），從而允許在無顫振條件中的最大機床生產率（參見圖1）。

圖1圖示了兩個所選擇的機加工條件：具有9500 rpm的主軸轉速和等于4.7 mm的軸向切削深度第一機加工條件對應于發生顫振的機加工條件。這由較下方左手側的圖表所展示，其指示比針對第二條件大得多的切削力和表面粗糙度，該第二條件具有14000 rpm的主軸轉速和相同的軸向切削深度，對于第二條件銑削過程保持穩定。對應于第一條件的顫振頻率可見于最下方左手側圖表中，其中對于第二條件，只有刀齒通過頻率諧波可見。

可以使用基于模型的技術來預測穩定性葉瓣圖。這允許操作者在先前未施行機加工測試的情況下選擇最優機加工參數。然而，基于模型的顫振穩定性預測通常遭受可靠性缺乏并且其檢驗需要大量機加工測試。

當今的技術發展水平是監測顫振以結合自學習算法進行數據庫創建來相應地適配機床的切削參數。

利用計算機測量操作參數、利用知識數據庫（專家系統）評價這些值以及確定最優操作參數是已知的。DE4333286公開了例如用于診斷機床擾動或錯誤的專家系統。

DE19643383公開了利用傳感器對包括振動的操作參數的測量和利用神經網絡對這些測量值和頻率的分析。系統還包括用于存儲對照值的數據庫（專家系統），該數據庫用于自學習數據處理和機床控制。