[发明专利]改进的用于颤振预测的数据库

说明书

本发明涉及一种颤振数据库系统，其包括中央颤振数据库，该中央颤振数据库被馈送有对应于特别是铣削、车削、钻削或镗削机床的机加工机床的机加工和颤振条件的数据。本发明由以下特征表征：从包括在颤振数据库系统中的至少两个个体机加工机床获得和收集馈送到中央颤振数据库的数据。由此经由数据连接、优选地经由安全网络将所述数据发送到中央颤振数据库以基于真实遇到的条件产生颤振稳定性图。

技术领域

本发明涉及颤振数据库系统。

背景技术

高性能机加工（HPM）过程规律地面临颤振现象的发生，该颤振现象限制最终产品的质量（例如波状表面光洁度、超出公差的工件）并产生附加成本（例如过多的刀具磨损）。由于切削过程与机床结构动态特性之间的闭环互作用，在刀具与工件之间可能出现高幅度的自激振动（颤振），随之导致所提及的质量问题。为了面对一直越发严重的对于HPM应用的市场需求，机床制造商必须提出解决方案以使得可以可靠地预测、防止且早期检测颤振问题。

存在用于其抑制而不导致生产率损失的若干方式。其中，基于模型的技术展示了最大的潜力。然而，较早的研究指出，对于实践中遇到的宽范围的机加工条件而言基于物理模型的颤振预测缺乏可靠性。这些预测还需要耗时的程序和大多数时间昂贵的器械操作。由于所有这些原因，用于此类现象的控制的基于模型的方法的巨大潜力在实践中被相当程度地降低。

颤振预测技术的改进构成易于防止机加工过程发生颤振的基于模型的技术的应用所需的第一个步骤。例如，基于这些预测，机床可以向操作者提供提示以便在本身不施行大量机加工测试的情况下达到保证无颤振机加工条件的最优生产率。

无论如何，良好设计的颤振预测应用需要对于该过程的动态特性的良好的理解水平以及对具有其全部部件（机床、刀具和工件）的机电系统的精确建模。

在铣削过程中，再生颤振是最为关键的颤振类型。它由切刀在工件材料中的当前振荡所产生的可变切片厚度和先前的切削所留下的波状表面引起。由于激励机床结构的可变切削力与其振动之间的相位，可以将能量供应给振荡系统，导致不稳定的自激振动。此现象以通常按照作为主轴转速的函数的（在工件中在轴向方向上的旋转刀具的）切削临界深度表示稳定性限度为特征。此图表一般被称为“稳定性叶瓣图”，因为稳定性限度对应于指示主轴转速的一系列叶瓣，其中可以在达到稳定性限度以前选择较大的切削深度。在图1中顶部图（源[1]）上图示了所谓的稳定性叶瓣图的示例。

如果可以可靠地预测稳定性叶瓣图，则可以控制颤振现象。例如，如果对于特定机加工操作，操作者知道对应的稳定性图表，则他有可能相应地选择机加工参数（例如主轴转速或切削深度），从而允许在无颤振条件中的最大机床生产率（参见图1）。

图1图示了两个所选择的机加工条件：具有9500 rpm的主轴转速和等于4.7 mm的轴向切削深度第一机加工条件对应于发生颤振的机加工条件。这由较下方左手侧的图表所展示，其指示比针对第二条件大得多的切削力和表面粗糙度，该第二条件具有14000 rpm的主轴转速和相同的轴向切削深度，对于第二条件铣削过程保持稳定。对应于第一条件的颤振频率可见于最下方左手侧图表中，其中对于第二条件，只有刀齿通过频率谐波可见。

可以使用基于模型的技术来预测稳定性叶瓣图。这允许操作者在先前未施行机加工测试的情况下选择最优机加工参数。然而，基于模型的颤振稳定性预测通常遭受可靠性缺乏并且其检验需要大量机加工测试。

当今的技术发展水平是监测颤振以结合自学习算法进行数据库创建来相应地适配机床的切削参数。

利用计算机测量操作参数、利用知识数据库（专家系统）评价这些值以及确定最优操作参数是已知的。DE4333286公开了例如用于诊断机床扰动或错误的专家系统。

DE19643383公开了利用传感器对包括振动的操作参数的测量和利用神经网络对这些测量值和频率的分析。系统还包括用于存储对照值的数据库（专家系统），该数据库用于自学习数据处理和机床控制。