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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schwingungsüberwachungsverfahren und ein System für eine Werkzeugmaschine, um zum Zeitpunkt der Bearbeitung eines Werkstücks durch ein Bearbeitungswerkzeug einen Schwingungszustand durch das Bearbeitungswerkzeug zu überwachen.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen werden verschiedene Werkzeugmaschinen verwendet, um die Bearbeitung eines Werkstücks durch ein Bearbeitungswerkzeug durchzuführen. So soll beispielsweise ein hochpräziser Bohrungsabschnitt an einer vorbestimmten Position mit einem Schaufelkantenbearbeitungsdurchmesser eines Bohrschneiders bearbeitet werden, indem ein mit dem Bohrschneider versehenes Bohrwerkzeug (Schaufelkante) an einer rotierenden Spindel einer Werkzeugmaschine befestigt wird und das Bohrwerkzeug nacheinander entlang einer vorbereiteten Bohrung verlängert wird, während das Bohrwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird.
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Um eine hochpräzise Bearbeitung durchführen zu können, ist es bei dieser Art von Werkzeugmaschine notwendig, festzustellen, ob ein Bearbeitungszustand günstig ist oder nicht. Üblicherweise wird basierend darauf, ob der Bearbeitungszustand günstig ist oder nicht, bestimmt, ob der Bearbeitungsklang, d.h. der Schneidklang günstig ist oder nicht. Schall und Vibration haben die gleiche Quelle, und durch das Erfassen einer Schwingungscharakteristik der Bearbeitung ist es möglich, festzustellen, ob der Bearbeitungszustand günstig ist oder nicht.
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So hat beispielsweise ein in der Patentliteratur 1 offenbartes Bearbeitungszustandsüberwachungsverfahren einen Normalzustand-Bestimmungsschritt zum Bestimmen, ob sich die Bearbeitung an einem Werkstück in einem Normalzustand befindet oder nicht, einen Rattervibrations-Bestimmungsschritt zum Bestimmen, ob eine Rattervibration auftritt oder nicht, einen prädiktiven Stufen-Bestimmungsschritt zum Zeitpunkt des Bestimmens, dass die Bearbeitung nicht im Normalzustand ist und die Rattervibration nicht auftritt, Bestimmen, dass es sich um eine prädiktive Stufe handelt, bei der der Normalzustand auf die Rattervibration verschoben wird, und einen prädiktiven Stufenüberwachungsschritt von, zum Zeitpunkt des Bestimmens, dass es sich um die prädiktive Stufe handelt, Überwachen eines Bearbeitungszustands der prädiktiven Stufe und Anzeigen des Bearbeitungszustands der prädiktiven Stufe auf einem Bildschirm. Durch die Gewinnung charakteristischer Informationen aus dem Bearbeitungszustand der Vorhersagephase ist es daher möglich, schnell und effektiv zu korrespondieren, bevor die Vibrationen auftreten.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1 Japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr.
2016-083759 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf den obigen technischen Gedanken erreicht, und ein Ziel ist es, ein Schwingungsüberwachungsverfahren und ein System für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, effizient zu bestimmen, ob ein Bearbeitungszustand mit hoher Präzision in einfachen Schritten und in einer einfachen Konfiguration günstig ist oder nicht.
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Lösung des Problems
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vibrationsüberwachungsverfahren und ein System für eine Werkzeugmaschine, bei dem die zum Zeitpunkt der Bearbeitung erfasste Bearbeitungsschwingung in einem Frequenzspektrum einschließlich Frequenz und Beschleunigung durch Fourier-Serien-Erweiterung erweitert wird.
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Dieses Vibrationsüberwachungsverfahren beinhaltet einen Schritt zum Vergleichen einer TPF-Spitze, die als Spitzenbeschleunigung bei einer Werkzeugdurchgangsfrequenz dient, die aus der Rotationszahl und der Schaufelnummer eines Bearbeitungswerkzeugs berechnet wird, mit einem TPF-Schwellenwert, der als Spitzenschwellenwert der für das Frequenzspektrum voreingestellten Werkzeugdurchgangsfrequenz dient, und zum Anzeigen der Häufigkeit, mit der die TPF-Spitze den TPF-Schwellenwert überschreitet, bei einem TPF-Schwellenwertüberschreitungs- und Anzeigeabschnitt, einen Schritt zum Vergleichen einer harmonischen TPF-Spitze, die als Spitzenbeschleunigung bei einer harmonischen Frequenz dient, die ein ganzzahliges Vielfaches der Werkzeugdurchgangsfrequenz ist, mit einem harmonischen TPF-Schwellenwert, der als Spitzenschwellenwert der für das Frequenzspektrum voreingestellten harmonischen Frequenz dient, und zum Anzeigen der Anzahl der Überschreitungen der harmonischen TPF-Spitze über den harmonischen TPF-Schwellenwert bei einem harmonischen TPF-Schwellenwertüberschreitungs- und Anzeigeabschnitt, und einen Schritt zum Vergleichen der Anzahl der Überschreitungen des TPF-Schwellenwerts und der Anzahl der Überschreitungen des harmonischen TPF-Schwellenwerts, und zum Anzeigen auf einem Änderungsanzeigeabschnitt.
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Bei diesem Vibrationsüberwachungsverfahren, vorzugsweise, weist der harmonische TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt mindestens einen ersten harmonischen TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt auf, der die Anzahl der Male anzeigt, in denen ein erster harmonischer TPF-Spitzenwert bei einer harmonischen Frequenz das Doppelte der Werkzeugdurchgangsfrequenz überschreitet, und einen zweiten harmonischen TPF-Schwellenwert, der die Integrations- und Anzeigeabschnitt überschreitet, der die Anzahl der Male anzeigt, die ein zweiter harmonischer TPF-Spitzenwert bei einer harmonischen Frequenz dreimal die Werkzeugdurchgangsfrequenz überschreitet, und der Änderungsanzeigeabschnitt vergleicht und zeigt die Anzahl der Male, die der TPF-Schwellenwert überschritten wird, und mindestens die Summe aus der Anzahl der Male, die der erste harmonische TPF-Schwellenwert überschritten wird, und der Anzahl der Male, die der zweite harmonische TPF-Schwellenwert überschritten wird.
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Weiterhin beinhaltet dieses Vibrationsüberwachungssystem einen TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt, der einen TPF-Spitzenwert vergleicht, der als Spitzenbeschleunigung bei einer Werkzeugdurchgangsfrequenz dient, die aus der Rotationszahl und der Schaufelnummer eines Bearbeitungswerkzeugs berechnet wird, mit einem TPF-Schwellenwert, der als Spitzenschwellenwert der für das Frequenzspektrum voreingestellten Werkzeugdurchgangsfrequenz dient, und die Anzahl der Male anzeigt, bei denen der TPF-Spitzenwert den TPF-Schwellenwert überschreitet, einen harmonischen TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt, der einen harmonischen TPF-Spitzenwert vergleicht, der als Spitzenbeschleunigung bei einer harmonischen Frequenz dient, die ein ganzzahliges Vielfaches der Werkzeugdurchgangsfrequenz ist, mit einem harmonischen TPF-Schwellenwert, der als Spitzenschwellenwert der für das Frequenzspektrum voreingestellten harmonischen Frequenz dient, und die Anzahl der Male anzeigt, bei denen der harmonische TPF-Spitzenwert den harmonischen TPF-Schwellenwert überschreitet, und einen Änderungsanzeigeabschnitt, der die Anzahl der Überschreitungen des TPF-Schwellenwerts und die Anzahl der Überschreitungen des harmonischen TPF-Schwellenwerts vergleicht und anzeigt.
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Weiterhin beinhaltet in diesem Vibrationsüberwachungssystem, vorzugsweise, der harmonische TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt mindestens einen ersten harmonischen TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt, der anzeigt, wie oft ein erster harmonischer TPF-Spitzenwert bei einer harmonischen Frequenz doppelt so hoch ist wie die Werkzeugdurchgangsfrequenz den harmonischen TPF-Schwellenwert überschreitet, und einen zweiten harmonischen TPF-Schwellenwert, der die Integrations- und Anzeigeabschnitt überschreitet, der die Anzahl der Male anzeigt, die ein zweiter harmonischer TPF-Spitzenwert bei einer harmonischen Frequenz dreimal die Werkzeugdurchgangsfrequenz überschreitet, und der Änderungsanzeigeabschnitt vergleicht und zeigt die Anzahl der Male, die der TPF-Schwellenwert überschritten wird, und mindestens die Summe aus der Anzahl der Male, die der erste harmonische TPF-Schwellenwert überschritten wird, und der Anzahl der Male, die der zweite harmonische TPF-Schwellenwert überschritten wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Mit dem Schwingungsüberwachungsverfahren und dem System nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zum Zeitpunkt der Durchführung der Bearbeitung des Werkstücks durch das Bearbeitungswerkzeug eine Korrelation zwischen der Anzahl der Male, die der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) auftritt, und der Anzahl der Male, die der Peak bei der harmonischen Frequenz auftritt, zu sehen. In einem günstigen Bearbeitungszustand ist die Anzahl der Male, in denen der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz auftritt, relativ auffällig, während in einem schlechten Bearbeitungszustand die Anzahl der Male, in denen der Peak bei der Oberwellenfrequenz auftritt, zusammen mit der Werkzeugdurchgangsfrequenz erhöht wird. Aus einer Änderung der Beziehung zwischen beiden ist es daher möglich, die Bestimmung, ob der Bearbeitungszustand mit hoher Genauigkeit günstig ist oder nicht, effizient durchzuführen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische exemplarische Ansicht einer Werkzeugmaschine, auf die ein Schwingungsüberwachungssystem für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
- 2 ist eine veranschaulichende Ansicht einer Steuerung, die das Schwingungsüberwachungssystem bildet.
- 3 ist ein veranschaulichendes Konfigurationsdiagramm einer Anzeigeeinheit, die das Schwingungsüberwachungssystem bildet.
- 4 ist eine veranschaulichende Grafik der günstigen Bearbeitungsschwingungen, die auf einem Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt angezeigt wird, der die Anzeigeeinheit bildet.
- 5 ist eine veranschaulichende Darstellung eines Spektrums, das durch Fourier-Transformation der in 4 dargestellten Bearbeitungsschwingungen erhalten wurde.
- ist eine veranschaulichende Grafik der schlechten Bearbeitungsschwingungen, die auf dem Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt dargestellt ist.
- 7 ist eine veranschaulichende Darstellung eines Spektrums, das durch Fourier-Transformation der in 6 dargestellten Bearbeitungsschwingungen erhalten wurde.
- 8 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das die zeitliche Veränderung eines kumulativen Vergleichswertes in einem günstigen Bearbeitungszustand darstellt.
- 9 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das die zeitliche Veränderung eines kumulativen Vergleichswertes in einem schlechten Bearbeitungszustand darstellt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Wie in 1 dargestellt, wird ein Bearbeitungszustandsüberwachungssystem (Vibrationsüberwachungssystem) 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Werkzeugmaschine 12 angewendet. Die Werkzeugmaschine 12 wird auf eine Werkzeugmaschine eines Systems angewendet, in dem ein Beschleunigungssensor 26, ein Mikrofon 28 und eine später zu beschreibende Steuerung 30 funktionell zusammengefasst sind.
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Die Werkzeugmaschine 12 beinhaltet eine Spindel (Hauptwelle) 18, die drehbar in einem Gehäuse 14 über Lager 16 vorgesehen ist, und einen Werkzeughalter (Bearbeitungswerkzeug) 20, der an der Spindel 18 befestigt und von ihr abnehmbar ist. Ein Fräser 22 ist in einem vorderen Ende des Werkzeughalters 20 installiert. Ein Werkstück W ist auf einem Arbeitstisch 24 montiert.
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Das Bearbeitungszustandsüberwachungssystem 10 beinhaltet mindestens einen der Beschleunigungssensoren 26, die in einem Seitenabschnitt des Gehäuses 14 installiert sind, um Vibrationen zu erfassen, die zum Zeitpunkt des Beginns der Bearbeitung durch den Fräser 22 auftreten, und das Mikrofon 28, das Vibrationen durch Schallwellen erfasst. Der Beschleunigungssensor 26 und (oder) das Mikrofon 28 sind mit der Steuerung 30 verbunden, und die Steuerung 30 ist mit einem Maschinenbedienfeld 32 verbunden. Das Maschinensteuerpult 32 dient zur Steuerung der Werkzeugmaschine 12 und ist mit einem Steuerpult 34 verbunden.
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Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Steuerung 30 eine Recheneinheit (Rechenwerk) 38, in die die vom Beschleunigungssensor 26 erfasste mechanische Schwingung (Bearbeitungsschwingung) und (oder) das Mikrofon 28 durch eine Verstärker- und Filterschaltung 36 verstärkt und aufgenommen werden.
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Eine Eingabeeinstelleinheit (Eingabeeinstellabschnitt) 40, die die Rotationszahl der Spindel 18, die Schaufelnummer und die Anzahl der Eigenschwingungen des Schneidwerkzeugs 22 usw. eingibt, ist mit der Recheneinheit 38 verbunden. In der Eingangs-Einstelleinheit 40 ist es möglich, einen Schwellenwert für die Überwachung, Identifizierung und Bestimmung, das Verfahren zur Verarbeitung von Signalen bei Vibrationen, die den Schwellenwert überschreiten, usw. einzustellen. In der Eingangs-Einstelleinheit 40 ist je nach Bedarf ein Wiederholungszähler (Schaltung) 42 vorgesehen.
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Eine Bearbeitungszustandsbestimmungseinheit 44 und eine Ein-/Ausgabeeinheit 46 zur Ausgabe von Signalen der später zu beschreibenden arithmetischen Bestimmung sind mit der Recheneinheit 38 verbunden. Eine Anzeigeeinheit 48, die ein arithmetisches Ergebnis, ein Erkennungsergebnis usw. auf einem Bildschirm anzeigt, ist mit der Recheneinheit 38 verbunden. Aktualisierte Daten werden z.B. jede Sekunde von der Recheneinheit 38 an die Bearbeitungszustandsbestimmungseinheit 44 gesendet.
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Wie in 3 dargestellt, beinhaltet die Anzeigeeinheit 48 einen Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52, einen Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt 56 und einen Änderungsanzeigeabschnitt 58. Im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 kann für jedes Band oder für jede bestimmte Frequenz ein Schwellenwert eingestellt werden. Wenn Vibrationen auftreten, die den eingestellten Schwellenwert überschreiten, wird die Vibration als Überschreitung des Schwellenwerts gezählt, und die Anzahl der Zählungen der Vibration wird kumulativ auf dem Schwellenwertüberschreitungs-Integrations- und Anzeigeabschnitt 56 angezeigt. In dem Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitt 56 werden ein erstes Anzeigefeld (TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegration und Anzeigeabschnitt) 56a, ein zweites Anzeigefeld (harmonische TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegration und Anzeigeabschnitt) 56b, ein drittes Anzeigefeld (harmonische TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegration und Anzeigeabschnitt) 56c, ein viertes Anzeigefeld (harmonische TPF-Schwellenwertüberschreitungsintegration und Anzeigeabschnitt) 56d und ein fünftes Anzeigefeld 56e, das als Anzeigefenster vom Typ Mehrzahl dient und in Verbindung mit Zählsignalen, die eine Überschreitung der Schwellenwerte für das voreingestellte Band oder für die bestimmte Frequenz anzeigen, eingestellt. Im Änderungsanzeigeabschnitt 58 wird eine zeitliche Änderung zwischen den in den vorgesehenen Anzeigefenstern der Schwellenwertüberschreitungsintegration und des Anzeigeabschnitts 56 akkumulierten Werten angezeigt.
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Ein so ausgebildetes Schwingungsüberwachungsverfahren durch das Bearbeitungszustandsüberwachungssystem 10 wird im Folgenden beschrieben.
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Wie in dargestellt, wird in der Werkzeugmaschine 12 die Spindel 18, an der der Werkzeughalter 20 mit dem im vorderen Ende installierten Fräser 22 befestigt ist, in Drehung versetzt und entlang einer vorbereiteten Bohrung Wa des Werkstücks W verlängert. Anschließend bewegt sich der Werkzeughalter 20 relativ zur vorbereiteten Bohrung Wa-Seite des Werkstücks W. Daher dreht sich der Fräser 22 integral mit dem Werkzeughalter 20, und die Bearbeitung erfolgt an einer Innenwandfläche des Werkstücks W durch den Fräser 22.
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Vor Beginn der Bearbeitung erfasst die Steuerung 30 die Vibration zum Zeitpunkt des Leerlaufs.
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Das heißt, wenn man das Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingung betrachtet, erscheint nur die Spitzenbeschleunigung bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF1) (TPF1 Peak) deutlich sichtbar, und es gibt keine andere große Schwingungsfrequenz. Die in einem solchen Zustand durchgeführte Bearbeitung ist günstig, und das Bearbeitungsgeräusch der Bearbeitung (Schneiden) zeigt ein günstiges Schneidgeräusch, und es wird eine günstige bearbeitete Oberfläche erreicht.
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Unterdessen tritt die in dargestellte Bearbeitungsschwingung auf, wenn ein Eisenelement als Werkstück W verwendet wird und die Bearbeitung mit einem Doppelmesser 22 bei einer Spindeldrehzahl von 3.060 U/min erfolgt. 6 stellt die Bearbeitungsvibrationsmenge durch die Zeitachse dar (mit der Beschleunigung G als vertikale Achse und der Anzahl der Sekunden, die nach dem Start der Messung als horizontale Achse vergehen), und 7 stellt diese Menge dar, die einer Fourier-Transformation als Spektrum für jede Frequenz unterliegt (mit der Frequenz Hz als horizontale Achse und der Beschleunigung G als vertikale Achse).
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Hier beträgt die Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) 102 Hz (nachfolgend TPF1 genannt). Weiterhin beträgt eine Oberwellenfrequenz zweimal (integrales Vielfaches von) TPF1 204 Hz (nachstehend als TPF2 bezeichnet), eine Oberwellenfrequenz dreimal (integrales Vielfaches von) TPF1 306 Hz (nachstehend als TPF3 bezeichnet) und eine Oberwellenfrequenz viermal (integrales Vielfaches von) TPF1 408 Hz (nachstehend als TPF4 bezeichnet). Je nach Bedarf kann eine harmonische Frequenz fünf- oder mehrmalig (ganzzahliges Vielfaches von) TPF1 (TPFn) eingestellt werden.
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Es wird ein Vergleich zwischen der Größe des TPF1-Peaks, der die Spitzenbeschleunigung von TPF1 ist, und den Größen des TPF2-Peaks, des TPF3-Peaks und des TPF4-Peaks, die die Spitzenbeschleunigung von TPF2, TPF3 und TPF4 sind, durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt haben im Vergleich zur Größe des TPF1-Peaks die anderen Peaks des TPF2-Peaks, des TPF3-Peaks und des TPF4-Peaks, die die harmonischen Frequenzen des TPF1 sind, ähnliche Werte. Bei der in einem solchen Zustand durchgeführten Bearbeitung wird der Bearbeitungsvibrationsschall erhöht, und in Bezug auf die Frequenz des Bearbeitungsgeräusches werden zusätzlich zum Klang von TPF1 auch Klänge von TPF2, TPF3 und TPF4 gemischt, und Klänge mit einer anderen niedrigen Frequenz als den angeregten TPF-Frequenzen werden gleichzeitig gemischt. Daher klingt das Bearbeitungsgeräusch wie ein verrauschtes Bearbeitungsgeräusch, bei dem der Lautstärkepegel der Vibration hoch ist und kein Gefühl einer Freischneidecharakteristik hat, und außerdem wird eine bearbeitete Oberfläche rau.
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Wie vorstehend beschrieben, werden im Bearbeitungszustandsüberwachungssystem 10, um festzustellen, ob der Bearbeitungszustand günstig ist oder nicht, immer die Spitzenbeschleunigung der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) in der Bearbeitung und die Spitzenbeschleunigung der Oberwellenfrequenzen überwacht, und eine Änderung der Schwingungsbeträge von TPF2 zu TPFn (n = eine ganze Zahl von 3 oder mehr) wird mit der Schwingungsbeträge des TPF1-Peaks verglichen. Im Folgenden werden die Details beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, wird die vom Beschleunigungssensor 26 und (oder) dem Mikrofon 28 aufgenommene Bearbeitungsschwingung über die Verstärker- und Filterschaltung 36 an die Recheneinheit 38 gesendet. Wie in dargestellt, wird in der arithmetischen Einheit 38 die Bearbeitungsschwingung durch Fourier-Transformation (Fourier-Serienexpansion) der arithmetischen Analyse unterzogen, und ihr Wert wird auf dem Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 angezeigt, und die Anzeige wird für jede feste Zeit (normalerweise für jede Sekunde) aktualisiert. Währenddessen werden in der Eingabeeinstelleinheit 40 Informationen eingegeben, einschließlich der Rotationsnummer der Spindel 18, der Schaufelnummer und der Anzahl der Eigenschwingungen des Fräsers 22 usw. Durch diese Eingangsinformationen können Schwingungsinformationen des Frequenzspektrums zwischen TPF1, TPF2, TPF3,... TPFn, etc. unterschieden werden.
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Wie in 3 dargestellt, wird in einem Fall, in dem die auf dem Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 (Spitzenbeschleunigung) angezeigte Schwingungsfestigkeit einen durch den Typ der Frequenz vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Schwingungsfestigkeit an ein Typanzeigefenster der Schwellenwertüberschreitung gesendet und der Anzeigeabschnitt 56 als Zählwert über den Schwellenwert hinaus. Alternativ ist es auch möglich, die Aufwärtszählungswerte in das Typanzeigefenster der Schwellenwertüberschreitungsintegration und des Anzeigeabschnitts 56 zu integrieren und anzuzeigen, wenn beispielsweise ein Aufwärtszählungssignal, das die Überschreitung des Schwellenwerts von TPF1 anzeigt, mehrmals über den separat vorgesehenen Wiederholungszähler 42 ausgegeben wird, bevor die im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 erfassten Aufwärtszählungswerte unverändert in das Typanzeigefenster der Schwellenwertüberschreitungsintegration und des Anzeigeabschnitts 56 integriert und angezeigt werden. Die Installation der Zählnummer des Wiederholungszählers erfolgt in diesem Fall auf einem Einstellbildschirm der Eingabeeinstelleinheit 40.
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In dem Schwellwertüberschreitung Integration und Anzeigeanschnitt 56, beispielsweise, wenn die Vibration von TPF1 (TPF1-Peak) einen im Frequenzspektrum-Anzeigeabschnitt 52 eingestellten Schwellenwert bei dem Frequenzspektrum der Vibration überschreitet, die zum Zeitpunkt der Bearbeitung durch den Fräser 22 auftritt, wird ein den Schwellenwert überschreitender Zählwert an das erste Anzeigefeld 56a des Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitts 56 gesendet. Im ersten Anzeigefeld 56a werden die Aufwärtswerte von TPF1 kumulativ angezeigt. Daher wird eine Grafik, die im ersten Anzeigefeld 56a des Schwellenwertüberschreitungs-Integrations- und Anzeigeabschnitts 56 angezeigt wird, jedes Mal kumulativ addiert, wenn der den Schwellenwert von TPF1 überschreitende Zählwert gesendet wird.
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Ebenso wird, wenn die Vibration von TPF2 (TPF2-Peak) einer harmonischen Frequenz einen im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 eingestellten Schwellenwert im Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingung überschreitet, ein den Schwellenwert übersteigender Aufwärtszählungswert an das zweite Anzeigefeld 56b des Schwellenwertes über die Integration und den Anzeigeabschnitt 56 gesendet. Im zweiten Anzeigefeld 56b werden die Zählwerte von TPF2 kumulativ angezeigt. Daher wird eine Grafik, die im zweiten Anzeigefeld 56b des Schwellenwertüberschreitungs-Integrations- und Anzeigeabschnitts 56 angezeigt wird, jedes Mal kumulativ addiert, wenn der den Schwellenwert von TPF2 überschreitende Zählwert gesendet wird.
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Weiterhin wird, wenn die Vibration von TPF3 (TPF3-Peak) einer harmonischen Frequenz einen im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 eingestellten Schwellenwert überschreitet, ein den Schwellenwert überschreitender Aufwärtszählungswert an das dritte Anzeigefeld 56c des Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitts 56 gesendet. Wenn die Vibration von TPF4 (TPF4-Peak) einer harmonischen Frequenz einen im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 eingestellten Schwellenwert überschreitet, wird ein den Schwellenwert überschreitender Aufwärtszählungswert an das vierte Anzeigefeld 56d des Schwellenwertüberschreitungsintegrations- und Anzeigeabschnitts 56 gesendet. Wenn die Vibration von TPF-Harmonischen Frequenzen, die von TPF1 bis TPF4 verschieden sind, die im Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt 52 eingestellten Schwellenwerte überschreitet, werden darüber hinaus im fünften Anzeigefeld 56e des Schwellenwertüberschreitungs-Integrations- und Anzeigeabschnitts 56e die die Schwellenwerte überschreitenden Aufwärtswerte gemeinsam angezeigt.
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Im Änderungsanzeigeabschnitt 58 werden die kumulierten Aufwärtswerte des ersten Anzeigefeldes 56a zum vierten Anzeigefeld 56d (das fünfte Anzeigefeld 56e ist nach Bedarf enthalten) des Schwellenwertüberschreitungs-Integrationsanzeigeabschnitts 56, der die Schwellenwerte der Daten des Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitts 52 zählt und anzeigt, verglichen und über die Zeit angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Vergleichsparameter über einen separaten Einstellbildschirm ausgewählt werden. Insbesondere werden in der Änderungsanzeige 58 die kumulierten Aufwärtswerte von TPF1 (die Anzahl der Überschreitungen des TPF-Schwellenwertes) im Zeitverlauf mit dem Wert der Summe der jeweiligen kumulierten Aufwärtswerte von TPF2, TPF3 und TPF4 (und weiter nach Bedarf TPFn) (die Anzahl der Überschreitungen der harmonischen TPF-Schwellenwerte) verglichen. Das heißt, „(Aufwärtswert von TPF2 + Aufwärtswert von TPF3 + Aufwärtswert von TPF4 + Aufwärtswert von TPFn) / Aufwärtswert von TPF1“ ist gleich einem Vergleichswert.
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Der in dargestellte Änderungsanzeigeabschnitt 58 zeigt einen Fall, in dem die kumulierten Werte der Summe der jeweiligen kumulierten Zählwerte von TPF2, TPF3 und TPF4 (und weiter TPFn nach Bedarf) niedriger sind als die kumulierten Zählwerte von TPF1. Der Vergleichswert ist 1 oder weniger, und die Tatsache, dass der Bearbeitungszustand ein Freischneidezustand ist, wird erkannt. Der in dargestellte Änderungsanzeigeabschnitt 58 zeigt unterdessen einen Fall, in dem die kumulierten Werte der Summe der jeweiligen kumulierten Zählwerte von TPF2, TPF3 und TPF4 (und weiterhin TPFn nach Bedarf) höher sind als die kumulierten Zählwerte von TPF1. Der Vergleichswert beträgt 2,5 oder mehr, und die Tatsache, dass der Bearbeitungszustand ein nicht spanloser Zustand ist, wird erkannt.
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Das heißt, aus dem Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingung, indem man auffällige spezifische Signale herausnimmt, die eine Überschreitung der Schwellenwerte bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz und deren harmonischen Frequenzen anzeigen und Situationen vergleicht, in denen die spezifischen Signale auftreten, ist es möglich, anzuzeigen, ob die Bearbeitung mit Zahlenwerten und Grafiken günstig ist oder nicht. Alle kumulativen Werte der Art Anzeigefenster der Schwellenwertüberschreitung Integration und des Anzeigeabschnitts 56 werden beliebig zum Vergleich ausgewählt.
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In diesem Fall ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, zum Zeitpunkt der Durchführung der Bearbeitung des Werkstücks W durch den Fräser 22 eine Korrelation zwischen der Anzahl der Male zu sehen, in denen der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (T
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Das heißt, aus dem Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingung, indem man auffällige spezifische Signale herausnimmt, die eine Überschreitung der Schwellenwerte bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz und deren harmonischen Frequenzen anzeigen und Situationen vergleicht, in denen die spezifischen Signale auftreten, ist es möglich, anzuzeigen, ob die Bearbeitung mit Zahlenwerten und Grafiken günstig ist oder nicht. Alle kumulativen Werte der Art Anzeigefenster der Schwellenwertüberschreitung Integration und des Anzeigeabschnitts 56 werden beliebig zum Vergleich ausgewählt.
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In diesem Fall ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, zum Zeitpunkt der Durchführung der Bearbeitung des Werkstücks W durch den Fräser 22 eine Korrelation zwischen der Anzahl der Male, die der Spitzenwert bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF1) auftritt, und der Anzahl der Male, die der Spitzenwert bei den harmonischen Frequenzen (TPF2 ~) auftritt, zu sehen. In einem günstigen Bearbeitungszustand ist die Anzahl der Male, in denen der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz auftritt, relativ auffällig, während in einem schlechten Bearbeitungszustand die Anzahl der Male, in denen der Peak bei den harmonischen Frequenzen auftritt, zusammen mit der Werkzeugdurchgangsfrequenz erhöht wird. Daher wird aus einer Änderung der Beziehung zwischen beiden ein Effekt erzielt, der es ermöglicht, die Bestimmung, ob der Bearbeitungszustand mit hoher Genauigkeit günstig ist oder nicht, effizient durchzuführen.
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In dem Änderungsanzeigeabschnitt 58 werden die Schwellenwerte zum Bestimmen der Änderung in einem Verhältnis zwischen der Anzahl der Male, die der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF1) auftritt, und der Summe der Anzahl der Male, die der Peak bei der Vielzahl der harmonischen Frequenzen (TPF2 ~) auftritt, eingestellt und ein Bestimmungssignal von verglichenen Zuständen ausgegeben. In einem Fall, in dem der Vergleichswert beispielsweise 1 oder weniger beträgt, wird ein OK-Signal ausgegeben, das eine Freischneideeigenschaft (günstiger Bearbeitungszustand) anzeigt. Weiterhin ist das Ausgangssignal in einem Fall, in dem der Vergleichswert 1 überschreitet, ein + OK-Signal, das anzeigt, dass es sich bei dem Zustand um einen Vorhersagezustand handelt, während in einem Fall, in dem der Vergleichswert 2,5 überschreitet, ein NG-Signal ausgegeben wird, das ausgibt, dass es sich bei dem Zustand um einen nicht frei schneidenden Zustand handelt (schlechter Bearbeitungszustand).
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Darüber hinaus wird durch die Überwachung der Beziehung zwischen der Schwingung bei TPF1, die in das Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingung einbezogen ist, und der Schwingung bei den harmonischen Frequenzen (TPF2 ~) die Bestimmung des Bearbeitungszustandes über die Zeit effektiv durchgeführt. Darüber hinaus ist es zum Zeitpunkt der automatischen Bearbeitung möglich, durch die Überwachung des Vergleichswertes die Bestimmung zu automatisieren, ob eine spanlose Bearbeitung durchgeführt wird oder nicht.
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In einem Fall, in dem der auf dem Änderungsanzeigeabschnitt 58 angezeigte kumulative Vergleichswert mit dem Verschleiß der Schaufelkante des Werkzeugs zusammenhängt, ist es möglich, eine Ausgabe des Vergleichswertsignals als Signal für den Werkzeugwechsel zu verwenden. In einem Fall, in dem beispielsweise die Schaufelkante der Bearbeitung mit einem spitzen Winkel scharf ist, ist eine Änderung des kumulierten Vergleichswertes gering. Bei fortschreitender Bearbeitung und fortschreitendem Verschleiß der Schaufelkante wird jedoch die Änderung des kumulierten Vergleichswertes erhöht. Daher ist es möglich, durch Verwendung des kumulativen Vergleichswertes, um den Zeitpunkt des Austauschs der Schaufelkante zu bestimmen, einen effektiven Austausch der Schaufelkante durchzuführen.
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Darüber hinaus besteht in einem Fall, in dem die Bearbeitungsbelastung während der Bearbeitung variiert, z.B. wenn während der Bearbeitung Abplatzungen in der Schaufelkante auftreten, eine Bearbeitungszugabe des Werkstücks W unnötig stark verändert wird, usw., die Tendenz, dass die Anzahl der Male, in denen die Spitze bei den harmonischen Frequenzen (TPF2 ~) auftritt, im Vergleich zu der Anzahl der Male, in denen die Spitze bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz auftritt, erhöht wird. Daher kann der auf dem Änderungsanzeigeabschnitt 58 angezeigte kumulative Vergleichswert als Überwachungsfunktion des Bearbeitungszustandes verwendet werden.
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Die und zeigen die Differenz zwischen den Schwingungszuständen der Bearbeitung (Schneiden) aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen. In einem Fall, in dem jedoch die optimale Rotationszahl beim Ändern der Rotationszahl für das Schneiden gesucht wird, ist es möglich, diese als Mittel zu verwenden, das bestimmt, welche Rotationszahl eine freischneidende Eigenschaft anzeigt. Insbesondere ist es möglich, zur Bestimmung zu verwenden, dass die Rotationszahl, mit der der Vergleichswert klein wird, eine günstige Bearbeitungsbedingung ist.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit dem Schwingungsüberwachungsverfahren und dem System nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zum Zeitpunkt der Durchführung der Bearbeitung des Werkstücks durch das Bearbeitungswerkzeug den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Male, die der Spitzenwert bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) auftritt, und der Anzahl der Male, die der Spitzenwert bei den harmonischen Frequenzen auftritt, zu sehen. In einem günstigen Bearbeitungszustand ist die Anzahl der Male, in denen der Peak bei der Werkzeugdurchgangsfrequenz auftritt, relativ auffällig, während in einem schlechten Bearbeitungszustand die Anzahl der Male, in denen der Peak bei den harmonischen Frequenzen auftritt, zusammen mit der Werkzeugdurchgangsfrequenz erhöht wird. Aus der Änderung der Beziehung zwischen beiden ist es daher möglich, die Bestimmung, ob der Bearbeitungszustand mit hoher Genauigkeit günstig ist oder nicht, effizient durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bearbeitungszustand- Monitorsystem
- 12
- Werkzeugmaschine
- 14
- Gehäuse
- 18
- Spindel
- 20
- Werkzeughalter
- 22
- Cutter
- 26
- Beschleunigungssensor
- 28
- Mikrofon
- 30
- Steuerung
- 32
- Maschinenbedienfeld
- 34
- Bedienfeld der Steuerung
- 38
- Arithmetische Einheit
- 40
- Eingangs-Einstellgerät
- 44
- Bearbeitungszustandsbestimmungseinheit
- 46
- Ein-/Ausgabeeinheit
- 48
- Anzeigeeinheit
- 52
- Frequenzspektrums-Anzeigeabschnitt
- 56
- Schwellwertüberschreitung Integration und Anzeigebereich
- 56a bis 56e
- Anzeigefeld
- 58
- Änderungsanzeige-Abschnitt
-
Figurenliste
-
-
2
- 12:
- Werkzeugmaschine
- 26, 28:
- Schwingungsdetektor (Beschleunigungssensor) (Mikrofon)
- 32:
- Bedienfeld der Werkzeugmaschine
- 36:
- Verstärker- und Filterschaltung
- 38:
- Arithmetische Einheit
- 40:
- Eingangs-Einstellgerät
- 42:
- Wiederholungszähler
- 44:
- Bearbeitungszustandsbestimmungseinheit
- 46:
- Ein-/Ausgabeeinheit
- 48:
- Anzeigeeinheit
- 3, 8 & 9
Output
Effektiv
- 4 & 6
Zeitwellenform
- 5 & 7
Spektrum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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