DE112020004994T5 - Process and system for monitoring the processing status of a working machine - Google Patents

Process and system for monitoring the processing status of a working machine Download PDF

Info

Publication number
DE112020004994T5
DE112020004994T5 DE112020004994.9T DE112020004994T DE112020004994T5 DE 112020004994 T5 DE112020004994 T5 DE 112020004994T5 DE 112020004994 T DE112020004994 T DE 112020004994T DE 112020004994 T5 DE112020004994 T5 DE 112020004994T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
machining
display window
frequency
tool
monitoring
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.)
Pending
Application number
DE112020004994.9T
Other languages
German (de)
Inventor
Yasuhiro Komai
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 DE112020004994T5 publication Critical patent/DE112020004994T5/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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
    • B23Q17/0971Arrangements 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
    • B23Q17/0976Detection or control of chatter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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
    • B23Q17/0971Arrangements 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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
    • B23Q17/098Arrangements 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 noise
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0995Tool life management
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical 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
    • G05B19/406Numerical 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
    • G05B19/4065Monitoring tool breakage, life or condition
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37434Measuring vibration of machine or workpiece or tool

Abstract

Es gibt einen Schritt zur Detektion von Bearbeitungsschwingungen bei einer Bearbeitung, einen Schritt zum Erhalten einer Bearbeitungsfrequenz durch eine Analyse der Bearbeitungsschwingungen mittels Fourierreihenentwicklung, einen Schritt zur Aufteilung der Bearbeitungsfrequenz in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz und eine Restfrequenz, und einen Schritt zur Überwachung des Bearbeitungszustands durch eine Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenz.There is a step of detecting machining vibration in machining, a step of obtaining a machining frequency by analyzing machining vibration by Fourier series expansion, a step of dividing the machining frequency into a tool pass frequency and a residual frequency, and a step of monitoring the machining state by a comparison display of the tool pass frequency and the residual frequency.

Description

[Technisches Gebiet][Technical Field]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine, um bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung an einem Werkstück durch ein rotierendes Werkzeug den Bearbeitungszustand des Werkstücks zu überwachen.The present invention relates to a method and system for monitoring the machining state of a working machine for monitoring the machining state of the workpiece when machining processing is performed on a workpiece by a rotating tool.

[Hintergrundtechnologie][background technology]

Im Allgemeinen werden zur Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung an einem Werkstück durch ein Bearbeitungswerkzeug verschiedene Werkzeugmaschinen verwendet. Beispielsweise handelt es sich bei einer Bohrbearbeitung um die Bearbeitung einer hochpräzisen Bohrung an einer bestimmten Position mit dem Schneidkantendurchmesser eines Bohrwerkzeugs, an dem ein Schneidwerkzeug (Schneidkante) zum Ausbohren vorgesehen ist, wobei das Bohrwerkzeug an einer Rotationshauptwelle (Spindel) einer Werkzeugmaschine angebracht ist, und das Bohrwerkzeug, während es sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, sukzessive an einem vorgebohrten Loch entlang geführt wird.In general, various machine tools are used to perform machining processing on a workpiece by a machining tool. For example, drilling machining is machining a high-precision hole at a specified position with the cutting edge diameter of a boring tool on which a cutting tool (cutting edge) for boring is provided, the boring tool being attached to a rotary main shaft (spindle) of a machine tool, and the drilling tool, while rotating at high speed, is successively guided along a pre-drilled hole.

Bei dieser Art von Arbeitsmaschine entstehen aufgrund des Schnittwiderstands leicht Verbiegungen an der Rotationshauptwelle, dem Bearbeitungswerkzeug oder dem Werkstück. Durch diese Verbiegungen werden Schwingungen beim Bearbeitungswerkzeug und Werkstück hervorgerufen, wobei diese Schwingungen bei der Bearbeitung als Rattern (einschließlich dem so genannten regenerativen Rattern) auftreten können. Insbesondere bei der Bearbeitung einer Gießform mit einem sehr langen Werkzeug oder der effizienten Bearbeitung von schwer zerspanbarem Material ist die Unterdrückung oder Vermeidung von Rattern ein großes Problem.In this type of work machine, the rotary main shaft, the machining tool or the workpiece are easily deflected due to the cutting resistance. This bending causes vibrations in the machining tool and workpiece, and these vibrations can appear as chatter (including so-called regenerative chatter) during machining. In particular, when machining a mold with a very long tool or efficiently machining a hard-to-machine material, suppressing or avoiding chatter is a big problem.

Hierzu sind beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Rattern einer Arbeitsmaschine bekannt, welche in dem Patentdokument 1 offenbart sind. Dieses Verfahren zum Unterdrücken von Rattern weist einen Schritt, in dem Schwingungen detektiert werden, die zu Beginn einer Rotation des Bearbeitungswerkzeugs oder des Werkstücks auftreten, einen Schritt, in dem die Schwingungen der Maschinenhauptwelle im Leerlauf als Schwellenwert eingestellt werden, einen Schritt, in dem beurteilt wird, ob Bearbeitungsschwingungen der Maschinenhauptwelle, die bei der Bearbeitung detektiert werden, den Schwellenwert überschreiten, und einen Schritt auf, in dem, wenn beurteilt wurde, dass die Bearbeitungsschwingungen den Schwellenwert überschreiten, die Bearbeitungsschwingungen mittels einer Fourierreihenentwicklung analysiert werden, und die Drehzahl der Maschinenhauptwelle anhand der Rechenformel der Frequenz × 60 ÷ Anzahl der Schneiden (oder deren Vielfaches) angepasst wird.For example, a method and an apparatus for suppressing chattering of a working machine disclosed in Patent Document 1 are known. This chatter suppressing method comprises a step of detecting vibrations occurring at the start of rotation of the machining tool or the workpiece, a step of setting the vibrations of the machine main shaft at idle as a threshold value, a step of judging whether machining vibration of the machine main shaft detected in machining exceeds the threshold, and a step in which, when it is judged that the machining vibration exceeds the threshold, the machining vibration is analyzed by Fourier series expansion, and the rotational speed of the machine main shaft adjusted using the calculation formula of frequency × 60 ÷ number of cutting edges (or multiples thereof).

Dadurch werden ab dem Beginn der Rotation Schwingungen detektiert und mittels der Fourierreihenentwicklung analysiert. Die Berechnung bei der Fourierreihenentwicklung ist einfach und eine prompte Verarbeitung möglich, sodass die Schnelligkeit positiv verbessert wird, und bereits bevor sich ein Rattern tatsächlich entwickelt hat, Ratterschwingungen prädiktiert werden können. Infolgedessen kann ein regeneratives Rattern, dessen Schwingungen sich mit dem Beginn der Rotation von Null ausgehend entwickeln, schnellstmöglich im Stadium einer Prädiktion erkannt werden. Daher kann die Drehzahl der Maschinenhauptwelle eingestellt werden, bevor eine Beeinflussung durch ein tatsächliches Rattern auftritt, und die zuverlässige Unterdrückung der Entstehung eines regenerativen Ratterns ermöglicht werden.As a result, vibrations are detected from the beginning of the rotation and analyzed using the Fourier series development. The calculation in the Fourier series expansion is simple and prompt processing is possible, so that the speed is positively improved and chatter vibrations can be predicted before chatter has actually developed. As a result, regenerative chatter whose oscillations develop from zero with the start of rotation can be detected as soon as possible at the stage of prediction. Therefore, the rotational speed of the engine main shaft can be adjusted before being affected by an actual chatter, and it is possible to reliably suppress the generation of a regenerative chatter.

[Dokumente des Standes der Technik][Prior Art Documents]

[Patentdokument][patent document]

[Patentdokument 1][Patent Document 1]

Patent Nr. JP 5105102 B2 Patent No. JP 5105102 B2

[Übersicht über die Erfindung][Outline of the Invention]

[Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe][Problem to be solved by the invention]

Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Bezug auf den vorstehenden technischen Gedanken und macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren und ein System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, bei welchen durch einfache Schritte und einen einfachen Aufbau verschiedene Bearbeitungszustände mit hoher Präzision und effizient erkannt werden können.The present invention has been made with reference to the above technical idea and has as an object to provide a method and a system for monitoring the machining state of a working machine, in which various machining states can be recognized with high precision and efficiently through simple steps and a simple structure .

[Mittel zum Lösen der Aufgabe][means for solving the task]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine, um bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung an einem Werkstück durch ein rotierendes Werkzeug den Bearbeitungszustand des Werkstücks zu überwachen.The present invention relates to a method and system for monitoring the machining state of a working machine for monitoring the machining state of the workpiece when machining processing is performed on a workpiece by a rotating tool.

Dieses Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands weist einen Schritt zur Detektion von Bearbeitungsschwingungen bei einer Bearbeitung durch ein rotierendes Werkzeug, einen Schritt zum Erhalten einer Bearbeitungsfrequenz (Frequenz der Bearbeitungsschwingungen, die bei einer Bearbeitung entstehen) durch eine Analyse der Bearbeitungsschwingungen mittels Fourierreihenentwicklung, einen Schritt, in dem die Bearbeitungsfrequenz in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) (Tool-Passing-Frequency), wobei es sich um die Summe aus einer Grundwelle berechnet aus Hauptwellendrehzahl × Anzahl der Schneiden ÷ 60 und deren Harmonischen (ganzzahliges Vielfaches der betreffenden Grundwelle) handelt, und Restfrequenzen (NON-TPF) nach Abzug der Werkzeugdurchgangsfrequenz von der gesamten Bearbeitungsfrequenz unterteilt wird, und einen Schritt zur Überwachung des Bearbeitungszustands eines Werkstücks durch eine Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen auf.This method for monitoring the machining status has a step for detecting machining vibrations during machining by a rotating tool, a Step of obtaining a machining frequency (frequency of machining vibrations generated during machining) by analysis of machining vibrations using Fourier series expansion, a step of converting the machining frequency into a tool passing frequency (TPF) (Tool Passing Frequency), which is the Sum of a fundamental calculated from main shaft speed × number of cutting edges ÷ 60 and their harmonics (integer multiple of the relevant fundamental), and residual frequencies (NON-TPF) after subtracting the tool pass frequency from the total machining frequency, and a step for monitoring the machining status of a workpiece through a comparative display of the tool pass frequency and the residual frequencies.

Ferner umfasst das System zur Überwachung des Bearbeitungszustandes einen Schwingungen-Detektionsmechanismus zum Detektieren von Bearbeitungsschwingungen bei einer Bearbeitung durch ein rotierendes Werkzeug, einen Rechenmechanismus zum Erhalten einer Bearbeitungsfrequenz (Frequenz der Bearbeitungsschwingungen, die bei einer Bearbeitung entstehen) durch eine Analyse der Bearbeitungsschwingungen mittels Fourierreihenentwicklung, einen Frequenzteilermechanismus, durch den die Bearbeitungsfrequenz in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) (Tool-Passing-Frequency), wobei es sich um die Summe aus einer Grundwelle berechnet aus Hauptwellendrehzahl × Anzahl der Schneiden ÷ 60 und deren Harmonischen (ganzzahliges Vielfaches der betreffenden Grundwelle) handelt, und Restfrequenzen (NON-TPF) nach Abzug der Werkzeugdurchgangsfrequenz von der gesamten Bearbeitungsfrequenz unterteilt wird, und einen Frequenz-Vergleichsanzeigemechanismus zur Überwachung des Bearbeitungszustands eines Werkstücks durch eine Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen.Further, the system for monitoring the machining status includes a vibration detection mechanism for detecting machining vibrations when machining by a rotating tool, a computing mechanism for obtaining a machining frequency (frequency of machining vibrations that arise during machining) by analyzing the machining vibrations using Fourier series expansion, a Frequency divider mechanism by which the machining frequency is converted into a tool passing frequency (TPF) (Tool-Passing-Frequency), which is the sum of a fundamental calculated from main shaft speed × number of cutting edges ÷ 60 and their harmonics (integer multiple of the relevant fundamental), and residual frequencies (NON-TPF) after subtracting the tool pass frequency from the total machining frequency, and a frequency comparison display mechanism for monitoring the machining status of a workpiece a comparison display of the tool pass frequency and the residual frequencies.

[Wirkungen der Erfindung][Effects of the invention]

Bei dem Verfahren und System zur Überwachung des Bearbeitungszustandes einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung eines Werkstücks mittels eines rotierenden Werkzeugs die Bearbeitungsfrequenz (Frequenz der Bearbeitungsschwingungen) in zwei Teile, nämlich eine Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) und sonstige Restfrequenzen (NON-TPF) unterteilt, wobei nur durch die Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen verschiedene Bearbeitungszustände des Werkstücks überwacht werden können.In the method and system for monitoring the machining state of a working machine according to the present invention, when machining processing is performed on a workpiece by a rotating tool, the machining frequency (frequency of machining vibration) is divided into two parts, namely, a tool pass frequency (TPF) and other residual frequencies (NON- TPF), whereby different machining statuses of the workpiece can be monitored only through the comparison display of the tool passage frequency and the residual frequencies.

Darüber hinaus kann nur mittels der TPF-Schwingungen und NON-TPF-Schwingungen der Hauptwellendrehzahl und der Anzahl der Schneiden als zwei Parameter die Qualität einer umfassenden Bearbeitung beurteilt werden, wobei eine Differenzierung der Qualität des Bearbeitungszustands mit hoher Präzision und effizient ausgeführt werden kann.In addition, only by using the TPF vibration and NON-TPF vibration of the main shaft rotation speed and the number of cutting edges as two parameters, the quality of comprehensive machining can be judged, and differentiation of the quality of the machining state can be carried out with high precision and efficiently.

Figurenlistecharacter list

  • [1] 1 ist eine schematische erläuternde Ansicht einer Werkzeugmaschine, auf die das System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird.[ 1 ] 1 12 is a schematic explanatory view of a machine tool to which the machining state monitoring system of a machine tool according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • [2] 2 ist eine erläuternde Ansicht eines das System zur Überwachung des Bearbeitungszustands bildenden Controllers.[ 2 ] 2 Fig. 14 is an explanatory view of a controller constituting the machining state monitoring system.
  • [3] 3 ist eine erläuternde Ansicht einer das System zur Überwachung des Bearbeitungszustands bildenden Anzeigeeinheit.[ 3 ] 3 Fig. 12 is an explanatory view of a display unit constituting the machining status monitoring system.
  • [4] 4 ist eine erläuternde Ansicht eines Vergleichs zwischen dem Fall, dass die Qualität des Schnittzustands durch den Stromwert einer Schneidlast angezeigt wird, und dem Fall, dass die Qualität des Schnittzustands durch die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angezeigt wird.[ 4 ] 4 14 is an explanatory view of a comparison between the case where the quality of the cutting state is indicated by the current value of a cutting load and the case where the quality of the cutting state is indicated by the second embodiment of the present invention.
  • [5] 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Frequenzspektrum bei Bearbeitungsschwingungen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.[ 5 ] 5 14 is an explanatory view showing a frequency spectrum in machining vibrations of the third embodiment of the present invention.

[Formen zur Ausführung der Erfindung][Forms for carrying out the invention]

Wie in 1 gezeigt, wird ein System 10 zur Überwachung des Bearbeitungszustands gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Werkzeugmaschine 12 angewandt. Die Werkzeugmaschine 12 wird auf eine Arbeitsmaschine eines Systems angewandt, bei dem ein Beschleunigungssensor 26, ein Mikrofon 28 und ein Controller 30, die im Folgenden beschrieben werden, funktionell zusammengefasst sind.As in 1 1, a machining status monitoring system 10 according to the first embodiment of the present invention is applied to a machine tool 12. As shown in FIG. The machine tool 12 is applied to a work machine of a system in which an acceleration sensor 26, a microphone 28, and a controller 30, which will be described later, are functionally integrated.

Die Werkzeugmaschine 12 umfasst eine Spindel (Hauptwelle) 18, die in einem Gehäuse 14 über ein Lager 16 drehbar vorgesehen ist, und einen Werkzeughalter (rotierendes Werkzeug) 20, der lösbar an der Spindel 18 angebracht ist. Am vorderen Ende des Werkzeughalters 20 ist ein Schneidwerkzeug 22 montiert. Auf einem Arbeitstisch 24 liegt ein Werkstück W.The machine tool 12 includes a spindle (main shaft) 18 rotatably provided in a housing 14 via a bearing 16 and a tool holder (rotary tool) 20 detachably attached to the spindle 18 . At the front end of the tool holder 20, a cutting tool 22 is mounted. A workpiece W lies on a work table 24.

Das System 10 zur Überwachung des Bearbeitungszustands umfasst zur Detektion von Schwingungen der Spindel 18 im Leerlauf und Schwingungen, die bei Beginn einer Bearbeitung durch das Schneidwerkzeug 22 entstehen, zumindest entweder einen Beschleunigungssensor (Schwingungen-Detektionsmechanismus) 26, der an eine Seitensektion des Gehäuses 14 montiert wird, oder ein Mikrofon (Schwingungen-Detektionsmechanismus) 28, das Schwingungsgeräusche durch Schallwellen erwirbt. Der Beschleunigungssensor 26 und (oder) das Mikrofon 28 wird an dem Controller 30 angeschlossen, und der Controller 30 wird an ein Werkzeugmaschinen-Steuerpult 32 angeschlossen. Das Werkzeugmaschinen-Steuerpult 32 dient zur Steuerung der Werkzeugmaschine 12 und ist an ein Steuerbedienungspult 34 angeschlossen.The system 10 for monitoring the machining status includes for the detection of Vibrations of the spindle 18 idling and vibrations generated when the cutting tool 22 starts machining, at least one of an acceleration sensor (vibration detection mechanism) 26 mounted on a side section of the housing 14 and a microphone (vibration detection mechanism) 28 , which acquires vibrational noise through sound waves. The accelerometer 26 and (or) the microphone 28 is connected to the controller 30 and the controller 30 is connected to a machine tool control panel 32 . The machine tool control panel 32 is used to control the machine tool 12 and is connected to a control panel 34 .

Wie in 2 gezeigt, umfasst der Controller 30 eine Recheneinheit (Rechenmechanismus) 38, die mechanische Schwingungen (Bearbeitungsschwingungen), die durch den Beschleunigungssensor 26 und (oder) das Mikrofon 28 detektiert wurden, mittels einer Verstärker- und Filterschaltung 36 verstärkt und importiert.As in 2 As shown, the controller 30 includes an arithmetic unit (arithmetic mechanism) 38 that amplifies and imports mechanical vibrations (machining vibrations) detected by the acceleration sensor 26 and (or) the microphone 28 by means of an amplifier and filter circuit 36 .

An die Recheneinheit 38 wird eine Eingabe-Einstellungseinheit 40 zum Eingeben der Drehzahl der Spindel 18, der Anzahl der Schneiden, Eigenfrequenz usw. des Schneidwerkzeugs 22 usw. angeschlossen. Bei der Eingabe-Einstellungseinheit 40 sind ein Schwellenwert zur Überwachung oder Erkennungsbeurteilung, eine Verarbeitungsreihenfolge von Signalen beim Entstehen von Schwingungen, die den Schwellenwert überschreiten, usw. einstellbar. An der Eingabe-Einstellungseinheit 40 wird bei Bedarf ein(e) Wiederholungszähler(schaltung) 42 vorgesehen.An input setting unit 40 for inputting the rotational speed of the spindle 18, the number of cutting edges, natural frequency etc. of the cutting tool 22 etc. is connected to the arithmetic unit 38 . In the input setting unit 40, a threshold for monitoring or detection judgment, a processing order of signals when vibration exceeding the threshold occurs, etc. are settable. A repetition counter (circuit) 42 is provided at the input setting unit 40 as needed.

An der Recheneinheit 38 sind eine Bearbeitungszustand-Beurteilungseinheit 44 und eine Ein-/Ausgabeeinheit 46 zur Ausgabe eines Signals, das einer im Folgenden erläuterten Rechenbeurteilungsverarbeitung unterzogen wurde. Informationen einer Hauptwellendrehzahl RPM und der verwendeten Werkzeugnummer werden von dem Werkzeugmaschinen-Steuerpult 32 über die Ein-/Ausgabeeinheit 46 in die Recheneinheit 38 übernommen und können jederzeit von einem NC-Programm ausgelesen werden. Wird eine makroskopische Überwachung durchgeführt, kann als Schwellenwert auch gesondert nur die Anzahl der Werkzeugschneiden und ein numerischer Wert des Wiederholungszählers 42 eingegeben werden.On the arithmetic unit 38, there are a machining state judging unit 44 and an input/output unit 46 for outputting a signal subjected to arithmetic judgment processing explained below. Information on a main shaft speed RPM and the tool number used is transferred from the machine tool control panel 32 to the arithmetic unit 38 via the input/output unit 46 and can be read out by an NC program at any time. If macroscopic monitoring is carried out, only the number of tool cutting edges and a numerical value of the repetition counter 42 can also be entered separately as a threshold value.

Mit der Recheneinheit 38 ist eine Anzeigeeinheit 48 verbunden, die ein Rechenergebnis, ein Detektionsergebnis usw. auf einem Bildschirm anzeigt. Aktualisierte Daten werden normalerweise pro Sekunde von der Recheneinheit 38 an die Bearbeitungszustand-Beurteilungseinheit 44 gesendet.A display unit 48 that displays a calculation result, a detection result, etc. on a screen is connected to the calculation unit 38 . Updated data is normally sent from the arithmetic unit 38 to the machining status assessment unit 44 every second.

Wie in 3 gezeigt, umfasst die Anzeigeeinheit 48 ein Gesamtleistung-Anzeigefenster 51, ein Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52, ein TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53, ein NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 und ein Änderungen-Anzeigefenster 55. Am linken Ende der Anzeigeeinheit 48 sind Bildschirm-Wahltasten 56, 57 vorgesehen, die zum Umschalten zwischen dem Anzeigebildschirm und dem Schwellenwerteingabe-Bildschirm verwendet werden. Die Recheneinheit 38 fungiert als Frequenzteilermechanismus, der wie im Folgenden beschrieben, ein Frequenzspektrum in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz und Restfrequenzen unterteilt.As in 3 shown, the display unit 48 includes a total power display window 51, a frequency spectrum display window 52, a LPF vibration display window 53, a NON-TPF vibration display window 54 and a changes display window 55. At the left end of the display unit 48 are screens - Selection buttons 56, 57 are provided, which are used to switch between the display screen and the threshold entry screen. The arithmetic unit 38 acts as a frequency dividing mechanism that divides a frequency spectrum into a tool pass frequency and residual frequencies as described below.

Das Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 ist eine Überwachungseinheit der Schwingungsmenge, die durch eine nicht dargestellte Messbeginntaste des Controllers 30 oder ein Signal von einem Gerät eingeschaltet (ON) wird. Das Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 zeigt eine Gesamtleistung (G2) der sich zusammen mit der Bearbeitung ändernden Schwingungen an, wobei die Größe der Schwingungsmenge in dem jeweiligen Zeitrahmen als Gesamtleistung erfolgt, die Echtzeitigkeit aufweist.The total power display window 51 is a vibration amount monitoring unit, which is turned ON by an unillustrated measurement start button of the controller 30 or a signal from a device. The cumulative power display window 51 displays a cumulative power (G 2 ) of the vibrations changing along with the machining, with the magnitude of the amount of vibration in each time frame as a cumulative power having real-timeness.

Bei dem Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 stellt die Längsachse die Summe der quadrierten Werte der Beschleunigung und die Querachse stellt den Zeitverlauf (Sekunde) dar. Bei dem Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 werden bei Bedarf ein Prädiktions-Schwellenwert 61, der die Prädiktion anzeigt, dass die Gesamtleistung in einen Warnbereich eintritt, und ein Alarm-Schwellenwert 62 eingestellt, der anzeigt, dass die Gesamtleistung abnormal angestiegen ist.In the case of the total power display window 51, the longitudinal axis represents the sum of the squared values of the acceleration and the transverse axis represents the course of time (second). In the case of the total power display window 51, a prediction threshold value 61 that indicates the prediction that the total power enters a warning range and sets an alarm threshold 62 indicating that total power has increased abnormally.

Das Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 zeigt das durch Fourier-Transformation der Bearbeitungsschwingungen erhaltene Frequenzspektrum an. In dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 stellt die Längsachse die Beschleunigung (G oder m/s2) und die Querachse stellt die durch Fourier-Transformation berechnete Frequenz (Hz) dar. Der Anzeigebereich der Spektrum-Querachse wird vorab zwischen 10 Hz bis 10.000 Hz selektiv eingestellt, wobei im Allgemeinen 10 Hz bis 2.000 Hz, 10 Hz bis 2.500 Hz oder 10 Hz bis 4.000 Hz usw. ausgewählt werden, die einen guten Bearbeitungszustand ausdrücken. Die Anzeige der Längsachse ist eine automatische Verstärkungsformel.The frequency spectrum display window 52 displays the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the machining vibrations. In the frequency spectrum display window 52, the longitudinal axis represents the acceleration (G or m/s 2 ) and the transverse axis represents the frequency (Hz) calculated by Fourier transform. The display range of the spectrum transverse axis is selective between 10 Hz to 10,000 Hz in advance is set, generally selecting 10 Hz to 2,000 Hz, 10 Hz to 2,500 Hz, or 10 Hz to 4,000 Hz, etc. expressing a good machining state. Long axis display is an automatic gain formula.

Bei dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 werden bei Bedarf ein Alarm-Schwellenwert 63 und eine Schwellenwertlinie 69 eines Beschränkungsbereichs eingestellt. Die Schwellenwertlinie 69 kann für ein spezielles Frequenzband eingestellt werden, wobei bei der Einstellung des Schwellenwerts dieses Frequenzbandes die Einstellung der Höhe dieses Frequenzbandbereichs auf einem gesonderten Eingabe-Einstellungsbildschirm (nicht dargestellt) erfolgen kann.In the frequency spectrum display window 52, an alarm threshold value 63 and a threshold line 69 of a restriction area are set as necessary. The threshold line 69 can be adjusted for a particular frequency band, with adjustment of the threshold of that frequency band adjusting the height of that frequency band range at a separate input settings screen (not shown).

Das TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 zeigt die Werkzeugdurchgangsfrequenz (Tool-Passing-Frequency) (im Folgenden TPF) in dem Frequenzspektrum an, das in dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 angezeigt wurde. TPF ist dabei die Summe einer durch Hauptwellendrehzahl × Anzahl der Schneiden ÷ 60 berechneten Grundwelle und deren Harmonischen (ganzzahliges Vielfaches der betreffenden Grundwelle). In dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 stellt die Längsachse die Beschleunigung (G oder m/s2) und die Querachse stellt die Frequenz (Hz) dar. Bei dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 wird bei Bedarf ein Alarm-Schwellenwert 64 eingestellt.The LPF vibration display window 53 displays the Tool Passing Frequency (hereinafter TPF) in the frequency spectrum displayed in the frequency spectrum display window 52 . TPF is the sum of a fundamental wave calculated by main shaft speed × number of cutting edges ÷ 60 and its harmonics (integer multiple of the relevant fundamental wave). In the LPF vibration display window 53, the longitudinal axis represents acceleration (G or m/s 2 ) and the transverse axis represents frequency (Hz). In the LPF vibration display window 53, an alarm threshold 64 is set as needed.

Das NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 zeigt die Restfrequenzen (im Folgenden NON-TPF) in dem Frequenzspektrum nach Beseitigung der TPF an, das in dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 angezeigt wurde. In dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 stellt die Längsachse die Beschleunigung (G oder m/s2) und die Querachse stellt die Frequenz (Hz) dar. Bei dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 werden bei Bedarf ein Alarm-Schwellenwert 65 und eine Schwellenwertlinie 68 eines Beschränkungsbereichs eingestellt. Die Schwellenwertlinie 68 kann ebenso wie die Schwellenwertlinie 69 für ein spezielles Frequenzband eingestellt werden, wobei bei der Einstellung des Schwellenwerts dieses Frequenzbandes die Einstellung der Höhe dieses Frequenzbandbereichs auf einem gesonderten Eingabe-Einstellungsbildschirm (nicht dargestellt) erfolgen kann.The NON-LPF vibration display window 54 displays the residual frequencies (hereinafter NON-LPF) in the frequency spectrum after removing the LPF, which was displayed in the frequency spectrum display window 52. In the NON-TPF vibration display window 54, the longitudinal axis represents acceleration (G or m/s 2 ) and the transverse axis represents frequency (Hz). Threshold 65 and a threshold line 68 of a restriction area are set. Threshold line 68, like threshold line 69, can be set for a particular frequency band, and as the threshold of that frequency band is set, the level of that frequency band range can be set on a separate input setup screen (not shown).

Das Änderungen-Anzeigefenster 55 fungiert als Frequenz-Vergleichsanzeigemechanismus zur Überwachung des Bearbeitungszustands des Werkstücks W durch eine Vergleichsanzeige der TPF und NON-TPF. In dem Änderungen-Anzeigefenster 55 wird eine Änderungsgröße des relativen Verhältnisses zwischen der Gesamtmenge der in dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 angezeigten TPF und der Gesamtmenge der in dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 angezeigten NON-TPF (Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF) als Punktgrafik chronologisch (pro Sekunde) angezeigt. Bei dieser Punktgrafik zeigen niedrige numerische Werte eine gute Zerspanung an, während hohe numerische Werte eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit und das Auftreten eines Ratterns anzeigen.The change display window 55 functions as a frequency comparison display mechanism for monitoring the machining status of the workpiece W by comparing the LPF and NON-TPF. In the change display window 55, a change amount of the relative ratio between the total amount of the LPF displayed in the LPF vibration display window 53 and the total amount of NON-TPF displayed in the NON-TPF vibration display window 54 (total amount of NON-TPF /total amount of TPF) displayed as a dot graph chronologically (per second). In this dot graph, low numeric values indicate good machinability, while high numeric values indicate deterioration in machinability and the occurrence of chatter.

In dem Änderungen-Anzeigefenster 55 werden bei Bedarf ein Prädiktions-Schwellenwert 66 zur Beurteilung, ob ein Prädiktionsstadium zur Qualitätsbeurteilung der Bearbeitung eingetreten ist, und zumindest entweder ein oberer Schwellenwert 67a oder ein unterer Schwellenwert 67b eingestellt, um zu differenzieren, ob eine Bearbeitungsabnormalität aufgetreten ist. Für die Eingabe der Schwellenwerte wird ein separater Eingabebildschirm (nicht dargestellt) verwendet, wobei dieser Eingabebildschirm durch die Bedienung der Bildschirmwahltaste 57 angezeigt wird.In the change display window 55, a prediction threshold value 66 for judging whether a prediction stage for quality judgment of the machining has come, and at least one of an upper threshold value 67a and a lower threshold value 67b for differentiating whether a machining abnormality has occurred are set as necessary . A separate entry screen (not shown) is used for entry of the threshold values, which entry screen is displayed by operation of the screen selection button 57 .

Im Folgenden wird das Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands mittels des Systems 10 zur Überwachung des Bearbeitungszustands mit diesem Aufbau erläutert.Next, the method of monitoring the machining state by the machining state monitoring system 10 having this structure will be explained.

Wie in 1 gezeigt, wird bei der Werkzeugmaschine 12 die Spindel 18, an welcher der Werkzeughalter 20 angebracht ist, an dessen vorderem Ende das Schneidwerkzeug 22 montiert ist, rotierend angetrieben, und wird dabei an einem vorgebohrten Loch des Werkstücks W entlang geführt. Dann bewegt sich der Werkzeughalter 20 relativ zur Seite des vorgebohrten Lochs des Werkstücks W. Daher rotiert das Schneidwerkzeug 22 einteilig mit dem Werkzeughalter 20, wobei über das Schneidwerkzeug 22 die Bearbeitung an der Innenwandfläche des Werkstücks W ausgeführt wird.As in 1 1, in the machine tool 12, the spindle 18 on which the tool holder 20 is mounted, at the front end of which the cutting tool 22 is mounted, is driven in rotation while being guided along a pre-drilled hole of the workpiece W. Then, the tool holder 20 moves relative to the pilot hole side of the workpiece W. Therefore, the cutting tool 22 rotates integrally with the tool holder 20, and the cutting tool 22 performs the machining on the inner wall surface of the workpiece W.

Durch den Controller 30 werden vor Beginn der maschinellen Bearbeitung die Schwingungen der Spindel 18 im Leerlauf mittels des Beschleunigungssensors 26 und (oder) des Mikrofons 28 erworben und dieser Wert als zulässiger Wert (Schwellenwert) eingestellt. Dann werden die Schwingungen der Spindel 18 über die Verstärker- und Filterschaltung 36 in die Recheneinheit 38 importiert. Überschreitet die importierte Schwingung den zulässigen Wert, beurteilt die Recheneinheit 38, dass die maschinelle Bearbeitung begonnen hat. Das heißt, die Recheneinheit 38 fungiert als Bearbeitungsbeginn-Detektionsmechanismus zum Detektieren, dass mit der Bearbeitung des Werkstücks W begonnen wurde. Der Bearbeitungsbeginn-Detektionsmechanismus kann auch ein Mechanismus sein, der detektiert, dass ab dem Rotationsbeginn der Spindel 18 eine bestimmte Zeit vergangen ist, oder ein Mechanismus, der detektiert, dass die Führungsstrecke der Spindel 18 eine bestimmte Strecke erreicht hat.The controller 30 acquires the idle vibration of the spindle 18 by means of the acceleration sensor 26 and (or) the microphone 28 before starting machining, and sets this value as an allowable value (threshold value). Then the vibrations of the spindle 18 are imported into the arithmetic unit 38 via the amplifier and filter circuit 36 . When the imported vibration exceeds the allowable value, the arithmetic unit 38 judges that the machining has started. That is, the arithmetic unit 38 functions as a machining start detection mechanism for detecting that the machining of the workpiece W has started. The machining start detection mechanism may also be a mechanism that detects that a certain time has elapsed from the start of rotation of the spindle 18, or a mechanism that detects that the guide distance of the spindle 18 has reached a certain distance.

Als Nächstes unterzieht die Recheneinheit 38 die Bearbeitungsschwingungen, die über eine Verstärker- und Filterschaltung 36 importiert wurden, einer rechnerischen Analyse mittels Fourier-Transformation (Fourierreihenentwicklung). Konkret werden die Schwingungen pro Zeit f(t)Next, the arithmetic unit 38 subjects the machining vibrations, which have been imported via an amplifier and filter circuit 36, to arithmetical analysis by means of Fourier transformation (Fourier series expansion). Specifically, the oscillations per time f(t)

durch f(t)=Z(ajcos2πJt+bjsin2πJt) ausgedrückt. Dabei ist aj ein Fourier-Koeffizient der harmonischen Kosinus-Komponente der Frequenz J und bj ist ein Fourier-Koeffizient der harmonischen Sinus-Komponente der Frequenz J.expressed by f(t)=Z(a j cos2πJt+b j sin2πJt). where a j is a Fourier coefficient of the harmonic cosine component of frequency J and b j is a Fourier coefficient of the harmonic sine component of frequency J.

Die Fourier-Koeffizienten bezüglich der Frequenz J werden einer Fourierreihenentwicklung auf der Grundlage von aj = 1/2T∫f(t)cos(2πJt)dt und bj = 1/2T∫f(t)sin(2πJt)dt unterzogen. Das Integrationsintervall ist 0 bis T, und dieses Integrationsintervall T ist ein ganzzahliges Vielfaches der Periode 1/J. Hierbei wird eine Schwingungsfrequenz von beispielsweise 10 Hz bis 10.000 Hz durch eine tatsächliche Bearbeitung erzielt.The Fourier coefficients related to the frequency J are subjected to a Fourier series expansion based on a j = 1/2T∫f(t)cos(2πJt)dt and b j = 1/2T∫f(t)sin(2πJt)dt. The integration interval is 0 to T, and this integration interval T is an integer multiple of the period 1/J. Here, a vibration frequency of, for example, 10 Hz to 10,000 Hz is obtained by actual machining.

Wie in 3 gezeigt, ist an der Anzeigeeinheit 48 das Gesamtleistung-Anzeigefenster 51, das Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52, das TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53, das NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 und das Änderungen-Anzeigefenster 55 vorgesehen, wobei das durch die Fourier-Transformation berechnete Frequenzspektrum je nach Zweck hierin angezeigt wird.As in 3 As shown, the total power display window 51, the frequency spectrum display window 52, the LPF vibration display window 53, the NON-LPF vibration display window 54 and the change display window 55 are provided on the display unit 48, wherein the signal generated by the Fourier Transform calculated frequency spectrum depending on the purpose herein is displayed.

Konkret wird in dem Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 die Größe der Schwingungsmenge, die sich zusammen mit der Bearbeitung in dem jeweiligen Zeitrahmen ändert, als Gesamtleistung (G2) dargestellt, die Echtzeitigkeit aufweist. Hierbei zeigt die Längsachse die aus dem Quadrat der Beschleunigung erzielte Gesamtleistung (G2) an, wobei das Zu-/Abnahme-Verhältnis der Menge der Bearbeitungsschwingungen durch eine große Änderungsgröße ausgedrückt wird. Das heißt, kleine Schwingungen werden kleiner und große Schwingungen größer dargestellt.Concretely, in the cumulative power display window 51, the magnitude of the vibration amount that changes along with the machining in each time frame is displayed as the cumulative power (G 2 ) having real-timeness. Here, the longitudinal axis indicates the total power (G 2 ) obtained from the square of the acceleration, with the increase/decrease ratio of the amount of machining vibration being expressed by a large amount of change. This means that small vibrations are displayed smaller and large vibrations are displayed larger.

Außerdem handelt es sich bei dem in dem Gesamtleistung-Anzeigefenster 51 angezeigten Wert um einen Wert des Quadrats der Wellenform der Beschleunigungsamplitude integriert durch die Zeitachseneinheit (normalerweise 1 Sekunde) und beinhaltet sämtliche erworbenen Frequenzen. Daher kann die gesamte Leistungsenergie unterschieden werden, die mittels des Frequenzspektrums nur schwer zu unterscheiden ist, wobei eine sensible Anzeige der Zu-/Abnahme des Schneidwiderstands, der Zu-/Abnahme von Hochfrequenzschwingungen usw. ermöglicht wird.In addition, the value displayed in the total power display window 51 is a value of the square of the waveform of the acceleration amplitude integrated by the time axis unit (usually 1 second) and includes all acquired frequencies. Therefore, the entire power energy, which is difficult to distinguish using the frequency spectrum, can be discriminated, enabling sensitive display of the increase/decrease in cutting resistance, the increase/decrease of high-frequency vibration, and so on.

In dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 wird das durch Fourier-Transformation der Bearbeitungsschwingungen erhaltene Frequenzspektrum angezeigt. Dann werden in dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 nur die TPF in dem Frequenzspektrum angezeigt, das in dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 angezeigt wird, während in dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 die NON-TPF in dem Frequenzspektrum nach Beseitigung der TPF angezeigt werden.In the frequency spectrum display window 52, the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the machining vibrations is displayed. Then, in the LPF vibration display window 53, only the LPF in the frequency spectrum displayed in the frequency spectrum display window 52 is displayed, while in the NON-LPF vibration display window 54, the NON-LPF in the frequency spectrum after elimination of the LPF are displayed.

Als Nächstes wird in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 eine Änderungsgröße des relativen Verhältnisses zwischen der Gesamtmenge der in dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 angezeigten TPF und der Gesamtmenge der in dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 angezeigten NON-TPF (Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF) als Punktgrafik chronologisch (pro Sekunde) angezeigt. Bei dem Änderungen-Anzeigefenster 55 zeigen niedrige numerische Werte der Punktgrafik eine gute Zerspanung an, während hohe numerische Werte eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit und die Entstehung eines Ratterns anzeigen.Next, in the change display window 55, a change amount of the relative ratio between the total amount of the LPF displayed in the LPF vibration display window 53 and the total amount of NON LPF displayed in the NON LPF vibration display window 54 (total amount of NON -TPF/total amount of TPF) displayed as a dot graph chronologically (per second). In the change display window 55, low numerical values of the dot graph indicate good machining, while high numerical values indicate deterioration in machinability and generation of chatter.

Hierdurch wird bei der ersten Ausführungsform die Wirkung erzielt, dass durch eine Überwachung der Änderungsmenge des oberen und unteren Teils im Änderungen-Anzeigefenster 55 die Qualität des Schnittzustands makroskopisch auf einen Blick erkannt werden kann. Das heißt, es kann nur mittels der TPF-Schwingungen und NON-TPF-Schwingungen mit den zwei Parametern der Hauptwellendrehzahl und der Anzahl der Schneiden die Qualität einer umfassenden Bearbeitung unterschieden werden, wobei durch eine einfache Steuerung die Qualitätsbeurteilung des Bearbeitungszustands mit hoher Präzision und effizient ausgeführt werden kann.Thereby, in the first embodiment, there is an effect that by monitoring the amount of change of the upper and lower parts in the change display window 55, the quality of the cutting state can be macroscopically recognized at a glance. That is, only by means of the TPF vibration and NON-TPF vibration with the two parameters of the main shaft speed and the number of cutting edges, the quality of comprehensive machining can be distinguished, with simple control, the quality judgment of the machining state can be carried out with high precision and efficiently can be executed.

Im Allgemeinen wird bei einer Massenproduktionsbearbeitung von Bauteilen in einer Produktionsfabrik eine Automatisierung angestrebt, um qualitativ hochwertige Ware in großer Menge effizient zu erzeugen. Dabei kann durch die erste Ausführungsform eine Massenproduktion von minderwertiger Ware unterdrückt werden. Da nur durch einen Vergleich von zwei Werten der TPF-Schwingungen und der NON-TPF-Schwingungen aufgrund der Frequenz der Bearbeitungsschwingungen eine makroskopische Beurteilung erfolgt, sind zahlreiche Detektionsbedingungen, wie das Einstellen von Schwellenwerten usw. unnötig, und es können zahlreiche Abnormalitäten einfach erkannt werden.In general, in a mass production processing of components in a production factory, automation is sought in order to efficiently produce high-quality goods in a large quantity. Here, mass production of inferior goods can be suppressed by the first embodiment. Since macroscopic judgment is made only by comparing two values of the LPF vibration and the NON-TPF vibration based on the frequency of the machining vibration, various detection conditions such as setting threshold values, etc. are unnecessary and various abnormalities can be easily detected .

Ferner wird in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 der Prädiktions-Schwellenwert 66 eingestellt. Steigt das Änderungsverhältnis von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF an und übersteigt den Prädiktions-Schwellenwert 66, wird daher beurteilt, dass ein Prädiktionsstadium zur Qualitätsbeurteilung eingetreten ist, sodass z. B. die Aufmerksamkeit des Bedieners der Maschine usw. erregt werden kann.Furthermore, the prediction threshold value 66 is set in the changes display window 55 . Therefore, when the change ratio of total amount of NON-TPF/total amount of TPF increases and exceeds the prediction threshold value 66, it is judged that a prediction stage for quality judgment has come, so that e.g. B. the attention of the operator of the machine etc. can be attracted.

Außerdem wird in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 zumindest der obere Schwellenwert 67a vorgesehen. Steigt das Änderungsverhältnis von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF abnormal an und übersteigt den oberen Schwellenwert 67a, wird dadurch ein Alarmsignal an den gesonderten Wiederholungszähler 42 gesendet. Wird durch den Wiederholungszähler 42 eine Signaleingabe größer oder gleich dem eingestellten integrierten Wert erkannt, wird auf der Anzeigeeinheit 48 des Controllers 30 ein Makro-Alarm-Signal angezeigt und über die Ein-/Ausgabeeinheit 46 nach außen ausgegeben.In addition, at least the upper threshold value 67a is provided in the changes display window 55 . When the change ratio of the total amount of NON-TPF/total amount of TPF abnormally increases and exceeds the upper threshold value 67a, an alarm signal is thereby sent to the separate repetition counter 42. When a signal input greater than or equal to the set integrated value is detected by the repeat counter 42, the display shows a Unit 48 of the controller 30 displays a macro alarm signal and outputs it to the outside via the input/output unit 46 .

Da für ein Signal, das den Alarm-Schwellenwert übersteigt, der Wiederholungszähler 42 vorgesehen ist und einen integrierten Wert pro Zeiteinheit zählt, kann bei einem momentanen Rauschen usw. kein abnormaler Alarm beurteilt werden. Wird jedoch der Wiederholungszählerwert auf 1 eingestellt, erfolgt die Ausgabe einer Abnormalitätsbeurteilung beim Entstehen einer einmaligen Überschreitung des Alarm-Schwellenwerts.For a signal exceeding the alarm threshold value, since the repetition counter 42 is provided and counts an integrated value per unit time, an abnormal alarm cannot be judged at a momentary noise, etc. However, if the retry counter value is set to 1, an abnormality judgment is output when the alarm threshold is exceeded once.

Außerdem wird in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 zumindest der untere Schwellenwert 67b vorgesehen. Wenn das Änderungsverhältnis von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF abnormal sinkt und den unteren Schwellenwert 67b unterschreitet, wird infolgedessen ein Alarmsignal an den gesonderten Wiederholungszähler 42 gesendet.In addition, at least the lower threshold value 67b is provided in the changes display window 55 . As a result, when the change ratio of the total amount of NON-TPF/total amount of TPF abnormally decreases and falls below the lower threshold value 67b, an alarm signal is sent to the separate repetition counter 42.

Bei der ersten Ausführungsform kann, wie vorstehend ausgeführt, durch das Änderungsverhältnis von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF, das in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 angezeigt wird, eine makroskopische Überwachung des Bearbeitungszustands durchgeführt werden. Überdies kann durch eine Kombination der Änderung des Änderungen-Anzeigefensters 55 mit den Änderungen, die in dem Gesamtleistung-Anzeigefenster 51, dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52, dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 oder dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 angezeigt werden, präziser und detaillierter der Bearbeitungszustand (Schnittzustand, Abnormalitätszustand usw.) erfasst werden.In the first embodiment, as stated above, by the change ratio of the total amount of NON-TPF/total amount of TPF displayed in the change display window 55, macroscopic monitoring of the processing state can be performed. Moreover, by combining the change of the changes display window 55 with the changes displayed in the total power display window 51, the frequency spectrum display window 52, the LPF vibration display window 53 or the NON-LPF vibration display window 54, the processing status (cutting status, abnormality status, etc.) can be grasped more precisely and in more detail.

Beispielsweise kann es vorkommen, dass in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 das Änderungsverhältnis von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF ansteigt, und die Anzahl der Überschreitungen der in einem hochfrequenten Schwingungsbandbereich eingestellten Schwellenwertlinie 68 eines Beschränkungsbereichs in dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 zunimmt. Dies weist auf eine Zunahme hochfrequenter Komponenten aufgrund einer Abnutzung des Schneidwerkzeugs 22 hin, und kann für ein Alarmsignal zum Austauschen des Werkzeugs genutzt werden.For example, it may happen that in the change display window 55 the change ratio of total amount of NON-TPF/total amount of LPF increases, and the number of times the threshold line 68 set in a high-frequency vibration band area is exceeded a restriction area in the NON-TPF vibration display window 54 increases. This indicates an increase in high-frequency components due to wear of the cutting tool 22, and can be used for an alarm signal for replacing the tool.

Außerdem wird für den Fall, dass in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 die Größe des Änderungsverhältnisses von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF abnormal groß geworden ist, eine Bearbeitungsabnormalität angenommen, und für den Fall, dass insgesamt in dem NON-TPF-Schwingung-Anzeigefenster 54 auffallende Spitzenschwingungen (den Alarm-Schwellenwert 65 überschreitende Schwingungen) auftreten, das Entstehen eines regenerativen Ratterns detektiert.In addition, in the case that in the change display window 55 the magnitude of the change ratio of the total amount of NON-TPF/total amount of TPF has become abnormally large, machining abnormality is assumed, and in the case that total in the NON-TPF vibration -Display window 54 noticeable peak vibrations (vibrations exceeding the alarm threshold value 65) occur, the onset of regenerative chatter is detected.

Außerdem wird ferner für den Fall, dass in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 die Größe des Änderungsverhältnisses von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF abnormal klein geworden ist, und insgesamt in dem TPF-Schwingung-Anzeigefenster 53 Spitzen hoch aufsteigen (den Alarm-Schwellenwert 64 überschreitende Schwingung), das Entstehen eines fremderregten Ratterns detektiert. Andererseits besteht die hohe Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des Schneidwerkzeugs 22, wenn in dem Änderungen-Anzeigefenster 55 die Größe des Änderungsverhältnisses von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF abnormal groß geworden ist, und insgesamt in dem Frequenzspektrum-Anzeigefenster 52 kein Signal einer Schwellenwert-Überschreitung der auf einen Niederfrequenzbereich eingestellten Schwellenwertlinie 69 eines Beschränkungsbereichs ausgegeben wird.Furthermore, in the case that in the change display window 55, the magnitude of the change ratio of total amount of NON-TPF/total amount of TPF has become abnormally small, and in the TPF vibration display window 53 peaks rise high (the alarm Threshold 64 exceeding vibration), the emergence of a separately excited chatter detected. On the other hand, when in the change display window 55 the magnitude of the change ratio of the total amount of NON-LPF/total amount of LPF has become abnormally large and there is no signal of a threshold exceeding the threshold line 69 set to a low frequency range of a restriction area is output.

4 ist eine erläuternde Ansicht eines Vergleichs zwischen dem Fall, dass die Qualität des Schnittzustands durch den Stromwert einer Schneidlast angezeigt wird, und dem Fall, dass die Qualität des Schnitt zustands in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angezeigt wird. 4 14 is an explanatory view of a comparison between the case where the quality of the cutting state is indicated by the current value of a cutting load and the case where the quality of the cutting state is indicated in the second embodiment of the present invention.

Hierbei handelt es sich um eine Zerspanung eines Aluminiummaterials (Werkstück W) mit einem Schaftfräser (Schneidwerkzeug 22) mit 4 Schneiden, 16 φ bei einem Bearbeitungszentrum (Werkzeugmaschine 12). Die Bearbeitungsbedingungen lauten Drehgeschwindigkeit N = 6200 mim-1, Vorschubgeschwindigkeit f = 0,1 mm/Schneide, Seitenflächenbearbeitung Ar = 0,5 mm. In 4 sind die Schwingungen und die chronologische Änderung der Stromlast von der Bearbeitung der ersten Hälfte ohne Rattern bis zur Bearbeitung der zweiten Hälfte, in der ein regeneratives Rattern aufgetreten ist, dargestellt.This is a machining of an aluminum material (workpiece W) with a 4-flute, 16φ end mill (cutting tool 22) at a machining center (machine tool 12). The machining conditions are: turning speed N = 6200 mm/min -1 , feed speed f = 0.1 mm/cutter, side surface machining Ar = 0.5 mm. In 4 the oscillations and the chronological change of the current load from the first half machining without chatter to the second half machining in which regenerative chatter has occurred are shown.

Konkret zeigt ein Anzeigefenster 71 die Gesamtleistung während der Bearbeitung an. Ein Anzeigefenster 72 zeigt die Stromlastmenge der Hauptwelle während der Bearbeitung an, wobei die Längsachse die Größe der Stromlast zeigt, während die Querachse den chronologischen Verlauf zeigt. In einem Anzeigefenster 73 einer zweiten Ausführungsform wird das Frequenzspektrum der Schwingungen unterteilt in TPF-Schwingungen 73a und NON-TPF-Schwingungen 73b in einem integrierten Anzeigeformat dargestellt. Der Abschnitt einer dunklen Farbe in der ersten Hälfte stellt die TPF-Schwingungen 73a dar, und der Abschnitt einer hellen Farbe in der zweiten Hälfte stellt die NON-TPF-Schwingungen 73b dar. Hierbei sollten die TPF-Schwingungen 73a und die NON-TPF-Schwingungen 73b in unterschiedlichen Farben oder eine unterschiedliche Farbtiefe eingestellt werden. Ein Anzeigefenster 74 zeigt den Zustand der Änderung von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF.Concretely, a display window 71 displays the total performance during editing. A display window 72 displays the current load amount of the main shaft during machining, with the longitudinal axis showing the magnitude of the current load, while the transverse axis shows the chronological progression. In a display window 73 of a second embodiment, the frequency spectrum of the vibrations is divided into LPF vibrations 73a and NON-LPF vibrations 73b in an integrated display format. The dark color portion in the first half represents the LPF vibrations 73a, and the light color portion in the second half represents the NON-LPF vibrations 73b. Here, the LPF vibrations 73a and the NON-LPF vibrations should Vibrations 73b in different different colors or a different color depth can be set. A display window 74 shows the state of changing total amount of NON-TPF/total amount of TPF.

Die spanende Bearbeitung beginnt nach 7,4 Sekunden, und nach einer Rattern-Prädiktionsspanne ab 11,3 Sekunden, entsteht von 11,7 Sekunden bis 13,4 Sekunden ein regeneratives Rattern. In dem Anzeigefenster 71 wird durch die Anzeige der Gesamtleistung eine auffallende chronologische Änderung der Größe der Schneidschwingungen angezeigt. In der ersten Hälfte der Bearbeitung (ab dem Beginn der Bearbeitung bis 11,3 Sekunden) erfolgt eine Bearbeitung ohne Rattern, während in der zweiten Hälfte der Bearbeitung (von 11,7 Sekunden bis 13,4 Sekunden) ein Rattern auftritt. Dabei zeigt sich eine große Differenz zwischen der Schwingungsgröße der ersten Hälfte und der Schwingungsgröße der zweiten Hälfte.Machining starts at 7.4 seconds, and after a chatter prediction range from 11.3 seconds, regenerative chatter arises from 11.7 seconds to 13.4 seconds. A striking chronological change in the magnitude of the cutting vibrations is indicated in the display window 71 by the display of the total power. In the first half of processing (from the start of processing to 11.3 seconds), chatter-free processing occurs, while in the second half of processing (from 11.7 seconds to 13.4 seconds), chatter occurs. There is a large difference between the vibration magnitude of the first half and the vibration magnitude of the second half.

Bei dem Anzeigefenster 72, das die Stromlastgröße der Hauptwelle während der Bearbeitung zeigt, verändert sich die Schneidlast ab Beginn der Bearbeitung bis zum Schluss kaum. Daher können verschiedene Bearbeitungszustände wie die Qualität usw. der Bearbeitung nicht gut unterschieden werden.In the display window 72 showing the current load magnitude of the main shaft during machining, the cutting load hardly changes from the start of machining to the end. Therefore, various processing states such as the quality, etc. of processing cannot be distinguished well.

Demgegenüber werden bei dem Anzeigefenster 73 in der ersten Hälfte der Bearbeitung TPF-Schwingungen 73a als dunkler Abschnitt angezeigt, während in der zweiten Hälfte der Bearbeitung NON-TPF-Schwingungen 73b als heller Abschnitt angezeigt werden. Infolgedessen können anhand dieser Anzeige der spanende Bearbeitungsbereich (TPF-Schwingungen 73a) der ersten Hälfte ohne Rattern und der Zustand der zweiten Hälfte, in der ein Rattern auftritt (NON-TPF-Schwingungen 73b), klar unterschieden werden.On the other hand, in the display window 73, in the first half of the processing, LPF vibrations 73a are displayed as a dark portion, while in the second half of processing, NON-LPF vibrations 73b are displayed as a light portion. As a result, from this display, the machining range (TPF vibrations 73a) of the former half without chattering and the state of the latter half in which chattering occurs (NON-TPF vibrations 73b) can be clearly distinguished.

Außerdem wird in dem Anzeigefenster 74 der Zustand der Änderung von Gesamtmenge der NON-TPF/Gesamtmenge der TPF angezeigt. Anhand dieser Anzeige können die chronologischen Änderungen des Bearbeitungszustands leicht unterschieden werden, wobei in der ersten Hälfte der Bearbeitung ein guter Bearbeitungszustand eines niedrigen numerischen Werts angezeigt wird, während in der zweiten Hälfte der Bearbeitung angezeigt wird, dass der numerische Wert größer wird und ein Übergang von einem schlechten Zustand zu einem Rattern erfolgt.Also, in the display window 74, the state of change of total amount of NON-TPF/total amount of TPF is displayed. This display makes it easy to distinguish the chronological changes in the editing status, with the first half of the editing showing a good editing status of a low numeric value, while the second half of the editing showing the numeric value increasing and a transition from poor condition to chattering.

5 stellt ein Frequenzspektrum bei Bearbeitungsschwingungen in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In einem Anzeigefenster 81 stellt die Längsachse die Größe der Schwingungen (Beschleunigung) (G oder m/s2) und die Querachse stellt die Frequenz (Hz) dar. Unter den Schnittbedingungen einer Drehzahl der Spindel 18 von 6200 U/min und 4 Schneiden des Schneidwerkzeugs 22, entstehen in dem Anzeigefenster 81 drei auffallende Schwingungsspitzen. Konkret handelt es sich um 413 Hz (TPF1) als Grundwelle, 826 Hz (TPF2) als Harmonische eines ganzzahligen Vielfachen der Grundwelle, und die Spitzenfrequenz von 1240 Hz (TPF3). 5 12 shows a frequency spectrum in machining vibration in a third embodiment of the present invention. In a display window 81, the longitudinal axis represents the magnitude of the vibration (acceleration) (G or m/s 2 ) and the transverse axis represents the frequency (Hz). Under the cutting conditions a speed of the spindle 18 of 6200 rpm and 4 cutting edges of the cutting tool 22, three noticeable vibration peaks arise in the display window 81. Specifically, it is 413 Hz (TPF1) as the fundamental wave, 826 Hz (TPF2) as the harmonic of an integral multiple of the fundamental wave, and the peak frequency of 1240 Hz (TPF3).

Das Anzeigefenster 82 extrahiert aus den Schwingungen des Frequenzspektrums, das im Anzeigefenster 81 angezeigt wurde, nur die Grundwelle und die Harmonischen (TPF1, TPF2 und TPF3) (TPF-Schwingungen) und zeigt diese an. Das Anzeigefenster 83 extrahiert aus den Schwingungen des Anzeigefensters 81, aus denen die Grundwelle und die Harmonischen (TPF1, TPF2 und TPF3) beseitigt wurden, nur die NON-TPF-Schwingungen und zeigt diese an.The display window 82 extracts and displays only the fundamental wave and the harmonics (TPF1, LPF2 and LPF3) (LPF waves) from the frequencies of the frequency spectrum displayed in the display window 81. The display window 83 extracts and displays only the NON-TPF vibrations from the vibrations of the display window 81 from which the fundamental wave and the harmonics (TPF1, TPF2 and TPF3) have been removed.

Werden das Anzeigefenster 82 und das Anzeigefenster 83 verglichen, wird deutlich, dass die TPF-Schwingungen, die in dem Anzeigefenster 82 angezeigt werden, größer sind als die NON-TPF-Schwingungen, die in dem Anzeigefenster 83 angezeigt werden. Infolgedessen wird eine normale Verarbeitung differenziert.Comparing the display window 82 and the display window 83, it is clear that the LPF vibrations displayed in the display window 82 are larger than the NON-LPF vibrations displayed in the display window 83. As a result, normal processing is differentiated.

In 5 zeigt ein Anzeigefenster 84 ein Frequenzspektrum bei einer anschließend aufgetretenen Ratter-Bearbeitung an, wobei Spitzenfrequenzen von 751 Hz und 1165 Hz auffallen. Hierbei handelt es sich um NON-TPF-Schwingungen. Das Anzeigefenster 85 extrahiert aus den Schwingungen des Frequenzspektrums, das im Anzeigefenster 84 angezeigt wurde, nur die TPF-Schwingungen und zeigt diese an. Ein Anzeigefenster 86 extrahiert aus den Schwingungen des Anzeigefensters 84, aus denen die TPF-Schwingungen beseitigt wurden, nur die NON-TPF-Schwingungen und zeigt diese an.In 5 a display window 84 displays a frequency spectrum in a chatter processing that subsequently occurred, wherein peak frequencies of 751 Hz and 1165 Hz stand out. These are NON-TPF vibrations. The display window 85 extracts only the LPF vibrations from the frequency spectrum displayed in the display window 84 and displays them. A display window 86 extracts and displays only the NON-LPF vibrations from the vibrations of the display window 84 from which the LPF vibrations have been removed.

Werden das Anzeigefenster 85 und das Anzeigefenster 86 verglichen, wird deutlich, dass die NON TPF-Schwingungen, die in dem Anzeigefenster 86 angezeigt werden, größer sind als die TPF-Schwingungen, die in dem Anzeigefenster 85 angezeigt werden. Dadurch wird differenziert, dass es sich um eine abnormale Bearbeitung handelt, bei der regeneratives Rattern aufgetreten ist.Comparing display window 85 and display window 86, it is clear that the NON TPF vibrations displayed in display window 86 are greater than the LPF vibrations displayed in display window 85. This discriminates that it is abnormal machining in which regenerative chatter has occurred.

Infolgedessen kann dadurch, dass die Bearbeitungsschwingungen in zwei Teile, nämlich TPF-Schwingungen und NON-TPF-Schwingungen unterteilt und die Unterschiede zwischen diesen festgestellt werden, der Schnittzustand korrekt differenziert werden. Ebenso wie bei dem Anzeigefenster 73 in 4 können die beiden Sektionen der TPF-Schwingungen und NON-TPF-Schwingungen integriert durch unterschiedliche Farben oder eine unterschiedliche Konzentration dargestellt werden. Ferner ist ebenso wie bei dem Anzeigefenster 74 in 4 eine Darstellung durch zwei relative Änderungsverhältnisse der TPF-Schwingungen und NON-TPF-Schwingungen möglich.As a result, by dividing the machining vibration into two parts, namely, TPF vibration and NON-TPF vibration, and detecting the differences between them, the cutting state can be correctly differentiated. As with the display window 73 in 4 the two sections of TPF vibration and NON-TPF vibration integrated can be represented by different colors or different concentration. Further is the same as the display window 74 in 4 a representation by two relative change ratios of the TPF vibrations and NON-TPF vibrations possible.

[Industrielles Anwendungsgebiet][Industrial Application]

Bei dem Verfahren und System zur Überwachung des Bearbeitungszustandes einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung eines Werkstücks mittels eines rotierenden Werkzeugs die Bearbeitungsfrequenz in Werkzeugdurchgangsfrequenz (TPF) und Restfrequenzen (NON-TPF) unterteilt, wobei nur durch die Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen verschiedene Bearbeitungszustände des Werkstücks überwacht werden können.In the method and system for monitoring the machining status of a working machine according to the present invention, when machining processing is performed on a workpiece by a rotary tool, the machining frequency is divided into tool pass frequency (TPF) and residual frequencies (NON-TPF), only by the comparison display of tool pass frequency and the residual frequencies, various machining states of the workpiece can be monitored.

BezugszeichenlisteReference List

1010
System zur Überwachung eines BearbeitungszustandsSystem for monitoring a processing status
1212
Werkzeugmaschinemachine tool
1414
GehäuseHousing
1818
Spindelspindle
2020
Werkzeughaltertool holder
2222
Schneidwerkzeugcutting tool
2626
Beschleunigungssensoraccelerometer
2828
Mikrofonmicrophone
3030
Controllercontrollers
3232
Werkzeugmaschinen-SteuerpultMachine Tool Control Panel
3434
Steuerbedienungspultcontrol panel
3838
Recheneinheitunit of account
4040
Eingabe-Einstellungseinheitinput setting unit
4444
Bearbeitungszustand-BeurteilungseinheitMachining condition judging unit
4646
Ein-/Ausgabeeinheitinput/output unit
4848
Anzeigeeinheitdisplay unit
5151
Gesamtleistung-AnzeigefensterOverall performance display window
5252
Frequenzspektrum-AnzeigefensterFrequency spectrum display window
5353
TPF-Schwingung-AnzeigefensterTPF vibration display window
5454
NON-TPF-Schwingung-AnzeigefensterNON-TPF vibration display window
5555
Änderungen-AnzeigefensterChanges display window
71-74, 81-8671-74, 81-86
Anzeigefensterdisplay window

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • JP 5105102 B2 [0006]JP 5105102 B2 [0006]

Claims (14)

Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine, durch das bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung eines Werkstücks durch ein rotierendes Werkzeug der Bearbeitungszustand des Werkzeugs überwacht wird, gekennzeichnet durch einen Schritt zur Detektion von Bearbeitungsschwingungen bei einer Bearbeitung durch das rotierende Werkzeug, einen Schritt zum Erhalten einer Bearbeitungsfrequenz durch eine Analyse der Bearbeitungsschwingungen mittels Fourierreihenentwicklung, einen Schritt, in dem die Bearbeitungsfrequenz in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz, wobei es sich um die Summe aus einer Grundwelle berechnet aus Hauptwellendrehzahl × Anzahl der Schneiden ÷ 60 und deren Harmonischen (ganzzahliges Vielfaches der betreffenden Grundwelle) handelt, und Restfrequenzen nach Beseitigung der Werkzeugdurchgangsfrequenz von der gesamten Bearbeitungsfrequenz unterteilt wird, und einen Schritt zur Überwachung des Bearbeitungszustands des Werkstücks durch eine Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen.A machining state monitoring method of a working machine by which, when machining processing is performed on a workpiece by a rotary tool, the machining state of the tool is monitored, characterized by a step of detecting machining vibrations in machining by the rotary tool, a step of obtaining a machining frequency by an analysis of the machining vibrations using Fourier series expansion, a step in which the machining frequency is converted into a tool passage frequency, which is the sum of a fundamental calculated from main shaft speed × number of cutting edges ÷ 60 and their harmonics (integer multiple of the fundamental in question), and residual frequencies after removing the tool passage frequency from the total machining frequency, and a step of monitoring the machining state of the workpiece by a comparison a Display of tool pass frequency and residual frequencies. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt, in dem der Beginn der Bearbeitung des Werkstücks durch das rotierende Werkzeug detektiert wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 1 , characterized by a step in which the start of the machining of the workpiece by the rotating tool is detected. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Verhältnis zwischen der Gesamtmenge der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Gesamtmenge der Restfrequenzen in einem sich chronologisch ändernden Änderungen-Anzeigefenster angezeigt wird, und anhand des Änderungen-Anzeigefensters die Qualität der Bearbeitung des Werkstücks beurteilt wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 1 or 2 , characterized in that the relative ratio between the total amount of tool pass frequency and the total amount of residual frequencies is displayed in a chronologically changing change display window, and based on the change display window the quality of machining of the workpiece is judged. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Änderungen-Anzeigefenster ein Prädiktions-Schwellenwert sowie ein oberer Schwellenwert und ein unterer Schwellenwert eingestellt sind, wenn das relative Verhältnis den Prädiktions-Schwellenwert überschreitet, beurteilt wird, dass ein Prädiktionsstadium zur Qualitätsbeurteilung der Bearbeitung eingetreten ist, und wenn das relative Verhältnis zumindest den oberen Schwellenwert überschreitet oder den unteren Schwellenwert unterschreitet, das Auftreten einer Bearbeitungsabnormalität differenziert wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 3 , characterized in that a prediction threshold value and an upper threshold value and a lower threshold value are set in the changes display window, when the relative ratio exceeds the prediction threshold value, it is judged that a prediction stage for quality judgment of the processing has occurred, and if the relative ratio at least exceeds the upper threshold or falls below the lower threshold, the occurrence of a machining abnormality is differentiated. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtleistung der sich mit der Bearbeitung ändernden Schwingungen in einem Gesamtleistung-Anzeigefenster angezeigt wird, das durch Fourier-Transformation erhaltene Frequenzspektrum der Bearbeitungsschwingungen in einem Frequenzspektrum-Anzeigefenster angezeigt wird, die Werkzeugdurchgangsfrequenz in dem Frequenzspektrum in einem TPF-Schwingungen-Anzeigefenster angezeigt wird, und die Restfrequenzen in dem Frequenzspektrum in einem NON-TPF-Schwingungen-Anzeigefenster angezeigt werden.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 3 , characterized in that a total power of the vibrations changing with the machining is displayed in a total power display window, the frequency spectrum of the machining vibrations obtained by Fourier transformation is displayed in a frequency spectrum display window, the tool passage frequency in the frequency spectrum in a LPF vibration display display window is displayed, and the residual frequencies in the frequency spectrum are displayed in a NON-TPF vibration display window. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Änderungen-Anzeigefensters und des NON-TPF-Schwingungen-Anzeigefensters eine Abnutzung des rotierenden Werkzeugs erkannt wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 5 , characterized in that wear of the rotating tool is detected on the basis of the changes display window and the NON-TPF vibration display window. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Änderungen-Anzeigefensters und des NON-TPF-Schwingungen-Anzeigefensters regeneratives Rattern des rotierenden Werkzeugs erkannt wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 5 , characterized in that regenerative chattering of the rotating tool is detected based on the changes display window and the NON-TPF vibration display window. Verfahren zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Sektion, welche die Gesamtmenge der Werkzeugdurchgangsfrequenz anzeigt, und eine zweite Sektion, welche die Gesamtmenge der Restfrequenzen anzeigt, in einem mehrfarbigen Änderungen-Anzeigefenster angezeigt werden, bei dem sich unterschiedliche Farben oder eine unterschiedliche Farbtiefe chronologisch ändert, und anhand des mehrfarbigen Änderungen-Anzeigefensters die Qualität der Bearbeitung des Werkstücks differenziert wird.Method for monitoring the processing status of a working machine claim 1 or 2 , characterized in that a first section displaying the total amount of tool pass frequency and a second section displaying the total amount of residual frequencies are displayed in a multicolored change display window in which different colors or different color depth changes chronologically, and the quality of the processing of the workpiece is differentiated by means of the multicolored changes display window. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine, durch das bei der Ausführung einer Bearbeitungsverarbeitung eines Werkstücks durch ein rotierendes Werkzeug der Bearbeitungszustand des Werkzeugs überwacht wird, gekennzeichnet durch einen Schwingungen-Detektionsmechanismus zum Detektieren von Bearbeitungsschwingungen bei einer Bearbeitung durch ein rotierendes Werkzeug, einen Rechenmechanismus zum Erhalten einer Bearbeitungsfrequenz durch eine Analyse der Bearbeitungsschwingungen mittels Fourierreihenentwicklung, einen Frequenzteilermechanismus, durch den die Bearbeitungsfrequenz in eine Werkzeugdurchgangsfrequenz, wobei es sich um eine Grundwelle berechnet aus Hauptwellendrehzahl × Anzahl der Schneiden ÷ 60 und deren Harmonische (ganzzahliges Vielfaches der betreffenden Grundwelle) handelt, und Restfrequenzen nach Beseitigung der Werkzeugdurchgangsfrequenz von der gesamten Bearbeitungsfrequenz unterteilt wird, und einen Frequenz-Vergleichsanzeigemechanismus zur Überwachung des Bearbeitungszustands eines Werkstücks durch eine Vergleichsanzeige der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Restfrequenzen.A working machine machining state monitoring system by which, when machining processing is performed on a workpiece by a rotating tool, the machining state of the tool is monitored, characterized by a vibration detecting mechanism for detecting machining vibration in machining by a rotating tool, an obtaining arithmetic mechanism a machining frequency through an analysis of the machining vibrations using Fourier series development, a frequency dividing mechanism by which the machining frequency is divided into a tool pass frequency, which is a fundamental calculated from main shaft speed × number of cutting edges ÷ 60 and its harmonic (integer multiple of the fundamental concerned), and residual frequencies after removing the tool pass frequency from the total machining frequency , and a frequency comparison display mechanism for monitoring the machining state of a workpiece by a comparison display of the tool pass frequency and the residual frequencies. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Bearbeitungsbeginn-Detektionsmechanismus, durch welchen der Beginn der Bearbeitung des Werkstücks durch das rotierende Werkzeug detektiert wird.System for monitoring the processing status of a working machine claim 9 characterized by a machining start detection mechanism by which the start of machining of the workpiece by the rotary tool is detected. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Änderungen-Anzeigefenster, welches das relative Verhältnis zwischen der Gesamtmenge der Werkzeugdurchgangsfrequenz und der Gesamtmenge der Restfrequenzen sich chronologisch ändernd angezeigt.System for monitoring the processing status of a working machine claim 9 or 10 characterized by a change display window displaying the relative ratio between the total amount of tool pass frequency and the total amount of residual frequencies changing chronologically. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Änderungen-Anzeigefenster ein Prädiktions-Schwellenwert, um zu beurteilen, dass ein Prädiktionsstadium zur Qualitätsbeurteilung eingetreten ist, sowie zumindest ein oberer Schwellenwert oder ein unterer Schwellenwert, durch welche das Auftreten einer Bearbeitungsabnormalität differenziert wird, eingestellt sind.System for monitoring the processing status of a working machine claim 11 , characterized in that in the changes display window, a prediction threshold value for judging that a prediction state for quality judgment has come, and at least one of an upper threshold value and a lower threshold value by which the occurrence of a processing abnormality is differentiated are set. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Gesamtleistung-Anzeigefenster, in dem eine Gesamtleistung der sich mit der Bearbeitung ändernden Schwingungen angezeigt wird, ein Frequenzspektrum-Anzeigefenster, in dem das durch Fourier-Transformation der Bearbeitungsschwingungen erhaltene Frequenzspektrum angezeigt wird, ein TPF-Schwingungen-Anzeigefenster, in dem die Werkzeugdurchgangsfrequenz in dem Frequenzspektrum angezeigt wird, und ein NON-TPF-Schwingungen-Anzeigefenster, in dem die Restfrequenzen in dem Frequenzspektrum angezeigt werden.System for monitoring the processing status of a working machine claim 11 , characterized by a total power display window in which a total power of the vibrations changing with the machining is displayed, a frequency spectrum display window in which the frequency spectrum obtained by Fourier transformation of the machining vibrations is displayed, a LPF vibration display window in which the tool pass frequency is displayed in the frequency spectrum, and a NON-TPF vibration display window in which the residual frequencies are displayed in the frequency spectrum. System zur Überwachung des Bearbeitungszustands einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein mehrfarbiges Änderungen-Anzeigefenster, das eine erste Sektion, welche die Gesamtmenge der Werkzeugdurchgangsfrequenz anzeigt, und eine zweite Sektion, welche die Gesamtmenge der Restfrequenzen anzeigt, durch unterschiedliche Farben oder eine unterschiedliche Farbtiefe sich chronologisch ändernd anzeigt.System for monitoring the processing status of a working machine claim 9 or 10 characterized by a multicolored change display window displaying a first section displaying the total amount of tool pass frequency and a second section displaying the total amount of residual frequencies by different colors or different color depths changing chronologically.
DE112020004994.9T 2019-10-18 2020-10-15 Process and system for monitoring the processing status of a working machine Pending DE112020004994T5 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-202743 2019-10-18
JP2019202743A JP6944102B2 (en) 2019-10-18 2019-10-18 Machining status monitoring method and system for work machines
PCT/JP2020/039804 WO2021075584A1 (en) 2019-10-18 2020-10-15 Method and system for monitoring working state of work machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112020004994T5 true DE112020004994T5 (en) 2022-09-01

Family

ID=75538523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020004994.9T Pending DE112020004994T5 (en) 2019-10-18 2020-10-15 Process and system for monitoring the processing status of a working machine

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6944102B2 (en)
CN (1) CN114555291A (en)
DE (1) DE112020004994T5 (en)
WO (1) WO2021075584A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023063435A1 (en) * 2021-10-14 2023-04-20 エヌティーエンジニアリング株式会社 Working machine bearing quality determining method and system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5105102B2 (en) 2009-04-10 2012-12-19 エヌティーエンジニアリング株式会社 Chatter control method and apparatus for work machine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5507409B2 (en) * 2010-10-20 2014-05-28 オークマ株式会社 Method and apparatus for monitoring machine tool, machine tool
US9381608B2 (en) * 2011-03-28 2016-07-05 Okuma Corporation Vibration determination method and vibration determination device
JP2014140918A (en) * 2013-01-23 2014-08-07 Hitachi Ltd Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool
JP2016083759A (en) * 2014-10-28 2016-05-19 エヌティーエンジニアリング株式会社 Processing state monitoring method and system for work machine
EP3118593A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Method and detection system for detecting self-starting vibrations
JP6575814B2 (en) * 2015-10-20 2019-09-18 エヌティーエンジニアリング株式会社 Process state monitoring method and system for work machine
JP6922405B2 (en) * 2016-07-25 2021-08-18 大同特殊鋼株式会社 Vibration suppression device
JP6718107B2 (en) * 2016-09-28 2020-07-08 エヌティーエンジニアリング株式会社 Vibration monitoring method and system for work machine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5105102B2 (en) 2009-04-10 2012-12-19 エヌティーエンジニアリング株式会社 Chatter control method and apparatus for work machine

Also Published As

Publication number Publication date
CN114555291A (en) 2022-05-27
WO2021075584A1 (en) 2021-04-22
JP2021066006A (en) 2021-04-30
JP6944102B2 (en) 2021-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017011290B4 (en) Machine learning apparatus, CNC apparatus and machine learning method for detecting an indication of chatter occurrence in a machine tool tool
DE112017004081T5 (en) Method and system for vibration monitoring for operating a machine
DE112010001558B4 (en) Method and apparatus for chatter suppression in work machines
DE69937737T2 (en) ASSESSMENT OF THE CONDITION OF A STORAGE
DE102010040718A1 (en) Vibration suppressing device
DE2328876A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE CONDITION OF A CUTTER HEAD ON A MACHINE FOR MANUFACTURING SPIRAL BEVEL WHEELS
DE112012002234B4 (en) Motor control device
DE10119209A1 (en) Fault diagnosis system for rotating machines processes vibration measurements to give universal statistical criterion
DE102012204968A1 (en) Vibration detection method and vibration detection device
EP1195668B1 (en) Process monitoring for detecting wear of toothed-tools
DE3408492A1 (en) NOISE MEASURING DEVICE FOR MEASURING ABNORMAL NOISE IN TRANSMISSION
DE112016002313T5 (en) Device for assessing tool wear
DE60117049T2 (en) MACHINE STATE MONITORING DEVICE WITH CONTROL DEVICE
DE112020004994T5 (en) Process and system for monitoring the processing status of a working machine
DE4308246A1 (en) Method and device to increase the economic efficiency of processing machines
EP4244011A2 (en) Method for grinding a toothing or a profile of a workpiece
DE69823937T2 (en) Method and device for determining vibrations of the rotor of a rotating machine
EP3717799B1 (en) Assembly and method for acoustically influencing toothed wheels
DE3415305A1 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR MONITORING THE MACHINING CONDITIONS ON A MACHINE TOOL
DE3902840C2 (en)
EP3792709A1 (en) Device for analysing the noises created by a machine tool during operation
DE2825792A1 (en) ELECTRONIC DEVICE FOR CONTROLLING THE FUNCTION OF AN ELECTRONIC THREAD CLEANER
EP4313462A1 (en) Method for the hard fine machining of teeth or of a profile of a workpiece
EP3118593A1 (en) Method and detection system for detecting self-starting vibrations
DE112020005149T5 (en) Process and system for monitoring the processing status of a working machine