JP2002187048A - 工作機械の切削抵抗計測方法 - Google Patents
工作機械の切削抵抗計測方法Info
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- JP2002187048A JP2002187048A JP2000388941A JP2000388941A JP2002187048A JP 2002187048 A JP2002187048 A JP 2002187048A JP 2000388941 A JP2000388941 A JP 2000388941A JP 2000388941 A JP2000388941 A JP 2000388941A JP 2002187048 A JP2002187048 A JP 2002187048A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実際の切削抵抗のみ計測し得る工作機械の切
削抵抗計測方法を提供する。 【解決手段】 制御部の加工プログラムに基づいてスピ
ンドル３を位置決め移動し、スピンドルに装着した切削
工具４によりワークを切削加工すると共に、スピンドル
が受ける軸線方向の反力をスピンドルの周囲に配置した
水晶圧電式の複数の荷重センサ６の信号に基づいて切削
抵抗として計測する工作機械１の切削抵抗計測方法にお
いて、前記加工プログラムからの切削加工開始信号と切
削加工完了信号を入力し、両信号の間のみ荷重センサの
信号を入力して切削抵抗として計測する。
削抵抗計測方法を提供する。 【解決手段】 制御部の加工プログラムに基づいてスピ
ンドル３を位置決め移動し、スピンドルに装着した切削
工具４によりワークを切削加工すると共に、スピンドル
が受ける軸線方向の反力をスピンドルの周囲に配置した
水晶圧電式の複数の荷重センサ６の信号に基づいて切削
抵抗として計測する工作機械１の切削抵抗計測方法にお
いて、前記加工プログラムからの切削加工開始信号と切
削加工完了信号を入力し、両信号の間のみ荷重センサの
信号を入力して切削抵抗として計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣボール盤やマ
シニングセンタ等の工作機械において、ドリル等の切削
工具でワークを加工する際に生じる切削抵抗を計測する
工作機械の切削抵抗計測方法に関する。
シニングセンタ等の工作機械において、ドリル等の切削
工具でワークを加工する際に生じる切削抵抗を計測する
工作機械の切削抵抗計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工作機械の切削抵抗計測方法とし
ては、制御部の加工プログラムに基づいてスピンドルを
位置決め移動し、スピンドルに装着した切削工具により
ワーク（加工対象物）を切削加工する際に、スピンドル
の受ける軸線方向の反力をスピンドルの周囲に配置した
水晶圧電式の複数の荷重センサの信号に基づいて、工作
機械の起動開始時から運転停止時まで、切削抵抗として
連続的に計測する方法が知られている（特開平８−２４
３８８２号公報参照）。
ては、制御部の加工プログラムに基づいてスピンドルを
位置決め移動し、スピンドルに装着した切削工具により
ワーク（加工対象物）を切削加工する際に、スピンドル
の受ける軸線方向の反力をスピンドルの周囲に配置した
水晶圧電式の複数の荷重センサの信号に基づいて、工作
機械の起動開始時から運転停止時まで、切削抵抗として
連続的に計測する方法が知られている（特開平８−２４
３８８２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の工作機
械の切削抵抗計測方法では、工作機械の起動開始時から
運転停止時まで、スピンドルに作用する全ての力、例え
ば、スピンドルの位置決め移動によって生じるスピンド
ルの慣性力を含めて切削抵抗として計測されているの
で、切削抵抗以外のものを切削抵抗として誤って計測す
る不具合がある。すなわち、切削工具は、通常ルーチン
で所定以上の切削抵抗負荷が生じた場合に摩耗限界等と
判断して交換するのが一般的であるが、正常な切削工具
の切削抵抗が小さく、相対的に位置決め移動によって生
じるスピンドルの慣性力が大きいと、誤った判断がなさ
れることになる。
械の切削抵抗計測方法では、工作機械の起動開始時から
運転停止時まで、スピンドルに作用する全ての力、例え
ば、スピンドルの位置決め移動によって生じるスピンド
ルの慣性力を含めて切削抵抗として計測されているの
で、切削抵抗以外のものを切削抵抗として誤って計測す
る不具合がある。すなわち、切削工具は、通常ルーチン
で所定以上の切削抵抗負荷が生じた場合に摩耗限界等と
判断して交換するのが一般的であるが、正常な切削工具
の切削抵抗が小さく、相対的に位置決め移動によって生
じるスピンドルの慣性力が大きいと、誤った判断がなさ
れることになる。
【０００４】又、工作機械の微振動（動的荷重変動）、
及びスピンドル冷却油の温度変化（静的荷重変動）によ
る荷重センサのドリフトの影響、すなわち、切削抵抗誤
差をも含めて切削抵抗として計測されているので、計測
精度が低くなる不具合がある。
及びスピンドル冷却油の温度変化（静的荷重変動）によ
る荷重センサのドリフトの影響、すなわち、切削抵抗誤
差をも含めて切削抵抗として計測されているので、計測
精度が低くなる不具合がある。
【０００５】そこで、本発明は、実際の切削抵抗のみ計
測し得る工作機械の切削抵抗計測方法を提供することを
主目的とする。他の目的は、上記目的に加えて高精度の
計測をなし得る工作機械の切削抵抗計測方法の提供にあ
る。
測し得る工作機械の切削抵抗計測方法を提供することを
主目的とする。他の目的は、上記目的に加えて高精度の
計測をなし得る工作機械の切削抵抗計測方法の提供にあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の工作機械の切削抵抗計測方法は、制
御部の加工プログラムに基づいてスピンドルを位置決め
移動し、スピンドルに装着した切削工具によりワークを
切削加工すると共に、スピンドルが受ける軸線方向の反
力をスピンドルの周囲に配置した水晶圧電式の複数の荷
重センサの信号に基づいて切削抵抗として計測する工作
機械の切削抵抗計測方法において、前記加工プログラム
からの切削加工開始信号と切削加工完了信号を入力し、
両信号の間のみ荷重センサの信号を入力して切削抵抗と
して計測することを特徴とする。又、第２の工作機械の
切削抵抗計測方法は、第１の方法において、前記荷重セ
ンサの信号から、工作機械の微振動によって生じる高調
波ノイズ荷重変動成分を、ローパスフィルタを用いてフ
ィルタ減衰周波数の７０％以上の周波数をカットオフ
し、かつ、スピンドル冷却油の温度変化によって生じる
低周波荷重変動成分を、ハイパスフィルタを用いてフィ
ルタ減衰周波数の７０％以下の周波数をカットオフする
ことを特徴とする。
め、本発明の第１の工作機械の切削抵抗計測方法は、制
御部の加工プログラムに基づいてスピンドルを位置決め
移動し、スピンドルに装着した切削工具によりワークを
切削加工すると共に、スピンドルが受ける軸線方向の反
力をスピンドルの周囲に配置した水晶圧電式の複数の荷
重センサの信号に基づいて切削抵抗として計測する工作
機械の切削抵抗計測方法において、前記加工プログラム
からの切削加工開始信号と切削加工完了信号を入力し、
両信号の間のみ荷重センサの信号を入力して切削抵抗と
して計測することを特徴とする。又、第２の工作機械の
切削抵抗計測方法は、第１の方法において、前記荷重セ
ンサの信号から、工作機械の微振動によって生じる高調
波ノイズ荷重変動成分を、ローパスフィルタを用いてフ
ィルタ減衰周波数の７０％以上の周波数をカットオフ
し、かつ、スピンドル冷却油の温度変化によって生じる
低周波荷重変動成分を、ハイパスフィルタを用いてフィ
ルタ減衰周波数の７０％以下の周波数をカットオフする
ことを特徴とする。
【０００７】第１の工作機械の切削抵抗計測方法におい
ては、スピンドルの位置決め移動によって生じる慣性力
成分が除去される。又、第２の工作機械の切削抵抗計測
方法においては、第１の方法と同様の作用を奏する他、
工作機械の微振動とスピンドル冷却油の温度変化によっ
て生じる荷重センサのドリフト成分が除去される。
ては、スピンドルの位置決め移動によって生じる慣性力
成分が除去される。又、第２の工作機械の切削抵抗計測
方法においては、第１の方法と同様の作用を奏する他、
工作機械の微振動とスピンドル冷却油の温度変化によっ
て生じる荷重センサのドリフト成分が除去される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係る工作機
械の切削抵抗計測方法の実施の形態の一例を示す概略説
明図である。図中１は制御部２の加工プログラムに基づ
いてスピンドル３を位置決め移動し、回転するスピンド
ル３の下降によってそれに装着した切削工具である極小
径（例えば、直径０．３５ｍｍ）のドリル（例えば、ダ
イヤモンド電着ドリル）４によってテーブル５上に載置
された図示しないワーク（例えば、厚み５０ｍｍのアル
ミナ部材（セラミックス））に極小径の（例えば、直径
０．５ｍｍ）の多数の貫通孔を孔明け加工するＮＣボー
ル盤（例えば、ＢＭ−６Ａ：東芝タンガロイ社製）であ
り、このＮＣボール盤１のスピンドル３の周囲には、ス
ピンドル３が受ける軸線方向の反力を切削抵抗として計
測する水晶圧電式の複数の荷重センサ（例えば、ロード
ワッシャ：キスラー社製）６が配置されている。すなわ
ち、ＮＣボール盤１の直角３軸方向へ移動可能に設けた
可動ベース７には、図２〜図４に示すように、側面視Ｌ
字状を呈し、水平部分にスピンドル３を挿通させる垂直
な貫通孔８を設けたブラケット９が複数のボルト１０を
介して取り付けられており、このブラケット９の下方に
は、複数のボルト１１を介して締着される前後（図４に
おいては左右）２つのセグメント１２ａ，１２ｂからな
り、図示しない軸受を介してスピンドル３を回転自在に
挾持する軸受けブラケット１２が配置されている。そし
て、軸受けブラケット１２は、スピンドル３の周囲にお
ける周方向へ３等分した位置に配置した円輪板状を呈す
る２つの水晶圧電式の荷重センサ（例えば、ロードワッ
シャ：キスラー社製）６と１つのダミーセンサ１３とを
ブラケット９との間に介在させ、荷重センサ６とダミー
センサ１３の中心孔を挿通するボルト１４を介してブラ
ケット９の下面に、所要のプリロード（基本荷重）、例
えば２０ＫＮで締着されている。
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係る工作機
械の切削抵抗計測方法の実施の形態の一例を示す概略説
明図である。図中１は制御部２の加工プログラムに基づ
いてスピンドル３を位置決め移動し、回転するスピンド
ル３の下降によってそれに装着した切削工具である極小
径（例えば、直径０．３５ｍｍ）のドリル（例えば、ダ
イヤモンド電着ドリル）４によってテーブル５上に載置
された図示しないワーク（例えば、厚み５０ｍｍのアル
ミナ部材（セラミックス））に極小径の（例えば、直径
０．５ｍｍ）の多数の貫通孔を孔明け加工するＮＣボー
ル盤（例えば、ＢＭ−６Ａ：東芝タンガロイ社製）であ
り、このＮＣボール盤１のスピンドル３の周囲には、ス
ピンドル３が受ける軸線方向の反力を切削抵抗として計
測する水晶圧電式の複数の荷重センサ（例えば、ロード
ワッシャ：キスラー社製）６が配置されている。すなわ
ち、ＮＣボール盤１の直角３軸方向へ移動可能に設けた
可動ベース７には、図２〜図４に示すように、側面視Ｌ
字状を呈し、水平部分にスピンドル３を挿通させる垂直
な貫通孔８を設けたブラケット９が複数のボルト１０を
介して取り付けられており、このブラケット９の下方に
は、複数のボルト１１を介して締着される前後（図４に
おいては左右）２つのセグメント１２ａ，１２ｂからな
り、図示しない軸受を介してスピンドル３を回転自在に
挾持する軸受けブラケット１２が配置されている。そし
て、軸受けブラケット１２は、スピンドル３の周囲にお
ける周方向へ３等分した位置に配置した円輪板状を呈す
る２つの水晶圧電式の荷重センサ（例えば、ロードワッ
シャ：キスラー社製）６と１つのダミーセンサ１３とを
ブラケット９との間に介在させ、荷重センサ６とダミー
センサ１３の中心孔を挿通するボルト１４を介してブラ
ケット９の下面に、所要のプリロード（基本荷重）、例
えば２０ＫＮで締着されている。
【０００９】したがって、ドリル４に加わる軸方向の反
力は、スピンドル３、軸受ブラケット１２を経て荷重セ
ンサ６に伝達されることとなる。又、荷重センサ６を２
個用いた場合において測定される切削抵抗値は、以下に
示す内容に基づいて求められる。ドリル４からスピンド
ル３及び軸受けブラケット１２を経て２つの荷重センサ
６に加わる荷重をＦx ，ＦY とすると、測定によって求
められる荷重ＦXYは、 ＦXY＝ＦX ＋ＦY となり、荷重センサ６を３個取り付けた場合を想定する
と、実際の荷重ＦXYZ は ＦXYZ ＝３／２×ＦXY となる。
力は、スピンドル３、軸受ブラケット１２を経て荷重セ
ンサ６に伝達されることとなる。又、荷重センサ６を２
個用いた場合において測定される切削抵抗値は、以下に
示す内容に基づいて求められる。ドリル４からスピンド
ル３及び軸受けブラケット１２を経て２つの荷重センサ
６に加わる荷重をＦx ，ＦY とすると、測定によって求
められる荷重ＦXYは、 ＦXY＝ＦX ＋ＦY となり、荷重センサ６を３個取り付けた場合を想定する
と、実際の荷重ＦXYZ は ＦXYZ ＝３／２×ＦXY となる。
【００１０】前記荷重センサ６からの信号は、図１に示
すように、チャージアンプ（電荷増幅器）１５へ入力さ
れて、電圧に変換されると共に増幅され、かつこのチャ
ージアンプ１５に付設した図示しないローパスフィルタ
（例えば、周波数：１０Ｈｚ、アナログ電圧：ＤＣ０〜
１０Ｖ）を用い、ＮＣボール盤１の微振動によって生じ
る高調波ノイズ荷重変動成分を除去するため、フィルタ
減衰周波数の７０％以上の周波数をカットオフするロー
パスフィルタ処理が施されてグラフィックアナログコン
トローラ１６へ出力される。グラフィックアナログコン
トローラ１６に入力された信号は、これに付設した図示
しないハイパスフィルタ（例えば、周波数：０．３Ｈ
ｚ，アナログ電圧：ＤＣ０〜１０Ｖ）を用い、フィルタ
減衰周波数７０％以下の周波数をカットオフするハイパ
スフィルタ処理が施されて計測データ処理部１７へ出力
され、この計測データ処理部１７において、制御部２の
加工プログラムから出力される切削加工開始信号と切削
加工完了信号の間のみ、グラフィックアナログコントロ
ーラ１６からの信号を処理して切削抵抗として計測す
る。
すように、チャージアンプ（電荷増幅器）１５へ入力さ
れて、電圧に変換されると共に増幅され、かつこのチャ
ージアンプ１５に付設した図示しないローパスフィルタ
（例えば、周波数：１０Ｈｚ、アナログ電圧：ＤＣ０〜
１０Ｖ）を用い、ＮＣボール盤１の微振動によって生じ
る高調波ノイズ荷重変動成分を除去するため、フィルタ
減衰周波数の７０％以上の周波数をカットオフするロー
パスフィルタ処理が施されてグラフィックアナログコン
トローラ１６へ出力される。グラフィックアナログコン
トローラ１６に入力された信号は、これに付設した図示
しないハイパスフィルタ（例えば、周波数：０．３Ｈ
ｚ，アナログ電圧：ＤＣ０〜１０Ｖ）を用い、フィルタ
減衰周波数７０％以下の周波数をカットオフするハイパ
スフィルタ処理が施されて計測データ処理部１７へ出力
され、この計測データ処理部１７において、制御部２の
加工プログラムから出力される切削加工開始信号と切削
加工完了信号の間のみ、グラフィックアナログコントロ
ーラ１６からの信号を処理して切削抵抗として計測す
る。
【００１１】ここで、ワークに対する０．１ｍｍの実切
込の切削加工を施した場合の抵抗値の波形は、図５に示
すようになった。図５から分かるように、スピンドル３
の位置決め移動による慣性力成分が、ドリル４の切削抵
抗値よりも大きくなっている。又、ワークとテーブル５
との間にロードセルを介装して計測した切削抵抗値と、
上述した実施の形態の方法によって計測したも切削抵抗
値とを比較したところ、両者はほぼ近似した値を示し
た。
込の切削加工を施した場合の抵抗値の波形は、図５に示
すようになった。図５から分かるように、スピンドル３
の位置決め移動による慣性力成分が、ドリル４の切削抵
抗値よりも大きくなっている。又、ワークとテーブル５
との間にロードセルを介装して計測した切削抵抗値と、
上述した実施の形態の方法によって計測したも切削抵抗
値とを比較したところ、両者はほぼ近似した値を示し
た。
【００１２】なお、上述した実施の形態においては、Ｎ
Ｃボール盤１の切削抵抗を計測する場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、例えば、マシニ
ングセンタ、その他の工作機械の切削抵抗の計測にも適
用できるのは勿論である。
Ｃボール盤１の切削抵抗を計測する場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、例えば、マシニ
ングセンタ、その他の工作機械の切削抵抗の計測にも適
用できるのは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の工
作機械の切削抵抗計測方法によれば、スピンドルの位置
決め移動によって生じる慣性力成分が除去されるので、
実際の切削抵抗のみ計測することができる。又、第２の
工作機械の切削抵抗計測方法によれば、第１の方法と同
様の作用効果が得られる他、工作機械の微振動とスピン
ドル冷却油の温度変化によって生じる荷重センサのドリ
フト成分が除去されるので、高精度の計測を行うことが
できる。
作機械の切削抵抗計測方法によれば、スピンドルの位置
決め移動によって生じる慣性力成分が除去されるので、
実際の切削抵抗のみ計測することができる。又、第２の
工作機械の切削抵抗計測方法によれば、第１の方法と同
様の作用効果が得られる他、工作機械の微振動とスピン
ドル冷却油の温度変化によって生じる荷重センサのドリ
フト成分が除去されるので、高精度の計測を行うことが
できる。
【図１】本発明に係る工作機械の切削抵抗計測方法の実
施の形態の一例を示す概略説明図である。
施の形態の一例を示す概略説明図である。
【図２】図１における工作機械の要部の正面図である。
【図３】図１における工作機械の要部の平面図である。
【図４】図１における工作機械の要部の側面図である。
【図５】実切込の切削加工を施した場合の抵抗値の波形
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１ ＮＣボール盤（工作機械） ２ 制御部 ３ スピンドル ４ ドリル（切削工具） ６ 荷重センサ １５ チャージアンプ １６ グラフィックアナログコントローラ １７ 計測データ処理部
Claims (2)
- 【請求項１】 制御部の加工プログラムに基づいてスピ
ンドルを位置決め移動し、スピンドルに装着した切削工
具によりワークを切削加工すると共に、スピンドルが受
ける軸線方向の反力をスピンドルの周囲に配置した水晶
圧電式の複数の荷重センサの信号に基づいて切削抵抗と
して計測する工作機械の切削抵抗計測方法において、前
記加工プログラムからの切削加工開始信号と切削加工完
了信号を入力し、両信号の間のみ荷重センサの信号を入
力して切削抵抗として計測することを特徴とする工作機
械の切削抵抗計測方法。 - 【請求項２】 前記荷重センサの信号から、工作機械の
微振動によって生じる高調波ノイズ荷重変動成分を、ロ
ーパスフィルタを用いてフィルタ減衰周波数の７０％以
上の周波数をカットオフし、かつ、スピンドル冷却油の
温度変化によって生じる低周波荷重変動成分を、ハイパ
スフィルタを用いてフィルタ減衰周波数の７０％以下の
周波数をカットオフすることを特徴とする請求項１記載
の工作機械の切削抵抗計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000388941A JP2002187048A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 工作機械の切削抵抗計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000388941A JP2002187048A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 工作機械の切削抵抗計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002187048A true JP2002187048A (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18855594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000388941A Pending JP2002187048A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 工作機械の切削抵抗計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002187048A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009098075A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Jtekt Corp | 車両用センサシステムおよび車両用軸受装置 |
| CN101318301B (zh) * | 2008-07-01 | 2010-06-02 | 华中科技大学 | 一种数控机床低速进给负荷标定装置 |
| JP2012073086A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Nsk Ltd | 回転部材用物理量測定装置 |
| JP2012078227A (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Nsk Ltd | 回転部材用物理量測定装置 |
| CN107328507A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-11-07 | 西南交通大学 | 一种高频电刀切割效率的检测方法 |
| CN108008227A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-08 | 西南交通大学 | 高频电刀体外模拟多功能测试实验装置及方法 |
-
2000
- 2000-12-21 JP JP2000388941A patent/JP2002187048A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009098075A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Jtekt Corp | 車両用センサシステムおよび車両用軸受装置 |
| CN101318301B (zh) * | 2008-07-01 | 2010-06-02 | 华中科技大学 | 一种数控机床低速进给负荷标定装置 |
| JP2012073086A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Nsk Ltd | 回転部材用物理量測定装置 |
| JP2012078227A (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Nsk Ltd | 回転部材用物理量測定装置 |
| CN107328507A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-11-07 | 西南交通大学 | 一种高频电刀切割效率的检测方法 |
| CN107328507B (zh) * | 2017-05-09 | 2019-08-02 | 西南交通大学 | 一种高频电刀切割效率的检测方法 |
| CN108008227A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-08 | 西南交通大学 | 高频电刀体外模拟多功能测试实验装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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