JP2010023162A - 工作機械のびびり振動抑制方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】S1でびびり振動の発生が確認されると、S2で、加速度センサからびびり振動波形が演算装置に入力されてフーリエ変換され、S3でフーリエ変換された波形の最大値とその周波数とが取得される。次にS4において、数値制御装置から得られた主軸の回転速度の値と、S3で得られた波形の最大値と周波数と、予め外部入力装置から入力された工具の刃数とから、主軸の回転速度と振動加速度との関係を推定演算する。この推定演算結果をS5においてメモリ装置に保存した後、S6で振動加速度の小さい回転速度を選択し、S7で、数値制御装置により主軸の回転速度を選択した値に変更する。
【選択図】 図2
Description
特許文献1に記載されている方法は、本加工の前に試験加工を行い、びびり振動を予測して加工条件を決定しびびり振動を回避するものである。特許文献2に記載の方法は加工中のびびり振動周波数からびびり振動が発生しない主軸の回転速度を算出するものである。
また、上記目的を達成するために、請求項2の発明は、主軸に装着した工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工時に発生したびびり振動を抑制する方法であって、請求項1に記載の振動抑制方法を繰り返して実行すると共に、推定演算ステップで推定演算された回転速度とびびり振動の加速度との関係を記憶し、2回目以降に行う回転速度選択ステップでは、その直前の推定演算ステップで推定演算された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係と、過去の推定演算ステップで推定演算され記憶された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係とに基づいて、前記びびり振動の加速度が最小或いは0となる前記回転速度を選択することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2の構成において、前記推定演算ステップでは、前記びびり振動の周波数を下記の式(1)により位相差ε/(2π)に換算し、その位相差と前記びびり振動の加速度との関係を、所定の位相差の値で最大値を持つ凸形状の関数で近似することで、前記加速度を位相差の関数として表し、さらに式(1)を変形した下記の式(2)により前記主軸の回転速度を前記位相差の関数として表すことにより、前記位相差を介して前記回転速度とびびり振動の加速度との関係を推定演算することを特徴とする。
ε/(2π)=60fc/(ZS)−k ・・・(1)
S=60fc/[Z{ε/(2π)+k}]・・・(2)
(fc:びびり振動の周波数、Z:工具の刃数、S:主軸の1分あたりの回転速度、k:60fc/(ZS)の整数部分)
図1は、工作機械の振動抑制装置の一例を示す図である。まず工作機械は、上方に設けた主軸頭1に回転自在な主軸2を設け、その主軸2に取り付けた工具3によって下方の加工テーブル上にセットされた被加工物4を加工する周知の構成である。
5は、主軸頭1の送り軸動作と、主軸2の回転速度とを制御する数値制御装置、6は、数値制御装置5と情報を送受信可能な演算装置で、演算装置6には、主軸頭1に設けられてびびり振動を計測する加速度センサ7と、メモリ装置8と、工具の刃数等を入力する外部入力装置9とが夫々接続されている。ここでは演算装置6及び加速度センサ7が本発明の取得手段となるが、演算装置6は推定演算手段及び回転速度選択手段の実行機能も具備している。また、数値制御装置5が回転速度制御手段となる。
まず、S1で、切削加工中にびびり振動が発生しているか否かが判断される。この判断は、例えば加速度センサ7から得られる加速度値或いは変位の振幅値が所定値よりも大きい場合が複数回検出されたような際に、びびり振動の発生と判断される。ここでびびり振動の発生が確認されると、S2で、加速度センサ7からびびり振動波形が演算装置6に入力されてフーリエ変換され、S3でフーリエ変換された波形の最大値Gとその周波数fcとが取得される(取得ステップ)。
次にS4において、数値制御装置5から得られた主軸2の回転速度Sの値と、S3で得られた波形の最大値Gと周波数fcと、予め外部入力装置9から入力された工具の刃数Zとから、主軸2の回転速度と振動加速度との関係を推定演算する(推定演算ステップ)。以下その推定演算方法について説明する。
一方、数1の式を変形すると、回転速度は以下の数3の式のようになり、回転速度を位相差の関数として表すことができる。
続いて、S7で、数値制御装置5により主軸2の回転速度を選択した値に変更し(回転速度制御ステップ)、変更した回転速度で加工を行い、びびり振動を測定する(S8)。ここでの判別で、びびり振動が予め設定した閾値以下になった場合には、演算を終了し、閾値以上の場合には、S2に戻り、2回目の演算を行うことになる。
この推定結果から、振動加速度が小さい回転速度として6600min−1を選択して加工を行うと、今度は5300Hzでびびり振動が発生する。この時の値から推定した結果を破線で示している。この実線と破線は実測値のプロットとよく合っているといえ、推定は相当であると言える。
こうして以前の推定結果に今回の推定結果を加えた結果から、4900Hzと5300Hzのピークから生じるびびり振動を避けた回転速度が6400min−1にあることがわかる。
特に、2回目以降に行うS6では、その直前のS4で推定演算された回転速度とびびり振動の加速度との関係と、過去のS4で推定演算されS5で記憶された回転速度とびびり振動の加速度との関係とに基づいて、びびり振動の加速度が最小となる回転速度を選択するようにしているので、安定加工ができる最適な回転速度が選択でき、びびり振動を効果的に抑制可能となる。
さらに、上記形態では、びびり振動は機械構造の固有振動数付近で発生するとしたが、被加工物の固有振動数付近で発生する場合もあり、その場合においても本方法が有効である。
Claims (4)
- 主軸に装着した工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工時に発生したびびり振動を抑制する方法であって、
前記びびり振動の周波数及び加速度を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記びびり振動の周波数及び加速度と、前記工具の刃数と、前記主軸の回転速度とから、前記回転速度とびびり振動の加速度との関係を推定演算する推定演算ステップと、
前記推定演算ステップで推定演算された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係に基づいて、前記びびり振動の加速度が最小或いは0となる前記回転速度を選択する回転速度選択ステップと、
前記回転速度選択ステップで選択された前記回転速度に基づいて前記主軸の回転速度を変更する回転速度制御ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械のびびり振動抑制方法。 - 主軸に装着した工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工時に発生したびびり振動を抑制する方法であって、
請求項1に記載の振動抑制方法を繰り返して実行すると共に、推定演算ステップで推定演算された回転速度とびびり振動の加速度との関係を記憶し、
2回目以降に行う回転速度選択ステップでは、その直前の推定演算ステップで推定演算された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係と、過去の推定演算ステップで推定演算され記憶された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係とに基づいて、前記びびり振動の加速度が最小或いは0となる前記回転速度を選択する
ことを特徴とする工作機械のびびり振動抑制方法。 - 前記推定演算ステップでは、前記びびり振動の周波数を下記の式(1)により位相差ε/(2π)に換算し、その位相差と前記びびり振動の加速度との関係を、所定の位相差の値で最大値を持つ凸形状の関数で近似することで、前記加速度を位相差の関数として表し、さらに式(1)を変形した下記の式(2)により前記主軸の回転速度を前記位相差の関数として表すことにより、前記位相差を介して前記回転速度とびびり振動の加速度との関係を推定演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の工作機械のびびり振動抑制方法。
ε/(2π)=60fc/(ZS)−k ・・・(1)
S=60fc/[Z{ε/(2π)+k}]・・・(2)
(fc:びびり振動の周波数、Z:工具の刃数、S:主軸の1分あたりの回転速度、k:60fc/(ZS)の整数部分) - 主軸に装着した工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工時に発生したびびり振動を抑制する装置であって、
前記びびり振動の周波数及び加速度を取得する取得手段と、
前記取得手段で取得された前記びびり振動の周波数及び加速度と、前記工具の刃数と、前記主軸の回転速度とから、前記回転速度とびびり振動の加速度との関係を推定演算する推定演算手段と、
前記推定演算手段で演算された前記回転速度とびびり振動の加速度との関係から、前記びびり振動の加速度が最小或いは0となる前記回転速度を選択する回転速度選択手段と、
前記回転速度選択手段で選択された前記回転速度に基づいて前記主軸の回転速度を変更する回転速度制御手段と
を備えることを特徴とする工作機械のびびり振動抑制装置。
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