JP2013188831A - Control device of machine tool and machine tool equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切削工具により被加工物を切削加工する工作機械の制御装置およびそれを備えた工作機械に関するものである。 The present invention relates to a machine tool control device that cuts a workpiece with a cutting tool and a machine tool including the same.
切削加工においては、切削工具を被加工物に対して所定の相対速度を持って接触させることにより被加工物の一部を除去し、所要の形状を得ることが要求される。切削工具の中でも、フライスやエンドミルは回転体に複数の切れ刃を持たせることで加工能率を高めている。しかし、加工能率を上げようとすると加工負荷が上昇し、ワーク・切削工具の変形や振動が発生して加工精度を損なう場合がある。この問題に対し、加工負荷が一定範囲に収まるように加工条件を変更する種々の対策がなされている。 In cutting, it is required to remove a part of the workpiece and obtain a required shape by bringing the cutting tool into contact with the workpiece at a predetermined relative speed. Among cutting tools, milling machines and end mills increase machining efficiency by providing a rotating body with a plurality of cutting edges. However, if the machining efficiency is increased, the machining load increases, and the machining accuracy may be impaired due to deformation and vibration of the workpiece / cutting tool. For this problem, various measures have been taken to change the machining conditions so that the machining load falls within a certain range.
このような問題の対策として、特許文献1に示される加工負荷監視方式では、切削条件により加工負荷のばらつきによる誤判定を減少させるために加工負荷の監視を行っている。具体的には、数値制御工作機械の加工負荷を監視する加工負荷の監視は、試切削時の複数回の加工負荷のサンプリングデータから、加工負荷の基準データと分散を求め、その分散の値を用いてサンプリングデータのばらつきに応じたしきい値を設定し、負荷監視手段により、基準データと加工負荷の実測データとを一定時間毎に比較して、その差がしきい値を超えたか否かを検出することによって行っている。すなわち、製品を実際に加工する前に試し加工を多数行い、その際の加工負荷から製品加工時の加工負荷を予測し、加工条件を変更するものである。
As a countermeasure against such a problem, in the machining load monitoring method disclosed in
また、特許文献2に示されるNC工作機械の送り軸制御方法および装置では、加工負荷による工具の切れ刃部の変位量が目標変位量を越えないようにするNC工作機械の送り速度制御を行っている。負荷演算部11は、ワーク形状、工具形状等の加工データと、主軸回転速度、送り速度等の加工条件と、送り軸の位置指令とから実加工に先行して逐次工具に作用する負荷を演算する。その結果を受けて変位量演算手段13は、工具の切れ刃部の予測変位量を算出し、送り速度制御手段15でその予測変位量と目標加工精度に対応した工具の切れ刃部の目標変位量とを比較し、その比較結果に応じて送り速度制御を行っている。こちらは、実際に製品を加工する際の工具切れ刃の変位量を測定し、その変位量が設定値を越えないように送り速度を制御するものである。
Further, in the NC machine tool feed axis control method and apparatus disclosed in
しかしながら、従来の特許文献1の加工負荷監視方式では、試し加工を行って測定した加工負荷に基づいて実際の加工条件を決定しているため、試し加工時と実際の加工時の被加工物の厚みや硬度のばらつきがあった場合には、加工負荷の予測精度が低下するという問題点があった。
However, in the conventional processing load monitoring system of
また、従来の特許文献2のNC工作機械の送り軸制御方法および装置では、実際の加工時に測定された加工負荷に基づいて加工条件を変更する場合には、加工条件変更が間に合わずに過大な加工負荷が作用して加工精度を損なう場合があるという問題点があった。
Further, in the conventional feed axis control method and apparatus for an NC machine tool disclosed in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、被加工物の厚みや硬度のばらつきに拘らず、加工負荷を高精度に事前予測することができ、加工能率向上と加工精度維持とを両立させることができる工作機械の制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Regardless of variations in the thickness and hardness of the workpiece, the processing load can be predicted in advance with high accuracy, and the processing efficiency can be improved. An object of the present invention is to provide a machine tool control device capable of both maintaining machining accuracy.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る工作機械の制御装置は、複数の切れ刃を有する工具による被加工物の加工時の加工負荷を測定する負荷測定手段と、加工の開始経過時間後の前記被加工物に同時に接触する前記切れ刃の数を算出する接触切れ刃数演算手段と、前記負荷測定手段により測定された加工負荷と前記接触切れ刃数演算手段により算出される前記同時に接触する切れ刃の数とに基づいて、前記同時に接触する切れ刃の増加数に応じて加工負荷を予測する負荷予測手段と、前記予測された加工負荷に応じて加工条件を変更する加工条件変更手段と、を備えたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a machine tool control device according to
また、本発明の請求項6に係る工作機械は、前記工作機械の制御装置を備えたことを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a machine tool comprising a control device for the machine tool.
本発明の工作機械の制御装置によれば、実加工時の加工負荷(切削抵抗値)を用いて、高精度の負荷予測に基づいて切削加工を行っているため、被加工物の硬度や厚みのばらつきに拘らず、かつ過大な加工負荷が発生する前に加工条件を変更できるため過負荷が作用することによる加工不良の発生を抑制することができるという効果がある。 According to the machine tool control device of the present invention, the machining load (cutting resistance value) at the time of actual machining is used to perform cutting based on highly accurate load prediction. Regardless of the variation, the machining conditions can be changed before an excessive machining load is generated, so that it is possible to suppress the occurrence of machining defects due to the overload acting.
本発明の工作機械の制御装置では、実加工時の加工負荷を用いて、被加工物の厚みや硬度にばらつきがあっても、高精度の負荷予測に基づいて過大な負荷変動が発生する前に加工条件を変更し、過負荷による加工不良の発生を抑制することができる効果を有するもので、被加工物の厚みや硬度のばらつきに拘らず、加工能率向上と加工精度維持とを両立させることができるものである。以下、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置について、図1から図8を参照して説明する。 With the machine tool control device of the present invention, even if there is a variation in the thickness and hardness of the workpiece using the machining load during actual machining, an excessive load fluctuation occurs based on highly accurate load prediction. The machining conditions can be changed to suppress the occurrence of machining defects due to overload, and both improvement in machining efficiency and maintenance of machining accuracy can be achieved regardless of variations in workpiece thickness and hardness. It is something that can be done. Hereinafter, a control device for a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る工作機械の制御装置が適用される工作機械の全体概略構成図であり、図2は、実施の形態1に係る工作機械の制御装置の構成を構成する信号処理装置の概略構成図である。図3は、実施の形態1における加工時の切削工具の動きを示す模式図であり、図4は、計算により求めた加工の開始経過時間と切削抵抗値との関係を示す図である。また、図5は、計算により求めた切削工具の送り速度と切削抵抗値との関係を示す図である。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a machine tool to which the machine tool control device according to the first embodiment is applied, and FIG. 2 is a signal constituting the configuration of the machine tool control device according to the first embodiment. It is a schematic block diagram of a processing apparatus. FIG. 3 is a schematic diagram showing the movement of the cutting tool during machining in the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the machining start elapsed time and the cutting resistance value obtained by calculation. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cutting tool feed rate and the cutting resistance value obtained by calculation.
図1に示すように、実施の形態1に適用される工作機械100は、被加工物を切削加工する切れ刃101と、切れ刃101を保持・固定するホルダ102(切れ刃101とホルダ102を合わせたものを工具と称する。)と、切れ刃101を回転させる主軸モータ103と、主軸モータ103を移動させる駆動ステージ104と、主軸モータ103に電力を供給するインバータ105と、駆動ステージ104に送り速度を指示する加工機NC106と、切れ刃が受ける加工負荷(切削抵抗値)を測定する切削抵抗測定器(負荷測定手段)107と、加工機NC106に適正な送り速度を指示する制御装置200と、被加工物110を載置する被加工物載置台109と、で構成されている。
As shown in FIG. 1, a
また、図2に示すように、実施の形態1の工作機械の制御装置200は、工具情報、被加工物情報、加工条件のデータを受け入れるデータ入力部201と、これらの情報を記憶するデータ記憶部202と、これらの情報により同時に接触する切れ刃101の刃数を算出する接触切れ刃数演算部(接触切れ刃数演算手段)203と、切削抵抗測定器107で測定された切削抵抗値と接触切れ刃数演算部203で算出された同時に接触する切れ刃数とから必要な切削抵抗値を算出する切削抵抗値演算部(負荷予測手段)207と、算出された切削抵抗値から駆動ステージ104の送り速度を算出する送り速度演算部(加工条件変更手段)205と、算出された送り速度に基づいて加工機NC106に送り速度の変更を指示する送り速度の変更指示部206と、で構成されている。
As shown in FIG. 2, the machine
次に、実施の形態1に係る工作機械および制御装置の動作について、図1から図5を参照して説明する。
Next, operations of the machine tool and the control device according to
まず、工作機械100における動作について説明する。インバータ105から供給される電力により主軸モータ103が回転され、それに連動してホルダ102およびホルダ102に取り付けられた切れ刃101が回転される。切れ刃101が回転している状態で加工機NC106からの指示により駆動ステージ104が移動され、切れ刃101が被加工物110に対して所定の送り速度Fで接触することで被加工物110の一部を切削加工する。このとき、工具が受ける加工負荷(切削抵抗値)を切削抵抗測定器107により測定し、測定された切削抵抗値を制御装置200へ転送する。制御装置200では、受け取った切削抵抗値と加工条件などの情報から演算処理により適正な送り速度を算出し、加工機NC106にこの送り速度を転送する。これに基づいて、加工機NC106は、駆動ステージ104に送り速度を指示する。これにより、被加工物110は、切れ刃101により所定の切削加工が行われる。
First, the operation of the
次に、制御装置200における動作について説明する。データ入力部201は、制御装置200に必要な工具情報、被加工物情報、加工条件などの情報をオペレータが入力する部分である。本実施の形態では、正面フライス加工を例に挙げており、工具情報は工具径Dと切れ刃数z、被加工物情報は切削幅W、加工条件は工具回転数Sと工具送り速度Fである。なお、加工条件は制御装置200によって加工中に変更されるため、ここでは工具が被加工物110に接触する前のエアカット条件を指す。
Next, the operation in the
データ記憶部202は、データ入力部201に入力された情報を記憶し、接触切れ刃数
演算部203は、データ記憶部202で記憶された情報に基づき、工具が被加工物110に接触を開始(加工の開始)してからの経過時間tと同時に接触する切れ刃数nとの関係を算出する。切削抵抗値演算部207は、算出された同時に接触する切れ刃数nと測定された切削抵抗値Rとに基づき、測定時点以降で、同時に接触する切れ刃数nが最大となる場合の切削抵抗値Rの予測値Rmaxを算出する。送り速度演算部205は、算出された切削抵抗値Rmaxが所定値(切削不良が発生する切削抵抗値Rf)以下となるような送り速度Fを算出し、送り速度変更指示部206は、算出された送り速度Fとなるように加工機NC106に指示する。
The
続いて、加工の進行と同時に接触する切れ刃数nとの関係について、図3の模式図を用いて説明する。ここでは、工具の切れ刃101の進行方向(X軸)に対して垂直な断面図(Z軸面)を示す。まず、被加工物110に対し、回転しながら図3(a)のように被加工物110に接近していく。このとき、切れ刃101と被加工物110は接触しておらず、同時に接触する切れ刃数は、n=0である。
Next, the relationship with the number n of cutting edges that come into contact with the progress of processing will be described with reference to the schematic diagram of FIG. Here, a sectional view (Z-axis plane) perpendicular to the traveling direction (X-axis) of the
さらに、工具の切れ刃101が、被加工物110との接触を開始し、図3(b)のように、接触角θが切れ刃101同士の開き角αよりも小さい間は、切れ刃101が接触している状態と、していない状態とが交互に現れ、同時に接触する切れ刃数は、n=0あるいは1となる。また、工具の切れ刃101が、被加工物110に向かって進むにつれて、同時に接触する切れ刃数が、n=0の時間に比べてn=1の時間の割合が増加する。なお、切れ刃101の開き角αは、刃数zを用いて、α=2π/z(rad)で表される。
Further, the
次に、接触角θが、切れ刃101の開き角αを越えると複数の切れ刃101が、同時に接触するようになる。図3(c)に示すように、α<θ<2αの条件においては、同時に接触する切れ刃数は、n=1あるいは2であり、図3(d)に示すように、2α<θ<3αの条件においては、同時に接触する切れ刃数は、n=2あるいは3となる。それ以降についても、同様の関係を維持して同時に接触する切れ刃の数nは増加していく。ただし、切削幅Wが一定値になると接触角θが変化しなくなるため同時に接触する切れ刃数の増加も止まる。そのときの接触角θは、工具直径をDとするとき、θ=2sin−1(W/D)で求めることができる。
Next, when the contact angle θ exceeds the opening angle α of the
なお、同時に接触する切れ刃の数nが変化する加工の開始からの経過時間tnは、次式で表される。
tn=30×D×(1−COS(nπ/z))/F (1)
ここで、nは、1,・・,m−1(m:同時に接触する最大の切れ刃数)、D>Wd(Wd:被加工物の幅)とする。
In addition, the elapsed time tn from the start of the machining in which the number n of cutting edges that are simultaneously contacted is expressed by the following equation.
tn = 30 × D × (1-COS (nπ / z)) / F (1)
Here, n is assumed to be 1,..., M−1 (m: maximum number of cutting edges that are in contact with each other at the same time), and D> Wd (Wd: width of the workpiece).
具体的な実施例として、図4を用いて、同時に接触する切れ刃数nと切削抵抗値Rとの関係について説明する。このグラフでは、横軸に工具(切れ刃101)が、被加工物110に接触を開始してからの経過時間t、縦軸に切削抵抗値Rの計算結果を示している。加工条件としては、切削幅W=77mm、工具径D=100mm、切れ刃数z=8、工具回転数S=382rpm、工具送り速度F=856mm/min、軸方向切込みg=3mmとした。接触開始(加工開始)直後は、同時に接触する切れ刃数は、n=0あるいは1であり、切削抵抗が発生している領域では、n=1となっている。工具の送りが進行するにつれ、切削抵抗が発生している時間が長くなっていき、t1=0.3sec前後で、n=1から2に変化する。この領域も同様に工具の送りの進行に伴い、n=2の時間が長くなっていく。さらに、t2=1.1sec前後で、n=2から3に変化する。この領域も同様に、n=3の時間が長くなっていくが、t=1.26secで切削幅77mmに到達し、その後は定常状態となる。
As a specific example, the relationship between the number n of cutting edges that are in contact with each other and the cutting resistance value R will be described with reference to FIG. In this graph, the horizontal axis indicates the elapsed time t after the tool (cutting edge 101) starts to contact the
本実施例では、上記の結果に基づいて、n=1もしくは2における最大の切削抵抗値R1もしくはR2から同時に接触する最大切れ刃数m(この例では、n=3)における最大の切削抵抗値Rmax(=R3)を予測し、切削びびり不良が発生しない所定の切削抵抗値Rf以下になるように送り速度Fを変更する。切削抵抗値Rの計算では、例えば、単位面積あたりの切削抵抗値Rである比切削抵抗k(N/mm2)と切削断面積Aの積により算出することができ、切削断面積Aは、工具進行方向と切れ刃と工具中心を結んだ直線とのなす角をθとすると、A=d×F/S/z×cosθで表される。これを同時に接触する切れ刃について足し合わせ、θを変数として、それぞれn=1,n=2,n=3における最大の切削抵抗値R1,R2,R3を計算した結果を図5に示す。なお、ここでは、一般的な炭素鋼を被加工物に選定し、比切削抵抗k=2,000(N/mm2)を用いた。 In this embodiment, based on the above results, the maximum cutting resistance value at the maximum cutting edge number m (n = 3 in this example) simultaneously contacting from the maximum cutting resistance value R1 or R2 at n = 1 or 2. Rmax (= R3) is predicted, and the feed speed F is changed so as to be equal to or less than a predetermined cutting resistance value Rf at which cutting chatter failure does not occur. In the calculation of the cutting resistance value R, for example, it can be calculated by the product of the specific cutting resistance k (N / mm 2 ), which is the cutting resistance value R per unit area, and the cutting cross-sectional area A. Assuming that the angle formed by the tool traveling direction and the straight line connecting the cutting edge and the tool center is θ, it is expressed as A = d × F / S / z × cos θ. FIG. 5 shows the result of calculating the maximum cutting resistance values R1, R2, and R3 at n = 1, n = 2, and n = 3, respectively, with the cutting edges that are simultaneously in contact with each other and θ being a variable. Here, a general carbon steel was selected as a workpiece, and a specific cutting resistance k = 2,000 (N / mm 2 ) was used.
例えば、事前の調査にて切削抵抗値Rが、3,500N以上の場合において、びびり不良が発生することがわかっている加工について、n=2での最大の切削抵抗値R2から同時に接触する最大切れ刃数m(この例では、n=3)での最大の切削抵抗値Rmaxを予測する方法を説明する。エアカット時の送り速度Fを856mm/minとするとき、n=2における最大の切削抵抗値Rは、R=3083Nである。この時点では不良は発生しないが、n=3へ移行すると最大の切削抵抗値R3は、R=4044N(>3,500N)となるため不良が発生する。そこで、n=3の直線は、R=4.723×Fで表されることから、R>3,500Nを満たすF>741mm/minと計算され、不良に対する裕度10%を見込むとF=667mm/minへ自動調整される。ただし、不良発生に対する裕度は任意である。 For example, when the cutting resistance value R is 3500 N or more in a prior investigation, the maximum contact resistance simultaneously from the maximum cutting resistance value R2 when n = 2 is known for chatter failure. A method for predicting the maximum cutting resistance value Rmax with the number m of cutting edges (n = 3 in this example) will be described. When the feed rate F at the time of air cut is 856 mm / min, the maximum cutting resistance value R at n = 2 is R = 3083N. At this time, no defect occurs, but when n = 3, the maximum cutting resistance value R3 becomes R = 4044N (> 3,500N), and a defect occurs. Therefore, since the straight line of n = 3 is represented by R = 4.723 × F, F> 741 mm / min satisfying R> 3,500N is calculated, and F = Automatic adjustment to 667 mm / min. However, the tolerance for occurrence of defects is arbitrary.
これにより、切削加工時に、被加工物に同時に接触する最大の切れ刃数mにおける最大の切削抵抗値Rmaxが所定の範囲内の値(不良の発生しない切削抵抗値Rf以下)になるように工具(切れ刃)の送り速度Fを算出して、この結果に基づいて送り速度を調整することにより、切削抵抗値の変動を最小限に抑え、加工不良の発生を減らすことができる。 Thereby, at the time of cutting, the tool is set such that the maximum cutting resistance value Rmax at the maximum number m of cutting edges that are simultaneously in contact with the workpiece is within a predetermined range (the cutting resistance value Rf that does not cause defects). By calculating the feed rate F of (cutting edge) and adjusting the feed rate based on this result, fluctuations in the cutting resistance value can be minimized and the occurrence of machining defects can be reduced.
なお、図5では、各nにおける最大の切削抵抗値Rは、d=3mm、k=2,000(N/mm2)として計算しているが、被加工物の厚みや硬度が変動した場合であっても、切削抵抗値Rと送り速度Fとの関係は、比例関係でもって変化するため、n=2の最大の切削抵抗値Rから同時に接触する最大の切れ刃数m(この例では、n=3)における最大の切削抵抗値Rmaxは、同様に予測演算することが可能である。なお、切込みdが、大きすぎて切れ刃の軸方向の長さが不足する場合には本発明の制御装置を使用しても加工不良が発生するため、被加工物の厚みの上限を見込んで切込み量を設定することが望ましい。 In FIG. 5, the maximum cutting resistance value R at each n is calculated as d = 3 mm and k = 2,000 (N / mm 2 ), but the thickness and hardness of the workpiece vary. However, since the relationship between the cutting resistance value R and the feed rate F changes in a proportional relationship, the maximum number m of cutting edges simultaneously contacting from the maximum cutting resistance value R of n = 2 (in this example, , N = 3), the maximum cutting resistance value Rmax can be similarly predicted. Note that if the cut d is too large and the axial length of the cutting edge is insufficient, a processing failure will occur even if the control device of the present invention is used, so the upper limit of the thickness of the workpiece is expected. It is desirable to set the cutting depth.
このように、実施の形態1に係る工作機械の制御装置によれば、実加工時の加工負荷(切削抵抗値)を用いて、高精度の負荷予測に基づいて切削加工を行っているため、被加工物の硬度や厚みのばらつきに拘らず、かつ過大な負荷が発生する前に加工条件を変更できるため過負荷が作用することによる加工不良の発生を抑制することができるという効果がある。
Thus, according to the machine tool control device according to
実施の形態2.
図6は、実施の形態2に係る工作機械の制御装置が適用される工作機械の全体概略構成図であり、図7は、実施の形態2に係る工作機械の制御装置の構成を構成する信号処理装置の概略構成図である。また、図8は、実施の形態2における加工の開始経過時間と供給される主軸モータ電流値との関係を示す図であり、図9は、図8の一部を拡大したものである。
FIG. 6 is an overall schematic configuration diagram of a machine tool to which the machine tool control device according to the second embodiment is applied, and FIG. 7 is a signal constituting the configuration of the machine tool control device according to the second embodiment. It is a schematic block diagram of a processing apparatus. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the machining start elapsed time and the supplied spindle motor current value in the second embodiment, and FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG.
実施の形態1では、同時に接触する切れ刃数に対応した切削抵抗値を使用して以降に発生する切削抵抗値を予測した。この方法は最も高精度に切削抵抗値を予測できるが、切削抵抗値を工作機械上で直接測定することが困難な場合もある。そこで、実施の形態2では、比較的測定することが容易な工作機械の主軸のモータに供給される電流値を加工負荷の指標とし、最大負荷を予測するものである。 In the first embodiment, the cutting resistance value generated thereafter is predicted by using the cutting resistance value corresponding to the number of cutting edges in contact with each other at the same time. Although this method can predict the cutting resistance value with the highest accuracy, it may be difficult to directly measure the cutting resistance value on the machine tool. Therefore, in the second embodiment, the maximum load is predicted by using the current value supplied to the spindle motor of the machine tool that is relatively easy to measure as an index of the machining load.
図6に示す実施の形態2に係る工作機械の全体概略構成図と図1に示す実施の形態1に係る工作機械の全体概略構成図との相違点は、実施の形態1に設置されている切削抵抗測定器107がなく、替わりに電流測定器308が設置されている点と、これに伴い、図2に示す実施の形態1に係る制御装置に設けられている切削抵抗値演算部の替わりに図7に示す実施の形態2に係る制御装置に電流値演算部408が設けられている点であり、他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
The difference between the overall schematic configuration diagram of the machine tool according to the second embodiment shown in FIG. 6 and the overall schematic configuration diagram of the machine tool according to the first embodiment shown in FIG. 1 is installed in the first embodiment. There is no cutting
次に、実施の形態2に係る工作機械の制御装置における動作について、図6から図8を参照して説明する。
Next, the operation of the machine tool control apparatus according to
まず、工作機械300における動作について説明する。インバータ305から供給される電力により主軸モータ303が回転され、それに連動してホルダ302およびホルダ302に取り付けられた切れ刃301が回転される。切れ刃301が回転している状態で加工機NC306からの指示により駆動ステージ304が移動され、切れ刃301が被加工物310に対して所定の送り速度Fで接触されることで被加工物310の一部を切削加工する。このとき、工具(切れ刃301を取り付けたホルダ302を含む)が受ける加工負荷(切削抵抗値)に応じて、主軸モータ303の回転を維持するためインバータ305からの電力供給が調整される。本実施の形態では、加工負荷に応じて主に主軸モータ303の電流を増減させていることから、切削抵抗値の変化量の代替指標として電流の変化量を電流測定器(負荷測定手段)308で測定し、測定された主軸モータ303の電流値を制御装置400へ転送する。制御装置400は、測定された電流値と加工条件などの情報から演算処理により適正な送り速度を算出し、加工機NC306にこの送り速度を転送する。これに基づいて、加工機NC306は、駆動ステージ304に送り速度Fを指示する。これにより、被加工物310は、切れ刃301により所定の切削加工が行われる。
First, the operation in the
次に、制御装置400における動作について説明する。データ入力部401は、制御装置400に必要な工具情報、被加工物情報、加工条件などの情報をオペレータが入力する部分である。本実施の形態でも、実施の形態1と同様の正面フライス加工を例に挙げており、入力情報も同様である。
Next, the operation in the
データ記憶部402は、データ入力部401に入力された情報を記憶し、接触切れ刃数演算部403は、データ記憶部402で記憶された情報に基づき、工具(切れ刃301を取り付けたホルダ302を含む)が被加工物310に接触を開始(加工開始)してからの経過時間tと同時に接触する切れ刃数nとの関係を算出する。電流値演算部408は、算出された同時に接触する切れ刃数nが変化する経過時間tにおける測定された主軸モータ電流値Iとに基づき、測定時点以降で、同時に接触する最大切れ刃数mにおける予測される最大電流値Imaxを算出する。送り速度演算部405は、算出された最大電流値Imaxが切削不良の発生する所定電流値If以下となるような送り速度Fを算出し、送り速度変更指示部406は、算出された送り速度Fとなるように加工機NC306に指示する。実施の形態1との違いとしては、切削抵抗値Rを測定する代わりにインバータ305から主軸モータ303に供給される電流値Iを使用している点である。
The
具体的な実施例として、図8に、測定された実加工時における加工の開始経過時間tと主軸モータ電流値との関係を示す。これによると、経過時間tの経過とともに主軸モータ
電流値Iが上昇し、同時に接触する最大切れ刃数m(この例では、n=3)において、電流は40〜45Aで上昇が停止する。ただし、切削抵抗値Rの変動の影響を受け、電流値は4〜5A程度の幅で周期的に振動を続ける。一方、本実施例におけるインバータ305から供給される加工負荷に対する主軸モータ電流値Iの変化の周期は0.017secであり、実施の形態1において計算した切削抵抗値Rについて、この周期よりも短い時間ピッチで範囲を移動させながら、この周期ごとの平均を算出した値である移動平均を図8に併記する。これによると、経過時間tに対する主軸モータ電流値Iと切削抵抗値Rとは、同様の上昇傾向を示しており、また、切削抵抗値Rの移動平均の変動が小さくなる0.3secと1.1sec近傍においては、主軸モータ電流値Iの変動が0.1sec以上に渡って2A以下と電流値Iの変動も小さく、ほぼ一定値となる現象を発明者らは見出した。この電流値I1およびI2が、同時に接触する最大切れ刃数がn=1から2およびn=2から3に変化する経過時間おける切削抵抗値Rに相当することが明らかになった。
As a specific example, FIG. 8 shows the relationship between the measured machining start elapsed time t and the spindle motor current value during actual machining. According to this, as the elapsed time t elapses, the spindle motor current value I increases, and at the maximum number of cutting edges m (n = 3 in this example) that are in contact at the same time, the increase stops at 40 to 45 A. However, under the influence of the fluctuation of the cutting resistance value R, the current value continues to vibrate periodically with a width of about 4 to 5A. On the other hand, the period of change in the spindle motor current value I with respect to the machining load supplied from the
つまり、予測される同時に接触する最大切れ刃数nが変化(増加)する経過時間t1(n=1から2)における主軸モータ電流値I1あるいは経過時間t2(n=2から3)における主軸モータ電流値I2の測定を実施することで、測定する経過時間に多少のずれがあっても電流値の変化が少ないので精度の良く、同時に接触する最大切れ刃数mでの最大電流値Imaxを算出することができる。本実施の形態では、上記の現象を利用し、この測定された電流値I1あるいはI2を用いて、同時に接触する最大切れ刃数m(この例では、n=3)における最大の電流値Imaxを予測する。この予測された電流値Imaxを予測もしくは実測により求めた不良の発生する電流値Ifと比較し、電流値Imaxが不良の発生する電流値Ifよりも小さければ送り速度Fを変更せず、予測された電流値Imaxが不良の発生する電流値Ifよりも大きければ実施の形態1と同様に送り速度Fを変更することで不良の発生を減少させることができる。 That is, the spindle motor current value I1 at the elapsed time t1 (n = 1 to 2) or the elapsed time t2 (n = 2 to 3) at which the predicted maximum number n of simultaneously contacting blades changes (increases). By carrying out the measurement of the value I2, the change in the current value is small even if there is a slight deviation in the measured elapsed time, so the accuracy is high and the maximum current value Imax with the maximum number of cutting edges m simultaneously contacting is calculated. be able to. In the present embodiment, using the above phenomenon, the maximum current value Imax at the maximum number m of cutting edges (n = 3 in this example) simultaneously contacting is obtained using the measured current value I1 or I2. Predict. The predicted current value Imax is compared with the current value If where the failure occurs, which is obtained by prediction or actual measurement. If the current value Imax is smaller than the current value If where the failure occurs, the feed speed F is not changed and the predicted current value Imax is predicted. If the current value Imax is larger than the current value If at which defects occur, the occurrence of defects can be reduced by changing the feed rate F as in the first embodiment.
なお、上記実施の形態では、経過時間t1の電流値I1あるいは経過時間t2の電流値I2を用いて、最大の電流値Imaxを予測する場合について説明したが、t1あるいはt2付近での電流値Iの平均値を用いることで精度を上げることも可能である。次に、図8の一部を拡大した図9を参照して、経過時間t1の場合を例として、この平均値を用いる方法の説明をする。まず、式1を用いて、実施の形態1と同じ条件でt1を算出すると、t1=0.267secとなる。また、加工開始時の最初の1刃目については、工具の被加工物の初期位置によっては、所定の切込みにならず予測した切削抵抗よりも小さくなる可能性がある。実際には、最大で1刃分の加工時間tsが上記t1に誤差として加算されるため、実際の経過時間trは、t1<tr<t1+tsの範囲にある。ここで、ts=60S/zであることから、数値を代入するとts=0.02となる。よって、t1=0.267からt1+ts=0.287の範囲の電流値Iを平均化することで高精度に電流値を測定することができる。実際の運用では、測定ばらつきを考慮し、t+0.5tsを中心として2刃分から3刃分の加工時間(−0.5ts〜2.0ts)の範囲で平均化することが好ましい。
In the above embodiment, the case where the maximum current value Imax is predicted using the current value I1 at the elapsed time t1 or the current value I2 at the elapsed time t2 has been described. However, the current value I near t1 or t2 is described. It is also possible to increase the accuracy by using the average value of. Next, a method using this average value will be described with reference to FIG. 9 which is an enlarged view of a part of FIG. 8, taking the case of the elapsed time t1 as an example. First, if t1 is calculated using
すなわち、切削加工時に、接触切れ刃数演算部403で予測される同時に接触する切れ刃数nが変化する経過時間tにおいて、電流測定器308で主軸モータの電流値Iを測定し、電流値演算部408は、この電流値Iから、同時に接触する最大切れ刃数mにおける主軸モータ電流値Imaxを求め、送り速度演算部405は、この電流値Imaxを切削不良が発生する電流値Ifと比較し、不良が発生しない工具(切れ刃)の送り速度Fを算出する。この結果に基づいて、送り速度変更指示部406は、送り速度を調整するよう加工機NC306に指示を出すことにより、切削抵抗値の変動を最小限に抑え、加工不良の発生を減らすことができる。
In other words, during cutting, the current value I of the spindle motor is measured by the
このように、実施の形態2に係る工作機械の制御装置によれば、切削抵抗値を直接測定
することが困難な場合であっても、主軸モータ電流値を用いることによって、実加工時の加工負荷を推定することができ、高精度の負荷予測に基づいて切削加工を行っているため、実施の形態1と同様、被加工物の硬度や厚みのばらつきに拘らず、かつ過大な負荷が発生する前に加工条件を変更できるため過負荷が作用することによる加工不良の発生を抑制することができるという効果がある。
As described above, according to the machine tool control device according to the second embodiment, even when it is difficult to directly measure the cutting resistance value, by using the spindle motor current value, machining during actual machining is performed. Since the load can be estimated and cutting is performed based on highly accurate load prediction, an excessive load is generated regardless of variations in the hardness and thickness of the workpiece as in the first embodiment. Since the machining conditions can be changed before starting, there is an effect that the occurrence of machining defects due to the overload acting can be suppressed.
なお、上記実施の形態において、切り刃を取り付けた工具側を移動させる場合について説明したが、被加工物を載置する被加工物載置台側を移動させる、あるいは、その両者を移動させる場合であってもよく、同様の効果を奏することは言うまでもない。 In addition, in the said embodiment, although the case where the tool side which attached the cutting blade was moved was demonstrated, in the case where the workpiece mounting base side which mounts a workpiece is moved, or both are moved. Needless to say, the same effect can be obtained.
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 Also, within the scope of the present invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately modified or omitted.
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。 Moreover, in the figure, the same code | symbol shows the same or an equivalent part.
100,300 工作機械
200,400 制御装置
101,301 切れ刃
102,302 ホルダ
103,303 主軸モータ
104,304 駆動ステージ
105,305 インバータ
106,306 加工機NC
107 切削抵抗測定器
109,309 被加工物載置台
110,310 被加工物
201,401 切れ刃
202,402 データ入力部
203,403 接触切れ刃数演算部
205,405 送り速度演算部
206,406 送り速度変更指示部
207 切削抵抗値演算部
408 電流値演算部
100, 300
107 Cutting resistance measuring device 109,309 Workpiece mounting table 110,310 Workpiece 201,401 Cutting edge 202,402 Data input section 203,403 Contact cutting edge number calculation section 205,405 Feed speed calculation section 206,406 Feed Speed
Claims (6)
加工の開始経過時間後の前記被加工物に同時に接触する前記切れ刃の数を算出する接触切れ刃数演算手段と、
前記負荷測定手段により測定された加工負荷と前記接触切れ刃数演算手段により算出される前記同時に接触する切れ刃の数とに基づいて、前記同時に接触する切れ刃の増加数に応じて加工負荷を予測する負荷予測手段と、
前記予測された加工負荷に応じて加工条件を変更する加工条件変更手段と、を備えたことを特徴とする工作機械の制御装置。 Load measuring means for measuring a processing load at the time of processing a workpiece by a tool having a plurality of cutting edges;
Contact cutting edge number calculating means for calculating the number of cutting edges that simultaneously contact the workpiece after the processing start elapsed time;
Based on the machining load measured by the load measuring means and the number of simultaneously contacting cutting edges calculated by the contact cutting edge number calculating means, the machining load is determined in accordance with the increased number of simultaneously contacting cutting edges. A load prediction means for predicting;
A machine tool control device comprising: machining condition changing means for changing a machining condition in accordance with the predicted machining load.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106154977A (en) * | 2016-09-27 | 2016-11-23 | 重庆大学 | The determination methods at crucial moment in a kind of numerical control machine tool cutting work step overall process |
JP2017074659A (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | マツダ株式会社 | Control device of machine tool |
WO2018011990A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社牧野フライス製作所 | Machining program generation device and machining method |
JP2020019072A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | Dmg森精機株式会社 | Tool blade number estimation device, machine tool including the same, and tool blade number estimation method |
CN111230586A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 发那科株式会社 | Control device and control method |
JP2021026598A (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-22 | Dmg森精機株式会社 | Processing state information estimation device and processing state diagnostic device |
JP2021056902A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | ブラザー工業株式会社 | Machine tool, measurement method and computer program |
JP7120476B1 (en) * | 2021-05-13 | 2022-08-17 | 住友電気工業株式会社 | Machining condition management system, machining control device, machining system, and machining program |
WO2022186135A1 (en) * | 2021-03-02 | 2022-09-09 | ファナック株式会社 | Numerical control device, and computer-readable recording medium |
-
2012
- 2012-03-14 JP JP2012056630A patent/JP2013188831A/en active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017074659A (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | マツダ株式会社 | Control device of machine tool |
WO2017065054A1 (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | マツダ株式会社 | Control device for machine tool |
CN108136558A (en) * | 2015-10-16 | 2018-06-08 | 马自达汽车株式会社 | The control device of lathe |
CN109475993A (en) * | 2016-07-15 | 2019-03-15 | 株式会社牧野铣床制作所 | Processing program generating device and processing method |
WO2018011990A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社牧野フライス製作所 | Machining program generation device and machining method |
CN109475993B (en) * | 2016-07-15 | 2021-06-11 | 株式会社牧野铣床制作所 | Machining program generating device and machining method |
JPWO2018011990A1 (en) * | 2016-07-15 | 2019-03-07 | 株式会社牧野フライス製作所 | Machining program generation device and machining method |
US10719061B2 (en) | 2016-09-27 | 2020-07-21 | Chongqing University | Method for judging key moments in whole process of machining step for computer numerical control machine tools |
CN106154977A (en) * | 2016-09-27 | 2016-11-23 | 重庆大学 | The determination methods at crucial moment in a kind of numerical control machine tool cutting work step overall process |
WO2018058932A1 (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 重庆大学 | Method for determining critical timing in overall process of cutting step of computer numerical control machine |
JP2020019072A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | Dmg森精機株式会社 | Tool blade number estimation device, machine tool including the same, and tool blade number estimation method |
JP7084242B2 (en) | 2018-07-30 | 2022-06-14 | Dmg森精機株式会社 | Tool blade number estimation device and machine tools equipped with it, and tool blade number estimation method |
CN111230586A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 发那科株式会社 | Control device and control method |
US11553619B2 (en) | 2018-11-28 | 2023-01-10 | Fanuc Corporation | Control device and control method |
JP2021026598A (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-22 | Dmg森精機株式会社 | Processing state information estimation device and processing state diagnostic device |
JP2021056902A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | ブラザー工業株式会社 | Machine tool, measurement method and computer program |
JP7218702B2 (en) | 2019-09-30 | 2023-02-07 | ブラザー工業株式会社 | Machine tools, measuring methods and computer programs |
WO2022186135A1 (en) * | 2021-03-02 | 2022-09-09 | ファナック株式会社 | Numerical control device, and computer-readable recording medium |
JP7120476B1 (en) * | 2021-05-13 | 2022-08-17 | 住友電気工業株式会社 | Machining condition management system, machining control device, machining system, and machining program |
WO2022239189A1 (en) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | 住友電気工業株式会社 | Processing condition managment system, processing control device, processing system, and processing program |
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