JP2018176296A - 主軸回転速度制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(k次安定ポケットの主軸回転速度)=(60×工具の固有振動数)/(工具の刃数×k)
但し、kは次数を表す1以上の整数である。
予想安定回転速度=(60×びびり周波数)/(工具刃数×n)
但し、nは任意の整数である。
加工によって工具に生じる振動を検出し、検出した振動に係る信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出部から出力される振動信号を解析して、前記工具に再生びびりが生じているか否かを監視し、工具に再生びびりが生じたとき、その検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを出力するびびり検出部と、
前記びびり検出部から出力された前記検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを受信し、該検出信号を継続して受信する間、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を増加又は減少させる回転速度調整処理を実行し、該速度調整信号を送信する都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する検出処理を実行するとともに、前記びびり検出部から前記検出信号を受信しなくなったとき、前記数値制御装置への前記速度調整信号の送信を停止する送信停止処理を実行し、一方、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたとき、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、切削を停止させるか、又は前記主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知する、少なくともいずれかの対策処理を実行する回転速度調整部とを備えていることを特徴とする主軸回転速度調整装置。
(数式1)
ki=(60×ωi)/(N×Si)
但し、iは1以上の整数であり、前記主軸回転速度の変更回数を意味する。また、Nは1以上の整数であり、kiは小数点以下を切り捨てた整数である。
(数式2)
k0=(60×ω0)/(N×S0)
但し、k0は小数点以下を切り捨てた整数である。
(数式3)
SS=(60×ω0)/(N×k)
但し、kは1以上の任意の整数である。
(数式4)
k0’=(60×ω0’)/(N×S0’)
但し、k0’は小数点以下を切り捨てた整数である。
まず、制御対象である工作機械20の概略について説明する。図2に示すように、本例の工作機械20は、ベッド21と、このベッド21上に立設されたコラム22と、このコラム22の前面(加工領域側の面)に矢示Z軸方向に移動自在に設けられた主軸頭23と、軸中心に回転自在に主軸頭23に保持された主軸24と、主軸頭23より下方のベッド21上に矢示Y軸方向に移動自在に設けられたサドル25と、サドル25上に矢示X軸方向に移動自在に配設されたテーブル26と、このテーブル26をX軸方向に移動させるX軸送り機構29と、サドル25をY軸方向に移動させるY軸送り機構28と、主軸頭23をZ軸方向に移動させるZ軸送り機構27と、主軸24を回転させる主軸モータ(図示せず)とを備えている。
前記数値制御装置10は、図1に示すように、NCプログラム実行部11、NCプログラム記憶部12、主軸制御部13、送り制御部14、工具データ記憶部15及び表示制御部16などから構成され、適宜ディスプレイを備えた表示装置17が接続されている。
前記主軸回転速度調整装置1は、前記主軸頭23の下端部に設けられる加速度センサ2と、演算処理装置3とから構成される(図1及び図2参照)。
(数式5)
SS=(60×ω0)/(N×k)
但し、kは1以上の任意の整数である。
(数式6)
k0’=(60×ω0’)/(N×S0’)
但し、k0’は小数点以下を切り捨てた整数である。
(数式7)
ki=(60×ωi)/(N×Si)
但し、iは1以上の整数であり、前記主軸回転速度及び送り速度の調整回数を意味する。また、kiは小数点以下を切り捨てた整数である。
(数式8)
k0=(60×ω0)/(N×S0)
但し、k0は小数点以下を切り捨てた整数である。
2 加速度センサ
3 演算処理装置
4 びびり検出部
5 回転速度調整部
10 数値制御装置
11 NCプログラム実行部
12 NCプログラム記憶部
13 主軸制御部
14 送り制御部
15 工具データ記憶部
16 表示制御部
17 表示装置
20 工作機械
23 主軸頭
24 主軸
T 工具
W ワーク
Claims (8)
- 数値制御装置によって制御される工作機械の主軸回転速度を調整する装置であって、
加工によって工具に生じる振動を検出し、検出した振動に係る信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出部から出力される振動信号を解析して、前記工具に再生びびりが生じているか否かを監視し、工具に再生びびりが生じたとき、その検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを出力するびびり検出部と、
前記びびり検出部から出力された前記検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを受信し、該検出信号を継続して受信する間、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を増加又は減少させる回転速度調整処理を実行し、該速度調整信号を送信する都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する検出処理を実行するとともに、前記びびり検出部から前記検出信号を受信しなくなったとき、前記数値制御装置への前記速度調整信号の送信を停止する送信停止処理を実行し、一方、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたとき、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、切削を停止させるか、又は前記主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知する、少なくともいずれかの対策処理を実行する回転速度調整部とを備えていることを特徴とする主軸回転速度調整装置。 - 前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときの前記主軸回転速度Si[min-1]及び再生びびり周波数ωi[Hz]、並びに工具の刃数Nを基に、以下の数式1により係数kiを算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された前記係数kiの値が変化したとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の主軸回転速度調整装置。
(数式1)
ki=(60×ωi)/(N×Si)
但し、iは1以上の整数であり、前記主軸回転速度の変更回数を意味する。また、Nは1以上の整数であり、kiは小数点以下を切り捨てた整数である。 - 前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときに前記びびり検出部から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値を算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された差分値が予め定められた基準値を超えたとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の主軸回転速度調整装置。
- 前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記回転速度調整処理を実行する前に、まず、そのときの前記主軸回転速度S0[min-1]及び再生びびり周波数ω0[Hz]、並びに工具の刃数Nを基に、以下の数式2によって処理前の係数k0を算出し、前記回転速度調整処理において、前記係数k0が予め定められた値よりも大きい値である場合には、前記主軸回転速度を減少させ、前記係数k0が予め定められた値よりも小さい値である場合には、前記主軸回転速度を増加又は減少させるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
(数式2)
k0=(60×ω0)/(N×S0)
但し、k0は小数点以下を切り捨てた整数である。 - 前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記各処理を実行する前に、そのときの再生びびり周波数ω0[Hz]、及び工具の刃数Nを基に、以下の数式3によって主軸の安定回転速度SS[min-1]を推定し、推定した安定回転速度SSに係る速度指令信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度SSに変更させ、変更後も前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合に、前記各処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
(数式3)
SS=(60×ω0)/(N×k)
但し、kは1以上の任意の整数である。 - 前記回転速度調整部は、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度SSに変更させ、変更後も前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合に、以下の数式4により、そのときの主軸回転速度S0’[min-1]及び再生びびり周波数ω0’[Hz]、並びに工具の刃数Nを基に係数k0’を算出し、算出された係数k0’が前記係数kよりも大きい場合または等しい場合には、以後の処理において、主軸回転速度を増加させ、前記係数k0’が前記係数kより小さい場合には、主軸回転速度を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項5記載の主軸回転速度調整装置。
(数式4)
k0’=(60×ω0’)/(N×S0’)
但し、k0’は小数点以下を切り捨てた整数である。 - 前記回転速度調整部は、前記対策処理において、前記切削を停止させる処理を実行する際に、前記数値制御装置から得られる工具の位置がエアカット位置である否かを判断し、工具の位置がエアカット位置となったときに、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、前記主軸の回転を停止させる処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至6記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
- 前記回転速度調整部は、前記数値制御装置に前記主軸回転速度を変更させる場合に、前記工具の一刃当たりの切削量に変動が生じないように、主軸回転速度の変更に応じて切削送り速度を変更させる信号を、前記数値制御装置に送信するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至7記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
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