JP2019069490A - Machine tool, machining method, and machining program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、工作機械に生じる再生びびり振動を抑制するための技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for suppressing regenerative chatter vibration that occurs in a machine tool.
工作機械でワークを加工する際、工具の刃先が微小に振動することがある。このような振動は、びびり振動と呼ばれる。びびり振動が生じると、ワークの加工精度が低下してしまう。 When machining a workpiece with a machine tool, the cutting edge of the tool may minutely vibrate. Such vibration is called chatter vibration. If chatter vibration occurs, the processing accuracy of the workpiece is reduced.
びびり振動には、強制びびり振動と、再生びびり振動がある。強制びびり振動は、断続切削により発生する振動であり、工具の振動周波数が工具の固有振動数に等しくなったときに生じる。再生びびり振動は、工具の振動周波数と工具によるワークの切込み深さとの関係が所定の条件を満たした場合に生じる振動である。再生びびり振動は、自励びびり振動とも呼ばれる。 Chatter vibration includes forced chatter vibration and regenerative chatter vibration. Forced chatter vibration is vibration generated by intermittent cutting and occurs when the vibration frequency of the tool becomes equal to the natural frequency of the tool. Regeneration chatter vibration is vibration that occurs when the relationship between the vibration frequency of the tool and the depth of cut of the workpiece by the tool satisfies a predetermined condition. Regeneration chatter is also called self-oscillation.
再生びびり振動を抑制するための技術として、特開2010−105160号公報(特許文献1)は、下記式(1)に基づいて工具の回転数を制御するための機械加工装置を開示している。 As a technique for suppressing regeneration chatter vibration, JP-A-2010-105160 (patent document 1) discloses a machining apparatus for controlling the number of rotations of a tool based on the following equation (1) .
n=60・fc/{(k+1)・N}・・・(1)
上記式(1)に示される「n」は、切削工具または被削部材の一分間あたりの回転数演算値を表わす。「fc」は、びびり振動の周波数を表わす。「N」は、切削工具の刃数を表わす。「k」は、60fc/(n0N)の整数部分を表わす。「n0」は、切削工具または被削部材の一分間あたりの回転数現在値を表わす。
n = 60 · f c / {(k + 1) · N} (1)
“N” shown in the above equation (1) represents the rotational speed calculation value per minute of the cutting tool or the work member. "F c " represents the frequency of chatter vibration. “N” represents the number of cutting tools. “K” represents the integer part of 60 f c / (n 0 N). “N 0 ” represents the current rotation number per minute of the cutting tool or the work member.
上記式(1)は、Tobiasの式の変形例である。上記式(1)の「fc」を工具の固有振動数とし、「k+1」を自然数とした場合、上記式(1)は、Tobiasの式になる。すなわち、特許文献1に示される機械加工装置は、工具について検知された振動周波数を工具の固有振動周波数とみなしてTobiasの式に代入することで、工具の回転数を決定する。
The above equation (1) is a modified example of the Tobias equation. Assuming that “f c ” in the above equation (1) is the natural frequency of the tool and “k + 1” is a natural number, the above equation (1) is a Tobias equation. That is, the machining device disclosed in
再生びびり振動の振動周波数は、工具の固有振動数に対して若干異なる値を示す。そのため、特許文献1に開示される機械加工装置は、式(1)に従って工具の回転数を決定したとしても、再生びびり振動を抑制できないことがある。したがって、再生びびり振動をより確実に抑制するための技術が望まれている。
The vibration frequency of the regenerative chatter vibration has a slightly different value with respect to the natural frequency of the tool. Therefore, the machining device disclosed in
本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、再生びびり振動をより確実に抑制することができる工作機械を提供することである。他の局面における目的は、再生びびり振動をより確実に抑制することができる加工方法を提供することである。他の局面における目的は、再生びびり振動をより確実に抑制することができる加工プログラムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve the problems as described above, and an object in one aspect is to provide a machine tool capable of more reliably suppressing regenerative chatter vibration. An object in another aspect is to provide a processing method capable of suppressing regeneration chatter vibration more reliably. An object in another aspect is to provide a processing program capable of more reliably suppressing regenerative chatter vibration.
ある局面に従うと、工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサと、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するための振動検知部と、上記主軸の回転数を調整するための調整部とを備える。上記調整部は、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整し、上記第2回転数への調整後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記第1回転数から上記第2回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変え、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第2回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくする。 According to an aspect, a machine tool is generated on the spindle or the tool based on the spindle for rotating the workpiece or the tool, a sensor for detecting the vibration frequency of the spindle or the tool, and the vibration frequency. A vibration detection unit for detecting regenerative chatter vibration, and an adjustment unit for adjusting the number of revolutions of the spindle. The adjusting unit adjusts the number of rotations of the spindle from the first number of rotations, which is the current setting value, to the second number of rotations according to a predetermined calculation formula when the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detecting unit. When the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detection unit after the adjustment to the second rotational speed, the rotational speed of the main spindle is the regenerative chatter by adjusting the first rotational speed to the second rotational speed. It is judged whether it has exceeded the stable range in which vibration does not occur, and whether to increase or decrease the rotation speed is changed according to the judgment result, while the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detection unit, The spindle speed of the spindle is adjusted based on the satisfaction of a predetermined condition indicating that the spindle speed of the spindle is adjusted by a predetermined value from the second speed and the spindle speed of the spindle is likely to reach the first speed. Adjustment amount of rotation speed Smaller than the predetermined value.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の増減を逆転させてからの上記所定値ずつの調整を何回行えば上記主軸の回転数が上記第1回転数に達するかを算出し、当該算出した回数が所定回数以下である場合に、上記所定条件が満たされたと判断する。 Preferably, the adjustment unit calculates how many times the number of revolutions of the main spindle reaches the first number of revolutions by performing the adjustment by each predetermined value after reversing the increase and decrease of the number of revolutions of the main spindle. When the calculated number of times is equal to or less than a predetermined number, it is determined that the predetermined condition is satisfied.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の増減を逆転させてからの上記所定値ずつの調整回数が所定回数を超えた場合に上記所定条件が満たされたと判断する。 Preferably, the adjustment unit determines that the predetermined condition is satisfied when the number of adjustments by the predetermined value after reversing the increase and decrease of the rotation speed of the spindle exceeds the predetermined number.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えていないと判断した場合、上記主軸の回転数を所定の第1値減少させ、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたと判断した場合、上記主軸の回転数を所定の第2値増加させる。上記第2値は、上記第1値よりも小さい。 Preferably, when it is determined that the number of revolutions of the spindle does not exceed the stable range, the adjusting unit decreases the number of revolutions of the spindle by a predetermined first value, and the number of revolutions of the spindle is in the stable range. If it is determined that it has exceeded, the number of revolutions of the spindle is increased by a predetermined second value. The second value is smaller than the first value.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整前後における上記振動周波数の比較結果に基づいて、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたか否かを判断する。 Preferably, the adjusting unit determines whether the number of revolutions of the main shaft exceeds the stable range based on the comparison result of the vibration frequency before and after adjustment of the number of revolutions of the main shaft.
好ましくは、上記工作機械は、上記工具の第1の刃が上記ワークに接触してから上記工具の第2の刃が上記ワークに接触するまでの間に上記主軸または上記工具の振動によって生じる加工面の波数を算出する。上記調整部は、上記主軸の回転数の調整前後において上記波数の整数部分が変化したか否かに基づいて、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたか否かを判断する。 Preferably, in the machine tool, machining is performed by vibration of the spindle or the tool after the first blade of the tool contacts the workpiece and the second blade of the tool contacts the workpiece. Calculate the wave number of the surface. The adjusting unit determines whether or not the number of revolutions of the main shaft has exceeded the stable range, based on whether or not the integer part of the wave number has changed before and after adjustment of the number of revolutions of the main spindle.
好ましくは、上記調整部は、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の上記回転数の調整処理を逐次的に実行し、上記振動検知部によって上記主軸または上記工具に生じている上記再生びびり振動が検知されなくなった時点で上記回転数の調整処理を終了する。 Preferably, the adjustment unit sequentially executes adjustment processing of the number of revolutions of the spindle while the vibration detection unit detects the regenerative chatter vibration, and the vibration detection unit performs the spindle or the tool. The adjustment process of the rotational speed ends when the above-mentioned regenerative chatter vibration is not detected.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記主軸の回転数を上記第1回転数よりも上げる。 Preferably, the adjustment unit is configured to adjust the number of rotations of the main spindle more than the first number of rotations when the vibration detection unit detects the regenerative chatter vibration after performing the adjustment of the number of rotations of the main spindle a predetermined number of times increase.
好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記工具による上記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする。 Preferably, the adjustment unit is configured to adjust the cutting depth of the work by the tool more than the current when the vibration detection unit detects the chatter vibration after the adjustment unit performs the rotation number adjustment of the spindle a predetermined number of times. Make it shallow.
好ましくは、上記調整部は、上記第2値が所定の閾値以下になった後において、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記工具による上記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする。 Preferably, the adjusting unit is configured to adjust the depth of cut of the workpiece by the tool when the regenerated vibration is detected by the vibration detecting unit after the second value becomes equal to or less than a predetermined threshold. Make it shallow too.
好ましくは、上記振動検知部は、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている強制びびり振動をさらに検知する。上記調整部は、上記主軸の回転数の調整により上記再生びびり振動が検知されなくなった場合において、上記強制びびり振動が検知されたときに、上記再生びびり振動を抑制するための上記調整量よりも小さい調整量で当該回転数を再調整する。 Preferably, the vibration detection unit further detects forced chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency. When the forced chatter vibration is detected when the regenerative chatter vibration is not detected by the adjustment of the number of revolutions of the spindle, the adjusting unit is more than the adjustment amount for suppressing the regenerative chatter vibration when the forced chatter vibration is detected. Re-adjust the rotation speed with a small adjustment amount.
他の局面に従うと、工作機械による加工方法が提供される。上記工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備える。上記加工方法は、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整するステップと、上記第2回転数への調整後において上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合、上記第1回転数から上記第2回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第2回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくするステップとを備える。 According to another aspect, a machining method by a machine tool is provided. The machine tool includes a spindle for rotating a workpiece or a tool, and a sensor for detecting the vibration frequency of the spindle or the tool. The processing method is a step of detecting the regenerative chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency, and a predetermined calculation formula when the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step. The regeneration chatter vibration is detected in the steps of adjusting the rotation number of the spindle from the first rotation number to the second rotation number, which is the current setting value, and the detection step after adjustment to the second rotation number according to In this case, it is determined whether or not the number of revolutions of the main spindle exceeds the stable range in which the regenerative chatter vibration does not occur by adjustment from the first number of revolutions to the second number of revolutions. While the regeneration chatter vibration is detected in the step of changing whether to increase or decrease the number, and the step of detecting, the number of revolutions of the main spindle is increased by a predetermined value from the second number of revolutions. Adjusting the amount of adjustment of the number of revolutions of the main spindle to be smaller than the predetermined value on the basis that the predetermined condition indicating that the number of revolutions of the main spindle is likely to reach the first number of revolutions is satisfied. Equipped with
他の局面に従うと、工作機械による加工プログラムが提供される。上記工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備える。上記加工プログラムは、上記工作機械に、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整するステップと、上記第2回転数への調整後において上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合、上記第1回転数から上記第2回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第2回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくするステップとを実行させる。 According to another aspect, a machining program by a machine tool is provided. The machine tool includes a spindle for rotating a workpiece or a tool, and a sensor for detecting the vibration frequency of the spindle or the tool. The machining program includes the steps of: detecting, on the machine tool, the regenerative chatter vibration occurring in the spindle or the tool on the basis of the vibration frequency; and detecting the regenerative chatter vibration in the detecting step. Adjusting the rotation number of the spindle from the first rotation number to the second rotation number, which is the current setting value, according to a predetermined calculation formula, and the above detection step after the adjustment to the second rotation number. When chattering vibration is detected, it is determined whether the number of rotations of the spindle exceeds the stable range where the regenerative chattering vibration does not occur by adjusting the first number of rotations to the second number of rotations, and the judgment result According to the step of changing whether to increase or decrease the number of rotations, and while the regeneration chatter vibration is detected in the step of detecting, the number of rotations of the main spindle is set to The adjustment amount of the number of revolutions of the main spindle is set to the predetermined value based on the fact that the predetermined condition indicating that the number of revolutions of the main spindle is likely to reach the first number of revolutions is satisfied. And making the step smaller.
ある局面において、再生びびり振動をより確実に抑制することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
In one aspect, regenerative chatter can be suppressed more reliably.
The above and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the present invention taken in conjunction with the accompanying drawings.
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description of these will not be repeated. In addition, each embodiment and each modification which are explained below may be combined suitably suitably.
<第1の実施の形態>
[A.工作機械100の構成]
図1を参照して、工作機械100の構成について説明する。図1は、工作機械100の一例を示す図である。
First Embodiment
[A. Configuration of machine tool 100]
The configuration of the
図1には、マシニングセンタとしての工作機械100が示されている。以下では、マシニングセンタとしての工作機械100について説明するが、工作機械100は、マシニングセンタに限定されない。たとえば、工作機械100は、旋盤であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。
A
図1に示されるように、工作機械100は、主要な構成として、ベッド12と、サドル18と、コラム21と、主軸頭41と、テーブル26とを有する。
As shown in FIG. 1, the
ベッド12は、サドル18やコラム21などを搭載するためのベース部材であり、工場などの据え付け面に設置されている。
The
ベッド12には、コラム21が取り付けられている。コラム21は、ベッド12に固定されている。コラム21は、全体として、ベッド12の上面に立設される門形形状を有する。
A
より具体的には、コラム21は、その構成部位として、側部22(22s,22t)と、頂部23とを有する。側部22は、ベッド12の上面から鉛直上方向に立ち上がるように設けられている。側部22sおよび側部22tは、水平方向に平行なX軸方向に間隔を隔てて配置されている。頂部23は、X軸方向に沿って側部22sから側部22tまで延設されている。
More specifically, the
なお、工作機械100の機械構成は、基本的には、X軸方向における中心に対して左右対称の構造を有している。本実施の形態において、参照番号に「s」および「t」が付された構成は、その左右対称に対応する一対の部品である。
The machine configuration of the
ベッド12には、サドル18が取り付けられている。サドル18は、ベッド12に対して、X軸方向にスライド移動可能に設けられている。サドル18には、主軸頭41が取り付けられている。主軸頭41は、側部22s、頂部23、側部22tおよびベッド12に囲まれた空間を通って、テーブル26に向けて延出している。主軸頭41は、水平方向に平行であり、X軸方向に直交するZ軸方向にスライド移動可能に設けられている。
A
主軸頭41は、主軸42と、ハウジング43とを有する。主軸42は、ハウジング43の内部に配置され、Z軸方向に平行な中心軸AX1を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。このとき、ハウジング43は回転しない。主軸42には、加工対象であるワークを加工するための工具が装着される。主軸42の回転に伴って、主軸42に装着された工具が中心軸AX1を中心に回転する。なお、工作機械100が旋盤である場合には、主軸42には、ワークが装着される。この場合、主軸42の回転に伴って、主軸42に装着されたワークが回転する。
The
ハウジング43には、主軸42または工具の振動周波数を検知するための加速度センサ110が設けられている。好ましくは、複数の加速度センサ110がハウジング43に設けられ、各加速度センサ110は、主軸42の異なる方向(たとえば、X,Y,Z方向)の振動を検知する。なお、主軸42の振動周波数を検知するためのセンサは、加速度センサ110に限定されず、主軸42の振動周波数を検知することが可能な任意のセンサが用いられ得る。
The
ベッド12、サドル18および主軸頭41には、サドル18のX軸方向へのスライド移動および主軸頭41のZ軸方向へのスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、駆動源としてのサーボモータなどが適宜、設けられている。
The
コラム21には、テーブル26が取り付けられている。テーブル26は、コラム21に対して、鉛直方向に平行であり、X軸方向およびZ軸方向に直交するY軸方向にスライド移動可能に設けられている。
A table 26 is attached to the
テーブル26は、ワークを固定するための装置であり、パレット27と、回転機構部29(29s,29t)とを有する。
The table 26 is a device for fixing a work, and has a
パレット27は、金属製の台であり、各種のクランプ機構を用いてワークが取り付けられる。パレット27は、回転機構部29によって、X軸に平行な中心軸AX2を中心に旋回可能に設けられている(a軸旋回)。回転機構部29sおよび回転機構部29tは、X軸方向に間隔を隔てて配置されている。パレット27は、回転機構部29sおよび回転機構部29tの間に装着されている。パレット27は、さらに、パレット27の主面に直交する中心軸を中心に旋回可能に設けられてもよい(b軸旋回)。
The
コラム21およびテーブル26には、テーブル26のY軸方向へのスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、駆動源としてのサーボモータなどが適宜、設けられている。
The
サドル18のX軸方向へのスライド移動、主軸頭41のZ軸方向へのスライド移動およびテーブル26のY軸方向へのスライド移動が組み合わさって、主軸42に装着された工具によるワークの加工位置が3次元的に移動する。
The slide movement of the
工作機械100は、マガジン30と、自動工具交換装置(ATC:Automatic Tool Changer)36とをさらに有する。マガジン30は、主軸42に装着する交換用の工具32を収容するための装置である。自動工具交換装置36は、主軸42およびマガジン30の間で工具を交換するための装置である。
The
マガジン30は、マガジン本体部31と、柱部材14,16と、台部材33とを有する。
The
マガジン本体部31は、複数の工具保持部34と、スプロケット35とを有する。工具保持部34は、工具32を保持可能なように構成されている。複数の工具保持部34は、スプロケット35の周囲に環状に配列されている。スプロケット35は、モータ駆動により、Y軸に平行な中心軸AX3を中心に回転可能に設けられている。スプロケット35の回転に伴って、複数の工具保持部34が中心軸AX3を中心に回転移動する。
The
マガジン本体部31は、柱部材14,16と、台部材33とによって、ベッド12から鉛直上方向に距離を設けた位置に支持されている。
The
スプロケット35の回転に伴って、特定の工具32を保持する工具保持部34が機械前方の所定位置に割り出される。特定の工具32は、工具搬送装置(図示しない)によってZ軸方向に搬送され、工具交換位置まで移動する。自動工具交換装置36が有するダブルアーム37が旋回することにより、工具交換位置に搬送された特定の工具32と、主軸42に装着された工具とが交換される。主軸42に装着され得る工具32は、たとえば、エンドミルなどのフライスを含む。
As the sprocket 35 rotates, a
[B.再生びびり振動が生じる原理]
工作機械でワークを加工する際、工具32の刃先が微小に振動するびびり振動が生じることがある。びびり振動には、強制びびり振動と、再生びびり振動がある。強制びびり振動は、工作機械が振動源となり発生する振動であり、工具32の振動周波数が工具32の固有振動数に等しくなったときに生じる。再生びびり振動は、工具32の振動周波数と工具32によるワークの切込み深さとの関係が所定の条件を満たしたときに生じる振動である。
[B. Principle of regeneration chatter]
When processing a workpiece with a machine tool, chatter vibration may occur in which the tip of the
本実施の形態に従う工作機械100は、主軸42の回転数を逐次的に調整することで、再生びびり振動を抑制する。この調整処理の理解を容易にするために、まず、図2〜図5を参照して、再生びびり振動が生じる原理について説明する。
図2は、再生びびり振動が生じやすい加工条件の一例を示す図である。より詳細には、図2(A)には、前回の切削時におけるワーク上の切削跡が示されている。図2(B)には、今回の切削時における工具32の振動周波数が示されている。図2(C)には、今回の切削時における工具32によるワークの切削厚が示されている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of processing conditions in which regenerative chatter vibration is likely to occur. More specifically, FIG. 2A shows a cutting trace on the workpiece at the time of the previous cutting. The vibration frequency of the
工具32は、回転しながらワークを繰り返し切削することでワークを加工する。工具32は、ワークの加工中に振動しており、図2(A)に示されるように、ワークの切削面に起伏が生じる。
The
工具32が次にワークを切削するとき、前回の切削時における切削跡と、今回の切削時における工具32の振動周波数とがずれることがある。このずれを「φ」で表わすと、図2(A)および図2(B)の例では、ずれφは、π/4(=90度)となっている。このようなずれが生じると、ワークの切削厚が切削位置に応じて変動する。図2(C)には、φ=π/4のずれが生じている場合における切削厚の変動が示されている。切削厚が変動すると、工具32が切削中にワークから受ける力が変動し、再生びびり振動が生じやすくなる。特に、φ=π/4となるときが、再生びびり振動が一番生じやすい。
When the
図3は、再生びびり振動が生じにくい加工条件の一例を示す図である。より詳細には、図3(A)には、前回の切削時におけるワーク上の切削跡が示されている。図3(B)には、今回の切削時における工具32の振動周波数が示されている。図3(C)には、今回の切削時における工具32によるワークの切削厚が示されている。
FIG. 3 is a diagram showing an example of processing conditions in which regeneration chatter vibration hardly occurs. More specifically, FIG. 3A shows a cutting trace on the workpiece at the time of the previous cutting. The vibration frequency of the
図3(A)および図3(B)の例では、工具32の振動周波数は、前回の切削時における切削跡と重なっている。この場合、ずれ「φ」が0となり、ワークの切削厚が一定になる。そのため、工具32が切削中にワークから受ける力が一定になり、再生びびり振動が生じにくくなる。
In the example of FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), the vibration frequency of the
したがって、ずれ「φ」が0に近付くように主軸42の回転数が調整されると再生びびり振動が生じにくくなる。一方で、ずれ「φ」がπ/4に近付くように主軸42の回転数が調整されると再生びびり振動が生じやすくなる。
Therefore, when the number of rotations of the
典型的には、下記式(2)に示される「k」が整数になるとき、ずれ「φ」が0となる。 Typically, when “k” shown in the following equation (2) is an integer, the shift “φ” is 0.
k=60・fc/(n0・N)・・・(2)
式(2)に示される「k」は、工具32の第1の刃がワークに接触してから第2の刃がワークに接触するまでの間に工具32の振動によって生じる加工面の波数を表わす。「fc」は、主軸42の振動周波数を表わす。「N」は、工具32の刃数を表わす。「n0」は、主軸42の回転数を表わす。ここでいう回転数とは、単位時間辺り(たとえば、一分間辺り)における主軸42の回転数を意味し、回転速度と同義である。工具32は、主軸42に連動するため、主軸42の回転数は、工具32の回転数と等しい。そのため、主軸42の回転数は、工具32の回転数と同義である。
k = 60 · f c / (n 0 · N) (2)
In equation (2), “k” represents the wavenumber of the processing surface generated by the vibration of the
図4は、「k」が整数となる場合におけるワークWの加工態様を示す図である。図4には、主軸42の軸方向から見た場合における工具32およびワークWの態様が示されている。
FIG. 4 is a view showing a processing mode of the workpiece W when “k” is an integer. FIG. 4 shows an aspect of the
図4(A)には、「k」が1である場合におけるワークWの加工態様が示されている。図4(A)に示されるように、「k」が1である場合、工具32の刃32AがワークWに接触してから工具32の刃32BがワークWに接触するまでの間に工具32の振動によって生じる加工面の波数は1となる。
FIG. 4A shows the processing mode of the workpiece W when “k” is 1. As shown in FIG. 4A, when “k” is 1, the
図4(B)には、「k」が2である場合におけるワークWの加工態様が示されている。図4(B)の加工態様における工具32の回転数は、図4(A)の加工態様における工具32の回転数の1/2に相当する。図4(B)に示されるように、「k」が2である場合、ワークWの加工面における波数は2となる。
FIG. 4B shows the processing mode of the workpiece W in the case where “k” is two. The rotation speed of the
図4(C)には、「k」が3である場合におけるワークWの加工態様が示されている。図4(C)の加工態様における工具32の回転数は、図4(A)の加工態様における工具32の回転数の1/3に相当する。図4(C)に示されるように、「k」が3である場合、ワークWの加工面における波数は3となる。
FIG. 4C shows the processing mode of the workpiece W when “k” is three. The rotation speed of the
図4(A)〜図4(C)に示される加工態様では、ずれ「φ」がいずれも0となるため、再生びびり振動が生じにくい。 In the processing modes shown in FIG. 4A to FIG. 4C, since all the displacements “φ” become 0, the reproduction chatter vibration hardly occurs.
図5は、主軸42の回転数とワークWの切り込み深さとの関係において再生びびり振動が生じる範囲と生じない範囲とを示す図である。図5に示されるグラフの横軸は、主軸42の回転数を表わす。図5に示されるグラフの縦軸は、ワークの切込み深さを表わす。ここでいう切込み深さとは、主軸42の軸方向における工具32とワークWとの接触部分の長さのことをいう。
FIG. 5 is a view showing a range in which the regenerative chatter vibration occurs and a range in which the chatter vibration does not occur in the relationship between the rotational speed of the
ワークの切込み深さが境界線50よりも小さい範囲は、再生びびり振動が生じにくい加工条件を表わす。以下では、当該範囲を安定範囲Aともいう。
The range in which the cutting depth of the workpiece is smaller than the
ワークの切込み深さが境界線50よりも大きい範囲は、再生びびり振動が生じやすい加工条件である。以下では、当該範囲を不安定範囲Bともいう。
A range in which the cutting depth of the workpiece is larger than the
[C.主軸42の回転数の調整処理]
引き続き図5を参照して、工作機械100による主軸42の回転数の調整処理について説明する。
[C. Adjustment processing of rotation speed of main shaft 42]
Continuing to refer to FIG. 5, the process of adjusting the rotational speed of the
本実施の形態に従う工作機械100は、主軸42の回転数を逐次的に調整し、主軸42の回転数が安定範囲Aに収まった時点で主軸42の回転数の調整処理を終了する。より具体的には、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えるまでは、工作機械100は、主軸42の回転数を所定量ずつ減少する。主軸42の回転数が安定範囲Aを超えると、工作機械100は、主軸42の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。これにより、主軸42の回転数が安定範囲Aに収まり、工作機械100は、再生びびり振動を抑制することができる。
The
図5においては、ステップS1〜S4の調整処理が順次実行することで主軸42の回転数を安定範囲AのローブA2に収めている様子が示されている。以下では、主軸42の回転数を安定範囲AのローブA2に収める処理例について説明する。
FIG. 5 shows that the rotational speed of the
工作機械100は、ワークの加工を開始すると主軸42の回転数を初期値である「r0」に設定する。その後、工作機械100は、加速度センサ110(図1参照)の出力信号から主軸42の振動周波数を算出し、当該振動周波数に基づいて、工具32に再生びびり振動が生じているか否かを判断する。再生びびり振動の検知方法の詳細については後述する。
When machining of a workpiece is started, the
回転数「r0」において再生びびり振動が生じている場合、工作機械100は、所定の算出式に従って主軸42の回転数を算出する。一例として、工作機械100は、下記式(3)のTobiasの式に基づいて、新たな主軸42の回転数を算出する。
When the regenerative chatter vibration occurs at the rotational speed “r0”, the
n=60・fC/{[k]・N}・・・(3)
上記式(3)に示される「n」は、次に設定する主軸42の回転数を表わす。「fC」は、主軸42の振動周波数を表わす。「[k]」は、上記式(2)で算出される「k」の整数部分に1を加えた整数を表わす。「N」は、主軸42に装着されている工具の刃数を表わす。
n = 60 · f C / {[k] · N} (3)
“N” shown in the above equation (3) represents the number of revolutions of the
工作機械100は、加速度センサ110からの出力信号から算出された主軸42の振動周波数を上記式(3)に代入する。その結果、「n=r1」が算出されたとする。これを受けて、ステップS1において、工作機械100は、主軸42の回転数を回転数「r0」(第1回転数)から回転数「r1」(第2回転数)に調整する。その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械100は、ステップS1での調整処理により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸42の回転数を増加するか減少するかを変える。なお、境界線50は未知であるので、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かについて何らかの方法で判断する必要がある。この判断方法の詳細については後述する。
The
工作機械100は、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたていないと判断した場合、主軸42の回転数を所定値減少させる。一方で、工作機械100は、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたと判断した場合、主軸42の回転数を所定値増加させる。
When the
図5の例では、ステップS1の調整処理では主軸42の回転数が安定範囲Aを超えていないので、ステップS2において、工作機械100は、主軸42の回転数を所定値減少させる。一例として、工作機械100は、ステップS1での調整量と同じ分だけ回転数を減少させる。その結果、主軸42の回転数は、回転数「r1」から回転数「r2」に調整される。
In the example of FIG. 5, since the number of rotations of the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械100は、ステップS2での調整処理により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸42の回転数を増加するか減少するかを変える。図5の例では、ステップS2の調整処理では主軸42の回転数が安定範囲Aを超えていないので、ステップS3において、工作機械100は、主軸42の回転数を前回の調整と同じ分だけ(すなわち、Δr1)減少させる。
Thereafter, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械100は、ステップS3での調整処理により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸42の回転数を増加するか減少するかを変える。図5の例では、ステップS3の調整処理で主軸42の回転数が安定範囲Aを超えているので、ステップS4において、工作機械100は、主軸42の回転数を所定値(たとえば、たとえば、Δr2)増加させる。
Thereafter, the
安定範囲Aを超えた後の調整量「Δr2」は、安定範囲Aを超える前の調整量「Δr1」よりも少ない。一例として、調整量「Δr2」は、調整量「Δr1」の4分の1である。このように、工作機械100は、主軸42の回転数が安定範囲を超えたことに基づいて、主軸42の回転数の増減を切り換え変えるとともに、主軸42の調整量を前回の調整量よりも小さくする。これにより、工作機械100は、主軸42の回転数を安定範囲Aに短時間でかつ確実に収めることができ、再生びびり振動を早期に抑制することができる。
The adjustment amount “Δr2” after exceeding the stable range A is smaller than the adjustment amount “Δr1” before exceeding the stable range A. As one example, the adjustment amount “Δr2” is a quarter of the adjustment amount “Δr1”. Thus, the
なお、上述では、主軸42の回転数を減少させる方に回転数の調整が行われることで、主軸42の回転数を安定範囲AのローブA2に収める例について説明を行ったが、主軸42の回転数は、増加させる方に調整されてもよい。回転数が減少させる方に調整されることで、工作機械100は、工具32の摩耗を防ぐことができる。一方で、ローブA1における安定範囲は、ローブA2における安定範囲よりも広いので、工作機械100は、主軸42の回転数を増加させる方に回転数の調整することで、主軸42の回転数を安定範囲Aにより確実に収めることができる。
In the above, an example was described in which the number of rotations of the
[D.主軸42の回転数の微調整処理]
上述のように、再生びびり振動が発生した場合には、工作機械100は、主軸42の回転数を、現在の設定値である第1回転数から、上記式(3)に従って算出された第2回転数に変更する。この調整により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えた場合、工作機械100は、主軸42の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、回転数の調整量を「Δr1」から「Δr2」に減少させる。その後、工作機械100は、調整前の第1回転数に向かって主軸42の回転数を所定値「Δr2」ずつ逐次的に調整する。このとき、主軸42の回転数が第1回転数に達しそうなことを示す所定条件(以下、「微調整条件」ともいう。)が満たされたことに基づいて、工作機械100は、主軸42の回転数の調整量を所定値「Δ2」よりも小さくする。すなわち、工作機械100は、微調整条件が満たされるまでは、主軸42の回転数を大まかに調整し、微調整条件が満たされたことに基づいて、回転数の調整量を前回よりも小さくする。
[D. Fine adjustment of the number of revolutions of the main spindle 42]
As described above, when the regenerative chatter vibration occurs, the
このような微調整処理が行われることで、工作機械100は、主軸42の回転数を安定範囲Aに確実に収めることができる。また、調整の初期段階において主軸42の回転数が大まかに調整されることで、調整処理に要する時間が短縮され、工作機械100は、再生びびり振動をより早期に抑制することができる。また、工作機械100は、主軸42の回転数が再生びびり振動が発生していた調整前の第1回転数に調整されることを防止できる。
By performing such fine adjustment processing, the
上記微調整条件には、様々な条件が採用され得る。以下では、微調整条件1,2に基づいた主軸回転数の調整処理について説明を行う。
Various conditions may be adopted as the above-mentioned fine adjustment condition. The adjustment processing of the spindle rotational speed based on the
(D1.微調整条件1に基づいた調整処理)
図6は、微調整条件1に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。
(D1. Adjustment process based on fine adjustment condition 1)
FIG. 6 is a diagram for explaining the fine adjustment process of the spindle rotational speed based on the
本具体例においては、工作機械100は、主軸回転数の増減を逆転させてからの所定値「Δr2」ずつの調整を何回行えば主軸回転数が調整前の第1回転数に達するかを算出し、当該算出した回数(以下、「調整可能回数」ともいう。)が所定の閾回数(所定回数)以下である場合に、主軸回転数が第1回転数に達しそうであると判断し、微調整条件1が満たされたと判断する。当該閾回数には、任意の回数が設定され得るが、以下では、当該閾回数に「1回」が設定されている前提で、微調整条件1に基づいた微調整処理について説明を行う。
In this specific example,
図6を参照して、主軸42の回転数「r5」において、再生びびり振動が発生しているとする。これにより、工作機械100は、現在の回転数「r5」(第1回転数)を記憶し、ステップS5における調整処理を実行する。工作機械100は、ステップS5における調整処理により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該回転数が安定範囲Aを超えたと判断した場合、主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図6の例では、ステップS5の調整処理で主軸回転数が安定範囲Aを超えているので、主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。また、工作機械100は、主軸42の調整量を「Δ1」から「Δr2」に減少させる。
Referring to FIG. 6, it is assumed that the regenerative chatter vibration occurs at the rotational speed "r5" of the
さらに、工作機械100は、主軸回転数「r6」からの調整可能回数を算出し、当該調整可能回数に基づいて、微調整条件が満たされたか否かを判断する。より具体的には、工作機械100は、回転数「r5」から現在の回転数「r6」を差分し、当該差分結果を調整量「Δr2」で除算した結果を調整可能回数として算出する。図6の例では、回転数「r6」からの調整可能回数として「3回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数である「1回」よりも大きいので、工作機械100は、微調整条件が満たされていないと判断する。その結果、工作機械100は、現在の調整量「Δr2」を維持し、主軸回転数を「Δr2」増加させる。これにより、ステップS6に示されるように、主軸回転数は、「r6」から「r7」に調整される。
Furthermore, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。工作機械100は、ステップS6における調整処理により主軸回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図6の例では、ステップS6での調整処理で主軸回転数が安定範囲Aを超えていないので、主軸回転数の増減を逆転させない。
Thereafter, the
さらに、工作機械100は、主軸回転数「r7」からの調整可能回数を算出する。図6の例では、主軸回転数「r7」からの調整可能回数として「2回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数である「1回」よりも大きいので、工作機械100は、微調整条件が満たされていないと判断する。その結果、工作機械100は、現在の調整量「Δr2」を維持し、主軸回転数を「Δr2」増加させる。これにより、ステップS7に示されるように、主軸回転数は、「r7」から「r8」に調整される。
Furthermore, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。工作機械100は、ステップS7における調整処理により主軸回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図6の例では、ステップS7の調整処理で主軸回転数が安定範囲Aを超えていないので、主軸回転数の増減を逆転させない。
Thereafter, the
さらに、工作機械100は、現在の回転数「r8」からの調整可能回数を算出する。図6の例では、主軸回転数「r8」からの調整可能回数として「1回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数の「1回」以下であるので、工作機械100は、微調整条件が満たされたと判断する。その結果、工作機械100は、主軸回転数の調整量を「Δr2」から「Δr3」に下げる。一例として、「Δr3」は、「Δr2」の1/2(=0.5)倍である。これにより、ステップS8に示されるように、主軸42の回転数は、「r8」から「r9」に調整される。
Furthermore, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が収まっていたとする。これにより、工作機械100は、主軸回転数の調整処理を終了する。
Thereafter, the
このように、工作機械100は、再生びびり振動が発生している場合において、主軸回転数が安定範囲Aを超えない間、所定の調整量「Δr2」ずつ主軸回転数を調整する。この調整過程で、残りの調整可能回数が所定の閾回数以下になったことに基づいて、工作機械100は、微調整条件が満たされたと判断し、主軸回転数の調整量を「Δr2」から「Δr3」に下げる。このような微調整処理が行われることで、工作機械100は、主軸回転数を安定範囲Aに確実かつ早期に収めることができる。
As described above, when the regenerative chatter vibration occurs, the
なお、工作機械100は、調整量「Δr2」ずつの調整過程において主軸回転数が安定範囲Aを再び超えた場合には、主軸回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、主軸回転数の調整量を「Δr2」から「Δr3」に減少させる。その後、再生びびり振動が継続して発生している場合には、工作機械100は、主軸回転数が安定範囲Aを超えない間、所定の調整量「Δr3」ずつ主軸回転数を調整する。この調整過程で、残りの調整可能回数が所定の閾回数以下になったことに基づいて、工作機械100は、微調整条件が満たされたと判断し、調整量を「Δr3」からさらに下げる。
In the
(D2.微調整条件2に基づいた微調整処理)
次に、図7を参照して、微調整処理の他の例について説明する。図7は、微調整条件2に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。
(D2. Fine adjustment processing based on the fine adjustment condition 2)
Next, another example of the fine adjustment process will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining the fine adjustment process of the spindle rotational speed based on the
上述のように、本実施の形態に従う工作機械100は、再生びびり振動が検知されている間、主軸42の回転数を所定値「Δr2」ずつ調整する。このとき、工作機械100は、主軸42の回転数の増減を逆転させてからの所定値「Δr2」での調整回数が所定回数(たとえば、3回)を超えたことに基づいて、微調整条件が満たされたと判断する。この判断結果に基づいて、工作機械100は、主軸42の回転数の調整量を所定値「Δr2」よりも小さくする。このような微調整処理が行われることで、工作機械100は、主軸42の回転数を安定範囲Aに確実かつ早期に収めることができる。
As described above,
より具体的には、図7を参照して、主軸42の回転数「r10」において、再生びびり振動が発生しているとする。これにより、工作機械100は、ステップS10における調整処理を実行する。工作機械100は、ステップS10における調整処理により主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸42の回転数を増加するか減少するかを変える。図7の例では、ステップS10の調整処理で主軸42の回転数が安定範囲Aを超えているので、主軸42の回転数の増減を逆転させる。その結果、ステップS11において、工作機械100は、主軸42の回転数を所定値(たとえば、たとえば、Δr2)増加させる。これにより、主軸42の回転数は、「r11」から「r12」に調整される。
More specifically, referring to FIG. 7, it is assumed that the regenerative chatter vibration occurs at the rotational speed "r10" of the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。これにより、ステップS12において、工作機械100は、主軸42の回転数を前回の調整量と同じ分だけ(すなわち、Δr2)増加させる。その結果、主軸42の回転数は、「r12」から「r13」に調整される。
Thereafter, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。これにより、ステップS13において、工作機械100は、主軸42の回転数を前回の調整量と同じ分だけ(すなわち、Δr2)増加させる。その結果、主軸42の回転数は、「r13」から「r14」に調整される。
Thereafter, the
その後、工作機械100は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。このとき、工作機械100は、調整量「Δr2」での調整が所定回数(たとえば、3回)を超えたと判断し、微調整条件が満たされたと判断する。この判断結果に基づいて、工作機械100は、主軸42の回転数の調整量を前回の調整量「r2」よりも下げる。図7の例では、ステップS14において、主軸42の回転数の調整量は、「Δr2」から「Δr3」に下げられている。その結果、主軸42の回転数は、「r14」から「r15」に調整される。
Thereafter, the
このように、工作機械100は、再生びびり振動が発生している場合において、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えない間は、前回と同じ分だけ(すなわち、Δr2)主軸42の回転数を増加または減少させ続ける。その後、工作機械100は、「Δr2」での調整回数が所定回数(たとえば、3回)を超えたことに基づいて、当該調整量を「Δr2」から「Δr3」に減少させる。このような微調整処理が行われることで、工作機械100は、主軸42の回転数を安定範囲Aに確実かつ早期に収めることができる。
Thus, in the
[E.工作機械100の機能構成]
図8〜図11を参照して、工作機械100の機能について説明する。図8は、工作機械100の機能構成の一例を示す図である。
[E. Functional configuration of machine tool 100]
The functions of the
工作機械100は、制御装置101を含む。制御装置101は、たとえば、NC(Numerical Control)プログラムを実行可能なNC制御装置である。NC制御装置は、少なくとも1つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも1つのCPU(Central Processing Unit)、少なくとも1つのASIC(Application Specific Integrated Circuit)、少なくとも1つのFPGA(Field Programmable Gate Array)、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。
The
図8に示されるように、制御装置101は、工作機械100に生じているびびり振動を検知するための振動検知部150と、主軸42の回転数を調整するための調整部160とを含む。以下では、振動検知部150および調整部160の機能について順に説明する。
As shown in FIG. 8, the
(E1.振動検知部150)
振動検知部150は、FFT部152と、再生びびり振動検知部154とを含む。
(E1. Vibration detection unit 150)
FFT部152は、ワークの加工中において、加速度センサ110(図1参照)からの出力信号を所定のサンプリングレートでサンプリングし、所定時間のサンプリング結果をフーリエ変換する。FFT部152による周波数分解の結果は、再生びびり振動検知部154に出力される。
The FFT unit 152 samples an output signal from the acceleration sensor 110 (see FIG. 1) at a predetermined sampling rate while processing a workpiece, and Fourier-transforms a sampling result for a predetermined time. The result of the frequency decomposition by the FFT unit 152 is output to the regenerative chatter
図9は、FFT部152による周波数分解の結果の一例を示す図である。図9には、FFT部152による周波数分解の結果の一例としてスペクトル70が示されている。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the result of frequency decomposition by the FFT unit 152. As shown in FIG. A
再生びびり振動検知部154は、スペクトル70における信号成分の内、信号強度が最大となる信号成分の周波数を振動周波数として抽出する。その後、再生びびり振動検知部154は、当該振動周波数が所定閾値thを超えている場合に、再生びびり振動を検知する。再生びびり振動検知部154は、再生びびり振動を検知した場合には、そのことを調整部160に出力する。
Among the signal components in the
なお、詳細については「第2の実施の形態」で説明するが、所定の周波数帯域における振動周波数は、強制びびり振動に起因して発生している可能性がある。そのため、再生びびり振動検知部154は、当該所定の周波数帯域を除外した上で、再生びびり振動を検知してもよい。
Although the details will be described in the “second embodiment”, the vibration frequency in the predetermined frequency band may be generated due to forced chatter vibration. Therefore, the regenerative chatter
(E2.調整部160)
再び図8を参照して、調整部は160は、第1調整部162と、第2調整部164と、過度調整判断部166とを含む。
(E2. Adjustment unit 160)
Referring back to FIG. 8, the
第1調整部162は、主軸42の回転数の1回目の調整を行う。より具体的には、第1調整部162は、再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って主軸42の回転数を算出する。当該算出式には、たとえば、上記式(3)のTobiasの式が採用される。第1調整部162は、上記式(3)に従って算出された回転数を目標回転数として後述のサーボドライバ106(図14参照)に出力する。サーボドライバ106は、当該目標回転数で主軸42が回転するように、主軸42を駆動するサーボモータ107(図14参照)を制御する。
The
第2調整部164は、主軸42の回転数の2回目以降の調整を行う。より具体的には、第2調整部164は、第1調整部162による回転数の調整後において再生びびり振動が継続して発生している場合に、主軸42の回転数を再調整する。このとき、前回の調整で過度調整が行われたか否かに応じて、第2調整部164は、主軸42の回転数を増加するか減少するかを変える。より具体的には、前回の調整で過度調整が行われた場合には、第2調整部164は、主軸42の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。一方で、前回の調整で過度調整が行われていない場合には、第2調整部164は、前回の調整と同じように主軸42の回転数を調整する。
The
第2調整部164は、決定した回転数を目標回転数として後述のサーボドライバ106(図14参照)に出力する。サーボドライバ106は、決定した目標回転数で主軸42が回転するように、主軸42を駆動する後述のサーボモータ107(図14参照)を制御する。
The
第2調整部164は、再生びびり振動検知部154によって再生びびり振動が検知されている間、主軸42の回転数の調整処理を逐次的に実行し、工具32または主軸42に生じている再生びびり振動が検知されなくなった時点で回転数の調整処理を終了する。
While the regenerative chatter
好ましくは、第2調整部164は、主軸42の回転数の調整を所定回数(たとえば、10回)実行した後に再生びびり振動が未だに発生している場合には、主軸42の回転数を減少させる方向に安定範囲Aのローブが存在しないものと判断し、主軸42の回転数を増加させる方向に安定範囲Aのローブを探す。そのため、この場合には、第2調整部164は、主軸42の回転数を初期値よりも上げる。これにより、第2調整部164は、初期値よりも大きい方向において安定範囲Aのローブを探すことができる。
Preferably, the
他の局面において、第2調整部164は、主軸42の回転数の調整を所定回数(たとえば、10回)実行した後に再生びびり振動が未だに発生している場合、主軸42の切込み深さを現在よりも浅くする。図5の例では、第2調整部164は、主軸42の切込み深さを初期値である「h」よりも下げる。これにより、主軸42の回転数が安定範囲に収まる可能性が上がる。
In another aspect, the
なお、第2調整部164は、主軸42の回転量の調整量が所定閾値以下になった時点で、主軸42の回転数を減少させる方向に安定範囲Aのローブが存在しないものと判断してもよい。このように判断した場合、第2調整部164は、主軸42の回転数を増加させる方向に安定範囲Aのローブを探してもよいし、主軸42の切込み深さを初期値である「h」よりも下げてもよい。
When the adjustment amount of the rotation amount of the
過度調整判断部166は、第1調整部162または第2調整部164により回転数の過度調整が行われたか否かを判断する。より具体的には、過度調整判断部166は、前回の調整により主軸42の回転数が上述の安定範囲A(図5参照)を超えた場合に、過度調整が行われたと判断する。主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かは、種々の方法で判断される。以下では、図10および図11を参照して、過度調整の判断方法について説明する。
The excessive
図10は、過度調整判断部166による過度調整の判断方法の一例を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the determination method of the excessive adjustment by the excessive
図10の上のグラフは、主軸42の回転数とワークの切り込み深さとの関係において再生びびり振動が生じる範囲と生じない範囲とを示す。図10の下のグラフは、主軸42の回転数と主軸42の振動周波数との関係を示す。
The upper graph of FIG. 10 shows the range in which the regenerative chatter vibration occurs and the range in which the chatter vibration does not occur in the relationship between the rotational speed of the
図10に示されるように、主軸42の振動周波数は、安定範囲AのローブA1〜A3の頂点の前後で大きく変化する。この点に着目して、過度調整判断部166は、主軸42の回転数の調整前後における主軸42の振動周波数の比較結果に基づいて、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断する。
As shown in FIG. 10, the vibration frequency of the
図10の例では、主軸42の回転数が「r2」から「r3」に調整されることにより、主軸42の振動周波数が「Δf1」変化している。過度調整判断部166は、主軸42の振動周波数の変化量「Δf1」が所定閾値以上である場合に、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたと判断し、過度調整が行われたと判断する。一方で、過度調整判断部166は、主軸42の振動周波数の変化量「Δf1」が所定閾値よりも小さい場合に、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えていないと判断し、過度調整が行われていないと判断する。図10の例では、変化量「Δf1」が閾値thよりも大きいので、過度調整判断部166は、過度調整が行われたと判断する。
In the example of FIG. 10, the vibration frequency of the
図11は、過度調整判断部166による過度調整の判断方法の他の例を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining another example of the determination method of the excessive adjustment by the excessive
図11に示されるように、上記式(2)の「k」の整数部分(すなわち、[k])は、安定範囲AのローブA1〜A3の頂点の前後で変化する。以下では、「k」の整数部分を次数ともいう。過度調整判断部166は、主軸42の回転数の調整前後において次数が変化したか否かに基づいて、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたか否かを判断する。
As shown in FIG. 11, the integer part (that is, [k]) of “k” of the above equation (2) changes before and after the apex of the lobes A1 to A3 of the stable range A. Below, the integer part of "k" is also called order. The excessive
図11の例では、主軸42の回転数が「r2」から「r3」に調整されることにより、次数が「m」から「m+1」に変化している(m:整数)。この場合、過度調整判断部166は、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えたと判断し、過度調整が行われたと判断する。一方で、主軸42の回転数の調整前後において次数が変化していない場合には、過度調整判断部166は、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えていないと判断し、過度調整が行われていないと判断する。
In the example of FIG. 11, the order is changed from “m” to “m + 1” (m: integer) by adjusting the rotation speed of the
[F.工作機械100の制御構造]
図12および図13を参照して、工作機械100の制御構造について説明する。図12は、上述の微調整条件1に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。図13は、上述の微調整条件2に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。図12および図13の処理は、工作機械100の制御装置101がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
[F. Control structure of machine tool 100]
The control structure of the
(F1.微調整条件1に基づいた調整処理)
まず、図12を参照して、微調整条件1に基づいた調整処理の制御フローについて説明する。
(F1. Adjustment process based on fine adjustment condition 1)
First, with reference to FIG. 12, a control flow of adjustment processing based on the
ステップS110において、制御装置101は、上述の調整部160(図8参照)として、加速度センサ110(図1参照)の出力値に基づいて、再生びびり振動が生じているか否かを判断する。再生びびり振動の検知方法については図9で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。制御装置101は、再生びびり振動が生じていると判断した場合(ステップS110においてYES)、制御をステップS120に切り替える。そうでない場合には(ステップS110においてNO)、制御装置101は、図12に示される調整処理を終了する。
In step S110, the
ステップS120において、制御装置101は、図12に示される調整処理が開始されてからの1回目の調整であるか否かを判断する。制御装置101は、1回目の調整であると判断した場合(ステップS120においてYES)、制御をステップS122に切り替える。そうでない場合には(ステップS120においてNO)、制御装置101は、制御をステップS130に切り替える。
In step S120, the
ステップS122において、制御装置101は、上述の第1調整部162(図8参照)として、所定の算出式に従って主軸42の回転数「n’」を算出する。当該算出式には、たとえば、上記式(3)のTobiasの式が採用される。
In step S122, the
上記式(3)に示される「[k]」は、上記式(2)に基づいて算出されてもよいが、下記式(4)に基づいて算出されてもよい。 Although "[k]" shown by the said Formula (3) may be calculated based on the said Formula (2), it may be calculated based on a following formula (4).
[k]=[60・fc/(n0・N)]+dir・・・(4)
式(4)に示される「k」は、工具32の第1の刃がワークに接触してから第2の刃がワークに接触するまでの間に工具の振動によって生じる加工面の波数を表わす。「fc」は、主軸42の振動周波数を表わす。「N」は、切削工具の刃数を表わす。「n0」は、主軸42の回転数を表わす。「[60・fc/(n0・N)]」は、「60・fc/(n0・N)」の整数部分を表わす。「dir」は、0または1の値である。主軸42の回転数を上げる場合、「dir」は0に設定される。主軸42の回転数を下げる場合、「dir」は1に設定される。
[K] = [60 · f c / (n 0 · N)] + dir (4)
“K” shown in the equation (4) represents the wave number of the processing surface generated by the vibration of the tool from the time the first blade of the
ステップS124において、制御装置101は、主軸42の回転数の調整量「Δn」を算出する。調整量「Δn」は、ステップS122で算出された回転数「n’」から現在の回転数「n」を減算することにより算出される。
In step S124, the
ステップS126において、制御装置101は、上述の調整部160(図8参照)として、主軸42の回転数を現在の設定値である回転数「n」から回転数「n’」に変更する。
In step S126, the
ステップS130において、制御装置101は、上述の過度調整判断部166(図8参照)として、主軸42の回転数が前回の調整により安定範囲A(図5参照)を超えたか否かを判断する。当該判断方法については図10および図11で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。制御装置101は、主軸42の回転数が前回の調整により安定範囲Aを超えたと判断した場合(ステップS130においてYES)、制御をステップS132に切り替える。そうでない場合には(ステップS130においてNO)、制御装置101は、制御をステップS136に切り替える。
In step S130, the
ステップS132において、制御装置101は、上述の第2調整部164(図8参照)として、下記式(5)に基づいて主軸42の回転数「n’」を算出する。
In step S132, the
n’=n−Δn・a・・・(5)
式(5)に示される「n’」は、調整後の回転数を表わす。「n」は、現在の回転数を表わす。「Δn」は、前回の回転数の調整量を表わす。「a」は、0より大きく、1より小さい係数である。係数「a」は、ステップS132の処理が実行される度に小さく設定される。一例として、1回目においては、係数「a」は、1/4に設定される。
n ′ = n−Δn · a (5)
"N '" shown by Formula (5) represents the rotation speed after adjustment. "N" represents the current number of revolutions. “Δn” represents the previous adjustment amount of rotational speed. "A" is a factor greater than zero and less than one. The coefficient "a" is set to a smaller value each time the process of step S132 is performed. As an example, at the first time, the coefficient “a” is set to 1⁄4.
ステップS134において、制御装置101は、主軸42の回転数の調整量「Δn」を算出する。調整量「Δn」は、ステップS132で算出された回転数「n’」から現在の回転数「n」を減算することにより算出される。
In step S134, the
ステップS135において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、現在の主軸42の回転数「n」を後述の記憶装置120(図14参照)に記憶する。
In step S135, the
ステップS136において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸回転数の増減を逆転させてからの逐次調整を何回行えば主軸回転数がステップS135で記憶した回転数に達するかを算出する。一例として、制御装置101は、ステップS135で記憶した回転数から現在の回転数を差分し、当該差分結果を現在の調整量で除算した結果を調整可能回数として算出する。なお、調整可能回数が前回に算出されている場合には、制御装置101は、前回の調整可能回数から1を引いた結果を新たな調整可能回数として算出してもよい。
In step S136, if the
ステップS137において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、上述の微調整条件1が満たされたか否かを判断する。本例においては、制御装置101は、ステップS136で算出した調整可能回数が所定の閾回数(たとえば、1回)以下である場合に、微調整条件1が満たされたと判断する。制御装置101は、ステップS136で算出した調整可能回数が所定の閾回数以下であると判断した場合(ステップS137においてYES)、制御をステップS138に切り替える。そうでない場合には(ステップS137においてNO)、制御装置101は、制御をステップS140に切り替える。
In step S137, the
ステップS138において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸42の回転数の調整量「Δn」を前回の調整量「Δn」よりも小さくする。このとき、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸42の回転数の調整回数「c」を初期化する。調整回数「c」は、たとえば、「1」に初期化される。一例として、制御装置101は、下記式(6)に基づいて、調整量「Δn」を小さくする。
In step S138, the
Δn=Δn・b・・・(6)
式(6)に示される左辺の「Δn」は、今回の回転数の調整量を表わす。式(6)に示される右辺の「Δn」は、前回の回転数の調整量を表わす。「b」は、0より大きく、1より小さい係数である。一例として、係数「b」は、1/2(=0.5)である。
Δn = Δn · b (6)
“Δn” on the left side shown in the equation (6) represents the adjustment amount of the present rotation speed. The right side “Δn” shown in the equation (6) represents the previous adjustment amount of the rotational speed. "B" is a factor greater than zero and less than one. As an example, the coefficient "b" is 1/2 (= 0.5).
ステップS140において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、下記式(7)に基づいて主軸42の回転数「n’」を算出する。
In step S140, the
n’=n+Δn・・・(7)
式(7)に示される「n’」は、調整後の回転数を表わす。「n」は、現在の回転数を表わす。「Δn」は、前回の回転数の調整量を表わす。
n '= n + Δn (7)
"N '" shown by Formula (7) represents the number of rotations after adjustment. "N" represents the current number of revolutions. “Δn” represents the previous adjustment amount of rotational speed.
ステップS142において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸42の回転数の調整回数「c」をインクリメントする。
In step S142, the
(F2.微調整条件2に基づいた調整処理)
次に、図13を参照して、上述の微調整条件2に基づいた調整処理の制御フローについて説明する。なお、図13では、ステップS135A,137Aの処理が図12とは異なり、ステップS142の処理が図12から追加されており、ステップS136の処理が図12から削除されている。図13に示される他の処理については図12と同じであるので、以下では、ステップS135A,S137A,S142以外の処理の説明については繰り返さない。
(F2. Adjustment process based on fine adjustment condition 2)
Next, with reference to FIG. 13, a control flow of adjustment processing based on the above-described
ステップS135Aにおいて、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸42の回転数の調整回数「c」を初期化する。調整回数「c」は、主軸42の回転数の調整回数をカウントするための変数である。調整回数「c」は、たとえば、「1」に初期化される。
In step S135A, the
ステップS137Aにおいて、制御装置101は、上述の第2調整部164として、上述の微調整条件2が満たされたか否かを判断する。本例においては、制御装置101は、主軸回転数の調整回数「c」が所定回数(たとえば、3回)を超えた場合に、微調整条件2が満たされたと判断する。制御装置101は、主軸回転数の調整回数「c」が所定回数を超えたと判断した場合(ステップS137AにおいてYES)、制御をステップS138に切り替える。そうでない場合には(ステップS137AにおいてNO)、制御装置101は、制御をステップS140に切り替える。
In step S137A, the
ステップS142において、制御装置101は、上述の第2調整部164として、主軸42の回転数の調整回数「c」をインクリメントする。
In step S142, the
[G.工作機械100のハードウェア構成]
図14を参照して、工作機械100のハードウェア構成の一例について説明する。図14は、工作機械100の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
[G. Hardware configuration of machine tool 100]
An example of the hardware configuration of the
工作機械100は、主軸42と、制御装置101と、ROM102と、RAM103と、通信インターフェイス104と、表示インターフェイス105と、サーボドライバ106と、サーボモータ107と、入力インターフェイス109と、加速度センサ110と、記憶装置120とを含む。
The
制御装置101は、工作機械100の加工プログラム122(NCプログラム)などの各種プログラムを実行することで工作機械100の動作を制御する。制御装置101は、加工プログラム122の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置120からROM102に加工プログラム122を読み出す。RAM103は、ワーキングメモリとして機能し、加工プログラム122の実行に必要な各種データを一時的に格納する。
The
通信インターフェイス104には、LANやアンテナなどが接続される。工作機械100は、通信インターフェイス104を介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、サーバーや、その他の通信端末などを含む。工作機械100は、当該通信端末から加工プログラム122をダウンロードできるように構成されてもよい。
A LAN, an antenna, and the like are connected to the
表示インターフェイス105は、ディスプレイ130と接続され、制御装置101などからの指令に従って、ディスプレイ130に対して、画像を表示するための画像信号を送出する。ディスプレイ130は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、またはその他の表示機器である。
The
サーボドライバ106は、制御装置101から目標回転数の入力を受け、主軸42が目標回転数で回転するようにサーボモータ107を制御する。より具体的には、サーボドライバ106は、サーボモータ107のエンコーダ(図示しない)の出力信号から主軸42の回転数を算出し、当該回転数が目標回転数よりも小さい場合にはサーボモータ107の回転数を上げ、当該回転数が目標回転数よりも大きい場合にはサーボモータ107の回転数を下げる。このように、サーボドライバ106は、主軸42の回転数のフィードバックを逐次的に受けながら主軸42の回転数を目標回転数に近付ける。
The
入力インターフェイス109は、入力デバイス131に接続され得る。入力デバイス131は、たとえば、マウス、キーボード、タッチパネル、またはユーザーの操作を受け付けることが可能なその他の装置である。
記憶装置120は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置120は、本実施の形態に従う加工プログラム122、加工プログラム122で参照される設定値124(たとえば、主軸42の回転数)などを格納する。加工プログラム122および設定値124の格納場所は、記憶装置120に限定されず、制御装置101の記憶領域(たとえば、キャッシュメモリなど)、ROM102、RAM103、外部機器(たとえば、サーバー)などに格納されていてもよい。
The
加工プログラム122は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う加工プログラム122の趣旨を逸脱するものではない。さらに、加工プログラム122によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも1つのサーバーが加工プログラム122の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で工作機械100が構成されてもよい。
The
[H.利点]
以上のようにして、本実施の形態に従う工作機械100は、主軸42の回転数が安定範囲Aを超えるまでは、主軸42の回転数を所定量ずつ減少する。主軸42の回転数が安定範囲Aを超えると、工作機械100は、主軸42の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。工作機械100は、主軸42の回転数が安定範囲Aに収まった時点で主軸42の回転数の調整処理を終了する。
[H. advantage]
As described above,
工作機械100は、このように主軸42の回転数を逐次的に調整することで、主軸42の回転数を安定範囲Aに短時間でかつ確実に収めることができ、再生びびり振動を短時間でかつ確実に抑制することができる。
The
<第2の実施の形態>
第1の実施の形態に従う工作機械100は、再生びびり振動を抑制するために主軸42の回転数を調整していた。これに対して、第2の実施の形態に従う工作機械100は、再生びびり振動と強制びびり振動との両方を抑制するために主軸42の回転数を調整する。
Second Embodiment
The
第2の実施の形態に従う工作機械100のハードウェア構成などその他の点については第1の実施の形態に従う工作機械100と同じであるので、以下では、それらの説明については繰り返さない。
Since the hardware configuration of
強制びびり振動の周波数は、工具32の刃数と主軸42の回転数とに基づいて算出され得る。より具体的には、強制びびり振動の周波数は、下記式(8)に基づいて算出され得る。
The frequency of forced chatter vibration can be calculated based on the number of blades of the
f=n0・N/60・・・(8)
上記式(8)に示される「n0」は、主軸42の回転数を表わす。「N」は、工具32の刃数を表わす。
f = n 0 · N / 60 (8)
“N 0 ” shown in the above equation (8) represents the number of rotations of the
主軸42の振動周波数が周波数「f」の整数倍に一致するとき、工作機械100は、強制びびり振動が発生していると判断する。一方で、びびり振動が発生している状況下で、主軸42の振動周波数が周波数「f」の整数倍に一致しないときには、工作機械100は、再生びびり振動が発生していると判断する。
When the vibration frequency of the
図9の例では、周波数「f」の整数倍に一致しない信号成分の信号強度が閾値thを超えているので、工作機械100は、再生びびり振動が発生していると判断する。一方で、周波数「f」の整数倍(たとえば、「m−1」倍、「m」倍、「m+1」倍)における信号成分の信号強度が所定閾値を超えている場合には、工作機械100は、強制びびり振動が発生していると判断する。
In the example of FIG. 9, since the signal strength of the signal component that does not coincide with the integral multiple of the frequency “f” exceeds the threshold th, the
強制びびり振動が発生しているということは、工具32の振動周波数が工具32の固有振動数に合致しているということを意味する。主軸42の回転数が変わると、工具32の振動周波数が変わり、工具32の振動周波数が工具32の固有振動数に一致しなくなる。この点に着目して、強制びびり振動が発生している場合には、工作機械100は、主軸42の回転数を逐次的に増加または減少さる。その際、上述の安定範囲A(図5参照)の範囲内で主軸42の回転数を調整する必要がある。工作機械100は、安定範囲Aの範囲内で主軸42の回転数を調整することで、強制びびり振動および再生びびり振動の両方を抑えることができる。
The occurrence of forced chatter vibration means that the vibration frequency of the
以下では、図15を参照して、強制びびり振動の抑制処理について説明する。図15は、強制びびり振動の抑制処理を説明するための図である。図15には、図5に示されるローブA2の拡大図が示されている。 In the following, the process of suppressing forced chatter vibration will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram for explaining a process of suppressing forced chatter vibration. An enlarged view of the lobe A2 shown in FIG. 5 is shown in FIG.
ステップS20において、工作機械100は、再生びびり振動を抑制するために、主軸42の回転数を「r20」から「r21」に調整したとする。これにより、主軸42の回転数は、安定範囲Aに収まり、再生びびり振動が抑制される。
In step S20, it is assumed that the
しかしながら、上述したように、主軸42の振動周波数が上記式(8)に示される周波数「f」の整数倍に一致するときには、強制びびり振動が発生しやすい。そのような強制びびり振動が発生しやすい領域が図15では、不安定範囲Dとして示されている。図15の例では、ステップS20での調整処理により、主軸42の回転数は、不安定範囲Dに属している。
However, as described above, when the vibration frequency of the
ステップS20において、工作機械100は、再生びびり振動を抑制するための回転数の調整量「Δr3」よりも小さい調整量「Δr4」で主軸42の回転数を再調整する。このとき、工作機械100は、主軸42の回転数を「Δr4」増加してもよいし、主軸42の回転数を「Δr4」減少してもよい。図15の例では、工作機械100は、主軸42の回転数を「Δr4」減少している。調整量「Δr4」が調整量「Δr3」よりも小さく設定されることで、工作機械100は、安定範囲Aの範囲内で主軸42の回転数を微調整することができ、強制びびり振動および再生びびり振動の両方を抑えることができる。
In step S20, the
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
12 ベッド、14,16 柱部材、18 サドル、21 コラム、22,22s,22t 側部、23 頂部、26 テーブル、27 パレット、29,29s,29t 回転機構部、30 マガジン、31 マガジン本体部、32 工具、32A,32B 刃、33 台部材、34 工具保持部、35 スプロケット、36 自動工具交換装置、37 ダブルアーム、41 主軸頭、42 主軸、43 ハウジング、50 境界線、70 スペクトル、100 工作機械、101 制御装置、102 ROM、103 RAM、104 通信インターフェイス、105 表示インターフェイス、106 サーボドライバ、107 サーボモータ、109 入力インターフェイス、110 加速度センサ、120 記憶装置、122 加工プログラム、124 設定値、130 ディスプレイ、131 入力デバイス、150 振動検知部、152 FFT部、154 再生びびり振動検知部、160 調整部、162 第1調整部、164 第2調整部、166 過度調整判断部。
12 bed, 14, 16 pillar member, 18 saddle, 21 column, 22, 22s, 22t side, 23 top, 26 table, 27 pallet, 29, 29s, 29t rotating mechanism part, 30 magazine, 31 magazine body part, 32 Tool, 32A, 32B blade, 33 base member, 34 tool holder, 35 sprocket, 36 automatic tool changer, 37 double arm, 41 spindle head, 42 spindle, 43 housing, 50 boundaries, 70 spectra, 100 machine tools, DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサと、
前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するための振動検知部と、
前記主軸の回転数を調整するための調整部とを備え、
前記調整部は、
前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整し、
前記第2回転数への調整後において前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合、前記第1回転数から前記第2回転数への調整により前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて前記回転数を増加するか減少するかを変え、
前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第2回転数から所定値ずつ調整し、前記主軸の回転数が前記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくする、工作機械。 A spindle for rotating the workpiece or tool,
A sensor for detecting the vibration frequency of the spindle or the tool;
A vibration detection unit for detecting a regenerative chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency;
An adjusting unit for adjusting the number of revolutions of the spindle;
The adjustment unit is
When the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detection unit, the number of rotations of the main spindle is adjusted from the first number of rotations which is the current setting value to the second number of rotations according to a predetermined calculation formula,
When the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detection unit after the adjustment to the second rotational speed, the rotational speed of the main spindle is adjusted to the regenerative chatter vibration by adjusting the first rotational speed to the second rotational speed. It is judged whether or not it has exceeded the stable range in which no rotation occurs, and the rotation speed is changed depending on the judgment result.
While the regenerative chatter vibration is detected by the vibration detection unit, the number of rotations of the main shaft is adjusted by a predetermined value from the second number of rotations, and the number of rotations of the main shaft is likely to reach the first number of rotations A machine tool, wherein the adjustment amount of the number of rotations of the spindle is made smaller than the predetermined value based on satisfaction of a predetermined condition indicating.
前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えていないと判断した場合、前記主軸の回転数を所定の第1値減少させ、
前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えたと判断した場合、前記主軸の回転数を所定の第2値増加させ、
前記第2値は、前記第1値よりも小さい、請求項1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。 The adjustment unit is
If it is determined that the number of revolutions of the spindle does not exceed the stable range, the number of revolutions of the spindle is decreased by a first predetermined value,
When it is determined that the number of revolutions of the spindle exceeds the stable range, the number of revolutions of the spindle is increased by a predetermined second value,
The machine tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the second value is smaller than the first value.
前記調整部は、前記主軸の回転数の調整前後において前記波数の整数部分が変化したか否かに基づいて、前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えたか否かを判断する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の工作機械。 In the machine tool, the wave number of the processing surface generated by the vibration of the spindle or the tool after the first blade of the tool contacts the work and the second blade of the tool contacts the work. Calculate
The adjustment unit determines whether or not the number of revolutions of the main shaft has exceeded the stable range based on whether or not the integer part of the wave number has changed before and after adjustment of the number of revolutions of the main spindle. The machine tool according to any one of ~ 4.
前記調整部は、前記主軸の回転数の調整により前記再生びびり振動が検知されなくなった場合において、前記強制びびり振動が検知されたときに、前記再生びびり振動を抑制するための前記調整量よりも小さい調整量で当該回転数を再調整する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の工作機械。 The vibration detection unit further detects forced chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency.
When the forced chatter vibration is detected when the regenerative chatter vibration is not detected due to the adjustment of the number of revolutions of the main shaft, the adjusting unit is more than the adjustment amount for suppressing the regenerative chatter vibration. The machine tool according to any one of claims 1 to 10, wherein the rotational speed is readjusted with a small adjustment amount.
前記工作機械は、
ワークまたは工具を回転するための主軸と、
前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備え、
前記加工方法は、
前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、
前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整するステップと、
前記第2回転数への調整後において前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合、前記第1回転数から前記第2回転数への調整により前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて前記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、
前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第2回転数から所定値ずつ調整し、前記主軸の回転数が前記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップとを備える、加工方法。 The machining method by a machine tool
The machine tool is
A spindle for rotating the workpiece or tool,
A sensor for detecting a vibration frequency of the spindle or the tool;
The processing method is
Detecting a regenerative chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency;
Adjusting the number of rotations of the main spindle from the first number of rotations, which is the current setting value, to the second number of rotations according to a predetermined calculation formula when the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step;
When the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step after the adjustment to the second rotational speed, the rotational speed of the main spindle is adjusted to the regenerative chatter vibration by adjusting the first rotational speed to the second rotational speed. Determining whether it has exceeded a stable range in which no rotation occurs, and changing whether to increase or decrease the number of revolutions according to the result of the determination;
While the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step, the number of rotations of the main shaft is adjusted by a predetermined value from the second number of rotations, and the number of rotations of the main shaft is likely to reach the first number of rotations And D. making the amount of adjustment of the number of rotations of the spindle smaller than the predetermined value based on the satisfaction of the predetermined condition indicating.
前記工作機械は、
ワークまたは工具を回転するための主軸と、
前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備え、
前記加工プログラムは、前記工作機械に、
前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、
前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第1回転数から第2回転数に調整するステップと、
前記第2回転数への調整後において前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合、前記第1回転数から前記第2回転数への調整により前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて前記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、
前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第2回転数から所定値ずつ調整し、前記主軸の回転数が前記第1回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップとを実行させる、加工プログラム。 Machining program by machine tool,
The machine tool is
A spindle for rotating the workpiece or tool,
A sensor for detecting a vibration frequency of the spindle or the tool;
The processing program is for the machine tool
Detecting a regenerative chatter vibration occurring in the spindle or the tool based on the vibration frequency;
Adjusting the number of rotations of the main spindle from the first number of rotations, which is the current setting value, to the second number of rotations according to a predetermined calculation formula when the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step;
When the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step after the adjustment to the second rotational speed, the rotational speed of the main spindle is adjusted to the regenerative chatter vibration by adjusting the first rotational speed to the second rotational speed. Determining whether it has exceeded a stable range in which no rotation occurs, and changing whether to increase or decrease the number of revolutions according to the result of the determination;
While the regenerative chatter vibration is detected in the detecting step, the number of rotations of the main shaft is adjusted by a predetermined value from the second number of rotations, and the number of rotations of the main shaft is likely to reach the first number of rotations And a step of executing the step of making the amount of adjustment of the number of rotations of the spindle smaller than the predetermined value based on the satisfaction of the predetermined condition indicating.
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