JP2020093305A - 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の一例では、上記予め定められた条件は、上記第1振動強度が所定閾値を超えた場合に満たされる。
本開示の一例では、上記制御装置は、上記主軸の回転速度の変更前後で上記第1振動強度および上記第2振動強度が変化しないときには、当該第1振動強度および当該第2振動強度を上記工具の欠損の検知には用いない。
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。
図1および図2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の外観を示す図である。図2は、工作機械100の内部構造の一例を示す図である。
本実施の形態に従う工作機械100は、下記の「C.欠損検知機能」で説明するように、工具32の欠損を検知する。具体的な欠損検知方法を説明する前に、まず、工具32の欠損を検知するための原理について説明する。
式(1)に示される「fS」は、1秒当たりの主軸22の回転数を示す。「S」は、1分間当たりの主軸22の回転数を示す。式(1)に示されるように、60で割ることで「fS」の単位と「S」の単位とが揃えられる。
式(2)に示される「S」は、主軸回転速度を示す。「S」は、1分間当たりの主軸22の回転数に相当する。「Z」は、工具32の刃数を示す。式(2)に示されるように、60で割ることで「fS」の単位と「S」の単位とが揃えられる。
式(3)に示される「A」は、定数である。「fT」は、TFPを表わす。「t」は、時間を表わす。式(3)に示されるように、信号波形W1’の周波数は、切刃通過周波数「fT」と等しい。
式(4)に示される「A」,「B」は、定数である。「fS」は、SRFを表わす。「fT」は、TFPを表わす。「t」は、時間を表わす。
上記式(5)に示されるように、工具欠損時の近似波形W2’には、TPF「fT」の周波数成分だけでなく、TPFからSRFを差分した「fT−fS」の周波数成分と、TPFにSRFを加算した「fT+fS」の周波数成分とが含まれている。これに対して、正常時の近似波形W1’には、上記式(3)に示されるように、「fT−fS」の周波数成分と「fT+fS」の周波数成分とが含まれていない。このことから、「fT−fS」の周波数成分と「fT+fS」の周波数成分とが現れる場合には、工具32の欠損が生じている可能性が高い。このような発見自体が新規であり、発明者らの功績と言える。
次に、図7〜図10を参照して、工具32の欠損の検知機能について説明する。図7は、工作機械100の機能構成の一例を示す図である。
算出部154は、取得部90によってワークWの切削中に取得された上記物理量を所定のサンプリングレートでサンプリングし、当該サンプリング結果を高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)する。より具体的には、算出部154は、取得された時系列の物理量から、一定の時間範囲の物理量を切り出し、当該一定の時間範囲の物理量を高速フーリエ変換する。当該高速フーリエ変換は、ワークWの加工中に行われてもよいし、ワークWの加工が完了した後に行われてもよい。
次に、図9および図10を参照して、欠損検知部156の機能について説明する。
式(6)に示される「w1」は、第1の重みを示す。「w2」は、第2の重みを示す。重み「w1」,「w2」は、たとえば、正数である。重み「w1」,「w2」の大小関係は、任意である。重み「w1」は、重み「w2」と等しくてもよいし、重み「w2」よりも大きくてもよいし、重み「w2」よりも小さくてもよい。好ましくは、欠損検知の指標としては、振動強度「AM1」の信頼性の方が振動強度「AM2」の信頼性よりも高いため、重み「w1」は、重み「w2」よりも大きく設定される。これにより、欠損検知の精度がより高くなる。
次に、異常処理部160の機能について説明する。異常処理部160は、欠損検知部156によって工具32の欠損が検知された場合に、異常対応処理を実行する。
図11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11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。
図12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、工作機械100が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。
出願人は、TPFからSRFを差分した周波数「f1」に対応する振動強度AM1と、TPFにSRFを加算した周波数「f2」に対応する振動強度AM2とが、工具32の欠損時において大きくなることを確認するために、振動強度AM1,AM2の大きさを正常時と工具欠損時とで比較する実験を行った。以下では、図13〜図17を参照して、実験例1〜5について順に説明する。
図13は、実験例1に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸22の振動に相関する物理量として、主軸22の制御信号(以下、「主軸電流値」ともいう。)が用いられた。また、本実験例では、ワークWの切込み幅Aeが「5mm」に設定された。
図14は、実験例2に基づく実験結果を示す図である。上述の実験例1では、ワークWの切込み幅Aeが「5mm」であったのに対して、本実験例では、ワークWの切込み幅Aeは「12.5mm」である。実験例2のその他の実験条件は、上述の実験例1と同じである。
図15は、実験例3に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸22の振動に相関する物理量として、主軸電流値が用いられた。また、本実験例では、工具32として、グラインダが用いられた。
図16は、実験例4に基づく実験結果を示す図である。上述の実験例3では、グラインダの欠損箇所が刃の一部(刃先を除く)であったのに対して、本実験例は、グラインダの欠損箇所は刃先である。実験例4のその他の実験条件は、上述の実験例3と同じである。
図17は、実験例5に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸22の振動に相関する物理量として、上述の加速度センサ110の出力値(加速度)が用いられた。また、本実験例では、工具32として、グラインダが用いられた。
以上のようにして、工作機械100は、主軸22の振動に相関する時系列の物理量を取得し、当該時系列の物理量に基づいて、TPFからSRFを差分した周波数「f1」に対応する振動強度AM1と、TPFにSRFを加算した周波数「f2」に対応する振動強度AM2との少なくとも一方を算出する。そして、工作機械100は、振動強度AM1と、振動強度AM2と、振動強度AM1,AM2の合成値との少なくとも1つが予め定められた条件(すなわち、上述の欠損条件)を満たした場合に、工具32の欠損を検知する。
Claims (9)
- 工作機械であって、
ワークを切削するための複数の刃を有する工具と、
前記工具を回転するための主軸と、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するための取得部と、
前記工作機械を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するTPF(Tooth Passing Frequency)から前記主軸の回転速度に相関するSRF(Spindle Rotation Frequency)を減算した第1周波数に対応する前記主軸の第1振動強度と、前記TPFに前記SRFを加算した第2周波数に対応する前記主軸の第2振動強度との少なくとも一方を算出し、
前記第1振動強度と、前記第2振動強度と、前記第1振動強度および前記第2振動強度の合成値との内の少なくとも1つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知する、工作機械。 - 前記予め定められた条件は、前記第1振動強度が所定の第1閾値を超え、かつ、前記第2振動強度が所定の第2閾値を超えた場合に満たされる、請求項1に記載の工作機械。
- 前記第1閾値は、前記第2閾値よりも大きい、請求項2に記載の工作機械。
- 前記予め定められた条件は、前記第1振動強度が所定閾値を超えた場合に満たされる、請求項1に記載の工作機械。
- 前記制御装置は、前記第1振動強度に所定の第1の重みを乗算した値と、前記第2振動強度に所定の第2の重みを乗算した値とを加算した結果を前記合成値として算出し、
前記予め定められた条件は、前記合成値が所定閾値を超えた場合に満たされる、請求項2に記載の工作機械。 - 前記第1の重みは、前記第2の重みよりも大きい、請求項5に記載の工作機械。
- 前記制御装置は、前記主軸の回転速度の変更前後で前記第1振動強度および前記第2振動強度が変化しないときには、当該第1振動強度および当該第2振動強度を前記工具の欠損の検知には用いない、請求項1〜6のいずれか1項に記載の工作機械。
- 工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知方法であって、
前記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有し、
前記工作機械は、前記工具を回転するための主軸を備え、
前記欠損検知方法は、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するTPF(Tooth Passing Frequency)から前記主軸の回転速度に相関するSRF(Spindle Rotation Frequency)を減算した第1周波数に対応する前記主軸の第1振動強度と、前記TPFに前記SRFを加算した第2周波数に対応する前記主軸の第2振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、
前記第1振動強度と、前記第2振動強度と、前記第1振動強度および前記第2振動強度の合成値との内の少なくとも1つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知するステップとを備える、欠損検知方法。 - 工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知プログラムであって、
前記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有し、
前記工作機械は、前記工具を回転するための主軸を備え、
前記欠損検知プログラムは、前記工作機械に、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するTPF(Tooth Passing Frequency)から前記主軸の回転速度に相関するSRF(Spindle Rotation Frequency)を減算した第1周波数に対応する前記主軸の第1振動強度と、前記TPFに前記SRFを加算した第2周波数に対応する前記主軸の第2振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、
前記第1振動強度と、前記第2振動強度と、前記第1振動強度および前記第2振動強度の合成値との内の少なくとも1つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知するステップとを実行させる、欠損検知プログラム。
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