JP2021070089A - 工作機械における主軸回転速度のモニタ装置及びモニタ方法、工作機械 - Google Patents
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Abstract
Description
このびびり振動を抑制する技術として、特許文献1では、主軸の回転速度を所定の変動振幅と変動周期とで変動させて、切り取り厚さの変動による力の入力を不規則にする対策を提案している。
しかし、特許文献1に記載の方法は、変動振幅と変動周期との2つの値を設定する必要があるため、どちらの値を変えたらよいかオペレータには判断が難しいという課題があった。そこで、この課題に対して本件出願人は、特許文献2において、モニタ装置に主軸を駆動するモータの出力限界線などを表示することで、変動振幅と変動周期との設定を容易にする方法を提案している。
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第1回転速度と第2回転速度との差と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数1であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数2であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、上記構成において、前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、上記構成において、前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示手段と、をさらに備えることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、上記構成において、前記変動値設定手段が、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項11に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械であって、
請求項1乃至10のいずれかに記載の主軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項12に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第1回転速度と第2回転速度との差と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数1であることを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数2であることを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、上記構成において、前記設定可能範囲算出ステップによって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示ステップをさらに実行することを特徴とする。
請求項18に記載の発明は、上記構成において、前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示ステップと、をさらに実行することを特徴とする。
請求項19に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項20に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
請求項21に記載の発明は、上記構成において、前記変動値設定ステップが、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする。
特に、請求項6及び17に記載の発明によれば、上記効果に加えて、オペレータは、変動図上の現在の変動位置と正しく推定された出力限界線とに基づいて、主軸の回転速度を変動させるための設定値を容易に選択できる。
請求項7及び18に記載の発明によれば、上記効果に加えて、オペレータは、新たな変動位置の算出と案内表示とにより、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
請求項8及び19に記載の発明によれば、上記効果に加えて、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値の差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
請求項9及び20に記載の発明によれば、上記効果に加えて、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
請求項10及び21に記載の発明によれば、上記効果に加えて、モータの出力を一定に保ったまま1回の動作で変動振幅と変動周期との2つのパラメータを同時に設定できる。よって、オペレータは、モータの発熱量の変化に伴う熱変位量の変化を抑制した状態で、主軸の回転速度を変動させるための変動値を容易に設定することができる。
図1は、工作機械の一例であるNC旋盤1の概略構成図である。NC旋盤1において、主軸台2には、チャック4と爪5とを介してワークWを把握する主軸3が回転自在に軸支され、主軸台2の内部には、主軸3を回転駆動するモータ6と、主軸台2に固定されて主軸3の回転速度を検出するエンコーダ7とが内蔵されている。8は、モータ6とエンコーダ7とに接続される主軸制御部、9は、主軸制御部8に回転速度を指令するNC装置で、主軸制御部8は、エンコーダ7から検出される主軸3の回転速度を常時監視しながら、NC装置9から指令された回転速度で主軸3を回転させるよう、モータ6に供給する入力電力を調整している。
さらに、ここでは入力手段を備えるモニタ12から変動値設定部11に主軸3の回転速度とその変動振幅及び変動周期とを入力することにより、NC装置9及び主軸制御部8を介して、図2に示すように主軸3の回転速度を指定した変動振幅Q及び変動周期Rで変動させることができるようになっている。よって、NC装置9が回転速度変動手段、変動値設定部11が変動値設定手段となり、これに記憶部10及びモニタ12を加えてモニタ装置13を形成している。モニタ装置13は、本発明の作図手段、第1、第2の表示手段、設定可能範囲算出手段、出力限界線表示手段、変動位置算出手段として機能する。
まずS1で、変動値設定部11に変動振幅及び変動周期を入力すると(変動値設定ステップ)、S2では、図4に示す変動図を作成してモニタ12に表示する(作図ステップ)。ここでは回転速度を変動させるための変動振幅を縦軸にとり、変動周期を横軸にとった変動振幅−変動周期のグラフとして表示されている。
併せてこのグラフには、現在の変動振幅−変動周期の設定値(現在の変動位置)が第1点として黒丸のマーカーで表示されている(第1の表示ステップ)。オペレータは、当該グラフ上の任意の位置を直接ポイント、又は図示しないテンキー等によって変動振幅と変動周期との数値をそれぞれ入力することで、変動振幅と変動周期との各設定値を変更する。
そこで、S4で、変動値設定部11は、図4に示すように、現在の変動位置である第1点に加えて、変動振幅と変動周期との出力限界線Lの右側の範囲内で、第1点よりも変動周期が短く、且つ変動振幅が大きい新たな変動位置を算出し(変動位置算出ステップ)、得られた変動位置を第2点としてグラフ上に白丸のマーカーで表示すると共に、案内表示として、第1点から第2点へ向かう矢印Aも表示するようにしている(第2の表示ステップ)。また、ここではグラフの右側に第2点の数値を推奨値として表示している。
従って、オペレータは、グラフに表示される矢印A及び第2点を参考にびびり振動を抑制できる可能性が高い新たな変動位置を容易に設定することができる。
すなわち、タイミングが異なる2つの回転速度の差とモータ6の定格出力の使用割合とを用いて変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出するので、モータ6の出力限界を超えてしまい、設定した値で変動させることができなかったり、必要以上にモータ6の出力を制限したりすることがなくなる。よって、オペレータは、変動振幅と変動周期との2つの設定値があっても、より高精度に推定されたモータ出力限界に基づいて回転速度を変動させるための設定値が容易に選択でき、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
また、出力限界線L以下の範囲内で、現在の変動位置よりも変動振幅が大きく、及び変動周期が短くなる新たな変動位置(第2点)を算出し、新たな変動位置を、現在の変動位置からの変更を案内する矢印Aと共にグラフに表示するので、オペレータは、グラフに表示される矢印A及び第2点を参考にびびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
また、上記形態では、変動振幅と変動周期とを共に変更した第2点を算出して案内しているが、変動振幅を一定として変動周期のみを短く変更する案内を行なうこともできる。例えば図6に示すように、第1点と同一の変動振幅で変動周期の出力限界線L上の点を第3点とし、第1点から第3点へ導く案内の矢印Aを表示すると共に、第3点の数値を推奨値として表示するものである。ここで、第3点の変動周期は、数3又は数6を変形して、第1点の変動振幅を代入して求めることができる。
このように、新たな変動位置を、現在の変動位置と変動振幅が同一となる出力限界線L上の位置とすれば、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値との差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
このように、新たな変動位置を、出力限界線L上で変動振幅が最大となる位置とすれば、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
このように、モータ6の出力を一定に保ったまま変動位置を変更すれば、熱変位量の変化を抑制した状態で主軸3の回転速度を変動させるための変動値を容易に変更することができる。
また、変動位置の表示は丸に限らず、他の形状のマーカーを選択したり、現在の変動位置と新たな変動位置とでマーカーの形状を変えたりしても差し支えない。さらに、案内表示も矢印に限らず、例えば現在の変動位置のマーカーを点滅させながら新たな変動位置へ移動させる表示を繰り返したりする等、新たな変動位置への示唆が可能であれば適宜変更可能である。
さらに、本実施形態では、変動振幅と変動周期とを共に変更させる例と、変動周期のみを変更させる例とを説明しているが、変動振幅のみを変更させてもよい。
なお、出力限界線をモニタに表示せず、変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出して記憶し、オペレータが設定可能範囲を越えて変動振幅と変動周期とを入力した際に、文字や音声等で警告することも本発明には含まれる。
また、工具を装着してモータ駆動する工具主軸を備え、その工具主軸の回転速度をワーク主軸の回転速度とともに変動させる工作機械の場合も、ワーク主軸に係る出力限界線に加えて、上記の数3等によって、工具主軸を駆動する工具モータの最大出力から決まる変動振幅と変動周期との設定可能範囲(出力限界線)も同様に作図して併せて表示すればよい。この場合も、設定値を2つの出力限界線よりも右側の範囲となるように選択することで、ワーク主軸のモータ及び工具主軸のモータの回転速度をそれぞれ設定値通りに変動できる。
その他、モニタ装置を構成する記憶部、変動値設定部、モニタを、NC装置と別にして工作機械と有線又は無線で接続してもよい。この場合、複数の工作機械を1つのモニタ装置で集中管理して変動振幅と変動周期とが設定可能となる。
Claims (21)
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第1回転速度と第2回転速度との差と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、
を備えることを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。 - 前記計算式が、前記第1回転速度と前記第2回転速度との比率を含むことを特徴とする請求項1に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記第1回転速度及び前記第2回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。 - 前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項7に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項7に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記変動値設定手段が、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械であって、
請求項1乃至10のいずれかに記載の主軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする工作機械。 - 工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第1回転速度と第2回転速度との差と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。 - 前記計算式が、前記第1回転速度と前記第2回転速度との比率を含むことを特徴とする請求項12に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記第1回転速度及び前記第2回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする請求項12乃至15の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記設定可能範囲算出ステップによって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示ステップをさらに実行することを特徴とする請求項12乃至16の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示ステップと、
をさらに実行することを特徴とする請求項17に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。 - 前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項18に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項18に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記変動値設定ステップが、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする請求項12乃至20の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
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