JP2021181136A - 工作機械に関する安定限界解析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
安定限界解析装置の対象である工作機械1は、工具Tと工作物Wとを相対的に移動させることにより、工具Tによって工作物Wの加工を行う装置である。さらに、対象の工作機械1は、工具Tと工作物Wとを相対的に移動させるための複数の構造体により構成される。対象の工作機械1は、例えば、マシニングセンタ、旋盤、フライス盤、歯車加工装置、研削盤等の切削または研削を行う工作機械である。
安定限界解析装置50の構成について、図2を参照して説明する。安定限界解析装置50は、上述した工作機械1において工具Tにより工作物Wを加工する際の安定限界を解析する。安定限界解析装置50は、図3に示すような安定限界線図を生成する。
剛体モデルM1の一例について図4を参照して説明する。剛体モデルM1は、工作機械1の複数の構造体を剛体要素として表現している。図4における剛体モデルM1は、工作機械1の全ての構造体を剛体要素として表現している。ただし、上述したように、解析部53においては、剛体モデルM1の一部の要素のみを用いた解析となる場合がある。
弾性体モデルM2の一例について図5を参照して説明する。弾性体モデルM2は、工作機械1の一部の構造体である第二対象構造体を対象とし、特に曲げモードを有する構造体を対象とする。弾性体モデルM2の対象である第二対象構造体は、例えば、工具主軸33bを含む工具ユニットや、工作物主軸23cを含む工作物ユニット等を対象とする。工具ユニットとは、工具主軸33bと、工具主軸33bに保持される工具Tとを含む。工作物主軸ユニットとは、工作物主軸23cと、工作物主軸23cに保持される工作物Wとを含む。
(5−1.解析部53による安定限界解析)
解析部53による安定限界解析について、図6を参照して説明する。解析部53は、工具主軸33bを回転させた状態で、平均切取厚さ(切込量)を入力した場合に、工作物Wに対する工具Tの振動振幅を出力することにより、工作機械1全体に関する安定限界解析を行う。つまり、解析部53は、工具主軸33bの回転数および平均切取厚さ(切込量)を変更したときの振動振幅に基づいて、図3に示すような安定限界線図を生成する。
解析部53は、上述した安定限界解析に加えて、周波数応答解析を行うこともできる。周波数応答解析は、安定限界解析とは独立して行われる解析であって、工作物Wに対する工具Tの振動の周波数と機械的コンプライアンスとの関係を出力する解析である。そして、周波数応答解析による対象モデルは、上述した安定限界解析において適用した第一解析と第二解析とを併用した場合における振動解析モデルである。
Claims (13)
- 複数の構造体により構成される工作機械において工具により工作物を加工する際の安定限界解析装置であって、
前記複数の構造体のそれぞれを剛体とする剛体要素と前記剛体要素を支持する支持要素とにより構成される剛体モデルを記憶する剛体モデル記憶部と、
前記複数の構造体の一部を対象とし且つ曲げモードを表現可能な弾性体モデルを記憶する弾性体モデル記憶部と、
前記剛体モデルを用いた第一基準に対する第一対象構造体の位置および姿勢の変化に関する第一解析の結果と前記弾性体モデルを用いた第二対象構造体の変形に関する第二解析の結果とに基づいて、前記工作機械に関する安定限界解析を行う解析部と、
を備える、工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記弾性体モデルは、有限要素法による変形解析を実行するためのモデルであり、
前記弾性体モデルを用いた前記第二解析は、前記有限要素法による変形解析である、請求項1に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記弾性体モデルは、前記第二対象構造体として回転体要素を対象とし、前記回転体要素の回転軸線を通る断面を表現した二次元モデルであり、
前記弾性体モデルを用いた前記第二解析は、二次元座標系における解析である、請求項2に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記剛体モデルは、三次元モデルであり、
前記剛体モデルを用いた前記第一解析は、三次元座標系における解析である、請求項3に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記剛体モデルを構成する前記支持要素は、バネ要素およびダンパ要素を含む、請求項1−4の何れか1項に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。
- 前記弾性体モデルは、前記複数の構造体のうち、前記工具および前記工具を保持する構造体により構成される工具ユニット、および、前記工作物および前記工作物を保持する構造体により構成される工作物ユニット、のうち少なくとも一方のみを対象とする、請求項1−5の何れか1項に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。
- 前記弾性体モデルは、前記工具と前記工具を保持すると共に前記工具と一体的に回転する工具主軸とを含んで構成される前記工具ユニットを対象とする、請求項6に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。
- 前記弾性体モデルは、前記工作物と前記工作物を保持すると共に前記工作物と一体的に回転する工作物主軸とを含んで構成される前記工作物ユニットを対象とする、請求項6または7に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。
- 前記解析部は、
前記第一解析および前記第二解析に、加工により前記工具および前記工作物に相互に作用する加工力を入力し、
前記第一解析の結果として、前記剛体モデルにおいて前記加工力が前記工具および前記工作物に作用した場合に、前記第一基準に対する前記第一対象構造体の相対変位を出力し、
前記第二解析の結果として、前記弾性体モデルにおいて前記加工力が前記工具に作用した場合に、第二基準に対する前記第二対象構造体の所定位置の絶対変位を出力し、
前記第一対象構造体の相対変位と前記第二対象構造体の前記所定位置の絶対変位とを合成した合成変位を算出することにより、前記工作機械に関する安定限界解析を行う、請求項1−8の何れか1項に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記工作機械は、
前記工具と、
前記工具を支持すると共に前記工具と一体的に回転する工具主軸と、
前記工具主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングと、
を少なくとも備え、
前記弾性体モデルは、前記複数の構造体のうち、前記工具および前記工具主軸により構成される工具ユニットを対象とし、
前記解析部は、
前記第一解析の結果として、前記第一基準としての前記工作物に対する前記第一対象構造体としての前記主軸ハウジングの相対変位を出力し、
前記第二解析の結果として、前記第二基準としての前記主軸ハウジングに対する前記第二対象構造体の前記所定位置としての前記工具の絶対変位を出力し、
前記合成変位として、前記第一基準としての前記工作物に対する前記工具の相対変位を算出することにより、前記工作機械に関する安定限界解析を行う、請求項9に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記工具主軸の回転軸線の方向をZ軸方向と定義し、前記Z軸方向に直交する直交2軸をX軸方向およびY軸方向と定義し、
前記解析部は、
前記X軸方向および前記Y軸方向に関し、前記合成変位を算出することにより、前記工作機械に関する安定限界解析を行う、請求項10に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記解析部は、
前記Z軸方向に関し、
前記第一解析の結果として、前記第一基準としての前記工作物に対する前記第一対象構造体としての前記工具主軸の相対変位を出力し、
前記工具主軸の相対変位を用いて、前記工作機械に関する安定限界解析を行う、請求項11に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。 - 前記解析部は、前記工具の回転速度と限界切込量とに関する安定限界線図を出力する、請求項1−12の何れか1項に記載の工作機械に関する安定限界解析装置。
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