JP2022115435A - Stability limit analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、安定限界解析装置に関するものである。 The present invention relates to a stability limit analysis device.
工具により工作物を加工する工作機械において、びびり現象の発生を抑制することは、工作物の加工精度を良好にするためには重要である。そこで、工具に対するハンマリング試験等により工作機械の振動データを取得し、工作機械の安定限界解析を行うことが知られている。安定限界解析の結果に基づいて、安定領域に含まれるような加工条件を決定することにより、びびり現象の発生を抑制することが可能となる。 2. Description of the Related Art In a machine tool that uses tools to machine a workpiece, it is important to suppress chattering in order to improve machining accuracy of the workpiece. Therefore, it is known to acquire vibration data of the machine tool by a hammering test or the like on the tool, and perform stability limit analysis of the machine tool. By determining machining conditions that fall within the stable region based on the results of the stability limit analysis, it is possible to suppress the occurrence of chatter phenomena.
ハンマリング試験等は、工作機械の工具主軸が停止した状態で行われるため、実際の加工時とは異なる状態である。そこで、特許文献１には、工具が装着される付近に振動を検出するセンサを配置し、実際の加工時における当該センサの検出値を用いて安定限界解析の条件を設定することが記載されている。
Since the hammering test and the like are performed with the tool spindle of the machine tool stopped, the conditions are different from those during actual machining. Therefore, in
また、特許文献２にも、安定限界解析を行うことが記載されている。特許文献３には、レセプタンスカップリング法を利用して安定限界線図を生成することが記載されている。特許文献４には、工具の切削方向毎に安定限界を格納することが記載されている。 Further, Patent Document 2 also describes that stability limit analysis is performed. Patent Document 3 describes generating a stability limit diagram using the receptance coupling method. Patent Document 4 describes storing a stability limit for each cutting direction of a tool.
特許文献１においては、実際の加工時における振動センサによる検出値を用いて安定限界線図を生成している。従って、安定限界線図は、主軸の回転速度毎に実際に加工を行い、その加工時の振動データを用いて生成されることになる。
In
しかし、工作機械の動特性は、主軸装置の動特性のみならず、主軸装置に装着されている工具の動特性によっても変化する。つまり、安定限界線図は、工具の種類によっても変化する。安定限界線図の生成に、特許文献１に記載の技術を適用する場合、まず、ある工具を主軸装置に装着した状態の振動データを主軸回転数毎に取得し、当該工具についての安定限界線図を作成する。そして、他の工具についても同様の処理を行うことになる。このように、実際の加工時の振動データを用いて安定限界線図を作成すると、工具毎に、且つ、主軸の回転速度毎の加工時の振動データを取得する必要があり、多数の工具が存在する場合には、全ての安定限界線図を生成することは容易ではない。
However, the dynamic characteristics of the machine tool change not only with the dynamic characteristics of the spindle device, but also with the dynamic characteristics of the tool attached to the spindle device. In other words, the stability limit diagram also changes depending on the type of tool. When the technique described in
本発明は、工具の種類及び主軸装置の回転速度に応じた安定限界線図を容易に生成できる安定限界解析装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a stability limit analyzer capable of easily generating a stability limit diagram corresponding to the type of tool and the rotation speed of the spindle device.
安定限界解析装置は、主軸装置を複数の回転速度の各々に回転させた状態における主軸装置の動特性を、回転速度毎に記憶する主軸装置動特性データベースと、工具の動特性を記憶する工具動特性データベース又は工具の解析モデルを記憶する工具モデルデータベースと、主軸装置動特性データベースに記憶された主軸装置の動特性、及び、工具動特性データベースに記憶された工具の動特性又は工具モデルデータベースに記憶された工具の解析モデルから算出した工具モデルの動特性を用いて、回転速度毎に、主軸装置及び主軸装置に装着された対象工具を備える対象主軸ユニットの動特性を算出する対象主軸ユニット動特性算出部と、対象主軸ユニット動特性算出部により算出された回転速度毎の対象主軸ユニットの動特性に基づいて、対象主軸ユニットの安定限界解析を行う解析部とを備える。 The stability limit analysis device includes a spindle device dynamic characteristic database that stores dynamic characteristics of the spindle unit for each rotational speed in a state where the spindle unit is rotated at each of a plurality of rotational speeds, and a tool motion characteristic database that stores the dynamic characteristics of the tool. A tool model database that stores a property database or a tool analysis model, a spindle device dynamic property stored in the spindle device dynamic property database, and a tool dynamic property stored in the tool dynamic property database or stored in the tool model database Target spindle unit dynamic characteristics for calculating the dynamic characteristics of the target spindle unit including the target tool mounted on the spindle device and the target tool mounted on the spindle device for each rotation speed using the dynamic characteristics of the tool model calculated from the analysis model of the tool and an analysis unit that performs stability limit analysis of the target spindle unit based on the dynamic characteristics of the target spindle unit for each rotation speed calculated by the target spindle unit dynamic characteristics calculation unit.
ここで、安定限界解析装置において、主軸装置とは、工具を含まない装置を意味しており、主軸ユニットとは、主軸装置及び主軸装置に装着された工具を含むユニットを意味する。また、対象主軸ユニットとは、主軸装置に所定の対象工具が装着された状態の主軸ユニットを意味する。 Here, in the stability limit analysis device, the spindle device means a device that does not include a tool, and the spindle unit means a unit that includes the spindle device and the tool attached to the spindle device. Further, the target spindle unit means a spindle unit in which a predetermined target tool is attached to the spindle device.
上述した安定限界解析装置によれば、主軸装置動特性データベースには、主軸装置単体の動特性について、主軸装置の回転速度毎に記憶されている。一方、工具動特性データベースには、工具の動特性が記憶されており、工具モデルデータベースには工具の解析モデルが記憶されている。つまり、主軸装置の動特性と、工具の動特性又は工具の解析モデルとは、別々に記憶されている。 According to the above-described stability limit analysis apparatus, the dynamic characteristic database of the spindle unit stores the dynamic characteristic of the single spindle unit for each rotational speed of the spindle unit. On the other hand, the tool dynamic characteristic database stores the dynamic characteristic of the tool, and the tool model database stores the analysis model of the tool. That is, the dynamic characteristics of the spindle device and the dynamic characteristics of the tool or the analytical model of the tool are stored separately.
そして、対象主軸ユニット動特性算出部が、主軸装置の動特性と、対象工具の動特性又は対象工具の解析モデルとを用いて、対象主軸ユニットの動特性を算出する。つまり、主軸装置に対象工具が装着された状態の対象主軸ユニットの動特性を、主軸装置の動特性と、工具の動特性又は工具の解析モデルとを用いて算出する。そして、対象主軸ユニット動特性算出部は、対象主軸ユニットの動特性について、主軸装置の回転速度毎に算出する。 Then, the target spindle unit dynamic characteristic calculation section calculates the dynamic characteristic of the target spindle unit using the dynamic characteristic of the spindle device and the dynamic characteristic of the target tool or the analysis model of the target tool. That is, the dynamic characteristics of the target spindle unit with the target tool attached to the spindle device are calculated using the dynamic characteristics of the spindle device and the dynamic characteristics of the tool or the analysis model of the tool. Then, the target spindle unit dynamic characteristic calculation section calculates the dynamic characteristic of the target spindle unit for each rotational speed of the spindle device.
そして、解析部は、対象工具が装着された対象主軸ユニットについて回転速度毎の動特性に基づいて、対象主軸ユニットの安定限界解析を行う。つまり、解析部は、工具動特性データベース又は工具モデルデータベースに記憶されている工具の中から選択された対象工具が主軸装置に装着された状態の対象主軸ユニットを解析対象とし、当該対象主軸ユニットの回転速度毎の動特性を用いて回転速度毎に安定限界解析を行う。従って、対象工具が装着された対象主軸ユニットについて、回転速度毎の限界切込量を取得することができる。 Then, the analysis section performs a stability limit analysis of the target spindle unit to which the target tool is attached, based on the dynamic characteristics for each rotational speed of the target spindle unit. In other words, the analysis unit analyzes the target spindle unit in which the target tool selected from among the tools stored in the tool dynamic characteristics database or the tool model database is attached to the spindle device, and analyzes the target spindle unit. Stability limit analysis is performed for each rotation speed using the dynamic characteristics for each rotation speed. Therefore, it is possible to acquire the limit depth of cut for each rotational speed for the target spindle unit to which the target tool is mounted.
ここで、別の対象工具についての安定限界解析を行う場合には、工具動特性データベースに記憶されている当該別の対象工具の動特性又は工具モデルデータベースに記憶されている当該別の対象工具の解析モデルから算出した動特性を用いて、当該別の対象工具が装着された対象主軸ユニットの安定限界解析を行うことができる。 Here, when performing the stability limit analysis for another target tool, the dynamic characteristics of the another target tool stored in the tool dynamic characteristics database or the dynamic characteristics of the another target tool stored in the tool model database Using the dynamic characteristics calculated from the analysis model, the stability limit analysis of the target spindle unit to which the other target tool is attached can be performed.
つまり、安定限界解析装置は、主軸装置の動特性と工具の動特性又は工具の解析モデルとを別々に記憶しておくことで、主軸装置の情報と対象工具の情報とを組み合わせて対象主軸ユニットの動特性を容易に算出でき、対象主軸ユニットの安定限界解析を行うことができる。従って、工具主軸の回転速度に応じた安定限界線図を容易に生成することができる。 In other words, the stability limit analysis device separately stores the dynamic characteristics of the spindle unit and the dynamic characteristics of the tool or the analysis model of the tool, and combines the information of the spindle unit with the information of the target tool to determine the target spindle unit. dynamic characteristics can be easily calculated, and the stability limit analysis of the target spindle unit can be performed. Therefore, it is possible to easily generate a stability limit diagram according to the rotational speed of the tool spindle.
（１．工作機械１の概要）
工作機械１の概要について、図１を参照にして説明する。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。ここで、工具Ｔは、刃具と刃具を保持するホルダとを備える。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ことができれば任意の構造を採用できる。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、研削盤等の切削又は研削を行う工作機械である。
(1. Overview of machine tool 1)
An overview of the
本例においては、工作機械１は、工具交換を可能とするマシニングセンタを例にあげる。工作機械１としてのマシニングセンタは、エンドミル加工、フライス加工、ボーリング加工、ドリル加工等の基本的な金属切削加工に加えて、ギヤスカイビング加工やホブ加工によって工作物Ｗに歯形を加工することもできる。さらに、本例における工作機械１としてのマシニングセンタは、主軸軸線が水平な状態から鉛直な状態に至る範囲において主軸軸線の姿勢を変化できる装置を例にあげる。なお、工作機械１は、上記の他に、横形マシニングセンタ、立形マシニングセンタ等、他の構成を適用することもできる。
In this example, the
図１に示すように、工作機械１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、主軸軸線が水平姿勢であるときの工具Ｔの回転軸線をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸方向及びＹ軸方向と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。
As shown in FIG. 1, the
さらに、工作機械１は、工具Ｔと工作物Ｗとの相対姿勢を変更するための２つの回転軸（Ｂ軸及びＣ軸）を駆動軸として有する。本例において、Ｂ軸は、Ｙ軸回りに回転する軸であり、工作物Ｗの姿勢を変更する軸である。Ｃ軸は、Ｙ軸及びＺ軸を通る平面においてＹ軸及びＺ軸に対して角度を有する軸（例えば、４５°）であり、工具Ｔの姿勢を変更する軸である。なお、Ｃ軸は、Ｙ軸及びＺ軸に対して傾斜した軸としても良いし、Ｚ軸に対して直交な軸としても良いし、Ｙ軸に対して直交する軸としても良い。また、工作機械１は、工具Ｔを回転するための回転軸としてのＲｔ軸を有する。
Furthermore, the
つまり、工作機械１は、自由曲面を加工可能な５軸加工機（工具主軸（Ｒｔ軸）を考慮すると６軸加工機）である。なお、工作機械１は、上述したＢ軸及びＣ軸に代えて、任意の異なる２つの軸回りに回転する軸とすることもでき、工具Ｔ及び工作物Ｗの何れを回転させるようにしても良い。
That is, the
工具Ｔは、工作物Ｗの加工に用いる回転工具である。工具Ｔは、主軸装置に着脱可能に取り付けられる。工具Ｔは、例えば、エンドミル、フライスカッタ、ボーリングカッタ、ドリル、ギヤスカイビングカッタ、ホブカッタ等の刃具を備える。工具Ｔは、主軸装置に装着されるホルダと、ホルダに保持される刃具とを含む。工具Ｔには、ホルダと刃具とを分離可能な分離型工具や、ホルダと刃具とを分離不能な一体型工具が存在する。 The tool T is a rotating tool used for machining the workpiece W. As shown in FIG. The tool T is detachably attached to the spindle device. The tool T includes cutting tools such as end mills, milling cutters, boring cutters, drills, gear skiving cutters, and hob cutters. The tool T includes a holder attached to the spindle device and a cutting tool held by the holder. The tools T include a separable tool in which the holder and the cutting tool can be separated, and an integrated tool in which the holder and the cutting tool cannot be separated.
（２．工作機械１の構成の例）
工作機械１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。工作機械１は、ベッド１０、工作物保持装置２０、工具保持装置３０を備える。ベッド１０は、略矩形状等の任意の形状に形成されており、設置面に設置される。工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して保持する。本例では、工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｚ軸方向に直動可能とし、Ｂ軸回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｚ軸移動テーブル２１と、Ｂ軸回転テーブル２２とを備える。
(2. Example of Configuration of Machine Tool 1)
A configuration of the
Ｚ軸移動テーブル２１は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられる。具体的には、ベッド１０には、Ｚ軸方向（図１の左右方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレールが設けられ、Ｚ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構によって駆動されることにより、一対のＺ軸ガイドレールに案内されながらＺ軸方向へ往復移動する。
The Z-axis moving table 21 is provided movably in the Z-axis direction with respect to the
Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｚ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｚ軸移動テーブル２１と一体的にＺ軸方向へ往復移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｚ軸移動テーブル２１に対し、Ｂ軸回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータの駆動によってＢ軸回転可能となる。そして、Ｂ軸回転テーブル２２の上面に、工作物Ｗが固定される。つまり、工作物Ｗは、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能であり、且つ、Ｂ軸回転可能である。
The B-axis rotary table 22 is installed on the upper surface of the Z-axis moving table 21 and reciprocates integrally with the Z-axis moving table 21 in the Z-axis direction. Also, the B-axis rotary table 22 is provided rotatably about the B-axis with respect to the Z-axis moving table 21 . A rotary motor (not shown) is housed in the B-axis rotary table 22, and the B-axis rotary table 22 can be rotated along the B axis by being driven by the rotary motor. A workpiece W is fixed to the upper surface of the B-axis rotary table 22 . That is, the workpiece W can move in the Z-axis direction and rotate about the B-axis with respect to the
工具保持装置３０は、コラム３１、主軸装置３２を備える。コラム３１は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられる。具体的には、ベッド１０には、Ｘ軸方向（図１の前後方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレールが設けられ、コラム３１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構によって駆動されることにより、一対のＸ軸ガイドレールに案内されながらＸ軸方向へ往復移動する。
The
主軸装置３２は、コラム３１における工作物Ｗ側の側面（図１の左側面）であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１の上下方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレールが設けられ、主軸装置３２は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構に駆動されることにより、一対のＹ軸ガイドレールに案内されながらＹ軸方向へ往復移動する。
The
主軸装置３２は、工具ＴをＣ軸回転可能であって、Ｒｔ軸回転可能に支持する。具体的には、主軸装置３２は、旋回支持部材４１、旋回部材４２、工具主軸４３を備える。旋回支持部材４１は、コラム３１の側面にＹ軸方向へ移動可能に支持される。
The
旋回部材４２は、旋回支持部材４１に、Ｃ軸回転可能に支持されている。すなわち、旋回部材４２は、旋回支持部材４１に、Ｙ軸及びＺ軸を通る平面においてＹ軸及びＺ軸に対して４５°傾斜した軸線（第一軸線）回りに回転可能に支持されている。旋回部材４２は、旋回支持部材４１に対して少なくとも１８０°旋回可能に設けられる。ただし、旋回部材４２は、旋回支持部材４１に対して、１８０°よりも大きな旋回角度を旋回可能に設けられるようにしても良い。
The turning
工具主軸４３は、旋回部材４２に回転可能に支持されており、工具Ｔを取り外し可能に装着可能である。工具主軸４３は、Ｃ軸の軸線（第一軸線）に対して角度を有する軸線（Ｒｔ軸、第二軸線）回りに回転可能に、旋回部材４２に支持されている。つまり、旋回部材４２が図１に示す状態においては、工具主軸４３の回転軸線であるＲｔ軸は、Ｚ軸に平行な軸線となる。一方、旋回部材４２が図２に示す状態においては、工具主軸４３の回転軸線であるＲｔ軸は、Ｙ軸に平行な軸線となる。なお、本例では、工具主軸４３のＲｔ軸の中心軸は、旋回部材４２のＣ軸の中心軸に対して４５°傾斜した軸線としているが、直交を含む任意の角度に設定しても良い。
The
従って、工具保持装置３０は、工具Ｔを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とし、且つ、Ｃ軸回転可能に保持する。つまり、工具Ｔの回転軸線は、ベッド１０に対して、水平な状態と鉛直な状態との間で任意の角度をとることができる。
Therefore, the
（３．安定限界解析装置５０の構成の例）
安定限界解析装置５０の構成について、図３－図７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の安定限界解析を行い、安定限界線図を生成する装置である。特に、本例では、安定限界解析装置５０は、対象の工具Ｔを主軸装置３２に装着した状態における対象主軸ユニットＵｔａｒを解析対象とする。そして、安定限界解析装置５０は、工具Ｔの種類毎、旋回部材４２の旋回角度毎、工具主軸４３の回転速度毎に解析を行うことで、高精度な安定限界線図を生成する。
(3. Example of Configuration of Stability Limit Analysis Device 50)
The configuration of the stability
安定限界解析装置５０は、主軸装置動特性データベース５１、工具動特性データベース５２、対象主軸ユニット動特性算出部５３、解析部５４を備える。
The stability
主軸装置動特性データベース５１は、主軸装置３２の動特性を記憶する。記憶される主軸装置３２の動特性は、図４に示す。つまり、主軸装置３２の動特性は、工具主軸４３の回転速度毎、且つ、旋回部材４２の旋回角度毎に記憶される。
The spindle device
工具動特性データベース５２は、工具Ｔの動特性を記憶する。特に、工具動特性データベース５２は、複数の工具Ｔに関する情報を記憶する。図５に示すように、工具動特性データベース５２には、工具番号Ｔ１，Ｔ２，・・・毎に、工具の動特性が記憶される。工具動特性データベース５２に記憶される対象の工具Ｔは、実際に存在する工具である。当該工具Ｔは、例えば、工作機械１であるマシニングセンタの工具マガジンに収容されている工具等とする。例えば、工具Ｔは、エンドミル、フライスカッタ、ボーリングカッタ、ドリル、ギヤスカイビングカッタ、ホブカッタ等の刃具と、当該刃具を保持するホルダとを備える。
The tool dynamic
対象主軸ユニット動特性算出部５３は、主軸装置３２に対象の工具（例えば、Ｔ１）が装着された状態の対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を算出する。対象主軸ユニットＵｔａｒは、図６に示すように、主軸装置３２、及び、主軸装置３２に装着された対象工具Ｔ１を備える。なお、対象工具が他の工具Ｔ２である場合には、対象主軸ユニットＵｔａｒは、主軸装置３２及び対象工具Ｔ２を備える。つまり、対象主軸ユニットＵｔａｒにおいて、主軸装置３２は共通する。
The target spindle unit dynamic
そこで、対象主軸ユニット動特性算出部５３は、主軸装置動特性データベース５１に記憶された主軸装置３２の動特性、及び、工具動特性データベース５２に記憶された対象工具Ｔ１の動特性を用いて、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を算出する。対象主軸ユニット動特性算出部５３は、例えば、レセプタンスカップリング法により算出することができる。対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性は、図７に示すように、工具主軸４３の回転速度毎、且つ、旋回部材４２の旋回角度毎に算出される。
Therefore, the target spindle unit dynamic
解析部５４は、対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行い、対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界線図を生成する。具体的には、解析部５４は、図７に示す、対象主軸ユニット動特性算出部５３により算出された回転速度毎且つ旋回角度毎の対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性に基づいて、旋回角度毎の対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行う。
The
（４．周波数応答特性）
上述したように、旋回部材４２の旋回角度、且つ、工具主軸４３の回転速度が異なる場合、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性は異なる。対象主軸ユニットＵｔａｒの周波数応答特性について、図８－図１１に示すように、旋回角度及び回転速度に応じて異なる。
(4. Frequency response characteristics)
As described above, when the turning angle of the turning
（５．安定限界解析装置５０による効果）
上述した安定限界解析装置５０において、主軸装置３２とは、工具Ｔを含まない装置を意味しており、主軸ユニット（Ｕｔａｒ）とは、主軸装置３２及び主軸装置３２に装着された工具Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）を含むユニットを意味する。また、対象主軸ユニットＵｔａｒとは、主軸装置３２に所定の工具Ｔ１，Ｔ２等が装着された状態の主軸ユニットを意味する。
(5. Effect of stability limit analysis device 50)
In the stability
安定限界解析装置５０によれば、主軸装置動特性データベース５１には、主軸装置３２単体の動特性について、主軸装置３２の回転速度毎に、且つ、旋回部材４２の旋回角度毎に記憶されている。一方、工具動特性データベース５２には、工具Ｔの動特性が記憶されている。つまり、主軸装置３２の動特性と工具Ｔの動特性とは、別々に記憶されている。
According to the stability
そして、対象主軸ユニット動特性算出部５３が、主軸装置３２の動特性と、対象工具Ｔ１の動特性とを用いて、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を算出する。つまり、主軸装置３２に対象工具Ｔ１が装着された状態の対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を、主軸装置３２の動特性と、対象工具Ｔ１の動特性とを用いて算出される。そして、対象主軸ユニット動特性算出部５３は、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性について、主軸装置３２の回転速度毎に、且つ、旋回部材４２の旋回角度毎に算出する。
Then, the target spindle unit dynamic
そして、解析部５４は、対象工具Ｔ１が装着された対象主軸ユニットＵｔａｒについて回転速度毎且つ旋回角度毎の動特性に基づいて、対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析が行われる。つまり、解析部５４は、工具動特性データベース５２に記憶されている工具Ｔの中から選択された対象工具Ｔ１が主軸装置３２に装着された状態の対象主軸ユニットＵｔａｒを解析対象とし、当該対象主軸ユニットＵｔａｒの回転速度毎且つ旋回角度毎の動特性を用いて回転速度毎且つ旋回角度毎に安定限界解析を行う。従って、対象工具Ｔ１が装着された対象主軸ユニットＵｔａｒについて、回転速度毎且つ旋回角度毎の限界切込量を取得することができる。
Then, the
ここで、別の対象工具Ｔ２についての安定限界解析を行う場合には、工具動特性データベース５２に記憶されている当該別の対象工具Ｔ２の動特性を用いて、当該別の対象工具Ｔ２が装着された対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行うことができる。
Here, when performing the stability limit analysis for another target tool T2, the dynamic characteristics of the another target tool T2 stored in the tool
つまり、安定限界解析装置５０は、主軸装置３２の動特性と工具Ｔの動特性とを別々に記憶しておくことで、主軸装置３２の情報と対象工具Ｔ１，Ｔ２の情報とを組み合わせて対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を容易に算出でき、対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行うことができる。従って、工具主軸４３の回転速度且つ旋回部材４２の旋回角度毎に応じた安定限界線図を容易に生成することができる。
That is, the stability
また、高精度な安定限界線図を生成できることで、高能率の加工条件にて加工を行うことができる。さらに、高能率加工を実現できる工具ツーリングを選定することができる。また、新たに工具設計を行うことができれば、高能率加工を実現できる工具設計を行うこともできる。 In addition, since a highly accurate stability limit diagram can be generated, machining can be performed under highly efficient machining conditions. Furthermore, it is possible to select tooling that can achieve high efficiency machining. Moreover, if it is possible to newly design a tool, it is also possible to design a tool that can achieve high-efficiency machining.
（６．解析部５４の処理）
解析部５４の処理の具体例について図１２－図１６を参照して説明する。図１２に示すように、解析部５４は、旋回部材４２の旋回角度の初期値（例えば、０°）を決定する（Ｓ１）。続いて、解析部５４は、旋回角度０°において、解析する工具主軸４３の回転速度の初期値（例えば、１０００ｍｉｎ－１）を決定する（Ｓ２）。
(6. Processing of analysis unit 54)
A specific example of the processing of the
続いて、解析部５４は、旋回角度０°において、演算対象の回転速度における対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を取得する（Ｓ３）。続いて、解析部５４は、旋回角度０°において、演算対象の回転速度における対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行うことにより、安定限界線図を生成する（Ｓ４）。
Subsequently, the
ここで、安定限界線図を生成するときに限界切込量を求める回転速度範囲は、図４に示すような回転速度毎の動特性データベースにおいて、選択した回転速度と隣り合う小さい回転速度との中間値と、隣り合う大きな回転速度との中間値との範囲とする。例えば、回転速度が１０００ｍｉｎ－１、１５００ｍｉｎ－１、２０００ｍｉｎ－１、２５００ｍｉｎ－１での動特性が記憶されている場合は、それぞれの中間値は、１２５０ｍｉｎ－１、１７５０ｍｉｎ－１、２２５０ｍｉｎ－１となる。 Here, the rotation speed range for which the limit depth of cut is to be obtained when generating the stability limit diagram is the range between the selected rotation speed and the adjacent small rotation speed in the dynamic characteristic database for each rotation speed as shown in FIG. The range is between the middle value and the middle value between adjacent high rotational speeds. For example, if the dynamic characteristics at rotational speeds of 1000 min -1 , 1500 min -1 , 2000 min -1 and 2500 min -1 are stored, the respective intermediate values are 1250 min -1 , 1750 min -1 and 2250 min -1 . Become.
例えば、回転速度が１５００ｍｉｎ－１のときの隣り合う大小の回転速度との中間値は、１２５０ｍｉｎ－１、及び、１７５０ｍｉｎ－１となる。つまり、図１３に示すように、回転速度が１５００ｍｉｎ－１のときの動特性データを使用して、回転速度が１２５０～１７５０ｍｉｎ－１の範囲での安定限界線図を生成する。回転速度が２０００ｍｉｎ－１、２５００ｍｉｎ－１等のときの動特性データを使用した安定限界線図の生成についても同様である。 For example, when the rotational speed is 1500 min −1 , the intermediate values between adjacent large and small rotational speeds are 1250 min −1 and 1750 min −1 . That is, as shown in FIG. 13, using the dynamic characteristic data when the rotational speed is 1500 min −1 , the stability limit diagram is generated in the rotational speed range of 1250 to 1750 min −1 . The same applies to the generation of the stability limit diagram using the dynamic characteristic data when the rotation speed is 2000 min -1 , 2500 min -1 and the like.
ただし、本例では、回転速度１０００ｍｉｎ－１が対象の回転速度範囲の最小値であるため、回転速度が１０００ｍｉｎ－１の動特性データを使用して、回転速度が１０００～１２５０ｍｉｎ－１の範囲での安定限界線図を生成することとする。また、回転速度５０００ｍｉｎ－１が対象の回転速度範囲の最大値であるため、回転速度が５０００ｍｉｎ－１の動特性データを使用して、回転速度が４７５０～５０００ｍｉｎ－１の範囲での安定限界線図を生成することとする。 However, in this example, since the rotational speed of 1000 min -1 is the minimum value of the target rotational speed range, using the dynamic characteristic data of the rotational speed of 1000 min -1 , Suppose we generate a stability limit diagram of In addition, since the rotational speed of 5000 min -1 is the maximum value of the target rotational speed range, using the dynamic characteristic data of the rotational speed of 5000 min -1 , the stability limit line in the rotational speed range of 4750 to 5000 min -1 Suppose you want to generate a diagram.
そして、解析部５４は、全ての回転速度についての処理が終了したか否かを判定する（Ｓ５）。全ての回転速度について処理が終了していなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、演算対象の回転速度をデータベースに記憶されている次に大きな回転速度に変更し（Ｓ６）、Ｓ３から処理を繰り返す。つまり、変更された演算対象の回転速度における対象主軸ユニットＵｔａｒの安定限界解析を行う（Ｓ４）。例えば、回転速度の初期値１０００ｍｉｎ－１について安定限界線図の生成を終了した後には、回転速度を１５００ｍｉｎ－１に変更して安定限界解析を行い、さらに２０００ｍｉｎ－１、２５００ｍｉｎ－１等について続けて安定限界解析を行う。
Then, the
このようにして、旋回角度０°において、全ての回転速度についての限界切込量が算出され、安定限界線図が生成される。つまり、旋回角度０°において、記憶されている各回転速度を含むそれぞれの回転速度範囲における安定限界線図が生成される。図１３においては、回転速度範囲のそれぞれは、１０００～１２５０ｍｉｎ－１、１２５０～１７５０ｍｉｎ－１、１７５０～２２５０ｍｉｎ－１、２２５０～２７５０ｍｉｎ－１、２７５０～３２５０ｍｉｎ－１、３２５０～３７５０ｍｉｎ－１、３７５０～４２５０ｍｉｎ－１、４２５０～４７５０ｍｉｎ－１、４７５０～５０００ｍｉｎ－１である。 In this way, at the turning angle of 0°, the limit depth of cut is calculated for all rotational speeds, and the stability limit diagram is generated. That is, at a turning angle of 0°, a stability limit diagram is generated for each rotation speed range including each rotation speed stored. In FIG. 13, each of the rotation speed ranges is 1000 to 1250 min −1 , 1250 to 1750 min −1 , 1750 to 2250 min −1 , 2250 to 2750 min −1 , 2750 to 3250 min −1 , 3250 to 3750 min −1 , 3750 min −1 4250 min −1 , 4250 to 4750 min −1 , 4750 to 5000 min −1 .
そして、すべての回転速度についての処理が終了した場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、Ｓ４にて生成したそれぞれの回転速度範囲における安定限界線図を結合し、図１４に示すような全体安定限界線図を生成する（Ｓ７）。図１４に示す全体安定限界線図は、回転速度がデータベース値の中間値１２５０ｍｉｎ－１、１７５０ｍｉｎ－１、２２５０ｍｉｎ－１、及び、２７５０ｍｉｎ－１等において断続的に接続されている。ただし、１２５０ｍｉｎ－１、１７５０ｍｉｎ－１、２２５０ｍｉｎ－１のように計算結果が重複する境界部分は，限界切込量が小さい方の結果を使用する。例えば、回転速度２２５０ｍｉｎ－１においては、回転速度２０００ｍｉｎ－１を用いた限界切込量が、２５００ｍｉｎ－１よりも小さいため、回転速度２０００ｍｉｎ－１の値が採用される。 Then, when the processing for all rotation speeds has been completed (S5: Yes), the stability limit diagrams for each rotation speed range generated in S4 are combined to form an overall stability limit line as shown in FIG. A diagram is generated (S7). The overall stability limit diagram shown in FIG. 14 is intermittently connected at the median values of the database values, such as 1250 min −1 , 1750 min −1 , 2250 min −1 and 2750 min −1 . However, for boundary portions where the calculation results overlap, such as 1250 min -1 , 1750 min -1 and 2250 min -1 , the result with the smaller limit depth of cut is used. For example, at a rotation speed of 2250 min −1 , the limit depth of cut using a rotation speed of 2000 min −1 is smaller than 2500 min −1 , so the value of the rotation speed of 2000 min −1 is adopted.
続いて、全体安定限界線図の生成が終了した場合には（Ｓ７）、解析部５４は、全ての旋回角度についての処理が終了したか否かを判定する（Ｓ８）。全ての旋回角度についての処理が終了していなければ（Ｓ８：Ｎｏ）、演算対象の旋回角度を変更し（Ｓ９）、Ｓ２から処理を繰り返す。
Subsequently, when the generation of the overall stability limit diagram has ended (S7), the
つまり、変更された演算対象の旋回角度について、各回転速度の安定限界線図を生成し（Ｓ４）、各安定限界線図を結合することで全体安定限界線図を生成する（Ｓ７）。そして、全ての旋回角度についての全体安定限界線図が生成される。旋回角度９０°における各安定限界線図は、図１５に示す。旋回角度９０°における全体安定限界線図は、図１６に示す。続いて、全ての旋回角度についての処理が終了した場合には（Ｓ８：Ｙｅｓ）、解析処理を終了する。 That is, a stability limit diagram for each rotation speed is generated for the changed turning angle to be calculated (S4), and the overall stability limit diagram is generated by combining the stability limit diagrams (S7). An overall stability limit diagram is then generated for all turning angles. Each stability limit diagram at a turning angle of 90° is shown in FIG. An overall stability limit diagram at a turning angle of 90° is shown in FIG. Subsequently, when the processing for all turning angles is finished (S8: Yes), the analysis processing is finished.
以上の処理により、解析部５４は、旋回部材４２の旋回角度毎における対象主軸ユニットＵｔａｒの全体安定限界線図を生成する。つまり、解析部５４は、旋回部材４２の旋回角度毎に、且つ、工具主軸４３の回転速度毎の限界切込量が得られる。特に、それぞれの限界切込量は、実際の旋回部材４２の旋回角度毎、且つ、実際の工具主軸４３の回転速度毎における対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を用いて算出されている。従って、それぞれの限界切込量は、高精度な値となる。
Through the above processing, the
（７．加工条件の決定方法の例）
上述したように、解析部５４によって、旋回部材４２の旋回角度における対象主軸ユニットＵｔａｒの全体安定限界線図が生成される。生成された全体安定限界線図を利用した加工条件の決定方法の例について、図１４、図１６及び図１７を参照して説明する。ここで、旋回角度０°における全体安定限界線図は、図１４に示すようになる。また、旋回角度９０°における全体安定限界線図は、図１６に示すようになる。
(7. Example of method for determining processing conditions)
As described above, the
例えば、加工中において、主軸装置３２の回転速度を一定とした状態で、旋回部材４２の旋回角度を変化させる加工方法の場合について説明する。この場合は、図１７に示すように、旋回角度０°における全体安定限界線図（短破線）と旋回角度９０°における全体安定限界線図（長破線）とについて各回転速度での限界切込量を比較し，小さい値を選択し，プロットする（実線）。
For example, a processing method in which the turning angle of the turning
本例において，加工中に旋回部材４２の旋回角度が変化してもびびりが発生せずに、高能率に加工を可能とする主軸装置３２の回転速度は、４０７０ｍｉｎ―１であり，限界切込量は２．７ｍｍとなる。そこで、加工条件としての主軸装置３２の回転速度及び切込量は、図１７の実線にて示す限界切込量よりも下側領域にて決定する。特に、主軸装置３２の回転速度を４０７０ｍｉｎ―１付近とすることで、高能率、すなわち切込量を大きくすることが可能となる。
In this example, the rotational speed of the
（８．解析部５４の処理の他の例）
上記においては、解析部５４の処理は、旋回部材４２の旋回角度毎、且つ、工具主軸４３の回転速度毎における限界切込量を算出した。この他に、解析部５４は、工具主軸４３の回転速度毎における限界切込量のみを算出するようにしても良い。また、解析部５４は、旋回部材４２の旋回角度毎における限界切込量のみを算出するようにしても良い。
(8. Another example of the processing of the analysis unit 54)
In the above description, the process of the
まず、解析部５４が、工具主軸４３の回転速度毎における限界切込量のみを算出する場合について、図１８を参照して説明する。この場合、解析部５４は、図１８に示すように、Ｓ１１からＳ１６の処理を行う。ここで、図１８におけるＳ１１からＳ１６の処理は、図１２におけるＳ２からＳ７の処理と同一である。この処理は、旋回部材４２を備えない構成に適用される。
First, a case where the
次に、解析部５４が、旋回部材４２の旋回角度毎における限界切込量のみを算出する場合について、図１９を参照して説明する。この場合、解析部５４は、図１９に示すように、Ｓ２１からＳ２６の処理を行う。本例では、主軸装置３２の回転速度を２０００ｍｉｎ－１の一定値とする場合である。ここで、図１９におけるＳ２１からＳ２６の処理は、図１２におけるＳ１～Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９の処理と同一である。この処理は、旋回部材４２を備える構成であって、工具主軸４３の実回転速度による誤差を考慮しない場合に適用される。
Next, a case where the
（９．第二例の安定限界解析装置６０の構成）
第二例の安定限界解析装置６０の構成について、図２０を参照して説明する。第二例の安定限界解析装置６０は、第一例の安定限界解析装置５０における工具動特性データベース５２に代えて、工具モデルデータベース６１及び工具モデル動特性算出部６２を備える。なお、他の構成は同一である。
(9. Configuration of the stability
The configuration of the stability
工具モデルデータベース６１は、複数の工具Ｔについての解析モデル（工具モデル）を記憶する。工具モデル動特性算出部６２は、工具モデルデータベース６１に記憶されている工具Ｔの解析モデルの中から、現在使用している対象工具Ｔの解析モデルを抽出する。そして、工具モデル動特性算出部６２は、抽出された対象工具Ｔの解析モデルに基づいて、対象工具Ｔの解析モデルの動特性を算出する。
The
そして、対象主軸ユニット動特性算出部５３が、主軸装置３２の動特性と、工具モデル動特性算出部６２にて算出された対象工具Ｔ１の解析モデルの動特性とを用いて、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を算出する。つまり、主軸装置３２に対象工具Ｔ１が装着された状態の対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性を、主軸装置３２の動特性と、対象工具Ｔ１の解析モデルの動特性とを用いて算出される。そして、対象主軸ユニット動特性算出部５３は、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性について、主軸装置３２の回転速度毎に、且つ、旋回部材４２の旋回角度毎に算出する。そして、解析部５４が、対象主軸ユニットＵｔａｒの動特性に基づいて、旋回部材４２の旋回角度毎における対象主軸ユニットＵｔａｒの全体安定限界線図を生成する。
Then, the target spindle unit dynamic
１：工作機械、 １０：ベッド、 ２０：工作物保持装置、 ２１：Ｚ軸移動テーブル、 ２２：Ｂ軸回転テーブル、 ３０：工具保持装置、 ３１：コラム、 ３２：主軸装置、 ４１：旋回支持部材、 ４２：旋回部材、 ４３：工具主軸、 ５０，６０：安定限界解析装置、 ５１：主軸装置動特性データベース、 ５２：工具動特性データベース、 ５３：対象主軸ユニット動特性算出部、 ５４：解析部、 ６１：工具モデルデータベース、 ６２：工具モデル動特性算出部、 Ｔ：工具、 Ｔ１，Ｔ２：対象工具、 Ｕｔａｒ：対象主軸ユニット、 Ｗ：工作物 Reference Signs List 1: machine tool 10: bed 20: workpiece holder 21: Z-axis movement table 22: B-axis rotary table 30: tool holder 31: column 32: spindle device 41: swivel support member , 42: swivel member, 43: tool spindle, 50, 60: stability limit analyzer, 51: spindle device dynamic characteristic database, 52: tool dynamic characteristic database, 53: target spindle unit dynamic characteristic calculator, 54: analysis section, 61: Tool model database 62: Tool model dynamic characteristic calculator T: Tool T1, T2: Target tool Utar: Target spindle unit W: Workpiece
Claims (3)
工具の動特性を記憶する工具動特性データベース又は工具の解析モデルを記憶する工具モデルデータベースと、
前記主軸装置動特性データベースに記憶された前記主軸装置の動特性、及び、前記工具動特性データベースに記憶された前記工具の動特性又は前記工具モデルデータベースに記憶された前記工具の解析モデルから算出した工具モデルの動特性を用いて、前記回転速度毎に、前記主軸装置及び前記主軸装置に装着された対象工具を備える対象主軸ユニットの動特性を算出する対象主軸ユニット動特性算出部と、
前記対象主軸ユニット動特性算出部により算出された前記回転速度毎の前記対象主軸ユニットの動特性に基づいて、前記対象主軸ユニットの安定限界解析を行う解析部と、
を備える、安定限界解析装置。 a spindle device dynamic characteristic database that stores, for each rotational speed, dynamic characteristics of the spindle device in a state where the spindle device is rotated at each of a plurality of rotational speeds;
a tool dynamic characteristics database that stores tool dynamic characteristics or a tool model database that stores tool analysis models;
Calculated from the dynamic characteristics of the spindle device stored in the spindle device dynamic characteristics database, the dynamic characteristics of the tool stored in the tool dynamic characteristics database, or the analysis model of the tool stored in the tool model database a target spindle unit dynamic characteristic calculation unit that calculates, for each rotation speed, dynamic characteristics of the target spindle unit including the spindle device and the target tool mounted on the spindle device, using the dynamic characteristics of the tool model;
an analysis unit that performs a stability limit analysis of the target spindle unit based on the dynamic characteristics of the target spindle unit for each rotation speed calculated by the target spindle unit dynamic characteristics calculation unit;
A stability limit analysis device.
旋回支持部材と、
第一軸線回りに回転可能に前記旋回支持部材に支持された旋回部材と、
前記第一軸線に対して角度を有する第二軸線回りに回転可能に前記旋回部材に支持され、工具を装着可能な工具主軸と、
を備え、
前記主軸装置動特性データベースは、前記旋回部材を複数の旋回角度の各々に固定した状態で、且つ、前記工具主軸を複数の回転速度の各々に回転させた状態における前記主軸装置の動特性を、前記回転速度毎且つ前記旋回角度毎に記憶し、
前記対象主軸ユニット動特性算出部は、前記対象主軸ユニットの動特性を、前記回転速度毎且つ前記旋回角度毎に算出し、
前記解析部は、前記回転速度毎且つ前記旋回角度毎の前記対象主軸ユニットの動特性に基づいて、前記旋回角度毎の前記対象主軸ユニットの安定限界解析を行う、請求項１に記載の安定限界解析装置。 The spindle device is
a pivoting support member;
a turning member rotatably supported by the turning support member about a first axis;
a tool spindle on which a tool can be mounted, which is rotatably supported by the turning member about a second axis having an angle with respect to the first axis;
with
The spindle device dynamic characteristic database stores the dynamic characteristics of the spindle device in a state in which the turning member is fixed at each of a plurality of turning angles and the tool spindle is rotated at each of a plurality of rotational speeds, stored for each rotational speed and for each turning angle;
The target spindle unit dynamic characteristic calculation section calculates the dynamic characteristic of the target spindle unit for each rotational speed and each turning angle,
2. The stability limit according to claim 1, wherein said analysis unit performs a stability limit analysis of said target spindle unit for each said turning angle based on dynamic characteristics of said target spindle unit for each said rotational speed and for each said turning angle. analysis equipment.
前記回転速度毎の前記対象主軸ユニットの動特性に基づいて、前記対象主軸ユニットの安定限界解析を行うことにより、各前記回転速度を含むそれぞれの回転速度範囲における安定限界線図を生成し、
それぞれの前記回転速度範囲における前記安定限界線図を結合して、対象の回転速度範囲についての全体安定限界線図を生成する、請求項１又は２に記載の安定限界解析装置。 The analysis unit
performing a stability limit analysis of the target spindle unit based on the dynamic characteristics of the target spindle unit for each of the rotation speeds, thereby generating a stability limit diagram in each rotation speed range including each of the rotation speeds;
3. A stability limit analysis apparatus according to claim 1 or 2, wherein the stability limit diagrams for each of the rotational speed ranges are combined to generate an overall stability limit diagram for the rotational speed range of interest.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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