JP2022147687A - 加工状態推定方法及び加工状態推定システム - Google Patents
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Abstract
【課題】加工状態を精度良く推定することができる加工状態推定方法及び加工状態推定システムを提供すること。【解決手段】加工状態推定システム1は、観測装置20及び推定演算装置30を備える。推定演算装置30は、観測装置20からAE信号S1及び振動加速度信号S2を取得する信号取得部31と、AE信号S1を振動加速度信号S2の実効値で除することにより基準化した第一値K1を算出する第一基準化演算部32と、第一値K1を第一値K1自身の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した第二値K2を算出する第二基準化演算部33と、第二値K2と相関関係にある加工状態を推定する表面粗さ推定部35と、を有する。【選択図】図4
Description
本発明は、加工状態推定方法及び加工状態推定システムに関する。
一般に、工作機械の工具を用いて工作物を加工する場合、工具の劣化が生じて加工精度の低下が生じる虞がある。従って、工具の劣化を管理し、工具の修正を適宜行うことにより、工作物の加工精度を維持することは極めて肝要である。このため、従来から、特許文献1及び特許文献2には、工具による工作物の加工に伴い、周波数特性を有して発生するアコースティックエミッション(Acoustic Emission:AE)を表すアコースティックエミッション信号(以下、「AE信号」と称呼する。)を取得し、工具が工作物を加工した際の加工状態を推定する技術が開示されている。
上述した従来の技術によれば、工具による工作物の加工中に取得されるAE信号を取得し、取得したAE信号を解析することによって加工状態を推定することができる。これにより、推定される加工状態に基づいて工具を修正するタイミングを設定することが可能である。
ところで、上述した従来の技術においては、取得したAE信号には加工等に伴って発生する外乱等が重畳しており、加工状態の推定精度を十分に確保できない。工具を修正する場合、修正に要する時間や修正に要するコストが必要になるため、加工状態を推定する際の推定精度を向上させることは重要である。従って、AE信号を用いて加工状態を推定する場合には、取得したAE信号に含まれている加工状態との関連性の高い情報を用いて、加工状態の推定精度を向上させることが望まれる。
本発明は、関連性の高い情報を用いて加工状態を精度良く推定することができる加工状態推定方法及び加工状態推定システムを提供することを目的とする。
(加工状態推定方法)
工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、工具が工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定方法であって、工具による工作物の加工に伴い、周波数特性を有して発生するAEを観測し、観測されたAEを表すAE信号をAE信号の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した値を算出し、算出した値と相関関係にある加工状態を推定する。
工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、工具が工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定方法であって、工具による工作物の加工に伴い、周波数特性を有して発生するAEを観測し、観測されたAEを表すAE信号をAE信号の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した値を算出し、算出した値と相関関係にある加工状態を推定する。
(加工状態推定システム)
工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、工具が工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定システムであって、工具による工作物の加工に伴い周波数特性を有して発生するAE、及び、工具による工作物の加工に伴いAEと同時に発生する振動加速度を観測する観測装置を有すると共に、観測装置から観測されたAEを表すAE信号及び振動加速度を表す振動加速度信号を取得する信号取得部と、信号取得部によって取得されたAE信号を振動加速度信号の実効値で除することにより基準化した第一値を算出する第一基準化演算部と、第一基準化演算部によって算出された第一値を第一値自身の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した第二値を算出する第二基準化演算部と、第二基準化演算部によって算出された第二値と相関関係にある加工状態を推定する推定部と、を有する推定演算装置と、を備える。
工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、工具が工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定システムであって、工具による工作物の加工に伴い周波数特性を有して発生するAE、及び、工具による工作物の加工に伴いAEと同時に発生する振動加速度を観測する観測装置を有すると共に、観測装置から観測されたAEを表すAE信号及び振動加速度を表す振動加速度信号を取得する信号取得部と、信号取得部によって取得されたAE信号を振動加速度信号の実効値で除することにより基準化した第一値を算出する第一基準化演算部と、第一基準化演算部によって算出された第一値を第一値自身の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した第二値を算出する第二基準化演算部と、第二基準化演算部によって算出された第二値と相関関係にある加工状態を推定する推定部と、を有する推定演算装置と、を備える。
これらによれば、AE信号を、AE信号の一部の周波数領域の実効値によって基準化された加工状態に関連性の高い情報を用いて、工具が工作物を加工した際の加工状態を精度良く推定することができる。又、加工状態推定システムは、推定された工作物の加工面の加工状態を用いて、工作物を加工する工作機械の工具の劣化状態も精度良く推定することができる。これにより、工作機械においては、良好な加工精度を維持することができると共に、適切なタイミングにおいて工具を修正することができる。
従って、工作機械の工具を過度に修正したり、修正が遅れたりすることを防止することができる。これにより、工具を修正するために要する修正時間を短縮することができると共に、工具を修正するためのコストを低減することができる。
(1.加工状態推定システムの適用対象の工作機械)
加工状態推定システムは、工作機械の工具によって工作物が加工された際の加工状態を推定する。工作物を加工する工作機械としては、切削加工を行う各種切削装置(例えば、歯車加工装置やマシニングセンタ等)、研削加工を行う各種研削装置(例えば、円筒研削盤やカム研削盤、平面研削盤等)を挙げることができる。
加工状態推定システムは、工作機械の工具によって工作物が加工された際の加工状態を推定する。工作物を加工する工作機械としては、切削加工を行う各種切削装置(例えば、歯車加工装置やマシニングセンタ等)、研削加工を行う各種研削装置(例えば、円筒研削盤やカム研削盤、平面研削盤等)を挙げることができる。
本例においては、工作機械として、粗研削、精研削、微研削、スパークアウト等の研削加工を経て工作物を研削する研削装置を例示する。ここで、研削装置によって研削加工される工作物としては、例えば、単純軸状部材や、クランクシャフト、カムシャフト、平板等を挙げることができる。尚、本例の工作物としては、後述するように、円筒研削盤によって断面円形の単純軸状部材が研削加工される場合を例示する。
(2.加工状態推定システム1の構成の概要)
次に、加工状態推定システム1の構成の概要について、図1を参照して説明する。加工状態推定システム1は、少なくとも1台の研削装置10と、観測装置20と、少なくとも1つの推定演算装置30とを備える。研削装置10は、1台を対象としても良いし、図1に示すように、複数台を対象としても良い。
次に、加工状態推定システム1の構成の概要について、図1を参照して説明する。加工状態推定システム1は、少なくとも1台の研削装置10と、観測装置20と、少なくとも1つの推定演算装置30とを備える。研削装置10は、1台を対象としても良いし、図1に示すように、複数台を対象としても良い。
本例の加工状態推定システム1は、複数台の研削装置10を備える場合を例示する。そして、本例の加工状態推定システム1は、各々の研削装置10に観測装置20が設けられると共に、研削装置10の各々に設けられた複数の推定演算装置30を備える場合を例に挙げる。尚、本例では、推定演算装置30は、各々の研削装置10に一対一で設けられて、所謂、エッジコンピュータとして機能し、高速演算処理を実現可能としている。
研削装置10は、粗研削、精研削、微研削、スパークアウト等の研削加工を経て工作物Wを研削加工する。研削装置10には、少なくとも、工作物Wの研削加工面W1の研削加工中において観測可能な物理量を取得する観測装置20が設けられている。
観測装置20は、研削装置10が工作物Wの研削加工面W1の研削加工中に観測されるAE信号S1を取得する。又、本例の観測装置20は、AE信号と同時に観測される振動加速度を表す振動加速度信号S2を取得する。
このため、本例の観測装置20は、AE信号S1を検出するAEセンサ21を備えると共に、振動加速度信号S2を検出する振動センサ22を備える。観測装置20は、周波数特性を有するAE信号S1を推定演算装置30に出力すると共に、AE信号S1と同時に観測された振動加速度信号S2を推定演算装置30に出力する。
推定演算装置30は、観測装置20から出力されたAE信号S1及び振動加速度信号S2(軸方向振動加速度信号及び径方向振動加速度信号の少なくとも一方。以下同じ)を取得する。そして、推定演算装置30は、AE信号を振動加速度信号S2の実効値で除することによって基準化した第一値を算出する。更に、推定演算装置30は、第一値を更に第一値自身の一部の周波数領域における実効値で除することにより基準化した第二値を算出する。ここで、本例における「一部の周波数領域」としては、第一値自身の低周波数成分であり、例えば、300から500kHz程度の周波数領域を例示することができる。
又、推定演算装置30は、第二値即ちAE信号S1の評価における動的な接触による影響及び信号の伝播経路による影響を抑制するために基準化されたAE信号のうち、特定の周波数領域を濾波したAE信号について、各種統計演算量を演算する。尚、本例における「特定の周波数領域」としては、例えば、500kHzから1MHz、及び、1.2MHz以上の周波数領域を例示することができる。そして、推定演算装置30は、演算により得られた統計演算量のうちから選定したパラメータを重回帰分析することにより、研削加工面W1の表面粗さを推定する。
ここで、推定演算装置30によって演算される各種統計演算量、即ち、重回帰分析に用いられるパラメータとしては、例えば、ピーク値、平均値、標準偏差、尖り度、歪度を例示することができる。更に、その他の各種統計演算量(パラメータ)としては、実効値(AE信号等の交流波形においては標準偏差に略等しい)、波高率(所謂クレストファクタであって、ピーク値を実効値で除した値)、波形率(実効値を平均値で除した値)を例示することができる。又、重回帰分析することによって得られる相関関係は、基準化された第二値を統計演算することによって得られる各種統計演算量と、実験的に予め粗さ計2により実測された工作物Wの研削加工面W1の表面粗さ(実粗さ値)との相関を表す。
(3.加工状態推定システム1の構成の詳細)
加工状態推定システム1の構成について、図1を参照して、より詳細に説明する。加工状態推定システム1は、複数台の研削装置10、各々の研削装置10に設けられた観測装置20、各々の研削装置10に設けられた推定演算装置30を備える。
加工状態推定システム1の構成について、図1を参照して、より詳細に説明する。加工状態推定システム1は、複数台の研削装置10、各々の研削装置10に設けられた観測装置20、各々の研削装置10に設けられた推定演算装置30を備える。
研削装置10は、砥石Tを用いて工作物Wの研削加工面W1の研削加工を行う研削盤11と、研削盤11を制御する制御装置12とを主に備える。本例においては、研削盤11として、図2に示すように、砥石台トラバース型の円筒研削盤40を例に挙げる。
円筒研削盤40は、軸状部材である工作物Wの外周面即ち研削加工面W1を研削するための工作機械である。円筒研削盤40は、図2に示すように、主としてベッド41、主軸台42、心押台43、トラバースベース44、砥石台45、砥石車46(砥石T)、定寸装置47、及び、砥石車修正装置48を備える。
ベッド41は、設置面上に固定されている。主軸台42は、ベッド41の上面において、X軸方向の手前側(図2の下側)且つZ軸方向の一端側(図2の左側)に設けられている。主軸台42は、工作物WをZ軸回りに回転可能に支持する。工作物Wは、主軸台42に設けられたモータ42aの駆動により回転される。
心押台43は、ベッド41の上面において、主軸台42に対してZ軸方向に対向する位置、即ち、X軸方向の手前側(図2の下側)且つZ軸方向の他端側(図2の右側)に設けられている。これにより、工作物Wは、主軸台42及び心押台43によって回転可能に両端支持される。
トラバースベース44は、ベッド41の上面において、Z軸方向に移動可能に設けられている。トラバースベース44は、ベッド41に設けられたモータ44aの駆動により移動する。砥石台45は、トラバースベース44の上面において、X軸方向に移動可能に設けられている。砥石台45は、トラバースベース44に設けられたモータ45aの駆動により移動する。砥石車46(工具T)は、砥石台45に回転可能に支持されている。砥石車46は、砥石台45に設けられたモータ46aの駆動により回転する。砥石車46は、複数の砥粒がボンド材により固定されて構成されている。
定寸装置47は、工作物Wの寸法(径)を測定する。定寸装置47は、ベッド41の上面において、Z軸方向に移動可能に設けられている。定寸装置47は、ベッド41に設けられた送り機構47aによりZ軸方向の位置が制御される。
砥石車修正装置48は、砥石車46の形状を修正する。即ち、砥石車修正装置48は、砥石車46のツルーイングやドレッシングを行う装置である。ここで、ツルーイングは、形直し作業であり、研削加工によって砥石車46に劣化、例えば、摩耗や摩滅、砥粒の脱落、或いは、砥粒の破砕等が生じた場合に工作物Wの形状に合わせて砥石車46を成形する作業、偏摩耗による砥石車46の振れを取り除く作業である。ドレッシングは、砥石車46の目直し(目立て)作業であり、砥粒の突き出し量を調整する作業、砥粒の切れ刃を創成する作業である。つまり、ドレッシングは、目つぶれや、目詰まり、目こぼれ等を修正する作業であり、通常、ツルーイング後に行われる。
制御装置12は、CNC装置及びPLC装置等を含み、本例においては円筒研削盤40(研削盤11)に設けられる。制御装置12は、工作物Wの形状、加工条件、砥石車46(工具T)の形状、クーラントの供給タイミング情報等の作動指令データに基づいて生成されたNCプログラムに従い、円筒研削盤40における各モータ42a,44a,45a,46a等を制御する。即ち、制御装置12は、動作指令データが入力されることにより、動作指令データに基づいてNCプログラムを生成する。
これにより、制御装置12は、円筒研削盤40(研削盤11)の作動を制御して、工作物Wの研削加工面W1の研削加工を行う。ここで、制御装置12は、定寸装置47により測定される工作物Wの寸法(径)に基づいて、工作物Wの研削加工面W1が仕上形状となるまで研削加工を行う。このため、制御装置12が生成するNCプログラムは、研削加工内容、即ち、粗研削、精研削、微研削及びスパークアウト等に応じて生成される。
又、制御装置12は、ベッド41に設けられており、推定演算装置30と通信可能とされている(図1を参照)。これにより、本例の制御装置12は、砥石車46を修正するタイミングとして、推定演算装置30から出力される修正信号Rを取得したタイミングにおいて、各モータ42a,44a,45a,46a及び砥石車修正装置48等を制御することにより、砥石車46の修正(ツルーイング又は/及びドレッシング)を行う。ここで、本例の推定演算装置30は、後述するように、推定した研削加工面W1の加工状態即ち表面粗さに基づいて、修正信号Rを制御装置12に対して出力する。
観測装置20は、図2及び図3に示すように、AEセンサ21と、振動センサ22とを備える。ここで、本例においては、振動センサ22は、軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222を備える。AEセンサ21、振動センサ22(軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222)は、例えば、円筒研削盤40(研削盤11)の心押台43に設けられる。但し、AEセンサ21及び振動センサ22(軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222)の設置場所は、心押台43に限られず、円筒研削盤40(研削盤11)の構成部材(主軸台42や砥石台45等)に設けることも可能である。
AEセンサ21は、円筒研削盤40(研削盤11)が工作物Wの研削加工面W1を研削加工している状態において観測可能なAE信号S1を所定のサンプリングレートによって取得する。振動センサ22は、円筒研削盤40(研削盤11)が工作物Wの研削加工面W1を研削加工している状態において観測可能な振動加速度信号S2を所定のサンプリングレートによって取得する。
ここで、本例においては、振動センサ22は、軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222によって構成される。軸方向振動センサ221は、例えば、工作物Wの軸方向に沿うように心押台43に設けられている。軸方向振動センサ221は、円筒研削盤40(研削盤11)が工作物Wの研削加工面W1を研削加工している状態において観測可能な軸方向振動加速度信号S21を所定のサンプリングレートによって取得する。径方向振動センサ222は、例えば、工作物Wの径方向に沿うように心押台43に設けられている。径方向振動センサ222は、円筒研削盤40(研削盤11)が工作物Wの研削加工面W1を研削加工している状態において観測可能な径方向振動加速度信号S22を所定のサンプリングレートによって取得する。
観測装置20は、AEセンサ21によって取得されたAE信号S1を推定演算装置30に出力すると共に、振動センサ22(軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222)によって取得された振動加速度信号S2(軸方向振動加速度信号S21及び径方向振動加速度信号S22)を推定演算装置30に出力する(図1を参照)。ここで、観測装置20から出力されるAE信号S1及び振動加速度信号S2(軸方向振動加速度信号S21及び径方向振動加速度信号S22)は、工作物Wの研削加工面W1の研削加工時において同時に取得された信号である。
推定演算装置30は、図4に示すように、信号取得部31、第一基準化演算部32、第二基準化演算部33、統計演算部34、表面粗さ推定部35、判定部36、出力部37を備える。
信号取得部31は、図5に示すように、AEセンサ21によって取得されたAE信号S1を取得すると共に、AEセンサ21と同時に振動センサ22によって取得された振動加速度信号S2を取得する。より詳しく説明すると、本例の信号取得部31は、AE信号S1と共に、軸方向振動センサ221及び径方向振動センサ222の各々によって取得された軸方向振動加速度信号S21及び径方向振動加速度信号S22を取得する。尚、信号取得部31が取得する図5に示したAE信号S1は、フィルタ処理等が施されていない生波形であり、一連の研削加工工程、即ち、粗研削、精研削、微研削及びスパークアウトについて観察された波形である。
第一基準化演算部32は、信号取得部31によって取得されたAE信号S1(図5に示す生波形)を、振動加速度信号S2を用いて基準化した第一値K1を算出する。具体的に、第一基準化演算部32は、AEセンサ21によって取得されたAE信号S1について、例えば、AEセンサ21の公称周波数特性の周波数範囲のバンドパスフィルタを用いたフィルタ処理により、AE信号S11の波形が得られる。尚、本例においては、AE信号S1に対してフィルタ処理を行うようにするが、必要に応じて、フィルタ処理を省略、即ち、AE信号S1の生波形を用いることも可能である。
次に、第一基準化演算部32は、軸方向振動加速度信号S21及び径方向振動加速度信号S22の二乗平均平方根Naを算出する。そして、第一基準化演算部32は、AE信号S11(又は、AE信号S1)を算出した二乗平均平方根Na(又は、振動加速度信号S2の値)で除することにより基準化した第一値K1(=S11/Na)を算出する。ここで、第一基準化演算部32は、研削加工工程ごと、即ち、粗研削、精研削、微研削及びスパークアウトの各々について、第一値K1を算出することができる。
第二基準化演算部33は、第一値K1の波形のうち、低周波領域の実効値Njを算出する。尚、本例においては、低周波領域として、例えば、300kHzから500kHzを例示することができる。そして、第二基準化演算部33は、第一基準化演算部32によって算出された第一値K1を実効値Njで除することにより基準化した第二値K2(=K1/Nj)を算出する。ここで、第二基準化演算部33は、研削加工工程ごと、即ち、粗研削、精研削、微研削及びスパークアウトの各々について、第二値K2を算出する。
統計演算部34は、第二値K2について、特定の周波数領域として、第一周波数領域(例えば、500kHzから1MHz)のバンドパスフィルタを用いてフィルタ処理された第一濾波H1と第二周波数領域(例えば、1.2MHz以上)のハイパスフィルタを用いてフィルタ処理された第二濾波H2を生成する。そして、統計演算部34は、加工時刻により同定可能な研削加工面W1における複数の研削点(例えば、7箇所)における第一濾波の第二値K2及び第二濾波の第二値K2について統計演算を行い、統計演算量を算出する。即ち、本例の統計演算部34は、各々の統計演算量として、7つの値を算出する。
ここで、本例においては、統計演算量として、図6、図7及び図8に示すように、粗研削における第一濾波H1及び第二濾波H2の標準偏差と精研削における第一濾波H1の尖り度を例示する。図6、図7及び図8においては、7つの工作物Wa,Wb,Wc,Wd,We,Wf,Wgの各々について、複数の研削点(7箇所)の標準偏差又は尖り度を例示している。尚、工作物Wの研削加工時期について、工作物Waが最初に研削加工され、Wb,Wc,Wd,We,Wfの順に工作物Wgが最後に研削加工されるものとする。
これらから明らかなように、粗研削における第二値K2の標準偏差については、研削加工時期が最初の工作物Waは全体として小さく、研削加工時期が最後の工作物Wgは全体として大きくなる傾向を有している。又、精研削における第二値K2の尖り度についても、研削加工時期が最初の工作物Waは全体として小さく、研削加工時期が最後の工作物Wgは全体として大きくなる傾向を有している。即ち、これらの傾向は、工作物Wの研削加工面W1の加工状態即ち表面粗さに影響する加工状態の変化に起因したものと考えられる。
表面粗さ推定部35は、統計演算部34によって統計演算された各種統計演算量のうちから適宜選択される複数の統計演算量(例えば、標準偏差や尖り度等)をパラメータとし、これら複数のパラメータを用いた重回帰分析を行うことにより、研削加工面W1の表面粗さSsを推定する。ここで、適宜選択される複数の統計演算量としては、例えば、粗さ計2によって実験的に予め測定された研削加工面W1の実粗さ値Sjの変化傾向と同じ変化傾向を示す統計演算量を選択することができる。従って、予め重回帰分析を網羅的に繰り返し実施し、得られる統計演算量(即ち、パラメータ)のp値に基づくことにより、最適な統計演算量をパラメータとして選択することができる。
ここで、表面粗さ推定部35によって推定された表面粗さSsの推定精度について、図9を用いて説明する。図9は、11個の評価サンプルについて、表面粗さ推定部35によって推定された表面粗さSs(白抜きの四角によって示す)と、粗さ計2によって実測された表面粗さSj(梨地の四角によって示す)との対比を示す。
尚、図9において、評価サンプル1及び評価サンプル2については、研削加工時の加工能率(単位加工時間・単位砥石幅当たりの除去体積)が大きい場合を示し、評価サンプル3から評価サンプル11については、研削加工時の加工能率が評価サンプル1及び評価サンプル2よりも小さい場合を示す。又、同一の研削加工時の加工能率において、評価サンプルの番号が大きくなる程、同一の砥石車46(工具T)による研削加工時期が遅くなる。
図9からも明らかなように、表面粗さ推定部35によって推定された表面粗さSsは、表面粗さSj(実粗さ値)の大きさ及び変化傾向に対して精度良く一致する。特に、表面粗さSsの表面粗さSj(実粗さ値)との誤差については、数%程度の誤差であり、表面粗さ推定部35によって推定された表面粗さSsの推定精度が高いことが理解できる。
判定部36は、図4に示すように、推定された研削加工面W1の表面粗さSsが、研削加工工程(即ち、粗研削、精研削、微研削及びスパークアウト)ごとに研削加工面W1について予め設定された基準表面粗さSr以上であるか否かを判定する。そして、判定部36は、表面粗さSsが基準表面粗さSr以上であれば、円筒研削盤40(研削盤11)の砥石車46(工具T)の劣化が進んでおり、研削加工面W1を適切に研削加工することができない、即ち、修正が必要であると判定する。一方、判定部36は、表面粗さSsが基準表面粗さSr未満であれば、円筒研削盤40(研削盤11)の砥石車46(工具T)の劣化が進んでおらず、研削加工面W1を適切に研削加工することができる、即ち、修正が不要であると判定する。
出力部37は、判定部36による判定結果に応じて、修正信号Rを制御装置12に対して出力する。即ち、出力部37は、判定部36によって砥石車46(工具T)の修正が必要であると判定された場合、修正信号Rを制御装置12に対して出力する。又、出力部37は、判定部36によって砥石車46(工具T)の修正が不要であると判定された場合、修正信号Rを制御装置12に対して出力しない。
これにより、円筒研削盤40(研削盤11)の制御装置12においては、砥石車46(工具T)の劣化が進んだ場合、即ち、砥石車46(工具T)の修正が必要な場合には、図1に示すように、推定演算装置30から修正信号Rを取得する。そして、制御装置12は、砥石車修正装置48を制御して、砥石車46の修正を行う。即ち、砥石車修正装置48は、砥石車46に対して、ツルーイング又は/及びドレッシングを行う。これにより、適切なタイミングにより、且つ、適切な回数だけ、砥石車46の修正を行うことができる。従って、修正に要する時間を短縮することができると共に、修正に要するコストも低減することができる。
以上の説明からも理解できるように、本例の加工状態推定システム1によれば、AE信号S1及び振動加速度信号S2(軸方向振動加速度信号S21及び径方向振動加速度信号S22)を用いて、工作物Wの研削加工面W1における加工状態である表面粗さSsを精度良く推定することができる。そして、加工状態推定システム1は、推定された表面粗さSsを用いて、研削加工面W1を研削加工する研削装置10である円筒研削盤40(研削盤11)の砥石車46(工具T)の劣化の進行具合を判定して、修正信号Rを出力することができる。これにより、研削装置10の制御装置12は、修正信号Rを取得したタイミングにおいて、砥石車修正装置48を制御し、砥石車46をツルーイング又は/及びドレッシングして修正することができる。
従って、円筒研削盤40(研削盤11)の砥石車46(工具T)を過度に修正したり、修正が遅れたりすることを防止することができる。これにより、砥石車46を修正するために要する修正時間を短縮することができると共に、砥石車46を修正するためのコストを低減することができる。
(5.その他の別例)
上述した本例においては、第一基準化演算部32がAE信号S1を振動加速度信号S2を用いて基準化して第一値K1を算出し、第二基準化演算部33が第一値K1を第一値K1自身の低周波領域の実効値Njを用いて基準化して第二値K2を算出する。そして、上述した本例においては、統計演算部34が第二値K2について統計演算を行うことによって統計演算量を算出し、表面粗さ推定部35が最適な統計演算量を用いて表面粗さSsを推定するようにした。
上述した本例においては、第一基準化演算部32がAE信号S1を振動加速度信号S2を用いて基準化して第一値K1を算出し、第二基準化演算部33が第一値K1を第一値K1自身の低周波領域の実効値Njを用いて基準化して第二値K2を算出する。そして、上述した本例においては、統計演算部34が第二値K2について統計演算を行うことによって統計演算量を算出し、表面粗さ推定部35が最適な統計演算量を用いて表面粗さSsを推定するようにした。
しかしながら、必要に応じて、第一基準化演算部32は、振動加速度信号S2を用いることに代えて、AE信号S1を、AE信号S1の一部の周波数領域(低周波領域)の実効値Njを用いて基準化して第一値K1を算出することができる。そして、この場合、統計演算部34が第一値K1について統計演算を行うことによって統計演算量を算出し、表面粗さ推定部35が最適な統計演算量を用いて表面粗さSsを推定することができる。
又、この場合、実効値Njを用いて基準化した第一値K1について、第二基準化演算部33が振動加速度信号S2の二乗平均平方根Na即ち実効値を用いて基準化して第二値K2を算出することもできる。この場合、統計演算部34が第二値K2について統計演算を行うことによって統計演算量を算出し、表面粗さ推定部35が最適な統計演算量を用いて表面粗さSsを推定することができる。即ち、第一基準化演算部32及び第二基準化演算部33の各々が基準化のために用いる実効値を異ならせても、又、統計演算部34が第一値K1又は第二値K2を用いて統計演算量を算出しても、上述した本例と同様の効果が得られる。
又、上述した本例においては、加工状態推定システム1は、研削装置10が研削盤11としての円筒研削盤40を備えるようにした。そして、加工状態推定システム1は、円筒研削盤40によって研削加工される軸状部材である工作物Wの研削加工面W1の加工状態即ち表面粗さSsを推定するようにした。
又、上述した本例においては、加工状態推定システム1は、研削装置10によって工作物Wが研削加工された際の加工状態を推定するようにした。しかし、加工状態推定システム1は、切削装置によって工作物Wが切削加工された際の加工状態を推定することも可能である。
又、加工状態は、表面粗さに限定されない。加工状態推定システム1は、例えば、工具Tが工作物Wに接触することによって形成される形状(外形線や内形線、段差)等についても、推定演算装置30がAE信号S1を用いて加工状態として形状等を正確に推定することができる。
又、上述した本例においては、推定演算装置30は、推定した表面粗さSsに基づいて、工具Tを修正するための修正信号Rを出力するようにした。しかしながら、推定演算装置30は、推定した表面粗さSsに基づいて、工作機械が工具Tを用いて工作物Wを加工する加工条件を適正に変更するための信号を出力することもできる。これにより、工作機械においては、出力された信号を取得することにより、加工条件を適正に変更して工作物Wを精度良く加工することができる。
更に、上述した本例においては、観測装置20が工作機械である円筒研削盤40(研削盤11)の構成部材である心押台43に設けられたAEセンサ21を備え、砥石車46(工具T)と工作物Wとが接触して工作物Wの研削加工面W1を研削加工する際に発生するAE信号S1を取得するようにした。そして、取得したAE信号S1を用いて、研削加工面W1の表面状態としての表面粗さSs、ひいては砥石車46(工具T)による加工状態を推定するようにした。
しかしながら、観測装置20は、心押台43を含む円筒研削盤40(研削盤11)の構成部材から伝播するAE信号S1を取得することに限られるものではない。観測装置20が円筒研削盤40(研削盤11)の他の構成部材を介して取得したAE信号や振動等に基づいて、研削加工面W1の表面状態としての表面粗さSs、換言すれば、砥石車46(工具T)による加工状態を推定することも可能である。
1…加工状態推定システム、2…粗さ計、10…研削装置、11…研削盤、12…制御装置、20…観測装置、21…AEセンサ、22…振動センサ、221…軸方向振動センサ、222…径方向振動センサ、30…推定演算装置、31…信号取得部、32…第一基準化演算部、33…第二基準化演算部、34…統計演算部、35…表面粗さ推定部、36…判定部、37…出力部、40…円筒研削盤、41…ベッド、42…主軸台、42a…モータ、43…心押台、44…トラバースベース、44a…モータ、45…砥石台、45a…モータ、46…砥石車、46a…モータ、47…定寸装置、47a…送り機構、48…砥石車修正装置、49…クーラント装置、H1…第一濾波、H2…第二濾波、K1…第一値、K2…第二値、Na…二乗平均平方根、Nj…実効値、R…修正信号、S1…AE信号、S2…振動加速度信号、S21…軸方向振動加速度信号、S22…径方向振動加速度信号、Sj…実粗さ値、Ss…(推定された)表面粗さ値(加工状態)、T…工具、W…工作物、W1…研削加工面
Claims (7)
- 工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、前記工具が前記工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定方法であって、
前記工具による前記工作物の加工に伴い、周波数特性を有して発生するアコースティックエミッションを観測し、
観測された前記アコースティックエミッションを表すアコースティックエミッション信号を前記アコースティックエミッション信号の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した値を算出し、算出した前記値と相関関係にある前記加工状態を推定する、加工状態推定方法。 - 更に、前記工具による前記工作物の加工に伴い、前記アコースティックエミッションと同時に発生する振動加速度を観測し、
前記アコースティックエミッション信号を、観測された前記振動加速度を表す振動加速度信号の実効値で除することにより基準化した第一値を算出し、更に前記第一値自身の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した第二値を算出し、前記第二値と相関関係にある前記加工状態を推定する、請求項1に記載の加工状態推定方法。 - 算出された前記値、前記第一値及び前記第二値のうちの少なくとも一つを統計演算することにより得られる複数の統計演算量をパラメータとし、前記パラメータを用いた重回帰分析を行うことにより前記相関関係を求め、前記加工状態を推定する、請求項1又は2に記載の加工状態推定方法。
- 推定された前記加工状態に基づいて、前記工具を修正するタイミングを設定する、又は、前記工作機械が前記工具を用いて前記工作物を加工する加工条件を変更する、請求項1-3のうちの何れか一項に記載の加工状態推定方法。
- 前記工作機械は、前記工具としての砥石を有し、前記砥石により前記工作物を研削加工する研削装置である、請求項1-4の何れか一項に記載の加工状態推定方法。
- 前記加工状態は、表面粗さとして推定される、請求項1-5の何れか一項に記載の加工状態推定方法。
- 工具によって工作物を加工する工作機械に適用され、前記工具が前記工作物を加工した際の加工状態を推定する加工状態推定システムであって、
前記工具による前記工作物の加工に伴い周波数特性を有して発生するアコースティックエミッション、及び、前記工具による前記工作物の加工に伴い前記アコースティックエミッションと同時に発生する振動加速度を観測する観測装置を有すると共に、
前記観測装置から観測された前記アコースティックエミッションを表すアコースティックエミッション信号及び前記振動加速度を表す振動加速度信号を取得する信号取得部と、
前記信号取得部によって取得された前記アコースティックエミッション信号を前記振動加速度信号の実効値で除することにより基準化した第一値を算出する第一基準化演算部と、
前記第一基準化演算部によって算出された前記第一値を前記第一値自身の一部の周波数領域の実効値で除することにより基準化した第二値を算出する第二基準化演算部と、
前記第二基準化演算部によって算出された前記第二値と相関関係にある前記加工状態を推定する推定部と、を有する推定演算装置と、
を備えた、加工状態推定システム。
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