JP2024013720A - Machining condition setting method and machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、加工条件設定方法および工作機械に関する。 The present disclosure relates to a machining condition setting method and a machine tool.
特許文献1には、切削加工を施される被加工物のびびり振動を抑制するために設置される治具の設計を支援する装置が開示されている。この装置は、CAE(Computer Aided Engineering)解析結果を用いて被加工物の加工精度を予測し、所望の加工精度が得られないと予測される場合には、治具の設計データの変更等を使用者に行わせる。 Patent Document 1 discloses an apparatus that supports the design of a jig installed to suppress chatter vibration of a workpiece to be cut. This device uses CAE (Computer Aided Engineering) analysis results to predict the machining accuracy of the workpiece, and if it is predicted that the desired machining accuracy will not be achieved, it will change the design data of the jig, etc. Let the user do it.
切削加工時にびびり振動が発生すると、加工精度が低下する。そのため、切削加工時のびびり振動を抑制することが求められている。特許文献1では、治具の設計変更によって切削加工時のびびり振動を抑制している。しかしながら、治具の設計変更等が困難な場合や、治具の設置自体が困難な場合がある。そこで、治具の設計変更によらずに、びびり振動を抑制するための技術が望まれている。 When chatter vibration occurs during cutting, machining accuracy decreases. Therefore, it is required to suppress chatter vibration during cutting. In Patent Document 1, chatter vibration during cutting is suppressed by changing the design of the jig. However, there are cases where it is difficult to change the design of the jig, or it is difficult to install the jig itself. Therefore, there is a need for a technique for suppressing chatter vibration without changing the design of the jig.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized as the following forms.
(1)本開示の第1の形態によれば、切削加工の加工条件を設定する加工条件設定方法が提供される。この加工条件設定方法は、切削工具によって工作物に第1試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測する計測工程と、前記複数の計測点での前記第1試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定する振動推定工程と、前記第1試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析する周波数解析工程と、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成する加工条件選定マップ作成工程と、前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する設定工程と、を有する。
この形態の加工条件設定方法によれば、切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、治具の設置が困難な場合や、治具の設計変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。
(2)上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップ作成工程に先立って、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて算出される、前記切削位置における前記工作物のコンプライアンスの最大値が予め定められた閾値を超えるか否かを判定し、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えないと判定した場合に、前記加工条件選定マップ作成工程を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、工作物の剛性が確保されている状態で、加工条件を設定できる。そのため、効果的にびびり振動を抑制できる。
(3)上記形態の加工条件設定方法において、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えると判定した場合には、前記工作物の剛性を向上させるための対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、前記対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、前記対策が実行された後、前記計測工程に戻り、前記対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、前記加工条件選定マップ作成工程を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、工作物の剛性不足が可能な限り解消されている状態で、加工条件を設定できる。そのため、効果的にびびり振動を抑制できる。
(4)上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第2試し加工を施し、前記工作物の強制びびり振動が前記第2試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、前記工作物の強制びびり振動が前記第2試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、本加工に先立って強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行することで、本加工において強制びびり振動が生じることを抑制できる。
(5)上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第2試し加工を施し、前記工作物の自励びびり振動が前記第2試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、前記工作物の自励びびり振動が前記第2試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、本加工に先立って自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行することで、本加工において自励びびり振動が生じることを抑制できる。
(6)上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件は、切削工具の1刃あたりの送り量であり、前記設定工程にて、前記1刃あたりの送り量が一定に保たれる第1条件と、前記第1条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に前記1刃あたりの送り量が変更される第2条件との一方を選択して前記本加工時の前記加工条件を設定してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、第1条件を選択することによって予め定められた加工精度を満足することができ、第2条件を選択することによってさらに加工時間を短期化できる。なお、設定される加工条件は、切削工具の1刃あたりの送り量のほか、切削工具TLの回転速度や、切削工具TLの軸方向(図1ではZ軸)あるいは半径方向(図1ではY軸)の切込み量でもよい。
(7)本開示の第2の形態によれば、切削工具によって工作物に切削加工を施す工作機械が提供される。この工作機械は、前記切削加工の加工条件を設定する加工条件設定部を備える。前記加工条件設定部は、前記切削工具によって前記工作物に第1試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測し、前記複数の計測点での前記第1試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定し、前記第1試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析し、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成し、前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する。
この形態の工作機械によれば、加工条件設定部は、切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、作業員は、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、治具の設置が困難な場合や、治具の設計変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。
本開示は、加工条件設定方法や、工作機械以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、加工条件設定装置や、加工条件選定マップ作成方法や、加工条件選定マップ作成装置等の形態で実現することができる。
(1) According to the first aspect of the present disclosure, a processing condition setting method for setting processing conditions for cutting is provided. This machining condition setting method involves measuring the cutting force applied to the workpiece by the cutting tool and vibrations at a plurality of measurement points of the workpiece while performing a first trial machining on the workpiece using the cutting tool. a vibration estimation step of estimating the vibration of the workpiece at the cutting position using the measurement results of the vibration during the first trial machining at the plurality of measurement points; a frequency analysis step of frequency-analyzing the measurement result of the cutting force and the estimation result of the vibration; and performing main processing on the workpiece with a cutting tool using the frequency analysis result of the cutting force and the frequency analysis result of the vibration. a machining condition selection map creation step of creating a machining condition selection map that represents the relationship between the cutting position on the workpiece, the machining conditions, and the predicted value of vibration amplitude; and a setting step of setting the machining conditions during the main machining so that the vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value.
According to this method of setting machining conditions, machining conditions are set using a machining condition selection map that represents the relationship between cutting positions, machining conditions, and predicted values of vibration amplitude. Therefore, practical machining conditions suitable for suppressing chatter vibration can be set without trial and error. Therefore, even if it is difficult to install the jig or change the design of the jig, chatter vibration can be suppressed by changing the machining conditions.
(2) In the machining condition setting method of the above embodiment, prior to the machining condition selection map creation step, the frequency analysis result at the cutting position is calculated using the frequency analysis result of the cutting force and the frequency analysis result of the vibration. Determine whether the maximum value of compliance of the workpiece exceeds a predetermined threshold, and if it is determined that the maximum value of compliance of the workpiece does not exceed the threshold, perform the process of creating the machining condition selection map. May be executed.
According to this method of setting machining conditions, machining conditions can be set while the rigidity of the workpiece is ensured. Therefore, chatter vibration can be effectively suppressed.
(3) In the machining condition setting method of the above form, if it is determined that the maximum compliance value of the workpiece exceeds the threshold value, is it possible to take measures to improve the rigidity of the workpiece? If a determination result indicating that the countermeasure is not possible is obtained, then after the countermeasure is executed, the process returns to the measurement step and a determination is made that the countermeasure is not possible. If the determination result is obtained, the processing condition selection map creation step may be executed.
According to this method of setting machining conditions, machining conditions can be set while the lack of rigidity of the workpiece is resolved as much as possible. Therefore, chatter vibration can be effectively suppressed.
(4) In the machining condition setting method of the above embodiment, a second trial machining is performed on the workpiece using the cutting tool according to the machining conditions set using the machining condition selection map, and forced chatter vibration of the workpiece is If a determination result is obtained as to whether the forced chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining, and if a determination result is obtained that the forced chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining, the forced chatter vibration Countermeasures may be implemented to suppress the occurrence of
According to this method of setting machining conditions, by implementing a countermeasure for suppressing the occurrence of forced chatter vibration prior to the main machining, it is possible to suppress the occurrence of forced chatter vibration in the main machining.
(5) In the machining condition setting method of the above embodiment, a second trial machining is performed on the workpiece using the cutting tool according to the machining conditions set using the machining condition selection map, and self-excited chatter vibration of the workpiece is generated. If a determination result is obtained as to whether or not self-excited chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining, and a determination result is obtained that self-excited chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining, the automatic Countermeasures may be implemented to suppress the occurrence of chatter vibrations.
According to this method of setting machining conditions, by implementing a countermeasure for suppressing the occurrence of self-excited chatter vibration prior to main machining, it is possible to suppress the occurrence of self-excited chatter vibration during main machining.
(6) In the machining condition setting method of the above embodiment, the machining condition is the feed amount per tooth of the cutting tool, and in the setting step, the first and a second condition in which the feed amount per tooth is changed during machining so that the machining time is shorter than the first condition, and the machining conditions during the main machining are set. May be set.
According to this method of setting machining conditions, by selecting the first condition, predetermined machining accuracy can be satisfied, and by selecting the second condition, the machining time can be further shortened. The machining conditions to be set include the feed amount per cutting tool, the rotational speed of the cutting tool TL, and the axial direction (Z-axis in Fig. 1) or radial direction (Y-axis in Fig. 1) of the cutting tool TL. It may also be the depth of cut of the shaft.
(7) According to the second aspect of the present disclosure, a machine tool that performs cutting on a workpiece using a cutting tool is provided. This machine tool includes a machining condition setting section that sets machining conditions for the cutting process. The machining condition setting unit is configured to control a cutting force applied to the workpiece from the cutting tool and vibrations at a plurality of measurement points of the workpiece while performing a first trial machining on the workpiece with the cutting tool. and estimate the vibration of the workpiece at the cutting position using the measurement results of the vibration during the first trial machining at the plurality of measurement points, and the measurement result of the cutting force during the first trial machining. and the estimation result of the vibration, and using the frequency analysis result of the cutting force and the frequency analysis result of the vibration, determine the cutting position on the workpiece when main machining is performed on the workpiece with a cutting tool. A machining condition selection map is created that represents the relationship between the machining conditions and the predicted value of vibration amplitude, and using the machining condition selection map, the main machining is performed so that the vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value. Set the processing conditions at the time.
According to this type of machine tool, the machining condition setting section sets machining conditions using a machining condition selection map that represents the relationship between cutting positions, machining conditions, and predicted values of vibration amplitude. Therefore, the operator can set practical machining conditions suitable for suppressing chatter vibration without trial and error. Therefore, even if it is difficult to install the jig or change the design of the jig, chatter vibration can be suppressed by changing the machining conditions.
The present disclosure can also be realized in various forms other than a machining condition setting method and a machine tool. For example, it can be realized in the form of a machining condition setting device, a machining condition selection map creation method, a machining condition selection map creation device, etc.
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における工作機械11の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、工作機械11は、立型マシニングセンタとして構成されている。工作機械11は、互いに直交する3つの座標軸であるX,Y,Z軸を有している。本実施形態では、X軸は工作機械11の左右方向に沿った座標軸であり、Y軸は工作機械11の前後方向に沿った座標軸であり、Z軸は工作機械11の上下方向に沿った座標軸である。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
工作機械11は、ベッド20と、サドル30と、テーブル40と、コラム50と、主軸装置60と、切削力センサ70と、3つの振動センサ80A~80Cと、制御装置100とを備えている。
The
サドル30は、ベッド20に支持されている。サドル30は、ベッド20にガイドされながらY軸に沿って移動する。テーブル40は、サドル30に支持されている。テーブル40は、サドル30にガイドされながらX軸に沿って移動する。テーブル40には、工作物WKが固定される。本実施形態では、テーブル40に固定されたクランプ45に工作物WKの下端部が挟持されることによって、工作物WKがテーブル40に固定される。コラム50は、ベッド20に固定されている。主軸装置60は、コラム50に支持されている。主軸装置60は、コラム50にガイドされながらZ軸に沿って移動する。
Saddle 30 is supported by
主軸装置60は、主軸65と、主軸モータ67と、回転角センサ69とを備えている。主軸65には、工作物WKに切削加工を施すための切削工具TLが装着される。主軸モータ67は、Z軸に平行な回転軸を中心にして主軸65および切削工具TLを回転させる。主軸モータ67には、例えば、サーボモータを用いることができる。切削工具TLは、中心軸を中心とする略円柱形状を有しており、側面部に少なくとも1つの刃を有している。本実施形態では、切削工具TLは、エンドミルであり、中心軸を中心とする円周方向に沿って等間隔で配置された2つの刃を有している。なお、他の実施形態では、切削工具TLの刃の数は、1つでもよいし、3つ以上でもよい。切削工具TLは、例えば、平フライスなどのエンドミル以外のフライス工具でもよい。回転角センサ69は、主軸65の回転角、換言すれば、切削工具TLの回転角を検出する。回転角センサ69によって検出された回転角に関する情報は、制御装置100に送信される。回転角センサ69には、例えば、ロータリーエンコーダを用いることができる。
The
切削力センサ70は、主軸65に設けられている。切削力センサ70は、切削工具TLから工作物WKに加えられる切削力を検出する。切削力センサ70によって検出された切削力に関する情報は、制御装置100に送信される。切削力センサ70には、例えば、切削動力計を用いることができる。
The cutting
3つの振動センサ80A~80Cは、工作物WKに設置されている。各振動センサ80A~80Cは、工作物WKの振動状態を表す物理量を検出する。各振動センサ80A~80Cによって検出された振動状態を表す物理量に関する情報は、制御装置100に送信される。振動状態を表す物理量には、加速度、速度、および、変位が含まれる。本実施形態では、各振動センサ80A~80Cは、工作物WKの加速度を検出する加速度センサである。以下の説明では、振動センサ80A~80Cが設置されている工作物WK上の点のことを計測点MP1~MP3と呼ぶことがある。なお、振動センサ80A~80Cの数は、切削加工中における切削位置での工作物WKの振動を推定するために最低限必要な数であればよい。他の実施形態では、各振動センサ80A~80Cは、加速度センサではなく、工作物WKの変位を検出する変位センサ、あるいは、工作物WKの速度を検出する速度センサでもよい。また、本実施形態では、振動センサ80A~80Cには、接触式の振動センサが用いられているが、他の実施形態では、非接触式の振動センサが用いられてもよい。
Three
制御装置100は、CPU101と、メモリ102と、入出力インターフェース103と、内部バス104とを備えたコンピュータとして構成されている。CPU101は、メモリ102に格納されているコンピュータプログラムを実行することによって、NC制御部110および加工条件設定部120として機能する。
The
NC制御部110は、所定の加工条件に従って主軸モータ67等の工作機械11の各モータを制御することによって、回転している切削工具TLを工作物WKに接触させて、工作物WKに対する切削加工を実行する。以下の説明では、製品を製造するための切削加工を本加工と呼び、本加工に先立って実行される切削加工のことを試し加工と呼ぶ。
The NC control unit 110 controls each motor of the
加工条件設定部120は、切削加工の加工条件を設定する。加工条件には、切削工具TLの回転速度と、切削工具TLの1刃あたりの送り量と、工作物WKへの切削工具TLの半径方向および軸方向の切込み量とが含まれる。加工条件設定部120は、後述する加工条件設定処理を実行することによって、本加工にて用いられる加工条件を設定する。 The machining condition setting unit 120 sets machining conditions for cutting. The machining conditions include the rotational speed of the cutting tool TL, the feed rate per blade of the cutting tool TL, and the depth of cut in the radial and axial directions of the cutting tool TL into the workpiece WK. The machining condition setting unit 120 sets machining conditions used in the main machining by executing a machining condition setting process to be described later.
制御装置100には、入力装置105と、表示装置106とが接続されている。入力装置105は、例えば、複数の操作ボタンで構成されている。表示装置106は、例えば、液晶ディスプレイで構成されている。入力装置105と表示装置106とは、タッチパネルとして一体化されてもよい。
An input device 105 and a display device 106 are connected to the
図2は、支持部材48のレイアウトの一例を示す側面図である。図3は、支持部材48のレイアウトの一例を示す背面図である。図2に示すように、工作物WKをテーブル40に固定するためのクランプ45の他に、切削加工時の工作物WKのびびり振動を抑制するための支持部材48が用いられることがある。本実施形態では、支持部材48は、円形断面を有する棒状に形成されている。支持部材48の一端は、工作物WKのうちのクランプ45に挟持されている部分とは異なる部分に接触し、支持部材48の他端は、固定部材49を介してテーブル40に固定されている。図3に示すように、工作物WKは、例えば、1つの支持部材48によって支持される。工作物WKのうちの支持部材48によって支持されている面とは反対側の面に、切削工具TLによって切削加工が施される。工作物WKのうちの支持部材48によって支持されている面には、振動センサ80A~80Cが設置されている。なお、他の実施形態では、支持部材48は、棒状ではなく、例えば、板状や、ブロック状、あるいは、球面状に形成されてもよい。支持部材48の数は、1つに限られず、2つ以上でもよい。工作物WKの剛性が十分に高い場合には、支持部材48が設けられなくてもよい。
FIG. 2 is a side view showing an example of the layout of the
図4および図5は、加工条件設定処理の内容を示すフローチャートである。図6は、加工条件設定処理において作成されるコンプライアンスマップの一例を示す説明図である。図7は、加工条件設定処理において作成される加工条件選定マップの一例を示す説明図である。図4および図5に示す加工条件設定処理は、本加工時の加工条件を設定するために、加工条件設定部120によって実行される。加工条件設定処理は、例えば、本加工に先立って、入力装置105に設けられた開始ボタンが押下されることにより開始される。なお、加工条件設定処理において実行される方法のことを加工条件設定方法と呼ぶことがある。 4 and 5 are flowcharts showing the contents of the machining condition setting process. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a compliance map created in the processing condition setting process. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a machining condition selection map created in the machining condition setting process. The machining condition setting process shown in FIGS. 4 and 5 is executed by the machining condition setting unit 120 in order to set machining conditions for main machining. The machining condition setting process is started, for example, by pressing a start button provided on the input device 105 prior to the main machining. Note that the method executed in the machining condition setting process may be referred to as a machining condition setting method.
まず、図4のステップS110にて、加工条件設定部120は、NC制御部110に試し加工を実行させ、切削力センサ70を用いて試し加工中の各時刻に切削工具TLから工作物WKに加えられる切削力を計測し、振動センサ80A~80Cを用いて試し加工中の各時刻に工作物WK上の各計測点MP1~MP3にて生じる加速度を計測する。本実施形態では、NC制御部110は、図3に示すように、各振動センサ80A~80Cが設置されている各計測点MP1~MP3の裏側を通る加工経路で、加工開始点SPから加工終了点EPまで工作物WKに試し加工を施す。なお、ステップS110にて実行される試し加工のことを第1試し加工と呼ぶことがある。ステップS110のことを計測工程と呼ぶことがある。
First, in step S110 in FIG. 4, the machining condition setting unit 120 causes the NC control unit 110 to perform trial machining, and uses the cutting
ステップS115にて、加工条件設定部120は、各計測点MP1~MP3での加速度の計測結果を用いて、試し加工中の各時刻における加工開始点SPと加工終了点EPとの間の振動を推定する。本実施形態では、加工条件設定部120は、加工開始点SPに最も近い計測点MP1の加速度と加工開始点に2番目に近い計測点MP2の加速度とを用いた線形補外によって、加工開始点SPと加工開始点SPに最も近い計測点MP1との間の加速度を推定する。加工条件設定部120は、隣り合う2つの計測点の加速度を用いた線形補間によって、隣り合う計測点間の加速度を推定する。加工条件設定部120は、加工終了点EPに最も近い計測点MP3の加速度と加工終了点EPに2番目に近い計測点MP2の加速度とを用いた線形補外によって、加工終了点EPと加工終了点EPに最も近い計測点MP3との間の加速度を推定する。なお、他の実施形態では、加工条件設定部120は、線形補間や線形補外ではなく、例えば、ラグランジュ法あるいはスプライン法によって、加工開始点SPと加工終了点EPとの間の振動を推定してもよい。なお、ステップS115のことを振動推定工程と呼ぶことがある。 In step S115, the machining condition setting unit 120 calculates the vibration between the machining start point SP and the machining end point EP at each time during trial machining using the acceleration measurement results at each measurement point MP1 to MP3. presume. In this embodiment, the machining condition setting unit 120 determines the machining start point by linear extrapolation using the acceleration of the measurement point MP1 closest to the machining start point SP and the acceleration of the measurement point MP2 second closest to the machining start point SP. The acceleration between SP and the measurement point MP1 closest to the machining start point SP is estimated. The processing condition setting unit 120 estimates the acceleration between adjacent measurement points by linear interpolation using the accelerations of two adjacent measurement points. The machining condition setting unit 120 determines the machining end point EP and the machining end by linear extrapolation using the acceleration of the measurement point MP3 closest to the machining end point EP and the acceleration of the measurement point MP2 second closest to the machining end point EP. The acceleration between the point EP and the closest measurement point MP3 is estimated. Note that in other embodiments, the machining condition setting unit 120 estimates the vibration between the machining start point SP and the machining end point EP by, for example, the Lagrangian method or the spline method instead of linear interpolation or linear extrapolation. It's okay. Note that step S115 may be referred to as a vibration estimation step.
ステップS120にて、加工条件設定部120は、切削力の計測結果と加速度の推定結果とに対して周波数解析を実行する。本実施形態では、加工条件設定部120は、切削力の計測結果と加速度の推定結果とのそれぞれから1刃分の結果を抽出した後、時間領域で表された1刃分の各結果に高速フーリエ変換を施すことによって、周波数領域で表された1刃分の各結果に変換する。1刃分の結果とは、切削工具TLの刃が工作物WKに切り込んでから次に切削工具TLの刃が工作物WKに切り込むまでの期間の計測結果あるいは推定結果のことを意味する。切削工具TLの刃が工作物WKに接触してから次に切削工具TLの刃が工作物WKに接触するまでの時間のことを切れ刃通過周期と呼ぶことがある。等間隔で配置された複数の刃を有する切削工具TLが用いられる場合、切れ刃通過周期は、例えば、回転角センサ69を用いて計測される切削工具TLの回転周期を切削工具TLの刃数で除すことによって算出できる。なお、加工条件設定部120は、高速フーリエ変換に先立って、1刃分の各結果のデータ数が2のべき乗になるように、1刃分の各結果の端部に所定個数のゼロデータを付加してから高速フーリエ変換を実行してもよい。ゼロデータとは、切削力の値や加速度の値がゼロであることを表すデータである。1刃分の各結果にゼロデータを付加することによって、高速フーリエ変換後の各結果の周波数分解能を高めることができる。なお、ステップS120のことを周波数解析工程と呼ぶことがある。
In step S120, the machining condition setting unit 120 performs frequency analysis on the cutting force measurement results and the acceleration estimation results. In this embodiment, the machining condition setting unit 120 extracts the results for one blade from each of the measurement results of cutting force and the estimation results of acceleration, and then quickly converts the results for one blade expressed in the time domain. By performing Fourier transformation, the results are converted into results for one blade expressed in the frequency domain. The result for one blade means the measurement result or estimated result of the period from when the blade of the cutting tool TL cuts into the workpiece WK to when the blade of the cutting tool TL next cuts into the workpiece WK. The time from when the blade of the cutting tool TL contacts the workpiece WK to when the blade of the cutting tool TL next contacts the workpiece WK is sometimes referred to as a cutting edge passing period. When a cutting tool TL having a plurality of blades arranged at equal intervals is used, the cutting edge passing period is, for example, the rotation period of the cutting tool TL measured using the
ステップS125にて、加工条件設定部120は、切削力の周波数解析結果と変位の周波数解析結果とを用いて、工作物WK上の切削位置における周波数と工作物WKのコンプライアンスの高さとの関係の分布を表すコンプライアンスマップを作成する。図6には、コンプライアンスマップの一例が表されている。図6において、横軸は、工作物WK上の切削位置を表しており、縦軸は、周波数を表しており、色の濃淡は、工作物WKのコンプライアンスの高さを表している。図6では、色が薄いほどコンプライアンスが高い。コンプライアンスは剛性の逆数であるため、コンプライアンスが高くなるほど剛性は低くなる。加工条件設定部120は、各切削位置および各周波数でのコンプライアンスを算出し、コンプライアンスの算出結果を集約することで、コンプライアンスマップを作成する。本実施形態では、加工条件設定部120は、加速度を(2π×周波数)2で除すことによって変位を算出し、変位を切削力で除すことによってコンプライアンスを算出する。なお、ステップS125のことをコンプライアンスマップ作成工程と呼ぶことがある。 In step S125, the machining condition setting unit 120 uses the cutting force frequency analysis results and the displacement frequency analysis results to determine the relationship between the frequency at the cutting position on the workpiece WK and the compliance height of the workpiece WK. Create a compliance map that represents the distribution. FIG. 6 shows an example of a compliance map. In FIG. 6, the horizontal axis represents the cutting position on the workpiece WK, the vertical axis represents the frequency, and the shade of color represents the height of compliance of the workpiece WK. In FIG. 6, the lighter the color, the higher the compliance. Compliance is the reciprocal of stiffness, so the higher the compliance, the lower the stiffness. The processing condition setting unit 120 calculates the compliance at each cutting position and each frequency, and creates a compliance map by aggregating the compliance calculation results. In this embodiment, the machining condition setting unit 120 calculates the displacement by dividing the acceleration by (2π×frequency) 2 , and calculates the compliance by dividing the displacement by the cutting force. Note that step S125 may be referred to as a compliance map creation step.
ステップS130にて、加工条件設定部120は、コンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。本実施形態では、所定の閾値は、1.0×10-6m/Nである。 In step S130, processing condition setting unit 120 determines whether the maximum value of compliance in the compliance map exceeds a predetermined threshold. In this embodiment, the predetermined threshold is 1.0×10 −6 m/N.
ステップS130にてコンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えると判定された場合には、加工条件設定部120は、ステップS140にて、工作物WKの剛性を向上させるための工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部120は、工作物剛性向上対策が可能であるか否かの判定要求を表示装置106に表示させることによって、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を作業員に入力させる。本実施形態における工作物剛性向上対策とは、工作物WKの剛性が不足している部分、あるいは、剛性が不足している部分の周辺部を支持する支持部材48を設置することなどである。作業員は、判定結果を入力装置105に入力し、加工条件設定部120は、入力装置105に入力された判定結果を取得する。
If it is determined in step S130 that the maximum value of compliance in the compliance map exceeds a predetermined threshold value, the machining condition setting unit 120 sets a workpiece WK in order to improve the rigidity of the workpiece WK in step S140. Obtain the determination result as to whether or not it is possible to implement measures to improve rigidity. In the present embodiment, the machining condition setting unit 120 displays on the display device 106 a request for determining whether or not the workpiece rigidity improvement measures are possible, thereby determining whether or not the workpiece rigidity improvement measures are possible. Have the worker input the determination result. Measures to improve the workpiece rigidity in this embodiment include installing a
ステップS140にて工作物剛性向上対策の実行が可能であるとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部120は、ステップS145にて、コンプライアンスマップを表示装置106に表示させる。作業員は、表示装置106に表示されているコンプライアンスマップを参照して工作物剛性向上対策を実行し、工作物剛性向上対策が完了した後、加工条件設定部120は、ステップS110から加工条件設定処理をやり直す。 If a determination result indicating that it is possible to take measures to improve workpiece rigidity is obtained in step S140, the machining condition setting unit 120 causes the display device 106 to display a compliance map in step S145. The worker refers to the compliance map displayed on the display device 106 and executes measures to improve the workpiece rigidity. After completing the measures to improve the workpiece rigidity, the machining condition setting unit 120 sets the machining conditions from step S110. Redo the process.
ステップS130にてコンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定された場合には、加工条件設定部120は、図5のステップS150に処理を進める。ステップS140にて工作物剛性向上対策が可能でないとの判定結果が取得された場合にも、加工条件設定部120は、ステップS150に処理を進める。つまり、工作物WKが所望の剛性を確保できている場合や、剛性が可能な限り高められている場合に、加工条件設定部120は、ステップS150に処理を進める。 If it is determined in step S130 that the maximum value of compliance in the compliance map does not exceed the predetermined threshold, processing condition setting unit 120 advances the process to step S150 in FIG. 5. Even when the determination result that the workpiece rigidity improvement measures are not possible is acquired in step S140, the processing condition setting unit 120 advances the process to step S150. In other words, when the desired rigidity of the workpiece WK is ensured or when the rigidity is increased as much as possible, the machining condition setting unit 120 advances the process to step S150.
ステップS150にて、加工条件設定部120は、工作物WK上の各切削位置における工作物WKの振動振幅の予測値の大きさとの関係を表す加工条件選定マップを作成して、表示装置106に表示させる。加工条件選定マップは、切削工具TLの回転速度や切削工具TLの1刃あたりの送り量や工作物WKへの切削工具TLの切込み量などの加工条件を、加工効率向上や加工精度向上などの作業員の目的に応じて選定するために用いられるマップである。図7には、加工条件選定マップの一例が表されている。図7において、横軸は、工作物WK上の切削位置を表しており、縦軸は、1刃あたりの送り量を表しており、色の濃淡は、振動振幅の予測値の大きさを表している。図7では、色が濃いほど振動振幅の予測値が大きい。本実施形態では、ステップS150にて、加工条件設定部120は、まず、切削位置における振動モードより、質量M、減衰係数C、および、ばね定数K等のモーダルパラメータを特定する。加工条件設定部120は、例えば、切削位置ごとに、周波数とコンプライアンスとの関係を表すグラフを作成して、コンプライアンスのピークが所定の閾値を超える周波数を特定する。このときに特定される周波数は複数個であってもよい。特定された周波数ごとのピーク形状に適合する伝達関数をカーブフィッティング処理によって導出して、各振動モードの質量M、減衰係数C、および、ばね定数K等のモーダルパラメータを特定することができる。次に、加工条件設定部120は、切削位置ごとのモーダルパラメータと、任意に設定する加工条件パラメータとから、加工中の振動振幅の予測値を算出する。加工条件設定部120は、例えば、橋本高明・河野大輔・古澤正崇・松原厚、「切削加工システムの動特性の異方性が振動安定性に与える影響」、精密工学会誌 Vol.87 No.2、2021年、p.238~244に示されているような加工中の振動振幅の求め方に倣って、加工中の振動振幅の予測値を算出することができる。そして、加工条件設定部120は、切削位置ごとの振動振幅の予測値の分布を表す加工条件選定マップを作成する。図7には、ステップS140で工作物剛性向上対策が可能でないと判定された場合の加工条件選定マップの一例が表されている。本実施形態では、加工条件パラメータとして、切削工具TLの外径、刃数、ねじれ角、回転速度、半径方向および軸方向の切込み量、分力比(切削工具TLに作用する法線抵抗と接線抵抗の比)、および、工作物WKの比切削抵抗に任意の値を設定し、振動振幅の予測値の大きさが所定値以下になるように切削工具TLの1刃あたりの送り量を決定することができる。これ以外にも、加工条件設定部120は、振動振幅の予測値の大きさが所定値以下になるように、切削工具TLの半径方向あるいは軸方向の切込み量などの加工条件を決定してもよい。なお、ステップS150のことを加工条件選定マップ作成工程と呼ぶことがある。 In step S150, the machining condition setting unit 120 creates a machining condition selection map that represents the relationship between the magnitude of the predicted value of the vibration amplitude of the workpiece WK at each cutting position on the workpiece WK, and displays it on the display device 106. Display. The machining condition selection map is used to select machining conditions such as the rotational speed of the cutting tool TL, the feed amount per tooth of the cutting tool TL, and the depth of cut of the cutting tool TL into the workpiece WK, in order to improve machining efficiency and machining accuracy. This is a map used for selection according to the purpose of the worker. FIG. 7 shows an example of a machining condition selection map. In Fig. 7, the horizontal axis represents the cutting position on the workpiece WK, the vertical axis represents the feed amount per tooth, and the shade of color represents the magnitude of the predicted value of vibration amplitude. ing. In FIG. 7, the darker the color, the larger the predicted value of the vibration amplitude. In this embodiment, in step S150, the machining condition setting unit 120 first specifies modal parameters such as the mass M, the damping coefficient C, and the spring constant K from the vibration mode at the cutting position. For example, the machining condition setting unit 120 creates a graph representing the relationship between frequency and compliance for each cutting position, and identifies the frequency at which the compliance peak exceeds a predetermined threshold. A plurality of frequencies may be specified at this time. By deriving a transfer function that matches the peak shape for each specified frequency by curve fitting processing, it is possible to specify modal parameters such as the mass M, damping coefficient C, and spring constant K of each vibration mode. Next, the machining condition setting unit 120 calculates a predicted value of vibration amplitude during machining from the modal parameters for each cutting position and arbitrarily set machining condition parameters. The machining condition setting unit 120 may be configured, for example, by Takaaki Hashimoto, Daisuke Kono, Masataka Furusawa, and Atsushi Matsubara, "Influence of anisotropy of dynamic characteristics of cutting system on vibration stability," Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 87 No. 2, 2021, p. A predicted value of the vibration amplitude during machining can be calculated by following the method of determining the vibration amplitude during machining as shown in 238 to 244. Then, the machining condition setting unit 120 creates a machining condition selection map that represents the distribution of predicted vibration amplitude values for each cutting position. FIG. 7 shows an example of a machining condition selection map when it is determined in step S140 that measures to improve workpiece rigidity are not possible. In this embodiment, the machining condition parameters include the outer diameter of the cutting tool TL, the number of teeth, the helix angle, the rotational speed, the depth of cut in the radial direction and the axial direction, and the component force ratio (normal resistance and tangential resistance acting on the cutting tool TL). (resistance ratio) and the specific cutting resistance of the workpiece WK, and determine the feed amount per tooth of the cutting tool TL so that the magnitude of the predicted value of vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value. can do. In addition to this, the machining condition setting unit 120 may determine machining conditions such as the depth of cut in the radial direction or the axial direction of the cutting tool TL so that the magnitude of the predicted value of the vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value. good. Note that step S150 may be referred to as a machining condition selection map creation step.
ステップS155にて、加工条件設定部120は、加工時間の短さよりも加工精度の高さを優先する第1条件F1と、加工精度の高さよりも加工時間の短さを優先する第2条件F2とを選択するための画面を表示装置106に表示させ、第1条件F1と第2条件F2とのうちの一方を作業員に選択させる。加工条件設定部120は、加工条件選定マップを用いて第1条件と第2条件とを生成する。第1条件F1では、加工開始点SPから加工終了点EPまでの全ての切削位置において振動振幅の予測値が所定値以下になるように、1刃あたりの送り量が一定に保たれる。第2条件F2では、加工開始点SPから加工終了点EPまでの全ての切削位置において振動振幅の予測値が所定値以下になり、かつ、第1条件に比べて加工時間が短くなるように、加工開始点SPから加工終了点EPまでの間で1刃あたりの送り量が変更される。なお、ステップS155のことを設定工程と呼ぶことがある。 In step S155, the machining condition setting unit 120 sets a first condition F1 that prioritizes high machining accuracy over short machining time, and a second condition F2 that prioritizes short machining time over high machining accuracy. A screen for selecting the first condition F1 and the second condition F2 is displayed on the display device 106, and the worker is made to select one of the first condition F1 and the second condition F2. The machining condition setting unit 120 generates the first condition and the second condition using the machining condition selection map. Under the first condition F1, the feed amount per blade is kept constant so that the predicted value of vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value at all cutting positions from the machining start point SP to the machining end point EP. In the second condition F2, the predicted value of vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value at all cutting positions from the machining start point SP to the machining end point EP, and the machining time is shorter than in the first condition. The feed amount per tooth is changed between the machining start point SP and the machining end point EP. Note that step S155 may be referred to as a setting step.
ステップS160にて、加工条件設定部120は、ステップS155にて選択された加工条件を用いて、NC制御部110に第2試し加工を実行させる。 In step S160, the machining condition setting unit 120 causes the NC control unit 110 to perform a second trial machining using the machining conditions selected in step S155.
ステップS170にて、加工条件設定部120は、第2試し加工中に工作物WKに強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部120は、第2試し加工中に工作物WKに強制びびり振動が発生したか否かの判定要求を表示装置106に表示させることによって、第2試し加工中に工作物WKに強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を作業員に入力させる。作業員は、強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を入力装置105に入力し、加工条件設定部120は、入力装置105に入力された強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。 In step S170, the machining condition setting unit 120 obtains a determination result as to whether or not forced chatter vibration occurred in the workpiece WK during the second trial machining. In the present embodiment, the machining condition setting unit 120 displays on the display device 106 a determination request as to whether or not forced chatter vibration has occurred in the workpiece WK during the second trial machining. The operator is made to input the determination result as to whether or not forced chatter vibration has occurred in the workpiece WK. The worker inputs the determination result of whether forced chatter vibration has occurred into the input device 105, and the machining condition setting unit 120 inputs the determination result of whether forced chatter vibration has occurred, which is input into the input device 105. get.
ステップS170にて第2試し加工中に工作物WKに強制びびり振動が発生したとの判定結果が取得された場合、加工条件設定部120は、ステップS175にて、メモリ102に予め記憶されている強制びびり振動対策案KTを表示装置106に表示させながら、強制びびり振動対策の実行が完了するまで待機する。強制びびり振動対策案KTには、例えば、1刃あたりの送り量を小さくする案や、半径方向と軸方向とのうちの少なくとも一方の切込み量を小さくする案などが含まれる。作業員は、表示装置106に表示されている強制びびり振動対策案KTを参照して、強制びびり振動対策を実行する。強制びびり振動対策が完了した後、作業員は、強制びびり振動対策が完了したことを入力装置105に入力する。入力装置105に強制びびり振動対策が完了したことが入力されると、加工条件設定部120は、ステップS150から加工条件設定処理をやり直す。ステップS170にて第2試し加工中に強制びびり振動が発生しなかったとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部120は、ステップS180に処理を進める。
If a determination result indicating that forced chatter vibration has occurred in the workpiece WK during the second trial machining is obtained in step S170, the machining condition setting unit 120 determines that the vibration is pre-stored in the
ステップS180にて、加工条件設定部120は、第2試し加工中に工作物WKに自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部120は、第2試し加工中に工作物WKに自励びびり振動が発生したか否かの判定要求を表示装置106に表示させることによって、第2試し加工中に工作物WKに自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を作業員に入力させる。作業員は、自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を入力装置105に入力し、加工条件設定部120は、入力装置105に入力された自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。 In step S180, the machining condition setting unit 120 obtains a determination result as to whether self-excited chatter vibration has occurred in the workpiece WK during the second trial machining. In the present embodiment, the machining condition setting unit 120 displays on the display device 106 a determination request as to whether or not self-excited chatter vibration has occurred in the workpiece WK during the second trial machining. The operator is asked to input the determination result as to whether or not self-excited chatter vibration has occurred in the workpiece WK. The worker inputs the determination result of whether self-excited chatter vibration has occurred into the input device 105, and the machining condition setting unit 120 inputs the determination result of whether self-excited chatter vibration has occurred, which is input into the input device 105. Obtain the judgment result.
ステップS180にて第2試し加工中に工作物WKに自励びびり振動が発生したとの判定結果が取得された場合、加工条件設定部120は、ステップS185にて、メモリ102に予め記憶されている自励びびり振動対策案JTを表示装置106に表示させながら、自励びびり振動対策の実行が完了するまで待機する。自励びびり振動対策案JTには、例えば、主軸回転速度を変更する案や、半径方向と軸方向とのうちの少なくとも一方の切込み量を小さくする案などが含まれる。作業員は、表示装置106に表示されている自励びびり振動対策案JTを参照して、自励びびり振動対策を実行する。自励びびり振動対策が完了した後、作業員は、自励びびり振動対策が完了したことを入力装置105に入力する。入力装置105に自励びびり振動対策が完了したことが入力されると、加工条件設定部120は、ステップS150から加工条件設定処理をやり直す。なお、強制びびり振動と自励びびり振動との一方のびびり振動の発生を抑制するための対策を実行することで、他方のびびり振動が生じる可能性がある。本実施形態では、ステップS175で強制びびり振動対策が実行された場合には、ステップS150から加工条件設定処理をやり直すので、強制びびり振動および自励びびり振動の両方が生じないことを確認することができる。また、ステップS185で自励びびり振動対策が実行された場合にも、ステップS150から加工条件設定処理をやり直すので、強制びびり振動および自励びびり振動の両方が生じないことを確認することができる。
If the determination result that self-excited chatter vibration has occurred in the workpiece WK during the second trial machining is obtained in step S180, the machining condition setting unit 120 determines that the self-excited chatter vibration has occurred in the
ステップS180にて第2試し加工中に自励びびり振動が発生しなかったとの判定結果が取得された場合や、第2試し加工中に強制びびり振動と自励びびり振動とのいずれかが発生し、びびり振動の対策後に実行される再度の第2試し加工でいずれのびびり振動も発生しなかったとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部120は、加工条件設定処理を終了する。その後、加工条件設定処理のステップS155にて設定された加工条件に従って本加工が実行される。なお、本加工時には、工作物WKから振動センサ80A~80Cが取り外されていてもよい。
If a determination result that self-excited chatter vibration did not occur during the second trial machining is obtained in step S180, or if either forced chatter vibration or self-excited chatter vibration occurs during the second trial machining. If a determination result is obtained that no chatter vibration occurred in the second trial machining performed again after taking measures against chatter vibration, the machining condition setting unit 120 ends the machining condition setting process. . Thereafter, the main machining is performed according to the machining conditions set in step S155 of the machining condition setting process. Note that during the main processing, the
図8は、本加工後の加工面の表面粗さを示す説明図である。図8において、横軸は、切削位置を表しており、縦軸は、工作物WKの加工面の表面粗さを表している。図8には、1刃あたりの送り量の小さな第1条件F1で加工された場合の表面粗さと、1刃あたりの送り量が可変の第2条件F2で加工された場合の表面粗さと、1刃あたりの送り量の大きな第3条件F3で加工された場合の表面粗さとが表されている。第3条件F3は、比較例として示している。第3条件F3での送り量は、第2条件F2での最大送り量と同じであり、加工開始点SPから加工終了点EPまで一定に保たれている。加工面の表面粗さが図8に破線で表された閾値S以下である場合には、工作物WKが良品と判定され、閾値Sを超える場合には、工作物WKが不良品と判定される。第1条件F1で加工された場合や第2条件F2で加工された場合には、全ての区間で表面粗さが閾値S以下となっている。第3条件F3で加工された場合には、表面粗さが閾値を超える区間がある。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the surface roughness of the machined surface after main processing. In FIG. 8, the horizontal axis represents the cutting position, and the vertical axis represents the surface roughness of the machined surface of the workpiece WK. FIG. 8 shows the surface roughness when machining is performed under the first condition F1 with a small feed amount per tooth, and the surface roughness when machining is performed under the second condition F2 where the feed amount per tooth is variable. The surface roughness obtained when machining is performed under the third condition F3 in which the feed amount per tooth is large is shown. The third condition F3 is shown as a comparative example. The feed amount under the third condition F3 is the same as the maximum feed amount under the second condition F2, and is kept constant from the machining start point SP to the machining end point EP. If the surface roughness of the machined surface is less than or equal to the threshold value S shown by the broken line in FIG. 8, the workpiece WK is determined to be a good product, and if it exceeds the threshold value S, the workpiece WK is determined to be a defective product. Ru. When processed under the first condition F1 or when processed under the second condition F2, the surface roughness is equal to or less than the threshold value S in all sections. When processed under the third condition F3, there is a section where the surface roughness exceeds the threshold value.
以上で説明した本実施形態の工作機械11では、加工条件設定部120は、加工条件設定処理において、切削位置における切削条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、作業員は、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、支持部材48の設置や変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。
In the
また、本実施形態では、加工条件設定部120は、1刃あたりの送り量が一定に保たれる第1条件と、第1条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に1刃あたりの送り量が変更される第2条件とのうちの作業員によって選択された一方を、本加工時の加工条件に設定する。そのため、第1条件が選択された場合には加工精度を高めることができ、第2条件が選択された場合には加工時間を短期化できる。 In the present embodiment, the machining condition setting unit 120 also sets a first condition in which the feed amount per tooth is kept constant and a per-tooth feed amount during machining so that the machining time is shortened compared to the first condition. One of the second conditions for changing the feed amount selected by the operator is set as the machining condition during the main machining. Therefore, when the first condition is selected, the machining accuracy can be increased, and when the second condition is selected, the machining time can be shortened.
また、本実施形態では、加工条件設定部120は、加工条件選定マップの作成に先立って、切削力の周波数解析結果と振動の周波数解析結果とを用いて算出される工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定した場合に、加工条件選定マップを作成する。そのため、工作物WKの剛性が確保されている状態で、加工条件を設定できる。また、加工条件設定部120は、工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えると判定した場合には、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、工作物剛性向上対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、工作物剛性向上対策が実行された後、計測工程に戻り、工作物剛性向上対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、現行のまま加工条件選定マップを作成する。そのため、工作物WKの剛性不足が可能な限り解消されている状態で、加工条件を設定できる。したがって、効果的にびびり振動を抑制できる。 In the present embodiment, the machining condition setting unit 120 also sets the maximum compliance of the workpiece WK calculated using the cutting force frequency analysis results and the vibration frequency analysis results before creating the machining condition selection map. It is determined whether the value exceeds a predetermined threshold, and if it is determined that the maximum compliance value of the workpiece WK does not exceed the predetermined threshold, a machining condition selection map is created. Therefore, machining conditions can be set while the rigidity of the workpiece WK is ensured. Furthermore, when it is determined that the maximum compliance value of the workpiece WK exceeds a predetermined threshold value, the machining condition setting unit 120 obtains a determination result as to whether or not it is possible to take measures to improve workpiece rigidity. , if a determination result is obtained that it is possible to implement measures to improve workpiece rigidity, the measures to improve workpiece rigidity are executed, and then the process returns to the measurement process and it is determined that it is not possible to implement measures to improve workpiece rigidity. If a judgment result is obtained, a machining condition selection map is created as is. Therefore, machining conditions can be set while the lack of rigidity of the workpiece WK is resolved as much as possible. Therefore, chatter vibration can be effectively suppressed.
また、本実施形態では、加工条件設定部120は、第2試し加工中に強制びびり振動が発生したと判定された場合には、メモリ102に予め記憶されている強制びびり振動対策案KTを表示装置106に表示させる。そのため、強制びびり振動対策案KTを実行することで、本加工における強制びびり振動を抑制できる。また、熟練度の低い作業員であっても、予め用意されている強制びびり振動対策案KTを参照することで、容易に強制びびり振動対策を実行できる。
Further, in the present embodiment, when it is determined that forced chatter vibration has occurred during the second trial machining, the machining condition setting unit 120 displays the forced chatter vibration countermeasure plan KT stored in advance in the
また、本実施形態では、加工条件設定部120は、第2試し加工中に自励びびり振動が発生したと判定された場合には、メモリ102に予め記憶されている自励びびり振動対策案JTを表示装置106に表示させる。そのため、自励びびり振動対策案JTを実行することで、本加工における自励びびり振動を抑制できる。また、熟練度の低い作業員であっても、予め用意されている自励びびり振動対策案JTを参照することで、容易に自励びびり振動対策を実行できる。
In the present embodiment, when it is determined that self-excited chatter vibration has occurred during the second trial machining, the machining condition setting unit 120 selects the self-excited chatter vibration countermeasure plan JT stored in advance in the
B.他の実施形態:
(B1)上述した実施形態の工作機械11では、加工条件設定部120は、工作物WK上の切削位置と1刃あたりの送り量と工作物WKの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成する。これに対して、加工条件設定部120は、例えば、工作物WK上の切削位置と切削工具TLの回転速度と工作物WKの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよいし、工作物WK上の切削位置とZ軸方向における切込み量と工作物WKの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよいし、工作物WK上の切削位置と切削工具TLの半径方向における切込み量と工作物WKの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよい。
B. Other embodiments:
(B1) In the
(B2)上述した実施形態の工作機械11では、加工条件設定部120は、1刃あたりの送り量が一定に保たれる第1条件と、第1条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に1刃あたりの送り量が変更される第2条件とを表示装置106に表示させて、第1条件と第2条件とのうちの一方を作業員に選択させ、第1条件と第2条件とのうち、作業員によって選択された一方を加工条件に設定する。これに対して、加工条件設定部120は、第1条件と第2条件とのいずれか一方を作業員に選択させずに、第1条件と第2条件とのうちの一方を加工条件に設定してもよい。
(B2) In the
(B3)上述した実施形態の工作機械11では、加工条件設定部120は、加工条件選定マップの作成に先立って、切削力の周波数解析結果と振動の周波数解析結果とを用いて算出される工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定した場合に、加工条件選定マップを作成している。これに対して、加工条件設定部120は、工作物WKのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定せずに、加工条件選定マップを作成してもよい。
(B3) In the
(B4)上述した実施形態の工作機械11では、加工条件設定部120は、第2試し加工において強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得し、第2試し加工において強制びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動対策案KTを表示装置106に表示させる。さらに、加工条件設定部120は、第2試し加工において自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得し、第2試し加工において自励びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動対策案JTを表示装置106に表示させる。これに対して、加工条件設定部120は、第2試し加工において強制びびり振動が発生したか否かの判定結果と第2試し加工において自励びびり振動が発生したか否かの判定結果とのうちの少なくとも一方の判定結果を取得しなくてもよい。また、強制びびり振動対策案KTや自励びびり振動対策案JTが予め用意されていなくてもよい。この場合、加工条件設定部120は、第2試し加工において強制びびり振動、あるいは、自励びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合に、判定結果を表示装置106に表示させ、作業員は、例えば、自身のノウハウに基づいて強制びびり振動対策、あるいは、自励びびり振動対策を実行してもよい。
(B4) In the
(B5)上述した実施形態の工作機械11において、加工条件設定部120が工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かを判定してもよい。例えば、工作物WKやテーブル40を撮像するカメラが工作機械11に設けられ、加工条件設定部120は、カメラを用いて取得された画像を解析することによって、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かを判定してもよい。この場合、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定を自動化できるので、作業員の負担を軽減できる。
(B5) In the
(B6)上述した実施形態の工作機械11において、加工条件設定部120が第2試し加工中に強制びびり振動や自励びびり振動が発生したか否かを判定してもよい。例えば、加工面を撮像するカメラ、あるいは、加工面の表面粗さを計測するためのプローブが工作機械11に設けられ、加工条件設定部120は、カメラを用いて取得される画像を解析することや、プローブによる表面粗さの計測結果に基づいて、第2試し加工中に強制びびり振動や自励びびり振動が発生したか否かを判定してもよい。
(B6) In the
(B7)上述した実施形態では、工作機械11は、立型のマシニングセンタである。これに対して、工作機械11は、立型のマシニングセンタでなくてもよい。工作機械11は、例えば、横型のマシニングセンタや、NCフライス盤でもよい。
(B7) In the embodiment described above, the
(B8)上述した実施形態では、加工条件設定部120は、工作機械11の制御装置100に設けられている。これに対して、加工条件設定部120は、例えば、有線通信あるいは無線通信によって制御装置100に接続されているコンピュータ上に設けられてもよい。この場合、加工条件設定部120が設けられたコンピュータのことを加工条件設定装置と呼ぶことがある。
(B8) In the embodiment described above, the machining condition setting section 120 is provided in the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the summary column of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or to achieve one of the above-mentioned effects. In order to achieve some or all of the above, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, unless the technical feature is described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
11…工作機械、20…ベッド、30…サドル、40…テーブル、45…クランプ、48…支持部材、49…固定部材、50…コラム、60…主軸装置、65…主軸、67…主軸モータ、69…回転角センサ、70…切削力センサ、80A~80C…振動センサ、100…制御装置、101…CPU、102…メモリ、103…入出力インターフェース、104…内部バス、105…入力装置、106…表示装置、110…NC制御部、120…加工条件設定部、EP…加工終了点、MP1~MP3…計測点、SP…加工開始点、TL…切削工具、WK…工作物
DESCRIPTION OF
Claims (7)
切削工具によって工作物に第1試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測する計測工程と、
前記複数の計測点での前記第1試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定する振動推定工程と、
前記第1試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析する周波数解析工程と、
前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成する加工条件選定マップ作成工程と、
前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する設定工程と、
を有する、加工条件設定方法。 A machining condition setting method for setting machining conditions for cutting,
A measurement step of measuring a cutting force applied to the workpiece from the cutting tool and vibrations at a plurality of measurement points of the workpiece while performing a first trial machining on the workpiece with the cutting tool;
a vibration estimation step of estimating the vibration of the workpiece at the cutting position using the measurement results of vibration during the first trial machining at the plurality of measurement points;
a frequency analysis step of performing frequency analysis on the measurement results of the cutting force and the estimation results of the vibration during the first trial processing;
Using the frequency analysis results of the cutting force and the frequency analysis results of the vibration, the relationship between the cutting position on the workpiece, the machining conditions, and the predicted value of the vibration amplitude when performing main machining on the workpiece with a cutting tool. a process of creating a machining condition selection map that represents the machining conditions;
a setting step of setting the machining conditions during the main machining using the machining condition selection map so that the vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value;
A processing condition setting method having the following.
前記加工条件選定マップ作成工程に先立って、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて算出される、前記切削位置における前記工作物のコンプライアンスの最大値が予め定められた閾値を超えるか否かを判定し、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えないと判定した場合に、前記加工条件選定マップ作成工程を実行する、加工条件設定方法。 The processing condition setting method according to claim 1,
Prior to the machining condition selection map creation step, a maximum value of the compliance of the workpiece at the cutting position is determined in advance, which is calculated using the frequency analysis results of the cutting force and the frequency analysis results of the vibration. A machining condition setting method that determines whether or not a threshold value is exceeded, and executes the machining condition selection map creation step when it is determined that the maximum value of compliance of the workpiece does not exceed the threshold value.
前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えると判定した場合には、前記工作物の剛性を向上させるための対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、
前記対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、前記対策が実行された後、前記計測工程に戻り、
前記対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、前記加工条件選定マップ作成工程を実行する、加工条件設定方法。 The processing condition setting method according to claim 2,
If it is determined that the maximum compliance value of the workpiece exceeds the threshold value, obtaining a determination result as to whether it is possible to take measures to improve the rigidity of the workpiece;
If a determination result is obtained that it is possible to execute the countermeasure, after the countermeasure is executed, return to the measurement step,
A machining condition setting method, in which when a determination result indicating that the countermeasure cannot be implemented is obtained, the machining condition selection map creation step is executed.
前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第2試し加工を施し、
前記工作物の強制びびり振動が前記第2試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、
前記工作物の強制びびり振動が前記第2試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行する、加工条件設定方法。 The processing condition setting method according to claim 1,
performing a second trial machining on the workpiece using the cutting tool according to the machining conditions set using the machining condition selection map;
obtaining a determination result as to whether forced chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining;
A machining condition setting method for implementing a countermeasure plan for suppressing the occurrence of forced chatter vibration when a determination result is obtained that forced chatter vibration of the workpiece has occurred during the second trial machining.
前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第2試し加工を施し、
前記工作物の自励びびり振動が前記第2試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、
前記工作物の自励びびり振動が前記第2試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行する、加工条件設定方法。 The processing condition setting method according to claim 1,
performing a second trial machining on the workpiece using the cutting tool according to the machining conditions set using the machining condition selection map;
obtaining a determination result as to whether self-excited chatter vibration of the workpiece occurred during the second trial machining;
A machining condition setting method that executes a countermeasure plan for suppressing the occurrence of self-excited chatter vibration when a determination result is obtained that self-excited chatter vibration of the workpiece has occurred during the second trial machining. .
前記加工条件は、切削工具の1刃あたりの送り量であり、
前記設定工程にて、前記1刃あたりの送り量が一定に保たれる第1条件と、前記第1条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に前記1刃あたりの送り量が変更される第2条件との一方を選択して前記本加工時の前記加工条件を設定する、加工条件設定方法。 The processing condition setting method according to claim 1,
The processing conditions are the feed amount per blade of the cutting tool,
In the setting step, a first condition in which the feed amount per tooth is kept constant, and a change in the feed amount per tooth during machining so that the machining time is shorter than in the first condition. A method for setting machining conditions in which the machining conditions for the main machining are set by selecting one of the second conditions.
前記切削加工の加工条件を設定する加工条件設定部を備え、
前記加工条件設定部は、
前記切削工具によって前記工作物に第1試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測し、
前記複数の計測点での前記第1試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定し、
前記第1試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析し、
前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成し、
前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する、
工作機械。 A machine tool that performs cutting on a workpiece using a cutting tool,
comprising a machining condition setting section that sets machining conditions for the cutting process,
The processing condition setting section includes:
While performing a first trial machining on the workpiece with the cutting tool, measuring the cutting force applied to the workpiece from the cutting tool and vibrations at a plurality of measurement points of the workpiece,
Estimating the vibration of the workpiece at the cutting position using the measurement results of vibration during the first trial machining at the plurality of measurement points,
Frequency analysis is performed on the measurement results of the cutting force and the estimation results of the vibration during the first trial processing,
Using the frequency analysis results of the cutting force and the frequency analysis results of the vibration, the relationship between the cutting position on the workpiece, the machining conditions, and the predicted value of the vibration amplitude when performing main machining on the workpiece with a cutting tool. Create a machining condition selection map that shows
using the machining condition selection map to set the machining conditions during the main machining so that the vibration amplitude is equal to or less than a predetermined value;
Machine Tools.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022116030A JP2024013720A (en) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | Machining condition setting method and machine tool |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220364959A1 (en) * | 2021-03-19 | 2022-11-17 | Ricoh Company, Ltd. | Determination apparatus, machining system, determination method, and recording medium |
-
2022
- 2022-07-21 JP JP2022116030A patent/JP2024013720A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20220364959A1 (en) * | 2021-03-19 | 2022-11-17 | Ricoh Company, Ltd. | Determination apparatus, machining system, determination method, and recording medium |
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