JP4942839B2 - びびり振動検出方法及びびびり振動回避方法、並びに工作機械 - Google Patents
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Description
本発明は、この問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ほぼリアルタイムでびびり振動(再生びびり振動)を検出し、その振動を迅速に回避することである。
また、本発明によるびびり振動回避方法は、上述の判定手順により再生びびり振動の発生と判定したとき、切刃の接触周期と算出手順により算出した周期とから求まる位相差、もしくは工具の刃数および回転主軸の回転速度の積と算出手順により算出した振動数とから求まる位相差を算出し、算出した位相差に基づいて回転主軸の回転速度を所定割合だけ増減し、算出した位相差がほぼ0になるまで、回転主軸の回転速度の増減を繰り返す回転速度増減手順とを含むことを特徴とする。
さらに、本発明は、切刃を有する工具が回転主軸に取り付けられ、この工具がワークに対し相対移動されてワークを加工する工作機械であって、ワーク加工時における工具の振動と相関関係を有する振動データを所定のサンプリング周期で取得するデータ取得手段と、データ取得手段により取得された時系列の振動データに基づき、切刃が複数回ワークに接触するのに要する時間分の自己相関関数を算出するとともに、算出された自己相関関数の特性の周期もしくは振動数を算出する算出手段と、切刃がワークに接触する接触周期が、算出手段により算出された周期の整数倍でないとき、もしくは算出手段により算出された振動数が、工具の刃数と回転主軸の回転速度との積の整数倍でないとき、再生びびり振動の発生と判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
ε=360・(1/(C・S・Tx)−int(1/(C・S・Tx))−1) (III)
すなわち、接触周期T1(=1/C・S)を周期Txで割った値(1/(C・S・Tx))からその整数部分を減算し、さらに1を減算したものに、360を乗算する。ここで算出した位相差εは、常にマイナスの角度(deg)となる。
(1)制御装置30において、ワーク加工時の振動データを所定のサンプリング周期で取得し(データ取得手順)、この取得した時系列の振動データに基づき、切刃が複数回ワークWに接触するのに要する時間分の自己相関係数Rxx’を算出するとともに、その自己相関係数Rxx’の特性の周期Txを算出し(算出手順)、切刃がワークWに接触する際の接触周期T1が周期Txの整数倍でないとき、主軸回転速度の増減により回避できる再生びびり振動の発生と判定するようにした(判定手順)。これにより少ないデータサンプル数Nでのびびり振動の判定が可能となり、びびり振動の発生後、即座にびびり振動を検出することができる。この場合、判定手順における整数倍を厳密な意味での整数倍とせずに、位相差εがほぼ0°またはほぼ−360°のとき(例えば±5°の範囲に含まれるとき)に、整数倍であるとするので、制御が安定する。例えば、主軸回転速度30000min−1、工具刃数2、サンプリング周期0.1m秒の場合、切刃が4回ワークWに接触するのに要する時間(回転主軸が2回転する時間)は4m秒であり、その間のデータサンプル数は40個ある。自己相関係数Rxx’の算出、びびり振動の判定、びびり振動回避の主軸回転速度増減の算出等の演算時間は無視できるとすると、ほぼリアルタイム(4m秒)でびびり振動を検出し、その回避手順が開始されることになる。従来のフーリエ解析方式に比べ、びびり振動は迅速に回避される。
(3)自己相関係数Rxxが−1から1の範囲に含まれるようにRxxをRxx’に変換するようにしたので、自己相関係数Rxx’の特性を容易に把握することができ、周期Txを精度よく算出できる。
(4)主軸の回転速度Sを増減する際に、切刃1刃当たりの送りが一定となるように回転速度Sの増減に応じて工具4の送り速度Vを増減するようにしたので、切削負荷を一定とすることができ、ワークWの仕上げ面の品位および工具4の寿命を長くすることができる。
(5)変位センサ22によって得られる振動データを、主軸の無負荷回転時の振動データで補正するので、再生びびり振動の発生を精度よく判定できる。
ε=360・(δ/Tx−1) (IV)
ここで、δは、図8に示すように、自己相関係数Rxx’の特性において、接触周期T1に対する自己相関係数Rxx’のピーク点の遅れ時間に相当する。
4a 第1切刃
4b 第2切刃
10 工作機械
22 変位センサ
25 主軸用モータ
26 X軸用モータ
30 制御装置
31 データ取得部
32 算出部
33 判定部
34 モータ制御部
Claims (8)
- 切刃を有する工具を回転主軸に取り付け、この工具をワークに対し相対移動させてワークを加工した際に発生する再生びびり振動を検出するびびり振動検出方法であって、
ワーク加工時における前記工具の振動と相関関係を有する振動データを所定のサンプリング周期で取得するデータ取得手順と、
前記データ取得手順により取得した時系列の振動データに基づき、切刃が複数回ワークに接触するのに要する時間分の自己相関関数を算出するとともに、算出した自己相関関数の特性の周期もしくは振動数を算出する算出手順と、
切刃がワークに接触する接触周期が、前記算出手順により算出した周期の整数倍でないとき、もしくは前記算出手順により算出した振動数が、前記工具の刃数と前記回転主軸の回転速度との積の整数倍でないとき、再生びびり振動の発生と判定する判定手順と、
を含むことを特徴とするびびり振動検出方法。 - 切刃を有する工具を回転主軸に取り付け、この工具をワークに対し相対移動させてワークを加工した際に発生する再生びびり振動を回避するびびり振動回避方法であって、
ワーク加工時における前記工具の振動と相関関係を有する振動データを所定のサンプリング周期で取得するデータ取得手順と、
前記データ取得手順により取得した時系列の振動データに基づき、切刃が複数回ワークに接触するのに要する時間分の自己相関関数を算出するとともに、算出した自己相関関数の特性の周期もしくは振動数を算出する算出手順と、
切刃がワークに接触する接触周期が、前記算出手順により算出した周期の整数倍でないとき、もしくは前記算出手順により算出した振動数が、前記工具の刃数と前記回転主軸の回転速度との積の整数倍でないとき、再生びびり振動の発生と判定する判定手順と、
前記判定手順により再生びびり振動の発生と判定したとき、切刃の接触周期と前記算出手順により算出した周期とから求まる位相差、もしくは前記工具の刃数および前記回転主軸の回転速度の積と前記算出手順により算出した振動数とから求まる位相差を算出し、算出した位相差に基づいて前記回転主軸の回転速度を所定割合だけ増減し、前記算出した位相差がほぼ0になるまで前記回転主軸の回転速度の増減を繰り返す回転速度増減手順と、
を含むことを特徴とするびびり振動回避方法。 - 請求項2に記載のびびり振動回避方法において、
前記算出手順では、標準偏差を用いて自己相関関数を自己相関係数に変換し、変換後の自己相関係数の特性の周期もしくは振動数を算出するびびり振動回避方法。 - 請求項2または3に記載のびびり振動回避方法において、
前記回転速度増減手順では、切刃1刃当たりの送りが一定となるように前記回転主軸の回転速度の増減に応じて前記工具の送り速度を増減させるびびり振動回避方法。 - 請求項2に記載のびびり振動回避方法において、
前記回転速度増減手順によって前記算出した位相差がほぼ0になっているのに前記振動データが所定値を超えているときは、前記工具の送り速度を下げるびびり振動回避方法。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載のびびり振動回避方法において、
前記算出手順では、前記データ取得手順により取得した振動データから予め記憶された前記回転主軸の無負荷回転時の振動データを差し引くことにより振動データを補正し、この補正後の振動データに基づき前記自己相関関数の特性を導出するびびり振動回避方法。 - 切刃を有する工具が回転主軸に取り付けられ、この工具がワークに対し相対移動されてワークを加工する工作機械であって、
ワーク加工時における前記工具の振動と相関関係を有する振動データを所定のサンプリング周期で取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された時系列の振動データに基づき、切刃が複数回ワークに接触するのに要する時間分の自己相関関数を算出するとともに、算出された自己相関関数の特性の周期もしくは振動数を算出する算出手段と、
切刃がワークに接触する接触周期が、前記算出手段により算出された周期の整数倍でないとき、もしくは前記算出手段により算出された振動数が、前記工具の刃数と前記回転主軸の回転速度との積の整数倍でないとき、再生びびり振動の発生と判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。 - 請求項7に記載の工作機械において、
前記判定手段により再生びびり振動の発生と判定されたとき、切刃の接触周期と前記算出手段により算出された周期とから求まる位相差、もしくは前記工具の刃数および前記回転主軸の回転速度の積と前記算出手段により算出された振動数とから求まる位相差を算出し、算出した位相差に基づいて前記回転主軸の回転速度を所定割合だけ増減し、前記算出した位相差がほぼ0になるまで前記回転主軸の回転速度の増減を繰り返す回転速度増減手段をさらに備える工作機械。
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