JP5507410B2 - 工作機械における主軸回転速度のモニタ方法及びモニタ装置、工作機械 - Google Patents
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Description
このびびり振動を抑制する技術として、特許文献1及び特許文献2の対策が提案されている。特許文献1及び特許文献2に記載の技術は、主軸の回転速度を所定の変動振幅と変動周期とで変動させて、切り取り厚さの変動による力の入力を不規則にしてびびり振動を抑制しようとするものである。
前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示ステップと、以下の式(1)に基づいて前記モータの変動周期の電力限界線を作成して前記変動図上に表示する電力限界線表示ステップと、を実行することを特徴とする。
前記回転速度の変動振幅と角加速度との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示ステップと、以下の式(1)に基づいて前記モータの変動周期の電力限界線を作成して前記変動図上に表示する電力限界線表示ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項2又は4の構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と変動振幅が同一となる前記電力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項2又は4の構成において、前記新たな変動位置を、前記電力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示手段と、以下の式(1)に基づいて前記モータの変動周期の電力限界線を作成して前記変動図上に表示する電力限界線表示手段と、を備えたことを特徴とする。
前記回転速度の変動振幅と角加速度との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、前記変動図に現在の変動位置を表示する第1の表示手段と、以下の式(1)に基づいて前記モータの変動周期の電力限界線を作成して前記変動図上に表示する電力限界線表示手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項8又は10の構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と変動振幅が同一となる前記電力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項8又は10の構成において、前記新たな変動位置を、前記電力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
請求項2,4及び8,10に記載の発明によれば、上記効果に加えて、新たな変動位置の算出と案内表示とにより、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
請求項5及び11に記載の発明によれば、上記効果に加えて、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値の差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
請求項6及び12に記載の発明によれば、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
[形態1]
図1は、工作機械の一例であるNC旋盤1の概略構成図である。NC旋盤1において、主軸台2には、チャック4と爪5とを介してワークWを把握する主軸3が回転自在に軸支され、主軸台2の内部には、主軸3を回転駆動するモータ6と、主軸台2に固定されて主軸3の回転速度を検出するエンコーダ7とが内蔵されている。
8は、モータ6とエンコーダ7とに接続される主軸制御部、9は主軸制御部8に回転速度を指令するNC装置で、主軸制御部8は、エンコーダ7から検出される主軸3の回転速度を常時監視しながら、NC装置9から指令された回転速度で主軸3を回転させるよう、モータ6に供給する入力電力を調整している。
さらに、ここでは入力手段を備えるモニタ12から変動値設定部11に主軸3の回転速度とその変動振幅及び変動周期とを入力することにより、NC装置9及び主軸制御部8を介して、図2に示すように主軸3の回転速度を指定した変動振幅及び変動周期で変動させることができるようになっている。よって、NC装置9、変動値設定部11が回転速度変動手段となり、これに記憶部10及びモニタ12を加えてモニタ装置13を形成している。
まずS1で変動値設定部11に変動振幅及び変動周期を入力すると、S2では、図4に示す変動図を作成してモニタ12に表示する(第1の表示ステップ)。ここでは回転速度を変動させるための変動振幅を縦軸にとり、変動周期を横軸にとった変動振幅−変動周期のグラフとして表示されている。併せてこのグラフには、現在の変動振幅−変動周期の設定値(現在の変動位置)が第1点として黒丸のマーカーで表示されている。オペレータは、当該グラフ上の任意の位置を直接ポイント、或いは図示しないテンキー等によって変動振幅と変動周期との数値をそれぞれ入力することで、変動振幅と変動周期との各設定値を変更可能となっている。
そこで、S4で、変動値設定部11は、現在の変動位置である第1点に加えて、変動周期の電力限界線の右側の範囲内で、第1点よりも変動周期が短く、且つ変動振幅が大きい新たな変動位置を算出し(変動位置算出ステップ)、得られた変動位置を第2点としてグラフ上に白丸のマーカーで表示すると共に、案内表示として、第1点から第2点へ向かう矢印Aも表示するようにしている(第2の表示ステップ)。また、ここではグラフの右側に第2点の数値を推奨値として表示している。
なお、この第2点の算出は、例えば第1点の位置から予め設定された勾配で短い周期側と大きい振幅側へ延びる直線を算出し、その直線と電力限界線Lとの交点から、予め設定された余裕度を加味して電力限界線Lの内側で決定したり、第1点から予め設定された割合で変動振幅及び変動周期が変更される複数の変動位置を算出し、得られた変動位置から電力限界線L以下で最も電力限界線Lに近い変動位置を選択したりすればよい。
このように、新たな変動位置を、現在の変動位置と変動振幅が同一となる電力限界線上の位置とすれば、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値の差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
このように、新たな変動位置を、電力限界線L上で変動振幅が最大となる位置とすれば、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
次に、本発明の他の形態を説明する。但し、モニタ装置13を含むNC旋盤1の概略構成やモニタ方法の手順は形態1と同じであって、変動値設定部11におけるモニタ表示の形態のみが異なるため、重複する説明は省略してモニタ表示を主に説明する。
上記形態1では変動値に変動周期を用いていたが、主軸3の回転の角加速度でも同様に主軸3の回転速度を変動させてモニタすることができる。角加速度は時間当たりの回転速度の変化量であり、主軸3の回転速度S及び変動周期R、変動振幅Qとは以下の式(2)に示す関係がある。図5で変動周期が短い方がびびり振動抑制の効果が大きいことを説明したが、変動周期を短くすることと同様に角加速度を大きくしてもびびり振動抑制の効果を大きくすることができる。
また、このグラフでも、式(1)及び式(2)から角加速度の電力限界線Lが以下の式(3)から算出され、グラフ上に表示されている(電力限界線表示ステップ)。この角加速度の電力限界線Lよりも左側の範囲内で設定値どおりに回転速度を変動できることになる。
従って、オペレータは、グラフに表示される矢印A及び第6点を参考にびびり振動を抑制できる可能性が高い新たな変動位置を容易に設定することができる。
このように、新たな変動位置を、現在の変動位置と変動振幅が同一となる電力限界線L上の位置とすれば、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値の差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
このように、新たな変動位置を、電力限界線L上で変動振幅が最大となる位置とすれば、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
また、変動位置の表示は丸に限らず、他の形状のマーカーを選択したり、現在の変動位置と新たな変動位置とでマーカーの形状を変えたりしても差し支えない。さらに、案内表示も矢印に限らず、例えば現在の変動位置のマーカーを点滅させながら新たな変動位置へ移動させる表示を繰り返したりする等、新たな変動位置への示唆が可能であれば適宜変更可能である。
一方、上記形態1,2では、最初から回転速度を変動させて加工を行っているが、振動センサによって主軸の振動を検出して得られた振動を所定の閾値と比較してびびり振動の発生を検出する周知の検出手段を搭載した工作機械では、最初は設定した等速度で主軸を回転させて、検出手段によってびびり振動の発生が検出されると、変動値設定部において回転速度の変動振幅と変動周期或いは角加速度とを入力することで回転速度を変動させると共に、モニタにグラフ等の変動図を表示させるようにしてもよい。
その他、本発明はNC旋盤に限らず、回転速度を変動させて切削加工する工作機械であれば、たとえばマシニングセンタ等も含まれる。
Claims (13)
- 前記電力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示ステップと、
をさらに実行することを特徴とする請求項1に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。 - 前記電力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記角加速度が大きくなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示ステップと、
をさらに実行することを特徴とする請求項3に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。 - 前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と変動振幅が同一となる前記電力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項2又は4に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記新たな変動位置を、前記電力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項2又は4に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
- 前記電力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項7に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。 - 前記電力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び/又は前記角加速度が大きくなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第2の表示手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項9に記載の主軸回転速度のモニタ装置。 - 前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と変動振幅が同一となる前記電力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項8又は10に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 前記新たな変動位置を、前記電力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項8又は10に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、その主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械であって、
請求項7乃至12の何れかに記載の主軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする工作機械。
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