JP5983112B2 - Machine tool dynamic characteristic calculation device and dynamic characteristic calculation method - Google Patents

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Description

本発明は、エンドミル等の回転工具により切削加工を行う工作機械において、回転工具の刃部を振動体とする振動系における回転工具の動特性を算出する装置および方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for calculating dynamic characteristics of a rotary tool in a vibration system in which a blade of the rotary tool is used as a vibrating body in a machine tool that performs cutting with a rotary tool such as an end mill.

エンドミルなどの回転工具による切削加工を高精度に行うために、工作機械の動特性を把握することは、適正な加工条件を決定するために重要である。特許文献１には、主軸にアンバランスマスタを装着して、当該アンバランスマスタの振れ量を検出し、主軸の動剛性を算出することが記載されている。また、特許文献２には、主軸または主軸に取り付けられた工具、疑似工具などの測定対象部を電磁石の磁気吸引力によって加振し、測定対象部の変位を測定して、主軸の動剛性を測定することが記載されている。当該文献には、変位センサとして、渦電流型変位センサ、インダクタンス型変位センサ、光電型変位センサ、静電容量型変位センサなどが記載されている。   In order to perform cutting with a rotating tool such as an end mill with high accuracy, it is important to determine the dynamic characteristics of a machine tool in order to determine appropriate machining conditions. Patent Document 1 describes that an unbalance master is mounted on a main shaft, the amount of deflection of the unbalance master is detected, and the dynamic rigidity of the main shaft is calculated. Further, in Patent Document 2, a measurement target portion such as a main shaft or a tool or a pseudo tool attached to the main shaft is vibrated by a magnetic attraction force of an electromagnet, and the displacement of the measurement target portion is measured to determine the dynamic rigidity of the main shaft. It is described to measure. This document describes an eddy current displacement sensor, an inductance displacement sensor, a photoelectric displacement sensor, a capacitance displacement sensor, and the like as a displacement sensor.

特開２０１０−２７４３７５号公報JP 2010-274375 A 特開平１１−１９８５０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-19850

ところで、近年、より高精度な切削加工を行うために、回転工具の小径化および突出量の長大化に伴い、切削加工中に回転工具のたわみ量が大きくなる。そのため、従来のように主軸自体の動剛性を測定するのみでは十分ではなく、実際に使用する回転工具を含む振動系における動特性を測定することが望まれる。そのため、疑似工具を取り付けた状態では、目的の動特性を得ることはできない。また、動特性をより容易に測定することも求められる。そのため、渦電流変位センサなどを用いた場合には、当該センサを高精度に位置決めしなければならず、設置に時間を要する。   By the way, in order to perform cutting with higher accuracy in recent years, the amount of deflection of the rotary tool increases during cutting as the diameter of the rotary tool is reduced and the length of the protrusion is increased. For this reason, it is not sufficient to measure the dynamic rigidity of the spindle itself as in the prior art, and it is desired to measure the dynamic characteristics in a vibration system including a rotary tool that is actually used. Therefore, the target dynamic characteristics cannot be obtained with the pseudo tool attached. It is also required to measure the dynamic characteristics more easily. Therefore, when an eddy current displacement sensor or the like is used, the sensor must be positioned with high accuracy, and installation takes time.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易にかつ高精度に、実際に使用する回転工具を含む振動系における動特性を測定することができる工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of measuring a dynamic characteristic of a machine tool that can easily and accurately measure a dynamic characteristic in a vibration system including a rotary tool that is actually used. It is another object of the present invention to provide a dynamic characteristic calculation method.

そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、当業者が回転工具の振動は微小でかつ振動継続時間が短いため適用できるとは考えられていなかった音波検出器または磁気検出器を用いて、回転工具の振動状態を検出することによって動特性を得ることを見出した。ただし、実測のみにより動特性を得るのではなく、ＦＥＭ解析と併用することした。   Therefore, as a result of extensive research, the inventors have used a sound wave detector or a magnetic detector that has not been considered to be applicable by those skilled in the art because the vibration of the rotary tool is minute and the vibration duration time is short. It has been found that the dynamic characteristics are obtained by detecting the vibration state of the rotary tool. However, dynamic characteristics are not obtained only by actual measurement, but are used together with FEM analysis.

（請求項１）すなわち、本手段に係る工作機械の動特性算出装置は、１または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する装置であって、前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析部と、前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出器と、前記検出器による検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出部とを備える。   (Claim 1) That is, the dynamic characteristic calculation apparatus for a machine tool according to this means uses a rotary tool having one or a plurality of blades to move relative to the workpiece while rotating the rotary tool. In a machine tool for performing intermittent cutting, the apparatus calculates dynamic characteristics of the machine tool including a mass coefficient and a natural frequency in a vibration system having a blade portion of the rotary tool as a vibrating body, the machine tool FEM analysis unit that acquires the mass coefficient by FEM analysis based on machine structure information, and when the rotary tool is vibrated, a sound wave generated by vibration of the rotary tool or a magnetic field that changes due to vibration of the rotary tool And a natural frequency calculation unit that calculates the natural frequency based on a detection value by the detector.

そして、前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、前記検出器は、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数に基づいて決定された検出条件において、前記音波または前記磁気を検出し、前記固有振動数算出部は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶する。 The FEM analysis unit acquires the natural frequency by the FEM analysis, and the detector is configured to detect the sound wave or the sound wave in a detection condition determined based on the natural frequency acquired by the FEM analysis unit. The magnetism is detected, and the natural frequency calculation unit calculates the natural frequency based on the detection value, and calculates the natural frequency acquired by the FEM analysis unit based on the detection value. The stored natural frequency is changed and stored .

（請求項２）また、前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、前記動特性算出装置は、前記検出器による検出値に基づいて前記減衰比を算出する減衰比算出部を備えてもよい。
（請求項３）また、前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記減衰比を取得してもよい。 (Claim 2 ) Further, the dynamic characteristic includes an attenuation ratio in the vibration system, and the dynamic characteristic calculation device includes an attenuation ratio calculation unit that calculates the attenuation ratio based on a detection value by the detector. Also good.
(Claim 3 ) The dynamic characteristic may include a damping ratio in the vibration system, and the FEM analysis unit may acquire the damping ratio by the FEM analysis.

（請求項４）本手段に係る工作機械の動特性算出方法は、１または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する方法であって、前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析工程と、前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出工程と、前記検出工程にて検出した検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出工程とを備える。
そして、前記ＦＥＭ解析工程は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、前記検出工程は、前記ＦＥＭ解析工程により取得された前記固有振動数を含む検出周波数レンジに設定して、前記音波または前記磁気を検出し、前記固有振動数算出工程は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析工程により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶する。 (Claim 4 ) The method for calculating the dynamic characteristics of a machine tool according to the present means uses a rotary tool having one or a plurality of blades and intermittently moves relative to the workpiece while rotating the rotary tool. In a machine tool for performing a general cutting process, a method for calculating dynamic characteristics of the machine tool including a mass coefficient and a natural frequency in a vibration system having a blade portion of the rotary tool as a vibrating body, the machine tool comprising: FEM analysis step for acquiring the mass coefficient by FEM analysis based on structure information, and when the rotary tool is vibrated, a sound wave generated by the vibration of the rotary tool or a magnetism changed by the vibration of the rotary tool is detected. And a natural frequency calculating step for calculating the natural frequency based on the detection value detected in the detecting step.
Then, the FEM analysis step acquires the natural frequency by the FEM analysis, the detection step sets the detection frequency range including the natural frequency acquired by the FEM analysis step, and the sound wave or The magnetism is detected, and the natural frequency calculation step calculates the natural frequency based on the detection value, and calculates the natural frequency acquired by the FEM analysis step based on the detection value. The stored natural frequency is changed and stored.

（請求項１，４）ＦＥＭ解析により動特性を取得することは容易である。従って、ＦＥＭ解析部により質量係数を取得することは容易にできる。一方、動特性のうち固有振動数は、検出器により検出された音波または磁気に基づいて算出する。ここで、作業者による組付ずれなどにより、回転工具を工具ホルダへ取り付ける位置は、ＦＥＭ解析と実際とで僅かに異なる。つまり、ＦＥＭ解析は、回転工具が工具ホルダへ取り付けられた実際の位置における解析ではない。一方、検出器により検出される音波または磁気は、実際に回転工具の振動によって生じる音波または磁気であるため、回転工具が工具ホルダへ取り付けられた実際の位置に基づいたものとなる。つまり、ＦＥＭ解析により取得された固有振動数と、固有振動数算出部により算出される固有振動数とは異なる。そこで、固有振動数は、ＦＥＭ解析により取得するのではなく、音波または磁気に基づいて算出する。 (Claims 1, 4 ) It is easy to obtain dynamic characteristics by FEM analysis. Therefore, it is possible to easily obtain the mass coefficient by the FEM analysis unit. On the other hand, the natural frequency of the dynamic characteristics is calculated based on the sound wave or magnetism detected by the detector. Here, the position where the rotary tool is attached to the tool holder is slightly different between the FEM analysis and the actual due to the assembly displacement by the operator. That is, the FEM analysis is not an analysis at an actual position where the rotary tool is attached to the tool holder. On the other hand, since the sound wave or magnetism detected by the detector is actually a sound wave or magnetism generated by vibration of the rotary tool, it is based on the actual position where the rotary tool is attached to the tool holder. That is, the natural frequency acquired by the FEM analysis is different from the natural frequency calculated by the natural frequency calculation unit. Therefore, the natural frequency is not obtained by FEM analysis but is calculated based on sound waves or magnetism.

ここで、動特性は、加工条件の決定に用いられる。特に、動特性のうち固有振動数は、加工条件の決定に重要な要素であり、得られる固有振動数がずれていれば所望の加工精度を得ることができないことがある。しかし、上記の通り、実際に回転工具を振動させることにより得られる音波または磁気に基づいて固有振動数を算出するため、実際の状態の固有振動数を得ることができる。従って、断続的な切削加工によって回転工具の刃部が回転工具の基端部に対してたわんで振動する場合に、所望の加工精度を得ることができる加工条件を決定することができる。   Here, the dynamic characteristics are used to determine the processing conditions. In particular, the natural frequency of the dynamic characteristics is an important factor in determining the machining conditions. If the obtained natural frequency is deviated, a desired machining accuracy may not be obtained. However, as described above, since the natural frequency is calculated based on the sound wave or magnetism obtained by actually vibrating the rotary tool, the natural frequency in the actual state can be obtained. Therefore, when the blade portion of the rotary tool is bent and vibrates with respect to the base end portion of the rotary tool due to intermittent cutting, it is possible to determine a processing condition that can obtain a desired processing accuracy.

さらに、検出器は、検出条件としての検出周波数レンジが複数あり、設定された検出周波数レンジにおける周波数帯の音波または磁気を検出する。そこで、予めＦＥＭ解析によって固有振動数を取得しておき、検出器の検出周波数レンジをＦＥＭ解析によって取得された固有振動数を含む検出周波数レンジに設定する。これにより、検出器は、実際の固有振動数を含む音波または磁気を確実に検出できる。 Further, the detector has a plurality of detection frequency ranges as detection conditions, and detects sound waves or magnetism in a frequency band in the set detection frequency range. Therefore, the natural frequency is acquired in advance by FEM analysis, and the detection frequency range of the detector is set to a detection frequency range including the natural frequency acquired by FEM analysis. Thereby, the detector can reliably detect the sound wave or magnetism including the actual natural frequency.

（請求項２）ここで、ＦＥＭ解析によって、動特性のうち減衰比を算出することはできる。しかし、回転工具の取り付け位置の相違などの原因により、ＦＥＭ解析によって得られる減衰比と、音波または磁気に基づいて算出される減衰比とは異なる。そこで、検出器により検出された音波または磁気に基づいて減衰比を算出し、当該減衰比を用いて加工条件を決定することにより、所望の加工精度を得ることができる。 (Claim 2 ) Here, the damping ratio of the dynamic characteristics can be calculated by FEM analysis. However, the attenuation ratio obtained by the FEM analysis is different from the attenuation ratio calculated based on sound waves or magnetism due to a difference in the mounting position of the rotary tool. Therefore, a desired machining accuracy can be obtained by calculating an attenuation ratio based on the sound wave or magnetism detected by the detector and determining the machining condition using the attenuation ratio.

（請求項３）一方、減衰比をＦＥＭ解析により取得することは容易である。ここで、固有振動数のずれに比べて、減衰比のずれによる加工精度への影響は小さい。そこで、減衰比をＦＥＭ解析により取得することで、容易に取得することができると共に、十分な加工精度を得ることができる。 (Claim 3 ) On the other hand, it is easy to obtain the attenuation ratio by FEM analysis. Here, the influence on the machining accuracy due to the deviation of the damping ratio is smaller than the deviation of the natural frequency. Therefore, by acquiring the damping ratio by FEM analysis, it can be easily acquired and sufficient processing accuracy can be obtained.

本発明の第一実施形態における工作機械の構成を示す図である。It is a figure showing composition of a machine tool in a first embodiment of the present invention. 図１の工作機械において、回転工具により被加工物を切削している状態であって、回転工具がたわみ変形している状態を示す図である。In the machine tool of FIG. 1, it is a figure which shows the state which is the state which is cutting the workpiece with a rotary tool, Comprising: The rotary tool is bending-deforming. 回転工具に生じる切削抵抗および回転工具の回転中心の変位の経過時間に対する挙動を示す。The behavior with respect to the elapsed time of the cutting force which arises in a rotary tool, and the displacement of the rotation center of a rotary tool is shown. 図４の時刻ｔ１における回転工具と被加工物との位置関係を示す。The positional relationship between the rotary tool and the workpiece at time t1 in FIG. 4 is shown. 図４の時刻ｔ２における回転工具と被加工物との位置関係を示す。The positional relationship between the rotary tool and the workpiece at time t2 in FIG. 4 is shown. 図４の時刻ｔ３における回転工具と被加工物との位置関係を示す。The positional relationship between the rotary tool and the workpiece at time t3 in FIG. 4 is shown. 図４の時刻ｔ４における回転工具と被加工物との位置関係を示す。The positional relationship between the rotary tool and the workpiece at time t4 in FIG. 4 is shown. 図４の時刻ｔ５における回転工具と被加工物との位置関係を示す。The positional relationship between the rotary tool and the workpiece at time t5 in FIG. 4 is shown. 本発明の実施形態における工作機械の動特性算出装置を含む加工条件判定装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the processing condition determination apparatus containing the dynamic characteristic calculation apparatus of the machine tool in embodiment of this invention. 図５の検出器により音波を検出する際に、回転工具を加振する第一態様を示す図である。It is a figure which shows the 1st aspect which vibrates a rotary tool, when detecting a sound wave with the detector of FIG. 回転工具を加振する第二態様を示す図である。It is a figure which shows the 2nd aspect which vibrates a rotary tool. 回転工具を加振する第三態様を示す図である。It is a figure which shows the 3rd aspect which vibrates a rotary tool. 図５の検出器による検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection process by the detector of FIG. 回転主軸の回転速度と加工誤差との関係を示す。The relationship between the rotational speed of a rotating spindle and a machining error is shown. 回転主軸の回転速度と回転工具の最大振幅との関係を示す。The relationship between the rotational speed of a rotating spindle and the maximum amplitude of a rotating tool is shown.

本発明に係る工作機械の動特性算出装置を具体化した実施形態について説明する。
（工作機械の機械構成）
適用対象の工作機械の一例として横型マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。なお、本発明は、当該横型マシニングセンタに限定されるものではなく、他の構成のマシニングセンタでもよく、回転工具を用いる工作機械であれば適用できる。 An embodiment in which a machine tool dynamic characteristic calculation apparatus according to the present invention is embodied will be described.
(Machine tool configuration)
A horizontal machining center is taken as an example of a machine tool to be applied, and will be described with reference to FIG. Note that the present invention is not limited to the horizontal machining center, and may be a machining center having another configuration, and can be applied to any machine tool that uses a rotating tool.

当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を有する工作機械である。図１に示すように、工作機械は、ベッド１と、ベッド１上にてＸ軸方向に移動可能なコラム２と、コラム２の前面（図１の左面）にてＹ軸方向に移動可能なサドル３と、サドル３に取り付けられかつ回転可能な主軸４ａを有する主軸装置４と、主軸４ａの先端側（図１の左側）に工具ホルダ５を介して取り付けられる回転工具６と、ベッド１上にてＺ軸方向に移動可能であり被加工物Ｗを載置するテーブル７を備える。また、工作機械は、各駆動軸を制御するための制御装置（図示せず）を備える。   The machine tool is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other as drive axes. As shown in FIG. 1, the machine tool is movable in the Y-axis direction on the bed 1, the column 2 movable on the bed 1 in the X-axis direction, and the front surface of the column 2 (left surface in FIG. 1). A spindle device 4 having a saddle 3, a spindle 4a attached to the saddle 3 and rotatable, a rotary tool 6 attached to the distal end side (left side in FIG. 1) of the spindle 4a via a tool holder 5, and the bed 1 And a table 7 on which the workpiece W is placed. Further, the machine tool includes a control device (not shown) for controlling each drive shaft.

（切削加工時の回転工具の状態）
次に、回転工具６により被加工物Ｗを切削加工する場合における回転工具６の状態について説明する。図２に示すように、回転工具６は、先端側に複数の刃部６ａ，６ｂを備えており、基端側（根元側）に工具ホルダ５に支持される非刃部６ｃを備える。なお、本実施形態においては、２つの刃部６ａ，６ｂを有する回転工具６を例に挙げるが、１または３以上の刃部を有する回転工具を適用することもできる。 (Status of rotating tool during cutting)
Next, the state of the rotary tool 6 when cutting the workpiece W with the rotary tool 6 will be described. As shown in FIG. 2, the rotary tool 6 includes a plurality of blade portions 6 a and 6 b on the distal end side, and includes a non-blade portion 6 c supported by the tool holder 5 on the proximal end side (root side). In this embodiment, the rotary tool 6 having two blade parts 6a and 6b is taken as an example, but a rotary tool having one or three or more blade parts can also be applied.

この回転工具６による切削加工時には、図２に示すように、刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗから切削抵抗Ｆｙを受けることにより、刃部６ａ，６ｂ側が非刃部６ｃに対してたわみ変形する。特に、Ｌ／Ｄ（＝長さ／直径）の大きな回転工具６（細長い回転工具）を用いる場合には、当該回転工具６の剛性が低いため、切削抵抗Ｆｙによって当該回転工具６の先端側のたわみ変形量が大きくなる。   At the time of cutting with the rotary tool 6, as shown in FIG. 2, the blade portions 6a and 6b receive the cutting resistance Fy from the workpiece W, so that the blade portions 6a and 6b are flexibly deformed with respect to the non-blade portion 6c. To do. In particular, when a rotary tool 6 (elongated rotary tool) having a large L / D (= length / diameter) is used, the rigidity of the rotary tool 6 is low, so that the cutting force Fy causes the tip side of the rotary tool 6 to move forward. The amount of deflection deformation increases.

ここで、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙが一定であれば、回転工具６の先端側のたわみ量は一定となる。しかし、回転工具６の刃部６ａ，６ｂによる断続的な切削加工により、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙは逐次変化する。そのため、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量は、図２の往復矢印にて示すように、主としてＹ方向に逐次変化する。   Here, if the cutting resistance Fy generated in the rotary tool 6 is constant, the amount of deflection on the tip side of the rotary tool 6 is constant. However, the cutting resistance Fy generated in the rotary tool 6 is sequentially changed by intermittent cutting by the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6. Therefore, the displacement amount of the rotation center C of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 changes sequentially mainly in the Y direction, as indicated by the reciprocating arrow in FIG.

このときの回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量と切削抵抗Ｆｙとは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂを振動体とする振動系における動特性（以下、「回転工具の刃部の動特性」と称する）に依存する。回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性は、刃部６ａ，６ｂに入力された力に対する変形の挙動を示すものであり、伝達関数（コンプライアンスおよび位相遅れ）もしくはそれから算出される質量係数Ｍ、固有振動数ｆ、減衰比ζなどにより表される。なお、動特性として、粘性減衰係数Ｃ、ばね定数Ｋを用いることもあるが、これらは、Ｍ、ｆ、ζから求められる。   The displacement amount of the rotation center C of the blade parts 6a and 6b of the rotary tool 6 and the cutting resistance Fy at this time are dynamic characteristics (hereinafter referred to as “rotation” in the vibration system using the blade parts 6a and 6b of the rotary tool 6 as a vibrating body. This is referred to as “dynamic characteristics of the cutting edge of the tool”. The dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 indicate the behavior of deformation with respect to the force input to the blade portions 6a and 6b, and the transfer function (compliance and phase delay) or the mass coefficient M calculated from the transfer function. , And the natural frequency f and the damping ratio ζ. In addition, although the viscous damping coefficient C and the spring constant K may be used as dynamic characteristics, these are obtained from M, f, and ζ.

回転工具６を回転しかつ送りながら被加工物Ｗの断続的な切削加工を行う際において、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙおよび回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量Ｙａの経過時間ｔに対する挙動について、図３、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。ここでは、反切込方向（Ｙ方向）における切削抵抗Ｆｙおよび先端側の回転中心Ｃの変位量Ｙａを取り上げて説明する。これは、反切込方向（Ｙ方向）が加工誤差に対して最も影響が大きいためである。   When intermittently cutting the workpiece W while rotating and feeding the rotary tool 6, the cutting resistance Fy generated in the rotary tool 6 and the displacement amount Ya of the rotation center C of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 are shown. Will be described with reference to FIGS. 3 and 4A to 4E. Here, the cutting resistance Fy in the counter-cutting direction (Y direction) and the displacement amount Ya of the rotation center C on the tip side will be described. This is because the anti-cutting direction (Y direction) has the greatest influence on the machining error.

図３に示すように、切削抵抗Ｆｙは、ゼロ付近から時刻ｔ１にて大きな値に変化し、時刻ｔ２に再びゼロ付近に変化している。図４Ａおよび図４Ｂが、それぞれ図３の時刻ｔ１，ｔ２に対応する。図４Ａに示すように、時刻ｔ１は、一方の刃部６ａが被加工物Ｗに接触開始した瞬間である。つまり、時刻ｔ１は、一方の刃部６ａにより切削加工を開始した瞬間である。一方、図４Ｂに示すように、時刻ｔ２は、一方の刃部６ａによる被加工物Ｗの切削加工を終了した瞬間である。このように、ｔ１〜ｔ２の間において、一方の刃部６ａが被加工物Ｗを切削加工している。   As shown in FIG. 3, the cutting resistance Fy changes from near zero to a large value at time t1, and again changes to near zero at time t2. 4A and 4B correspond to times t1 and t2 in FIG. 3, respectively. As shown in FIG. 4A, time t1 is the moment when one blade portion 6a starts to contact the workpiece W. That is, time t1 is the moment when cutting is started by one of the blade portions 6a. On the other hand, as shown in FIG. 4B, time t2 is the moment when the cutting of the workpiece W by the one blade portion 6a is finished. In this way, one blade portion 6a is cutting the workpiece W between t1 and t2.

その後、図３に示すように、ｔ２〜ｔ４の間は、切削抵抗Ｆｙがゼロ付近となっている。この間は、時刻ｔ３に対応する図４Ｃに示すように、両方の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触していない。つまり、回転工具６は空転している。   Thereafter, as shown in FIG. 3, the cutting resistance Fy is in the vicinity of zero between t2 and t4. During this time, as shown in FIG. 4C corresponding to time t3, both the blade portions 6a and 6b are not in contact with the workpiece W. That is, the rotary tool 6 is idling.

その後、図３に示すように、切削抵抗Ｆｙが時刻ｔ４に再び大きな値に変化し、時刻ｔ５に再びゼロ付近に変化している。図３の時刻ｔ４には、対応する図４Ｄに示すように、他方の刃部６ｂが被加工物Ｗに接触開始している。つまり、他方の刃部６ｂにより切削加工を開始している。また、図３の時刻ｔ５には、対応する図４Ｅに示すように、他方の刃部６ｂによる切削加工を終了している。このように、ｔ４〜ｔ５の間において、他方の刃部６ｂが切削加工している。   Thereafter, as shown in FIG. 3, the cutting resistance Fy again changes to a large value at time t4 and again changes to near zero at time t5. At time t4 in FIG. 3, as shown in the corresponding FIG. 4D, the other blade portion 6b starts to contact the workpiece W. That is, cutting is started by the other blade portion 6b. Further, at time t5 in FIG. 3, as shown in the corresponding FIG. 4E, the cutting by the other blade portion 6b is finished. Thus, the other blade part 6b is cutting between t4 and t5.

ここで、図４Ａ〜図４Ｅにおける今回の切削領域より、ｔ１〜ｔ２、ｔ４〜ｔ５の各瞬間において、実切込量（瞬間的な切込量を意味し、切込量の指令値とは異なる意味である）が異なることが分かる。つまり、実切込量は、切削開始から一気に多くなり、ピークに達した後に徐々に少なくなっている。より詳細には、前回切削されていない部位と前回切削された部位との境界の前後で変化している。そして、図３の切削抵抗Ｆｙのうち急激に大きくなっている部分に示すように、切削加工中の切削抵抗Ｆｙは、略三角形状になっており、実切込量に応じて変化していることが分かる。   Here, from the current cutting region in FIGS. 4A to 4E, the actual cutting amount (meaning the instantaneous cutting amount and the command value for the cutting amount) at each of the instants t1 to t2 and t4 to t5. You can see that they are different). That is, the actual cutting amount increases at a stroke from the start of cutting and gradually decreases after reaching the peak. In more detail, it changes before and after the boundary between the part not cut last time and the part cut last time. Then, as shown in the portion of the cutting force Fy of FIG. 3 that is abruptly increased, the cutting resistance Fy during the cutting process has a substantially triangular shape and changes according to the actual cutting depth. I understand that.

上記のように、回転工具６は、時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ４〜ｔ５において断続的な切削加工を行い、時刻ｔ２〜ｔ４において断続的に空転している。つまり、回転工具６は、断続的な切削加工によって、断続的に力を受けることになる。つまり、回転工具６の先端側の回転中心Ｃは、断続的な切削加工により生じる断続的な力（切削抵抗）によって、少なくとも反切込方向（Ｙ方向）に振動する。   As described above, the rotary tool 6 performs intermittent cutting at times t1 to t2 and t4 to t5, and intermittently idles at times t2 to t4. That is, the rotary tool 6 receives force intermittently by intermittent cutting. That is, the rotation center C on the tip side of the rotary tool 6 vibrates at least in the anti-cutting direction (Y direction) by an intermittent force (cutting resistance) generated by intermittent cutting.

従って、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量Ｙａは、図３に示すように、回転工具６の固有振動数ｆに応じて振動している。特に、切削抵抗Ｆｙが発生した直後に、回転中心Ｃの変位量Ｙａが最も大きくなり、その後に減衰している。そして、再び、切削抵抗Ｆｙにより変位量Ｙａが大きくなり、繰り返す。   Therefore, the displacement amount Ya of the rotation center C of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 vibrates according to the natural frequency f of the rotary tool 6, as shown in FIG. In particular, immediately after the cutting resistance Fy is generated, the displacement amount Ya of the rotation center C becomes the largest and then attenuates. Then, again, the displacement amount Ya increases due to the cutting resistance Fy, and repeats.

（動特性算出装置）
上述したように、回転中心Ｃの変位量と切削抵抗Ｆｙとは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性に依存する。そのため、当該動特性を把握することが重要となる。回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を算出する装置について、図５、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７を参照して説明する。 (Dynamic characteristic calculation device)
As described above, the displacement amount of the rotation center C and the cutting resistance Fy depend on the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6. Therefore, it is important to grasp the dynamic characteristics. An apparatus for calculating the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 will be described with reference to FIGS. 5, 6A to 6C, and FIG.

図５に示すように、動特性算出装置１００は、ＦＥＭ解析部１０１と、検出器１０２と、算出部１０３と、記憶部１０４とを備える。ＦＥＭ解析部１０１は、工作機械の構造情報に基づく公知のＦＥＭ解析により、固有振動数ｆ、減衰比ζおよび質量係数Ｍを取得する。ＦＥＭ解析により、動特性を容易に取得できる。工作機械の構造情報には、各構成部材の形状、材質などの情報が含まれる。そして、ＦＥＭ解析部１０１は、取得した固有振動数ｆ、質量係数Ｍおよび減衰比ζを記憶部１０４に記憶する。   As illustrated in FIG. 5, the dynamic characteristic calculation apparatus 100 includes an FEM analysis unit 101, a detector 102, a calculation unit 103, and a storage unit 104. The FEM analysis unit 101 acquires the natural frequency f, the damping ratio ζ, and the mass coefficient M by a known FEM analysis based on the structure information of the machine tool. Dynamic characteristics can be easily acquired by FEM analysis. The structure information of the machine tool includes information such as the shape and material of each constituent member. Then, the FEM analysis unit 101 stores the acquired natural frequency f, mass coefficient M, and damping ratio ζ in the storage unit 104.

ここで、固有振動数ｆは、式（１）により表される。式（１）において、減衰比ζは、１より十分に小さいため、｛√（１−ζ2）｝は、１とみなすことができる。また、減衰比ζは式（２）により表され、運動方程式は、式（３）により表される。ここで、Ｃは粘性減衰係数、Ｋはばね定数、Ｆは外力、ｘは変位である。 Here, the natural frequency f is expressed by Equation (1). In the equation (1), since the damping ratio ζ is sufficiently smaller than 1, {√ (1-ζ 2 )} can be regarded as 1. Further, the damping ratio ζ is expressed by equation (2), and the equation of motion is expressed by equation (3). Here, C is a viscous damping coefficient, K is a spring constant, F is an external force, and x is a displacement.

Figure 0005983112
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検出器１０２は、本実施形態においては音波検出器を適用する。ここで、検出器１０２の適用例について、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。検出器１０２は、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの近傍に位置決めする。ただし、当該検出器１０２は、高精度に位置決めすることなく、ある程度の設置自由度を有する。このように、検出器１０２は、渦電流型変位センサなどに比べて高精度な位置決めが不要であるため、熟練技術を要することなく、かつ、設置に要する時間を短縮できる。   The detector 102 is a sound wave detector in this embodiment. Here, an application example of the detector 102 will be described with reference to FIGS. 6A to 6C. As shown in FIGS. 6A to 6C, the detector 102 is positioned in the vicinity of the blade portions 6 a and 6 b of the rotary tool 6. However, the detector 102 has a certain degree of installation freedom without being positioned with high accuracy. Thus, since the detector 102 does not require highly accurate positioning as compared with an eddy current type displacement sensor or the like, it is possible to reduce the time required for installation without requiring skill.

検出器１０２は、回転工具６が加振された場合に、回転工具６が振動によって生じる音波を検出する。回転工具６の加振の第一態様として、図６Ａに示すように、作業者がハンマー材（ターゲット材）１３０により回転工具６の非刃部６ｃを叩くことにより、回転工具６を加振する。この態様では、新たな設定をすることなく、容易に行うことができる。そして、作業者による叩く力の大きさや叩く方向などは、検出精度に大きく影響しない。そのため、当該作業は、容易である。また、実際に使用する回転工具６を加振することができるため、高精度な動特性を得ることができる。さらに、ハンマー材１３０に接触させる部位を、刃部６ａ，６ｂではなく非刃部６ｃとすることで、刃部６ａ，６ｂに与える影響をなくすことができる。その結果、刃部６ａ，６ｂの寿命を向上できる。   The detector 102 detects sound waves generated by the vibration of the rotary tool 6 when the rotary tool 6 is vibrated. As a first mode of vibration of the rotary tool 6, as shown in FIG. 6A, the operator vibrates the rotary tool 6 by hitting the non-blade portion 6 c of the rotary tool 6 with a hammer material (target material) 130. . In this aspect, it can be easily performed without making a new setting. Further, the magnitude of the tapping force by the operator and the tapping direction do not greatly affect the detection accuracy. Therefore, this work is easy. Moreover, since the rotary tool 6 actually used can be vibrated, highly accurate dynamic characteristics can be obtained. Furthermore, by making the part brought into contact with the hammer material 130 into the non-blade part 6c instead of the blade parts 6a and 6b, the influence on the blade parts 6a and 6b can be eliminated. As a result, the lifetime of the blade portions 6a and 6b can be improved.

また、加振の第二の態様として、図６Ｂに示すように、工作機械の駆動装置を駆動させて、工作機械に固定されたターゲット材１４０と回転工具６の非刃部６ｃとを接触させることにより、回転工具６を加振する。これにより、いわゆるハンマリング作業の自動化を図ることができる。この場合も、実際に使用する回転工具６を加振するため、高精度な動特性を得ることができる。さらに、ターゲット材１４０に接触させる部位を非刃部６ｃとすることで、刃部６ａ，６ｂの寿命を向上できる。   Further, as a second mode of vibration, as shown in FIG. 6B, the driving device of the machine tool is driven to bring the target material 140 fixed to the machine tool into contact with the non-blade portion 6c of the rotary tool 6. As a result, the rotary tool 6 is vibrated. Thereby, automation of what is called a hammering operation | work can be aimed at. Also in this case, since the rotary tool 6 actually used is vibrated, highly accurate dynamic characteristics can be obtained. Furthermore, the lifetime of blade part 6a, 6b can be improved by making the site | part contacted with the target material 140 the non-blade part 6c.

また、実際の切削加工の直前に行うことができるようになるため、実際の切削加工の状態における動特性を得ることができる。また、回転工具６に付与する加振力を高精度に設定できるため、検出器１０２により確実に検出できるように回転工具６を振動させることができる。また、当該態様においては、回転工具６を回転させながら加振することもできるし、回転工具６を停止させた状態で加振させることもできる。回転工具６を回転させながら加振する場合には、切削加工時により近い状態における動特性を得ることができる。特に、回転工具６を加工時と同じ方向に回転させた状態として、回転工具６の非刃部６ｃとターゲット材１４０とを接触させることで、より切削加工時に近い状態における動特性を得ることができる。   Further, since it can be performed immediately before actual cutting, dynamic characteristics in an actual cutting state can be obtained. In addition, since the excitation force applied to the rotary tool 6 can be set with high accuracy, the rotary tool 6 can be vibrated so that the detector 102 can reliably detect it. Moreover, in the said aspect, it can also vibrate while rotating the rotary tool 6, and can also vibrate in the state which the rotary tool 6 stopped. When vibrating while rotating the rotary tool 6, dynamic characteristics in a state closer to that during cutting can be obtained. In particular, when the rotary tool 6 is rotated in the same direction as at the time of machining, the non-blade portion 6c of the rotary tool 6 and the target material 140 are brought into contact with each other to obtain dynamic characteristics in a state closer to that at the time of cutting. it can.

また、加振の第三の態様として、図６Ｃに示すように、回転工具６を加工時とは逆回転に回転させて、回転工具６の刃部６ａ，６ｂをターゲット材１５０としての被加工物Ｗに接触させることにより、回転工具６を加振する。ここで、被加工物Ｗの代わりに、他のターゲット材１５０を適用することもできる。このように、回転工具６を加工時とは逆回転に回転させた状態でターゲット材１５０に接触させるため、ターゲット材１５０は切削加工されない。そのため、ターゲット材１５０の消耗を抑制できる。   Further, as a third mode of vibration, as shown in FIG. 6C, the rotary tool 6 is rotated in the reverse direction to that during processing, and the blade portions 6 a and 6 b of the rotary tool 6 are processed as the target material 150. The rotating tool 6 is vibrated by being brought into contact with the object W. Here, instead of the workpiece W, another target material 150 may be applied. As described above, the target material 150 is not cut because the rotary tool 6 is brought into contact with the target material 150 in a state of being rotated in the reverse direction to that during processing. Therefore, consumption of the target material 150 can be suppressed.

次に、検出器１０２による音波検出処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。検出器１０２には、複数の検出周波数レンジがあり、設定された検出周波数レンジにおける周波数帯の音波を検出する。そこで、検出器１０２の検出条件としての検出周波数レンジを、ＦＥＭ解析部１０１により取得された固有振動数ｆを含む検出周波数レンジに設定する（Ｓ１）。これにより、検出器１０２は、実際の固有振動数ｆを含む音波を確実に検出できる。   Next, the sound wave detection process by the detector 102 will be described with reference to the flowchart of FIG. The detector 102 has a plurality of detection frequency ranges, and detects sound waves in a frequency band in the set detection frequency range. Therefore, the detection frequency range as a detection condition of the detector 102 is set to a detection frequency range including the natural frequency f acquired by the FEM analysis unit 101 (S1). Thereby, the detector 102 can reliably detect the sound wave including the actual natural frequency f.

続いて、図６Ａ〜図６Ｃに図示した加振態様の何れかによって、回転工具６を加振する（Ｓ２）。そして、回転工具６が加振されて回転工具６が振動することによって、回転工具６が発生する音波を、検出器１０２によって検出する（Ｓ３）。   Subsequently, the rotary tool 6 is vibrated by any of the vibration modes illustrated in FIGS. 6A to 6C (S2). Then, when the rotary tool 6 is vibrated and vibrates, the sound wave generated by the rotary tool 6 is detected by the detector 102 (S3).

算出部１０３は、検出器１０２により検出された音波に基づいて、固有振動数ｆを算出する。この固有振動数ｆは、検出された音波の周波数から算出することができる。そして、算出部１０３は、算出した固有振動数ｆを、ＦＥＭ解析部１０１によって記憶部１０４に記憶された固有振動数ｆに変更して、記憶部１０４に記憶する。つまり、記憶部１０４に記憶される固有振動数ｆは、算出部１０３により算出された固有振動数ｆとなる。   The calculation unit 103 calculates the natural frequency f based on the sound wave detected by the detector 102. This natural frequency f can be calculated from the frequency of the detected sound wave. Then, the calculation unit 103 changes the calculated natural frequency f to the natural frequency f stored in the storage unit 104 by the FEM analysis unit 101 and stores it in the storage unit 104. That is, the natural frequency f stored in the storage unit 104 is the natural frequency f calculated by the calculation unit 103.

ここで、作業者による組付ずれなどにより、回転工具６を工具ホルダ５へ取り付ける位置は、ＦＥＭ解析部１０１におけるＦＥＭ解析と実際とで僅かに異なる。つまり、ＦＥＭ解析部１０１におけるＦＥＭ解析は、回転工具６が工具ホルダ５へ取り付けられた実際の位置における解析ではない。一方、検出器１０２により検出される音波は、実際に回転工具６の振動によって生じる音波であるため、回転工具６が工具ホルダ５へ取り付けられた実際の位置に基づいたものとなる。つまり、ＦＥＭ解析部１０１により取得された固有振動数ｆと、算出部１０３により算出される固有振動数ｆとは異なる。そして、記憶部１０４に記憶される固有振動数ｆは、算出部１０３により算出される固有振動数ｆ、すなわち実際の回転工具６の刃部６ａ，６ｂの固有振動数となる。   Here, the position where the rotary tool 6 is attached to the tool holder 5 is slightly different between the FEM analysis in the FEM analysis unit 101 and the actual due to assembly displacement by the operator. That is, the FEM analysis in the FEM analysis unit 101 is not an analysis at an actual position where the rotary tool 6 is attached to the tool holder 5. On the other hand, the sound wave detected by the detector 102 is actually generated by the vibration of the rotary tool 6, and is based on the actual position where the rotary tool 6 is attached to the tool holder 5. That is, the natural frequency f acquired by the FEM analysis unit 101 is different from the natural frequency f calculated by the calculation unit 103. The natural frequency f stored in the storage unit 104 is the natural frequency f calculated by the calculation unit 103, that is, the natural frequency of the blade portions 6a and 6b of the actual rotary tool 6.

（回転工具の回転速度と加工誤差または回転工具の最大振幅との関係）
ここで、回転工具６の回転速度Ｓと加工誤差Δｙとの関係を図８に示し、回転速度Ｓと回転工具６の最大振幅Ａとの関係を図９に示す。例えば、回転速度Ｓが６５００min-1付近において、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが小さくなっていることが分かる。このように、回転工具６の回転速度Ｓを変更することによって、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが変化する。これは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの振動系における動特性と、回転工具６の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触するときの周波数との関係が変化することによる。回転工具６の振動系における動特性は変化しないが、回転工具６の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触するときの周波数は、回転工具６の回転速度Ｓによって変化する。このように、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性と回転速度Ｓとの関係によって、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａを小さくなったり、大きくなったりする。 (Relationship between rotational speed of rotating tool and machining error or maximum amplitude of rotating tool)
Here, the relationship between the rotational speed S of the rotary tool 6 and the machining error Δy is shown in FIG. 8, and the relationship between the rotational speed S and the maximum amplitude A of the rotary tool 6 is shown in FIG. For example, it can be seen that the machining error Δy and the maximum amplitude A are small when the rotational speed S is around 6500 min −1 . Thus, by changing the rotational speed S of the rotary tool 6, the machining error Δy and the maximum amplitude A change. This is because the relationship between the dynamic characteristics in the vibration system of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 and the frequency when the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 contact the workpiece W changes. Although the dynamic characteristics in the vibration system of the rotary tool 6 do not change, the frequency when the blade portions 6 a and 6 b of the rotary tool 6 come into contact with the workpiece W changes depending on the rotational speed S of the rotary tool 6. As described above, the processing error Δy and the maximum amplitude A are reduced or increased depending on the relationship between the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 and the rotational speed S.

そして、図８および図９に示す関係は、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を得ることができれば、図示することができる。つまり、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を得ることができれば、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａを小さくすることができる回転速度Ｓを見出すことができる。特に、得られる固有振動数ｆが変わると、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが急激に変化する回転速度Ｓが変化することになる。従って、特に、固有振動数ｆを正確に得ることができることが、高い加工精度を得るためには必要なことと言える。   The relationship shown in FIGS. 8 and 9 can be illustrated if the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 can be obtained. That is, if the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 can be obtained, the rotational speed S that can reduce the machining error Δy and the maximum amplitude A can be found. In particular, when the obtained natural frequency f changes, the rotational speed S at which the machining error Δy and the maximum amplitude A change abruptly changes. Therefore, in particular, it can be said that the natural frequency f can be accurately obtained in order to obtain high machining accuracy.

（動特性算出装置の適用例）
次に、動特性算出装置の適用例について、図５を参照して説明する。図５に示すように、動特性算出装置１００は、加工条件判定装置１２０の一部として機能させることができる。加工条件判定装置１２０の判定部１２１は、記憶部１０４に記憶された回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を用いて、図８および図９に示したような回転速度Ｓと加工誤差Δｙまたは最大振幅Ａとの関係を導き出しておく。さらに、判定部１２１は、加工誤差Δｙまたは最大振幅Ａが閾値より小さくなる回転速度Ｓの範囲を記憶しておく。 (Application example of dynamic characteristic calculation device)
Next, an application example of the dynamic characteristic calculation apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the dynamic characteristic calculation device 100 can function as a part of the machining condition determination device 120. The determination unit 121 of the processing condition determination device 120 uses the dynamic characteristics of the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 stored in the storage unit 104, and the rotation speed S and the processing error as shown in FIGS. A relationship with Δy or maximum amplitude A is derived. Further, the determination unit 121 stores a range of the rotation speed S in which the machining error Δy or the maximum amplitude A is smaller than the threshold value.

そして、判定部１２１は、現在の加工条件に含まれる回転速度Ｓの指令値が、記憶されている回転速度Ｓの範囲内に含まれるか否かを判定する。指令値が当該範囲内に含まれていれば、現在の加工条件は良好であると判断し、当該加工条件において切削加工を行う。一方、指令値が当該範囲内に含まれていない場合には、回転速度Ｓの指令値を変化させる。   And the determination part 121 determines whether the command value of the rotational speed S contained in the present process conditions is contained in the range of the rotational speed S memorize | stored. If the command value is included in the range, it is determined that the current machining conditions are good, and cutting is performed under the machining conditions. On the other hand, when the command value is not included in the range, the command value of the rotation speed S is changed.

本実施形態によれば、実際に回転工具６を振動させることにより得られる音波に基づいて固有振動数ｆを算出するため、実際の状態の固有振動数ｆを得ることができる。従って、断続的な切削加工によって回転工具６の刃部６ａ，６ｂが回転工具６の基端部に対してたわんで振動する場合に、所望の加工精度を得ることができる加工条件を決定することができる。   According to this embodiment, since the natural frequency f is calculated based on the sound wave obtained by actually vibrating the rotary tool 6, the natural frequency f in the actual state can be obtained. Therefore, when the blade portions 6a and 6b of the rotary tool 6 bend and vibrate with respect to the base end portion of the rotary tool 6 due to intermittent cutting, a processing condition capable of obtaining a desired processing accuracy is determined. Can do.

一方、質量係数Ｍおよび減衰比ζをＦＥＭ解析により取得している。ここで、固有振動数ｆのずれに比べて、質量係数Ｍおよび減衰比ζのずれによる加工精度への影響は小さい。そこで、質量係数Ｍおよび減衰比ζをＦＥＭ解析により取得することで、容易に取得することができると共に、十分な加工精度を得ることができる。   On the other hand, the mass coefficient M and the damping ratio ζ are acquired by FEM analysis. Here, compared with the deviation of the natural frequency f, the influence on the machining accuracy due to the deviation of the mass coefficient M and the damping ratio ζ is small. Therefore, by acquiring the mass coefficient M and the damping ratio ζ by FEM analysis, it can be easily acquired and sufficient processing accuracy can be obtained.

＜第二実施形態＞
上記実施形態においては、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性のうち減衰比ζおよび質量係数Ｍは、ＦＥＭ解析部１０１により取得された情報をそのまま用いた。本実施形態においては、算出部１０３は、固有振動数ｆに加えて減衰比ζを、回転工具６の振動により発生する音波を用いて算出することとする。 <Second embodiment>
In the above embodiment, the information acquired by the FEM analysis unit 101 is used as it is for the damping ratio ζ and the mass coefficient M of the dynamic characteristics of the blades 6 a and 6 b of the rotary tool 6. In the present embodiment, the calculation unit 103 calculates the damping ratio ζ in addition to the natural frequency f using a sound wave generated by the vibration of the rotary tool 6.

すなわち、本実施形態においては、ＦＥＭ解析部１０１は、ＦＥＭ解析により質量係数Ｍおよび固有振動数ｆを取得する。そして、算出部１０３は、検出器１０２により検出された音波に基づいて、固有振動数ｆを算出すると共に、減衰比ζを算出する。算出部１０３は、算出した固有振動数ｆおよび減衰比ζを記憶部１０４に記憶する。   That is, in the present embodiment, the FEM analysis unit 101 acquires the mass coefficient M and the natural frequency f by FEM analysis. Then, the calculation unit 103 calculates the natural frequency f and the attenuation ratio ζ based on the sound wave detected by the detector 102. The calculation unit 103 stores the calculated natural frequency f and damping ratio ζ in the storage unit 104.

このように、実際の状態における固有振動数ｆおよび減衰比ζを得ることにより、より高精度に図８および図９に示すような回転速度Ｓと加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａとの関係を導き出すことができる。その結果、所望の加工精度を得る加工条件を決定することができる。   Thus, by obtaining the natural frequency f and the damping ratio ζ in the actual state, the relationship between the rotational speed S, the machining error Δy, and the maximum amplitude A as shown in FIGS. 8 and 9 is derived with higher accuracy. be able to. As a result, it is possible to determine a processing condition for obtaining a desired processing accuracy.

＜他の実施形態＞
上記実施形態において、検出器１０２は、音波検出器とした。この他に、検出器１０２は、回転工具６の振動によって変動する磁気を検出できる磁気センサを用いることができる。磁気センサも、音波検出器と同様に、設置の自由度が高いため、設置に熟練技術を要することがないため、設置時間を短縮できる。また、他の効果もほぼ同様の効果を奏する。 <Other embodiments>
In the above embodiment, the detector 102 is a sound wave detector. In addition, the detector 102 may be a magnetic sensor that can detect magnetism that varies due to vibration of the rotary tool 6. Similarly to the sound wave detector, the magnetic sensor also has a high degree of freedom of installation, so that no skill is required for installation, so that the installation time can be shortened. Also, other effects are almost the same.

５：工具ホルダ、 ６：回転工具、 ６ａ，６ｂ：刃部、 ６ｃ：非刃部、 １００：動特性算出装置、 １０１：ＦＥＭ解析部、 １０２：検出器、 １０３：算出部（固有振動数算出部，減衰比算出部）、 １３０：ハンマー材（ターゲット材）、 １４０，１５０：ターゲット材、 ｆ：固有振動数、 Ｍ：質量係数、 ζ：減衰比 5: Tool holder, 6: Rotary tool, 6a, 6b: Blade part, 6c: Non-blade part, 100: Dynamic characteristic calculation device, 101: FEM analysis part, 102: Detector, 103: Calculation part (Calculation of natural frequency) Part, damping ratio calculation part), 130: hammer material (target material), 140, 150: target material, f: natural frequency, M: mass coefficient, ζ: damping ratio

Claims (4)

１または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する装置であって、
前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析部と、
前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出器と、
前記検出器による検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出部と、
を備え、
前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、
前記検出器は、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数を含む検出周波数レンジに設定して、前記音波または前記磁気を検出し、
前記固有振動数算出部は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶する、工作機械の動特性算出装置。 In a machine tool that performs intermittent cutting by rotating relative to a workpiece while rotating the rotary tool using a rotary tool having one or a plurality of blades, the blade of the rotary tool is vibrated. An apparatus for calculating dynamic characteristics of the machine tool including a mass coefficient and a natural frequency in a vibration system as a body,
FEM analysis unit for obtaining the mass coefficient by FEM analysis based on the structure information of the machine tool;
A detector that detects sound waves generated by vibration of the rotary tool or magnetism that changes due to vibration of the rotary tool when the rotary tool is vibrated;
A natural frequency calculation unit for calculating the natural frequency based on a detection value by the detector;
Equipped with a,
The FEM analysis unit acquires the natural frequency by the FEM analysis,
The detector is set to a detection frequency range including the natural frequency acquired by the FEM analysis unit, and detects the sound wave or the magnetism.
The natural frequency calculation unit calculates the natural frequency based on the detection value, and calculates the natural frequency acquired by the FEM analysis unit based on the detection value. Dynamic characteristic calculation device for machine tools that changes and stores 前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、
前記動特性算出装置は、前記検出器による検出値に基づいて前記減衰比を算出する減衰比算出部を備える、請求項１の工作機械の動特性算出装置。 The dynamic characteristic includes a damping ratio in the vibration system,
The dynamic characteristic calculation apparatus for a machine tool according to claim 1 , wherein the dynamic characteristic calculation apparatus includes an attenuation ratio calculation unit that calculates the attenuation ratio based on a value detected by the detector. 前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、
前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記減衰比を取得する、請求項１の工作機械の動特性算出装置。 The dynamic characteristic includes a damping ratio in the vibration system,
The dynamic characteristic calculation apparatus for a machine tool according to claim 1, wherein the FEM analysis unit acquires the damping ratio by the FEM analysis. １または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する方法であって、
前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析工程と、
前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出工程と、
前記検出工程にて検出した検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出工程と、
を備え、
前記ＦＥＭ解析工程は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、
前記検出工程は、前記ＦＥＭ解析工程により取得された前記固有振動数を含む検出周波数レンジに設定して、前記音波または前記磁気を検出し、
前記固有振動数算出工程は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析工程により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶する、工作機械の動特性算出方法。 In a machine tool that performs intermittent cutting by rotating relative to a workpiece while rotating the rotary tool using a rotary tool having one or a plurality of blades, the blade of the rotary tool is vibrated. A method for calculating dynamic characteristics of the machine tool including a mass coefficient and a natural frequency in a vibration system as a body,
FEM analysis step for obtaining the mass coefficient by FEM analysis based on the structure information of the machine tool;
A detection step of detecting, when the rotary tool is vibrated, a sound wave generated by vibration of the rotary tool or magnetism changed by vibration of the rotary tool;
A natural frequency calculating step for calculating the natural frequency based on the detection value detected in the detecting step;
Equipped with a,
The FEM analysis step acquires the natural frequency by the FEM analysis,
The detection step sets the detection frequency range including the natural frequency acquired by the FEM analysis step, detects the sound wave or the magnetism,
The natural frequency calculating step calculates the natural frequency based on the detected value, and the natural frequency obtained by the FEM analyzing step is calculated based on the detected value. This is a method for calculating the dynamic characteristics of machine tools.
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