JP6718107B2

JP6718107B2 - 作業機械の振動監視方法及びシステム

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Publication number: JP6718107B2
Application number: JP2016203922A
Authority: JP
Inventors: 保宏駒井
Original assignee: NT Engineering KK
Current assignee: NT Engineering KK
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-07-08
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Description

本発明は、加工工具又はワークが回転することにより、前記加工工具を介して前記ワークに加工処理を施す際、前記加工工具による振動状態を監視するための作業機械の振動監視方法及びシステムに関する。

一般的に、加工工具を介してワークに加工処理を施すために、各種の工作機械が使用されている。例えば、ボーリング加工は、中ぐり用カッタ（刃先）が設けられたボーリングツールを工作機械の回転主軸（スピンドル）に取り付け、前記ボーリングツールを高速で回転させながら下穴に沿って順次繰り出すことにより、その刃先加工径で所定の位置に高精度な孔部を加工するものである。

この種の作業機械では、高精度な加工を行うために、加工状態の良否を判断する必要がある。従来より、加工状態の良否は、加工音、すなわち、良好な切削加工音であるか否かにより判断することが行われている。また、音と振動とは、同源であり、加工の振動の特性を検出することにより、加工状態の良否を判断することができる。

例えば、特許文献１に開示されている加工状態監視方法は、ワークの加工が正常状態であるか否かを判断する正常状態判断工程と、びびり振動が発生しているか否かを判断するびびり振動判断工程と、前記正常状態でなく且つ前記びびり振動が発生していないと判断された際、該正常状態から前記びびり振動に移行する予兆期であると判断する予兆期判断工程と、前記予兆期であると判断された際、該予兆期の加工状態を監視するとともに、該予兆期の加工状態を画面表示する予兆期監視工程と、を有している。このため、予兆期の加工状態から特徴的な情報を得ることにより、びびり振動が発生する前に迅速且つ有効に対応することができる、としている。

特開２０１６−０８３７５９号公報

本発明は、上記の技術的思想に関連してなされたものであり、簡単な工程及び構成で、加工状態の良否判断を高精度且つ効率的に遂行可能な作業機械の振動監視方法及びシステムを提供することを目的とする。

本発明は、機械主軸の空転時の振動をしきい値に設定し、前記機械主軸の加工時に検出される加工振動を、フーリエ級数展開により周波数と加速度とからなる周波数スペクトルに展開する作業機械の振動監視方法及びシステムに関するものである。

この振動監視方法は、加工工具の回転数及び刃数から算出された工具通過周波数でのピーク加速度であるＴＰＦピークが、周波数スペクトルに予め設定された前記工具通過周波数のピークしきい値であるＴＰＦしきい値と比較され、前記ＴＰＦピークが前記ＴＰＦしきい値を越えた回数を、ＴＰＦしきい値越え積算表示部に表示させる工程と、前記工具通過周波数の整数倍の高調波周波数でのピーク加速度である高調波ＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記高調波周波数のピークしきい値である高調波ＴＰＦしきい値と比較され、前記高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を、高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部に表示させる工程と、ＴＰＦしきい値越え回数と高調波ＴＰＦしきい値越え回数とを比較して変化表示部に表示させる工程と、を有している。

また、この振動監視方法では、高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部は、少なくとも、工具通過周波数の２倍の高調波周波数での第１高調波ＴＰＦピークが高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第１高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、前記工具通過周波数の３倍の高調波周波数での第２高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第２高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、を有し、前記変化表示部は、前記ＴＰＦしきい値越え回数と、少なくとも第１高調波ＴＰＦしきい値越え回数及び第２高調波ＴＰＦしきい値越え回数の和とを比較して表示させることが好ましい。

さらに、この振動監視システムは、加工工具の回転数及び刃数から算出された工具通過周波数でのピーク加速度であるＴＰＦピークが、周波数スペクトルに予め設定された前記工具通過周波数のピークしきい値であるＴＰＦしきい値と比較され、前記ＴＰＦピークが前記ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させるＴＰＦしきい値越え積算表示部と、前記工具通過周波数の整数倍の高調波周波数でのピーク加速度である高調波ＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記高調波周波数のピークしきい値である高調波ＴＰＦしきい値と比較され、前記高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、ＴＰＦしきい値越え回数と高調波ＴＰＦしきい値越え回数とを比較して表示させる変化表示部と、を備えている。

さらに、この振動監視システムでは、高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部は、少なくとも、工具通過周波数の２倍の高調波周波数での第１高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第１高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、前記工具通過周波数の３倍の高調波周波数での第２高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第２高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、を備え、前記変化表示部は、前記ＴＰＦしきい値越え回数と、少なくとも第１高調波ＴＰＦしきい値越え回数及び第２高調波ＴＰＦしきい値越え回数の和とを比較して表示させることが好ましい。

本発明に係る振動監視方法及びシステムでは、加工工具を介してワークに加工処理を施す際、工具通過周波数（ＴＰＦ）でのピーク発生回数と高調波周波数でのピーク発生回数との相関関係を見ることができる。良好な加工状態では、相対的に工具通過周波数でのピーク発生回数が顕著になる一方、不良な加工状態では、前記工具通過周波数と共に高調波周波数でのピーク発生回数が増加する。このため、両者の関係の変化から、加工状態の良否判断が高精度且つ効率的に遂行可能になる。

本発明の実施形態に係る作業機械の振動監視システムが適用される作業機械の概略説明図である。前記振動監視システムを構成するコントローラの説明図である。前記振動監視システムを構成する表示ユニットの構成説明図である。前記表示ユニットを構成する周波数スペクトル表示部に表示される良好な加工振動の説明図である。図４に示す加工振動をフーリエ変換して得られたスペクトルの説明図である。前記周波数スペクトル表示部に表示される不良な加工振動の説明図である。図６に示す加工振動をフーリエ変換して得られたスペクトルの説明図である。良好な加工状態における累積比較値の経時変化を表示する説明図である。不良な加工状態における累積比較値の経時変化を表示する説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る作業機械の加工状態監視システム（振動監視システム）１０は、工作機械１２に適用される。工作機械１２は、後述する加速度センサ２６やマイクロフォン２８並びにコントローラ３０を機能的にまとめたシステムの作業機械に適用される。

工作機械１２は、ハウジング１４内にベアリング１６を介して回転可能に設けられるスピンドル（主軸）１８と、前記スピンドル１８に着脱自在なツールホルダ（加工工具）２０とを備える。ツールホルダ２０の先端には、カッタ２２が装着されている。作業テーブル２４上には、ワークＷが載置されている。

加工状態監視システム１０は、カッタ２２による加工が開始される際に発生する振動を検出するために、ハウジング１４の側部に装着される加速度センサ２６又は音波により振動音を取得するマイクロフォン２８の少なくとも一方を備える。加速度センサ２６及び（又は）マイクロフォン２８は、コントローラ３０に接続されるとともに、前記コントローラ３０は、機械制御盤３２に接続される。機械制御盤３２は、工作機械１２を制御するものであり、制御操作盤３４に接続される。

図２に示すように、コントローラ３０は、加速度センサ２６及び（又は）マイクロフォン２８により検出された機械的振動（加工振動）をアンプ及びフィルタ回路３６により増幅して取り込む演算ユニット（演算機構）３８を備える。

演算ユニット３８には、スピンドル１８の回転数、カッタ２２の刃数及び固有振動数等を入力する入力設定ユニット（入力設定部）４０が接続される。入力設定ユニット４０では、監視や識別判定のためのしきい値や、しきい値越えの振動が発生した際の信号の処理手順等が設定可能である。入力設定ユニット４０には、必要に応じてリピートカウンタ（回路）４２が設けられる。

演算ユニット３８には、加工状態判断ユニット４４と、後述する演算判断処理した信号を出力するための入出力ユニット４６とが接続される。演算ユニット３８には、演算結果や検出結果等を画面表示する表示ユニット４８が接続される。演算ユニット３８から加工状態判断ユニット４４には、更新されたデータが、例えば、毎秒送られる。

図３に示すように、表示ユニット４８は、周波数スペクトル表示部５２、しきい値越え積算表示部５６及び変化表示部５８を備える。周波数スペクトル表示部５２では、帯域別や指定周波数別にしきい値が設定可能であり、設定しきい値を越える振動が発生した際には、しきい値越えとしてカウントし、カウント数がしきい値越え積算表示部５６に累積表示される。しきい値越え積算表示部５６には、予め設定された帯域別や指定周波数別のしきい値越えカウントアップ信号に連動した複数の種別表示窓である第１表示欄（ＴＰＦしきい値越え積算表示部）５６ａ、第２表示欄（高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部）５６ｂ、第３表示欄（高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部）５６ｃ、第４表示欄（高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部）５６ｄ及び第５表示欄５６ｅが設定される。変化表示部５８では、指定されたしきい値越え積算表示部５６の種別表示窓に累積された値同士の間の経時変化が表示される。

このように構成される加工状態監視システム１０による振動監視方法について、以下に説明する。

図１に示すように、工作機械１２では、先端にカッタ２２が装着されたツールホルダ２０を取り付けたスピンドル１８が回転駆動されるとともに、ワークＷの下穴Ｗａに沿って繰り出される。そして、ツールホルダ２０がワークＷの下穴Ｗａ側に相対的に移動する。このため、ツールホルダ２０と一体にカッタ２２が回転し、前記カッタ２２を介してワークＷの内壁面に加工が施される。

コントローラ３０では、機械加工を開始する前に、スピンドル１８の空転時の振動を加速度センサ２６及び（又は）マイクロフォン２８により取得し、この値を無負荷状態の振動量として以降に取得される振動レベルの設定しきい値とする。そして、スピンドル１８により加工が開始され、加工振動がアンプ及びフィルタ回路３６を介して演算ユニット３８に取り込まれる。演算ユニット３８では、加工振動がフーリエ変換（フーリエ級数展開）による演算解析が行われる。具体的には、時間振動ｆ（ｔ）は、

ｆ（ｔ）＝Σ（ａ_ｊｃｏｓ２πＪｔ＋ｂ_ｊｓｉｎ２πＪｔ）で表される。なお、ａ_ｊは、周波数Ｊの余弦調和成分フーリエ係数であり、ｂ_ｊは、周波数Ｊの正弦調和成分フーリエ係数である。

そして、周波数Ｊに対するフーリエ係数は、ａ_ｊ＝１／２Ｔ∫ｆ（ｔ）ｃｏｓ（２πＪｔ）ｄｔ、及びｂ_ｊ＝１／２Ｔ∫ｆ（ｔ）ｓｉｎ（２πＪｔ）ｄｔに基づいて、フーリエ級数展開を行う。なお、積分区間は、０〜Ｔであり、この積分区間Ｔは、周期１／Ｊの整数倍とする。ここで、実際に加工による振動周波数、例えば、１０Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚが取得される。

図３に示すように、表示ユニット４８には、周波数スペクトル表示部５２が設けられている。周波数スペクトル表示部５２では、フーリエ解析により演算された周波数Ｈｚを横軸に、加速度（振動の強さ）Ｇを縦軸にした周波数スペクトルが表示される。

周波数スペクトル表示部５２には、種々の加工振動が表示される。例えば、図４には、良好な加工状態の加工振動が示されている一方、図６には、加工が荒れている状態（不良な加工状態）の加工振動が示されている。以下に、具体的に説明する。

図４に示す加工振動は、ワークＷとして鉄系部材を使用し、２刃のカッタ２２により、３８００ＲＰＭの主軸回転速度で加工を行った時に発生したものである。図５は、図４に示す加工振動量を時間経過軸（縦軸に加速度Ｇ、横軸に測定開始からの経過秒数）で表しており、これをフーリエ変換して周波数別のスペクトル（横軸に周波数Ｈｚ、縦軸に加速度Ｇ）で表している。

ここで、加工刃先がワークＷに当接する工具通過周波数（Ｔｏｏｌ−Ｐａｓｓｉｎｇ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、（主軸の回転数ＲＰＭ／６０）×刃数から得られる。図５に示すように、工具通過周波数は、１２７Ｈｚ（以下、ＴＰＦ１という）である。さらに、ＴＰＦ１の２倍（整数倍）の高調波周波数は、２５３Ｈｚ（以下、ＴＰＦ２という）とし、前記ＴＰＦ１の３倍（整数倍）の高調波周波数は、３８０Ｈｚ（以下、ＴＰＦ３という）とし、前記ＴＰＦ１の４倍（整数倍）の高調波周波数は、５０７Ｈｚ（以下、ＴＰＦ４という）とする。なお、必要に応じて、ＴＰＦ１の５倍（整数倍）以上の高調波周波数（ＴＰＦｎ）を設定してもよい。

ＴＰＦ１、ＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４には、それぞれピーク加速度（振動強さ）であるＴＰＦ１ピーク、ＴＰＦ２ピーク、ＴＰＦ３ピーク及びＴＰＦ４ピークが発生している。その際、ＴＰＦ１ピークの大きさに比べて、その高調波周波数である他のＴＰＦ２ピーク、ＴＰＦ３ピーク及びＴＰＦ４ピークが相当に小さな値になっている。さらに、ＴＰＦ１ピーク〜ＴＰＦ４ピーク以外の他の周波数では、大きなピーク加速度が発生していない。

すなわち、加工振動の周波数スペクトルを観察すると、工具通過周波数（ＴＰＦ１）でのピーク加速度（ＴＰＦ１ピーク）だけが顕著に出現しており、他に大きな振動周波数が存在しない状態である。このような状態で行われている加工は、良好であり、加工（切削）の加工音は、快削音を示して良好な加工面が得られている。

一方、図６に示す加工振動は、ワークＷとして鉄系部材を使用し、２刃のカッタ２２により、３０６０ＲＰＭの主軸回転速度で加工を行った時に発生したものである。図７は、図６に示す加工振動量を時間経過軸（縦軸に加速度Ｇ、横軸に測定開始からの経過秒数）で表しており、これをフーリエ変換して周波数別のスペクトル（横軸に周波数Ｈｚ、縦軸に加速度Ｇ）で表している。

ここで、工具通過周波数（ＴＰＦ）は、１０２Ｈｚ（以下、ＴＰＦ１という）である。さらに、ＴＰＦ１の２倍（整数倍）の高調波周波数は、２０４Ｈｚ（以下、ＴＰＦ２という）とし、前記ＴＰＦ１の３倍（整数倍）の高調波周波数は、３０６Ｈｚ（以下、ＴＰＦ３という）とし、前記ＴＰＦ１の４倍（整数倍）の高調波周波数は、４０８Ｈｚ（以下、ＴＰＦ４という）とする。なお、必要に応じて、ＴＰＦ１の５倍（整数倍）以上の高調波周波数（ＴＰＦｎ）を設定してもよい。

そして、ＴＰＦ１のピーク加速度であるＴＰＦ１ピークの大きさに対する、ＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４のそれぞれのピーク加速度であるＴＰＦ２ピーク、ＴＰＦ３ピーク及びＴＰＦ４ピークの大きさを比較する。その際、ＴＰＦ１ピークの大きさに比べて、その高調波周波数である他のＴＰＦ２ピーク、ＴＰＦ３ピーク及びＴＰＦ４ピークの大きさが同様の値になっている。このような状態で行われる加工は、加工振動音が大きくなり、加工音の周波数は、ＴＰＦ１の音の他、ＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４の音が混在するとともに、さらに励起したＴＰＦ周波数以外の低周波の音も同時に混在している。従って、振動音量が大きな雑多な加工音として聞こえてしまい、快削性を感じさせるものではなく、しかも加工面も荒れた状態になってしまう。

上記のように、加工状態監視システム１０において、加工状態の良否を判断するために、加工における工具通過周波数（ＴＰＦ）のピーク加速度とその高調波周波数のピーク加速度を常時監視し、ＴＰＦ１ピークの振動量に対して、ＴＰＦ２〜ＴＰＦｎ（ｎ＝３以上の整数）の振動量の変化を比較している。以下に、その詳細を説明する。

図１に示すように、加速度センサ２６及び（又は）マイクロフォン２８により取得された加工振動は、アンプ及びフィルタ回路３６を介して演算ユニット３８に送られる。図２に示すように、演算ユニット３８では、加工振動がフーリエ変換（フーリエ級数展開）による演算解析が行われ、その値は、周波数スペクトル表示部５２に表示されるとともに、その表示は、一定時間毎（通常、１秒間毎）に更新される。一方、入力設定ユニット４０において、スピンドル１８の回転数、カッタ２２の刃数及び固有振動数等の情報が入力されている。この入力情報により、周波数スペクトルの振動情報は、各々ＴＰＦ１、ＴＰＦ２、ＴＰＦ３…ＴＰＦｎ等に区別できるようになっている。

図３に示すように、周波数スペクトル表示部５２に表示される振動強さ（ピーク加速度）が、その周波数の種類によって設定されたしきい値を越えた場合、しきい値越えのカウントアップ値として、しきい値越え積算表示部５６の種別表示窓に送られる。また、周波数スペクトル表示部５２で検出されたカウントアップ値を、そのまましきい値越え積算表示部５６の種別表示窓に積算表示させる前に、別途設けられたリピートカウンタ４２を介して、例えば、ＴＰＦ１のしきい値越えのカウントアップ信号が複数回だされた際に、しきい値越え積算表示部５６の種別表示窓に積算表示させることもできる。この場合のリピートカウンタのカウント数の設置は、入力設定ユニット４０の設定画面で行われる。

しきい値越え積算表示部５６では、例えば、カッタ２２による加工時に発生する振動の周波数スペクトルにおいて、ＴＰＦ１の振動（ＴＰＦ１ピーク）が、周波数スペクトル表示部５２に設定されたしきい値を越えると、そのしきい値越えのカウントアップ値が、前記しきい値越え積算表示部５６の第１表示欄５６ａに送られる。第１表示欄５６ａには、ＴＰＦ１のカウントアップ値が累積して表示される。従って、しきい値越え積算表示部５６の第１表示欄５６ａに表示されるグラフは、ＴＰＦ１のしきい値越えのカウントアップ値が送られる度に累積加算される。

同様に、加工振動の周波数スペクトルにおいて、高調波周波数のＴＰＦ２の振動（ＴＰＦ２ピーク）が、周波数スペクトル表示部５２に設定されたしきい値を越えると、そのしきい値越えのカウントアップ値が、前記しきい値越え積算表示部５６の第２表示欄５６ｂに送られる。第２表示欄５６ｂには、ＴＰＦ２のカウントアップ値が累積して表示される。従って、しきい値越え積算表示部５６の第２表示欄５６ｂに表示されるグラフは、ＴＰＦ２のしきい値越えのカウントアップ値が送られる度に累積加算される。

さらに、高調波周波数のＴＰＦ３の振動（ＴＰＦ３ピーク）が、周波数スペクトル表示部５２に設定されたしきい値を越えると、そのしきい値越えのカウントアップ値が、前記しきい値越え積算表示部５６の第３表示欄５６ｃに送られる。一方、高調波周波数のＴＰＦ４の振動（ＴＰＦ４ピーク）が、周波数スペクトル表示部５２に設定されたしきい値を越えると、そのしきい値越えのカウントアップ値が、前記しきい値越え積算表示部５６の第４表示欄５６ｄに送られる。さらにまた、ＴＰＦ１〜ＴＰＦ４以外のＴＰＦ高調波周波数の振動は、周波数スペクトル表示部５２に設定されたしきい値を越えると、そのしきい値越えのカウントアップ値が、前記しきい値越え積算表示部５６の第５表示欄５６ｅにまとめて表示される。

変化表示部５８では、周波数スペクトル表示部５２の第１表示欄５６ａ〜第４表示欄５６ｄ（必要に応じて第５表示欄５６ｅも含む）の累積カウントアップ値を比較し、経時表示する。その際、比較するパラメータは、別途の設定画面により選択することができる。具体的には、変化表示部５８には、累積されたＴＰＦ１のカウントアップ値（ＴＰＦしきい値越え回数）に対し、累積されたＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４（さらに必要であればＴＰＦｎ）の各カウントアップ値（高調波ＴＰＦしきい値越え回数）の和の値を経時的に比較する。すなわち、（ＴＰＦ２のカウントアップ値＋ＴＰＦ３のカウントアップ値＋ＴＰＦ４のカウントアップ値＋ＴＰＦｎのカウントアップ値）／ＴＰＦ１のカウントアップ値＝比較値である。

図８に示す変化表示部５８には、ＴＰＦ１の累積されたカウントアップ値に対し、累積されたＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４（さらに必要であればＴＰＦｎ）の各カウントアップ値の和の累積値が低い場合が表示されている。その比較値は、１以下であり、加工状態が快削な状態であることが検知される。一方、図９に示す変化表示部５８には、ＴＰＦ１の累積されたカウントアップ値に対し、累積されたＴＰＦ２、ＴＰＦ３及びＴＰＦ４（さらに必要であればＴＰＦｎ）の各カウントアップ値の和の累積値が高い場合が表示されている。その比較値は、２．５以上であり、加工状態が快削な状態でないことが検知される。

すなわち、加工振動の周波数スペクトルから、工具通過周波数とその高調波周波数におけるしきい値越えをする顕著な特定信号だけを取り出し、その特定信号の発生状況を比較することで、その加工が良好であるか否かを、数値とグラフで表示させることができる。なお、しきい値越え積算表示部５６の種別表示窓の累積値に対し、何と何とを比較するかの選択は、任意である。

この場合、本実施形態では、カッタ２２を介してワークＷに加工処理を施す際、工具通過周波数（ＴＰＦ１）でのピーク発生回数と高調波周波数（ＴＰＦ２〜）でのピーク発生回数との相関関係を見ることができる。そして、良好な加工状態では、相対的に工具通過周波数でのピーク発生回数が顕著になる一方、不良な加工状態では、前記工具通過周波数と共に高調波周波数でのピーク発生回数が増加する。このため、両者の関係の変化から、加工状態の良否判断を高精度且つ効率的に遂行可能になるという効果が得られる。

また、変化表示部５８には、工具通過周波数（ＴＰＦ１）でのピーク発生回数と、複数の高調波周波数（ＴＰＦ２〜）でのピーク発生回数の和との比の変化を判定するためのしきい値が設定され、比較した状態の判定信号が出力されている。例えば、比較値が１以下の場合には、快削性を示す（良好な加工状態）としてＯＫ信号が出力される。さらに、比較値が１を超える場合には、出力信号は、＋ＯＫ信号となり、予兆状態にあることを示一方、比較値が２．５を超える場合には、ＮＧ信号が出力され、非快削状態（不良な加工状態）にあることが出力される。

しかも、加工振動の周波数スペクトルに含まれるＴＰＦ１での振動と高調波周波数（ＴＰＦ２〜）での振動との関係を監視することにより、時々の加工状態の判断が有効に行われる他、自動加工が行われる際には、比較値を監視することにより、快削な加工が遂行されているか否かの判断を自動化することができる。

ここで、変化表示部５８に表示される累積比較値が、工具刃先の摩耗と関連する場合には、比較値信号の出力を工具交換の信号として利用することが可能である。例えば、加工刃先が鋭利且つ鋭角な場合は、累積比較値の変化が小さいものの、加工が進んで刃先の摩耗が進行すると、該累積比較値の変化が大きくなる。このため、刃先交換の時期を判断するために、累積比較値を用いることにより、効果的な刃先交換処理が遂行可能になる。

さらにまた、例えば、加工中に刃先にチッピングが発生したり、ワークＷの加工取り代が不要に大きく変わる等、加工の負荷が加工中に変動する場合は、工具通過周波数でのピーク発生回数に比べて、高調波周波数（ＴＰＦ２〜）でのピーク発生回数が増加する傾向がある。従って、変化表示部５８に表示される累積比較値を、加工状態の監視機能として使用することができる。

また、図４と図６では、回転数の違いによる加工（切削）の振動状態の相違を示したが、切削する回転数を変更しながら最適の回転数を検索する場合、いずれの回転数が快削性を示すかを判断する手段として使用することができる。具体的には、比較値が小さくなった回転数を、良好な加工条件であると判断することに利用することが可能である。

１０…加工状態監視システム１２…工作機械
１４…ハウジング１８…スピンドル
２０…ツールホルダ２２…カッタ
２６…加速度センサ２８…マイクロフォン
３０…コントローラ３２…機械制御盤
３４…制御操作盤３８…演算ユニット
４０…入力設定ユニット４４…加工状態判断ユニット
４６…入出力ユニット４８…表示ユニット
５２…周波数スペクトル表示部５６…しきい値越え積算表示部
５６ａ〜５６ｅ…表示欄５８…変化表示部

Claims

機械加工時に検出される加工振動を、フーリエ級数展開により周波数と加速度とからなる周波数スペクトルに展開する作業機械の振動監視方法であって、
加工工具の回転数及び刃数から算出された工具通過周波数でのピーク加速度であるＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記工具通過周波数のピークしきい値であるＴＰＦしきい値と比較され、前記ＴＰＦピークが前記ＴＰＦしきい値を越えた回数を、ＴＰＦしきい値越え積算表示部に表示させる工程と、
前記工具通過周波数の整数倍の高調波周波数でのピーク加速度である高調波ＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記高調波周波数のピークしきい値である高調波ＴＰＦしきい値と比較され、前記高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を、高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部に表示させる工程と、
ＴＰＦしきい値越え回数と高調波ＴＰＦしきい値越え回数とを比較して変化表示部に表示させる工程と、
を有することを特徴とする作業機械の振動監視方法。
請求項１記載の振動監視方法であって、前記高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部は、少なくとも、前記工具通過周波数の２倍の高調波周波数での第１高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第１高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
前記工具通過周波数の３倍の高調波周波数での第２高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第２高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
を有し、
前記変化表示部は、前記ＴＰＦしきい値越え回数と、少なくとも第１高調波ＴＰＦしきい値越え回数及び第２高調波ＴＰＦしきい値越え回数の和とを比較して表示させることを特徴とする作業機械の振動監視方法。
機械加工時に検出される加工振動を、フーリエ級数展開により周波数と加速度とからなる周波数スペクトルに展開する作業機械の振動監視システムであって、
加工工具の回転数及び刃数から算出された工具通過周波数でのピーク加速度であるＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記工具通過周波数のピークしきい値であるＴＰＦしきい値と比較され、前記ＴＰＦピークが前記ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させるＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
前記工具通過周波数の整数倍の高調波周波数でのピーク加速度である高調波ＴＰＦピークが、前記周波数スペクトルに予め設定された前記高調波周波数のピークしきい値である高調波ＴＰＦしきい値と比較され、前記高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
ＴＰＦしきい値越え回数と高調波ＴＰＦしきい値越え回数とを比較して表示させる変化表示部と、
を備えることを特徴とする作業機械の振動監視システム。
請求項３記載の振動監視システムであって、前記高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部は、少なくとも、前記工具通過周波数の２倍の高調波周波数での第１高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第１高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
前記工具通過周波数の３倍の高調波周波数での第２高調波ＴＰＦピークが前記高調波ＴＰＦしきい値を越えた回数を表示させる第２高調波ＴＰＦしきい値越え積算表示部と、
を備え、
前記変化表示部は、前記ＴＰＦしきい値越え回数と、少なくとも第１高調波ＴＰＦしきい値越え回数及び第２高調波ＴＰＦしきい値越え回数の和とを比較して表示させることを特徴とする作業機械の振動監視システム。