JP6922405B2 - 振動抑制装置 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の一実施形態にかかる振動抑制装置1の概略構成を示す。本振動抑制装置1は、切削工具91を備えた加工装置90とともに用いられ、切削工具91の振動を抑制する役割を果たす。
振動検出手段11として加速度センサを用いる場合について、取り付け構造の一例を図2に示す。振動検出手段11は、加工装置90において、切削工具91の回転主軸92に結合されている。そして、回転主軸92を介して伝達される切削工具91の振動による加速度を検出する。検出する加速度の方向は、回転主軸92に沿ったz方向、回転主軸92の回転面内の方向であるx方向およびy方向等から、任意に選択することができる。
次に、振動解析手段13における振動の解析と、切削条件、つまり切削工具91の送り速度および回転数の決定について説明する。
ステップ101において、振動解析手段13は、振動検出手段11から、信号S1により、切削工具91の振動の情報を入力される。入力される信号S1の一例を図4(a)に示す。横軸が時間、縦軸が切削工具91に印加される加速度になっており、加速度の絶対値が大きいほど、振動が大きいことを示している。なお、ここでは、振動検出手段11として加速度センサを用いていることにより、加速度を振動の大きさを示す指標として利用しているが、用いる振動検出手段11の種類等により、振動の大きさを表す指標は加速度以外であってもよく、例えば、振動変位量を利用することができる。
Ro=R・B/60 (1)
と表すことができる。Roは既知のパラメータであるので、フーリエ変換スペクトルにおいて、Roの整数倍の周波数にピークが見られていれば、強制びびり振動が発生していると判定することができる。
ステップ103において、びびり振動が発生していないと判定されると(ステップ103でNo)、安定加工時の制御法に基づく切削条件の決定が行われる。安定加工時においては、切削工具91の送り速度を上昇させる制御を行う。つまり、ステップ104およびステップ105において、あらかじめ設定しておいた上限閾値を超えない範囲で、送り速度の設定値を上昇させ、その設定値を信号S2として工具制御手段12に伝達する制御を繰り返す。ここで、送り速度の上昇は、一定の増加量ΔF1の間隔で行うとよい。増加量ΔF1の具体的な値は、事前の試験に基づき、効果的に切削効率を向上させられる量として定めておけばよい。ステップ105の上限閾値としては、振動の加速度の閾値および/または切削工具91の送り速度の閾値を用いることができる。振動の加速度の閾値としては、上記でびびり振動の有無の判定に用いた閾値(C1およびC2)を用いることができる。送り速度の上限閾値としては、例えば、安定に切削を行うことができる上限速度(F1)を定めておけばよい。
ステップ103で、びびり振動が発生していると判定されると(ステップ103でYes)、ステップ106で、そのびびり振動が強制びびり振動であるか再生びびり振動であるかを判定する。つまり、図4(b)のようなフーリエ変換スペクトルで、切削基本周波数Roの整数倍と一致し、強制びびり閾値C2を超える大きさのピークが観測されている場合には(ステップ106でYes)、ステップ107で、強制びびり振動が発生していると判定する。ここで、切削基本周波数Roの整数倍に一致しているとは、完全に周波数が一致する場合だけでなく、一致していると近似できる誤差の範囲を含むものとする。なお、強制びびり振動とともに再生びびり振動が発生している場合には、閾値(C1またはC2)を超えた量が大きい方のびびり振動の抑制を優先して実行する。
Pn=Rc・60/B/n (2)
ここで、Bは切削工具91の刃数であり、nは整数(n=1,2,3…)である。
ここで、強制びびり振動の最大振動加速度は、依然、強制びびり閾値C2を超えた状態を維持するが、送り速度をさらにΔF2だけ減少させるとすれば、下限閾値F2を下回る水準まで低下することから、ステップ110において、下限閾値F2に達すると判断されることになる。すると、ステップ111において、切削工具91の回転数の低下が実行される。回転数の低下は、式(2)で算出される共振周波数に対応する回転数P2を下限値として行われる。
ステップ103でびびり振動が発生していると判定されながら(ステップ103でYes)、ステップ106で、そのびびり振動が強制びびり振動でないと判定された場合、つまり、図4(b)のようなフーリエ変換スペクトルで、びびり振動が観測されている周波数が切削基本周波数Roの整数倍(およびその誤差範囲)と一致していない場合には(ステップ106でNo)、ステップ108で、再生びびり振動が発生していると判定する。
P’n=Rc’・60/B/n (3)
ここで、Bは切削工具91の刃数であり、nは整数(n=1,2,3…)である。
上記で説明した実施形態においては、図2に示すように、切削工具91の回転主軸92に固定した取り付け部材21と振動検出手段11としての加速度センサとの間に、樹脂ワッシャー22を設け、切削工具91と振動検出手段11との間を電気的に絶縁している。この絶縁の効果について、検証する試験を行った。
次に、上記実施形態において説明した再生びびり抑制の制御方法によって、再生びびり振動を実際に抑制することができるかどうかを検証する試験を行った。
次に、上記実施形態において説明した強制びびり抑制の制御方法によって、強制びびり振動を実際に抑制することができるかどうか、また、安定加工時の制御によって加工効率を向上させられるかどうかを検証する試験を行った。
11 振動検出手段
12 工具制御手段
13 振動解析手段
21 取り付け部材
22 樹脂ワッシャー
23 樹脂ねじ
90 加工装置
91 切削工具
92 回転主軸
Claims (8)
- 回転しつつ送られる切削工具の振動を抑制する振動抑制装置において、
前記切削工具の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段が検出した振動に基づいて前記切削工具の振動を解析する振動解析手段と、
前記振動解析手段における解析結果に基づいて、前記切削工具の送り速度および回転数を制御する工具制御手段と、を有し、
前記振動解析手段は、前記切削工具の強制びびり振動および再生びびり振動を識別して検出することができ、
前記振動解析手段が強制びびり振動上限閾値を超える大きさの強制びびり振動を検出すると、前記工具制御手段が前記切削工具の送り速度を下限閾値を下回らない範囲で低下させ、
前記振動解析手段が再生びびり振動上限閾値を超える大きさの再生びびり振動を検出すると、前記工具制御手段が、前記切削工具の回転数を変更し、
前記切削工具の強制びびり振動の大きさが前記強制びびり振動上限閾値以下であり、再生びびり振動の大きさが前記再生びびり振動上限閾値以下であることを前記振動解析手段が検知すると、前記工具制御手段が前記切削工具の送り速度を上昇させ、
前記振動解析手段によって検出された前記強制びびり振動上限閾値を超える大きさの強制びびり振動が、前記強制びびり振動上限閾値以下となり、かつ、再生びびり振動が前記再生びびり振動上限閾値以下である時に、前記工具制御手段が、前記切削工具の送り速度を上昇させ、
強制びびり振動および再生びびり振動の大きさが、それぞれ強制びびり振動下限閾値および再生びびり振動下限閾値よりも小さいことを前記振動解析手段が検知している時は、前記工具制御手段は、前記切削工具の送り速度および回転数の変更を行わないことを特徴とする振動抑制装置。 - 前記切削工具の送り速度が前記下限閾値に達した状態で前記振動解析手段が前記強制びびり振動上限閾値を超える大きさの強制びびり振動を検出すると、前記工具制御手段が、前記切削工具の回転数を変更することを特徴とする請求項1に記載の振動抑制装置。
- 前記振動解析手段が前記強制びびり振動上限閾値を超える大きさの強制びびり振動を検出して前記工具制御手段が前記切削工具の回転数を変更する際に、前記切削工具の回転数は、共振周波数に対応する回転数を避けて設定されることを特徴とする請求項2に記載の振動抑制装置。
- 前記振動抑制装置は、切刃を複数備える切削工具の振動を抑制するのに用いられ、
前記振動解析手段が前記再生びびり振動上限閾値を超える大きさの再生びびり振動を検出すると、前記工具制御手段が、前記切削工具の回転数と同時に送り速度を変更し、前記切刃1つあたりの送り速度を一定に維持することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の振動抑制装置。 - 前記振動解析手段が前記再生びびり振動上限閾値を超える大きさの再生びびり振動を検出して前記工具制御手段が前記切削工具の回転数を変更する際に、前記切削工具の回転数は、共振周波数に応じて定まる安定領域に設定されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の振動抑制装置。
- 前記振動検出手段は、前記切削工具の回転主軸に結合された加速度センサであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動抑制装置。
- 前記切削工具の回転主軸と前記振動検出手段の間に絶縁体が設けられ、前記振動検出手段が前記回転主軸に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項6に記載の振動抑制装置。
- 前記再生びびり振動上限閾値は、前記強制びびり振動上限閾値よりも高く設定されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の振動抑制装置。
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