JP7053526B2 - 主軸振動測定システム、主軸振動測定方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
高品位加工ではなく一般的な加工を行う加工機において、主軸ヘッドにX軸方向およびY軸方向の加速度計を取付け、また、インパクトハンマによって加速度計の近傍部位を加振し、これにより主軸ヘッドの振動特性を得る技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
本発明の第1態様は、ワークに切削又は研磨加工を施す加工機における主軸に関する振動を測定する主軸振動測定システムであって、前記加工機は、前記ワークを保持するワーク保持部と、ツールを保持する前記主軸と、前記ワーク保持部を移動させる移動機構と、を有するものであり、前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の位置変動データ又は前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の振動データを取得するデータ取得手段と、少なくとも前記位置変動データ又は前記振動データに基づいて前記主軸の振動に関する結果を出力又は蓄積する処理手段と、を備える。
当該構成を採用することによって、ツールとワークとの接触による影響が無い状態で、主軸の回転に起因するツールとワークとの相対的な位置変動に関連するデータを取得することができる。
当該構成を採用すると、例えば、メモリに蓄積されている位置変動データ又は振動データとの比較によって、データ取得手段によって取得された位置変動データ又は振動データが、過去の状態に対し大きく変化しているか否か、他の類似のツールの位置データ又は振動データに対して大きく異なるか否か等を正確に把握することが可能となる。
当該構成を採用すると、例えば、メモリに蓄積されている解析結果との比較によって、処理手段によって得られた解析結果が、過去の状態に対し大きく変化しているか否か、他の類似のツールの解析結果に対して大きく異なるか否か等を正確に把握することが可能となる。
当該構成を採用すると、加工プログラムが自動的に改善され、これにより加工品質の向上を図ることができる。
また、第2態様において、好ましくは、前記結果導出ステップにおいて、前記解析の結果がメモリに蓄積されている解析結果と比較される。
加工機100は、フライス盤、旋盤、NCフライス盤、NC旋盤、穴あけ加工機、主軸120に保持されるツール120cによってワークWに研磨加工を行う研磨機等であり得る。本実施形態の加工機100は、ワークWの表面を切削刃によって鏡面加工するための公知のNCフライス盤である。
一対のレール141、X軸モータ142、ボールネジ143、およびボールネジナットは、ワーク保持部150と主軸120とを相対移動させる移動機構として機能する。
一対のレール131、Y軸モータ132、ボールネジ133、およびボールネジナットは、ワーク保持部150と主軸120とを相対移動させる移動機構として機能する。
このため、X軸モータ142およびY軸モータ132によってワークWおよびワーク保持部150がX軸方向およびY軸方向に移動する。
フレーム100aの上端側にはサーボモータ等のZ軸モータ102が固定され、フレーム100aの上端側にはZ軸モータ102によって回転するボールネジ103が設けられている。ボールネジ103は一対のレール101と平行に配置されている。主軸支持部110はその側面に図示しないボールネジナットを有しており、主軸支持部110の側面部がボールネジ103と螺合している。
一対のレール101、Z軸モータ102、ボールネジ103、およびボールネジナットは、ワーク保持部150と主軸120とを相対移動させる移動機構として機能する。
制御装置200は、図2に示されるように、CPU等のプロセッサ210と、表示装置220と、不揮発性ストレージ、ROM、RAM等を有する記憶部230と、キーボード、タッチパネル、操作盤、ティーチペンダント等を有する入力装置240と、信号の送受信を行うための送受信部250とを備えている。送受信部250は、タブレット端末等から情報を受信し、受信した情報を制御装置200に入力するので、入力部としても機能する。
以下、データ取得プログラム230bおよび処理プログラム230cに基づくプロセッサ210による処理を図3のフローチャートを参照しながら説明する。
また、主軸120とエンコーダ142aおよびエンコーダ132aのデータ取得は単位時間で取得することで、回転数と位置変動データの対応付けが可能である。たとえば単位時間1msecとすることで、500Hzまでの周波数成分が正確に測定可能となる。
また、主軸120とエンコーダ102aのデータ取得は単位時間で取得することで、回転数と位置変動データの対応付けが可能である。
例えばワークWの鏡面加工にX軸方向位置変動が大きく影響する場合、前記出力の第1の例として、プロセッサ210は、図4に示されるX軸方向位置変動を表示するためのデータを表示装置220に出力し、X軸方向位置変動が表示装置220に表示される。なお、X軸方向位置変動が用いられる代わりに、Y軸方向位置変動、主軸120の軸方向位置変動であるZ軸方向位置変動、X軸方向位置変動とY軸方向位置変動の両方、X軸方向位置変動とY軸方向位置変動を総合して得られる主軸120の軸方向と直交する方向の位置変動、X軸方向位置変動とY軸方向位置変動とZ軸方向位置変動とを総合して得られる位置変動等を用いることが可能であり、後述の説明でも同様である。以下の説明では、これらを単に位置変動と称する。なお、第1の例では、プロセッサ210が、ディスプレイ付きの他のコンピュータに位置変動を表示するためのデータを送信してもよい。
先ず、主軸120のツール120cがワークWに接触していない状態において、入力装置240への入力に基づく開始信号、又は、送受信部250が受信する開始信号をプロセッサ210が受付けると(ステップS2-1)、プロセッサ210はデータ取得プログラム230bに基づき主軸120の回転を開始する(ステップS2-2)。ここで、プロセッサ210は、主軸120を複数種類の回転数で順次回転させる。例えば、プロセッサ210は、図9に示されるように、0rpm、5000rpm、10000rpm、15000rpm、20000rpm、および24000rpmの6種類の回転数で主軸120を順次回転させる。
前記出力として、第1実施形態の第1の例の出力を行うことができる。つまり、プロセッサ210は、図9に示される位置変動を表示するためのデータを表示装置220に出力することが可能であり、当該データをディスプレイ付きの他のコンピュータに出力することも可能である。
先ず、主軸120のツール120cがワークWに接触していない状態において、入力装置240への入力に基づく開始信号、又は、送受信部250が受信する開始信号をプロセッサ210が受付けると(ステップS3-1)、プロセッサ210はデータ取得プログラム230bに基づき主軸120の回転を開始する(ステップS3-2)。ここで、プロセッサ210は、主軸120を所定の回転数で回転させる。例えば、プロセッサ210は、ワークWの材質、ワークWの形状、ツール120cの種類等に応じて予め決定されている回転数で主軸120を回転させる。
続いて、プロセッサ210は、処理プログラム230cに基づき、主軸120の振動に関する結果の出力を行う(ステップS3-4)。
また、前記出力として、ステップS3-3によって得られた位置変動が閾値を超えている場合に、そのことの報知のための信号を表示装置220又は前記他のコンピュータに出力することができる。
また、第1実施形態および第2実施形態でも、オペレータが、第1~第4の例によって表示される結果に基づき、加工プログラム230aの主軸120の回転数に対応する回転数における位置変動の良否判定を行うことも可能である。
この場合でも、位置変動データの代わりに振動データを用いて、第1~第8の例と同等の出力又は蓄積を行うことが可能である。
当該構成を採用すると、例えば、記憶部230に蓄積されている位置変動データ又は振動データとの比較によって、取得された位置変動データ又は振動データが、過去の状態に対し大きく変化しているか否か、他の類似のツール120cの位置データ又は振動データに対して大きく異なるか否か等を正確に把握することが可能となる。
当該構成を採用すると、主軸120の振動が閾値よりも大きい又は当該振動が閾値以下である回転数、当該振動の傾向等を、オペレータ、コンピュータ等が正確に把握することが可能となり、これは加工不良の原因把握、加工条件の適切な設定等に貢献する。
当該構成を採用すると、例えば、記憶部230に蓄積されている解析結果との比較によって、新たに得られた解析結果が過去の状態に対し大きく変化しているか否か、新たに得られた解析結果が他の類似のツール120cの解析結果に対して大きく異なるか否か等を正確に把握することが可能となる。
当該構成を採用すると、複数種類のツール120cの各々について、主軸120の振動が閾値よりも大きい又は当該振動が閾値以下である回転数を、オペレータ、コンピュータ等が容易且つ確実に把握することが可能となり、これは加工条件の適切な設定に貢献する。
当該構成を採用すると、加工プログラム230aが自動的に改善され、これにより加工品質の向上を図ることができる。
100a フレーム
101 レール
102 Z軸モータ
102a エンコーダ
103 ボールネジ
110 主軸支持部
120 主軸
120a 主軸本体
120b ツールホルダ
120c ツール
130 ベース部
131 レール
132 Y軸モータ
132a エンコーダ
133 ボールネジ
140 可動部材
141 レール
142 X軸モータ
142a エンコーダ
143 ボールネジ
150 ワーク保持部
151 チャック
200 制御装置
210 プロセッサ
220 表示装置
230 記憶部
230a 加工プログラム
230b データ取得プログラム(データ取得手段)
230c 処理プログラム(処理手段)
240 入力装置
250 送受信部
300 加速度センサ
W ワーク
Claims (21)
- ワークに切削又は研磨加工を施す加工機における主軸に関する振動を測定する主軸振動測定システムであって、
前記加工機は、前記ワークを保持するワーク保持部と、ツールを保持する前記主軸と、前記ワーク保持部を移動させる移動機構と、を有するものであり、
前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の位置変動データ又は前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の振動データを取得するデータ取得手段と、
少なくとも前記位置変動データ又は前記振動データに基づいて前記主軸の振動に関する結果を出力又は蓄積する処理手段と、を備える主軸振動測定システム。 - 前記データ取得手段が、前記主軸に保持された前記ツールが前記ワークに接触していない状態において、前記位置変動データ又は前記振動データを取得する、請求項1に記載の主軸振動測定システム。
- 前記データ取得手段が、前記主軸を回転数が所定の範囲で順次変化するように回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記処理手段が、前記データ取得手段によって取得された前記位置変動データ又は前記振動データに基づき、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲の判断を行う、請求項1又は2に記載の主軸振動測定システム。 - 前記データ取得手段が、前記主軸を複数の所定の回転数で順次回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記処理手段が、前記データ取得手段によって取得された前記位置変動データ又は前記振動データに基づき、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲の判断を行う、請求項1又は2に記載の主軸振動測定システム。 - 前記処理手段が、前記データ取得手段によって取得された前記位置変動データ又は前記振動データを、メモリに蓄積されている位置変動データ又は振動データと比較し、比較結果を前記主軸の振動に関する結果として出力する、請求項1又は2に記載の主軸振動測定システム。
- 前記データ取得手段が、前記主軸を回転数が変化するように回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記処理手段が、前記データ取得手段によって取得された前記位置変動データ又は前記振動データを周波数又は前記主軸の回転数の関数としてあらわす解析を行い、解析結果を前記主軸の振動に関する結果として出力又は蓄積する、請求項1又は2に記載の主軸振動測定システム。 - 前記処理手段が、前記解析結果をメモリに蓄積されている解析結果と比較し、比較結果を前記主軸の振動に関する結果として出力する、請求項6に記載の主軸振動測定システム。
- 前記主軸が、複数種類のツールを択一的に保持可能であり、
前記データ取得手段が、前記各ツールが前記主軸に保持された際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得するものであり、
前記処理手段が、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲又は回転数を前記複数種類のツールごとにメモリに蓄積する、請求項1又は2に記載の主軸振動測定システム。 - 前記処理手段が、前記判断によって得られた前記回転数の範囲に基づき、前記ワークに切削又は研磨加工を施すために前記加工機を作動させる加工プログラムの更新を行い、更新された加工プログラムを蓄積する、請求項3又は4に記載の主軸振動測定システム。
- 前記処理手段が、前記解析結果に基づき、前記ワークに切削又は研磨加工を施すために前記加工機を作動させる加工プログラムの更新を行い、更新された加工プログラムを蓄積する、請求項6又は7に記載の主軸振動測定システム。
- ワークに切削又は研磨加工を施す加工機における主軸に関する振動を測定する主軸振動測定方法であって、
前記加工機は、前記ワークを保持するワーク保持部と、ツールを保持する前記主軸と、前記ワーク保持部を移動させる移動機構と、を有するものであり、
前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の位置変動データ又は前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の振動データを取得する振動データ取得ステップと、
少なくとも前記位置変動データ又は前記振動データに基づいて前記主軸の振動に関する結果の導出を行う結果導出ステップと、を有する主軸振動測定方法。 - 前記振動データ取得ステップでは、前記主軸に保持された前記ツールが前記ワークに接触していない状態において、前記位置変動データ又は前記振動データを取得する、請求項11に記載の主軸振動測定方法。
- 前記振動データ取得ステップでは、前記主軸を回転数が所定の範囲で順次変化するように回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記結果導出ステップでは、前記振動データ取得ステップによって取得された前記位置変動データ又は前記振動データに基づき、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲の導出を行う、請求項11又は12に記載の主軸振動測定方法。 - 前記振動データ取得ステップでは、前記主軸を複数の所定の回転数で順次回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記結果導出ステップでは、前記振動データ取得ステップによって取得された前記位置変動データ又は前記振動データに基づき、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲の導出を行う、請求項11又は12に記載の主軸振動測定方法。 - 前記結果導出ステップでは、前記振動データ取得ステップにおいて取得された前記位置変動データ又は前記振動データを、メモリに蓄積されている位置変動データ又は振動データと比較し、比較結果に基づき前記主軸の振動に関する結果の導出として前記主軸の振動に関する判断を行う、請求項11又は12に記載の主軸振動測定方法。
- 前記振動データ取得ステップでは、前記主軸を回転数が変化するように回転させた際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記結果導出ステップでは、前記振動データ取得ステップによって取得された前記位置変動データ又は前記振動データを周波数又は前記主軸の回転数の関数としてあらわすための解析を行う、請求項11又は12に記載の主軸振動測定方法。 - 前記結果導出ステップでは、前記解析の結果をメモリに蓄積されている解析結果と比較する、請求項16に記載の主軸振動測定方法。
- 前記主軸が、複数種類のツールを択一的に保持可能であり、
前記振動データ取得ステップでは、前記各ツールが前記主軸に保持された際の前記位置変動データ又は前記振動データを取得し、
前記結果導出ステップでは、前記主軸の振動が閾値よりも大きい又は前記振動が前記閾値以下である回転数の範囲又は回転数を前記複数種類のツールごとにメモリに蓄積する、請求項11又は12に記載の主軸振動測定方法。 - 前記導出によって得られた前記回転数の範囲に基づき、前記ワークに切削又は研磨加工を施すために前記加工機を作動させる加工プログラムを更新させ、更新された加工プログラムを蓄積させる、請求項13又は14に記載の主軸振動測定方法。
- 前記解析の結果に基づき、前記ワークに切削又は研磨加工を施すために前記加工機を作動させる加工プログラムを更新させ、更新された加工プログラムを蓄積させる、請求項16又は17に記載の主軸振動測定方法。
- ワークに切削又は研磨加工を施す加工機における主軸に関する振動を測定する主軸振動測定に用いられるプログラムであって、
前記加工機は、前記ワークを保持するワーク保持部と、ツールを保持する前記主軸と、前記ワーク保持部を移動させる移動機構と、を有するものであり、
前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の位置変動データ又は前記主軸が回転する際の前記ワーク保持部の振動データを取得する振動データ取得ステップと、
少なくとも前記位置変動データ又は前記振動データに基づいて前記主軸の振動に関する結果の導出を行う結果導出ステップと、をコンピュータに実行させるように構成されている、プログラム。
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