JP7500133B2 - Method for correcting imbalance by evaluating vibration in three-dimensional positions and machine tool capable of automating said method - Google Patents
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Description
本発明は、振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法及びその方法を自動化可能な工作機械に関し、特に、砥石を含む回転工具を使用する場合に、工具及びその回転軸に内在する不釣合いに起因する振動を防止するために、その不釣り合いに対応する修正を行う機構に関する。 The present invention relates to a method for correcting imbalance by evaluating vibrations in three-dimensional positions and a machine tool that can automate this method, and in particular, to a mechanism that performs corrections to address imbalance in order to prevent vibrations caused by imbalance inherent in a tool and its rotating shaft when using a rotating tool that includes a grinding wheel.
従来、砥石を含む回転工具を使用する場合、工具の釣り合い状態によっては振動を発生し、これを不釣合いと称する。この不釣合いは、工具に限らず工具を回転させる回転軸自体に内在している場合もある。この振動が問題になる場合には、工具または回転軸側にこの不釣合いに対応する修正機構を設けていることも多い。釣り合わせの実態は評価に用いる何らかの振動センサ(変位計や速度計や加速度計)の位置で振動の重ね合わせが0に近づくように振動を発生させる錘を回転体に追加するということである。この現実のため、センサ位置では振動は0に見えて工具先端の振動が抑えられないということも起こりうる。また、遠心力により曲げモーメントが発生する場合には、回転数によって振動が0にならないという状態も発生し得る。そこで、一般に冗長なセンサを設けて最小二乗法などの数値最適化手法を用いてどのセンサが感じる振動も0に近づく方向に錘をつけるとかどの回転数でも0に近づく方向に錘をつけるということを行う(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, when using a rotating tool including a grinding wheel, vibrations occur depending on the balance state of the tool, which is called unbalance. This unbalance may be inherent not only in the tool but also in the rotating shaft itself that rotates the tool. When this vibration becomes a problem, a correction mechanism to deal with this unbalance is often provided on the tool or rotating shaft side. The reality of balancing is to add a weight that generates vibration to the rotating body so that the vibration superposition approaches zero at the position of some vibration sensor (displacement meter, speed meter, or accelerometer) used for evaluation. Due to this reality, it may happen that the vibration appears to be zero at the sensor position, but the vibration of the tip of the tool cannot be suppressed. In addition, when a bending moment is generated by centrifugal force, a state may occur in which the vibration does not become zero depending on the rotation speed. Therefore, redundant sensors are generally provided and a numerical optimization method such as the least squares method is used to attach weights in a direction that approaches zero for all sensors, or in a direction that approaches zero at all rotation speeds (for example, see Non-Patent Document 1).
また、曲げモーメントに対する対応として回転軸方向に複数修正面を設けるということもよく行われる。この、曲げモーメントに対する対応は剛体ロータであれば回転数によって不釣合いは一定であるが、現実の弾性体ロータでは回転数によって不釣合いは変化することがある。また、固有振動数の関係で工具の位置(ワークと主軸の相対位置)によって同じ不釣合いでも振動の大きさが変化することが普通である。そのため通常、位置と回転数を一定として不釣合いを評価し、それを打ち消すように不釣合いを修正していた。尚、下記の非特許文献1は、本発明において使用する回転機械の振動解析の公知技術に関するものであり、後述する本発明の説明において引用して述べる。
In addition, it is common to provide multiple correction planes in the direction of the rotation axis to deal with bending moments. In the case of a rigid rotor, the unbalance is constant depending on the rotation speed, but in an actual elastic rotor, the unbalance can change depending on the rotation speed. Also, due to the relationship between the natural frequency, the magnitude of vibration usually changes even with the same unbalance depending on the tool position (the relative position of the workpiece and the spindle). For this reason, the unbalance is usually evaluated with the position and rotation speed constant, and then corrected to cancel it out. The following
しかしながら、工作機械によるワークの加工中には、工具回転軸の回転数も可変させるし、工具によるワークの加工位置も変位する。そこで、どの位置および回転数でも均等に良好になるように不釣合い修正を行うことが可能な技術の開発が切望される。また、不釣合いの修正を自動不釣合い修正機構を搭載して、全自動化する工作機械の開発が望まれている。 However, when a workpiece is being machined using a machine tool, the rotation speed of the tool's rotation axis is also changed, and the machining position of the workpiece using the tool also shifts. Therefore, there is a strong demand for the development of technology that can perform imbalance correction so that the result is uniformly good at all positions and rotation speeds. There is also a demand for the development of machine tools that are equipped with an automatic imbalance correction mechanism to fully automate the correction of imbalance.
本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、工作機械によるワークの加工中に、どの位置および回転数でも均等に良好になるように不釣合い修正を行うことが可能な技術を提供することにある。また、本発明の他の目的は、不釣合いの修正を自動不釣合い修正機構を搭載して、全自動化する工作機械を提供することにある。 The present invention was made in light of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide technology that can perform uniform and good imbalance correction at any position and rotation speed while a workpiece is being machined by a machine tool. Another purpose of the present invention is to provide a machine tool that is equipped with an automatic imbalance correction mechanism and that fully automates the correction of imbalance.
本発明者は、上述した工作機械によるワークの加工中に、どの位置および回転数でも均等に良好になるように不釣合い修正を行うことが可能な技術について鋭意研究した結果、上述した非特許文献1に記載の技術を応用することで、そのような工作機械の構成と、その不釣合い修正方法に関する新規且つ有用な着想を得るに至った。
The inventors have conducted extensive research into technology that can correct imbalance so that it is uniformly good at any position and rotation speed while the machine tool is machining a workpiece, and as a result, by applying the technology described in Non-Patent
本発明では、非特許文献1に記載の技術を加工中の動く範囲周辺で立体的(直線でないということを表現している)に位置を決めて加工中に使う回転数と位置の組み合わせを使って不釣合いを評価して一定の重み付けを行い、どの位置および回転数でも均等に良好になるように数値最適化手法を用いて不釣合い修正を行う。また、不釣合いの修正を自動不釣合い修正機構を搭載して、全自動化する工作機械を構成する。即ち、本発明の不釣合い修正方法では、工具回転軸と、該工具回転軸により回転される工具とを備える工作機械であって、該工作機械の少なくとも2軸以上の駆動軸で前記工具をワークに対して直線移動ないし回転移動及びその組み合わせをさせることにより該ワークの加工を行う工作機械における振動の評価による不釣合い修正方法であって、前記ワークの加工中に前記工具が動く範囲内で立体的な座標位置を決めて、加工中に使う各回転数と各座標位置の組み合わせを使って振動の不釣合いを評価して一定の重み付けを行い、どの位置および回転数でも振動が均等に良好になるように数値最適化手法を用いて振動の不釣合い修正を行うことを特徴とする。
また、本発明の工作機械では、工具回転軸と、該工具回転軸により回転される工具とを備える工作機械であって、該工作機械の少なくとも2軸以上の駆動軸を使って前記工具をワークに対して移動させることにより該ワークの加工を行う工作機械において、前記ワークの加工中に前記工具が動く範囲内で立体的ないし平面的な座標位置を決めて、加工中に使う各回転数と各座標位置の組み合わせを使って振動の不釣合いを評価して一定の重み付けを行い、どの位置および回転数でも振動が均等に良好になるように数値最適化手法を用いて振動の不釣合い修正を行う工作機械であって、前記不釣合い修正を実行するための自動不釣合い修正機構を搭載したことを特徴とする。
尚、被工作物を回転する場合の振動の釣り合わせについても同様の修正方法及び工作機械を構成可能である。
In the present invention, the technique described in Non-Patent
In addition, the machine tool of the present invention is a machine tool equipped with a tool rotation axis and a tool rotated by the tool rotation axis, and machines a workpiece by moving the tool relative to the workpiece using at least two or more drive axes of the machine tool, in which a three-dimensional or two-dimensional coordinate position is determined within the range in which the tool moves while machining the workpiece, vibration imbalance is evaluated and weighted using a combination of each rotation speed and each coordinate position used during machining, and the machine tool performs vibration imbalance correction using a numerical optimization method so that vibration is uniformly good at all positions and rotation speeds, and is characterized in being equipped with an automatic imbalance correction mechanism for performing the imbalance correction .
It is also possible to configure a similar correction method and machine tool for balancing vibrations when rotating a workpiece.
本発明によれば、工作機械によるワークの加工中に、どの位置および回転数でも均等に良好になるように不釣合い修正を行うことが可能な技術を提供することができる。また、不釣合いの修正を自動不釣合い修正機構を搭載して、全自動化する工作機械を提供することができる。 The present invention provides a technology that can correct imbalance so that it is uniformly good at any position and rotation speed while a workpiece is being machined by a machine tool. It also provides a machine tool that is equipped with an automatic imbalance correction mechanism to fully automate the correction of imbalance.
まず、本発明の理解を容易にするため、図1を参照して、上述した非特許文献1に記載の公知技術について述べる。非特許文献1に従えば、例えば、以下のように考え得る。即ち、図1に示すような回転機械を想定する。図1に示すように、この回転機械では、回転体10の修正面11、12、13には、ねじ穴(図示せず)があって、ねじ(図示せず)を錘(図示せず)として残せるようになっていたり、駄肉部分(特には、図示せず)があり、その駄肉部分を削れるようになっていたり、錘(図示せず)を動かして固定できるようになっていたりする。尚、図1中、16は、ツールや砥石、17、18は、それぞれ加速度センサの一例である。
First, in order to facilitate understanding of the present invention, the known technology described in the above-mentioned
ここで、非特許文献1の103頁から104頁に記載されているように、バランス修正面をm面、振動測定箇所をn箇所とする。初期振動A0を計測する。以下の数式(1)が得られる。
次に、不釣合い修正面1に試しおもりW1(位相と大きさを持つ複素数)を付加したときの同じ回転数で回転したとき各センサの観測する振動A1を計測する。以下の数式(2)が得られる。
通常、多くのフィールドバランサ(現場で不釣合いを評価しまた修正するための道具)では評価の回転数は一定にしてくださいと記述されているが、
ここで、回転数S1を変え複数の回転数S1 ,S2 ,…Skで試験をする場合にはA0、…、Amの要素数nを拡張する。つまり、回転数ごとに別センサの出力と考える。
このことを、例えば次の数式(11)のように表現して考える。
結果的には、α0、…、αmの要素数を拡張することにも繋がる。よって次の数式(12)が成り立つ。
どんどん先述のn(要素数)⋙ mに近づいていく。手計算では面倒でも、このような計算をこなす不釣合い修正システムは多面多速度釣り合わせ対応と称され商品化されている(例えば、シグマ電子工業株式会社SB-7705Rなど)。逆にCを置けば不釣合い修正で残る予測(各回転数ごと)も次の数式(13)により可能である。
Here, when the rotation speed S1 is changed and testing is performed at a plurality of rotation speeds S1 , S2 , ..., Sk , the number of elements n of A0 , ..., Am is expanded. In other words, each rotation speed is considered as the output of a different sensor.
This can be expressed as in the following equation (11), for example.
As a result, this also leads to an expansion of the number of elements of α 0 , ..., α m . Therefore, the following formula (12) holds.
It gets closer and closer to the aforementioned n (number of elements) × m. Although it is troublesome to calculate by hand, imbalance correction systems that can handle such calculations are called multi-surface, multi-speed balancing systems and are commercially available (for example, Sigma Electronics Co., Ltd. SB-7705R). Conversely, if you place C, the remaining predictions (for each rotation speed) in imbalance correction can also be made using the following formula (13).
通常、上述のような複数速度を扱える装置であっても、機械の座標は一定にしてくださいと説明される。これは、回転体の不釣合いを0にすればこれを工具回転機構として使用した場合、振動を生じさせる力である加振力は0なのでどの座標に工具回転装置を持っていっても振動は0であるとの考えに基づく。しかし、釣り合わせとは実際にはセンサの位置で振動を打ち消すように調整するものであるので、完全に加振力は0にするものではないことは当然である。この残留する加振力が機械の座標を移したときに共振を生み振動を大きくし得る。ある座標で0に出来ても座標を転じた場合に振動が大きくなる状況を生じうる。
作業者によってはこれを「工具の座標によってバランスが変化する」と表現する場合があるが、多くの場合には、回転体の不釣合いはそのままでの座標の変化で残留した振動が共振しやすくなったり共振しにくくなったりするということの方が多い。もちろん、現実の弾性体ロータでは回転数によって不釣合いが変化することがある。
Usually, even in the case of a device that can handle multiple speeds as mentioned above, it is explained that the coordinates of the machine should be kept constant. This is based on the idea that if the unbalance of the rotating body is made zero, when it is used as a tool rotation mechanism, the excitation force, which is the force that generates vibration, will be zero, so no matter what coordinate the tool rotation device is placed on, the vibration will be zero. However, since balancing actually involves adjusting the sensor position to cancel out the vibration, it is natural that the excitation force is not made completely zero. This residual excitation force can create resonance when the machine coordinates are moved, increasing the vibration. Even if it is possible to make it zero at one coordinate, a situation may arise where the vibration increases when the coordinate is changed.
Some workers may express this as "balance changes depending on the tool coordinates," but in many cases, the unbalance of the rotor remains the same, but a change in coordinates causes the residual vibration to resonate more easily or less easily. Of course, in an actual elastic rotor, the unbalance can change depending on the rotation speed.
そこで、上の考えを拡張して、機械の座標P1を変え複数の座標P1,P2,…Piで試験をする場合にも、A0、…、Amの要素数nを再度拡張する。つまり、回転数のみならず座標ごとに別センサの出力と考える。
このことを、例えば次の数式(14)のように表現して考える。
回転数S1 ,S2 ,…Skでおよび機械の座標P1,P2,…Piは使用する範囲内で分布させる。特に座標は複数の送り軸および回転軸を使用する場合にはその範囲内で立体的に分布させる。
このようにとったとき、最小二乗法によって得られる修正の指示は、回転数S1 ,S2 ,…Skでおよび機械の座標P1,P2,…Piの範囲内で全体的に振動を小さく保つ指示に近い。
ここで,PiとはX-Y-Zの3軸を有する機械なら3次元,5軸を有する機械なら5次元の要素を有し得るベクトル変数である。
Therefore, by expanding the above idea, even when changing the machine coordinate P1 and testing at multiple coordinates P1 , P2 , ... , Pi , the number of elements n of A0 , ..., Am is expanded again. In other words, it is considered that not only the rotation speed but also the output of a different sensor is used for each coordinate.
This can be expressed as in the following equation (14), for example.
The rotational speeds S1 , S2 , ... Sk and the coordinates P1 , P2 , ... Pi of the machine are distributed within the range of use. In particular, the coordinates are distributed three-dimensionally within the range when a plurality of feed axes and rotary axes are used.
When taken in this way, the correction instructions obtained by the least squares method are close to those which keep the vibrations small overall at the rotational speeds S 1 , S 2 , . . . Sk and within the range of machine coordinates P 1 , P 2 , . . . Pi.
Here, P i is a vector variable that can have three-dimensional elements for a machine having three axes, XYZ, and five-dimensional elements for a machine having five axes.
尚、このような観測はロックインアナライザ(たとえば、得られる振動計の信号に回転に同期した90度位相の異なる正弦波をかけて直流成分だけを捉える)などの回転同期型のフィルタなどの装置が無い場合にも、非特許文献1には、互いに平行でない3つの位相にそれぞれ試し錘をつける場合と試しおもりをつけない場合について評価すると作図によって影響係数を求められることを示している(非特許文献1の128頁から130頁参照)。
In addition, even if there is no device such as a rotation-synchronous filter such as a lock-in analyzer (for example, a sine wave with a phase shift of 90 degrees synchronized with the rotation is applied to the obtained signal from the vibrometer to capture only the DC component),
次に、本発明の実施形態に係る振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法及びその方法を自動化可能な工作機械について述べる。まず、上述した図1のような切削工具または砥石の回転モータ装置を考える。この装置には手動で調整可能な不釣り合い修正面が2つ内蔵されておりまた工具の側に1つ修正面が設けられており合計3つの修正面で不釣り合いに対応できる。釣り合わせ用に2つの加速度計(センサ)を搭載している。 Next, we will describe a method for correcting imbalance by evaluating vibrations in three-dimensional positions according to an embodiment of the present invention, and a machine tool that can automate this method. First, consider a rotary motor device for a cutting tool or grinding wheel, as shown in Figure 1 above. This device has two built-in imbalance correction surfaces that can be manually adjusted, and one correction surface is provided on the tool side, making it possible to address imbalance with a total of three correction surfaces. Two accelerometers (sensors) are installed for balancing.
図2は、本発明の実施形態に係る不釣合い修正方法を自動化可能な工作機械で、図1のような装置を備えた一例を示す図である。即ち、この工作機械は、図2に示すように、相互に直交するX軸とZ軸、X軸廻りの旋回A軸、Z軸廻りの旋回C軸を備え、X送りモータ21、A回転モータ22、Z送りモータ23、C回転モータ24、砥石モータ25、ツール(砥石)26を有し、ワークWを加工する工作機械であり、図1のような装置を砥石モータ25の箇所に備えている。
Figure 2 shows an example of a machine tool capable of automating the imbalance correction method according to an embodiment of the present invention, equipped with a device as shown in Figure 1. That is, as shown in Figure 2, this machine tool is equipped with mutually orthogonal X-axis and Z-axis, A-axis rotating about the X-axis, and C-axis rotating about the Z-axis, and has an X-feed motor 21, an A-rotation motor 22, a Z-
図3は、本発明の実施形態に係る不釣合い修正方法を自動化可能な工作機械で、図1のような装置を備えた他の一例を示す図である。即ち、この工作機械は、図3に示すように、相互に直交するX軸、Y軸、Z軸と、Z軸廻りの旋回C軸を備え、X送り装置31、Z送り装置32、工具主軸33、工具34、ワークテーブル35、C回転装置36を有し、工具34によりワークWを加工する工作機械であり、図1のような装置を工具主軸33の箇所に備えている。尚、Y送り装置は図示を省略している。即ち、ここでは、図3のようなX-Y-Zを備える工作機械を考える。C軸座標はある加工中は一意の座標をとるとする。たとえば、P0=(x, y, z) = (0, 0, 0), P1=(-200, 0, 0), P2=(0, -200, 0), P3=(-200, -200, 0), P4=(0, 0, -200), P5=(-200, 0, -200), P6=(-200, -200, -200)とする。回転数についてもたとえばS1 = 1000, S2 = 2000とする。 Fig. 3 is a diagram showing another example of a machine tool capable of automating the unbalance correction method according to the embodiment of the present invention, which is equipped with the device as shown in Fig. 1. That is, as shown in Fig. 3, this machine tool is equipped with mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis, and a rotating C-axis around the Z-axis, and has an X-feed device 31, a Z-feed device 32, a tool spindle 33, a tool 34, a work table 35, and a C-rotation device 36, and is a machine tool that processes a workpiece W with the tool 34, and is equipped with a device as shown in Fig. 1 at the tool spindle 33. Note that the Y-feed device is not shown. That is, here, a machine tool equipped with X-Y-Z as shown in Fig. 3 is considered. It is assumed that the C-axis coordinate is a unique coordinate during a certain machining process. For example, P0 = (x, y, z) = (0, 0, 0), P1 = (-200, 0, 0), P2 = (0, -200, 0), P3 = (-200, -200, 0), P4 = (0, 0, -200), P5 = (-200, 0, -200), P6 = (-200, -200, -200). For the rotation speed, S1 = 1000, S2 = 2000.
図4は、本発明の実施形態に係る振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法において、振動を評価させる座標を立体的に分布させることを説明するための図である。図4に示すように、立体的とは,平面上や直線上ではなく使う範囲内で座標を分布させること。ただし、1軸や2軸しか使わない場合はその限りではない。
また、図4に示すように、残りの軸(回転軸)についても分布させるし、回転数についても分布させる。
4 is a diagram for explaining the three-dimensional distribution of coordinates for evaluating vibration in the method for correcting imbalance by evaluating vibration in three-dimensional positions according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, three-dimensional means that the coordinates are distributed within the range to be used, not on a plane or a straight line. However, this does not apply when only one or two axes are used.
As shown in FIG. 4, the remaining axes (rotation axes) are also distributed, and the rotation speeds are also distributed.
図5は、本発明の実施形態に係る振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法の部分サイクルである振動測定の1サイクルを示すフローチャートである。即ち、図5に示すように、振動測定の1サイクル500では、1サイクルが開始されると(S501)、i=1とし(S502)、iが6(座標数)以下であるか否かを判定し(S503)、6(座標数)以下であれば(S503でYes)、座標Piに移動する(S504)。j=1とし(S505)、jが2(回転数)以下であるか否かを判定し(S506)、2(回転数)以下であれば(S506でYes)、j=j+1とし(S507)、回転数Sjに変更する(S508)。そして、n個のセンサで振動を評価する(S509)ように、S506からS508までの処理を繰り返す。一方、S506でjが2(回転数)以下でなければ(S506でNo)、i=i+1とし(S510)、S503以降の処理を繰り返す。また、S503でiが6(座標数)以下でなければ(S503でNo)、この1サイクルが終了する(S511)。このような振動評価のサイクルにより、3×6×2(つまりn×(座標点数l)×(回転数の数k))の振動評価(大きさと位相を持つ情報、ただし2センサ分を1つと数えた場合)が得られる。なお位置及び回転数の変更、各条件での振動評価は、工作機械の制御装置により自動的に行わせることが出来る。
Figure 5 is a flowchart showing one cycle of vibration measurement, which is a partial cycle of the method for correcting imbalance by evaluating the three-dimensional position of vibration according to an embodiment of the present invention. That is, as shown in Figure 5, in one cycle of
図6は、本発明の実施形態に係る振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法を示すフローチャートである。即ち、図6に示すように、図5に示した振動測定を1サイクル実行し(S600)、修正の試し錘を付加しないで初期振動の測定を行う。そして、まず、修正面1に試し錘を付加(S601)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S602)。次に、修正面2に試し錘を付加(S603)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S604)。このとき、修正面1に付加した試し錘(S602)は除去する。更に、修正面3に試し錘を付加(S605)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S606)。このとき、修正面2に付加した試し錘(S603)は除去する。以上のS601からS606の処理により、試し錘の影響を測定する。この後、最適修正量を計算し(S607)、最終修正を行う(S608)。これらS607及びS608の処理により不釣り合いの修正がなされる。最後に、振動測定を1サイクル実行する(S609)が、これは効果の確認のためのサイクルである。上記S606の振動測定1サイクルを実行した時点で、4×2×6×2(4:1初期の測定+3試し錘つきの測定、2:回転数の個数、6:座標の個数、2:センサ数)の要素を振動評価(大きさと位相を持つ情報)が得られる。
ところで、図6のように一面ずつ試し錘を付けて振動を評価すると、試し錘の影響測定が終わると、各面の振動の各要素への影響を影響係数として、以下の数式(16)で計算できる。
以上を一般化すると、以下の図7と図8のようになる。
Fig. 6 is a flow chart showing an unbalance correction method by evaluation of vibration in a three-dimensional position according to an embodiment of the present invention. That is, as shown in Fig. 6, one cycle of vibration measurement shown in Fig. 5 is performed (S600), and initial vibration is measured without adding a correction test weight. Then, first, a test weight is added to the correction plane 1 (S601), and one cycle of vibration measurement is performed (S602). Next, a test weight is added to the correction plane 2 (S603), and one cycle of vibration measurement is performed (S604). At this time, the test weight added to the correction plane 1 (S602) is removed. Furthermore, a test weight is added to the correction plane 3 (S605), and one cycle of vibration measurement is performed (S606). At this time, the test weight added to the correction plane 2 (S603) is removed. The influence of the test weight is measured by the above processes from S601 to S606. After this, the optimal correction amount is calculated (S607), and the final correction is performed (S608). The imbalance is corrected by the processes of S607 and S608. Finally, one cycle of vibration measurement is performed (S609), which is a cycle for confirming the effect. At the time when one cycle of vibration measurement of S606 is performed, vibration evaluation (information having magnitude and phase) is obtained for 4 x 2 x 6 x 2 elements (4: 1 initial measurement + 3 measurements with test weights, 2: number of rotations, 6: number of coordinates, 2: number of sensors).
Incidentally, when a test weight is attached to each surface as shown in FIG. 6 to evaluate vibration, after the measurement of the influence of the test weight is completed, the influence of each surface on each element of vibration can be calculated as an influence coefficient using the following formula (16).
If the above is generalized, it becomes as shown in FIG. 7 and FIG. 8 below.
図7は、図5に示した振動測定の1サイクルを一般化した例で示すフローチャートである。即ち、図7に示すように、振動測定の1サイクル700では、1サイクルが開始されると(S701)、i=1とし(S702)、iがl(座標数)以下であるか否かを判定し(S703)、l(座標数)以下であれば(S703でYes)、座標Piに移動する(S704)。j=1とし(S705)、jがk(回転数)以下であるか否かを判定し(S706)、k(回転数)以下であれば(S706でYes)、j=j+1とし(S707)、回転数Sjに変更する(S708)。そして、n個のセンサで振動を評価する(S709)ように、S706からS708までの処理を繰り返す。一方、S706でjがk(回転数)以下でなければ(S706でNo)、i=i+1とし(S710)、S703以降の処理を繰り返す。また、S703でiがl(座標数)以下でなければ(S703でNo)、この1サイクルが終了する(S711)。このような振動評価のサイクルにより、n×(座標点数l)×(回転数の数k)の振動評価(大きさと位相を持つ情報)が得られる。
Figure 7 is a flow chart showing a generalized example of one cycle of vibration measurement shown in Figure 5. That is, as shown in Figure 7, in one cycle of
図8は、図6に示した不釣合い修正方法を一般化した例で示すフローチャートである。即ち、図8に示すように、図7に示した振動測定を1サイクル実行する(S800)。そして、修正面1を試し、錘を付加(S801)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S802)。次に、修正面2を試し、錘を付加(S803)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S804)。これを、修正面mを試し、錘を付加(S805)した上で、振動測定を1サイクル実行する(S806)まで繰り返す。この後、最適修正量を計算し(S807)、最終修正を行う(S808)。最後に、振動測定を1サイクル実行する(S809)が、これは効果の確認のためのサイクルである。
Figure 8 is a flow chart showing a generalized example of the unbalance correction method shown in Figure 6. That is, as shown in Figure 8, one cycle of vibration measurement shown in Figure 7 is performed (S800). Then,
図9は、修正錘の空間と振動評価の空間の対応関係を説明するための図である。即ち、ここまでは、陽に影響係数αiを解いているが、各修正面に錘の組み合わせCaをつけて振動の評価をAaとし、図9に示すように修正錘と振動評価に一定の関数があると仮定し、以下の数式(19A)と(19B)のように、振動評価Aaの大きさを最小化するCaを探索する問題として直接扱うことも可能である。
10 回転体、 11、12、13 修正面、 16 ツール(砥石)、 17、18 加速度センサ、
21 X送りモータ、 22 A回転モータ、 23 Z送りモータ、24 C回転モータ、 25 砥石モータ、 26 ツール(砥石)、 W ワーク、
31 X送り装置、 32 Z送り装置、 33 工具主軸、 34 工具、 35 ワークテーブル、 36 C回転装置
10 Rotating body, 11, 12, 13 Correcting surface, 16 Tool (grindstone), 17, 18 Acceleration sensor,
21 X feed motor, 22 A rotation motor, 23 Z feed motor, 24 C rotation motor, 25 grindstone motor, 26 tool (grindstone), W workpiece,
31 X-feed device, 32 Z-feed device, 33 Tool spindle, 34 Tool, 35 Work table, 36 C-rotation device
Claims (2)
前記ワークの加工中に前記工具が動く範囲内で立体的ないし平面的な座標位置を決めて、加工中に使う各回転数と各座標位置の組み合わせを使って振動の不釣合いを評価して一定の重み付けを行い、どの位置および回転数でも振動が均等に良好になるように数値最適化手法を用いて振動の不釣合い修正を行うことを特徴とする振動の立体的位置での評価による不釣合い修正方法。 1. A method for correcting imbalance by evaluating vibration in a machine tool including a tool rotation shaft and a tool rotated by the tool rotation shaft, the machine tool machining a workpiece by moving the tool relative to the workpiece using at least two or more drive shafts of the machine tool, comprising:
A method for correcting an imbalance by evaluating a three-dimensional position of vibration, characterized in that a three-dimensional or two-dimensional coordinate position is determined within the range in which the tool moves during machining of the workpiece, the vibration imbalance is evaluated and weighted using a combination of each rotation speed and each coordinate position used during machining, and the vibration imbalance is corrected using a numerical optimization method so that the vibration is uniformly good at all positions and rotation speeds.
前記ワークの加工中に前記工具が動く範囲内で立体的ないし平面的な座標位置を決めて、加工中に使う各回転数と各座標位置の組み合わせを使って振動の不釣合いを評価して一定の重み付けを行い、どの位置および回転数でも振動が均等に良好になるように数値最適化手法を用いて振動の不釣合い修正を行う工作機械であって、前記不釣合い修正を実行するための自動不釣合い修正機構を搭載したことを特徴とする工作機械。 A machine tool including a tool rotation shaft and a tool rotated by the tool rotation shaft, the machine tool machining a workpiece by moving the tool relative to the workpiece using at least two or more drive shafts of the machine tool,
A machine tool that determines three-dimensional or two-dimensional coordinate positions within the range in which the tool moves while machining the workpiece, evaluates the vibration imbalance using a combination of each rotation speed and each coordinate position used during machining, assigns a certain weighting to it, and corrects the vibration imbalance using a numerical optimization method so that the vibration is uniformly good at all positions and rotation speeds , and is characterized by being equipped with an automatic imbalance correction mechanism for performing the imbalance correction .
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