JPH1133879A - 工作機械における主軸の回転速度制御装置 - Google Patents

工作機械における主軸の回転速度制御装置

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JPH1133879A
JPH1133879A JP19600497A JP19600497A JPH1133879A JP H1133879 A JPH1133879 A JP H1133879A JP 19600497 A JP19600497 A JP 19600497A JP 19600497 A JP19600497 A JP 19600497A JP H1133879 A JPH1133879 A JP H1133879A
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JP
Japan
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spindle
tool
rotation speed
vibration
speed
Prior art date
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Withdrawn
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JP19600497A
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English (en)
Inventor
Kaoru Matsumura
薫 松村
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Via Mechanics Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiko Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】工具の回転バランスの調整状態に係らず、その
回転バランスの調整状態に応じた回転速度を求めるとと
もに、加工時に、工具と被加工物との相対移動速度を、
主軸の回転速度に合わせて設定する。 【解決手段】工作機械の主軸2を駆動するモータ4に付
設されたロータリエンコーダ5からの信号に基づいて主
軸の回転速度を検出する回転速度検出器8と、前記主軸
2を支持する主軸頭1に取り付けられ、主軸2の回転時
の振動を検出する振動検出器6と、予め複数の回転速度
と各回転速度における振動の許容値が設定され、前記回
転速度検出手段で検出された主軸2の回転速度に対し、
振動検出器6で検出された振動が許容値内にあるか否か
を判定する演算器9と、この演算器9の出力に基づいて
予め指定された主軸2の回転速度とワークと工具3の相
対移動速度を設定するようにした数値制御装置10とを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
主軸の回転速度制御装置にかかり、特に、主軸を100
00rpm以上の高速で回転させる高速回転形の工作機
械に好適な主軸の回転速度制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】主軸を高速回転させる工作機械において
は、主軸に取り付けた工具の回転バランスがアンバラン
スであると、主軸の振動が大きくなり適正な加工精度が
得られなくなるだけでなく、主軸を支える軸受を破損す
る重大事故につながる。
【0003】このため、たとえば、マシニングセンタ等
のように、複数の工具を交換しながら被加工物の加工を
行う工作機械では、工具メーカから回転バランスを調整
した工具を購入するか、工場内で回転バランスを調整し
た工具を工作機械にセットし、加工開始前に、各工具を
順次主軸に取付け、主軸の振動状態を確認しながら、そ
の工具の使用回転速度まで主軸の回転速度を徐々に上
げ、経験的に工具使用の可否を判定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような判定は、オ
ペレータが手動操作で行うため、誤操作により所定の回
転速度に達する前に使用可としたり、所定の回転速度以
上の速度で回転させて使用不可とする誤判定が発生する
ことがある。このため、加工時に異常振動が発生し、被
加工物の加工精度を低下させたり、工具を破損させ、あ
るいは工作機械自体の破損につながるなど重大事故の原
因になっている。
【0005】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、工具
の回転バランスの調整状態に係らず、その回転バランス
の調整状態に応じた回転速度を求めるとともに、加工時
に、工具と被加工物との相対移動速度を、主軸の回転速
度に合わせて設定するようにした工作機械における主軸
の回転速度制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、工作機械の主軸を駆動するモー
タに付設された回転検出器からの信号に基づいて主軸の
回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記主軸を支
持する主軸頭に取り付けられ、主軸回転時の振動を検出
する振動検出手段と、予め複数の主軸回転速度と各回転
速度における振動の許容値が設定され、前記回転速度検
出手段で検出された主軸の回転速度に対し、振動検出手
段で検出された振動が許容値内にあるか否かを判定する
演算手段と、この演算手段の出力に基づいて予め指定さ
れた主軸の回転速度と被加工物と工具の相対移動速度を
設定するようにした数値制御装置とを設けた。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明における回転速度
制御装置の一形態を示すブロック線図、図2は、主軸の
回転速度と振動限界評価レベルの関係を示す特性図、図
3は、主軸の回転速度を決定する手順を示すフローチャ
ート、図4は、主軸の回転速度の上限を探索する手順を
示すフローチャート、図5は、工具とその工具の許容回
転速度記憶するテーブルの概念図である。
【0008】図1において、1は主軸頭。2は主軸で、
主軸頭1に回転可能に支持されている。3は工具で、主
軸2に着脱可能に支持されている。4は主軸モータで、
主軸頭1に固定され、その回転軸が主軸2と結合されて
いる。5はロータリエンコーダで、主軸モータ4の一端
に固定され、主軸モータ4の回転に対応するパルスを出
力する。
【0009】6は振動検出器で、主軸頭1に固定され、
主軸頭1を介して主軸2の振動の振幅の変化を電気信号
の変化として検出する。7はアンプで、振動検出器6の
出力を増幅する。8は回転検出器で、一定時間内にロー
タリエンコーダ5から印加されるパルスの数、もしくは
ロータリエンコーダ5から印加されるパルスの間隔に基
づいて主軸2の回転速度を求める。
【0010】9は演算器で、アンプ7および回転検出器
8に接続され、それぞれから印加される主軸の振幅と回
転速度を予め設定された図2に示す振動限界評価レベル
と比較しその結果を出力する。
【0011】10は数値制御装置(以下、NC装置とい
う)で、演算器9に接続され、予め入力された図5に示
すような工具番号とその工具の回転速度のテーブルに基
づいて、予め設定されたパターンで主軸2の回転指令を
発信するとともに、演算器9からの信号により回転指令
を増速もしくは減速させるように変更する。
【0012】11はアンプで、NC装置からの指令に基
づいて、主軸モータ4を回転駆動させ、主軸2をNC装
置10の指令速度で回転させる。12は送り駆動系のア
ンプである。
【0013】このような構成で、図2に示す特性図と、
図3に示すフローチャートを併用して主軸の回転速度の
設定手順を説明する。主軸2に工具3を取付け、主軸2
を5000rpmで回転させる(ステップS1)。
【0014】主軸2の回転速度が5000rpmに到達
した後、演算器9は、ロータリーエンコーダ5の出力と
振動検出器6の出力に基づいて、主軸2の振動レベルが
図2における5000rpmの振動限界評価レベルを超
えているか否かを判定し、その判定結果をNC装置10
に出力する(ステップS2)。
【0015】NC装置10は、主軸2の振動レベルが振
動限界評価レベルを超えている場合には、上限回転速度
探査ルーチン(ステップS3)に入る。主軸2の振動レ
ベルが振動限界評価レベル以下である場合には、その回
転速度が予め指定された工具3の最高回転速度であるか
否かを判定する(ステップS4)。
【0016】ここで、主軸2の回転速度が、工具3の最
高回転速度である場合には、工具番号とともにその回転
速度を記憶する(ステップS5)。
【0017】主軸2の回転速度が工具3の最高回転速度
以下である場合には、現在の回転速度に5000rpm
を加え、新たな回転速度として10000rpmを生成
する(ステップS6)。新たに生成された10000r
pmを予め設定された工具3の最高回転速度と比較する
(ステップS7)。
【0018】新たに生成された回転速度が、工具3の最
高回転速度より大きい場合には、その工具3の最高回転
速度に修正する(ステップS8)。そして、主軸2を新
たに生成された回転速度で回転させステップS2に戻
り、工具3の最高回転速度まで繰り返す。
【0019】前記ステップS2で、振動限界評価レベル
を超えた場合に入る上限回転速度探査(ステップ3)手
順を図4に示すフローチャートにより説明する。
【0020】現在の主軸2の回転速度における振動レベ
ルが図2における振動限界評価レベルを超えているか否
かを判定する(ステップS11)。
【0021】主軸2の振動レベルが振動限界評価レベル
を超えている場合には、現在の回転速度が工具3の最低
回転速度より大きいか否かを判定する(ステップS1
3)。現在の回転速度が工具3の最低回転速度もしくは
それ以下の場合には、工具3の回転バランス異常とし
て、その結果を表示して主軸2を停止させる(ステップ
14)。
【0022】現在の主軸2の回転速度が工具3の最低回
転速度以上である場合には、現在の回転速度5000r
pmから2000rpmだけ減速する新たな回転速度3
000rpmを生成する(ステップS15)。そして、
新たに生成された回転速度3000rpmが、工具3の
最低回転速度より大きいか否かを判定する(ステップS
16)。
【0023】新たに生成された回転速度3000rpm
が工具3の最低回転速度より小さい場合には、その工具
3の最低回転速度に修正する(ステップS17)。そし
て、主軸2を新たに生成された回転速度で回転させステ
ップS11に戻り、工具3の最低回転速度まで繰り返
す。ここで、主軸2の振動レベルが振動限界評価レベル
以下であれば、工具番号とともにその回転速度を記憶す
る(ステップS12)。
【0024】なお、最初の回転速度および回転速度の加
減速の間隔を、工具の種類ごとに適宜設定することによ
り、より早く適正な回転速度を設定することができる。
また、それぞれのルーチン処理から求められた工具番号
に対する使用可能回転速度(ステップ5、12)は、図
5に示すテーブルを書き替えても良いし初期設定のテー
ブルとは別に、第2のテーブルを準備し、そのテーブル
に書き込んでも良い。
【0025】このようにして、工作機械に供給された複
数の工具について、それぞれの許容回転速度を求める。
そして、プログラムで指定された工具の回転速度と、振
動限界評価レベルに基づいて設定された許容回転速度と
の間に差がある場合、その減速率を算出して、この減速
率に基づいて各工具の許容回転速度に対応する送り速度
を求める。
【0026】NC装置10は、アンプ11を介して主軸
モータ4を作動させ主軸2を許容回転速度で回転させる
とともに、アンプ12を介して送り駆動系に指令を出
し、許容回転速度に応じた送り速度で被加工物と工具3
の相対移動を行わせる。
【0027】工具3が、フライスのように複数の刃を持
つ場合、その回転速度と送り速度を一定の比率で加工す
ることにより、回転速度にかかわりなくフライスの一刃
ごとの切り込み量が一定となり適正な加工精度を得るこ
とができる。
【0028】また、加工を行う際に上記のような回転速
度制御装置をモニタとして使用することができる。加工
による工具の摩耗などにより主軸の振動が大きくなり、
振動限界評価レベルを超えた場合、主軸の回転速度を減
速するとともに、同じ減速率で工具と被加工物の送り速
度を低下させることにより、常に同じ条件で加工するこ
とができる。
【0029】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、工
具の回転バランスに応じた回転速度で主軸を回転させる
ことができるので、工作機械の振動を振動限界評価レベ
ル以下に抑えて加工することができ、適正な加工精度を
維持することができる。また、回転バランスの悪い工具
であっても、徐々に回転速度を上げながら主軸の振動を
確認するので、異常な振動の発生を抑え工作機械の主軸
を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における回転速度制御装置の一形態を示
すブロック線図。
【図2】主軸の回転速度と振動限界評価レベルの関係を
示す特性図。
【図3】主軸の回転速度を決定する手順を示すフローチ
ャート。
【図4】主軸の回転速度の上限を探索する手順を示すフ
ローチャート。
【図5】工具とその工具の許容回転速度記憶するテーブ
ルの概念図。
【符号の説明】
1…主軸頭、2…主軸、3…工具、4…主軸モータ、5
…ロータリエンコーダ 6…振動検出器、8…回転検出器、9…演算器、10…
数値制御装置。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】工作機械の主軸を駆動するモータに付設さ
    れた回転検出器からの信号に基づいて主軸の回転速度を
    検出する回転速度検出手段と、前記主軸を支持する主軸
    頭に取り付けられ、主軸回転時の振動を検出する振動検
    出手段と、予め複数の主軸回転速度と各回転速度におけ
    る振動の許容値が設定され、前記回転速度検出手段で検
    出された主軸の回転速度に対し、振動検出手段で検出さ
    れた振動が許容値内にあるか否かを判定する演算手段
    と、この演算手段の出力に基づいて主軸の回転速度と被
    加工物と工具の相対移動速度を再設定するようにした数
    値制御装置とを設けたことを特徴とする工作機械におけ
    る主軸の回転速度制御装置。
  2. 【請求項2】前記数値制御装置は、工作機に工具を供給
    したとき、外部入力手段から入力された工具番号とその
    工具を使用する際の主軸の回転速度を書き込むテーブル
    を、振動測定結果に基づいて書き替えることを特徴とす
    る請求項1に記載の工作機械おける主軸の回転速度制御
    装置。
  3. 【請求項3】前記数値制御装置は、工作機に工具を供給
    したとき、外部入力手段から入力された工具番号とその
    工具を使用する際の主軸の回転速度を第1のテーブルに
    書き込み、振動測定結果に基づいて設定される工具番号
    とその工具を使用する際の主軸の回転速度を第2のテー
    ブルに書き込み、加工時には第2のテーブルのデータを
    優先して主軸の回転速度を指令することを特徴とする請
    求項1に記載の工作機械における主軸の回転速度制御装
    置。
JP19600497A 1997-07-22 1997-07-22 工作機械における主軸の回転速度制御装置 Withdrawn JPH1133879A (ja)

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JPH1133879A true JPH1133879A (ja) 1999-02-09

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107272758A (zh) * 2017-08-01 2017-10-20 深圳市雷赛控制技术有限公司 绕线设备效率及平稳性的提升方法及装置
DE102017011889A1 (de) 2017-01-23 2018-07-26 Fanuc Corporation System zur Bestimmung der Ursache einer Vibration eines Motors
JP2020061852A (ja) * 2018-10-09 2020-04-16 ファナック株式会社 回転検出用歯車、回転検出器および電動機

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20041005