JPS6090660A - 切削抵抗測定方法 - Google Patents
切削抵抗測定方法Info
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- JPS6090660A JPS6090660A JP19761783A JP19761783A JPS6090660A JP S6090660 A JPS6090660 A JP S6090660A JP 19761783 A JP19761783 A JP 19761783A JP 19761783 A JP19761783 A JP 19761783A JP S6090660 A JPS6090660 A JP S6090660A
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
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- Automation & Control Theory (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、切削抵抗測定方法に関し、負荷時間の極め
て短い切削加工においてその作業性Ｐ阻害することなく
切削抵抗をインプロセス測定する切削抵抗測定方法に関
する。 切削加工が自動化されるに伴い、切削抵抗などの切削緒
特性のインプロセス測定が強く望まれている。殊の外、
切削抵抗は、切削諸現象と密接な関連を有しているため
に、切削抵抗のインプロセス測定は、重要な課題といえ
る。 従来、金属の切削加工における切削抵抗のインプロセス
測定は、電力計、圧電素子、刃物台の変位、静圧軸受等
に代表される試みが多く成されている。これらによる切
削抵抗の測定では、測定精度、工作物と工具の寸法なら
びに形状の変化しこ対する対応、さらには作業性の阻害
や剛性等の点で一長一短がある。 ところで、最近電動機のずベリを測定することにより切
削抵抗をめる方法が提案されているが、以下に述べる理
由により負荷時間が比較的長い切削加工などに限定され
る＼すなわち、誘導電動機は空運転時にはほぼ同期速度
に近い角速度で回転するが、負荷が作用するとすべりを
生じ、負荷と電動機のトルクとがつり合った点で回転す
る。この関係は第１図に図すようになり、図においてＯ
−Ａの範囲では近似的に直線関係が成立するとみなされ
ている。この関係に注目して電動機のすべりを検出する
ことによって負荷をめることができる。 ここで、空運転中の電動機に急激な矩形の負荷Ｗが作用
した場合の過渡的な角速度の変化を第２図に示す。同図
より負荷ＷとすベリＳの関係は、βを比例定数として次
式で示される。 Ｗ−βＳ−β・（ω。−０ｗ）／ω０・・・・・（１）
この式において無負荷時の角速度ω０が変化しないもの
とすれば、負荷時の角速度ωＷを測定することによって
負荷Ｗをめることは可能であるが、この測定方法は負荷
時間の比較的長い場合Ｇこ限定される。 すなわち、負荷Ｗに対応した角速度ωＷになるまで（ｔ
ｂ−ｔａ）なる時間の遅れを生じる（第２図の過渡的な
角速度の変化曲線Ｃを参照）。 それ故に、（ｔｂ−ｔａ）時間以下の短い負荷時間を有
する加工、たとえば旋削加工やフライス加工などの一般
の金属切削に比較して切削速度と工作物送り速度がほぼ
一桁高く、かつ負荷時間が極めて短い木材や他の特殊材
料の切削加工の場合には、上述した従来の測定方法を適
用して切削抵抗をめることはできない。 さらに、この従来の方法では、電源電圧の変動や、軸受
や電動機による動力伝達系の温度依存性によって（］）
式の比例定数βが変動することを補正しなければならな
い。 そこで、本発明者は、第２図の過渡的な角速度の変化曲
線Ｃが示す時間（ｔａ〜ｔｂ ）における角速度の減少
する現象しこ着目し、負荷時間の極めて短い切削加工Ｇ
こおいて切削抵抗が得られる測定方法を見出した。 すなわち、角速度の変化曲線Ｃに着目して、全回転体の
慣性モーメントをＪ、その負荷をＷとすれば、負荷Ｗは ｏＪ Ｗ＝−Ｊ□ ・・・・（２） ｔ （ただし、Ｊは慣性モーメント） と７：ｒす、ａ６Ｉ、、’ ｄ ｔ ＝−Ｗ／Ｊなる負
の角加速度を受けて角速度が低下するが、角速度の低下
によってずべりＳが生じると第１図で説明したような直
線関係によりαＳ（αは比例定数）なるトルクが電動機
Ｇこ生じて、このトルクによって電動機にαＳ／Ｊなる
正の角加速度が生じる。これら２つの角加速度によって
電動機内の角速度は、第２図の角速度の変化曲線Ｃのよ
うに低下する。 この時の角加速度ｄω／ｄｔは（＋）＋２）式より次式
で示される。 ｄω Ｗ αＳ ■−−了十丁 したがって、角速度ωＧこ到達するまでの時間りは、 から、 となる。 （４）式より角速度ω〔ｒａｄ／ｓ〕と時間ｔ ［ｓ］
の関係をめて について微分すると、 を得る。 この（５）式はｔ＝Ｑで角加速度ｄω／ｄｔが負の最大
値（ピーク値）ｌこなることを示している。 このことから、電動機が回転中に切削負荷（理想的には
矩形負荷）を受けた場合には切削開始直後に負の角加速
度の最大値を呈するものと考えられる。 しかして、この発明は、誘導電動機の負の加速度のピー
ク値もしくは負の角加速度のピーク値を検出して、その
ピーク値と別途すでに測定して得られた切削抵抗（トル
ク）値とを比較してピーク値に対する切削抵抗値の較正
線をめておいて、実際の切削負荷時間の極めて短い加工
時に、ピーク値を検出するだけで、直ちに較正線に基づ
いて作業性を上書することなくかつ電源電圧の変動や電
動機Ｇこよる動力伝達系の温度依存性の影響をうけるこ
となく、切削抵抗ヲインプロセスで測定できる切削抵抗
測定方法分提供することを目的とする。 したがって、この目的を達成するためにこの発明の切削
抵抗測定方法は、工具に動力を伝える誘導電動機に切削
負荷が加わった際、この誘導電動機のすべりによって生
ずる回転数の変化をパルス周波数で検出した後周波数／
電圧コンバータで電圧に変換し、かつその電圧を微分演
算して得られた誘導電動機の負の加速度のピーク値もし
くは負の角加速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値
との較正線を作成しておき、誘導電動機
て短い切削加工においてその作業性Ｐ阻害することなく
切削抵抗をインプロセス測定する切削抵抗測定方法に関
する。 切削加工が自動化されるに伴い、切削抵抗などの切削緒
特性のインプロセス測定が強く望まれている。殊の外、
切削抵抗は、切削諸現象と密接な関連を有しているため
に、切削抵抗のインプロセス測定は、重要な課題といえ
る。 従来、金属の切削加工における切削抵抗のインプロセス
測定は、電力計、圧電素子、刃物台の変位、静圧軸受等
に代表される試みが多く成されている。これらによる切
削抵抗の測定では、測定精度、工作物と工具の寸法なら
びに形状の変化しこ対する対応、さらには作業性の阻害
や剛性等の点で一長一短がある。 ところで、最近電動機のずベリを測定することにより切
削抵抗をめる方法が提案されているが、以下に述べる理
由により負荷時間が比較的長い切削加工などに限定され
る＼すなわち、誘導電動機は空運転時にはほぼ同期速度
に近い角速度で回転するが、負荷が作用するとすべりを
生じ、負荷と電動機のトルクとがつり合った点で回転す
る。この関係は第１図に図すようになり、図においてＯ
−Ａの範囲では近似的に直線関係が成立するとみなされ
ている。この関係に注目して電動機のすべりを検出する
ことによって負荷をめることができる。 ここで、空運転中の電動機に急激な矩形の負荷Ｗが作用
した場合の過渡的な角速度の変化を第２図に示す。同図
より負荷ＷとすベリＳの関係は、βを比例定数として次
式で示される。 Ｗ−βＳ−β・（ω。−０ｗ）／ω０・・・・・（１）
この式において無負荷時の角速度ω０が変化しないもの
とすれば、負荷時の角速度ωＷを測定することによって
負荷Ｗをめることは可能であるが、この測定方法は負荷
時間の比較的長い場合Ｇこ限定される。 すなわち、負荷Ｗに対応した角速度ωＷになるまで（ｔ
ｂ−ｔａ）なる時間の遅れを生じる（第２図の過渡的な
角速度の変化曲線Ｃを参照）。 それ故に、（ｔｂ−ｔａ）時間以下の短い負荷時間を有
する加工、たとえば旋削加工やフライス加工などの一般
の金属切削に比較して切削速度と工作物送り速度がほぼ
一桁高く、かつ負荷時間が極めて短い木材や他の特殊材
料の切削加工の場合には、上述した従来の測定方法を適
用して切削抵抗をめることはできない。 さらに、この従来の方法では、電源電圧の変動や、軸受
や電動機による動力伝達系の温度依存性によって（］）
式の比例定数βが変動することを補正しなければならな
い。 そこで、本発明者は、第２図の過渡的な角速度の変化曲
線Ｃが示す時間（ｔａ〜ｔｂ ）における角速度の減少
する現象しこ着目し、負荷時間の極めて短い切削加工Ｇ
こおいて切削抵抗が得られる測定方法を見出した。 すなわち、角速度の変化曲線Ｃに着目して、全回転体の
慣性モーメントをＪ、その負荷をＷとすれば、負荷Ｗは ｏＪ Ｗ＝−Ｊ□ ・・・・（２） ｔ （ただし、Ｊは慣性モーメント） と７：ｒす、ａ６Ｉ、、’ ｄ ｔ ＝−Ｗ／Ｊなる負
の角加速度を受けて角速度が低下するが、角速度の低下
によってずべりＳが生じると第１図で説明したような直
線関係によりαＳ（αは比例定数）なるトルクが電動機
Ｇこ生じて、このトルクによって電動機にαＳ／Ｊなる
正の角加速度が生じる。これら２つの角加速度によって
電動機内の角速度は、第２図の角速度の変化曲線Ｃのよ
うに低下する。 この時の角加速度ｄω／ｄｔは（＋）＋２）式より次式
で示される。 ｄω Ｗ αＳ ■−−了十丁 したがって、角速度ωＧこ到達するまでの時間りは、 から、 となる。 （４）式より角速度ω〔ｒａｄ／ｓ〕と時間ｔ ［ｓ］
の関係をめて について微分すると、 を得る。 この（５）式はｔ＝Ｑで角加速度ｄω／ｄｔが負の最大
値（ピーク値）ｌこなることを示している。 このことから、電動機が回転中に切削負荷（理想的には
矩形負荷）を受けた場合には切削開始直後に負の角加速
度の最大値を呈するものと考えられる。 しかして、この発明は、誘導電動機の負の加速度のピー
ク値もしくは負の角加速度のピーク値を検出して、その
ピーク値と別途すでに測定して得られた切削抵抗（トル
ク）値とを比較してピーク値に対する切削抵抗値の較正
線をめておいて、実際の切削負荷時間の極めて短い加工
時に、ピーク値を検出するだけで、直ちに較正線に基づ
いて作業性を上書することなくかつ電源電圧の変動や電
動機Ｇこよる動力伝達系の温度依存性の影響をうけるこ
となく、切削抵抗ヲインプロセスで測定できる切削抵抗
測定方法分提供することを目的とする。 したがって、この目的を達成するためにこの発明の切削
抵抗測定方法は、工具に動力を伝える誘導電動機に切削
負荷が加わった際、この誘導電動機のすべりによって生
ずる回転数の変化をパルス周波数で検出した後周波数／
電圧コンバータで電圧に変換し、かつその電圧を微分演
算して得られた誘導電動機の負の加速度のピーク値もし
くは負の角加速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値
との較正線を作成しておき、誘導電動機
【こ実際の切削
負荷が加わった際に前記負の加速度のピーク値もしくは
負の角加速度のピーク値を検出し、このピーク値Ｇこ対
応する切削抵抗値を前記較正線からめるようｔこしたこ
とを特徴とする。 以下、この発明の切削抵抗測定本性を具体化した一実施
例を図面に基づいて説明する。 第３図は、この発明の方法を実施するのに用いられる切
削抵抗測定装置の一例を示しており、図中１は主軸自動
昇降式の直立ボール盤である。 この直立ボール盤１の主軸２を昇降するためのプーリ２
ａと無段変速モータ３のプーリ３ａとの７間にはベルト
４（好ましくは歯付きベルト）が取付けられており、こ
の無段変速モータ３により主軸２を自動昇降できるよう
になっている。 また、直立ボール盤１には、主軸２の回転駆動用の誘導
電動機５（以下、電動機という）が付設されていて、こ
の電動機５の主軸５ａに装着されたベローズカップリン
グ５ｂと主軸２の従動プーリ２ｂとの間Ｇこけ、ベルト
６（好ましくは歯付きベルト）が取付けられている。さ
らＧこ、前記主軸２に取付けられたドリル７には、たと
えばストレートシャンクドリル（ｓｒ＜Ｈ９、Ｋ径ｒ＝
］０．ｏｍｍ・頂角θ＝ １１８°）が用いられている
。 一方、直立ボール盤１のテーブル８上には、ドリル７に
よりドリル切削を行なう際のドリル７の切削抵抗（トル
クＴ及び推力ＴＨ）を直接測定するための工具動力計９
が固定されており、この工具動力計９上Ｏこは固定ブロ
ック９ａを介して被削材としての木材片１０が装着され
ている。この木材片１０は、たとえば、マカンバ（学名
： Ｂｅｔｕｌａ Ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉａｎａ Ｒ
ｅｇｅｌ ）の気乾４′Ａの板目が用いられている（気
乾含水率・１１．３〜１３．１％、比重０．６８〜０７
１、平均年輪幅。 ＋、４．ｍｍ）。ここで、被削材として木材片を用いた
理由は、切削の際の切削負荷時間の極めて短い事例を容
易に得るためである。 上述した直立ボール盤］しこは、次に述べるドリル切削
の際に前記工具動力計９を介して切削抵抗を直接測定す
る直接測定系ＳＹ１と、前記電動機５の主軸５ａにベロ
ーズカップリング５ｂを介して取・Ｕけられた回転数の
計測器としてのロータリエンコーダ１１から出力される
出力パルス信号Ｓ１を分析する信号分析糸ＳＹ２と、前
記直接測定系ＳＹ、と信号分析系ＳＹ２から得られる各
データを時間軸を同じＧこして記録するたとエバペン書
きオシログラフ１２及びデータ再生用のデータレコーダ
１３とが付設されている。 詳細には、前記直接測定系ＳＹ、は、前記工具動力計９
とこの工具動力計９の出力を増巾する動歪計１４とで購
成されており、動歪計１４から得られるトルクＴ及び推
力ＴＨは前記ペン書きオシログラフＩ２及びデータレコ
ーダ１３に記録されるようになっている。 一方、信号分析系ＳＹ２は、たとえば一回転【こ３６０
パルスの出力パルス信号Ｓ、を発生し電動機５の回転数
の変化を検出する前記ロータリエンコーダ１１と、この
ロータリエンコーダ１１の出力パルス信号Ｓ１を電圧に
変換するＦＡコンバータ】５と、このＦ／Ｖコンバータ
】５の出力信号Ｓ２を測定に最適な信号に処理する電圧
シフト回路】６及びローパスフィルタ１７と、ローパス
フィルタ１７から得られる処理信号Ｓ３を微分演算する
微分回路１８とを有している。この微分回路１８から得
られる出力信号Ｓ、及び処理信号Ｓ３は、前記ペン書き
オシログラフ１２に記録されると共に、前記出力パルス
信号Ｓ１はデータレコーダ１３に記録されるようＯこな
っている。 前記Ｆ／Ｖコンバータ］５は、たとえば４０００ｒｐｍ
Ｇこおいて４００ｍＶの出力が発生するよ゛うになって
おり、Ｆ／Ｖ比は６０ Ｃｐｕｌｓｅ／Ｓ・ｍＶ ）
ｂコ設定されている。また、電圧シフト回路］６は、Ｆ
／Ｖコンバータ１５の出力信号Ｓ２が小さいので、ペン
書きオシログラフ１２の感度に合わせて記録させるため
に、たとえば電圧比で２０倍（２６ｄＢ）の利得をもた
せである１゜そして、電圧シフト回路１６を含めた糸の
Ｆ’／Ｖ比は、３．０４（ｐｕ １ ｓｅ／Ｓ−ｍＶ）
に設定されている。さらに、前記ローパスフィルタ］７
は、この実施例では、２次パターワークの３段型が用い
られ、このローパスフィルタ１７は、電動機５の回転数
の変化を表わす処理信号Ｓ３と後の微分回路】８の出力
信号Ｓ４を見やすくするため、（特に微分回路１８は周
波数依存性があり、この出力信号Ｓ、が見にくくなるの
を防ぐため）のものであり、そのしゃ新局波数はたとえ
ば５Ｔ（ｚに設定されている。 なオ、ロータリエンコーダ］ｌとＦ／Ｖコンバータ１５
の間には、オシレータ１９と周波数カウンタ２０が接続
されている。このオシレータ１９は、出力パルス信号Ｓ
、の校正信号を与えると共に、周波数カウンタ２ｏは出
力パルス信号Ｓ１のパルス数を確認のためにカウントす
るようになっている。 次に、上記構成の測定装置を用いた切削抵抗測定方法を
説明する。 電動機５０回転数は、たとえば実測値で１４９０ｒｐｍ
とすると、ロータリエンコーダ１１の出力パルス信号Ｓ
１のパルス数は８９４０（ｐｕｌｓｅ／Ｓ） トする。 ここで、直立ボール盤１の空運転時の電動機５の回転数
、換言すれは出力パルス信号ｓ１のパルス数は、できる
限り一宇であることが望ましいので、パルス数が一定と
なるまで電動機５を所定時間慣し運転する必要がある。 ′次に、木材片１０に対して、たとえば切込み量がＯ，
］Ｏｍｍ／ ｒｅｖ 、ドリル７の回転数］０００ｒｐ
ｍの条件で、穴深さ１５ｍｍだけドリル切削加工する場
合を考える。、（第３図参照） 木材片】０をドリル７による切削開始直後に’ｆｉ’Ｅ
動機５Ｇこ時間の極めて短い切削負荷が加わり電動機５
Ｇこすベリを生ずる。このすべりによる′１［Ｌ動機５
０回転数の減少を信号分析糸ＳＹ２のロークリエンコー
グ１１が検出し、出力パルス信号ＳＩのパルス数が下が
る。そして、出力パルス信号Ｓ１のパルス数をＦ／Ｖコ
ンバータ１５により周波数／電圧変換して出力信号Ｓ２
を出力する。 このＦ／Ｖフンバータ１５の出力信号Ｓ２は直流出力電
圧信号であり、かつ回転数の減少に伴う出力信号Ｓ２の
変化は、直流出力電圧信号に比べて非常に小さいので、
電圧シフト回路１６により７Ｍ、流出力電圧信号を電圧
シフトして下げたのち、ローパスフィルタ１７において
出力信号ｓ、、 （７） 高周波成分を除去して回転数
に対応する処理信号Ｓ、を出力する。この処理信号Ｓ３
の信号レベルは、第５１１こ示すように直接ベン書きオ
シログラフ１２に記録されると共に、微分回路１３に入
力されこの微分回路１３の出力信号Ｓ４もペン書きオシ
ログラフ１２に記録される。そこで、微分回路１８０人
力Ｖ［ｍＶ］とその出力■。（ｍＶ）の関係は、 Ｖｏ＝ Ｒｆ −Ｃｄ ｖ／ｄｔ −−−（６）である
ので、Ｒｆ−Ｃを較正した結果（たとえばＲｆ・Ｃ＝
０．０６８）を代入すると、 ｄＶ／ｄｔ ＝ ｖｏｌｏ、 ０６８ −・・・・（７
）トナル。ここで、上述したようにＦ／ＶコンバータＪ
５と電圧シフト回路】６とで成る系におけるＦ／Ｖ比が
３．０４であるので、パルスｉｆと入力Ｖ及びパルス数
ｆと角加速度ｄｑｄｔとの各関係は、それぞれ、 −ｄｆ／ｄｔ ＝ ３．０４ ｄＶ／ｄｔ ・・・・・
・・（８）ｄω／ｄｔ二２π／３６０・ｄｆ／ｄｔ・・
・・（９）となる。ここで負符号は負の加速度を表して
いる。 上の（８）、＋９１式に（７）式を代入して整理すると
次の（１０） 、（］Ｄ式になる。 −ｄ ｆ／ｄ ｔ ＝ ４４．７ ＶＯ［ｐｕｌｓｅ／
Ｓ２〕−・・（１０）−ｄω／ｄ ｔ ＝ ０．７８
ＶＯＣｒａｄ／Ｓ２］ ・四（］］）したがって、第５
図に示す微分回路］８の出力ＶＯから、パルスの負の加
速度（−ｄω／ｄｔ）と負の角加速度（−ｄω／ｄｔ）
が得られることになる。 ここでは、ロークリエンコーダＩＩで）ぐ１１７周波数
をめているために、（１０）式の方が直感的に理解しや
すい。そこで、以下では専ら負の加速度を用い、第７図
では減少加速度として扱う。 一方、ドリル７＆こよる切削開始により、直接測定系Ｓ
Ｙ、の工具動力計９より動歪計１４を介してペン書きオ
シログラフ１２に、第５図に示すように前記微分回路１
８の出力ＶＯ（負の加速度）と微分回路１８０人力■（
電動機回転数）Ｇこ同期してトルクＴ及び推力ＴＨが記
録される。 しかして、ドリル切削時の推力ＴＨ，トルクＴ、電動機
回転数及び微分回路１８の出力■０（負の加速度）を示
す第５図より、次のことが判る。 （］ 削開始時間ｔａ直後においてまず最初に変化する
のは推力ＴＨであり、急激に立上って短時間テ切削中の
平均推力に達している。次に、切削開始時間ｔ！１より
、やや遅れてトルクＴ１電動、機回転数及び微分回路］
８の出力ＶＯ（負の加速度）が変化を始める。図より、
負の加速度のビーり値Ｐｖｏが現れるのは、切削開始直
後すなわち回転数が変化し始める直後ではな（（ｔｂ−
ｔａ）秒後であり、実際には（５）式で示した理論値と
はややずれる。また、トルクＴの立上り曲線の第１ピー
クＴｐ（一定値になる肩の部分）の生ずる時間は、負の
加速度のピーク値ＰＶ０が生ずる時間ｔｂｃこ一致して
いる。 ここで、ドリル７の形状に着目すると、第３図で示した
ように切削開始直後から図中距離ｌで示す間は、ドリル
７の先端切刃全面が切削に関与しているわけではなく、
ドリル７の切込みｆｉｔ カＯ，］ Ｃｙｎｍ／ ｒｅ
ｖ ：］の時のドリル７の送り速度で距離ｌを割ると、
その全面切削に達するまでの所要時間と時間ｔｂとは一
致する。このことから、前記負の加速度のピーク値Ｐｖ
０は、ドリル７の先端切刃の全面が木材片１０の切削を
行なう全面切削を開始した時間（ｔｂ ）にほぼ発生す
るといえる。 以上のことを踏まえて、切込み’Ｉｔ ｄ Ｃｍｍ／
ｒ ｅ ｖ ）に対するトルクＴ［：Ｎ−ｃｍ）の関係
を第６図しこ示し、このトルクＴをその時に作用してｌ
／）る負の加速度（−ｄｆ／ｄＬ）で整理するとその較
正線Ｇま第７図のようになる。第７図から、トルりＴ（
切削抵抗値）と負の加速度（−ｄｆ／ａｔ）の関係は、
はぼ直線的Ｇこ対応している。したがって、負の加速度
（−ｄｆ／ｄｔ）を検出することｔこより、負荷時間の
極めて短い加工においても作業性を阻害することなくイ
ンプロセスで、作用しているトルクＴ（切削抵抗値）を
すでに作成した前記第７図の較正線を用いて測定するこ
とができる。この際、電源電圧の変動や軸受及び電動機
の温度変化などＧこよる電動機の回転数の変動に、本切
削抵抗測定方法は影響を受けることはなｌ／）。 なお、上述した実施例では、第７図に示すようＧこ横軸
に負の加速度（−ａｆ／ｄｔ）をとって較正線を作成し
たが、負の角加速間（−ｄω／ｄｔ）をとって負の角加
速度（−ａω／ｄｔ）と切削抵抗値（トルクＴ）とで較
正線を作成してもよい。 この場合も、（１０） （１１）式から容易Ｇこ理解で
きるように較正線はほぼ直線性を有する。また、木材片
をドリル切削した場合であったが、これに限ることなく
、切削負荷時間の短い加工においてこの発明の測定方法
を適用できることはいうまでもない。 以上説明したようにこの発明によれば、誘導電動機に切
削負荷が加わった際のすべり【こよって生ずる回転数の
変化をパルス周波数で検出した後周波数／電圧コンバー
タで電圧に変換し、かつその電圧を微分演算して得られ
た誘導電動機の負の加速度のピーク値もしくは負の角加
速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値と、の較正線
を作成しておき、誘導電動機Ｇこ実際の切削負荷が加わ
った際に前記負の加速度のピーク □値もしくは負の角
加速度のピーク値を検出し、このピーク値しこ対応する
切削抵抗値を前記較正線からめるようにしたので、負荷
時間の極めて短い加工をする時に、負の加速度を検出す
るだけで、較正線に基づいて作業性を阻害することなく
インプロセスで切削抵抗値を容易に測定できると共に、
電源電圧の変動や軸受及び電動機の温度変化などによる
電動機の回転速度の変動を受けずに正確な切削抵抗値が
得られる効果がある。
負荷が加わった際に前記負の加速度のピーク値もしくは
負の角加速度のピーク値を検出し、このピーク値Ｇこ対
応する切削抵抗値を前記較正線からめるようｔこしたこ
とを特徴とする。 以下、この発明の切削抵抗測定本性を具体化した一実施
例を図面に基づいて説明する。 第３図は、この発明の方法を実施するのに用いられる切
削抵抗測定装置の一例を示しており、図中１は主軸自動
昇降式の直立ボール盤である。 この直立ボール盤１の主軸２を昇降するためのプーリ２
ａと無段変速モータ３のプーリ３ａとの７間にはベルト
４（好ましくは歯付きベルト）が取付けられており、こ
の無段変速モータ３により主軸２を自動昇降できるよう
になっている。 また、直立ボール盤１には、主軸２の回転駆動用の誘導
電動機５（以下、電動機という）が付設されていて、こ
の電動機５の主軸５ａに装着されたベローズカップリン
グ５ｂと主軸２の従動プーリ２ｂとの間Ｇこけ、ベルト
６（好ましくは歯付きベルト）が取付けられている。さ
らＧこ、前記主軸２に取付けられたドリル７には、たと
えばストレートシャンクドリル（ｓｒ＜Ｈ９、Ｋ径ｒ＝
］０．ｏｍｍ・頂角θ＝ １１８°）が用いられている
。 一方、直立ボール盤１のテーブル８上には、ドリル７に
よりドリル切削を行なう際のドリル７の切削抵抗（トル
クＴ及び推力ＴＨ）を直接測定するための工具動力計９
が固定されており、この工具動力計９上Ｏこは固定ブロ
ック９ａを介して被削材としての木材片１０が装着され
ている。この木材片１０は、たとえば、マカンバ（学名
： Ｂｅｔｕｌａ Ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉａｎａ Ｒ
ｅｇｅｌ ）の気乾４′Ａの板目が用いられている（気
乾含水率・１１．３〜１３．１％、比重０．６８〜０７
１、平均年輪幅。 ＋、４．ｍｍ）。ここで、被削材として木材片を用いた
理由は、切削の際の切削負荷時間の極めて短い事例を容
易に得るためである。 上述した直立ボール盤］しこは、次に述べるドリル切削
の際に前記工具動力計９を介して切削抵抗を直接測定す
る直接測定系ＳＹ１と、前記電動機５の主軸５ａにベロ
ーズカップリング５ｂを介して取・Ｕけられた回転数の
計測器としてのロータリエンコーダ１１から出力される
出力パルス信号Ｓ１を分析する信号分析糸ＳＹ２と、前
記直接測定系ＳＹ、と信号分析系ＳＹ２から得られる各
データを時間軸を同じＧこして記録するたとエバペン書
きオシログラフ１２及びデータ再生用のデータレコーダ
１３とが付設されている。 詳細には、前記直接測定系ＳＹ、は、前記工具動力計９
とこの工具動力計９の出力を増巾する動歪計１４とで購
成されており、動歪計１４から得られるトルクＴ及び推
力ＴＨは前記ペン書きオシログラフＩ２及びデータレコ
ーダ１３に記録されるようになっている。 一方、信号分析系ＳＹ２は、たとえば一回転【こ３６０
パルスの出力パルス信号Ｓ、を発生し電動機５の回転数
の変化を検出する前記ロータリエンコーダ１１と、この
ロータリエンコーダ１１の出力パルス信号Ｓ１を電圧に
変換するＦＡコンバータ】５と、このＦ／Ｖコンバータ
】５の出力信号Ｓ２を測定に最適な信号に処理する電圧
シフト回路】６及びローパスフィルタ１７と、ローパス
フィルタ１７から得られる処理信号Ｓ３を微分演算する
微分回路１８とを有している。この微分回路１８から得
られる出力信号Ｓ、及び処理信号Ｓ３は、前記ペン書き
オシログラフ１２に記録されると共に、前記出力パルス
信号Ｓ１はデータレコーダ１３に記録されるようＯこな
っている。 前記Ｆ／Ｖコンバータ］５は、たとえば４０００ｒｐｍ
Ｇこおいて４００ｍＶの出力が発生するよ゛うになって
おり、Ｆ／Ｖ比は６０ Ｃｐｕｌｓｅ／Ｓ・ｍＶ ）
ｂコ設定されている。また、電圧シフト回路］６は、Ｆ
／Ｖコンバータ１５の出力信号Ｓ２が小さいので、ペン
書きオシログラフ１２の感度に合わせて記録させるため
に、たとえば電圧比で２０倍（２６ｄＢ）の利得をもた
せである１゜そして、電圧シフト回路１６を含めた糸の
Ｆ’／Ｖ比は、３．０４（ｐｕ １ ｓｅ／Ｓ−ｍＶ）
に設定されている。さらに、前記ローパスフィルタ］７
は、この実施例では、２次パターワークの３段型が用い
られ、このローパスフィルタ１７は、電動機５の回転数
の変化を表わす処理信号Ｓ３と後の微分回路】８の出力
信号Ｓ４を見やすくするため、（特に微分回路１８は周
波数依存性があり、この出力信号Ｓ、が見にくくなるの
を防ぐため）のものであり、そのしゃ新局波数はたとえ
ば５Ｔ（ｚに設定されている。 なオ、ロータリエンコーダ］ｌとＦ／Ｖコンバータ１５
の間には、オシレータ１９と周波数カウンタ２０が接続
されている。このオシレータ１９は、出力パルス信号Ｓ
、の校正信号を与えると共に、周波数カウンタ２ｏは出
力パルス信号Ｓ１のパルス数を確認のためにカウントす
るようになっている。 次に、上記構成の測定装置を用いた切削抵抗測定方法を
説明する。 電動機５０回転数は、たとえば実測値で１４９０ｒｐｍ
とすると、ロータリエンコーダ１１の出力パルス信号Ｓ
１のパルス数は８９４０（ｐｕｌｓｅ／Ｓ） トする。 ここで、直立ボール盤１の空運転時の電動機５の回転数
、換言すれは出力パルス信号ｓ１のパルス数は、できる
限り一宇であることが望ましいので、パルス数が一定と
なるまで電動機５を所定時間慣し運転する必要がある。 ′次に、木材片１０に対して、たとえば切込み量がＯ，
］Ｏｍｍ／ ｒｅｖ 、ドリル７の回転数］０００ｒｐ
ｍの条件で、穴深さ１５ｍｍだけドリル切削加工する場
合を考える。、（第３図参照） 木材片】０をドリル７による切削開始直後に’ｆｉ’Ｅ
動機５Ｇこ時間の極めて短い切削負荷が加わり電動機５
Ｇこすベリを生ずる。このすべりによる′１［Ｌ動機５
０回転数の減少を信号分析糸ＳＹ２のロークリエンコー
グ１１が検出し、出力パルス信号ＳＩのパルス数が下が
る。そして、出力パルス信号Ｓ１のパルス数をＦ／Ｖコ
ンバータ１５により周波数／電圧変換して出力信号Ｓ２
を出力する。 このＦ／Ｖフンバータ１５の出力信号Ｓ２は直流出力電
圧信号であり、かつ回転数の減少に伴う出力信号Ｓ２の
変化は、直流出力電圧信号に比べて非常に小さいので、
電圧シフト回路１６により７Ｍ、流出力電圧信号を電圧
シフトして下げたのち、ローパスフィルタ１７において
出力信号ｓ、、 （７） 高周波成分を除去して回転数
に対応する処理信号Ｓ、を出力する。この処理信号Ｓ３
の信号レベルは、第５１１こ示すように直接ベン書きオ
シログラフ１２に記録されると共に、微分回路１３に入
力されこの微分回路１３の出力信号Ｓ４もペン書きオシ
ログラフ１２に記録される。そこで、微分回路１８０人
力Ｖ［ｍＶ］とその出力■。（ｍＶ）の関係は、 Ｖｏ＝ Ｒｆ −Ｃｄ ｖ／ｄｔ −−−（６）である
ので、Ｒｆ−Ｃを較正した結果（たとえばＲｆ・Ｃ＝
０．０６８）を代入すると、 ｄＶ／ｄｔ ＝ ｖｏｌｏ、 ０６８ −・・・・（７
）トナル。ここで、上述したようにＦ／ＶコンバータＪ
５と電圧シフト回路】６とで成る系におけるＦ／Ｖ比が
３．０４であるので、パルスｉｆと入力Ｖ及びパルス数
ｆと角加速度ｄｑｄｔとの各関係は、それぞれ、 −ｄｆ／ｄｔ ＝ ３．０４ ｄＶ／ｄｔ ・・・・・
・・（８）ｄω／ｄｔ二２π／３６０・ｄｆ／ｄｔ・・
・・（９）となる。ここで負符号は負の加速度を表して
いる。 上の（８）、＋９１式に（７）式を代入して整理すると
次の（１０） 、（］Ｄ式になる。 −ｄ ｆ／ｄ ｔ ＝ ４４．７ ＶＯ［ｐｕｌｓｅ／
Ｓ２〕−・・（１０）−ｄω／ｄ ｔ ＝ ０．７８
ＶＯＣｒａｄ／Ｓ２］ ・四（］］）したがって、第５
図に示す微分回路］８の出力ＶＯから、パルスの負の加
速度（−ｄω／ｄｔ）と負の角加速度（−ｄω／ｄｔ）
が得られることになる。 ここでは、ロークリエンコーダＩＩで）ぐ１１７周波数
をめているために、（１０）式の方が直感的に理解しや
すい。そこで、以下では専ら負の加速度を用い、第７図
では減少加速度として扱う。 一方、ドリル７＆こよる切削開始により、直接測定系Ｓ
Ｙ、の工具動力計９より動歪計１４を介してペン書きオ
シログラフ１２に、第５図に示すように前記微分回路１
８の出力ＶＯ（負の加速度）と微分回路１８０人力■（
電動機回転数）Ｇこ同期してトルクＴ及び推力ＴＨが記
録される。 しかして、ドリル切削時の推力ＴＨ，トルクＴ、電動機
回転数及び微分回路１８の出力■０（負の加速度）を示
す第５図より、次のことが判る。 （］ 削開始時間ｔａ直後においてまず最初に変化する
のは推力ＴＨであり、急激に立上って短時間テ切削中の
平均推力に達している。次に、切削開始時間ｔ！１より
、やや遅れてトルクＴ１電動、機回転数及び微分回路］
８の出力ＶＯ（負の加速度）が変化を始める。図より、
負の加速度のビーり値Ｐｖｏが現れるのは、切削開始直
後すなわち回転数が変化し始める直後ではな（（ｔｂ−
ｔａ）秒後であり、実際には（５）式で示した理論値と
はややずれる。また、トルクＴの立上り曲線の第１ピー
クＴｐ（一定値になる肩の部分）の生ずる時間は、負の
加速度のピーク値ＰＶ０が生ずる時間ｔｂｃこ一致して
いる。 ここで、ドリル７の形状に着目すると、第３図で示した
ように切削開始直後から図中距離ｌで示す間は、ドリル
７の先端切刃全面が切削に関与しているわけではなく、
ドリル７の切込みｆｉｔ カＯ，］ Ｃｙｎｍ／ ｒｅ
ｖ ：］の時のドリル７の送り速度で距離ｌを割ると、
その全面切削に達するまでの所要時間と時間ｔｂとは一
致する。このことから、前記負の加速度のピーク値Ｐｖ
０は、ドリル７の先端切刃の全面が木材片１０の切削を
行なう全面切削を開始した時間（ｔｂ ）にほぼ発生す
るといえる。 以上のことを踏まえて、切込み’Ｉｔ ｄ Ｃｍｍ／
ｒ ｅ ｖ ）に対するトルクＴ［：Ｎ−ｃｍ）の関係
を第６図しこ示し、このトルクＴをその時に作用してｌ
／）る負の加速度（−ｄｆ／ｄＬ）で整理するとその較
正線Ｇま第７図のようになる。第７図から、トルりＴ（
切削抵抗値）と負の加速度（−ｄｆ／ａｔ）の関係は、
はぼ直線的Ｇこ対応している。したがって、負の加速度
（−ｄｆ／ｄｔ）を検出することｔこより、負荷時間の
極めて短い加工においても作業性を阻害することなくイ
ンプロセスで、作用しているトルクＴ（切削抵抗値）を
すでに作成した前記第７図の較正線を用いて測定するこ
とができる。この際、電源電圧の変動や軸受及び電動機
の温度変化などＧこよる電動機の回転数の変動に、本切
削抵抗測定方法は影響を受けることはなｌ／）。 なお、上述した実施例では、第７図に示すようＧこ横軸
に負の加速度（−ａｆ／ｄｔ）をとって較正線を作成し
たが、負の角加速間（−ｄω／ｄｔ）をとって負の角加
速度（−ａω／ｄｔ）と切削抵抗値（トルクＴ）とで較
正線を作成してもよい。 この場合も、（１０） （１１）式から容易Ｇこ理解で
きるように較正線はほぼ直線性を有する。また、木材片
をドリル切削した場合であったが、これに限ることなく
、切削負荷時間の短い加工においてこの発明の測定方法
を適用できることはいうまでもない。 以上説明したようにこの発明によれば、誘導電動機に切
削負荷が加わった際のすべり【こよって生ずる回転数の
変化をパルス周波数で検出した後周波数／電圧コンバー
タで電圧に変換し、かつその電圧を微分演算して得られ
た誘導電動機の負の加速度のピーク値もしくは負の角加
速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値と、の較正線
を作成しておき、誘導電動機Ｇこ実際の切削負荷が加わ
った際に前記負の加速度のピーク □値もしくは負の角
加速度のピーク値を検出し、このピーク値しこ対応する
切削抵抗値を前記較正線からめるようにしたので、負荷
時間の極めて短い加工をする時に、負の加速度を検出す
るだけで、較正線に基づいて作業性を阻害することなく
インプロセスで切削抵抗値を容易に測定できると共に、
電源電圧の変動や軸受及び電動機の温度変化などによる
電動機の回転速度の変動を受けずに正確な切削抵抗値が
得られる効果がある。
第１図は、電動機のすべりに対するトルク特性を示す図
、第２図は、電動機に矩形負荷を加えた場合の角床度の
変化を示す図、第３図は、この発明の方法を実施するの
Ｇこ用いられる切削抵抗測定装置を示す図、第４図は、
ドリルの先端部を示す図、第５図は、推力、トルク、回
転数、負の加速度を示す図、第６図は、切込み量に対す
るトルクの関係を示す図、第７図は、負の加Ｍ 度のピ
ーク値に対するトルク（切削抵抗値）ｌの関係を示す較
正線の図である。 １ 直立ボール盤、５・誘導電動機、７ ・工具として
のドリル、９ ・工具動力計、１０ 被削拐としての水
利片、１］・・ロータリエンコーダ、１８・微分回路、
ＳＹ、・・信号分析系、ＳＹ２・・直接測定系。 特許出願人 梅 津 二 部 代理人 弁理士 西 村 教 光
、第２図は、電動機に矩形負荷を加えた場合の角床度の
変化を示す図、第３図は、この発明の方法を実施するの
Ｇこ用いられる切削抵抗測定装置を示す図、第４図は、
ドリルの先端部を示す図、第５図は、推力、トルク、回
転数、負の加速度を示す図、第６図は、切込み量に対す
るトルクの関係を示す図、第７図は、負の加Ｍ 度のピ
ーク値に対するトルク（切削抵抗値）ｌの関係を示す較
正線の図である。 １ 直立ボール盤、５・誘導電動機、７ ・工具として
のドリル、９ ・工具動力計、１０ 被削拐としての水
利片、１］・・ロータリエンコーダ、１８・微分回路、
ＳＹ、・・信号分析系、ＳＹ２・・直接測定系。 特許出願人 梅 津 二 部 代理人 弁理士 西 村 教 光
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 工具に動力分伝える誘導電動機に切削負荷が加わった際
、この誘導電動機のすべりによって生ずる回転数の変化
をパルス周波数で検出した後局波＠／電圧コンバータで
電圧に変換し、かつその電圧を微分演算して得られた誘
導電動機の負の加速度のピーク値もしくは負の角加速度
のピーク値と、別途求めた切削抵抗値との較正線を作成
しておき、誘導電動機に実際の切削負荷が加わった際に
前記負の加速度のピーク値もしくは負の角加速度のピー
ク値を検出し、このピーク値【こ対応する切削抵抗値を
前記較正線からめるようにしたことを特徴とする切削抵
抗測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19761783A JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19761783A JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6090660A true JPS6090660A (ja) | 1985-05-21 |
| JPS6149070B2 JPS6149070B2 (ja) | 1986-10-27 |
Family
ID=16377452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19761783A Granted JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6090660A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61103761A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-22 | Osaka Kiko Co Ltd | 切削トルク測定装置 |
| CN108036813A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-05-15 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种电动机编码器接手打滑的自动检测方法 |
-
1983
- 1983-10-24 JP JP19761783A patent/JPS6090660A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61103761A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-22 | Osaka Kiko Co Ltd | 切削トルク測定装置 |
| JPH0155941B2 (ja) * | 1984-10-29 | 1989-11-28 | Osaka Kiko Co Ltd | |
| CN108036813A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-05-15 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种电动机编码器接手打滑的自动检测方法 |
| CN108036813B (zh) * | 2017-12-23 | 2020-04-21 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种电动机编码器接手打滑的自动检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6149070B2 (ja) | 1986-10-27 |
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