JPS63123654A - 振動防止装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分計〉 本発明は工作機械等の産業機械全般に適用される振動防
止装置に関する。

〈従来の技術と問題点〉 ビビリ振動が問題となる代表的な工作機械上しては第７
図に示すような立形のプラノミラや第８図に示すような
横形の中ぐリフライス盤がある。

第７図に示すプラノミラでテーブル１上の加工物２を切
削加工する場合、この加工物２の上面を加工するときに
は、切削工具３をラム４に直接装着し、必要に応じてラ
ム４を上下動させた水平面内のＸＹ移動により切削加工
を施す。また、同様に、加工物２の側面を加工するとき
には、アタッチメント自動巷説装置（図示せず）により
アタッチメント５をラム４に装着し、必要に応じてラム
４をＸＹ移動させた上下動によりこのアタッチメント５
に装着した切削工具３で切削加工を施す。

ここで、このような切削加工に際して共振によりビビリ
振動が発生して加工精度を低下させてしまう場合がある
。このビビリ振動は、加工物２−切削工具３−アタッチ
メント５−ラム４−サドル６−プリツジ７−コラム８−
へ、ド９−テーブル１−加工物２の如き閉ループをなす
構造物の振動特性に依るもので、切削特性を含めて数多
くの要因がある。この事情は第８図に示す中ぐりフライ
ス盤においても同様である。尚、第７図及び第８図中の
１０は主軸駆動モータ、１１は歯車箱、１２は送り駆動
モータ、１３はコラムペースである。

上記したビビリ振動の対策として、従来では、主軸回転
数、切込、送り速度等の切削条件の変更、工具の切刃形
状の変更、切刃間隔の非周期化、防振機能付アーバの採
用等がある。

しかしながら、上記の対策は場合によっては大変良好な
結果をもたらすが、所期の結果を得られない場合やこれ
によって新たな問題が生ずる場合も多い。例えば、切削
条件の変更が有効とされる場合にあっても、切削能率の
維持や工具寿命の確保等の諸制約により、切削条件を変
更できない場合がある。また、アンチバイブレーション
カッタの採用はビビリ振動防止に有効であるが、これは
高価であり、あらゆる加工に適用できるものではなく、
更には使用工具数の増加によるＡＴＣマガジン収容数の
増加を招いてＦＭＣ，ＦＭＳ化の障害となる等の問題を
生ずる。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、新たな
不具合を生ずることな（産業機械のビビリ振動を有効に
防止する振動防止装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明の振動防止装置は、外力の付加により振動系を構
成する部材に設けられた重錘と、前記重錘を前記部材上
で移動させる駆動機構と、前記駆動機構を作動させるこ
とにより前記部材の固有振動数を変化させて共振を防止
する制御装置とを備えたことを特徴とする。

く作　　　用〉 振動系を構成する部材、すなわち工作機械にあっては切
削工具を支持する部材に質量（重錘）を付加し、この質
量の位置を制御することにより該部材の固有振動数を変
化させて共振によるビビリ振動を防止する。

第７図に示したプラノミラの主軸頭廻りは第２図に示す
如くであり、この部分をモデル化すると巨視的にはほぼ
第３図（ａｌ又は（ｂｌに示す如く、回転中心Ｃの廻り
に質量ｍ、ｍ２を有してばね定数に／２のばねＳとダッ
シュポットＤとを配した振子と考えられるが、今着目し
ているのは固有振動数だけであるので、更にモデル化し
た第３図（ｅ）に示す振子と考えられろ。尚、質量ｍ１
は主軸駆動モータ１０、歯車箱１１等の質量に相当し、
質量ｍ２はアタッチメント５、切削工具３等の質量に相
当する。

上記第３図（ｅ）のモデルすなわち第４図に示すモデル
における振動方程式は、 であり、この方程式を解（とこの振動系の固有振動数は
、 ｒ、、　ｒ、はそれぞれｍｌ、ｍ、の中心Ｃからの距離
、ｇは重力加速度、θは振動角度、ＲはばねＳの変位量
、ｔは時間である。

ここで、第５図に示すように、上記振動系において中心
Ｃからｒ、の位置に質量）の重錘を符加すると、θは小
さいものとして振動方程式は、 （ＫＲ２−ｇ　（ｍ山＋ｍ３ｒ、−ｍ２ｒ、）　）θ＝
０であり、これを解いて固有振動数は、 すなわち、ｆ０’　＝　ｆ　　（ｍ、、　ｒ、、　ｍ２
．　ｒ、、　Ｋ　。

Ｒ，ｍ、、　ｒ３）であり、ｍ、、　ｒ３を変化させる
ことにより（、／をｆｏと異ならせることができる。

従って、重錘を回転中心Ｃから遠くに配すればその分振
動系の固有振動数を小さくすることができる。

ここで、従来からフライス盤等のビビリ振動の解析でよ
く利用されている手法により、横軸にＺ−Ｎ／ｆ０（こ
こに、Ｚは工具の切刃数、Ｎは工具の回転数、ｆｏは固
有振動数）、縦軸に切込みＴをとり、安定領域と不安定
領域を図示すると、第６図に実線で示す如（になる。第
６図中の斜線部がビビリ振動を発生する不安定領域であ
る。すなわち、第６図中のＰ点での切削ではビビリ振動
が発生するが、振動系に質量）を付加してその位置ｒ３
を変化させ、これによって固有振動数を変化させて同図
中点線で示すように領域を変化させれば、上記Ｐ点を安
定領域としてビビリ振動の発生を防止することができる
。尚、質量）を変化させても上記と同様な効果を得られ
る。

く実　施　例〉 本発明を第７図に示したプラノミラに適用した一実施例
を図面に基づいて説明する。尚、従来と同一部分には同
一符号を付しである。

第１図に示すように、切削工具３はアタッチメント５を
介してラム４の先端に装着されており、テーブル上の加
工物を切削する。まな、ラム４の他端には主軸駆動モー
タ１０と歯車箱１１が設けられ、主軸駆動モータ１０の
回転力を歯車箱１１を介して切削工具３に伝える。そし
て、切削送り、加工物との距離調整のために、ラム４は
サドル６に案内されて送り駆動装置（図示せず）により
図中矢印方向（Ｚ軸方向）に移動する。

ここで、ラム４のビビリ振動の原因に構造物の動剛性が
あるが、このラム４と切削工具３とが近く且つラム４の
長さ／断面積の比が大きい場合には特にビビリ振動が発
生し易い。

そこで、本実施例では加工作業中であってもラム４の固
有振動数を変化させて、ビビリ振動の発生を防止してい
る。

すなわち、切削工具３とは反対側のラム４の端部に該ラ
ム４の長手方向に延びるガイド１５を設け、このガイド
１５に主軸駆動モータ１０、歯車箱１１の合計重量に相
当する重量の重錘１６を摺動自在に設けている。そして
、ガイド１５には歯車箱１７を介して駆動モータ１８が
設けられ、駆動モータ１８により歯車箱１７を介して回
転駆動される送りねじ１９は重錘１６に螺合している。

これら、ガイド１５、歯車箱１７、駆動モータ１８、送
りねじ１９は駆動機構を構成してお咋、重！！１６をラ
ム４上でその長手方向に移動させることができる。また
、駆動モータ１８にはＮＣ装Ｗ１２０が接続されており
、このＮＧ装置２０にはラム４の先端部に設けた振動検
知センサ２１が接続されている。すなわち、上記駆動モ
ータ１８の作動はＮＣ装［！２０により制御され、予め
設定されたプログラム或いは振動検知センサ２１で検知
した振動信号からビビリ振動を最少化するアルゴリズム
により駆動モータ１８を作動させて重錘１６の位置を自
動的に制御する。

従って、上記構成の振動防止装置によれば、重錘１６の
位置を変えることにより切削作業中にあってもラム４の
固有振動数を変化させることができる。ラム４に外力（
切削反力等）が加わってもこのラム４の共振を防止する
ことができ、所期の加工精度を維持することができる。

〈発明の効果〉 本発明の振動防止装置によれば、産業機械のビビリ振動
を有効に防止することができる。

そして、切削条件等の運転条件を変更することなく、ビ
ビリ振動発生防止を直ちに実施できるため、高い運転能
率を維持することができる。更に、従来では重切削は重
量の大きい。

大型機械で行うという観念があったが、本発明の採用に
より比較的小型の機械によっても重切削が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表す構成図、第２図はプラ
ノミラの主軸頭廻りを表す構成図、第３図（ａ）　（ｂ
）　（ｃ）はそれぞれそのモデルの模式図、第４図及び
第５図はそれぞれモデルによる作用説明図、第６図は安
定領域と不安定領域とを表す状態図、第７図はプラノミ
ラの外ｗｉ斜視図、第８図は中ぐリフライス盤の外観斜
視図である。 図面中、 ４はラム、 １５はガイド、 １６は重錘、 １７は歯車箱、 １８は駆動モータ１ １９は送りねじ、 ２０はＮＣ装置、 ２１は振動検知センサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外力の付加により振動系を構成する部材に設けられた重
   錘と、前記重錘を前記部材上で移動させる駆動機構と、
   前記駆動機構を作動させることにより前記部材の固有振
   動数を変化させて共振を防止する制御装置とを備えたこ
   とを特徴とする振動防止装置。