JPS632643A - 切削装置 - 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】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は切削装置に関し、詳しくは切削状態を監視して
切削条件を補正する切削装置に関する。

［従来の技術］ 従来より切削状態を監視して切削を行なう切削装置が知
られている。例えば、切削トルクに応じて変化する主軸
駆動用モータの電流値あるいは切削スラスト力に応じて
変化する送り駆動用モータの電流値を検出して切削状態
を監視し、切削異常若しくは工具寿命等を判断する切削
装置が知られていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした従来の切削装置には以下の如き
問題点があった。即ち、 （１）　主軸駆動用モータまたは送り駆動用モータの電
流値の検出では、切削状態を間接的にしか監視できない
ので、工具状態（例えば工具の切れ味〉や被剛材（例え
ば被削材の硬度）の違いによる影響により正確な切削状
態の監視ができず、工具寿命の判断を正確に行なうこと
ができない場合もあった。

（２）　被削材が特に軟質材の場合に、主軸駆動用モー
タまたは送り駆動用モータの電流値の検出では電流値の
変化が少なく工具寿命を必ずしも正確に判断できない場
合もあった。

そこで本発明は上記の問題点を解決することを目的とし
、切削中の振動を検出して好適な切削を行なう切削装置
を提供することを目的としてなされた。

及哩五愚減 り問題点を解決するだめの手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解決するた
めの手段として次の構成をとった。即ら、第１図に例示
する如く、 被削材Ｗを切削する工具Ｍ１と、 該切削を設定された切削条件により行なう駆動手段Ｍ２
と、 を備えた切削装置において、 該切削により生じる（騒動を検出する振動検出手段Ｍ３
と、 該振動検出手段Ｍ３により検出された上記切削中の振動
と予め定めた目標振動とを比較する振動比較手段Ｍ４と
、 該１騒動比較手段Ｍ４による比較結果に基づき上記駆動
手段Ｍ２の上記設定された切削条件を補正する補正手段
Ｍ５と、 を備えたことを特徴とする切削装置の構成がそれである
。

ここで、駆動手段Ｍ２は、例えば工具Ｍ１を駆動して被
削材Ｗを切削するものでもよく、また被削材Ｗを駆動し
て工具Ｍ１により切削するものでもよい。

また、振動検出手段Ｍ３により検出する振動は、振動成
分であればよく、例えば、振動による加速度若しくは速
度あるいは変位でもよい。

更に、補正手段Ｍ５により補正する設定された切削条件
は、例えば、工具Ｍ１の回転数、工具Ｍ１の送り速度、
工具Ｍ１の切込みでもよく、あるいはこれらのうちの１
つでもよい。

［作用］ 上記構成を有する本発明の切削装置は、振動検出手段Ｍ
３により切削中の振動を検出し、振動比較手段Ｍ４によ
り上記検出した振動と予め定めた目標振動とを比較し、
補正手段Ｍ５により上記比較結果に基づき駆動手段Ｍ２
に設定された切削条件を補正し、駆動手段Ｍ２により上
記補正された切削条件で被削材Ｗを工具Ｍ１により切削
゛する。

［実施例コ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例である切削装置の概略構成図
である。この切削装置は、被削材であるエンジンのシリ
ンダヘッドＷ（アルミ製）を油圧シリンダ１により把持
する治具２、治具２に取付けられて治具２の振動を検出
する振動センサ４、シリンダヘッドＷに曲尺を加工する
ドリル６、ドリル６を主軸り゛−ボモータ８により回転
駆動する軸頭１０．軸頭１０を送りサーボモータ１２に
より送り駆動する送り装置１４から構成されている。

ここで振動センサ４は圧電素子を利用して加速度を測定
するアコースティックエミッションセンサ（以下、ＡＥ
センサと言う）である。尚、振動センサ４は治具２に取
付ける場合に限らず、軸頭１０に取付け、軸頭１０の振
動を検出してもよい。

この振動センサ４により検出された加速度の一例を第３
図に示す。この時の切削条件はドリル径４ｍｍ、回転数
２００Ｏｒｐｍ、送り速度１６０ｍｍ／ｍｉ　ｎである
。この第３図に示す加速度−２０ｄＢは０．１Ｇ（Ｇ＝
重力加速度）に相当し、実線Ａは適正な切削状態におけ
る加速度を示し、実線Ｂはドリル６が折損した後の加速
度を示す。

図示のごとく周波数２００ＫＨｚ以上においてその差が
顕著に現われる。本実施例では、ＡＥセンサ内に設けら
れたバンドパスフィルタと平滑器とにより、周波数２０
０ＫＨｚ近傍における加速度を検出し、振動の大小を判
断している。

次に本実施例の電気系統を第２図に示すブロック図を用
いて説明する。上記の各装置は電子制御回路１００によ
って駆動・制御されてシリンダヘッドＷの加工を行なう
。上記電子制御回路１００は第２図に示すように、周知
のＣＰｔＪｌｏｌ、Ｒ０Ｍ１０２．ＲＡＭ１０３．バッ
クアップＲＡＭ１０４を論理演算回路の中心として構成
され、外部と入出力を行なう入出力回路、ここではター
ミナル入出力回路１０５．レベル入力回路１０７゜駆動
出力回路１０８．モータ駆動出力回路１０９等をコモン
バス１１０を介して相互に接続して構成されている。

ＣＰＵｌ０Ｉは、ターミナル１０６により設定されるシ
リンダヘッドＷの切削条件、例えば主軸回転数、送り速
度等のデータをターミナル入出力回路１０５を介して、
−方、１辰勅センザ４からのレベル信号をレベル入力回
路１０７を介して、各々入力する。

一方、これらのプログラムや信号及びＲＯＭ１０２、Ｒ
ＡＭ１０３内のデータに基づいてＣＰｔＪｌｏｌは駆動
出力回路１０８を介して油圧シリンダ１に駆動信号を出
力し、モータ駆動出力回路１０９を介して主軸サーボモ
ータ８．送りサーボモータ１２を駆動する信号を出力し
て治具２．軸頭１０、送り装置１４の各装置を制御して
いる。

次に上述した制御回路１００において行なわれる処理に
ついて、第４図のフローチャート及び第５図のタイミン
グチャートに拠って説明する。

本切削装置は電源が投入された後、使用者により、ター
ミナル１０６から主軸回転数及び送り速度等の初期値の
設定をする操作が行なわれる。ここで初期値としては過
去の経験から切削条件としてほぼ妥当な値が選定される
。

操作が開始されると、本切削装置は下記のサイクルで作
動する。まず、治具２に投入されたシリンダヘッドＷを
油圧シリンダ１により固定し、主軸サーボモータ８によ
りドリル６が回転した軸頭１０を送りサーボモータ１２
により送り、穴加工を行なう。穴加工後、送りサーボモ
ータ１２を逆回転して軸頭１０を加工前の位置に戻し、
油圧シリンダ１によるシリンダヘッドＷの固定を開放す
る。開放したシリンダヘッドＷを取り出して本穴加工の
１サイクルを終了する。

上記１サイクル実行中に、振動センサ４により穴加工中
であることが検出されると、第４図に示す切削制御ルー
チンを伯の制御ルーチンと共に実行する。この切削制御
ルーチンは、新たな工具による加工開始時から工具寿命
となるまで、−膜内には本切削装置の数百ないし数千サ
イクルにわたって実行される。

まず、ステップ２００では、予め設定された主軸回転数
及び送り速度を読み込み、読み込んだ主軸回転数に従っ
てモータ駆動出力回路１０９を介して主軸１ノ゛−ボモ
ータ８を駆動すると共に、読み込んだ送り速度に従って
モータ駆動出力回路１０９を介して送りサーボモータ１
２を駆動する処理を行なう。従って、ドリル６が回転し
ながらシリンダヘッドＷに向って進み、穴加工を開始す
る。

続くステップ２１０ではレベル入力回路１０７を介して
振動センサ４により検出される切削中の振動と適正切削
時の所定振動領域として予め定めた目標振動域（第５図
に示す加速度ａないしｂの領域）とを比較する判断を行
なう。この切削中の振動が目標振動域内にある場合には
、適正な切削条件であるとしてステップ２２０へ進む。

上記振動が目標１辰動域より小さい場合には（第５図ｄ
１＞、軽負荷であるとしてステップ２３０へ進む。この
ステップ２３０では送りサーボモータ１２の回転数を増
加して送り速度を増加しく第５図ｆ１）、ドリル６の１
回転当りの送り僅を増加する処理を行なう（第５図ｄ２
＞。この送り速度の増加により切削時間が短縮される。

また、上記振動が目標振動域より大きいと（第５図ｄ３
）重負荷であるとしてステップ２４０へ進む。このステ
ップ２４０では送りサーボモータ１２の回転数を減らし
て送り速度を減少しく第５図ｆ２）、ドリル６の１回転
当りの送り量を減少する処理を行なう（第５図ｄ４）。

この送り速度の減少によりドリル６に加わる負荷が減少
し、ドリル６の寿命が延びる。

これらステップ２３０．２４０の処理を終了するとステ
ップ２２０へ進む。

このステップ２２０では、送り速度が予め定めた適正な
送り速度領域である所定範囲外か否かの判断を行なう。

この判断は送りサーボモータ１２に印加した電圧が予め
定めた範囲外であるか否かにより行なう。所定範囲外で
ないと判断するとステップ２１０ないし２４０の処理を
繰り返す。

このように本切削制御ルーチンでは、まず送り速度を優
先的に補正する処理を行ない、送り速度が所定範囲外と
なるまでステップ２１０ないし２４０の処理を繰り返し
実行して切削を継続する。

上記ステップ２２０において送り速度が所定範囲外であ
ると判断するとステップ２５０へ進む。

このステップ２５０では、上記ステップ２１０と同様に
切削中の振動が目標振動域が否かの判断を行なう。この
振動が目標振動域内にある場合には、適正な切削条件で
あるとしてステップ２６０へ進む。上記振動が目標振動
域より小さい場合はく第５図ｄ１）、軽負荷であるとし
てステップ２７０へ進む。このステップ２７０では主軸
サーボモータ８の回転数を所定数減少して（第５図ｒ１
）ドリル６の回転数を減少する処理を行なう（第５図ｄ
２＞。この処理によりドリル６の１回転当りの送り量を
増加し、適正な切削条件で穴加工を行なう。また、ステ
ップ２５０において振動が目標振動域より大ぎい場合は
（第５図ｄ３）、重負荷であるとしてステップ２８０へ
進む。このステップ２８０では主軸ザーボモータ８の回
転数を所定数増加して（第５図ｒ２＞ドリル６の回転数
を増加する処理を行なう（第５図６４）。この処理によ
りドリル６の１回転当りの送り間を減少し、ドリル６の
寿命を延ばす。これらステップ２７０，２８０の処理を
終了するとステップ２６０へ進む。

このステップ２６０ではドリル６の回転数が予め定めた
適正な回転数領域である所定範囲内が否かの判断を行な
う。この判断は主軸サーボモータ８に印加した電圧が予
め定めた範囲内でおるが否かにより行なう。所定範囲内
であると判断するとステップ２５０ないし２８０の処理
を繰り返ず。

以上のように送り速度を補正する処理を実行した後に、
回転数を補正する処理を行ない、回転数が所定範囲外と
なるまでステップ２５０ないし２８０の処理を繰り返し
実行して切削を継続する。

上記ステップ２６０において回転数が所定範囲内より大
きいと判断するとステップ２９０へ進む。

ステップ２９０では送り速度が所定範囲より大きいか否
かを判断する。即ち、送り速度が所定範囲より大きいと
送り速度を減少して振動を減らし、切削が継続できると
してステップ２１０ないし２８０の処理を繰り返す。ま
た、送り速度が所定範囲未満であると切削条件は限界に
達しているとしてステップ３００に進む。

このステップ３００ではステップフィードの処理を行な
い、続くステップ３１０では上記ステップ２１０及び２
５０と同様に振動が目標ｊ騒動域が否かを判断する。こ
の目標振動域をこえるまでステップフィードを繰り返し
、目標振動域をこえるとステップ３２０へ進む。このス
テップ３２０では異常表示の処理を行ない、ターミナル
１０６に予め設【プられた図示しない異常表示ランプを
点灯する。また、ステップ２６０において回転数が所定
範囲より小さいと判断、即らドリル６の選定・装着等を
誤ったために回転数が小さくなったと判断して使用者に
警告を発するのである。このステップ３２０の処理を終
了すると一旦本切削制御ルーチンを終了する。また、本
実施例では、臨界振動値（第５図に示す加速度Ｃ）を設
定し、図示しない制御ルーチンにより切削中に何らかの
原因で臨界振動値をこえた場合には、ただちに切削を中
断し、軸頭１０を切削前の位置に戻す（第５図ｄ５）構
成としている。これにより、工具折れを未然に防止する
ことができる。

尚、本実施例ではドリル加工の場合を説明したが、ポー
リング加工の場合には上記ステップ３００及び３１０の
処理を行なうことなく本切削制御ルーチンを実行すれば
よい。

更に、本実施例では、最初に送り速度を制御し送り速度
が限界に達した後に回転数を制御したが、逆に最初に回
転数を制御し回転数が限界に達した後に送り速度を制御
しても良い。あるいは、加速度、送り速度１回転数の３
次元マツプに従って、送り速度と回転数とを同時に制御
してもよい。

上記の如く、本実施例の切削装置は切削中の振動を振動
センサ４により検出し、この振動が目標振動域内となる
よう、最初に送り速度を制御し、送り速度が所定範囲外
となると、次に回転数を制御して切削を継続する。また
、送り速度及び回転数が共に所定範囲外となるとステッ
プフィードを目標振動域をこえるまで実行する。目標振
動域をこえると異常表示をし、切削を終了する。

このように本切削装置によると、振動が小さいときには
送り速度を増加して切削時間を短縮し、おるいは回転数
を減少して工具寿命を延長する。

また、振動が大きいときには送り速度を減少して工具寿
命を延長し、あるいは回転数を増加して工具寿命を延長
する。更に、送り速度及び回転数が限界に達したときに
はステップフィードによる切削を実行し、工具寿命を更
に延長する。従って、切削中の振動を目標振動域内とす
ることにより工具折れを防止し、目標振動域をこえたと
きには切削を終了して工具折れを未然に防止する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこの
ような実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得
ることは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように本発明の切削装置によると、切削中
の振動を目標振動となるよう切削条件を補正し、切削時
間の短縮と工具寿命の延長とを実現することができると
いう効果を奏する。また、工具折れを未然に防止すると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明の一実施例としての切削装置の概略構成図
、第３図は実施例における切削中の加速度と周波数との
関係を示すグラフ、第４図は実施例の制御回路において
行なわれる制御ル−チンの一例を示すフローチャート、
第５図は実施例における加速度の変化を示すタイミング
チャート、である。 Ｗ・・・シリンダヘッド ４・・・振動センサ １０・・・軸頭 １４・・・送り装置 １００・・・電子制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被削材を切削する工具と、 該切削を設定された切削条件により行なう駆動手段と、 を備えた切削装置において、 該切削により生じる振動を検出する振動検出手段と、 該振動検出手段により検出された上記切削中の振動と予
   め定めた目標振動とを比較する振動比較手段と、 該振動比較手段による比較結果に基づき上記駆動手段の
   上記設定された切削条件を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とする切削装置。