JPWO2013073436A1 - Machine tool cutting force detection device, cutting force detection method, machining abnormality detection method, and machining condition control system - Google Patents
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Abstract
5軸切削加工装置で切削する場合のように、被削材を傾斜、回転させながら移動して切削する加工状態において、工具と被削材との間に発生する切削力を正確に測定する方法を提供する。
力センサを組み込んだ加工テーブルまたは被削材固定治具に対して、加速度センサを取付け、テーブルの加速度値を計測して切削動作に伴う被削材と固定治具重量の慣性力の影響をキャンセルするように、切削力を算出する。計測による切削力と理論上の切削力の差分値より切削異常を検知するようにした。A method for accurately measuring a cutting force generated between a tool and a workpiece in a machining state in which the workpiece is moved while being tilted and rotated as in the case of cutting with a 5-axis machining apparatus. I will provide a.
An acceleration sensor is attached to a processing table or work material fixing jig with a built-in force sensor, and the acceleration value of the table is measured to cancel the influence of the inertia force of the work material and the fixing jig weight due to the cutting operation. The cutting force is calculated as follows. Cutting abnormality is detected from the difference between the measured cutting force and the theoretical cutting force.
Description
本発明は切削加工に用いる工作機械において、加工中に工具に加わる切削力を測定する装置、切削力検出方法、加工異常検出方法、および加工条件制御システムに関わり、特に5軸加工機による切削加工中に発生する工具摩耗やびびり振動などの異常を検知し、摩耗過大によるワーク損傷やびびりを抑制するための切削力検出装置、切削力検出方法、加工異常検出方法、および加工条件制御システムに関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring a cutting force applied to a tool during machining, a cutting force detection method, a machining abnormality detection method, and a machining condition control system in a machine tool used for machining, and in particular, machining by a 5-axis machining machine. Related to cutting force detection device, cutting force detection method, machining abnormality detection method, and machining condition control system for detecting abnormalities such as tool wear and chatter vibration occurring in the machine and suppressing workpiece damage and chatter due to excessive wear It is.
工作機械を用いたエンドミル加工は、金属部品をさまざまな形状に加工する手法として一般的な加工方法であり、回転工具に取り付けられた切刃を被削材に切り込み、材料を除去することで様々な形状に加工する。通常、切削加工は角材や丸棒材などから部品形状を削りだす工程が多く、複雑な形状を有する部品を加工する場合は除去量が多くなるため、切込量や送り速度、工具回転速度を大きくする等して、高能率化を図っている。ここで、近年の製品性能向上のため、切削加工対象となる部品にNi基合金や高硬度鋳鋼材などの高強度・難削材が適用される場合が多く、この様な材料では工具摩耗が著しく進行して切削不可となる理由から加工能率を低下させた切削条件に落とさざるを得ず、高能率化する上での問題となっている。また、加工形状も3次元曲面を有する複雑な形状が多くなってきており、5軸マシニングセンタのような多軸工作機械で加工するケースが多くなっており、先の問題に対する加工能率の向上が課題となっている。 End milling using machine tools is a general processing method for processing metal parts into various shapes, and various methods are available by cutting the cutting blade attached to the rotary tool into the work material and removing the material. To a simple shape. Usually, the cutting process involves many steps of cutting out the shape of a part from square bar or round bar, and the amount of removal increases when machining a part with a complex shape. Higher efficiency is achieved by increasing the size. Here, in order to improve product performance in recent years, high-strength and difficult-to-cut materials such as Ni-base alloys and high-hardness cast steel materials are often applied to parts to be machined. For the reason that cutting is impossible and cutting becomes impossible, the cutting conditions have to be lowered to reduce the machining efficiency, which is a problem in increasing the efficiency. In addition, the machining shape is increasingly complex with a 3D curved surface, and there are many cases where machining is performed with a multi-axis machine tool such as a 5-axis machining center. It has become.
このような材料・形状においては、切り込み量や回転軸の回転速度によっては、切込量や工具回転数を上げた際に、切刃にかかる力が大きくなるため、工具の振動や切刃の摩耗、折損等の加工トラブルが発生しやすい。加工トラブルが発生すると、加工部分の表面粗さが悪化したり、傷ついたりするため、材料を廃棄することとなり、コストの高い高強度材や工具などが破損となる上、廃棄コストがかかることとなり製造コスト上昇の課題となっている。そこで、工作機械の振動状態や加工状態をモニタリングし、異常が発生する直前に工作機械に指令を与えて加工条件を変更する手法や、加工を停止することができる加工制御システムを構築する技術が必要となっている。 In such materials and shapes, depending on the depth of cut and the rotational speed of the rotating shaft, the force applied to the cutting edge increases when the depth of cut and the number of rotations of the tool are increased. Processing troubles such as wear and breakage are likely to occur. When machining trouble occurs, the surface roughness of the machined part deteriorates or gets damaged, so the material is discarded, and high-strength materials and tools that are expensive are damaged and the disposal cost is increased. This is an issue of increasing manufacturing costs. Therefore, there is a technique to monitor the vibration state and machining state of the machine tool, give a command to the machine tool immediately before the abnormality occurs, change the machining condition, and build a machining control system that can stop the machining. It is necessary.
このような手段に関し、従来より様々な方式で切削中の負荷を計測し、切削の異常を検知する方法が提案されている。特許文献1や非特許文献1に示されているように、工具摩耗起因などによる切削異常の検知方法として、主軸回転に用いるモータの駆動電流値を測定することでモータ負荷を推定し、予め設定したしきい値と比較することによって異常を検知する方法が知られている。また特許文献2には、モータ負荷のしきい値の設定方法として、予め実験やシミュレーションによりモータ駆動電流値の変化パターンを把握しておき、この変化パターンから加工パス毎にしきい値を設定する方法が開示されている。また、特許文献3には、工作機械に振動センサ(加速度センサ)を取り付けて、切削中の振動を検知し、振動が低減するように工作機械の主軸回転数を制御する方法が示されている。
With respect to such means, conventionally, there have been proposed methods for detecting a cutting abnormality by measuring a load during cutting by various methods. As shown in
しかしながら、主軸回転に用いるモータの電流値を測定する方式では、切削工具の摩耗やびびり振動に対するモータ電流値変化の感度や周波数応答性が低いため、加工現象の異常を正確に検知することが難しい。また、工作機械に振動センサを取り付けて切削中の振動を検知する方式では、切削に伴なうびびり振動が発生してからのち異常検知するため、工具摩耗進捗による切削中に変化する異常を検知することができないという問題がある。また、刃先の微小欠損などによるワークへの損傷発生に対する検知も難しく、異常発生の予測の実現に課題がある。 However, in the method of measuring the current value of the motor used for spindle rotation, it is difficult to accurately detect abnormalities in the machining phenomenon because the sensitivity and frequency responsiveness of the motor current value change to the cutting tool wear and chatter vibration are low. . In addition, with the method of detecting vibration during cutting by attaching a vibration sensor to the machine tool, abnormalities that change during cutting due to the progress of tool wear are detected in order to detect abnormalities after chatter vibration associated with cutting occurs. There is a problem that you can not. In addition, it is difficult to detect the occurrence of damage to the workpiece due to a minute chipping of the blade edge, and there is a problem in realizing prediction of occurrence of abnormality.
上記の問題を解決するためには、被削材と工具とに加わる切削力を測定して異常を検知する方法が有効である。この場合、一般的には切削動力計と称される計測器を用いる。これは、力センサを組み込んだ治具に被削材を取付け、工具と被削材とに加わるX-Y-Z軸方向の力を計測するものである。切削動力計を用いた場合、被削材と工具とが接する力を直接測定することができるため、切削振動が異常に大きくなるびびり振動の検知は可能となる。また、工具摩耗の進行についても切削負荷の増大という現象でとらえることができる。また、微小チッピングなどの工具異常についても、切削力波形の変化より検出することが可能である。前述のとおり、切削動力計を用いて切削力を測定することが切削状態の異常を検知する上で有効な手段となるが、切削動力計を使用する上での前提として、水平方向または垂直方向に動力計を設置することが必要となる。例えばZ方向に切込みを与えるような縦型マシニングセンタの場合では、加工テーブル上に切削動力計を設置して被削材をその上に固定し、切削するのが一般的である。しかし、テーブルが傾斜、回転するような5軸切削加工装置で加工する場合、切削動力計が傾斜しながら移動するため、切削動力計と被削材の重量が慣性力となって作用し、切削動力計の計測値に加減されるため、切削力の測定が困難となる問題がある。 In order to solve the above problem, a method of detecting an abnormality by measuring the cutting force applied to the work material and the tool is effective. In this case, a measuring instrument generally called a cutting dynamometer is used. In this method, a work material is attached to a jig incorporating a force sensor, and the forces in the XYZ axial directions applied to the tool and the work material are measured. When the cutting dynamometer is used, the force of contact between the work material and the tool can be directly measured, so that chatter vibration in which cutting vibration becomes abnormally large can be detected. Further, the progress of tool wear can also be grasped by the phenomenon of increased cutting load. In addition, tool abnormalities such as minute chipping can be detected from changes in the cutting force waveform. As described above, measuring the cutting force using a cutting dynamometer is an effective means for detecting abnormalities in the cutting state, but the premise for using the cutting dynamometer is that the horizontal or vertical direction is used. It is necessary to install a dynamometer. For example, in the case of a vertical machining center that gives a cut in the Z direction, it is common to install a cutting dynamometer on a processing table, fix the work material on it, and perform cutting. However, when machining with a 5-axis cutting machine in which the table tilts and rotates, the cutting dynamometer moves while tilting, so the weight of the cutting dynamometer and the work material acts as an inertial force, and cutting There is a problem that it becomes difficult to measure the cutting force because it is adjusted to the measured value of the dynamometer.
本発明の目的は、5軸切削加工装置で切削する場合のように、被削材を傾斜、回転させながら移動して切削する加工状態において、工具と被削材との間に発生する切削力を正確に測定する方法を提供することにある。 The object of the present invention is a cutting force generated between a tool and a work material in a machining state in which the work material is moved while being tilted and rotated as in the case of cutting with a 5-axis cutting machine. The object is to provide a method for accurately measuring the above.
上記課題を解決するために本発明では、工作機械の加工中の切削力を検出する装置を、演算部と、記憶部と、入力部と、出力部と、および通信部とを備え、前記記憶部は、前記入力部より入力された被削材、および加工テーブルの重量を記憶し、前記演算部は、工作機械の加工テーブルの支持部に組み込まれた力センサの出力を前記通信部、または前記入力部を介して受け付けて、切削中の工具と被削材との間に加わる切削力を計測する力センサ計測部と、工作機械の加工テーブルに取り付けられた加速度センサの出力を前記通信部、または前記入力部を介して受け付けて、切削中の加工テーブルの移動時の加速度を計測する加速度計測部と、計測した加速度と、加工テーブルと被削材の重量から慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を慣性力によって補正して補正後の切削力を得る切削力変換部とを有し、前記出力部は、前記補正後の切削力を出力するように構成した。 In order to solve the above problems, in the present invention, an apparatus for detecting a cutting force during machining of a machine tool includes an arithmetic unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and a communication unit, The unit stores the work material input from the input unit and the weight of the machining table, and the calculation unit outputs the output of the force sensor incorporated in the support unit of the machining table of the machine tool, or the communication unit, A force sensor measuring unit that receives the input via the input unit and measures a cutting force applied between a tool being cut and a work material, and an output of an acceleration sensor attached to a processing table of a machine tool. Or an acceleration measurement unit that accepts via the input unit and measures acceleration during movement of the machining table during cutting, calculates the inertial force from the measured acceleration and the weight of the machining table and the work material, Measured by force sensor And a cutting force conversion unit to obtain the cutting force of the corrected by correcting the cutting force by the inertia force and the output unit, configured to output the cutting force of the corrected.
また、上記課題を解決するために本発明では、前記切削力検出装置を、前記記憶部は、更に、加工ツールパス上の所定間隔または所定の規則に配置した離散点の切削位置における加工理論上の切削力、および加工開始位置より各切削位置までの累積除去ボリュームを予めCAMにおいて計算した情報を入力して、記憶し、前記演算部は、力センサ、加速度センサの計測と同期して、切削座標値を工作機械またはNC制御装置より取得する切削座標値取得部を更に有し、前記切削力変換部は、前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における累積除去ボリュームを、前記記憶部に記憶してある該当切削位置の情報より算出して、前記被削材の重量を補正し、補正した被削材の重量に基づいて慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を慣性力によって補正して補正後の切削力を得るように構成した。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, the cutting force detection device, the storage unit is further in theory of machining at a cutting position of discrete points arranged at predetermined intervals or predetermined rules on a machining tool path. The cutting force and the cumulative removal volume from the machining start position to each cutting position are input and stored in advance, and the calculation unit cuts in synchronization with the measurement of the force sensor and the acceleration sensor. A cutting coordinate value acquisition unit that acquires a coordinate value from a machine tool or an NC control device is further included, and the cutting force conversion unit is configured to calculate the cumulative removal volume at a cutting position on a processing tool path corresponding to the cutting coordinate value, Calculate from the information of the corresponding cutting position stored in the storage unit, correct the weight of the work material, calculate the inertial force based on the corrected weight of the work material, and by the force sensor Configured to obtain the cutting force of the corrected and corrected by the inertial force measured by the cutting force.
また、上記課題を解決するために本発明では、前記切削力検出装置を、前記記憶部は、更に、理論計算上の切削力と、計測値より得られた切削力との差分より切削中の異常を判定するためのしきい値を予め記憶し、前記演算部は、前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における理論上の切削力を、前記記憶部に記憶してある該当切削位置の切削力情報より算出して、計測値より求められた前記補正後の切削力と比較する切削力比較部と、前記切削力比較部により算出された計測値より求められた切削力と理論上の切削力との差分値を、前記記憶部に記憶されている切削中の異常を判定するための前記しきい値と比較して、切削異常を検知する異常判定部とを更に有するように構成した。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, the cutting force detection device, the storage unit is further performing a cutting operation based on a difference between a theoretical calculation cutting force and a cutting force obtained from a measured value. A threshold value for determining abnormality is stored in advance, and the calculation unit stores the theoretical cutting force at the cutting position on the processing tool path corresponding to the cutting coordinate value in the storage unit. A cutting force comparison unit that is calculated from the cutting force information of the cutting position and is compared with the corrected cutting force obtained from the measurement value, and a cutting force that is obtained from the measurement value calculated by the cutting force comparison unit An abnormality determination unit that detects a cutting abnormality by comparing a difference value with a theoretical cutting force with the threshold value for determining an abnormality during cutting stored in the storage unit. Configured.
また、上記課題を解決するために本発明では、工作機械の加工の異常を検出する方法において、記憶装置に、被削材、および加工テーブルの重量、加工ツールパス上の切削位置における加工理論上の切削力、および加工開始位置より各切削位置までの累積除去ボリューム情報、および切削中の異常を判定するためのしきい値を記憶し、工作機械の加工テーブルの支持部に組み込まれた力センサの出力より、切削中の工具と被削材との間に加わる切削力を計測し、工作機械の加工テーブルに取り付けられた加速度センサの出力より、切削中の加工テーブルの移動時の加速度を計測し、前記力センサ、前記加速度センサの計測と同期して、切削座標値を工作機械またはNC制御装置より取得し、前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における累積除去ボリュームを算出して前記被削材の重量を補正し、補正した被削材の重量と前記加速度に基づいて慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を前記慣性力によって補正し、前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における理論上の切削力を、前記記憶装置に記憶してある該当切削位置の切削力情報より算出して、計測値より求められた前記補正後の切削力と比較し、前記計測値より求められた切削力と理論上の切削力との差分値を算出して、前記記憶部に記憶されている前記しきい値と比較して、切削異常を検知するようにした。 Further, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for detecting a machining abnormality of a machine tool according to a machining theory in a storage device, a weight of a work material and a machining table, and a cutting position on a machining tool path. The force sensor built in the support part of the machining table of the machine tool, which stores the cutting force, the accumulated removal volume information from the machining start position to each cutting position, and the threshold value for judging abnormality during cutting The cutting force applied between the tool being cut and the work material is measured from the output of, and the acceleration during movement of the work table being cut is measured from the output of the acceleration sensor attached to the work table of the machine tool. In synchronism with the measurement of the force sensor and the acceleration sensor, a cutting coordinate value is obtained from a machine tool or an NC control device, and cutting on a machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is performed. The cumulative removal volume in the setting is calculated to correct the weight of the work material, the inertial force is calculated based on the corrected work material weight and the acceleration, and the cutting force measured by the force sensor is used as the inertial force. The theoretical cutting force at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated from the cutting force information at the corresponding cutting position stored in the storage device, and is calculated from the measured value. Compared with the calculated cutting force after correction, the difference between the cutting force obtained from the measured value and the theoretical cutting force is calculated, and the threshold value stored in the storage unit In comparison, cutting abnormality was detected.
また、上記課題を解決するために本発明では、工作機械の加工中の加工条件を安定限界線の安定領域内でピーク位置の加工条件に収束させるシステムを、演算部と、記憶部と、入力部と、出力部と、および通信部とを備え、前記記憶部は、前記入力部、または前記通信部より入力された加工条件のオーバーライド量変化率とびびり指数との変換テーブルと、各種変数の初期値、および閾値を記憶し、前記演算部は、工作機械の加工テーブルに組み込まれた力センサ、加速度センサの出力値より算出した切削力を周波数と振幅の関係にフーリエ変換して、切削力振動振幅成分と工具振動振幅成分との比で表されるびびり指数を算出する手段と、前記算出したびびり指数により、前記記憶された変換テーブルを検索して、変換演算を行い該当するオーバーライド量変化率を求める手段と、前記求められたオーバーライド量変化率と、過去にびびり振動を発生したオーバーライド量上限値に従って、現在のオーバーライド量より新しいオーバーライド量に更新する手段と、前記新しいオーバーライド量に従って、対象とする加工条件を変更する手段と、前記通信部を介して、前記変更された加工条件をNC制御装置へ出力する手段とを備えて構成した。 In order to solve the above problems, the present invention provides a system for converging the machining conditions during machining of the machine tool to the machining conditions at the peak position within the stable region of the stability limit line, an arithmetic unit, a storage unit, and an input Unit, an output unit, and a communication unit, the storage unit is a conversion table of the change rate override amount and chatter index of the machining conditions input from the input unit or the communication unit, and various variables An initial value and a threshold value are stored, and the calculation unit Fourier-transforms a cutting force calculated from an output value of a force sensor and an acceleration sensor incorporated in a machining table of a machine tool into a relationship between a frequency and an amplitude to obtain a cutting force. A means for calculating a chatter index represented by a ratio between a vibration amplitude component and a tool vibration amplitude component, and the stored conversion table is searched using the calculated chatter index, and a conversion operation is performed. A means for obtaining a rate of change in barride amount, a means for updating the override amount to a newer override amount than the current override amount in accordance with the obtained override amount change rate and an override amount upper limit value in which chatter vibration has occurred in the past, and the new override amount Accordingly, there is provided a means for changing the target machining condition and a means for outputting the changed machining condition to the NC control device via the communication unit.
本発明によれば、5軸加工機で切削するように、被削材を固定したテーブルや被削材固定治具が回転、傾斜して高速に移動する切削状態においても、切削中の被削材と工具に加わる切削力を正確に測定することが可能となる。その結果、曲面切削加工などでの切削中のびびり振動、工具摩耗、欠損などの異常を検知することができるため、切削加工の高能率化とこれによる加工品の低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, even during a cutting state in which a table or work material fixing jig that is fixed with a work material rotates and tilts and moves at a high speed as if cutting with a 5-axis machine, It becomes possible to accurately measure the cutting force applied to the material and the tool. As a result, it is possible to detect abnormalities such as chatter vibration, tool wear, and chipping during cutting in curved cutting, etc., so that it is possible to improve the efficiency of cutting and reduce the cost of workpieces. it can.
以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. However, in the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted.
図1〜図3、図5〜図7を用いて第一の実施例を説明する。図2に本発明による被削材固定治具の構成を示す。なお、図2、図3の実施例では3軸制御の機械加工装置を例に説明するが、制御軸数や装置構成はこれに限られるものではない。被削材4は被削材固定治具1に固定され、被削材固定治具1は力センサ2が4箇所に組み込まれている。力センサ2は、ひずみゲージ (Strain gauge)を荷重測定用に構成したものである。
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS. FIG. 2 shows a configuration of a work material fixing jig according to the present invention. In the embodiment of FIGS. 2 and 3, a machining apparatus with three-axis control will be described as an example, but the number of control axes and the apparatus configuration are not limited to this. The
また、被削材固定治具1の一部には加速度センサ3が取り付けられている。加速度センサ3は、一般に、機械式、光学式、半導体式の3種類に分類され、本発明の適用に特に制限はないが、本実施例では、半導体式の3軸加速度センサーを使用して、X-Y-Z軸の3方向の加速度を1デバイスで測定する。
An
被削材4は図示していない切削工具のツールパス5の軌跡の繰り返しによって切削がなされる。このとき固定治具1は、図示していない工作機械によってX-Y方向の移動とともにθ1、θ2方向の回転移動がなされる。これらの動作における固定治具1の加減速の大きさを加速度センサ3によって計測する。加速度センサ3はX-Y-Z方向の加速度値が検出可能であり、それらの加速度値に基づき、工具を基準としたX,Y,Z方向に対し、被削材、固定治具重量による慣性力の大きさを算出可能である。
The
図3は、図2に示す固定治具1を工作機械10の加工テーブル16上に設置した構成図を示す。なお図3においては、3軸加工機を用いて説明しているが本発明はこれに限るものではなく4軸以上の多軸工作機械でも、固定治具1が設置できるかぎり同様な計測が可能である。図3において、工作機械10は、フレーム11と加工工具14、加工工具14を保持して回転させる主軸13、主軸13を移動させる主軸ステージ12、被削材4,被削材を保持して移動させるテーブル16、各ステージの駆動装置を移動せしめるためのNC制御装置17、テーブル16と固定治具1の間に取り付けて切削力を計測する切削力測定センサ2と、固定治具1に取り付けられて固定治具1の加速度値を計測する加速度センサ3と、NC制御装置17との通信と切削力測定センサ2、加速度センサ3の計測値より切削力を検出する切削力検出装置30で構成される。
FIG. 3 shows a configuration diagram in which the fixing
本発明の切削力検出装置30は、実施例1の場合には例えば図1に示す構成の一部の機能を使用して実現される。切削力検出装置30は、演算部40、記憶部50、入力部61、出力部62、通信部63を備える。演算部40は、力センサ計測部41、加速度計測部42、切削力変換部43、切削座標値取得部44、切削力比較部45、除去ボリューム算出部46、異常判定部47を有する。記憶部50は、被削材・テーブル重量記憶部51、切削力・加速度測定値記憶部52、切削座標値記憶部53、切削位置・加工条件記憶部54、異常検知しきい値記憶部55を有する。
切削力検出装置30の通信部63は、ネットワーク90を介して、工作機械10、NC制御装置17、3次元CAD80、および3次元CAM81と接続される。In the case of the first embodiment, the cutting
The
図3に戻り、工作機械10は、工具14を回転させて被削材4に切り込み、加工領域15を除去することによって、被削材4の形状を加工するものである。工具14が被削材4から受ける力により、切削力が発生する。X-Yテーブル16上に固定治具1が設置され、さらに固定治具1上に被削材4が固定されている。被削材4は工作機械10の主軸13にチャックされた切削工具14によって切削加工がなされる。このとき発生する切削力を固定治具1に組み込んだ力センサ2とこれに接続された力センサアンプ20の出力によって、切削力検出装置30の力センサ計測部41が計測する。また、固定治具1の側面には加速度センサ3が取り付けられており、加速度センサ3と加速度センサアンプ21の出力によって、切削力検出装置30の加速度計測部42が切削中の固定治具(テーブル)1と被削材に加わる加速度の大きさを計測する。
Returning to FIG. 3, the
前記力センサアンプ20の出力は、ネットワーク90、通信部63を介して、力センサ計測部41へ入力されるか、または入力部61を介して力センサ計測部41へ入力される。また、前記加速度センサアンプ21の出力は、同様に、ネットワーク90、通信部63を介して、加速度計測部42へ入力されるか、または入力部61を介して加速度計測部42へ入力される。
The output of the
力センサ計測部41が計測したX方向の切削力をfx、加速度計測部42が計測したX方向の加速度値:axを用い、被削材重量をm1、力センサ2によって支えられる固定治具1の重量をm2とすると、切削力変換部43は、例えばX方向の切削力:Fxを以下の式で算出する。
(数1)
Fx=fx−(m1+m2)×ax ……(数1)
同様な計算方式でFy、Fzを算出することで、慣性力の影響をキャンセルした正確な切削力の計測が可能となる。ここで、上記式のX,Y,Z方向はテーブルを基準とした値を示しており、工具基準のX,Y,Z方向に変換する際には、切削中のテーブル傾斜角を工作機械から取得することによって変換可能である。Fixing
(Equation 1)
Fx = fx− (m1 + m2) × ax (Equation 1)
By calculating Fy and Fz by a similar calculation method, it is possible to accurately measure the cutting force with the influence of inertia force canceled. Here, the X, Y, and Z directions in the above formula indicate values based on the table, and when converting to the tool-based X, Y, and Z directions, the table tilt angle during cutting is determined from the machine tool. It can be converted by obtaining.
つぎに、図4を用いて、本発明の第二の実施例について説明する。図4は、被削材4を固定する円テーブル(固定治具)100が旋回軸101によってX軸まわりに回転するトラニオンタイプのテーブルを有する工作機械の例を示している。工作機械10のフレーム11には主軸13が取り付けられ図示してない上下動機構および水平移動機構によりY方向とZ方向に移動可能となっている。主軸13の下部には工具14がチャック可能となっている。トラニオンタイプのテーブル101は図示していない水平移動機構によりX方向の移動が可能となっており、主軸13の上下動および水平移動機構と、テーブル101の水平移動機構、およびテーブル101の旋回移動によって被削材4を切削可能としている。円テーブル(固定治具)100の4箇所に力センサを内蔵させており、工具14による切削で発生する被削材4との切削力を検出可能である。また円テーブル100には加速度センサ3が取り付けられており、テーブル移動に伴なう加速度値を検出可能である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of a machine tool having a trunnion type table in which a circular table (fixing jig) 100 for fixing the
切削に伴なう工作機械10の軸移動によって円テーブル100に組み込んだ力センサ2には円テーブル100と被削材4の重量からなる慣性力が加算されることとなるが、このときの加速度値を加速度センサ3によって計測することにより、慣性力の値を算出することができ、工具14と被削材4との間に発生する切削力を正確に算出することが可能である。例えば図5において工具14と被削材4との間に発生する切削力Fx,Fzを算出する場合を考える。切削時に加速度センサ3からの出力値で、X方向にax、Z方向にazが得られたとする。このとき力センサの出力値でfx、fzが検出されたとすると、真の切削力Fx,Fzは下記の式で得られる。
(数2)
Fx=fx−(m1+m2)×ax ……(数2)
(数3)
Fz=fz−(m1+m2)×ay ……(数3)
ここで、m1は被削材4の重量、m2は円テーブル(固定治具)100の重量とする。
以上のようにして、切削力変換部43は、力センサ2と加速度センサ3の出力値より切削力を算出する。An inertial force consisting of the weight of the circular table 100 and the
(Equation 2)
Fx = fx− (m1 + m2) × ax (Equation 2)
(Equation 3)
Fz = fz− (m1 + m2) × ay (Equation 3)
Here, m1 is the weight of the
As described above, the cutting
図1の切削力検出装置30の被削材・テーブル重量記憶部51は、ユーザより切削開始前に入力部61を介して、被削材とテーブル(固定治具)の重量の入力を受付て、図6に示す記憶領域に記憶する。
The work material / table
切削力・加速度測定値記憶部52は、力センサによりテーブル(固定治具)上の被削材に発生した切削力を工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z方向の切削力で表して、図7(a)に示す記憶領域に記憶し、加速度センサの出力を加速度計測部42が計測して、工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z方向の加速度に変換して、図7(b)に示す記憶領域に記憶し、および切削力変換部43が力センサ2と加速度センサ3の出力値より慣性力の値を補正した切削力を算出して、工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z方向の切削力に変換して、図7(c)に示す記憶領域に記憶したものである。
The cutting force / acceleration measurement value storage unit 52 represents the cutting force generated on the work material on the table (fixed jig) by the force sensor as the cutting force in the X, Y, and Z directions based on the table of the machine tool. 7a, and the
切削座標値記憶部53は、切削座標値取得部44が切削加工中の工作機械10、またはNC制御装置17へ切削加工の位置を問い合わせて、例えば現在の工具14の中心軸上の代表位置を、工作機械の主軸、またはテーブルを基準としたX,Y,Z軸座標値で取得したデータを記憶する。
The cutting coordinate
切削位置・加工条件記憶部54は、3次元CAM81において、NCプログラムを作成する際に、ツールパス(C)上の複数の所要点の位置において、その位置で工具磨耗や欠損が発生していない初期状態の工具が切削動作を行っていると仮定した場合の理論上の切削力を計算して、および切削開始点よりその位置まで素材状態の被削材を加工した時の累積の除去ボリュームを計算したデータを、各所要点ごとに作成して、それらのデータを入力して図8に示すように記憶する。以下に記憶するデータの説明をする。
When the NC position is created in the 3D CAM 81, the cutting position / machining
3次元CAM81では、従来より3次元CAD80より入力した素材CADデータ110に対して加工領域111を定義して、その加工領域を選択した切削工具112を使用して、切削加工をするためのツールパス113を決定してから、NCプログラムを作成する。本発明では、その過程において、ツールパス113上に、例えば図10(c)に示すように、加工の開始点より工具半径r進めた点114を第1の切削位置として、その点より所定の間隔dだけ進めた点115を第2の切削位置、そして、ツールパス上に工具の進路に変化がある曲がり角点(または折り返し点)116がある場合には、工具半径rだけ手前の点117と、工具半径r進めた点118を第3、第4の切削位置と決めるといった規則によって、一連のツールパス上に離散的間隔で複数の切削位置を決める。そして、各切削位置で、選択した工具が工具磨耗や欠損が発生していない初期状態で切削動作を行っていると仮定した場合の理論上の切削力を計算する。および、切削開始点より各切削位置まで素材状態の被削材を加工した時の累積の除去ボリュームを計算する。
In the three-dimensional CAM 81, a tool path for performing cutting using a
3次元CAM81は、計算したNCプログラムはNC制御装置17へダウンロードして、および計算したツールパス上の各切削位置の理論上の切削力と累積除去ボリュームを切削力検出装置30へダウンロードする。切削力検出装置30は通信部63を介して入力を受付けて、切削位置・加工条件記憶部54へ記憶する。図8に示すように、一連のツールパス上の順番に、切削位置はCAM上のX,Y,Z軸座標値で例えばmm単位で表され、切削力はCAM上のX,Y,Z軸方向の成分で例えばN単位で表され、累積除去ボリュームは例えばm3単位で表される。The three-dimensional CAM 81 downloads the calculated NC program to the
図9はテーブルの重量と被削材の重量とを入力値とし、加工開始から切削力を検出し、取得した切削力より異常検知を行うまでの流れを示した図である。加工開始により、被削材4と工具14との間には切削力が発生する。この切削力に対し、図2に示した固定治具1、または図4に示した工作機械10の円テーブル100に組み込んだ力センサ2によって仮の切削力算出(1次)を実施する。同時に前記固定治具1または円テーブル100に取り付けた加速度センサ3により加速度値を検出し、入力情報であるテーブル重量、被削材重量より慣性力を算出する。そして、力センサの検出結果と加速度センサからの検出結果から得た切削力(1次)と慣性力の値から切削力を補正して算出する。これにより、工作機械のテーブルが移動している切削中においても正確な切削力を検出することができ、びびり振動や工具摩耗などの異常検知、判定に切削力を用いることができる。
FIG. 9 is a diagram showing a flow from detecting the cutting force from the start of machining to detecting an abnormality based on the acquired cutting force, with the table weight and the workpiece weight as input values. By starting machining, a cutting force is generated between the
図11は、入力情報としてテーブル(固定治具)重量と被削材重量に加えて、NCプログラム作成時にツールパス上の所定の間隔の切削位置情報とその位置における理論上の切削力と累積除去ボリュームの情報を予め作成して、それらの情報を記憶させたときの切削力の検出方法、および加工異常判定方法のフローチャートを示している。特に大物部品や削り代の大きな被削材を切削する場合には、切削進行に伴って被削材の重量が大きく変化する場合がある。本方式はこのような被削材を切削する場合において、より正確な切削力を得る方法を示している。 FIG. 11 shows the table (fixed jig) weight and the work material weight as input information, as well as the cutting position information at a predetermined interval on the tool path, the theoretical cutting force at that position, and cumulative removal at the time of NC program creation. The flowchart of the detection method of a cutting force when the information of a volume is produced beforehand and those information is memorize | stored, and the processing abnormality determination method are shown. In particular, when cutting a large material or a work material with a large machining allowance, the weight of the work material may change greatly as the cutting progresses. This method shows a method of obtaining a more accurate cutting force when cutting such a work material.
図11のステップS101において、力センサ値、加速度センサ値、および現在の切削座標値の取り込みの指示を同時に発する。この時点における力センサ、および加速度センサの出力値を例えばラッチ回路に記録する。また、同時に工作機械10またはNC制御装置17に現在の切削位置を問い合わせる。
In step S101 of FIG. 11, an instruction for taking in the force sensor value, the acceleration sensor value, and the current cutting coordinate value is issued simultaneously. The output values of the force sensor and the acceleration sensor at this time are recorded in, for example, a latch circuit. At the same time, the current cutting position is inquired to the
ステップS102において、力センサ計測部41が力センサの出力値より被削材4と工具14との間に発生する切削力(fx,fy,fz)を、例えば工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z座標系で算出する。
In step S102, the cutting force (fx, fy, fz) generated between the
ステップS103において、加速度計測部42が加速度センサの出力値より被削材4とテーブル(固定治具)100に加わった加速度(ax,ay,az)を、例えば工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z座標系で算出する。
In step S103, the acceleration (ax, ay, az) applied to the
ステップS104において、ステップS101で工作機械10またはNC制御装置17に問い合わせた現在の切削位置の回答を、通信部63を介して受け付けて、切削座標値として切削座標値記憶部53に格納する。
In step S104, the answer of the current cutting position inquired to the
ステップS105において、切削位置・加工条件記憶部54に格納された切削位置・加工条件データを前記切削座標値を検索キーとして、切削座標値がツールパス上のいずれの位置に在るかを調べて、切削座標値を挟む2つの切削位置のデータレコードを読み出す。そして、2つの切削位置を前記切削座標値がツールパスに沿って内挿する位置関係にあると仮定して、前記切削座標値の理論上の切削力(Ftx,Fty,Ftz)を、前記2つの切削位置の切削力の値を内挿法によって補間して算出する。また、前記切削座標値における累積除去ボリュームは、除去ボリューム算出部46が前記2つの切削位置の累積除去ボリュームの値を内挿法によって補間して算出する。なお、切削位置・加工条件データは、CAM上のX,Y,Z軸座標値で表されているので、切削座標値と同様の例えば工作機械のテーブルを基準としたX,Y,Z座標系の値に変換した後に上記の計算を実行する。
In step S105, the cutting position / processing condition data stored in the cutting position / processing
ステップS106において、被削材4が初期の重量m1から、前記切削座標値における切削位置まで切削加工されたことによって、その時点の被削材4の重量m3は、
(数4)
m3=m1−(切削座標値における累積除去ボリューム)×(被削材の材質の比重)
と補正して算出する。従って、円テーブル100と被削材4の重量に起因する慣性力を補正する。In step S106, when the
(Equation 4)
m3 = m1− (cumulative removal volume at cutting coordinate value) × (specific gravity of work material)
And corrected. Therefore, the inertial force due to the weight of the circular table 100 and the
ステップS107において、切削力変換部43が、力センサ2の出力によって算出された切削力(fx,fy,fz)を、前記切削座標値における加速度(ax,ay,az)により生じた慣性力を使用して補正して、前記切削座標値における切削力(Fmx,Fmy,Fmz)を次式のように算出する。
(数5)
Fmx=fx−(m3+m2)×ax
Fmy=fy−(m3+m2)×ay
Fmz=fz−(m3+m2)×az
続いて、ステップS108において、切削力比較部45が、計測から算出した前記切削力(Fmx,Fmy,Fmz)と予め切削理論より計算した切削力に基づいた前記切削座標値の理論上の切削力(Ftx,Fty,Ftz)とを比較する。ここで、比較する切削力の差分の大きさに対して、予め異常検知しきい値記憶部55に登録しておいた切削力しきい値を読み出して、異常判定部47にて比較判定して、切削異常を検知する。
ステップS109において、異常判定結果を出力部62へ出力する。ここで、切削異常の状態に応じて、異常判定部47は、通信部63を介して工作機械10、またはNC制御装置17へ非常停止の指示を発信することも可能である。In step S107, the cutting
(Equation 5)
Fmx = fx− (m3 + m2) × ax
Fmy = fy− (m3 + m2) × ay
Fmz = fz− (m3 + m2) × az
Subsequently, in step S108, the cutting
In step S109, the abnormality determination result is output to the
以上の切削力の異常判定処理は、切削加工が開始されて加工中は、任意の時点において実行することが可能である。例えば、所定の時間間隔ごとに起動を掛けて実行することが考えられる。
または、切削位置・加工条件記憶部54に予め3次元CAM81において計算されたツールパス上の離散的な切削位置の情報が格納されているが、加工中に切削座標値が記憶されている切削位置へ達した時に、力センサと加速度センサより計測値を取得して前記の計算を実行するならば、ステップS105の内挿法による補間計算を実行する必要がなくなり、計算精度も高くなる。ただし、予め計算した切削位置に限定されることになる。The cutting force abnormality determination process described above can be executed at an arbitrary point in time during the cutting process. For example, it is conceivable that the program is executed at predetermined time intervals.
Alternatively, the cutting position / processing
図12は、本発明の第三の実施例における加工装置(工作機械)10と加工制御PC(切削力検出装置)30とNC制御装置17の接続構成図を示す。NC制御装置17は、加工装置10を制御するものであり、加工機と機体配線により接続されている。NC制御装置17と加工制御PC30とは図示していない光ケーブルやLANケーブル90で接続されており、NC制御装置17への制御信号の入出力を可能としている。たとえば、NC制御装置17に出力されるX,Y,Z,A,C軸の座標値は加工制御PC30で参照可能である。
FIG. 12 shows a connection configuration diagram of the machining device (machine tool) 10, the machining control PC (cutting force detection device) 30, and the
図13は、加工制御PC30に実装された切削力検出・異常検知システムの接続機器構成を示している。加工制御PC30には、キーボードや画面タッチ式の入力装置61と、出力結果をユーザであるオペレータに認識せしめるLCDディスプレイなどの表示装置62と、NC制御装置17との制御信号の入出力用の通信I/F装置63と、CPU、メモリなどで構成される演算装置40、プログラム56やデータ57を記憶する記憶装置50を有する。
なお、本実施例では、加工制御PC30として汎用コンピュータ上に実装されて実現されている切削力検出・異常検知システムは、NC制御装置17上に実装されて実現される形態であってもよい。FIG. 13 shows a connected device configuration of the cutting force detection / abnormality detection system mounted on the
In the present embodiment, the cutting force detection / abnormality detection system implemented on the general-purpose computer as the
図14から図20を用いて、本実施例の切削力検出・異常検知システムのユーザであるオペレータが加工制御PC30にて入力する項目の詳細と、画面表示装置62にてオペレータに表示する項目の詳細を説明する。
14 to 20, details of items input by the operator who is the user of the cutting force detection / abnormality detection system of the present embodiment on the
図14は、加工を開始する前に加工制御PCに入力する項目の入力画面200の一例を示す概略図である。オペレータは加工に用いるNCプログラムを加工NCファイル欄201より指定して、読込ボタンを押下することにより3次元CAM81よりダウンロードして、プログラム領域56に記憶する。また、使用する工具情報を工具登録ファイル欄202より指定して、3次元CAM81よりダウンロードして、データ領域57に記憶する。および、前記NCプログラムの加工ツールパス上の所定間隔または所定の規則に配置した離散点の切削位置における加工理論上の切削力、および加工開始位置より各切削位置までの累積除去ボリュームを予め3次元CAM81に作成を指示して、切削位置に関連付けた切削理論上の切削力/加工状態算出情報ファイル欄203の読込ボタンを押下して、3次元CAM81よりダウンロードして、データ領域57に記憶する。さらに、保存するファイルは、それぞれ読み込みボタンを押すことで、任意の記憶装置に保存したファイルを登録することが可能である。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of an
図15は、ワーク情報の入力画面230の一例を示す概略図である。ワークの材質231、初期重量232と、ワークを加工装置10に固定するための治具重量233を各入力欄より入力する。ワークの材質については、あらかじめ登録された材種から選択することも可能である。ワーク初期重量と治具重量を記憶装置50に保存することで、図9の処理フローにおいて、加工進行にともなうワークの重量変化と加速度センサ値に基づく慣性力の算出に用いる。図14、図15に示した入力情報を記憶装置57に保存することで、図11に示したフローに基づく加工異常判定処理の開始が可能となる。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a work
本実施例の切削力検出・異常検知システムは、図11のフローチャートに示す加工異常判定処理の各ステップにおける、加工中の力センサ2値、加速度センサ3値の取得状態(S101)と、切削力の算出値(S102)、加速度の算出値(S103)と、被削材重量の変化値(S106)、および異常判定のグラフ表示(S108)および、異常判定結果(S109)に関する情報を、オペレータの指示入力に従って、表示装置62に表示するモニターモードを備えている。以下に、それらの出力画面表示例について説明する。
The cutting force detection / abnormality detection system of the present embodiment includes the acquisition state (S101) of the force sensor binary value and the acceleration sensor trivalue during machining in each step of the machining abnormality determination process shown in the flowchart of FIG. Information about the calculated value (S102), the calculated acceleration value (S103), the change value of the work material weight (S106), the graph display of the abnormality determination (S108), and the abnormality determination result (S109). A monitor mode for displaying on the
図16(a)は、加工中に、記憶装置50に保存された切削力波形を表示装置62に切削力出力画面204として出力した一例を示している。切削力出力画面204では、切削力波形206で示したX,Y、Z方向の切削力波形が、表示装置62に出力される。切削力表示画面204では、短時間での切削力波形を画面出力するためのボタン205が配置され、ユーザがボタン205を押下することによって、押下時より約60msの時間の力センサ2値が記録されて、切削力が算出されて切削力表示画面206が表示される。
また、図16(b)の切削力表示画面204の画面下のボタン208を選択・押下することにより、押下時より約60sの時間間隔の長い平均的な切削力表示画面207を出力させることができる。FIG. 16A shows an example in which the cutting force waveform stored in the
In addition, by selecting / pressing a
図17は、加工中に記憶装置50に保存された加速度センサ3値の情報より加速度を算出して、表示装置62に加速度出力画面209として出力した一例を示している。加速度出力画面209の、画面下加速度ボタン210をオペレータが選択・押下することにより、押下時より約60sの時間経過の加速度センサ値が記録され、加速度が算出されて、加速度の変化を画面209における加速度波形211にて示している。
FIG. 17 shows an example in which the acceleration is calculated from the information of the three values of the acceleration sensor stored in the
図18は、加工中のワークの重量の情報を表示装置62にワーク重量出力画面212として出力した一例を示している。ワーク重量出力画面212の画面下、重量ボタン213を選択・押下することにより、押下時より約60sの時間経過の間のワーク重量を計算して記憶装置50に記録して、ワーク重量変化214を示している。図17の加速度波形211と、図18のワーク重量変化の関係より、図11のS106で示した被削材重量変化を算出し、慣性力を計算する。
FIG. 18 shows an example in which information on the weight of the workpiece being processed is output to the
図19は、加工中に記憶装置57に保存された切削力を周波数と振幅の関係にフーリエ変換した切削力の振動成分を出力画面215として出力した一例を示している。本出力画面215では、画面下の切削力振動ボタン216をオペレータが選択・押下することにより、押下時の力センサ値と加速度センサ値の記録情報より切削力を周波数と振幅の関係にフーリエ変換した切削力の振動成分を、切削力振動画面217に出力させる。切削力振動画面において、切削周波数に応じた切削成分と、工具共振周波数成分に応じた工具振動成分が切削力振幅として出力される。
FIG. 19 shows an example in which the vibration component of the cutting force obtained by Fourier-transforming the cutting force stored in the
図20は、加工中のびびり振動を検出する際の情報を表示画面62に出力した一例を示している。画面218上の下側に配列されたびびり指数ボタン219を選択・押下することにより、例えば押下時より所定の時間経過の間のびびり振動の発生状態を、びびり指数のグラフにてびびり振動状態表示220を出力することができる。ここで、びびり指数は、図19の切削力振動表示画面217において切削力振動振幅成分241を、工具の振動振幅成分242で除した値である。びびり振動状態表示220では、加工時間と、図11のS108において算出する切削力の異常判定値の変化を示している。びびり振動状態表示220では、図8のデータテーブルに示すような、予め算出された理論上の切削力より算出したびびり指数値の上限を点線で示しており、これをしきい値として、力センサ値と加速度センサ値より算出した切削力から算出した値の変化値がしきい値を超えた場合に異常として、オペレータに異常を検知したことを表示装置62に出力する。以上の画面出力を、オペレータに認識せしめることで、加工時の異常発生を検知させることができる。この結果、オペレータは、加工装置(工作機械)10の送り、主軸13の回転速度、切込みを変化させるなどの対応でびびりを抑止することができる。また、工具摩耗、欠損なども検知することが可能である。
FIG. 20 shows an example in which information when detecting chatter vibration during machining is output to the
次に、図21〜図25に、上記異常検知・判定に関する詳細構成例として、異常を発生前に回避するための加工条件の算出・制御に関する手段を説明する。本発明の加工条件制御方法を用いて、加工装置(工作機械)10が稼働中に切削力などの加工条件を動的に制御する。 Next, FIGS. 21 to 25 will explain means relating to calculation / control of machining conditions for avoiding an abnormality before it occurs as a detailed configuration example related to the abnormality detection / determination. Using the machining condition control method of the present invention, machining conditions such as cutting force are dynamically controlled while the machining apparatus (machine tool) 10 is in operation.
工作機械10では、初期設定した加工条件(NCプログラムに反映)に対し、オーバーライド量を掛けることによって、加工条件を動的に制御することが可能である。オーバーライド量を掛けるパラメータとして、一般的には、主軸13の回転速度や工具14の送り速度があり、オーバーライド量を0〜200%の範囲で変更することが可能となっている。以下では、このようなオーバーライド量を変更することで加工条件を変更(制御)する構成例を説明するが、これに限らず、加工条件を直接的に変更する方式なども適用可能である。
In the
図21(a),(b)に、オーバーライド量変化率の設定方法について示す。上記びびり指数(閾値c1)から適用するオーバーライド量変化率(αとする)の変換グラフを示す。びびり指数(閾値c1)とは、びびり振動の発生を評価するパラメータの1つであり、切削力成分の計測値をFFT(高速フーリエ変換)にて周波数ごとの振幅強度を求め、切削周波数成分241と工具14の共振点付近のびびり振動周波数成分242との振幅比をとった値である。この比が大きいほど、びびり振動が発生しやすくなる。
FIGS. 21A and 21B show how to set the override amount change rate. A conversion graph of an override amount change rate (α) applied from the chatter index (threshold value c1) is shown. The chatter index (threshold value c1) is one of the parameters for evaluating the occurrence of chatter vibration. The measured strength value of the cutting force component is obtained by FFT (Fast Fourier Transform) to obtain the amplitude intensity for each frequency, and the
図21(a),(b)では、びびり指数に対応する判定用の閾値をc1とする。びびり指数の値がc1を超えたとき、びびり振動の発生と判断し、その値に応じて図示の変換グラフに従い、オーバーライド量変化率(α)を求めて、オーバーライド量を変更する(α値を掛ける)。びびり指数が閾値c1に達したときのオーバーライド量変化率(α)は100%となるようにしている。即ち現在のオーバーライド量に上記α値を乗算することにより、新しいオーバーライド量を得る。さらに、上記算出した新しいオーバーライド量を、加工条件の初期設定値と乗算することにより、加工条件を更新していく。 In FIGS. 21A and 21B, the threshold for determination corresponding to the chatter index is c1. When the chatter index value exceeds c1, it is determined that chatter vibration has occurred, and according to the value, the override amount change rate (α) is obtained according to the conversion graph shown in the figure, and the override amount is changed (the α value is changed). Multiply). The override amount change rate (α) when the chatter index reaches the threshold value c1 is set to 100%. That is, a new override amount is obtained by multiplying the current override amount by the α value. Further, the machining condition is updated by multiplying the calculated new override amount by the initial setting value of the machining condition.
例えば図21(a)では、オーバーライド量変化率(α)を階段状に変化させる例を示している。びびり指数の値が判定用の閾値c1を大きく超えるほど(c5,c6,c7等)、オーバーライド量変化率(α)の100%からの減少幅を大きくとり(p3,p2,p1等)、超える大きさが小さいときは100%−α値を小さくとる。これにより、速やかにびびり振動を(発生前の平常状態へ)収束させることができる。 For example, FIG. 21A shows an example in which the override amount change rate (α) is changed stepwise. As the chatter index value greatly exceeds the judgment threshold value c1 (c5, c6, c7, etc.), the amount of decrease from 100% of the override amount change rate (α) is increased (p3, p2, p1, etc.) and exceeded. When the size is small, the 100% -α value is taken small. Thereby, chatter vibration can be quickly converged (to a normal state before occurrence).
また、びびり指数の値が閾値c2よりも小さいときは、100%よりプラスのオーバーライド量変化率(α)を設定し、より加工効率を高める方向に制御する。このとき、びびり指数の値c1〜c2の間は、α=100%とすることにより、制御のチャタリングを防止することができる。100%よりプラスのオーバーライド量変化率(α)は、びびり指数の値がc2を大きく下回るほど100%より大きなプラス値を、c2に近いときには小さなプラス値をとるように設定する。 Further, when the chatter index value is smaller than the threshold value c2, an override amount change rate (α) that is more positive than 100% is set, and control is performed to further increase the machining efficiency. At this time, chattering of the control can be prevented by setting α = 100% between the chatter index values c1 and c2. The override amount change rate (α) that is more positive than 100% is set to take a positive value that is larger than 100% as the chatter index value is significantly lower than c2, and a small positive value that is close to c2.
図21(a)の例に限らず、例えば図21(b)のように、直線や曲線を用いることもできる。特に、Aのような曲線の場合、びびり指数の値がc1やc2に近いところではオーバーライド量変化率(α)が100%より変化幅は小さくなっており、制御のチャタリングをより防止する効果がある。 In addition to the example of FIG. 21A, for example, a straight line or a curved line can be used as shown in FIG. In particular, in the case of a curve such as A, the override amount change rate (α) is smaller than 100% when the chatter index value is close to c1 or c2, and the effect of preventing chattering of the control is further reduced. is there.
また、図22には、一般的な切削加工条件での安定限界線図を示す。図21(a)のオーバーライド量変化率(α)のステップ幅(ST)を設定する方法について説明する。
図22で、Aで示す安定限界線より下の領域は、びびり振動が発生しない安定条件(安定領域)を示し、安定限界線より上の領域は、びびり振動が発生して不安定な加工となる不安定条件(不安定領域)を示す。横軸は工具回転数(min-1)(工具14の軸14a周りの回転数)、縦軸は軸切込量(kとする)(被削材4に工具14(軸14a)を切り込む量)を示す。PWは周期の幅である。Aの安定限界線は、図示のように周期的にピーク値をとり、そのピーク位置(pとする)は次式、
(数6) p=60・f0/(N・n)
で表される。ここで、f0は工具14の固有振動数、Nはチップの枚数とする。nは1以上の整数をとる。FIG. 22 shows a stability limit diagram under general cutting conditions. A method for setting the step width (ST) of the override amount change rate (α) in FIG.
In FIG. 22, the region below the stability limit line indicated by A indicates a stable condition (stable region) in which chatter vibration does not occur, and the region above the stability limit line indicates that unstable vibration occurs due to chatter vibration. The unstable condition (unstable region) is as follows. The horizontal axis is the number of rotations of the tool (min −1 ) (the number of rotations of the
(Equation 6) p = 60 · f 0 / (N · n)
It is represented by Here, f 0 is the natural frequency of the
加工能率を上げる方法の一つとして、軸切込量(k)を大きくして単位時間あたりの除去量を大きくする方法が有効である。びびり振動を発生させないで軸切込量(k)を大きくするためには、Aの安定限界線の安定領域内でピーク位置の加工条件を使用することが有効である。例えばfの点である。したがって、初期加工条件の導出の際には、前述のシミュレーション等を用いて、図22のようなピーク位置(p)の値を算出し、初期加工条件を導出することができる。 As one method of increasing the machining efficiency, a method of increasing the amount of removal per unit time by increasing the shaft cutting amount (k) is effective. In order to increase the shaft cut amount (k) without generating chatter vibration, it is effective to use the machining conditions at the peak position within the stability region of the stability limit line of A. For example, point f. Therefore, when the initial machining conditions are derived, the initial machining conditions can be derived by calculating the value of the peak position (p) as shown in FIG. 22 using the above-described simulation or the like.
しかしながら、工具14や被削材4の材料特性や形状寸法の誤差などにより、Aの安定限界線には誤差が含まれるため、必ずしも導出された条件が最適であるとは限らない。そこで、前述の図21で示した方式を用いて、加工条件を安定限界線(A)のピーク位置へ誘導する。例えばfの点を上方のピーク位置の点へ近付ける。このとき、例えば図21(a)のオーバーライド量変化率(α)のステップ幅STは、図22の幅PWの数分の一(例えば1/5以下)程度であることが望ましい。
However, because the error is included in the stability limit line of A due to errors in the material properties and shape dimensions of the
また、図23に、びびり振動が発生してしまった場合にそのびびり振動が発生したオーバーライド量を再度使用しないために、オーバーライド量の上限(上限値)を決定(設定)する方法について示す。図23は、図21(a)を用いてオーバーライド量変化率(α)を決定した場合におけるオーバーライド量(Vとする)の変化例を表している。初期加工条件で切削加工を開始し、時間0〜T3までは、びびり振動が発生していないと判定されたため、オーバーライド量変化率(α)は100%よりプラスとなり、オーバーライド量(V)が増加していく。オーバーライド量(V)が増加することにより、びびり振動が発生しやすい条件となり、びびり指数の値が判定用閾値(図21のc1)を超えたところ(時点T3)で、びびり振動発生と判定される。このときのオーバーライド量(V)であるv3を記憶しておく。このようにびびり振動発生と判定されると、びびり振動を抑制するためオーバーライド量(V)を減少させる。一定時間経過後、びびり振動が再発していなければ、またオーバーライド量(V)を増加させていくが、上記びびり振動が発生したとき(T3)に記憶しておいたオーバーライド量v3よりも小さい値(例えばv3の90%の値)を上限値としておく。これにより、一度びびり振動を発生させた条件を再度使用しないようにすることで、安定した加工を実現できる。
FIG. 23 shows a method for determining (setting) the upper limit (upper limit value) of the override amount so that the override amount where the chatter vibration has occurred is not used again when chatter vibration has occurred. FIG. 23 shows an example of a change in the override amount (V) when the override amount change rate (α) is determined using FIG. Cutting was started under the initial machining conditions, and it was determined that chatter vibration did not occur from
また図23では、時点T4(オーバーライド量v4)で再度びびり振動を検出したとする。そのため、びびり振動を検出したオーバーライド量をそのv4として記憶し直し(更新)、同様に、びびり振動を抑制するようにオーバーライド量(V)を減少させる。一定時間経過後、びびり振動が再発していなければ、再度オーバーライド量(V)を増加させる。例えば時点T5でv4の90%の値(v5)に達したため、オーバーライド量の増加を停止させる。 In FIG. 23, it is assumed that chatter vibration is detected again at time T4 (override amount v4). Therefore, the override amount in which chatter vibration is detected is re-stored as v4 (update), and similarly, the override amount (V) is decreased so as to suppress chatter vibration. If chatter vibration does not recur after a certain period of time, the override amount (V) is increased again. For example, since the value of 90% of v4 (v5) is reached at time T5, the increase in the override amount is stopped.
次に、図24に、図21(a)、図23にて説明した加工条件を動的に制御するアルゴリズムを示す。 Next, FIG. 24 shows an algorithm for dynamically controlling the machining conditions described with reference to FIGS.
ステップS301において、初期値を設定する。オーバーライド量(V)とオーバーライド量変化率(ここではδとする)の初期値を100とし、オーバーライド量の上限値(VCとする)を、オーバーライド量が取り得る最大値(max)とし、時刻の変数Tcに初期値t0を設定する。
ステップS302において、びびり指数を測定する指示を待ち、指示を確認したら、次のステップS303へ進む。In step S301, an initial value is set. The initial value of the override amount (V) and the override amount change rate (here, δ) is set to 100, the upper limit value of the override amount (VC) is set to the maximum value (max) that the override amount can take, and the time An initial value t 0 is set in the variable Tc.
In step S302, the process waits for an instruction to measure the chatter index. If the instruction is confirmed, the process proceeds to the next step S303.
ステップS303において、びびり指数の値(ここではHとする)を算出する。
ステップS304において、上記びびり指数の値Hが所定の判定用閾値c1以上である場合(H≧c1)、びびり振動が発生していると判定する。そして、以下、図21(a)に示す階段状のオーバーライド量変化率(α=δ)の設定条件をびびり指数値Hの大きさに応じて分岐するフローによってα=δ値を確定する。例えばH<c5の場合はδ=p4、H<c6の場合はδ=p3、H<c7の場合はδ=p2、それ以外はδ=p1、となる。In step S303, a chatter index value (here, H) is calculated.
In step S304, when the chatter index value H is equal to or greater than a predetermined determination threshold c1 (H ≧ c1), it is determined that chatter vibration has occurred. Then, the α = δ value is determined by the flow that branches the setting condition of the stepwise override amount change rate (α = δ) shown in FIG. 21A according to the magnitude of the chatter index value H. For example, δ = p4 when H <c5, δ = p3 when H <c6, δ = p2 when H <c7, and δ = p1 otherwise.
ステップS305において、上記オーバーライド量変化率(δ)の確定後、現在のオーバーライド量(V)を、オーバーライド量上限値(VC)に代入して新たな上限値とする。
更に、ステップS306において、現時点の時刻(t)をTcに記憶する。
次に、ステップS307において、現在のオーバーライド量(V)とオーバーライド量変化率(δ)を乗算することにより、新しいオーバーライド量(V)を算出する。
ステップS308において、当該新しいオーバーライド量(V)を記憶する。記憶された新オーバーライド量(V)は、新しい加工条件を算出するために用いられる。In step S305, after the override amount change rate (δ) is determined, the current override amount (V) is substituted into the override amount upper limit value (VC) to obtain a new upper limit value.
In step S306, the current time (t) is stored in Tc.
Next, in step S307, a new override amount (V) is calculated by multiplying the current override amount (V) by the override amount change rate (δ).
In step S308, the new override amount (V) is stored. The stored new override amount (V) is used to calculate new machining conditions.
ステップS309において、現在の加工条件に新しいオーバーライド量(V)を乗算することにより、新しい加工条件を算出して、加工装置(工作機械)10の加工条件を変更する。この処理は、例えば図12に示すように、加工制御PC30とNC制御装置17が別々の装置として構成される場合には、加工制御PC30において新しい加工条件を算出して、通信ケーブル90を介して、算出した新しい加工条件をNC制御装置17へ送信して、加工装置(工作機械)10の制御に使用する。
In step S309, the new machining condition is calculated by multiplying the current machining condition by the new override amount (V), and the machining condition of the machining apparatus (machine tool) 10 is changed. For example, as shown in FIG. 12, when the
ステップS310において、前記びびり指数の値Hがc1未満であった場合(H<c1)、例えばH>c2の場合はδ=100%とする。H<c2の場合、びびり振動が発生していないと判断して、現在時刻(t)と前記記憶されたTcとの差(t−Tc)が所定値(ここではT1とする)以上であるか判定する。これは、びびり振動が最後に発生した時刻からの経過時間を判定するものであり、所定値T1以上の時間が経過した場合、びびり振動が抑制されたと判定するものである。 In step S310, if the chatter index value H is less than c1 (H <c1), for example, if H> c2, δ = 100%. If H <c2, it is determined that chatter vibration has not occurred, and the difference (t−Tc) between the current time (t) and the stored Tc is equal to or greater than a predetermined value (here, T1). To determine. This is to determine the elapsed time from the time when chatter vibration last occurred, and to determine that chatter vibration has been suppressed when a time equal to or greater than a predetermined value T1 has elapsed.
ステップS311において、上記びびり振動が抑制されたと判定された場合、図21(a)に示す階段状のオーバーライド量変化率(α)の設定条件をびびり指数の値Hの大きさに応じて分岐するフローで値を確定する。例えばH>c3の場合はδ=p5、H>c4の場合はδ=p6、それ以外はδ=p7となる。 If it is determined in step S311 that the chatter vibration has been suppressed, the setting condition of the stepwise override amount change rate (α) shown in FIG. 21A is branched according to the magnitude of the chatter index value H. Confirm the value in the flow. For example, δ = p5 when H> c3, δ = p6 when H> c4, and δ = p7 otherwise.
ステップS312において、新しいオーバーライド量V=V*δ/100が、オーバーライド量上限値(VC)の90%より超えるかを判定して、超えなければステップS307へ処理を移し、超えるならば、新しいオーバーライド量Vにオーバーライド量上限値(VC)の90%を代入して(ステップS313)、処理をステップS308へ移す。 In step S312, it is determined whether or not the new override amount V = V * δ / 100 exceeds 90% of the override amount upper limit value (VC). If not, the process proceeds to step S307. 90% of the override amount upper limit value (VC) is substituted for the amount V (step S313), and the process proceeds to step S308.
ステップS314において、加工条件の更新処理を終了させる指示があれば処理を終了し、終了させる指示が無ければ、再びステップS302へ処理を移し、以上を繰り返し実行する。 In step S314, if there is an instruction to end the processing condition update process, the process is ended. If there is no instruction to end, the process proceeds to step S302 again, and the above is repeated.
また図25には、図21(b)、図23に説明した加工条件を動的に制御するアルゴリズムを示す。図24でのオーバーライド量変化率(δ)を求めるステップ(S304,S311)が、図25では、びびり指数(H)の関数{f(H),g(H)}となっている。 FIG. 25 shows an algorithm for dynamically controlling the machining conditions described in FIG. 21 (b) and FIG. The step (S304, S311) for obtaining the override amount change rate (δ) in FIG. 24 is the function {f (H), g (H)} of the chatter index (H) in FIG.
ステップS304において、例えばびびり指数の値Hがc1以上の場合、びびり振動が発生していると判断して、関数f(H)を用いてδ値を決める。
ステップS311において、びびり指数の値Hがc2以下の場合には、びびり振動に対して余裕があると判断して、関数g(H)を用いてδ値を決める。びびり指数の値Hがc1より小さくc2以上の場合は、チャタリング防止のため、δ=100%とする。In step S304, for example, when the chatter index value H is equal to or greater than c1, it is determined that chatter vibration has occurred, and the δ value is determined using the function f (H).
In step S311, if the chatter index value H is less than or equal to c2, it is determined that there is room for chatter vibration, and the δ value is determined using the function g (H). When the chatter index value H is smaller than c1 and equal to or larger than c2, δ = 100% is set to prevent chattering.
加工制御PC30において、以上のような処理(アルゴリズム)を実行して、例えば加工中に、所定の時間間隔の頻度でびびり指数測定指示を発行して、新しいオーバーライド量Vを更新して、NC制御装置17へ加工条件を変更する指示を出力する運用が考えられる。また、必要に応じて、本処理(アルゴリズム)の実行頻度を高めることが適切である。本発明の処理により、加工条件によらず、一定の閾値で、びびり振動の発生を判定できるため、適切に閾値を設定することができ、これにより異常検知の精度が向上する。また、びびり振動が発生する直前の加工条件で安定的で高能率な切削加工が実現できる。
The
以上説明したように、本実施の形態によれば、5軸加工機(工作機械10)で曲面形状の被削材4を固定した加工テーブル1(被削材固定治具)が回転・傾斜して移動するような切削加工の状態においても、加工面での被削材4と工具14に加わる切削力(成分)を正確に測定(検出)できる。その結果、曲面切削加工などでの切削中におけるびびり振動や工具摩耗過大や欠損などの異常をその発生前に検知することができ、加工条件を好適に制御することができる。従って、切削加工の高能率化とこれによる加工品の低コスト化などを実現できる。
As described above, according to the present embodiment, the processing table 1 (workpiece fixing jig) on which the
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは勿論である。 The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment of the invention, and changes are made without departing from the scope of the invention. Of course, it is possible.
1・・・被削材固定治具、2・・・力センサ、3・・・加速度センサ、4・・・被削材、5・・・ツールパス、10・・・工作機械、11・・・フレーム、12・・・主軸テーブル、13・・・主軸、14・・・切削工具、14a・・・切削工具の中心軸、
15・・・加工領域、16・・・テーブル、17・・・NC制御装置、
20・・・力センサアンプ部、21・・・加速度センサアンプ、30・・・加工制御PC、
40・・・演算部、41・・・力センサ計測部、42・・・加速度計測部、
43・・・切削力変換部、44・・・切削座標値取得部、45・・・切削力比較部、
46・・・除去ボリューム算出部、47・・・異常判定部、50・・・記憶部、
51・・・被削材・テーブル重量記憶部、52・・・切削力・加速度測定値記憶部、
53・・・切削座標値記憶部、54・・・切削位置・加工条件記憶部、
55・・・異常検知しきい値記憶部、56・・・プログラム、57・・・データ、
61・・・入力部、62・・・出力部、63・・・通信部、80・・・3次元CAD、
81・・・3次元CAM、90・・・ネットワーク、100・・・円テーブル、
101・・・トラニオンテーブル、107・・・切削位置・加工条件記憶部、
108・・・切削力計算値記憶部、109・・・切削力しきい値記憶部、
110・・・素材CADデータ、111・・・加工領域、112・・・切削工具、
113・・・ツールパス、114,115,117,118・・・切削位置、
116・・・ツールパス上の進路に変化がある曲がり角点(または折り返し点)
200・・・入力画面、201・・・加工に用いるNCファイル、202・・・工具情報のファイル、203・・・切削力/加工状態算出情報ファイル、204・・・切削力出力画面、205・・・短時間での切削力波形を画面出力するためのボタン、206・・・切削力波形、207・・・平均的な切削力表示画面、208・・・平均的な切削力表示ボタン、209・・・加速度出力画面、210・・・加速度波形表示ボタン、211・・・加速度波形、212・・・ワーク重量出力画面、213・・・重量変化表示ボタン、
214・・・ワーク重量変化、215・・・切削力の振動成分出力画面、216・・・切削力振動表示ボタン、217・・・切削力振動画面、218・・・加工中のびびり振動表示画面、219・・・びびり指数ボタン、220・・・びびり振動状態表示、
230・・・ワーク情報の入力画面、231・・・ワークの材質、232・・・ワーク初期重量、233・・・治具重量、241・・・切削力振動振幅成分、242・・・工具の振動振幅成分。DESCRIPTION OF
15 ... Processing area, 16 ... Table, 17 ... NC control device,
20 ... Force sensor amplifier unit, 21 ... Acceleration sensor amplifier, 30 ... Machining control PC,
40 ... calculation unit, 41 ... force sensor measurement unit, 42 ... acceleration measurement unit,
43 ... cutting force conversion unit, 44 ... cutting coordinate value acquisition unit, 45 ... cutting force comparison unit,
46 ... removal volume calculation unit, 47 ... abnormality determination unit, 50 ... storage unit,
51 ... Work material / table weight storage unit, 52 ... Cutting force / acceleration measurement value storage unit,
53 ... cutting coordinate value storage unit, 54 ... cutting position / processing condition storage unit,
55... Abnormality detection threshold value storage unit, 56... Program, 57.
61 ... Input unit, 62 ... Output unit, 63 ... Communication unit, 80 ... 3D CAD,
81 ... 3D CAM, 90 ... network, 100 ... circular table,
101 ... trunnion table, 107 ... cutting position / processing condition storage unit,
108 ... cutting force calculation value storage unit, 109 ... cutting force threshold value storage unit,
110: Material CAD data, 111: Processing area, 112: Cutting tool,
113 ... Tool path, 114, 115, 117, 118 ... Cutting position,
116... Corner point (or turning point) where there is a change in the course on the tool path
200... Input screen, 201... NC file used for machining, 202... Tool information file, 203... Cutting force / machining state calculation information file, 204. .. Button for outputting a cutting force waveform in a short time on the screen, 206... Cutting force waveform, 207... Average cutting force display screen, 208... Average cutting force display button, 209 ... acceleration output screen, 210 ... acceleration waveform display button, 211 ... acceleration waveform, 212 ... work weight output screen, 213 ... weight change display button,
214 ... Change in workpiece weight, 215 ... Cutting force vibration component output screen, 216 ... Cutting force vibration display button, 217 ... Cutting force vibration screen, 218 ... Chatter vibration display screen during
230 ... Work information input screen, 231 ... Work material, 232 ... Work initial weight, 233 ... Jig weight, 241 ... Cutting force vibration amplitude component, 242 ... Tool Vibration amplitude component.
Claims (14)
演算部と、記憶部と、入力部と、出力部と、および通信部とを備え、
前記記憶部は、前記入力部より入力された被削材、および加工テーブルの重量を記憶し、
前記演算部は、
工作機械の加工テーブルの支持部に組み込まれた力センサの出力を前記通信部、または前記入力部を介して受け付けて、切削中の工具と被削材との間に加わる切削力を計測する力センサ計測部と、
工作機械の加工テーブルに取り付けられた加速度センサの出力を前記通信部、または前記入力部を介して受け付けて、切削中の加工テーブルの移動時の加速度を計測する加速度計測部と、
計測した加速度と、加工テーブルと被削材の重量から慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を慣性力によって補正して補正後の切削力を得る切削力変換部とを有し、
前記出力部は、前記補正後の切削力を出力する
ことを特徴とする切削力検出装置。An apparatus for detecting a cutting force during machining of a machine tool,
A calculation unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and a communication unit;
The storage unit stores the work material input from the input unit, and the weight of the processing table,
The computing unit is
A force that receives the output of the force sensor incorporated in the support part of the machining table of the machine tool via the communication part or the input part, and measures the cutting force applied between the tool being cut and the work material A sensor measurement unit;
An acceleration measuring unit that receives an output of an acceleration sensor attached to a processing table of a machine tool via the communication unit or the input unit, and measures an acceleration when the processing table is moving during cutting; and
A cutting force conversion unit that calculates the inertial force from the measured acceleration and the weight of the work table and the work material, and corrects the cutting force measured by the force sensor with the inertial force to obtain the corrected cutting force. And
The output unit outputs the corrected cutting force, the cutting force detection device.
前記演算部は、
力センサ、加速度センサの計測と同期して、切削座標値を工作機械またはNC制御装置より取得する切削座標値取得部を更に有し、
前記切削力変換部は、前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における累積除去ボリュームを、前記記憶部に記憶してある該当切削位置の情報より算出して、前記被削材の重量を補正し、補正した被削材の重量に基づいて慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を慣性力によって補正して補正後の切削力を得る
ことを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。The storage unit further preliminarily stores a CAM cutting force at a cutting position of discrete points arranged at a predetermined interval or a predetermined rule on the processing tool path, and a cumulative removal volume from the processing start position to each cutting position in advance. Enter and store the information calculated in
The computing unit is
A cutting coordinate value acquisition unit for acquiring a cutting coordinate value from the machine tool or the NC control device in synchronization with the measurement of the force sensor and the acceleration sensor;
The cutting force conversion unit calculates a cumulative removal volume at a cutting position on a processing tool path corresponding to the cutting coordinate value from information on a corresponding cutting position stored in the storage unit, and The weight is corrected, an inertial force is calculated based on the corrected weight of the work material, and the cutting force measured by the force sensor is corrected by the inertial force to obtain a corrected cutting force. Item 2. The cutting force detection device according to Item 1.
前記演算部は、
前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における理論上の切削力を、前記記憶部に記憶してある該当切削位置の切削力情報より算出して、計測値より求められた前記補正後の切削力と比較する切削力比較部と、
前記切削力比較部により算出された計測値より求められた切削力と理論上の切削力との差分値を、前記記憶部に記憶されている切削中の異常を判定するための前記しきい値と比較して、切削異常を検知する異常判定部とを更に有する
ことを特徴とする請求項2に記載の切削力検出装置。The storage unit further stores in advance a threshold value for determining abnormality during cutting from a difference between a cutting force in theoretical calculation and a cutting force obtained from a measured value,
The computing unit is
The theoretical cutting force at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated from the cutting force information at the corresponding cutting position stored in the storage unit, and the correction obtained from the measurement value Cutting force comparison part to compare with the subsequent cutting force,
The difference value between the cutting force obtained from the measured value calculated by the cutting force comparison unit and the theoretical cutting force is stored in the storage unit, and the threshold value for determining an abnormality during cutting. The cutting force detection device according to claim 2, further comprising: an abnormality determination unit that detects cutting abnormality as compared with the above.
前記演算部は、オペレータが前記入力部により各ファイルの読込みを指示入力することに応じて、前記通信部を介して3次元CAMに該当ファイルの作成、ダウンロードを指示して、3次元CAMより該当ファイルのダウンロードを受け付けて、前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。The output unit displays an input screen for program information registration,
The calculation unit instructs the 3D CAM to create and download the corresponding file via the communication unit in response to the operator inputting an instruction to read each file through the input unit. The cutting force detection apparatus according to claim 1, wherein a file download is received and stored in the storage unit.
前記演算部は、オペレータのボタン押下時より所定時間間隔の力センサ値を記録して、所定時間間隔の切削力波形、または平均的な切削力表示を前記出力部に出力することを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。Through the input unit, an instruction to display a cutting force waveform is received from an operator during machining,
The calculation unit records a force sensor value at a predetermined time interval from when the operator presses a button, and outputs a cutting force waveform at a predetermined time interval or an average cutting force display to the output unit. The cutting force detection apparatus according to claim 1.
前記演算部は、オペレータのボタン押下時より所定時間間隔の加速度センサ値を記録して、所定時間間隔の加速度波形を前記出力部に出力することを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。Through the input unit, an instruction to display an acceleration waveform is received from an operator during machining,
2. The cutting force detection according to claim 1, wherein the calculation unit records an acceleration sensor value at a predetermined time interval from when the operator presses a button, and outputs an acceleration waveform at a predetermined time interval to the output unit. apparatus.
前記演算部は、オペレータのボタン押下時の切削座標値より加工ツールパス上の累積除去ボリュームを、前記記憶部に記憶してある該当切削位置の情報より算出して、所定時間間隔の重量変化のグラフを前記出力部に出力することを特徴とする請求項2に記載の切削力検出装置。Through the input unit, receiving an instruction to display a change in workpiece weight from the operator during machining,
The calculation unit calculates the cumulative removal volume on the machining tool path from the cutting coordinate value when the operator presses the button from the information of the corresponding cutting position stored in the storage unit, and calculates the weight change at a predetermined time interval. The cutting force detection apparatus according to claim 2, wherein the graph is output to the output unit.
前記演算部は、オペレータのボタン押下時の力センサ値と加速度センサ値の記録情報より切削力を周波数と振幅の関係にフーリエ変換した切削力の振動成分、工具の振動振幅成分を、切削力振幅/周波数のグラフ表現にて前記出力部に出力することを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。Through the input unit, an instruction to display the cutting force vibration is received from the operator during machining,
The calculation unit calculates the vibration component of the cutting force, the vibration component of the cutting force obtained by Fourier transforming the cutting force into the relationship between the frequency and the amplitude based on the recorded information of the force sensor value and the acceleration sensor value when the operator presses the button, and the cutting force amplitude. The cutting force detection device according to claim 1, wherein the output is output to the output unit in a graph representation of / frequency.
前記演算部は、オペレータのボタン押下時より所定の時間経過の間のびびり振動の発生状態を、びびり指数のグラフにて前記出力部に出力することを特徴とする請求項1に記載の切削力検出装置。Via the input unit, an instruction to display a chatter vibration state is received from the operator during machining,
2. The cutting force according to claim 1, wherein the calculation unit outputs a chatter vibration occurrence state during a predetermined time from when the operator presses the button to the output unit in a chatter index graph. Detection device.
予め、入力された被削材、および加工テーブルの重量を受け付けて記憶装置に記憶し、
工作機械の加工テーブルの支持部に組み込まれた力センサの出力を受け付けて、切削中の工具と被削材との間に加わる切削力を計測し、
工作機械の加工テーブルに取り付けられた加速度センサの出力を受け付けて、切削中の加工テーブルの移動時の加速度を計測し、
計測した加速度と、加工テーブルと被削材の重量から慣性力を算出し、前記力センサにより計測された切削力を慣性力によって補正し、および
補正後の切削力を出力することを特徴とする切削力検出方法。A method for detecting a cutting force during machining of a machine tool,
In advance, the input work material and the weight of the processing table are received and stored in the storage device,
Receives the output of the force sensor built in the support part of the machining table of the machine tool, measures the cutting force applied between the tool being cut and the work material,
Accept the output of the acceleration sensor attached to the machining table of the machine tool, measure the acceleration when moving the machining table during cutting,
The inertial force is calculated from the measured acceleration and the weight of the machining table and the work material, the cutting force measured by the force sensor is corrected by the inertial force, and the corrected cutting force is output. Cutting force detection method.
前記力センサ、前記加速度センサの計測と同期して、切削座標値を工作機械またはNC制御装置より取得し、
前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における累積除去ボリュームを、前記記憶装置に記憶してある該当切削位置の情報より算出して、前記被削材の重量を補正し、補正した被削材の重量に基づいて慣性力を算出し、および
前記力センサにより計測された切削力を前記慣性力によって補正することを特徴とする請求項10に記載の切削力検出方法。Further, the storage device further stores in advance the cutting force in the machining theory at the cutting positions of discrete points arranged at predetermined intervals or predetermined rules on the machining tool path, and the cumulative removal volume from the machining start position to each cutting position in advance. Enter and store the information calculated in
In synchronization with the measurement of the force sensor and the acceleration sensor, a cutting coordinate value is obtained from a machine tool or an NC control device,
The cumulative removal volume at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated from the information on the corresponding cutting position stored in the storage device, and the weight of the work material is corrected and corrected. The cutting force detection method according to claim 10, wherein an inertial force is calculated based on a weight of a work material, and a cutting force measured by the force sensor is corrected by the inertial force.
前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における理論上の切削力を、前記記憶装置に記憶してある該当切削位置の切削力情報より算出して、計測値より求められた前記補正後の切削力と比較し、
前記計測値より求められた切削力と理論上の切削力との差分値を算出して、前記記憶部に記憶されている切削中の異常を判定するための前記しきい値と比較して、切削異常を検知することを特徴とする請求項11に記載の切削力検出方法。The storage device further stores in advance a threshold value for determining an abnormality during cutting from the difference between the cutting force in theoretical calculation and the cutting force obtained from the measured value,
The theoretical cutting force at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated from the cutting force information at the corresponding cutting position stored in the storage device, and the correction obtained from the measurement value Compared with the cutting force after,
By calculating a difference value between the cutting force obtained from the measured value and the theoretical cutting force, and comparing with the threshold value for determining abnormality during cutting stored in the storage unit, The cutting force detection method according to claim 11, wherein a cutting abnormality is detected.
記憶装置に、被削材、および加工テーブルの重量、加工ツールパス上の切削位置における加工理論上の切削力、および加工開始位置より各切削位置までの累積除去ボリューム情報、および切削中の異常を判定するためのしきい値を記憶し、
工作機械の加工テーブルの支持部に組み込まれた力センサの出力より、切削中の工具と被削材との間に加わる切削力を計測し、
工作機械の加工テーブルに取り付けられた加速度センサの出力より、切削中の加工テーブルの移動時の加速度を計測し、
前記力センサ、前記加速度センサの計測と同期して、切削座標値を工作機械またはNC制御装置より取得し、
前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における累積除去ボリュームを算出して前記被削材の重量を補正し、補正した被削材の重量と前記加速度に基づいて慣性力を算出し、
前記力センサにより計測された切削力を前記慣性力によって補正し、
前記切削座標値に対応した加工ツールパス上の切削位置における理論上の切削力を、前記記憶装置に記憶してある該当切削位置の切削力情報より算出して、計測値より求められた前記補正後の切削力と比較し、
前記計測値より求められた切削力と理論上の切削力との差分値を算出して、前記記憶部に記憶されている前記しきい値と比較して、切削異常を検知することを特徴とする加工異常検出方法。A method for detecting a machining abnormality of a machine tool,
In the storage device, the weight of the work material and the work table, the cutting force in the machining theory at the cutting position on the machining tool path, the accumulated removal volume information from the machining start position to each cutting position, and abnormalities during cutting are stored. Memorize the threshold for judgment,
The cutting force applied between the tool being cut and the work material is measured from the output of the force sensor incorporated in the support part of the processing table of the machine tool.
From the output of the acceleration sensor attached to the machining table of the machine tool, measure the acceleration when moving the machining table during cutting,
In synchronization with the measurement of the force sensor and the acceleration sensor, a cutting coordinate value is obtained from a machine tool or an NC control device,
The cumulative removal volume at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated to correct the weight of the work material, and the inertial force is calculated based on the corrected work material weight and the acceleration. ,
The cutting force measured by the force sensor is corrected by the inertial force,
The theoretical cutting force at the cutting position on the machining tool path corresponding to the cutting coordinate value is calculated from the cutting force information at the corresponding cutting position stored in the storage device, and the correction obtained from the measurement value Compared with the cutting force after,
A difference between the cutting force obtained from the measured value and a theoretical cutting force is calculated, and compared with the threshold value stored in the storage unit, a cutting abnormality is detected. Machining abnormality detection method.
演算部と、記憶部と、入力部と、出力部と、および通信部とを備え、
前記記憶部は、前記入力部、または前記通信部より入力された加工条件のオーバーライド量変化率とびびり指数との変換テーブルと、各種変数の初期値、および閾値を記憶し、
前記演算部は、工作機械の加工テーブルに組み込まれた力センサ、加速度センサの出力値より算出した切削力を周波数と振幅の関係にフーリエ変換して、切削力振動振幅成分と工具振動振幅成分との比で表されるびびり指数を算出する手段と、
前記算出したびびり指数により、前記記憶された変換テーブルを検索して、変換演算を行い該当するオーバーライド量変化率を求める手段と、
前記求められたオーバーライド量変化率と、過去にびびり振動を発生したオーバーライド量上限値に従って、現在のオーバーライド量より新しいオーバーライド量に更新する手段と、
前記新しいオーバーライド量に従って、対象とする加工条件を変更する手段と、
前記通信部を介して、前記変更された加工条件をNC制御装置へ出力する手段とを有することを特徴とする加工条件制御システム。A system that converges the machining conditions during machining of the machine tool to the machining conditions at the peak position within the stability region of the stability limit line,
A calculation unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and a communication unit;
The storage unit stores a conversion table of an override amount change rate and a chatter index of processing conditions input from the input unit or the communication unit, initial values of various variables, and threshold values,
The arithmetic unit Fourier-transforms the cutting force calculated from the output value of the force sensor and acceleration sensor incorporated in the machining table of the machine tool into a relationship between frequency and amplitude, and a cutting force vibration amplitude component and a tool vibration amplitude component Means for calculating a chatter index represented by the ratio of
Means for searching the stored conversion table according to the calculated chatter index, performing a conversion operation, and obtaining a corresponding override amount change rate;
A means for updating the override amount to a newer override amount than the current override amount according to the obtained override amount change rate and the override amount upper limit value in which chatter vibration has occurred in the past;
Means for changing a target machining condition according to the new override amount;
A machining condition control system comprising: means for outputting the changed machining condition to an NC control device via the communication unit.
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