JPWO2020149280A1 - Real-time machining status display device - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、工作機械の先端の加工ツールの加工パス上の状態をマッピングするリアルタイム加工状態表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】 本リアルタイム加工状態表示装置は、少なくとも加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データを時系列でモニタリングする計測手段と、工作機械の動作制御手段(CNC)の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取る位置取得手段と、前記センサからの時系列の物理量データと前記位置取得手段からの時系列の座標データとに基づいて、加工パス上の座標での物理量データを可視化データに変換して加工パス上の位置に表示するマッピング手段と、を有する。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a real-time machining state display device for mapping a state on a machining path of a machining tool at the tip of a machine tool. SOLUTION: This real-time machining state display device is a measuring means for monitoring at least one or more physical quantity data of temperature, acceleration or stress of a machining tool in time series, and an operation control means (CNC) of a machine tool. Machining is based on the position acquisition means that reads the time-series coordinates of the machining tool in operation from the time information and the position information, the time-series physical quantity data from the sensor, and the time-series coordinate data from the position acquisition means. It has a mapping means for converting physical quantity data at coordinates on the path into visualization data and displaying it at a position on the machining path. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、工作機械の工具等の加工位置での温度・加速度等の物理変化についてリアルタイムに可視化し得るリアルタイム加工状態表示装置に関する。 The present invention relates to a real-time machining state display device capable of visualizing in real time physical changes such as temperature and acceleration at machining positions of tools and the like of machine tools.
マシンニング切削加工装置等の工作機械において、加工精度の向上、工具破損防止等を考慮するには実際の加工時の工具の摩耗や疲労、破損、「びびり」等を評価することが要求される。しかしながら、従来、工具の評価は、装置メーカや工具メーカがその装置や工具ごとに行っており、一般的な評価基準、学術的に標準化された評価基準に基づいたものに留まり、加工時における実際の工具についてのリアルタイム検証はできていなかった。 Machining In machine tools such as cutting equipment, it is required to evaluate tool wear, fatigue, breakage, "chatter", etc. during actual machining in order to improve machining accuracy and prevent tool breakage. .. However, in the past, tool makers have been evaluated by device makers and tool makers for each device and tool, and they are limited to those based on general evaluation criteria and academically standardized evaluation criteria, and are actually evaluated at the time of machining. Real-time verification of the tool was not possible.
これに対して出願人は回転工具の加工中の温度や加速度を計測し得る工作機械のツールホルダユニットを開発・提供し、この計測結果に基づく工具破損等の異常予知技術についても開発・提供してきた(特許文献1〜特許文献3)。この技術では加工中の工具等の物理変化をリアルタイムに検出でき、工具や工作機械と無線通信可能なの外部装置(パソコン等)で異常検出を行う点できる点で有利である。例えば、ボールエンドミル加工において加速度をモニタリングし、加工精度が低下し易い所謂「びびり」の発生を検出することも可能である。
In response to this, the applicant has developed and provided a tool holder unit for machine tools that can measure the temperature and acceleration during machining of rotary tools, and has also developed and provided anomaly prediction technology such as tool breakage based on this measurement result. (
しかしながら、従来、検出される工具の温度・加速度等の変化は時系列であり、異常を検出してもそれがどの加工位置であるか詳細がわかり難いという問題があった。例えば上述するようにボールエンドミル加工中に加速度を計測しモニタリングし、加速度が閾値を超えて「びびり」が発生していると判断できたとしても、実際どの位置の加工において「びびり」が発生しているかが直ちにわかり難く、複雑形状を加工する際に加工対象における「びびり」箇所を特定が困難であった。このことは工具の温度・加速度等のリアルタイム計測データを一般加工現場で広く活用させ、高精度な加工が担保される社会の提供の阻害要件になっていると考えられる。 However, conventionally, there is a problem that changes in the temperature, acceleration, etc. of the detected tool are time-series, and even if an abnormality is detected, it is difficult to know the details of which machining position it is. For example, as described above, even if it is possible to measure and monitor the acceleration during ball end mill machining and determine that the acceleration exceeds the threshold value and "chatter" occurs, "chatter" actually occurs in the machining at any position. It was difficult to immediately tell if it was, and it was difficult to identify the "chatter" part in the processing target when processing a complicated shape. It is considered that this is an obstacle to the provision of a society in which high-precision machining is guaranteed by widely utilizing real-time measurement data such as tool temperature and acceleration at general machining sites.
本発明は上記実情に鑑みて創作されたものであり、工作機械の工具等の加工ツールにおける温度・加速度等の物理変化について、加工の3次元位置と同時に表示し、実際の加工位置で生じている状況をリアルタイムに可視化するリアルタイム加工状態表示装置を提供することを目的とする。 The present invention was created in view of the above circumstances, and physical changes such as temperature and acceleration in machining tools such as machine tool tools are displayed at the same time as the three-dimensional position of machining, and occur at the actual machining position. It is an object of the present invention to provide a real-time processing status display device that visualizes the current situation in real time.
上記目的を達成するため具体的に本発明のリアルタイム加工状態表示装置は、
工作機械の先端の加工ツールの加工パス上の状態をマッピングするリアルタイム加工状態表示装置であって、
少なくとも加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データを時系列でモニタリングする計測手段と、
工作機械の動作制御手段(CNC)の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取る位置取得手段と、
前記計測手段からの時系列の物理量データと前記位置取得手段からの時系列の座標データとに基づいて、加工パス上の座標での物理量データを可視化データに変換して加工パス上の位置に表示するマッピング手段と、を有する。Specifically, in order to achieve the above object, the real-time processing state display device of the present invention is used.
It is a real-time machining status display device that maps the status on the machining path of the machining tool at the tip of the machine tool.
A measuring means that monitors at least one or more physical quantity data of the temperature, acceleration, or stress of the machining tool in chronological order.
A position acquisition means that reads the time-series coordinates of the machining tool in operation from the time information and position information of the machine tool motion control means (CNC).
Based on the time-series physical quantity data from the measuring means and the time-series coordinate data from the position acquisition means, the physical quantity data at the coordinates on the machining path is converted into visualization data and displayed at the position on the machining path. It has a mapping means to be used.
本発明のリアルタイム加工状態表示装置によれば、工作機械で使用する加工ツールの温度や加速度、応力の変化を加工パス上でマッピングして可視化表示することができる。具体的には、加工ツールの温度や加速度、応力をリアルタイムにモニタリングし、時系列で出力される計測データを、工作機械の制御数値情報(CNC)に基づく加工ツールの位置/時間の軸の表示データに変換し、それぞれの座標での加工ツールの状況を色の変化等でプロットし、マッピングする。これにより従来、所定時間における計測値の変化としてしか一見理解し難かった加工ツールの状態変化が3次元座標のどこで発生しているか容易に理解できるようになる。例えば、上述したようなボールエンドミル加工において所謂「びびり」が発生すると加工ツールの加速度が大きくなり、複雑な形状を加工する場合ほど「びびり」による加工精度の低下や工具破損の問題がおおきくなるが、本装置を使用すれば加工パス上のどの位置で「びびり」が生じているかを一見して特定できるようになり有利である。 According to the real-time machining state display device of the present invention, changes in temperature, acceleration, and stress of a machining tool used in a machine tool can be mapped and displayed on a machining path. Specifically, the temperature, acceleration, and stress of the machining tool are monitored in real time, and the measurement data output in chronological order is displayed on the position / time axis of the machining tool based on the machine tool control numerical information (CNC). It is converted into data, and the status of the processing tool at each coordinate is plotted and mapped by changing the color. This makes it possible to easily understand where in the three-dimensional coordinates the state change of the machining tool, which was conventionally difficult to understand only as a change in the measured value in a predetermined time, occurs. For example, when so-called "chatter" occurs in ball end mill machining as described above, the acceleration of the machining tool increases, and the more complicated the shape is machined, the greater the problem of deterioration of machining accuracy and tool breakage due to "chatter". It is advantageous to use this device because it is possible to identify at a glance at which position on the machining path the "chatter" is occurring.
また、前記マッピング手段は、前記物理量データを、前記物理量データの所定数値に対応して予め設定した色指定値に変換し、該色指定値を座標データに対応する画素に表示する、ことが好ましい。 Further, it is preferable that the mapping means converts the physical quantity data into a color designation value set in advance corresponding to a predetermined numerical value of the physical quantity data, and displays the color designation value on the pixel corresponding to the coordinate data. ..
具体的にマッピング手段は、温度や加速度、応力の所定の計測値に対応する色指定値(RGB値)を予め設定しておき、これに実際の計測値に対応する色指定値を表示画面上の加工ツールの3次元座標を示す画素に表示する。 Specifically, the mapping means sets a color specification value (RGB value) corresponding to a predetermined measured value of temperature, acceleration, and stress in advance, and displays the color specified value corresponding to the actual measured value on the display screen. It is displayed in the pixel showing the 3D coordinates of the processing tool of.
また、本リアルタイム加工状態表示装置例として、前記計測手段は、加工ツール内に挿入された熱電対と、該熱電対からの情報を温度データとして出力する温度計測部とを有し、
前記位置取得手段からの時系列の座標データは、3次元XYZ方向の座標データであり、前記マッピング手段は、該座標データに基づいてXY平面、XZ平面及びYZ平面内の温度データを表示する場合、又は、
前記計測手段は、工作機械又は工作機械に把持されるツールホルダに配設される加速度センサと、該加速度センサからの情報を加速度データとして出力する加速度計測部とを有し、
前記位置取得手段からの時系列の座標データは、3次元XYZ方向の座標データであり、前記マッピング手段は、該座標データに基づいてXY平面、XZ平面及びYZ平面内の温度データを表示する場合、がある。Further, as an example of the real-time machining state display device, the measuring means has a thermocouple inserted in the machining tool and a temperature measuring unit that outputs information from the thermocouple as temperature data.
The time-series coordinate data from the position acquisition means is coordinate data in the three-dimensional XYZ direction, and the mapping means displays temperature data in the XY plane, the XY plane, and the YZ plane based on the coordinate data. Or,
The measuring means has an acceleration sensor arranged in a machine tool or a tool holder held by the machine tool, and an acceleration measuring unit that outputs information from the acceleration sensor as acceleration data.
The time-series coordinate data from the position acquisition means is coordinate data in the three-dimensional XYZ direction, and the mapping means displays temperature data in the XY plane, the XY plane, and the YZ plane based on the coordinate data. , There is.
実際の表示例としては、加工ツール内に熱電対を挿入して温度計測したデータや、工作機械の主軸に連結して加工ツールを把持するツールホルダに配設した加速度センサで加速度計測したデータを、XY平面視、XZ平面視点及びYZ平面視で表示することが1つの表示画面で加工ツールの全て3次元位置と温度・加速度の計測値が可視化でき、好ましい。 As an actual display example, the data obtained by inserting a thermocouple into the machining tool and measuring the temperature, or the data measured by the acceleration sensor arranged in the tool holder connected to the spindle of the machine tool to hold the machining tool. , XY plane view, XZ plane viewpoint and YZ plane view are preferable because all three-dimensional positions of the processing tool and the measured values of temperature and acceleration can be visualized on one display screen.
また、工作機械は前記加工ツールを回転させてワークを加工する回転ツールであり、前記加速度センサは、前記ツールホルダ内の水平平面上に前記回転ツールの回転軸線中心に対して径方向対称の位置に配列された一対の加速度センサと、これと略90°位相が異なる位置に配列された一対の加速度センサとで構成される、場合もある。 Further, the machine tool is a rotation tool that rotates the processing tool to process the work, and the acceleration sensor is positioned radially symmetrically with respect to the center of the rotation axis of the rotation tool on a horizontal plane in the tool holder. In some cases, it is composed of a pair of accelerometers arranged in a row and a pair of accelerometers arranged at positions having a phase different from each other by approximately 90 °.
本リアルタイム加工状態表示装置によれば、水平方向、回転方向の加速度を検出することができるので、例えば切削加工時の異常振動を加工パス上の位置及び計測値を一見して理解でき、加工精度の大幅低下の原因や工具破損前兆の所謂「びびり」や、タッピング加工時のスティックスリップ現象等の発生を可視化することができる。さらに、加工ツールの回転速度・送り量・切込量の最適加工条件の探索をすることもでき、背反する事象である加工工程の迅速化、安全化(工具破損防止)を同時に達成・両立させることができる。 According to this real-time machining status display device, acceleration in the horizontal direction and rotation direction can be detected, so that, for example, abnormal vibration during cutting can be understood at a glance at the position on the machining path and the measured value, and the machining accuracy. It is possible to visualize the cause of the drastic decrease in the amount of water, the so-called "chatter" that is a sign of tool breakage, and the occurrence of the stick-slip phenomenon during tapping. Furthermore, it is possible to search for the optimum machining conditions for the rotation speed, feed amount, and depth of cut of the machining tool, and at the same time achieve and achieve both speed and safety (prevention of tool damage), which is a contradictory event. be able to.
さらに、前記マッピング手段は少なくとも、XY平面内の温度データ又は加速度データをXY平面表示ウィンドウに表示し、XZ平面内の温度データ又は加速度データをXZ平面表示ウィンドウに表示し、YZ平面内の温度データ又は加速度データをYZ平面表示ウィンドウに表示し、前記温度データ又は前記加速度データそれぞれの数値に対応して予め設定した色指定値を色変換表ウィンドウに表示する、ことが好ましい。 Further, the mapping means at least displays the temperature data or acceleration data in the XY plane in the XY plane display window, displays the temperature data or acceleration data in the XZ plane in the XZ plane display window, and displays the temperature data in the YZ plane. Alternatively, it is preferable to display the acceleration data in the YZ plane display window and display the preset color designation values corresponding to the numerical values of the temperature data or the acceleration data in the color conversion table window.
本リアルタイム加工状態表示装置によれば、温度計測データや加速度計測データを、1つの表示画面でXY平面視、XZ平面視点及びYZ平面視で表示できると同時にプロットされた色がどの程度の計測値を示すものであるか限界に近付いているか否か等を可視化することができ、有利である。 According to this real-time processing state display device, temperature measurement data and acceleration measurement data can be displayed in XY plane view, XZ plane viewpoint and YZ plane view on one display screen, and at the same time, how much the plotted color is the measured value. It is advantageous because it is possible to visualize whether or not it indicates whether or not it is approaching the limit.
また、他の本発明のリアルタイム加工状態表示装置では、加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データと工作機械の動作状態を計測する工作機械が備える計測手段からの工作機械の計測データを時系列でモニタリングする計測手段と、前記計測手段からの時系列の前記物理量データと前記工作機械からの計測データ、又は両データの経時的変化を同一時間軸で表示する。 Further, in the other real-time machining state display device of the present invention, the machine tool from the measuring means provided in the machine tool for measuring the physical quantity data of one or more of the temperature, acceleration or stress of the machining tool and the operating state of the machine tool. The measurement means for monitoring the measurement data in the time series, the physical quantity data in the time series from the measurement means, the measurement data from the machine tool, or the change over time of both data are displayed on the same time axis.
このリアルタイム加工状態表示装置によれば、加工ツールの温度・加速度・応力の計測データに加えて、サーボモータ・加速度ピックアップ・動力計・変位計など工作機械の計測データを同一時間軸のタイムチャートでリアルタイム表示することで加工の異常検知の精度を向上することができる。 According to this real-time machining status display device, in addition to the measurement data of the temperature, acceleration, and stress of the machining tool, the measurement data of machine tools such as servo motors, acceleration pickups, power meters, and displacement meters can be displayed on a time chart on the same time axis. By displaying in real time, the accuracy of machining abnormality detection can be improved.
さらに、他の本発明では工作機械の先端の加工ツールの加工パス上の状態変化を表示するリアルタイム加工状態表示装置を提供する。このリアルタイム加工状態表示装置は、基準時点における加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データを計測・保存し、工作機械の動作制御手段の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取った基準データを作成する基準データ作成手段と、基準時点から所定時間経過時点における前記基準データ作成手段において計測・保存された物理量データを計測・保存し、工作機械の動作制御手段の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取った比較用データを作成する比較用データ作成手段と、前記基準データ作成手段と前記比較用データ作成手段とからの読取った加工ツールの時系列の座標での物理量データの差分を算出する比較算出手段と、前記比較算出手段で算出された物理量データの差分を加工ツールの時系列の座標に基づいて、加工パス上の座標に表示する表示手段と、を有する。 Further, another invention provides a real-time machining state display device that displays a state change on a machining path of a machining tool at the tip of a machine tool. This real-time machining status display device measures and stores one or more physical quantity data of the temperature, acceleration, or stress of the machining tool at the reference time, and is operating from the time information and position information of the motion control means of the machine tool. A machine tool that measures and saves physical quantity data measured and saved by the reference data creation means that creates reference data by reading the time-series coordinates of the machining tool and the reference data creation means that is at a predetermined time elapsed from the reference time. The comparison data creation means for creating comparison data by reading the time-series coordinates of the machining tool in operation from the time information and position information of the operation control means, the reference data creation means, and the comparison data creation means. A comparison calculation means that calculates the difference in physical quantity data in the time-series coordinates of the machining tool read from, and the difference in physical quantity data calculated by the comparison calculation means is machined based on the time-series coordinates of the machining tool. It has a display means for displaying at coordinates on the path.
本リアルタイム加工状態表示装置によれば、加工ツール、工作機械及びその部品の経時変化・劣化・異常などを定量的に評価することができ、不良品発生頻度の低減、加工寸法精度の向上、被加工物の加工面の品質の向上を図ることができる。 With this real-time machining status display device, it is possible to quantitatively evaluate changes over time, deterioration, abnormalities, etc. of machining tools, machine tools and their parts, reducing the frequency of defective products, improving machining dimensional accuracy, and covering. It is possible to improve the quality of the machined surface of the work piece.
本発明のリアルタイム加工状態表示装置によれば、工作機械の工具等の加工ツールにおける温度・加速度等の物理量変化について、加工位置の3次元座標と温度・加速度等の物理量とを同時に表示し、実際の加工位置で生じている状況をリアルタイムに表示することで複雑形状加工であっても異常検出箇所及びその物理量を可視化することができる。 According to the real-time machining state display device of the present invention, for changes in physical quantities such as temperature and acceleration in machining tools such as tools of machine tools, the three-dimensional coordinates of the machining position and the physical quantities such as temperature and acceleration are simultaneously displayed and actually displayed. By displaying the situation occurring at the machining position in real time, it is possible to visualize the abnormality detection location and its physical quantity even in complicated shape machining.
上述する本発明のリアルタイム加工状態表示装置の構成の具体的な処理フロー例について説明する。 A specific processing flow example of the configuration of the real-time processing state display device of the present invention described above will be described.
図1には、加工ツールの一例としてフライス加工に利用されるボールエンドミルの加工中の「びびり」を模式化した概念図である。ボールエンドミル1は先端に球状の切刃を設け、加工装置としてのマシニングセンタのスピンドルに装着されるものである。図1ではボールエンドミル1で切削する被加工物2に上下方向の起伏がある場合における各位置(a)〜(d)でのボールエンドミル1の様子を示している。本リアルタイム加工状態表示装置では、ボールエンドミル1は先端の切刃における加速度や温度をリアルタイムにモニタリングすることができるが、以下に「びびり」検出に注目して加速度のモニタリングについて説明する。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating “chatter” during machining of a ball end mill used for milling as an example of a machining tool. The
図1(a)では、ボールエンドミル1の先端(切刃)1aが被加工物2の表面の高位置2aに接し、この位置を加工スタートの位置と仮定する。そこから切削加工しながらボールエンドミル1が被加工物2に対して右側に移動すると被加工物2の高さが低くなり、(b)の位置では被加工物2の低位置2bよりボールエンドミルの先端1aが高さ方向に浮いた状態になり、右側が切削対象の被加工物に押圧されながら切削する。このときボールエンドミル1の加速度は大きくなり、(b)の矢印に示すように大きな「びびり」が発生する。その後、右側にボールエンドミル1がさらに移動し、被加工物2の高さが高くなり。(c)の位置では被加工物2の高位置2cの表面にボールエンドミルの先端1aが接触した状態になると加速度は小さくなり、「びびり」は解消する。さらにボールエンドミルの先端1aが右側に移動し、(b)の位置より少し低い程度の高さを上るときには、再びボールエンドミル1の加速度は(b)〜(c)の位置の加速度の中間程度まで大きくなり、(d)の矢印に示すように中程度の「びびり」が発生する。
In FIG. 1A, the tip (cutting edge) 1a of the
図2には、図1のボールエンドミル1でモニタリングした加速度の従来式の表示結果と本リアルタイム加工状態表示装置での表示結果と例示している。図2(a)は、従来式の表示結果であり、時間軸(時間[s])を横軸とし、各時間における加速度[m/s2]を縦軸としている。図2(a)の例では、例えば(b)の位置では図1(b)の位置同様に加速度が一番大きく、(c)の位置では図1(c)の位置同様に加速度が小さくなり、(c)の位置では図1(d)の位置同様に再び加速度が大きくなっている。この図2(a)の表示方法の場合、加速度が大きく「びびり」が発生する(b)位置が被加工物2のどの位置かが可視化されておらず、一見して把握し難いという問題がある。
FIG. 2 exemplifies the conventional display result of the acceleration monitored by the
一方、図2(b)は、本発明のリアルタイム加工状態表示装置における表示結果例であり、ボールエンドミル1の切刃1aの横方向の位置(X方向の位置([mm])を横軸とし、ボールエンドミル1の切刃1aの高さ方向の位置(Z方向の位置([mm])を縦軸としている。また、図2(b)の右上に示すルックアップテーブル(Look-up table)4では加速度の大きさを色で表示し、左端の色(min.)から右端の色(max.)まで段階的に色が変化している(本図ではグレースケール表示であるが実際にはカラー表示している)。さらに、図中の加速度表示3は、実際にボールエンドミル1の切刃1aのXZ方向の位置の加工パス(軌跡)が示されており、その加工パス上の位置における加速度を前述したルックアップテーブル4に対応する色を表示している。例えば図2の位置(b)では、図1の位置(b)及び図2(a)の位置(b)と同様に最大の加速度が計測され、加速度表示3にその加速度に応じた色が表示(プロット)されている。したがって、図2(b)の表示の場合、被加工物2の位置(b)でボールエンドミル1の切刃1aに「びびり」が発生していることがリアルタイムに可視化して理解することができる。なお、図2(b)の例ではXZ方向の位置での加速度を可視化しているが、XY方向の位置やYZ方向の位置での加速度を表示する又はこれらを同時に表示することも可能である。
On the other hand, FIG. 2B is an example of display results in the real-time machining state display device of the present invention, in which the lateral position (position in the X direction ([mm]) of the
次に図3では、(a)に本リアルタイム加工状態表示装置で実際の被加工物2をボールエンドミル1で切削加工した際における加速度・温度をリアルタイムで計測・表示している画面例が示され、(b)に実際に切削加工している被加工物2の例の平面視写真が示されている。この切削例では図2(b)に示すようにステンレスの厚板である被加工物2を凹んだ星型に切削している。図3(a)の画面例では、上段に左側から順にボールエンドミル1の切刃1aのX方向の並進加速度(ACC X)、軸周りの回転加速度(ACC R)、温度(TEMP)を示しており、この表示時点での計測値はそれぞれ、4.780(mm/S2)、447.609(rθ/S2)、6698.640(C°)を示している。また、中段には左側から順に縦軸をX方向、横軸をY方向とした加工パス上の並進加速度、回転加速度及び温度を示す上面視、縦軸をX方向、横軸をZ方向とした加工パス上の並進加速度、回転加速度及び温度を示す正面視、縦軸をY方向、横軸をZ方向とした加工パス上の並進加速度、回転加速度及び温度を示す側面視を示しており、それぞれタブ5(time Chart、ACC X、ACC-R、Temperature)を切り替えてタイムチャート(図2(a)参照)、並進加速度、回転加速度及び温度を表示する。さらに、下段には加工パス上に加速度・温度の実測値としてプロットするルックアップテーブル4(図2(b)のルックアップテーブル4参照)を示している。図3(a)では、星型のボールエンドミル加工の加工パスにおいて特に輪郭・角部で加速度が大きくなっていることがマッピングされて可視化されており、「びびり」ひいては加工精度の低下や工具の破損予兆がその位置とともにリアルタイムで明らかになっていることがわかる。
Next, in FIG. 3, (a) shows a screen example in which the acceleration and temperature when the
また、図3では図示していないが図2(a)に示すタイムチャートがタブ5の右端のtime Chartに示すように表示され、並進加速度、回転加速度及び温度の経時的変化を同一時間軸で表示することもできる。 Further, although not shown in FIG. 3, the time chart shown in FIG. 2 (a) is displayed as shown in the time chart at the right end of the tab 5, and the translational acceleration, the rotational acceleration, and the change over time of the temperature are displayed on the same time axis. It can also be displayed.
≪加工ツールの変化量のリアルタイム表示≫
次に、本リアルタイム加工状態表示装置における具体的な処理フロー例を説明する。
図4には処理フロー例1として、温度・加速度・力について、ボールエンドミル等の加工ツール1の加工毎の変化を監視し、刃物(切刃等)1aの状態の変化を表示する例を示している。工作機械の加工が開始し、本リアルタイム加工状態表示装置の処理が開始すると(ST1)、工作機械のツールホルダ等に配置された計測手段が刃物1aの温度・加速度・力(応力)をリアルタイムに読み取る(ST2)。具体的には刃物1aの先端内部に設けられた熱電対等から検出された温度データや、ツールホルダ等に配置された加速度センサから検出された加速度データ(並進加速度や回転加速度)、歪ゲージ等から検出された応力データを読み取る。≪Real-time display of changes in machining tools≫
Next, a specific processing flow example in the real-time processing status display device will be described.
FIG. 4 shows an example of processing flow example 1 in which changes in the state of a cutting tool (cutting blade, etc.) 1a are displayed by monitoring changes in temperature, acceleration, and force for each processing of a
加工ツール2の温度データ・加速度データ・応力データが読み取ると(ST2)、次に刃物1aの初期状態(加工開始時)を検出する、又は本リアルタイム加工状態表示装置で記憶されている前回の加工時の状態と今回の刃物1aの変化量を計算する(ST3)。図4では示していないが、このとき刃物1aの初期状態や前回加工時からの変化量から加工に適当な刃物1aか否か判定し(予め設定された所定の閾値等に基づく)、不適当と判定された場合には警告や加工停止をすることもできる。加工が開始すると読み取られている加工中の刃物1aの温度・加速度・応力の変化量を表示する(ST4)。そして変化量の測定が終了すると処理が終了する(ST5〜ST6)。
When the temperature data, acceleration data, and stress data of the
≪加工ツール及び工作機械の計測データの同一時間軸表示≫
図5には処理フロー例2として、サーボモータ・加速度ピックアップ・動力計・変位計などのデータについても同期収集し、刃物の温度やホルダの加速度・力と共にプロットする例が示されている。処理フロー例1で読み取る温度・加速度・応力以外の計測データも工作機械及びその周辺機器は読み取ることができる場合がある。例えば、加工ツール1駆動用のサーボモータや、振動を感知して電気信号に変換するセンサとしての加速度ピックアップ(振動ピックアップ)、工作機械の出入力データから回転トルク等の動力を測定する動力計、刃物1aや主軸の移動量を測定する変位計などである。これらの計測データを補助活用することで加工ツール1の異常検知の精度を向上させることができる。≪Same time axis display of measurement data of machining tools and machine tools≫
FIG. 5 shows an example of processing flow example 2, in which data such as a servomotor, an acceleration pickup, a power meter, and a displacement meter are synchronously collected and plotted together with the temperature of the blade and the acceleration / force of the holder. The machine tool and its peripherals may be able to read measurement data other than temperature, acceleration, and stress read in processing flow example 1. For example, a servomotor for driving a
具体的には、上記処理フロー例1と同様に処理が開始すると(ST1)、刃物1aの温度・加速度・力(応力)をリアルタイムに読み取る(ST2)。加工ツール2の温度データ・加速度データ・応力データが読み取ると(ST2)、さらにサーボモータや、加速度ピックアップ、動力計、変位計からのデータを読み取る(ST7)。読み取られた温度・加速度・応力のデータ及びサーボモータ・加速度ピックアップ・動力計・変位計からのデータの各値の経時的変化を同一の時間軸でタイプチャート(図2(b)のタブ5(time Chart)参照)としてリアルタイムに表示する(ST8)。そして変化量の測定が終了すると処理が終了する(ST5〜ST6)。この処理フロー例2により加工ツール2の温度・加速度・応力の計測データに加えて、サーボモータ・加速度ピックアップ・動力計・変位計など工作機械の計測データを同一時間軸のタイムチャート(図2(a)及び図3のタブ5左端(time Chart)参照))でリアルタイム表示することで加工の異常検知の精度をさらに向上することができる。
Specifically, when the processing is started in the same manner as in the above processing flow example 1 (ST1), the temperature, acceleration, and force (stress) of the
≪異常発生の可視リアルタイム表示≫
図6には処理フロー例3として、加工ツール1の刃物1aの温度・加速度・応力をマッピングして可視化する例が示されている。この処理フロー例3によれば、初級技能者等のオペレータに対して、過熱・びびりなどの異常が起こりやすい部分や実際に異常が発生した箇所を、視覚的に伝えるこができる。≪Visible real-time display of abnormal occurrence≫
FIG. 6 shows an example of mapping and visualizing the temperature, acceleration, and stress of the
具体的には、処理フロー例1〜2と同様に処理が開始すると(ST1)、刃物1aの温度・加速度・力(応力)をリアルタイムに読み取る(ST2)。読み取られた温度・加速度・応力のデータはそれぞれの値に応じて予め定めた色に変換される。図6では省略するが、温度・加速度・応力の各値に応じて設定される色は、図2〜図3に示すようにルックアップテーブル4等で表示することが好ましい。次に、工作機械のNCプログラムと通信し、そのCNC変数から加工ツール1における現在の加工点の位置座標(X,Y、Z座標)を読み取る(ST10)。さらに、温度・加速度・応力の各計測値におけるST9で設定された色が、ST10で読み取られた加工点の位置座標に対応するディスプレイ上の座標平面内(図3のウィンドウ6、7、8参照)の画素(pixel)、又は三次元ウィンドウの座標空間(XYZ座標空間)内の画素(voxel)に表示(プロット)され、処理中の全領域にわたってリアルタイムにマッピングされていく(ST11)。そして、変化量の測定が終了すると処理が終了する(ST5〜ST6)。この処理フロー例3により、加工ツール1の不良品発生頻度の低減や、被加工物2の加工寸法精度の向上、加工面の品質向上、作業の高効率化、熟練者の感覚を定量的に理解して習得、熟練者も新たな知見を得ることができる。
Specifically, when the processing is started in the same manner as in the processing flow examples 1 and 2 (ST1), the temperature, acceleration, and force (stress) of the
≪装置・部品の経時的変化・劣化・異常の定量的評価≫
図7には処理フロー例4として、工作機械の状態の定点観測として、評価用の刃物1aやツールホルダを用い、予め設定した軌跡(加工パス)で加工する温度・加速度・力と位置情報とを定期的に取得し、結果を比較する工作機械・部品の経時変化・劣化・異常などを定量的に評価する例が示されている。この処理フロー例4によれば、同一品を反復して加工する場合に工作機械・部品をそれまでの加工状態と可視的に比較評価できるため不良品発生頻度の低減、寸法精度の向上、加工面の品質向上を図ることができる。≪Quantitative evaluation of changes / deterioration / abnormalities of equipment / parts over time≫
In FIG. 7, as a processing flow example 4, the temperature, acceleration, force, and position information to be machined in a preset trajectory (machining path) using a
図7(a)は、基準となる刃物1a及び工作機械(及びそのツールホルダ)の加工パス上の温度・加速度・応力を保存(更新を含む)して基準データを作成する処理フロー例を示している。また、図7(b)は同じ工作機械の所定期間経過後の個々の加工パス上の温度・加速度・応力・座標のデータと(a)で保存・作成した基準データと、を比較し、可視的に表示する処理フロー例を示している。
FIG. 7A shows an example of a processing flow for creating reference data by preserving (including updating) the temperature, acceleration, and stress on the machining path of the
具体的に図7(a)では、処理フロー例1〜3と同様に処理が開始すると(ST1)、刃物1aの温度・加速度・力(応力)をリアルタイムに読み取る(ST2)。読み取られた温度・加速度・応力の計測データは現在の加工点の位置座標(XYZ座標)を工作機械のCNCから読み取る(ST10)。ST2,ST10から読み取られた温度・加速度・応力の計測データと対応する加工点の位置座標データとを保存し、加工ツールの交換時点や工作機械の作動時点であればそれを初期時点として基準データが作成される(ST12)。この基準データは、例えば専用サーバやクラウドサーバに保存され、基準データが保存され、測定が終了すると処理が終了する(ST5〜ST6)。また、基準データが作成された後、逐次、定期的に図7(a)の処理がされるたびにデータが保存され、これを比較用データとして保存される。なお、これまで保存した比較用データを先回の測定時の基準データとし、現時点でのデータを比較用データとして設定することも可能である。
Specifically, in FIG. 7A, when the processing is started in the same manner as in the processing flow examples 1 to 3 (ST1), the temperature, acceleration, and force (stress) of the
次に図7(b)では、(a)と同様に処理が開始すると(ST1)、(a)で保存・作成された初期時点の基準データを読込み・設定し(ST13).同様に定期的に保存・作成された比較用データを読込み・設定する(ST14)。次に、ST13〜ST14で設定された基準データと比較用データとを比較し、各座標位置での温度・加速度・応力の差を算出する(ST15)。そして、算出された各座標位置での温度・加速度・応力の差を図6のST11で示すように加工点の位置座標に対応するディスプレイ上の座標平面内の画素、又は三次元ウィンドウの座標空間内の画素に表示し(ST16)、表示が終了すると処理が終了する(ST6)。この処理フロー例4によれば、加工ツール、工作機械及びその部品の経時変化・劣化・異常などを定量的に評価することができ、不良品発生頻度の低減、加工寸法精度の向上、被加工物の加工面の品質の向上を図ることができる。 Next, in FIG. 7 (b), when the process starts in the same manner as in (a) (ST1), the reference data at the initial time saved / created in (a) is read / set (ST13). Similarly, the comparison data saved / created periodically is read / set (ST14). Next, the reference data set in ST13 to ST14 and the comparison data are compared, and the difference in temperature, acceleration, and stress at each coordinate position is calculated (ST15). Then, as shown in ST11 of FIG. 6, the calculated difference in temperature, acceleration, and stress at each coordinate position is the pixel in the coordinate plane on the display corresponding to the position coordinate of the processing point, or the coordinate space of the three-dimensional window. It is displayed on the inner pixel (ST16), and when the display is completed, the process is completed (ST6). According to this processing flow example 4, it is possible to quantitatively evaluate changes over time, deterioration, abnormalities, etc. of machining tools, machine tools and their parts, reduce the frequency of defective products, improve machining dimensional accuracy, and work. It is possible to improve the quality of the machined surface of an object.
1…加工ツール
2…被加工物
3…加速度表示
4…ルックアップテーブル
5…タブ
6〜8…ウィンドウ1 ...
Claims (8)
少なくとも加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データを時系列でモニタリングする計測手段と、
工作機械の動作制御手段(CNC)の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取る位置取得手段と、
前記計測手段からの時系列の物理量データと前記位置取得手段からの時系列の座標データとに基づいて、加工パス上の座標での物理量データを可視化データに変換して加工パス上の位置に表示するマッピング手段と、を有するリアルタイム加工状態表示装置。
It is a real-time machining status display device that maps the status on the machining path of the machining tool at the tip of the machine tool.
A measuring means that monitors at least one or more physical quantity data of the temperature, acceleration, or stress of the machining tool in chronological order.
A position acquisition means that reads the time-series coordinates of the machining tool in operation from the time information and position information of the machine tool motion control means (CNC).
Based on the time-series physical quantity data from the measuring means and the time-series coordinate data from the position acquisition means, the physical quantity data at the coordinates on the machining path is converted into visualization data and displayed at the position on the machining path. A real-time machining status display device having a mapping means to be performed.
The mapping means according to claim 1, wherein the mapping means converts the physical quantity data into a color designation value set in advance corresponding to a predetermined numerical value of the physical quantity data, and displays the color designation value on a pixel corresponding to the coordinate data. Real-time machining status display device.
前記位置取得手段からの時系列の座標データは、3次元XYZ方向の座標データであり、前記マッピング手段は、該座標データに基づいてXY平面、XZ平面及びYZ平面内の温度データを表示する、請求項1又は2に記載のリアルタイム加工状態表示装置。
The measuring means has a thermocouple inserted in the processing tool and a temperature measuring unit that outputs information from the thermocouple as temperature data.
The time-series coordinate data from the position acquisition means is coordinate data in the three-dimensional XYZ direction, and the mapping means displays temperature data in the XY plane, the XY plane, and the YZ plane based on the coordinate data. The real-time processing state display device according to claim 1 or 2.
前記位置取得手段からの時系列の座標データは、3次元XYZ方向の座標データであり、前記マッピング手段は、該座標データに基づいてXY平面、XZ平面及びYZ平面内の温度データを表示する、請求項1又は2に記載のリアルタイム加工状態表示装置。
The measuring means has an acceleration sensor arranged in a machine tool or a tool holder held by the machine tool, and an acceleration measuring unit that outputs information from the acceleration sensor as acceleration data.
The time-series coordinate data from the position acquisition means is coordinate data in the three-dimensional XYZ direction, and the mapping means displays temperature data in the XY plane, the XY plane, and the YZ plane based on the coordinate data. The real-time processing state display device according to claim 1 or 2.
The machine tool is a rotation tool that rotates the processing tool to process the work, and the acceleration sensors are arranged at positions symmetrical with respect to the center of the rotation axis of the rotation tool on a horizontal plane in the tool holder. The real-time processing state display device according to claim 4, further comprising a pair of accelerometers and a pair of accelerometers arranged at positions having a phase different from each other by approximately 90 °.
The mapping means displays temperature data or acceleration data in the XY plane in the XY plane display window, displays temperature data or acceleration data in the XZ plane in the XZ plane display window, and displays temperature data or acceleration data in the YZ plane. 3 to 5 according to claim 3, wherein the Real-time machining status display device.
加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データと工作機械の動作状態を計測する工作機械が備える計測手段からの工作機械の計測データを時系列でモニタリングする計測手段と、
前記計測手段からの時系列の前記物理量データと前記工作機械からの計測データ、又は両データの経時的変化を同一時間軸で表示する、リアルタイム加工状態表示装置。
It is a real-time machining status display device that maps the status on the machining path of the machining tool at the tip of the machine tool.
Measuring means for monitoring the physical quantity data of one or more of the temperature, acceleration or stress of the machining tool and the measurement data of the machine tool from the measuring means provided in the machine tool for measuring the operating state of the machine tool, and the measuring means for monitoring the measurement data of the machine tool in chronological order.
A real-time machining state display device that displays time-series physical quantity data from the measuring means, measurement data from the machine tool, or changes over time of both data on the same time axis.
基準時点における加工ツールの温度、加速度又は応力のうちの1つ以上の物理量データを計測・保存し、工作機械の動作制御手段の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取った基準データを作成する基準データ作成手段と、
基準時点から所定時間経過時点における前記基準データ作成手段において計測・保存された物理量データを計測・保存し、工作機械の動作制御手段の時間情報及び位置情報から動作中の加工ツールの時系列の座標を読み取った比較用データを作成する比較用データ作成手段と、
前記基準データ作成手段と前記比較用データ作成手段とからの読取った加工ツールの時系列の座標での物理量データの差分を算出する比較算出手段と、
前記比較算出手段で算出された物理量データの差分を加工ツールの時系列の座標に基づいて、加工パス上の座標に表示する表示手段と、を有するリアルタイム加工状態表示装置。It is a real-time machining status display device that displays the state change on the machining path of the machining tool at the tip of the machine tool.
The physical quantity data of one or more of the temperature, acceleration or stress of the machining tool at the reference time is measured and saved, and the time series coordinates of the machining tool in operation are obtained from the time information and position information of the motion control means of the machine tool. The reference data creation method for creating the read reference data,
The physical quantity data measured and saved by the reference data creation means at the time when a predetermined time elapses from the reference time is measured and saved, and the time-series coordinates of the machining tool in operation from the time information and position information of the operation control means of the machine tool. A comparison data creation method that creates comparison data by reading
A comparison calculation means for calculating the difference in physical quantity data at the time-series coordinates of the machining tool read from the reference data creation means and the comparison data creation means, and a comparison calculation means.
A real-time machining state display device having a display means for displaying the difference of physical quantity data calculated by the comparison calculation means at the coordinates on the machining path based on the coordinates of the time series of the machining tool.
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