KR101084517B1

KR101084517B1 - 심공 가공 장치

Info

Publication number: KR101084517B1
Application number: KR1020087027278A
Authority: KR
Inventors: 림페이 가와시타; 가즈오 히로타; 히토시 가구치; 요시타케 가스바타; 아키오 감베
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2011-11-18
Also published as: KR20090037853A; WO2008001735A1; CN101479068A; CN101479068B; US20090074523A1; JP2008006532A; EP2033729A4; EP2033729A1

Abstract

툴마크의 진전을 방지할 수 있는 심공 가공 장치를 제공한다. 그 때문에, 회전 구동하여 워크 (W) 에 심공 (Wa) 을 가공하는 공구 (12) 와, 심공 가공중에 공구 (12) 의 진동을 가속도로서 검출하는 가속도계 (19) 와, 가속도계 (19) 가 검출한 가속도를 주파수 분석하여, 심공 가공중에 항상 발생하는 비틀림 고유 진동의 주파수 이외의 주파수 영역에 있어서의 공전 고유 진동수 및 굽힘 고유 진동수의 오버올값이 미리 설정된 임계값 (α) 을 초과하면, 심공 (Wa) 에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 모니터링 장치 (20) 와, 모니터링 장치 (20) 의 판정에 기초하여 공구 (12) 의 회전수 및 이송 속도를 제어하는 NC 장치 (18) 를 구비하도록 하였다.

심공 가공 장치

Description

심공 가공 장치{DEEP HOLE DRILLING APPARATUS}

본 발명은 가공중에 있어서의 툴마크의 진전을 방지하는 심공 가공 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 워크 (피가공물) 에 천공 가공을 실시하는 경우에는, 드릴 등의 공구를 척 등의 공구 유지 부재에 장착하고, 그 공구를 회전시키면서 개공을 실시하는 방법이 많이 이용되고 있다. 최근, 여러가지 제품에 있어서 소형화가 도모되고 있어, 이 제품을 구성하는 각 부품에도 소형화가 요구되고 있다. 그리고, 이들의 부품에 실시되는 천공 가공도, 소형화에 수반하여, 소직경이고, 또한, 심공이 되는 경우가 많아, 고정밀도인 것이 요구되고 있다.

특히, (구멍 깊이/구멍 직경) 의 비가 큰 천공 가공은 심공 가공이라고 불리워지고 있으며, 이 심공 가공에 있어서는, 종래부터 건 드릴 시스템이나 BTA (Boring and Trepanning Association) 시스템 등의 가공 방법이 알려져 있다.

이와 같은 심공 가공에 사용되는 공구는, 워크에 가공하는 원하는 구멍 형상에 따라 소직경이고, 또한, 장척으로 형성되어 있다. 그러나, 이와 같이 공구가 장척이 되면, 공구 선단에 직경 방향의 진동이 발생되어, 정밀도가 높은 심공 가공을 실시할 수 없는 경우가 있었다.

그래서, 종래부터 심공 가공시에 공구의 진동을 저감시켜, 정밀도가 높은 심공을 가공하기 위한 심공 가공 장치가 제공되고 있다. 이와 같은, 종래의 심공 가공 장치는, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3 에 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평7-51992호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2003-159607호

특허문헌 3 : 일본 특허 제3026555호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

여기에서, 심공 가공중에는, 툴마크라고 불리워지는 나선 형상의 스크래치가 발생하는 경우가 있다. 이 툴마크는 공구 선단의 회전 진동에 의해 심공의 내주면에 형성되는 것이다.

공구에서는, 그 길이에 따른 굽힙 고유 진동수가 존재하고, 이 굽힘 고유 진동수와, 회전수의 x 배로 가해지는 여진력의 주파수가 일치되었을 때, 공전 진동이 일어나기 쉬운 상태가 된다. 일단, 공전 진동이 발생하여 툴마크가 발생하면, 이 툴마크의 영향에 의해 더욱 공전 진동이 발산되는 현상 (자려 진동) 이 일어나, 툴마크는 진전되게 된다.

또, 심공 가공에서는, 공구의 돌출량이 크게 변화되고, 그에 따라 공구의 공전 진동의 진동수도 크게 변화된다. 따라서, 공전 진동의 원인이 되는 굽힘 진동의 굽힘 고유 진동수와, 여진력이 되는 회전수의 x 배의 주파수 성분은, 가공중에 한번은 일치하게 되기 때문에, 툴마크의 발생을 방지하는 것은 곤란하다고 볼 수 있다.

그래서, 툴마크에 대해서는, 툴마크 발생 후 바로 검출하여, 툴마크가 발생하지 않는 가공 조건으로 변경하는 것이 좋은 대책이라고 볼 수 있다. 그러나, 종래의 심공 가공 장치에 있어서는, 툴마크의 발생에 관하여, 전혀 대책을 강구하지 않았다.

따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 툴마크의 진전을 방지할 수 있는 심공 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

회전 구동하여 피가공물에 심공을 가공하는 공구와,

심공 가공중에 상기 공구의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과,

상기 진동 검출 수단이 검출한 진동을 주파수 분석하여, 심공 가공중에 항상 발생하는 비틀림 고유 진동수의 주파수 이외의 주파수 영역에 있어서의 진동수의 오버올값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 툴마크 판정 수단과,

상기 툴마크 판정 수단의 판정에 기초하여 상기 공구의 회전수 및 이송 속도를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 오버올값이 소정 시간 연속하여 임계값를 초과한 경우에만 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 회전수가 정격 회전수가 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구를 회전 구동시키는 모터 전류가 정격 전류가 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 5 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 피가공물과의 접촉에 의한 트러스트 하중이 정격 트러스트 하중이 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 6 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단에 의해 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정되면, 이 때의 오버올값을 구한 주파수 영역을 보존하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 7 발명에 관련된 심공 가공 장치는,

제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서,

오버올값이 임계값를 초과하지 않는 채 심공 가공이 종료된 경우에는, 그 오버올값에 원하는 안전율을 곱하여 새로운 임계값를 구하고, 다음번의 동일한 가공 조건일 때 그 새로운 임계값를 이용하여 판정하는 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 회전 구동하여 피가공물에 심공을 가공하는 공구와, 심공 가공중에 상기 공구의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 상기 진동 검출 수단이 검출한 진동을 주파수 분석하여, 심공 가공중에 항상 발생하는 비틀림 고유 진동수의 주파수 이외의 주파수 영역에 있어서의 진동수의 오버올값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 툴마크 판정 수단과, 상기 툴마크 판정 수단의 판정에 기초하여 상기 공구의 회전수 및 이송 속도를 제어하는 제어 수단을 구비함으로써, 검출한 진동을 주파수 분석하여 툴마크 발생을 판정한 후, 즉시, 이 툴마크가 발생하기 어려운 조건으로 변경함으로써 툴마크의 진전을 방지할 수 있다.

제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 상기 툴마크 판정 수단은, 오버올값이 소정 시간 연속하여 임계값을 초과한 경우에만 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정함으로써, 외란 등에 의해 순간적으로 진동이 증가하는 경우가 있어도 오판정을 방지할 수 있다.

제 3 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 회전수가 정격 회전수가 되면 판정을 개시함으로써, 가공 개시 시기에 있어서의 피가공물과 상기 공구의 위치 맞춤에 의한 충돌에 의해, 모든 주파수에 있어서 진동이 증가하여 임계값을 초과하여도 오판정을 방지할 수 있다.

제 4 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구를 회전 구동시키는 모터 전류가 정격 전류가 되면 판정을 개시함으로써, 가공 개시 시기에 있어서의 피가공물과 상기 공구의 위치 맞춤에 의한 충돌에 의해, 모든 주파수에 있어서 진동이 증가되어 임계값을 초과하여도 오판정을 방지할 수 있다.

제 5 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 또는 제 2 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 피가공물과의 접촉에 의한 트러스트 하중이 정격 트러스트 하중이 되면 판정을 개시함으로써, 가공 개시 시기에 있어서의 피가공물과 상기 공구와의 위치 맞춤에 의한 충돌에 의해, 모든 주파수에 있어서 진동이 증가되어 임계값을 초과하여도 오판정을 방지할 수 있다.

제 6 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 상기 툴마크 판정 수단에 의해 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정되면, 이 때의 오버올값을 구한 주파수 영역을 보존함으로써, 전회와 동일한 주파수 분석 데이터인 경우에는, 보존되어 있던 상기 주파수 영역을 자동으로 설정할 수 있기 때문에, 워크 재료나 공구 형상 등의 가공 조건에 따라 오버올값을 구하는 주파수 영역이 변화되어도 즉시 대응할 수 있다.

제 7 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 제 1 발명에 관련된 심공 가공 장치에 있어서, 오버올값이 임계값를 초과하지 않은 채 심공 가공이 종료된 경우에는, 그 오버올값에 원하는 안전율을 곱하여 새로운 임계값를 구하고, 다음번의 동일한 가공 조건일 때 그 새로운 임계값을 이용하여 판정함으로써, 시간마다의 임계값을 구할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 판정을 할 수 있다. 또, 워크 재료나 공구 형상 등의 가공 조건의 변경에 따라 가속도 레벨이 변화된 경우에도 자동적으로 대응할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 관련된 심공 가공 장치의 개략도이다.

도 2 는 가속도의 주파수 분석 결과를 나타낸 도면이다.

도 3 은 툴마크가 발생하였을 때의 가속도의 주파수 분석 결과를 나타낸 도면이다.

도 4 는 오버올값의 시간 변동을 나타낸 도면이다.

도 5 는 다른 임계값의 설정 방법을 나타낸 도면이다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 심공 가공 장치의 개략도이다.

부호의 설명

1, 2 : 5 축 BTA 가공기, 11 : 보링바, 12 : 공구, 13 : 지지 부재, 15 : 프레셔 헤드, 16 : 서보모터, 17 : 볼 스크루 기구, 18 : NC 장치, 19 : 가속도계, 20 : 모니터링 장치, 21 : 텔레미터, 22 : 케이블, W : 워크, Wa : 심공

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관련된 심공 가공 장치에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 관련된 심공 가공 장치의 개략도, 도 2 는 가속도의 주파수 분석 결과를 나타낸 도면, 도 3 은 툴마크가 발생하였을 때의 가속도의 주파수 분석 결과를 나타낸 도면, 도 4 는 오버올값의 시간 변동을 나타낸 도면, 도 5 는 다른 임계값의 설정 방법을 나타낸 도면, 도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 심공 가공 장치의 개략도이다.

도 1 에 나타내는 심공 가공 장치인 5 축 BTA (Boring and Trepanning Association) 가공기 (1) 는 워크 (피가공물) (W) 에 심공 가공을 실시하는 것이다. 5 축 BTA 가공기 (1) 에는 5 개의 중공상의 보링바 (11) 가 형성되어 있고, 이 보링바 (11) 의 선단에는 공구 (12) 가 형성되어 있다. 그리고, 보링바 (11) 는 지지 부재 (13) 에 관통 지지되어 있다. 지지 부재 (13) 내에는 통형상의 프레셔 헤드 (15) 가 관통되어 있고, 이 프레셔 헤드 (15) 내에는 도시하지 않은 슬라이딩 베어링이 형성되어 있다. 즉, 보링바 (11) 는 회전 가능하고, 또한, 축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

또, 5 축 BTA 가공기 (1) 에는, 보링바 (11) 를 회전 구동시키는 서보모터 (16) 와, 보링바 (11) 를 축 방향으로 이동시키는 볼 스크루 기구 (17) 가 형성되어 있고, 이 서보모터 (16) 및 볼 스크루 기구 (17) 에는 NC (수치 제어) 장치 (18) 가 접속되어 있다. 그리고, 프레셔 헤드 (15) 의 선단 사면에는 가속도계 (진동 검출 수단) (19) 가 형성되어 있고, 이 가속도계 (19) 에는 모니터링 장치 (툴마크 판정 수단) (20) 를 개재하여 NC 장치 (18) 가 접속되어 있다.

따라서, 워크 (W) 에 심공 가공을 실시하는 경우에는, 먼저, 워크 (W) 의 소 정 위치에 프레셔 헤드 (15) 의 선단을 내리누르듯이 5 축 BTA 가공기 (1) 를 배치시킨다. 그리고, 서보모터 (16) 및 볼 스크루 기구 (17) 를 구동시키고, 보링바 (11) 를 통하여 공구 (12) 에 소정 회전수 및 이송 속도를 부여한다. 이로써, 워크 (W) 에 원하는 구멍 깊이 및 구멍 직경을 갖는 심공 (Wa) 을 가공할 수 있다. 또, 심공 (Wa) 을 가공할 때에는, 도시하지 않은 오일 공급 장치로부터 공구 (12) 의 선단을 향해 절삭유가 공급되며, 이 공구 (12) 에 의해 절삭된 절삭 부스러기나 절삭유는, 공구 (12) 내로부터 보링바 (11) 의 중공 부분을 지나 배출되도록 되어 있다.

여기에서, 심공 (Wa) 을 계속 깎아 이송량이 커지면, 보링바 (11) 의 프레셔 헤드 (15) 로부터의 돌출량이 커져, 굽힘 고유 진동수가 변화된다. 그리고, 이 굽힘 고유 진동수가 회전수의 x 배의 성분과 일치되었을 때, 공전 진동이 일어나기 쉬운 조건이 된다. 이로써, 심공 (Wa) 의 내주면에 나선 형상의 스크래치인 툴마크가 발생할 우려가 있다.

그래서, 워크 (W) 의 심공 가공시에 있어서, 모니터링 장치 (20) 내의 가공중에 발생한 툴마크의 판정 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 각 보링바 (11) 에 발생하는 진동을 그것들에 대응하는 프레셔 헤드 (15) 를 통해 가속도계 (19) 에 의해 가속도로서 검출한다. 그리고, 그 검출된 가속도 신호는 모니터링 장치 (20) 로 이송된다. 모니터링 장치 (20) 에서는 그 가속도 신호를 푸리에 변환을 이용하여 주파수 분석하여, 도 2 에 나타내는 바와 같은 가속도의 주파수 분석을 각 보링바 (11) 마다 대응시켜 출력한다.

여기에서, 가공 중의 보링바 (11) (공구 (12)) 에는 절삭 저항이 부여되어 있기 때문에, 보링바 (11) 에는 항상 비틀림 진동이 발생한다. 도 2 에서는, 주파수 f 부근 및 주파수 2f 부근의 주파수에 있어서 가속도가 급격히 크게 변화 되어 있고, 이들의 주파수에 있어서의 성분이 비틀림 진동에서 기인하는 진동 성분인 것을 알 수 있다. 통상, 비틀림 고유 진동수의 피크는 1 개이지만, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 회전수에 의해 변조된 성분 (비틀림 고유 진동수 ± 회전수) 의 피크가 발생하거나, 파형의 변형에 의해 비틀림 고유 진동수의 2 배의 주파수에서 피크가 발생하거나 한다. 또한, 주파수 f 부근 및 주파수 2f 부근에서의 비틀림 고유 진동수를 이하, T 성분 및 2T 성분이라고 기재한다.

다음으로, 보링바 (11) 의 이송량이 커지면, 프레셔 헤드 (15) 로부터의 돌출량이 커져, 점차 보링바 (11) 에 공전 진동 및 굽힘 진동이 발생하여, 심공 (Wa) 에 툴마크가 발생하기 쉬운 상태가 된다.

즉, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 툴마크가 발생하면, T 성분 이하의 주파수 영역에서 공전 진동 성분이 커진다. 또, 이 회전 진동 성분이 비틀림 고유 진동에서 기인되는 진동 성분의 변조를 받음으로써, T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역의 진동 성분도 커진다. 또한, 일반적으로, 가속도계는 고주파 영역에서 더욱 민감하게 진동을 감지할 수 있기 때문에, T 성분 이하의 주파수 영역에 있어서의 피크보다 T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역에서의 피크가 커지는 경우가 많다.

상기 서술한 바와 같이, 툴마크가 발생하면, T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역에서 큰 가속도 변화가 발생되는 것을 알 수 있기 때문에, 이 주파수 영역에서의 가속도 (공전 고유 진동수 및 굽힘 고유 진동수) 의 시간마다의 오버올값 (평균값) 을 구하고, 도 4 의 실선으로 나타내는 것과 같은, 오버올값의 시간 변동을 각 보링바 (11) 마다 대응시켜 출력한다. 또한, 도 4 에 나타내는 일점 쇄선은 서보모터 (16) 의 회전수를 나타내고, S 는 가공 개시 시기, E 는 가공 종료시를 나타낸다.

또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 모니터링 장치 (20) 내에는, 미리 오버올값에 대한 임계값 (α) (도면 중, 2 점 쇄선으로 나타낸다) 가 설정되어 있고, 모니터링 장치 (20) 는 산출된 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하였는지의 여부를 판정한다. 여기에서, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하지 않았으면, 심공 가공은 계속된다. 한편, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과한 경우에는, 어느 하나의 보링바 (11) 에 대응한 심공 (Wa) 에 툴마크가 발생하였는지의 여부를 판정한 후, 모니터링 장치 (20) 로부터 NC 장치 (18) 에 알람 신호가 이송된다.

다음으로, 알람 신호가 입력된 NC 장치 (18) 는, 서보모터 (16) 및 볼 스크루 기구 (17) 에 정지 신호를 이송하여, 모든 보링바 (11) (공구 (12)) 의 회전 및 이송을 순차 정지시킨다. 그리고, 보링바 (11) 가 구동 정지되면, 툴마크가 발생한 심공 (Wa) 에 대응하는 공구 (12) 는 작업자에 의해 새로운 것으로 교환되고, 다시 동일한 회전수 및 이송 속도로 심공 가공이 실시된다.

따라서, 본 발명에 관련된 심공 가공 장치에 의하면, 툴마크 발생을 판정한 후, 즉시, 이 툴마크가 발생하기 어려운 조건으로 변경함으로써, 툴마크의 진전을 방지할 수 있다.

그리고, 보링바 (11) 에 발생하는 진동을 주파수 분석하고 있으므로, 진동의 시각력 파형을 이용하여 분석하는 경우와 비교하여, 가공중에 항상 발생하는 비틀림 고유 진동수의 T 성분 및 2T 성분과, 툴마크 형성시밖에 발생하지 않는 공전 고유 진동수에서 기인하는 진동 성분을 판별하기 쉬워진다. 또, T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역에 있어서의 오버올값을 구하고 있으므로, 툴마크 형성의 유무에 관계없이 발생하는 T 성분 및 2T 성분의 영향을 받는 경우가 없다. 이 결과, 툴마크 발생의 판정을 용이하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명에 관련된 심공 가공 장치에서는, 이하에 나타내는 것과 같은 구성에 있어서도 툴마크 발생을 판정할 수 있다.

모니터링 장치 (20) 에 있어서, 푸리에 변환이 아니라, 웨이브 렛 변환을 이용하여 주파수 분석을 실시하도록 한다. 이로써, 시간 정보와 주파수 정보 양방을 동시에 분석할 수 있기 때문에 툴마크의 판정을 용이하게 할 수 있다.

공전 고유 진동수가 발생하는 주파수를 미리 알고 있는 경우에는, 툴마크 판정의 대상이 되는 주파수를 T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역의 전체 영역으로 하는 것이 아니라, 그 주파수 부근으로만 좁혀, 툴마크 발생의 판정을 하도록 한다. 이로써, 툴마크 발생에서 가장 기인하는 공전 진동을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.

오버올값이 임계값 (α) 을 연속하여 초과한 경우, 즉, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하고 나서 t 초 후에 툴마크가 발생하였 다고 판정하도록 한다. 이로써, 가공 중인 노이즈 등의 외란, 가공 개시 시기 (S) 에 있어서의 워크 (W) 와 공구 (12) 와의 위치 맞춤에 의한 급증 오버올값 (Ps), 가공 종료 시기 (E) 에 있어서의 공구 (12) 가 워크 (W) 로부터 이탈할 때의 급증 오버올값 (Pe) 등에 의해, 순간적으로 가속도가 증가하는 경우가 있어도 오판정을 방지할 수 있다.

가공 개시 시기 (S) 의 저속 회전시에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 워크 (W) 와 공구 (12) 의 위치 맞춤에 의한 충돌에 의해, 모든 주파수에 있어서 가속도가 증가되어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 급증 오버올값 (Ps) 이 임계값 (α) 을 초과해버린다. 이 결과, 툴마크가 발생하지 않았음에도 불구하고 오판정의 우려가 있기 때문에, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하고, 또한, 서보모터 (16) 가 정격 회전수 (R) 일 때 툴마크가 발생하였다고 판정하도록 한다. 이로써, 오판정을 방지할 수 있다.

또한, 워크 (W) 와 공구 (12) 의 충돌시에는, 서보모터 (16) 의 회전 토크가 커짐에 따라 모터 전류도 높아지기 때문에, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하고, 또한 서보모터 (16) 가 정격 전류값일 때 툴마크가 발생하였다고 판정하도록 해도 상관없다. 또, 워크 (W) 와 공구 (12) 의 충돌시에는, 공구 (12) 를 통해 보링바 (11) 에 가공 중보다 큰 트러스트 하중이 가해지기 때문에, 오버올값이 임계값 (α) 을 초과하고, 또한, 보링바 (11) 에 부여되는 트러스트 하중이 정격 트러스트 하중일 때 툴마크가 발생하였다고 판정하도록 해도 상관없다.

툴마크 발생시의 주파수 분석 데이터로부터 오버올값을 구한 주파수 영역을 보존해 두고, 전회와 동일한 주파수 분석 데이터인 경우에는, 보존하고 있던 상기 주파수 영역을 자동 설정하도록 한다. 이로써, 워크 재료나 공구 형상 등의 가공 조건에 따라 오버올값을 구하는 주파수 영역이 변화되어도 즉시 대응할 수 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 툴마크의 발생없이 가공할 수 있었던 경우의 가속도 레벨로부터, 가공 개시부터 소정 시간 후의 오버올값의 최대값을 구하고, 각각의 최대값에 안전율 (예를 들어, 1.5) 을 곱한 값을 임계값 (β) (도면 중, 2 점 쇄선으로 나타낸다) 로서 보존해 둔다. 그리고, 전회와 동일한 가속도 레벨이 검출된 경우에는, 보존하고 있던 상기 임계값을 자동으로 설정하도록 한다. 이로써, 시간마다의 임계값이 구해짐으로써 정밀도가 높은 판정을 할 수 있다. 또, 워크 재료나 공구 형상 등의 가공 조건의 변경에 따라 가속도 레벨이 변화된 경우에도 자동적으로 대응할 수 있다.

알람 신호가 입력된 NC 장치 (18) 는 서보모터 (16) 의 회전수를 낮추도록 한다. 이로써, 공전 고유 진동수와 굽힘 고유 진동수를 엇갈리게 할 수 있기 때문에, 보링바 (11) 의 진동이 저감되어 툴마크의 진전을 방지할 수 있다.

또, 알람 신호가 입력된 NC 장치 (18) 는 볼 스크루 기구 (17) 의 이송 속도가 느려지도록 한다. 이로써, 툴마크에 의한 보링바 (11) 의 자려 진동이 없어져 툴마크의 진전을 방지할 수 있다.

또한, 알람 신호가 입력된 NC 장치 (18) 는 도시되지 않은 전자 가진기 등에 의해 보링바 (11) 의 축 방향으로 고주파 진동을 부여하도록 한다. 이로써, 공 구 (12) 와 심공 (Wa) 의 접촉 시간이 적어지기 때문에, 절삭 저항의 저감에 수반하여 비틀림 진동을 저감시킬 수 있다.

도 6 에 나타내는 5 축 BTA 가공기 (2) 와 같이, 가속도계 (19) 를 공구 (12) 에 형성해도 상관없다. 이 경우, 가속도계 (19) 는 보링바 (11) 에 형성되는 텔레미터 (21) 와 케이블 (22) 로 접속되어 있고, 텔레미터 (21) 는 무선에 의해 가속도의 신호를 송신하도록 되어 있다. 이로써, 진동을 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또, 텔레미터 (21) 대신에 슬립링을 형성하여 노이즈의 저감을 도모해도 된다.

보링바 (11) 의 진동 검출에 가속도계 (19) 대신에 뒤틀림 게이지를 형성하여, 응력 레벨로부터 툴마크 발생을 판정하도록 한다. 또, 가속도계 (19) 대신에 변위 센서를 형성하여, 비틀림 고유 진동수의 T 성분과 2T 성분 간의 주파수 영역보다 낮은 주파수 영역에서 툴마크 발생의 판정을 하도록 한다.

또한, 가속도계 (19) 대신에, 보링바 (11) 의 회전수를 검출하는 인코더나 기어를 사용한 전자 픽업 등을 형성하여, 보링바 (11) 의 회전수의 변화로부터 툴마크 발생의 판정을 하도록 한다. 또, 가속도계 (19) 대신에, 절삭음을 계측하는 마이크를 형성하여, 절삭음의 변화로부터 툴마크 발생의 판정을 하도록 한다.

NC 공작 기계를 이용하여 심공 가공을 실시하는 경우에 적용할 수 있다.

Claims

회전 구동하여 피가공물에 심공을 가공하는 공구와,

심공 가공중에 상기 공구의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과,

상기 진동 검출 수단이 검출한 진동을 주파수 분석하여, 심공 가공중에 항상 발생하는 비틀림 고유 진동의 주파수 이외의 주파수 영역에 있어서의 진동수의 오버올값이 미리 설정된 임계값를 초과하면, 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 툴마크 판정 수단과,

상기 툴마크 판정 수단의 판정에 기초하여 상기 공구의 회전수 및 이송 속도를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 오버올값이 소정 시간 연속하여 임계값을 초과한 경우에만 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 회전수가 정격 회전수가 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구를 회전 구동시키는 모터 전류가 정격 전류가 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단은, 상기 공구의 피가공물과의 접촉에 의한 트러스트 하중이 정격 트러스트 하중이 되면 판정을 개시하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 툴마크 판정 수단에 의해 상기 심공에 툴마크가 발생하였다고 판정되면, 이 때의 오버올값을 구한 주파수 영역을 보존하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.
제 1 항에 있어서,

오버올값이 임계값을 초과하지 않은 채 심공 가공이 종료된 경우에는, 그 오버올값에 원하는 안전율을 곱하여 새로운 임계값을 구하고, 다음번의 동일한 가공 조건일 때 그 새로운 임계값을 이용하여 판정하는 것을 특징으로 하는 심공 가공 장치.