KR20110126722A - 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치 - Google Patents

작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

작업 기계의 채터링 억제 방법은, 바이트(22) 또는 워크(W)의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하는 공정과, 상기 회전 개시시부터 검출되는 상기 진동이 한계치를 초과하는지 아닌지를 판단하는 공정과, 상기 진동이 상기 한계치를 초과한다고 판단되었을 때, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하여, 주축(18)의 회전수를 조정하는 공정을 갖고 있다.

Description

작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SUPPRESSING CHATTERING OF WORK MACHINE}
본 발명은, 가공 공구를 개재하여 워크(work)에 가공 처리를 실시할 때에, 채터링이 발생하는 것을 억제하기 위한 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가공 공구를 개재하여 워크에 가공 처리를 실시하기 위해서, 각종 공작기계가 사용되고 있다. 예를 들면, 보링 가공은, 보링용 바이트(인선(刃先))가 설치된 보링 공구(tool)를 공작기계의 회전 주축(스핀들)에 부착하고, 상기 보링 공구를 고속으로 회전시키면서 아래 구멍을 따라서 차례차례 계속 내보냄으로써, 그 인선 가공 지름으로 소정의 위치에 고정밀도의 구멍부분을 가공하는 것이다.
이런 종류의 작업 기계에서는, 가공 공구나 워크에, 절삭 저항에 의한 휨이 발생하기 쉽다. 그리고, 이 휨에 기인하여 가공 공구나 워크에 진동이 야기되어, 이 진동이 채터링(소위, 재생 채터링을 포함한다)으로 되어 가공에 나타나는 경우가 있다.
상기의 채터링을 억제하기 위해서, 종래부터 여러 가지의 방법이 채용되고 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개공보 2007-44852호에 개시되어 있는 바와 같이, 절삭 공구, 피삭부재 또는 기계 가공 장치의 채터링 진동의 주파수를 검출하는 채터링 진동 검출 수단과, 검출된 채터링 진동의 주파수에 근거하여, 채터링 진동을 저감하기 위한 상기 절삭 공구 또는 피삭부재의 회전수를 연산하는 연산 수단을 구비하고 있다.
또한, 채터링 진동의 타입을 특정하는 채터링 진동 특정 수단과, 상기 절삭 공구 또는 피삭부재의 회전수를 변경하는 회전수 변경 수단을 구비하고, 상기 채터링 진동 특정 수단은, 상기 회전수 변경 수단에 의해 상기 회전 수단의 회전수가 변경되었을 때의 채터링 진동의 주파수의 변화에 근거하여, 채터링 진동의 특정을 실시하고 있다.
그러나, 상기의 특허문헌 1에서는, 실제로 채터링이 발생한 후, 채터링 진동을 저감하기 위한 절삭 공구 또는 피삭부재의 회전수를 연산하고 있다. 따라서, 피삭부재에는, 채터링의 영향이 발생하기 쉬워, 고정밀도의 가공 처리가 수행되지 않을 우려가 있다.
또한, 재생 채터링인지 마찰 채터링인지를 판별할 때, 채터링 진동 주파수가, 주축의 회전수를 변화시킨 것에 의해서 변화한 것인지 아닌지에 의해 실시되고 있다. 이 때문에, 실제로 주축의 회전수를 변화시키는 작업이 필요하여, 공정이 번잡화함과 함께, 시간이 걸린다.
본 발명은 이런 종류의 문제를 해결하는 것으로, 간단한 공정 및 구성으로, 채터링의 발생을 가급적 저지할 수 있으며, 고정밀한 가공 작업이 효율적으로 수행 가능한 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 가공 공구를 개재하여 워크에 가공 처리를 실시할 때에, 채터링이 발생하는 것을 억제하기 위한 작업 기계의 채터링 억제 방법에 관한 것이다.
이 채터링 억제 방법은, 가공 공구 또는 워크의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하는 공정과, 회전 개시 시부터 검출되는 상기 진동이 한계치를 초과하는지 아닌지를 판단하는 공정과, 상기 진동이 상기 한계치를 초과한다고 판단되었을 때, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하여, 주파수×60÷칼날수(또는 그 체배(遞倍))의 연산식으로부터, 기계 주축의 회전수를 조정하는 공정을 갖고 있다.
또한, 본 발명은, 가공 공구를 개재하여 워크에 가공 처리를 실시할 때에, 채터링이 발생하는 것을 억제하기 위한 작업 기계의 채터링 억제 장치에 관한 것이다.
이 채터링 억제 장치는, 가공 공구 또는 워크의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출 기구와, 회전 개시 시부터 검출되는 상기 진동이 한계치를 초과하는지 아닌지를 판단하는 판단 기구와, 상기 진동이 상기 한계치를 초과한다고 판단되었을 때, 상기 회전 개시 시부터 검출되는 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하여, 주파수×60÷칼날수(또는 그 체배)의 연산식으로부터, 기계 주축의 회전수를 조정하는 연산 기구를 구비하고 있다.
본 발명과 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치에서는, 회전 개시시부터 진동을 검출하여, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하고 있다. 푸리에 급수 전개는, 연산이 심플하고, 신속한 처리가 가능하기 때문에, 즉시성이 양호하게 향상하여, 실제로 채터링이 발생하기 전에, 채터링 진동을 예상할 수 있다.
따라서, 회전 개시와 함께 진동이 제로부터 성장하는 재생 채터링을 가급적 조기에 예상하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 실제로 채터링에 의한 영향이 발생하기 전에, 기계 주축의 회전수를 조정할 수 있어, 재생 채터링의 발생을 확실히 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치의 개략 설명도이다.
도 2는, 상기 채터링 억제 장치를 구성하는 채터링 억제 콘트롤러의 설명도이다.
도 3은, 상기 채터링 억제 장치에 의한 채터링 제어 방법을 설명하는 플로어 챠트의 전단이다.
도 4는, 상기 플로어 챠트의 후단이다.
도 5는, 공전시의 진동과 절삭시의 진동의 설명도이다.
도 6은, 한계치 설정의 플로어 챠트이다.
도 7은, 주축 회전수가 안정 경계에 있을 때의 설명도이다.
도 8은, 안정 가공시의 설명도이다.
도 9는, 안정 가공시의 고조파가 제거된 상태의 설명도이다.
도 10은, 주축 회전수가 안정 경계에 있을 때의 설명도이다.
도 11은, 채터링 전조시의 피크 설명도이다.
도 12는, 본 발명의 제2의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치의 개략 설명도이다.
도 13은, 본 발명의 제3의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치의 개략 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제1의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치(10)는, 공작기계(12)에 적용된다.
이 공작기계(12)는, 하우징(14) 내에 베어링(16)을 개재하여 회전 가능하게 설치되는 스핀들(주축)(18)과, 상기 스핀들(18)에 착탈 자유로운 보링 바(가공 공구)(20)를 구비하며, 상기 보링 바(20)의 선단에 보링용 바이트(22)가 장착되어 있다. 작업 테이블(24) 상에는, 워크(W)가 놓여 있다.
채터링 억제 장치(10)는, 보링 바(20)의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하기 위해서 하우징(14)의 측부에 장착되는 가속도 센서(진동 검출 기구)(26)와, 상기 보링 바(20)의 회전 개시시부터 검출되는 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하고, 주축(18)의 회전수를 조정하여 기계 제어 장치(28)로 갱신치를 출력하는 채터링 억제 콘트롤러(30)를 구비한다. 기계 제어 장치(28)는, 공작기계(12)를 제어하는 것으로, 제어 조작반(32)에 접속된다.
진동 검출 기구는, 가속도 센서(26) 외에, 음파에 의해 진동음을 취득하는 마이크로폰(34)이 사용된다. 또한, 가속도 센서(26)는, 하우징(14)을 대신하여, 워크(W)측, 예를 들면, 작업 테이블(24)에 부착해도 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 채터링 억제 콘트롤러(30)는, 가속도 센서(26) 등에 의해 검출된 기계적 진동(가공 진동)을 앰프 및 필터 회로(36)에 의해 증폭하여 받아들이는 채터링 억제 연산 유닛(연산 기구)(38)을 구비한다.
채터링 억제 연산 유닛(38)에는, 진동의 감시 상태부터 연산 처리를 개시하기 위한 한계치(후술한다)를 지시하기 위한 지시 유닛(40), 주축(18)의 회전수나 바이트(22)의 칼날수 등의 가공 조건을 입력하기 위한 가공 조건 입력 유닛(42), 가공 상태 등을 외부에 표시하기 위한 표시 유닛(44) 및 후술하는 연산 처리에 의해 조정되는 주축 회전수를 출력하기 위한 갱신치 출력 유닛(46)이 접속된다. 갱신치 출력 유닛(46)은, 공작기계(12)의 공작기계 제어 장치(28)로 갱신된 주축 회전수를 자동적으로 출력한다.
이와 같이 구성되는 채터링 억제 장치(10)에 의한 채터링 억제 방법에 관하여, 도 3 이후에 나타내는 플로어 챠트에 따라서, 이하에 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 공작기계(12)에서는, 보링 바(20)를 부착한 스핀들(18)이 회전 구동됨과 함께, 워크(W)의 미리 뚫린 구멍(Wa)을 따라서 투입된다. 그리고, 보링 바(20)가 워크(W)의 구멍(Wa)측으로 상대적으로 이동한다. 이 때문에, 보링 바(20)가 회전하고, 이 보링 바(20)에 장착된 바이트(22)를 개재하여 구멍(Wa)을 구성하는 내벽면에 보링 가공이 실시된다.
채터링 억제 장치(10)는, 스핀들(18)이 회전 구동을 개시함과 동시에(스텝 S1), 가속도 센서(26)(및/또는 마이크로폰(34))에 의한 가공 진동의 감시가 개시된다(스텝 S2). 채터링 억제 연산 유닛(38)에서는, 앰프 및 필터 회로(36)를 개재하여 받아들여지는 가공 진동이, 미리 자동 설정된 한계치, 예를 들면, 주축(18)의 공전시의 진동을 초과하는지 아닌지가 판단된다(스텝 S3).
여기서, 기계 가공을 개시하기 전에 주축(18)의 공전시의 진동과, 절삭시의 진동은, 실제상, 도 5에 나타내는 바와 같이, 변화한다. 그리고, 주축(18)의 공전시의 진동을 허용치로 하여 진동 해석의 한계치를 연산해 둔다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 스핀들(18)의 공전이 개시되면(스텝 S31), 이 공전시의 진동이 판독된다(스텝 S32). 가공 조건 입력 유닛(42)에서는, 한계치(진동 진폭)의 설정 연산이 실시되어, 공전 허용치의 한계치가 설정된다(스텝 S33).
다음으로, 가공 진동이 한계치를 초과하였다고 판단되면(스텝 S3 중, YES), 스텝 S4로 진행하여, 상기 가공 진동의 푸리에 변환(푸리에 급수 전개)에 의한 연산 해석이 실시된다. 구체적으로는, 시간 진동 f(t)는,
f(t)=∑(ajcos(2πJt+bjsin2πJt)로 표시된다. 또한, aj는, 주파수 J의 여현(cosine) 조화 성분 푸리에 계수이며, bj는, 주파수 J의 정현(sine) 조화 성분 푸리에 계수이다.
그리고, 주파수 J에 대한 푸리에 계수는, aj=1/2T∫f(t)cos(2πJt)dt, 및 bj=1/2T∫f(t)sin(2πJt)dt에 근거하여, 푸리에 급수 전개를 실시한다. 또한, 적분 구간은, 0~T이며, 이 성분 구간 T는, 주기 1/J의 정수 배로 한다.
여기서, 푸리에 급수 전개에 의한 리얼타임성(즉시성)의 향상을 도모하기 위해, 실제로 채터링이 발생하는 진동수, 예를 들면, 20Hz~4000Hz로 한정하여, 해석을 위한 데이터 수를 최소한으로 한다.
또한, 스텝 S5로 진행하여, 얻어진 푸리에 계수에 근거해서, 파워 스펙트럼 P(J)(최대 진동 진폭)이, P(J)=aj 2+bj 2로부터 산출된다.
다음으로, 스텝 S6로 진행하여, 주파수 피크의 조검색(粗檢索)이 실시된다. 조검색이란, 푸리에 급수 전개 처리된 진동 신호의 파워 스펙트럼의 피크를 대략적으로 주사하고, 그 중의 피크치를 검색하는 것을 말한다. 구체적으로는, 20Hz~4000Hz 사이의 주파수 역을 10Hz(제1의 주파수) 마다 주사한다.
피크치가 없는 경우에는(스텝 S7 중, NO), 스텝 S2로 돌아와, 진동 감시 처리가 실시된다. 한편, 피크치가 있다고 판단되면(스텝 S7 중, YES), 스텝 S8로 진행하여, 조검색된 피크치의 정검색(精檢索)이 실시된다. 정검색이란, 조검색된 피크치의 전후 수십 Hz를, 1Hz(제2의 주파수) 마다 주사한다.
그리고, 스텝 S9로 진행하여, 피크치가 없는 경우에는(스텝 S9 중, NO), 스텝 S2로 돌아와, 진동 감시 처리가 실시된다. 한편, 피크치가 있다고 판단되면(스텝 S9 중, YES), 스텝 S10으로 진행하여, 파워 최대의 주파수 피크(기본파)가 검색된다.
여기서, 기계 진동을 푸리에 급수 전개하면, 기본 주파수 성분과 그 고조파 성분(2차 고조파, 3차 고조파 등)이 산출된다. 고조파 성분은, 기본 주파수의 정수 배의 주파수이며, 본래의 기본 주파수가 가지고 있는 진동의 물리적인 원인과 결합되어 있지 않은 불필요한 신호이다. 이 때문에, 스텝 S11에서, 고조파 성분이 존재하고 있다고 판단되었을 때에는(스텝 S11 중, YES), 스텝 S12로 진행하여, 이 고조파를 삭제한다. 이에 의해, 진동 원인과 결합하는 기본파만이 얻어진다.
통상, 공작기계(12)에 의해 안정 가공이 실시되고 있으면, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 주축(18)의 회전수는, 안정 영역에 있다. 또한, 도 7은, 주축(18)의 회전수에 대해서 채터링이 발생하는 한계 절삭깊이의 변화를 나타내고 있으며, 안정 한계가 부분적으로 높아지는, 소위, 안정 포켓이 존재하고 있다. 즉, 주축(18)의 회전수를, 채터링의 진동수×60÷칼날수 또는 그 정수분의 1에 일치시키면, 채터링 진동이 억제된다.
한편, 도 8에 나타내는 바와 같이, 산출되는 주파수 성분은, 예를 들면, 기본 주파수 성분(스핀들(18)의 공전시의 회전수) A, 채터링이 성장하기 전의 진동 성분 B, 2차 고조파 성분 C 및 3차 고조파 성분 D를 포함하고 있다. 또한, 기본 주파수 성분 A는, 가공 조건 입력 유닛(42)에 미리 입력된 수치이며, 그 수치를 변경 지시하지 않는다.
그래서, 고조파의 삭제 처리는, 먼저 받아들인 진동 주파수를 푸리에 급수 전개한 후, 파워 스펙트럼으로 변환하여, 그 데이터 중에서 파워 피크가 제일 높은 주파수를 골라낸다. 다음으로, 이것을 기본파로 하여, 그 정수 배의 주파수를 고조파로 하는 것과 함께, 이 고조파를 산출한 파워 스펙트럼의 피크치와 비교를 한다.
비교는, 주파수 피크가 낮은 쪽부터 차례로 실시하여, 일치하는 것이 있으면, 그것을 삭제해 가는 처리로 한다. 그 결과, 고조파(2차 고조파 성분 C 및 3차고조파 성분 D)가 삭제된 기본 주파수 성분만이 남게 되고, 이것은 바꾸어 말하면 진동의 물리적인 원인과 결합되어 있던 진동 주파수만이 검출된 것이 된다.(도 9 참조)
이 고조파 성분의 제거의 처리에 의해, 채터링이 아닌 경우의 소위, 가짜 신호 등을 제거할 수가 있으므로, 신호 해석의 신뢰성을 높일 수 있다. 이것은, 검출의 안전 처치의 역할도 하는 것으로, 특히 진동을 마이크로폰(34)에 의해 검출하는 경우에 유효하다.
마찬가지로 하여, 파워 최대의 다음의 주파수 피크(기본파)가 검색되고(스텝 S13), 다음의 피크가 없다고 판단되면(스텝 S14 중, YES), 스텝 S15로 진행하여, 채터링 진동인지 아닌지의 판정을 실시한다.
제1의 실시형태에서는, 실용적인 진동 범위 내(예를 들면, 20Hz~4000Hz)에서 실시하기 때문에, 그 진동수는, 주축(18)의 회전수의 진동수(고조파를 포함한다), 그것에 사용하는 바이트(22)의 칼날수를 곱한 진동수(고조파를 포함한다) 및 가공에 수반하는 채터링 진동수가 포함된다.
그래서, 미리 주축(18)의 회전수와 바이트(22)의 칼날수 등이, 채터링 억제 연산 유닛(38)으로 입력되어 있다. 따라서, 주축(18)의 회전수의 진동수 및 바이트(22)의 칼날수를 곱한 진동수에 해당하지 않는 진동은, 채터링 진동수 혹은 그 전조가 된다. 이 때문에, 이러한 일련의 처리를, 기계 가공 개시 시점부터 상시 실시하면, 기계 진동 중에서 채터링 진동의 전조를 자동적으로 산출하게 된다.
구체적으로는, 고조파 성분을 삭제한 연산 주파수의 피크치가, 사전에 가공조건으로서 입력한 주축(18)의 회전수의 진동수(회전수÷60), 또는 바이트(22) 칼날수의 진동수(회전수×칼날수÷60)와 일치하는지 어떤지의 비교를 실시한다(스텝 S16 및 스텝 S17).
여기서, 연산 주파수의 피크치가, 이들 사전 입력 정보치와 일치하면(스텝 S16 및 17 중, YES), 그것은 주축(18)이 회전 가공을 하는데 수반하여 발생하는 가공력의 변동, 또는 바이트(22)의 칼날이 단속적으로 절삭을 반복하는 것에 의한 강제 진동이라고 판단하여(스텝 S18), 진동 감시로 돌아온다(스텝 S19).
한편, 이 조건에 합치하지 않는 연산 주파수 피크가 검출되면(스텝 S16 및 17 중, NO), 그것을 재생 채터링의 주파수로 판단하여(스텝 S20), 주축(18)의 회전수를 조정하기 위한 기계 회전수 변경의 지시로 진행한다(스텝 S21).
예를 들면, 워크(W)의 절삭성이 낮은 경우나, 상기 워크(W)의 두께가 얇아, 가공이 진행되는데 따라 가공 상태가 바뀌기 쉬운 경우, 가공의 진행에 수반하는 채터링이 발생하기 쉽다.
이러한 채터링 진동의 전조의 단계가, 도 10 및 도 11에 나타나고 있다. 즉, 경시 변화에 의한 안정 경계의 시프트에 의해, 주축(18)의 회전수는, 안정 포켓법의 경계상으로 이동한다. 이 상태가 되면, 가공 중의 주축(18)의 회전은 안정되어 있어도, 특정의 주파수의 진동 진폭이 커진다. 이것이, 채터링의 전조의 진동이 나타난 상태이다. 그대로 더 가공을 계속하면, 채터링의 진동은 증대를 계속하여, 전조가 유해한 진동으로 성장해 버린다.
여기서, 제1의 실시형태에서는, 채터링 진동을 억제하기 위해서, 가공 상태를 리얼타임으로 감시하여, 채터링의 전조 진동이 발생했을 경우에, 그 진동수를 가지고 안정 포켓법에 근거하는, 주파수×60÷칼날수(또는 그 체배)의 연산을 실시한다. 이에 의해, 주축(18)의 갱신 회전수가 산출되고, 그것은 자동적으로 안정 포켓법의 중심 회전수를 나타내게 된다.
다음으로, 채터링 억제 연산 유닛(38)은, 산출된 주축(18)의 갱신 회전수를 표시 유닛(44)에 표시하는 것과 함께, 기계의 회전수 변경 신호(예를 들면, 주축(18)의 회전수의 외부로부터의 오버라이드 지시)로서 갱신치 출력 유닛(46)으로부터 공작기계 제어 장치(28)로 자동 피드백 출력한다. 이 때문에, 공작기계(12)는, 지시받은 주축(18)의 회전수로 즉시 변경되어, 유해한 채터링이 나오지 않는 절삭 가공이 가능해진다.
이와 같이, 주축(18)의 회전 개시시부터, 즉, 채터링이 없는 상태에서의 가공 개시의 시점(=감시 개시 지시 시점)부터, 리얼타임으로 가공의 진동을 감시하고 있다. 그리고, 채터링의 전조 진동에 근거하여, 즉시 안정 포켓법으로 의한 채터링이 발생하지 않는 최적의 가공 회전수로, 주축(18)의 회전수가 변경되어, 채터링은 전조 동안에 억제되게 된다.
이에 의해, 이 방식을 채용함으로써, 안정 포켓법의 안정 영역의 주축(18)의 회전수로 가공이 개시되었을 때도, 또한 가공의 경시 변화(예를 들면, 가공 개소의 변화, 워크(W)의 두께 변화 등)에 의해서 안정 영역이 시프트하고, 주축(18)의 회전수가 안정 포켓법의 안정 경계 영역으로 이동했다고 하여도, 또한 주축(18)의 회전수가 안정 포켓법의 불안정 영역으로 이동했다고 하여도, 그들 진동으로부터 즉시 연산을 개시하여, 주축(18)의 회전수를 안정 포켓법의 안정 영역의 중심 회전수로 이동할 수 있다. 즉, 이 지시에 근거하여, 공작기계(12)의 주축(18)의 회전수를 즉시 변경하면, 그것은 자동적으로 채터링이 발생하지 않는 안정 영역의 중심 회전수로 변경된 상태가 된다.
이 경우, 제1의 실시형태에서는, 회전 개시시부터 진동을 검출하고, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하고 있다. 푸리에 급수 전개는, 연산이 심플하고, 신속한 처리가 가능하기 때문에, 즉시성이 양호하게 향상하여, 실제로 채터링이 발생하기 전에, 채터링 진동을 예상할 수 있다.
따라서, 회전 개시와 함께 진동이 제로부터 성장하는 재생 채터링을 가급적 조기에 예상하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 실제로 채터링에 의한 영향이 발생하기 전에, 주축(18)의 회전수를 조정할 수 있어, 재생의 발생을 확실히 억제하는 것이 가능해진다.
게다가, 주축(18)의 공전시의 진동을 허용치로 하여, 한계치가 연산되고 있다. 이 때문에, 실제의 가공시에 가공 진동을 감시하여, 공전 허용치의 한계치 이상의 진동이 검출되었을 때에는, 채터링 진동의 전조로서 보다 신속히 검지하는 것이 가능해진다.
도 12는, 본 발명의 제2의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치(50)의 개략 설명도이다.
또한, 제1의 실시형태와 관계되는 채터링 억제 장치(10)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에 설명하는 제3의 실시형태에 있어서도 마찬가지로, 그 상세한 설명은 생략한다.
제1의 실시형태와 관계되는 채터링 억제 장치(10)에서는, 채터링 억제 연산 유닛(38)이, 주축(18)의 회전수의 변경 지시를 표시 유닛(44)에 표시하는 것과 함께, 갱신치 출력 유닛(46)이, 공작기계(12)의 공작기계 제어 장치(28)로 갱신된 주축 회전수를 자동적으로 출력하고 있다.
이에 대해서, 채터링 억제 장치(50)에서는, 주축(18)의 회전수의 변경 지시를 표시 유닛(44)에 표시하는 한편, 공작기계(12)의 주축(18)의 회전수의 변경(예를 들면, 주축 회전수변경의 오버라이드치의 변경)은, 오퍼레이터가 제어 조작반(32)을 매뉴얼 조작함으로써 실시된다. 이 때문에, 자동 갱신시에 이용되고 있는 지시 신호를 받아 그것을 주축(18)의 회전수 변경으로 피드백할 수 있는 시스템이 불필요하게 된다.
도 13은, 본 발명의 제3의 실시형태와 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 장치(60)의 개략 설명도이다.
채터링 억제 장치(60)는, 보링 바(20)의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하기 위해서, 하우징(14)에 X축방향, Y축방향 및 Z축방향의 3방향의 진동을 각각 검출하는 가속도 센서(진동 검출 기구)(62, 64, 66)를 구비한다.
기계 진동은, 방향성을 갖고 있으며, 예를 들면, X축방향의 진동이 발생하기 쉬운 한편, Z축방향에는 발생하기 어려운 것 등, 고유의 특성을 가지고 있다. 기계 진동의 전조와 같이 극히 작을 때에 검출하는 경우에는, 어느 방향의 진동에서도, 그것을 감도 좋게 검출할 필요가 있다.
그래서, 제3의 실시형태에서는, 직교하는 X축방향, Y축방향 및 Z축방향의 3 방향으로 가속도 센서(62, 64, 66)를 부착하고 있다. 이 때문에, 진동 취득의 정밀도를 유효하게 향상시킬 수 있어, 채터링 진동의 전조를 한층 확실하고 또한 신속하게 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 가속도 센서(62, 64, 66)를 워크(W)측에 부착하는 경우에도 마찬가지이다. 또한, 가속도 센서(62, 64, 66)를 직접 하우징(14)에 부착하지 않고, 기계 진동을 음파의 전달로서 받아들이는 마이크로폰을 사용해도 같은 효과를 달성할 수 있다. 그 때, 가속도 센서(62, 64, 66)와 마찬가지로, 마이크로폰을 복수 설치함으로써, 진동의 취득의 정밀도를 높이는 것도 가능하다.
본 발명이 관계되는 작업 기계의 채터링 억제 방법 및 장치에서는, 회전 개시시부터 진동을 검출하여, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하고 있다. 푸리에 급수 전개는, 연산이 심플하고, 신속한 처리가 가능하기 때문에, 즉시성이 양호하게 향상하여, 실제로 채터링이 발생하기 전에, 채터링 진동을 예상할 수 있다.
따라서, 회전 개시와 함께 진동이 제로부터 성장하는 재생 채터링을 가급적 조기에 예상하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 실제로 채터링에 의한 영향이 발생하기 전에, 기계 주축의 회전수를 조정할 수 있어, 재생의 발생을 확실히 억제하는 것이 가능해진다.

Claims (12)

  1. 가공 공구를 개재하여 워크에 가공 처리를 실시할 때에, 채터링이 발생하는 것을 억제하기 위한 작업 기계의 채터링 억제 방법에 있어서,
    상기 가공 공구 또는 상기 워크의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하는 공정과,
    상기 회전 개시시부터 검출되는 상기 진동이 한계치를 초과하는지 아닌지를 판단하는 공정과,
    상기 진동이 상기 한계치를 초과한다고 판단되었을 때, 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하여, 주파수×60÷칼날수(또는 그 체배)의 연산식으로부터, 기계 주축의 회전수를 조정하는 공정,
    을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한계치는, 상기 기계 주축의 공전시의 진동인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 푸리에 급수 전개에 의해, 주기(1/주파수)의 정수 배의 적분 구간에서, 피크 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 푸리에 급수 전개에 의해, 주기(1/주파수)의 정수 배의 적분 구간에서, 제1의 주파수마다 피크 주파수를 산출하는 공정과,
    산출된 상기 피크 주파수의 전후를, 상기 제1의 주파수를 세분화한 제2의 주파수마다 피크 주파수를 산출하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 푸리에 급수 전개에 의해 산출되는 주파수 성분으로부터 고조파 성분을 삭제한 상태에서, 산출된 상기 주파수 성분과 상기 한계치를 비교하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 푸리에 급수 전개에 의해 산출되는 주파수 성분이, 재생 채터링에 의한 진동인지 아닌지를 판단하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 방법.
  7. 가공 공구를 개재하여 워크에 가공 처리를 실시할 때에, 채터링이 발생하는 것을 억제하기 위한 작업 기계의 채터링 억제 장치로서,
    상기 가공 공구 또는 상기 워크의 회전이 개시될 때에 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출 기구와,
    회전 개시시부터 검출되는 상기 진동이 한계치를 초과하는지 아닌지를 판단하는 판단 기구와,
    상기 진동이 상기 한계치를 초과한다고 판단되었을 때, 상기 회전 개시시부터 검출되는 상기 진동을 푸리에 급수 전개에 의해 해석하여, 주파수×60÷칼날수(또는 그 체배(遞倍))의 연산식으로부터, 기계 주축의 회전수를 조정하는 연산 기구,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 한계치는, 상기 기계 주축의 공전시의 진동인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연산 기구는, 상기 푸리에 급수 전개에 의해, 주기(1/주파수)의 정수 배의 적분 구간에서, 피크 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 기구는, 상기 푸리에 급수 전개에 의해, 주기(1/주파수)의 정수 배의 적분 구간에서, 제1의 주파수마다 피크 주파수를 산출한 후, 산출된 상기 피크 주파수의 전후를, 상기 제1의 주파수를 세분화한 제2의 주파수마다 피크 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 기구는, 상기 푸리에 급수 전개에 의해 산출되는 주파수 성분으로부터 고조파 성분을 삭제하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 기구는, 상기 푸리에 급수 전개에 의해 산출되는 주파수 성분이, 재생 채터링에 의한 진동인지 아닌지를 판단하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 채터링 억제 장치.
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