KR20170061578A - 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치 - Google Patents

절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20170061578A
KR20170061578A KR1020160084640A KR20160084640A KR20170061578A KR 20170061578 A KR20170061578 A KR 20170061578A KR 1020160084640 A KR1020160084640 A KR 1020160084640A KR 20160084640 A KR20160084640 A KR 20160084640A KR 20170061578 A KR20170061578 A KR 20170061578A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spectrum
cutting
cutting tool
compliance
natural frequency
Prior art date
Application number
KR1020160084640A
Other languages
English (en)
Inventor
켄고 카와이
카츠히코 오노
시즈오 니시카와
Original Assignee
디엠지 모리 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 디엠지 모리 가부시키가이샤 filed Critical 디엠지 모리 가부시키가이샤
Publication of KR20170061578A publication Critical patent/KR20170061578A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/12—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring vibration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/449—Statistical methods not provided for in G01N29/4409, e.g. averaging, smoothing and interpolation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0971—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring mechanical vibrations of parts of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0971—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring mechanical vibrations of parts of the machine
    • B23Q17/0976—Detection or control of chatter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
    • B23Q11/0039—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine by changing the natural frequency of the system or by continuously changing the frequency of the force which causes the vibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2717/00—Arrangements for indicating or measuring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/014—Resonance or resonant frequency

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

인위적인 편차가 없고, 번거로운 작업이나 특수한 기능을 필요로 하지 않으며, 절삭 공구의 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있는 장치 등을 제공한다. 공작 기계(20)의 주축 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 각 회전 속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 피가공물을 가공하는 동작을 실행시키는 가공 실행부(2)와, 가공 중의 공구의 위치 변위를 검출하는 변위 검출부(5)와, 공구에 작용하는 절삭 동력을 검출하는 절삭 동력 검출부(6a)와, 주축 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력 스펙트럼을 얻는 주파수 해석부(3)와, 얻어진 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼을 주축 회전 속도마다 산출한 후, 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하며, 그 최대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 고유 진동수로서 도출하는 고유 진동수 도출부를 구비한다.

Description

절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치{METHOD OF DERIVING NATURAL FREQUENCY OF CUTTING TOOL, METHOD OF CREATING STABILITY LIMIT CURVE AND APPARATUS FOR DERIVING NATURAL FREQUENCY OF CUTTING TOOL}
본 발명은 공작 기계에 의해 피가공물(워크)을 가공할 때에 사용되는 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 방법, 해당 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 방법, 그리고 해당 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 장치에 관한 것이다.
공작 기계를 이용하여 워크를 가공할 때에, 채터 진동에 의해 가공 정밀도(특히, 표면 정밀도)가 악화되는 것은 예전부터 잘 알려져 있다. 이러한 채터 진동은 강제 채터 진동과 자려 채터 진동으로 크게 나뉘어지고, 강제 채터 진동은 과대한 외력이 작용하는 것 또는 외력의 주파수와 진동 시스템의 공진 주파수가 동기함으로써 발생되는 것으로 생각되고 있다. 한편, 자려 채터 진동에는 재생형의 채터 진동(재생 채터 진동)과 모드 커플링형 채터 진동이 있고, 재생 채터 진동은 절삭 저항의 주기적 변동과 절취 두께의 주기적 변동의 상호 작용이 서로 강화하는 절삭을 계속하는 것(소위 재생 효과)에 의해 야기된다고 생각되고 있고, 모드 커플링형 채터 진동은 2방향의 진동 모드가 가까운 공진 주파수를 갖는 경우에 이들이 연성하여 발생되는 것이라고 생각되고 있다.
종래, 상기 채터 진동 내의 재생 채터 진동을 억제하는 방법으로서, 안정 한계 곡선(주축 회전 속도에 대한 안정 한계의 절개 깊이를 나타낸 선도)을 구하고, 주축회전속도가 안정 영역에 위치하도록 이것을 조정하는 수법 등이 제안되어 있다(다음 특허 문헌 1 참조).
그리고, 이러한 안정 한계 곡선을 작성하기 위해서는 공구의 고유 진동수, 가공 시스템의 감쇠비, 등가 질량, 절삭 강성 및 비절삭 강성 등의 데이터가 필요하게 되어 있다. 상기 감쇠비 및 등가 질량은 공구의 고유 진동수로부터 산출할 수 있고, 이에 따라 공구의 고유 진동수가 얻어지면, 감쇠비 및 등가 질량을 아울러 산출할 수 있는데, 이러한 공구의 고유 진동수를 도출하는 방법으로서는, 종래 임펙트 해머를 이용해서 공구의 선단부를 타격하고, 이 때에 얻어지는 공구의 자유 진동에 따른 데이터와 임펙트 해머의 타격력에 따른 데이터로부터 상기 고유 진동수를 도출하는 방법이 일반적으로 알려져 있다(다음 특허 문헌 2 참조).
또한, 상기 절삭 강성 및 비절삭 강성은, 예를 들면, 해당 공구를 이용하여 실제로 가공하고, 이 때에 주축 모터에 흐르는 전류값으로부터 산출할 수 있다.
일본 공개 특허 공보 특개2012-213830호 일본 공개 특허 공보 특개2014-14882호
그런데, 임펙트 해머를 이용하여 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 종래의 방법에서는 임펙트 해머를 이용한 타격을 사람이 행하는 것이기 때문에, 인위적인 편차를 발생시키기 쉽고, 이로 인하여 절삭 공구의 정확한 고유 진동수를 얻기 어렵다는 문제가 있으며, 또한 적절한 데이터를 얻기 위해서는 타격 자체에 기능을 필요로 한다는 문제가 있었다.
또한, 임펙트 해머의 타격부에 장착하는 해머 칩에 대해서는 측정하고 싶은 진동 주파수의 주기(주파수의 역수)를 계산하고, 해머의 접촉 시간이 그 주기의 0.3배 내지 1배 정도의 범위에 들어가도록, 시행 착오에 의해 해머 칩을 선정해야 하며, 그 선정 작업이 매우 번거롭다는 문제도 있다.
또한, 본 발명자들의 지견에 의하면, 절삭 공구의 고유 진동수는 실제로 워크를 가공하고 있는 가공시와 워크를 가공하지 않을 때의 자유시에서는 그 값이 미묘하게 다른 것이라고 생각된다. 따라서, 실제의 가공 상태로부터 해당 절삭 공구의 고유 진동수를 도출할 수 있으면, 워크의 영향을 가미하는 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있다.
본 발명은 이상의 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 인위적인 편차를 발생시키지 않고, 또한 번거로운 작업이나 특수한 기능을 필요로 하지 않으며, 절삭 공구의 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있는 방법과 그 장치 및 안정 한계 곡선을 작성하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 공작 기계에 의해 피가공물을 가공할 때에 사용되는 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 방법에 있어서,
상기 절삭 공구를 이용하여 상기 공작 기계의 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 각각의 회전 속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 피가공물을 가공하는 실제 가공 공정과,
상기 실제 가공 공정 중에, 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 검출하는 동시에 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 검출하는 검출 공정과,
상기 검출 공정에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각기 주파수 해석하여, 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻는 해석 공정과,
상기 해석 공정에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼과 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 상기 변위 스펙트럼을 상기 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 스펙트럼인 컴플라이언스 스펙트럼을 상기 회전 속도마다 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하고, 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하는 도출 공정을 포함하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법에 따른다.
그리고, 상기 고유 진동수 도출 방법은 공작 기계에 의해 피가공물을 가공할 때에 사용되는 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 장치에 있어서,
상기 공작 기계의 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 각각의 회전속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 피가공물을 가공하는 동작을 상기 공작 기계에 실행시키는 가공 실행부와,
상기 공작 기계의 가공 중에 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 검출하는 변위 검출부 및 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 검출하는 절삭동력 검출부와,
상기 변위 검출부 및 절삭 동력 검출부에 의해, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻는 주파수 해석부와,
상기 주파수 해석부에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼과 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 상기 변위 스펙트럼을 상기 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 스펙트럼인 컴플라이언스 스펙트럼을 상기 회전 속도마다 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하고, 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하는 고유 진동수 도출부를 구비하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출장치에 의해 적절하게 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 장치에 의하면, 우선 상기 가공 실행부에 의해 상기 공작 기계를 동작시켜 상기 절삭 공구를 이용하여, 상기 공작 기계의 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 각각의 회전 속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 피가공물을 가공한다(실제 가공 공정). 그리고, 실제 가공이 행해지고 있는 동안에 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 상기 변위 검출부에 의해 검출하는 동시에 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 상기 절삭 동력 검출부에 의해 검출한다(검출 공정). 한편, 상기 주축 회전 속도의 단계적인 변화란 주축 회전 속도를 펄스적 또는 계단 형상(스텝 형상)으로 변화시키는 것을 의미하고, 미리 정한 거리 또는 시간만큼 피가공물을 가공하는 동안은 주축 회전 속도는 일정하다. 또한, 주축 회전 속도의 단계적인 변화량에 대해서는 특별히 제한이 있는 것이 아니고, 데이터 취득의 정확성이나 효율을 고려해서 적절히 설정된다.
이어서, 상기 변위 검출부 및 절삭 동력 검출부에 의해 얻어진 상기 주축의 회전 속도마다의 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 상기 주파수 해석부에 의해 각각 주파수 해석(FFT)하여, 변위 및 절삭 동력에 대한 스펙트럼(파형)을 산출한다(해석 공정). 한편, 얻어진 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼은 상기 주축의 회전 속도에 따라 각각 다른 특성, 즉 피크 주파수를 나타낸다.
이어서, 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼과 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 상기 고유 진동수 도출부에서, 우선 상기 회전 속도마다 상기 변위 스펙트럼을 상기 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 스펙트럼인 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한 후, 얻어진 상기 회전 속도마다의 컴플라이언스 스펙트럼을 모두 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한다(도출 공정). 또한, 여기서 말하는 컴플라이언스는 절삭 동력을 입력으로 하고, 이러한 입력과 이에 대한 출력인 변위의 비를 취한 것이며, 입력과 출력 사이의 전달 함수라고 정의된다.
이어서, 상기 고유 진동수 도출부는 산출한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 이를 해석하여 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 해당 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출한다(도출 공정). 상술한 바와 같이, 컴플라이언스는 [변위(=출력)/절삭 동력(=입력)]을 나타내는 것이다. 따라서, 컴플라이언스가 가장 큰 값을 취하는 주파수, 즉 입력에 대하여 출력이 가장 커지는 주파수를 해당 절삭 공구의 고유 진동수라고 인정할 수 있다.
이렇게 하여, 본 발명에 의하면, 고유 진동수를 도출하기 위해 절삭 공구를 이용하여 실제로 피가공물을 가공하고, 이 때에 검출되는 해당 절삭 공구의 변위 및 해당 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 기초로 해당 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하도록 하고 있으므로, 실제의 가공시에 받는 피가공물의 영향을 가미한 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있다.
또한, 종래 방법과 같은 임펙트 해머를 이용하고 있지 않으므로 절삭 공구의 고유 진동수를 도출함에 있어서, 인위적인 편차의 문제를 발생시키지 않고, 또한 적절한 데이터를 얻기 위해 기능을 필요로 하는 일도 없고, 더욱이 해머 칩을 선정하는 번거로운 작업도 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명은 상술한 고유 진동수를 도출하기 위한 각 공정을 포함하고,
또한, 상기 도출 공정에서 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭공구의 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량을 산출하며, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 안정 한계 곡선 작성 방법에 따른다.
상기 안정 한계 곡선 작성 방법에 의하면, 상술한 바와 같이, 실제의 가공 시에 받는 피가공물의 영향 등, 가공의 실태에 입각한 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있으므로, 이러한 고유 진동수를 기초로 해서 작성되는 안정 한계 곡선은 보다 가공의 실태에 입각한 정확한 것이 된다.
또한, 상기 안정 한계 곡선 작성 방법에 있어서, 상기 도출 공정은 상기 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 큰 순서로 적어도 2개의 극대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하도록 구성되고,
또한, 상기 곡선 작성 공정은 상기 도출 공정에서 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 각 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 고유 진동수에 대응하는 감쇠비 및 등가 질량을 산출하고, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량 및 상기 각 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선으로서 상기 각 고유 진동수에 대응한 안정 한계 곡선을 작성하도록 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 절삭 공구의 상정할 수 있는 복수의 고유 진동수들에 대하여, 각각 안정 한계 곡선이 작성되고, 이러한 안정 한계 곡선을 참조하여 실제의 가공 조건을 설정함으로써, 보다 재생 채터가 쉽게 발생되지 않는 보다 안정된 가공을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 고유 진동수 도출 장치 및 고유 진동수 도출 방법에 있어서, 상기 가공 실행부는 상기 실제 가공 공정에서 상기 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 상기 주축과 직교하되 서로 직교하는 2개의 이송축인 제1 축 및 제2 축의 각 단독 동작 또는 이들의 복합 동작에 의해 각각의 회전 속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 제1 축 및 제2 축 방향의 이송 성분을 포함하도록, 상기 피가공물에 대하여 상기 절삭 공구를 상대적으로 이동시켜 상기 피가공물을 가공하도록 구성되고,
상기 검출 공정에서, 상기 변위 검출부는 상기 회전 속도마다 상기 제1 축 및 제2 축의 각 이송 방향에 대하여 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 각각 검출하도록 구성되는 동시에, 상기 절삭 동력 검출부는 이 때에 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 각각 검출하도록 구성되며,
상기 주파수 해석부는 상기 해석 공정에서 상기 각 이송 방향마다 및 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻도록 구성되고,
상기 고유 진동수 도출부는 상기 도출 공정에서 상기 각 이송 방향에 대하여 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 각각 산출하고, 얻어진 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 검출하며, 검출된 2개의 주파수를 상기 절삭 공구의 상기 각 이송 방향에서의 고유 진동수로서 도출하도록 구성되어 있어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 상술한 바와 같이 상기 가공 실행부에 의해 상기 제1 축 및 제2 축 방향의 이송 성분을 포함하도록 상기 피가공물에 대하여 상기 절삭 공구를 상대적으로 이동시켜 해당 피가공물을 가공한다. 또한, 피가공물과 절삭 공구의 상대적인 이동의 양태에는 상기 주축 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 우선 일방의 이송 방향으로 상대이동시킨 후, 마찬가지로 주축 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 타방의 이송 방향으로 상대 이동시키는 양태가 포함되며, 또한 상기 주축 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 상기 제1 축 및 제2 축의 복합 동작에 의해 2개의 이송 방향을 합성한 방향으로 상대이동시키는 양태 등이 포함된다.
그리고, 상기 변위 검출부는 상기 각 이송 방향에 대하여 절삭 공구에 생기는 변위를 각각 검출하고, 상기 절삭 동력 검출부는 그 때에 절삭 공구에 작용하는 절삭동력을 각각 검출하며, 상기 주파수 해석부에서는 상기 각 이송 방향마다 얻어진 회전 속도마다의 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 산출한다.
또한, 상기 고유 진동수 도출부는 상기 각 이송 방향에 대하여 각각 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 각각 산출하고, 얻어진 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 검출하며, 검출된 2개의 주파수를 상기 절삭 공구의 상기 각 이송 방향에서의 고유 진동수로서 도출한다.
상술한 바와 같이, 이러한 구성에 의하면, 공작 기계가 주축과 직교하되 서로 직교하는 2개의 이송축인 제1 축 및 제2 축을 구비하는 경우에, 절삭 공구의 각 이송 방향에서의 고유 진동수를 도출할 수 있고, 해당 절삭 공구의 고유 진동수에 관하여 보다 가공의 실태에 따른 고유 진동수를 도출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안정 한계 곡선 작성 방법은 상기 고유 진동수 도출 방법에 따른 각 공정을 포함하고,
또한, 상기 도출 공정에서, 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유진동수를 기초로, 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량을 각각 산출하고, 얻어진 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하여 구성된다.
상술한 구성의 안정 한계 곡선 작성 방법에 의하면, 주축과 직교하되 서로 직교하는 2개의 이송축인 제1 축 및 제2 축을 구비하는 공작 기계에 대응한 안정 한계 곡선을 작성할 수 있다.
또한, 상기 안정 한계 곡선 작성 방법에 있어서,
상기 도출 공정은 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 각각 큰 순서로 적어도 2개의 극대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 상기 절삭공구의 고유 진동수로서 상기 각 이송 방향마다 도출하도록 구성되고,
또한, 상기 곡선 작성 공정은 상기 도출 공정으로 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 각 이송 방향에 대한 상기 절삭 공구의 각 고유진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 각 고유 진동수에 대응하는 감쇠비 및 등가 질량을 산출하고, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량과 상기 각 고유 진동수를 기초로 상기 절삭공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선으로서 상기 각 고유진동수에 대응한 안정 한계 곡선을 작성하도록 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 절삭 공구의 상정할 수 있는 복수의 고유 진동수들에 대하여 각각 안정 한계 곡선이 작성되고, 이러한 안정 한계 곡선을 참조하여 실제의 가공 조건을 설정함으로써, 보다 재생 채터가 쉽게 발생되지 않는 보다 안정된 가공을 실현할 수 있다.
또한, 상기 안정 한계 곡선 작성 방법에 있어서,
상기 곡선 작성 공정은 상기 도출 공정에서 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량을 각각 산출하고, 얻어진 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가질량과 상기 고유 진동수를 기초로 미리 정해진 이송 방향에서의 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하도록 구성되어 있어도 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고유 진동수를 도출하기 위해 절삭 공구를 이용하여 실제로 피가공물을 가공하고, 이 때에 검출되는 해당 절삭 공구의 변위 및 해당 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 기초로 해당 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하도록 하고 있으므로, 실제의 가공시에 받는 피가공물의 영향이 가미된 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있다.
또한, 종래 방법과 같은 임펙트 해머를 이용하고 있지 않으므로, 절삭 공구의 고유 진동수를 도출함에 있어서 인위적인 편차의 문제를 발생시키지 않고, 또한 적절한 데이터를 얻기 위해 기능을 필요로 하는 일도 없으며, 또한 해머 칩을 선정하는 번거로운 작업도 필요로 하지 않는다.
그리고, 상술한 바와 같이 얻어진 고유 진동수를 기초로 하여 안정 한계 곡선을 작성함으로써, 해당 안정 한계 곡선을 보다 가공의 실태에 입각한 정확한 것으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고유 진동수 도출 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검출 가공 실행부에서 실행되는 가공 양태를 나타내는 설명도이다.
도 4는 Y축 방향의 변위 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 5는 Y축 방향의 절삭 동력 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 6은 필터 처리 후의 Y축 방향의 변위 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 7은 필터 처리 후의 Y축 방향의 절삭 동력 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 8은 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 9는 Y축 방향의 중첩 컴플라이언스 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 10은 Y축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 11은 X축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 파형도이다.
도 12는 2자유도계의 절삭 모델을 나타내는 설명도이다.
도 13은 감쇠비의 산출을 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는 안정 한계 곡선을 나타내는 선도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 사용되는 공작 기계를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고유 진동수 도출 장치 등을 나타내는 블록도이다.
공작 기계의 개략 구성
우선, 공작 기계(20)의 개략에 대하여 설명한다. 이러한 공작 기계(20)는 베드(21)와, 상기 베드(21) 상에 세워 설치된 컬럼(22)과, 상기 컬럼(22)의 전면(가공 영역측의 면)에 화살 표시 Z축 방향으로 이동 자유롭게 설치된 주축 머리(23)와, 축 중심으로 회전 자유롭게 상기 주축 머리(23)에 유지된 주축(24)과, 상기 주축 머리(23)보다 아래쪽의 상기 베드(21) 상에 화살 표시 Y축 방향으로 이동 자유롭게 설치된 새들(25)과, 새들(25) 상에 화살 표시 X축 방향으로 이동 자유롭게 배치된 테이블(26)과, 이러한 테이블(26)을 상기 X축(제1 축) 방향으로 이동시키는 X축 이송 기구(29)와, 상기 새들(25)을 상기 Y축(제2 축) 방향으로 이동시키는 Y축 이송 기구(28)와, 상기 주축 머리(23)를 상기 Z축(제3 축) 방향으로 이동시키는 Z축 이송 기구(27)와, 상기 주축(24)을 회전시키는 주축 모터(도시되지 않음)를 구비하고 있다. 한편, 상기 X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 이송축들이다.
또한, 상기 X축 이송 기구(29), Y축 이송 기구(28), Z축 이송 기구(27) 및 주축 모터(도시되지 않음) 등은 도 2에 나타낸 제어 장치(10)에 의해 그 작동이 제어된다. 구체적으로는, 제어 장치(10) 내에 저장된 NC 프로그램이 적절히 실행되고, 이러한 NC 프로그램에 따른 제어 신호 하에서, 동작 제어부(11)에 의해 상기 X축 이송 기구(29), Y축 이송 기구(28), Z축 이송 기구(27) 및 주축 모터(도시되지 않음) 등이 제어된다.
이렇게 하여, 상기 공작 기계(20)에서는 제어 장치(10)에 의한 제어 하에서, 상기 X축 이송 기구(29), Y축 이송 기구(28), Z축 이송 기구(27) 및 주축 모터(도시되지 않음) 등이 구동되어, 주축(24)이 그 축 중심으로 회전하는 동시에, 해당 주축(24)과 테이블(26)이 3차원 공간 내에서 상대적으로 이동하며, 제어 장치(10)가 내장되는 NC 프로그램에 따라 상기 X축 이송 기구(29), Y축 이송 기구(28), Z축 이송 기구(27) 및 주축 모터(도시되지 않음) 등을 구동함으로써, 테이블(26) 상에 탑재, 고정된 워크(W)가 주축(24)에 장착된 공구(T)에 의해 적절히 가공된다. 또한, 본 발명의 실시예의 공구(T)로는 엔드 밀을 이용하고 있다.
또한, 제어 장치(10)에는 디스플레이를 갖는 표시 장치(12)가 접속되어 있고, 제어 장치(10) 내의 데이터 등을 표시 장치(12)의 디스플레이에 표시할 수 있도록 되어 있다.
고유 진동수 도출 장치
이어서, 본 발명의 실시예의 고유 진동수 도출 장치(1)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 고유 진동수 도출 장치(1)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 주축 머리(23)의 하단부의 외주면에 점착된 가속도계(5)와, 상기 테이블(26) 상에 고정 설치된 동력 검출대(6)와, 상기 제어 장치(10) 내에 갖추어진 검출 가공 실행부(2), 주파수 해석부(3) 및 고유 진동수 도출부(4)로 구성된다.
상기 가속도계(5)는 주축 머리(23)의 하단부의 가속도, 다시 말하면, 주축(24)에 장착된 절삭 공구(T)(이하, 공구(T)라 함)로부터 전달되는 가속도를 검출하는 것이다. 회전하는 공구(T)에 의해 상기 워크(W)를 절삭 가공하면, 그 절삭 저항에 의해 공구(T)에 진동이 생기는데, 가속도계(5)는 상기 공구(T)로부터 주축(24)을 통해 주축 머리(23)에 전해지는 진동(공구(T)에 기인한 진동)을 검출하여 해당 진동에 따른 신호를 출력한다. 한편, 이러한 가속도계(5)는 상기 X축 방향 및 Y축 방향의 2방향의 성분을 출력할 수 있다. 또한, 가속도를 2차 적분함으로써 변위를 검출할 수 있기 때문에, 가속도계(5)로부터의 출력 신호는 공구(T)의 변위를 검출하고 있는 것으로 간주할 수 있다.
상기 동력 검출대(6)는 작용하는 외력을 검출하여 해당 외력에 따른 신호를 출력하는 동력 센서(6a)가 내장되어 있고, 상기 테이블(26) 상에 고정 설치되어 있다. 그리고, 상기 동력 검출대(6) 상에 상기 워크(W)가 장착된다. 이렇게 하여, 이와 같은 상태에서 상기 공구(T)에 의해 상기 워크(W)를 절삭 가공하면, 공구(T)에 의해 워크(W)에 가해지는 절삭 동력, 다시 말하면, 그 반력으로서 공구(T)에 작용하는 절삭 동력이 상기 동력 센서(6a)에 의해 검출되고, 절삭 동력에 따른 신호가 출력된다.
상기 검출 가공 실행부(2)는 상기 동작 제어부(11)에 제어 신호를 송신하고, 상기 동작 제어부(11)에 의해 상기 공작 기계(20)를 제어하여 공구(T)의 고유 진동수를 도출하기 위해 가공 동작을 해당 공작 기계(20)에 실행시키는 처리부이다. 구체적으로는, 검출 가공 실행부(2)는 도 3에 나타낸 가공 동작을 수행하게 하기 위한 NC 프로그램을 내장하고 있고, 이러한 NC 프로그램에 따른 제어 신호를 상기 동작 제어부(11)에 제어 신호를 송신하여 공작 기계(20)을 동작시킨다.
도 3에 나타낸 가공 동작은, 예를 들면, 공구(T)로서 엔드 밀을 이용하며, 주축(24)을 적절히 설정되는 최초의 회전 속도(예를 들면, 3300[min-1])로 화살 표시 방향으로 회전시키고, 절개 깊이를 채터가 발생하지 않는 절개 깊이(예를 들면, 1[mm])로 설정하는 동시에, 절개 폭(Ae) 및 이송량(mm/절삭날)을 적절히 설정하여 공구(T)와 워크(W)를 X축 방향으로 상대적으로 이동시키며, 우선 P1의 위치까지 이동시킨 후, P2의 위치까지 이동시켜서 해당 공구(T)에 의해 워크(W)를 다운 컷에 의해 가공한다.
이 때, P1부터 P2까지의 거리를 x1부터 ｘn의 ｎ개의 구획에 균등하게 분할하고, 각 구획에서는 순차 단계적으로 주축(24)의 회전 속도를 증가시키도록 한다. 예를 들면, 각 구획간에서 회전 속도를 10[min-1]씩 증가시킨다고 하고, 구획 x1에서의 회전 속도를 3300[min-1]로 하면, 구획 x2에서의 회전 속도는 3310[min-1]으로 설정되고, 구획 x3에서의 회전 속도는 3320[min-1]으로 설정되는 식으로 구획 ｘn까지 회전 속도를 10[min-1]씩 단계적으로 증가시킨다. 또한, 이송 속도가 일정하다고 하면, 상기 각 구획의 가공 시간은 같고, 따라서 소정의 가공 시간마다 회전 속도를 증가시키도록 하고 있는 것으로 생각할 수도 있다.
상술한 바와 같이 하여, X축 방향으로 이동시킨 가공을 마치면, 이어서 공구(T)와 워크(W)를 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키고, 우선, P3의 위치까지 이동시킨 후, P4의 위치까지 이동시켜서 해당 공구(T)에 의해 워크(W)를 다운 컷에 의해 가공한다.
이 때, 상술한 바와 마찬가지로 하여 P3부터 P4까지의 거리를 y1부터 ｙi의 ｉ개의 구획에 균등하게 분할하고, 각 구획에서는 순차 단계적으로 주축(24)의 회전 속도를 증가시키도록 한다. 예를 들면, 각 구획간에서 회전 속도를 10[min-1]씩 증가시킨다고 하고, 구획 y1에서의 회전 속도를 3300[min-1]로 하면, 구획 y2에서의 회전 속도는 3310[min-1]으로 설정되고 구획 y3에서의 회전 속도는 3320[min-1]으로 설정되는 식으로 구획 yi까지 회전 속도를 10[min-1]씩 단계적으로 증가시킨다.
상기 검출 가공 실행부(2)는 상기 공작 기계(20)에 대하여 이상의 가공 동작을 실행시킨다.
상기 주파수 해석부(3)는 상기 검출 가공 실행부(2)에 의한 제어 하에서 상기 공작 기계(20)에 의한 상술한 가공이 행해지고 있는 동안에, 상기 가속도계(5) 및 동력 센서(6a)로부터 출력되는 신호를 각각 수신하여 각 구간마다(즉, 주축(24)의 회전 속도마다. 이하, 동일)의 가속도 신호 및 동력 신호를 처리한다.
즉 상기 주파수 해석부(3)는 구간 x1부터 xn의 각 구간 마다의 가속도 신호 중에서 Y축 방향의 진동 성분을 FFT에 의해 주파수 해석한 후, 2차 적분하여 각 구간 마다의 변위 스펙트럼으로 변환한다. 이렇게 하여 얻어진 어떤 구간의 Y축 방향의 변위 스펙트럼을 도 4에 나타낸다.
또한, 주파수 해석부(3)는 마찬가지로 구간 x1부터 xn의 각 구간 마다의 동력 신호 중에서, Y축 방향의 성분을 FFT에 의해 주파수 해석하여 각 구간 마다의 절삭 동력 스펙트럼을 산출한다. 이렇게 하여 얻어진 어떤 구간의 Y축 방향의 절삭 동력 스펙트럼을 도 5에 나타낸다.
마찬가지로 하여, 주파수 해석부(3)는 구간 y1부터 yi의 각 구간 마다의 가속도 신호 중에서 X축 방향의 진동 성분을 FFT에 의해 주파수 해석한 후, 2차 적분하여 각 구간마다의 변위 스펙트럼으로 변환한다. 또한, 주파수 해석부(3)는 마찬가지로 구간 y1부터 ｙi의 각 구간 마다의 동력 신호 중에서 X축 방향의 성분을 FFT에 의해 주파수 해석하여 각 구간 마다의 절삭 동력 스펙트럼을 산출한다.
또한, 구간 x1부터 ｘn에 대하여 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 구하는 것은 X축 방향을 이송 방향으로 한 다운 컷에서는 Y축 방향으로 크게 변위하고, 또한 Y축 방향의 절삭 동력이 크기 때문이다. 마찬가지로, 구간 y1부터 ｙi에 대하여 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭동력 스펙트럼을 구하는 것은 Y축 방향을 이송 방향으로 한 다운 컷에서는 X축 방향으로 크게 변위하고, 또한 X축 방향의 절삭 동력이 크기 때문이다.
상기 주파수 해석부(3)는 이상과 같이 하여 x1부터 ｘn의 각 구간에 대하여 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 산출하는 동시에, y1부터 ｙi의 각 구간에 대하여 X축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 산출한다.
상기 고유 진동수 도출부(4)는 상기 주파수 해석부(3)의 처리에 의해 얻어진 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 이용하여, 공구(T)의 고유 진동수를 도출하는 처리를 수행한다.
구체적으로는, 고유 진동수 도출부(4)는 우선 주파수 해석부(3)에 의해 산출된 x1부터 xn의 각 구간에 관한 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼과 및 y1부터 ｙi의 각 구간에 대한 X축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 필터링 처리하여 노이즈를 제거한다. 상기 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼에서 피크를 나타내는 주파수는 공구(T)의 절삭 날이 워크(W)와 접촉하는 주파수(이를 "절삭 날 통과 주파수"라 함)의 정수배인 것을 알 수 있다. 따라서, 필터링 처리에 의해 상기 절삭 날 통과 주파수의 정수배에 상당하는 소정 폭의 주파수 성분만을 추출함으로써 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 도 4에 나타낸 Y축 방향의 변위 스펙트럼으로부터 노이즈 성분을 제거한 것을 도 6에 나타내고, 도 5에 나타낸 Y축 방향의 절삭 동력 스펙트럼으로부터 노이즈 성분을 제거한 것을 도 7에 나타낸다. 한편, 절삭 날 통과 주파수는 다음 식에 의해 산출할 수 있다.
절삭 날 통과 주파수[Hz]=(주축(24)의 회전 속도[min-1]×절삭 날 수)/60 [sec]
이어서, 고유 진동수 도출부(4)는 노이즈 제거 후의 ｘ1부터 xn의 각 구간에 따른 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼과 y1부터 ｙi의 각 구간에 따른 X축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 x1부터 xn의 각 구간 및 y1부터 ｙi의 각 구간의 각각에 대하여, 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼을 각각 산출한다. 한편, 컴플라이언스는 절삭 동력을 입력으로 하고, 이러한 입력과 이에 대한 출력인 공구(T)의 변위와의 비를 취한 것이며, 입력과 출력 사이의 전달 함수로 정의되는 것이다. 이렇게 하여 얻어진 컴플라이언스 스펙트럼의 일례를 도 8에 나타낸다. 도 8은 x1부터 xn의 어떤 구간에서의 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 나타내고 있다.
이어서, 고유 진동수 도출부(4)는 얻어진 ｘ1부터 xn의 각 구간에 따른 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하여 Y축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하는 동시에, y1부터 ｙi의 각 구간에 따른 X축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하여 X축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한다. 도 9에 일 예로서 주축(24)의 회전 속도가 3600[min-1]으로 설정되는 구간, 4000[min-1]으로 설정되는 구간 및 4300[min-1]으로 설정되는 구간의 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩된 것이 나타나 있다. 또한, 도 10에는 x1부터 xn의 각 구간에 따른 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하고, 그 피크를 트레이스한 파형(Y축 방향 통합 컴플라이언스 스펙트럼)이 나타나 있다. 마찬가지로, 도 11에는 y1부터 ｙi의 각 구간에 따른 X축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하고, 그 피크를 트레이스한 파형(X축 방향 통합 컴플라이언스 스펙트럼)이 나타나 있다.
이어서, 상기 고유 진동수 도출부(4)는 산출한 Y축 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 X축 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 이들을 각각 해석하여 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 해당 공구(T)의 고유 진동수로서 도출한다. 상술한 바와 같이, 컴플라이언스는 [변위(=출력)/절삭 동력(=입력)]을 나타내는 것이다. 따라서, 컴플라이언스가 가장 큰 값을 취하는 주파수, 즉 입력에 대하여 출력이 가장 커지는 주파수를 해당 공구(T)의 고유 진동수라고 인정할 수 있다.
또한, 상기 주파수 해석부(3)에 의해 산출되는 X축 방향 및 Y축 방향의 각 변위 스펙트럼 및 각 절삭 동력 스펙트럼은 이를 상기 표시장치(12)의 디스플레이에 표시할 수 있고, 또한 마찬가지로 고유 진동수 도출부(4)에 의해 산출되는 노이즈 처리 후의 X축 방향 및 Y축 방향의 각 변위 스펙트럼 및 각 절삭 동력 스펙트럼, X축 방향 및 Y축 방향의 각 컴플라이언스 스펙트럼, 그리고 X축 방향 및 Y축 방향의 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼은 이들을 각각 상기 표시 장치(12)의 디스플레이에 표시할 수 있다.
이상과 같은 구성을 구비하는 본 실시예의 고유 진동수 도출 장치(1)에 의하면, 우선 상기 검출 가공 실행부(2)에 의해 상기 공작 기계(20)를 동작시키고, 상기 공구(T)를 이용하여 워크(W)를 절삭 가공한다. 이 때, 공구(T)와 워크(W)를 X축 방향으로 이동시킬 때에는 x1부터 xn의 각 구획에서 순차 단계적으로 주축(24)의 회전 속도를 증가시키도록 하고, 마찬가지로 공구(T)와 워크(W)를 Y축 방향으로 이동시킬 때에는 y1부터 ｙi의 각 구획에서 순차 단계적으로 주축(24)의 회전속도를 증가시키도록 한다.
그리고, 이와 같이 하여, 검출 가공 실행부(2)에 의한 제어 하에서 가공이 행해지고 있는 동안에 주파수 해석부(3)에서 상기 가속도계(5) 및 동력 센서(6a)로부터 출력되는 신호를 기초로 x1부터 xn의 각 구간마다 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼이 산출되고, 또한 y1부터 ｙi의 각 구간마다 X축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼이 산출된다.
그리고, 고유 진동수 도출부(4)에서는 주파수 해석부(3)에 의해 산출된 ｘ1부터 xn의 각 구간에 대한 Y축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼과 y1부터 ｙi의 각 구간에 대한 X축 방향의 변위 스펙트럼 및 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 x1부터 xn의 각 구간 및 y1부터 ｙi의 각 구간의 각각에 대하여, 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼이 각각 산출되고, 이어서 얻어진 Y축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하여 Y축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼이 산출되는 동시에, X축 방향의 컴플라이언스 스펙트럼을 통합적으로 중첩하여 X축 방향의 통합 컴플라이언스 스펙트럼이 산출된다. 그리고, 산출된 Y축 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 X축 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 이들이 각각 해석되고, 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수가 해당 공구(T)의 고유 진동수로서 도출된다.
이렇게 하여, 상기 고유 진동수 도출 장치(1)에 의하면, 고유 진동수를 도출하기 위해 실제의 공구(T)를 이용하여 워크(W)를 가공하고, 이 때에 검출되는 해당 공구(T)의 변위 및 해당 공구(T)에 작용하는 절삭 동력을 기초로 해당 공구(T)의 고유 진동수를 도출하도록 하고 있으므로, 실제의 가공 시에 받는 워크(W)의 영향을 가미하여 보다 정확한 고유 진동수를 도출할 수 있다.
또한, 종래 방법과 같은 임펙트 해머를 이용하고 있지 않으므로, 공구(T)의 고유 진동수를 도출함에 있어서, 인위적인 편차의 문제를 발생시키지 않으며, 또한 적절한 데이터를 얻기 위해서 기능을 필요로 하는 일도 없고, 더욱이 해머 칩을 선정하는 번거로운 작업도 필요로 하지 않는다.
또한, 공구(T)의 각 이송 방향에서의 고유 진동수를 도출하도록 하고 있으므로, 해당 공구(T)의 고유 진동수에 관하여 더욱 가공의 실태에 따른 고유 진동수를 도출할 수 있다.
[안정 한계 곡선의 작성]
이어서, 상술한 바와 같이 하여 도출된 공구(T)의 고유 진동수를 이용하여 안정 한계 곡선을 작성하는 양태에 대하여 설명한다.
우선, 안정 한계 곡선을 작성하기 위한 기본적인 원리에 대하여 설명한다. 도 12에 나타낸 모델은 도 1에 도시한 공작 기계(20)와 같이 공구(T)와 워크(W)를 2개의 이송축 방향으로 상대 이동시키도록 구성된 2 자유도계의 물리 모델이다. 이러한 모델로부터 재생 채터 진동이 발생하는 조건을 YㆍAltintas가 고안한 해석 방법을 이용하여 구한다.
상기 모델에 있어서, 공구(T)의 운동 방정식은 각각 이하의 수식 1 및 수식 2로 나타내어진다.
[수식 1]
x〃+2ζxωxx'+ωx 2x=Fx/mx
[수식 2]
y〃+2ζyωyy'+ωy 2y=Fy/my
여기서, ωx는 공구(T)의 X축 방향의 고유 진동수[rad/sec]이고, ωy는 공구(T)의 Y축 방향의 고유 진동수[rad/sec]이며, ζx는 X축 방향의 감쇠비[%]이고, ζy는 Y축 방향의 감쇠비[%]이다. 또한, mx는 X축 방향의 등가 질량[kg]이고, my는 Y축 방향의 등가 질량[kg]이며, Fx는 공구(T)에 작용하는 X축 방향의 절삭 동력[N]이고, Fy는 공구(T)에 작용하는 Y축 방향의 절삭 동력[N]이다. 또한, x" 및 y"은 각각 시간의 2차 미분을 나타내고, x' 및 y'은 각각 시간의 1차 미분을 나타낸다.
절삭 동력 Fx, Fy는 절삭 날이 워크(W)를 절취하는 두께를 h(φ)[m2], 절개 깊이를 ap[mm], 주 방향의 절삭 강성을 Kt[N/m2], 반경 방향의 비절삭 강성을 Kr[%]라고 하면, 다음의 수식 3 및 수식 4에 의해 산출할 수 있다.
[수식 3]
Fx=Ktaph(φ)cos(φ)-KrKtaph(φ)sin(φ)
[수식 4]
Fy=Ktaph(φ)sin(φ)-KrKtaph(φ)cos(φ)
절삭 동력 Fx, Fy는 공구(T)의 회전각 φ[rad]에 의해 변화되므로, 절삭을 시작하는 각도 φst와 절삭을 종료하는 각도 φex 사이에서 절삭 동력 Fx, Fy를 적분하고, 그 평균을 구함으로써 얻어진다. 또한, 각도 φst 및 각도 φex는 공구(T)의 직경 D[mm], 절개 폭 Ae[mm], 이송 방향, 어퍼 컷인지 다운 컷인지에 따라 기하학적으로 구할 수 있다.
상기 수식 1 및 수식 2에 따른 고유값 Λ은 채터 진동의 주파수를 ωc라고 하면, 다음의 수식 5에 의해 나타내어진다.
[수식 5]
Λ=-(a1±(a1 2-4a0)1/2)/2a0
단,
a0=φxx(iωc)φyy(iωc)(αxxαyy-αxyαyx)
a1=αxxφxx(iωc)+αyyφyy(iωc)
φxx(iωc)=1/(mx(-ωc 2+2iζxωcωx+ωx 2))
φyy(iωc)=1/(my(-ωc 2+2iζyωcωy+ωy 2))
αxx=[(cos2φex-2Krφex+Krsin2φex)-(cos2φst-2Krφst+Krsin2φst)]/2
αxy=[(-sin2φex-2φex+Krcos2φex)-(-sin2φst-2φst+Krcos2φst)]/2
αyx=[(-sin2φex-2φex+Krcos2φex)-(-sin2φst+2φst+Krcos2φst)]/2
αyy=[(-cos2φex-2Krφex-Krsin2φex)-(cos2φst-2Krφst-Krsin2φst)]/2
그리고, 상기 고유값 Λ의 실부를 ΛR라 하고 허부를 ΛI라 하면, 안정 한계에서의 절개 깊이 aplim 및 주축의 회전 속도 nlim은 각각 다음의 수식 6 및 수식 7에 의해 나타내어진다.
[수식 6]
aplim=2πΛR(1+(ΛI/ΛR)2/(NKt)
[수식 7]
nlim=60ωc/(N(2kπ+π-2tan-1(ΛI/ΛR)))
단, N은 공구(T)의 칼날수, k은 정수이다.
그리고, 상기 수식 6 및 수식 7을 이용하여, 그 ωc 및 k의 값을 임의로 변화시키면서 이 때의 한계 절개 깊이 aplim 및 주축의 회전 속도 nlim을 산출함으로써, 안정 한계 곡선을 작성할 수 있다.
그런데, 상술한 고유 진동수 도출 장치(1)에서는 동력 센서(6a)에 의해 X축 방향의 절삭 동력 Fx 및 Y축 방향의 절삭 동력 Fy를 검출할 수 있다. 따라서, 상기 수식 3 및 수식 4로부터 절삭 강성 Kt[N/m2] 및 비절삭 강성 Kr[%]을 산출할 수 있다.
또한, 가공 시스템의 감쇠비 ζx 및 ζy는 공구(T)의 X축 방향의 고유 진동수를 ωx라 하고 Y축 방향의 고유 진동수를 ωy라 하면, 예를 들어 다음의 수식 8 및 수식 9에 의해 산출된다.
[수식 8]
ζx=(ωlx-ω2x)/2ωx
[수식 9]
ζy=(ωly-ω2y)/2ωy
또한, ω1x, ω1y 및 ω2x, ω2y는 도 13에 나타내는 바와 같이 X축 방향 및 Y축 방향의 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼의 최대값이 Gx 및 Gy일 때에, Gx/21/2, Gy/21/2에 상당하는 스펙트럼 파형의 주파수이다.
또한, 등가 질량은 mx, my는 다음의 수식 10 및 수식 11에 의해 산출된다.
[수식 10]
mx=1/(2Gxζxωx 2)
[수식 11]
my=1/(2Gyζyωy 2)
이렇게 하여, 상기 고유 진동수 도출 장치(1)에 의해 얻어진 절삭 동력 Fx, Fy를 기초로 상기 수식 3 및 수식 4에 의해 절삭 강성 Kt 및 비절삭 강성 Kr을 산출하는 동시에, 고유 진동수 ωx, ωy를 기초로 상기 수식 8, 수식 9, 수식 10 및 수식 11을 이용하여 감쇠비 ζx, ζy 및 등가 질량 mx, my를 산출하여 얻어진 고유 진동수 ωx, ωy, 절삭 강성 Kt, 비절삭 강성 Kr, 감쇠비 ζx, ζy, 등가 질량 mx, my를 상기 수식 5에 의해 고유값 Λ의 실부 ΛR 및 허부 ΛI를 산출하고, 이어서 상술한 바와 같이 수식 6 및 수식 7을 이용하여, 그 ωc 및 k의 값을 임의로 변화시키면서 이 때의 한계 절개 깊이 aplim 및 주축의 회전 속도 nlim을 산출함으로써, 안정 한계곡선을 작성할 수 있다.
상술한 바에 따라 작성되는 안정 한계 곡선의 일 예를 도 14에 나타낸다.
이렇게 하여, 전술한 구성의 안정 한계 곡선 작성 방법에 의하면, 주축(24)과 직교하되 서로 직교하는 X축 및 Y축의 2개의 이송축을 구비하는 공작 기계(20)에 대응하는 안정 한계 곡선을 작성할 수 있다. 또한, 이러한 안정 한계 곡선 작성 방법에서는, 상술한 바와 같이 실제의 가공 시에 받는 피가공물의 영향 등의 가공의 실태에 입각한 보다 정확한 고유 진동수를 얻고, 이러한 고유 진동수를 기초로 하여 안정 한계 곡선을 작성하도록 하고 있으므로, 더욱 가공의 실태에 입각한 정확한 안정 한계 곡선을 작성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 채택할 수 있는 구체적인 양태들이 조금도 이들에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상술한 예들에서는 공작 기계(20)로서 소위 머시닝 센터(machining center)를 예시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 적용 가능한 공작 기계로서는 선반 등의 절삭 가공에 있어서 재생 채터를 발생시킬 가능성이 있는 절삭 공구를 이용한 가공이 가능한 모든 공작 기계가 포함된다.
또한, 상술한 예들에서는 절삭 공구로서 2 자유도계의 엔드 밀을 이용한 것을 예시했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 적용 가능한 절삭 공구는 절단 바이트 등 1 자유도계의 절삭 공구여도 된다.
또한, 상술한 예에서는 공구(T)에 작용하는 절삭 동력을 동력 센서(6a)에 의해 검출하도록 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 주축 모터에 공급되는 전류값으로부터 해당 절삭 동력을 산출하도록 해도 된다.
또한, 상술한 예들의 고유 진동수 도출 장치(1)에서의 고유 진동수 도출부(4)는 고유 진동수를 도출하는 공정에서, 상기 X축 방향 및 Y축 방향의 각 이송 방향에서의 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 각각 큰 순서로 적어도 2개의 극대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 상기 각 이송 방향마다 도출하도록 구성되어 있어도 되고, 상기 안정 한계 곡선의 작성에서는 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 각 이송 방향에 대한 상기 절삭 공구의 각 고유 진동수를 기초로 상기 각 이송 방향에 대한 각 고유 진동수에 대응하는 감쇠비 및 등가 질량을 산출하고, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량과 상기 각 고유 진동수를 기초로 상기 각 고유 진동수에 대응한 안정 한계 곡선을 작성하도록 해도 된다.
이와 같이 하면, 절삭 공구의 상정할 수 있는 복수의 고유 진동수들에 대하여, 각각 안정 한계 곡선을 작성할 수 있고, 이러한 안정 한계 곡선을 참조하여 실제의 가공 조건을 설정함으로써, 보다 재생 채터가 쉽게 발생되지 않는 보다 안정된 가공을 실현할 수 있다.
또한, 상술한 예들의 안정 한계 곡선 작성 방법에 있어서, 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 기초로 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량을 각각 산출하고, 얻어진 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유 진동수를 기초로 미리 정해진 임의의 이송 방향에서의 공구에 가해지는 절삭력 또는 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유 진동수를 추정하며, 임의인 방향에서의 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하도록 해도 된다.
1: 고유 진동수 도출 장치
2: 검출 가공 실행부
3: 주파수 해석부
4: 고유 진동수 도출부
5: 가속도계
6: 동력 검출대
6a: 동력 센서
10: 제어 장치
11: 동작 제어부
12: 표시 장치
20: 공작 기계
24: 주축
T: 공구
W: 워크

Claims (9)

  1. 공작 기계에 의해 피가공물을 가공할 때에 사용되는 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 방법에 있어서,
    상기 절삭 공구를 이용하여 상기 공작 기계의 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 각각의 회전 속도에 있어서의 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 피가공물을 가공하는 실제 가공 공정과,
    상기 실제 가공 공정 중에 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 검출하는 동시에, 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 검출하는 검출 공정과,
    상기 검출 공정에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻는 해석 공정과,
    상기 해석 공정에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼과 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 상기 변위 스펙트럼을 상기 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 스펙트럼인 컴플라이언스 스펙트럼을 상기 회전 속도마다 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하고, 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하는 도출 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제 가공 공정은 상기 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서, 상기 주축과 직교하되 서로 직교하는 2개의 이송축인 제1 축 및 제2 축의 각 단독동작 또는 이들의 복합 동작에 의해, 각각의 회전 속도에 있어서의 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 제1 축 및 제2 축 방향의 이송 성분을 포함하도록 상기 피가공물에 대하여 상기 절삭 공구를 상대적으로 이동시켜 상기 피가공물을 가공하도록 구성되고,
    상기 검출 공정은 상기 회전 속도마다 상기 제1 축 및 제2 축의 각 이송 방향에 대하여 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 각각 검출하는 동시에, 이 때에 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 각각 검출하도록 구성되며,
    상기 해석 공정은 상기 각 이송 방향마다 및 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻도록 구성되고,
    상기 도출 공정은 상기 각 이송 방향에 대하여 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 각각 산출하고, 얻어진 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 검출하며, 검출된 2개의 주파수를 상기 절삭 공구의 상기 각 이송 방향에서의 고유 진동수로서 도출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법.
  3. 제 1 항에 따른 각 공정을 포함하며,
    추가적으로, 상기 도출 공정에서 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량을 산출하고, 얻어진 감쇠비 및 등가질량과 상기 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안정 한계 곡선 작성 방법.
  4. 제 1 항에 따른 각 공정을 포함하며,
    상기 도출 공정은 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 큰 순서로 적어도 2개의 극대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하도록 구성되고,
    추가적으로, 상기 도출공정에서 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 각 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 고유 진동수에 대응하는 감쇠비 및 등가 질량을 산출하며, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량과 상기 각 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선으로서 상기 각 고유 진동수에 대응한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안정 한계 곡선 작성 방법.
  5. 제 2 항에 따른 각 공정을 포함하며,
    추가적으로, 상기 도출 공정에서, 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량을 각각 산출하고, 얻어진 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안정 한계 곡선 작성 방법.
  6. 제 2 항에 따른 각 공정을 포함하며,
    상기 도출 공정은 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 기초로 각각 큰 순서로 적어도 2개의 극대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 상기 각 이송 방향마다 도출하도록 구성되고,
    추가적으로, 상기 도출 공정에서, 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 각 이송 방향에 대한 상기 절삭 공구의 각 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 각 고유 진동수에 대응하는 감쇠비 및 등가 질량을 산출하며, 얻어진 감쇠비 및 등가 질량과 상기 각 고유 진동수를 기초로 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선으로서 상기 각 고유 진동수에 대응한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안정 한계 곡선 작성 방법.
  7. 제 2 항에 따른 각 공정을 포함하며,
    추가적으로, 상기 도출 공정에서, 상기 각 이송 방향에 대하여 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼 및 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 기초로 적어도 상기 절삭 공구 및 피가공물을 포함하는 가공 시스템에서의 감쇠비 및 등가 질량으로서 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량을 각각 산출하고, 얻어진 상기 각 이송 방향에 대한 감쇠비 및 등가 질량과 상기 고유진동수를 기초로 미리 정해진 이송 방향에서의 상기 절삭 공구의 재생 채터에 관한 안정 한계 곡선을 작성하는 곡선 작성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 안정 한계 곡선 작성 방법.
  8. 공작 기계에 의해 피가공물을 가공할 때에 사용되는 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하는 장치에 있어서,
    상기 공작 기계의 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서, 각각의 회전 속도에서 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 피가공물을 가공하는 동작을 상기 공작 기계에 실행시키는 가공 실행부와,
    상기 공작 기계의 가공 중에, 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 검출하는 변위 검출부 및 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 검출하는 절삭 동력 검출부와,
    상기 변위 검출부 및 상기 절삭 동력 검출부에 의해 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻는 주파수 해석부와,
    상기 주파수 해석부에서, 상기 주축의 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼과 절삭 동력 스펙트럼을 기초로 상기 변위 스펙트럼을 상기 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 스펙트럼인 컴플라이언스 스펙트럼을 상기 회전 속도마다 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 산출하고, 얻어진 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 상기 절삭 공구의 고유 진동수로서 도출하는 고유 진동수 도출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공 실행부는 상기 주축의 회전 속도를 단계적으로 변화시키면서 상기 주축과 직교하되, 서로 직교하는 2개의 이송축인 제1 축 및 제2 축의 각 단독 동작 또는 이들의 복합 동작에 의해 각각의 회전 속도에 있어서의 미리 정한 거리 또는 시간만큼 상기 제1 축 및 제2 축 방향의 이송 성분을 포함하도록 상기 절삭 공구를 이동시켜 상기 피가공물을 가공하도록 구성되며,
    상기 변위 검출부는 상기 회전 속도마다 상기 제1 축 및 제2 축의 각 이송 방향에 대하여 상기 절삭 공구에 생기는 위치의 변위를 각각 검출하도록 구성되는 동시에, 상기 절삭 동력 검출부는 이 때에 상기 절삭 공구에 작용하는 절삭 동력을 각각 검출하도록 구성되고,
    상기 주파수 해석부는 상기 각 이송 방향마다 및 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 데이터 및 절삭 동력 데이터를 각각 주파수 해석하여 변위 및 절삭 동력의 스펙트럼을 얻도록 구성되며,
    상기 고유 진동수 도출부는 상기 각 이송 방향에 대하여 상기 회전 속도마다 얻어진 변위 스펙트럼을 절삭 동력 스펙트럼으로 나눈 컴플라이언스 스펙트럼을 산출한 후, 얻어진 각 컴플라이언스 스펙트럼을 중첩한 통합 컴플라이언스 스펙트럼을 각각 산출하고, 얻어진 각 통합 컴플라이언스 스펙트럼으로부터 최대의 컴플라이언스값을 나타내는 주파수를 각각 검출하며, 검출된 2개의 주파수로부터 상기 절삭 공구의 고유 진동수를 도출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치.
KR1020160084640A 2015-11-26 2016-07-05 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치 KR20170061578A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015230466A JP6578195B2 (ja) 2015-11-26 2015-11-26 切削工具の固有振動数導出方法及び安定限界曲線作成方法、並びに切削工具の固有振動数導出装置
JPJP-P-2015-230466 2015-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170061578A true KR20170061578A (ko) 2017-06-05

Family

ID=58693321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160084640A KR20170061578A (ko) 2015-11-26 2016-07-05 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20170153208A1 (ko)
JP (1) JP6578195B2 (ko)
KR (1) KR20170061578A (ko)
CN (1) CN106802971A (ko)
DE (1) DE102016222677A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108982013A (zh) * 2018-08-16 2018-12-11 中铁大桥科学研究院有限公司 用于判断桥梁转动临界平衡的装置、方法及计算方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6930240B2 (ja) * 2017-06-16 2021-09-01 株式会社島津製作所 衝撃試験の評価方法および衝撃試験機
JP2019072806A (ja) * 2017-10-17 2019-05-16 オムロン株式会社 切削加工装置
JP6649348B2 (ja) 2017-11-21 2020-02-19 ファナック株式会社 工具寿命判定装置
WO2019116185A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Mandelli Sistemi S.P.A. Method and a system for reducing vibrations in a mechanical processing for removal of chippings
CN108628249B (zh) * 2018-06-01 2020-03-17 西安交通大学 一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法及系统
JP6735317B2 (ja) * 2018-06-21 2020-08-05 Dmg森精機株式会社 工作機械、制御方法、および制御プログラム
TWI684080B (zh) * 2018-06-21 2020-02-01 高聖精密機電股份有限公司 智慧型調整系統及其方法
JP7084242B2 (ja) * 2018-07-30 2022-06-14 Dmg森精機株式会社 工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法
JP7157290B2 (ja) * 2018-12-04 2022-10-20 双葉電子工業株式会社 計測装置、計測方法、プログラム
JP7053526B2 (ja) * 2019-03-25 2022-04-12 ファナック株式会社 主軸振動測定システム、主軸振動測定方法、およびプログラム
WO2020209134A1 (ja) * 2019-04-11 2020-10-15 シチズン時計株式会社 工作機械及び検知方法
JP7224234B2 (ja) * 2019-04-25 2023-02-17 Thk株式会社 異常診断システム、及び異常診断方法
JP7101883B2 (ja) * 2019-05-23 2022-07-15 三菱電機株式会社 数値制御装置
JP7479028B2 (ja) 2020-03-18 2024-05-08 国立大学法人東海国立大学機構 工作機械の振動特性の変化を計測する方法および装置
CN111941147A (zh) * 2020-08-18 2020-11-17 山东理工大学 用于切削加工的浮动定向式加工力测补台
KR20220071540A (ko) * 2020-11-24 2022-05-31 현대위아 주식회사 공작기계의 공구 상태 판정 장치
CN116472446A (zh) * 2020-11-27 2023-07-21 发那科株式会社 机床以及诊断方法
CN112958840B (zh) * 2021-02-10 2022-06-14 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 精密零件加工削力信号自动分段方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3903133A1 (de) * 1988-02-04 1989-08-31 Amada Co Werkstueckbearbeitbarkeitsdetektionsverfahren und verfahren zum spanabhebenden bearbeiten eines werkstuecks mit hilfe einer spanabhebenden bearbeitungsmaschine unter anwendung dieses verfahrens
US5407265A (en) * 1992-07-06 1995-04-18 Ford Motor Company System and method for detecting cutting tool failure
US6349600B1 (en) * 1999-03-15 2002-02-26 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Device for stable speed determination in machining
TWI400591B (zh) * 2010-03-12 2013-07-01 Ind Tech Res Inst 具有線上振動偵測調控之工具機
US8432119B2 (en) * 2010-04-14 2013-04-30 Babcock & Wilcox Technical Services Y-12, Llc Method and apparatus for characterizing and enhancing the functional performance of machine tools
JP5834429B2 (ja) * 2011-03-14 2015-12-24 株式会社ジェイテクト 工具回転速度選定方法
JP5258921B2 (ja) 2011-03-31 2013-08-07 株式会社小松製作所 工作機械及びその加工制御装置
JP5740475B2 (ja) * 2011-09-02 2015-06-24 株式会社日立製作所 加工異常検知方法および加工装置
JP5927904B2 (ja) * 2011-12-26 2016-06-01 株式会社ジェイテクト 工作機械の動特性算出装置
JP5983113B2 (ja) 2012-07-06 2016-08-31 株式会社ジェイテクト 工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法
JP5983112B2 (ja) * 2012-07-06 2016-08-31 株式会社ジェイテクト 工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法
JP5288318B1 (ja) * 2012-10-23 2013-09-11 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械のびびり抑制方法
US20140216170A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-07 Georgia Tech Research Corporation Systems And Methods For Monitoring Cutting Forces In Peripheral End Milling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108982013A (zh) * 2018-08-16 2018-12-11 中铁大桥科学研究院有限公司 用于判断桥梁转动临界平衡的装置、方法及计算方法
CN108982013B (zh) * 2018-08-16 2020-05-05 中铁大桥科学研究院有限公司 用于判断桥梁转动临界平衡的装置、方法及计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017094463A (ja) 2017-06-01
DE102016222677A1 (de) 2017-06-01
JP6578195B2 (ja) 2019-09-18
US20170153208A1 (en) 2017-06-01
CN106802971A (zh) 2017-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170061578A (ko) 절삭 공구의 고유 진동수 도출 방법 및 안정 한계 곡선 작성 방법 및 절삭 공구의 고유 진동수 도출 장치
EP3275591B1 (en) Machine tool and control device for said machine tool
JP4942839B2 (ja) びびり振動検出方法及びびびり振動回避方法、並びに工作機械
CN111052015B (zh) 数控系统及电动机控制装置
JP6625794B2 (ja) びびり振動を抑制可能な主軸安定回転数の算出方法、その報知方法、主軸回転数制御方法及びｎｃプログラム編集方法、並びにその装置。
JP4433422B2 (ja) 振動抑制装置
US20150168938A1 (en) Controller for Spindle Motor
JP6439542B2 (ja) 数値制御装置と制御方法
US10744567B2 (en) Control device for machine tool and machine tool
JP2008290186A (ja) 工作機械の振動抑制装置
CN110625428B (zh) 机床、控制方法以及计算机可读存储介质
US9651936B2 (en) Machining method
JP6311635B2 (ja) 数値制御装置と制御方法
CN103785905A (zh) 机床
JP6893792B2 (ja) 工作機械および振動抑制方法
JP5637840B2 (ja) 振動検出方法
US8090468B2 (en) Multi-spindle phase controlled machining
JP6875810B2 (ja) 工作機械およびその制御装置
CN113874798B (zh) 数控装置
JP6505145B2 (ja) 安定限界線図作成装置及び安定限界線図作成方法
JP2021036372A (ja) 工作機械の解析モデルの作成支援装置
JP2019136852A (ja) 旋盤
CN112743392B (zh) 机床中的主轴转速的监视装置及监视方法、机床
WO2023182107A1 (ja) 工作機械
CN107662131B (zh) 信息测定装置