JP2013063497A - 工作機械における回転軸回転速度のモニタ方法及びモニタ装置、工作機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転速度を変動させると、モニタ14には、回転速度の変動振幅Qと変動周期Pとの関係を示す変動図20が表示され、変動図20には、現在の設定値Aの他、変動振幅Qと変動周期Pとの設定可能範囲21と、以下の式(1)に基づいた最適変動周期PO及び/又は式(2)に基づいた変動周期Pの最適範囲P1が表示される。Tは回転軸の回転周期、a,amin,amaxは予め設定される係数である。
PO=aT ・・・(1)
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
【選択図】図4
Description
そこで、びびり振動の抑制手法として、回転軸の回転速度を変動させる技術が以下に示す特許文献1に提案されている。また、特許文献2には、びびり振動が発生した場合に、回転速度変動制御画面を表示している状態で、回転速度の変動幅、変動率を工具毎に入力可能にすることで、制御装置を簡単に操作できるようにした発明が記載されている。 一方、本件出願人は、先願である特願2010−235720号において、回転速度変動切削において再生型びびり振動に効果のあるパラメータの値を表示し、簡単にパラメータを決定できるようにした発明を提供している。
前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、前記変動図に現在の変動位置を表示する変動位置表示ステップと、前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲を前記変動図上に表示する設定範囲表示ステップと、以下の式(1)に基づいた最適変動周期及び/又は式(2)に基づいた変動周期の最適範囲を前記変動図上に表示する変動周期表示ステップと、を実行することを特徴とする。
PO=aT ・・・(1)
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
PO:最適変動周期[s]
P1:変動周期の最適範囲[s]
T:回転軸の回転周期[s]
a,amin,amax:予め設定される係数
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記設定範囲表示ステップでは、前記モータの変動周期の電力限界線と、予め設定される前記変動振幅の上限値線とで囲まれる範囲を前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲として表示することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記変動位置表示ステップで表示される現在の変動位置が、前記変動周期表示ステップで表示される前記最適変動周期又は前記最適範囲と異なる場合は、前記現在の変動位置を前記最適変動周期又は前記最適範囲に向けて案内する案内表示を表示する案内表示ステップをさらに実行することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する回転軸と、その回転軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を監視するモニタ装置であって、前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、前記変動図に現在の変動位置を表示する変動位置表示手段と、前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲を前記変動図上に表示する設定範囲表示手段と、以下の式(1)に基づいた最適変動周期及び/又は式(2)に基づいた変動周期の最適範囲を前記変動図上に表示する変動周期表示手段と、を備えることを特徴とする。
PO=aT ・・・(1)
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
PO:最適変動周期[s]
P1:変動周期の最適範囲[s]
T:回転軸の回転周期[s]
a,amin,amax:予め設定される係数
請求項5に記載の発明は、請求項4の構成において、前記設定範囲表示手段では、前記モータの変動周期の電力限界線と、予め設定される前記変動振幅の上限値線とで囲まれる範囲を前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲として表示することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5の構成において、前記変動位置表示手段で表示される現在の変動位置が、前記変動周期表示手段で表示される前記最適変動周期又は前記最適範囲と異なる場合は、前記現在の変動位置を前記最適変動周期又は前記最適範囲に向けて案内する案内表示を表示する案内表示手段をさらに備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項7に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する回転軸と、その回転軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械であって、請求項4乃至6の何れかに記載の回転軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする。
請求項2及び5に記載の発明によれば、上記効果に加えて、モータの最大電力を考慮した適切な設定可能範囲が選択可能となる。
請求項3及び6に記載の発明によれば、上記効果に加えて、オペレータは、びびり振動の抑制効果が高いパラメータの変更手順を簡単に認識することができる。
図1は、工作機械の一例であるNC旋盤1の概略構成図である。NC旋盤1において、主軸台2には、チャック4と爪5とを介してワークWを把握する回転軸としての主軸3が回転自在に軸支され、主軸台2の内部には、主軸3を回転駆動するモータ6と、主軸台2に固定されて主軸3の回転速度を検出するエンコーダ7とが内蔵されている。
8は、モータ6とエンコーダ7とに接続される主軸制御部、9は主軸制御部8に回転速度を指令する工作機械制御部で、主軸制御部8は、エンコーダ7から検出される主軸3の回転速度を常時監視しながら、工作機械制御部9から指令された回転速度で主軸3を回転させるよう、モータ6に供給する電力を調整している。
この主軸回転速度の変動切削において、びびり振動の抑制に最適な変動周期は、切削実験により求めることができる。例えば主軸3に固定したワークWをボーリングバーで切削を行い、切削中の振動をボーリングバーに設置した振動計で測定しながら入力手段10で変動周期を変更することで、振動が最も小さくなる最適変動周期を見つけることができる。図3は実験で求めた変動周期とびびり振動の大きさとの関係を示す図で、主軸3の回転周期をTとすると、最適変動周期POを以下の式(1)のように表すことができる。aは、例えば前記切削実験の手段で実験的に求める係数である。
PO:最適変動周期[s]
T:主軸回転周期[s]
まず、このNC旋盤1においても、工具に設置した図示しない振動センサで加工中の時間領域の振動を検出してびびり振動の発生の有無を監視しており、モニタ14では振動センサの波形がリアルタイムで表示されて、びびり振動の発生状況が認識できるようになっている。
よって、オペレータは、びびり振動が発生した際に所定のパラメータを入力することで、パラメータの値に応じた変動振幅Q及び変動周期Pで主軸3の回転速度を変動させることができる。この場合、変動図20上には現在の変動位置である設定値Aが黒丸で表示される(変動位置表示ステップ)。
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
さらにここでは、びびり振動を抑制するにあたって最適なパラメータは、推奨値Bとして白丸でプロットされる。この推奨値Bは、変動周期Pが式(1)で求める最適変動周期PO、変動振幅Qがパラメータの設定可能範囲21の最大値であって、モニタ14の下部に表示される推奨値ボタン23を押すことで、瞬時に推奨値Bに変更できるようになっている。
また、現在の設定値Aが最適範囲P1と異なる場合は、現在の設定値Aを最適変動周期POに向けて案内する案内矢印26〜28を表示するようにしているので、オペレータは、びびり振動の抑制効果が高いパラメータの変更手順を簡単に認識することができる。
また、ここでは変動図に最適変動周期と最適範囲とが同時に表示されるようになっているが、何れか一方のみを表示することも可能である。
その他、本発明はNC旋盤に限らず、回転速度を変動させて切削加工する工作機械であれば、たとえば工具を装着した回転軸を回転させてワークの加工を行うマシニングセンタ等も含まれる。
Claims (7)
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する回転軸と、その回転軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を監視するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する変動位置表示ステップと、
前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲を前記変動図上に表示する設定範囲表示ステップと、
以下の式(1)に基づいた最適変動周期及び/又は式(2)に基づいた変動周期の最適範囲を前記変動図上に表示する変動周期表示ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械における回転軸回転速度のモニタ方法。
PO=aT ・・・(1)
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
PO:最適変動周期[s]
P1:変動周期の最適範囲[s]
T:回転軸の回転周期[s]
a,amin,amax:予め設定される係数 - 前記設定範囲表示ステップでは、前記モータの変動周期の電力限界線と、予め設定される前記変動振幅の上限値線とで囲まれる範囲を前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲として表示することを特徴とする請求項1に記載の工作機械における回転軸回転速度のモニタ方法。
- 前記変動位置表示ステップで表示される現在の変動位置が、前記変動周期表示ステップで表示される前記最適変動周期又は前記最適範囲と異なる場合は、前記現在の変動位置を前記最適変動周期又は前記最適範囲に向けて案内する案内表示を表示する案内表示ステップをさらに実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の工作機械における回転軸回転速度のモニタ方法。
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する回転軸と、その回転軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を監視するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する変動位置表示手段と、
前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲を前記変動図上に表示する設定範囲表示手段と、
以下の式(1)に基づいた最適変動周期及び/又は式(2)に基づいた変動周期の最適範囲を前記変動図上に表示する変動周期表示手段と、
を備えることを特徴とする工作機械における回転軸回転速度のモニタ装置。
PO=aT ・・・(1)
aminT≦P1≦amaxT ・・・(2)
PO:最適変動周期[s]
P1:変動周期の最適範囲[s]
T:回転軸の回転周期[s]
a,amin,amax:予め設定される係数 - 前記設定範囲表示手段では、前記モータの変動周期の電力限界線と、予め設定される前記変動振幅の上限値線とで囲まれる範囲を前記変動振幅と前記変動周期とを設定可能な範囲として表示することを特徴とする請求項4に記載の工作機械における回転軸回転速度のモニタ装置。
- 前記変動位置表示手段で表示される現在の変動位置が、前記変動周期表示手段で表示される前記最適変動周期又は前記最適範囲と異なる場合は、前記現在の変動位置を前記最適変動周期又は前記最適範囲に向けて案内する案内表示を表示する案内表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の工作機械における回転軸回転速度のモニタ装置。
- 工具又はワークを装着してモータ駆動する回転軸と、その回転軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械であって、
請求項4乃至6の何れかに記載の回転軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする工作機械。
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