JP2024087249A - Processing evaluation device - Google Patents
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Abstract
【課題】工作機械により工作物を加工する際の共振リスクを評価する加工評価装置を提供する。
【解決手段】加工評価装置３ｂは、回転体を備え工具で工作物を除去加工する工作機械の加工結果を評価するものである。そして、加工評価装置３ｂは、加工点動特性取得部１５０により取得された接触動剛性データ、工作物支持動剛性データ、工具支持動剛性データ、工作物及び工具の質量に基づいた加工点動特性に基づいて共振周波数帯算出部１５１により共振周波数帯を算出する。そして、共振リスク評価部１５３により、回転周波数取得部１５２によって取得された工作機械の回転体の回転周波数と共振周波数帯とに基づいて、共振の発生又は共振の発生に起因する加工品質不良の発生に関するリスクを評価する。
【選択図】図３
A machining evaluation device is provided that evaluates a risk of resonance when machining a workpiece with a machine tool.
[Solution] The machining evaluation device 3b evaluates the machining result of a machine tool that has a rotating body and uses a tool to remove and machine a workpiece. The machining evaluation device 3b calculates a resonance frequency band by a resonance frequency band calculation unit 151 based on the machining point dynamic characteristics based on contact dynamic stiffness data, workpiece support dynamic stiffness data, tool support dynamic stiffness data, and the masses of the workpiece and the tool acquired by a machining point dynamic characteristic acquisition unit 150. The resonance risk evaluation unit 153 evaluates the risk of resonance occurrence or the occurrence of poor machining quality due to resonance occurrence based on the rotational frequency of the rotating body of the machine tool and the resonance frequency band acquired by a rotational frequency acquisition unit 152.
[Selected figure] Figure 3
Description
本発明は、加工評価装置に関する。 The present invention relates to a processing evaluation device.
工作物を加工する工作機械において、加工結果を高精度に推定するには、推定過程において工作物と工具との相対位置の補正を行う必要がある。特許文献１に開示の構成では、工作物を砥石車により研削加工する場合に、研削抵抗に加えて、工作物の支持剛性および砥石車の支持剛性とともに、工作物と砥石車との間における接触静剛性を加味し、工作物と砥石車との相対位置の補正を高精度に行って、工作物の加工結果を推定する。ここで用いられる接触静剛性は、砥石車を静止しているときに測定した値ではなく、研削時における理論接触静剛性を用いて算出している。接触静剛性は、工作物と砥石車との間のばね定数Ｋにより表される。そして、解析上の工作物質量は、非加工時の動特性から算出した値を固定値として用いている。
In a machine tool that processes a workpiece, in order to estimate the processing result with high accuracy, it is necessary to correct the relative position between the workpiece and the tool during the estimation process. In the configuration disclosed in
本願発明者らはこれまでに、特許文献１に開示の構成において、ばね定数Ｋにより表される接触静剛性に替えて、ばね定数Ｋと減衰係数Ｃにより表される接触動剛性を用いることでより高精度に加工結果の推定を行うことを提案している。そして、本願発明者らは、工作機械に備えられた工具主軸を回転駆動させる駆動装置などには所定の回転周波数で回転する回転体が備えられており、当該回転周波数が工作物の加工時の動特性から算出される共振周波数帯に一致すると、当該工作物の加工時に工作物と当該駆動装置等とが共振して加工びびりが発生し、加工精度の低下を招くという新たな課題を見出した。
The present inventors have previously proposed to estimate machining results with higher accuracy by using a dynamic contact stiffness represented by a spring constant K and a damping coefficient C, instead of the static contact stiffness represented by a spring constant K, in the configuration disclosed in
本発明は、工作機械により工作物を加工する際の共振リスクを評価する加工評価装置を提供しようとするものである。 The present invention aims to provide a machining evaluation device that evaluates the risk of resonance when machining a workpiece using a machine tool.
本発明の一態様は、回転体を備え工具で工作物を除去加工する工作機械の加工結果を評価する加工評価装置であって、
上記工作機械に備えられた回転体の回転周波数を取得する回転周波数取得部と、
上記工具による上記工作物の加工の状態に応じて変化する加工状態指数を取得する加工状態指数取得部と、
上記工作機械の加工条件を取得する加工条件取得部と、
上記加工状態指数に基づいて決定された上記工作物と上記工具との間の動剛性である接触動剛性データと、上記加工条件に基づいて決定された上記工作機械において上記工作物を支持する際に発揮する工作物支持動剛性データと、上記加工条件に基づいて決定された上記工作機械において上記工具を支持する際に発揮する工具支持動剛性データと、上記工作物及び上記工具の質量とに基づいて、上記工作物の加工時の加工点動特性を取得する加工点動特性取得部と、
上記加工点動特性に基づいて共振周波数帯を算出する共振周波数帯算出部と、
上記共振周波数帯と、上記回転体の周波数とに基づいて、共振の発生又は共振の発生に起因する加工品質不良の発生に関するリスクを評価する共振リスク評価部と、
を備える、加工評価装置にある。
One aspect of the present invention is a machining evaluation device for evaluating a machining result of a machine tool that has a rotating body and removes a workpiece with a tool, the device comprising:
a rotational frequency acquisition unit for acquiring a rotational frequency of a rotating body provided in the machine tool;
a machining state index acquiring unit for acquiring a machining state index that changes depending on a state of machining of the workpiece by the tool;
A machining condition acquisition unit that acquires machining conditions of the machine tool;
a machining point dynamic characteristic acquisition unit that acquires machining point dynamic characteristics during machining of the workpiece based on contact dynamic stiffness data, which is the dynamic stiffness between the workpiece and the tool, determined based on the machining state index, workpiece support dynamic stiffness data exhibited when supporting the workpiece in the machine tool, determined based on the machining conditions, tool support dynamic stiffness data exhibited when supporting the tool in the machine tool, determined based on the machining conditions, and the masses of the workpiece and the tool;
A resonance frequency band calculation unit that calculates a resonance frequency band based on the processing point dynamic characteristic;
a resonance risk assessment unit that assesses a risk of resonance occurrence or of poor processing quality caused by resonance occurrence based on the resonance frequency band and the frequency of the rotating body;
The processing evaluation device includes:
上記態様によれば、接触動剛性データ、工作物支持動剛性データ及び工具支持動剛性データを含む加工点動特性に基づいて共振周波数帯を算出し、当該共振周波数帯と工作機械に備えられた回転体の回転周波数とに基づいて共振リスクを評価する。これにより、共振リスクを評価することで、共振の発生や共振の発生に起因する加工品質不良を未然に防止するための対策を講じることが容易となる。 According to the above aspect, the resonance frequency band is calculated based on the machining point dynamic characteristics including the contact dynamic stiffness data, the workpiece support dynamic stiffness data, and the tool support dynamic stiffness data, and the resonance risk is evaluated based on the resonance frequency band and the rotational frequency of the rotating body provided in the machine tool. In this way, by evaluating the resonance risk, it becomes easy to take measures to prevent the occurrence of resonance and poor machining quality caused by the occurrence of resonance.
以上のごとく、上記態様によれば、工作機械により工作物を加工する際の共振リスクを評価する加工評価装置を提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a machining evaluation device that evaluates the risk of resonance when machining a workpiece using a machine tool.
（実施形態１）
１．加工システム１の構成
本実施形態１における、加工評価装置３ｂ及び加工システム１について図１を参照して説明する。本実施形態では、加工システム１は、工作機械としての研削盤２と、処理部３とを備える。なお、工作機械は、研削盤２に限らず、旋盤やマシニングセンタであってもよく、旋盤をベースとするとともにバイトに替えて回転工具を備える複合加工機であってもよい。当該複合加工機の場合は、回転工具として穴あけ用ドリルやエンドミルなどを用いることができる。
(Embodiment 1)
1. Configuration of
研削盤２は、工作物Ｗを回転させ、回転体である工具としての砥石車Ｔを回転させ、かつ、砥石車Ｔを工作物Ｗに対して工作物Ｗの軸線に交差する方向に相対的に接近させることにより、工作物Ｗの外周面または内周面を研削する。研削盤２は、テーブルトラバース型の研削盤、砥石台トラバース型の研削盤などを適用可能である。また、研削盤２は、円筒研削盤、カム研削盤等を適用可能である。
The grinding
本実施形態においては、図１に示すように、工作物Ｗは、非加工部としての軸部Ｗａと、外周面が研削対象となる複数の加工部Ｗｂとを備える場合を例にあげる。加工部Ｗｂは、例えば、軸部Ｗａと同軸の円筒外周面を有する。ただし、図１に示す工作物Ｗは、一例であって、研削盤２は種々の形状を有する工作物を研削加工の対象とすることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the workpiece W has a shaft portion Wa as a non-machined portion, and multiple machined portions Wb whose outer circumferential surfaces are to be ground. The machined portions Wb have, for example, a cylindrical outer circumferential surface coaxial with the shaft portion Wa. However, the workpiece W shown in FIG. 1 is only one example, and the grinding
処理部３は、研削盤２を制御する制御装置３ａ、および、加工結果を推定する加工評価装置３ｂを備える。制御装置３ａは、研削盤２を制御することにより、研削加工を制御することができる。加工評価装置３ｂは、研削加工に用いる情報を入力してシミュレーションを行うことにより、工作物Ｗにおける加工結果を推定する処理を行う。
The
加工評価装置３ｂは、研削盤２とは独立したシミュレーション装置として機能させることもできるし、研削盤２と連動して動作するシミュレーション装置として機能させることもできる。前者の場合には、例えば、実際の工作物Ｗの研削加工を行うことなく、最適な研削加工条件を決定することができる。後者の場合には、加工評価装置３ｂは、研削盤２による工作物Ｗの研削加工と並行して処理することにより、例えば、研削加工条件を補正したり、各種制御に影響を及ぼすように動作したりすることができる。また、加工評価装置３ｂは、研削盤２および制御装置３ａの組込みシステムとすることもできる。
The
２．研削盤２および制御装置３ａの構成
研削盤２および制御装置３ａの構成の一例について、図１を参照して詳細に説明する。研削盤２は、テーブルトラバース型の円筒研削盤を例にあげる。つまり、当該研削盤２は、工作物Ｗを工作物Ｗの軸線方向に移動させ、かつ、砥石車Ｔを工作物Ｗの軸線に交差する方向に移動させる構成である。また、本実施形態においては、研削盤２は、砥石車Ｔにより工作物Ｗの円筒外周面を研削する場合を例にあげる。
2. Configuration of
研削盤２は、ベッド１０、テーブル２０、主軸装置３０、心押装置４０、砥石台５０、定寸装置６０、レスト装置７０、制御装置３ａを備える。ベッド１０は、設置面上に設置されている。ベッド１０は、Ｘ軸方向の正面側（図１の下側）の幅（Ｚ軸方向長さ）が長く形成されており、Ｘ軸方向の背面側（図１の上側）の幅が短く形成されている。
The
ベッド１０は、Ｘ軸方向の正面側の上面に、Ｚ軸方向に延在するＺ軸案内面１１を備える。さらに、ベッド１０には、Ｚ軸案内面１１に沿って駆動するＺ軸駆動機構１２を備える。本実施形態では、Ｚ軸駆動機構１２は、ボールねじ機構１２ａとＺ軸用モータ１２ｂとを備える場合を例にあげる。ボールねじ機構１２ａが、Ｚ軸案内面１１に平行に延在し、Ｚ軸用モータ１２ｂが、ボールねじ機構１２ａを駆動する。
The
Ｚ軸駆動機構１２を駆動するために、図示しないＺ軸用駆動回路およびＺ軸用検出器１２ｃが設けられる。Ｚ軸用駆動回路は、アンプ回路を含み、Ｚ軸用モータ１２ｂを駆動する。Ｚ軸用検出器１２ｃは、本実施形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、Ｚ軸用モータ１２ｂの回転軸の角度を検出する。なお、Ｚ軸駆動機構１２は、上記のボールねじ機構１２ａを備える構成に代えて、リニアモータなどを適用することもできる。
A Z-axis drive circuit and a Z-
また、ベッド１０は、Ｘ軸方向の背面側の上面に、Ｚ軸方向に交差する方向に延在する案内面１３を備える。本実施形態においては、案内面１３は、Ｚ軸に直交するＸ軸方向に延在するＸ軸案内面である。さらに、ベッド１０には、Ｘ軸案内面１３に沿って駆動するＸ軸駆動機構１４を備える。本実施形態では、Ｘ軸駆動機構１４は、ボールねじ機構１４ａとＸ軸用モータ１４ｂとを備える場合を例にあげる。ボールねじ機構１４ａが、Ｘ軸案内面１３に平行に延在し、Ｘ軸用モータ１４ｂが、ボールねじ機構１４ａを駆動する。
The
Ｘ軸駆動機構１４を駆動するために、図示しないＸ軸用駆動回路およびＸ軸用検出器１４ｃが設けられる。Ｘ軸用駆動回路は、アンプ回路を含み、Ｘ軸用モータ１４ｂを駆動する。Ｘ軸用検出器１４ｃは、本実施形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、Ｘ軸用モータ１４ｂの回転軸の角度を検出する。なお、Ｘ軸駆動機構１４は、上記のボールねじ機構１４ａを備える構成に代えて、リニアモータなどを適用することもできる。
An X-axis drive circuit and an
テーブル２０は、長尺状に形成されており、ベッド１０のＺ軸案内面１１にＺ軸方向（水平左右方向）に移動可能に支持されている。また、テーブル２０は、Ｚ軸ボールねじ機構１２ａのボールねじナットに固定されており、Ｚ軸用モータ１２ｂの回転駆動によってＺ軸方向に移動する。
The table 20 is formed in an elongated shape and is supported on the Z-
主軸装置３０は、工作物支持装置を構成する。主軸装置３０は、工作物Ｗを支持し、工作物Ｗを回転駆動する。主軸装置３０は、テーブル２０上のＺ軸方向の一端側に配置されている。主軸装置３０は、主軸ハウジング３１と、工作物主軸３２、工作物主軸用モータ３３と、主軸センタ３４と、主軸用検出器３５と、図示しない主軸用駆動回路とを備える。
The
主軸ハウジング３１は、テーブル２０上に固定されている。工作物主軸３２は、主軸ハウジング３１に軸受を介して回転可能に支持される。工作物主軸用モータ３３は、工作物主軸３２を回転駆動する駆動装置を構成する。主軸センタ３４は、工作物Ｗの軸方向一端の端面を支持する。主軸センタ３４は、工作物主軸３２に固定されて、主軸ハウジング３１に対して回転可能に設けられる。ただし、主軸装置３０が、図示しないケレなどの回し部材を備える場合には、主軸センタ３４は、主軸ハウジング３１に固定されて、主軸ハウジング３１に対して回転不能となるように設けられるようにしても良い。また、主軸装置３０は、主軸センタ３４に代えて、工作物Ｗを把持するチャックを備えるようにしても良い。なお、チャックは、工作物主軸３２に連結されることで回転駆動される。
The
主軸用検出器３５および主軸用駆動回路は、工作物主軸用モータ３３を駆動するために設けられている。主軸用検出器３５は、本実施形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、工作物主軸用モータ３３の回転軸の角度を検出する。主軸用駆動回路は、アンプ回路を含み、工作物主軸用モータ３３を駆動する。
The
心押装置４０は、主軸装置３０と共に、工作物支持装置を構成する。心押装置４０は、テーブル２０上のＺ軸方向の他端側に配置されている。心押装置４０は、テーブル２０上に固定されており、心押センタ４１及びラム４２を備える。心押センタ４１は、Ｚ軸方向に移動可能なラム４２を介して工作物Ｗの軸方向他端の端面に向けて軸方向に押圧されて、工作物Ｗを支持する。ラム４２による押圧力は調整可能に構成されるようにしても良く、スプリング力を調整する手段、流体圧を調整する手段などにより制御可能とすることができる。心押センタ４１及びラム４２は、回転不能に設けられるようにしても良いし、回転可能に設けられるようにしても良い。また、心押装置４０はラム４２を有さず、心押センタ４１が工作物Ｗに対して固定された位置に位置決めされるようにしても良い。なお、研削盤２が、工作物Ｗの内周面を研削加工する場合には、心押装置４０は不要である。
The
砥石台５０は、回転工具としての砥石車Ｔを備え、砥石車Ｔを回転駆動する。砥石台５０は、砥石車Ｔの他に、砥石台本体５１、砥石軸５２、砥石車用モータ５３、図示しない砥石車用駆動回路を備える。
The
砥石車Ｔは、円盤状に形成されている。砥石車Ｔは、工作物Ｗの外周面または内周面を研削するために用いられる。砥石車Ｔは、複数の砥粒を結合剤により固定されて構成されている。砥粒には、アルミナや炭化ケイ素などのセラミックス質の材料などにより形成される一般砥粒、ダイヤモンドやＣＢＮなどの超砥粒などが適用される。 The grinding wheel T is formed in a disk shape. The grinding wheel T is used to grind the outer or inner surface of the workpiece W. The grinding wheel T is composed of multiple abrasive grains fixed with a binder. The abrasive grains used include general abrasive grains made of ceramic materials such as alumina and silicon carbide, and super abrasive grains such as diamond and CBN.
結合剤には、ビトリファイド（Ｖ）、レジノイド（Ｂ）、ラバー（Ｒ）、シリケート（Ｓ）、シェラック（Ｅ）、メタル（Ｍ）、電着（Ｐ）、マグネシアセメント(Ｍｇ)などが存在する。さらに、砥石車Ｔは、気孔を有する構成と、気孔を有しない構成とがある。砥石車Ｔは、結合剤の種類や気孔の有無によって、弾性変形可能な構成である場合と、ほぼ弾性変形しない構成である場合とが存在する。弾性変形可能な砥石車Ｔにおいて、結合剤の種類、気孔の有無、気孔率などによって、弾性率が異なる。 Binders include vitrified (V), resinoid (B), rubber (R), silicate (S), shellac (E), metal (M), electroplated (P), and magnesia cement (Mg). Furthermore, grinding wheels T are available in configurations with and without pores. Depending on the type of binder and the presence or absence of pores, grinding wheels T may be elastically deformable or almost non-elastically deformable. In elastically deformable grinding wheels T, the elastic modulus differs depending on the type of binder, the presence or absence of pores, the porosity, etc.
砥石台本体５１は、例えば平面視にて矩形状に形成されており、ベッド１０のＸ軸案内面１３にＸ軸方向（水平前後方向）に移動可能に支持されている。また、砥石台本体５１は、Ｘ軸ボールねじ機構１４ａのボールねじナットに固定されており、Ｘ軸用モータ１４ｂの回転駆動によってＸ軸方向に移動する。砥石台本体５１は、砥石車Ｔを支持する工具支持装置を構成する。
The
砥石軸５２は、砥石台本体５１に軸受を介して回転可能に支持される。砥石軸５２の先端に砥石車Ｔが固定されており、砥石軸５２の回転によって砥石車Ｔが回転する。すなわち、砥石軸５２は工具主軸を構成する。砥石車用モータ５３は、砥石軸５２を回転駆動する駆動装置を構成する。軸受には、静圧軸受や転がり軸受などが用いられる。
The
砥石車用モータ５３は、例えば、ベルトを介して砥石軸５２に回転駆動力を伝達する。ただし、砥石車用モータ５３は、砥石軸５２と同軸に配置しても良い。一般に、砥石車用モータ５３の駆動による砥石車Ｔの回転速度は、工作物主軸用モータ３３の駆動による工作物Ｗの回転速度に比べて高速である。砥石車用駆動回路は、砥石車用モータ５３を駆動するために設けられている。砥石車用駆動回路は、アンプ回路を含み、砥石車用モータ５３を駆動する。
The
上述した通り、工作機械としての研削盤２は、回転体として、砥石軸（工具主軸）５２、砥石車用モータ（駆動装置）５３、工作物主軸３２、工作物主軸用モータ３３を備える。なお、図示しないが、回転体は、クーラント供給用ポンプのモータ、潤滑油供給用の油圧ポンプ用のモータ、クーラントや潤滑油の流路に設けられる弁の開閉用のモータなどを含んでいてもよい。
As described above, the grinding
定寸装置６０は、ベッド１０の上面に設けられ、工作物Ｗの外径寸法を計測する。定寸装置６０は、例えば、工作物Ｗの外周面に接触可能な一対の接触子を備えており、工作物Ｗへの接触部位における外径寸法を計測する。
The sizing
レスト装置７０は、図２に示すように、第１アーム７１と第２アーム７２を備えており、第１アーム７１により工作物Ｗの下部Ｗ１を支持しつつ、第２アーム７２により、工作物Ｗにおける工具Ｔと反対側部Ｗ２を工具Ｔ側に押圧して滑り支持するように構成されている。また、レスト装置７０は、工作物Ｗへの押圧位置を変更可能なように、図示しない移動機構を介して、Ｚ方向の位置が調整可能となっている。レスト装置７０は工作物Ｗを工具Ｔ側に押圧することで、工作物Ｗが加工の際に工具Ｔから離れるように変形することを防止する。なお、図２では定寸装置６０の図示を省略している。
As shown in FIG. 2, the
レスト装置７０により工作物Ｗが支持されることで、被加工部Ｗｂにおける加工点の動特性が変化するため、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））が変化することとなる。動特性決定部１０７はこれを考慮して動特性を決定することができる。この場合も本実施形態１の場合と同様の作用効果を奏することができる。なお、レスト装置７０を有する場合には、工作物Ｗの支持は片持ち支持、両持ち支持のいずれでもよい。
When the workpiece W is supported by the
制御装置３ａは、加工制御を実行するＣＮＣ（Computer Numerical
Control）装置およびＰＬＣ（Programmable Logic Controller）装置である。つまり、制御装置３ａは、研削加工プログラムおよび定寸装置６０による計測結果に基づいて、移動装置としてのＺ軸駆動機構１２およびＸ軸駆動機構１４を駆動して、テーブル２０および砥石台５０の位置制御を行う。つまり、制御装置３ａは、テーブル２０および砥石台５０などの位置制御を行うことで、工作物Ｗと砥石車Ｔとを相対的に接近および離間させる。さらに、制御装置３ａは、主軸装置３０および砥石台５０の制御を行う。また、レスト装置７０の制御も行う。つまり、制御装置３ａは、工作物主軸３２の回転制御および砥石車Ｔの回転制御を行うとともに、レスト装置７０の押し込み量の制御を行う。
The
The
３．加工評価装置３ｂの構成
加工評価装置３ｂの構成について図３を参照して説明する。加工評価装置３ｂは、指令値取得部１０１、推定部１０２、接触動剛性テーブル記憶部１０３ａ、工作物質量テーブル記憶部１０３ｂ、主工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｃ、補助工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｄ、工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅ、加工条件取得部１０６、動特性決定部１０７、補正量算出部１０８、出力部１０９を備える。さらに、加工評価装置３ｂは、加工点動特性取得部１５０、共振周波数帯算出部１５１、回転周波数取得部１５２、共振リスク評価部１５３、調整部１５４、表示部１５５、加工結果予測部１５６、調整結果可否判定部１５７を備える。
3. Configuration of
指令値取得部１０１は、研削加工において研削盤２を制御するための指令値を取得する。加工評価装置３ｂが、研削盤２とは独立したシミュレーション装置である場合には、指令値取得部１０１は、研削加工プログラムおよび研削盤２の構成情報を入力することにより、研削盤２の各部を制御するための指令値を演算により生成する。また、加工評価装置３ｂが、研削盤２による研削加工と連動して動作するシミュレーション装置として機能する場合には、指令値取得部１０１は、研削盤２の制御装置３ａから直接指令値を取得することができる。
The command
推定部１０２は、指令値取得部１０１が取得した指令値を用いて、研削加工シミュレーションを実行することにより、研削加工時における工作物Ｗまたは砥石車Ｔの状態、工作物Ｗの形状、砥石車Ｔの形状、および、研削盤２の機械状態の少なくとも１つを推定する。
The
工作物Ｗの状態は、例えば、工作物Ｗの振動状態や温度状態などを含む。砥石車Ｔの状態は、例えば、砥石車Ｔの振動状態や温度状態、砥石車Ｔの外周面の部位毎に生じた研削抵抗、砥石車Ｔの切れ味、砥石車Ｔを構成する砥粒の状態などを含む。砥粒の状態は、例えば、砥粒の平均突き出し量や砥粒分布などを含む。工作物Ｗの形状は、研削加工の途中段階の形状、研削加工の終了段階の形状を含む。砥石車Ｔの形状は、研削加工の途中段階の形状、研削加工の終了段階の形状を含む。研削盤２の機械状態は、研削盤２を構成する部位の振動状態や温度状態などを含む。
The state of the workpiece W includes, for example, the vibration state and temperature state of the workpiece W. The state of the grinding wheel T includes, for example, the vibration state and temperature state of the grinding wheel T, the grinding resistance generated at each part of the outer surface of the grinding wheel T, the sharpness of the grinding wheel T, and the state of the abrasive grains that make up the grinding wheel T. The state of the abrasive grains includes, for example, the average protrusion amount of the abrasive grains and the abrasive grain distribution. The shape of the workpiece W includes the shape at an intermediate stage of the grinding process and the shape at the end of the grinding process. The shape of the grinding wheel T includes the shape at an intermediate stage of the grinding process and the shape at the end of the grinding process. The mechanical state of the grinding
本実施形態においては、推定部１０２は、研削加工シミュレーションにより、工作物Ｗの形状が逐次変化する処理を行うことで、工作物Ｗの形状、工作物Ｗの状態、研削盤２の機械状態を推定対象とする場合を例にあげる。本実施形態においては、砥石車Ｔは変形しないものとして、研削加工シミュレーションを行う。なお、推定部１０２は、上記推定対象に加えて、砥石車Ｔの外周面の部位毎に生じた研削抵抗を推定することもできる。
In this embodiment, the
推定部１０２は、干渉量算出部１１１、研削能率算出部１１２、研削特性決定部１１３、研削抵抗算出部１１４を備える。
The
干渉量算出部１１１は、指令値取得部１０１が取得した指令値を用いて得られた工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置、工作物Ｗの外周面形状、および、砥石車Ｔの外周面形状に基づいて、工作物Ｗと砥石車Ｔとの干渉量を算出する。干渉量は、工作物Ｗの周方向の各部位における工作物Ｗの径方向の研削量に相当する。換言すると、干渉量は、砥石車Ｔにより研削される工作物Ｗの除去量、詳細には、工作物Ｗの周方向の各部位における工作物Ｗの径方向の除去量である。干渉量は、図４に示すように、工作物Ｗと砥石車Ｔとが干渉する部分（図４の斜線部分：干渉領域）の体積である。
The interference
干渉量算出部１１１は、当該干渉量を演算処理によって幾何学的に算出する。ここで、干渉量算出部１１１は、工作物Ｗの外周面形状、および、砥石車Ｔの外周面形状を記憶している。図５の右側部分に示すように、工作物Ｗの外周面形状は、工作物Ｗの回転中心Ｏｗを原点とした極座標上において、複数の径方向の線分群で表現されている。つまり、干渉量算出部１１１は、工作物Ｗを等角（α）に分割した外周面上の分割点（図４の白色点）と工作物Ｗの回転中心Ｏｗ（原点）とを結ぶ複数の線分群を、工作物Ｗの外周面形状として記憶している。図５における白色点にて示す分割点が、砥石車Ｔによる除去される前の工作物Ｗの外周面形状として記憶される。
The interference
干渉量算出部１１１は、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置（軸間距離）および砥石車Ｔの外周面形状から、工作物Ｗの各線分と砥石車Ｔの外周面形状を表す線との交点（図５の黒色点）を決定する。干渉量算出部１１１は、決定された交点（図５の黒色点）を、砥石車Ｔにより工作物Ｗの除去された後の工作物Ｗの外周面形状として記憶する。つまり、干渉量算出部１１１は、記憶している工作物Ｗの外周面形状を変更する。
The interference
そして、干渉量算出部１１１は、除去前の工作物Ｗの外周面形状を定義する点のうち隣り合う点ａ１、ａ２と原点Ｏｗとからなる三角形△Ｏｗ－ａ１－ａ２の面積から、除去後の点ｂ１、ｂ２（砥石車Ｔとの交点）と原点Ｏｗとからなる三角形△Ｏｗ－ｂ１－ｂ２の面積を減算する。減算後の面積を、工作物Ｗの外周面形状を定義する全ての隣り合う点について算出する。
Then, the interference
そして、干渉量算出部１１１は、各減算後の面積を積算し、積算した総和面積に工作物Ｗの厚みを掛けて干渉量（除去量）を算出する。なお、上記においては、２種類の三角形の面積を算出して、その面積の差分を算出することにより、除去される部分の面積を算出した。この他に、四角形ａ１－ａ２－ｂ１－ｂ２を直接算出することにより、除去される部分の面積を算出してもよい。
The interference
図３に示すように、研削能率算出部１１２は、干渉量算出部１１１により算出された干渉量に基づいて、研削能率（加工能率）Ｚ’を算出する。研削能率Ｚ’は、単位時間当たりの干渉量、すなわち、単位時間において砥石車Ｔにより研削される工作物Ｗの体積を算出する。
As shown in FIG. 3, the grinding
研削特性決定部１１３は、工作物Ｗの材質、砥石車Ｔの砥粒や結合剤の種類、および、砥石車Ｔの外周面の状態などに基づいて、研削特性ｋｃを決定する。砥石車Ｔの外周面の状態は、例えば、砥石車Ｔの砥粒の摩耗状態や切れ味を表す指標を用いて表現される。ここで、研削特性決定部１１３は、予め実験や解析などにより各状態における研削特性を記憶しておく。
The grinding
研削抵抗算出部１１４は、研削能率Ｚ’および研削特性ｋｃに基づいて、工作物Ｗの外周面の法線方向（Ｘ軸方向）における研削抵抗Ｆｎを算出する。研削抵抗Ｆｎは、研削能率Ｚ’に研削特性ｋｃを乗算することにより得られる（Ｆｎ＝ｋｃ×Ｚ’）。
The grinding
なお、研削特性ｋｃは、研削能率Ｚ’が大きくなるほど法線方向（Ｘ軸線方向）の研削抵抗Ｆｎが大きくなるようなほぼ線形の関係を有する。そして、研削特性ｋｃは、例えば、砥石車Ｔが摩耗した場合には、当該関係が変化する。例えば、砥石車Ｔが摩耗した場合には、研削能率Ｚ’に対して、法線方向の研削抵抗Ｆｎが大きくなるように変化する。 The grinding characteristic kc has an approximately linear relationship such that the grinding resistance Fn in the normal direction (X-axis direction) increases as the grinding efficiency Z' increases. The grinding characteristic kc changes this relationship, for example, when the grinding wheel T is worn. For example, when the grinding wheel T is worn, the grinding resistance Fn in the normal direction changes to increase with respect to the grinding efficiency Z'.
接触動剛性テーブル記憶部１０３ａは、工作物Ｗと砥石車Ｔとの間の接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を記憶する。特に接触動剛性テーブル記憶部１０３ａは、後述する加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との対応関係を記憶する接触動剛性テーブル記憶部１０３ａを構成する。
The contact dynamic stiffness
主工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｃは、工作物支持装置としての主軸装置３０および心押装置４０における主工作物支持動剛性データを記憶する。特に、主工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｃは、加工条件と主工作物支持動剛性データとの対応関係を記憶する。補助工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｄは、レスト装置７０における補助工作物支持動剛性データを記憶する。特に、補助工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｄは、加工条件と補助工作物支持動剛性データとの対応関係を記憶する。なお、主工作物支持動剛性データと補助工作物支持動剛性データとを統合して、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）が生成される。
The main workpiece support dynamic stiffness
工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅは、砥石車支持装置としての砥石台本体５１における工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）を記憶する。特に、工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅは、加工条件と工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）との対応関係を記憶する。
The tool support dynamic stiffness
４．加工条件の取得
図２に示すように、加工条件取得部１０６は、研削盤２にて研削加工を行う際の加工条件を取得する。詳細には、加工条件取得部１０６は、推定部１０２による推定時（処理対象時）の加工条件を取得する。加工条件取得部１０６が取得する加工条件は、動特性決定部１０７が各動剛性を算出するために用いる情報である。取得する加工条件は、例えば、工作物Ｗの種類、工作物支持部材の種類、砥石車Ｔの種類、主軸センタ３４及び心押センタ４１による押圧力などであり、レスト装置７０を有する場合はレスト装置７０の押し込み量及び押圧位置も含む。
4. Acquisition of machining conditions As shown in Fig. 2, the machining
加工評価装置３ｂが、研削盤２とは独立したシミュレーション装置である場合には、加工条件取得部１０６は、研削盤２の機械構成および研削加工プログラムを入力することにより、動剛性を決定するための条件を取得する。また、加工評価装置３ｂが、研削盤２による研削加工と連動して動作するシミュレーション装置として機能する場合には、加工条件取得部１０６は、制御装置３ａから研削盤２の機械構成および研削加工プログラムを入力することにより動剛性を決定するための条件を取得しても良いし、研削盤２の制御装置３ａから直接条件に関する情報を取得しても良い。
When the
５．動特性決定部１０７の構成
動特性決定部１０７は、研削加工に影響を及ぼす動剛性データ及び解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））を決定する。動特性決定部１０７は、図６に示す、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）および工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））を、それぞれ別々に決定する。つまり、動特性決定部１０７は、接触動剛性決定部１２１、工作物質量決定部１２２、工作物支持動剛性決定部１２３、および、工具支持動剛性決定部１２４を備える。
5. Configuration of dynamic characteristic determining
接触動剛性（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性（Ｃｗ、Ｋｗ）、工具支持動剛性（Ｃｔ、Ｋｔ）および工作物質量（Ｍｗ）について、図６を参照して説明する。接触動剛性（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））は、工作物Ｗと砥石車Ｔとの間の動剛性である。工作物支持動剛性（Ｃｗ、Ｋｗ）は、工作物Ｗを含み、テーブル２０、主軸装置３０及び装置４０に関する工作物Ｗ側の動剛性（主工作物支持動剛性）とレスト装置７０に関する工作物Ｗ側の動剛性（補助工作物支持動剛性）とを統合したものである。また、工具支持動剛性（Ｃｔ、Ｋｔ）は、砥石車Ｔを含み、砥石台５０に関する動剛性である。工作物質量（Ｍｗ）は、工作物Ｗの質量である。以下、それぞれについて詳述する。
The contact dynamic stiffness (Ci(Z'), Ki(Z')), workpiece support dynamic stiffness (Cw, Kw), tool support dynamic stiffness (Ct, Kt), and workpiece mass (Mw) are described with reference to FIG. 6. The contact dynamic stiffness (Ci(Z'), Ki(Z')) is the dynamic stiffness between the workpiece W and the grinding wheel T. The workpiece support dynamic stiffness (Cw, Kw) includes the workpiece W and is the combination of the dynamic stiffness of the workpiece W side with respect to the table 20, the
５－１．接触動剛性、加工状態指数
接触動剛性は、工作物Ｗと砥石車Ｔとの間の動剛性であって、研削加工する際に工作物Ｗと砥石車Ｔとの接触により発揮する動剛性である。接触動剛性は、減衰係数Ｃｉおよびばね定数Ｋｉにより定義される。なお、接触動剛性と区別される接触静剛性は、ばね定数Ｋのみにより表され、減衰係数Ｃを含まない。接触動剛性における減衰係数Ｃｉは、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対速度と、工作物Ｗまたは砥石車Ｔが受ける外力との関係を表す値である。ばね定数Ｋｉは、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置と、工作物Ｗまたは砥石車Ｔが受ける外力との関係を表す値である。
5-1. Contact dynamic stiffness, processing state index Contact dynamic stiffness is the dynamic stiffness between the workpiece W and the grinding wheel T, and is the dynamic stiffness exhibited by the contact between the workpiece W and the grinding wheel T during grinding. Contact dynamic stiffness is defined by a damping coefficient Ci and a spring constant Ki. Note that contact static stiffness, which is distinguished from contact dynamic stiffness, is represented only by the spring constant K and does not include the damping coefficient C. The damping coefficient Ci in contact dynamic stiffness is a value that represents the relationship between the relative speed between the workpiece W and the grinding wheel T and the external force that the workpiece W or the grinding wheel T receives. The spring constant Ki is a value that represents the relationship between the relative position between the workpiece W and the grinding wheel T and the external force that the workpiece W or the grinding wheel T receives.
そして、接触動剛性は、研削盤２において、研削加工する際に工具（砥石車Ｔ）による工作物Ｗの加工の状態に応じて変化する加工状態指数に対応する。加工状態指数は、例えば、加工能率（研削能率Ｚ’）、接触弧長さＬ、ｇ／ａ（砥粒切り込み深さ／砥粒切れ刃間隔）などを例示できる。加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との対応関係である接触動剛性対応関係は、実測を行うことにより取得することができる。なお、接触弧長さＬは、図４に示すように、砥石車Ｔの軸直交方向断面において、研削加工の際に砥石車Ｔの外周面のうち工作物Ｗに接触している円弧長さである。接触弧長さＬは、砥石車ＴのＸ軸方向の送り速度、砥石車Ｔの外径、工作物Ｗの外径などにより変化する。
The contact dynamic stiffness corresponds to a processing condition index that changes according to the state of processing of the workpiece W by the tool (grinding wheel T) in the grinding
加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との対応関係である接触動剛性対応関係の例を図７（ａ）及び（ｂ）、図８（ａ）及び（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）に示す例では、加工状態指数としての研削能率Ｚ’を採用しており、研削能率Ｚ’に対して、接触動剛性における減衰係数Ｃｉ及びばね定数Ｋｉはいずれも、線形の関係（比例の関係）ではなく非線形の関係を有している。より詳細には、加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との接触動剛性対応関係は、加工状態指数に対する接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））の変化度合いが変動する関係となっており、例えば、横軸を加工状態指数とし、縦軸を接触動剛性データ（ＣｉまたはＫｉ）とした二次平面において、傾きが連続的に変化する曲線を表す関数を近似式として規定することができる。当該近似式は、高次関数とすることができ、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示した曲線は３次関数で規定される曲線である。 7(a) and (b) and 8(a) and (b) show examples of the contact dynamic stiffness correspondence relationship between the machining state index and the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')). In the examples shown in Figs. 7(a) and (b), the grinding efficiency Z' is used as the machining state index, and the damping coefficient Ci and the spring constant Ki in the contact dynamic stiffness have a nonlinear relationship with respect to the grinding efficiency Z', not a linear relationship (proportional relationship). More specifically, the contact dynamic stiffness correspondence relationship between the machining state index and the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) is a relationship in which the degree of change of the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) with respect to the machining state index varies. For example, in a quadratic plane with the machining state index on the horizontal axis and the contact dynamic stiffness data (Ci or Ki) on the vertical axis, a function representing a curve whose slope changes continuously can be specified as an approximation formula. The approximation formula can be a higher-order function; for example, the curves shown in Figures 7(a) and (b) are curves defined by cubic functions.
図８（ａ）及び（ｂ）に示す例では、加工状態指数として接触弧長さＬを採用している。この場合は、加工状態指数を研削能率Ｚ’とした場合と概ね同様の傾向を示すが、加工状態指数を研削能率Ｚ’とした場合に比べて３次関数で表す曲線に適合しにくい傾向がある。一方、図７（ａ）、（ｂ）に示すように加工状態指数を研削能率とした場合には、３次関数で表す曲線に適合しやすく、近似式の作成が容易となるため、加工状態指数として研削能率Ｚ’を使用することが好ましい。なお、加工状態指数をｇ／ａとした場合においても、加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との対応関係は図７（ａ）、（ｂ）に示す研削能率Ｚ’の場合と概ね同様の傾向を示す。なお、接触動剛性対応関係は、上記曲線に替えて、上記二次平面において複数の直線をつなぎ合わせたものであってもよい。また、上記接触動剛性対応関係は近似式などの関数として規定されることに替えて、複数のデータの対応関係からなるデータテーブルの形式であってもよい。 In the example shown in Figures 8(a) and (b), the contact arc length L is used as the machining state index. In this case, the machining state index shows a tendency similar to that when the grinding efficiency Z' is used, but it tends to be difficult to fit the curve represented by a cubic function compared to when the machining state index is the grinding efficiency Z'. On the other hand, when the machining state index is the grinding efficiency as shown in Figures 7(a) and (b), it is preferable to use the grinding efficiency Z' as the machining state index, since it is easy to fit the curve represented by a cubic function and it is easy to create an approximation formula. Note that even when the machining state index is g/a, the correspondence relationship between the machining state index and the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) shows a tendency similar to that in the case of the grinding efficiency Z' shown in Figures 7(a) and (b). Note that the contact dynamic stiffness correspondence relationship may be a combination of multiple straight lines in the above-mentioned quadratic plane instead of the above-mentioned curve. Additionally, instead of being defined as a function such as an approximation, the contact dynamic stiffness correspondence relationship may be in the form of a data table consisting of multiple data correspondence relationships.
加工状態指数は加工状態指数取得部１２５により取得され、加工状態指数と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））との対応関係である接触動剛性対応関係は接触動剛性テーブル記憶部１０３ａに記憶されている。そして、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））は、加工状態指数取得部１２５により取得された加工状態指数に基づいて、接触動剛性決定部１２１により決定される。すなわち、加工状態指数取得部１２５、接触動剛性テーブル記憶部１０３ａ及び接触動剛性決定部１２１により、接触動剛性決定装置が構成される。
The machining state index is acquired by the machining state
５－２．接触動剛性対応関係作成のための接触動剛性取得処理
上述の接触動剛性対応関係を作成するための接触動剛性の取得処理について、図９～図１１を参照して説明する。図９に示すように、接触動剛性取得処理は、まず、測定治具４を研削盤２および工作物Ｗに取り付ける（Ｓ１）。測定治具４は、非接触加振器であって、工作物Ｗに加振力を付与する装置である。図１０に示すように、測定治具４は、テーブル２０の上面に設けられる。測定治具４は、テーブル２０の上面においてＺ軸方向の固定位置を調整可能である。
5-2. Contact Dynamic Stiffness Acquisition Process for Creating Contact Dynamic Stiffness Correspondence Relationship The contact dynamic stiffness acquisition process for creating the above-mentioned contact dynamic stiffness correspondence relationship will be described with reference to Figs. 9 to 11. As shown in Fig. 9, in the contact dynamic stiffness acquisition process, first, the measuring
測定治具４は、工作物Ｗを挿通させた状態で工作物Ｗを保持する。詳細には、測定治具４には、工作物Ｗの非加工部としての軸部Ｗａの一部が挿通されており、研削対象となる複数の加工部Ｗｂが測定治具４の外部に位置する。測定治具４に挿入されて保持された工作物Ｗは、通常の研削加工時と同様に、主軸装置３０および心押装置４０により支持される。
The measuring
ここで、測定治具４の構成について、図１１（ａ）～図１１（ｃ）を参照して説明する。測定治具４は、ハウジング１３１、電磁石１３２、ロータ１３３、ロックナット１３４、変位センサ１３５、制御装置１３６を備える。ハウジング１３１は、研削盤２のテーブル２０の上面に固定される。さらに、ハウジング１３１は、Ｚ軸方向に貫通する孔１３１ａが形成されている。
The configuration of the measuring
電磁石１３２は、ハウジング１３１に埋設されている。ロータ１３３は、工作物Ｗの外周面に装着され、工作物Ｗに一体的に設けられる。ロータ１３３は、磁性体により形成されており、電磁石１３２により発生される磁力によって移動する。ロータ１３３は、円筒状に形成されており、ロータ１３３の外周面は、ハウジング１３１の内周面に対して所定の隙間を有して配置される。この隙間が、ロータ１３３がハウジング１３１に対して移動可能な距離となる。ロータ１３３の内周面は、工作物Ｗの外周面形状に応じて形成されている。ロックナット１３４は、ロータ１３３を工作物Ｗに固定するための部材である。ロータ１３３の固定方法は、ロックナット１３４を用いた手段に限らず、種々の手段を採用できる。
The
変位センサ１３５は、ハウジング１３１の内周面寄りの位置に設けられており、ロータ１３３の外周面との距離を測定する。つまり、変位センサ１３５は、電磁石１３２によりロータ１３３が加振された場合に、ロータ１３３がハウジング１３１の内周面に対して接近離間する方向のロータ１３３の変位（以下、径方向変位と称する）を測定する。
The
制御装置１３６は、図１１（ｃ）に示すように、電磁石１３２が加振力を付与するために電磁石１３２に対して駆動電流を供給する。また、制御装置１３６は、変位センサ１３５により測定された変位、すなわちロータ１３３の径方向変位を取得する。
As shown in FIG. 11(c), the
そこで、図９のＳ１において、図１１（ａ）に示すように、測定治具４のロータ１３３に、工作物Ｗの非加工部としての軸部Ｗａを挿通する。そして、図１１（ｂ）に示すように、ロックナット１３４により工作物Ｗにロータ１３３を固定する。
In step S1 of FIG. 9, the shaft portion Wa of the workpiece W, which is the non-machined portion, is inserted into the
そして、測定治具４のハウジング１３１をテーブル２０に取り付ける。さらに、ロータ１３３が取り付けられた工作物Ｗを、主軸装置３０および心押装置４０により支持した状態とする。このとき、図１１（ｂ）に示すように、ロータ１３３の外周面が、測定治具４のハウジング１３１の内周面に対向する位置となるように、ハウジング１３１の位置を調整する。
Then, the
続いて、研削加工を開始する（Ｓ２）。つまり、工作物Ｗおよび砥石車Ｔを回転させた状態で、砥石車ＴをＸ軸方向に移動して、工作物Ｗの加工部Ｗｂの外周面を研削加工する。 Next, grinding is started (S2). That is, while the workpiece W and the grinding wheel T are rotating, the grinding wheel T is moved in the X-axis direction to grind the outer peripheral surface of the processed portion Wb of the workpiece W.
続いて、測定治具４により加振力を付与する（Ｓ３）。測定治具４による加振力の付与は、砥石車Ｔにより工作物Ｗを研削加工しながら行われる。付与される加振力は、インパルス加振としても良いし、加振周波数を連続的に変化させるスイープ加振としても良い。加振力の付与は、測定治具４の制御装置１３６が電磁石１３２に電流を供給することにより行われる。そして、加振力は、制御装置１３６により電磁石１３２に供給される電流により制御される。
Next, an excitation force is applied by the measuring jig 4 (S3). The excitation force is applied by the measuring
続いて、研削加工をしながら加振力を付与した際に、測定治具４の変位センサ１３５により、ロータ１３３の径方向変位を測定する（Ｓ４）。ここで、ロータ１３３の変位は、工作物Ｗにおいてロータ１３３に固定された部位の径方向変位に一致する。従って、測定治具４の変位センサ１３５は、工作物Ｗに加振力を付与した際に、工作物Ｗに生じる径方向変位を測定している。
Next, when an excitation force is applied during grinding, the
続いて、変位センサ１３５による測定が終了した場合には、研削加工を終了する（Ｓ５）。
Next, when measurement by the
続いて、研削加工時における総合動剛性データ（Ｃｃｏｍ、Ｋｃｏｍ）を算出する（Ｓ６）。総合動剛性データ（Ｃｃｏｍ、Ｋｃｏｍ）とは、上述した接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、および、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）により表された総合的な（複合的な）動剛性データである。総合動剛性データ（Ｃｃｏｍ、Ｋｃｏｍ）は、上述した接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、および、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）の加算値として表される。 Next, the overall dynamic stiffness data (Ccom, Kcom) during grinding is calculated (S6). The overall dynamic stiffness data (Ccom, Kcom) is the overall (composite) dynamic stiffness data represented by the above-mentioned contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')), workpiece support dynamic stiffness data (Cw, Kw), and tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt). The overall dynamic stiffness data (Ccom, Kcom) is represented as the sum of the above-mentioned contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')), workpiece support dynamic stiffness data (Cw, Kw), and tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt).
上述したように、測定治具４の変位センサ１３５により測定された径方向の変位は、研削加工しながら工作物Ｗに加振力を付与した際に測定される。従って、測定される変位は、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）の影響を受けた状態である。そこで、総合動剛性データ（Ｃｃｏｍ、Ｋｃｏｍ）の算出は、研削加工しながら工作物Ｗに加振力を付与した際に、加振力と工作物Ｗの径方向変位との関係より生成されるデータとなる。
As described above, the radial displacement measured by the
続いて、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、および、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）を取得する（Ｓ７）。工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）および工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）は、予めハンマリング試験などにより取得されている。 Next, the workpiece support dynamic stiffness data (Cw, Kw) and the tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt) are acquired (S7). The workpiece support dynamic stiffness data (Cw, Kw) and the tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt) are acquired in advance by a hammering test or the like.
続いて、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を算出する（Ｓ８）。接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））は、総合動剛性データ（Ｃｃｏｍ、Ｋｃｏｍ）から、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）および工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）を減算することにより求められる。 Next, the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) is calculated (S8). The contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) is obtained by subtracting the workpiece support dynamic stiffness data (Cw, Kw) and the tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt) from the overall dynamic stiffness data (Ccom, Kcom).
続いて、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））の補間処理を行う（Ｓ９）。補間処理は、実測により得られた接触動剛性データ（Ｃｉ、Ｋｉ）を用いて、実測とは異なる研削条件における接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を求める処理である。例えば、接触弧長さＬ、減衰係数Ｃｉおよびばね定数Ｋｉとの関係を定義した実験式を用いることができる。また、補間処理は、実験式、機械学習、理論計算などを適用することができる。このようにして、取得された接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を用いて、図７（ａ）、（ｂ）に示す加工状態指数（研削能率）との接触動剛性対応関係を作成することができる。 Next, the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) is interpolated (S9). The interpolation process is a process of obtaining contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) under grinding conditions different from the actual measurement using the contact dynamic stiffness data (Ci, Ki) obtained by actual measurement. For example, an empirical formula that defines the relationship between the contact arc length L, the damping coefficient Ci, and the spring constant Ki can be used. In addition, the interpolation process can apply an empirical formula, machine learning, theoretical calculation, etc. In this way, the contact dynamic stiffness correspondence relationship with the processing condition index (grinding efficiency) shown in Figures 7(a) and (b) can be created using the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')).
５－３．工作物支持動剛性
工作物支持動剛性は、上述のように、主工作物支持動剛性と、補助工作物支持動剛性とを統合してなる。主工作物支持動剛性は、図１に示す主軸装置３０および心押装置４０における支持に関する動剛性であって、研削盤２を構成する工作物支持装置としての主軸装置３０および心押装置４０により工作物Ｗを支持する際に発揮する動剛性である。主工作物支持動剛性は、図６に示すように、減衰係数Ｃｗおよびばね定数Ｋｗにより定義される。また、減衰係数Ｃｗは、主軸装置３０および心押装置４０の基準位置に対する工作物Ｗの相対速度と、工作物Ｗが受ける外力との関係を表す値である。ばね定数Ｋｗは、主軸装置３０および心押装置４０の基準位置に対する工作物Ｗの相対位置と、工作物Ｗが受ける外力との関係を表す値である。
5-3. Workpiece Support Dynamic Stiffness As described above, the workpiece support dynamic stiffness is a combination of the main workpiece support dynamic stiffness and the auxiliary workpiece support dynamic stiffness. The main workpiece support dynamic stiffness is the dynamic stiffness related to support in the
また、上述したように、主工作物支持動剛性データは、主工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｃにおいて、上述の加工条件に対応するように記憶されている。例えば、心押センタ４１が工作物Ｗに対して工作物Ｗの軸方向への押圧力を制御可能な場合において、主工作物支持動剛性データは、心押センタ４１による押圧力の変化により心押センタ４１と工作物Ｗとの接触状態が変化することに伴って変化するデータである。主工作物支持動剛性データは、例えば、主軸センタ３４および心押センタ４１により工作物Ｗを支持した状態において、心押センタ４１による押圧力を変化させてハンマリング試験を行うことにより取得できる。
As described above, the main workpiece support dynamic stiffness data is stored in the main workpiece support dynamic stiffness
一方、補助工作物支持動剛性は、図１に示すレスト装置７０における支持に関する動剛性であって、上述の主工作物支持動剛性と統合されて、研削盤２において工作物Ｗを支持する際に発揮する動剛性となる。補助工作物支持動剛性も、図示しない減衰係数およびばね定数により定義される。
On the other hand, the auxiliary workpiece support dynamic stiffness is the dynamic stiffness related to support in the
また、上述したように、補助工作物支持動剛性データは、補助工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｄにおいて、上述の加工条件に対応するように記憶されている。例えば、補助工作物支持動剛性データは、レスト装置７０により工作物Ｗを支持した状態で、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す測定治具４によって非加工時において加振したときの動剛性と、レスト装置７０による工作物Ｗの支持をしない状態で、非加工時において測定治具４によって加振したときの動剛性との比較結果から算出して取得することができる。
As described above, the auxiliary workpiece support dynamic stiffness data is stored in the auxiliary workpiece support dynamic stiffness table storage unit 103d so as to correspond to the above-mentioned machining conditions. For example, the auxiliary workpiece support dynamic stiffness data can be obtained by calculating the dynamic stiffness when the workpiece W is supported by the
そして、工作物支持動剛性決定部１２３により、主工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｃに記憶された主工作物支持動剛性データ、補助工作物支持動剛性テーブル記憶部１０３ｄに記憶された補助工作物支持動剛性データとから、加工条件取得部１０６にて取得した加工条件に対応する工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）を決定する。
Then, the workpiece support dynamic
５－４．工作物質量
解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、解析上の工作物Ｗの質量であって、加工状態指数と相関する値である。そして、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））と加工状態指数との対応関係である質量対応関係が、工作物質量テーブル記憶部１０３ｂに記憶されている。質量対応関係における加工状態指数は、上述接触動剛性対応関係の場合と同様とすることができる。
5-4. Workpiece weight The analytical workpiece weight (M'w(Z')) is the analytical mass of the workpiece W, and is a value correlated with the machining state index. A mass correspondence relationship, which is a correspondence relationship between the analytical workpiece weight (M'w(Z')) and the machining state index, is stored in the workpiece weight
加工状態指数と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））との対応関係である質量対応関係の例を図１２に示す。図１２に示すように、加工状態指数としての研削能率Ｚ’に対して、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、線形の関係（比例の関係）ではなく非線形の関係を有している。より詳細には、加工状態指数と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））との対応関係である質量対応関係は、加工状態指数に対する解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））の変化度合いが変動する関係となっており、例えば、横軸を加工状態指数とし、縦軸を解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））とした二次平面において、傾きが連続的に変化する曲線を表す関数を近似式として規定することができる。当該近似式は、高次関数とすることができ、例えば、図１２に示した曲線は３次関数で規定される曲線である。なお、上記質量対応関係は、上記曲線に替えて、上記二次平面において複数の直線をつなぎ合わせたものであってもよい。また、上記質量対応関係は近似式などの関数として規定されることに替えて、複数のデータの対応関係からなるデータテーブルの形式であってもよい。 12 shows an example of the mass correspondence relationship between the machining state index and the analytical workpiece mass (M'w(Z')). As shown in FIG. 12, the analytical workpiece mass (M'w(Z')) has a nonlinear relationship, not a linear relationship (proportional relationship), with respect to the grinding efficiency Z' as the machining state index. More specifically, the mass correspondence relationship between the machining state index and the analytical workpiece mass (M'w(Z')) is a relationship in which the degree of change of the analytical workpiece mass (M'w(Z')) with respect to the machining state index varies. For example, in a quadratic plane with the machining state index on the horizontal axis and the analytical workpiece mass (M'w(Z')) on the vertical axis, a function representing a curve whose slope changes continuously can be specified as an approximation formula. The approximation formula can be a higher-order function, and for example, the curve shown in FIG. 12 is a curve specified by a cubic function. The mass correspondence relationship may be a curve in which a plurality of straight lines are connected in the quadratic plane instead of the curve. Additionally, instead of being defined as a function such as an approximation, the mass correspondence may be in the form of a data table consisting of correspondences between multiple pieces of data.
図１２には加工状態指数を研削能率Ｚ’とした場合を示したが、加工状態指数を接触弧長さＬ又はｇ／ａとした場合においても、加工状態指数と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））との質量対応関係は図１１に示す研削能率Ｚ’の場合と概ね同様の傾向を示すが、接触動剛性対応関係の場合と同様に、加工状態指数を研削能率Ｚ’とすることが好ましい。 Figure 12 shows the case where the machining condition index is the grinding efficiency Z', but even when the machining condition index is the contact arc length L or g/a, the mass correspondence relationship between the machining condition index and the analytical workpiece mass (M'w(Z')) shows roughly the same tendency as in the case of grinding efficiency Z' shown in Figure 11, but it is preferable to use grinding efficiency Z' as the machining condition index, as in the case of the contact dynamic stiffness correspondence relationship.
加工状態指数は、加工状態指数取得部１２５により取得され、加工状態指数と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））との対応関係である質量対応関係は、工作物質量テーブル記憶部１０３ｂに記憶されている。そして、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、加工状態指数取得部１２５により取得された加工状態指数に基づいて、工作物質量決定部１２２により決定される。すなわち、加工状態指数取得部１２５、工作物質量テーブル記憶部１０３ｂ及び工作物質量決定部１２２により、工作物質量決定装置が構成される。
The machining state index is acquired by the machining state
５－５．質量対応関係作成のための解析上の工作物質量取得処理
質量対応関係における解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、非加工時の工作物動特性（Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ）と接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））とに基づいて、作成される。当該質量対応関係を作成するための工作物質量取得処理について、図１２に示すフロー図に従って、以下に説明する。
5-5. Analytical workpiece mass acquisition process for creating mass correspondence relationship The analytical workpiece mass (M'w(Z')) in the mass correspondence relationship is created based on the workpiece dynamic characteristics (Mw, Cw, Kw) during non-machining and the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')). The workpiece mass acquisition process for creating the mass correspondence relationship will be described below with reference to the flow chart shown in FIG. 12.
まず、図１４に示すステップＳ１１において、図９に示す工程により、研削能率Ｚ’を変化させた複数の態様のそれぞれにおいて、測定治具４を用いて変位センサ１３５の検出位置Ｗｅでの加工中の動特性を実測する。なお、このとき、研削能率Ｚ’を変化させているため、研削抵抗は研削能率Ｚ’に相関して変化するので、研削抵抗はＦｎ（Ｚ’）と表すことができる。
First, in step S11 shown in FIG. 14, the dynamic characteristics during processing are measured at the detection position We of the
次いで、ステップＳ１２において、変位センサ１３５の検出位置Ｗｅでの非加工中の動特性（Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ）を解析する。当該動特性は、例えば、非加工中のハンマリング試験での実測値を用いて、初期動特性（初期質量Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ）とする。
Next, in step S12, the dynamic characteristics (Mw, Cw, Kw) during non-machining at the detection position We of the
その後、ステップＳ１３において、変位センサ１３５の検出位置Ｗｅでの非加工中の動特性（初期質量Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ）が、変位センサ１３５の検出位置Ｗｅでの複数の研削能率Ｚ’のそれぞれの加工中の動特性に合うように、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を同定する。具体的には、ステップＳ１３では、初期質量Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗは固定パラメータとし、Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’）を可変パラメータとして、非加工中の動特性（初期質量Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ）に接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を追加した解析モデルとして、解析モデルの動特性（初期質量Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ、Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））が複数の研削能率Ｚ’のそれぞれの加工中の動特性に合うように、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を同定する。
Then, in step S13, the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) is identified so that the dynamic characteristics (initial masses Mw, Cw, Kw) during non-machining at the detection position We of the
ここで、解析モデルの動特性（Ｍｗ、Ｃｗ、Ｋｗ、Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））を用いた加振力周波数－コンプライアンス特性が、実測値である複数の研削能率Ｚ’のそれぞれの加工中の加振力周波数－コンプライアンス特性に完全には一致しないことが判明した。そこで、解析モデルの動特性のうち、工作物質量Ｍｗを可変パラメータである修正工作物質量Ｍ’ｗ（Ｚ’）として、解析モデルの動特性が複数の研削能率Ｚ’のそれぞれの加工中の動特性に合うように、被加工部Ｗｂの加工点位置での解析上の修正工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））の同定処理を行った。 Here, it was found that the excitation force frequency-compliance characteristics using the dynamic characteristics of the analytical model (Mw, Cw, Kw, Ci(Z'), Ki(Z')) did not completely match the excitation force frequency-compliance characteristics during machining for each of the multiple grinding efficiencies Z', which were actually measured values. Therefore, among the dynamic characteristics of the analytical model, the workpiece material mass Mw was set as the variable parameter, the corrected workpiece material mass M'w(Z'), and an identification process was performed for the analytical corrected workpiece material mass (M'w(Z')) at the machining point position of the machined part Wb so that the dynamic characteristics of the analytical model matched the dynamic characteristics during machining for each of the multiple grinding efficiencies Z'.
つまり、ステップＳ１４において、解析モデルの動特性を（Ｍ’ｗ（Ｚ’）、Ｃｗ、Ｋｗ、Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））で定義して、Ｃｗ、Ｋｗ、Ｃｉ（Ｚ’）及びＫｉ（Ｚ’）を固定パラメータとし、Ｍ’ｗ（Ｚ’）を可変パラメータとする。そして、解析モデルの動特性が複数の研削能率Ｚ’のそれぞれの加工中の動特性に合うように、加工点位置での解析上の修正工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））を求める。 That is, in step S14, the dynamic characteristics of the analytical model are defined as (M'w(Z'), Cw, Kw, Ci(Z'), Ki(Z')), with Cw, Kw, Ci(Z') and Ki(Z') as fixed parameters and M'w(Z') as a variable parameter. Then, the analytical corrected workpiece mass (M'w(Z')) at the machining point position is determined so that the dynamic characteristics of the analytical model match the dynamic characteristics during machining of each of the multiple grinding efficiencies Z'.
そして、解析上の修正工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、運動方程式に基づいて、下記の式（１）で表される。 The analytical corrected workpiece mass (M'w(Z')) is expressed by the following equation (1) based on the equation of motion.
式（１）の通り、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は加工能率（研削能率）Ｚ’に相関し、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））もまた加工能率（研削能率）Ｚ’に相関する。 As shown in formula (1), the analytical workpiece mass (M'w(Z')) correlates with the machining efficiency (grinding efficiency) Z', and the contact dynamic stiffness data (Ci(Z'), Ki(Z')) also correlates with the machining efficiency (grinding efficiency) Z'.
なお、本実施形態では、変位センサ１３５の検出位置Ｗｅと被加工部Ｗｂの加工点位置とが異なる位置としたが、両者の位置が一致していてもよい。
In this embodiment, the detection position We of the
５－６．工具支持動剛性
工具支持動剛性は、図１に示す砥石台本体５１における支持に関する動剛性であって、研削盤２を構成する砥石車支持装置としての砥石台本体５１により砥石車Ｔを支持する際に発揮する動剛性である。工具支持動剛性は、図６に示すように、減衰係数Ｃｔおよびばね定数Ｋｔにより定義される。減衰係数Ｃｔは、砥石台本体５１における基準位置に対する砥石車Ｔの相対速度と、砥石車Ｔが受ける外力との関係を表す値である。ばね定数Ｋｔは、砥石台本体５１における基準位置に対する砥石車Ｔの相対位置と、砥石車Ｔが受ける外力との関係を表す値である。
5-6. Tool Support Dynamic Stiffness The tool support dynamic stiffness is the dynamic stiffness related to support in the
上述したように、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）は、工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅにおいて、上述の加工条件に対応するように記憶されている。工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅは、例えば、砥石車Ｔの種類毎に、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）を記憶する。また、砥石車Ｔが静圧軸受により支持される構成において、静圧軸受の圧力を制御可能な場合において、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）が、加工条件に応じて変化する場合は、工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅは、加工条件と、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）との対応関係を記憶するようにしても良い。
As described above, the tool support dynamic stiffness data (Ct, Kt) is stored in the tool support dynamic stiffness
そして、工具支持動剛性決定部１２４により、工具支持動剛性テーブル記憶部１０３ｅに記憶された工具支持動剛性テーブルから、加工条件取得部１０６にて取得した加工条件に対応する工具支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）を決定する。なお、工具Ｔにおける工具質量Ｍｓは運動方程式に基づいて、下記の式（２）で表される。
Then, the tool support dynamic
６．補正量算出部１０８
補正量算出部１０８は、研削抵抗に起因して砥石車Ｔおよび工作物ＷがＸ軸線方向に相対変位する補正量を、動特性決定部１０７にて決定された各動剛性データ及び解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））に基づいて算出する。変位に関する補正量は、各動剛性データ及び解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））と研削抵抗から求めることができる。つまり、変位に関する補正量は、研削抵抗、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）及び解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））から算出することができる。
6. Correction amount calculation unit 108
The correction amount calculation unit 108 calculates the correction amount for the relative displacement of the grinding wheel T and workpiece W in the X-axis direction due to the grinding resistance, based on each dynamic stiffness data and the analytical workpiece material mass (M'w(Z')) determined by the dynamic
補正量算出部１０８は、算出した補正量を、推定部１０２へ出力する。推定部１０２は、上述したように、指令値取得部１０１が取得した工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置、工作物Ｗの外周面形状、および、砥石車Ｔの外周面形状に基づいて、推定対象を推定する。ただし、研削抵抗により、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置は、指令値による相対位置とは異なる位置となる。
The correction amount calculation unit 108 outputs the calculated correction amount to the
そこで、推定部１０２、推定対象の推定の際に、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置として、指令値取得部１０１が取得した相対位置に加えて、補正量算出部１０８により算出された補正量を加えた相対位置を用いる。つまり、推定部１０２は、指令値による相対位置と、各動剛性データを用いて算出された補正量とに基づいて、推定対象を推定する。
Therefore, when estimating the estimation target, the
特に、本実施形態１においては、補正量算出部１０８は、算出した補正量を、推定部１０２の干渉量算出部１１１へ出力する。干渉量算出部１１１は、上述したように、指令値取得部１０１が取得した工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置、工作物Ｗの外周面形状、および、砥石車Ｔの外周面形状に基づいて、工作物Ｗと砥石車Ｔとの干渉量を算出する。ただし、研削抵抗により、工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置は、指令値による相対位置とは異なる位置となる。
In particular, in this
そこで、干渉量算出部１１１は、干渉量の算出に用いる工作物Ｗと砥石車Ｔとの相対位置として、指令値取得部１０１が取得した相対位置に加えて、補正量算出部１０８により算出された補正量を加えた相対位置を用いる。つまり、干渉量算出部１１１は、指令値による相対位置と、各動剛性データを用いて算出された補正量とに基づいて、干渉量を算出する。
The interference
干渉量算出部１１１が、補正量を考慮した干渉量を算出するため、研削能率算出部１１２、研削特性決定部１１３、研削抵抗算出部１１４は、補正量を考慮した干渉量に基づき得られた研削能率Ｚ’、研削特性ｋｃ、研削抵抗Ｆｎを得る。
The interference
出力部１０９は、推定部１０２により推定された推定対象を出力する。つまり、出力部１０９は、研削加工時における工作物Ｗまたは砥石車Ｔの状態、工作物Ｗの形状、砥石車Ｔの形状、および、加工システム１の機械状態（研削盤２の機械状態に相当）の少なくとも１つを推定する。出力部１０９は、例えば、図示しない教示装置に推定結果を教示するようにしても良い。
The
７．共振リスク評価のための構成
図３に示す加工点動特性取得部１５０は、動特性決定部１０７から加工時の加工点動特性を取得する。すなわち、図６に示す加工時における接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））、工作物支持動剛性データ（Ｃｗ、Ｋｗ）、工具支持動剛性データ（Ｃｔ、Ｋｔ）、工作物Ｗの質量（Ｍｗ）及び工具Ｔの質量（Ｍｓ）に基づいて加工点動特性を取得する。
7. Configuration for resonance risk evaluation The machining point dynamic
共振周波数帯算出部１５１は、加工点動特性取得部１５０により取得された加工点動特性に基づいて、工作物Ｗにおける加工時の共振周波数帯を算出する。すなわち、共振周波数帯は、接触動剛性データ、工作物支持動剛性データ、工具支持動剛性データ及び解析上の工作物質量に対応して、加工状態指数、加工条件に応じて変化するものとなっている。例えば、加工点動特性と周波数の関係は図１３に示すように表され、共振周波数帯は、１次共振に対応するコンプライアンスのピークＰ１を呈する周波数の範囲Ａ１、２次共振に対応するコンプライアンスのピークＰ２を呈する周波数の範囲Ａ２、３次共振に対応するコンプライアンスのピークＰ３を呈する周波数の範囲Ａ３などとして示すことができ、共振周波数帯はさらに高次の共振に対応する周波数の範囲を含んでいてもよいし、これらに限定されず特定次数の共振に対応する周波数の範囲であってもよい。なお、共振周波数帯は、共振が発生しうる周波数範囲を表すものである。
The resonance frequency
回転周波数取得部１５２は、上述のように工作機械としての研削盤２に備えられる回転体の回転周波数を取得する。この回転周波数は１倍から５倍程度の整数倍成分を含むことができる。当該回転体の回転周波数は、例えば、工具（砥石車Ｔ）が接続された工具主軸５２における回転周波数、工具主軸５２に接続されて工具主軸５２を回転駆動する駆動装置としての砥石車用モータ５３における回転周波数、工作物Ｗが接続された工作物主軸３２における回転周波数、工作物主軸３２に接続されて工作物主軸３２を回転駆動する駆動装置としての工作物主軸用モータ３３における回転周波数、工作機械としての研削盤２に搭載された装置を回転駆動する駆動装置における周波数の少なくとも一つを含む。本実施形態では、工具主軸５２における回転周波数を取得する。
The rotational
共振リスク評価部１５３は、共振周波数帯算出部１５１により算出された共振周波数帯と、回転周波数取得部１５２により取得された回転周波数とに基づいて、共振の発生又は共振の発生に起因する加工品質不良の発生に関するリスクを評価する。本実施形態では、回転周波数取得部１５２により取得された回転周波数が、共振周波数帯算出部１５１により算出された共振周波数帯に含まれていると判断された場合、共振の発生リスクありと評価する。一方、回転周波数取得部１５２により取得された回転周波数が、共振周波数帯算出部１５１により算出された共振周波数帯に含まれていないと判断された場合、共振の発生リスクなしと評価する。
The resonance
共振リスク評価部１５３は、共振の発生リスクありとの評価に替えて加工品質不良の発生リスクありとの評価をし、共振の発生リスクなしとの評価に替えて加工品質不良の発生リスクなしとの評価をすることとしてもよい。なお、図示しないが、共振リスク評価部１５３による評価結果は表示部１５５に表示することができる。
The resonance
調整部１５４は、共振リスク評価部１５３の評価結果に基づいて、工作機械としての研削盤２における調整可能な要素を調整する。調整可能な要素は限定されないが、例えば、工作機械における加工条件としたり、レスト装置における押し込み量又は押圧位置としたりすることができる。調整部１５４による調整内容は、表示部１５５により表示することができる。調整部１５４では、表示部１５５に表示された共振リスク評価部１５３による評価結果を確認した使用者が上記調整可能な要素の調整を行うこととしてもよい。なお、調整部１５４により、調整可能な要素が調整された後は、共振リスク評価部１５３により共振リスクの評価を行うことが好ましい。
The
加工結果予測部１５６は、出力部１０９による推定部１０２により推定された推定対象に応じて工作物Ｗの加工結果を予測する。加工結果予測部１５６による予測結果は、例えば、工作物Ｗの被加工部Ｗｂの周面の断面形状が円形である場合には当該断面における周面の真円度としたり、工作物Ｗの被加工部Ｗｂの形状が円筒状である場合には被加工部Ｗｂの円筒度としたりすることができる。
The machining
調整結果可否判定部１５７は、加工結果予測部１５６の予測結果に応じて、調整部１５４による調整結果の採用の可否を判定する。例えば、工作物Ｗの被加工部Ｗｂの周面の断面形状が円形である場合に、調整結果可否判定部１５７は当該断面における周面の真円度と予め設定された基準値との差分が所定範囲内である場合には調整部１５４による調整結果を採用可と判定し、上記差分が所定範囲内でない場合には調整部１５４による調整結果を採用不可と判定することができる。
The adjustment
調整結果可否判定部１５７により、採用可と判定された調整を加工条件に適用することで、加工条件の最適化を図ることができる。そして、制御装置３ａは、最適化された加工条件を用いて、研削加工を行うことができる。この他に、制御装置３ａは、推定結果によらず、動特性決定部１０７により決定された各種の動剛性データ及び解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））を用いて、加工の制御を行うこともできる。
The adjustments that are determined to be adoptable by the adjustment
８．共振リスク評価、加工結果予測の処理態様
次に、本実施形態の加工評価装置３ｂによる共振リスク評価及び加工結果予測の処理態様のフローについて、図１５を参照しながら説明する。なお、当該フローでは、レスト装置７０の押し込み量及び押圧位置の調整を行う場合を例に説明する。まず、ステップＳ２１において、レスト装置７０における押し込み量及び押圧位置を初期化する。その後、ステップＳ２２において、加工点動特性取得部１５０により、加工時の接触動剛性データ、工作物支持動剛性データ及び工作物支持動剛性データ、工作物Ｗ及び工具Ｔの質量に基づいて加工点動特性を取得する。
8. Processing Mode of Resonance Risk Assessment and Machining Result Prediction Next, a flow of a processing mode of resonance risk assessment and machining result prediction by the
その後、ステップＳ２３において、共振周波数帯算出部１５１により共振周波数帯を算出する。そして、ステップＳ２４において、回転周波数取得部１５２により回転周波数として、工具主軸５２の回転周波数を取得する。次いで、ステップＳ２５において、共振リスク評価部１５３により、共振リスクの有無の評価を行う。本実施形態１では、工具主軸５２の回転周波数が共振周波数帯算出部１５１により算出された共振周波数帯に含まれるか否かの評価を行う。
After that, in step S23, the resonance frequency
次に、ステップＳ２６において、共振リスクありと評価された場合はステップＳ２６のＹｅｓに進む。そして、ステップＳ２７において、調整部１５４によりレスト装置７０の押し込み量及び押圧位置を調整する。そして、再度ステップＳ２２～ステップＳ２５を行って、共振リスクの再評価を行う。
Next, in step S26, if it is assessed that there is a resonance risk, the process proceeds to Yes in step S26. Then, in step S27, the
一方、ステップＳ２６において、共振リスクなしと評価された場合はステップＳ２６のＮｏに進む。そして、ステップＳ２８において、今回のフローにおいて調整部１５４による調整を行っているか否かを判定する。調整を行っていないと判定された場合は、ステップＳ２８のＮｏに進み、当該フローを終了する。一方、ステップＳ２８において、今回のフローにおいて調整部１５４による調整を行っていると判定された場合、すなわち、調整後に共振リスクの再評価を行った後に共振リスクなしと評価された場合には、ステップＳ２８のＹｅｓに進む。
On the other hand, if it is evaluated in step S26 that there is no resonance risk, proceed to No in step S26. Then, in step S28, it is determined whether or not adjustment has been made by the
次いで、ステップＳ２９において、加工結果予測部１５６により加工結果の予測を行う。本実施形態では、加工結果の予測として、工作物Ｗの被加工部位Ｗｂの断面形状の真円度を算出する。その後、ステップＳ３０において、調整結果可否判定部１５７により、加工結果の予測に基づいて調整結果の採用の可否を判定する。本実施形態では、加工予測結果として算出された被加工部位Ｗｂの断面形状の真円度が所定値内であるか否かを判定する。
Next, in step S29, the machining result is predicted by the machining
そして、ステップＳ３０において被加工部位Ｗｂの断面形状の真円度が所定値内であると判定された場合は、ステップＳ３０のＹｓｅに進み、ステップＳ３１において、調整結果を採用して当該フローを終了する。一方、ステップＳ３０において被加工部位Ｗｂの断面形状の真円度が所定値内でないと判定された場合は、ステップＳ３０のＮｏに進み、再度ステップＳ２２以降を実施し、ステップＳ３０において被加工部位Ｗｂの断面形状の真円度が所定値内であると判定されるように調整を行う。なお、ステップＳ３０において、工作物Ｗの軸方向において工作物Ｗの解析上の仕上径を評価して、工作物Ｗの円筒度が所定値となるように調整が行われるようにしてもよい。 If it is determined in step S30 that the circularity of the cross-sectional shape of the workpiece Wb is within a predetermined value, the process proceeds to Yes in step S30, and the flow ends with the adjustment result adopted in step S31. On the other hand, if it is determined in step S30 that the circularity of the cross-sectional shape of the workpiece Wb is not within the predetermined value, the process proceeds to No in step S30, and steps S22 and onward are carried out again, and adjustments are made so that the circularity of the cross-sectional shape of the workpiece Wb is determined to be within the predetermined value in step S30. Note that in step S30, the analytical finishing diameter of the workpiece W in the axial direction of the workpiece W may be evaluated, and adjustments may be made so that the cylindricity of the workpiece W becomes a predetermined value.
９．作用効果
本実施形態１の加工評価装置３ｂによれば、接触動剛性データ、工作物支持動剛性データ及び工具支持動剛性データを含む加工点動特性に基づいて共振周波数帯を算出し、当該共振周波数帯と工作機械に備えられた回転体の回転周波数とに基づいて共振リスクを評価する。これにより、共振リスクを評価することで、共振の発生や共振の発生に起因する加工品質不良を未然に防止するための対策を講じることが容易となる。
9. Effects According to the
そして、本実施形態１では、解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、記憶された加工状態指数と解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））との対応関係である質量対応関係と、取得された加工状態指数とに基づいて決定される。これにより、加工状態指数との対応関係に基づいて解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））を高精度に決定することができる。そして、このようにして高精度に決定された解析上の工作物質量（Ｍ’ｗ（Ｚ’））は、加工する際に工作物Ｗと工具Ｔとの接触により発揮する工作物Ｗと工具Ｔとの間の接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））とともに工作物Ｗの加工結果を推定することに用いれば、加工結果の推定の高精度化が期待できる。
In this
また、回転体の周波数は、工具としての砥石車Ｔが接続された工具主軸における回転周波数、工具主軸５２に接続されて工具主軸５２を回転駆動する駆動装置５３における回転周波数、工作物Ｗが接続された工作物主軸３２における回転周波数、工作物主軸３２に接続されて工作物主軸３２を回転駆動する駆動装置３３における回転周波数、工作機械としての研削盤２に搭載された装置を回転駆動する駆動装置における周波数の少なくとも一つを含む。これにより、工作機械についての共振リスクの評価精度の向上を図ることができる。
The frequency of the rotating body includes at least one of the following: the rotational frequency of the tool spindle to which the grinding wheel T is connected as a tool, the rotational frequency of the
また、本実施形態では、共振リスク評価部１５３の評価結果に基づいて、工作機械としての研削盤２における調整可能な要素を調整する調整部１５４を備える。そして、共振リスク評価部１５３は、調整部１５４による調整後に再度共振リスクの評価を行う。これにより、調整部１５４によって最適な調整を行うことができる。
In addition, in this embodiment, an
また、本実施形態では、共振リスク評価部１５３による評価結果又は調整部１５４により調整された調整内容を表示する表示部１５５を備える。これにより、当該工作機械の使用者が共振リスク評価部１５３による評価結果又は調整部１５４による調整内容を容易に確認することができる。
In addition, in this embodiment, a
また、本実施形態では、工作機械としての研削盤２には、工作物Ｗを押圧するレスト装置７０と、支持装置における主工作物支持動剛性とレスト装置７０における補助工作物支持動剛性とに基づいて工作物支持動剛性データを決定する工作物支持動剛性決定部１２３とを備える。そして、調整部１５４は調整可能な要素としてレスト装置７０における押し込み量又は押圧位置を調整する。これにより、共振が生じないように工作物支持動剛性データの調整を容易に行うことができる。
In addition, in this embodiment, the grinding
また、本実施形態では、調整部１５４は、調整可能な要素として工作機械における加工条件を調整する。これにより、工作機械の加工条件を共振が生じないものとすることができ、工作物Ｗの品質向上を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the
また、本実施形態では、調整部１５４の調整結果に基づいて加工された加工結果を予測する加工結果予測部１５６と、加工結果予測部１５６の加工結果に基づいて調整結果の可否を判定する調整結果可否判定部１５７とを備える。これにより、共振が生じないように工作機械の加工条件の最適化を図ることができる。
In addition, this embodiment includes a machining
また、本実施形態では、工作物Ｗの被加工部Ｗｂの周面の断面形状は円形であって、加工結果予測部１５６は予測結果として、工作物Ｗの加工後における被加工部Ｗｂにおける断面の真円度を算出する。そして、加工結果予測部１５６の予測結果として算出された真円度と予め設定された閾値とを比較した比較結果に基づいて、調整部１５４の調整結果の可否を判定する調整結果可否判定部１５７を備える。これにより、被加工部Ｗｂにおける断面の真円度が基準値を満たすように調整部１５４による調整を行うことができ、工作物Ｗの品質向上を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the cross-sectional shape of the peripheral surface of the processed portion Wb of the workpiece W is circular, and the machining
また、本実施形態１では、接触動剛性対応関係における接触動剛性データは、工具としての砥石車Ｔにより工作物Ｗを加工しながら工作物Ｗに加振力を付与した際に、当該加振力と工作物Ｗの変位との関係により生成されるデータである。これにより、接触動剛性データ（Ｃｉ（Ｚ’）、Ｋｉ（Ｚ’））は、工作物Ｗと砥石車Ｔとの間の動剛性を正確に表すものとなるため、より高精度に加工結果を推定できる。
In addition, in this
１０．変形形態１及び変形形態２
上述の本実施形態では、図１に示すように、レスト装置７０は工作物Ｗを支持するようにしたが、これに替えて、図１６に示す変形形態１のように、レスト装置７０は心押装置４０の一部であるラム４２を支持することとしてもよい。また、図１７に示す変形形態２のように、レスト装置７０は主軸装置３０に設けられた工作物Ｗを保持するためのチャック３６を支持することとしてもよい。
10.
In the above-described embodiment, as shown in Fig. 1, the
変形形態１及び変形形態２においても本実施形態１と同等の作用効果を奏する。さらに、変形形態１及び変形形態２では、レスト装置７０が工作物Ｗに直接接触しないため、工作物Ｗの表面にレスト装置７０に接触跡が残ることがないため、工作物Ｗの品質向上を図ることができる。
以上のごとく、本実施形態１及び変形形態１、２によれば、工作機械により工作物Ｗを加工する際の共振リスクを評価する加工評価装置３ｂを提供することができる。
As described above, according to the first embodiment and the first and second variations, a
上記実施形態においては、工作機械として研削盤２を用いた研削加工を用いた切削加工について例をあげて説明したが、これらの他に、旋盤やマシニングセンタを用いた切削加工についても同様に適用可能である。切削加工の場合には、加工状態指数として切削能率、切込み深さ等を採用することができ、回転周波数として工作物Ｗの回転周波数を取得することができる。
In the above embodiment, cutting processing using grinding with a grinding
１ 加工システム
２ 研削盤（工作機械）
３ａ 制御装置
３ｂ 加工評価装置
３２ 工作物主軸
３３ 工作物主軸用モータ（駆動装置）
５２ 砥石軸（工具主軸）
５３ 砥石車用モータ（駆動装置）
７０ レスト装置
１０６ 加工条件取得部
１２１ 接触動剛性決定部
１２２ 工作物質量決定部
１２３ 工作物支持動剛性決定部
１２４ 工具支持動剛性決定部
１２５ 加工状態指数取得部
１５０ 加工点動特性取得部
１５１ 共振周波数帯算出部
１５２ 回転周波数取得部
１５３ 共振リスク評価部
１５４ 調整部
１５５ 調整内容表示部
１５６ 加工結果予測部
１５７ 調整結果可否判定部
1
52 Grindstone spindle (tool spindle)
53 Grinding wheel motor (drive unit)
70
Claims (9)
上記工作機械に備えられた回転体の回転周波数を取得する回転周波数取得部と、
上記工具による上記工作物の加工の状態に応じて変化する加工状態指数を取得する加工状態指数取得部と、
上記工作機械の加工条件を取得する加工条件取得部と、
上記加工状態指数に基づいて決定された上記工作物と上記工具との間の動剛性である接触動剛性データと、上記加工条件に基づいて決定された上記工作機械において上記工作物を支持する際に発揮する工作物支持動剛性データと、上記加工条件に基づいて決定された上記工作機械において上記工具を支持する際に発揮する工具支持動剛性データと、上記工作物及び上記工具の質量とに基づいて、上記工作物の加工時の加工点動特性を取得する加工点動特性取得部と、
上記加工点動特性に基づいて共振周波数帯を算出する共振周波数帯算出部と、
上記共振周波数帯と、上記回転体の周波数とに基づいて、共振の発生又は共振の発生に起因する加工品質不良の発生に関するリスクを評価する共振リスク評価部と、
を備える、加工評価装置。 A machining evaluation device for evaluating a machining result of a machine tool that has a rotating body and removes a workpiece with a tool,
a rotational frequency acquisition unit for acquiring a rotational frequency of a rotating body provided in the machine tool;
a machining state index acquiring unit for acquiring a machining state index that changes depending on a state of machining of the workpiece by the tool;
A machining condition acquisition unit that acquires machining conditions of the machine tool;
a machining point dynamic characteristic acquisition unit that acquires machining point dynamic characteristics during machining of the workpiece based on contact dynamic stiffness data, which is the dynamic stiffness between the workpiece and the tool, determined based on the machining state index, workpiece support dynamic stiffness data exhibited when supporting the workpiece in the machine tool, determined based on the machining conditions, tool support dynamic stiffness data exhibited when supporting the tool in the machine tool, determined based on the machining conditions, and the masses of the workpiece and the tool;
A resonance frequency band calculation unit that calculates a resonance frequency band based on the processing point dynamic characteristic;
a resonance risk assessment unit that assesses a risk of resonance occurrence or of poor processing quality caused by resonance occurrence based on the resonance frequency band and the frequency of the rotating body;
A processing evaluation device comprising:
上記共振リスク評価部は、上記調整部による調整後に再度上記リスクの評価を行う、請求項１又は２に記載の加工評価装置。 an adjustment unit that adjusts an adjustable element of the machine tool based on an evaluation result of the resonance risk evaluation unit;
The processing evaluation device according to claim 1 , wherein the resonance risk evaluation unit evaluates the risk again after the adjustment by the adjustment unit.
上記支持装置における主工作物支持動剛性と上記レスト装置における補助工作物支持動剛性とに基づいて上記工作物支持動剛性データを決定する工作物支持動剛性決定部と、
上記調整部は、上記調整可能な要素として上記レスト装置における押し込み量又は押圧位置を調整する、請求項３又は４に記載の加工評価装置。 the machine tool is provided with a rest device that presses the workpiece or a support device for the workpiece provided on the machine tool,
a workpiece support dynamic stiffness determining unit for determining the workpiece support dynamic stiffness data based on a main workpiece support dynamic stiffness in the support device and an auxiliary workpiece support dynamic stiffness in the rest device;
5. The processing evaluation device according to claim 3, wherein the adjustment section adjusts a pressing amount or a pressing position of the rest device as the adjustable element.
上記加工結果予測部の加工結果に基づいて上記調整結果の可否を判定する調整結果可否判定部と、を備える、請求項３又は４に記載の加工評価装置。 a processing result prediction unit that predicts a processing result based on the adjustment result of the adjustment unit;
5. The processing evaluation device according to claim 3, further comprising: an adjustment result suitability determination unit that determines whether the adjustment result is acceptable or not based on the processing result of the processing result prediction unit.
上記加工結果予測部は予測結果として、上記工作物の加工後における上記被加工部における断面の真円度を算出し、
上記加工結果予測部の予測結果として算出された上記真円度と予め設定された閾値とを比較した比較結果に基づいて、上記調整部の調整結果の採用可否を判定する調整結果可否判定部を備える、請求項７に記載の加工評価装置。 The cross-sectional shape of the peripheral surface of the processed portion of the workpiece is circular,
The machining result prediction unit calculates, as a prediction result, a circularity of a cross section of the machined portion after machining of the workpiece,
8. The processing evaluation device according to claim 7, further comprising an adjustment result acceptability determination unit that determines whether or not the adjustment result of the adjustment unit is adoptable, based on a comparison result obtained by comparing the roundness calculated as the prediction result of the processing result prediction unit with a preset threshold value.
3. The machining evaluation device according to claim 1, wherein the contact dynamic stiffness data is data generated based on a relationship between an excitation force and a displacement of the workpiece when an excitation force is applied to the workpiece while the workpiece is being machined by the tool.
Priority Applications (1)
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| JP2022201967A JP2024087249A (en) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | Processing evaluation device |
Applications Claiming Priority (1)
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