JP6330324B2 - 工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法 - Google Patents
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Description
工作機械の動特性は、駆動装置の発熱状況などの加工環境に影響を受けることがある。そこで、回転工具を加工時の回転数で回転させて加振することで、より加工時に近い状態における動特性を得ることができる。
このような構成によると、ターゲット材に回転工具が接触した際の衝撃を低減することができる。また、接触の際に、回転工具が振動している場合にも、この振動を吸収して回転工具を好適に撓ませることが可能となる。
回転工具が規定の撓み量まで撓んだ状態において、回転工具と接触するターゲット材に作用する撓み方向の力は、回転工具の静剛性により変動する。そこで、ターゲット材に作用する力を測定することにより、回転工具の動特性をより確実に算出することができる。
従来では、ハンマーなどにより回転工具に衝撃力を加えて加振する場合がある。このような加振態様により振動する回転工具に係る振動系の動特性を算出するには、当該振動の振動数の他に、回転工具の変位量、および対象部位の速度もしくは加速度の何れかを検出した振動から算出する必要があった。これに対して、本手段では、回転工具の加振において、ターゲット材から回転工具が離脱する際の両部材の位置関係が既知である。よって、振動解析部は、振動検出器による検出値に基づいて回転工具の固有振動数のみを算出すれば、動特性算出装置が回転工具に係る振動系の動特性を算出することが可能となる。従って、振動系の動特性の算出をより容易にかつ高精度に行うことができる。
このような構成によると、請求項1と同様の効果を奏する。
(工作機械の機械構成)
適用対象の工作機械の一例として横型マシニングセンタを例に挙げ、図1を参照して説明する。なお、本発明は、当該横型マシニングセンタに限定されるものではなく、他の構成のマシニングセンタでもよく、回転工具を用いる工作機械であれば適用できる。
次に、回転工具6により被加工物Wを切削加工する場合における回転工具6の状態について説明する。図2に示すように、回転工具6は、先端側に複数の刃部6a,6bを備えており、基端側(根元側)に工具ホルダ5に支持される非刃部6cを備える。なお、本実施形態においては、2つの刃部6a,6bを有する回転工具6を例に挙げるが、1の刃部または3以上の刃部を有する回転工具を適用することもできる。
上述したように、回転中心Ctの変位量Yaおよび切削抵抗Fyは、回転工具6の刃部6a,6bの動特性に依存する。そのため、当該動特性を把握することが重要となる。回転工具6の刃部6a,6bの動特性を算出する装置について、図5、図6A〜図6C、図7および図8を参照して説明する。
ここで、回転工具6の回転速度Sと加工誤差Δyとの関係を図9に示し、回転速度Sと回転工具6の最大振幅Aとの関係を図10に示す。例えば、回転速度Sが6500min-1付近において、加工誤差Δyおよび最大振幅Aが小さくなっていることが分かる。このように、回転工具6の回転速度Sを変更することによって、加工誤差Δyおよび最大振幅Aが変化する。これは、回転工具6の刃部6a,6bの振動系における動特性と、回転工具6の刃部6a,6bが被加工物Wに接触するときの周波数との関係が変化することによる。回転工具6の振動系における動特性は変化しないが、回転工具6の刃部6a,6bが被加工物Wに接触するときの周波数は、回転工具6の回転速度Sによって変化する。このように、回転工具6の刃部6a,6bの動特性と回転速度Sとの関係によって、加工誤差Δyおよび最大振幅Aは小さくなったり、大きくなったりする。
次に、動特性算出装置の適用例について、図5を参照して説明する。図5に示すように、動特性算出装置100は、加工条件判定装置120の一部として機能させることができる。加工条件判定装置120の判定部121は、記憶部106に記憶された回転工具6の刃部6a,6bの動特性を用いて、図9および図10に示したような回転速度Sと加工誤差Δyまたは最大振幅Aとの関係を導き出しておく。さらに、判定部121は、加工誤差Δyまたは最大振幅Aが閾値より小さくなる回転速度Sの範囲を記憶しておく。
(加振態様について)
実施形態の工作機械は、加振工程(図8のS2)において、図6A,図6Bに示すように、回転工具6の境界部6a3,6b3をターゲット材140のコーナー部141に接触させて撓ませた状態で、回転工具6を加工時とは逆回転させて境界部6a3,6b3をコーナー部141から離脱させることにより加振した。つまり、本実施形態における加振態様は、回転工具6の刃部6a,6bに段差があることを利用したものであり、回転工具6を支持する主軸装置4とターゲット材140との相対移動を伴わない態様である。
実施形態のターゲット材140は、図6Aに示すように、直角のコーナー部141を有する形状とした。これに対して、ターゲット材140のうち回転工具6と接触する部位には、回転工具6の軸線方向視(Z軸方向視)において、回転工具6の撓み方向(Y軸方向)に直交する平面(XZ平面)に対して傾斜する斜面が設けられている構成としてもよい。この斜面は、平面状または曲面状に形成される。
上記実施形態において、振動検出器103は、音波検出器とした。この他に、振動検出器103は、回転工具6の振動によって変動する磁気を検出できる磁気センサ、その他にも光(レーザー)、渦電流、静電容量などを用いた検出器を適用することができる。磁気センサは、音波検出器と同様に、設置の自由度が高い。そのため、設置に熟練技術を要することがないため、設置時間を短縮できる点で有用である。何れの検出器においても実施形態と同様の効果を奏する。
Claims (7)
- 1または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械の動特性を算出する装置であって、
前記刃部におけるすくい面と逃げ面の境界部を前記工作機械に固定されたターゲット材のコーナー部に接触させて前記回転工具を規定の撓み量まで撓ませた後に、前記回転工具を加工時とは逆回転に回転させて前記境界部を前記コーナー部から離脱させることにより前記回転工具を加振する加振制御部と、
加振された前記回転工具の振動を検出する振動検出器と、
前記振動検出器による検出値に基づいて、前記回転工具の前記刃部を振動体とする振動系における動特性を算出する振動解析部と、
を備える、工作機械の動特性算出装置。 - 前記加振制御部は、
前記ターゲット材に対して前記回転工具を支持する主軸装置を位置決めした状態で、前記回転工具を継続して回転させることにより間欠的に前記回転工具を加振し、
前記ターゲット材から前記回転工具が離脱してから再び前記ターゲット材に前記回転工具が接触するまでの期間が、前記回転工具の振幅が前記撓み量の1/10以下に減衰するまでに要する期間よりも長くなるように、前記回転工具の回転数を設定する、請求項1の工作機械の動特性算出装置。 - 前記加振制御部は、加工時の回転数で前記回転工具を回転させて前記回転工具を加振する、請求項1または2の工作機械の動特性算出装置。
- 前記ターゲット材のうち前記回転工具と接触する部位には、前記回転工具の軸線方向視において、前記回転工具の撓み方向に直交する平面に対して傾斜する斜面が設けられている、請求項1〜3の何れか一項の工作機械の動特性算出装置。
- 前記回転工具が前記ターゲット材との接触により撓んでいる状態において、前記ターゲット材に作用する前記回転工具の撓み方向の力を測定する力センサをさらに備える、請求項1〜4の何れか一項の工作機械の動特性算出装置。
- 前記振動解析部は、前記振動系における前記動特性として前記刃部の固有振動数のみを算出する、請求項1〜5の何れか一項の工作機械の動特性算出装置。
- 1または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械の動特性を算出する方法であって、
前記刃部におけるすくい面と逃げ面の境界部を前記工作機械に固定されたターゲット材のコーナー部に接触させて前記回転工具を規定の撓み量まで撓ませた後に、前記回転工具を加工時とは逆回転に回転させて前記境界部を前記コーナー部から離脱させることにより前記回転工具を加振する加振工程と、
加振された前記回転工具の振動を検出する検出工程と、
前記検出工程にて検出した検出値に基づいて、前記回転工具の前記刃部を振動体とする振動系における動特性を算出する振動解析工程と、
を備える、工作機械の動特性算出方法。
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