JP6667098B2 - 工作機械の動特性算出装置、算出方法及び工作機械 - Google Patents
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Description
第1の本発明に係る工作機械の動特性算出装置は、回転工具により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、支持部材に対して変位可能に弾性支持され、変位量に応じた加振力を前記回転工具に付与する前記加振部と、前記加振部により加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工具振動検出器と、前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する動特性算出部とを備える。そして、前記回転工具は、1又は複数の刃部を備え、前記加振部は、前記支持部材に弾性支持されることにより振動し、前記加振部の振動により、前記加振部の変位量に応じた加振力が前記加振部から前記回転工具に複数回付与され、前記回転工具の現在の刃部が前記加振部に接触する時から次の刃部が前記加振部に接触する時までの周期を、刃部周期Taとし、前記加振部の振動周期をTbとし、前記刃部周期Taは、Tb×(n−0.5)(nは1以上の整数)に設定される。
第2の本発明に係る工作機械の動特性算出装置は、回転工具により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、支持部材に対して変位可能に弾性支持され、変位量に応じた加振力を前記回転工具に付与する加振部と、前記加振部により加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工具振動検出器と、前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する動特性算出部と、前記加振部の変位量を検出する加振部変位量検出器と、前記加振部を含む振動系の動特性と前記加振部の変位量とに基づいて前記加振部が前記回転工具に付与した加振力を算出する加振力算出部と、を備え、前記動特性算出部は、前記加振力を入力とし、前記回転工具の振動挙動を出力とした場合における伝達特性である前記動特性を算出する。
第3の本発明に係る工作機械の動特性算出方法は、回転工具により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、支持部材に弾性支持される加振部の変位量に応じた加振力を前記加振部から前記回転工具に付与する工程と、加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工程と、前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する工程とを備える。そして、前記回転工具は、1又は複数の刃部を備え、前記加振部は、前記支持部材に弾性支持されることにより振動し、前記加振部の振動により、前記加振部の変位量に応じた加振力が前記加振部から前記回転工具に複数回付与され、前記回転工具の現在の刃部が前記加振部に接触する時から次の刃部が前記加振部に接触する時までの周期を、刃部周期Taとし、前記加振部の振動周期をTbとし、前記刃部周期Taは、Tb×(n−0.5)(nは1以上の整数)に設定される。
第4の本発明に係る工作機械の動特性算出方法は、回転工具により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、支持部材に弾性支持される加振部の変位量に応じた加振力を、前記加振部から前記回転工具に付与する工程と、加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工程と、前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する工程と、前記加振部の変位量を検出する工程と、前記加振部を含む振動系の動特性と前記加振部の変位量とに基づいて前記加振部が前記回転工具に付与した加振力を算出する工程と、を備え、前記動特性を算出する工程は、前記加振力を入力とし、前記回転工具の振動挙動を出力とした場合における伝達特性である前記動特性を算出する。
本発明は、上記の動特性算出装置による効果と同様の効果を奏する。
本発明に係る工作機械は、上記の動特性算出装置における少なくとも前記加振部及び前記工具振動検出器を備え、前記動特性算出装置により得られる前記動特性に基づいて決定された加工条件を調整する調整部を備える。得られた動特性に基づいて加工条件が調整されるため、高精度な工作物の加工が可能となる。
適用対象の工作機械の一例として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、当該マシニングセンタに限定されるものではなく、他の種類の工作機械にも適用できる。本発明の適用対象の工作機械は、回転工具により切削加工を行う工作機械である。つまり、本発明の好適な対象の工作機械は、1又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工作物に対して相対移動して断続的に切削加工を行う工作機械である。
次に、回転工具16により工作物Wを切削加工する場合における回転工具16の状態について説明する。図2に示すように、回転工具16は、先端側に複数の刃部16a,16bを備えており、基端側(根元側)に工具ホルダ15に支持される非刃部16cを備える。複数の刃部16a,16bは、周方向に等間隔に配置される。なお、本実施形態においては、2つの刃部16a,16bを有する回転工具16を例に挙げるが、1つの刃部または3つ以上の刃部を有する回転工具を適用することもできる。
算出対象の工作機械1の動特性について説明する。算出対象の工作機械1の動特性は、回転工具16が回転している状態において、少なくとも回転工具16を含む振動系における動特性である。当該振動系は、回転工具16、ホルダ15及び主軸14aを含む回転部材のみならず、主軸14aを回転可能に支持するサドル13、さらにはコラム12などを含む。ただし、各部材の剛性によっては、その影響度は異なる。
次に、動特性算出装置18の構成について図3を参照して説明する。動特性算出装置18は、切削時とは逆方向に回転している状態の回転工具16を加振させて、回転工具16を一部とする振動系における動特性を算出する。動特性算出装置18は、加振体ユニット31と、工具振動検出器32と、加振部変位量検出器33と、加振力算出部34と、動特性算出部35とを備える。
加振部変位量検出器33は、加振部31aの振動方向の変位量xを検出する。加振部変位量検出器33は、非接触式変位計である。
刃部周期Taと加振部31aの振動周期Tbとの関係について、図4及び図5を参照して説明する。刃部周期Taとは、回転工具16の現在の刃部16aが加振部31aに接触する時から、次の刃部16bが加振体31aに接触する時までの周期である。本実施形態においては、回転工具16は2つの刃部16a,16bを備えるため、刃部周期Taは、回転工具16の回転周期Txの1/2となる。
次に、動特性算出装置18を含む工作機械1による動特性の算出方法について、図6を参照して説明する。まず、回転工具16を所定の回転速度Nで逆回転させる(S1)。この回転速度Nは、式(3)より導出される。なお、nの値は、適宜設定される。
上述したように、動特性算出装置18により算出された、回転工具16を含む振動系の動特性は、工作物Wの切削加工を行う際の加工条件の調整に用いる。制御装置20は、調整部21と、制御部22とを備える。
上記したように、回転工具16が異なれば、回転工具16を含む振動系の動特性は、異なる。そこで、動特性算出装置40は、回転工具16の種類に応じて回転工具16の刃部周期Taを自動的に選定し、選定された刃部周期Taに応じた回転速度Nで回転工具16を回転させながら動特性の算出を行う。この場合の動特性算出装置40について、図8を参照して説明する。ただし、図3と同一構成は同一符号を付して、説明を省略する。
上述したように、動特性算出装置18,40は、回転工具16により切削加工を行う工作機械の動特性を算出する装置である。動特性算出装置18,40は、支持部材(11,17)に対して変位可能に弾性支持され、加振部31aの変位量に応じた加振力を回転工具16に付与する加振部31aと、加振部31aにより加振された回転工具16の振動挙動を検出する工具振動検出器32と、回転工具16の振動挙動に基づいて、回転工具16を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する動特性算出部35とを備える。
Claims (12)
- 回転工具により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、
支持部材に対して変位可能に弾性支持され、変位量に応じた加振力を前記回転工具に付与する加振部と、
前記加振部により加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工具振動検出器と、
前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する動特性算出部と、
を備え、
前記回転工具は、1又は複数の刃部を備え、
前記加振部は、前記支持部材に弾性支持されることにより振動し、
前記加振部の振動により、前記加振部の変位量に応じた加振力が前記加振部から前記回転工具に複数回付与され、
前記回転工具の現在の刃部が前記加振部に接触する時から次の刃部が前記加振部に接触する時までの周期を、刃部周期Taとし、
前記加振部の振動周期をTbとし、
前記刃部周期Taは、Tb×(n−0.5)(nは1以上の整数)に設定される、工作機械の動特性算出装置。 - 回転工具により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、
支持部材に対して変位可能に弾性支持され、変位量に応じた加振力を前記回転工具に付与する加振部と、
前記加振部により加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工具振動検出器と、
前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する動特性算出部と、
前記加振部の変位量を検出する加振部変位量検出器と、
前記加振部を含む振動系の動特性と前記加振部の変位量とに基づいて前記加振部が前記回転工具に付与した加振力を算出する加振力算出部と、
を備え、
前記動特性算出部は、前記加振力を入力とし、前記回転工具の振動挙動を出力とした場合における伝達特性である前記動特性を算出する、工作機械の動特性算出装置。 - 前記加振部が前記回転工具に向かって移動し、且つ、前記加振部の移動速度が最大となる時に、前記加振部が前記回転工具に加振力を付与する、請求項1に記載の工作機械の動特性算出装置。
- 前記動特性算出装置は、
前記加振部の変位量を検出する加振部変位量検出器と、
前記加振部を含む振動系の動特性と前記加振部の変位量とに基づいて前記加振部が前記回転工具に付与した加振力を算出する加振力算出部と、
を備え、
前記動特性算出部は、前記加振力を入力とし、前記回転工具の振動挙動を出力とした場合における伝達特性である前記動特性を算出する、請求項1又は3に記載の工作機械の動特性算出装置。 - 前記回転工具は、切削時とは逆方向に回転しながら、前記加振部により前記加振力を付与される、請求項1−4の何れか一項に記載の工作機械の動特性算出装置。
- 前記加振部は、基端を前記支持部材に固定された長尺状の板ばねの自由端部であり、
前記加振部としての前記自由端部が前記回転工具に加振力を付与する、請求項1−5の何れか一項に記載の工作機械の動特性算出装置。 - 前記回転工具は、前記回転工具の中心軸方向が前記板ばねの長尺方向に一致するように配置される、請求項6に記載の工作機械の動特性算出装置。
- 前記動特性算出装置は、
前記回転工具の種類に応じた複数の前記刃部周期を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記刃部周期の中から、動特性の算出対象となる前記回転工具に対応する前記刃部周期を選定する選定処理部と、
を備える、請求項1に記載の工作機械の動特性算出装置。 - 回転工具により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、
支持部材に弾性支持される加振部の変位量に応じた加振力を、前記加振部から前記回転工具に付与する工程と、
加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工程と、
前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する工程と、
を備え、
前記回転工具は、1又は複数の刃部を備え、
前記加振部は、前記支持部材に弾性支持されることにより振動し、
前記加振部の振動により、前記加振部の変位量に応じた加振力が前記加振部から前記回転工具に複数回付与され、
前記回転工具の現在の刃部が前記加振部に接触する時から次の刃部が前記加振部に接触する時までの周期を、刃部周期Taとし、
前記加振部の振動周期をTbとし、
前記刃部周期Taは、Tb×(n−0.5)(nは1以上の整数)に設定される、工作機械の動特性算出方法。 - 回転工具により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、
支持部材に弾性支持される加振部の変位量に応じた加振力を、前記加振部から前記回転工具に付与する工程と、
加振された前記回転工具の振動挙動を検出する工程と、
前記回転工具の振動挙動に基づいて、前記回転工具を振動体の少なくとも一部とする振動系における動特性を算出する工程と、
前記加振部の変位量を検出する工程と、
前記加振部を含む振動系の動特性と前記加振部の変位量とに基づいて前記加振部が前記回転工具に付与した加振力を算出する工程と、
を備え、
前記動特性を算出する工程は、前記加振力を入力とし、前記回転工具の振動挙動を出力とした場合における伝達特性である前記動特性を算出する、工作機械の動特性算出方法。 - 請求項1−8の何れか一項に記載の前記動特性算出装置における少なくとも前記加振部及び前記工具振動検出器を備え、前記動特性算出装置により得られる前記動特性に基づいて加工条件を調整する調整部を備える、工作機械。
- 前記加振部及び前記工具振動検出器は、加工領域以外の位置に配置される、請求項11に記載の工作機械。
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