JPS6222742B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工作機械の加工速度制御方法およ
び装置に関し、特に工作機械の動作時における振
動を検出し、該振動の度合に応じて上記工作機械
の加工速度を補正する方法および装置に関する。

ボール盤、旋盤、フライス盤、プレス、グライ
ンダ等の工作機械においてはNC（数値）制御に
よつて位置決め、加工態様、送り速度等を自動制
御することが一般に行なわれている。

しかるに、上記NC制御を行なう場合、送り速
度はほぼ一定に制御されるのが普通であり、工具
（刃）が加工物に当接するまでの空加工時間の損
失が大きい。この損失は、工作機械の稼動時間が
長ければ長い程無視できないものとなり、終局的
には加工された製品の原価に大きく影響すること
になる。

また、NC制御において上記送り速度を加工状
況（加工位置）に応じて変えることはできるが、
その変速条件を設定することは容易ではない。

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、
工作機械の加工状況を簡単確実に検出し、該検出
した加工状況に応じて上記工作機械の加工速度を
制御することにより、加工に係る時間を短縮して
製品原価の低下に貢献するとともにより安全確実
な加工動作を得る加工速度制御方法および装置を
提供するものである。

この発明によれば、工作機械の動作時における
機械振動を検出するとともに該検出した振動の度
合に応じた速度補正信号を形成し、該形成した速
度補正信号を上記工作機械の自動制御装置に帰還
することにより工作機械の加工状況に応じた最適
加工速度（送り速度）を得る。

以下、この発明に係る加工速度制御方法および
装置について添附図面の実施例を参照し、詳細に
説明する。

第１図は、この発明に係る加工速度制御装置の
一実施例を示すものである。

第１図において、工作機械１０は前述したボー
ル盤、旋盤、フライス盤、プレス、グラインダ等
の機械であり、図示しない適宜な工具を具えてい
る。また、この工具に対応する位置には図示しな
い加工物が取り付けられている。

加速度ピツクアツプ２０は、上記工作機械１０
に適宜装着され、該工作機械１０の動作時におい
て工具が加工物に当接し、加工が開始されること
によつて発生する所定の振動を検出するもので、
該検出した振動のレベルに対応した電気信号を出
力する。なお、上記振動は工具の形状、材質、動
作態様、および加工物の形状、材質等に応じた特
定の周期、振幅および波形を有するものである。

増幅器３０は、上記加速度ピツクアツプ２０か
ら出力される電気信号を増幅するもので、以降段
の処理を行なうための最適利得が設定される。

フイルタ４０は、振動の雑音成分を除却し、前
述した加工に係わる振動に対応する電気信号のみ
をろ波するための帯域通過フイルタであり、この
ろ波周波数は実際に使用する工具の形状、材質、
動作態様、および加工物の形状、材質等によつて
決まる特有の振動周期に対応してその都度設定さ
れる。

ピークホールド回路５０は、上記フイルタ４０
を通過した電気信号（第４図ａ参照）の振動振幅
が正方向（または負方向）にピーク値となる毎に
この値を保持する回路であり、この保持時間は例
えば上記電気信号の振動周期の１周期時間に設定
されている（第４図ｂ参照）。

比較器６０は、判定レベル信号Ｓと上記ピーク
ホールド回路５０から出力されるピーク値保持信
号とを比較し、このピーク値保持信号が上記判定
レベル信号Ｓの電圧レベルを超えたときにのみ所
定の信号を制御装置７０に対して出力する。なお
この実施例装置における上記判定レベル信号Ｓの
電圧レベルは、前述した工作機械１０の工具が加
工物に当接した時点での振動振幅に対応する上記
ピーク値保持信号の電圧レベルよりやや低く設定
されているものとする。したがつて、この比較器
６０からは工具が加工物を実際に加工している間
だけ信号が出力される。

制御装置７０は、前記工作機械１０に対して
NC制御等の自動制御を行なうための周知の装置
である。ただし、工具送り速度（または加工物送
り速度）制御に関しては２段階の送り速度が設定
されており、該２段階の送り速度は上記比較器６
０からの信号の有無によつて切換えられる。ここ
に第１の送り速度は比較器６０から信号が出力さ
れないとき、すなわち空加工時間における高速度
送り（第２の送り速度に比較して）であり、第２
の送り速度は比較器６０から信号が出力されてい
るとき、すなわち実加工時間における低速度送り
である。なお、この送り速度の切換え方法として
は周知のいかなる方法を用いてもかまわない。例
えばこの制御装置７０がVCO（電圧制御発振
器）を具え、該VCOから出力されるパルス信号
に基づいて上記送り速度を制御するものであれ
ば、上記比較器６０の出力信号によつてこの
VCOの制御電圧が減衰または増加するように構
成し、比較器６０から信号が出力されたときに
VCOの発振周波数が適宜変化するようにすれば
よい。

第２図ａ，ｂおよびｃは、工作機械１０による
加工態様例を示すものであり、以下、この加工例
に基づいて上述した実施例装置による加工速度制
御方法を説明する。なお、第２図において１０
１，１０２および１０３は工具、２０１，２０２
および２０３は加工物、３０１，３０２および３
０３は研削代であり、工作機械１０としてはグラ
インダまたはフライス盤を想定している。

さて、第２図ａに示す加工例において、工具１
０１が送り始点Ａの位置にあるときは、工作機械
１０が動作状態にあつたとしても加工に係わる振
動は検出されない。このため比較器６０からは信
号が出力されず、制御装置７０は上記工具１０１
を高速度送りとするよう制御する。またこの速度
制御状態は工具１０１が加工物２０１に当接する
まで保持される。工具１０１が加工物２０１との
当接点Ｂに達すると加速度ピツクアツプ２０には
前述した所定の振動が検出され、したがつて比較
器６０からも所定の信号が出力され、制御装置７
０は上記工具１０１を定常送り（低速度送り）と
するよう制御する。この速度制御状態は所望の研
削または切削が終了するまで保持される。そして
工具１０１が研削または切削終了点Ｃに達して送
りが停止される（通常のNC制御による動作）と
加工に係わる振動も発生しなくなることからこの
検出は行なわれず、制御装置７０は上記工具１０
１を高速度で送り始点Ａまで引き戻すよう制御す
る。

また、第２図ｂに示す加工例においては、工具
１０２が送られるＡ位置→Ｂ位置→Ｃ位置間のう
ち、ほとんど無負荷の状態であるＡ位置→Ｂ位置
間の送り速度が上述した理由により高速制御さ
れ、加工状態（負荷状態）であるＢ位置→Ｃ位置
間の送り速度が定常速度（低速）制御される。な
お、加工物２０２の加工形状は通常のNC制御に
基づいて形成される。

第２図ｃに示す加工例は自動切込付の治具グラ
インダによる自動切込みの例であり、最初、工具
１０３は円軌道Ａで回転している。この状態は無
負荷の状態であり、したがつて送り速度も高速度
制御される。円軌道半径が次第に大きくなつて上
記工具１０３が円軌道Ｂに達し、加工物２０３の
内壁との接触を始めるとこの実施例装置は前述し
た所定の振動を検出する。これにより制御装置７
０は上記工具１０３の送り速度を定常速度（低
速）に制御する。この速度制御状態は所望の研削
が終了するまで（工具１０３の回転軌道が円軌道
Ｃとなるまで）保持される。

このように、加工物を研削または切削加工する
際に上述した実施例装置を用い、上述した速度制
御方法を施すことにより工具が加工物に当接する
までの空加工時間を著しく短縮することができ
る。

第３図は、第１図に示した速度制御装置の他の
実施例を示すものであり、実加工時間における振
動を検出して上述した送り速度を制御するととも
に、上記振動の検出レベルに応じてさらに送り速
度を制御し、より無駄のない安定した加工速度制
御を実現するものである。なお、第３図において
第１図に示した回路または装置と同一のものには
同一の番号を付して示しており、重複する説明は
省略する。

さて、この実施例装置は第１比較器６１によつ
て工作機械１０が空加工状態であるか実加工状態
であるかを判断し、第２，第３および第４比較器
６２，６３および６４によつて工作機械１０の実
加工状態における振動レベルの大小を監視する。
この様子を第４図のタイミングチヤートに示す。

すなわち、これら第１〜第４比較器６１〜６４
は第１図に示した比較器６０と同様の動作を行な
うものであり、これら比較器の判定レベル信号Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３およびＳ４は第４図ｂに示すピー
クホールド出力（ピーク値保持信号）に対してそ
れぞれ同第４図ｂに破線で示すような電圧レベル
に任意設定される。これにより、第１比較器６１
からは工作機械１０が実加工状態にある間中所定
の信号が出力され（第４図ｃ参照）、第４比較器
６４からは同じく実加工状態において最大振動発
生時に所定の信号が出力され（第４図ｆ参照）、
第２および第３比較器６２および６３からはこれ
ら第１および第４比較器６１および６４による振
動レベル判定を適宜補間する形で所定の信号が出
力される（第４図ｄおよびｅ参照）。

これら第１〜第４比較器６１〜６４の出力を受
入する制御装置７００は、基本的には第１図に示
した制御装置７０と同一の機能を有するものであ
り、工作機械１０に対してNC制御等の自動制御
を実行している。ただし、工具送り速度（または
加工物送り速度）制御に関しては５段階の送り速
度が設定されており、該５段階の送り速度は上述
した第１〜第４比較器６１〜６４からの信号の有
無によつて切換えられる。ここに第１の送り速度
は第１〜第４比較器６１〜６４のいずれからも信
号が出力されないとき、すなわち空加工時間にお
ける高速度送り（以下述べる第２〜第５の送り速
度に比較して）であり、第５の送り速度は第１〜
第４比較器６１〜６４のすべてから信号が出力さ
れているとき、すなわち実加工状態の最大振動発
生時における低速度送りであり、第２〜第４の送
り速度は第１比較器６１、第１〜第２比較器６１
〜６２または第１〜第３比較器６１〜６３から信
号が出力されているとき、すなわち実加工状態の
初期振動（小振動）発生時における中速度送りで
ある（ただし、第２の送り速度＜第３の送り速度
＜第４の送り速度）。

したがつて、例えば上記第５の送り速度を従来
装置でいう定常送り速度に設定すれば、空加工時
間が短縮されるとともに実加工時間も小振動時に
おいて短縮される。この実施例装置を用いた加工
速度制御方法は、特に第２図ｂに示したような研
削量が一定でない研削加工を行なう場合に有効で
ある。

なお、上述した第１〜第５の送り速度の切換え
にはいかなる方法を用いてもよく、例えばデイジ
タル的に処理する場合には、第１〜第４比較器６
１〜６４の出力から４ビツトのデイジタルコード
信号を形成し、また上記第１〜第５の送り速度を
示す情報をメモリに記憶し、上記コード信号をア
ドレスとして上記メモリから所定の送り速度情報
を読み出すようにする。また、この制御装置７０
０が前述した制御装置７０と同様にVCOを具
え、該VCOから出力されるパルス信号に基づい
て上記送り速度を制御するものであれば、上記第
１〜第４比較器６１〜６４の出力の加算信号によ
つてこのVCOの制御電圧が減衰または増加する
ように構成し、第１〜第４比較器６１〜６４の出
力態様に応じてVCOの発振周波数が適宜変化す
るようにすればよい。

ただし、この実施例装置において比較器の数、
すなわち設定する送り速度の数は種々加工条件に
応じて任意に設定できるものである。

第５図は、この発明に係る加工速度制御装置の
さらに他の実施例を示すものであり、この実施例
装置は工作機械１０の加工状況に応じた最適加工
速度をアナログシーケンシヤルに制御しようとす
るものである。

すなわち、工作機械１０の加工状況に応じてレ
ベルの異なるピーク値保持信号（ピークホールド
出力；第４図ｂ参照）を直接制御装置７０００に
加え、このピーク値保持信号をもつて例えば制御
装置７０００内に具えられた速度制御用VCOの
制御電圧を補正制御する。これにより工具の形
状、材質、動作態様、および加工物の形状、材質
等に応じた瞬時毎の最適加工速度が設定制御され
ることになり、工作機械１０における加工動作ロ
スが大幅に削減されるとともに加工動作の信頼性
も向上する。

なお、第１図、第３図および第５図にそれぞれ
示した実施例装置において、フイルタ４０の出力
を抽出して適宜な時間計に加えるよう構成するこ
とにより、工作機械１０の実稼動時間を計時する
こともでき、またピークホールド回路５０の出力
を抽出して適宜な警報装置または保護装置に加え
るよう構成することにより、工作機械１０の安全
性を向上することもできる。さらに、ピークホー
ルド回路５０の出力を適宜なレベル表示回路に加
えるよう構成し、工作機械１０の加工状況および
制御態様を目視で監視できるようにしてもよい。
勿論、前述した加工速度制御に加えこれらの機能
が同時に実現できるように構成してもよい。

また、上記ピークホールド回路５０の代わりに
平均値回路を用い、加速度ピツクアツプ２０によ
つて検出した振動の平均レベルによつて工作機械
１０の加工状況を監視するようにしてもよい。す
なわちこの監視信号は、上記検出した振動のレベ
ルに基づいて工作機械１０の加工状況が判断でき
るものであればいかなる信号であつてもよい。

さらに第１図に示した実施例装置においては、
比較器６０の出力を適宜なカウンタまたはタイマ
ーにも加える構成とすることにより、工具または
加工物の送り量をこのカウンタまたはタイマーの
出力によつて制御することもできる。

以上説明したようにこの発明に係る加工速度制
御方法および装置によれば、工作機械の加工時間
を大幅に短縮することができ、したがつて製品原
価の低下に大きく貢献する。また製品加工におけ
る信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図および第５図はそれぞれこの発
明に係る加工速度制御方法および装置の一実施例
を示す図、第２図は工作機械による加工物の加工
態様を示す図、第４図は実施例装置の動作を示す
タイミングチヤートである。 １０……工作機械、２０……加速度ピツクアツ
プ、３０……増幅器、４０……フイルタ、５０…
…ピークホールド回路、６０，６１，６２，６
３，６４……比較器、７０，７００，７０００…
…制御装置、１０１，１０２，１０３……工具、
２０１，２０２，２０３……加工物、３０１，３
０２，３０３……研削代。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械における工具または加工物の送り速
   度を制御する加工速度制御方法において、振動計
   による前記工作機械の機械的振動の検出に基づい
   て前記工具と前記加工物との接触および該接触後
   の加工状況を検知し、これら検知した工具と加工
   物との接触の有無および接触後の加工状況に応じ
   て前記工具または加工物の送り速度を制御するこ
   とを特徴とする加工速度制御方法。 ２ 工具または加工物の送り等が自動制御される
   工作機械に装着されてこの機械的振動を検出する
   加速度振動計と、 該振動計の検出振動レベルに応じて前記工作機
   械における工具と加工物との接触の有無を検知す
   る第１の検知手段と、 同じく振動計の検出振動レベルに応じて前記工
   具と加工物との接触後における同工作機械の加工
   状況を検知する第２の検知手段と、 これら第１および第２の検知手段による検知結
   果に応じて前記自動制御される前記工具または加
   工物の送り速度を補正する補正手段と を具えた加工速度制御装置。 ３ 前記第１の検知手段は、比較基準値として前
   記工具と加工物との接触時における前記加速度振
   動計の出力レベルに対応した値が設定されている
   １つの比較器からなり、 前記第２の検知手段は、それぞれ比較基準値と
   して前記工具と加工物との接触後における前記加
   速度振動計の出力レベルについてこの変化範囲を
   段階的に細分した複数種のレベルにそれぞれ対応
   した値が設定されている複数の比較器からなる特
   許請求の範囲第２項記載の加工速度制御装置。