Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2014140918A - Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool - Google Patents

Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool Download PDF

Info

Publication number
JP2014140918A
JP2014140918A JP2013009745A JP2013009745A JP2014140918A JP 2014140918 A JP2014140918 A JP 2014140918A JP 2013009745 A JP2013009745 A JP 2013009745A JP 2013009745 A JP2013009745 A JP 2013009745A JP 2014140918 A JP2014140918 A JP 2014140918A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cutting
frequency
chatter
tool
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013009745A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Yamanaka
敏夫 山中
Takehisa Yoshikawa
武尚 吉川
Nobuaki Nakasu
信昭 中須
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2013009745A priority Critical patent/JP2014140918A/en
Priority to PCT/JP2013/079811 priority patent/WO2014115395A1/en
Publication of JP2014140918A publication Critical patent/JP2014140918A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41115Compensation periodical disturbance, like chatter, non-circular workpiece

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit chatter vibrations in cutting equipment.SOLUTION: In a method for correcting a processing state when the presence of chatter vibrations is determined by judging vibrations, which are generated during cutting, by using a chatter index, a cutting frequency and its high-order frequency, and a chatter frequency and its high-order frequency are computed from a processing frequency; such a number of revolution of a rotating shaft as to decrease a phase difference between the cutting frequency and the chatter frequency is computed; and a cutting condition is changed on the basis of the result of computation.

Description

本発明は、切削加工で発生する振動を抑止する方法とその機能を備える演算制御装置、および工作機械に関する。   The present invention relates to a method for suppressing vibration generated in cutting, an arithmetic control device having the function, and a machine tool.

本発明の背景技術として、特開2008−290186号公報(特許文献1)がある。該広報には、切削加工中に生じる異常振動、いわゆるびびり振動を、振動を検出するセンサで検出し、びびり振動数領域の振動が所定の閾値を超えた場合に、びびり振動を抑制可能な回転軸の最適回転速度を算出する演算手段が開示されている。この手段では、まず、振動センサを回転軸ハウジングに取り付け、そのセンサから得られる振動加速度をFFT(Fast Fourier Transform)演算装置でフーリエ解析を行い、最大加速度とその周波数(びびり振動数)を求める。予め設定された所定の閾値を最大加速度が超えた場合にびびり振動が発生しているとして、回転軸の回転数を制御してびびり振動の抑制を行なう方法が開示されている。   As a background art of the present invention, there is JP-A-2008-290186 (Patent Document 1). In this public relations, abnormal vibration that occurs during cutting, so-called chatter vibration, is detected by a sensor that detects vibration, and rotation that can suppress chatter vibration when vibration in the chatter frequency range exceeds a predetermined threshold value. An arithmetic means for calculating the optimum rotational speed of the shaft is disclosed. In this means, first, a vibration sensor is attached to the rotary shaft housing, and the vibration acceleration obtained from the sensor is subjected to Fourier analysis with an FFT (Fast Fourier Transform) computing device to obtain the maximum acceleration and its frequency (chatter frequency). A method is disclosed in which chatter vibration is generated when the maximum acceleration exceeds a predetermined threshold value set in advance, and the chatter vibration is suppressed by controlling the number of rotations of the rotation shaft.

また、特開2012−206230号公報(特許文献2)では、回転軸用モータの電流値と周波数フィルタの組み合わせでびびり振動を検出する手段を開示している。この手段では、まず、回転軸を駆動するモータの電流から既知のトルク換算情報をもとにトルクに換算する。回転軸に設けられた、エンコーダから回転軸の角速度を求め、回転速度領域の周波数を遮断するローパスフィルタをトルク波形にかける。ローパスフィルタの遮断周波数を高周波にすることで、フィルタを通したトルク波形からびびり振動を検出する手法で、演算にデータ量を必要とするFFT装置によるフーリエ解析より短時間でびびり振動の検出が可能である技術を開示している。   Japanese Patent Laying-Open No. 2012-206230 (Patent Document 2) discloses means for detecting chatter vibration by a combination of a current value of a rotary shaft motor and a frequency filter. In this means, first, torque is converted from the current of the motor that drives the rotary shaft based on known torque conversion information. The angular velocity of the rotating shaft is obtained from the encoder provided on the rotating shaft, and a low-pass filter that cuts off the frequency in the rotating speed region is applied to the torque waveform. By making the cutoff frequency of the low-pass filter high, chatter vibration is detected from the torque waveform that has passed through the filter, and chatter vibration can be detected in a shorter time than Fourier analysis using an FFT device that requires data for computation. The technology which is is disclosed.

特開2012−56051号公報(特許文献3)では、回転軸に変位センサを装着し、この変位センサから得られる信号の自己相関係数の増減の態様でびびり振動の有無を識別するとともに、びびり振動を抑制する手段を開示している。時間経過に伴う自己相関係数の波形の極大値が、切れ刃が被削材に接触する周期からずれている場合、びびり振動が発生しているので、この状態をモニタすることでびびり振動の発生を検出できるとしている。また、時間経過に伴う自己相関係数波形の極大値と、切れ刃が被削材に接触する周期のずれを補正するように回転軸の回転数を増減することで、びびり振動が抑制できる技術を開示している。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2012-56051 (Patent Document 3), a displacement sensor is attached to a rotating shaft, and the presence or absence of chatter vibration is identified in a manner of increasing or decreasing the autocorrelation coefficient of a signal obtained from the displacement sensor, and chatter is detected. Means for suppressing vibration are disclosed. If the maximum value of the autocorrelation coefficient waveform over time deviates from the period in which the cutting edge contacts the work material, chatter vibration has occurred. The occurrence can be detected. In addition, the technology that can suppress chatter vibration by increasing or decreasing the rotation speed of the rotary shaft so as to correct the maximum value of the autocorrelation coefficient waveform over time and the deviation of the period in which the cutting edge contacts the work material Is disclosed.

特開2008−290186号公報JP 2008-290186 A 特開2012−206230号公報JP 2012-206230 A 特開2012−56051号公報JP 2012-56051 A

特許文献1に示される手法は、びびり振動をフーリエ変換によりびびり周波数における波形の振幅(スペクトルの大きさ)で評価し、スペクトルがあらかじめ定めた閾値を超えたらびびり振動と判定する。この閾値は、使用する工具や加工条件によって変化する。よって、加工工具やその加工条件に合わせた閾値をあらかじめ実験などで求めてデータとして保有しておかなければならないため、閾値を求めるのに莫大な時間を要する第一の課題があった。また、びびり振動の周波数が、スペクトルから一意に求められる現象のびびり振動を抑制する回転軸の回転数の求め方を示している。しかし、スペクトルを表示した結果、びびり振動による成分と切削振動の高次成分が混在する線図となると、線図のどの山谷がびびり振動成分によるものか識別でず、よって、びびり振動を抑制する根拠となるびびり振動の周波数が特定できない場合がある第二の課題があった。   In the technique disclosed in Patent Document 1, chatter vibration is evaluated by the amplitude of the waveform at the chatter frequency (spectrum size) by Fourier transform, and is determined to be chatter vibration when the spectrum exceeds a predetermined threshold. This threshold varies depending on the tool used and the machining conditions. Therefore, since a threshold value in accordance with the machining tool and its machining conditions must be obtained in advance through experiments or the like and held as data, there is a first problem that requires enormous time to obtain the threshold value. Further, it shows how to determine the rotational speed of the rotating shaft that suppresses chatter vibration, a phenomenon in which the frequency of chatter vibration is uniquely determined from the spectrum. However, as a result of displaying the spectrum, if the diagram shows a mixture of chatter vibration components and cutting vibration higher-order components, it is not possible to identify which peaks and valleys of the diagram are due to chatter vibration components, and thus suppress chatter vibration. There was a second problem in which the frequency of chatter vibration as a basis could not be specified.

特許文献2に示される手法は、びびり振動をローパスフィルタをかけたトルク波形から判定する。この手法も、かけるべきローパスフィルタの特性を、使用する工具や加工条件によって変える必要があり、その特性をあらかじめ実験などで決めるために莫大な時間を要する問題があった(第一の課題と同様)。   In the method disclosed in Patent Document 2, chatter vibration is determined from a torque waveform applied with a low-pass filter. In this method, the characteristics of the low-pass filter to be applied need to be changed depending on the tool to be used and the processing conditions, and there is a problem that takes a lot of time to determine the characteristics beforehand through experiments (similar to the first problem) ).

特許文献3に示される手法は、自己相関係数の時間変化の波形からびびり振動を判定するが、周期ずれだけでは加工結果に有害となる振幅のびびり振動か識別できず、何らかの、閾値で評価する必要がある欠点を有する。この閾値をあらかじめ準備しようとすると、工具と加工条件によって実験などで求めなくてはならず多大な時間を要する問題があった(第一の課題と同様)。また、自己相関係数の時間変化の波形の位相から、びびり振動を抑止する回転軸の回転数を求めるにあたって、位相を特定する波形がびびり振動によるものである確証がない課題があった(第二の課題と同様)。また、特許文献1および2では、回転軸の回転数を変更してびびり振動を抑止する手法を採用しているが、回転軸の回転数は、工具の切削速度を決定する主因子である。工具の切削速度は、工具摩耗を支配する因子であり、びびり振動を抑止するために速い切削速度を選定すると、切削工具が異常摩耗する現象を呈する第三の課題があった。   In the method disclosed in Patent Document 3, chatter vibration is determined from the waveform of the autocorrelation coefficient with time. However, it is not possible to identify chatter vibration with an amplitude that is harmful to the machining result only by the period shift, and evaluation is performed with some threshold value. Has the disadvantages that need to be done. When trying to prepare this threshold value in advance, there was a problem that required a lot of time because it had to be obtained by experiments or the like depending on the tool and machining conditions (similar to the first problem). In addition, when obtaining the rotation speed of the rotating shaft that suppresses chatter vibration from the phase of the time-varying waveform of the autocorrelation coefficient, there was a problem that there was no confirmation that the waveform specifying the phase was due to chatter vibration (No. 1). Same as the second issue). In Patent Documents 1 and 2, a method of suppressing chatter vibration by changing the number of rotations of the rotating shaft is adopted, but the number of rotations of the rotating shaft is a main factor that determines the cutting speed of the tool. The cutting speed of the tool is a factor governing tool wear, and when a high cutting speed is selected in order to suppress chatter vibration, there is a third problem in which the cutting tool exhibits abnormal wear.

まとめると、以下のような課題があった。   In summary, there were the following problems.

(1)びびり振動を特定する閾値の決定に多大な時間を要する課題。
(2)びびり振動を抑止する根拠となる周波数の特定が困難な現象の課題。
(3)過度に速い回転軸の回転数を選定すると切削工具が異常摩耗する課題。
(1) A problem that takes a long time to determine a threshold value for identifying chatter vibration.
(2) A problem of a phenomenon in which it is difficult to specify a frequency that is a basis for suppressing chatter vibration.
(3) The problem that the cutting tool wears abnormally when an excessively high rotational speed is selected.

以上を鑑み、本発明の目的は、びびり振動の発生を検出して、びびり振動を抑止する加工条件を求めるにあたり、上述の課題(1)〜(3)の少なくとも1つ、あるいは全てを解決できること、すなわち、以下のような点を実現できる技術を提供することにある。   In view of the above, an object of the present invention is to solve at least one or all of the above-described problems (1) to (3) in detecting the occurrence of chatter vibration and obtaining a machining condition for suppressing chatter vibration. That is, it is to provide a technique capable of realizing the following points.

(1)びびり振動を特定する閾値の決定を短時間にして、費用を抑える。
(2)びびり振動を抑止する根拠の特定を確実にする。
(3)工具を異常摩耗させないため、びびり振動抑止の選択肢を増やす。
(1) Reduce the cost by shortening the determination of the threshold value for identifying chatter vibration.
(2) Ensure that the basis for suppressing chatter vibration is specified.
(3) Increase the options for chatter vibration suppression to prevent abnormal wear of the tool.

上記目的を達成するため、本発明の代表的な形態は、前述の切削加工にあたって発生するびびり振動の問題に対処するために、びびり振動発生を特定し、その周波数を求めて、工具に異常を生じない方法で切削振動を抑止する方法であり、以下に示す方法を用いることを特徴とする。   In order to achieve the above object, in order to cope with the problem of chatter vibration generated in the above-described cutting process, the representative embodiment of the present invention specifies chatter vibration occurrence, obtains its frequency, and makes the tool abnormal. This is a method of suppressing cutting vibration by a method that does not occur, and is characterized by using the following method.

(1)加工で生じる振動をセンサで取得して、その振動データから切削周波数とびびり周波数および両者の大きさを算出する処理と、(2)算出結果から、びびり振動の発生有無を定量的に判定するびびり指数を求めて、びびり振動が発生している状態では、切削周波数とびびり周波数の位相差を小さくするような、回転軸回転数を演算する処理と、(3)この回転数に切削加工条件を変更することで、びびり振動の抑止を行なう処理と、(4)変更した後の回転軸回転数が、工具に異常を招く切削速度領域に該当するか判別し、変更後の回転軸回転数が適切でないとの判断した場合には工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで小さくする処理とを行なう。   (1) A process for obtaining vibration generated by machining with a sensor and calculating a cutting frequency and a chatter frequency and the magnitude of both from the vibration data, and (2) quantitatively determining whether or not chatter vibration has occurred from the calculation result. The chatter index to be determined is calculated, and in the state where chatter vibration is occurring, a process of calculating the rotational shaft rotational speed to reduce the phase difference between the cutting frequency and the chatter frequency, and (3) cutting at this rotational speed. A process for suppressing chatter vibration by changing the machining conditions, and (4) determining whether the rotational speed of the rotating shaft after the change corresponds to a cutting speed region that causes an abnormality in the tool. When it is determined that the rotational speed is not appropriate, a process of reducing the cutting depth of the tool until chatter vibration is suppressed is performed.

より簡略に述べれば、本発明は切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態を、回転軸回転数、工具切り込み量(経路)を補正することで、切削振動を抑止する方法・演算制御装置・工作機械などを提供することを可能にする。   More simply, in the present invention, as a result of determining vibration generated during cutting using the chatter index, the machining state determined to have chatter vibration is determined based on the rotational speed of the rotating shaft and the amount of tool cutting (path). By correcting the above, it becomes possible to provide a method, an arithmetic control device, a machine tool, etc. for suppressing cutting vibration.

また、切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態の矯正方法であって、加工周波数から切削周波数とその高次周波数とびびり周波数とその高次周波数を算出し、前記切削周波数と前記びびり周波数の位相差を小さくするような回転軸回転数を算出し、前記算出結果に基づいて切削加工条件を変更することを特徴とする切削振動抑止方法である。   In addition, as a result of judging vibration generated during cutting using the chatter index, it is a method for correcting a machining state that is judged to have chatter vibration, which is based on the machining frequency, its cutting frequency, its higher order frequency and chatter frequency. And a high-order frequency thereof, a rotation shaft rotational speed that reduces a phase difference between the cutting frequency and the chatter frequency is calculated, and cutting conditions are changed based on the calculation result. This is a vibration suppression method.

本発明の代表的な形態によれば、前述の従来の課題(1)〜(3)等に対応した以下のような効果の少なくとも1つあるいは全部を有する。   According to the typical embodiment of the present invention, at least one or all of the following effects corresponding to the above-described conventional problems (1) to (3) are provided.

(1)びびり振動を特定する閾値の決定を短時間にして、費用を抑える。
(2)びびり振動を抑止する根拠の特定を確実にする。
(3)工具を異常摩耗させないため、びびり振動抑止の選択肢を増やす。
(1) Reduce the cost by shortening the determination of the threshold value for identifying chatter vibration.
(2) Ensure that the basis for suppressing chatter vibration is specified.
(3) Increase the options for chatter vibration suppression to prevent abnormal wear of the tool.

本発明の工作機械の全体概略構成を示す図である。It is a figure showing the whole machine tool outline composition of the present invention. 工作機械を制御するための演算・制御装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the arithmetic and control apparatus for controlling a machine tool. 構成要素を簡略化した演算・制御装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the arithmetic / control apparatus which simplified the component. びびり振動を説明した図で、工具が工作物加工している形態例である。It is a figure explaining chatter vibration, and is an example in which a tool is processing a workpiece. びびり振動を説明した図で、びびり振動が発生していない切削力波形例である。It is a figure explaining chatter vibration, and is an example of a cutting force waveform in which chatter vibration does not occur. びびり振動を説明した図でびびり振動が発生している切削力波形例である。It is the example of the cutting force waveform which chatter vibration has generate | occur | produced in the figure explaining chatter vibration. びびり指数の算出方法を説明する図であり、びびり振動が発生していない切削力波形をFFT処理した線図例である。It is a figure explaining the calculation method of a chatter index | exponent, and is the example of a diagram which FFT-processed the cutting force waveform in which chatter vibration has not generate | occur | produced. びびり指数の算出方法を説明する図であり、びびり振動が発生している切削力波形をFFT処理した線図例である。It is a figure explaining the calculation method of a chatter index | exponent, and is the example of a diagram which FFT-processed the cutting force waveform in which chatter vibration has generate | occur | produced. びびり振動が発生している切削力波形例である。It is an example of the cutting force waveform which chatter vibration has generate | occur | produced. 切削力成分とびびり振動成分の位相差αの一例を示し、びびり振動を抑止する回転軸回転数の算出法の説明図である。It is explanatory drawing of the calculation method of the rotating shaft rotational speed which shows an example of phase difference (alpha) of a cutting force component and chatter vibration component, and suppress chatter vibration. びびり振動が発生する不安定領域とびびり振動が発生しない安定領域を説明する線図例である。It is the example of a diagram explaining the unstable area | region where chatter vibration generate | occur | produces, and the stable area | region which chatter vibration does not generate | occur | produce. 加工形態例でびびり振動を抑止する目的で切り込み量を低減する工具移動方向例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a tool movement direction which reduces the amount of cuts in order to suppress chatter vibration in the example of a processing form. 演算制御装置においてびびり振動の判定、びびり振動抑止処理のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the chatter vibration determination and chatter vibration suppression processing in the arithmetic and control unit.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用する工作機械の全体主要部の構成概要である。図1において、1は工作機械全体、2は工具回転主軸、3は、NC(Numerical Control)装置、4はテーブル、5は通信I/F(Inter Face)、6は、演算・制御装置、Tは切削工具、Wは工作物である。   FIG. 1 is an outline of the configuration of the entire main part of a machine tool to which the present invention is applied. In FIG. 1, 1 is the whole machine tool, 2 is a tool rotation spindle, 3 is an NC (Numerical Control) device, 4 is a table, 5 is a communication I / F (Inter Face), 6 is an arithmetic / control device, T Is a cutting tool and W is a workpiece.

工作機械1は、工具回転主軸2が工具Tを回転させながら、テーブル4に搭載された工作物Wとの相対的な位置をNC装置3で制御して、工作物Wの切削加工を行う。図1では、工具回転主軸2と工作物Wが、矢印で方向を示したX、Y、Zの3方向に移動する直交3軸制御の工作機械の一例を示したが、工具回転主軸2が旋回動作する、あるいはテーブル4が回転動作を行なう4軸以上を制御して加工する多軸制御工作機械であってもよい。また、図1では、工具Tが回転する形態の工作機械1を例示したが、工作物Wが回転する形態の工作機械であってもよい。   The machine tool 1 performs cutting of the workpiece W by controlling the relative position with the workpiece W mounted on the table 4 by the NC device 3 while the tool rotation spindle 2 rotates the tool T. FIG. 1 shows an example of a machine tool of orthogonal three-axis control in which the tool rotation main spindle 2 and the workpiece W move in three directions X, Y, and Z indicated by arrows. It may be a multi-axis control machine tool that performs a turning operation or controls and processes four or more axes on which the table 4 rotates. Moreover, although the machine tool 1 of the form in which the tool T rotates was illustrated in FIG. 1, the machine tool of the form in which the workpiece W rotates may be used.

工作機械1には、切削加工中の振動を検出するセンサ(図示せず)が組み込まれている。センサの種類は、力センサ、加速度センサ、変位センサ、音センサなどの振動を信号に変換できるセンサが組み込まれている。基本構成としては、いずれか1種類のセンサを組み込めば、振動情報を入手できるが、判定の信頼性を向上させるために2種類以上のセンサを組み込んでもよい。センサを組み込む位置は、テーブル4、あるいは、工具回転主軸2が代表例である。音センサでは、工作機械1の外部に設置して加工中の音を収集することも可能である。センサの検出方向は、切削工具Tの全方位の振動を検出するため音センサを除いてX、Y、Z方向を検出可能にしている。切削工具Tの移動方向が限定されるような構成の工作機械では、センサの数を少なくしてもよい。   The machine tool 1 incorporates a sensor (not shown) that detects vibration during cutting. As the sensor type, a sensor capable of converting vibration into a signal such as a force sensor, an acceleration sensor, a displacement sensor, and a sound sensor is incorporated. As a basic configuration, vibration information can be obtained by incorporating any one type of sensor, but two or more types of sensors may be incorporated in order to improve the reliability of the determination. A typical example of the position where the sensor is incorporated is the table 4 or the tool rotation spindle 2. The sound sensor can be installed outside the machine tool 1 to collect sound during processing. With respect to the detection direction of the sensor, in order to detect vibrations in all directions of the cutting tool T, the X, Y, and Z directions can be detected except for the sound sensor. In a machine tool having a configuration in which the moving direction of the cutting tool T is limited, the number of sensors may be reduced.

上述のような構成で、切削工具Tが工作物Wを切削加工中に発生する振動はセンサで検出されて、通信I/F5を経由して演算・制御装置6に信号が送られる。演算・制御装置6では、送られてきた振動に関する信号を演算処理して加工条件に関わる変更が必要な判定結果となったら、工作機械の加工条件を変更する制御指令を通信I/F5を経由してNC装置3に送り込む。NC装置3はこの制御指令を受けて、工作機械1で予定されていた加工条件を変更して以後の加工を行う。   With the configuration as described above, vibration generated when the cutting tool T cuts the workpiece W is detected by a sensor, and a signal is sent to the calculation / control device 6 via the communication I / F 5. In the arithmetic / control device 6, when a signal related to the vibration that has been sent is processed and a determination result that requires a change related to the machining condition is obtained, a control command for changing the machining condition of the machine tool is sent via the communication I / F5. And sent to the NC device 3. In response to this control command, the NC device 3 changes the machining conditions scheduled for the machine tool 1 and performs subsequent machining.

図1では、通信I/F5、演算・制御装置6が、工作機械1の外部に配置されている一例を示したが、通信I/F5、演算・制御装置6は工作機械1のNC装置3を組み込んだ制御装置全体(図示せず)に組み入れてもよい。   Although FIG. 1 shows an example in which the communication I / F 5 and the calculation / control device 6 are arranged outside the machine tool 1, the communication I / F 5 and the calculation / control device 6 are the NC device 3 of the machine tool 1. May be incorporated in the entire control device (not shown).

図2を用いて、演算・制御装置6の構成概要を説明する。   An outline of the configuration of the calculation / control apparatus 6 will be described with reference to FIG.

図2において、601はCPU(Central Processing Unit)、602はROM(Read Only Memory)、603はRAM(Randam Access Memory)、604は磁気ディスクドライブ、605は光ディスクドライブ、606は光ディスク、607はディスプレイ、608はマウス、609はキーボード、610はプリンタ、611はプログラム、612はデータである。   2, 601 is a CPU (Central Processing Unit), 602 is a ROM (Read Only Memory), 603 is a RAM (Random Access Memory), 604 is a magnetic disk drive, 605 is an optical disk drive, 606 is an optical disk, 607 is a display, 608 is a mouse, 609 is a keyboard, 610 is a printer, 611 is a program, and 612 is data.

外部のセンサ7、通信I/F5から信号が演算・制御装置6に送り込まれ、演算処理等は、CPU601が磁気ディスクドライブ604や光ディスク606やROM602からデータをRAM603へロードしてプログラム処理を実行することにより実現される。制御指令の送出が必要な演算結果においても、送出すべき制御指令の作成は、上記と同様にプログラム処理を実行することにより実現される。通信I/F装置5には、通信ネットワーク(LAN)8に接続する機能を備えさせて、他の装置とデータ通信する処理を行う構成にしてもよい。マウス608やキーボード609は、ユーザがデータや指示の入力に用いる。ディスプレイ607やプリンタ610は、処理に基づき、画面/紙面に各種データやユーザインタフェイス情報を表示/印刷出力する。ユーザインタフェイス情報としては、例えばセンサ7の信号データやその処理結果情報や指令の入出力などを含む。   Signals are sent from the external sensor 7 and the communication I / F 5 to the arithmetic / control device 6, and the CPU 601 loads data from the magnetic disk drive 604, the optical disk 606, and the ROM 602 to the RAM 603 and executes program processing. Is realized. Even in a calculation result that requires sending of a control command, creation of a control command to be sent is realized by executing program processing in the same manner as described above. The communication I / F device 5 may be configured to have a function of connecting to a communication network (LAN) 8 and perform processing for data communication with other devices. A mouse 608 and a keyboard 609 are used by a user to input data and instructions. The display 607 and the printer 610 display / print out various data and user interface information on the screen / paper based on the processing. The user interface information includes, for example, signal data of the sensor 7, processing result information, command input / output, and the like.

図2の例は、ディスプレイ607、マウス608、キーボード609、プリンタ610を備え、プログラム611や演算に必要なデータは磁気ディスクに格納した形態である。生産に用いる工作機械では、演算・制御に用いるプログラム611やデータ612の変更の機会が少ないことが多い。このような、工作機械では、演算・制御装置6が工作機械1の外部に付属している形態は、工作機械の操作で演算・制御装置6が邪魔になる。その場合、次の図3に示すように演算・制御装置を簡素化して、工作機械1の制御機器の収容部分に格納することも可能である。   The example of FIG. 2 includes a display 607, a mouse 608, a keyboard 609, and a printer 610, and a program 611 and data necessary for calculation are stored on a magnetic disk. Machine tools used for production often have few opportunities to change programs 611 and data 612 used for computation and control. In such a machine tool, the calculation / control device 6 attached to the outside of the machine tool 1 is obstructed by the operation of the machine tool. In that case, as shown in FIG. 3, it is possible to simplify the arithmetic / control device and store it in the accommodating portion of the control device of the machine tool 1.

図3は、図2の演算・制御装置を簡素化した構成例を示している。用いた記号は、図3と同様である。演算・制御に必要なプログラム611、データ612はROMに格納して利用する。図2のディスプレイ607、マウス608、キーボード609およびプリンタ610は省略される。ユーザインタフェイス等はNC装置3が備える入出力装置や表示装置を利用する構成にすることで代用ができる。   FIG. 3 shows a simplified configuration example of the calculation / control apparatus of FIG. The symbols used are the same as in FIG. A program 611 and data 612 necessary for calculation and control are stored in a ROM and used. The display 607, mouse 608, keyboard 609, and printer 610 in FIG. 2 are omitted. A user interface or the like can be substituted by using an input / output device or a display device provided in the NC device 3.

ここで、びびり振動を図4および表1を用いて簡単に説明する。   Here, chatter vibration will be briefly described with reference to FIG.

図4(a)は、切削工具が工作物に溝を加工する形態例を示しており、表1はその加工の条件例を示している。図4(b)(c)は、図4(a)の加工で得られる切削力の時間変化を示した例である。図4において、Tは回転切削工具でエンドミル、Wは工作物で一例としては機械構造用炭素工鋼である。   FIG. 4A shows an example in which the cutting tool forms a groove in the workpiece, and Table 1 shows an example of the processing conditions. 4 (b) and 4 (c) are examples showing the change over time of the cutting force obtained by the processing of FIG. 4 (a). In FIG. 4, T is a rotary cutting tool and an end mill, W is a workpiece, and an example is carbon steel for machine structure.

図4(a)では、エンドミルTが矢印nの方向に回転して、矢印fの方向に進行して、機械構造用炭素工鋼W1に深さapの溝を加工している。加工条件は一例として表1に示すように、工具直径(D)が40mm、刃数(NT)が2枚、回転数(N)が3120min−1、1刃送り(fz)が0.07mm/刃である。 In FIG. 4A, the end mill T rotates in the direction of the arrow n and advances in the direction of the arrow f to process a groove having a depth ap in the carbon steel for mechanical structure W1. As shown in Table 1, as an example, the processing conditions are as follows: tool diameter (D) is 40 mm, number of blades (NT) is 2, blade speed (N) is 3120 min −1 , 1 blade feed (fz) is 0.07 mm / It is a blade.

Figure 2014140918
Figure 2014140918

図4(b)は、図4(a)の加工において、深さapが0.4mmで矢印Yの方向に生じる切削力の時間変化を測定した結果である。刃数が2枚で、1分間に3120回転しているので、切削周期は0.0096秒(=60/(3120×2))である。図4(b)の測定は加工開始初期に行い、びびり振動が生じていないので、測定波形G1は切削周期毎に生じる山谷が滑らかに連なる波形となっている。図4(c)は、図4(b)の加工において、時間が経過した後に矢印Yの方向に生じる切削力の時間変化を測定した結果である。測定波形G2は、切削周期の山谷に、短い周期の山谷が重畳されている。   FIG. 4B is a result of measuring the time change of the cutting force generated in the direction of arrow Y when the depth ap is 0.4 mm in the processing of FIG. Since the number of blades is 2 and 3120 revolutions per minute, the cutting cycle is 0.0096 seconds (= 60 / (3120 × 2)). The measurement in FIG. 4B is performed at the beginning of machining, and chatter vibration does not occur. Therefore, the measurement waveform G1 is a waveform in which peaks and valleys generated at every cutting cycle are smoothly connected. FIG. 4C shows the result of measuring the time change of the cutting force generated in the direction of the arrow Y after the time has elapsed in the machining of FIG. 4B. In the measurement waveform G2, peaks and valleys with a short cycle are superimposed on peaks and valleys with a cutting cycle.

図4(c)ではびびり振動が発生しており、切削周期より極めて短い周期の波形がびびり振動の波形である。換言すれば、切削加工中に、切削周期より極めて短い周期(高い周波数)の振動で生じる振動がびびり振動である。振幅が大きい場合、加工した面の表面粗さを増大させる、あるいは切削工具の損傷を引き起こす原因となるため、切削加工に有害となる振幅のレベルに達した短周期振動をびびり振動と称することが通例である。このびびり振動を発生させずに、切削加工を遂行することが切削加工の工程条件設計では肝要となる。   In FIG. 4C, chatter vibration is generated, and a waveform having a period extremely shorter than the cutting period is a chatter vibration waveform. In other words, chatter vibration is a vibration generated by a vibration having a period (high frequency) extremely shorter than the cutting period during the cutting process. When the amplitude is large, the surface roughness of the machined surface is increased, or damage to the cutting tool is caused. Therefore, short-period vibration that has reached an amplitude level that is harmful to cutting is called chatter vibration. It is customary. Performing the cutting process without generating the chatter vibration is important in designing the process conditions of the cutting process.

次に、図5を用いてびびり指数の算出方法を説明する。   Next, a chatter index calculation method will be described with reference to FIG.

図5(a)は、びびり振動が発生していない加工の切削力波形である図4(b)をFFTで処理した結果である。G3の領域において、切削周期に応じた切削周波数(104Hz)で顕著なピークがあるスペクトルとなり、切削周波数より高い周波数には顕著なピークが生じない。一方、図5(b)は、びびり振動が発生している加工の切削力波形である図4(c)をFFTで処理した結果である。G4の領域において、切削周波数(104Hz)で顕著なピークがあるとともに、より高周波帯域のG5の領域にも顕著なピークが生じる波形となっている。このG5の領域に生じる顕著なピークはびびり振動成分のスペクトルを現している。本願発明者はびびり振動により増大する切削工具の振動振幅は、切削力成分の最大値と、びびり振動成分の最大値の比に比例する現象を発見した。そこでびびり振動の判定指標として、びびり指数CVI(Chatter Vibratin Index)を以下の数式1のように定めた。

CVI=fb/fa ・・・・・ (数式1)

このCVIに閾値を定めれば、定数でびびり振動の発生有無を判定可能である。さらに、切削力成分faで正規化しているので、切削条件の変更に対しても同一の閾値でびびり振動の発生有無を判定可能である。従来は、工具や切削条件によってびびり振動の発生を判定するためのデータを、多大な実験によって収集して蓄積する必要があった。しかし、このびびり指数(CVI)ではその必要がなく、びびり振動の発生有無の判定を大幅に簡易化できる。
FIG. 5A shows a result obtained by processing FFT of FIG. 4B, which is a cutting force waveform of machining in which chatter vibration is not generated. In the region of G3, the spectrum has a significant peak at a cutting frequency (104 Hz) corresponding to the cutting cycle, and no significant peak occurs at a frequency higher than the cutting frequency. On the other hand, FIG.5 (b) is the result of having processed FIG.4 (c) which is the cutting force waveform of the process in which chatter vibration has generate | occur | produced by FFT. In the G4 region, there is a waveform in which there is a significant peak at the cutting frequency (104 Hz), and a significant peak is also generated in the G5 region in the higher frequency band. The remarkable peak generated in the region of G5 represents the spectrum of the chatter vibration component. The inventor of the present application has found a phenomenon in which the vibration amplitude of a cutting tool that increases due to chatter vibration is proportional to the ratio of the maximum value of the cutting force component and the maximum value of the chatter vibration component. Therefore, a chatter index CVI (Chatter Vibratin Index) is defined as the following formula 1 as a judgment index of chatter vibration.

CVI = fb / fa (Equation 1)

If a threshold value is set for this CVI, it is possible to determine whether chatter vibration has occurred or not with a constant. Furthermore, since normalization is performed with the cutting force component fa, it is possible to determine whether chatter vibration has occurred with the same threshold even when the cutting condition is changed. Conventionally, it has been necessary to collect and accumulate data for determining the occurrence of chatter vibration according to tools and cutting conditions through extensive experiments. However, this chatter index (CVI) is not necessary, and the determination of the occurrence of chatter vibration can be greatly simplified.

続いて、前述したびびり指数(CVI)によって、びびり振動が発生していると判定された後に、びびり振動を抑止する第一の手法について図6を参照して説明する。   Next, a first method for suppressing chatter vibration after it is determined that chatter vibration has occurred based on the chatter index (CVI) described above will be described with reference to FIG.

図6(a)は、図4(a)と同様の加工法で得た切削力波形でびびり振動が発生している一例である。図4(a)では、工具の全幅を用いて加工する溝削りの例を示しているが、図6(a)は、工作物の側面を工具の半径分だけ切り込んで加工した、いわゆる肩削りで得た切削力の波形である。   FIG. 6A is an example in which chatter vibration is generated with a cutting force waveform obtained by the same processing method as in FIG. FIG. 4 (a) shows an example of grooving performed using the full width of the tool, but FIG. 6 (a) shows a so-called shoulder cutting in which the side surface of the workpiece is cut by the radius of the tool. It is the waveform of the cutting force obtained by (1).

この切削力波形をFFT処理して、切削力成分を除いて微びり振動成分だけを抽出し、切削力成分とびびり振動成分に分離した結果が図6(b)である。切削力成分には切削周波数の整数倍の周波数に複数のピークが生じる結果を示している。一方、びびり振動成分では、620Hzに最大のピークがあり、120Hz離れてピークが生じる結果を示している。このびびり振動成分の最大ピークを示す周波数に最も近い切削力成分のピーク周波数を探索して、両者の差をαとする。本例の場合、620Hz近傍の切削力成分のピークは635Hzである。この周波数差αを無くす(ゼロにする)ように、以下の数式2にしたがって、1分間当たりの工具の回転数を変更する。

ΔN=α×60/NT ・・・ (数式2)

数式2において、ΔNは、現在の工具回転数から増減する回転数。右辺αは周波数差、NTは工具の刃数である。
FIG. 6B shows the result of performing FFT processing on this cutting force waveform, extracting only the chatter vibration component excluding the cutting force component, and separating it into the cutting force component and the chatter vibration component. The cutting force component shows a result in which a plurality of peaks occur at a frequency that is an integral multiple of the cutting frequency. On the other hand, in the chatter vibration component, there is a maximum peak at 620 Hz, and a peak is generated at 120 Hz. The peak frequency of the cutting force component closest to the frequency indicating the maximum peak of the chatter vibration component is searched, and the difference between the two is α. In the case of this example, the peak of the cutting force component near 620 Hz is 635 Hz. In order to eliminate this frequency difference α (to zero), the number of rotations of the tool per minute is changed according to the following formula 2.

ΔN = α × 60 / NT (Formula 2)

In Equation 2, ΔN is the number of rotations that increases or decreases from the current tool rotation number. The right side α is the frequency difference, and NT is the number of cutting edges of the tool.

図6(b)の例においては、切削力成分の高次周波数が、びびり振動周波数より15Hz大きい。刃数NTは2(2枚刃工具)である。よって、数式2からΔNは450(ΔN=15×60/2)となり、工具回転数を450min−1減速すればよい。この工具回転数の減速によって、周波数の切削力成分とびびり振動成分の差が解消されるので、切削力の周波数に同期しない振動はなくなりびびり振動が抑止できる。上述の例とは逆に、びびり周波数に隣接する切削力成分の方が小さい場合は、数式2に従ってΔNを求め、その回転数だけ増速すればよい。なお、FFT処理した結果、びびり振動数に隣接する切削力成分の周波数が明確なピークとなって現れない場合は、切削力成分の1次周波数を整数倍していき、びびり振動の周波数に最も近い周波数を、αを求めるための切削力の高次周波数とすればよい。 In the example of FIG. 6B, the higher order frequency of the cutting force component is 15 Hz higher than the chatter vibration frequency. The number of teeth NT is 2 (two-blade tool). Therefore, from Equation 2, ΔN is 450 (ΔN = 15 × 60/2), and the tool rotational speed may be reduced by 450 min −1 . Since the difference between the cutting force component of the frequency and the chatter vibration component is eliminated by the reduction of the tool rotation speed, vibration that is not synchronized with the frequency of the cutting force disappears and chatter vibration can be suppressed. Contrary to the above example, when the cutting force component adjacent to the chatter frequency is smaller, ΔN may be obtained according to Equation 2 and increased by the number of rotations. If the frequency of the cutting force component adjacent to the chatter frequency does not appear as a clear peak as a result of the FFT process, the primary frequency of the cutting force component is multiplied by an integer, and the frequency of chatter vibration is the highest. A close frequency may be set as a high-order frequency of the cutting force for obtaining α.

上述したびびり振動の抑止手段では、切削工具の回転数を変更する。しかし、工具を増速すると、切削速度が工具の異常摩耗領域に入る選択となる可能性がある。この選択を防止するため、上記の数式2でαを求めるにあたって、最適な切削力成分の高次周波数より1次小さい周波数を用いて、強制的に工具回転数が減速するように定めると、工具が極端に低回転になり加工能率を著しく阻害する。このように、びびり振動を抑止するために工具回転数を変更すると新たな課題を引き起こすと判断された状況では、工具の切り込み量を低減してびびり振動を抑止する選択が可能である。   In the chatter vibration suppressing means described above, the rotational speed of the cutting tool is changed. However, increasing the speed of the tool may result in a choice that the cutting speed falls within the abnormal wear area of the tool. In order to prevent this selection, when α is obtained by the above equation 2, if the tool rotational speed is forcibly decelerated using a frequency that is first order smaller than the higher order frequency of the optimum cutting force component, Becomes extremely low rotation and significantly impedes machining efficiency. As described above, in a situation where it is determined that changing the tool rotation speed to suppress chatter vibration causes a new problem, it is possible to select to suppress chatter vibration by reducing the cutting depth of the tool.

この選択に関して図7を用いて説明する。   This selection will be described with reference to FIG.

図7(a)は、安定限界線図であり、ローブと称される曲線G6より切り込み量が大きい加工条件ではびびり振動が発生する不安定領域であり、曲線G6より切り込みが小さい条件ではびびり振動が発生しない安定領域である。曲線G6は、表1に示した加工条件から計算により求めた曲線である。表1に示した加工条件で切り込み量が0.4mmの状態であるP1ではびびり振動が発生するが、切り込み量が0.25mmでは安定領域に入りびびり振動は発生しない。また、さらに切り込み量が小さい領域では、どのような工具回転数でもびびり振動が発生しない無条件安定限界がある。このように、びびり振動は切り込み量を低減することで、抑止することが可能である。   FIG. 7A is a stability limit diagram, which is an unstable region in which chatter vibration is generated under a machining condition having a larger cut amount than the curve G6 called a lobe, and chatter vibration is generated under a condition in which the cut is smaller than the curve G6. This is a stable region where no occurrence occurs. A curve G6 is a curve obtained by calculation from the processing conditions shown in Table 1. Chatter vibration occurs in P1 where the cutting amount is 0.4 mm under the processing conditions shown in Table 1, but no chatter vibration occurs in the stable region when the cutting amount is 0.25 mm. Further, there is an unconditional stability limit in which chatter vibration does not occur at any tool rotation speed in a region where the cutting depth is smaller. Thus, chatter vibration can be suppressed by reducing the amount of cut.

図7(b)は、エンドミルTが工作物Wを加工している状態を示した図で、用いた記号は図4(a)と同様である。びびり指数(CVI)をモニタリングしながら図7(a)のP1の条件で加工すると、びびり振動の発生を検出する。この検出に続いて、びびり指数(CVI)をモニタリングしながら切り込み量apを小さくするように工具Tの送りをf1の方向に制御する。びびり指数(CVI)がびびり振動の検出を停止した時点で、切り込み量apが定常になるように工具Tの送り方向をf2に変更する。切り込み量apを小さくしていけば、図7(a)で示したようにびびり振動を抑止できる状態にできるので必ずびびり振動を抑止できる条件になる。   FIG. 7B is a diagram showing a state in which the end mill T is machining the workpiece W, and the symbols used are the same as those in FIG. When processing under the condition of P1 in FIG. 7A while monitoring the chatter index (CVI), occurrence of chatter vibration is detected. Following this detection, the feed of the tool T is controlled in the direction of f1 so as to reduce the cutting amount ap while monitoring the chatter index (CVI). When the chatter index (CVI) stops detecting chatter vibration, the feed direction of the tool T is changed to f2 so that the cutting amount ap becomes steady. If the cut amount ap is reduced, the chatter vibration can be suppressed as shown in FIG.

図7(a)のローブG6を求めるには、工具Tの剛性や工作物Wの比切削抵抗などのデータが必要であり、またローブG6は工具の摩耗によって変化する。よって、加工中にローブG6をリアルタイムに求めて、びびり振動を抑止する条件を求めることは現実的ではない。しかし、切り込み量apを小さくすればびびり振動を抑止できることは、ローブG6の形態から明らかなので、びびり指数(CVI)をモニタリングしながら切り込み量apを小さくしていく方法は、びびり振動を確実に抑止できる有効な手段である。   In order to obtain the lobe G6 in FIG. 7A, data such as the rigidity of the tool T and the specific cutting resistance of the workpiece W are required, and the lobe G6 changes depending on the wear of the tool. Therefore, it is not realistic to obtain the lobe G6 in real time during processing to obtain a condition for suppressing chatter vibration. However, since it is clear from the form of the lobe G6 that chatter vibration can be suppressed by reducing the cut amount ap, the method of reducing the cut amount ap while monitoring the chatter index (CVI) reliably suppresses chatter vibration. It is an effective means that can be done.

しかし、切り込み量apを小さくすることは、加工能率を低下させる結果になるため、工具回転数の変更でびびり振動を抑止する手段で障害が生じる結果を招くと判断された時点で採用する手段である。びびり指数(CVI)の評価に要する時間は極めて短時間(一例では0.1秒以下)であるので切り込み量apを小さくする手段の採用にあたっても迅速にびびり振動の抑止が可能である。   However, since reducing the cutting amount ap results in a reduction in machining efficiency, it is a means that is adopted when it is determined that the means for suppressing chatter vibration by changing the tool rotation speed will cause a failure. is there. Since the time required for evaluation of the chatter index (CVI) is extremely short (in one example, 0.1 second or less), chatter vibration can be quickly suppressed even when means for reducing the cutting depth ap is adopted.

切り込み量apを変更するには、あらかじめ作成された工具軌跡を制御するNC装置のプログラムを途中で変更する必要がある。さらに、切り込み量apを変更した後に、所定の形状に加工するためには、切り込み量apを変更した後のNCのプログラムを再作成して、NC装置に送出する必要が生じる。この機能は、図2に示した演算・制御装置6のプログラム611に工具経路計算機能を持たせて対処することが可能である。   In order to change the cutting amount ap, it is necessary to change the program of the NC device that controls the tool path created in advance. Furthermore, in order to process into a predetermined shape after changing the cutting amount ap, it is necessary to recreate the NC program after changing the cutting amount ap and send it to the NC device. This function can be dealt with by providing the program 611 of the calculation / control apparatus 6 shown in FIG. 2 with a tool path calculation function.

以上に図1ないし図7を用いて説明してきたびびり振動の抑止機能を実現するためのシステムを図8のフローチャートを図2を参照して説明する。
(S1) まずS1では、演算・制御装置6のデータ612に基づいて、プログラム611が使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件を設定する。ここで、データ611は加工前の被削材の形状、加工後の被削材(製品)の形状、及び加工に使用する工具1の形状、等の情報を含む。また、プログラムは、データ611によって、使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件を設定する機能を含む。なお、使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件は、演算・制御装置6やNC装置3の入力機能を用いて人手によって設定してもよい。S1では、NC装置3を駆動させるプログラムを作り、NC装置3に送り込む。
(S2) S2では、加工中の周波数を測定する。測定手段は、図1を用いて説明したように、力センサ、加速度センサ、変位センサおよび音センサなどの振動を信号に変換できるセンサである。これらいずれかのセンサもしくは複数のセンサにより、加工中の振動を信号に変換して、通信I/F5を経由して演算・制御装置に送り込む。
(S3) S3では、S2で送り込まれた信号を、プログラム611が周波数変換を行なう。一例として、前述したように、FFTによりパワースペクトルを求める。
(S4) S4では、プログラム611が切削周波数とびびり振動周波数を分離して、切削振動の大きさと、びびり振動の大きさを求める。
(S5) S5では、図5と数式1を用いて前述したびびり指数(CVI)を求める
(S6) S6では、データ612に記憶された閾値を用いて、プログラム611がS5で求めたびびり指数からびびり振動が発生しているか否かを判定する。びびり振動が無いと判定されると、S2ないしS5のステップを繰り返して実行して加工状態の監視を続ける。びびり振動が発生していると判定されると、S7、S8に移る。
(S7) S7では、プログラム611が切削周波数の算出を行なう。1次の切削周波数から、びびり振動周波数を超えるまでの高次の周波数を算出する。FFT処理で、びびり振動周波数まで明確なピークが得られればそのピークの値を求める。FFT処理で、びびり振動周波数まで明確なピークが得られない信号にあたっては、1次の切削周波数を整数倍して代用する。
(S8) S8では、プログラム611がびびり振動周波数の算出を行なう。FFT処理で、切削周波数より高周波帯域に出るピークの周波数を求める。
(S9) S9では、プログラム611がS7とS8によって得られた結果から、図6を用いて説明した位相差αを求める。
(S10)S10では、プログラム611が数式2により、工具の増減回転数ΔNを求める。このΔNを、その時点の工具回転数に加減算して、補正後の工具回転数を算出する。
(S11)S11では、データ612に記憶されている異常摩耗を引き起こす切削速度を、S10で求めた工具回転数が工具に与えるかどうかを判定する。補正後の工具回転数が適正と評価されたら、補正後の回転数を通信I/F5を経由してNC装置3に送り込み、工具の回転数を変更する。補正後の工具回転数が不適切と評価されたら、工具回転数を変更せずにS12に移行する。
(S12)S12では、プログラム611が通信I/F5を経由してNC装置3に切り込み量を低減する指令を与える。この指令は、加工状態をモニタリングしているS1ないしS5で、びびり振動が無いと判定されるまで続ける。びびり振動が抑止されたら、切り込み量の低減指令を止め、低減した切り込み量に基づいてプログラム611が以後の工具経路を算出して通信I/F5を経由してNC装置3に経路プログラムを送り込む。
A system for realizing the chatter vibration suppression function described above with reference to FIGS. 1 to 7 will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 and FIG.
(S1) First, in S1, based on the data 612 of the calculation / control device 6, the tool used by the program 611, the tool trajectory, and the tool machining conditions are set. Here, the data 611 includes information such as the shape of the work material before processing, the shape of the work material (product) after processing, and the shape of the tool 1 used for processing. The program also includes a function for setting a tool to be used, a tool trajectory, and a tool machining condition based on the data 611. The tool to be used, the tool trajectory, and the tool machining conditions may be set manually by using the input function of the calculation / control device 6 or the NC device 3. In S <b> 1, a program for driving the NC device 3 is created and sent to the NC device 3.
(S2) In S2, the frequency being processed is measured. As described with reference to FIG. 1, the measurement means is a sensor that can convert vibrations such as a force sensor, an acceleration sensor, a displacement sensor, and a sound sensor into signals. The vibration during processing is converted into a signal by any one of these sensors or a plurality of sensors and sent to the arithmetic / control device via the communication I / F 5.
(S3) In S3, the program 611 performs frequency conversion on the signal sent in S2. As an example, as described above, the power spectrum is obtained by FFT.
(S4) In S4, the program 611 separates the cutting frequency and the chatter vibration frequency to obtain the magnitude of the cutting vibration and the magnitude of the chatter vibration.
(S5) In S5, the above-described chatter index (CVI) is obtained using FIG. 5 and Equation 1 (S6). It is determined whether chatter vibration is occurring. If it is determined that there is no chatter vibration, steps S2 to S5 are repeatedly executed to continue monitoring the machining state. If it is determined that chatter vibration has occurred, the process proceeds to S7 and S8.
(S7) In S7, the program 611 calculates the cutting frequency. From the primary cutting frequency, a high-order frequency until the chatter vibration frequency is exceeded is calculated. If a clear peak is obtained up to the chatter vibration frequency by FFT processing, the value of the peak is obtained. In the case of a signal in which a clear peak cannot be obtained up to the chatter vibration frequency by FFT processing, the primary cutting frequency is multiplied by an integer and substituted.
(S8) In S8, the program 611 calculates the chatter vibration frequency. In the FFT processing, the peak frequency that appears in the high frequency band is determined from the cutting frequency.
(S9) In S9, the phase difference α described with reference to FIG. 6 is obtained from the result obtained by the program 611 in S7 and S8.
(S10) In S10, the program 611 calculates the increase / decrease rotational speed ΔN of the tool according to Equation 2. This ΔN is added to or subtracted from the tool rotational speed at that time to calculate the corrected tool rotational speed.
(S11) In S11, it is determined whether or not the tool rotation speed obtained in S10 gives the cutting speed causing abnormal wear stored in the data 612 to the tool. If it is evaluated that the corrected tool rotational speed is appropriate, the corrected rotational speed is sent to the NC device 3 via the communication I / F 5 to change the tool rotational speed. If it is evaluated that the corrected tool rotational speed is inappropriate, the process proceeds to S12 without changing the tool rotational speed.
(S12) In S12, the program 611 gives a command to reduce the cutting amount to the NC device 3 via the communication I / F 5. This command is continued until it is determined that there is no chatter vibration in S1 to S5 monitoring the machining state. When chatter vibration is suppressed, the cutting amount reduction command is stopped, the program 611 calculates a subsequent tool path based on the reduced cutting amount, and sends the path program to the NC device 3 via the communication I / F 5.

なお、S11、S12の機能を持たず、S10で求めた補正後工具回転数をS1の加工条件設定手段に送出する構造であっても、びびり振動の抑止機能を果たすことは可能である。   In addition, even if it has a structure that does not have the functions of S11 and S12 and sends the corrected tool rotation speed obtained in S10 to the machining condition setting means in S1, it can function to suppress chatter vibration.

1 工作機械
2 工具回転軸
3 NC装置
4 テーブル
5 通信インタフェイス
6 演算・制御装置
601 CPU
602 ROM
603 RAM
604 磁気ディスクドライブ
605 光ディスクドライブ
606 光ディスク
607 ディスプレイ
608 マウス
609 キーボード
610 プリンタ
611 プログラム
612 データ
7 センサ
8 LAN
T 切削工具
W 工作物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine tool 2 Tool rotating shaft 3 NC apparatus 4 Table 5 Communication interface 6 Arithmetic / control apparatus 601 CPU
602 ROM
603 RAM
604 Magnetic disk drive 605 Optical disk drive 606 Optical disk 607 Display 608 Mouse 609 Keyboard 610 Printer 611 Program 612 Data 7 Sensor 8 LAN
T Cutting tool W Work piece

Claims (5)

切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態の矯正方法であって、加工周波数から切削周波数とその高次周波数とびびり周波数とその高次周波数を算出し、前記切削周波数と前記びびり周波数の位相差を小さくするような回転軸回転数を算出し、前記算出結果に基づいて切削加工条件を変更することを特徴とする切削振動抑止方法。   As a result of judging the vibration generated during cutting using the chatter index, it is a method for correcting the machining state that is judged to have chatter vibration, which is based on the machining frequency, its cutting frequency, its higher order frequency, and its chatter frequency. Cutting vibration suppression characterized by calculating a high-order frequency, calculating a rotational shaft rotational speed that reduces a phase difference between the cutting frequency and the chatter frequency, and changing the cutting processing condition based on the calculation result Method. 算出した前記回転軸回転数の適否を判断し、前記判断結果が否であった場合には、工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで小さくすることを特徴とする請求項1記載の切削振動抑止方法。   2. The cutting according to claim 1, wherein whether or not the calculated number of rotations of the rotating shaft is appropriate is determined, and if the determination result is negative, the cutting amount of the tool is reduced until chatter vibration is suppressed. Vibration suppression method. 切削加工条件の演算制御装置であって、加工条件設定手段と、加工振動および周波数測定手段と、前記加工振動および周波数測定手段によって測定された信号からびびり指数を算出する手段と、前記びびり指数からびびり振動の有無を判定する手段と、びびり振動が発生している状態にあっては、切削周波数とびびり振動周波数を算出し、前記切削周波数とびびり振動周波数の位相差を算出する手段と、前記位相差を縮小するように工具回転数を補正する手段とを備えることを特徴とする切削加工条件の演算制御装置。   An arithmetic and control device for cutting conditions, comprising: machining condition setting means; machining vibration and frequency measurement means; means for calculating a chatter index from a signal measured by the machining vibration and frequency measurement means; and the chatter index. Means for determining the presence or absence of chatter vibration, and in the state where chatter vibration is occurring, calculating a cutting frequency and chatter vibration frequency, calculating a phase difference between the cutting frequency and chatter vibration frequency, and Means for correcting the tool rotational speed so as to reduce the phase difference. 工具と被服材の特性を記憶する手段と、加工する素材と加工形状を記憶する手段とを備え、前記補正後の工具回転数の適否を判断する手段と、前記補正後の工具回転数が否の場合には前記工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで低減する手段を備え、前記切り込み量の変更後に、前記工具の経路を演算制御することを特徴とする請求項3に記載の切削加工条件の演算制御装置。   A means for storing the characteristics of the tool and the clothing material; a means for storing a material to be processed and a processing shape; a means for determining whether the corrected tool rotational speed is appropriate; 4. The cutting according to claim 3, further comprising means for reducing the amount of cutting of the tool until chatter vibration is suppressed, and calculating and controlling the path of the tool after changing the amount of cutting. Processing condition calculation control device. 請求項3あるいは請求項4に記載の切削加工条件の演算制御装置で演算された切削条件を、通信インタフェイス装置でNC装置に受け、前記切削条件と前記工具経路にて加工状態を制御可能な工作機械。   5. The cutting condition calculated by the cutting condition calculation control device according to claim 3 or 4 is received by the NC device by the communication interface device, and the machining state can be controlled by the cutting condition and the tool path. Machine Tools.
JP2013009745A 2013-01-23 2013-01-23 Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool Pending JP2014140918A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013009745A JP2014140918A (en) 2013-01-23 2013-01-23 Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool
PCT/JP2013/079811 WO2014115395A1 (en) 2013-01-23 2013-11-05 Cutting-vibration suppression method, computation control device, and machine tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013009745A JP2014140918A (en) 2013-01-23 2013-01-23 Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014140918A true JP2014140918A (en) 2014-08-07

Family

ID=51227199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013009745A Pending JP2014140918A (en) 2013-01-23 2013-01-23 Cutting vibration inhibition method, arithmetic control device, and machine tool

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2014140918A (en)
WO (1) WO2014115395A1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016052692A (en) * 2014-09-02 2016-04-14 三菱電機株式会社 Numerical control apparatus
KR20160062482A (en) * 2014-11-25 2016-06-02 현대위아 주식회사 Analysis apparatus and method of surface roughness
JP2017077618A (en) * 2015-10-20 2017-04-27 エヌティーエンジニアリング株式会社 Method and system for monitoring worked state of work machine
JP6272599B1 (en) * 2017-03-31 2018-01-31 三菱電機株式会社 Control device and motor control system
WO2019082317A1 (en) * 2017-10-25 2019-05-02 三菱重工業株式会社 End mill specification setting method, processing condition setting method, and processing method
JP2020019072A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Dmg森精機株式会社 Tool blade number estimation device, machine tool including the same, and tool blade number estimation method
WO2021075584A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 エヌティーエンジニアリング株式会社 Method and system for monitoring working state of work machine
JP7179198B1 (en) * 2021-04-26 2022-11-28 三菱電機株式会社 Numerical controller, learning device, and chatter vibration suppression method
US11650563B2 (en) 2018-12-05 2023-05-16 Fanuc Corporation Machine tool for detecting and cutting loads using machine learning
JP7399661B2 (en) 2019-09-24 2023-12-18 シチズン時計株式会社 Processing equipment, processing methods, and processing systems

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6063016B1 (en) 2015-09-29 2017-01-18 ファナック株式会社 Machine learning method and machine learning device for learning operation command for electric motor, and machine tool provided with the machine learning device
EP3646986A1 (en) * 2018-11-05 2020-05-06 Siemens Aktiengesellschaft User-defined rattle avoidance
WO2020208685A1 (en) * 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 Numerical control device and chattering identification method
JP2020175459A (en) * 2019-04-17 2020-10-29 オムロン株式会社 Method for detecting abrasion of cutting tool and cutting processing device
TWI839948B (en) * 2022-11-14 2024-04-21 財團法人工業技術研究院 Method for facilitating analysis of causes of machining defects

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2693664B2 (en) * 1991-06-28 1997-12-24 衛 光石 Machining state judgment device in end mill machining
JPH08229772A (en) * 1995-03-01 1996-09-10 Toyota Motor Corp Method and device for setting spindle rotational speed
JP2000084798A (en) * 1998-09-10 2000-03-28 Toshiba Corp Machining abnormality detecting method and device, and machining controller
JP4582660B2 (en) * 2007-05-24 2010-11-17 オークマ株式会社 Vibration suppressor for machine tools
JP4777960B2 (en) * 2007-10-25 2011-09-21 オークマ株式会社 Vibration suppression device
JP4942839B2 (en) * 2010-09-10 2012-05-30 株式会社牧野フライス製作所 Chatter vibration detection method, chatter vibration avoidance method, and machine tool
JP5609739B2 (en) * 2011-03-30 2014-10-22 ブラザー工業株式会社 Processing chatter vibration detection device and machine tool
WO2013073436A1 (en) * 2011-11-15 2013-05-23 株式会社日立製作所 Cutting force detection device for machine tool, cutting force detection method, processing anomaly detection method, and processing condition control system
WO2013088849A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 株式会社日立製作所 Cutting device and processing method using same
JP2013215809A (en) * 2012-04-04 2013-10-24 Hitachi Ltd Cutting system and method
JP5288318B1 (en) * 2012-10-23 2013-09-11 エヌティーエンジニアリング株式会社 Chatter control method for work machines

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016052692A (en) * 2014-09-02 2016-04-14 三菱電機株式会社 Numerical control apparatus
KR20160062482A (en) * 2014-11-25 2016-06-02 현대위아 주식회사 Analysis apparatus and method of surface roughness
KR101676538B1 (en) 2014-11-25 2016-11-15 현대위아 주식회사 Analysis apparatus and method of surface roughness
JP2017077618A (en) * 2015-10-20 2017-04-27 エヌティーエンジニアリング株式会社 Method and system for monitoring worked state of work machine
WO2017069290A1 (en) * 2015-10-20 2017-04-27 エヌティーエンジニアリング株式会社 Method and system for monitoring work state of operating machine
CN110100210A (en) * 2017-03-31 2019-08-06 三菱电机株式会社 Control device and motor control system
DE112017005867B4 (en) 2017-03-31 2022-07-14 Mitsubishi Electric Corporation Control device and engine control system
JP6272599B1 (en) * 2017-03-31 2018-01-31 三菱電機株式会社 Control device and motor control system
WO2018179368A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 三菱電機株式会社 Control device and motor control system
US10599104B2 (en) 2017-03-31 2020-03-24 Mitsubishi Electric Corporation Control device and motor control system
CN110100210B (en) * 2017-03-31 2020-09-22 三菱电机株式会社 Control device and motor control system
WO2019082317A1 (en) * 2017-10-25 2019-05-02 三菱重工業株式会社 End mill specification setting method, processing condition setting method, and processing method
JP2020019072A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Dmg森精機株式会社 Tool blade number estimation device, machine tool including the same, and tool blade number estimation method
JP7084242B2 (en) 2018-07-30 2022-06-14 Dmg森精機株式会社 Tool blade number estimation device and machine tools equipped with it, and tool blade number estimation method
US11650563B2 (en) 2018-12-05 2023-05-16 Fanuc Corporation Machine tool for detecting and cutting loads using machine learning
JP7399661B2 (en) 2019-09-24 2023-12-18 シチズン時計株式会社 Processing equipment, processing methods, and processing systems
JP2021066006A (en) * 2019-10-18 2021-04-30 エヌティーエンジニアリング株式会社 Processing state monitoring method and system for work machine
WO2021075584A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 エヌティーエンジニアリング株式会社 Method and system for monitoring working state of work machine
JP7179198B1 (en) * 2021-04-26 2022-11-28 三菱電機株式会社 Numerical controller, learning device, and chatter vibration suppression method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014115395A1 (en) 2014-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014115395A1 (en) Cutting-vibration suppression method, computation control device, and machine tool
JP5686760B2 (en) Vibration discrimination method and vibration discrimination apparatus
US9211624B2 (en) Vibration determination method and vibration determination device
JP4582660B2 (en) Vibration suppressor for machine tools
JP5710391B2 (en) Processing abnormality detection device and processing abnormality detection method for machine tools
JP5215064B2 (en) Method and apparatus for suppressing chatter vibration of machine tool
US9138848B2 (en) Method and apparatus for suppressing vibration
JP5160980B2 (en) Vibration suppression method and apparatus
JP4433422B2 (en) Vibration suppression device
JP5608036B2 (en) Operation history management method and operation history management device
JP6257481B2 (en) Numerical controller
JP5622626B2 (en) Rotational speed display device
JP2009101495A (en) Vibration suppressing apparatus
JP5226484B2 (en) Chatter vibration suppression method
JP4891150B2 (en) Vibration suppressor for machine tools
JP4582661B2 (en) Vibration suppressor for machine tools
JP6302794B2 (en) Rotation speed display method
JP5155090B2 (en) Vibration determination method and vibration suppression device for machine tool
JP7109318B2 (en) Machine tool and tool abnormality judgment method
JP5660850B2 (en) Vibration display device
JP5587707B2 (en) Vibration suppression device
JP5674491B2 (en) Vibration determination device
US20180209839A1 (en) Method and detection system for detecting self-excited vibrations
JP2021020260A (en) Spindle rotation number control device of machine tool and control method
JP5631758B2 (en) Vibration suppression device