JP5615681B2 - Vibration suppression apparatus and method for machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、工具又はワークを回転させながら加工を行う工作機械において、加工中に発生する振動の抑制を目的とした振動抑制装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a vibration suppressing apparatus and method for suppressing vibration generated during machining in a machine tool that performs machining while rotating a tool or a workpiece.
従来、たとえば回転可能な主軸に工具を支持させ、工具及びワークを送りながら相対移動させて、ワークに加工を施すといった工作機械がある。該工作機械においては、切削加工における切込み量を大きくし過ぎると、加工中に「びびり振動」が発生して、加工面の仕上げ精度の悪化、急速な工具摩耗、工具欠損などの問題が生じる。このびびり振動を抑制するために、特許文献1には、回転速度や切込み量を減少させてびびり振動の低減処理を行う技術が、特許文献2には、振動数の60倍の値を工具の刃数と所定の整数との積で除した値を回転数とする技術がそれぞれ開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are machine tools in which, for example, a tool is supported on a rotatable spindle and moved relative to the tool and the workpiece while moving the workpiece to process the workpiece. In the machine tool, if the depth of cut in the cutting process is excessively increased, “chatter vibration” occurs during the process, and problems such as deterioration of the finishing accuracy of the processed surface, rapid tool wear, and tool breakage occur. In order to suppress this chatter vibration,
しかし、上記従来の技術では、回転速度や切込み量などの加工条件を調整することでびびり振動の低減が期待できる一方、加工時間に影響する切込み量を変更するため、加工完了までの所要時間も変更されてしまう恐れがある。また、びびりには強制びびり振動や再生びびり振動などの種類があり、それぞれに対して対処が異なるため、回転速度の増加及び切込み量の減少のみでは対処できない可能性がある。さらに、過度に回転速度の増加または切込み量の減少を行うと逆にびびりが増加する危険がある。 However, in the above-mentioned conventional technology, chatter vibration can be reduced by adjusting the processing conditions such as the rotational speed and the amount of cutting, but the amount of time required to complete the processing is also changed because the amount of cutting that affects the processing time is changed. There is a risk of change. In addition, there are types of chatter vibration such as forced chatter vibration and regenerative chatter vibration, and countermeasures are different for each. Therefore, there is a possibility that the chatter cannot be dealt with only by increasing the rotation speed and decreasing the cutting depth. Furthermore, if the rotational speed is increased excessively or the cutting depth is decreased excessively, there is a risk that chatter will increase.
そこで、本発明は、加工完了までの所要時間を変更したり、過度の加工条件変更によるびびり振動の増加を招いたりすることなく、発生したびびり振動に対して適切に対処可能となる工作機械の振動抑制装置及び方法を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention provides a machine tool that can appropriately deal with the generated chatter vibration without changing the time required for completion of machining or causing an increase in chatter vibration due to an excessive change in machining conditions. An object of the present invention is to provide a vibration suppressing device and method.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、工具又はワークを回転させる回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸の回転に伴って発生するびびり振動を前記回転軸の回転速度の変更によって抑制する振動抑制装置であって、
予め設定される前記工具の限界切削速度及び刃先丸み半径、前記ワークの材種の加工変質層深さに基づいて前記回転速度の上限を設定する上限回転速度設定手段と、前記びびり振動の発生を検出する振動検出手段と、検出された前記びびり振動の種類を判別する振動判別手段と、前記振動検出手段によりびびり振動を検出した場合、そのときの前記回転速度と振動量とを記憶する記憶手段と、前記振動判別手段において判別された前記びびり振動が強制びびり振動であれば、前記回転速度を上昇側へ変更する回転速度変更手段と、前記回転速度を上昇側へ変更しても前記強制びびり振動の振動量が増加した場合、若しくは上昇側へ変更しようとする次の回転速度が、前記上限回転速度設定手段で設定された上限回転速度を超える場合には、前記回転速度を上昇側へ変更することなく、前記記憶手段に記憶された前記回転速度から前記振動量が最小となる前記回転速度を選択する回転速度選択手段とを備えることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記回転速度変更手段によって前記回転速度を上昇側へ変更しても前記強制びびり振動が抑制されない場合、前記記憶手段による前記回転速度及び振動量の記憶と回転速度変更手段による前記回転速度の上昇側への変更とを繰り返し、前記回転速度選択手段は、変更前の回転速度での振動量と変更後の回転速度での振動量との差分を算出し、前記差分が一定回数以上連続して正となった場合に、前記振動量が増加したと判断することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記上限回転速度設定手段は、予め設定される工具の限界切削速度である回転速度nlim0と、以下の式(1)(2)に基づいて算出した2つの回転速度nlim1、nlim2とのうち、最も小さい回転速度を上限回転速度とすることを特徴とするものである。
nlim1=vf/(N×fZ1) ・・(1)
nlim2=vf/(N×fZ2) ・・(2)
vf:1分間当たりの主軸送り速度、N:工具刃数、fZ1:R×P(R:工具刃先丸み半径、P:調整係数)、fZ2:T×Q(T:ワークの材種の加工変質層深さ、Q:調整係数)
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記振動判別手段は、k=60fC/n0N(fC:びびり振動周波数、n0:現在回転速度、N:工具刃数)を演算して、kが整数の場合は強制びびり振動、それ以外の場合は再生びびり振動と判別することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a machine tool including a rotary shaft for rotating a tool or a workpiece, wherein chatter vibration generated with the rotation of the rotary shaft is subjected to rotation of the rotary shaft. A vibration suppression device that suppresses by changing speed,
An upper limit rotational speed setting means for setting an upper limit of the rotational speed based on a preset limit cutting speed and cutting edge radius of the tool, and a work-affected layer depth of the material type of the workpiece , and generation of the chatter vibration Vibration detecting means for detecting, vibration discriminating means for discriminating the type of the detected chatter vibration, and storage means for storing the rotational speed and vibration amount at the time when chatter vibration is detected by the vibration detecting means If the chatter vibration discriminated by the vibration discriminating means is a forced chatter vibration, a rotational speed changing means for changing the rotational speed to the upward side, and the forced chatter even if the rotational speed is changed to the upward side. If the amount of vibration increases, or if the next rotational speed to be changed to the upward side exceeds the upper limit rotational speed set by the upper limit rotational speed setting means, Rotational speed selection means for selecting the rotational speed that minimizes the vibration amount from the rotational speed stored in the storage means without changing the rotational speed to the rising side. .
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, when the forced chatter vibration is not suppressed even when the rotational speed is changed to the rising side by the rotational speed changing means, the rotational speed by the storage means and The storage of the vibration amount and the change to the increase side of the rotation speed by the rotation speed changing unit are repeated, and the rotation speed selection unit is configured to calculate the vibration amount at the rotation speed before the change and the vibration amount at the rotation speed after the change. When the difference becomes positive for a certain number of times or more, it is determined that the amount of vibration has increased.
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect , the upper limit rotational speed setting means includes a rotational speed n lim0 which is a preset limit cutting speed of the tool, and the following formula (1) ( Among the two rotation speeds n lim1 and n lim2 calculated based on 2), the smallest rotation speed is set as the upper limit rotation speed.
n lim1 = v f / (N × f Z1 ) (1)
n lim2 = v f / (N × f Z2 ) (2)
v f : spindle feed speed per minute, N: number of tool blades, f Z1 : R × P (R: tool blade radius, P: adjustment factor), f Z2 : T × Q (T: material type of workpiece) Deterioration depth of processed layer, Q: adjustment factor)
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to third aspects, the vibration discriminating means includes k = 60 f C / n 0 N (f C : chatter vibration frequency, n 0 : current rotation speed, N: number of tool blades) is calculated, and when k is an integer, it is determined to be forced chatter vibration, and otherwise, it is determined as regenerative chatter vibration.
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、工具又はワークを回転させる回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸の回転に伴って発生するびびり振動を前記回転軸の回転速度の変更によって抑制する振動抑制方法であって、
予め設定される前記工具の限界切削速度及び刃先丸み半径、前記ワークの材種の加工変質層深さに基づいて前記回転速度の上限を設定する上限回転速度設定ステップと、前記びびり振動の発生を検出する振動検出ステップと、検出された前記びびり振動の種類を判別する振動判別ステップと、前記振動検出ステップによりびびり振動を検出した場合、そのときの前記回転速度と振動量とを記憶する記憶ステップと、前記振動判別ステップにおいて判別された前記びびり振動が強制びびり振動であれば、前記回転速度を上昇側へ変更する回転速度変更ステップと、前記回転速度を上昇側へ変更しても前記強制びびり振動の振動量が増加した場合、若しくは上昇側へ変更しようとする次の回転速度が、前記上限回転速度設定ステップで設定された上限回転速度を超える場合には、前記回転速度を上昇側へ変更することなく、前記記憶ステップで記憶された前記回転速度から前記振動量が最小となる前記回転速度を選択する回転速度選択ステップとを実行することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in a machine tool having a rotating shaft for rotating a tool or a workpiece, chatter vibration generated with the rotation of the rotating shaft is detected. A vibration suppression method that suppresses by changing speed,
An upper limit rotational speed setting step for setting an upper limit of the rotational speed based on a preset limit cutting speed and cutting edge radius of the tool, and a work-affected layer depth of the material type of the workpiece , and generation of the chatter vibration. A vibration detecting step for detecting, a vibration determining step for determining the type of the detected chatter vibration, and a storage step for storing the rotation speed and the vibration amount when chatter vibration is detected by the vibration detecting step. If the chatter vibration determined in the vibration determination step is forced chatter vibration, the rotation speed changing step for changing the rotation speed to the rising side, and the forced chattering even if the rotation speed is changed to the rising side. When the amount of vibration increases or the next rotational speed to be changed to the rising side is set in the upper limit rotational speed setting step A rotation speed selection step for selecting the rotation speed at which the amount of vibration is minimized from the rotation speed stored in the storage step without changing the rotation speed to an increase side when exceeding the limit rotation speed; Is executed.
請求項1及び5に記載の発明によれば、強制びびり振動を回転速度の上昇側への変更によって適切に抑制可能となる一方、回転速度を上昇側へ変更しても強制びびり振動の抑制効果が得られなかった場合には、極度に切込み量が小さくならない回転速度への変更に留めることができる。よって、加工完了までの所要時間を変更したり、過度の加工条件変更によるびびり振動の増加を招いたりすることなく、発生したびびり振動に対して適切に対処可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、振動量の増加を適切に判別することができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、最も余裕のある領域で上限回転速度を設定可能となる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1乃至3の何れかの効果に加えて、強制びびり振動と再生びびり振動とを簡単に判別可能となる。
According to the first and fifth aspects of the invention, the forced chatter vibration can be appropriately suppressed by changing the rotational speed to the higher side, while the forced chatter vibration is suppressed even if the rotational speed is changed to the higher side. Can not be obtained, it is possible to limit the change to the rotational speed at which the cutting depth does not become extremely small. Therefore, it is possible to appropriately deal with the generated chatter vibration without changing the time required until the machining is completed or causing an increase in chatter vibration due to an excessive change of the machining conditions.
According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, it is possible to appropriately determine an increase in the vibration amount.
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect, the upper limit rotation speed can be set in a region with the most margin.
According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effect of any one of the first to third aspects, forced chatter vibration and regenerative chatter vibration can be easily distinguished.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、工作機械の一例である立形マシニングセンタ及び立形マシニングセンタに設けられる振動抑制装置を概略で示した構成図である。
まず、立形マシニングセンタ1は、上方に設けた主軸頭2にC軸回りで回転自在な回転軸としての主軸3を設け、その主軸3に取り付けた工具4によって、下方の加工テーブル5上にセットされたワーク6を加工する周知の構成で、NC装置12が、NCプログラムに従って主軸3の回転を制御すると共に、図示しない自動工具交換装置によって工具4を自動交換可能となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a vertical machining center as an example of a machine tool and a vibration suppressing device provided in the vertical machining center.
First, the
振動抑制装置10は、主軸3に生じる「びびり振動」を制御するためのものであって、回転中の主軸3に生じる時間領域の振動加速度を検出するための振動センサ7と、該振動センサ7による検出値をもとにして主軸3の回転速度を制御する制御装置11とを備えている。
制御装置11は、NC装置12と、振動センサ7から検出される時間領域の振動加速度をもとにしたフーリエ解析を行う演算装置13と、演算装置13で演算された演算値や主軸3の回転速度、びびり振動の最大加速度等を記憶する記憶手段としての記憶装置14と、演算装置13に所定のパラメータを入力する入力装置15とを備えている。このうち演算装置13が、上限回転速度設定手段及び振動判別手段、回転速度選択手段としてそれぞれ機能すると共に、振動センサ7と併せて振動検出手段として、NC装置12と併せて回転速度変更手段としてそれぞれ機能する。
The
The
以下、制御装置11における加工中での振動抑制方法について、図2のフローチャートに基づいて説明する。
まず、S1で入力装置15により、演算装置13で用いる各パラメータを入力する。このパラメータとして、工具刃先丸み半径Rと、ワークの材種の加工変質深さTと、主軸3の上限回転速度nlim0と、振動量(最大加速度)の閾値と、工具刃数とが設定される。パラメータの入力を受けて演算装置13は、S2において、以下の式(1)に基づいて上限回転速度nlim1を、以下の式(2)に基づいて上限回転速度nlim2をそれぞれ算出し、これら3つの上限回転速度nlim0とnlim1とnlim2とを比較して、最も小さい値を主軸3の上限回転速度nlimとして記憶装置14に設定する(上限回転速度設定ステップ)。
Hereinafter, a vibration suppression method during processing in the
First, in S1, each parameter used in the
nlim1=vf/(N×fZ1) ・・(1)
nlim2=vf/(N×fZ2) ・・(2)
vf:1分間当たりの主軸送り速度、N:工具刃数、fZ1:R×P(R:工具刃先丸み半径、P:調整係数(例えば100%から500%の値))、fZ2:T×Q(T:ワークの材種の加工変質層深さ、Q:調整係数(例えば100%から500%の値))
従って、例えば工具の限界切削速度などから設定された上限回転速度nlim0が10,000min−1、比切削抵抗の寸法効果を考慮した上限回転速度nlim1が6,000min−1、加工変質層深さを考慮した上限回転速度nlim2が8,000min−1の場合、選択される上限回転速度nlimは6,000min−1となる。
n lim1 = v f / (N × f Z1 ) (1)
n lim2 = v f / (N × f Z2 ) (2)
v f : spindle feed speed per minute, N: number of tool blades, f Z1 : R × P (R: radius of tool edge roundness, P: adjustment factor (for example, a value from 100% to 500%)), f Z2 : T × Q (T: Deformed layer depth of workpiece grade, Q: Adjustment factor (for example, a value from 100% to 500%))
Therefore, for example, the upper limit rotational speed n lim0 set from the limit cutting speed of the tool is 10,000 min −1 , the upper limit rotational speed n lim1 considering the dimensional effect of the specific cutting resistance is 6,000 min −1 , and the work-affected layer depth is When the considered upper limit rotation speed n lim2 is 8,000 min −1 , the selected upper limit rotation speed n lim is 6,000 min −1 .
次に、S3で加工を開始し、加工中は、振動センサ7から得られる加工中の振動加速度を検出して、演算装置13で周波数領域の加速度に変換し、得られた振動量(最大加速度)の値を予め設定した閾値と比較する(S4)。最大加速度が閾値を越えた場合には、びびり振動が発生したと判断して(振動検出ステップ)、びびり周波数と工具刃数と回転速度とから強制びびり振動か再生びびり振動かを判別する(S5、振動判別ステップ)。この判別は、例えば以下の式でk値を演算して、k値が整数の場合は強制びびり振動、それ以外の場合は再生びびり振動と判別する。
k=60fC/n0N
(fC:びびり振動周波数、n0:現在回転速度、N:工具刃数)
Next, machining is started in S3. During machining, vibration acceleration during machining obtained from the
k = 60f C / n 0 N
(F C : chatter vibration frequency, n 0 : current rotation speed, N: number of tool blades)
これは図3に示すように、強制びびり振動は、k=1,2,3・・の斜め点線で示される工具刃通過周波数での切削力変動による入力と、f1、f2、f3の範囲で示される共振周波数とが一致した斜め実線で示される箇所で発生する、すなわち、k値が整数である工具刃通過周波数線上に存在することから、上記演算によって得られたk値が整数であることをもって強制びびり振動と判別するものである。 As shown in FIG. 3, the forced chatter vibration is generated in the range of f1, f2, and f3 by the input due to the cutting force fluctuation at the tool blade passing frequency indicated by the oblique dotted line of k = 1, 2, 3,. The k value obtained by the above calculation is an integer because it occurs on the part indicated by the oblique solid line that matches the indicated resonance frequency, that is, on the tool blade passing frequency line where the k value is an integer. This is to distinguish it from forced chatter vibration.
S5の判別でNO,すなわち再生びびり振動と判断されたら、S6で、最適回転速度nを以下の式で演算し、主軸3の回転速度を最適回転速度nへ変更してS4の判別へ戻る。
n=60fC/{(k1+1)N}
(k1:k値の整数部分)
If it is determined NO in S5, that is, if it is regenerative chatter vibration, the optimum rotational speed n is calculated by the following formula in S6, the rotational speed of the
n = 60f C / {(k1 + 1) N}
(K1: integer part of k value)
一方、S5の判別で強制びびり振動と判断されたら、S7で回転速度と振動量とを記憶して(記憶ステップ)、S8で回転速度を予め設定された一定数だけ上げる(回転速度変更ステップ)。
ここで回転速度を上げるのは、図3に示されるように、ある共振周波数に着目した場合、回転速度を上げた方が各工具刃通過周波数の間隔(点線の間隔)が広くなり、工具刃通過周波数と共振周波数範囲とが一致しない回転速度範囲が広がるため、強制びびり振動が発生しない回転速度が存在する可能性が高くなるからである。
On the other hand, if the forced chatter vibration is determined in S5, the rotation speed and the vibration amount are stored in S7 (storage step), and the rotation speed is increased by a predetermined number in S8 (rotation speed changing step). .
As shown in FIG. 3, the rotational speed is increased when focusing on a certain resonance frequency, and when the rotational speed is increased, the interval between the tool blade passing frequencies (interval between dotted lines) becomes wider. This is because the rotation speed range in which the pass frequency and the resonance frequency range do not coincide with each other widens, and therefore there is a high possibility that there is a rotation speed at which no forced chatter vibration occurs.
また、図4から図6に示されるように、振動量は各周波数における工具刃通過周波数での入力と機械系の伝達関数との積となるため、入力を低減するか、伝達関数を小さくするか、入力と伝達関数の大きい共振周波数との周波数をずらすかすることで発生する振動量を低減させることができる。ここで図7より、工具4の毎分送り(矢印A)が一定の場合、矢印Bでの回転速度を上げることでワーク6の切削断面20の長さが減少することが分かる。入力はこの切削断面20の長さと図面に対して鉛直方向の切込み量との積の切削断面積に比例するため、切削断面20の長さが減少することで入力が低減する。このため、回転速度を上げると入力が低減され、振動量が低減されるのである。
Also, as shown in FIGS. 4 to 6, the vibration amount is the product of the input at the tool blade passing frequency at each frequency and the transfer function of the mechanical system, so the input is reduced or the transfer function is reduced. Alternatively, the amount of vibration generated can be reduced by shifting the frequency between the input and the resonance frequency having a large transfer function. Here, it can be seen from FIG. 7 that when the feed of the
S8で回転速度を上げた後、S9で再び振動量と閾値との比較を行う。ここでも振動量が閾値以上、すなわち回転速度を上昇側へ変更しても強制びびり振動の抑制効果が得られなかった場合は、S10で、現在の回転速度までの結果から振動が拡大傾向にあるか否かを判断する。これは、たとえば現在の回転速度での加工をN回目とするならば、N回目とN−1回目の振動量の差分が正で、且つN−1回目とN−2回目の振動量の差分が正、・・というように、回転速度を上げるにつれて振動量の差分が一定回数以上連続して正となる場合は、振動が拡大傾向にあると判断する。
そして、振動が拡大傾向と判断された場合は、S11で、記憶装置14の中で最も振動量の小さい回転速度に変更して(回転速度選択ステップ)、S12で加工終了となるまで当該回転速度で加工を継続する。
After increasing the rotation speed in S8, the vibration amount is compared with the threshold value again in S9. Again, if the vibration amount is equal to or greater than the threshold value, that is, if the effect of suppressing the forced chatter vibration is not obtained even if the rotational speed is changed to the rising side, the vibration tends to expand from the result up to the current rotational speed in S10. Determine whether or not. For example, if the machining at the current rotational speed is the Nth, the difference between the Nth and N−1th vibration amounts is positive, and the difference between the N−1 and N−2th vibration amounts. If the difference in vibration amount becomes positive continuously for a certain number of times or more as the rotational speed is increased, it is determined that the vibration tends to expand.
If it is determined that the vibration tends to expand, the rotation speed is changed to the rotation speed with the smallest vibration amount in the
一方、S10で振動が拡大傾向にないと判断された場合は、S13で、現在の回転速度に回転速度増加分を足した次の回転速度が、S2で設定したnlimを超えているか否かを確認する。ここでnlimを超えない場合は、S4へ戻って制御を継続する。よって、振動量が依然として閾値を超えており(S4でYES)、尚かつ強制びびり振動である(S5でYES)場合、S7で当該回転速度と振動量とを記憶した後、S8で再び回転速度を上げてS9で振動量と閾値との比較を行う。すなわち、回転速度がnlimに達しない範囲で回転速度を段階的に上げて強制びびり振動の抑制を図るものである。
そして、強制びびり振動が抑制されないままS13で次の回転速度がnlimを超える場合は、S11で記憶装置14の中で最も振動量の小さい回転速度に変更して(回転速度選択ステップ)、S12で加工終了となるまで当該回転速度で加工を継続する。
On the other hand, if it is determined in S10 that the vibration does not tend to expand, it is determined in S13 whether the next rotation speed obtained by adding the rotation speed increase to the current rotation speed exceeds n lim set in S2. Confirm. If n lim is not exceeded, the process returns to S4 and continues control. Therefore, when the vibration amount still exceeds the threshold value (YES in S4) and forced chatter vibration (YES in S5), the rotational speed and the vibration amount are stored in S7, and then the rotational speed is again determined in S8. In step S9, the vibration amount is compared with the threshold value. That is, forced chatter vibration is suppressed by increasing the rotation speed stepwise within a range where the rotation speed does not reach n lim .
If the next rotational speed exceeds n lim in S13 without the forced chatter vibration being suppressed, the rotational speed is changed to the rotational speed with the smallest vibration amount in the
なお、S10において振動が拡大傾向にあるか否かを判別し、S13において次の回転速度がnlimを超えるか否かを判別して、何れの判別でもYESの場合には記憶の中で最も振動量の小さい回転速度に変更するのには以下の理由による。
まず、図8(A)に示されるように工具刃先4Aの丸みの影響が無視できる程度の切込み量21である場合に対して、同図(B)に示されるように工具刃先4Aの丸みの影響が無視できない程度の微小切込み量22である場合は、「比切削抵抗の寸法効果」(「基礎切削加工学」(共立出版株式会社)参照)により実質すくい角が減少することで比切削抵抗が大きくなるため、びびり振動が発生しやすくなるからである。また、加工変質層の加工硬化により一般的に表面に近いほど硬度は高くなるため、表面近くで微小切込量の切削を行うと、びびり振動が発生しやすくなったり、チッピングが発生したり、摩耗が早く進行したりするからである。つまり、S10,S13の判別は、回転速度をnlim近くまで上げ続けたことで、切込量が小さくなりすぎて逆にびびり振動が大きくなったり工具不良が発生したりする不具合を回避するための処理である。
In S10, it is determined whether or not the vibration tends to expand. In S13, it is determined whether or not the next rotational speed exceeds n lim. The reason for changing to a rotational speed with a small amount of vibration is as follows.
First, as shown in FIG. 8 (A), when the cutting
このように、上記形態の振動抑制装置及び方法によれば、強制びびり振動が発生すると回転速度を上昇側へ変更することで振動の低減を図る一方、上昇側へ変更しても振動の低減に繋がらない場合、若しくは変更しようとする次の回転速度が上限回転速度を超える場合には、振動量が最小となる回転速度を選択するようにしたことで、回転速度を上昇側へ変更しても強制びびり振動の抑制効果が得られなかった場合には、極度に切込み量が小さくならない回転速度への変更に留めることができる。よって、加工完了までの所要時間を変更したり、過度の加工条件変更によるびびり振動の増加を招いたりすることなく、発生したびびり振動に対して適切に対処可能となる。 As described above, according to the vibration suppressing device and method of the above aspect, when forced chatter vibration occurs, the rotational speed is changed to the upward side to reduce the vibration, but even if it is changed to the upward side, the vibration is reduced. If it is not connected, or if the next rotation speed to be changed exceeds the upper limit rotation speed, the rotation speed that minimizes the vibration amount is selected. If the effect of suppressing the forced chatter vibration cannot be obtained, the change to the rotation speed at which the cutting depth does not become extremely small can be made. Therefore, it is possible to appropriately deal with the generated chatter vibration without changing the time required until the machining is completed or causing an increase in chatter vibration due to an excessive change of the machining conditions.
特にここでは、回転速度を上昇側へ変更しても強制びびり振動が抑制されない場合、S7での回転速度及び振動量の記憶とS8での回転速度の上昇側への変更とを繰り返し、演算装置13は、S10において、振動が拡大傾向、すなわち変更前の回転速度での振動量と変更後の回転速度での振動量との差分を算出し、差分が一定回数以上連続して正となった場合に、振動量が増加したと判断するようにしているので、強制びびり振動の振動量の増加を適切に判別することができる。
In particular, here, if forced chatter vibration is not suppressed even if the rotation speed is changed to the increase side, the storage of the rotation speed and vibration amount in S7 and the change to the increase side of the rotation speed in S8 are repeated, and the
また、演算装置13は、予め設定される工具の限界切削速度である回転速度nlim0と、上記2つの回転速度nlim1、nlim2とのうち、最も小さい回転速度を上限回転速度とするようにしているので、最も余裕のある領域で上限回転速度を設定することができる。
さらに、演算装置13は、k=60fC/n0N(fC:びびり振動周波数、n0:現在回転速度、N:工具刃数)を演算して、kが整数の場合は強制びびり振動、それ以外の場合は再生びびり振動と判別するようにしているので、びびり振動の種類が簡単に判別可能となる。
Further, the
Further, the
なお、本発明の振動抑制装置に係る構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、振動検出手段や制御装置の構成、振動抑制制御等を本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。 The configuration related to the vibration suppression device of the present invention is not limited to the mode described in the above embodiment, and the configuration of the vibration detection means and the control device, the vibration suppression control, etc. depart from the spirit of the present invention. As long as it is not, it can be changed as needed.
たとえば、振動検出手段には変位計やマイクを採用して、振動加速度の代わりに振動変位や振動音を用いることも可能である。
また、上記形態では最終的に選択された回転速度へ自動的に変更しているが、記憶装置が記憶している結果を表示する表示装置を設けて、表示された結果を基にオペレータが手動で最終的な回転速度に変更してもよい。
さらにまた、S1でのパラメータの設定において、工具の限界切削速度Vlimと工具径Dとを設定できるようにして、S2ではnlim0=Vlim/(π×D)として上限回転速度nlim0を設定するようにしてもよい。
また、予め共振周波数を測定して、S1でその共振周波数を入力できるようにして、図3で示される斜め実線を考慮して不安定と想定される回転速度を除外するように回転速度の変更範囲を制限してもよい。
For example, a displacement meter or a microphone can be employed as the vibration detection means, and vibration displacement or vibration sound can be used instead of vibration acceleration.
In the above embodiment, the rotation speed is automatically changed to the finally selected rotation speed, but a display device for displaying the result stored in the storage device is provided, and the operator manually operates based on the displayed result. You may change to the final rotation speed.
Furthermore, in the parameter setting in S1, the limit cutting speed V lim and the tool diameter D of the tool can be set, and in S2, the upper limit rotational speed n lim0 is set as n lim0 = V lim / (π × D). You may make it set.
In addition, the resonance frequency is measured in advance so that the resonance frequency can be input in S1, and the rotation speed is changed so as to exclude the rotation speed assumed to be unstable in consideration of the oblique solid line shown in FIG. The range may be limited.
さらにまた、S10では振動が拡大傾向にあるか否かを演算しているが、1回ごとの測定結果の比較ではなく、数回分の測定結果を平均してから比較するなどしてもよい。このようにすれば測定誤差の影響を抑えることができる。但し、1回の回転速度の変更の前後で振動量が増加していれば、さらに回転速度を上げることなく振動量が最小の回転速度を選択するようにしてもよい。
その他、工作機械としては立形マシニングセンタに限らず、回転軸に装着したワークを回転させて加工を行うNC旋盤等の他の工作機械であっても本発明は適用可能である。
Furthermore, in S10, whether or not the vibration tends to expand is calculated, but instead of comparing the measurement results for each time, the measurement results for several times may be averaged and compared. In this way, the influence of measurement errors can be suppressed. However, if the amount of vibration has increased before and after a single change in rotational speed, the rotational speed with the smallest amount of vibration may be selected without further increasing the rotational speed.
In addition, the machine tool is not limited to a vertical machining center, and the present invention can be applied to other machine tools such as an NC lathe that performs machining by rotating a workpiece mounted on a rotary shaft.
1・・立形マシニングセンタ、2・・主軸頭、3・・主軸、4・・工具、5・・加工テーブル、6・・ワーク、7・・振動センサ、10・・振動抑制装置、11・・制御装置、12・・NC装置、13・・演算装置、14・・記憶装置、15・・入力装置、20・・切削断面、21・・切込み量、22・・微小切込み量。 1 .... Vertical machining center, 2 .... Spindle head, 3 .... Spindle, 4 .... Tool, 5 .... Machining table, 6 .... Workpiece, 7 .... Vibration sensor, 10 .... Vibration suppression device, 11 .... Control device, 12 ·· NC device, 13 ·· Calculation device, 14 ·· Storage device, 15 ·· Input device, 20 ·· Cutting section, 21 ·· Cutting amount, 22 ·· Micro cutting amount.
Claims (5)
予め設定される前記工具の限界切削速度及び刃先丸み半径、前記ワークの材種の加工変質層深さに基づいて前記回転速度の上限を設定する上限回転速度設定手段と、
前記びびり振動の発生を検出する振動検出手段と、
検出された前記びびり振動の種類を判別する振動判別手段と、
前記振動検出手段によりびびり振動を検出した場合、そのときの前記回転速度と振動量とを記憶する記憶手段と、
前記振動判別手段において判別された前記びびり振動が強制びびり振動であれば、前記回転速度を上昇側へ変更する回転速度変更手段と、
前記回転速度を上昇側へ変更しても前記強制びびり振動の振動量が増加した場合、若しくは上昇側へ変更しようとする次の回転速度が、前記上限回転速度設定手段で設定された上限回転速度を超える場合には、前記回転速度を上昇側へ変更することなく、前記記憶手段に記憶された前記回転速度から前記振動量が最小となる前記回転速度を選択する回転速度選択手段と
を備えることを特徴とする工作機械の振動抑制装置。 In a machine tool provided with a rotating shaft for rotating a tool or a workpiece, a vibration suppressing device that suppresses chatter vibration generated with rotation of the rotating shaft by changing the rotation speed of the rotating shaft,
Upper limit rotational speed setting means for setting an upper limit of the rotational speed based on a preset limit cutting speed and radius of cutting edge of the tool, and a work-affected layer depth of the material type of the workpiece ;
Vibration detecting means for detecting occurrence of chatter vibration;
Vibration discriminating means for discriminating the type of the detected chatter vibration;
When chatter vibration is detected by the vibration detection means, storage means for storing the rotation speed and vibration amount at that time;
If the chatter vibration discriminated by the vibration discriminating means is a forced chatter vibration, a rotational speed changing means for changing the rotational speed to the rising side;
If the amount of forced chatter vibration increases even when the rotational speed is changed to the upward side, or the next rotational speed to be changed to the upward side is the upper limit rotational speed set by the upper limit rotational speed setting means. A rotation speed selection means for selecting the rotation speed at which the amount of vibration is minimized from the rotation speed stored in the storage means without changing the rotation speed to the rising side. Vibration suppression device for machine tools characterized by
nlim1=vf/(N×fZ1) ・・(1)
nlim2=vf/(N×fZ2) ・・(2)
vf:1分間当たりの主軸送り速度、N:工具刃数、fZ1:R×P(R:工具刃先丸み半径、P:調整係数)、fZ2:T×Q(T:ワークの材種の加工変質層深さ、Q:調整係数) The upper limit rotational speed setting means includes a rotational speed n lim0 which is a preset limit cutting speed of the tool, and two rotational speeds n lim1 and n lim2 calculated based on the following equations (1) and (2). among them, the vibration suppression device for a machine tool according to the smallest rotational speed to claim 1 or 2, characterized in that the upper limit rotation speed.
n lim1 = v f / (N × f Z1 ) (1)
n lim2 = v f / (N × f Z2 ) (2)
v f : spindle feed speed per minute, N: number of tool blades, f Z1 : R × P (R: tool blade radius, P: adjustment factor), f Z2 : T × Q (T: material type of workpiece) Deterioration depth of processed layer, Q: adjustment factor)
予め設定される前記工具の限界切削速度及び刃先丸み半径、前記ワークの材種の加工変質層深さに基づいて前記回転速度の上限を設定する上限回転速度設定ステップと、
前記びびり振動の発生を検出する振動検出ステップと、
検出された前記びびり振動の種類を判別する振動判別ステップと、
前記振動検出ステップによりびびり振動を検出した場合、そのときの前記回転速度と振動量とを記憶する記憶ステップと、
前記振動判別ステップにおいて判別された前記びびり振動が強制びびり振動であれば、前記回転速度を上昇側へ変更する回転速度変更ステップと、
前記回転速度を上昇側へ変更しても前記強制びびり振動の振動量が増加した場合、若しくは上昇側へ変更しようとする次の回転速度が、前記上限回転速度設定ステップで設定された上限回転速度を超える場合には、前記回転速度を上昇側へ変更することなく、前記記憶ステップで記憶された前記回転速度から前記振動量が最小となる前記回転速度を選択する回転速度選択ステップと
を実行することを特徴とする工作機械の振動抑制方法。 In a machine tool provided with a rotating shaft for rotating a tool or a workpiece, a vibration suppressing method for suppressing chatter vibration generated with rotation of the rotating shaft by changing the rotation speed of the rotating shaft,
An upper limit rotation speed setting step for setting an upper limit of the rotation speed based on a preset limit cutting speed and a cutting edge radius of the tool, and a work-affected layer depth of the material type of the workpiece ;
A vibration detecting step for detecting occurrence of the chatter vibration;
A vibration discriminating step for discriminating the type of the detected chatter vibration;
When chatter vibration is detected by the vibration detection step, a storage step for storing the rotation speed and vibration amount at that time;
If the chatter vibration determined in the vibration determination step is a forced chatter vibration, a rotation speed changing step for changing the rotation speed to the rising side;
If the amount of forced chatter vibration increases even when the rotational speed is changed to the upward side, or the next rotational speed to be changed to the upward side is the upper limit rotational speed set in the upper limit rotational speed setting step. If the rotation speed exceeds the rotation speed, the rotation speed selection step of selecting the rotation speed at which the amount of vibration is minimized is executed from the rotation speed stored in the storage step without changing the rotation speed to the rising side. A method for suppressing vibration of a machine tool.
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