JP6803248B2 - Machine tool vibration suppression method and equipment - Google Patents
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Description
本発明は、工具又はワークを回転させてワークを加工する工作機械において、加工中に発生するびびり振動を抑制するための方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for suppressing chatter vibration generated during machining in a machine tool for machining a work by rotating a tool or a work.
エンドミル加工において、切込量や回転軸の回転速度などの加工条件によってはびびり振動が生じ加工面が悪化することがある。また、びびり振動によって工具がダメージを受け、工具寿命の悪化にもつながる。
このびびり振動を抑制するための技術として非特許文献1が知られており、この技術を利用した振動抑制方法として特許文献1が知られている。この振動抑制方法では、加工面の仕上げ精度悪化の原因となる自励振動としての再生型びびり振動を抑制するため、工具やワーク等のびびり振動の発生系の固有振動数を、工具やワークをインパルス加振することにより求め、これを60倍すると共に工具刃数及び所定の整数で除して得た値を最適回転速度とし、当該最適回転速度で加工を行うようにしている。
一方、機械の固有振動数ではなく、びびり発生時のびびり周波数を用いた計算方法として、特許文献2が知られている。特許文献2では、機械に配置した振動センサによりびびり周波数を測定し、びびり周波数から算出されるパラメータを用いて最適回転速度を求めている。
上記の特許文献1及び2は、単一のモードでのびびりには有効と考えられるが、例えば図4に示すように複数のモードでのびびりが生じる加工条件の場合、一つのモードに対する安定速度領域が別のモードの不安定領域と重なることがあり、このようなケースでは正しく最適回転速度を求めることができない。
このような複数の振動モードが重なって現れる場合に有効な制御方法として、特許文献3の方法が提案されている。特許文献3では、各振動モードに対する最適速度間の距離を指標として、複数の振動モードの重なりを考慮した最適回転速度を求めている。
しかしながら、前記の方法では各振動モードに対する最適速度の計算精度に依存するため、計算方法や振動状態によっては十分な精度を得られない場合がある。
In end mill machining, chatter vibration may occur and the machined surface may deteriorate depending on the machining conditions such as the depth of cut and the rotation speed of the rotating shaft. In addition, the tool is damaged by chatter vibration, which leads to a deterioration in tool life.
Non-Patent
On the other hand,
The above-mentioned
The method of
However, since the above method depends on the calculation accuracy of the optimum speed for each vibration mode, sufficient accuracy may not be obtained depending on the calculation method and the vibration state.
特許文献1から3のように計算式で最適速度を求める方法の他に、特許文献4のように主軸速度を順次変更して各主軸速度における振動状態を比較し、より良い加工速度を探し出す方法も提案されている。一般に振動センサを加工点近くに配置することは困難なため、振動加速度の絶対値は機械系の伝達関数の影響を受ける関係上、加速度の大きさを基準として最適な速度を探索するのは精度上問題がある。そこで特許文献4では、振動周波数や、下記の式で得られる位相差と呼ばれるパラメータを指標に最適速度を探索している。
位相差={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転軸速度)}の小数部分
また、特許文献5では、時系列の振動データから自己相関係数を算出してその自己相関波形から得られる周期Txと、切刃がワークに接触する周期T1とに基づいて位相差を算出し、算出した位相差に基づいて、主軸回転速度を増減してびびり振動の検出と回避とを行う発明を開示している。
In addition to the method of obtaining the optimum speed by a calculation formula as in
Phase difference = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)} In addition, in
特許文献4の方法では別途閾値を設定し、前記位相差の変化量がこの閾値を越えた場合に最適速度と見なす、としている。しかし、主軸速度に対する位相差の分布は工具、ワークの特性や、加工条件など様々なパラメータに依存するため、一意に閾値を定めることは非常に困難である。特に、前述の図4のように複数の振動モードが重なり合って現れる場合、安定速度付近における位相差の変化量は小さくなるため、閾値を設定することがより困難となる。
また、特許文献5の方法では、位相差を回転速度を増減させる指標としているに過ぎず、ここでも複数の振動モードがある場合についての対応ができない。
In the method of
Further, in the method of
そこで、本発明は、複数モードによるびびり振動が混在する加工条件においても、近似計算による計算精度の影響を受けず、びびり振動に対する最適回転速度を高精度に求めることができる工作機械の振動抑制方法及び装置を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention is a vibration suppression method for a machine tool that can obtain the optimum rotation speed for chatter vibration with high accuracy without being affected by the calculation accuracy by approximate calculation even under machining conditions in which chatter vibration due to a plurality of modes is mixed. And the purpose is to provide the device.
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、前記ワークを加工する際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制方法であって、
前記びびり振動を検出する振動検出ステップと、
検出した前記びびり振動の抑制に最適な前記回転軸の回転速度が含まれる範囲を推定する最適速度範囲推定ステップと、
前記範囲の上限速度及び下限速度において、下記式1,2により位相差をそれぞれ求める位相差算出ステップと、
前記回転速度に対する前記位相差の勾配を算出して、求めた位相差勾配を暫定最大値として保存する位相差勾配最大値保存ステップと、
前記範囲内において前記回転速度を所定の変更幅で減少或いは増加へ変更する回転速度変更ステップと、
変更した前記回転速度に対する前記位相差勾配を算出し、求めた前記位相差勾配を前記暫定最大値と比較する位相差勾配比較ステップと、
前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えない場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と同じ方向に設定して前記回転速度を変更する一方、前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えた場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と逆方向に設定すると共に、前記変更幅を前回よりも小さく設定し、当該位相差勾配を前記暫定最大値に更新して前記回転速度を変更する第2の回転速度変更ステップと、
を実行することを特徴とする。
式1:k={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転速度)}
式2:位相差=k−[k−α] 但し0≦α≦1、[k−α]は床関数
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記第2の回転速度変更ステップと、ここで変更した前記回転速度に基づく前記位相差勾配比較ステップとを繰り返して実行し、前記第2の回転速度変更ステップでの前記変更幅が所定の閾値に達すると、前記回転速度が最適化されたと判断する判断ステップをさらに実行することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項3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、前記ワークを加工する際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
前記びびり振動を検出する振動検出手段と、
検出した前記びびり振動の抑制に最適な前記回転軸の回転速度が含まれる範囲を推定する最適速度範囲推定手段と、
前記範囲の上限速度及び下限速度において、下記式1,2により位相差をそれぞれ求める位相差算出手段と、
前記回転速度に対する前記位相差の勾配を算出して、求めた位相差勾配を暫定最大値として保存する位相差勾配最大値保存手段と、
前記範囲内において前記回転速度を所定幅で減少或いは増加へ変更する回転速度変更手段と、
変更した前記回転速度に対する前記位相差勾配を算出し、求めた前記位相差勾配を前記暫定最大値と比較する位相差勾配比較手段と、
前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えない場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と同じ方向に設定して前記回転速度を変更する一方、前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えた場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と逆方向に設定すると共に、前記変更幅を前回よりも小さく設定し、当該位相差勾配を前記暫定最大値に更新して前記回転速度を変更する第2の回転速度変更手段と、
を備えることを特徴とする。
式1:k={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転速度)}
式2:位相差=k−[k−α] 但し0≦α≦1、[k−α]は床関数
請求項4に記載の発明は、請求項3の構成において、前記第2の回転速度変更手段と、ここで変更した前記回転速度に基づく前記位相差勾配比較手段とを繰り返して実行し、前記第2の回転速度変更手段での前記変更幅が所定の閾値に達すると、前記回転速度が最適化されたと判断する判断手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The vibration detection step for detecting the chatter vibration and
An optimum speed range estimation step for estimating a range including the rotation speed of the rotation shaft, which is optimal for suppressing the detected chatter vibration, and
In the upper limit speed and the lower limit speed in the above range, the phase difference calculation step of obtaining the phase difference by the following
A phase difference gradient maximum value saving step of calculating the phase difference gradient with respect to the rotation speed and saving the obtained phase difference gradient as a provisional maximum value, and
A rotation speed change step of changing the rotation speed to decrease or increase within a predetermined change range within the range, and
A phase difference gradient comparison step of calculating the phase difference gradient with respect to the changed rotation speed and comparing the obtained phase difference gradient with the provisional maximum value.
When the phase difference gradient does not exceed the provisional maximum value in the comparison, the rotation speed is changed by setting the change direction of the rotation speed to the same direction as the previous change, while the phase difference gradient is changed in the comparison. When the provisional maximum value is exceeded, the change direction of the rotation speed is set in the direction opposite to the previous change, the change width is set smaller than the previous time, and the phase difference gradient is updated to the provisional maximum value. The second rotation speed change step for changing the rotation speed and
It is characterized by executing.
Equation 1: k = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)}
Equation 2: Phase difference = k- [k-α] However, 0 ≦ α ≦ 1 and [k-α] are floor functions. The invention according to
In order to achieve the above object, the invention according to
The vibration detecting means for detecting the chattering vibration and
Optimal speed range estimating means for estimating the range including the rotational speed of the rotating shaft, which is optimal for suppressing the detected chatter vibration,
A phase difference calculating means for obtaining the phase difference by the following
A phase difference gradient maximum value storage means that calculates the phase difference gradient with respect to the rotation speed and stores the obtained phase difference gradient as a provisional maximum value.
A rotation speed changing means for changing the rotation speed to decrease or increase by a predetermined width within the range.
A phase difference gradient comparing means for calculating the phase difference gradient with respect to the changed rotation speed and comparing the obtained phase difference gradient with the provisional maximum value.
When the phase difference gradient does not exceed the provisional maximum value in the comparison, the rotation speed is changed by setting the change direction of the rotation speed to the same direction as the previous change, while the phase difference gradient is changed in the comparison. When the provisional maximum value is exceeded, the change direction of the rotation speed is set in the direction opposite to the previous change, the change width is set smaller than the previous time, and the phase difference gradient is updated to the provisional maximum value. The second rotation speed changing means for changing the rotation speed and
It is characterized by having.
Equation 1: k = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)}
Equation 2: Phase difference = k- [k-α] However, 0 ≦ α ≦ 1 and [k-α] are floor functions. The invention according to
本発明によれば、回転速度に対する位相差勾配を利用してびびり振動の抑制に最適な回転速度を探索するので、複数の振動モードが混在するような複雑なびびり振動に対しても、最適な回転速度を高精度に求めることができる。 According to the present invention, since the optimum rotation speed for suppressing chatter vibration is searched for by using the phase difference gradient with respect to the rotation speed, it is optimal even for complicated chatter vibration in which a plurality of vibration modes coexist. The rotation speed can be obtained with high accuracy.
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、振動抑制装置の一例を示すブロック構成図である。工作機械1において、主軸2には加工時の振動を検出するための振動センサ3が設置されており、NC装置4には、振動センサ3から検出された振動信号を基に、振動周波数の算出を行う周波数解析部5と、得られた振動周波数を基に位相差を算出する位相差演算部6と、主軸回転速度の変化量とその際の位相差変化量とに基づいて位相差勾配を算出する位相差勾配演算部7と、周波数解析部5で得られた振動周波数を基に最適回転速度の予想範囲を推定する最適速度範囲推定部8とが設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block configuration diagram showing an example of a vibration suppression device. In the
位相差勾配演算部7で算出された位相差勾配は、位相差勾配最大値格納部9に送られる。この位相差勾配最大値格納部9では、自身に格納された位相差勾配最大値と、位相差勾配演算部7から得られた位相差勾配とを比較して、大きな方の値を新たな最大値として格納する。またここで位相差勾配の最大値が更新された場合、回転速度指令値演算部10に通知を行う。
回転速度指令値演算部10では、最適速度範囲推定部8での計算結果と、位相差勾配最大値格納部9から通知される位相差暫定最大値更新情報とを基に、次の回転速度指令値を算出する。算出された回転速度指令値は主軸制御装置12に送られ、工作機械1の主軸速度を変更する。また、算出された回転速度指令値は最適速度格納部11にも送られ、算出結果が最適速度として格納される。
The phase difference gradient calculated by the phase difference
In the rotation speed command
ここでは振動センサ3及び周波数解析部5が振動検出手段、最適速度範囲推定部8が最適速度範囲推定手段、位相差演算部6が位相差算出手段、位相差勾配演算部7及び位相差勾配最大値格納部9が、位相差勾配最大値保存手段及び位相差勾配比較手段、判断手段として機能する。また、回転速度指令値演算部10及び主軸制御装置12が回転速度変更手段、位相差勾配最大値格納部9及び回転速度指令値演算部10、主軸制御装置12が第2の回転速度変更手段としてそれぞれ機能する。
Here, the
以下、上記振動抑制装置による振動抑制方法(振動抑制制御)の詳細を、図2のフローチャート及び図3の振動データ例に基づいて説明する。
まず、S1で、加工中のびびり振動の発生を検出する(振動検出ステップ)。これは、振動センサ3で得られる時間領域の振動を周波数解析部5で周波数領域の振動に解析し、解析した振動が所定の閾値を越えた場合にびびり振動の発生と判断する。
Hereinafter, the details of the vibration suppression method (vibration suppression control) by the vibration suppression device will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the vibration data example of FIG.
First, in S1, the occurrence of chatter vibration during machining is detected (vibration detection step). The
次に、S2で、最適速度範囲推定部8が、周波数解析部5で解析されたびびり振動に対する最適回転速度を暫定的に算出し、S3で、回転速度指令値演算部10及び主軸制御装置12を介して主軸2の回転速度を変更する。ここでの最適回転速度の計算には、例えば特許文献2に開示されているように、びびり振動数を60倍して工具刃数及び所定の整数で除した安定回転速度を求めると共に、所定の式から算出されるk値及び位相情報に基づいて係数を定め、当該係数と安定回転速度とから最適回転速度を算出する、といった公知の方法を用いることができる。
しかし前述したように、びびり振動に対する最適回転速度計算には一般的に近似計算が用いられるため、一度で最適な条件に変更できるとは限らない。たとえば図3の(1)→(2)のように異なる振動モードへ遷移して安定領域が狭いままとなる。
Next, in S2, the optimum speed
However, as described above, since an approximate calculation is generally used for calculating the optimum rotation speed for chatter vibration, it is not always possible to change to the optimum conditions at one time. For example, as shown in (1) → (2) in FIG. 3, the transition to different vibration modes is made, and the stable region remains narrow.
そこで本制御では、S4において、最適速度範囲推定部8が、S3の回転速度変更により最適回転速度を通過したか否かを判定する。この判定方法としては、例えば特許文献3に開示されている方法(現在の回転速度と変更前の回転速度との間で安定余裕が大きい領域があるか否かを判定し、安定余裕が大きい領域があれば、最適回転速度を通過したと判定する)などを用いることができる。
S4で、回転速度変更により最適回転速度を通過したと判定された場合、最適回転速度は、変更前後の範囲内にあることになる。なお、ここで最適回転速度を通過していないと判定された場合、S2へ戻って再び最適回転速度の算出から処理される。
Therefore, in this control, in S4, the optimum speed
When it is determined in S4 that the optimum rotation speed has been passed by changing the rotation speed, the optimum rotation speed is within the range before and after the change. If it is determined that the optimum rotation speed has not been passed, the process returns to S2 and the optimum rotation speed is calculated again.
よって、S5では、変更前後の回転速度を最適回転速度が含まれる範囲と推定して、位相差演算部6において、推定した最適速度範囲の上限速度及び下限速度において、下記の式1,2により位相差をそれぞれ算出する(最適速度範囲推定ステップ及び位相差算出ステップ)。
式1:k={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転速度)}
式2:位相差=k−[k−α] 但し0≦α≦1、[k−α]は床関数
次に、S6で、位相差勾配演算部7において、回転速度に対する位相差勾配の暫定最大値を計算して(図3中のVε)、位相差勾配最大値格納部9に格納する(位相差勾配最大値保存ステップ)。
Therefore, in S5, the rotation speed before and after the change is estimated as the range including the optimum rotation speed, and the phase
Equation 1: k = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)}
Equation 2: Phase difference = k- [k-α] However, 0≤α≤1 and [k-α] are floor functions. Next, in S6, the phase difference
続いて、S5で推定された最適速度範囲内を詳細に探索することで、最適な回転速度を特定する。以下、この探索処理をS7〜S11によって詳述する。
まず、前回の回転速度変更(図3(1)→(2))で最適回転速度を跨いだことがわかっているので、S7で、回転速度の変更幅を図3(1)→(2)の半分とし、反対方向に回転速度を微小変更する(回転速度変更ステップ)。
次に、S8の判別で、変更後の回転速度に基づいて位相差勾配演算部7で位相差勾配を算出し、算出した位相差勾配を、位相差勾配最大値格納部9において、先に格納された暫定最大値と比較する(位相差勾配比較ステップ)。
Subsequently, the optimum rotation speed is specified by searching in detail within the optimum speed range estimated in S5. Hereinafter, this search process will be described in detail with reference to S7 to S11.
First, since it is known that the optimum rotation speed was crossed in the previous change in rotation speed (Fig. 3 (1) → (2)), the change width of the rotation speed was changed in Fig. 3 (1) → (2) in S7. The rotation speed is slightly changed in the opposite direction (rotation speed change step).
Next, in the determination of S8, the phase difference gradient is calculated by the phase difference
このとき、位相差の変化は図3(2)→(3)となるので、算出された位相差勾配は、暫定最大値Vεを越えている。よって、最適回転速度を跨いだと判断できるので、S9で、さらに回転速度の変更幅を半減させ、探索方向(変更方向)を反転させて、S10で位相差勾配の暫定最大値を更新する。
次に、S11で、S9での変更幅が所定の閾値以上であるか否かを判別する。ここで所定の閾値以上であれば、S7に戻り、S9で設定した変更幅と探索方向に基づいて回転速度を微小変更する(第2の回転速度変更ステップ)。
At this time, since the change in the phase difference is shown in FIGS. 3 (2) to (3), the calculated phase difference gradient exceeds the provisional maximum value Vε. Therefore, since it can be determined that the optimum rotation speed is crossed, the change width of the rotation speed is further halved in S9, the search direction (change direction) is reversed, and the provisional maximum value of the phase difference gradient is updated in S10.
Next, in S11, it is determined whether or not the change width in S9 is equal to or greater than a predetermined threshold value. Here, if it is equal to or more than a predetermined threshold value, the process returns to S7 and the rotation speed is slightly changed based on the change width and the search direction set in S9 (second rotation speed change step).
従って、回転速度は図3(3)→(4)と遷移するが、(3)と(4)との間に位相差の不連続点があることから、この遷移により振動モードが変化していることがわかる。単純に振動モードの変化のみを用いて最適回転速度の探索を行うと、この間に最適回転速度があると誤認してしまうが、図3の限界切込量から実際にはこの間には最適回転速度が存在しないことがわかる。
このため、次のS8の判別では、図3(3)→(4)の遷移では位相差勾配が(2)→(3)の場合より小さくなり、暫定最大値を更新しないことから、最適回転速度を跨いでいない、ということが判断できる。
Therefore, the rotation speed transitions from FIG. 3 (3) to (4), but since there is a discontinuity in the phase difference between (3) and (4), the vibration mode changes due to this transition. You can see that there is. If the optimum rotation speed is searched by simply using only the change in the vibration mode, it will be mistaken that there is an optimum rotation speed during this period, but from the limit depth of cut in FIG. 3, the optimum rotation speed is actually during this period. It turns out that does not exist.
Therefore, in the next determination of S8, the phase difference gradient becomes smaller in the transition from FIG. 3 (3) to (4) than in the case of (2) to (3), and the provisional maximum value is not updated. It can be judged that the speed is not crossed.
すると、再びS7へ戻り、S9で設定した同じ変更幅及び探索方向に基づいて回転速度が微小変更される(第2の回転速度変更ステップ)。よって、図3(4)→(5)の変更が行われる。
ここでは位相差勾配が暫定最大値よりも大きくなるので(S8でYES)、最適回転速度を跨いだことがわかる。よって、S9で変更幅の減少と探索方向の反転とがなされてS10で位相差勾配の暫定最大値が更新される。そして、S11の判別でS9での変更幅が閾値上であれば、S7に戻り、S9で設定された変更幅と探索方向に基づいて回転速度が微小変更される(第2の回転速度変更ステップ)。すなわち、図3(5)→(6)のようにさらに細かく探索が進むことになる。
こうしてS7からS11の処理を続けることで、最適回転速度に漸近することができる。
Then, the process returns to S7 again, and the rotation speed is slightly changed based on the same change width and search direction set in S9 (second rotation speed change step). Therefore, the changes shown in FIGS. 3 (4) to (5) are made.
Here, since the phase difference gradient becomes larger than the provisional maximum value (YES in S8), it can be seen that the optimum rotation speed is straddled. Therefore, the change width is reduced and the search direction is reversed in S9, and the provisional maximum value of the phase difference gradient is updated in S10. Then, if the change width in S9 is above the threshold value in the determination of S11, the process returns to S7, and the rotation speed is slightly changed based on the change width and the search direction set in S9 (second rotation speed change step). ). That is, the search proceeds in more detail as shown in FIGS. 3 (5) → (6).
By continuing the processing from S7 to S11 in this way, the optimum rotation speed can be asymptotically approached.
そして、S11の判別で回転速度の変更幅が所定の閾値未満である場合には、探索ステップを終了して最後の回転速度を最適回転速度と判断する(判断ステップ)。この変更幅の閾値は、例えば最適回転速度を±10回転の精度で求めたい場合には、10回転とすることができる。 Then, when the change width of the rotation speed is less than a predetermined threshold value in the determination in S11, the search step is ended and the final rotation speed is determined to be the optimum rotation speed (determination step). The threshold value of this change width can be set to 10 rotations, for example, when the optimum rotation speed is to be obtained with an accuracy of ± 10 rotations.
このように、上記形態の振動抑制装置及び振動抑制方法によれば、びびり振動を検出する振動検出ステップ(S1)と、検出したびびり振動の抑制に最適な主軸2の回転速度が含まれる範囲を推定する最適速度範囲推定ステップ(S5)と、当該範囲の上限速度及び下限速度において、上記式1,2により位相差をそれぞれ求める位相差算出ステップ(S5)と、回転速度に対する位相差の勾配を算出して、求めた位相差勾配を暫定最大値として保存する位相差勾配最大値保存ステップ(S6)と、当該範囲内において回転速度を所定の変更幅で減少或いは増加へ変更する回転速度変更ステップ(S7)と、変更した回転速度に対する位相差勾配を算出し、求めた位相差勾配を暫定最大値と比較する位相差勾配比較ステップ(S8)と、当該比較で位相差勾配が暫定最大値を越えない場合、回転速度の変更方向を前回の変更と同じ方向に設定して回転速度を変更する一方、当該比較で位相差勾配が暫定最大値を越えた場合、回転速度の変更方向を前回の変更と逆方向に設定すると共に、変更幅を前回よりも小さく設定し、当該位相差勾配を暫定最大値に更新して回転速度を変更する第2の回転速度変更ステップ(S7〜S11)と、を実行する。すなわち、回転速度に対する位相差勾配を利用してびびり振動の抑制に最適な回転速度を探索するので、複数の振動モードが混在するような複雑なびびり振動に対しても、最適な回転速度を高精度に求めることができる。
As described above, according to the vibration suppression device and the vibration suppression method of the above-described embodiment, the range including the vibration detection step (S1) for detecting chatter vibration and the rotation speed of the
なお、振動抑制装置の構成は上記形態に限らず、例えば位相差演算部と位相差勾配演算部とを統合したり、位相差勾配最大値格納部と最適回転速度格納部を統合したり等、適宜変更可能である。
また、振動抑制方法においても、上記形態では、S8の比較で位相差勾配が暫定最大値を越えていなければ、S7で前回と同じ変更幅で回転速度を微小変更するようにしているが、この場合も変更幅を徐々に小さくすることは可能である。
さらに、探索を打ち切るS11の閾値を10回転以外に変更したり、閾値でなく回転速度の変更回数に上限を設けて探索を打ち切ったりすることも考えられる。
その他、工作機械としては回転軸に工具を装着して加工するものに限らず、回転軸にワークを把持させて加工するものであっても本発明は適用可能である。
The configuration of the vibration suppression device is not limited to the above embodiment, for example, the phase difference calculation unit and the phase difference gradient calculation unit may be integrated, or the phase difference gradient maximum value storage unit and the optimum rotation speed storage unit may be integrated. It can be changed as appropriate.
Further, also in the vibration suppression method, in the above embodiment, if the phase difference gradient does not exceed the provisional maximum value in the comparison of S8, the rotation speed is slightly changed in S7 with the same change width as the previous time. Even in this case, it is possible to gradually reduce the change width.
Further, it is conceivable to change the threshold value of S11 to terminate the search to other than 10 rotations, or to terminate the search by setting an upper limit on the number of changes in the rotation speed instead of the threshold value.
In addition, the present invention is applicable not only to a machine tool for machining by attaching a tool to a rotating shaft, but also to a machine tool for machining by gripping a work on a rotating shaft.
1・・工作機械、2・・主軸、3・・振動センサ、4・・NC装置、5・・周波数解析部、6・・位相差演算部、7・・位相差勾配演算部、8・・最適速度範囲推定部、9・・位相差勾配最大値格納部、10・・回転速度指令値演算部、11・・最適速度格納部、12・・主軸制御装置。 1 ... Machine tool, 2 ... Spindle, 3 ... Vibration sensor, 4 ... NC device, 5 ... Frequency analysis unit, 6 ... Phase difference calculation unit, 7 ... Phase difference gradient calculation unit, 8 ... Optimal speed range estimation unit, 9 ... Phase difference gradient maximum value storage unit, 10 ... Rotation speed command value calculation unit, 11 ... Optimal speed storage unit, 12 ... Spindle control device.
Claims (4)
前記びびり振動を検出する振動検出ステップと、
検出した前記びびり振動の抑制に最適な前記回転軸の回転速度が含まれる範囲を推定する最適速度範囲推定ステップと、
前記範囲の上限速度及び下限速度において、下記式1,2により位相差をそれぞれ求める位相差算出ステップと、
前記回転速度に対する前記位相差の勾配を算出して、求めた位相差勾配を暫定最大値として保存する位相差勾配最大値保存ステップと、
前記範囲内において前記回転速度を所定の変更幅で減少或いは増加へ変更する回転速度変更ステップと、
変更した前記回転速度に対する前記位相差勾配を算出し、求めた前記位相差勾配を前記暫定最大値と比較する位相差勾配比較ステップと、
前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えない場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と同じ方向に設定して前記回転速度を変更する一方、前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えた場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と逆方向に設定すると共に、前記変更幅を前回よりも小さく設定し、当該位相差勾配を前記暫定最大値に更新して前記回転速度を変更する第2の回転速度変更ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の振動抑制方法。
式1:k={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転速度)}
式2:位相差=k−[k−α] 但し0≦α≦1、[k−α]は床関数 A vibration suppression method for suppressing chatter vibration generated when machining the work in a machine tool provided with a rotating shaft for rotating a tool or a work.
The vibration detection step for detecting the chatter vibration and
An optimum speed range estimation step for estimating a range including the rotation speed of the rotation shaft, which is optimal for suppressing the detected chatter vibration, and
In the upper limit speed and the lower limit speed in the above range, the phase difference calculation step of obtaining the phase difference by the following equations 1 and 2, respectively,
A phase difference gradient maximum value saving step of calculating the phase difference gradient with respect to the rotation speed and saving the obtained phase difference gradient as a provisional maximum value, and
A rotation speed change step of changing the rotation speed to decrease or increase within a predetermined change range within the range, and
A phase difference gradient comparison step of calculating the phase difference gradient with respect to the changed rotation speed and comparing the obtained phase difference gradient with the provisional maximum value.
When the phase difference gradient does not exceed the provisional maximum value in the comparison, the rotation speed is changed by setting the change direction of the rotation speed to the same direction as the previous change, while the phase difference gradient is changed in the comparison. When the provisional maximum value is exceeded, the change direction of the rotation speed is set in the direction opposite to the previous change, the change width is set smaller than the previous time, and the phase difference gradient is updated to the provisional maximum value. The second rotation speed change step for changing the rotation speed and
A method of suppressing vibration of a machine tool, which is characterized by performing.
Equation 1: k = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)}
Equation 2: Phase difference = k- [k-α] where 0≤α≤1 and [k-α] are floor functions
前記びびり振動を検出する振動検出手段と、
検出した前記びびり振動の抑制に最適な前記回転軸の回転速度が含まれる範囲を推定する最適速度範囲推定手段と、
前記範囲の上限速度及び下限速度において、下記式1,2により位相差をそれぞれ求める位相差算出手段と、
前記回転速度に対する前記位相差の勾配を算出して、求めた位相差勾配を暫定最大値として保存する位相差勾配最大値保存手段と、
前記範囲内において前記回転速度を所定幅で減少或いは増加へ変更する回転速度変更手段と、
変更した前記回転速度に対する前記位相差勾配を算出し、求めた前記位相差勾配を前記暫定最大値と比較する位相差勾配比較手段と、
前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えない場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と同じ方向に設定して前記回転速度を変更する一方、前記比較で前記位相差勾配が前記暫定最大値を越えた場合、前記回転速度の変更方向を前回の変更と逆方向に設定すると共に、前記変更幅を前回よりも小さく設定し、当該位相差勾配を前記暫定最大値に更新して前記回転速度を変更する第2の回転速度変更手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の振動抑制装置。
式1:k={60×びびり振動周波数/(工具刃数×回転速度)}
式2:位相差=k−[k−α] 但し0≦α≦1、[k−α]は床関数 A vibration suppression device for suppressing chatter vibration generated when machining the work in a machine tool provided with a rotating shaft for rotating a tool or a work.
The vibration detecting means for detecting the chattering vibration and
Optimal speed range estimating means for estimating the range including the rotational speed of the rotating shaft, which is optimal for suppressing the detected chatter vibration,
A phase difference calculating means for obtaining the phase difference by the following equations 1 and 2 at the upper limit speed and the lower limit speed in the above range, respectively.
A phase difference gradient maximum value storage means that calculates the phase difference gradient with respect to the rotation speed and stores the obtained phase difference gradient as a provisional maximum value.
A rotation speed changing means for changing the rotation speed to decrease or increase by a predetermined width within the range.
A phase difference gradient comparing means for calculating the phase difference gradient with respect to the changed rotation speed and comparing the obtained phase difference gradient with the provisional maximum value.
When the phase difference gradient does not exceed the provisional maximum value in the comparison, the rotation speed is changed by setting the change direction of the rotation speed to the same direction as the previous change, while the phase difference gradient is changed in the comparison. When the provisional maximum value is exceeded, the change direction of the rotation speed is set in the direction opposite to the previous change, the change width is set smaller than the previous time, and the phase difference gradient is updated to the provisional maximum value. The second rotation speed changing means for changing the rotation speed and
A vibration suppression device for a machine tool, which is characterized by being provided with.
Equation 1: k = {60 x chatter vibration frequency / (number of tool blades x rotation speed)}
Equation 2: Phase difference = k- [k-α] where 0≤α≤1 and [k-α] are floor functions
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