JP7636770B2 - Machine tool spindle speed adjustment system and spindle speed adjustment program - Google Patents
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Description
本発明は、主軸に生じる振動を抑制することができる工作機械の主軸回転数調整システム及び主軸回転数調整プログラムに関する。 The present invention relates to a machine tool spindle speed adjustment system and spindle speed adjustment program that can suppress vibrations that occur in the spindle.
主軸に装着された工具を回転駆動してワークを加工する工作機械は、主軸の回転中に、指令回転数に応じて主軸の軸方向(Z軸)の偏差量が変化する。この工作機械において、面粗さ目標値が高い加工を行う場合には、Z軸偏差量が少ない回転数領域を使用することが求められている。 In machine tools that machine workpieces by rotating a tool attached to the spindle, the deviation in the axial direction (Z-axis) of the spindle changes according to the commanded rotation speed while the spindle is rotating. When machining with a high target surface roughness value, this machine tool is required to use a rotation speed range that provides a small amount of Z-axis deviation.
例えば、特許文献1には、主軸または工具の振動周波数を検知するセンサと、振動周波数に基づいて、主軸または工具に生じているびびり振動の振動強度を算出する算出部と、主軸の回転数を制御するための設定値を調整する調整部を備え、びびり振動が生じたことに基づいて、主軸の回転数の変動範囲を決定し、変動範囲内において主軸の回転数を変化させるとともに当該複数の回転数の各々について振動強度を取得し、当該複数の回転数の内、振動強度が主軸の回転数を変化させる前と比較して相対的に小さくなる回転数を設定値として用いるようにした工作機械が開示されている。
For example,
特許文献1に記載の工作機械は、主軸または工具に生じているびびり振動を検知するために、主軸または工具の振動周波数を検知するセンサを設ける必要があった。この工作機械には、例えばハウジングに加速度センサが設けられているから、構造が複雑になるという問題があった。
The machine tool described in
また、特許文献1に記載の工作機械は、主軸または工具にびびり振動が生じたことを検知した場合に、主軸の回転数を変化させて各回転数で振動強度を取得することから、探索時間を短くするために主軸の回転数の変動範囲を限定する必要があった。
In addition, when the machine tool described in
そこで、本発明は、主軸に生じる振動を簡単に抑制することができる工作機械の主軸回転数調整システム及び主軸回転数調整プログラムを提供するものである。 Therefore, the present invention provides a machine tool spindle speed adjustment system and spindle speed adjustment program that can easily suppress vibrations that occur in the spindle.
本発明は、上記課題を解決するために、工具を装着する主軸を回転駆動すると共に、前記主軸を回転軸の軸方向に駆動する工作機械であって、前記主軸の軸方向の位置データを計測する位置計測手段と、前記主軸の回転数を変えて各回転数における該主軸の軸方向の位置データを計測し、該位置データと基準位置から前記主軸の軸方向の偏差量を算出する偏差算出手段と、前記主軸の各回転数における前記偏差量を記憶する記憶手段と、加工時に前記主軸の回転数を指定された回転数に対する許容範囲内において前記偏差量が最も小さい回転数に調整する回転数調整手段と、を有する工作機械の主軸回転数調整システムを提供するものである。 To solve the above problems, the present invention provides a machine tool spindle speed adjustment system for a machine tool that drives a spindle to which a tool is attached in rotation and drives the spindle in the axial direction of the rotating shaft, the machine tool having a position measurement means for measuring axial position data of the spindle, a deviation calculation means for measuring the axial position data of the spindle at each rotation speed by changing the rotation speed of the spindle and calculating the amount of deviation in the axial direction of the spindle from the position data and a reference position, a storage means for storing the amount of deviation at each rotation speed of the spindle, and a rotation speed adjustment means for adjusting the rotation speed of the spindle during machining to the rotation speed at which the amount of deviation is smallest within the allowable range for a specified rotation speed.
また、工作機械の主軸回転数調整システムは、加工時に指定される前記主軸の回転数に対する割合又は/及び許容回転数で前記許容範囲を設定する許容範囲設定手段を備えたものである。 The spindle speed adjustment system of the machine tool also includes a tolerance setting means for setting the tolerance range as a percentage of the spindle speed specified during machining and/or as an allowable speed.
また、工作機械の主軸回転数調整システムは、前記許容範囲設定手段が、加工時に指定される前記主軸の回転数に対する割合及び許容回転数のうち、回転数の幅が狭い方を前記許容範囲として設定するものである。 In addition, the spindle speed adjustment system of the machine tool is such that the allowable range setting means sets the narrower range of rotation speeds between the ratio of the spindle speed specified during machining and the allowable rotation speed as the allowable range.
また、工作機械の主軸回転数調整システムは、前記偏差算出手段が、各回転数において前記主軸の軸方向の偏差を算出するために該軸方向の位置データを2以上の所定回数計測し、偏差量が最も大きいデータを偏差データとして記憶するものである。 In addition, in the spindle speed adjustment system for a machine tool, the deviation calculation means measures the position data in the axial direction of the spindle two or more times to calculate the deviation in the axial direction of the spindle at each rotation speed, and stores the data with the largest deviation amount as the deviation data.
また、本発明は、上記の何れか一項に記載の機械の主軸回転数調整システムとして、コンピュータを機能させるための主軸回転数調整プログラムを提供するものである。 The present invention also provides a spindle speed adjustment program for causing a computer to function as a spindle speed adjustment system for a machine described in any one of the above.
本発明の工作機械の主軸回転数調整システムは、工具を装着する主軸を回転駆動すると共に、前記主軸を回転軸の軸方向に駆動する工作機械であって、前記主軸の軸方向の位置データを計測する位置計測手段と、前記主軸の回転数を変えて各回転数における該主軸の軸方向の位置データを計測し、該位置データと基準位置から前記主軸の軸方向の偏差量を算出する偏差算出手段と、前記主軸の各回転数における前記偏差量を記憶する記憶手段と、加工時に前記主軸の回転数を指定された回転数に対する許容範囲内において前記偏差量が最も小さい回転数に調整する回転数調整手段と、を有することにより、主軸の軸方向の位置を計測するスケールなどの位置計測手段を用いて回転数毎の偏差量を計測することができ、この偏差量が小さい回転数に調整することができるから、簡単な構成によって主軸に生じる振動を抑制することができる効果がある。 The spindle speed adjustment system of the machine tool of the present invention is a machine tool that drives a spindle to which a tool is attached in rotation and drives the spindle in the axial direction of the rotating shaft, and has a position measurement means that measures the axial position data of the spindle, a deviation calculation means that changes the rotation speed of the spindle to measure the axial position data of the spindle at each rotation speed and calculates the axial deviation of the spindle from the position data and a reference position, a storage means that stores the deviation at each rotation speed of the spindle, and a rotation speed adjustment means that adjusts the rotation speed of the spindle during processing to the rotation speed at which the deviation amount is smallest within the allowable range for a specified rotation speed.By having this, the deviation amount for each rotation speed can be measured using a position measurement means such as a scale that measures the axial position of the spindle, and the rotation speed can be adjusted to the rotation speed with the smallest deviation amount, so that it is possible to suppress vibrations generated in the spindle with a simple configuration.
また、本発明の工作機械の主軸回転数調整システムは、工作機械の稼働前や運転休止期間に主軸の各回転数における偏差量を計測して記憶しておくことができるから、運転中は直ぐにこの偏差量が小さい回転数に調整することができる効果がある。 The machine tool spindle speed adjustment system of the present invention can measure and store the deviation amount at each spindle speed before the machine tool starts operating or during downtime, so that during operation, the speed can be immediately adjusted to a speed with a small deviation amount.
また、本発明の工作機械の主軸回転数調整システムは、加工時に指定される前記主軸の回転数に対する割合又は/及び許容回転数で前記許容範囲を設定する許容範囲設定手段を備えたことにより、指定された主軸の回転数に対して許容される範囲内で前記偏差量が最も小さい回転数に調整することができる効果がある。 The spindle speed adjustment system for the machine tool of the present invention is also equipped with an allowable range setting means for setting the allowable range as a percentage of the spindle speed specified during machining and/or as an allowable speed, thereby making it possible to adjust the speed to the one with the smallest deviation within the allowable range for the specified spindle speed.
また、本発明の工作機械の主軸回転数調整システムは、前記許容範囲設定手段が、加工時に指定される前記主軸の回転数に対する割合及び許容回転数のうち、回転数の幅が狭い方を前記許容範囲として設定することにより、指定された主軸の回転数に対して、その割合及び許容回転数の双方の条件を満たした範囲内で前記偏差量が最も小さい回転数に調整することができる効果がある。 The spindle speed adjustment system for the machine tool of the present invention has the effect that the allowable range setting means sets the ratio of the spindle speed specified during machining and the allowable speed, whichever has the narrower range of speeds, as the allowable range, thereby making it possible to adjust the specified spindle speed to the speed with the smallest deviation within a range that satisfies both the ratio and the allowable speed.
また、工作機械の主軸回転数調整システムは、前記偏差算出手段が、各回転数において前記主軸の軸方向の偏差を算出するために該軸方向の位置データを2以上の所定回数計測し、偏差量が最も大きいデータを偏差データとして記憶することにより、時間経過で偏差量が変動する場合でも偏差量が最も大きいデータを偏差データとして記憶することができる効果がある。 In addition, the spindle speed adjustment system for machine tools has an advantage that the deviation calculation means measures the position data in the axial direction of the spindle two or more times to calculate the deviation in the axial direction of the spindle at each rotation speed, and stores the data with the largest deviation amount as the deviation data, so that even if the deviation amount fluctuates over time, the data with the largest deviation amount can be stored as the deviation data.
また、本発明の主軸回転数調整プログラムは、上記の何れか一項に記載の機械の主軸回転数調整システムとして、コンピュータを機能させることにより、主軸の軸方向の位置を計測するスケールなどの位置計測手段を用いて回転数毎の偏差量を計測することができ、プログラムによってこの偏差量が小さい回転数に調整することができるから、簡単な構成によって主軸に生じる振動を抑制することができる効果がある。 The spindle speed adjustment program of the present invention, by functioning a computer as a spindle speed adjustment system for a machine described in any one of the above, can measure the deviation amount for each rotation speed using a position measurement means such as a scale that measures the axial position of the spindle, and the program can adjust the rotation speed to a small deviation amount, which has the effect of suppressing vibrations occurring in the spindle with a simple configuration.
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明の工作機械における主軸回転数調整システムは、工具3を装着する主軸2を回転駆動すると共に、主軸2を回転軸の軸方向に駆動する工作機械1において、主軸2の軸方向の位置データを計測する位置計測手段11と、主軸2の回転数を変えて各回転数における該主軸2の軸方向の位置データを計測し、該位置データと基準位置から主軸2の軸方向の偏差量を算出する偏差算出手段12と、主軸2の各回転数における偏差量を記憶する記憶手段20と、加工時に指定された前記主軸の回転数を、該指定された回転数に対する許容範囲内において前記偏差量が最も小さい回転数に調整する回転数調整手段13と、を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The spindle rotation speed adjustment system in a machine tool of the present invention, in a
工作機械1は、主軸2の回転による振動によって、指令回転数に応じて主軸2の軸方向(Z軸)に偏差が生じる。Z軸の偏差量は、図5及び図6に示すように、機械ごとに異なった変化をし、工作機械1の固有振動が生じる主軸2の回転数周辺で特に大きくなる。そこで、本願発明者らは、機械ごとに、あらかじめ全回転数領域のZ軸偏差量を計測しておき、工作機械1の振動が少なくなるように指令回転数周辺で主軸2の回転数を微調整する機能を考案した。
In
図1は、本発明に係る主軸回転数調整システムの一実施例を示す構成図である。図4は、本発明を使用した工作機械の一実施例を示す斜視図である。 Figure 1 is a diagram showing an embodiment of a spindle speed adjustment system according to the present invention. Figure 4 is a perspective view showing an embodiment of a machine tool using the present invention.
本実施例において、工作機械1はマシニングセンタであり、ワークを載置するテーブル4と、工具3を装着して回転駆動する主軸2を有する。テーブル4は、主軸2の回転軸に垂直なX軸方向及びY軸方向に駆動され、主軸2は回転軸の軸方向(Z軸方向)に駆動される。工作機械1は、主軸2の先端に工具3が装着され、工具3を回転させながらワークに対してX,Y,Z軸方向に相対移動させ、ワークを所望の形状に加工する。また、工作機械1は、図示しないが、工具3の加工軌跡を数値制御する制御装置と、加工条件、工具交換、座標設定などの指示を入力する操作パネルと、加工情報や位置情報などを表示するモニターを備えている。
In this embodiment, the
図4に示すように、主軸2が回転可能に設けられた主軸ヘッド2aは、ガイド7に沿ってZ軸方向に駆動される。工作機械1の本体には、スケール5がガイド7と平行に設けられ、主軸ヘッド2aが駆動されるときにZ軸上の位置を読み取る基準となる。位置計測手段11は、このスケール5と、主軸ヘッド2aに設けられた検出部6とから構成され、検出部6によってスケール5から主軸2のZ軸方向の位置を計測する。なお、工作機械1は図示の構成に限られず、他の立形マシニングセンタや横形マシニングセンタ、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤など各種の工作機械に本発明を適用することが可能である。
[主軸回転数調整システムの構成]
As shown in Fig. 4, the
[Configuration of spindle speed adjustment system]
主軸回転数調整システム10は、主軸2のZ軸方向の位置データをスケール5と検出部6で計測する位置計測手段11と、主軸2の回転数を変えて各回転数における主軸2のZ軸方向の位置データを計測し、該位置データと基準位置から主軸2のZ軸方向の偏差量を算出する偏差算出手段12と、加工時に主軸2の回転数を指定された回転数に対する許容範囲内において偏差量が最も小さい回転数に調整する回転数調整手段13と、加工時に指定される主軸2の回転数に対する割合及び許容回転数で許容範囲を設定する許容範囲設定手段14と、を有している。
The spindle
図1において、20は記憶手段であり、位置計測手段11で計測される主軸2のZ軸方向の位置データ、偏差算出手段12で算出される偏差量、許容範囲設定手段14で設定される許容範囲などを記憶する。記憶手段20は、偏差算出手段12で算出される偏差量を主軸2の回転数と関連付けて記憶する。
In FIG. 1, 20 is a storage means, which stores the position data in the Z-axis direction of the
位置計測手段11は、主軸2のZ軸方向の位置データを検出するために一般的な工作機械1に設けられており、リニアスケールなどのスケール5と検出部6で該位置データを検出する。偏差算出手段12は、位置計測手段11によって計測された位置データに基づいて、基準位置からのズレを偏差量として算出する。図7に示すように、Z軸の偏差量は、時間経過と共に変化(図7の奥行が時間軸)することがある。そこで、偏差算出手段12は、各回転数において主軸2のZ軸方向の偏差を算出するためにZ軸方向の位置データを2以上の所定回数計測し、偏差量が最も大きいデータを偏差データとして記憶手段20に記憶することが好ましい。
The position measurement means 11 is provided in a
本実施例において、偏差算出手段12は、1回転数領域につき、1回当たり所定のサンプリング周期で所定時間(約1秒間)の計測を行い、計測されたZ軸の位置データと基準位置からZ軸偏差量を算出する。偏差算出手段12は、1領域ごとに6回の計測を行い、最も大きいZ軸偏差量を偏差データとして記憶手段20に記憶する。Z軸の基準位置としては、例えば、計測されたZ軸の位置データの平均値又は中央値、主軸2の回転前の位置データなどを用いることができる。
In this embodiment, the deviation calculation means 12 performs measurements for a predetermined time (approximately 1 second) at a predetermined sampling period for each rotation speed region, and calculates the Z-axis deviation amount from the measured Z-axis position data and the reference position. The deviation calculation means 12 performs measurements six times for each region, and stores the largest Z-axis deviation amount as deviation data in the storage means 20. As the Z-axis reference position, for example, the average or median of the measured Z-axis position data, position data before the rotation of the
また、偏差算出手段12は、1回転数領域につき、十分に長い時間(1~2分間)計測した中で偏差量が最も大きいエリアのデータを偏差データとして記憶手段20に記憶する構成としてもよい。このとき、偏差算出手段12は、計測された位置データを約1秒間ごとのエリアに分割し、エリアごとに基準位置からのズレを偏差量として算出する。なお、計測される位置データの量を削減してZ軸偏差量の算出負荷を抑制できることから、偏差算出手段12は、本実施例のように、所定時間(約1秒間)の計測を一定間隔で行うように構成していることが好ましい。 The deviation calculation means 12 may also be configured to store in the storage means 20 as deviation data the data of the area with the largest deviation amount among the data measured for a sufficiently long time (1 to 2 minutes) for one rotation speed region. In this case, the deviation calculation means 12 divides the measured position data into areas of approximately 1 second each, and calculates the deviation amount from the reference position for each area. Note that, since the amount of measured position data can be reduced and the calculation load of the Z-axis deviation amount can be suppressed, it is preferable that the deviation calculation means 12 is configured to perform measurements for a predetermined time (approximately 1 second) at regular intervals, as in this embodiment.
偏差算出手段12は、例えばステップアップ幅を100min-1に設定してあり、主軸2の回転数を100min-1ごとにステップアップして計測し、主軸2の最高回転数までステップアップして計測を行う。図5及び図6に示す実施例において、偏差算出手段12は、主軸2の最高回転数40,000min-1まで100min-1ごとにZ軸偏差量を計測している。記憶手段20は、全回転数領域において、回転数領域ごとに最も大きいZ軸偏差量を偏差データとして記憶している。本実施例では、主軸2のZ軸偏差量を計測するとき、主軸2に最高回転数で回転可能な工具3を装着している。
The deviation calculation means 12 sets the step-up width to 100 min -1 , for example, and measures the rotation speed of the
本実施例において、許容範囲設定手段14は、加工時に指定される主軸2の回転数に対する割合及び許容回転数のうち、回転数の幅が狭い方を許容範囲として設定する。図5に示す例では、指令回転数10,000min-1に対して、許容変化率が±5%に設定されており、対応する許容範囲は±500min-1になる。また、設定された許容範囲は、±1,000min-1であるから、許容範囲設定手段14は、±500min-1を許容範囲として設定する。
In this embodiment, the tolerance setting means 14 sets the narrower range of rotation speed as the tolerance range between the ratio of the rotation speed of the
図6に示す例では、指令回転数26,000min-1に対して、許容変化率が±10%に設定されているから、対応する許容範囲は±2,600min-1になる。また、設定された許容範囲は、±2,000min-1であるから、許容範囲設定手段14は、±2,000min-1を許容範囲として設定する。なお、許容範囲設定手段14は、主軸2の回転数に対する割合又は許容回転数の何れか一方で許容範囲を設定してもよい。
6, the allowable rate of change is set to ±10% for a command speed of 26,000 min -1 , so the corresponding allowable range is ±2,600 min -1 . Also, since the set allowable range is ±2,000 min -1 , the allowable range setting means 14 sets ±2,000 min -1 as the allowable range. Note that the allowable range setting means 14 may set the allowable range either as a ratio to the speed of
回転数調整手段13は、加工時に指定された主軸2の回転数を、指定された回転数に対する許容範囲内において偏差量が最も小さい回転数に調整する。図5に示す例において、回転数調整手段13は、指令回転数10,000min-1に対して、許容範囲±500min-1内で偏差量が最も小さい回転数(9,800min-1)に調整している。図6に示す例において、回転数調整手段13は、指令回転数26,000min-1に対して、許容範囲±2,000min-1内で偏差量が最も小さい回転数(25,050min-1)に調整している。
[診断システムの作用]
The rotation speed adjusting means 13 adjusts the rotation speed of the
[Diagnostic system function]
次に、本発明に係る工作機械の主軸回転数調整システムの作用について説明する。図2は、本発明のZ軸偏差量の測定手段の一実施例を示すフローチャートであり、図3は、本発明の主軸回転数の調整手段の一実施例を示すフローチャートである。 Next, the operation of the machine tool spindle speed adjustment system according to the present invention will be described. Figure 2 is a flow chart showing one embodiment of the Z-axis deviation measurement means of the present invention, and Figure 3 is a flow chart showing one embodiment of the spindle speed adjustment means of the present invention.
図2に示すように、偏差算出手段12は、偏差量を計測する主軸2の回転数(R)として最初に最小回転数を読み込む(ステップS1)。回転数(R)は、最小回転数から所定のステップアップ幅(本実施例では100min-1)で増加するようにしている。最小回転数は、任意の回転数を設定することができ、ステップアップ幅の100min-1に設定してもよい。
2, the deviation calculation means 12 first reads the minimum rotation speed as the rotation speed (R) of the
偏差算出手段12は、ステップS1で読み込まれた主軸2の回転数(R)を工作機械1の最高回転数(Rmax)と比較し(ステップS2)、回転数(R)が最高回転数(Rmax)以下の場合、回転数領域ごとの測定回数nに「1」を入力する(ステップS3)。一方、ステップS1で読み込まれた主軸2の回転数(R)が工作機械1の最高回転数(Rmax)を越えた場合、偏差算出手段12は、全てのZ軸偏差データの単位をmmに換算し、記憶手段20の正規メモリへ記憶して測定を終了する。
The deviation calculation means 12 compares the rotation speed (R) of the
偏差算出手段12は、主軸2を回転数(R)で回転させ、位置計測手段11で主軸2のZ軸方向の位置データを計測する(ステップS4)。偏差算出手段12は、例えば1回転数領域につき1回当たり所定のサンプリング周期で所定時間(約1秒間)の計測を行っている。偏差算出手段12は、ステップS4で計測されたZ軸の位置データと基準位置からZ軸偏差量を算出する(ステップS5)。
The deviation calculation means 12 rotates the
偏差算出手段12は、ステップS5で算出したZ軸偏差量と、記憶手段20の一時記憶領域に記憶された測定中の回転数領域のZ軸偏差量と、を比較し(ステップS6)、ステップS5で算出したZ軸偏差量の方が大きい場合、算出したZ軸偏差量を当該回転数領域のZ軸偏差データとして置き換えて記憶手段20の一時記憶領域に記憶する(ステップS7)。測定前のZ軸偏差データには、初期値として「0」又は測定可能な最小数値が記憶されている。一方、ステップS5で算出したZ軸偏差量が、記憶手段20の一時記憶領域に記憶された測定中の回転数領域のZ軸偏差量と同じか、その値より小さい場合、偏差算出手段12は、記憶手段20の一時記憶領域に一時記憶されたZ軸偏差データを書き換えないでステップS8へ移行する。 The deviation calculation means 12 compares the Z-axis deviation amount calculated in step S5 with the Z-axis deviation amount of the rotation speed area being measured stored in the temporary storage area of the storage means 20 (step S6). If the Z-axis deviation amount calculated in step S5 is larger, the calculated Z-axis deviation amount is replaced as the Z-axis deviation data of the rotation speed area and stored in the temporary storage area of the storage means 20 (step S7). The Z-axis deviation data before measurement is stored with "0" or the minimum measurable value as the initial value. On the other hand, if the Z-axis deviation amount calculated in step S5 is the same as or smaller than the Z-axis deviation amount of the rotation speed area being measured stored in the temporary storage area of the storage means 20, the deviation calculation means 12 proceeds to step S8 without rewriting the Z-axis deviation data temporarily stored in the temporary storage area of the storage means 20.
偏差算出手段12は、回転数領域ごとの測定回数nと、所定の測定回数N(本実施例では6回)と、を比較する(ステップS8)。測定回数nが所定の測定回数Nに達していない場合、偏差算出手段12は、測定回数nに「1」を加えた後(ステップS9)、ステップS4に戻り、同じ回転数領域でZ軸偏差データの計測を繰り返す。一方、測定回数nが所定の測定回数Nに達した場合、偏差算出手段12は、ステップS10へ移行し、主軸2の回転数(R)にステップアップ幅である100min-1を加え、ステップS4へ戻る。偏差算出手段12は、主軸2の回転数(R)が最高回転数(Rmax)に達するまで、所定のステップアップ幅の回転数領域でZ軸偏差量の計測を行う。
The deviation calculation means 12 compares the number of measurements n for each rotation speed region with a predetermined number of measurements N (six in this embodiment) (step S8). If the number of measurements n has not reached the predetermined number of measurements N, the deviation calculation means 12 adds "1" to the number of measurements n (step S9), returns to step S4, and repeats the measurement of Z-axis deviation data in the same rotation speed region. On the other hand, if the number of measurements n has reached the predetermined number of measurements N, the deviation calculation means 12 proceeds to step S10, adds 100 min -1 , which is a step-up width, to the rotation speed (R) of the
本実施例の主軸回転数調整システム10は、偏差算出手段12によって、工作機械1の最高回転数(Rmax)までの全回転数領域において、主軸2のZ軸方向の位置データを2以上の所定回数計測し、Z軸方向の偏差データを算出して記憶手段20に記憶しておくことができる。これにより、主軸回転数調整システム10は、工作機械1の工場出荷前や稼働していない時間帯を利用して主軸2のZ軸偏差データを計測することができる。
The spindle
次に、図3に基づいて、主軸回転数の自動調整の流れについて説明する。 Next, the flow of automatic adjustment of the spindle speed will be explained based on Figure 3.
工作機械1でワークの加工を行う際には、図3に示すように、主軸回転数調整システム10は、主軸2の指令回転数に対する許容範囲の設定の有無、許容範囲の設定がある場合に許容範囲とステップアップ幅の比較を行う(ステップS11)。
When machining a workpiece with the
許容変化率(指令回転数に対する割合)及び変化量(許容回転数)がステップアップ幅(本実施例では100min-1)以上の場合、許容範囲設定手段14は、許容変化率と変化量のうち回転数の幅が狭い方を許容範囲(range)として設定する(ステップS12)。一方、許容変化率又は変化量の何れかがステップアップ幅より小さい場合、回転数調整手段13は、回転数自動制御が無効であると判断し、主軸2を指令回転数で回転させる(ステップS22)。
When the allowable rate of change (ratio to the command speed) and the amount of change (allowable speed) are equal to or larger than the step-up width (100 min -1 in this embodiment), the allowable range setting means 14 sets the allowable rate of change or the amount of change, whichever has a narrower range in speed, as the allowable range (step S12). On the other hand, when either the allowable rate of change or the amount of change is smaller than the step-up width, the speed adjustment means 13 determines that the automatic speed control is invalid, and rotates the
次に、回転数調整手段13は、指令回転数をステップアップ幅で除して領域番号(r_cur)を設定する(ステップS13)。領域番号は、ステップアップ幅に相当する回転数の領域(本実施例では100min-1幅)ごとに1の番号が割り振られている。 Next, the rotation speed adjusting means 13 divides the command rotation speed by the step-up width to set a region number (r_cur) (step S13). The region number is assigned a number of 1 for each rotation speed region corresponding to the step-up width (100 min -1 width in this embodiment).
回転数調整手段13は、記憶手段20に記憶されたZ軸偏差データに、ステップS13で設定した現在領域番号におけるZ軸偏差データの有無を確認する(ステップS14)。現在領域番号にZ軸偏差データがある場合、回転数調整手段13は、現在の領域番号(r_cur)に、許容範囲(range)をステップアップ幅で除した数を加算して許容範囲の上限の領域番号(r_max)を設定する。また、回転数調整手段13は、現在の領域番号(r_cur)に、許容範囲(range)をステップアップ幅で除した数を減算して許容範囲の下限の領域番号(r_min)を設定し(ステップS15)、ステップS16へ移行する。一方、現在領域番号にZ軸偏差データがない場合、回転数調整手段13は、回転数自動制御が無効であると判断し、主軸2を指令回転数で回転させる(ステップS23)。
The rotation speed adjustment means 13 checks whether the Z-axis deviation data stored in the storage means 20 contains Z-axis deviation data in the current area number set in step S13 (step S14). If the current area number contains Z-axis deviation data, the rotation speed adjustment means 13 adds the allowable range (range) divided by the step-up width to the current area number (r_cur) to set the upper limit area number (r_max) of the allowable range. The rotation speed adjustment means 13 also subtracts the allowable range (range) divided by the step-up width from the current area number (r_cur) to set the lower limit area number (r_min) of the allowable range (step S15), and proceeds to step S16. On the other hand, if the current area number does not contain Z-axis deviation data, the rotation speed adjustment means 13 determines that the automatic rotation speed control is disabled and rotates the
ステップS16において、回転数調整手段13は、調整後回転数のZ軸偏差量(min_zerr)の初期値として、計測可能な最大値を記憶手段20の一時記憶領域に記憶する。また、回転数調整手段13は、ステップS15で設定した下限の領域番号(r_min)を、Z軸偏差データが最も小さい領域番号(min_no)として記憶手段20の一時記憶領域に記憶する共に、領域番号iとして記憶手段20の一時記憶領域に記憶する。 In step S16, the rotation speed adjustment means 13 stores the maximum measurable value in the temporary storage area of the storage means 20 as the initial value of the Z-axis deviation amount (min_zerr) of the adjusted rotation speed. In addition, the rotation speed adjustment means 13 stores the lower limit area number (r_min) set in step S15 in the temporary storage area of the storage means 20 as the area number (min_no) with the smallest Z-axis deviation data, and also stores it in the temporary storage area of the storage means 20 as area number i.
回転数調整手段13は、記憶手段20に記憶されている領域番号iのZ軸偏差データと一時領域に記憶されたZ軸偏差量(min_zerr)を比較する(ステップS17)。領域番号iのZ軸偏差データがZ軸偏差量(min_zerr)より小さい場合、回転数調整手段13は、Z軸偏差量(min_zerr)を領域番号iのZ軸偏差データで置き換えて記憶手段20の一時記憶領域に記憶すると共に、領域番号(min_no)を領域番号iで置き換えて記憶手段20の一時記憶領域に記憶する(ステップS18)。また、回転数調整手段13は、領域番号iに「1」を加え(ステップS19)、ステップS20へ移行する。 The rotation speed adjustment means 13 compares the Z-axis deviation data of the region number i stored in the storage means 20 with the Z-axis deviation amount (min_zerr) stored in the temporary region (step S17). If the Z-axis deviation data of the region number i is smaller than the Z-axis deviation amount (min_zerr), the rotation speed adjustment means 13 replaces the Z-axis deviation amount (min_zerr) with the Z-axis deviation data of the region number i and stores it in the temporary storage region of the storage means 20, and replaces the region number (min_no) with the region number i and stores it in the temporary storage region of the storage means 20 (step S18). The rotation speed adjustment means 13 also adds "1" to the region number i (step S19) and proceeds to step S20.
一方、領域番号iのZ軸偏差データがZ軸偏差量(min_zerr)と同じか大きい場合、回転数調整手段13は、Z軸偏差量(min_zerr)及び領域番号(min_no)を置き換えないで、ステップS19において領域番号iに「1」を加え、ステップS20へ移行する。 On the other hand, if the Z-axis deviation data for area number i is equal to or greater than the Z-axis deviation amount (min_zerr), the rotation speed adjustment means 13 adds "1" to area number i in step S19 without replacing the Z-axis deviation amount (min_zerr) and area number (min_no), and proceeds to step S20.
ステップS20において、回転数調整手段13は、領域番号iと許容範囲の上限の領域番号(r_max)を比較する。領域番号iが許容範囲の上限の領域番号(r_max)と同じか小さい場合、回転数調整手段13は、ステップS17へ戻ってZ軸偏差データの小さい領域番号(回転数領域)の探索を継続する。 In step S20, the rotation speed adjustment means 13 compares the area number i with the area number (r_max) of the upper limit of the allowable range. If the area number i is equal to or smaller than the area number (r_max) of the upper limit of the allowable range, the rotation speed adjustment means 13 returns to step S17 and continues searching for an area number (rotation speed area) with a smaller Z-axis deviation data.
一方、領域番号iが許容範囲の上限の領域番号(r_max)より大きい場合、回転数調整手段13は、領域番号(min_no)の主軸回転数で主軸2を回転させる(ステップS21)。以上より、主軸回転数調整システム10は、加工時に主軸2の回転数を指定された回転数に対する許容範囲内において、主軸2のZ軸偏差量が最も小さい回転数に自動的に調整することができる。
On the other hand, if the region number i is greater than the upper region number (r_max) of the allowable range, the rotation speed adjustment means 13 rotates the
1 工作機械
2 主軸
3 工具
4 テーブル
5 スケール
6 検出部
7 ガイド
10 主軸回転数調整システム
11 位置計測手段
12 偏差算出手段
13 回転数調整手段
14 許容範囲設定手段
20 記憶手段
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記主軸の軸方向の位置データを計測する位置計測手段と、
前記主軸の回転数を変えて各回転数における該主軸の軸方向の位置データを計測し、該位置データと基準位置から前記主軸の軸方向の偏差量を算出する偏差算出手段と、
前記主軸の各回転数における前記偏差量を記憶する記憶手段と、
加工時に指定された前記主軸の回転数を、該指定された回転数に対する許容範囲内において前記偏差量が最も小さい回転数に調整する回転数調整手段と、
を有する工作機械における主軸回転数調整システム。 In a machine tool that rotates a spindle on which a tool is attached and drives the spindle in an axial direction of a rotation axis,
a position measuring means for measuring axial position data of the spindle;
a deviation calculation means for measuring axial position data of the spindle at each rotation speed while changing the rotation speed of the spindle, and calculating an amount of deviation in the axial direction of the spindle from the position data and a reference position;
a storage means for storing the deviation amount at each rotation speed of the spindle;
a rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed of the spindle designated during machining to a rotation speed at which the deviation amount is smallest within an allowable range for the designated rotation speed;
A system for adjusting the spindle speed in a machine tool having the above structure.
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