JPH0132024B2 - - Google Patents
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- JPH0132024B2 JPH0132024B2 JP20851381A JP20851381A JPH0132024B2 JP H0132024 B2 JPH0132024 B2 JP H0132024B2 JP 20851381 A JP20851381 A JP 20851381A JP 20851381 A JP20851381 A JP 20851381A JP H0132024 B2 JPH0132024 B2 JP H0132024B2
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- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 29
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 13
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は工作機械におけるびびり監視装置、特
にマシニングセンタの如き各種工具によつて工作
物を切削加工する工作機械に好適なびびり監視装
置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a chatter monitoring device for a machine tool, and particularly to a chatter monitoring device suitable for a machine tool such as a machining center that cuts a workpiece using various tools.
本発明の目的とするところは、各種工具による
切削状態におけるびびりの有無を、簡単な構成で
しかも正確に判別できるようにすることである。 An object of the present invention is to enable accurate determination of the presence or absence of chatter in cutting conditions by various tools with a simple configuration.
一般に、工作機械の切削加工を伴う振動を検出
し、この検出信号をバンドパスフイルタに入力し
て所定周波数領域の信号だけを取り出し、この所
定周波数領域の検出信号の値を基準値と比較して
びびりの有無を検出し、工作機械を制御すること
は公知である。 Generally, vibrations associated with cutting of a machine tool are detected, this detection signal is input to a bandpass filter to extract only signals in a predetermined frequency range, and the value of the detection signal in this predetermined frequency range is compared with a reference value. It is known to detect the presence or absence of chatter and to control a machine tool.
しかしながら、予め定められたプログラムに従
つて各種工具を主軸に順次装着して工作物を切削
加工するマシニングセンタの如き工作機械におい
ては、各工具毎に自励びびり振動周波数ならびに
びびり振動の大きさが異なるため、上記した公知
のもののように検出信号を一定の基準値と比較す
るだけでは、各工具についてびびり状態を正確に
把握することができなく、また各工具毎に基準値
を定める方式では装置がきわめて複雑かつ高価に
なる問題がある。 However, in machine tools such as machining centers that cut workpieces by sequentially mounting various tools on the spindle according to a predetermined program, the self-excited chatter vibration frequency and the magnitude of chatter vibration differ for each tool. Therefore, it is not possible to accurately grasp the chatter condition of each tool by simply comparing the detection signal with a certain reference value as in the above-mentioned known method, and the method of determining the reference value for each tool makes it difficult for the equipment to There are problems that can be extremely complex and expensive.
このような問題を解決するために本発明者等の
種々の実験の結果、各種工具による切削加工にお
いてびびりが発生する加速度値は自励びびり振動
周波数と相関関係を有し、びびりの有無が工具の
種類に拘らず振動周波数と加速度との関係より判
別できる方策が見い出された。すなわち第2図
は、各種工具を用いて工作物を切削加工した場合
のびびりの発生状態を、自励びびり振動周波数f
と加速度gとの関係で示したものであり、図中○
印がびびり有、×印がびびり無の状態を示してい
る。第2図から明らかなことは、あるびびり振動
周波数を境にしてそれより低い周波数領域と高い
周波数領域とでびびりが発生する加速度値が異な
り、しかもそれぞれの周波数領域内においてはび
びりが発生する加速度値がほぼ一定であることが
判明した。 In order to solve this problem, the inventors conducted various experiments and found that the acceleration value at which chatter occurs during cutting with various tools has a correlation with the self-excited chatter vibration frequency, and the presence or absence of chatter is determined by the tool. A method has been found that allows discrimination based on the relationship between vibration frequency and acceleration, regardless of the type of vibration. In other words, Figure 2 shows the state of occurrence of chatter when cutting a workpiece using various tools, depending on the self-excited chatter vibration frequency f.
It is shown in the relationship between and acceleration g, and in the figure ○
The mark indicates the presence of chatter, and the mark x indicates the absence of chatter. What is clear from Fig. 2 is that the acceleration values at which chatter occurs are different in lower and higher frequency regions with a certain chatter vibration frequency as a boundary, and that the acceleration values at which chatter occurs in each frequency range are different. It was found that the value was almost constant.
よつて本発明は、各種工具によつて切削加工を
行う工作機械において、加速度変換器の加速度信
号を少なくとも2つのバンドパスフイルタによつ
て分離し、これらバンドパスフイルタの各出力を
それぞれ異なる設定値と比較してびびりの有無を
工具の種類に拘らず正確に判別できるようにした
びびり監視装置を提供せんとするものである。 Therefore, in a machine tool that performs cutting using various tools, the present invention separates the acceleration signal of an acceleration converter using at least two bandpass filters, and sets the outputs of each of these bandpass filters to different set values. It is an object of the present invention to provide a chatter monitoring device that can accurately determine the presence or absence of chatter regardless of the type of tool.
以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図において、10は例えば自動工具交換装置
を備えた数値制御工作機械の主軸頭を示し、この
主軸頭10に軸承された主軸11には予め定めら
れた加工プログラムに従つて各種工具12が順次
挿着されるようになつている。主軸頭10には加
速度変換器13が取付けられ、この加速度変換器
13は切削加工中に発生する機械振動の加速度を
検出してその検出信号を増幅器14に入力する。
増幅器14には第1および第2のバンドパスフイ
ルタ15,16が接続され、第1のバンドパスフ
イルタ15により前記加速度信号の所定周波数領
域の信号だけが取り出され、また第2のバンドパ
スフイルタ16により前記周波数領域より高い所
定周波数領域の信号だけが取り出されるようにな
つている。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
In FIG. 1, numeral 10 indicates a spindle head of a numerically controlled machine tool equipped with an automatic tool changer, for example, and a spindle 11 supported by this spindle head 10 has various tools 12 in accordance with a predetermined machining program. They are being inserted in sequence. An acceleration converter 13 is attached to the spindle head 10, and this acceleration converter 13 detects the acceleration of mechanical vibrations generated during cutting and inputs the detection signal to an amplifier 14.
First and second bandpass filters 15 and 16 are connected to the amplifier 14, and the first bandpass filter 15 extracts only signals in a predetermined frequency range of the acceleration signal, and the second bandpass filter 16 Accordingly, only signals in a predetermined frequency range higher than the above frequency range are extracted.
第1のバンドパスフイルタ15には第1の比較
器17が接続され、この比較器17によりバンド
パスフイルタ15より取り出された加速度信号と
第1の設定器18にて設定された設定値Aとが比
較され、加速度信号が設定値Aより小さい場合に
はOK信号を、大きい場合にはNG信号を出力す
るようになつている。同様に第2のバンドパスフ
イルタ16には第2の比較器19が接続され、こ
の比較器19によりバンドパスフイルタ16より
取り出された加速度信号と第2の設定器20にて
設定された設定値Bとが比較され、加速度信号が
設定値Bより小さい場合にはOK信号を、大きい
場合にはNG信号を出力するようになつている。
しかして前記第1および第2の比較器17,19
の双方よりOK信号が出力された場合にはアンド
回路21を通して正常信号が送出され、また第1
および第2の比較器17,19の何れか一方ある
いは双方よりNG信号が出力された場合にはオア
回路22を通して異常信号が送出されるようにな
つている。かかる第1および第2の比較器17,
19、第1および第2の設定器18,20、アン
ド回路21ならびにオア回路22により、びびり
の有無を判別する判別装置25を構成している。 A first comparator 17 is connected to the first bandpass filter 15, and the comparator 17 compares the acceleration signal taken out from the bandpass filter 15 with the set value A set by the first setting device 18. are compared, and if the acceleration signal is smaller than the set value A, an OK signal is output, and if it is larger, an NG signal is output. Similarly, a second comparator 19 is connected to the second band pass filter 16, and this comparator 19 uses the acceleration signal taken out from the band pass filter 16 and the setting value set by the second setting device 20. B is compared, and if the acceleration signal is smaller than the set value B, an OK signal is output, and if it is larger, an NG signal is output.
Therefore, the first and second comparators 17, 19
If an OK signal is output from both of the
If an NG signal is output from one or both of the second comparators 17 and 19, an abnormal signal is sent through the OR circuit 22. such first and second comparators 17,
19, first and second setters 18 and 20, an AND circuit 21, and an OR circuit 22 constitute a determining device 25 that determines the presence or absence of chatter.
ここで第2図に示す実験結果に基いて、第1の
バンドパスフイルタ15として300Hz〜700Hzの周
波数領域を通過させるものが、また第2のバンド
パスフイルタ16として700Hz〜3000Hzの周波数
領域を通過させるものが設けられ、さらに第1の
設定器18には設定値Aとして0.1gの加速度値
が、第2の設定器20には設定値Bとして0.04g
の加速度値が設定される。しかしながら、それら
の数値は工作機械、特にその主軸系の剛性等によ
つて種々異なるものとなることは明らかであり、
単に一例を示すものにすぎない。 Based on the experimental results shown in FIG. 2, the first bandpass filter 15 passes the frequency range of 300Hz to 700Hz, and the second bandpass filter 16 passes the frequency range of 700Hz to 3000Hz. Furthermore, the first setting device 18 has an acceleration value of 0.1g as a setting value A, and the second setting device 20 has an acceleration value of 0.04g as a setting value B.
The acceleration value of is set. However, it is clear that these values vary depending on the machine tool, especially the rigidity of its spindle system, etc.
This is merely an example.
次に上記構成における作用について説明する。
主軸頭10の主軸11に工具12が装着される
と、予め定められた切削条件で工作物が加工さ
れ、その切削加工によつて発生する自励びびり振
動が主軸頭10が取付けられた加速度変換器13
によつて検出される。加速度変換器13で検出さ
れた加速度信号は増幅器14により増幅された
後、周波数領域の異なる2つのバンドパスフイル
タ15,16によつて2つの周波数成分に分離さ
れる。一方の周波数領域(300Hz〜700Hz)におけ
る加速度信号は、第1の比較器17により設定値
Aより大きいか小さいかが比較され、大きい場合
にはびびりが生じているものとみなしてNG信号
を出力し、小さい場合にはOK信号を出力する。
また他方の周波数領域(700Hz〜3000Hz)におけ
る加速度信号は、第2の比較器19により設定値
Bより大きいか小さいかが比較され、大きい場合
にはびびりが生じているものとみなしてNG信号
を出力し、小さい場合にはOK信号を出力する。
しかして両比較器17,19よりOK信号が出力
された場合にはアンド回路21より正常信号が送
出され、また両比較器17,19の一方にでも
NG信号が出力された場合にはオア回路22より
異常信号が送出され、この異常信号に基いて切削
加工を停止したり、警報信号を出したり、あるい
はまた切削条件を変更したりしてびびりの発生を
防止する。 Next, the operation of the above configuration will be explained.
When the tool 12 is attached to the spindle 11 of the spindle head 10, the workpiece is machined under predetermined cutting conditions, and the self-excited chatter vibration generated by the cutting process is converted into the acceleration of the spindle head 10. Vessel 13
detected by. The acceleration signal detected by the acceleration converter 13 is amplified by the amplifier 14, and then separated into two frequency components by two bandpass filters 15 and 16 having different frequency domains. The acceleration signal in one frequency range (300Hz to 700Hz) is compared by the first comparator 17 to see if it is larger or smaller than the set value A, and if it is larger, it is assumed that vibration has occurred and an NG signal is output. If the value is smaller, an OK signal is output.
The acceleration signal in the other frequency range (700Hz to 3000Hz) is compared by the second comparator 19 to see if it is larger or smaller than the set value B, and if it is larger, it is assumed that vibration has occurred and an NG signal is output. output, and if it is small, outputs an OK signal.
When OK signals are output from both comparators 17 and 19, a normal signal is sent from the AND circuit 21, and also when one of the comparators 17 and 19 outputs a normal signal.
When an NG signal is output, an abnormal signal is sent from the OR circuit 22, and based on this abnormal signal, the cutting process is stopped, an alarm signal is issued, or the cutting conditions are changed again to prevent chatter. Prevent occurrence.
このように本発明は、各種工具による切削加工
において、工具の種類に拘らずある振動周波数を
境にして相互に異なる一定の加速度値でびびりの
有無を判別できる事実を見い出し、このために切
削加工によつて生ずる振動を検出する加速度変換
器の出力を、異なる周波数領域の信号を通過させ
る2つのバンドパスフイルタによつて分離し、こ
れらバンドパスフイルタの各出力をそれぞれ異な
る設定値と比較してびびり状態を判別できるよう
に構成したものである。 In this way, the present invention has discovered the fact that, regardless of the type of tool, it is possible to determine the presence or absence of chatter based on constant acceleration values that differ from each other at a certain vibration frequency in cutting processes using various tools. The output of the acceleration converter that detects the vibration caused by the vibration is separated by two bandpass filters that pass signals in different frequency regions, and the outputs of each of these bandpass filters are compared with different set values. It is designed to be able to determine the state of chatter.
従つて本発明によれば、各種工具を用いて切削
加工を行うマシニングセンタの如き工作機械にお
いても、各工具毎に基準値を設定して比較判別す
るような複雑の制御を必要とせず、しかもびびり
の有無を高精度に判別できるびびり監視装置が得
られる効果がある。 Therefore, according to the present invention, even in a machine tool such as a machining center that performs cutting using various tools, there is no need for complex control such as setting a reference value for each tool and comparing and determining it, and moreover, it is possible to eliminate chatter. This has the effect of providing a chatter monitoring device that can highly accurately determine the presence or absence of.
上記実施例においては、びびり振動周波数を2
つの領域に分けた例について述べたが、3つ以上
のバンドパスフイルタを用いてびびり振動周波数
を3つ以上の領域に分け、それぞれの領域におい
て所定の設定値と比較判別するようにしてもよ
い。 In the above embodiment, the chatter vibration frequency is set to 2.
Although we have described an example in which the chatter vibration frequency is divided into two regions, three or more bandpass filters may be used to divide the chatter vibration frequency into three or more regions, and the determination may be made by comparing with a predetermined set value in each region. .
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は
工作機械におけるびびり監視装置を概略的に示す
ブロツク線図、第2図は各種工具についてびびり
が発生する加速度を振動周波数に対して調べた実
験データである。
10……主軸頭、11……主軸、12……工
具、13……加速度変換器、15,16……バン
ドパスフイルタ、17,19……比較器、18,
20……設定器、25……判別装置。
The drawings show an embodiment of the present invention. Fig. 1 is a block diagram schematically showing a chatter monitoring device for machine tools, and Fig. 2 is a diagram showing the acceleration at which chatter occurs in various tools compared to the vibration frequency. This is experimental data. 10...Spindle head, 11...Spindle, 12...Tool, 13...Acceleration converter, 15, 16...Band pass filter, 17, 19...Comparator, 18,
20... Setting device, 25... Discrimination device.
Claims (1)
よつて発生する振動を検出する加速度変換器と、
この加速度変換器の出力のうち互いに異なる周波
数領域の信号のみを取り出す少なくとも2つのバ
ンドパスフイルタと、互いに異なる設定値を設定
した少なくとも2つの設定器と、前記一方のバン
ドパスフイルタの出力が前記一方の設定器にて設
定された設定値より大きいか小さいかを比較して
設定値より小さい場合にはOK信号を、大きい場
合にはNG信号を出力する第1の比較器と、前記
他方のバンドパスフイルタの出力が前記他方の設
定器にて設定された設定値より大きいか小さいか
を比較して設定値より小さい場合にはOK信号
を、大きい場合にはNG信号を出力する第2の比
較器と、前記第1および第2の比較器の少なくと
も一方よりNG信号が出力された場合に異常信号
を送出する論理回路とによつて構成してなる工作
機械におけるびびり監視装置。1 An acceleration converter that detects vibrations generated by cutting using various tools attached to the main spindle;
at least two bandpass filters that extract only signals in different frequency regions from the output of the acceleration converter; at least two setting devices that set different setting values; a first comparator that compares whether it is larger or smaller than the set value set by the setter and outputs an OK signal if it is smaller than the set value, and an NG signal if it is larger; A second comparison that compares whether the output of the pass filter is larger or smaller than the setting value set by the other setting device, and outputs an OK signal if it is smaller than the setting value, and outputs an NG signal if it is larger. and a logic circuit that sends out an abnormal signal when an NG signal is output from at least one of the first and second comparators.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20851381A JPS58108420A (en) | 1981-12-22 | 1981-12-22 | Monitor for chaterring generation of machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20851381A JPS58108420A (en) | 1981-12-22 | 1981-12-22 | Monitor for chaterring generation of machine tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58108420A JPS58108420A (en) | 1983-06-28 |
| JPH0132024B2 true JPH0132024B2 (en) | 1989-06-29 |
Family
ID=16557402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20851381A Granted JPS58108420A (en) | 1981-12-22 | 1981-12-22 | Monitor for chaterring generation of machine tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58108420A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012137327A (en) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Okuma Corp | Vibration detecting device and vibration detecting method |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2549312B2 (en) * | 1989-08-15 | 1996-10-30 | セイコー精機株式会社 | Machining state detection device for machine tools |
| JP5674491B2 (en) * | 2011-01-24 | 2015-02-25 | オークマ株式会社 | Vibration determination device |
| 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 |
-
1981
- 1981-12-22 JP JP20851381A patent/JPS58108420A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012137327A (en) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Okuma Corp | Vibration detecting device and vibration detecting method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58108420A (en) | 1983-06-28 |
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