JPS6033606B2

JPS6033606B2 - 中ぐり工作機械における自励びびり振動検出装置

Info

Publication number: JPS6033606B2
Application number: JP50016039A
Authority: JP
Inventors: 秀夫森; 隆雄三宅; 信一郎竹村; 幸男山田; 六男五十嵐
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1985-08-03
Also published as: JPS5190084A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、中ぐり工作機械における自励びびり振動を制
御するための装置に係るもので、詳しくは切削中の振動
により自励びびり成分を検出するための適切な閥値を自
動的に設定する装置を提供せんとするものである。

びびり振動は切削機械の総てに発生するもので、基本的
には切削に際して刃先が被切削物から逃げることに起因
する切削刃先の逃げの方向の振動である。

このびびり振動が大きくなると、被切削物の切削軌跡中
および深さが変動し、所望の表面加工精度が得られなく
なる。本発明において、自励びびり振動とは、後に詳述
するように再生切削において発生する切削刃先の逃げの
方向の振動をいい、特に基台から刃先までの剛性の小さ
い中ぐり工作機械に発生しやすいものである。

‐中ぐり工作機械について、横中ぐり工作機械を例にそ
の構成を説明すると、被切削物を固定し水平方向の位置
ぎめができ、刃先方向に対して直交移動できるテーブル
と、基台より直立させたコラムと、このコラムに上下移
動可能に固定できる主軸頭を介して、基台と平行に伸び
る切削回転軸切削回転軸の先端に取り付けらた切削刃と
よりなる。

基台から刃先までの距離は他の工作機械に較べ長くしか
も切削回転軸は切削孔をあげるため相当の長さが必要で
あり、かつその直径は切削孔より小さくなければならず
、細く長いものとなる。したがって器台から刃先までの
剛性は他の工作機械と比較して小さく、特に細くて長い
回転軸は「たわみやすく〜１回転前の切削跡による影響
を受けて振動振中が大きくなりｔ目励びびりの大きな原
因となっている。参考までに他の切削工作機械を見ると
旋盤による施削では、被切削物が回転し「その表面を固
定された切削刃で切削するので固定端より切削刃先まで
は短くてよく、したがって剛性が大きい。

また、平削り盤による平削りの場合は「横中ぐり工作機
械と同様基台から刃先までの距離はある程度長くなるが
「切削刃先が回転せず「被切削物の表面を切削するので
「切削刃の支持材を太いものにでき、基台から刃先まで
の剛性を大きくすることが可能である。フライス盤によ
るフラィス削りでは、回転する刃先の両端を支持し、か
つ基台から刃先までの距離が短いので剛性が大きく刃先
の振動は生じにくい。以上のように中ぐり工作機械は他
の工作機械に較べて刃先に加わるわずかの力により刃先
の振動が発生しやすいという宿命的欠点がある。

一般に、工作機械の自動制御化に当っては、機械剛性、
工具形態又は重量ｔ切削条件の如き多種のパラメーター
があるために「その実現にはかなりの技術的困難を伴う
ものである。

例えば「切削工程ではその状態に応じて切削条件を制御
する適応制御システムが数年前より試みられているが、
これらは主に切削能率の向上を意図するものであるため
にも加工精度「外観等に問題があり、又、価格に見合う
ものは未だ実現していない現状である。かかる背景にお
いて、最近は各種のびびり制御装置が開発されているが
、それらの内主たるものは、予め設定した闇値との比較
に基づいてびびりの有無を検出する方式である。然し、
この関値は切削条件によって変更するを要し、このため
機種又は工具毎に数十点の切削実験を行い経験的に決定
した上ト手動で設定するものであって、多大の労力を要
し、もし切削条件が僅かでも変動すればその精度は保証
されえないと云う極めて不完全であり不便なもので大な
る欠点を存するものである。中ぐり工作機械による中ぐ
り切削は「切削刃が回転し被切削物が前進することによ
り、被切削物に穴を加工しており、通常は「切削刃の送
り速度、即ち被切削物の前進速度を調節して１回転前の
切削跡の一部を再度切削刃が通過するいわゆる再生切削
が行われている。

中ぐり工作機械の刃は、前述のように１端が半固定され
た主軸の先端に保持されているが、切削に際して切削刃
の先端は振動する。この振動振中は主に中心線に対して
直角方向（切削刃の逃げの方向）の振動振中であり「被
切削物の切削面は、微かな波打ち状の軌跡が発生する。
再生切削を行うと、１回転前の切削面の微かな波打ち軌
跡の一部を切削刃で再度切削する為に「切削刃の振動振
中は波打ち面の影響を受け増中される。この糠返しもこ
より「振動振中は大きくなり、その切削跡は肉眼観察に
よっても表面の凹凸が明確に分る程の仕上面組さのむら
となる。上記再生切削における切削刃先の逃げの方向の
振動を本発明において自励びびり振動と称する。

発明者等の目励びびり振動の綿密な観察分析によるとト
被切削物の切削開始から切削刃が５〜６回転するまでは
、刃先の振動振中はあまり大きくならず〜切削跡の仕上
面組さは、刃先が全く振動せずに被切削物を切削したい
わゆる理論粗さに比較的近く安定している。また５〜６
回転する所要時間は「被切削材、切削刃「切削径等によ
って異なるが、０．２〜５秒程度であることが判明した
。本発明は〜この自象を利用し比較的安定している時
期のびびり振動振中を基準値として用いることによりｔ
目励びびり発生の事前予測検出を可能としたものである
。即ち再生切削によって生ずる自励びびり現象を先ず電
気信号として検出判別し「切削速度及び送り速度を制御
する適応制御装置において「自励びびり振動数範囲を通
すフィルタ付増中器と検波整流器、平滑回路、積分増中
器、長時間最高値保持回路を縦銃に配設し、切削開始時
の振動信号を長時間保持して「びびり関値を自動的に設
定することを特徴とする中ぐり工作機械における自励び
びり振動検出装置に係るものである。換言すれば、本発
明は切削開始時点では比較的安定な切削が行われている
時期（例えば中ぐり工では０．２〜５秒程度）に振動信
号のサンプリングを行って、その積分値の定数倍を長時
間最高値保持回路に関値として入れることを特徴とする
。この方式によれば、実際の切削条件に応じた関値を機
械工具毎にそのつど実験によって決定していた従来方式
に較べて、労力を軽減し、かつ、自励びびり検出の安定
性を増大する効果を存するものである。今滋に之が実施
の一例として本発明を中ぐり盤に適用した場合について
添付のブロック線図とその信号波形図によって詳述する
。第３図は切削刃の１〜１．５回転周期の信号波形を空
転時（１欄）、肉眼観察によるびびりなし（Ｄ欄入肉眼
観察によるびびりあり（ｍ欄）に分けて示してある。主
軸頭に取付けたびびり振動検出用圧電型振動計（図示省
略）よりの入力信号Ｄは主軸回転により変調されている
ので、切削前の空転時の信号波形はＤ−１となり、次い
で比較的安定な時期汀，の間はＤ−ロとなる。びびりの
発生した時点ではＤ−ｍとなる。これらの信号は自励び
びり振動数範囲のみを通すフィルタ付増中器１により、
主軸回転による変調が取除かれ、びびり振動振中のみの
波形となりそれぞれ、Ｅ−１，Ｅ−Ｄ，Ｅ−ｍとなる。

これを検波整流器２を通して瞬時変動する直流電圧Ｆに
変換し、さらに平滑回路３により振動の振中Ｇに変換し
、それぞれＧ−１，Ｇ−ロ，Ｇ−ｍが得られる。第２図
は、信号波形の経時変化を示したもので、切削中の振動
波形を整形している状態で、切削開始信号Ａが外部より
入力すると、ゲート制御回路７により切削開始による被
切削物と切削刃との衝撃振動を除くための極〈短い時間
（衝撃時間）約０〜３秒（Ｔ，）遅れてサンプリング時
間設定信号及びリセット信号Ｃが出され、積分増中器５
によって約０．２〜５秒間（Ｔ２）積分され定数倍増中
される。

積分増中器５によって定数倍増中された値は、長時間最
高値保持回路に閥値として保持される。この関値は切削
開始直後の一定時間内の振動振中を積分増中しているの
で比較的安定な振動振中の平均値の数倍に相当する。目
励びびり振動糠中は通常目励びびりのない切削開始直後
の衝掌時間経過後、比較的安定な数秒間の振動振中の数
倍〜数十倍となるので、上記閥値を目励びびり発生した
場合の振中以下に設定することにより被切削物、切削条
件にかかわらず目励びびりの発生を検出できる。本発明
者等の実験によればＴ２を１．９秒として定数を２とす
ることにより闇値を切削開始時の安定な振中の３倍に相
当する値と設定することができ、たいていの切削条件に
対応できる。

尚「加工精度・切削能率ともに最良とする為には、あら
かじめ自励びびりのある場合とない場合の切削実験を２
〜３回行うことにより最適Ｌおよび定数を求め設定する
ことができる。

保持回路６に閥値が保持された後、特関昭４９−２斑７
ツ号‘こ開示したと同様に自励びびり振中比較検出器８
により切削による振動振中Ｇと閥値Ｊとを比較する。上
記検出器８は、Ｇ＜Ｊのときはびぴり無し信号を、Ｇ＞
Ｊのときはびびり有り信号を図示しない切削制御装置に
送る。切削制御装置はびびり無し信号を受けた場合は、
切削速度および／または送り速度を大きくし、切削量が
大となる方向に制御して切削効率を高め、びびり有り信
号を受けた場合には、切削量が減少する方向に制御して
びびりの発生を抑制する。以上の如く、本発明装置はび
びり振動の発生しやすい中ぐり盤のびぴり振動振中を検
出し、比較的安定な時期の振動振中を基準として閥値を
設定できるので、特に機種工具毎に多くの切削実験を必
要とせず、切削条件の変動にも充分追従することができ
る。

なお加工精度、切削能率を最良とする場合であっても数
回の切削実験により閥値を設定できる。

この検出装置を使用すれば、切削実験数を極めて少なく
することができるので、中ぐり盤の作業能率を大きく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明実施の一例を示すもので、第１図は目
励びびり振動検出装置の構成を示すブロック線図、第２
図はその信号波形の経時変化、第３図は空転時、びぴり
なし時、びびりあり時の各信号波形を示すものである。１・・・フィルタ付増中器、２・・・検波整流器、３・
・・平滑回路、４・・・ゲート、５・・・積分増中器、
６・・・長時間最高値保持回路、７・・・ゲート制御装
置、８・・・目励びびり振中比較検出器、Ａ・・・サン
プリング開始信号、Ｂ…サンプリング時間設定信号、Ｃ
・・・リセット信号、Ｄ・・・振動検出器よりの入力信
号、Ｅ・・・Ｄのフィルタ付増中器通過後の波形、Ｆ・
・・Ｅの瞬時変動直流電圧、Ｇ・・・Ｆの平滑波形、日
・・・Ｇの積分波形、１・・・日の最高値、Ｔ．・・・
遅延時間、Ｔ２…サンプリング時間。第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１切削振動が伝わる工作機械の所定部位に、該部位に
伝わる振動波を電気信号として連続的にとり出す振動検
出器を取付け、該振動検出器からの出力信号のうち自励
びびり振動数の範囲のみを通すフイルタ付増巾器と、該
フイルタ付増巾器の出力を直流電圧に変換する検波整流
器と、該検波整流器の出力を平滑にする平滑回路とを設
けて、切削中における工作機械の所定部位に伝わる自励
びびり振動波を瞬時変動する直流電圧に変換した平滑波
形として自励びびり振巾比較検出器に入力する一方、上
記平滑回路の出力を積分し、かつ該積分値を定数倍する
積分増巾器と、上記平滑回路の出力を一定時間該積分増
巾器に接続するゲート制御回路と、該積分増巾器の出力
を長時間保持する長時間最高値保持回路とを設けて、切
削開始直後の衝撃時間経過後から一定時間内における上
記平滑回路の出力の積分値の定数倍値を保持すると共に
、該定数倍値を上記自励びびり振巾比較検出器に入力し
、該自励びびり振巾比較検出器において、前記切削中の
工作機械の所定部位に伝わる自励びびり振動波を瞬時変
動する直流電圧に変換した平滑値と上記長時間最高値保
持回路で保持された上記定数倍値とを逐次比較すること
によりびびりの有無を検出することを特徴とする中ぐり
工作機械における自励びびり振動検出装置。