JPS6149070B2 - - Google Patents
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- JPS6149070B2 JPS6149070B2 JP19761783A JP19761783A JPS6149070B2 JP S6149070 B2 JPS6149070 B2 JP S6149070B2 JP 19761783 A JP19761783 A JP 19761783A JP 19761783 A JP19761783 A JP 19761783A JP S6149070 B2 JPS6149070 B2 JP S6149070B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cutting
- peak value
- acceleration
- negative
- cutting resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、切削抵抗測定方法に関し、負荷時
間の極めて短い切削加工においてその作業性を阻
害することなく切削抵抗をインプロセス測定する
切削抵抗測定方法に関する。
間の極めて短い切削加工においてその作業性を阻
害することなく切削抵抗をインプロセス測定する
切削抵抗測定方法に関する。
切削加工が自動化されるに伴い、切削抵抗など
の切削諸特性のインプロセス測定が強く望まれて
いる。殊の外、切削抵抗は、切削諸現象と密接な
関連を有しているために、切削抵抗のインプロセ
ス測定は、重要な課題といえる。
の切削諸特性のインプロセス測定が強く望まれて
いる。殊の外、切削抵抗は、切削諸現象と密接な
関連を有しているために、切削抵抗のインプロセ
ス測定は、重要な課題といえる。
従来、金属の切削加工における切削抵抗のイン
プロセス測定は、電力計、圧電素子、刃物台の変
位、静圧軸受等に代表される試みが多く成されて
いる。これらによる切削抵抗の測定では、測定精
度、工作物と工具の寸法ならびに形状の変化に対
する対応、さらには作業性の阻害や剛性等の点で
一長一短がある。
プロセス測定は、電力計、圧電素子、刃物台の変
位、静圧軸受等に代表される試みが多く成されて
いる。これらによる切削抵抗の測定では、測定精
度、工作物と工具の寸法ならびに形状の変化に対
する対応、さらには作業性の阻害や剛性等の点で
一長一短がある。
ところで、最近電動機のすべりを測定すること
により切削抵抗を求める方法が提案されている
が、以下に述べる理由により負荷時間が比較的長
い切削加工などに限定される。すなわち、誘導電
動機は空運転時にはほぼ同期速度に近い角速度で
回転するが、負荷が作用するとすべりを生じ、負
荷と電動機のトルクとがつり合つた点で回転す
る。この関係は第１図に図すようになり、図にお
いてＯ−Ａの範囲では近似的に直線関係が成立す
るとみなされている。この関係に注目して電動機
のすべりを検出することによつて負荷を求めるこ
とができる。
により切削抵抗を求める方法が提案されている
が、以下に述べる理由により負荷時間が比較的長
い切削加工などに限定される。すなわち、誘導電
動機は空運転時にはほぼ同期速度に近い角速度で
回転するが、負荷が作用するとすべりを生じ、負
荷と電動機のトルクとがつり合つた点で回転す
る。この関係は第１図に図すようになり、図にお
いてＯ−Ａの範囲では近似的に直線関係が成立す
るとみなされている。この関係に注目して電動機
のすべりを検出することによつて負荷を求めるこ
とができる。
ここで、空運転中の電動機に急激な矩形の負荷
Ｗが作用した場合の過渡的な角速度の変化を第２
図に示す。同図より負荷ＷとすべりＳの関係は、
βを比例定数として次式で示される。
Ｗが作用した場合の過渡的な角速度の変化を第２
図に示す。同図より負荷ＷとすべりＳの関係は、
βを比例定数として次式で示される。
Ｗ＝βＳ＝β・（ωO−ωW）／ωO ……(1)
この式において無負荷時の角速度ωOが変化し
ないものとすれば、負荷時の角速度ωWを測定す
ることによつて負荷Ｗを求めることは可能である
が、この測定方法は負荷時間の比較的長い場合に
限定される。
ないものとすれば、負荷時の角速度ωWを測定す
ることによつて負荷Ｗを求めることは可能である
が、この測定方法は負荷時間の比較的長い場合に
限定される。
すなわち、負荷Ｗに対応した角速度ωWになる
まで（tb−ta）なる時間の遅れを生じる（第２図
の過渡的な角速度の変化曲線Ｃを参照）。それ故
に、（tb−ta）時間以下の短い負荷時間を有する
加工、たとえば旋削加工やフライス加工などの一
般の金属切削に比較して切削速度と工作物送り速
度がほぼ一桁高く、かつ負荷時間が極めて短い木
材や他の特殊材料の切削加工の場合には、上述し
た従来の測定方法を適用して切削抵抗を求めるこ
とはできない。
まで（tb−ta）なる時間の遅れを生じる（第２図
の過渡的な角速度の変化曲線Ｃを参照）。それ故
に、（tb−ta）時間以下の短い負荷時間を有する
加工、たとえば旋削加工やフライス加工などの一
般の金属切削に比較して切削速度と工作物送り速
度がほぼ一桁高く、かつ負荷時間が極めて短い木
材や他の特殊材料の切削加工の場合には、上述し
た従来の測定方法を適用して切削抵抗を求めるこ
とはできない。
さらに、この従来の方法では、電源電圧の変動
や、軸受や電動機による動力伝達系の温度依存性
によつて(1)式の比例定数βが変動することを補正
しなければならない。
や、軸受や電動機による動力伝達系の温度依存性
によつて(1)式の比例定数βが変動することを補正
しなければならない。
そこで、本発明者は、第２図の過渡的な角速度
の変化曲線Ｃが示す時間（ta〜tb）における角速
度の減少する現象に着目し、負荷時間の極めて短
い切削加工において切削抵抗が得られる測定方法
を見出した。
の変化曲線Ｃが示す時間（ta〜tb）における角速
度の減少する現象に着目し、負荷時間の極めて短
い切削加工において切削抵抗が得られる測定方法
を見出した。
すなわち、角速度の変化曲線Ｃに着目して、全
回転体の慣性モーメントをＪ、その負荷をＷとす
れば、負荷Ｗは Ｗ＝−Ｊｄω′／ｄｔ ……(2) （ただし、Ｊは慣性モーメント） となり、ｄω′／dt＝−Ｗ／Ｊなる負の角加速度
を受けて角速度が低下するが、角速度の低下によ
つてすべりＳが生じると第１図で説明したような
直線関係によりαＳ（αは比例定数）なるトルク
が電動機に生じて、このトルクによつて電動機に
αＳ／Ｊなる正の角加速度が生じる。これら２つ
の角加速度によつて電動機内の角速度は、第２図
の角速度の変化曲線Ｃのように低下する。この時
の角加速度ｄω／dtは(1)(2)式より次式で示され
る。
回転体の慣性モーメントをＪ、その負荷をＷとす
れば、負荷Ｗは Ｗ＝−Ｊｄω′／ｄｔ ……(2) （ただし、Ｊは慣性モーメント） となり、ｄω′／dt＝−Ｗ／Ｊなる負の角加速度
を受けて角速度が低下するが、角速度の低下によ
つてすべりＳが生じると第１図で説明したような
直線関係によりαＳ（αは比例定数）なるトルク
が電動機に生じて、このトルクによつて電動機に
αＳ／Ｊなる正の角加速度が生じる。これら２つ
の角加速度によつて電動機内の角速度は、第２図
の角速度の変化曲線Ｃのように低下する。この時
の角加速度ｄω／dtは(1)(2)式より次式で示され
る。
ｄω／ｄｔ＝−Ｗ／Ｊ＋αＳ／Ｊ
＝−Ｗ／Ｊ＋α／Ｊ・ωＯ−ω／ωＯ〔rad／S2
〕……(3) したがつて、角速度ωに到達するまでの時間ｔ
は、 dt＝Ｊ・ωＯ／−Ｗ・ωＯ＋αωＯ−αω・ｄω から、 ｔ＝−ＪωＯ／α （ln｜（α−Ｗ）ωＯ−αω／ＷωＯ｜）〔Ｓ〕
……(4) となる。
〕……(3) したがつて、角速度ωに到達するまでの時間ｔ
は、 dt＝Ｊ・ωＯ／−Ｗ・ωＯ＋αωＯ−αω・ｄω から、 ｔ＝−ＪωＯ／α （ln｜（α−Ｗ）ωＯ−αω／ＷωＯ｜）〔Ｓ〕
……(4) となる。
(4)式より角速度ω〔rad／Ｓ〕と時間ｔ〔Ｓ〕
の関係を求めて〓について微分すると、 ｄω／ｄｔ＝−Ｗ／Ｊｅ ×ｐ（−αｔ／ＪωＯ）〔rad／S2〕 ……(5) を得る。
の関係を求めて〓について微分すると、 ｄω／ｄｔ＝−Ｗ／Ｊｅ ×ｐ（−αｔ／ＪωＯ）〔rad／S2〕 ……(5) を得る。
この(5)式はｔ＝０で角加速度ｄω／dtが負の最
大値（ピーク値）になることを示している。この
ことから、電動機が回転中に切削負荷（理想的に
は矩形負荷）を受けた場合には切削開始直後に負
の角加速度の最大値を呈するものと考えられる。
大値（ピーク値）になることを示している。この
ことから、電動機が回転中に切削負荷（理想的に
は矩形負荷）を受けた場合には切削開始直後に負
の角加速度の最大値を呈するものと考えられる。
しかして、この発明は、誘導電動機の負の加速
度のピーク値もしくは負の角加速度のピーク値を
検出して、そのピーク値と別途すでに測定して得
られた切削抵抗（トルク）値とを比較してピーク
値に対する切削抵抗値の較正線を求めておいて、
実際の切削負荷時間の極めて短い加工時に、ピー
ク値を検出するだけで、直ちに較正線に基づいて
作業性を阻害することなくかつ電源電圧の変動や
電動機による動力伝達系の温度依存性の影響をう
けることなく、切削抵抗をインプロセスで測定で
きる切削抵抗測定方法を提供することを目的とす
る。
度のピーク値もしくは負の角加速度のピーク値を
検出して、そのピーク値と別途すでに測定して得
られた切削抵抗（トルク）値とを比較してピーク
値に対する切削抵抗値の較正線を求めておいて、
実際の切削負荷時間の極めて短い加工時に、ピー
ク値を検出するだけで、直ちに較正線に基づいて
作業性を阻害することなくかつ電源電圧の変動や
電動機による動力伝達系の温度依存性の影響をう
けることなく、切削抵抗をインプロセスで測定で
きる切削抵抗測定方法を提供することを目的とす
る。
したがつて、この目的を達成するためにこの発
明の切削抵抗測定方法は、工具に動力を伝える誘
導電動機に切削負荷が加わつた際、この誘導電動
機のすべりによつて生ずる回転数の変化をパルス
周波数で検出した後周波数／電圧コンバータで電
圧に変換し、かつその電圧を微分演算して得られ
た誘導電動機の負の加速度のピーク値もしくは負
の角加速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値
との較正線を作成しておき、誘導電動機に実際の
切削負荷が加わつた際に前記負の加速度のピーク
値もしくは負の角加速度のピーク値を検出し、こ
のピーク値に対応する切削抵抗値を前記較正線か
ら求めるようにしたことを特徴とする。
明の切削抵抗測定方法は、工具に動力を伝える誘
導電動機に切削負荷が加わつた際、この誘導電動
機のすべりによつて生ずる回転数の変化をパルス
周波数で検出した後周波数／電圧コンバータで電
圧に変換し、かつその電圧を微分演算して得られ
た誘導電動機の負の加速度のピーク値もしくは負
の角加速度のピーク値と、別途求めた切削抵抗値
との較正線を作成しておき、誘導電動機に実際の
切削負荷が加わつた際に前記負の加速度のピーク
値もしくは負の角加速度のピーク値を検出し、こ
のピーク値に対応する切削抵抗値を前記較正線か
ら求めるようにしたことを特徴とする。
以下、この発明の切削抵抗測定本法を具体化し
た一実施例を図面に基づいて説明する。
た一実施例を図面に基づいて説明する。
第３図は、この発明の方法を実施するのに用い
られる切削抵抗測定装置の一例を示しており、図
中１は主軸自動昇降式の直立ボール盤である。こ
の直立ボール盤１の主軸２を昇降するためのプー
リ２ａと無段差変速モータ３のプーリ３ａとの間
にはベルト４（好ましくは歯付きベルト）が取付
けられており、この無段差変速モータ３により主
軸２を自動昇降できるようになつている。また、
直立ボール盤１には、主軸２の回転駆動用の誘導
電動機５（以下、電動機という）が付設されてい
て、この電動機５の主軸５ａに装着されたベロー
ズカツプリング５ｂと主軸２の従動プーリ２ｂと
の間には、ベルト６（好ましくは歯付きベルト）
が取付けられている。さらに、前記主軸２に取付
けられたドリル７には、たとえばストレートシヤ
ンクドリル（SKH9、直径ｒ＝10.0mm、頂角θ＝
118゜）が用いられている。
られる切削抵抗測定装置の一例を示しており、図
中１は主軸自動昇降式の直立ボール盤である。こ
の直立ボール盤１の主軸２を昇降するためのプー
リ２ａと無段差変速モータ３のプーリ３ａとの間
にはベルト４（好ましくは歯付きベルト）が取付
けられており、この無段差変速モータ３により主
軸２を自動昇降できるようになつている。また、
直立ボール盤１には、主軸２の回転駆動用の誘導
電動機５（以下、電動機という）が付設されてい
て、この電動機５の主軸５ａに装着されたベロー
ズカツプリング５ｂと主軸２の従動プーリ２ｂと
の間には、ベルト６（好ましくは歯付きベルト）
が取付けられている。さらに、前記主軸２に取付
けられたドリル７には、たとえばストレートシヤ
ンクドリル（SKH9、直径ｒ＝10.0mm、頂角θ＝
118゜）が用いられている。
一方、直立ボール盤１のテーブル８には、ドリ
ル７によりドリル切削を行なう際のドリル７の切
削抵抗（トルクＴ及び推力TH）を直接測定する
ための工具動力計９が固定されており、この工具
動力計９上には固定ブロツク９ａを介して被削材
としての木材片１０が装着されている。この木材
片１０は、たとえば、マカンバ（学名：Betula
Maximowicziana Regel）の気乾材の板目が用い
られている（気乾含水率：11.3〜13.1％、比重
0.68〜0.71、平均年輪幅：1.4mm）。ここで、被削
材として木材片を用いた理由は、切削の際の切削
負荷時間の極めて短い事例を容易に得るためであ
る。
ル７によりドリル切削を行なう際のドリル７の切
削抵抗（トルクＴ及び推力TH）を直接測定する
ための工具動力計９が固定されており、この工具
動力計９上には固定ブロツク９ａを介して被削材
としての木材片１０が装着されている。この木材
片１０は、たとえば、マカンバ（学名：Betula
Maximowicziana Regel）の気乾材の板目が用い
られている（気乾含水率：11.3〜13.1％、比重
0.68〜0.71、平均年輪幅：1.4mm）。ここで、被削
材として木材片を用いた理由は、切削の際の切削
負荷時間の極めて短い事例を容易に得るためであ
る。
上述した直立ボール盤１には、次に述べるドリ
ル切削の際に前記工具動力計９を介して切削抵抗
を直接測定する直接測定系SY1と、前記電動機５
の主軸５ａにベローズカツプリング５ｂを介して
取付けられた回転数の計測器としてのロータリエ
ンコーダ１１から出力される出力パルス信号S1を
分析する信号分析系SY2と、前記直接測定系SY1
と信号分析系SY2から得られる各データを時間軸
を同じにして記録するたとえばペン書きオシログ
ラフ１２及びデータ再生用のデータレコーダ１３
とが付設されている。
ル切削の際に前記工具動力計９を介して切削抵抗
を直接測定する直接測定系SY1と、前記電動機５
の主軸５ａにベローズカツプリング５ｂを介して
取付けられた回転数の計測器としてのロータリエ
ンコーダ１１から出力される出力パルス信号S1を
分析する信号分析系SY2と、前記直接測定系SY1
と信号分析系SY2から得られる各データを時間軸
を同じにして記録するたとえばペン書きオシログ
ラフ１２及びデータ再生用のデータレコーダ１３
とが付設されている。
詳細には、前記直接測定系SY1は、前記工具動
力計９とこの工具動力計９の出力を増巾する動歪
計１４とで構成されており、動歪計１４から得ら
れるトルクＴ及び推力THは前記ペン書きオシロ
グラフ１２及びデータレコーダ１３に記録される
ようになつている。
力計９とこの工具動力計９の出力を増巾する動歪
計１４とで構成されており、動歪計１４から得ら
れるトルクＴ及び推力THは前記ペン書きオシロ
グラフ１２及びデータレコーダ１３に記録される
ようになつている。
一方、信号分析系SY2は、たとえば一回転に
360パルスの出力パルス信号S1を発生し電動機５
の回転数の変化を検出する前記ロータリエンコー
ダ１１と、このロータリエンコーダ１１の出力パ
ルス信号S1を電圧に変換するＦ／Ｖコンバータ１
５と、このＦ／Ｖコンバータ１５の出力信号S2を
測定に最適な信号に処理する電圧シフト回路１６
及びローパスフイルタ１７と、ローパスフイルタ
１７から得られる処理信号S3を微分演算する微分
回路１８とを有している。この微分回路１８から
得られる出力信号S4及び処理信号S3は、前記ペン
書きオシログラフ１２に記録されると共に、前記
出力パルス信号S1はデータレコーダ１３に記録さ
れるようになつている。
360パルスの出力パルス信号S1を発生し電動機５
の回転数の変化を検出する前記ロータリエンコー
ダ１１と、このロータリエンコーダ１１の出力パ
ルス信号S1を電圧に変換するＦ／Ｖコンバータ１
５と、このＦ／Ｖコンバータ１５の出力信号S2を
測定に最適な信号に処理する電圧シフト回路１６
及びローパスフイルタ１７と、ローパスフイルタ
１７から得られる処理信号S3を微分演算する微分
回路１８とを有している。この微分回路１８から
得られる出力信号S4及び処理信号S3は、前記ペン
書きオシログラフ１２に記録されると共に、前記
出力パルス信号S1はデータレコーダ１３に記録さ
れるようになつている。
前記Ｆ／Ｖコンバータ１５は、たとえば
4000rpmにおいて400mVの出力が発生するように
なつており、Ｆ／Ｖ比は60〔pulse／Ｓ・mV〕
に設定されている。また、電圧シフト回路１６
は、Ｆ／Ｖコンバータ１５の出力信号S2が小さい
ので、ペン書きオシログラフ１２の感度に合わせ
て記録させるために、たとえば電圧比で２倍
（26dB）の利得をもたせてある。そして、電圧シ
フト回路１６を含めた系のＦ／Ｖ比は、3.04
〔pulse／Ｓ・mV〕に設定されている。さらに、
前記ローパスフイルタ１７は、この実施例では、
２次バターワークの３段型が用いられ、このロー
パスフイルタ１７は、電動機５の回転数の変化を
表わす処理信号S3と後の微分回路１８の出力信号
S4を見やすくするため、（特に微分回路１８は周
波数依存性があり、この出力信号S4が見にくくな
るのを防ぐため）のものであり、そのしや断周波
数はたとえば５Hzに設定されている。
4000rpmにおいて400mVの出力が発生するように
なつており、Ｆ／Ｖ比は60〔pulse／Ｓ・mV〕
に設定されている。また、電圧シフト回路１６
は、Ｆ／Ｖコンバータ１５の出力信号S2が小さい
ので、ペン書きオシログラフ１２の感度に合わせ
て記録させるために、たとえば電圧比で２倍
（26dB）の利得をもたせてある。そして、電圧シ
フト回路１６を含めた系のＦ／Ｖ比は、3.04
〔pulse／Ｓ・mV〕に設定されている。さらに、
前記ローパスフイルタ１７は、この実施例では、
２次バターワークの３段型が用いられ、このロー
パスフイルタ１７は、電動機５の回転数の変化を
表わす処理信号S3と後の微分回路１８の出力信号
S4を見やすくするため、（特に微分回路１８は周
波数依存性があり、この出力信号S4が見にくくな
るのを防ぐため）のものであり、そのしや断周波
数はたとえば５Hzに設定されている。
なお、ロータリエンコーダ１１とＦ／Ｖコンバ
ータ１５の間には、オシレータ１９と周波数カウ
ンタ２０が接続されている。このオシレータ１９
は、出力パルス信号S1の校正信号を与えると共
に、周波数カウンタ２０は出力パルス信号S1のパ
ルス数を確認のためにカウントするようになつて
いる。
ータ１５の間には、オシレータ１９と周波数カウ
ンタ２０が接続されている。このオシレータ１９
は、出力パルス信号S1の校正信号を与えると共
に、周波数カウンタ２０は出力パルス信号S1のパ
ルス数を確認のためにカウントするようになつて
いる。
次に、上記構成の測定装置を用いた切削抵抗測
定方法を説明する。
定方法を説明する。
電動機５の回転数は、たとえば実測値で
1490rpmとすると、ロータリエンコーダ１１の出
力パルス信号S1のパルス数は8940〔pulse／Ｓ〕
となる。ここで、直立ボール盤１の空運転時の電
動機５の回転数、換言すれば出力パルス信号S1の
パルス数は、できる限り一定であることが望まし
いので、パルス数が一定となるまで電動機５を所
定時間慣し運転する必要がある。
1490rpmとすると、ロータリエンコーダ１１の出
力パルス信号S1のパルス数は8940〔pulse／Ｓ〕
となる。ここで、直立ボール盤１の空運転時の電
動機５の回転数、換言すれば出力パルス信号S1の
パルス数は、できる限り一定であることが望まし
いので、パルス数が一定となるまで電動機５を所
定時間慣し運転する必要がある。
次に、木材片１０に対して、たとえば切込み量
が0.10mm／rev、ドリル７の回転数1000rpmの条
件で、穴深さ15mmだけドリル切削加工する場合を
考える。（第３図参照） 木材片１０をドリル７による切削開始直後に電
動機５に時間の極めて短い切削負荷が加わり電動
機５にすべりを生ずる。このすべりよる電動機５
の回転数の減少を信号分析系SY2のロータリエン
コーダ１１が検出し、出力パルス信号S1のパルス
数が下がる。そして、出力パルス信号S1のパルス
数をＦ／Ｖコンバータ１５により周波数／電圧変
換して出力信号S2を出力する。このＦ／Ｖコンバ
ータ１５の出力信号S2は直流出力電圧信号であ
り、かつ回転数の減少に伴う出力信号S2の変化
は、直流出力電圧信号に比べて非常に小さいの
で、電圧シフト回路１６より直流出力電圧信号を
電圧シフトして下げたのち、ローパスフイルタ１
７において出力信号S2の高周波成分を除去して回
転数に対応する処理信号S3を出力する。この処理
信号S3の信号レベルは、第５図に示すように直接
ペン書きオシログラフ１２に記録されると共に、
微分回路１３に入力されこの微分回路１３の出力
信号S4もペン書きオシログラフ１２に記録され
る。そこで、微分回路１８の入力Ｖ〔mV〕とそ
の出力V0〔mV〕の関係は、 V0＝Rf・CdV／dt ……(6) であるので、Rf・Ｃを較正した結果（たとえば
Rf・Ｃ＝0.068）を代入すると、 dV／dt＝V0／0.068 ……(7) となる。ここで、上述したようにＦ／Ｖコンバー
タ１５と電圧シフト回路１６とで成る系における
Ｆ／Ｖ比が3.04であるので、パルス数ｆと入力Ｖ
及びパルス数ｆと角加速度ｄω／dtとの各関係
は、それぞれ、 −df／dt＝3.04dV／dt ……(8) ｄω／dt＝２π／360・df／dt ……(9) となる。ここで負符号は負の加速度を表してい
る。
が0.10mm／rev、ドリル７の回転数1000rpmの条
件で、穴深さ15mmだけドリル切削加工する場合を
考える。（第３図参照） 木材片１０をドリル７による切削開始直後に電
動機５に時間の極めて短い切削負荷が加わり電動
機５にすべりを生ずる。このすべりよる電動機５
の回転数の減少を信号分析系SY2のロータリエン
コーダ１１が検出し、出力パルス信号S1のパルス
数が下がる。そして、出力パルス信号S1のパルス
数をＦ／Ｖコンバータ１５により周波数／電圧変
換して出力信号S2を出力する。このＦ／Ｖコンバ
ータ１５の出力信号S2は直流出力電圧信号であ
り、かつ回転数の減少に伴う出力信号S2の変化
は、直流出力電圧信号に比べて非常に小さいの
で、電圧シフト回路１６より直流出力電圧信号を
電圧シフトして下げたのち、ローパスフイルタ１
７において出力信号S2の高周波成分を除去して回
転数に対応する処理信号S3を出力する。この処理
信号S3の信号レベルは、第５図に示すように直接
ペン書きオシログラフ１２に記録されると共に、
微分回路１３に入力されこの微分回路１３の出力
信号S4もペン書きオシログラフ１２に記録され
る。そこで、微分回路１８の入力Ｖ〔mV〕とそ
の出力V0〔mV〕の関係は、 V0＝Rf・CdV／dt ……(6) であるので、Rf・Ｃを較正した結果（たとえば
Rf・Ｃ＝0.068）を代入すると、 dV／dt＝V0／0.068 ……(7) となる。ここで、上述したようにＦ／Ｖコンバー
タ１５と電圧シフト回路１６とで成る系における
Ｆ／Ｖ比が3.04であるので、パルス数ｆと入力Ｖ
及びパルス数ｆと角加速度ｄω／dtとの各関係
は、それぞれ、 −df／dt＝3.04dV／dt ……(8) ｄω／dt＝２π／360・df／dt ……(9) となる。ここで負符号は負の加速度を表してい
る。
上の(8)，(9)式に(7)式を代入して整理すると次の
(10)，(11)式になる。
(10)，(11)式になる。
−df／dt＝44.7V0〔pulse／S2〕 ……(10)
−ｄω／dt＝0.78V0〔rad／S2〕 ……(11)
したがつて、第５図に示す微分回路１８の出力
V0から、パルスの負の加速度（−ｄω／dt）と
負の角加速度（−ｄω／dt）が得られることにな
る。
V0から、パルスの負の加速度（−ｄω／dt）と
負の角加速度（−ｄω／dt）が得られることにな
る。
ここでは、ロータリエンコーダ１１でパルス周
波数を求めているために、(10)式の方が直感的に理
解しやすい。そこで、以下では専ら負の加速度を
用い、第７図では減少加速度として扱う。
波数を求めているために、(10)式の方が直感的に理
解しやすい。そこで、以下では専ら負の加速度を
用い、第７図では減少加速度として扱う。
一方、ドリル７による切削開始により、直接測
定系SY1の工具動力計９より動歪計１４を介して
ペン書きオシログラフ１２に、第５図に示すよう
に前記微分回路１８の出力V0（負の加速度）と
微分回路１８の入力Ｖ（電動機回転数）に同期し
てトルクＴ及び推力THが記録される。
定系SY1の工具動力計９より動歪計１４を介して
ペン書きオシログラフ１２に、第５図に示すよう
に前記微分回路１８の出力V0（負の加速度）と
微分回路１８の入力Ｖ（電動機回転数）に同期し
てトルクＴ及び推力THが記録される。
しかして、ドリル切削時の推力TH、トルク
Ｔ、電動機回転数及び微分回路１８の出力V0
（負の加速度）を示す第５図より、次のことが判
る。
Ｔ、電動機回転数及び微分回路１８の出力V0
（負の加速度）を示す第５図より、次のことが判
る。
切削開始時間ta直後においてまず最初に変化す
るのは推力THであり、急激に立上つて短時間で
切削中の平均推力に達している。次に、切削開始
時間taより、やや遅れてトルクＴ、電動機回転数
及び微分回路１８の出力V0（負の加速度）が変
化を始める。図より、負の加速度のピーク値PV0
が現われるのは、切削開始直後すなわち回転数が
変化し始める直後ではなく（tb−ta）秒後であ
り、実際には(5)式で示した理論値とはややずれ
る。また、トルクＴの立上り曲線の第１ピーク
Tp（一定値になる肩の部分）の生ずる時間は、
負の加速度のピーク値PV0が生ずる時間tbに一致
している。
るのは推力THであり、急激に立上つて短時間で
切削中の平均推力に達している。次に、切削開始
時間taより、やや遅れてトルクＴ、電動機回転数
及び微分回路１８の出力V0（負の加速度）が変
化を始める。図より、負の加速度のピーク値PV0
が現われるのは、切削開始直後すなわち回転数が
変化し始める直後ではなく（tb−ta）秒後であ
り、実際には(5)式で示した理論値とはややずれ
る。また、トルクＴの立上り曲線の第１ピーク
Tp（一定値になる肩の部分）の生ずる時間は、
負の加速度のピーク値PV0が生ずる時間tbに一致
している。
ここで、ドリル７の形状に着目すると、第３図
で示したように切削開始直後から図中距離ｌで示
す間は、ドリル７の先端切刃全面が切削に関与し
ているわけではなく、ドリル７の切込み量が0.1
〔mm／rev〕の時のドリル７の送り速度で距離ｌを
割ると、その全面切削に達するまでの所要時間と
時間tbとは一致する。このことから、前記負の加
速度のピーク値PV0は、ドリル７の先端切刃の全
面が木材片１０の切削を行なう全面切削を開始し
た時間（tb）にほぼ発生するといえる。
で示したように切削開始直後から図中距離ｌで示
す間は、ドリル７の先端切刃全面が切削に関与し
ているわけではなく、ドリル７の切込み量が0.1
〔mm／rev〕の時のドリル７の送り速度で距離ｌを
割ると、その全面切削に達するまでの所要時間と
時間tbとは一致する。このことから、前記負の加
速度のピーク値PV0は、ドリル７の先端切刃の全
面が木材片１０の切削を行なう全面切削を開始し
た時間（tb）にほぼ発生するといえる。
以上のことを踏まえて、切込み量ｄ〔mm／
rev〕に対するトルクＴ〔Ｎ・cm〕の関係を第６
図に示し、このトルクＴをその時に作用している
負の加速度（−df／dt）で整理するとその較正線
は第７図のようになる。第７図から、トルクＴ
（切削抵抗値）と負の加速度（−df／dt）の関係
は、ほぼ直線的に対応している。したがつて、負
の加速度（−df／dt）を検出することにより、負
荷時間の極めて短い加工においても作業性を阻害
することなくインプロセスで、作用しているトル
クＴ（切削抵抗値）をすでに作成した前記第７図
の較正線を用いて測定することができる。この
際、電源電圧の変動や軸受及び電動機の温度変化
などによる電動機の回転数の変動に、本切削抵抗
値測定方法は影響を受けることはない。
rev〕に対するトルクＴ〔Ｎ・cm〕の関係を第６
図に示し、このトルクＴをその時に作用している
負の加速度（−df／dt）で整理するとその較正線
は第７図のようになる。第７図から、トルクＴ
（切削抵抗値）と負の加速度（−df／dt）の関係
は、ほぼ直線的に対応している。したがつて、負
の加速度（−df／dt）を検出することにより、負
荷時間の極めて短い加工においても作業性を阻害
することなくインプロセスで、作用しているトル
クＴ（切削抵抗値）をすでに作成した前記第７図
の較正線を用いて測定することができる。この
際、電源電圧の変動や軸受及び電動機の温度変化
などによる電動機の回転数の変動に、本切削抵抗
値測定方法は影響を受けることはない。
なお、上述した実施例では、第７図に示すよう
に横軸に負の加速度（−df／dt）をとつて較正線
を作成したが、負の角加速間（−ｄω／dt）をと
つて負の角加速度（−ｄω／dt）と切削抵抗（ト
ルクＴ）とで較正線を作成してもよい。この場合
も、(10)，(11)式から容易に理解できるように較正線
はほぼ直線性を有する。また木材片をドリル切削
した場合であつたが、これに限ることなく、切削
負荷時間の短い加工においてこの発明の測定方法
を適用できることはいうまでもない。
に横軸に負の加速度（−df／dt）をとつて較正線
を作成したが、負の角加速間（−ｄω／dt）をと
つて負の角加速度（−ｄω／dt）と切削抵抗（ト
ルクＴ）とで較正線を作成してもよい。この場合
も、(10)，(11)式から容易に理解できるように較正線
はほぼ直線性を有する。また木材片をドリル切削
した場合であつたが、これに限ることなく、切削
負荷時間の短い加工においてこの発明の測定方法
を適用できることはいうまでもない。
以上説明したようにこの発明によれば、誘導電
動機に切削負荷が加わつた際のすべりによつて生
ずる回転数の変化をパルス周波数で検出した後周
波数／電圧コンバータで電圧に変換し、かつその
電圧を微分演算して得られた誘導電動機の負の加
速度のピーク値もしくは負の角加速度のピーク値
と、別途求めた切削抵抗値と、の較正線を作成し
ておき、誘導電動機に実際の切削負荷が加わつた
際に前記負の加速度のピーク値もしくは負の角加
速度のピーク値を検出し、このピーク値に対応す
る切削抵抗値を前記較正線から求めるようにした
ので、負荷時間の極めて短い加工をする時に、負
の加速度を検出するだけで、較正線に基づいて作
業性を阻害することなくインプロセスで切削抵抗
値を容易に測定できると共に、電源電圧の変動や
軸受及び電動機の温度変化などによる電動機の回
転速度の変動を受けずに正確な切削抵抗値が得ら
れる効果がある。
動機に切削負荷が加わつた際のすべりによつて生
ずる回転数の変化をパルス周波数で検出した後周
波数／電圧コンバータで電圧に変換し、かつその
電圧を微分演算して得られた誘導電動機の負の加
速度のピーク値もしくは負の角加速度のピーク値
と、別途求めた切削抵抗値と、の較正線を作成し
ておき、誘導電動機に実際の切削負荷が加わつた
際に前記負の加速度のピーク値もしくは負の角加
速度のピーク値を検出し、このピーク値に対応す
る切削抵抗値を前記較正線から求めるようにした
ので、負荷時間の極めて短い加工をする時に、負
の加速度を検出するだけで、較正線に基づいて作
業性を阻害することなくインプロセスで切削抵抗
値を容易に測定できると共に、電源電圧の変動や
軸受及び電動機の温度変化などによる電動機の回
転速度の変動を受けずに正確な切削抵抗値が得ら
れる効果がある。
第１図は、電動機のすべりに対するトルク特性
を示す図、第２図は、電動機に矩形負荷を加えた
場合の角速度の変化を示す図、第３図は、この発
明の方法を実施するのに用いられる切削抵抗測定
装置を示す図、第４図は、ドリルの先端部を示す
図、第５図は、推力、トルク、回転数、負の加速
度を示す図、第６図は、切込み量に対するトルク
の関係を示す図、第７図は、負の加速度のピーク
値に対するトルク（切削抵抗値）の関係を示す較
正線の図である。 １……直立ボール盤、５……誘導電動機、７…
…工具としてのドリル、９……工具動力計、１０
……被削材としての木材片、１１……ロータリエ
ンコーダ、１８……微分回路、SY1……信号分析
系、SY2……直接測定系。
を示す図、第２図は、電動機に矩形負荷を加えた
場合の角速度の変化を示す図、第３図は、この発
明の方法を実施するのに用いられる切削抵抗測定
装置を示す図、第４図は、ドリルの先端部を示す
図、第５図は、推力、トルク、回転数、負の加速
度を示す図、第６図は、切込み量に対するトルク
の関係を示す図、第７図は、負の加速度のピーク
値に対するトルク（切削抵抗値）の関係を示す較
正線の図である。 １……直立ボール盤、５……誘導電動機、７…
…工具としてのドリル、９……工具動力計、１０
……被削材としての木材片、１１……ロータリエ
ンコーダ、１８……微分回路、SY1……信号分析
系、SY2……直接測定系。
Claims (1)
- １ 工具に動力を伝える誘導電動機に切削負荷が
加わつた際、この誘導電動機のすべりによつて生
ずる回転数の変化をパルス周波数で検出した後周
波数／電圧コンバータで電圧に変換し、かつその
電圧を微分演算して得られた誘導電動機の負の加
速度のピーク値もしくは負の角加速度のピーク値
と、別途求めた切削抵抗値との較正線を作成して
おき、誘導電動機に実際の切削負荷が加わつた際
に前記負の加速度のピーク値もしくは負の角加速
度のピーク値を検出し、このピーク値に対応する
切削抵抗値を前記較正線から求めるようにしたこ
とを特徴とする切削抵抗測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19761783A JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19761783A JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6090660A JPS6090660A (ja) | 1985-05-21 |
| JPS6149070B2 true JPS6149070B2 (ja) | 1986-10-27 |
Family
ID=16377452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19761783A Granted JPS6090660A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 切削抵抗測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6090660A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61103761A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-22 | Osaka Kiko Co Ltd | 切削トルク測定装置 |
| CN108036813B (zh) * | 2017-12-23 | 2020-04-21 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种电动机编码器接手打滑的自动检测方法 |
-
1983
- 1983-10-24 JP JP19761783A patent/JPS6090660A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6090660A (ja) | 1985-05-21 |
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