(57)【要約】【課題】びびり振動を発生しないで加工できる加工条件設定範囲を最大とできる、正確なびびり安定限界線図を作成する作成方法を提供する。【解決手段】。工具２が静止している状態で求めた剛性値・減衰係数を用いて、暫定びびり安定限界線図を作成する。暫定びびり安定限界線図の所定ピークの近辺で主軸１の回転速度を変化させながら加工中のびびり振動を振動測定装置４で計測し、びびり振動の周波数が急変した主軸回転速度を検出する。暫定びびり安定限界線図の所定ピークの位置を、びびり振動の周波数が急変した主軸回転速度へ移動してびびり安定限界線図を作成する。【選択図】図１
2012200844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に装着した回転工具により工作物を加工するときに発生するびびり振動の発生限界を、主軸回転速度と工具の安定限界切込み量により表したびびり安定限界線図作成方法であって、
主軸系の質量・剛性値・減衰係数を用いて、暫定びびり安定限界線図を作成する暫定びびり安定限界線図作成工程と、
前記暫定びびり安定限界線図の所定ピークの近辺で主軸回転速度を変化させながら加工し、びびり振動を計測し、前記びびり振動の周波数が急変した主軸回転速度を実測ピーク回転速度として検出するピーク位置検出工程と、
前記暫定びびり安定限界線図の主軸回転速度軸方向において、前記所定ピークの位置を前記実測ピーク回転速度の位置へ移動して補正する安定限界線図補正工程と、を備えるびびり安定限界線図作成方法。
【請求項２】
前記主軸系の質量・剛性値・減衰係数を工具の回転が静止している状態で加振テストを行い求める請求項１に記載のびびり安定限界線図作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸により回転される工具を用いた加工におけるびびり振動の安定限界を示すびびり安定限界線図の精度の高い作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転工具を用いた加工においてびびり振動を防止するために、びびり安定限界線図を用いてびびり振動の発生しない加工条件を設定することが行われている。びびり安定限界線図は工具を含む加工システムの剛性、減衰係数をパラメータとする計算式で求められる。この剛性、減衰係数は加工システムの加振テストから求めることができる。以上のことは従来技術１（たとえば非特許文献１）等で行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「神戸製鋼技報  ２００１年Ｖｏｌ．５１  Ｎｏ．３」、ｐ．２０〜ｐ．２２
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４４８５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術１では剛性、減衰係数をシステムの加振テストから求めるが、工具回転状態での加振テストは困難であるため、加振テストは工具を静止させた状態で行う。転がり軸受を用いた主軸においては、回転の遠心力や温度上昇により軸受転動部の接触圧力の変化が起きるため、軸の回転中と静止中では剛性が異なる。
このため、主軸の静止中に求めた剛性値を用いて作成した暫定びびり安定限界線図は、実加工時に必要な主軸回転中のびびり安定限界線図と誤差を持つ。実際の加工条件は、精度、工具寿命、加工能率等が所望の値となり、びびり振動の発生しないように設定するが、びびり安定限界線図が不正確であると余裕を見た設定をするため、主軸回転数と切込み量の設定範囲が狭くなり、工作機械の能力を充分に発揮できない恐れがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、びびり振動の発生しない加工条件設定範囲を最大とできる正確なびびり安定限界線図を作成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための請求項１に係る発明の特徴は、主軸に装着した回転工具により工作物を加工するときに発生するびびり振動の発生限界を、主軸回転速度と工具の安定限界切込み量により表したびびり安定限界線図作成方法であって、
主軸系の質量・剛性値・減衰係数を用いて、暫定びびり安定限界線図を作成する暫定びびり安定限界線図作成工程と、
前記暫定びびり安定限界線図の所定ピークの近辺で主軸回転速度を変化させながら加工し、びびり振動を計測し、前記びびり振動の周波数が急変した主軸回転速度を実測ピーク回転速度として検出するピーク位置検出工程と、
前記暫定びびり安定限界線図の主軸回転速度軸方向において、前記所定ピークの位置を前記実測ピーク回転速度の位置へ移動して補正する安定限界線図補正工程と、を備えることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記主軸系の質量・剛性値・減衰係数を工具の回転が静止している状態で加振テストを行い求めることである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項1に係る発明によれば、主軸が回転した状態での正確なびびり安定限界線図を作成することができ、びびり安定限界線図を用いた主軸回転速度と工具切込み深さの設定範囲が広くなる。このため、びびり振動が発生しない最大の加工能率を設定することが可能で、加工時間が短縮できる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、主軸系の質量・剛性・減衰係数を加振テストの実測値から推定でき、個別に質量・剛性・減衰係数を求めるよりも簡便に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】びびり振動測定の概要を示す図である。
【図２】本実施形態のびびり安定限界線図を作成する工程を示す工程図である。
【図３】加振テストデータから剛性と減衰係数を求める概念を示す図である。
【図４】びびり安定限界線図を示す図である。
【図５】びびり振動の周波数・臨界切込み深さと主軸回転速度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
はじめに、びびり安定限界線図の一般的な公知事項について説明する。
びびり安定限界線図は所定の主軸回転速度におけるびびり振動の発生する工具切込み深さの限界を示す図であり、通常は図４に示すように横軸に主軸回転速度を設定した図である。図４の臨界曲線の下側部分がびびり振動が発生しないで加工可能な領域である。
びびり安定限界線図における限界切込み深さａ（図１参照）は次式ａ＝−１／（２Ｋｆ（φ（ｓ）の実部））で表されることが知られており、φ（ｓ）は主軸系の伝達関数であり、一般的にはφ（ｓ）＝１／（ｍｓ２＋ｃｓ＋ｋ）となる。ここで、Ｋｆは比切削抵抗、ｍは主軸系の質量、ｃは主軸系の減衰係数、ｋは主軸系の剛性である。ｋとｃは工具を主軸に装着して加振テストをすることで求める。加振テストは振動検出器を工具に固定して行うため、主軸を静止させた状態で行う。
びびり振動の周波数は主軸回転速度により変動し、びびり安定限界線図のピークの位置でその周波数が急変することが知られている（特許文献１の図８等）。
加工条件設定では、可能な限り高能率の加工をするために工具切り込み深さは大きく設定することが望ましい。このため、大きな工具切り込み深さ設定可能な、びびり安定限界線図のピークの近辺のびびり振動発生の有無判定は重要である。
【００１２】
本発明は上記の知見に基づき、加振テストで求めた主軸系の減衰係数ｃと剛性ｋを用いた暫定びびり安定限界線図における臨界曲線のピークの位置を、実加工中にびびり振動の周波数が急変する主軸回転速度の位置へ補正することで、びびり安定限界線図のピーク近辺の臨界曲線を正確に求める方法に関するものである。
【００１３】
図１に示すように、主軸１は軸受け１２、１３を介してハウジング１６により回転自在に保持されたスピンドル１１を備える。スピンドル１１の先端には工具２が装着され、モータ１４、１５により回転駆動される。主軸１と工作物３は図示しない送り装置により移動が可能で、相対運動により加工が行われる。振動測定装置４はセンサ４１と振動測定本体４２から構成され、センサ４１はハウジング１６に設置され、センサ４１の信号は振動測定本体４２に出力される。
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図２に示す工程図に基づき説明する。
はじめに、工具を主軸に装着し、加振テストによりコンプライアンスの周波数応答を測定する（Ｓ１）。図３に示すように、測定したコンプライアンスの周波数応答の最大ピークに対して、最適フィッティングする伝達関数φ（ｓ）＝１／（ｍｓ２＋ｃｓ＋ｋ）のｍ、ｃ、ｋを決定する（Ｓ２）。図４に示すように、ステップＳ２で求めたｍ、ｃ、ｋの値と、たとえば２０１０年３月４日、日本機械学会Ｎｏ．１０−２４講習会−生産加工基礎講座−実習で学ぼう「切削加工、びびり振動の基礎知識」、講習会テキスト、ｐｐ、１−１２に示されるようなびびり安定限界線図の求め方を用いて、暫定びびり安定限界線図を作成する。図４において、臨界曲線の下部の領域がびびり振動が発生しない安定領域である（Ｓ３）。暫定びびり安定限界線図の所定ピークの主軸回転速度の近辺で、びびり振動が発生する工具切込み深さに設定し、主軸回転速度を変えながら加工を行う。この時にびびり振動の周波数を測定し、周波数が急変する主軸回転速度を検出する。ここで、所定ピークは機械や工具の性能から決まる実際の加工に使用する主軸回転速度に近いピークを選ぶ（Ｓ４）。図５に示すように、暫定びびり安定限界線図の臨界曲線の所定ピークの位置を周波数が急変した主軸回転速度位置までΔＮだけシフトする。
【００１５】
以上のように、本発明により作成したびびり安定限界線図は主軸が回転している状態でのピーク位置の実測値で、主軸が静止している状態で測定した主軸系の減衰係数ｃ、剛性ｋを用いて作成した暫定びびり安定限界線図を補正するので、実用上重要なピーク位置近辺の臨界曲線が正確となる。
正確なびびり安定限界線図を用いて加工条件を設定することで、びびり振動が発生しないで範囲の最適な条件設定が可能となる。
【００１６】
上記の説明では、１つのピークについての回転速度の補正により全体をシフトしたが、複数のピークについて夫々実測補正を実施してもよい。この場合は、臨界曲線の補正を実施する２つのピーク間の最低位置部で臨界曲線を連結して連続した臨界曲線とする。
また、実測補正したピークの固有振動数の次数を推定し、その推定次数を基に他の次数の固有振動周波数を演算し、夫々の次数の固有振動数を用いて夫々のピーク位置を演算して臨界曲線を求めてもよい。
【符号の説明】
【００１７】
１：主軸  ２：工具  ３：工作物  ４：振動測定装置  
【図１】
2012200844.tif 000003
【図２】
2012200844.tif 000004
【図３】
2012200844.tif 000005
【図４】
2012200844.tif 000006
【図５】
2012200844.tif 000007