(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する加工機の振動検出装置であって、振動発生源となる部材と直接的に接する部材を、振動検出手段として用い、当該部材で検出した振動を電気信号として取り出すＡＥセンサを備え、前記部材は、特定の振動成分の分離または増幅を、それ自体の機械的構造のみによって行うための、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管を、防振材を介して軸心部に内蔵し、該共鳴管の端部を前記ＡＥセンサへの振動伝達部とした、中空の回転軸であり、前記共鳴管の端部を塞ぐ振動板を備え、該振動板と前記ＡＥセンサとは非接触とし、両者の間には、クーラントまたはグリスが介在し得るだけの隙間を設けていることを特徴とする加工機の振動検出装置。
【請求項２】
前記回転軸は、それ自体に工具の取り付け手段を備えることを特徴とする請求項１記載の加工機の振動検出装置。
【請求項３】
前記回転軸は、それ自体にワークの取り付け手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の加工機の振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を有し、当該回転軸によって工具またはワークを回転駆動することにより工具とワークとを相対回転させ、機械加工を行う加工機の、振動検出を正確に行うための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、研削加工、ミーリング加工など広く機械加工における被加工物と工具との接触確認等を行う目的で、加工機の振動検出装置が用いられている。かかる振動検出装置には、通常、ＡＥ（Acoustic Emission）センサが用いられている。ＡＥセンサは、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム等の電圧単結晶に機械的応力が加えられることにより誘電分極を生じ、電界が発生することを利用し、機械エネルギを電気エネルギに変化するものである。そして、ＡＥセンサに伝達される振動（機械エネルギ）を電圧の変化として把握し、振動検出を行うものである。そして、検出された振動に基づき、加工条件の最適化を図っている。
【０００３】
図３には、このＡＥセンサを振動検出装置として備える、従来の加工機を示している。砥石１を回転駆動する回転軸２のケース３は、矢印Ａ，Ｂで示す方向にスライド可能に支持されている。また、ワークＷは、コレット等を用いたクランプ装置４を備える回転軸ケース５によって一端部を支持され、他端部は矢印Ｃで示す方向にスライド可能な芯押台６の、センタ７によって支持されている。また、ＡＥセンサ８を砥石１の回転軸のケース３に、ＡＥセンサ９をワークＷの回転軸ケース５に、ＡＥセンサ10を芯押台６に取付け、各ＡＥセンサ８〜10の検出信号に基づき、砥石１とワークＷとの接触を検知している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の振動検出装置の設置場所は、ＡＥセンサ８，９，10が何れも振動の発生源（砥石１とワークＷとの接触点）から遠い。このため、各ＡＥセンサ８，９，10に振動が伝達されるまでの過程で、得たい振動の減衰や不要な外乱振動の混入の影響を受けて、各ＡＥセンサが検出する振動成分に、劣化を来たすことになる。例えば、ＡＥセンサ８の場合、振動発生源である砥石１から、砥石押さえ11、回転軸２、ベアリング（図示省略）、ケース３の各部材を介して振動が伝達されるため、これらの各部材の固有振動数や質量、ヤング率、弾性係数等の物性の影響による振動の減衰や、ベアリング玉の回転振動や回転軸２を駆動するモータの振動等、外乱振動の侵入を避けることができない。
【０００５】
しかも、従来の振動検出装置は、ＡＥセンサ８，９，10に伝達された時点で既に劣化している振動を、ＡＥセンサによって電気信号に変換し、その電気信号を更に電気的フィルタ処理することにより、得たい振動成分のみ取り出す手法を採っている。しかし、伝達過程で得たい振動と同一周波数の外乱振動が混入しているような場合には、その外乱振動のみ分離することは不可能であり、また、振動の減衰により、得たい振動成分が電気的に分離できないレベルへと減少していたり、またはノイズ成分以下になっているような場合には、得たい振動成分の検出は、全く不可能となる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転軸を有し、当該回転軸によって工具またはワークを回転駆動することにより工具とワークとを相対回転させ、機械加工を行う加工機の、振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、より高精度な振動検出を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る加工機の振動検出装置は、
回転軸を有する加工機の振動検出装置であって、振動発生源となる部材と直接的に接する部材を、振動検出手段として用い、当該部材で検出した振動を電気信号として取り出すＡＥセンサを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、振動発生源となる部材と直接的に接する部材を、振動検出手段として用い、当該部材で検出した振動を前記ＡＥセンサで電気信号として取り出すので、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、かつ、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。
【０００９】
また、前記部材は、特定の振動成分の分離を、それ自体の機械的構造のみによって行うものである。本発明によれば、前記振動発生源となる部材と直接的に接する部材において、特定の振動成分の分離を行うことにより、前記ＡＥセンサには、主に分離された特定の振動成分が伝達されることとなる。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記部材自体の機械的構造のみによって行うことで、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。
【００１０】
また、前記部材は、特定の振動成分の増幅を、それ自体の機械的構造のみによって行うものである。本発明によれば、前記振動発生源となる部材と直接的に接する部材において、特定の振動成分の増幅を行うことにより、前記ＡＥセンサには、主に分離された特定の振動成分が、増幅されて伝達されることとなる。しかも、前記特定の振動成分の増幅を、前記部材自体の機械的構造のみによって行うことで、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の増幅を行うことが可能となる。
【００１１】
また、前記部材は、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管を、防振材を介して軸心部に内蔵し、該共鳴管の端部を前記ＡＥセンサへの振動伝達部とした、中空の回転軸であることを特徴とする。本発明によれば、前記中空の回転軸の軸芯部に内蔵した、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管により、前記ＡＥセンサには、主に分離された特定の振動成分が、増幅されて伝達されることとなる。また、前記特定の振動成分の分離・増幅を、当該中空の回転軸自体の、機械的構造のみによって行うことが可能となる。
【００１２】
また、前記共鳴管の端部を塞ぐ振動板を備え、該振動板と前記ＡＥセンサとは非接触とし、両者の間には、クーラントまたはグリスが介在し得るだけの隙間を設けているものである。この構成により、クーラントを用いた加工を行う際に、当該クーラントが前記共鳴管に侵入することによる、振動成分の分離・増幅特性の変化を防ぐ。
なお、加工の際にクーラントを用いない場合には、振動板は特に設ける必要はない。かかる場合には、共鳴管の端部とＡＥセンサとの間の僅かな隙間に、グリスを塗付し、中空の回転軸で拾った振動を、共鳴管の端部からグリスを介して、ＡＥセンサで電気信号として取り出すこととする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る加工機の振動検出装置は、請求項１記載の加工機の振動検出装置において、前記回転軸は、それ自体に工具の取り付け手段を備えるものである。本発明によれば、ワークと共に機械加工の際の振動発生源を構成する工具を、前記回転軸自体が備える工具の取り付け手段で支持することで、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、かつ、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る加工機の振動検出装置は、請求項１または２記載の加工機の振動検出装置において、前記回転軸は、それ自体にワークの取り付け手段を備えるものである。本発明によれば、工具と共に機械加工の際の振動発生源を構成するワークを、前記回転軸自体が備えるワークの取り付け手段で支持することで、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、かつ、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。
【００１５】
また、回転軸を有する加工機の振動検出方法であって、振動発生源となる部材と直接的に接し、特定の振動周波数を良好に伝達する直径および長さを有する中実の回転軸によって、振動を拾い、特定の振動成分の分離を当該回転軸自体の機械的構造のみによって行い、分離された特定の振動成分を、前記中実の回転軸の端部から、ＡＥセンサにより電気信号として取り出すことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、振動発生源となる部材と直接的に接する中実の回転軸によって振動を拾い、当該回転軸で拾った振動を、その端部から前記ＡＥセンサで電気信号として取り出すので、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。また、前記中実の回転軸が特定の振動周波数を良好に伝達する直径および長さを有することによって、前記ＡＥセンサには、主に分離された特定の振動成分が伝達されることとなる。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記中実の回転軸自体の、機械的構造のみによって行うことにより、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。
【００１７】
また、回転軸を有する加工機の振動検出方法であって、振動発生源となる部材と直接的に接し、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管を軸心部に内蔵する中空の回転軸によって、振動を拾い、特定の振動成分の分離・増幅を当該回転軸自体の機械的構造のみによって行い、分離・増幅された特定の振動成分を、前記回転軸の端部から、ＡＥセンサにより電気信号として取り出すことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、振動発生源となる部材と直接的に接する中空の回転軸によって振動を拾い、当該回転軸で拾った振動を、その端部から前記ＡＥセンサで電気信号として取り出すので、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。また、前記中空の回転軸の軸心部に内蔵する、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管によって、前記ＡＥセンサには、主に分離された特定の振動成分が、増幅されて伝達される。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記中空の回転軸自体の、機械的構造のみによって行うことにより、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分及び相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００２０】
図１には、本発明の実施の形態に係る、振動検出装置を備える加工機の断面図を、概略的に示している。砥石１を一端部に固定する中空軸12は、ケース13に、ベアリング14，15を介して回転自在に支持されている。中空軸12の軸芯部には、防振材16を介して、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管17を設けている。さらに、共鳴管17の端部を振動板18で塞ぎ、クーラントを用いた加工を行う際に、当該クーラントが共鳴管17に侵入することを防止している。そして、共鳴管17の端部を塞ぐ振動板18を、ＡＥセンサ19への振動伝達部としている。なお、振動板18とＡＥセンサ19とは非接触とし、両者の間には、加工の際に用いるクーラントが介在し得るように、僅かな隙間ｅを設けている。
【００２１】
図１において、符号20で示す部分は、中空軸12を駆動するためのプーリであり、図示しないモータの駆動力が、ベルト21によってプーリ20に伝達される。なお、ＡＥセンサ19を、中空軸12の砥石押さえ11側の端部に設けることとしてもよい。また、ワークＷのクランプ装置、芯押台、センタ等は、図３に示す従来例と同一の物を用いることが可能であることから、図示を省略している。
【００２２】
上記構成をなす本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、振動発生源となる部材である砥石１と、直接的に接する中空の回転軸12によって振動を検出する。続いて、中空の回転軸12で検出した振動を、中空の回転軸12の端部に設けた振動板18から、クーラントを介して、ＡＥセンサ19で電気信号として取り出す。よって、ＡＥセンサ19で振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。
【００２３】
この際、中空の回転軸12の軸心部に内蔵する、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管17によって、ＡＥセンサ19には、主に分離された特定の振動成分が伝達されることとなる。
【００２４】
図２には、本発明の実施の形態に係る振動検出装置によって得られる振動の波形を示している。図２（ａ）のグラフは、全周波数域の振動成分を示すものであり、空転時の波形を実線で、砥石１とワークＷとが接触した時の波形を点線で示している。図中、領域Ａの周波数帯域で表われる振動は、ベアリング14，15の振動成分である。また、領域Ｂの周波数帯域で表われる振動は、中空軸12の回転による振動成分である。さらに、領域Ｃの周波数帯域で表われる振動は、高次波成分である。そして、領域Ｄの周波数帯域で表われる振動が、砥石１とワークＷとが接触することにより生ずる固有振動の振動成分である。
【００２５】
一方、図２（ｂ）のグラフは、中空軸12の共鳴管17によって、必要な振動周波数を分離・増幅した後の振動成分を示したものであり、空転時の波形を実線で、砥石１とワークＷとが接触した時の波形を点線で示している。このように、領域Ｄの、砥石１とワークＷとが接触することにより生ずる固有振動の振動成分のみが顕著に表われる。しかも、かかる特定の振動成分の分離を、中空の回転軸12自体の、機械的構造（中空軸12の軸芯部に、防振材16を介して、特定の振動周波数で共鳴する内径および長さを有する共鳴管17を設けた構造。）のみによって行うことが可能となる。よって、従来のごとく、電気的フィルタ処理等をすることにより、得たい振動成分のみ取り出す手法のごとく、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。
【００２６】
以上のごとく、本発明の実施の形態によれば、機械加工を行う加工機の、振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、より高精度な振動検出が可能となる。よって、検出された高精度の振動成分に基づき、加工条件の最適化を図ることができる。しかも、必要な振動成分の検出感度も大きく向上するため、たとえば、クーラントを用いた加工を行う際には、砥石１がワークＷに実際に接触する直前の、クーラントのクサビ効果に起因する振動成分等の、比較的小さな振動であっても、正確に検出することも可能となる。よって、早送りから低速の研削送りへと送り速度を変化させるタイミングを最適化させ、加工サイクルタイムの短縮を図ることも可能となる。
【００２７】
また、共鳴管17の端部を振動板18で塞ぐことで、クーラントを用いた加工を行う際に、クーラントが共鳴管17に侵入することによる、振動成分の分離・増幅特性の変化を防いでいる。
【００２８】
なお、加工の際にクーラントを用いない場合には、振動板18は特に設ける必要はない。かかる場合には、共鳴管17の端部とＡＥセンサ19との間の僅かな隙間に、グリスを塗付し、中空の回転軸12で拾った振動を、共鳴管17の端部からグリスを介して、ＡＥセンサ19で電気信号として取り出すこととする。
【００２９】
さらに、本発明の実施の形態に係る振動検出装置を備える加工機では、中空軸12に変えて中実軸を用いる場合もある。この場合には、中実軸として、特定の振動周波数を良好に伝達する直径および長さを有するものを用い、その端部を前記ＡＥセンサ19への振動伝達部とする。かかる場合には、ＡＥセンサ19には、主に分離された特定の振動成分が伝達されることとなるので、得たい振動周波数を増幅させることなく取り出すことが可能な場合に、特に、有効である。
【００３０】
すなわち、本発明の実施の形態では、振動発生源となる部材である砥石１と直接的に接する部材は、中空の回転軸12に限定されるものではなく、例えば、振動を機械的に伝達できる手段であって、当該振動伝達手段が、得たい振動の共振点（共振周波数）の整数倍の振動をそのものの固有振動数と合致させるものであれば良い。かかる条件を満たせば、例えば、ワークを把持するクランプ装置からＡＥセンサによって振動を検出することも可能である。
【００３１】
さらに、本発明の実施の形態に係る発明は、回転軸を有し、当該回転軸によって工具またはワークを回転駆動することにより工具とワークとを相対回転させ、機械加工を行う加工機全般に適用することが可能であり、例えば、フライス盤の回転軸にも用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る加工機の振動検出装置によれば、回転軸を有し、当該回転軸によって工具またはワークを回転駆動することにより工具とワークとを相対回転させ、機械加工を行う加工機の、振動検出を行う際に、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、より高精度な振動検出をすることが可能となる。
【００３３】
また、前記ＡＥセンサに、主に分離された特定の振動成分が伝達され、より高精度な振動検出をすることが可能となる。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記部材自体の機械的構造のみによって行うことで、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となり、高精度な振動検出を安定的に行うことが可能となる。
【００３４】
また、前記ＡＥセンサに、主に分離された特定の振動成分が増幅されて伝達され、比較的小さな振動であっても、より高精度な振動検出をすることが可能となる。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記部材自体の機械的構造のみによって行うことで、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。そして、高精度な振動検出を安定的に行うことが可能となる。
【００３５】
また、前記ＡＥセンサに、主に分離された特定の振動成分が増幅されて伝達され、比較的小さな振動であっても、より高精度な振動検出をすることが可能となる。しかも、前記特定の振動成分の分離を、前記部材自体の機械的構造のみによって行うことで、電気的処理の場合のように、処理回路等の特性に影響を受けることなく、かかる振動成分の分離を行うことが可能となる。そして、高精度な振動検出を安定的に行うことが可能となる。
【００３６】
また、クーラントを用いた加工を行う際にも、当該クーラントが前記共鳴管に侵入することによる、振動成分の分離・増幅特性の変化を防ぎ、高精度な振動検出を安定的に行うことが可能となる。
【００３７】
また、本発明の請求項２に係る加工機の振動検出装置によれば、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動発生源となる部材である工具の取り付け手段を備える部材によって振動を拾うことで、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、かつ、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。よって、高精度な振動検出をすることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の請求項３に係る加工機の振動検出装置によれば、前記ＡＥセンサで振動検出を行う際に、振動発生源となる部材であるワークの取り付け手段を備える部材によって振動を拾うことで、振動の減衰や外乱振動の侵入を避け、かつ、振動成分の劣化を可能な限り抑えることができる。よって、高精度な振動検出をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る、振動検出装置を備える加工機の断面を示す概略図である。
【図２】  図１に示す加工機の振動検出装置によって得られる振動の波形を示すグラフであり、（ａ）は全周波数域の振動成分を、（ｂ）は必要な振動周波数を分離・増幅した後の振動成分を示すものである。
【図３】  従来の、振動検出装置を備える加工機の模式図である。
【符号の説明】
１  砥石
11  砥石押さえ
12  中空軸
13  ケース
14，15  ベアリング
16  防振材
17  共鳴管
18  振動板
19  ＡＥセンサ
20  駆動プーリ
21  ベルト
Ｗ  ワーク
【図１】
0004862978.tif 000002
【図２】
0004862978.tif 000003
【図３】
0004862978.tif 000004