JP2013000808A

JP2013000808A - 振動抑制装置

Info

Publication number: JP2013000808A
Application number: JP2011131370A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ueno; 浩上野; Tomoharu Ando; 知治安藤
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】手動で回転速度を変更するに際し、容易且つ確実に安定回転速度へと変更することができ、作業者の負担を軽減することができる振動抑制装置を提供する。
【解決手段】表示装置１２の表示画面１２ａに複数のインジケータ３２、３２・・からなる増速指示部３１ａ及び減速指示部３１ｂを設けており、回転速度を安定回転速度へと変更するに際してのダイヤル１４の操作方向及び操作量を表示するようにした。そのため、作業者は、それらの表示を視認することでダイヤル１４の操作方向及び操作量を容易に把握することができる。したがって、作業者にかかる負担を軽減することができるし、短時間で確実に回転速度を安定回転速度へと変更することができ、加工面精度の向上や工具の破損防止等も期待することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、工具又はワークを回転させながら加工を行う工作機械において、加工中に発生するびびり振動を抑制するための振動抑制装置に関するものである。

従来、たとえば回転軸に工具を支持させ、工具及び／又はワークを送りながら両者を相対移動させ、回転する工具によりワークを加工するといった工作機械がある。該工作機械では、切削加工中において切り込み量を大きくし過ぎる等の理由により、加工中に所謂「びびり振動」が発生し、加工面の仕上げ精度の悪化、工具の急激な摩耗や欠損といった問題が生じる。

そこで、本件出願人は、このような「びびり振動」を抑制するための振動抑制装置として、たとえば特許文献１に開示されているようなものを考案した。この特許文献１に開示されている振動抑制装置では、周波数領域の振動が所定の閾値を超えると、びびり振動が発生していると判断し、当該びびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出するとともに、回転軸の回転速度を自動的に安定回転速度へと変更する。
一方、回転軸の回転速度を自動的に変更するのではなく、たとえば非特許文献１に開示されているように、発生したびびり振動に対する安定回転速度の候補を画面に表示し、その候補の中から作業者によっていずれかの安定回転速度を選択し、手動にて回転軸の回転速度を安定回転速度へと変更するといった手法も考案されている。そして、作業者が手動で回転速度を変更するための手段として、本件出願人は、たとえば特許文献２に開示されているようなオーバーライドダイヤルを考案した。

特開２００８−２９０１８８号公報特開２０１１−６７８８７号公報

「加工ナビ」を用いた加工能率の向上：株式会社工業調査会「機械と工具」２０１０年１月号−７３頁〜７７頁

しかしながら、自動的に回転速度を変更する振動抑制装置の場合、作業者にしてみると、予期していないタイミングで回転軸の回転速度が変更されてしまう上、回転速度がどのように変更されたのかといった点もすぐに判断することができないため、手動による回転速度の変更を望まれることがある。
一方、手動により回転速度を変更する場合、画面に表示されている安定回転速度へと回転速度を変更するに際し、たとえばオーバーライドダイヤルをどちらの方向（回転速度の増減）へどれだけの量だけ操作しなければならないかを判断しなければならない。そして、びびり振動の発生による加工面精度の悪化や工具破損の恐れ等を考えた場合、上記判断は出来る限り短時間で行わなければならない。したがって、作業者にとって負担になるおそれがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、手動で回転速度を変更するに際し、容易且つ確実に安定回転速度へと変更することができ、作業者の負担を軽減することができる振動抑制装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具又はワークを回転させるための回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸の回転速度の指令値を入力するための指令手段と、作業者が操作可能で、前記指令値を増減させる割合を変更して回転速度を調整するための調整手段と、前記指令値と前記割合とから前記回転軸の回転速度を設定する回転速度設定手段と、設定された回転速度で前記回転軸を回転させる回転軸制御装置と、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検知すると、当該びびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出する演算装置とを備えた振動抑制装置であって、前記安定回転速度を表示するための表示装置を設けるとともに、前記表示装置に、回転速度を前記安定回転速度へと変更するに際して、前記調整手段を増速又は減速いずれの方向へ操作すればよいのかを表示する操作方向表示部と、前記割合をどれだけ変更すればよいかを表示する操作量表示部とを設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記操作方向表示部及び前記操作量表示部において、所定の二方向へ夫々複数並べられた矢印状のインジケータを点灯又は点滅表示可能であり、点灯又は点滅した前記インジケータの向きにより操作方向を、点灯又は点滅した前記インジケータの数により操作量を夫々表示することを特徴とする。

本発明によれば、安定回転速度を表示する表示装置に、回転速度を安定回転速度へと変更するに際して、調整手段を増速又は減速いずれの方向へ操作すればよいのかを表示する操作方向表示部と、指令値を増減させる割合をどれだけ変更すればよいかを表示する操作量表示部とを設けている。そのため、作業者は、それらの表示を視認することで調整手段の操作方向及び操作量を容易に把握することができる。特に、調整手段を備えた工作機械においては、びびり振動が発生した際の回転速度が同じであっても指令値の違いにより安定回転速度へと変更するための調整手段の操作量は異なることになる。しかしながら、本発明の振動抑制装置によれば、調整手段の操作量をも表示するため、作業者は、調整手段の操作量を極めて容易に把握することができる。したがって、作業者にかかる負担を軽減することができるし、短時間で確実に回転速度を安定回転速度へと変更することができ、加工面精度の向上や工具の破損防止等も期待することができる。

振動抑制装置のブロック構成説明図である。回転軸ハウジングを側方から示した説明図である。回転軸ハウジングを軸方向から示した説明図である。表示装置の表示画面を示した説明図である。オーバーライドダイヤルを示した説明図である。オーバーライドスイッチを示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる振動抑制装置について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、振動抑制装置１０のブロック構成を示した説明図である。図２は、振動抑制の対象となる回転軸ハウジング１を側方から示した説明図であり、図３は、回転軸ハウジング１を軸方向から示した説明図である。
振動抑制装置１０は、回転軸ハウジング１にＣ軸周りで回転可能に備えられた回転軸３に生じる「びびり振動」を抑制するためのものであって、回転中の回転軸３に生じる振動に伴う特性値である時間領域の振動加速度（時間軸上の振動加速度を意味する）を検出するための振動センサ２ａ〜２ｃと、該振動センサ２ａ〜２ｃによる検出値を解析して「びびり振動」の発生の有無を判断し、その判断結果に基づいて回転軸３の回転速度を制御する制御装置５とを備えてなる。

振動センサ２ａ〜２ｃは、図２及び図３に示す如く回転軸ハウジング１に取り付けられており、一の振動センサは、他の振動センサに対して直角方向への時間領域の振動加速度を検出するようになっている（たとえば、振動センサ２ａ〜２ｃにて、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出するように取り付ける）。

一方、制御装置５は、振動センサ２ａ〜２ｃから検出される時間領域の振動加速度をもとに「びびり振動」の発生を検出するとともに、「びびり振動」の発生を検出すると当該「びびり振動」を抑制するための安定回転速度を算出する演算装置１１と、算出した安定回転速度を表示するための表示装置１２と、たとえば加工の開始時等において回転軸３の回転速度を指令するための指令手段１３と、指令値を増減させる割合を変更して回転速度を調整するための調整手段であるオーバーライドダイヤル（以下、単にダイヤルと称す）１４と、指令手段１３からの指令値とダイヤル１４から入力された入力値とから回転軸３の回転速度を設定する回転速度設定装置１５と、回転軸３の動作を制御しており、回転速度設定装置１５により設定された回転速度へと回転軸３の回転速度を変更する回転軸制御装置１６とを備えている。

上記振動抑制装置１０では、特許文献１に開示されているような公知の方法により、「びびり振動」の発生を検知するとともに、発生した「びびり振動」を抑制可能な安定回転速度を演算装置１１において算出する。そして、算出した安定回転速度を表示装置１２に表示する。その後、作業者によりダイヤル１４が操作されると、回転速度設定装置１５においてその操作量に応じた新たな回転速度を設定し、回転軸制御装置１６により新たに設定された回転速度へと回転軸３の回転速度を変更し、「びびり振動」の抑制を図ることになる。

ここで、本発明の要部となるダイヤル１４の構成、及び表示装置１２における表示制御について、図４及び図５をもとに説明する。図４は、表示装置１２の表示画面１２ａを示した説明図であり、図５は、ダイヤル１４を示した説明図である。
図４に示す如く、ダイヤル１４は、回動操作可能な調整つまみ２１を有しているとともに、調整つまみ２１の回動角度を検出する検出手段（図示せず）を内蔵しており、１目盛りに対応する角度だけ回動させると、回転速度を１０％変更（すなわち、回転速度設定装置１５において現在の回転速度に０．９若しくは１．１を掛け合わせた回転速度が新たに設定されることになる）可能となっている。尚、調整つまみ２１を右へ回動させると回転速度は増加し、左へ回動させると回転速度は減少する。

一方、表示装置１２は表示画面１２ａを備えており、図４に示すような態様で現在の回転速度や演算装置１１において算出された安定回転速度、ダイヤル１４の操作方向及び操作量を表示画面１２ａに表示する。このうちダイヤル１４の操作方向及び操作量を示す表示部３１は、左右各方毎に夫々３つ並べられた矢印状のインジケータ３２、３２・・により構成されている。インジケータ３２、３２・・の向きとダイヤル１４の操作方向とは対応付けられており、右向きのインジケータ３２、３２・・群は回転速度の増速を指示する増速指示部３１ａ、左向きのインジケータ３２、３２・・群は回転速度の減速を指示する減速指示部３１ｂとなっている。そして、安定回転速度へと変更するにあたり、増速させる必要がある場合には増速指示部３１ａのインジケータ３２、３２・・を点灯させる一方、減速させる必要がある場合には減速指示部３１ｂのインジケータ３２、３２・・を点灯させる。また、点灯させるインジケータ３２の数は、ダイヤル１４の操作量に応じて設定されており、１目盛り毎に点灯させるインジケータ３２を１つずつ増加させるようになっている。したがって、たとえば１０％増速させる必要がある場合には増速指示部３１ａのインジケータ３２を１つだけ点灯させることになるし、３０％減速させる必要がある場合には減速指示部３１ｂにおいて３つのインジケータ３２、３２・・を点灯させることになる。尚、４０％以上増速又は減速させる必要がある場合にも対応する指示部３１ａ、３１ｂにおいて３つのインジケータ３２、３２・・全てを点灯させる。

そして、ダイヤル１４の操作量Ｎ（目盛りの数）については、下記式（１）により求めることができる。

ここで、上記式（１）におけるＳは現在の回転速度、Ｓ_ｃｏｍは加工プログラムで定められた回転速度の指令値（指令手段１３により指令される指令値）、Ｓ_ｏｐｔは安定回転速度、ｋはダイヤル１４における変更ピッチ（本実施形態では１０％であるため０．１となる）である。

上述したような表示装置１２、及びダイヤル１４を用いて回転速度を安定回転速度へと変更するにあたっての一実施例として、たとえば「びびり振動」が発生した際の回転速度が１５００ｍｉｎ^−１であり、演算装置１１において算出された安定回転速度が１８５０ｍｉｎ^−１であった場合を考える。
まず、「びびり振動」の発生時、ダイヤル１４の調整つまみ２１が１００％であったとすると、指令手段１３による指令値も１５００ｍｉｎ^−１である。このとき、上記安定回転速度へと回転速度を変更するためには、回転速度を２０％増速させる必要がある。したがって、この場合には、増速指示部３１ａにおいて２つのインジケータ３２、３２が点灯されることになる。そこで、作業者は、当該表示にしたがい、ダイヤル１４を２目盛り増速方向へ回動操作すればよい。
一方、「びびり振動」の発生時、ダイヤル１４の調整つまみ２１が１２０％であったとすると、指令手段１３による指令値は１２５０ｍｉｎ^−１である。このとき、上記安定回転速度に最も近い回転速度へと変更するためには、回転速度を３０％増速させる必要がある。したがって、この場合には、増速指示部３１ａにおいて３つのインジケータ３２、３２・・が点灯されることになる。そこで、作業者は、当該表示にしたがい、ダイヤル１４を３目盛り増速方向へ回動操作すればよい。尚、表示装置１２は、図示しない制御装置を備えており、当該制御装置において上記制御（どのインジケータ３２をどれだけ点灯させればよいかに係る演算等）を実行している。

以上のような振動抑制装置１０によれば、表示装置１２の表示画面１２ａに複数のインジケータ３２、３２・・からなる増速指示部３１ａ及び減速指示部３１ｂを設けており、回転速度を安定回転速度へと変更するに際してのダイヤル１４の操作方向及び操作量を表示する。そのため、作業者は、それらの表示を視認することでダイヤル１４の操作方向及び操作量を容易に把握することができる。特に、ダイヤル１４を備えた工作機械においては、上述したように現在の回転速度が同じであっても指令値の違いにより安定回転速度へと変更するためのダイヤル１４の操作量は異なることになる。しかしながら、振動抑制装置１０では、ダイヤル１４の操作量をも表示するため、作業者は、ダイヤル１４の操作量を極めて容易に把握することができる。したがって、作業者にかかる負担を軽減することができるし、短時間で確実に回転速度を安定回転速度へと変更することができ、加工面精度の向上や工具の破損防止等も期待することができる。

なお、本発明の振動抑制装置に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、「びびり振動」の検出に係る構成は勿論、表示装置における表示態様や調整手段の構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、調整手段としては、図６に示すようなオーバーライドスイッチ４１ａ、４１ｂを採用することも可能である。オーバーライドスイッチ４１ａは、１度押し込み操作する度に回転速度を１０％増速させる一方、オーバーライドスイッチ４１ｂは、１度押し込み操作する度に回転速度を１０％減速させる。このようなオーバーライドスイッチ４１ａ、４１ｂが採用されていたとしても、表示装置１２においてその操作回数（すなわち操作量）を表示することにより、同様の効果を奏することができる。

また、増速表示部や減速表示部についても、上記実施形態のものに何ら限定されることはなく、「１」「２」「３」といった操作量と対応する数値や「増速」「減速」といった操作方向を示す言葉を表示するように構成してもよい。
さらに、オーバーライドダイヤル１４やオーバーライドスイッチ４１ａ、４１ｂの変更ピッチを可変としてもよい。この場合、変更ピッチに係る情報を表示装置１２へと入力し、設定されている変更ピッチに対応した表示を行うように構成してもよい。なお、変更ピッチに係る情報を演算装置１２へと入力しなくとも、たとえば基準変更ピッチを１０％として表示装置１２では演算・表示させ、変更ピッチを可変した場合には作業者の側において表示されている操作量から実際の操作量を算出するように構成してもよい。このような構成であっても、表示装置１２において基準変更ピッチでの操作量が演算・表示されるため、作業者は比を用いた計算をするだけですみ、作業者の負担が大きく増すようなことはない。

さらにまた、上述したような可変としない場合に、オーバーライドダイヤル１４等での変更ピッチをどれだけとするかについても、上記実施形態の１０％に限定されることはなく、たとえば１％や５％としても何ら問題はない。またさらに、インジケータを点灯させるのではなく、点滅させてもよいし、上記実施形態において３０％まではインジケータを１つずつ順次点灯させていき、４０％以上であると点滅させる等、インジケータによる表示態様についても適宜変更可能である。
加えて、工具を回転させて加工するマシニングセンタに限らず、ワークを回転させる旋盤等の工作機械の振動を抑制するために用いることも可能である。

１・・回転軸ハウジング、２ａ、２ｂ、２ｃ・・振動センサ、３・・回転軸、５・・制御装置、１０・・振動抑制装置、１１・・演算装置、１２・・表示装置、１２ａ・・表示画面、１３・・指令手段、１４・・オーバーライドダイヤル（調整手段）、１５・・回転速度設定装置（回転速度設定手段）、１６・・回転軸制御装置、２１・・調整つまみ、３１・・表示部、３１ａ・・増速指示部（操作方向表示部、操作量表示部）、３２ｂ・・減速指示部（操作方向表示部、操作量表示部）、３２・・インジケータ、４１ａ、４１ｂ・・オーバーライドスイッチ（調整手段）。

Claims

工具又はワークを回転させるための回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸の回転速度の指令値を入力するための指令手段と、作業者が操作可能で、前記指令値を増減させる割合を変更して回転速度を調整するための調整手段と、前記指令値と前記割合とから前記回転軸の回転速度を設定する回転速度設定手段と、設定された回転速度で前記回転軸を回転させる回転軸制御装置と、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検知すると、当該びびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出する演算装置とを備えた振動抑制装置であって、
前記安定回転速度を表示するための表示装置を設けるとともに、
前記表示装置に、回転速度を前記安定回転速度へと変更するに際して、前記調整手段を増速又は減速いずれの方向へ操作すればよいのかを表示する操作方向表示部と、前記割合をどれだけ変更すればよいかを表示する操作量表示部とを設けたことを特徴とする振動抑制装置。
前記操作方向表示部及び前記操作量表示部において、所定の二方向へ夫々複数並べられた矢印状のインジケータを点灯又は点滅表示可能であり、点灯又は点滅した前記インジケータの向きにより操作方向を、点灯又は点滅した前記インジケータの数により操作量を夫々表示することを特徴とする請求項１に記載の振動抑制装置。