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JP2693664B2 - Machining state judgment device in end mill machining - Google Patents

Machining state judgment device in end mill machining

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Publication number
JP2693664B2
JP2693664B2 JP3185492A JP18549291A JP2693664B2 JP 2693664 B2 JP2693664 B2 JP 2693664B2 JP 3185492 A JP3185492 A JP 3185492A JP 18549291 A JP18549291 A JP 18549291A JP 2693664 B2 JP2693664 B2 JP 2693664B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
machining
processing
value
tool
center
Prior art date
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Application number
JP3185492A
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Japanese (ja)
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JPH068106A (en
Inventor
衛 光石
伸一 割澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamai Co Ltd
Original Assignee
Hamai Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamai Co Ltd filed Critical Hamai Co Ltd
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  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エンドミル加工におけ
る加工状態が正常か否かを判定する加工状態判定装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is applicable to end mill processing.
A processing state determination device that determines whether the processing state is normal
Related.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、加工機械では、いわゆる加工の知
能化が進み、加工中の状態を六分力テーブル等のセンサ
により検出し、加工状態に応じた補正をリアルタイムで
おこなうことにより、加工の高精度化が試みられてい
る。例えば、エンドミルによる切削加工中にびびりが発
生すると、加工精度が損なわれる。そこで、びびりを検
出するため、従来は工具側や工作物側に設置した力セン
サにより切削力の大きさを検出し、その検出値をFFT
(高速フーリエ変換)して、びびりの振動数成分を取り
出して判定することがある。図13は、実際の溝の切削
加工において測定した切削力の変化(X軸方向)を示
す。この場合の加工条件は次の通りである。
2. Description of the Related Art In recent years, in processing machines, so-called processing has become more intelligent, and the state of processing is detected by a sensor such as a six-component force table, and correction is made in real time according to the processing state, thereby improving processing. Higher precision is being attempted. For example, if chattering occurs during cutting with an end mill, the processing accuracy will be impaired. Therefore, in order to detect chatter, conventionally, the magnitude of the cutting force is detected by a force sensor installed on the tool side or the workpiece side, and the detected value is FFT.
(Fast Fourier transform) may be performed to extract and determine the vibration frequency component of chatter. FIG. 13 shows a change in the cutting force (X-axis direction) measured in the actual groove cutting process. The processing conditions in this case are as follows.

【0003】 工具 :スクエアエンドミル(2枚刃) 工具径 :φ5mm ねじれ角 :30° 工作物 :S45C 主軸回転速度:2200rpm 送り速度 :60mm/min 送り方向 :Y軸正方向 切り込み深さ:2.5mm 加工形式 :溝切削Tool: Square end mill (2 blades) Tool diameter: φ5 mm Twist angle: 30 ° Workpiece: S45C Spindle speed: 2200 rpm Feed rate: 60 mm / min Feed direction: Y-axis positive direction Depth of cut: 2.5 mm Machining type: Groove cutting

【0004】図14は、図13の切削力の変化を高速フ
ーリエ変換して得られた周波数の分布(パワー・スペク
トル)を示す。図15は、図13の切削におけるY軸方
向の切削力の変化を示す。図16は、図15の切削力の
変化を高速フーリエ変換して得られた周波数の分布(パ
ワー・スペクトル)を示す。これら図13〜16では、
正常な切削がおこなわれている状態であり、図13,1
5では切削力のピーク値が工具の回転周期(約0.02
7秒)に2回の割合で出現している。また、図14,1
6では、それぞれ図13,15に出現したピーク値の周
波数の倍数の成分が突出してあらわれていることがわか
る。
FIG. 14 shows a frequency distribution (power spectrum) obtained by performing a fast Fourier transform on the change in cutting force shown in FIG. FIG. 15 shows changes in the cutting force in the Y-axis direction during the cutting shown in FIG. FIG. 16 shows a frequency distribution (power spectrum) obtained by performing a fast Fourier transform on the change in cutting force shown in FIG. In these FIGS.
It is in the state where normal cutting is being performed.
In No. 5, the peak value of the cutting force is the rotation cycle of the tool (about 0.02
It appears twice every 7 seconds). Also, FIGS.
In FIG. 6, it can be seen that the components of multiples of the frequency of the peak value appearing in FIGS. 13 and 15 stand out.

【0005】図17,19は、前述と同一条件の切削で
びびり現象が発生した場合の切削力の変化をX軸、Y軸
方向についてそれぞれ示す。図18,20は、それぞれ
図17,19の切削力の変化を高速フーリエ変換して得
られた周波数の分布(パワー・スペクトル)を示す。こ
れら図17,19では、正常な切削による切削力の変化
に、びびり現象による周期の短い切削力の変化成分が重
畳されている。また、図18,20では図14,16と
比較しても明らかなように、本来の切削力のピーク値に
相当する周波数成分に加えて、びびり現象の成分が多く
あらわれている(特に約800Hz周辺)。このように
して、検出した切削力の変化を高速フーリエ変換するこ
とにより、びびり現象の発生を検知することが可能にな
る。
FIGS. 17 and 19 show changes in the cutting force when the chattering phenomenon occurs in the cutting under the same conditions as described above in the X-axis and Y-axis directions, respectively. 18 and 20 show frequency distributions (power spectra) obtained by fast Fourier transforming the changes in the cutting force in FIGS. 17 and 19, respectively. 17 and 19, the change component of the cutting force due to the chattering phenomenon is superimposed on the change of the cutting force due to normal cutting. Further, in FIGS. 18 and 20, as is clear from comparison with FIGS. 14 and 16, in addition to the frequency component corresponding to the original peak value of the cutting force, a large amount of the chattering phenomenon appears (especially about 800 Hz). Around). In this way, the occurrence of the chattering phenomenon can be detected by performing the fast Fourier transform on the detected change in the cutting force.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、切削力の波
形やそれを高速フーリエ変換した結果から、びびり現象
の発生を判定する方法としては、人間の目視によるのが
最も簡単である。しかし、加工の自動化、無人化という
要請があるために、コンピュータにより判定しなければ
ならない。そのための具体的な判定法としてパターン認
識の手法を用いることも可能であるが、画像処理時間が
長くなり、加工中にリアルタイムで判定することは到底
不可能である。
By the way, as a method of judging the occurrence of the chattering phenomenon from the waveform of the cutting force and the result of the fast Fourier transform of the cutting force, the simplest method is to visually check the human. However, since there is a demand for automation and unmanned processing, it must be determined by a computer. It is possible to use a pattern recognition method as a specific determination method therefor, but the image processing time becomes long and it is impossible to make determination in real time during processing.

【0007】また、高速フーリエ変換した結果をローパ
スフィルタを通し、必要な波形のみを取り出して判定す
ることも可能であるが、同様に処理時間が長くなりリア
ルタイムで判定することは不可能である。しかも、高速
フーリエ変換した結果には、周知のように誤差が付きま
とい、その誤差を含んだままで処理・判定をするため、
精度の点で不十分な場合がある。
It is also possible to pass the result of the fast Fourier transform through a low-pass filter and take out only the required waveform to make a decision, but similarly the processing time becomes long and it is impossible to make a decision in real time. Moreover, as is well known, the result of the fast Fourier transform has an error, and the processing / judgment is performed while the error is included.
It may be insufficient in terms of accuracy.

【0008】このように、従来はエンドミル加工中の切
削力の変化を六分力センサ等を用いて検出できるもの
の、検出した値から加工異常の有無を判定する段で、充
分な処理速度、精度が得られる判定方法が確立されてお
らず、実用性の点で問題があった。本発明は上記問題点
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、エンドミル加工における加工状態の異常有無を高
速かつ高精度で判定して最適な加工の制御をおこなうこ
とのできるエンドミル加工における加工状態判定装置を
提供することにある。
As described above, conventionally, a change in cutting force during end mill processing can be detected by using a six-component force sensor or the like, but sufficient processing speed and accuracy can be obtained at the stage of judging the presence or absence of processing abnormality from the detected value. However, there is a problem in terms of practicability because the method for determining the above is not established. The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to determine whether or not there is an abnormality in the processing state in end mill processing at high speed and with high accuracy, and to perform optimum processing control. It is to provide a processing state determination device in end mill processing .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために、本発明は、エンドミル加工をする工作機械
に、エンドミルと工作物との間に発生する加工反力の大
きさおよび方向を検出するセンサを設置し、このセンサ
により検出された加工反力値を、時間を媒介変数 として
トルクという平均的な力でみるのではなく主軸に垂直な
平面を形成する方向を含む多次元空間上のベクトルの軌
跡として描くとともに、その軌跡に囲まれた図形の重心
を求める。次に、図形重心からベクトルの軌跡上の各点
までの距離の分散を求めるとともに、分散の値を基準値
と比較することにより、エンドミル加工が正常か否かを
判定する。
Means for Solving the Problems Therefore, the above problems are solved.
For this purpose, the present invention provides a machine tool for end milling.
In addition, the processing reaction force generated between the end mill and the workpiece is large.
Install a sensor that detects the size and the direction.
The detected processing reaction force value by as parametric time
Instead of looking at the average force of torque,
The trajectory of a vector on a multidimensional space containing the directions forming the plane.
The center of gravity of the figure surrounded by the trace while drawing as a trace
Ask for. Next, each point on the vector trajectory from the center of gravity of the figure
Calculate the variance of the distance to
By comparing with
judge.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明をマシニング・センタのエンドミル
工に適用した場合の全体構成を示す図である。図におい
て、加工条件決定部1は、入力された設計情報に基づ
き、データベース22を参照しながら、加工条件(工作
物の材質、工具の種類、切削速度、送り速度、切込み深
さ)を決定し、次いでマシニング・センタ5を動作させ
る各アクチュエータの具体的な操作量を決定して、加工
機械制御器2、加工の物理モデル3、センサ情報予測器
4へ送る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration when the present invention is applied to end mill machining of a machining center. In the figure, the processing condition determination unit 1 determines the processing conditions (material of the work, type of tool, cutting speed, feed speed, depth of cut) with reference to the database 22 based on the input design information. Then, the specific operation amount of each actuator for operating the machining center 5 is determined and sent to the machining machine controller 2, the machining physical model 3, and the sensor information predictor 4.

【0011】加工機械制御器2は、操作量に基づいて工
具9の回転機構7および移動機構6、工作物14の移動
機構11を駆動して、工具9による工作物14の加工を
制御するとともに、適応制御器21からの操作信号によ
り、回転機構7および移動機構6,11の駆動量を修正
する。工具9に設置された力センサ8は、加工に伴い工
具9に発生する加工反力を検出し、加工反力に比例した
検出信号を歪増幅器16へ送る。なお、力センサ8は六
分力センサ等により構成され、工具9に発生する加工反
力を6軸成分として検出する。
The machining machine controller 2 drives the rotating mechanism 7 and the moving mechanism 6 of the tool 9 and the moving mechanism 11 of the workpiece 14 based on the operation amount to control the machining of the workpiece 14 by the tool 9. The drive amount of the rotation mechanism 7 and the movement mechanisms 6 and 11 is corrected by the operation signal from the adaptive controller 21. The force sensor 8 installed in the tool 9 detects a processing reaction force generated in the tool 9 during processing and sends a detection signal proportional to the processing reaction force to the strain amplifier 16. The force sensor 8 is composed of a six-component force sensor or the like and detects the processing reaction force generated in the tool 9 as a six-axis component.

【0012】同様にして、工作物14側に設置された力
センサ13は、加工に伴い工作物14に発生する加工反
力を検出し、加工反力に比例した検出信号を歪増幅器1
7へ送る。なお、回転機構7と力センサ8の間にはフェ
イルセイフ機構15が、また移動機構11と力センサ1
3の間にはフェイルセイフ機構12が、それぞれ設置さ
れており、加工中に過大な負荷が工具9と工作物14に
発生した場合に工具9、工作物14および力センサ8,
13の破損を防止する。歪増幅器16,17は、それぞ
れ検出信号を増幅して、センサ情報獲得器18へ送る。
Similarly, the force sensor 13 installed on the side of the workpiece 14 detects a processing reaction force generated on the workpiece 14 during processing and outputs a detection signal proportional to the processing reaction force to the strain amplifier 1.
Send to 7. A fail-safe mechanism 15 is provided between the rotation mechanism 7 and the force sensor 8, and a moving mechanism 11 and the force sensor 1 are provided.
A fail-safe mechanism 12 is installed between each of the 3 and 3, and when an excessive load is applied to the tool 9 and the workpiece 14 during machining, the tool 9, the workpiece 14 and the force sensor 8,
Prevent damage to 13. The distortion amplifiers 16 and 17 respectively amplify the detection signals and send them to the sensor information acquisition device 18.

【0013】センサ情報獲得器18は、各検出信号をA
/D変換して所定のタイミングで状態判定器19へ送
る。一方、加工条件決定部1から出力された操作量よ
り、マシニング・センタ5に対応する加工の物理モデル
3が作成されて、工具9と工作物14との間の加工現象
が再現または予測される。加工の物理モデル3により得
られたモデルデータはセンサ情報予測器4へ送られる。
センサ情報予測器4は、操作量およびモデルデータか
ら、力センサ8,13の検出値を予測し、その予測値を
状態判定器19へ送る。
The sensor information acquisition device 18 sends each detection signal to A
/ D-converted and sent to the state determiner 19 at a predetermined timing. On the other hand, a physical model 3 of machining corresponding to the machining center 5 is created from the operation amount output from the machining condition determining unit 1, and the machining phenomenon between the tool 9 and the workpiece 14 is reproduced or predicted. . The model data obtained by the processing physical model 3 is sent to the sensor information predictor 4.
The sensor information predictor 4 predicts the detection values of the force sensors 8 and 13 from the operation amount and the model data, and sends the prediction value to the state determiner 19.

【0014】ここで、状態判定器19は、入力された力
センサ8,13の実際の検出値と予測値を比較し、検出
値が予測値の許容範囲を越えていれば、加工異常と判定
して、状態判定信号を適応制御器21およびデータベー
ス22へ送る。また、許容範囲を越えていなくても、そ
の値の大きさにより現在の加工状態がどれくらい適切な
ものであるかを判断する。なお、状態判定器19では、
入力された力センサ8,13両方の検出値を判定の基準
としたが、一方のセンサの検出値のみを用いて判定する
ことも可能である。
Here, the state determiner 19 compares the input actual detection value of the force sensors 8 and 13 with the predicted value, and if the detected value exceeds the allowable range of the predicted value, it is determined as a machining abnormality. Then, the state determination signal is sent to the adaptive controller 21 and the database 22. Even if the allowable range is not exceeded, how appropriate the current machining state is is determined by the magnitude of the value. In the state determiner 19,
Although the detection values of both the input force sensors 8 and 13 are used as the determination reference, it is also possible to use only the detection values of one sensor to make the determination.

【0015】適応制御器21は、状態判定信号が入力さ
れると、加工状態を改善するための操作信号を作成し
て、加工機械制御器2へ送る。データベース22は、予
め加工に関する規則、工具と工作物に関する知識、加工
条件と加工結果に関する知識が格納されており、さら
に、状態判定器19からの状態判定信号より加工に関す
る知識を獲得し蓄積する。このデータベース22内の知
識は、加工条件決定部1に呼び出される以外に、図示し
ないが、適応制御器21にも使用され、また加工の物理
モデル3の作成にも使用される。
When the state determination signal is input, the adaptive controller 21 creates an operation signal for improving the processing state and sends it to the processing machine controller 2. The database 22 stores in advance rules regarding machining, knowledge regarding tools and workpieces, knowledge regarding machining conditions and machining results, and further acquires and accumulates knowledge regarding machining from the state determination signal from the state determiner 19. Although not shown, the knowledge in the database 22 is also used by the adaptive controller 21 and the physical model 3 for machining, which is not shown, in addition to being called by the machining condition determining unit 1.

【0016】なお、データベース22内の加工に関する
規則とは、例えば加工中にびびり現象が発生したら、送
り速度を小さくし回転数を上げる等の、異常発生時の具
体的な対応を規則としたものである。また、工具と工作
物に関する知識とは、工具による可能な加工の種類およ
び工具と工作物の組合せによる加工範囲、等の適正な加
工をおこなうための使用条件である。
Incidentally, the rules regarding machining in the database 22 are those which, when a chattering phenomenon occurs during machining, for example, reduce the feed rate and increase the number of revolutions so that concrete measures are taken when an abnormality occurs. Is. Further, the knowledge about the tool and the workpiece is a usage condition for performing appropriate machining such as the type of machining that can be performed by the tool and the machining range by the combination of the tool and the workpiece.

【0017】同様に、加工条件と加工結果に関する知識
とは、「ある工具では回転数と送り速度をいくらにする
とびびり現象を発生する」と言うようなすでに経験的に
知られている知識であり、また、それ以外にもマシニン
グ・センタ5において実際に経験により獲得できた知識
も蓄積される。つまり、ある加工条件下で加工された結
果が不良であった場合は、その加工結果がフィードバッ
クされて加工条件が修正される。このように加工の経験
を経るにつれて学習が重ねられ、蓄積した知識の精度が
向上していく。また、加工に関する規則も蓄積される。
なお、この学習の具体的な手順は、本願発明者等が発
した論文「割沢伸一,光石衛,長尾高明,“マシニング
ロボット用最適加工条件決定システムの構築”,Procee
ding of the Symposium on Industrial Applications o
f PROLOG,1989(INAP'89),Tokyo,1989.」によりすで
に知られている方法等を用いることができる。
Similarly, the knowledge about the machining conditions and the machining results is already known empirically such as "a chattering phenomenon occurs with a certain tool at any rotation speed and feed rate". In addition to that, the knowledge actually gained by experience at the machining center 5 is also accumulated. That is, when the result of processing under a certain processing condition is defective, the processing result is fed back and the processing condition is corrected. In this way, the learning is repeated as the processing experience is gained, and the accuracy of the accumulated knowledge is improved. In addition, rules regarding processing are also accumulated.
The specific procedure for this learning, the paper "Warisawa Shinichi by the present inventors, has announced, Mitsuishi Mamoru, Takaaki Nagao," Machining
Construction of optimum machining condition determination system for robot ”, Procee
ding of the Symposium on Industrial Applications o
f PROLOG, 1989 (INAP'89), Tokyo, 1989. The method and the like already known can be used.

【0018】次に、加工の異常を判定する方法について
具体的に説明する。まず、加工条件決定部1において決
定された加工条件に基づく物理モデル3により、工作物
14を加工した場合に工具9と工作物14との間に発生
する加工反力の値を求める。図2は、以下の加工条件に
した場合に加工の物理モデル3に基づいて求められた加
工反力の変化を、工具9の軸方向と垂直なX,Y平面上
の2方向の成分として取り出し、時間を媒介変数として
ベクトルの軌跡にあらわしたものである。
Next, a method for determining a machining abnormality will be specifically described. First, the value of the machining reaction force generated between the tool 9 and the workpiece 14 when the workpiece 14 is machined is obtained by the physical model 3 based on the machining condition determined by the machining condition determination unit 1. FIG. 2 shows changes in the machining reaction force obtained based on the physical model 3 of machining under the following machining conditions as two-direction components on the X and Y planes perpendicular to the axial direction of the tool 9. , Is a vector locus with time as a parameter.

【0019】 工具 :スクエアエンドミル(2枚刃) 工具径 :φ5mm ねじれ角 :30° 工作物 :S45C 主軸回転速度:2200rpm 送り速度 :60mm/min 送り方向 :Y軸正方向 切り込み深さ:2.5mm 加工形式 :溝切削Tool: Square end mill (2 blades) Tool diameter: φ5 mm Twist angle: 30 ° Workpiece: S45C Spindle speed: 2200 rpm Feed rate: 60 mm / min Feed direction: Y-axis positive direction Depth of cut: 2.5 mm Machining type: Groove cutting

【0020】図からもあきらかなように、加工反力の変
化は周期性を有しそのベクトルの軌跡は閉じ曲線とな
り、工具9が2枚刃であるので2分の1回転で閉じ曲線
上を1周する。次に、ベクトルの軌跡により描かれた閉
じ曲線に囲まれる図形の重心とベクトルの軌跡の分散を
求める。図3は、図2のベクトルの軌跡を拡大したもの
であり、重心(Gx,Gy)を求めた後、さらに重心か
らベクトルの軌跡上の各点(Fx1,Fy1)・・・・
(Fxi,Fyi)・・・までの距離の分散を求める。
この分散の値は、ベクトルの軌跡が円形に近くてなめら
かな形状であれば小さい値となり、反対に円形と異なっ
た起伏の多い形状であれば大きい値となり、回転図形の
外形の変化を推定する目安とすることができる。
As is apparent from the figure, the change in the machining reaction force has a periodicity and the locus of its vector is a closed curve. Since the tool 9 is a double-edged tool, it halves the closed curve. Make one lap. Next, the center of gravity of the figure enclosed by the closed curve drawn by the vector locus and the variance of the vector locus are obtained. FIG. 3 is an enlarged view of the vector locus of FIG. 2. After obtaining the center of gravity (Gx, Gy), each point on the vector locus (Fx1, Fy1) from the center of gravity (Fx1, Fy1) ...
The variance of the distance to (Fxi, Fyi) ...
The value of this variance is a small value if the vector locus is close to a circle and has a smooth shape, and is large if the shape has many undulations different from the circle, and the change in the outer shape of the rotating figure is estimated. Can be used as a guide.

【0021】次に、実際の加工から検出した加工反力の
値を比べてみる。図4は、図2に示された加工と同一の
加工条件で、実際に工作物14を加工した場合に工具9
と工作物14との間に発生する加工反力の検出値をベク
トルの軌跡としてあらわしたものである。図では工具9
の1回転分があらわされており、ベクトルの軌跡が2重
のほぼだ円形をした軌跡となっている。図2に示される
モデルの軌跡に比べれば、外形に若干の起伏が見られる
が、これは正常な加工状態を示すものである。この軌跡
からも同様にして重心および分散が求められる。
Next, let us compare the values of the processing reaction force detected from the actual processing. FIG. 4 shows the tool 9 when the workpiece 14 is actually machined under the same machining conditions as the machining shown in FIG.
The detected value of the processing reaction force generated between the workpiece and the workpiece 14 is represented as a vector locus. Tool 9 in the figure
1 is represented by one rotation, and the vector trajectory is a double elliptical trajectory. Compared with the locus of the model shown in FIG. 2, a slight undulation is seen on the outer shape, which indicates a normal working state. The center of gravity and the variance are similarly obtained from this trajectory.

【0022】図5は、図4に示された加工においてびび
り現象が発生した場合のベクトルの軌跡をあらわす。図
から明らかなように、びびり現象が発生すると、軌跡に
振幅があらわれて分散の値が大きくなる。この軌跡につ
いても、1回転分の重心、振幅が求められる。このよう
にして実測した値から得られる分散の時間的変化を示し
たのが図6、図7である。図6は、図4に示された正常
な加工における分散の変化を、物理モデルより得られた
分散の値(161N2)と対比して示したものである。
FIG. 5 shows the locus of the vector when the chattering phenomenon occurs in the processing shown in FIG. As is clear from the figure, when the chattering phenomenon occurs, the amplitude appears in the locus and the value of dispersion increases. Also for this locus, the center of gravity and amplitude for one rotation are obtained. FIGS. 6 and 7 show the temporal change of the dispersion obtained from the values actually measured in this way. FIG. 6 shows the change in dispersion in the normal processing shown in FIG. 4 in comparison with the dispersion value (161N 2 ) obtained from the physical model.

【0023】図7は、図5に示された異常な加工におけ
る分散の変化を示す。両図を比較しても明らかなよう
に、正常な場合は、分散の値が物理モデルから得られた
値の数倍以内におさまり、変化の度合も緩やかである。
それに対して、異常な場合は、びびり現象そのものが波
形としてあらわれ、分散の値もモデル値よりも極端に大
きくてしかも変化が激しい。その結果、この分散の値の
大小と変化の程度から、加工が正常か異常かの判定が可
能になる。すなわち、測定値とモデル値との分散の比を
予め設定しておき、加工中に求めた分散の値の変動を監
視して、設定比以上になると加工異常と判定する。な
お、重心および分散の値は、工具9の2分の1回転分、
または2回転分の検出データごとに算出することも可能
である。
FIG. 7 shows the variation of dispersion due to the abnormal processing shown in FIG. As is clear from a comparison between the two figures, in the normal case, the variance value is within several times the value obtained from the physical model, and the degree of change is moderate.
On the other hand, in an abnormal case, the chattering phenomenon itself appears as a waveform, and the dispersion value is extremely larger than the model value, and the change is drastic. As a result, it is possible to determine whether the machining is normal or abnormal based on the magnitude of the variance and the degree of change. That is, the ratio of the variance between the measured value and the model value is set in advance, the variation of the variance value obtained during machining is monitored, and if it exceeds the set ratio, it is determined that machining is abnormal. The values of the center of gravity and the variance are for one half rotation of the tool 9,
Alternatively, it can be calculated for each detection data for two rotations.

【0024】図8,9は、他の加工例における正常な場
合と異常な場合の分散の値の変化をそれぞれ示す。この
加工例は、送り速度を120mm/minとし、他の加
工条件は上述した加工例と同じである。なお送り速度を
120mm/minとしたことにより、モデルから得ら
れる分散の値は349N2となる。図10,11は、同
様に他の加工例における正常な場合と異常な場合をそれ
ぞれ示す。この加工例は、送り速度を90mm/min
とし、他の加工条件は上述した加工例と同じである。な
お送り速度を90mm/minとしたことにより、モデ
ルから得られる分散の値は251N2となる。
FIGS. 8 and 9 show changes in the value of dispersion in the normal processing and the abnormal processing in other processing examples, respectively. In this processing example, the feed rate is 120 mm / min, and the other processing conditions are the same as those in the processing example described above. By setting the feed rate to 120 mm / min, the dispersion value obtained from the model is 349 N 2 . 10 and 11 respectively show a normal case and an abnormal case in other processing examples. In this processing example, the feed rate is 90 mm / min
Other processing conditions are the same as the processing example described above. By setting the feed rate to 90 mm / min, the dispersion value obtained from the model is 251 N 2 .

【0025】なお、以上の各加工例では、加工反力の変
化が顕著な2軸成分に着目して、2次元上のベクトルの
軌跡から重心および分散を求めたが、加工反力の変化が
1軸についてのみ顕著であれば1軸のみでも同様な処理
で加工異常の判定が可能である。また、さらには、変化
の周期が同一であれば3軸以上の検出値を用いて多次元
空間上のベクトルの軌跡として、重心および分散を求め
ることにより加工異常の判定をおこなうこともできる。
In each of the machining examples described above, the center of gravity and the variance were obtained from the two-dimensional vector locus, focusing on the biaxial component in which the machining reaction force changes remarkably. If it is conspicuous only for one axis, it is possible to determine the machining abnormality by the same process even for only one axis. Further, if the change cycle is the same, it is possible to determine the machining abnormality by obtaining the center of gravity and the variance as the trajectory of the vector in the multidimensional space using the detection values of three or more axes.

【0026】図12は、上述した実施例の判定処理を系
統的に示したフローチャートであり、以下図について説
明する。最初に力センサ8,13により、加工に伴い工
具9,工作物14に発生する加工反力を検出する(S
1)。次いで、検出した加工反力の値1周期分をベクト
ルの軌跡として表した場合の軌跡が描く図形の重心を求
め(S2)、さらに重心からベクトルの軌跡上の各点ま
での距離の分散を求める(S3)。
FIG. 12 is a flow chart systematically showing the determination processing of the above-mentioned embodiment, and the following description will be made with reference to the drawing. First, the force sensors 8 and 13 detect the processing reaction force generated on the tool 9 and the workpiece 14 during processing (S
1). Next, the center of gravity of the figure drawn by the trajectory when the detected one cycle of the processing reaction force value is represented as the trajectory of the vector is obtained (S2), and the variance of the distance from the center of gravity to each point on the trajectory of the vector is obtained. (S3).

【0027】得られた分散の値と予めその加工条件に応
じて設定される基準の値とを比較し、得られた分散が基
準値を越えた場合には(S4yes)、加工異常が発生
したものとして、工具9の回転数や工作物14の送り速
度等の加工条件を変えて、異常加工を回避する(S
5)。このようにして、加工中にびびり現象が発生して
も、ただちに検出されて正常な加工状態に復帰されるこ
とにより、工具9、工作物14の破損が防止されて、工
具9の寿命が増大し、加工品の歩留りも向上する。な
お、実施例では、発生した加工反力のX軸、Y軸の2方
向成分についての変化に着目して異常有無の判定をした
が、1軸についてのみであっても、あるいは3軸以上で
あっても同様に可能であり、実際の判定対象の特性に応
じて最も判定のしやすいように測定値を組合せる。
The obtained dispersion value is compared with a reference value set in advance in accordance with the processing conditions. If the obtained dispersion exceeds the reference value (S4 yes), a processing abnormality has occurred. As a matter of course, the machining conditions such as the rotational speed of the tool 9 and the feed speed of the workpiece 14 are changed to avoid abnormal machining (S
5). In this way, even if a chattering phenomenon occurs during machining, the tool 9 and the work piece 14 are prevented from being damaged by being immediately detected and returned to the normal machining state, and the life of the tool 9 is increased. However, the yield of processed products is also improved. In the embodiment, the presence / absence of abnormality is determined by paying attention to the change in the two-direction components of the generated processing reaction force of the X-axis and the Y-axis. Even if there is, it is similarly possible, and the measured values are combined so as to make the determination most easily according to the characteristics of the actual determination target.

【0028】また、実施例では、加工の異常としてびび
り現象についてを説明したが、他の加工異常、例えば工
具9の摩耗や破損等による加工異常についても同様に検
出することができる。さらには、他の加工機械として、
旋盤、研削盤、ボール盤等にも適用できる。また、加工
機械以外の対象についても適用可能である。すなわち、
測定値が時間的に変化し、しかも周期性を有する対象の
状態量であれば、その測定値をベクトルの軌跡として重
心および分散を求め、基準の値と比較して異常の有無の
判定が可能である。また、基準の値は物理モデルを用い
ることも、あるいは、予め固定した値を設定しておくこ
とも任意である。
In the embodiment, the chattering phenomenon has been described as a machining abnormality, but other machining abnormalities, for example, machining abnormalities due to wear or damage of the tool 9 can be detected in the same manner. Furthermore, as another processing machine,
It can also be applied to lathes, grinders, drilling machines, etc. Further, it is also applicable to objects other than processing machines. That is,
If the measured value is the state quantity of the object that changes with time and has periodicity, the measured value is used as the vector locus to determine the center of gravity and variance, and it can be compared with the reference value to determine whether there is an abnormality. Is. As the reference value, a physical model may be used, or a fixed value may be set in advance.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、セ
サが検出したエンドミルと工作物の間に発生する加工反
力の値についての重心および分散を求め、得られた分散
の値と基準値とを比較して加工の異常有無を判定するこ
とにより、検出したデータ量が重心および分散が得られ
る1周期分だけあれば判定ができる。そのため、短時間
の演算で異常の有無の判定が可能となり、リアルタイム
で加工機械の加工状態を判定できるようになる。
According to the present invention as described above, according to the present invention, determine the centroid and variance of the values of the processing reaction force generated between the cell down <br/> Sa end mill and the workpiece detected, obtained By comparing the variance value and the reference value to determine whether or not there is an abnormality in the processing, it is possible to make the determination if the detected data amount is only one cycle in which the center of gravity and the variance are obtained. Therefore, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in a short time of operation, ing so can determine the working status of the working machine in real time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】加工の物理モデルに基づいて求めた加工反力を
ベクトルの軌跡として示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a machining reaction force obtained based on a physical model of machining as a vector locus.

【図3】図2のベクトルの軌跡を拡大して示すとともに
軌跡の重心および重心からベクトルの軌跡までの距離を
示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the trajectory of the vector of FIG. 2 in an enlarged manner and showing the center of gravity of the trajectory and the distance from the center of gravity to the trajectory of the vector.

【図4】実際に発生した加工反力をベクトルの軌跡とし
て示したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a machining reaction force actually generated as a vector locus.

【図5】加工異常が発生した場合のベクトルの軌跡を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a locus of a vector when a machining abnormality occurs.

【図6】正常な加工における分散の変化を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing changes in dispersion during normal processing.

【図7】異常な加工における分散の変化を示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph showing changes in dispersion due to abnormal processing.

【図8】正常な加工における分散の変化の他の例を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing another example of changes in dispersion during normal processing.

【図9】異常な加工における分散の変化の他の例を示す
グラフである。
FIG. 9 is a graph showing another example of changes in dispersion due to abnormal processing.

【図10】正常な加工における分散の変化の他の例を示
すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing another example of changes in dispersion during normal processing.

【図11】異常な加工における分散の変化の他の例を示
すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing another example of changes in dispersion due to abnormal processing.

【図12】実施例の判定処理を系統的に示したフローチ
ャートである。
FIG. 12 is a flowchart systematically showing the determination processing of the embodiment.

【図13】実際に測定した切削力のX軸成分の変化を示
すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing changes in the X-axis component of the actually measured cutting force.

【図14】図13の切削力の変化を高速フーリエ変換し
た結果を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the result of fast Fourier transform of the change in cutting force in FIG.

【図15】実際に測定した切削力のY軸成分の変化を示
すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing changes in the Y-axis component of the actually measured cutting force.

【図16】図15の切削力の変化を高速フーリエ変換し
た結果を示すグラフである。
16 is a graph showing the result of fast Fourier transform of the change in cutting force in FIG.

【図17】切削異常が発生した場合の切削力のX軸成分
の変化を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing changes in the X-axis component of the cutting force when a cutting abnormality occurs.

【図18】図17の切削力の変化を高速フーリエ変換し
た結果を示すグラフである。
18 is a graph showing the result of fast Fourier transform of the change in cutting force in FIG.

【図19】切削異常が発生した場合の切削力のY軸成分
の変化を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing changes in the Y-axis component of the cutting force when a cutting abnormality occurs.

【図20】図19の切削力の変化を高速フーリエ変換し
た結果を示すグラフである。
20 is a graph showing the result of fast Fourier transform of the change in cutting force in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加工条件決定部 2 加工機械制御器 3 加工の物理モデル 4 センサ情報予測器 5 マシニング・センタ 6 移動機構 7 回転機構 8 力センサ 9 工具 11 移動機構 12 フェイルセイフ機構 13 力センサ 14 工作物 15 フェイルセイフ機構 16 歪増幅器 17 歪増幅器 18 センサ情報獲得器 19 状態判定器 21 適応制御器 22 データベース 1 Machining condition determination unit 2 Machining machine controller 3 Physical model of machining 4 Sensor information predictor 5 Machining center 6 Moving mechanism 7 Rotating mechanism 8 Force sensor 9 Tool 11 Moving mechanism 12 Fail-safe mechanism 13 Force sensor 14 Workpiece 15 Fail Safe mechanism 16 Distortion amplifier 17 Distortion amplifier 18 Sensor information acquisition device 19 State determination device 21 Adaptive controller 22 Database

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 エンドミル加工をする工作機械に設置さ
れて、エンドミルと工作物との間に発生する加工反力の
大きさおよび方向を検出するセンサと、 時間を媒介変数として前記センサに検出された加工反力
値をトルクという平均的な力でみるのではなく主軸に垂
直な平面を形成する方向を含む多次元空間上のベクトル
の軌跡として描くとともに、その軌跡に囲まれた図形の
重心を求める手段と、 図形重心からベクトルの軌跡上の各点までの距離の分散
を求める手段と、 分散の値を基準値と比較してエンドミル加工が正常か否
かを判定する手段と、 を備えたことを特徴とするエンドミル加工における加工
状態判定装置。
1. A machine tool for end mill processing
Of the processing reaction force generated between the end mill and the workpiece.
A sensor that detects the size and direction, and the processing reaction force detected by the sensor with time as a parameter.
Instead of looking at the value as an average force called torque, the value is dropped on the spindle.
Vector in multidimensional space containing directions forming a straight plane
Of the figure surrounded by the locus
Means to find the center of gravity and variance of the distance from the center of gravity of the figure to each point on the vector trajectory
And whether the end milling is normal by comparing the variance value with the reference value.
Machining state determination apparatus of the end milling, characterized in that it comprises a means for determining whether.
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