断続切削の振動

質問

旋盤で断続切削中の振動波形をみようと、市販の加速度計とﾛｶﾞｰで計測を行いました。
加速度計は、加工に近い刃物台に設置。ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞは100μ（10000Hz）で行い、ﾌｰﾘｴ変換した結果より特定周波数を見出そうとしております。

振動波形を見る限り、減衰波形などもとれているので計測状態は問題ないとみております。

質問したいのは、ﾌｰﾘｴ変換して出てくる周波数に断続切削で出ると想定していた周波数領域が現れないことです。
詳しくは、変換後には振動減衰時の波形周波数（1.5kHzあたり）が大きく出ており、断続の影響で現れる波形（100Hz）が全く出ておりません。

これは、この加工状態で問題となるのは1.5kHzであり、断続の100Hzは問題視する必要なしと捉えていいものでしょうか？

加工の音的には、断続の音が聞こえてくるのですが．．．

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

情報はもっとありませんか？
例えば加工時の回転数。これは大事だと思います。

追記です。
(1)100Hzというのは，どのように判断した結果なのでしょうか。
(2)現象は？ (ワークに縞模様が出るとか？)
(3)もしワーク外径部に規則的な模様が出ていた場合，何本ありますか？

(1)回転数1600r/minで円周3箇所等配切欠きの場合，その切欠きにより発生する周波数fは，f = 3×(1600/60) = 80[Hz] になると思いますが，間違ってますか？　私の加工に対する知識が乏しいだけかも知れませんが。

(2)下記コメントを見る限り，減衰波形をFFT解析しているとのことですが，確かにその条件では，貴殿が言う100Hzは出ません。もしその100Hzを見たいというのであれば，実測波形のエンベロープ処理を行い，それをFFTに掛ければ出ると思います。
つまり，「断続となる周波数領域に波形が出ないことが正しいのか否か」と言えば，貴殿が実施されている信号処理の手続きであれば「正しい」と言えます。

(3)(2)の処理で出ている1.5kHzは，バイトの曲げ固有振動数だと思います。加工時に切欠きとバイトが当たることでインパルス的な加振力がバイトに加わり，固有モードが顕著に出現していると考えられます。(バイトをハンマリングするのと同じ状況，恐らく1次)

(4)規則的な模様の本数を尋ねていたのは，上記(3)の影響が出ているのかを確認するためです。バイトの固有振動が影響しているなら，回転周波数とバイトの固有振動数に関連した本数が現れると考えられるからです。

このように，貴殿が関係ないと考える情報でも，わかる限り書き込んでもらえれば，いろいろ分析できることがあります。

(1)エンベロープというのは「包絡線」のことですので，実測波形(断続的な波形全て，減衰波形のみではない)の包絡線を取るということです。これをFFTに掛ければ，多数のピークが現れるかも知れませんが，基本波の周波数が80Hzになっていると思います。でも実はそこまでしなくても，断続は80Hzとわかっているはずですから，減衰波形の発生スパンが何secあるのかをオシロか何かで見てやれば解決します。但し，あくまでも「包絡線」ですから，この時のFFT結果には，1.5kHzは出現しなくなります。つまり，エンベロープ処理で得られるのは，この断続周波数の情報のみとなります。

(2)回答(3)で書かれている内容ですが，変位は高周波よりも低周波の方が大きくなるので，変位に直せば，低周波域がより顕著になるのでは？という意味だと思います。もし貴殿が減衰波形のみでなく，断続的な波形全体をFFT解析していれば，ピークは低くても80Hzは出ていると思います。ちなみに，加速度を変位に直す方法については，微分積分で何とかなるレベルですので，振動工学の本等で調査願います。

(3)私自身は加工屋ではないので，詳細はわかりませんが，私なら以下のようにしてみます。
・ワークの加工面自体には影響はないとのことなので，1.5kHzの固有値の対策
(バイト取付剛性UP，バイトサイズUP等)は，とりあえず後回し。
・貴殿も書かれているように，旋盤全体の振動や地盤への振動伝播等，大きな影響を及ぼすのは低周波であるので，この80Hzの対策を優先。(例えば，回転数を落として加振力を小さくしてみるなど)

お礼

回答ありがとうございます。

何となくですが方向性が見えてきました。
minaさんが言われてる通り、どこに対策の必要性を考えるかをﾃﾞｰﾀと影響を考えながら進めていく方が良さそうですね。

出てきたﾃﾞｰﾀだけに惑わされないようにしてやってみます。

丁寧に回答して頂きありがとうございました。

補足

質問者です。

加工時の回転数は、試験材に円周３箇所等配に切欠きを入れて、周速２００m/min（約１６００rpm）で加工しております。

（１）この条件より、断続が１０００Hzあたりで出るはずだと判断してます。

（２）ワークに対しては切欠き直後のあたりに波？模様がうっすらでております。これは条件を変えても大して変化はありませんでした。
その他に、加工面で見えるものはありません。

分からないのは、この振動波形をﾌｰﾘｴ変換したときに断続となる周波数領域に波形が出ないことが正しいのか？
それとも、問題ないと考えていいのか、です。

詳しい回答ありがとうございます。

すいません、1000Hzと書いておりますが、100Hzの間違いでした。
minaさんの書かれている内容が正しいです。

確かにおっしゃられている内容の通り、出ていたFFT結果はバイトの固有振動数であることはﾊﾝﾏﾘﾝｸﾞ試験を行った結果、実波形と周波数が合うので最近分かりました。

実測波形のエンベロープ処理はまだやっておりませんが、一つお聞かせください。（この分野は詳しくないので）
このエンベロープ処理で出る低周波成分というのは、処理しない場合で出た周波数成分とどうすみわけて考えればよろしいのでしょうか？

今回私が行ったFFT解析で得た周波数領域を対策すれば．．．と考えていましたが、エンベロープ処理でしか得られない周波数も、対策が必要？なのですか？優先順位で言えばどちら？

質問ばかりで申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

回答No.3

noname#230359

加速度周波数で評価しているのであれば、十分あり得る結果です。
2回積分して、変位で評価しなおすことも一案です。

但し、機械やワークの取り付け剛性が十分で、かつ切削抵抗が小さい
軽切削の場合、断続切削の周波数における振動変位も小さいことが
予想されます。この場合、得られている加工面の状態が十分に許容でき
ているのであれば、「問題ない」と結論できるのでは。

補足

質問者です。回答ありがとうございます。

実加工は軽切削ではなく、取代1mmで加工条件も200m/minで断続と結構過酷なものです。その振動が大きく問題となっており対策するために基礎データを集めて解析している最中です。
加工面の状態は、十分に許容できるのですが振動の影響で機械側や寸法精度に問題が出ている状況です。

ただ、取代1mmでは波形が乱れすぎて何を解析しているのか分からなくなるので、取代を下げて条件をそのままにやっての今回の質問となりました。

変位で一度FFT解析しなおしてみますが、下記の回答のように別の処理で．．．といった内容も頂いております。
FFTは信号の処理の仕方で結果が変わる事は分かっておりますが、実波形をそのままFFTかけた結果が全てではないのでしょうか？

知識不足で申し訳ありませんが、ご存知でしたらお教えください。

回答No.1

noname#230359

ＦＦＴは使うだけで良く判らないが、カットオフ周波数の設定を誤ったとかは無いとして

加工の断続は 100Hz で起きる。しかし音はもっと高い 1.5kHz 近辺を中心とするものが、その 100Hz 間隔でパルス状に出ている。
100Hz の音は出てないが、耳は パルス間隔を音の周波数であるかのように錯覚。

パルスでなく矩形波であれば、当然 100Hz の成分がベースの高調波になるがそうではない。
では？？

加工面もその高い成分に応じた波紋が出ているような気がする。

補足

質問者です。

ＦＦＴ上でのカットオフ周波数設定は間違いありませんでした。

加工面には、切欠き直後の面にはうっすらと波模様は出ていますが、問題のないレベルです。

ちなみに、振動波形はﾊﾝﾏﾘﾝｸﾞ試験をしたような波形が切欠き位置を基準にでており、これが繰り返されています。
その波形をＦＦＴかけると、振動減衰波形の周波数みしか示しておらず、出ると思っていた一定周期の切欠き位置からの周波数１００Hzは全くＦＦＴ上では出ません。

この結果が疑問で、どう解釈していいものか．．．