工作機械の振動抑制方法及び装置
【課題】複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、安定余裕が大きいモードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求める。
【解決手段】Ｓ１で初期回転速度を設定してＳ２で加工を開始し、Ｓ３で振動加速度を検出して最大加速度及びそのびびり周波数を演算する。次に、Ｓ４でびびり振動発生を確認したら、Ｓ５でｋ値を算出して記憶する。次に、Ｓ９で、算出したｋ値と先に記憶されたｋ０値とを比較する。ここでｋ値の方が小さければ、Ｓ７で、算出したｋ値をｋ０値として更新し、Ｓ８で最適回転速度を算出して回転速度の変更を行う。一方、Ｓ９でｋ値がｋ０値以上であれば、Ｓ１０で、現在の回転速度から低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいか否かを判定し、Ｓ１１でその判定結果に基づき、安定余裕が大きい方向に対してモードの切り換わり位置の探索を行い、最終的な最適回転速度を求める。
【解決手段】Ｓ１で初期回転速度を設定してＳ２で加工を開始し、Ｓ３で振動加速度を検出して最大加速度及びそのびびり周波数を演算する。次に、Ｓ４でびびり振動発生を確認したら、Ｓ５でｋ値を算出して記憶する。次に、Ｓ９で、算出したｋ値と先に記憶されたｋ０値とを比較する。ここでｋ値の方が小さければ、Ｓ７で、算出したｋ値をｋ０値として更新し、Ｓ８で最適回転速度を算出して回転速度の変更を行う。一方、Ｓ９でｋ値がｋ０値以上であれば、Ｓ１０で、現在の回転速度から低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいか否かを判定し、Ｓ１１でその判定結果に基づき、安定余裕が大きい方向に対してモードの切り換わり位置の探索を行い、最終的な最適回転速度を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて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方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミル加工において、切り込み量や回転軸の回転速度などの加工条件によっては、びびり振動が生じ加工面が悪化することがある。また、びびり振動によって工具がダメージを受け、工具寿命の悪化にもつながる。
このびびり振動を抑制するための技術として、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。この振動抑制方法では、加工面の仕上げ精度悪化の原因となる自励振動としての再生型びびり振動を抑制するため、工具やワーク等のびびり振動の発生系の固有振動数を、工具やワークをインパルス加振することにより求め、これを６０倍すると共に工具刃数及び所定の整数で除して得た値を最適回転速度とし、当該最適回転速度で加工を行うようにしている。
一方、特許文献２では、機械の固有振動数ではなく、機械に配置した振動センサによりびびり周波数を測定し、びびり周波数から算出されるパラメータを用いて最適回転速度を求めている。
【０００３】
特許文献１及び２の方法は、単一のモードでのびびり振動には有効と考えられるが、例えば図６に示すように複数のモードでのびびり振動が生じる加工条件の場合、一つのモードに対する安定速度領域が別のモードの不安定領域と重なることがあり、このようなケースでは正しく最適回転速度を求めることができない。
そこで、本件出願人は、複数のモードでのびびり振動が生じる場合、図６のようにモードの切り換わり位置に相当する回転速度が比較的安定（局所的安定速度）となることに着目して、このモードの切り換わり位置を探索する方法として特許文献３の発明を提供している。この発明では、回転速度変更の前後において、下記の式で得られる位相情報を予め設定した閾値と比較し、位相情報が閾値を越えた際にモードが切り換わったと判断することで安定回転速度を増減させるようにしている。
位相情報：｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の小数部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０６２７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９０１８８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数のモードの重なり方が図７のような場合、主軸回転速度が６６００ｒｐｍ〜６７００ｒｐｍ付近ではモードの切り換わり位置での安定余裕が大きいのに対し、７７００ｒｐｍ〜９５００ｒｐｍ付近ではモードの切り換わり位置での安定余裕がほとんどない。すなわち、モードの重なり方次第ではモードが切り換わり位置の速度によって安定余裕に大きな差が生じることがある。よって、特許文献３に示す方法においても、初期回転速度や増減の方向によっては余裕のある安定速度に到達できず、びびり振動の抑制効果が得られない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、安定余裕が大きいモードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる工作機械の振動抑制方法及び装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制方法であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出ステップと、前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶ステップと、前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更ステップと、前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出ステップを実行し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較ステップと、前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新ステップと、を実行することを特徴とするものである。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新ステップを実行することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記第２の回転速度更新ステップでは、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とするものである。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３の構成において、前記第２の回転速度更新ステップでは、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とするものである。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出手段と、前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶手段と、前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更手段と、前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出手段によって前記特性値を算出し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較手段と、前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新手段と、を備えることを特徴とするものである。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新手段を備えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６の構成において、前記第２の回転速度更新手段では、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とするものである。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７の構成において、前記第２の回転速度更新手段では、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とするものである。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
なお、本発明において、時間領域の「振動」とは、振動加速度、振動による変位、振動による音圧等、振動自体は勿論、振動に起因して回転軸に発生し、間接的に振動を検出できる物理的変化も含む。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１及び５に記載の発明によれば、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、モードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる。
請求項２及び６に記載の発明によれば、上記効果に加えて、安定余裕が大きい回転側で最適回転速度を得ることができる。
請求項３及び７に記載の発明によれば、上記効果に加えて、ｋ値を用いて安定余裕が大きい回転側を容易に判断することができる。
請求項４及び８に記載の発明によれば、上記効果に加えて、安定余裕が大きい回転側での最終的な最適回転速度を好適に導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】立形マシニングセンタの概略構成図である。
【図２】主軸頭の側面図である。
【図３】主軸頭の正面図（軸方向から見た図）である。
【図４】振動抑制制御のフローチャートである。
【図５】安定限界線図を示す説明図である。
【図６】複数のびびりモードを有する安定限界線図の説明図である。
【図７】複数のびびりモードを有する安定限界線図の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例である立形マシニングセンタの概略構成図で、立形マシニングセンタ１は、上方に設けた主軸頭２にＣ軸回りで回転自在な回転軸としての主軸３を設け、その主軸３に取り付けた工具４によって、下方の加工テーブル５上にセットされたワーク６を加工する周知の構成で、ＮＣ装置１５が主軸３の回転を制御すると共に、図示しない自動工具交換装置によって工具４を自動交換可能となっている。
【００１２】
振動抑制装置１０は、主軸３に発生するびびり振動を抑制するもので、主軸頭２に設けられて振動を計測する振動センサ（加速度センサ）７ａ〜７ｃと、振動センサによる検出値に基づいて主軸３の回転速度を制御する制御装置１１とを備えている。この振動センサ７ａ〜７ｃは、主軸３の回転に伴って生じる時間領域の振動（時間軸上の振動）を検出するもので、図２，３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動情報を検出可能な状態で主軸頭２に取り付けられている。
【００１３】
制御装置１１は、振動センサ７ａ〜７ｃにより検出された振動加速度を基にフーリエ解析を行い、特性値としての最大加速度その周波数（びびり周波数）を常時算出するＦＦＴ演算装置１２と、ＦＦＴ演算装置１２で算出された値に基づいて最適回転速度の算出を行う演算装置１３と、ＦＦＴ演算装置１２や演算装置１３で算出された数値や、図示しない入力手段によって入力された、振動抑制制御に係る閾値や工具刃数等を記憶する記憶装置１４と、主軸頭２による加工を制御するＮＣ装置１５とで構成されている。
ここではＦＦＴ演算装置１２が特性値算出手段として機能し、演算装置１３及び記憶装置１４が、ｋ値算出／記憶手段及びｋ値算出／比較手段として機能し、演算装置１３及びＮＣ装置１５が、回転速度算出／変更手段と第１、第２の回転速度更新手段として機能することになる。
【００１４】
以上の如く構成された振動抑制装置１０による振動抑制制御を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ１で任意の回転速度を初期回転速度として設定し、Ｓ２で加工を開始する。Ｓ３で、このときの振動加速度を振動センサ７ａ〜７ｃで検出し、ＦＦＴ演算装置１２によって最大加速度及びそのびびり周波数を演算する（特性値算出ステップ）。
次に、Ｓ４で、演算装置１３がＳ３で算出された最大加速度と予め設定した閾値と比較する。ここで最大加速度が閾値を超えていれば、びびり振動発生と判断し、続くＳ５で、以下の式（１）（２）に基づいてｋ値を算出して記憶装置１４に記憶する（ｋ値算出／記憶ステップ）。Ｓ４の判別で最大加速度が閾値を超えなければ、Ｓ１２での加工終了を判別し、加工が終了していなければＳ３に戻る。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度） ・・（１）
ｋ値＝ｋ’値の整数部 ・・（２）
【００１５】
次に、Ｓ６では、振動抑制制御が初回であるか否かを判別する。初回の制御であれば、演算装置１３は、Ｓ７で、Ｓ５で算出したｋ値をｋ０値（ｋ値の初期値）として記憶装置１４に記憶し、Ｓ８では、Ｓ３で求めたびびり周波数に対する最適回転速度を以下の式（３）に基づいて算出し、ＮＣ装置１５を介して回転速度の変更を行う（回転速度算出／変更ステップ）。その後、Ｓ３に戻って最大加速度及びびびり周波数の取得を継続する。
最適回転速度＝６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１）） ・・（３）
【００１６】
そして、回転速度変更後もＳ４でびびり発生が判別されると、Ｓ５で同様にｋ値を算出する。よって、Ｓ６の判別では初回の制御でなくなるため、Ｓ９で、今回算出した新たなｋ値と初回制御で記憶されたｋ０値とを比較する（ｋ値算出／比較ステップ）。ここで新たなｋ値の方が小さければ、Ｓ７に移行して、今回算出した新たなｋ値をｋ０値として更新し、Ｓ８で式（３）に基づいて最適回転速度を算出してＮＣ装置１５を介して回転速度の変更を行う（第１の回転速度更新ステップ）。
【００１７】
一方、Ｓ９の判別でｋ値がｋ０値以上であれば、Ｓ１０において、以下の式（４）（５）に基づいて、現在の回転速度から低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいか否かを判定する。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝ ・・（４）
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度 ・・（５）
【００１８】
ここでは、式（４）（５）で得られる安定度のうち小さい方が安定余裕が大きいことを示している。
次に、Ｓ１１では、安定余裕の判別結果に基づき、安定余裕が大きい方向に対してモードの切り換わり位置（複数の安定限界線の交差位置）の探索を行い、最終的な最適回転速度を求めて当該回転速度を維持する。このＳ１０，１１が第２の回転速度更新ステップとなる。Ｓ１２の判別で加工が終了しなければＳ３へ戻る。
【００１９】
この最終的な最適回転速度の探索は、例えば先の特許文献３に開示されている手法が採用できる。すなわち、回転速度を安定余裕が大きい側へ数％程度（例えば２％）微小変化させて、びびり振動が発生した場合に同様に式（１）によって加工情報としてのｋ’値を算出し、先に算出したｋ’値との差（変化量）を予め設定した第２の閾値としての位相閾値（例えば０．４）と比較する。ここでｋ’値の変化量が位相閾値を超えない場合には、記憶するｋ’値を更新して回転速度をさらに微小変化させ、当該微小変化に係るｋ’値の変化量を位相閾値と比較する処理を繰り返し実行する。そして、更新されたｋ’値の変化量が位相閾値を超えた場合に、その回転速度を最終的な最適回転速度として維持するものである。但し、この加工情報はｋ’値に限らずびびり周波数として、その変化量を第２の閾値と比較してもよいし、回転速度の変化の割合も大きくする等適宜変更してよい。
【００２０】
次に、振動抑制制御を具体例を挙げて説明する。
例えば、系のびびり特性が図５の安定限界線図に示すような３つのびびりモードを持つ場合を考える。初期回転速度は６５００ｒｐｍとする。
このとき、初期回転速度ではモード３でびびり振動が生じ、このときのｋ値は４である。制御初回なので、フローに従いｋ０値として４を記憶し（Ｓ７）、Ｓ８で現在のモードに対する最適回転速度（６０００ｒｐｍ）を求める。
しかし、６０００ｒｐｍはモード２の不安定領域であるため、びびり振動はほとんど抑制されない。このときのｋ値は３であるので、Ｓ９の判定が真となりＳ７に進む。よって、ｋ０値は３に更新され、Ｓ８では改めて最適回転速度として５８００ｒｐｍが算出される。
【００２１】
ところが、５８００ｒｐｍではモード１でびびり振動が生じる。このときのｋ値は１であるので、再度Ｓ７に進んでｋ０値は１に更新され、Ｓ８で最適回転速度は５０００ｒｐｍとなる。
この５０００ｒｐｍはモード２に対する不安定領域であるため依然びびり振動は抑制されないが、ｋ値が４となり、更新されたｋ０値（＝１）より大であるため、Ｓ１０に進む。ここでモード２に対する高低の安定度を算出すると、高低の回転速度がそれぞれ４８００ｒｐｍ、５８００ｒｐｍとなるから、式（４）（５）から低回転側安定度は２００、高回転側安定度は８００となる。よって、低回転側の方が安定余裕が大きいと判定されるため、Ｓ１１において低速側のモード切り換わり位置を探索することで、最適回転速度４８００ｒｐｍを探し出すことができる。
【００２２】
このように、上記形態の振動抑制方法及び装置によれば、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、安定余裕が大きいモードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる。
特に、第２の回転速度更新ステップでは、新たなｋ値を用いた式で低回転側と高回転側との安定度を算出し、安定度の小さい方を安定余裕が大きいと判断することで、ｋ値を用いて安定余裕が大きい回転側を容易に判断することができる。
また、第２の回転速度更新ステップでは、ｋ’値を加工情報として最適回転速度を探索するようにしているので、安定余裕が大きい回転側での最終的な最適回転速度を好適に導き出すことができる。
【００２３】
なお、上記形態では、時間領域の振動加速度のフーリエ解析により複数パターン取得される波形のうち、周波数領域の振動加速度が最大となる波形を用いて振動抑制制御を行っているが、周波数領域の振動加速度の値が上位となる複数の波形を用いて最適回転速度を算出するようにしてもよい。
また、振動の検出には、振動センサによる加速度の検出に限らず、変位センサやマイク等の他の検出手段を採用して変位や音圧等の特性値を得るようにしても差し支えない。
さらに、必要に応じ第２の回転速度更新ステップを省略して実施することもできる。すなわち、図４の例では、Ｓ９でｋ値がｋ０値以上（ＮＯ）のときはＳ１０及びＳ１１の処理を実施することなく振動抑制制御を終了（ＥＮＤ）すればよい。
その他、工作機械としては立形マシニングセンタに限らず、主軸に装着したワークを回転させて加工を行うＮＣ旋盤等の他の工作機械であっても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・立形マシニングセンタ、２・・主軸頭、３・・主軸、４・・工具、６・・ワーク、７ａ〜７ｂ・・振動センサ、１０・・振動抑制装置、１１・・制御装置、１２・・ＦＦＴ演算装置、１３・・演算装置、１４・・記憶装置、１５・・ＮＣ装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて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方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミル加工において、切り込み量や回転軸の回転速度などの加工条件によっては、びびり振動が生じ加工面が悪化することがある。また、びびり振動によって工具がダメージを受け、工具寿命の悪化にもつながる。
このびびり振動を抑制するための技術として、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。この振動抑制方法では、加工面の仕上げ精度悪化の原因となる自励振動としての再生型びびり振動を抑制するため、工具やワーク等のびびり振動の発生系の固有振動数を、工具やワークをインパルス加振することにより求め、これを６０倍すると共に工具刃数及び所定の整数で除して得た値を最適回転速度とし、当該最適回転速度で加工を行うようにしている。
一方、特許文献２では、機械の固有振動数ではなく、機械に配置した振動センサによりびびり周波数を測定し、びびり周波数から算出されるパラメータを用いて最適回転速度を求めている。
【０００３】
特許文献１及び２の方法は、単一のモードでのびびり振動には有効と考えられるが、例えば図６に示すように複数のモードでのびびり振動が生じる加工条件の場合、一つのモードに対する安定速度領域が別のモードの不安定領域と重なることがあり、このようなケースでは正しく最適回転速度を求めることができない。
そこで、本件出願人は、複数のモードでのびびり振動が生じる場合、図６のようにモードの切り換わり位置に相当する回転速度が比較的安定（局所的安定速度）となることに着目して、このモードの切り換わり位置を探索する方法として特許文献３の発明を提供している。この発明では、回転速度変更の前後において、下記の式で得られる位相情報を予め設定した閾値と比較し、位相情報が閾値を越えた際にモードが切り換わったと判断することで安定回転速度を増減させるようにしている。
位相情報：｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の小数部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０６２７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９０１８８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数のモードの重なり方が図７のような場合、主軸回転速度が６６００ｒｐｍ〜６７００ｒｐｍ付近ではモードの切り換わり位置での安定余裕が大きいのに対し、７７００ｒｐｍ〜９５００ｒｐｍ付近ではモードの切り換わり位置での安定余裕がほとんどない。すなわち、モードの重なり方次第ではモードが切り換わり位置の速度によって安定余裕に大きな差が生じることがある。よって、特許文献３に示す方法においても、初期回転速度や増減の方向によっては余裕のある安定速度に到達できず、びびり振動の抑制効果が得られない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、安定余裕が大きいモードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる工作機械の振動抑制方法及び装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制方法であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出ステップと、前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶ステップと、前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更ステップと、前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出ステップを実行し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較ステップと、前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新ステップと、を実行することを特徴とするものである。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新ステップを実行することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記第２の回転速度更新ステップでは、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とするものである。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３の構成において、前記第２の回転速度更新ステップでは、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とするものである。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出手段と、前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶手段と、前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更手段と、前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出手段によって前記特性値を算出し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較手段と、前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新手段と、を備えることを特徴とするものである。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新手段を備えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６の構成において、前記第２の回転速度更新手段では、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とするものである。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７の構成において、前記第２の回転速度更新手段では、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とするものである。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
なお、本発明において、時間領域の「振動」とは、振動加速度、振動による変位、振動による音圧等、振動自体は勿論、振動に起因して回転軸に発生し、間接的に振動を検出できる物理的変化も含む。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１及び５に記載の発明によれば、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、モードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる。
請求項２及び６に記載の発明によれば、上記効果に加えて、安定余裕が大きい回転側で最適回転速度を得ることができる。
請求項３及び７に記載の発明によれば、上記効果に加えて、ｋ値を用いて安定余裕が大きい回転側を容易に判断することができる。
請求項４及び８に記載の発明によれば、上記効果に加えて、安定余裕が大きい回転側での最終的な最適回転速度を好適に導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】立形マシニングセンタの概略構成図である。
【図２】主軸頭の側面図である。
【図３】主軸頭の正面図（軸方向から見た図）である。
【図４】振動抑制制御のフローチャートである。
【図５】安定限界線図を示す説明図である。
【図６】複数のびびりモードを有する安定限界線図の説明図である。
【図７】複数のびびりモードを有する安定限界線図の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例である立形マシニングセンタの概略構成図で、立形マシニングセンタ１は、上方に設けた主軸頭２にＣ軸回りで回転自在な回転軸としての主軸３を設け、その主軸３に取り付けた工具４によって、下方の加工テーブル５上にセットされたワーク６を加工する周知の構成で、ＮＣ装置１５が主軸３の回転を制御すると共に、図示しない自動工具交換装置によって工具４を自動交換可能となっている。
【００１２】
振動抑制装置１０は、主軸３に発生するびびり振動を抑制するもので、主軸頭２に設けられて振動を計測する振動センサ（加速度センサ）７ａ〜７ｃと、振動センサによる検出値に基づいて主軸３の回転速度を制御する制御装置１１とを備えている。この振動センサ７ａ〜７ｃは、主軸３の回転に伴って生じる時間領域の振動（時間軸上の振動）を検出するもので、図２，３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動情報を検出可能な状態で主軸頭２に取り付けられている。
【００１３】
制御装置１１は、振動センサ７ａ〜７ｃにより検出された振動加速度を基にフーリエ解析を行い、特性値としての最大加速度その周波数（びびり周波数）を常時算出するＦＦＴ演算装置１２と、ＦＦＴ演算装置１２で算出された値に基づいて最適回転速度の算出を行う演算装置１３と、ＦＦＴ演算装置１２や演算装置１３で算出された数値や、図示しない入力手段によって入力された、振動抑制制御に係る閾値や工具刃数等を記憶する記憶装置１４と、主軸頭２による加工を制御するＮＣ装置１５とで構成されている。
ここではＦＦＴ演算装置１２が特性値算出手段として機能し、演算装置１３及び記憶装置１４が、ｋ値算出／記憶手段及びｋ値算出／比較手段として機能し、演算装置１３及びＮＣ装置１５が、回転速度算出／変更手段と第１、第２の回転速度更新手段として機能することになる。
【００１４】
以上の如く構成された振動抑制装置１０による振動抑制制御を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ１で任意の回転速度を初期回転速度として設定し、Ｓ２で加工を開始する。Ｓ３で、このときの振動加速度を振動センサ７ａ〜７ｃで検出し、ＦＦＴ演算装置１２によって最大加速度及びそのびびり周波数を演算する（特性値算出ステップ）。
次に、Ｓ４で、演算装置１３がＳ３で算出された最大加速度と予め設定した閾値と比較する。ここで最大加速度が閾値を超えていれば、びびり振動発生と判断し、続くＳ５で、以下の式（１）（２）に基づいてｋ値を算出して記憶装置１４に記憶する（ｋ値算出／記憶ステップ）。Ｓ４の判別で最大加速度が閾値を超えなければ、Ｓ１２での加工終了を判別し、加工が終了していなければＳ３に戻る。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度） ・・（１）
ｋ値＝ｋ’値の整数部 ・・（２）
【００１５】
次に、Ｓ６では、振動抑制制御が初回であるか否かを判別する。初回の制御であれば、演算装置１３は、Ｓ７で、Ｓ５で算出したｋ値をｋ０値（ｋ値の初期値）として記憶装置１４に記憶し、Ｓ８では、Ｓ３で求めたびびり周波数に対する最適回転速度を以下の式（３）に基づいて算出し、ＮＣ装置１５を介して回転速度の変更を行う（回転速度算出／変更ステップ）。その後、Ｓ３に戻って最大加速度及びびびり周波数の取得を継続する。
最適回転速度＝６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１）） ・・（３）
【００１６】
そして、回転速度変更後もＳ４でびびり発生が判別されると、Ｓ５で同様にｋ値を算出する。よって、Ｓ６の判別では初回の制御でなくなるため、Ｓ９で、今回算出した新たなｋ値と初回制御で記憶されたｋ０値とを比較する（ｋ値算出／比較ステップ）。ここで新たなｋ値の方が小さければ、Ｓ７に移行して、今回算出した新たなｋ値をｋ０値として更新し、Ｓ８で式（３）に基づいて最適回転速度を算出してＮＣ装置１５を介して回転速度の変更を行う（第１の回転速度更新ステップ）。
【００１７】
一方、Ｓ９の判別でｋ値がｋ０値以上であれば、Ｓ１０において、以下の式（４）（５）に基づいて、現在の回転速度から低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいか否かを判定する。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝ ・・（４）
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度 ・・（５）
【００１８】
ここでは、式（４）（５）で得られる安定度のうち小さい方が安定余裕が大きいことを示している。
次に、Ｓ１１では、安定余裕の判別結果に基づき、安定余裕が大きい方向に対してモードの切り換わり位置（複数の安定限界線の交差位置）の探索を行い、最終的な最適回転速度を求めて当該回転速度を維持する。このＳ１０，１１が第２の回転速度更新ステップとなる。Ｓ１２の判別で加工が終了しなければＳ３へ戻る。
【００１９】
この最終的な最適回転速度の探索は、例えば先の特許文献３に開示されている手法が採用できる。すなわち、回転速度を安定余裕が大きい側へ数％程度（例えば２％）微小変化させて、びびり振動が発生した場合に同様に式（１）によって加工情報としてのｋ’値を算出し、先に算出したｋ’値との差（変化量）を予め設定した第２の閾値としての位相閾値（例えば０．４）と比較する。ここでｋ’値の変化量が位相閾値を超えない場合には、記憶するｋ’値を更新して回転速度をさらに微小変化させ、当該微小変化に係るｋ’値の変化量を位相閾値と比較する処理を繰り返し実行する。そして、更新されたｋ’値の変化量が位相閾値を超えた場合に、その回転速度を最終的な最適回転速度として維持するものである。但し、この加工情報はｋ’値に限らずびびり周波数として、その変化量を第２の閾値と比較してもよいし、回転速度の変化の割合も大きくする等適宜変更してよい。
【００２０】
次に、振動抑制制御を具体例を挙げて説明する。
例えば、系のびびり特性が図５の安定限界線図に示すような３つのびびりモードを持つ場合を考える。初期回転速度は６５００ｒｐｍとする。
このとき、初期回転速度ではモード３でびびり振動が生じ、このときのｋ値は４である。制御初回なので、フローに従いｋ０値として４を記憶し（Ｓ７）、Ｓ８で現在のモードに対する最適回転速度（６０００ｒｐｍ）を求める。
しかし、６０００ｒｐｍはモード２の不安定領域であるため、びびり振動はほとんど抑制されない。このときのｋ値は３であるので、Ｓ９の判定が真となりＳ７に進む。よって、ｋ０値は３に更新され、Ｓ８では改めて最適回転速度として５８００ｒｐｍが算出される。
【００２１】
ところが、５８００ｒｐｍではモード１でびびり振動が生じる。このときのｋ値は１であるので、再度Ｓ７に進んでｋ０値は１に更新され、Ｓ８で最適回転速度は５０００ｒｐｍとなる。
この５０００ｒｐｍはモード２に対する不安定領域であるため依然びびり振動は抑制されないが、ｋ値が４となり、更新されたｋ０値（＝１）より大であるため、Ｓ１０に進む。ここでモード２に対する高低の安定度を算出すると、高低の回転速度がそれぞれ４８００ｒｐｍ、５８００ｒｐｍとなるから、式（４）（５）から低回転側安定度は２００、高回転側安定度は８００となる。よって、低回転側の方が安定余裕が大きいと判定されるため、Ｓ１１において低速側のモード切り換わり位置を探索することで、最適回転速度４８００ｒｐｍを探し出すことができる。
【００２２】
このように、上記形態の振動抑制方法及び装置によれば、複数モードによるびびり振動が発生する加工条件においても、安定余裕が大きいモードの切り換わり位置でびびり振動が生じない最適回転速度を簡単に求めることができる。
特に、第２の回転速度更新ステップでは、新たなｋ値を用いた式で低回転側と高回転側との安定度を算出し、安定度の小さい方を安定余裕が大きいと判断することで、ｋ値を用いて安定余裕が大きい回転側を容易に判断することができる。
また、第２の回転速度更新ステップでは、ｋ’値を加工情報として最適回転速度を探索するようにしているので、安定余裕が大きい回転側での最終的な最適回転速度を好適に導き出すことができる。
【００２３】
なお、上記形態では、時間領域の振動加速度のフーリエ解析により複数パターン取得される波形のうち、周波数領域の振動加速度が最大となる波形を用いて振動抑制制御を行っているが、周波数領域の振動加速度の値が上位となる複数の波形を用いて最適回転速度を算出するようにしてもよい。
また、振動の検出には、振動センサによる加速度の検出に限らず、変位センサやマイク等の他の検出手段を採用して変位や音圧等の特性値を得るようにしても差し支えない。
さらに、必要に応じ第２の回転速度更新ステップを省略して実施することもできる。すなわち、図４の例では、Ｓ９でｋ値がｋ０値以上（ＮＯ）のときはＳ１０及びＳ１１の処理を実施することなく振動抑制制御を終了（ＥＮＤ）すればよい。
その他、工作機械としては立形マシニングセンタに限らず、主軸に装着したワークを回転させて加工を行うＮＣ旋盤等の他の工作機械であっても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・立形マシニングセンタ、２・・主軸頭、３・・主軸、４・・工具、６・・ワーク、７ａ〜７ｂ・・振動センサ、１０・・振動抑制装置、１１・・制御装置、１２・・ＦＦＴ演算装置、１３・・演算装置、１４・・記憶装置、１５・・ＮＣ装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制方法であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出ステップと、
前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶ステップと、
前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更ステップと、
前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出ステップを実行し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較ステップと、
前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新ステップと
を実行することを特徴とする工作機械の振動抑制方法。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
【請求項２】
前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新ステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の振動抑制方法。
【請求項３】
前記第２の回転速度更新ステップでは、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とする請求項２に記載の工作機械の振動抑制方法。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
【請求項４】
前記第２の回転速度更新ステップでは、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の工作機械の振動抑制方法。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【請求項５】
回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出手段と、
前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶手段と、
前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更手段と、
前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出手段によって前記特性値を算出し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較手段と、
前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新手段と
を備えることを特徴とする工作機械の振動抑制装置。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
【請求項６】
前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の工作機械の振動抑制装置。
【請求項７】
前記第２の回転速度更新手段では、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とする請求項６に記載の工作機械の振動抑制装置。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
【請求項８】
前記第２の回転速度更新手段では、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の工作機械の振動抑制装置。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【請求項１】
回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制方法であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出ステップと、
前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶ステップと、
前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更ステップと、
前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出ステップを実行し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較ステップと、
前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新ステップと
を実行することを特徴とする工作機械の振動抑制方法。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
【請求項２】
前記ｋ値算出／比較ステップで得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新ステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の振動抑制方法。
【請求項３】
前記第２の回転速度更新ステップでは、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とする請求項２に記載の工作機械の振動抑制方法。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
【請求項４】
前記第２の回転速度更新ステップでは、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の工作機械の振動抑制方法。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【請求項５】
回転軸に装着した工具又はワークを回転させて加工を行う工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
前記びびり振動による時間領域の振動を検出し、びびり周波数及び当該びびり周波数における周波数領域の特性値を算出する特性値算出手段と、
前記特性値が所定の閾値を超えた際に、下記の式で定義されるｋ値を算出して記憶するｋ値算出／記憶手段と、
前記びびり周波数及びｋ値を用いて前記びびり周波数に対する最適回転速度を算出し、前記最適回転速度に従って前記回転軸の回転速度を変更する回転速度算出／変更手段と、
前記回転速度の変更後に再び前記特性値算出手段によって前記特性値を算出し、前記特性値が前記閾値を超えた際に再び前記びびり周波数及びｋ値を算出して、新たなｋ値と記憶されたｋ値とを比較するｋ値算出／比較手段と、
前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値より小さければ、前記ｋ値を新たなｋ値に更新し、更新した前記びびり周波数及びｋ値を用いて最適回転速度を算出して当該最適回転速度に前記回転軸の回転速度を変更する第１の回転速度更新手段と
を備えることを特徴とする工作機械の振動抑制装置。
ｋ値＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）｝の整数部
【請求項６】
前記ｋ値算出／比較手段で得た新たなｋ値が記憶されたｋ値以上であれば、現在の回転速度の低回転側と高回転側とのどちらに安定余裕が大きいかを判定し、安定余裕が大きいと判断された回転側へ前記回転軸の回転速度を変化させる処理と、その回転速度の変化の前後に係る所定の加工情報の変化量を所定の第２の閾値と比較する処理とを繰り返して、前記加工情報の変化量が前記第２の閾値を超えた際に、そのときの回転速度を最適回転速度として維持する第２の回転速度更新手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の工作機械の振動抑制装置。
【請求項７】
前記第２の回転速度更新手段では、前記新たなｋ値を用いた下記の式で算出される安定度のうち小さい方を安定余裕が大きいと判断することを特徴とする請求項６に記載の工作機械の振動抑制装置。
低回転側安定度＝現在速度−｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
高回転側安定度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×ｋ値）｝−現在速度
【請求項８】
前記第２の回転速度更新手段では、下記の式で定義されるｋ’値を前記加工情報とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の工作機械の振動抑制装置。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８３５９６（Ｐ２０１２−１８３５９６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６６３１（Ｐ２０１１−４６６３１）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
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