(57)【要約】【課題】  断続切削に用いられる工具の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減することができる工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法を提供する。【解決手段】  工作機械１０によってワーク１１を断続切削する際に用いる工具１２の刃数を推定する工具刃数推定装置１であって、工作機械１０の振動データに基づいて、断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部３２と、推定された切れ刃通過周波数と工作機械１０の主軸回転速度とに基づいて、工具１２の刃数を推定する工具刃数推定部３４とを有する。【選択図】  図１
2020019072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、
を有する、工具刃数推定装置。
【請求項２】
前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、前記工作機械の固有振動周波数とに基づいて、前記断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる主軸回転速度を算出する最適回転速度算出部を有する、請求項１に記載の工具刃数推定装置。
【請求項３】
前記切れ刃通過周波数推定部は、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する、請求項１または請求項２に記載の工具刃数推定装置。
【請求項４】
前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する刃数相違報知部を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の工具刃数推定装置。
【請求項５】
前記工具のそれぞれに対応付けて、前記工具刃数推定部によって推定された刃数を記憶する工具刃数記憶部を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の工具刃数推定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の工具刃数推定装置を備える工作機械。
【請求項７】
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、
を有する、工具刃数推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械においては、ユーザによって事前に手入力されるパラメータの一つとして、工具の刃数が存在する。この刃数の情報は、例えば、断続切削を行う際に生じるびびり振動を抑制するための計算に必要となるなど、様々な場面で利用されている。なお、特開２０１７−７７６１８号公報には、手入力した刃数等を用いてびびり振動を抑制する加工状態監視方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−７７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、刃数の情報は、切削加工を行うのに必須の情報ではないため、実際の現場では入力されていないことが多い。また、数百本単位の工具を使用するユーザにとっては、刃数が膨大となるため、一つ一つ手入力するには膨大な手間がかかるという問題もある。さらに、刃数を事前入力したとしても、手入力である以上、ある程度の入力ミスは避けられないという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、断続切削に用いられる工具の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減することができる工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る工具刃数推定装置は、断続切削に用いられる工具の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減するという課題を解決するために、工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、を有する。
【０００７】
また、本発明の一態様として、断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる最適な主軸回転速度を算出するという課題を解決するために、前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、前記工作機械の固有振動周波数とに基づいて、前記断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる主軸回転速度を算出する最適回転速度算出部を有する。
【０００８】
さらに、本発明の一態様として、より正確な切れ刃通過周波数を推定し、刃数の推定精度を向上するという課題を解決するために、前記切れ刃通過周波数推定部は、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する。
【０００９】
また、本発明の一態様として、事前に手入力した刃数に誤りがある可能性や、工具の刃が欠けている可能性をユーザに認識させ、刃数の信頼性を向上するとともに、びびり振動の回避による安全性を向上するという課題を解決するために、前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する刃数相違報知部を有する。
【００１０】
さらに、本発明の一態様として、断続切削に使用された工具のトレーサビリティを実現するという課題を解決するために、前記工具のそれぞれに対応付けて、前記工具刃数推定部によって推定された刃数を記憶する工具刃数記憶部を有してもよい。
【００１１】
また、本発明の一態様として、本発明に係る工作機械は、上述したいずれかの態様の工具刃数推定装置を備える。
【００１２】
本発明に係る工具刃数推定方法は、断続切削に用いられる工具の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減するという課題を解決するために、工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、断続切削する際に用いる工具の刃数を自動で推定することができるとともに、ユーザの作業負担を軽減し、入力ミスを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の工作機械を示す図である。
【図３】本実施形態の工具刃数推定装置によって実行される工具刃数推定方法を示すフローチャートである。
【図４】本実施例１における、振動データから求められた自己相関関数を示す図である。
【図５】本実施例１で使用した振動データをフーリエ変換した後の全周波数帯域の２乗和を時系列にプロットした図である。
【図６】本実施例１において、推定された刃数の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械ならびに工具刃数推定方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
本実施形態の工具刃数推定装置１は、工作機械１０によってワーク１１を断続切削する際に用いる工具１２の刃数を推定するものである。具体的には、図１に示すように、工具刃数推定装置１は、工作機械１０に駆動信号を出力して断続切削を行わせるとともに、当該断続切削中の工作機械１０から得られる振動データに基づいて、工具１２の刃数を推定するようになっている。以下、各構成について説明する。
【００１７】
工作機械１０は、金属、木材、石材、樹脂等のワーク１１に対して、断続切削等の加工を行うためのものである。本実施形態において、工作機械１０は、図２に示すように、工具１２が装着された主軸１３と、ワーク１１が載置されたテーブル１４とが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に沿って三次元空間内を相対移動可能に構成されており、任意の加工プログラムに従って数値制御されるようになっている。
【００１８】
また、工作機械１０には、図１に示すように、断続切削の実行中に発生する振動を検出するための振動検出手段１５が設けられている。本実施形態において、振動検出手段１５は、加速度センサによって構成されており、検出した機械的振動を振動データとして、工具刃数推定装置１に出力するようになっている。
【００１９】
なお、本実施形態において、振動検出手段１５は、加速度センサによって構成されているが、この構成に限定されるものではなく、断続切削中の振動を検出しうるものであれば、工具１２やワーク１１の変位や速度を直接的または間接的に検出する変位・速度センサや、音波により振動音を取得するマイクロフォン等によって構成されていてもよい。
【００２０】
工具刃数推定装置１は、工作機械１０を制御する数値制御装置等のコンピュータによって構成されており、図１に示すように、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段３が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能する記憶手段２と、記憶手段２にインストールされた工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、各種の演算処理を実行し後述する各構成部として機能する演算処理手段３とを有している。以下、各構成手段について詳細に説明する。
【００２１】
記憶手段２は、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等で構成されており、図１に示すように、プログラム記憶部２１と、工具刃数記憶部２２とを有している。
【００２２】
プログラム記憶部２１には、本実施形態の工具刃数推定装置１を制御するための工具刃数推定プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段３が、当該工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、コンピュータとしての工具刃数推定装置１を後述する各構成部として機能させるようになっている。
【００２３】
なお、工具刃数推定プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリ等のように、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に工具刃数推定プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やＡＳＰ（Application Service Provider）方式等で利用してもよい。
【００２４】
工具刃数記憶部２２は、工具１２のそれぞれに対応付けて、刃数を記憶するものである。具体的には、工具刃数記憶部２２は、後述する工具刃数推定部３４によって刃数が推定されると、工具１２を識別する工具ＩＤに対応付けて、推定された刃数を記憶する。また、本実施形態において、工具刃数記憶部２２は、手作業によって刃数が事前入力されると、工具ＩＤに対応付けて、手入力された刃数を記憶するようになっている。なお、工具刃数記憶部２２には、刃数の他にも、工具１２を使用した日時や、加工したワーク１１を識別するワークＩＤ等を履歴として記憶してもよい。
【００２５】
つぎに、演算処理手段３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成されており、記憶手段２にインストールされた工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、図１に示すように、振動データ取得部３１と、切れ刃通過周波数推定部３２と、主軸回転速度取得部３３と、工具刃数推定部３４と、刃数相違報知部３５と、固有振動周波数取得部３６と、最適回転速度算出部３７と、駆動制御部３８として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。
【００２６】
振動データ取得部３１は、工作機械１０の振動データを取得するものである。本実施形態において、振動データ取得部３１は、工作機械１０が断続切削を実行している間、振動検出手段１５から出力される振動データを時系列で取得するようになっている。
【００２７】
切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データに基づいて切れ刃通過周波数を推定するものである。ここで、切れ刃通過周波数とは、ＴＰＦ（Tool Passing Frequency）とも呼ばれるものであり、工具１２の切れ刃（刃先）がワーク１１と接触することによって発生する周期的な振動の周波数を意味する。本実施形態において、切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データの特性（波形、周期性、推移等）を解析することにより、切れ波通過周波数を推定するようになっている。
【００２８】
具体的には、切れ刃通過周波数推定部３２は、まず、振動データ取得部３１によって取得された振動データをフーリエ変換し、パワースペクトルを取得する。つぎに、当該パワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求める。この自己相関関数においては、主軸１３が一回転する周期で自己相関が高くなり、切れ刃がワーク１１と接触する周期でも同程度のピークが現れる。また、これら一回転の間に切れ刃がワーク１１と接触する周期で現れるピークは刃数に一致するため、ピーク間の周期から切れ刃通過周波数を推定することができる。そこで、切れ刃通過周波数推定部３２は、自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定するようになっている。
【００２９】
なお、切れ刃通過周波数の推定方法は、上述した方法に限定されるものではなく、振動データに基づく様々な推定方法を適用することができる。例えば、本実施形態では、振動データをフーリエ変換して自己相関関数を求めているが、これに限定されるものではなく、フーリエ変換することなく、時系列の振動データから直接、自己相関関数を求めてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定しているが、これに限定されるものではなく、最大のピーク値を示す周波数を切れ刃通過周波数として推定してもよく、ピーク値が所定の閾値を超えた場合の周波数を切れ刃通過周波数として推定してもよい。
【００３１】
さらに、本実施形態では、自己相関関数を用いて切れ刃通過周波数を推定しているが、これに限定されるものでもない。例えば、音声分析に用いられるケプストラム分析等の手法により検出された基本周波数に基づいて、切れ刃通過周波数を推定するようにしてもよい。あるいは、振動データ、パワースペクトル、自己相関関数などを機械学習することにより、切れ刃通過周波数を推定するようにしてもよい。
【００３２】
主軸回転速度取得部３３は、工作機械１０の主軸回転速度を取得するものである。本実施形態において、主軸回転速度取得部３３は、実行中の断続切削に係る加工プログラムを参照し、当該加工プログラムにおいて設定されている主軸回転速度を取得するようになっている。
【００３３】
工具刃数推定部３４は、工具１２の刃数を推定するものである。本実施形態において、工具刃数推定部３４は、切れ刃通過周波数推定部３２によって推定された切れ刃通過周波数と、主軸回転速度取得部３３によって取得された主軸回転速度とに基づいて、工具１２の刃数を推定するようになっている。具体的には、工具刃数推定部３４は、下記式（１）を用いて刃数を算出する。
Ｎ＝Ｆ・６０／ｎ  ・・・式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：工具の刃数（枚）
Ｆ：切れ刃通過周波数（Ｈｚ）
ｎ：工作機械の主軸回転速度（ｍｉｎ−１）
【００３４】
ただし、上記式（１）によって算出される工具の刃数Ｎは、必ずしも整数値とはならない。このため、工具刃数推定部３４は、上記式（１）で算出された値の小数点以下を四捨五入して得られた整数値を刃数Ｎとして出力するようになっている。また、工具刃数推定部３４は、上記式（１）で算出された値の小数部が５に近い場合、推定の信頼性が低いものとみなして、表示画面や音声によってユーザに報知したり、その後の処理をスキップしたり、実用上使われることが多い方の刃数を採用する等の対策を施してもよい。また、時系列で推定結果がばらつく場合も、推定の信頼性が低いものとみなして、同様な対策を施してもよい。
【００３５】
刃数相違報知部３５は、推定された刃数と事前入力した刃数とが相違する場合、その旨を報知するものである。上述したとおり、工具刃数記憶部２２には、事前に手入力された刃数を記憶させることができる。そこで、本実施形態において、刃数相違報知部３５は、工具刃数推定部３４によって刃数が推定されると、工具刃数記憶部２２に保存されている刃数を参照し、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが一致するか否かを判定する。当該判定の結果、両者が一致する場合、推定された刃数をそのまま工具刃数記憶部２２に保存する。
【００３６】
一方、上記判定の結果、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合には、その旨を表示画面や音声によってユーザに報知し、ユーザからの指示を受付けるようになっている。当該指示としては、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数のうち、どちらかを正しい刃数として選択するための指示でもよい。あるいは、刃の欠損により刃数が相違していた場合には、工具１２を交換するために切削加工を停止する指示でもよい。
【００３７】
固有振動周波数取得部３６は、工作機械１０の固有振動周波数を取得するものである。本実施形態において、固有振動周波数取得部３６は、断続切削を実行中の工作機械１０において、びびり振動が発生したとき、振動データ取得部３１によって取得された振動データに基づいて、びびり振動周波数を特定する。そして、当該びびり振動周波数を工作機械１０の固有振動周波数として取得するようになっている。
【００３８】
なお、本実施形態において、固有振動周波数取得部３６は、びびり振動周波数を固有振動周波数とみなして取得しているが、固有振動周波数の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、特開２０１７−９４４６３号公報に記載の方法のように、工具１２の変位データ及び工具１２に作用する切削動力データを周波数解析して得られる変位スペクトル及び切削動力スペクトルに基づいて、固有振動周波数を取得してもよい。また、事前に工作機械１０をインパルスハンマで加振し、その結果生じる振動を加速度計で検出し、ＦＦＴアナライザで計測するハンマリング試験によって得られた固有振動周波数を入力手段から入力することによって取得してもよい。
【００３９】
最適回転速度算出部３７は、びびり振動を抑制するのに最適な主軸回転速度を算出するものである。本実施形態において、最適回転速度算出部３７は、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、固有振動周波数取得部３６によって取得された固有振動周波数とに基づいて、びびり振動を抑制しうる主軸回転速度を算出するようになっている。具体的には、最適回転速度算出部３７は、下記式（２）を用いて主軸回転速度を算出する。
ｎ＝６０・ｆ／（ｋ・Ｎ）  ・・・式（２）
ただし、各符号は以下を表す。
ｎ：工作機械の主軸回転速度（ｍｉｎ−１）
ｆ：固有振動周波数（Ｈｚ）
ｋ：１以上の整数
Ｎ：工具の刃数（枚）
【００４０】
駆動制御部３８は、工作機械１０に備えられた各軸を駆動制御するものである。本実施形態において、駆動制御部３８は、加工プログラムに基づいて、工作機械１０にワーク１１の断続切削を実行させる駆動信号を生成し、各軸のモータへ出力するようになっている。また、断続切削の実行中にびびり振動が発生した場合、駆動制御部３８は、最適回転速度算出部３７によって算出された主軸回転速度による駆動信号を出力するようになっている。
【００４１】
つぎに、本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０の作用ならびに工具刃数推定方法について、図３を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、工具１２の刃数を推定した後、当該推定した刃数を用いて、びびり振動を抑制する場合について説明する。
【００４２】
本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法を用いて、工具１２の刃数を推定する場合、まず、振動データ取得部３１が、工作機械１０に設けられた振動検出手段１５から、工作機械１０の振動データを取得する（ステップＳ１）。これにより、断続切削を実行している工作機械１０の振動状態を把握することが可能になる。
【００４３】
つぎに、切れ刃通過周波数推定部３２が、ステップＳ１で取得された振動データに基づいて、工具１２の切れ刃通過周波数を推定する(ステップＳ２）。これにより、刃数の推定に必要なパラメータとしての切れ刃通過周波数が取得される。また、本実施形態において、切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定する。これにより、より正確な切れ刃通過周波数が推定されるため、刃数の推定精度が向上する。
【００４４】
つづいて、主軸回転速度取得部３３が、工作機械１０の主軸回転速度を取得すると（ステップＳ３）、工具刃数推定部３４が、ステップＳ２で推定された切れ刃通過周波数と、ステップＳ３で取得された主軸回転速度とに基づいて、工具１２の刃数を推定する（ステップＳ４）。これにより、断続切削に用いられる工具１２の刃数が自動的に検出されるため、刃数を手作業によって入力する必要がなく、ユーザの作業負担が軽減する。また、入力ミス等のヒューマンエラーが未然に防止されるため、びびり振動が高い確実性で抑制される。
【００４５】
つぎに、本実施形態では、工具刃数記憶部２２において、刃数が事前入力されているか否かを判定する（ステップＳ５）。当該判定の結果、刃数が事前入力されていない場合(ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ４で推定された刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。一方、ステップＳ５の判定の結果、刃数が事前入力されている場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、刃数相違報知部３５が、推定された刃数と事前入力した刃数とが一致するか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４６】
当該判定の結果、一致する場合(ステップＳ６：ＹＥＳ）、当該一致した刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。一方、ステップＳ６の判定の結果、相違する場合（ステップＳ６：ＮＯ）、その旨をユーザに報知する（ステップＳ７）。これにより、事前に手入力した刃数が誤っていた場合や、工具１２の刃が欠けていた場合、ユーザに刃数を確認することが促される。
【００４７】
その後、ユーザからの指示を受け付け（ステップＳ８）、正確な刃数が選択されたり、新しい工具１２に交換されると、正しい刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。これにより、刃数の信頼性が向上し、びびり振動回避の安全性が向上する。また、工具１２のトレーサビリティ、ワーク１１の品質管理、不具合の原因究明などに有用な履歴情報を得ることが可能になる。例えば、ワーク１１に品質不良が起こった場合に、工具１２の推定刃数の変化点に着目することで、切れ刃が欠損したタイミングを特定できる可能性がある。
【００４８】
つづいて、本実施形態では、固有振動周波数取得部３６が、工作機械１０の固有振動周波数を取得すると（ステップＳ１０）、最適回転速度算出部３７が、ステップＳ９で保存された刃数と、ステップＳ１０で取得された固有振動周波数とに基づいて、主軸回転速度を算出する（ステップＳ１１）。これにより、断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる最適な主軸回転速度が算出される。
【００４９】
そして、駆動制御部３８が、ステップＳ１１で算出された主軸回転速度に従って工作機械１０を制御する（ステップＳ１２）。これにより、工具１２の切れ刃がワーク１１と接触する周期が、固有振動周波数の整数倍に制御されるため、びびり振動の発生が抑制される。
【００５０】
以上のような本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法によれば、以下のような効果を奏する。
１．断続切削に用いられる工具１２の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減することができる。
２．特に、びびり振動が発生した場合には、事前に刃数を手入力していなくても、即座に回避動作を実行でき、利便性を向上することができる。
３．断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる最適な主軸回転速度を算出することができる。
４．より正確な切れ刃通過周波数を推定し、刃数の推定精度を向上することができる。
５．事前に手入力した刃数に誤りがある可能性や、工具１２の刃が欠けている可能性をユーザに認識させることができる。
６．刃数の信頼性を向上するとともに、びびり振動の回避による安全性を向上することができる。
７．断続切削に使用された工具１２のトレーサビリティを実現することができる。
【００５１】
つぎに、本発明に係る工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００５２】
本実施例１では、上述した本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法を用いて、断続切削を実行する際に用いた工具１２の刃数を推定する実験を行った。なお、本実施例１では、刃数が４枚の工具１２を使用し、主軸回転速度は、２７７７ｍｉｎ−１に設定した。
【００５３】
具体的には、まず、断続切削中の工作機械１０から所定のサンプリング周期で振動データを取得した。そして、取得した振動データをフーリエ変換し、適切なフィルタリング処理を行った後、二乗してパワースペクトルを取得した。つぎに、当該パワースペクトルを逆フーリエ変換することにより、自己相関関数を求めた。当該自己相関関数のグラフを図４に示す。なお、図４において、グラフの横軸は、サンプリング周波数（サンプリング周期の逆数）を周波数で除算することで得られるインデックス値を示し、縦軸は相関を示す。
【００５４】
主軸回転速度に相当する周波数は、４６．２８Ｈｚであり、これをインデックス値に変換すると１７７．０となる。そのため、１７５に現れるピークが、主軸１３が１回転する時に現れるピークに相当する。したがって、当該ピークより手前に現れるピークに注目すると、３つのピーク（インデックス値：４４、８８、１３１）が現れており、これらのピークの中で、最初に現れるピークを示す４４を周波数に変換して得られた１８６．１８１８Ｈｚを切れ刃通過周波数に推定した。
【００５５】
そして、上記式（１）に、主軸回転速度（２７７７／ｍｉｎ）と、推定された切れ刃通過周波数（１８６．１８１８Ｈｚ）とを代入すると、刃数の推定値として４．０２２６が得られ、刃数を正しく推定することが示された。
【００５６】
ここで、本実施例１において、刃数を推定する際に用いた振動データを図５に示す。図５において、横軸は経過時間を表し、縦軸はフーリエ変換後の全周波数帯域における振動量の２乗和を表す。また、本実施例１において、推定された刃数の推移を図６に示す。図６において、横軸は経過時間を表し、縦軸は刃数の推定値を表す。
【００５７】
図５に示すように、振動データでは、０．８秒から１１秒の間で振動が観測されており、この間に断続切削加工が行われていたことがわかる。したがって、図６に示すように、断続切削が開始されてから終了するまでの間、工具１２の刃数は、実際の刃数と同じ４枚と推定されていることが示された。
【００５８】
また、図５では、観測開始から２秒過ぎた付近で振動量が急激に増大し、びびり振動が発生していたことがわかる。このときも、図６に示すように、工具１２の刃数は、実際の刃数と同じ４枚と推定されており、その推定精度は、びびり振動の発生の有無に影響されないことが示された。
【００５９】
以上のような本実施例１によれば、本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法は、断続切削を実行する工作機械１０の振動データに基づいて、正確かつ安定的に工具１２の刃数を推定できることが示された。
【００６０】
なお、本発明に係る工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法は、上述した本実施形態や実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６１】
例えば、上述した本実施形態では、数値制御装置の一機能として工具刃数推定装置１を実現させているが、この構成に限定されるものでない。すなわち、数値制御装置とは別個独立のコンピュータによって工具刃数推定装置１を構成してもよい。
【００６２】
また、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、びびり振動を抑制する機能を有しているため、固有振動周波数取得部３６、最適回転速度算出部３７および駆動制御部３８を有している。しかしながら、びびり振動を抑制する機能が不要であれば、固有振動周波数取得部３６、最適回転速度算出部３７および駆動制御部３８を設ける必要はない。この場合、図３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理が不要となる。
【００６３】
さらに、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、刃数相違報知部３５を有しているが、必ずしも設ける必要はない。この場合、図３に示すフローチャートでは、ステップＳ５からステップＳ８までの処理が不要となる。
【００６４】
また、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、工具刃数記憶部２２を有しているが、この構成に限定されるものではなく、外付けの記憶装置や外部サーバ等に刃数を送信するようにしてもよい。
【００６５】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  工具刃数推定装置
１ａ  工具刃数推定プログラム
２  記憶手段
３  演算処理手段
１０  工作機械
１１  ワーク
１２  工具
１３  主軸
１４  テーブル
１５  振動検出手段
２１  プログラム記憶部
２２  工具刃数記憶部
３１  振動データ取得部
３２  切れ刃通過周波数推定部
３３  主軸回転速度取得部
３４  工具刃数推定部
３５  刃数相違報知部
３６  固有振動周波数取得部
３７  最適回転速度算出部
３８  駆動制御部
【図１】
2020019072.tif 000003
【図２】
2020019072.tif 000004
【図３】
2020019072.tif 000005
【図４】
2020019072.tif 000006
【図５】
2020019072.tif 000007
【図６】
2020019072.tif 000008