(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検出する検出手段と、前記びびり振動を抑制するための安定回転速度を演算する演算手段と、前記演算手段により算出された安定回転速度を表示する表示手段とを備えた回転速度演算装置であって、
前記演算手段では、下記演算式（１）を用い、ｋ値を１ずつ増加させながら安定回転速度を順に演算するとともに、
前記安定回転速度の算出に用いたｋ値と、所定の整数値であって、当該値をｋ値として用いて算出した安定回転速度とその値よりも１少ない値をｋ値として算出した安定回転速度との差にもとづいて設定された所定の設定値とを比較し、前記所定の設定値を下回るｋ値を用いて算出した安定回転速度については前記表示手段へ表示する一方、前記所定の設定値を超えるｋ値を用いて算出した安定回転速度については前記表示手段へ表示しない表示決定手段が設けられていることを特徴とする回転速度演算装置。
演算式（１）：安定回転速度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
尚、ｋ値は任意の整数である。
【請求項２】
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、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検出する検出手段と、前記びびり振動を抑制するための安定回転速度を演算する演算手段と、前記演算手段により算出された安定回転速度を表示する表示手段とを備えた回転速度演算装置であって、
前記演算手段では、下記演算式（１）を用い、ｋ値を１ずつ増加させながら安定回転速度を順に演算するとともに、
今回算出した安定回転速度と直前のｋ値を用いて算出した安定回転速度との差を求め、当該差と所定の設定値とを比較し、当該差が前記所定の設定値を上回る場合には今回算出した安定回転速度を前記表示手段へ表示する一方、前記所定の設定値を下回る場合には今回算出した安定回転速度を前記表示手段へ表示しない表示決定手段が設けられていることを特徴とする回転速度演算装置。
演算式（１）：安定回転速度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
尚、ｋ値は任意の整数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、加工中に振動が発生した際に当該振動を抑制可能な安定回転速度を演算し表示する回転速度演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工面の仕上げ精度悪化の原因となるびびり振動を抑制するための方法としては、以下の方法が知られている。まず、工具やワーク等といったびびり振動が生じる系の固有振動数、又はびびり振動が生じる系の加工中のびびり周波数を求める。次に、固有振動数又はびびり周波数を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安定回転速度として算出する。そして、当該安定回転速度にて加工を行うことにより、加工中に発生するびびり振動の抑制を図るというものである。
そして、上記従来の方法を実行する振動抑制装置において、びびり振動の発生や算出した安定回転速度を作業者に知らせるための表示部を設けたものが考案されている（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記方法によれば、安定回転速度を算出するにあたって所定の整数で除すといった演算を行うため、安定回転速度は、理論上求められる最大値に対して１／２、１／３、１／４・・・と離散的に求めることができる。しかしながら、この分数が小さくなる（すなわち所定の整数を大きくする）にしたがって、算出される安定回転速度の間隔も次第に密となる。したがって、安定回転速度とそうでない回転速度とについてびびり状態の差もなくなってしまい、そのような安定回転速度としたところでびびり振動を抑制できない。
しかしながら、上記特許文献１に記載の振動抑制装置によれば、分数が小さくびびり振動の抑制を期待できないような安定回転速度についても表示し、作業者に知らせてしまうため、使い勝手が悪いという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、算出した安定回転速度を表示するか否かを決定し、びびり振動を抑制できないような安定回転速度を作業者に知らせることのない回転速度演算装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検出する検出手段と、前記びびり振動を抑制するための安定回転速度を演算する演算手段と、前記演算手段により算出された安定回転速度を表示する表示手段とを備えた回転速度演算装置であって、前記演算手段では、下記演算式（１）を用い、ｋ値を１ずつ増加させながら安定回転速度を順に演算するとともに、前記安定回転速度の算出に用いたｋ値と、所定の整数値であって、当該値をｋ値として用いて算出した安定回転速度とその値よりも１少ない値をｋ値として算出した安定回転速度との差にもとづいて設定された所定の設定値とを比較し、前記所定の設定値を下回るｋ値を用いて算出した安定回転速度については前記表示手段へ表示する一方、前記所定の設定値を超えるｋ値を用いて算出した安定回転速度については前記表示手段へ表示しない表示決定手段が設けられていることを特徴とする。
演算式（１）：安定回転速度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
尚、ｋ値は任意の整数である。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項２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、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を検出する検出手段と、前記びびり振動を抑制するための安定回転速度を演算する演算手段と、前記演算手段により算出された安定回転速度を表示する表示手段とを備えた回転速度演算装置であって、前記演算手段では、下記演算式（１）を用い、ｋ値を１ずつ増加させながら安定回転速度を順に演算するとともに、今回算出した安定回転速度と直前のｋ値を用いて算出した安定回転速度との差を求め、当該差と所定の設定値とを比較し、当該差が前記所定の設定値を上回る場合には今回算出した安定回転速度を前記表示手段へ表示する一方、前記所定の設定値を下回る場合には今回算出した安定回転速度を前記表示手段へ表示しない表示決定手段が設けられていることを特徴とする。
演算式（１）：安定回転速度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝
尚、ｋ値は任意の整数である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、安定回転速度の算出に用いたｋ値若しくは今回算出した安定回転速度と直前のｋ値を用いて算出した安定回転速度との差と、所定の設定値との比較とを比較し、ｋ値が所定の設定値を下回る場合や、安定回転速度の差が所定の設定値を上回る場合についてのみ安定回転速度を表示手段に表示する表示決定手段を設けている。そのため、ｋ値が所定の設定値よりも大きい安定回転速度や安定回転速度同士の差がほとんどないような回転速度、すなわちびびり振動を効果的には抑制できないような安定回転速度については表示しない。したがって、表示手段には、びびり振動の抑制に比較的有効な安定回転速度のみが表示されることになり、作業者にとって使い勝手が良い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】振動抑制装置のブロック構成説明図である。
【図２】回転軸ハウジングを側方から示した説明図である。
【図３】回転軸ハウジングを軸方向から示した説明図である。
【図４】時間領域の振動加速度のフーリエ解析結果の一例を示した説明図である。
【図５】びびり振動の抑制制御に係るフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態となる振動抑制装置に内蔵された回転速度演算装置について図面をもとに詳細に説明する。
【００１０】
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に発生する「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、振動センサ２ａ〜２ｃによる検出値をもとにして回転軸３の回転速度を制御する制御装置５とからなる。
【００１１】
振動センサ２ａ〜２ｃは、図２や図３に示すように、互いに直角となる方向における時間領域の振動加速度を検出すべく、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出可能な状態で、回転軸ハウジング１に取り付けられている。
【００１２】
また、制御装置５は、振動センサ２ａ〜２ｃにより検出された時間領域の振動加速度をもとにフーリエ解析を行うＦＦＴ演算装置１１と、ＦＦＴ演算装置１１で算出された値にもとづいて安定回転速度の算出等を行う演算装置１２と、回転軸ハウジング１での加工を制御するＮＣ装置１３と、ＮＣ装置１３に回転速度等を指令するための操作部１４と、演算装置１２で算出した安定回転速度を表示する表示装置１５とを備えている。
【００１３】
ここで、上述したような振動抑制装置１０による「びびり振動」の振動抑制方法について、図５のフローチャートをもとに説明する。
まず、ＦＦＴ演算装置１１では、振動センサ２ａ〜２ｃによって回転軸３の回転中に常時検出される時間領域の振動加速度についてフーリエ解析を行い（Ｓ１）、図４に示すような最大加速度（周波数領域の振動加速度）及びその周波数４（びびり周波数）を常時計算している（Ｓ２）。なお、時間領域の振動加速度についてフーリエ解析を行うと、周波数と周波数領域の振動加速度との関係を示す図４のような波形が複数パターン取得されるが、本実施形態では、周波数領域の振動加速度が最大となる波形を用いる。
【００１４】
次に、演算装置１２では、ＦＦＴ演算装置１１において算出された周波数領域の振動加速度と予め設定されている所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合（例えば、図４における周波数４での周波数領域の振動加速度が検出された場合）には、回転軸３に抑制すべき「びびり振動」が発生しているとして、下記演算式（１）により安定回転速度を算出する（Ｓ４）。
安定回転速度＝｛６０×びびり周波数／（工具刃数×（ｋ値＋１））｝  ・・・（１）
尚、「工具刃数」は、回転軸３に装着されている工具の刃数であって、予め演算装置１２に入力され設定されているものとする。また、ｋ値は、０以上となる整数であって、具体的には０、１、２、３・・となり、最初はｋ＝０で安定回転速度を算出する。
【００１５】
上記Ｓ４において安定回転速度を算出すると、当該算出に使用したｋ値が所定の設定値（たとえば、２０）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ５）。そして、ｋ値が２０以下である場合（Ｓ５でＹＥＳ）には、Ｓ４で算出した安定回転速度を表示装置１５に表示する（Ｓ６）とともに、現在のｋ値に１を加えて新たなｋ値とし（Ｓ７）、この新たなｋ値を用いて上記演算式（１）により安定回転速度を算出する。そして、ｋ値が２０を超えるまで、安定回転速度の表示（Ｓ６）及びｋ値の更新（Ｓ７）を繰り返し、表示装置１５にはｋ＝０の場合の安定回転速度から、ｋ＝１の場合の安定回転速度、ｋ＝２の場合の安定回転速度・・と順に表示されることになる。
【００１６】
さらに、ｋ値が２０を超える（Ｓ５でＮＯ）と、当該ｋ値での安定回転速度を表示することなく、安定回転速度の演算を中止する。そして、作業者により、表示装置１５に表示している安定回転速度の中から何れかの安定回転速度が選択される（Ｓ８）と、ＮＣ装置１３は、回転軸３の回転速度を選択された安定回転速度に変更し、「びびり振動」が抑制されることになる。
【００１７】
以上のような振動抑制装置１０によれば、算出した安定回転速度を表示装置１５に表示するにあたって、安定回転速度の算出に用いたｋ値を確認する。そして、ｋ値が所定の設定値を超える安定回転速度、すなわち安定回転速度同士の差がほとんどなくなってしまい、びびり振動を効果的には抑制できないような安定回転速度については、表示装置１５に表示しない。したがって、表示装置１５には、びびり振動の抑制に比較的有効な安定回転速度のみが表示されることになり、作業者にとって使い勝手が良い。
【００１８】
なお、本発明の回転速度演算装置に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、びびり周波数の検出や振動抑制の制御に係る構成は勿論のこと、安定回転速度の表示／非表示の制御に係る構成等を、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。
【００１９】
たとえば、上記実施形態ではｋ値をもとに安定回転速度の表示／非表示を決定しているが、ｋ値を用いるのではなく、算出した安定回転速度と前回算出した安定回転速度との差を求め、その差が所定の設定値（たとえば、３０ｍｉｎ−１）を下回るような場合には安定回転速度を非表示とするような構成としても同様の効果がある。
また、安定回転速度の表示／非表示を決定するためのｋ値や回転速度の差と比較する設定値について、上記数値に限定されないことは言うまでもなく、ｋ値と比較する設定値が２０より大きな数値若しくは小さな数値であってもよいし、回転速度の差と比較する設定値が３０ｍｉｎ−１よりも大きな数値若しくは小さな数値であってもよい。
【００２０】
さらに、上記実施形態では、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の制御を行うようにしているが、周波数領域の振動加速度の値が上位となる複数（たとえば３つ）の波形を用いて安定回転速度を算出するようにして、安定回転速度による「びびり振動」の抑制効果の更なる向上を図ってもよい。
さらにまた、上記実施形態では、検出手段を振動センサとしているが、これに代えて、振動による回転軸の変位や音圧を検出可能な検出手段を採用することも可能である。さらにまた、振動センサを用いる場合であっても、上記実施形態の如く回転する側（すなわち回転軸）の振動を検出するのではなく、回転しない側の振動を検出して、安定回転速度を求めるようにしてもよい。
加えて、回転速度演算装置を振動抑制装置とは別個（すなわち、ＮＣ装置等とは別個）に設けてもよいし、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。さらには、検出手段の設置位置や個数等を、工作機械の種類、大きさに応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２１】
１・・回転軸ハウジング、２・・振動センサ（検出手段）、３・・回転軸、５・・制御装置、１０・・振動抑制装置、１１・・ＦＦＴ演算装置、１２・・演算装置（演算手段、表示決定手段）、１３・・ＮＣ装置、１４・・操作部、１５・・表示装置（表示手段）。
【図１】
0005385067.tif 000002
【図２】
0005385067.tif 000003
【図３】
0005385067.tif 000004
【図４】
0005385067.tif 000005
【図５】
0005385067.tif 000006