(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抑制するための振動抑制方法であって、
振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、
びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する第２工程と、
判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記回転軸の回転速度を前記安定回転速度へと変更する第３工程と
を実行することを特徴とする振動抑制方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記安定回転速度を採用しない場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の振動抑制方法。
【請求項３】
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抑制するための振動抑制方法であって、
振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、
びびり振動が検出されると、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、
判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記指令を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させる第３工程と
を実行することを特徴とする振動抑制方法。
【請求項４】
前記第３工程において、前記指令を採用するか否かとは別に、前記指令が前記回転軸において実行可能であるか否かを判定し、前記指令を採用し、且つ、前記指令が実行可能である場合に、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させることを特徴とする請求項３に記載の振動抑制方法。
【請求項５】
前記第３工程において、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させない場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の振動抑制方法。
【請求項６】
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抑制するための振動抑制方法であって、
振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、
びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出するとともに、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、
判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかを判定し、その判定結果に応じて前記回転軸の回転速度を制御する第３工程と
を実行することを特徴とする振動抑制方法。
【請求項７】
前記第３工程において、前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかとは別に、前記指令が前記回転軸において実行可能であるか否かを判定し、前記指令を採用し、且つ、前記指令が実行可能である場合に、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を制御することを特徴とする請求項６に記載の振動抑制方法。
【請求項８】
前記第３工程において、前記指令が実行不可能である場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする請求項７に記載の振動抑制方法。
【請求項９】
前記判定基準値が、所定の回転速度、びびり振動のびびり周波数、安定限界線図における極大値間の間隔、びびり振動によって切削面に転写される波の数、現在の回転速度と安定回転速度との差、及び現在の切込量と安定回転速度における切込量との差のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の振動抑制方法。
【請求項１０】
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抑制するための振動抑制装置であって、
びびり振動を検出するための振動検出手段と、
びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、
前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記回転軸の回転速度を前記安定回転速度へと変更する判定手段と
を備えていることを特徴とする振動抑制装置。
【請求項１１】
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抑制するための振動抑制装置であって、
びびり振動を検出するための振動検出手段と、
びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、
前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記指令を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させる判定手段と
を備えていることを特徴とする振動抑制装置。
【請求項１２】
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抑制するための振動抑制装置であって、
びびり振動を検出するための振動検出手段と、
びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、
びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、
前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかを判定し、その判定結果に応じて前記回転軸の回転速度を制御する判定手段と
を備えていることを特徴とする振動抑制装置。
【請求項１３】
びびり振動が発生している旨を含む表示を行う表示手段を備えたことを特徴とする請求項１０〜１２の何れかに記載の振動抑制装置。
【請求項１４】
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抑制するための振動抑制方法であって、
振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、
びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出するとともに、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、
判定手段により、前記安定回転速度へ前記回転軸の回転速度を変更する第１制御と、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動する第２制御との何れか一方の制御を選択して実行した後、所定時間内にびびり振動が再び検出されると、他方の制御を実行することを特徴とする振動抑制方法。
【請求項１５】
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抑制するための振動抑制装置であって、
びびり振動を検出するための振動検出手段と、
びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、
びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、
前記安定回転速度へ前記回転軸の回転速度を変更する第１制御と、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動する第２制御との何れか一方の制御を選択して実行した後、所定時間内にびびり振動が再び検出されると、他方の制御を実行する判定手段と
を備えていることを特徴とする振動抑制装置。
【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、加工中に発生するびびり振動を抑制するための振動抑制方法、及び該振動抑制方法を実行する振動抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸を回転させて加工を行う工作機械における振動抑制方法としては、たとえば特許文献１に記載の方法が知られている。この振動抑制方法は、加工面の仕上げ精度悪化や工具の破損等の原因となる再生型のびびり振動を抑制するため、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を求め、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安定回転速度とし、該安定回転速度にて回転軸を回転させるものである。
【０００３】
また、上記再生型のびびり振動の特性を表すものとしては、図４に示すような安定限界線図が周知となっている（たとえば非特許文献１）。安定限界線図とは、回転軸の回転速度とびびり振動が生じない限界切込量との関係を示したものであり、波形として表れる安定限界線よりも上側（切込量が大きい側）の領域でびびり振動が生じる。したがって、上記特許文献１に記載の方法では、この安定限界線図において限界切込量が極大値となる回転速度を安定回転速度として算出することに相当する。してみると、上記特許文献１に記載の方法によれば、限界切込量の極大値と極小値との差が大きな領域、すなわち回転軸の回転速度が高速となる領域において有効であるものの、限界切込量の極大値と極小値との差が小さい低速の領域では、あまり効果を期待することができないと言える。
【０００４】
一方、回転軸の回転速度を、所定の平均回転速度を基準として所定の振幅及び周期で変動させることにより、再生型のびびり振動を抑制する技術も考案されている（たとえば特許文献２）。そして、該技術では、回転速度が低速であるほど再生型のびびり振動を効果的に抑制可能であることが知られている（たとえば非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４０６２７号公報
【特許文献２】特開昭４９−１０５２７７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】２００１年日本機械学会講習会資料「切削加工、びびり振動の基礎知識」
【非特許文献２】「びびり振動抑制効果に影響を及ぼす因子の解析」精密機械４２巻１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、回転軸の回転速度が高速の領域に含まれるか低速の領域に含まれるかによって、再生型のびびり振動を効果的に抑制する手法は異なる。しかしながら、高速の領域と低速の領域とを区別する境界となる回転速度は、切込量などの加工条件や回転軸系の固有振動数など様々な因子に影響される。したがって、実際の加工中において再生型のびびり振動が発生した場合、現在の回転速度が高速の領域に含まれるか、それとも低速の領域に含まれるかといったことを作業者自身が判断することは困難であり、効果的でない振動抑制方法を採用してしまうことも考えられる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、びびり振動の抑制に効果的な抑制制御を確実に採用することができる、言い換えれば効果的でない抑制制御については継続的に採用しない振動抑制方法及び振動抑制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】
【０００９】
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抑制するための振動抑制方法であって、振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する第２工程と、判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記回転軸の回転速度を前記安定回転速度へと変更する第３工程とを実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明における前記第３工程において、前記安定回転速度を採用しない場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、請求項３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抑制するための振動抑制方法であって、振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、びびり振動が検出されると、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づく回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記指令を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させる第３工程とを実行することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明における前記第３工程において、前記指令を採用するか否かとは別に、前記指令が前記回転軸において実行可能であるか否かを判定し、前記指令を採用し、且つ、前記指令が実行可能である場合に、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明における前記第３工程において、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させない場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記目的を達成するために、請求項６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抑制するための振動抑制方法であって、振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出するとともに、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、判定手段により、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかを判定し、その判定結果に応じて前記回転軸の回転速度を制御する第３工程とを実行することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明における前記第３工程において、前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかとは別に、前記指令が前記回転軸において実行可能であるか否かを判定し、前記指令を採用し、且つ、前記指令が実行可能である場合に、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を制御することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明における前記第３工程において、前記指令が実行不可能である場合には、表示手段により、びびり振動が発生している旨を含む表示を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れかに記載の発明において、前記判定基準値が、所定の回転速度、びびり振動のびびり周波数、安定限界線図における極大値間の間隔、びびり振動によって切削面に転写される波の数、現在の回転速度と安定回転速度との差、及び現在の切込量と安定回転速度における切込量との差のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、請求項１０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抑制するための振動抑制装置であって、びびり振動を検出するための振動検出手段と、びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記回転軸の回転速度を前記安定回転速度へと変更する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記目的を達成するために、請求項１１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抑制するための振動抑制装置であって、びびり振動を検出するための振動検出手段と、びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記指令を採用するか否かを判定し、採用する場合には前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動させる判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、上記目的を達成するために、請求項１２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抑制するための振動抑制装置であって、びびり振動を検出するための振動検出手段と、びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、前記振動検出手段による検出値、所定の設定値、及び／又は検出値や設定値に基づいて算出される現在値と予め設定されている所定の判定基準値とを比較するとともに、その比較結果に応じて前記安定回転速度を採用するか又は前記指令を採用するかを判定し、その判定結果に応じて前記回転軸の回転速度を制御する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜１２の何れかに記載の発明において、びびり振動が発生している旨を含む表示を行う表示手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、請求項１４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抑制するための振動抑制方法であって、振動検出手段により、びびり振動を検出する第１工程と、びびり振動が検出されると、安定回転速度演算手段により、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出するとともに、速度変動制御手段により、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する第２工程と、判定手段により、前記安定回転速度へ前記回転軸の回転速度を変更する第１制御と、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動する第２制御との何れか一方の制御を選択して実行した後、所定時間内にびびり振動が再び検出されると、他方の制御を実行することを特徴とする。
【００１８】
加えて、上記目的を達成するために、請求項１５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抑制するための振動抑制装置であって、びびり振動を検出するための振動検出手段と、びびり振動が検出されると、該びびり振動を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算手段と、びびり振動が検出されると、入力又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令を作成する速度変動制御手段と、前記安定回転速度へ前記回転軸の回転速度を変更する第１制御と、前記指令に基づき前記回転軸の回転速度を変動する第２制御との何れか一方の制御を選択して実行した後、所定時間内にびびり振動が再び検出されると、他方の制御を実行する判定手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、安定回転速度へ回転軸の回転速度を変更する制御、及び／又は予め設定された基準回転速度、振幅、及び周期を含む変動パラメータに基づき回転速度を変動させる制御の有効性の有無を判定し、有効な制御を実行する、又は、有効でない制御を継続的に実行しない。したがって、「びびり振動」の抑制に効果が期待できない振動抑制制御を継続してしまうような事態を防止することができる。
また、表示手段を設けることにより、、作業者に「びびり振動」の発生を確実に把握させることができ、ひいては切込量の変更等といった対策をとるように促したり、変動パラメータの再入力を促したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態における振動抑制装置のブロック構成を示した説明図である。
【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】安定限界線図の一例を示した説明図である。
【図５】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６】安定限界線図を用いた評価指数の一例を示した説明図である。
【図７】第２の実施形態における振動抑制装置のブロック構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態となる振動抑制方法及び振動抑制装置について、図面にもとづき詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態である振動抑制装置１０のブロック構成を示した説明図である。図２は、振動抑制の対象となる回転軸ハウジング１を側方から示した説明図であり、図３は、回転軸ハウジング１を軸方向から示した説明図である。
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に生じる「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に生じる振動に伴う特性値であ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、該振動センサ２ａ〜２ｃによる検出値を解析して「びびり振動」の発生の有無を判断し、その判断結果に基づいて回転軸３の回転速度を制御する制御装置５とを備えてなる。
【００２３】
振動センサ２ａ〜２ｃは、図２及び図３に示す如く回転軸ハウジング１に取り付けられており、一の振動センサは、他の振動センサに対して直角方向への時間領域の振動加速度を検出するようになっている（たとえば、振動センサ２ａ〜２ｃにて、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出するように取り付ける）。
【００２４】
一方、制御装置５は、振動センサ２ａ〜２ｃから検出される時間領域の振動加速度をもとにした解析を行うことにより周波数領域の振動加速度（周波数軸上の振動加速度）を求め、その最大値が所定の閾値を超えたことをもって「びびり振動」の発生を検出する振動検出装置１１と、「びびり振動」が検出された際に、該「びびり振動」を抑制するための安定回転速度を算出する安定回転速度演算装置１２と、工具刃数Ｚや切込量等といった種々の加工条件を保持する加工条件保持装置１３と、算出された安定回転速度を採用するか否か、すなわち安定回転速度が「びびり振動」の抑制に効果的であるか否かを判定する判定装置１４と、該判定装置１４における判定のための判定基準値を保持する判定基準保持装置１５と、回転軸ハウジング１における回転軸３の回転速度を制御する回転速度制御装置１６と、算出した安定回転速度では「びびり振動」を効果的に抑制できない場合等に警告表示する表示装置１７とを備えている。尚、加工条件保持装置１３が保持する加工条件や判定基準保持装置１５が保持する判定基準値については、加工に先立って作業者により予め入力されている。
【００２５】
ここで、振動抑制装置１０による「びびり振動」の振動抑制制御について説明する。
まず、判定基準値として所定の判定回転速度を判定基準保持装置１５に保持させる。この判定回転速度とは作業者によって予め任意に定められるもので、たとえば安定限界線図を作成したところ、図４に示すような安定限界線図が得られた場合、限界切込量の極大値と極小値との差が十分に大きくなる５０００ｍｉｎ−１を判定回転速度として保持させる等すればよい。それから、制御装置５による制御のもと、回転軸３が所定の回転速度で回転し始め、加工が開始されると、振動検出装置１１は、回転中に常時検出される振動センサ２ａ〜２ｃにおける時間領域の振動加速度のフーリエ解析を行い、図５に示すような、回転軸３の周波数と、その周波数における回転軸３の周波数領域の振動加速度との関係を解析するとともに、周波数領域の振動加速度の最大値（最大加速度であって、図５中の振動６）が予め設定されている所定の閾値を超えたか否かを監視して、「びびり振動」の発生を検出する。そして、周波数領域の振動加速度の最大値が閾値を超えた場合には、回転軸３に抑制すべき「びびり振動」が生じているとして、安定回転速度演算装置１２では、たとえば上記特許文献１や非特許文献１に記載されているような演算式を用いて安定回転速度を算出する。
【００２６】
次に、判定装置１４において、安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度（現在値）と判定回転速度とを比較し、安定回転速度が判定回転速度以上であるか否かを判定する。そして、安定回転速度が判定回転速度以上である場合、当該安定回転速度は、図４で示す安定限界線図において右側の限界切込量の極大値と極小値との差が大きな領域に含まれることになる。そこで、その安定回転速度は「びびり振動」の抑制に効果のある回転速度であるとして採用し、回転速度制御装置１６を介して回転軸３の回転速度を安定回転速度へと変更する。一方、安定回転速度が判定回転速度未満である場合、当該安定回転速度は、図４で示す安定限界線図において左側の限界切込量の極大値と極小値との差が小さい領域に含まれることになる。つまり、その安定回転速度へと回転速度を変更したところで、上述したように「びびり振動」を効果的に抑制することができない。そこで、判定装置１４は、安定回転速度を採用せず（つまり、回転速度の変更を行わず）、表示装置１７により「びびり振動」が発生していることを報知し、たとえば切込量の変更等の対策をとるように作業者に促す。
【００２７】
なお、上記振動抑制制御においては、判定回転速度の一例として５０００ｍｉｎ−１を挙げているが、判定回転速度が当該回転速度に限定されないことは言うまでもない。
また、判定基準値としては、判定回転速度以外にも以下のものが考えられる。たとえば最大加速度をとる周波数（びびり周波数）に着目してもよい。つまり、安定回転速度の間隔（安定限界線図における極大値間の間隔）は回転軸３系の固有振動数、ひいてはびびり周波数に依存するため、びびり周波数が高くなるほど間隔が密になる（安定限界線図における左側の領域）。したがって、所定のびびり周波数を判定周波数（判定基準値）として予め判定基準保持装置１５に保持させ、判定装置１４では、振動検出装置１１において検出されたびびり周波数（現在値）が判定周波数以下であるか否かを判定し、判定周波数以下である場合には安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度を採用する一方、判定周波数よりも高い場合には安定回転速度を採用せずに警告表示等を行うといった構成としてもよい。
【００２８】
さらに、判定基準値として、非特許文献１にもとづくと下記式（１）及び（２）によって近似的に求められる安定回転速度の間隔ΔＳを採用してもよい。
尚、式（１）及び（２）におけるｆｃはびびり周波数（上記びびり周波数と同じ）、Ｚは工具刃数である。また、式（１）におけるｋは「びびり振動」によって切削面に転写される波の数であり、式（２）で求められる。また、式（２）におけるｆｌｏｏｒ（）は括弧内の数値を超えない最大の整数を表し、Ｓｃは回転速度である。
【００２９】
【数１】
0005525411.tif 000002
【００３０】
【数２】
0005525411.tif 000003
【００３１】
そして、所定の間隔を判定間隔（判定基準値）として予め判定基準保持装置１５に保持させ、判定装置１４では、振動検出装置１１において検出されたびびり周波数にもとづいて上記式（１）及び（２）にもとづいて間隔ΔＳ（現在値）を算出するとともに、算出した間隔ΔＳが判定間隔以上であるか否かを判定し、判定間隔以上である場合には安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度を採用する一方、判定間隔未満である場合には安定回転速度を採用せずに警告表示等を行うといった構成としてもよい。
また、上記式（１）及び（２）によれば、間隔ΔＳと波の数ｋとは、波の数ｋが大きくなればなるほど間隔ΔＳは小さくなるという関係にある。そこで、波の数ｋに着目し、所定の波の数を判定波数（判定基準値）として予め判定基準保持装置１５に保持させ、判定装置１４では、検出されたびびり周波数等にもとづいて算出した波の数ｋ（現在値）と判定波数との比較により、安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度を採用するか否かを決定する（波の数ｋが判定波数以下である場合には安定回転速度を採用し、判定波数よりも大きい場合には安定回転速度を採用せずに警告表示等を行う）ように構成してもよい。
【００３２】
さらに、別の変更例としては、回転軸３の現在の回転速度と算出された安定回転速度との差に着目してもよい。すなわち、回転軸３の現在の回転速度と安定回転速度との差が小さい場合、たとえ安定回転速度へと変更したところで「びびり振動」の抑制効果は小さいと考えられる。そこで、所定の回転速度差を判定回転速度差（判定基準値）として予め判定基準保持装置１５に保持させ、判定装置１４では、安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度と現在の回転速度との回転速度差（現在値）と判定回転速度差との比較により、該安定回転速度を採用するか否かを決定する（回転速度差が判定回転速度差以上である場合には安定回転速度を採用し、判定回転速度差未満である場合には安定回転速度を採用せずに警告表示等を行う）ように構成してもよい。
【００３３】
さらにまた、別の変更例としては、安定回転速度への回転速度の変更に伴う限界切込量の変化に着目してもよい。すなわち、再生型の「びびり振動」の場合、一般的に「びびり振動」の大きさは限界切込量よりもどれだけ深く切り込んでいるかに依存するため、回転速度を安定回転速度へと変更した際に「びびり振動」をどれだけ抑制することができるかは、変更前の回転速度における限界切込量に対して安定回転速度における限界切込量がどれだけ向上するかに依存することになる。そこで、安定回転速度における限界切込量と現在（変更前）の回転速度における限界切込量（該現在の回転速度における切込量については安定限界線図から求めてもよいし、既知である場合には既知の切込量を採用すればよい）との差を評価指数（その例を図６に示す）とする。そして、所定の評価指数を判定評価指数（判定基準値）として予め判定基準保持装置１５に保持させ、判定装置１４では、安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度にもとづいて得た評価指数（現在値）と判定評価指数との比較により、安定回転速度を採用するか否かを決定する（評価指数が判定評価指数以上である場合には安定回転速度を採用し、判定評価指数未満である場合には安定回転速度を採用せずに警告表示等を行う）ように構成してもよい。尚、該安定限界線図を求める手法については、非特許文献１に基づいて回転軸３系のモーダルパラメータから作成してもよいし、予めインパルス加振等を行って求めたり、たとえば「２００８年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集『エンドミル加工における実験結果を利用した伝達関数の逆同定』」等に記載されているような公知の方法を採用して加工中に随時作成してもよい。そして、作成した安定限界線図については、たとえば判定基準保持装置１５に保持すればよい。
【００３４】
加えて、判定に際して上述した方法を２つ以上組み合わせてもよい。すなわち、上記評価指数による判定方法は他の方法と比較して煩雑ではあるものの精度が高い。そこで、評価指数を用いない方法で第１の判定を簡易判定として行い、その後評価指数を用いた方法で詳細判定を実行する（たとえば第１の判定で安定回転速度を採用しないと判定した場合には第２の判定を実行し、第２の判定でも安定回転速度を採用しないと判定して初めて警告表示を行う等）ように構成することも可能である。
【００３５】
以上のような振動抑制制御を実行する振動抑制装置１０によれば、振動検出装置１１において「びびり振動」を検出すると、安定回転速度演算装置１２において安定回転速度を算出するとともに、判定装置１４において算出した安定回転速度が「びびり振動」の抑制に効果があるか否かを判定、すなわち安定回転速度が所謂高速の領域に含まれるか否かを判定し、その判定結果に応じて回転軸３の回転速度を安定回転速度へと変更する。したがって、「びびり振動」の抑制に効果が期待できない安定回転速度のまま加工を継続してしまうような事態を防止することができる。
また、安定回転速度が「びびり振動」の抑制に効果なしと判定した場合には、回転軸３の回転速度を変更することなく、表示装置１７において「びびり振動」が発生している旨を含む警告表示を行う。したがって、作業者に「びびり振動」の発生を確実に把握させることができ、ひいては切込量の変更等といった対策をとるように促すことができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態である振動抑制装置２０のブロック構成を示した説明図である。尚、第１の実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を示すとともに、その詳細な説明を省略する。
振動抑制装置２０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に生じる「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、該振動センサ２ａ〜２ｃによる検出値を解析して「びびり振動」の発生の有無を判断し、その判断結果に基づいて回転軸３の回転速度を制御する制御装置２１とを備えてなる。そして、振動センサ２ａ〜２ｃは、上記第１の実施形態と同様に、回転軸ハウジング１へ取り付けられている。
【００３７】
また、制御装置２１は、第１の実施形態と同様の振動検出装置１１、安定回転速度演算装置１２と、加工条件保持装置１３、判定基準保持装置１５、回転速度制御装置１６、及び表示装置１７と、回転軸３の回転速度を、入力された平均回転速度を基準として、入力された振幅及び周期で変動させるための指令を作成する速度変動制御装置２２と、回転軸ハウジング１における回転部イナーシャや回転速度と定格トルクとの相関等を保持する機械特性保持装置２３と、安定回転速度演算装置１２で算出された安定回転速度を採用するか、それとも速度変動制御装置２２で作成された指令を採用するか等を判定する判定装置２４とを備えている。尚、機械特性保持装置２３に保持される回転部イナーシャとは、回転軸ハウジング１を有する工作機械がマシニングセンタである場合は回転軸３のロータ及び回転軸３に装着される工具のイナーシャであり、回転軸ハウジング１を有する工作機械が旋盤である場合はロータ及びチャック部、被加工物を含めたイナーシャである。
【００３８】
ここで、振動抑制装置２０による「びびり振動」の振動抑制制御について説明する。
まず、第１の実施形態において例示したような所定の判定基準値（たとえば判定回転速度等）を判定基準保持装置１５に保持させる。それから、制御装置２１による制御のもと、回転軸３が所定の回転速度で回転し始め、加工が開始されると、振動検出装置１１によって「びびり振動」の発生の有無を検出し、「びびり振動」の発生を検出すると安定回転速度演算装置１２において安定回転速度を算出する。そして、判定装置２４では、算出した安定回転速度を採用するか否かを、所定の検出値や演算値と判定基準値との比較により判定し、採用すると判定した際には、回転速度制御装置１６を介して、回転軸３の回転速度を安定回転速度へと変更する。
【００３９】
一方、安定回転速度を採用しないと判定した場合、表示装置１７において作業者に回転速度を変動させるための基準となる基準回転速度、変動の振幅、及び変動の周期（以下、合わせて変動パラメータと称す）を入力するよう促す。そして、作業者により基準回転速度、振幅、及び周期が入力されると、速度変動制御装置２２において、その変動パラメータに基づき回転速度を変動させるための指令が作成され、判定装置２４へ入力される。すると、判定装置２４では、機械特性保持装置２３に保持されている情報にもとづいて、変動パラメータに基づく変動が実現可能であるか否かを判定する。すなわち、該変動パラメータに基づく変動を実現させるに際して必要なモータのトルクが、回転軸３のモータのトルク最大値を超えるか否かを判定する。そして、必要なモータのトルクが回転軸３のモータのトルク最大値を超えない場合には、速度変動制御装置２２で作成された指令を採用し、回転速度制御装置１６を介して、回転軸３の回転速度を入力された変動パラメータにもとづいて変動させる。一方、必要なモータのトルクが回転軸３のモータのトルク最大値を超える場合には、速度変動制御装置２２で作成された指令を採用せず、表示装置１７において「びびり振動」が発生していることを再度報知するとともに、たとえば変動パラメータの再入力を促すといった警告表示を行う。
【００４０】
なお、上記振動抑制制御においては、安定回転速度を採用しないと判定した場合に、回転速度を入力された変動パラメータに基づき変動させるという構成としているが、安定回転速度を採用したにも拘わらず、安定回転速度へ変更してから所定時間内に「びびり振動」が抑制できなかった場合にも、回転速度を入力された変動パラメータに基づき変動させるように構成することも可能である。
また、作業者の入力に応じて速度変動制御装置２２が指令を作成する構成としているが、速度変動制御装置２２に基準回転速度や振幅、周期等の変動パラメータを予め設定しておくことにより、安定回転速度を採用しない場合、速度変動制御装置２２において自動的に指令を作成するような構成とすることも可能である。
【００４１】
さらに、判定基準値を用いた判定を行わず、「びびり振動」を検出すると、まず安定回転速度による「びびり振動」の抑制を試み、たとえば安定回転速度へ変更してから所定時間内に再び「びびり振動」が検出されたこと等をもって、判定装置２４が安定回転速度による振動抑制効果なしと判定し、回転速度を入力（若しくは予め設定）された変動パラメータに基づき変動させる方法を採用するといった構成を採用してもよい。
また逆に、「びびり振動」を検出すると、まず回転速度を入力（若しくは予め設定）された変動パラメータに基づき変動させることによる「びびり振動」の抑制を試み、たとえば当該方法を実行して所定時間内に再び「びびり振動」が検出されたこと等をもって、判定装置２４が回転速度の変動に係る方法による振動抑制効果なしと判定し、安定回転速度へと回転速度を変更するように構成することも可能である。
加えて、上記第２の実施形態において、安定回転速度への変更といった技術を有しておらず、判定装置２４では、所定の検出値や演算値と判定基準値との比較により、回転速度を入力（若しくは予め設定）された変動パラメータに基づき変動させるか否かのみを判定するような構成としてもよい。
【００４２】
以上のような振動抑制制御を実行する振動抑制装置２０によれば、判定装置２４が、所定の検出値や演算値と判定基準値との比較や実際の振動抑制制御を実行した結果等により、「びびり振動」の抑制に効果のある振動抑制制御を選択するため、「びびり振動」の抑制に効果が期待できない振動抑制制御を継続してしまうような事態を防止することができる。
また、判定装置２４では、回転軸３の回転速度を入力（若しくは予め設定）された変動パラメータに基づき変動させるにあたり、該変動が実現可能であるか否かを判定し、実現不可能な変動パラメータが入力（若しくは予め設定）されていた場合には、表示装置１７において変動パラメータの再入力を促す等の警告表示を行うため、何ら状況が変化しないまま加工が継続されるといった事態も防止することができる。
【００４３】
なお、本発明に係る振動抑制方法及び振動抑制装置は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、検出手段、制御装置、及び制御装置における振動抑制の制御等に係る構成を、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。
【００４４】
たとえば、上記実施形態では、振動センサにより回転軸の振動加速度を検出するよう構成しているが、振動による回転軸の変位や音圧を検出し、当該変位や音圧にもとづいて最適回転速度を算出したり、回転軸や該回転軸を送るための送り軸モータの電流値をもとに振動加速度を検出するように構成することも可能である。
また、びびり振動の検出に際し、周波数領域の振動加速度が最大値を示す波形のみではなく、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）の波形を用いるようにし、「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、上記実施形態では、工作機械の回転軸における振動を検出する構成としているが、回転しない側（固定側）の振動を検出し、最適回転速度を算出するように構成してもよいし、工具を回転させ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といった工作機械にも適用可能である。尚、検出手段の設置位置や設置数等を、工作機械の種類、大きさ等に応じて適宜変更してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１・・回転軸ハウジング、２ａ、２ｂ、２ｃ・・振動センサ（振動検出手段）、３・・回転軸、５、２１・・制御装置、１０、２０・・振動抑制装置、１１・・振動検出装置（振動検出手段）、１２・・安定回転速度演算装置（安定回転速度演算手段）、１３・・加工条件保持装置、１４、２４・・判定装置（判定手段）、１５・・判定基準保持装置、１６・・回転速度制御装置、１７・・表示装置（表示手段）、２２・・速度変動制御装置（速度変動制御手段）、２３・・機械特性保持装置。
【図１】
0005525411.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005525411.tif 000009
【図７】
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