(57)【要約】【課題】  切削加工装置でびびり振動を抑制する。【解決手段】  切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定し、びびり振動があると判定された場合の加工状態の矯正方法であって、加工周波数から切削周波数とその高次周波数と、びびり周波数とその高次周波数を算出し、前記切削周波数と前記びびり周波数の位相差を小さくするような回転軸回転数を算出し、算出結果に基づいて切削加工条件を変更する。【選択図】  図８
2014140918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態の矯正方法であって、加工周波数から切削周波数とその高次周波数とびびり周波数とその高次周波数を算出し、前記切削周波数と前記びびり周波数の位相差を小さくするような回転軸回転数を算出し、前記算出結果に基づいて切削加工条件を変更することを特徴とする切削振動抑止方法。 
【請求項２】
算出した前記回転軸回転数の適否を判断し、前記判断結果が否であった場合には、工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで小さくすることを特徴とする請求項１記載の切削振動抑止方法。
【請求項３】
切削加工条件の演算制御装置であって、加工条件設定手段と、加工振動および周波数測定手段と、前記加工振動および周波数測定手段によって測定された信号からびびり指数を算出する手段と、前記びびり指数からびびり振動の有無を判定する手段と、びびり振動が発生している状態にあっては、切削周波数とびびり振動周波数を算出し、前記切削周波数とびびり振動周波数の位相差を算出する手段と、前記位相差を縮小するように工具回転数を補正する手段とを備えることを特徴とする切削加工条件の演算制御装置。
【請求項４】
工具と被服材の特性を記憶する手段と、加工する素材と加工形状を記憶する手段とを備え、前記補正後の工具回転数の適否を判断する手段と、前記補正後の工具回転数が否の場合には前記工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで低減する手段を備え、前記切り込み量の変更後に、前記工具の経路を演算制御することを特徴とする請求項３に記載の切削加工条件の演算制御装置。
【請求項５】
請求項３あるいは請求項４に記載の切削加工条件の演算制御装置で演算された切削条件を、通信インタフェイス装置でＮＣ装置に受け、前記切削条件と前記工具経路にて加工状態を制御可能な工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工で発生する振動を抑止する方法とその機能を備える演算制御装置、および工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として、特開２００８−２９０１８６号公報（特許文献１）がある。該広報には、切削加工中に生じる異常振動、いわゆるびびり振動を、振動を検出するセンサで検出し、びびり振動数領域の振動が所定の閾値を超えた場合に、びびり振動を抑制可能な回転軸の最適回転速度を算出する演算手段が開示されている。この手段では、まず、振動センサを回転軸ハウジングに取り付け、そのセンサから得られる振動加速度をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算装置でフーリエ解析を行い、最大加速度とその周波数（びびり振動数）を求める。予め設定された所定の閾値を最大加速度が超えた場合にびびり振動が発生しているとして、回転軸の回転数を制御してびびり振動の抑制を行なう方法が開示されている。
【０００３】
また、特開２０１２−２０６２３０号公報（特許文献２）では、回転軸用モータの電流値と周波数フィルタの組み合わせでびびり振動を検出する手段を開示している。この手段では、まず、回転軸を駆動するモータの電流から既知のトルク換算情報をもとにトルクに換算する。回転軸に設けられた、エンコーダから回転軸の角速度を求め、回転速度領域の周波数を遮断するローパスフィルタをトルク波形にかける。ローパスフィルタの遮断周波数を高周波にすることで、フィルタを通したトルク波形からびびり振動を検出する手法で、演算にデータ量を必要とするＦＦＴ装置によるフーリエ解析より短時間でびびり振動の検出が可能である技術を開示している。
【０００４】
特開２０１２−５６０５１号公報（特許文献３）では、回転軸に変位センサを装着し、この変位センサから得られる信号の自己相関係数の増減の態様でびびり振動の有無を識別するとともに、びびり振動を抑制する手段を開示している。時間経過に伴う自己相関係数の波形の極大値が、切れ刃が被削材に接触する周期からずれている場合、びびり振動が発生しているので、この状態をモニタすることでびびり振動の発生を検出できるとしている。また、時間経過に伴う自己相関係数波形の極大値と、切れ刃が被削材に接触する周期のずれを補正するように回転軸の回転数を増減することで、びびり振動が抑制できる技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９０１８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０６２３０号公報
【特許文献３】特開２０１２−５６０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される手法は、びびり振動をフーリエ変換によりびびり周波数における波形の振幅（スペクトルの大きさ）で評価し、スペクトルがあらかじめ定めた閾値を超えたらびびり振動と判定する。この閾値は、使用する工具や加工条件によって変化する。よって、加工工具やその加工条件に合わせた閾値をあらかじめ実験などで求めてデータとして保有しておかなければならないため、閾値を求めるのに莫大な時間を要する第一の課題があった。また、びびり振動の周波数が、スペクトルから一意に求められる現象のびびり振動を抑制する回転軸の回転数の求め方を示している。しかし、スペクトルを表示した結果、びびり振動による成分と切削振動の高次成分が混在する線図となると、線図のどの山谷がびびり振動成分によるものか識別でず、よって、びびり振動を抑制する根拠となるびびり振動の周波数が特定できない場合がある第二の課題があった。
【０００７】
特許文献２に示される手法は、びびり振動をローパスフィルタをかけたトルク波形から判定する。この手法も、かけるべきローパスフィルタの特性を、使用する工具や加工条件によって変える必要があり、その特性をあらかじめ実験などで決めるために莫大な時間を要する問題があった（第一の課題と同様）。
【０００８】
特許文献３に示される手法は、自己相関係数の時間変化の波形からびびり振動を判定するが、周期ずれだけでは加工結果に有害となる振幅のびびり振動か識別できず、何らかの、閾値で評価する必要がある欠点を有する。この閾値をあらかじめ準備しようとすると、工具と加工条件によって実験などで求めなくてはならず多大な時間を要する問題があった(第一の課題と同様)。また、自己相関係数の時間変化の波形の位相から、びびり振動を抑止する回転軸の回転数を求めるにあたって、位相を特定する波形がびびり振動によるものである確証がない課題があった(第二の課題と同様)。また、特許文献１および２では、回転軸の回転数を変更してびびり振動を抑止する手法を採用しているが、回転軸の回転数は、工具の切削速度を決定する主因子である。工具の切削速度は、工具摩耗を支配する因子であり、びびり振動を抑止するために速い切削速度を選定すると、切削工具が異常摩耗する現象を呈する第三の課題があった。
【０００９】
まとめると、以下のような課題があった。
【００１０】
（１）びびり振動を特定する閾値の決定に多大な時間を要する課題。
（２）びびり振動を抑止する根拠となる周波数の特定が困難な現象の課題。
（３）過度に速い回転軸の回転数を選定すると切削工具が異常摩耗する課題。
【００１１】
以上を鑑み、本発明の目的は、びびり振動の発生を検出して、びびり振動を抑止する加工条件を求めるにあたり、上述の課題（１）〜（３）の少なくとも１つ、あるいは全てを解決できること、すなわち、以下のような点を実現できる技術を提供することにある。
【００１２】
（１）びびり振動を特定する閾値の決定を短時間にして、費用を抑える。  
（２）びびり振動を抑止する根拠の特定を確実にする。
（３）工具を異常摩耗させないため、びびり振動抑止の選択肢を増やす。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の代表的な形態は、前述の切削加工にあたって発生するびびり振動の問題に対処するために、びびり振動発生を特定し、その周波数を求めて、工具に異常を生じない方法で切削振動を抑止する方法であり、以下に示す方法を用いることを特徴とする。
【００１４】
（１）加工で生じる振動をセンサで取得して、その振動データから切削周波数とびびり周波数および両者の大きさを算出する処理と、（２）算出結果から、びびり振動の発生有無を定量的に判定するびびり指数を求めて、びびり振動が発生している状態では、切削周波数とびびり周波数の位相差を小さくするような、回転軸回転数を演算する処理と、（３）この回転数に切削加工条件を変更することで、びびり振動の抑止を行なう処理と、（４）変更した後の回転軸回転数が、工具に異常を招く切削速度領域に該当するか判別し、変更後の回転軸回転数が適切でないとの判断した場合には工具の切り込み量をびびり振動が抑止されるまで小さくする処理とを行なう。
【００１５】
より簡略に述べれば、本発明は切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態を、回転軸回転数、工具切り込み量（経路）を補正することで、切削振動を抑止する方法・演算制御装置・工作機械などを提供することを可能にする。
【００１６】
また、切削加工中に発生した振動を、びびり指数を用いて判定した結果、びびり振動があると判定された加工状態の矯正方法であって、加工周波数から切削周波数とその高次周波数とびびり周波数とその高次周波数を算出し、前記切削周波数と前記びびり周波数の位相差を小さくするような回転軸回転数を算出し、前記算出結果に基づいて切削加工条件を変更することを特徴とする切削振動抑止方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の代表的な形態によれば、前述の従来の課題（１）〜（３）等に対応した以下のような効果の少なくとも１つあるいは全部を有する。
【００１８】
（１）びびり振動を特定する閾値の決定を短時間にして、費用を抑える。  
（２）びびり振動を抑止する根拠の特定を確実にする。
（３）工具を異常摩耗させないため、びびり振動抑止の選択肢を増やす。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の工作機械の全体概略構成を示す図である。
【図２】工作機械を制御するための演算・制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図３】構成要素を簡略化した演算・制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図４（ａ）】びびり振動を説明した図で、工具が工作物加工している形態例である。
【図４（ｂ）】びびり振動を説明した図で、びびり振動が発生していない切削力波形例である。
【図４（ｃ）】びびり振動を説明した図でびびり振動が発生している切削力波形例である。
【図５（ａ）】びびり指数の算出方法を説明する図であり、びびり振動が発生していない切削力波形をＦＦＴ処理した線図例である。
【図５（ｂ）】びびり指数の算出方法を説明する図であり、びびり振動が発生している切削力波形をＦＦＴ処理した線図例である。
【図６（ａ）】びびり振動が発生している切削力波形例である。
【図６（ｂ）】切削力成分とびびり振動成分の位相差αの一例を示し、びびり振動を抑止する回転軸回転数の算出法の説明図である。
【図７（ａ）】びびり振動が発生する不安定領域とびびり振動が発生しない安定領域を説明する線図例である。
【図７（ｂ）】加工形態例でびびり振動を抑止する目的で切り込み量を低減する工具移動方向例を示す説明図である。
【図８】演算制御装置においてびびり振動の判定、びびり振動抑止処理のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を適用する工作機械の全体主要部の構成概要である。図１において、１は工作機械全体、２は工具回転主軸、３は、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置、４はテーブル、５は通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ  Ｆａｃｅ）、６は、演算・制御装置、Ｔは切削工具、Ｗは工作物である。
【００２２】
工作機械１は、工具回転主軸２が工具Ｔを回転させながら、テーブル４に搭載された工作物Ｗとの相対的な位置をＮＣ装置３で制御して、工作物Ｗの切削加工を行う。図１では、工具回転主軸２と工作物Ｗが、矢印で方向を示したＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動する直交３軸制御の工作機械の一例を示したが、工具回転主軸２が旋回動作する、あるいはテーブル４が回転動作を行なう４軸以上を制御して加工する多軸制御工作機械であってもよい。また、図１では、工具Ｔが回転する形態の工作機械１を例示したが、工作物Ｗが回転する形態の工作機械であってもよい。
【００２３】
工作機械１には、切削加工中の振動を検出するセンサ（図示せず）が組み込まれている。センサの種類は、力センサ、加速度センサ、変位センサ、音センサなどの振動を信号に変換できるセンサが組み込まれている。基本構成としては、いずれか１種類のセンサを組み込めば、振動情報を入手できるが、判定の信頼性を向上させるために２種類以上のセンサを組み込んでもよい。センサを組み込む位置は、テーブル４、あるいは、工具回転主軸２が代表例である。音センサでは、工作機械１の外部に設置して加工中の音を収集することも可能である。センサの検出方向は、切削工具Ｔの全方位の振動を検出するため音センサを除いてＸ、Ｙ、Ｚ方向を検出可能にしている。切削工具Ｔの移動方向が限定されるような構成の工作機械では、センサの数を少なくしてもよい。
【００２４】
上述のような構成で、切削工具Ｔが工作物Ｗを切削加工中に発生する振動はセンサで検出されて、通信Ｉ／Ｆ５を経由して演算・制御装置６に信号が送られる。演算・制御装置６では、送られてきた振動に関する信号を演算処理して加工条件に関わる変更が必要な判定結果となったら、工作機械の加工条件を変更する制御指令を通信Ｉ／Ｆ５を経由してＮＣ装置３に送り込む。ＮＣ装置３はこの制御指令を受けて、工作機械１で予定されていた加工条件を変更して以後の加工を行う。
【００２５】
図１では、通信Ｉ／Ｆ５、演算・制御装置６が、工作機械１の外部に配置されている一例を示したが、通信Ｉ／Ｆ５、演算・制御装置６は工作機械１のＮＣ装置３を組み込んだ制御装置全体（図示せず）に組み入れてもよい。
【００２６】
図２を用いて、演算・制御装置６の構成概要を説明する。
【００２７】
図２において、６０１はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、６０２はＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、６０３はＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、６０４は磁気ディスクドライブ、６０５は光ディスクドライブ、６０６は光ディスク、６０７はディスプレイ、６０８はマウス、６０９はキーボード、６１０はプリンタ、６１１はプログラム、６１２はデータである。
【００２８】
外部のセンサ７、通信Ｉ／Ｆ５から信号が演算・制御装置６に送り込まれ、演算処理等は、ＣＰＵ６０１が磁気ディスクドライブ６０４や光ディスク６０６やＲＯＭ６０２からデータをＲＡＭ６０３へロードしてプログラム処理を実行することにより実現される。制御指令の送出が必要な演算結果においても、送出すべき制御指令の作成は、上記と同様にプログラム処理を実行することにより実現される。通信Ｉ/Ｆ装置５には、通信ネットワーク（ＬＡＮ）８に接続する機能を備えさせて、他の装置とデータ通信する処理を行う構成にしてもよい。マウス６０８やキーボード６０９は、ユーザがデータや指示の入力に用いる。ディスプレイ６０７やプリンタ６１０は、処理に基づき、画面／紙面に各種データやユーザインタフェイス情報を表示／印刷出力する。ユーザインタフェイス情報としては、例えばセンサ７の信号データやその処理結果情報や指令の入出力などを含む。
【００２９】
図２の例は、ディスプレイ６０７、マウス６０８、キーボード６０９、プリンタ６１０を備え、プログラム６１１や演算に必要なデータは磁気ディスクに格納した形態である。生産に用いる工作機械では、演算・制御に用いるプログラム６１１やデータ６１２の変更の機会が少ないことが多い。このような、工作機械では、演算・制御装置６が工作機械１の外部に付属している形態は、工作機械の操作で演算・制御装置６が邪魔になる。その場合、次の図３に示すように演算・制御装置を簡素化して、工作機械１の制御機器の収容部分に格納することも可能である。
【００３０】
図３は、図２の演算・制御装置を簡素化した構成例を示している。用いた記号は、図３と同様である。演算・制御に必要なプログラム６１１、データ６１２はＲＯＭに格納して利用する。図２のディスプレイ６０７、マウス６０８、キーボード６０９およびプリンタ６１０は省略される。ユーザインタフェイス等はＮＣ装置３が備える入出力装置や表示装置を利用する構成にすることで代用ができる。
【００３１】
ここで、びびり振動を図４および表１を用いて簡単に説明する。
【００３２】
図４（ａ）は、切削工具が工作物に溝を加工する形態例を示しており、表１はその加工の条件例を示している。図４（ｂ）（ｃ）は、図４（ａ）の加工で得られる切削力の時間変化を示した例である。図４において、Ｔは回転切削工具でエンドミル、Ｗは工作物で一例としては機械構造用炭素工鋼である。
【００３３】
図４（ａ）では、エンドミルＴが矢印ｎの方向に回転して、矢印ｆの方向に進行して、機械構造用炭素工鋼Ｗ１に深さａｐの溝を加工している。加工条件は一例として表１に示すように、工具直径（Ｄ）が４０ｍｍ、刃数（ＮＴ）が２枚、回転数（Ｎ）が３１２０ｍｉｎ−１、１刃送り（ｆｚ）が０．０７ｍｍ／刃である。
【００３４】
【表１】
2014140918.tif 000003
【００３５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の加工において、深さａｐが０．４ｍｍで矢印Ｙの方向に生じる切削力の時間変化を測定した結果である。刃数が２枚で、１分間に３１２０回転しているので、切削周期は０．００９６秒（＝６０／（３１２０×２））である。図４（ｂ）の測定は加工開始初期に行い、びびり振動が生じていないので、測定波形Ｇ１は切削周期毎に生じる山谷が滑らかに連なる波形となっている。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の加工において、時間が経過した後に矢印Ｙの方向に生じる切削力の時間変化を測定した結果である。測定波形Ｇ２は、切削周期の山谷に、短い周期の山谷が重畳されている。
【００３６】
図４（ｃ）ではびびり振動が発生しており、切削周期より極めて短い周期の波形がびびり振動の波形である。換言すれば、切削加工中に、切削周期より極めて短い周期（高い周波数）の振動で生じる振動がびびり振動である。振幅が大きい場合、加工した面の表面粗さを増大させる、あるいは切削工具の損傷を引き起こす原因となるため、切削加工に有害となる振幅のレベルに達した短周期振動をびびり振動と称することが通例である。このびびり振動を発生させずに、切削加工を遂行することが切削加工の工程条件設計では肝要となる。
【００３７】
次に、図５を用いてびびり指数の算出方法を説明する。
【００３８】
図５（ａ）は、びびり振動が発生していない加工の切削力波形である図４（ｂ）をＦＦＴで処理した結果である。Ｇ３の領域において、切削周期に応じた切削周波数（１０４Ｈｚ）で顕著なピークがあるスペクトルとなり、切削周波数より高い周波数には顕著なピークが生じない。一方、図５（ｂ）は、びびり振動が発生している加工の切削力波形である図４（ｃ）をＦＦＴで処理した結果である。Ｇ４の領域において、切削周波数（１０４Ｈｚ）で顕著なピークがあるとともに、より高周波帯域のＧ５の領域にも顕著なピークが生じる波形となっている。このＧ５の領域に生じる顕著なピークはびびり振動成分のスペクトルを現している。本願発明者はびびり振動により増大する切削工具の振動振幅は、切削力成分の最大値と、びびり振動成分の最大値の比に比例する現象を発見した。そこでびびり振動の判定指標として、びびり指数ＣＶＩ（Ｃｈａｔｔｅｒ  Ｖｉｂｒａｔｉｎ  Ｉｎｄｅｘ）を以下の数式１のように定めた。
ＣＶＩ＝ｆｂ／ｆａ  ・・・・・  （数式１）
このＣＶＩに閾値を定めれば、定数でびびり振動の発生有無を判定可能である。さらに、切削力成分ｆａで正規化しているので、切削条件の変更に対しても同一の閾値でびびり振動の発生有無を判定可能である。従来は、工具や切削条件によってびびり振動の発生を判定するためのデータを、多大な実験によって収集して蓄積する必要があった。しかし、このびびり指数（ＣＶＩ）ではその必要がなく、びびり振動の発生有無の判定を大幅に簡易化できる。
【００３９】
続いて、前述したびびり指数（ＣＶＩ）によって、びびり振動が発生していると判定された後に、びびり振動を抑止する第一の手法について図６を参照して説明する。
【００４０】
図６（ａ）は、図４（ａ）と同様の加工法で得た切削力波形でびびり振動が発生している一例である。図４（ａ）では、工具の全幅を用いて加工する溝削りの例を示しているが、図６（ａ）は、工作物の側面を工具の半径分だけ切り込んで加工した、いわゆる肩削りで得た切削力の波形である。
【００４１】
この切削力波形をＦＦＴ処理して、切削力成分を除いて微びり振動成分だけを抽出し、切削力成分とびびり振動成分に分離した結果が図６（ｂ）である。切削力成分には切削周波数の整数倍の周波数に複数のピークが生じる結果を示している。一方、びびり振動成分では、６２０Ｈｚに最大のピークがあり、１２０Ｈｚ離れてピークが生じる結果を示している。このびびり振動成分の最大ピークを示す周波数に最も近い切削力成分のピーク周波数を探索して、両者の差をαとする。本例の場合、６２０Ｈｚ近傍の切削力成分のピークは６３５Ｈｚである。この周波数差αを無くす（ゼロにする）ように、以下の数式２にしたがって、１分間当たりの工具の回転数を変更する。
ΔＮ=α×６０／ＮＴ  ・・・  （数式２）
数式２において、ΔＮは、現在の工具回転数から増減する回転数。右辺αは周波数差、ＮＴは工具の刃数である。
【００４２】
図６（ｂ）の例においては、切削力成分の高次周波数が、びびり振動周波数より１５Ｈｚ大きい。刃数ＮＴは２（２枚刃工具）である。よって、数式２からΔＮは４５０(ΔＮ＝１５×６０／２)となり、工具回転数を４５０ｍｉｎ−１減速すればよい。この工具回転数の減速によって、周波数の切削力成分とびびり振動成分の差が解消されるので、切削力の周波数に同期しない振動はなくなりびびり振動が抑止できる。上述の例とは逆に、びびり周波数に隣接する切削力成分の方が小さい場合は、数式２に従ってΔＮを求め、その回転数だけ増速すればよい。なお、ＦＦＴ処理した結果、びびり振動数に隣接する切削力成分の周波数が明確なピークとなって現れない場合は、切削力成分の１次周波数を整数倍していき、びびり振動の周波数に最も近い周波数を、αを求めるための切削力の高次周波数とすればよい。
【００４３】
上述したびびり振動の抑止手段では、切削工具の回転数を変更する。しかし、工具を増速すると、切削速度が工具の異常摩耗領域に入る選択となる可能性がある。この選択を防止するため、上記の数式２でαを求めるにあたって、最適な切削力成分の高次周波数より１次小さい周波数を用いて、強制的に工具回転数が減速するように定めると、工具が極端に低回転になり加工能率を著しく阻害する。このように、びびり振動を抑止するために工具回転数を変更すると新たな課題を引き起こすと判断された状況では、工具の切り込み量を低減してびびり振動を抑止する選択が可能である。
【００４４】
この選択に関して図７を用いて説明する。
【００４５】
図７（ａ）は、安定限界線図であり、ローブと称される曲線Ｇ６より切り込み量が大きい加工条件ではびびり振動が発生する不安定領域であり、曲線Ｇ６より切り込みが小さい条件ではびびり振動が発生しない安定領域である。曲線Ｇ６は、表１に示した加工条件から計算により求めた曲線である。表１に示した加工条件で切り込み量が０．４ｍｍの状態であるＰ１ではびびり振動が発生するが、切り込み量が０．２５ｍｍでは安定領域に入りびびり振動は発生しない。また、さらに切り込み量が小さい領域では、どのような工具回転数でもびびり振動が発生しない無条件安定限界がある。このように、びびり振動は切り込み量を低減することで、抑止することが可能である。
【００４６】
図７（ｂ）は、エンドミルＴが工作物Ｗを加工している状態を示した図で、用いた記号は図４（ａ）と同様である。びびり指数（ＣＶＩ）をモニタリングしながら図７（ａ）のＰ１の条件で加工すると、びびり振動の発生を検出する。この検出に続いて、びびり指数（ＣＶＩ）をモニタリングしながら切り込み量ａｐを小さくするように工具Ｔの送りをｆ１の方向に制御する。びびり指数（ＣＶＩ）がびびり振動の検出を停止した時点で、切り込み量ａｐが定常になるように工具Ｔの送り方向をｆ２に変更する。切り込み量ａｐを小さくしていけば、図７（ａ）で示したようにびびり振動を抑止できる状態にできるので必ずびびり振動を抑止できる条件になる。
【００４７】
図７（ａ）のローブＧ６を求めるには、工具Ｔの剛性や工作物Ｗの比切削抵抗などのデータが必要であり、またローブＧ６は工具の摩耗によって変化する。よって、加工中にローブＧ６をリアルタイムに求めて、びびり振動を抑止する条件を求めることは現実的ではない。しかし、切り込み量ａｐを小さくすればびびり振動を抑止できることは、ローブＧ６の形態から明らかなので、びびり指数（ＣＶＩ）をモニタリングしながら切り込み量ａｐを小さくしていく方法は、びびり振動を確実に抑止できる有効な手段である。
【００４８】
しかし、切り込み量ａｐを小さくすることは、加工能率を低下させる結果になるため、工具回転数の変更でびびり振動を抑止する手段で障害が生じる結果を招くと判断された時点で採用する手段である。びびり指数（ＣＶＩ）の評価に要する時間は極めて短時間（一例では０．１秒以下）であるので切り込み量ａｐを小さくする手段の採用にあたっても迅速にびびり振動の抑止が可能である。
【００４９】
切り込み量ａｐを変更するには、あらかじめ作成された工具軌跡を制御するＮＣ装置のプログラムを途中で変更する必要がある。さらに、切り込み量ａｐを変更した後に、所定の形状に加工するためには、切り込み量ａｐを変更した後のＮＣのプログラムを再作成して、ＮＣ装置に送出する必要が生じる。この機能は、図２に示した演算・制御装置６のプログラム６１１に工具経路計算機能を持たせて対処することが可能である。
【００５０】
以上に図１ないし図７を用いて説明してきたびびり振動の抑止機能を実現するためのシステムを図８のフローチャートを図２を参照して説明する。
（Ｓ１）  まずＳ１では、演算・制御装置６のデータ６１２に基づいて、プログラム６１１が使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件を設定する。ここで、データ６１１は加工前の被削材の形状、加工後の被削材（製品）の形状、及び加工に使用する工具１の形状、等の情報を含む。また、プログラムは、データ６１１によって、使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件を設定する機能を含む。なお、使用する工具、工具の軌跡、工具の加工条件は、演算・制御装置６やＮＣ装置３の入力機能を用いて人手によって設定してもよい。Ｓ１では、ＮＣ装置３を駆動させるプログラムを作り、ＮＣ装置３に送り込む。
（Ｓ２）  Ｓ２では、加工中の周波数を測定する。測定手段は、図１を用いて説明したように、力センサ、加速度センサ、変位センサおよび音センサなどの振動を信号に変換できるセンサである。これらいずれかのセンサもしくは複数のセンサにより、加工中の振動を信号に変換して、通信Ｉ／Ｆ５を経由して演算・制御装置に送り込む。
（Ｓ３）  Ｓ３では、Ｓ２で送り込まれた信号を、プログラム６１１が周波数変換を行なう。一例として、前述したように、ＦＦＴによりパワースペクトルを求める。
（Ｓ４）  Ｓ４では、プログラム６１１が切削周波数とびびり振動周波数を分離して、切削振動の大きさと、びびり振動の大きさを求める。
（Ｓ５）  Ｓ５では、図５と数式１を用いて前述したびびり指数（ＣＶＩ）を求める
（Ｓ６）  Ｓ６では、データ６１２に記憶された閾値を用いて、プログラム６１１がＳ５で求めたびびり指数からびびり振動が発生しているか否かを判定する。びびり振動が無いと判定されると、Ｓ２ないしＳ５のステップを繰り返して実行して加工状態の監視を続ける。びびり振動が発生していると判定されると、Ｓ７、Ｓ８に移る。
（Ｓ７）  Ｓ７では、プログラム６１１が切削周波数の算出を行なう。１次の切削周波数から、びびり振動周波数を超えるまでの高次の周波数を算出する。ＦＦＴ処理で、びびり振動周波数まで明確なピークが得られればそのピークの値を求める。ＦＦＴ処理で、びびり振動周波数まで明確なピークが得られない信号にあたっては、１次の切削周波数を整数倍して代用する。
（Ｓ８）  Ｓ８では、プログラム６１１がびびり振動周波数の算出を行なう。ＦＦＴ処理で、切削周波数より高周波帯域に出るピークの周波数を求める。
（Ｓ９）  Ｓ９では、プログラム６１１がＳ７とＳ８によって得られた結果から、図６を用いて説明した位相差αを求める。
（Ｓ１０）Ｓ１０では、プログラム６１１が数式２により、工具の増減回転数ΔＮを求める。このΔＮを、その時点の工具回転数に加減算して、補正後の工具回転数を算出する。
（Ｓ１１）Ｓ１１では、データ６１２に記憶されている異常摩耗を引き起こす切削速度を、Ｓ１０で求めた工具回転数が工具に与えるかどうかを判定する。補正後の工具回転数が適正と評価されたら、補正後の回転数を通信Ｉ／Ｆ５を経由してＮＣ装置３に送り込み、工具の回転数を変更する。補正後の工具回転数が不適切と評価されたら、工具回転数を変更せずにＳ１２に移行する。
（Ｓ１２）Ｓ１２では、プログラム６１１が通信Ｉ／Ｆ５を経由してＮＣ装置３に切り込み量を低減する指令を与える。この指令は、加工状態をモニタリングしているＳ１ないしＳ５で、びびり振動が無いと判定されるまで続ける。びびり振動が抑止されたら、切り込み量の低減指令を止め、低減した切り込み量に基づいてプログラム６１１が以後の工具経路を算出して通信Ｉ／Ｆ５を経由してＮＣ装置３に経路プログラムを送り込む。
【００５１】
なお、Ｓ１１、Ｓ１２の機能を持たず、Ｓ１０で求めた補正後工具回転数をＳ１の加工条件設定手段に送出する構造であっても、びびり振動の抑止機能を果たすことは可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１      工作機械
２      工具回転軸
３      ＮＣ装置
４      テーブル
５      通信インタフェイス
６      演算・制御装置
６０１  ＣＰＵ    
６０２  ＲＯＭ
６０３  ＲＡＭ
６０４  磁気ディスクドライブ
６０５  光ディスクドライブ
６０６  光ディスク
６０７  ディスプレイ
６０８  マウス
６０９  キーボード
６１０  プリンタ
６１１  プログラム
６１２  データ
７      センサ
８      ＬＡＮ
Ｔ      切削工具
Ｗ      工作物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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