(57)【要約】    工作機械（１００）は、切削工具（ＣＴ）が装着される工具主軸（１１２）と、制御装置（１）とを備えている。制御装置（１）は、制御回路（１０）と、判定回路（３０）と、設定回路（４０）と、を備えている。制御回路（１０）は、ワーク（Ｗ）を切削加工するために工具主軸（１１２）を回転させているときに、びびり振動が発生していると判定された場合、上限値（ＵＬ）と下限値（ＬＬ）との間の範囲内から無作為に変化量（Ｖ）を決定して第１回転速度（ＲＳ１）を変化量（Ｖ）だけ変化させた第２回転速度（ＲＳ２）で工具主軸（１１２）を回転させる。
2020017029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具またはワークが装着された主軸が回転して前記ワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する判定手段と、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する設定手段と、
前記主軸の回転速度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定して前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させる
工作機械の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
乱数を発生させ、
前記乱数に基づいて前記変化量を決定する
請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項３】
記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記変化量を前記記憶手段に記憶させ、
前記記憶手段に記憶された変化量を除いて、前記変化量を決定する
請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記第１回転速度が大きくなると、前記範囲を広げる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記びびり振動が発生していないと判定されるまで、前記回転速度の変更を繰り返す
請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、最初に前記変化量を決定する場合、前記第２回転速度が前記第１回転速度よりも大きくなるように前記範囲内から前記変化量を決定する
請求項５に記載の工作機械の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記回転速度の変更の繰り返し回数が制限回数を超えないように、前記回転速度を変更する
請求項５または６に記載の工作機械の制御装置。
【請求項８】
前記ワークが切削されるときに発生する振動の振動加速度を検出する振動検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記振動加速度が閾値より大きい時に前記びびり振動が発生していると判定する
請求項５〜７のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、変更後の第２回転速度で前記主軸が回転するときに検出される前記振動加速度が、変更前の第２回転速度で前記主軸が回転するときに検出される前記振動加速度よりも小さい場合、前記変更後の第２回転速度と前記変更前の第２回転速度の大小関係を維持するように、前記範囲内から無作為に前記変化量を決定する
請求項８に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１０】
前記主軸にかかる負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記閾値は、前記負荷に対応している
請求項８または９に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１１】
前記上限値および前記下限値は、それぞれ、前記回転速度の絶対値である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１２】
前記上限値および前記下限値は、それぞれ、前記回転速度に対する相対値である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置と、
前記主軸と、
を備える工作機械。
【請求項１４】
切削工具またはワークが装着された主軸が回転して前記ワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する判定回路と、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する設定回路と、
前記主軸の回転速度を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定して前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させる
工作機械の制御装置。
【請求項１５】
切削工具またはワークが装着された主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸が回転して前記ワークが切削されるときにびびり振動が発生しているか否かを判定し、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定し、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定し、
前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させる
工作機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の制御装置、工作機械および工作機械の制御方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ワークを切削加工するために、回転する切削工具を備えた工作機械を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２００８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願に開示される技術の課題は、例えば、工作機械が切削加工する際に生じるびびり振動を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面によれば、工作機械の制御装置は、判定手段と、設定手段と、制御手段と、を備える。判定手段は、切削工具またはワークが装着された主軸が回転してワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する。設定手段は、主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する。制御手段は、主軸の回転速度を制御する。制御手段は、主軸を第１回転速度で回転させる。制御手段は、主軸を回転させているときに、びびり振動が発生していると判定された場合、上限値と下限値との間の範囲内から変化量を決定して第１回転速度を変化量だけ変化させた第２回転速度で主軸を回転させる。【０００６】
また、本発明の第２の側面によれば、工作機械は、切削工具またはワークが装着された主軸と、制御装置とを備える。制御装置は、判定手段と、設定手段と、制御手段と、を備える。判定手段は、主軸が回転してワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する。設定手段は、主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する。制御手段は、主軸の回転速度を制御する。制御手段は、主軸を第１回転速度で回転させる。制御手段は、主軸を回転させているときに、びびり振動が発生していると判定された場合、上限値と下限値との間の範囲内から変化量を決定して第１回転速度を変化量だけ変化させた第２回転速度で主軸を回転させる。 【０００７】
また、本発明の第３の側面によれば、工作機械の制御装置は、判定回路と、設定回路と、制御回路と、を備える。判定回路は、切削工具またはワークが装着された主軸が回転してワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する。設定回路は、主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する。制御回路は、主軸の回転速度を制御する。制御回路は、主軸を第１回転速度で回転させる。制御回路は、主軸を回転させているときに、びびり振動が発生していると判定された場合、上限値と下限値との間の範囲内から変化量を決定して第１回転速度を変化量だけ変化させた第２回転速度で主軸を回転させる。【０００８】
また、本発明の第４の側面によれば、工作機械の制御方法は、切削工具またはワークが装着された主軸を第１回転速度で回転させ、主軸が回転してワークが切削されるときにびびり振動が発生しているか否かを判定する。主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とが設定される。主軸を回転させているときに、びびり振動が発生していると判定された場合、上限値と下限値との間の範囲内から変化量が決定される。第１回転速度を変化量だけ変化させた第２回転速度で主軸が回転される。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される技術によれば、例えば、工作機械が切削加工する際に生じるびびり振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。
【図２】制御装置の各動作を示すフローチャートである。
【図３】回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図４】実施形態の効果を説明するための、安定限界線図の模式図である。
【図５】回転速度の変更処理の変形例１に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図６】変形例１に係る回転速度の変更処理の効果を説明するための、安定限界線図の模式図である。
【図７】回転速度の変更処理の変形例２に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図８】回転速度の変更処理の変形例３に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図９】回転速度の変更処理の変形例４に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図１０】回転速度の変更処理の変形例５に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図１１】Ｂｉａｓ決定処理における各動作を示すフローチャートである。
【図１２】回転速度の変更処理の変形例６に係る回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【図１３】メモリに記憶される使用済みリストを示す図である。
【図１４】第２実施形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。
【図１５】メモリに記憶される結果リストを示す図である。
【図１６】メモリに記憶される結果リストを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、図中において同じ符号は、対応するまたは実質的に同一の構成を示している。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る工作機械１００の概略構成を示す図である。図１において、矢印は、信号の流れを示している。図１に示すように、工作機械１００は、工具主軸台１１０と、ワーク主軸台１２０と、を備えている。工具主軸台１１０およびワーク主軸台１２０は、基台１３０の上に配置されている。
【００１３】
工具主軸台１１０は、工具主軸１１２を備えている。工具主軸１１２は、回転軸Ａ１周りに回転可能である。回転軸Ａ１は、垂直方向に実質的に平行である。工具主軸１１２には、切削工具ＣＴが装着される。工具主軸台１１０は、基台１３０に取り付けられたコラム１１４に取り付けられている。
【００１４】
ワーク主軸台１２０は、ワーク主軸１２２を備えている。ワーク主軸１２２は、回転軸Ａ２周りに回転可能である。回転軸Ａ２は、水平方向に実質的に平行である。ワーク主軸１２２には、ワークＷが装着される。
【００１５】
本実施形態では、回転軸Ａ１と回転軸Ａ２は、実質的に直交するが、直交しなくてもよい。また、本実施形態では、工具主軸１１２とワーク主軸１２２が回転可能であるが、工具主軸１１２とワーク主軸１２２の一方だけが回転可能であってもよい。
【００１６】
コラム１１４は、水平方向に移動可能である。工具主軸台１１０は、垂直方向に移動可能である。これにより、工具主軸１１２は、水平方向および垂直方向に移動可能である。工具主軸台１１０は、コラム１１４に対して水平方向に実質的に直交する軸周りに回転可能であってもよい。本実施形態では、ワーク主軸台１２０は、ワーク主軸１２２を移動不能に保持している。しかし、ワーク主軸台１２０は、ワーク主軸１２２を移動可能に保持してもよい。また、工具主軸１１２が移動不能であり、ワーク主軸１２２が移動可能であってもよい。
【００１７】
以下、ワークＷに対して切削工具ＣＴが回転軸Ａ１周りに回転するミーリングを例に本実施形態を説明する。
【００１８】
工作機械１００は、工作機械１００を制御するための制御装置１を備えている。制御装置１は、基台１３０に接続されている。ここで、制御装置１は、工作機械１００の他の箇所に接続されてもよく、基台１３０とは別に設置されてもよい。 制御装置１には、操作部（操作手段）７０と、ディスプレイ（表示手段）８０と、が接続されている。操作部７０とディスプレイ８０とで、Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅが実現される。ただし、制御装置１と操作部７０とディスプレイ８０は、一体に構成されてもよい。
【００１９】
図１に示すように、制御装置１は、制御回路（制御手段）１０と、振動検出回路（振動検出手段）２０と、判定回路（判定手段）３０と、設定回路（設定手段）４０と、負荷検出回路（負荷検出手段）５０と、メモリ（記憶手段）６０と、を備えている。制御回路１０と、振動検出回路２０と、判定回路３０と、設定回路４０と、負荷検出回路５０と、メモリ６０とは、バス２を介して互いに信号を送受信可能である。本実施形態では、制御回路１０と、振動検出回路２０と、判定回路３０と、設定回路４０と、負荷検出回路５０とは、別々に設けられている。しかし、これら回路は、１つの回路で構成されてもよい。また、制御装置１は、これら回路の代わりに、これら回路の動作を実現するプログラムと、そのプログラムを実行するプロセッサとを備えてもよい。なお、プログラムは、メモリ６０に記憶される。
【００２０】
制御回路１０は、工具主軸１１２の回転軸Ａ１周りの回転、および、工具主軸台１１０の移動、コラム１１４の移動を制御する。制御回路１０は、工具主軸１１２の回転速度および回転速度の変化量を算出する演算器を有している。制御装置１は、工具主軸１１２、工具主軸台１１０、およびコラム１１４の制御のために、基台１３０と制御装置１の間のケーブル１３０Ｃを介して制御信号を送信する。制御装置１は、切削加工プログラムや操作部７０が受け付けた入力操作 に従って、工作機械１００を統括的に制御する。切削加工プログラムは、メモリ６０に記憶されている。
【００２１】
制御回路１０は、乱数発生回路（乱数発生手段）１０Ｒを含んでいる。乱数発生回路１０Ｒは、乱数を発生させる。乱数は、工具主軸１１２の回転速度の変更のために、用いられる。本実施形態では、乱数発生回路１０Ｒは、０から１までの一様乱数を発生させる。なお、一様乱数は、０および１を含んでもよいし、含まなくてもよい。乱数発生回路１０Ｒは、線形合同法に基づいて疑似乱数を発生させる疑似乱数発生回路（疑似乱数発生器）である。疑似乱数の初期値は、時刻や熱雑音に基づく乱数である。
【００２２】
ただし、乱数発生回路１０Ｒが発生させる乱数は、一様乱数に限らない。また、乱数発生回路１０Ｒは、他のアルゴリズム（例えばメルセンヌ・ツイスタ法）に基づいて疑似乱数を発生させてもよい。また、疑似乱数の初期値は、時刻や熱雑音に基づく乱数に限らない。さらに、乱数発生回路１０Ｒは、疑似乱数発生回路ではなく、例えば熱雑音に基づく乱数発生回路（乱数発生器）であってもよい。
【００２３】
振動検出回路２０は、切削工具ＣＴがワークＷを切削するときに発生する振動の加速度を検出する。振動検出回路２０は、振動センサ２２と振動センサ２４とに接続されている。振動センサ２２は、工具主軸台１１０に配置されている。振動センサ２４は、ワーク主軸台１２０に配置されている。本実施形態では、振動センサ２２および振動センサ２４は、加速度センサであるが、これに限らない。振動センサ２２を駆動する駆動信号、振動センサ２４を振動する駆動信号、振動センサ２２から出力された検出信号、振動センサ２４から出力された検出信号は、ケーブル１３０Ｃを介して伝送される。これら検出信号は、振動の振動加速度（m/s2）を示す。振動検出回路２０は、他の回路からの取得要求に応じて、振動センサ２２および振動センサ２４を駆動し、各検出信号をＡＤ変換する。そして、振動検出回路２０は、ＡＤ変換後の各振動加速度を示す信号を出力する。
【００２４】
本実施形態では、２つの振動センサ２２と振動センサ２４が配置されたが、１つの振動センサのみが配置されてもよい。また、振動センサ２２と振動センサ２４は、それぞれ工具主軸台１１０およびワーク主軸台１２０以外に配置されてもよい。
【００２５】
判定回路３０は、工作機械１００にびびり振動が発生しているか否かを判定する。具体的には、判定回路３０は、検出された振動加速度Ａ が振動閾値（m/s2）より大きいかどうかを判定する。振動加速度Ａが振動閾値より大きい場合、工作機械１００にびびり振動が発生していると判定される。
【００２６】
例えば、メモリ６０は、振動加速度の判定用の振動閾値を記憶している。判定回路３０は、論理演算器を有し、論理演算器は、メモリ６０に記憶された振動閾値と、振動検出回路２０から取得した振動加速度Ａとを比較する。しかし、振動閾値は、操作部７０が受け付けた入力操作に基づいて求められてもよい。判定回路３０は、比較結果を示す信号を制御回路１０へ出力する。すなわち、判定回路３０は、びびり振動が発生したか否かを示す信号を制御回路１０へ出力する。
【００２７】
本実施形態では、２つの振動センサ２２と振動センサ２４が用いられている。従って、判定回路３０は、振動センサ２２に対応する振動加速度と振動センサ２２用の振動閾値とを比較し、振動センサ２４に対応する振動加速度と振動センサ２４用の振動閾値とを比較する。この際、判定回路３０は、少なくとも一方の振動加速度が対応する振動閾値より大きいか否かを判定してもよい。ただし、判定回路３０は、振動センサ２２に対応する振動加速度と、振動センサ２４に対応する振動加速度とを合計して、１つの振動閾値と比較してもよい。
【００２８】
また、判定回路３０は、演算器を有し、演算器は、振動加速度の実効値ＡＲＭＳを算出してもよい。具体的には、判定回路３０は、演算器を用いて以下の式１に基づいて、実効値ＡＲＭＳを算出する。
【００２９】
【数１】
2020017029.tif 000003
【００３０】
例えば、判定回路３０は、２００ｍｓｅｃ毎に４０００個の振動加速度Ａ１〜Ａ４０００を振動検出回路２０から取得する。そして、判定回路３０は、式１で求めた実効値ＡＲＭＳと振動閾値とを比較する。このように振動加速度の実効値ＡＲＭＳを用いれば、例えば、ケーブル１３０Ｃに乗ったノイズの影響によっていくつかの振動加速度Ａｉが異常値となったとしても、実効値ＡＲＭＳは大多数の正常値に多くの影響を受けることから、その異常値によって誤判定することが抑制される。
【００３１】
ただし、実効値ＡＲＭＳだけでなく、瞬時値、所定期間におけるピーク値、時間領域の振動加速度をフーリエ解析して周波数領域の振動加速度に変換した値も、振動加速度として用いることができる。また、所定の周波数における振動のパワースペクトルも、振動加速度に代替する値として用いることができる。
【００３２】
びびり振動の発生は、振動加速度のみに限らず、工具主軸１１２にかかる負荷に基づいて判定されてもよい。具体的には、負荷検出回路５０は、工具主軸１１２にかかる負荷を検出する。例えば、負荷検出回路５０は、電流検出抵抗を有する。電流検出抵抗は、工具主軸１１２を回転軸Ａ１周りに回転させるモータの端子に電気的に接続され、電流値を検出するために設けられる。検出された電流値は、工具主軸１１２にかかる負荷に対応する。そして、判定回路３０は、検出された振動加速度が、検出された電流値に対応する振動閾値より大きいか否かを判定する。検出された電流値が大きい場合は重切削を行っていると判断して、振動閾値は相対的に大きく設定される。一方、検出された電流値が小さい場合は軽切削を行っていると判断して、振動閾値は相対的に小さく設定される。したがって、電流値が大きいときには正常な切削であると判定される振動加速度であっても、電流値が小さいためにびびり振動が発生していると判定される場合がある。
【００３３】
なお、電流値と振動閾値との対応関係は、メモリ６０に記憶されていてもよいし、操作部７０が入力操作を受け付けることで求められてもよい。
【００３４】
また、判定回路３０は、一定時間の間に複数回検出された電流値を平均化した値に基づいてびびり振動が発生しているか否かを判定してもよい。このように判定することで、切削工具ＣＴがワークＷに接触した瞬間及び切削工具ＣＴがワークＷから離れた瞬間に一時的に大きくなる電流値に基づいてびびり振動が発生していると誤判定することが抑制される。
【００３５】
また、判定回路３０は、電流値と振動閾値を用いずに、電流値と振動加速度の比率が所定の閾値以上である場合に、びびり振動が発生していると判定してもよい。
【００３６】
また、判定回路３０は、マイクロフォンで収音した音（例えば音量 ）に基づいて、工作機械１００にびびり振動が発生していると判定してもよい。さらに、判定回路３０は、びびり振動が発生していることを示す操作を操作部７０が受け付けると、工作機械１００にびびり振動が発生していると判定してもよい。
【００３７】
設定回路４０は、工具主軸１１２の回転速度の変化量の上限値ＵＬと下限値ＬＬとを設定する。設定回路４０は、制御回路１０からの取得要求に応じて、上限値ＵＬと下限値ＬＬとを示す信号を出力する。
【００３８】
例えば、設定回路４０は、操作部７０が受け付けた入力操作に基づいて上限値ＵＬと下限値ＬＬとを設定してもよい。ただし、設定回路４０は、演算器を有し、演算器は、工具主軸１１２の現在の回転速度を示す信号を制御回路１０から取得し、現在の回転速度に応じて上限値ＵＬと下限値ＬＬとを算出してもよい。また、演算器は、操作部７０が受け付けた入力操作により入力された回転速度を取得し、入力された回転速度に応じて上限値ＵＬと下限値ＬＬとを算出してもよい。
【００３９】
上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、それぞれ回転速度の絶対値（ｒｐｍ）であってもよいし、基準となる回転速度に対する相対値（％）であってもよい。また、基準となる回転速度と上限値ＵＬおよび下限値ＬＬとがそれぞれ対応付けられた数式やテーブルを用いて、基準となる回転速度が大きくなると上限値ＵＬと下限値ＬＬとの範囲を広げるように設定してもよい。さらに、上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、プラスの絶対値（相対値）であってもよいし、マイナスの絶対値（相対値）であってもよい。
【００４０】
例えば、上限値ＵＬは、＋１００（ｒｐｍ）であり、下限値ＬＬは、−１００（ｒｐｍ）と設定される。また、例えば、基準となる回転速度に対して、上限値ＵＬは、＋１０％であり、下限値ＬＬは、−１０（％）と設定される。
【００４１】
なお、切削加工の時間を短くするために、上限値ＵＬと下限値ＬＬの中間値が０（ｒｐｍ又は％）より大きくてもよい。例えば、上限値ＵＬは、＋２００（ｒｐｍ）であり、下限値ＬＬは、−１００（ｒｐｍ）と設定される。
【００４２】
上限値ＵＬは、変更後の回転速度が、設定可能な最高回転速度未満となるように設定される。すなわち、変更前の回転速度と上限値ＵＬとの和が最高回転速度未満となるように、上限値ＵＬは設定される。下限値ＬＬは、変更後の回転速度が、設定可能な最低回転速度より大きくなるように設定される。
【００４３】
また、上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、基準となる回転速度に限らず、切削工具ＣＴの仕様（例えば刃数）に基づいて設定されてもよい。さらに、上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、現在の回転速度、切削工具ＣＴの仕様、およびその他の加工条件の数値を変数とした多変数多次元多項式に基づいて設定されてもよい。
【００４４】
次に、図２は、制御装置１の各動作を示すフローチャートである。図３は、回転速度の変更処理における各動作を示すフローチャートである。
【００４５】
図２に示すように、制御回路１０は、第１回転速度で工具主軸１１２を回転させる(ステップＳ１)。この際、制御回路１０は、切削加工プログラムで指定された第１回転速度を読み出してもよいし、操作部７０で受け付けた入力操作に基づいて第１回転速度を求めてもよい。
【００４６】
制御回路１０は、工具主軸台１１０およびコラム１１４を制御することで、工具主軸１１２をワークＷに向けて移動させる（ステップＳ２）。判定回路３０は、振動閾値を取得する（ステップＳ３）。振動検出回路２０は、振動の振動加速度を検出する（ステップＳ４）。判定回路３０は、検出された振動加速度が振動閾値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ５）。検出された振動加速度が振動閾値以下の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ４に戻る。なお、上述のように、判定回路３０は、ステップＳ５において振動加速度に加えて工具主軸１１２にかかる負荷を用いてもよい。
【００４７】
＜回転速度の変更＞
検出された振動加速度が振動閾値より大きい場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、工具主軸１１２の回転速度を変更する処理が実行される(ステップＳ６)。すなわち、びびり振動が発生していると判定されると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、びびり振動を抑制するために、工具主軸１１２の回転速度を変更する処理が実行される（ステップＳ６）。
【００４８】
図３に示すように、回転速度の変更処理Ｓ６では、設定回路４０は、上限値ＵＬと下限値ＬＬを設定する（ステップＳ１０）。そして、制御回路１０の乱数発生回路１０Ｒは、０から１までの乱数ＲＮを発生させる(ステップＳ２０)。そして、制御回路１０は、発生した乱数ＲＮに基づいて回転速度の変化量Ｖを算出する（ステップＳ３０）。例えば、制御回路１０は、以下の式２−１に基づいて変化量Ｖを算出する。
【００４９】
【数２】
2020017029.tif 000004
【００５０】
すなわち、変化量Ｖは、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の範囲内から無作為に決定される。
【００５１】
そして、制御回路１０は、第２回転速度ＲＳ２を算出する（ステップＳ４０）。具体的には、制御回路１０は、ステップＳ３０で算出した変化量Ｖだけで第１回転速度ＲＳ１を変化させることで、第２回転速度ＲＳ２を算出する。
【００５２】
例えば、上限値ＵＬ、下限値ＬＬ、および変化量Ｖが回転速度の絶対値（ｒｐｍ）である場合、制御回路１０は、式２−２に基づいて第２回転速度ＲＳ２を算出する。
【００５３】
【数３】
2020017029.tif 000005
【００５４】
すなわち、第２回転速度ＲＳ２は、第１回転速度ＲＳ１と変化量Ｖの和である。
【００５５】
例えば、上限値ＵＬ、下限値ＬＬ、および変化量Ｖが第１回転速度ＲＳ１に対する相対値（％）である場合、制御回路１０は、式２−２Ａに基づいて第２回転速度ＲＳ２を算出する。
【００５６】
【数４】
2020017029.tif 000006
【００５７】
すなわち、上限値ＵＬ、下限値ＬＬ、および変化量Ｖが第１回転速度ＲＳ１に対する相対値（％）である場合、第１回転速度ＲＳ１が大きくなると、回転速度の絶対値（ｒｐｍ）における上限値と下限値との間の範囲も大きくなる。
【００５８】
そして、制御回路１０は、算出した第２回転速度ＲＳ２で工具主軸１１２を回転軸Ａ１周りに回転させる（ステップＳ５０）。
【００５９】
図２に戻り、工具主軸１１２の回転速度の変更処理が終わると（ステップＳ６）、制御回路１０は、切削加工が終了したか否かを判断する（ステップＳ７）。例えば、切削加工プログラムで予定していた時間が経過した場合や、工具主軸１１２が予定していた搬送長さだけ搬送された場合に、制御回路１０は、切削加工が終了したと判断する（ステップＳ７ ：Ｙｅｓ）。切削加工が終了していないと判断されると（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ４に戻る。
【００６０】
従来は、工作機械におけるびびり振動が生じた場合、びびり振動が生じているか否かの判断やびびり振動を抑制するための加工条件を求めるには、一定の経験を積んだ熟練者の介入が必要であった。本実施形態では、制御装置１は、振動加速度を検出し、検出した振動加速度が振動閾値より大きいか否かを判定することで、びびり振動が生じているか否かを自動的に判断する。さらに、制御装置１は、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の範囲内から無作為に変化量Ｖを決定し、第１回転速度ＲＳ１を、決定した変化量Ｖだけ変化させることで第２回転速度ＲＳ２を求める。これにより、熟練者の介入なく、容易に、工作機械が切削加工する際に生じるびびり振動を抑制できる。
【００６１】
図４は、本実施形態の効果を説明するための、安定限界線図の模式図である。安定限界線図とは、自励びびり振動における再生型のびびり振動について、主軸の回転速度と工具の切り込み深さとの関係を表す図である。図４に示す曲線の下側がびびり振動を発生させずに加工可能な安定領域であり、曲線の上側がびびり振動を発生させるびびり領域である。 ただし、本実施形態では、制御回路１０は、図４に示す安定限界線図を求めない。
【００６２】
従来技術は、切削加工において生じる自励びびり振動のうち再生型のびびり振動を抑制するために、図４に示す安定限界線図を求めていた。従来技術は、安定限界線図を求めるために、工作機械に対して加振テストを行ったり、切削テストを行ったりしていた。しかしながら、正確な安定限界線図を求めることは困難である。また、びびり振動の発生要因を網羅することは困難であるため、求められた安定限界線図に従ってびびり振動なしに切削加工を開始しても、切削加工の途中でびびり振動が生じる場合がある。
【００６３】
図４から明らかなように、びびり振動を抑える手段として、切削工具の回転速度を変更することが利用できる。そこで、本実施形態では、制御回路１０は、安定限界線図を求めずに、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の範囲内から無作為に変化量Ｖを決定し、第１回転速度ＲＳ１を、決定した変化量Ｖだけ変化させることで第２回転速度ＲＳ２を求める。このように、制御回路１０は、安定限界線図を求めずに、工具主軸１１２の第１回転速度ＲＳ１を第２回転速度ＲＳ２へと変更することで、びびり振動を抑制する。従って、本実施形態では、安定限界線図を求めるための加振テストや切削テストは不要である。さらに、加振テスト結果を分析するための計算能力は、制御装置１には不要である。また、自励や強制などのびびり振動の類型によらず、工作機械１００が切削加工する際に生じるびびり振動を抑制できる。
図４に示す安定限界線図において、ピークと、そのピークに隣接するピークとの距離（回転速度）は、回転速度が大きくなるにつれて大きくなる。すなわち、回転速度が大きくなると、確実にびびり振動を抑制するためには、変化量Ｖも大きくなる方が好ましい。本実施形態では、上限値ＵＬおよび下限値ＬＬが第１回転速度ＲＳ１に対する相対値（％）として設定されるか、又は第１回転速度ＲＳ１と上限値ＵＬおよび下限値ＬＬとがそれぞれ対応付けられた数式やテーブルを用いることで、第１回転速度ＲＳ１が大きくなると回転速度の絶対値（ｒｐｍ）における上限値と下限値との範囲を広げるように設定される。これにより、第１回転速度ＲＳ１が小さいときには変化量Ｖを小さく、第１回転速度ＲＳ１が大きいときには変化量Ｖが大きくなる。すなわち、安定限界線図における加工可能な領域の傾向に合わせて回転速度の変化量Ｖを調整できるため、より確実にびびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を求めることができる。
【００６４】
従来技術では、びびり振動を抑制するために、機械学習を行って加工条件の調整量を決定することがあった。しかしながら、機械学習により最適な加工条件を求めるためには、複雑な計算手順が必要であり、計算の処理において制御回路に大きな負荷がかかる。また、最適な加工条件を導くためには膨大な量のデータの蓄積が必要である。工作機械による多品種少量生産に対応する様々な工具やワークの材質、加工形状に対して、それぞれのデータを蓄積するのは困難である。本実施形態では、制御装置１は、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の範囲内から無作為に変化量Ｖを決定し、第１回転速度ＲＳ１を、決定した変化量Ｖだけ変化させることで第２回転速度ＲＳ２を求めるため、計算手順が単純で、計算処理における制御回路１０への負荷が少ない。さらに、膨大な量のデータを蓄積する必要がないため、工具の種類、ワークの材質、および加工形状に依存せずに、工作機械１００が切削加工する際に生じるびびり振動を抑制できる。
【００６５】
なお、乱数ＲＮを発生させることは省略されてもよい。例えば、制御回路１０は、上限値ＵＬと下限値ＬＬの中央値を変化量Ｖとして決定してもよい。すなわち、制御回路１０は、ルールに基づいて上限値ＵＬと下限値ＬＬの範囲内から変化量Ｖを決定してもよい。
【００６６】
＜変形例１＞
次に、図５は、図３に示す回転速度の変更処理Ｓ６の変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ａにおける各動作を示すフローチャートである。変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ａでは、検出される振動加速度Ａが振動閾値以下となるまで、工具主軸１１２の回転速度の変更が繰り返される。重複するステップの説明は省略される。
【００６７】
具体的には、ステップＳ１０に代えてステップＳ１０Ａが実行され、ステップＳ４０に代えてステップＳ４０Ａが実行され、ステップＳ５０の後にステップＳ６０およびステップＳ７０が実行される点において、回転速度の変更処理Ｓ６Ａは、図３に示す回転速度の変更処理Ｓ６と相違する。
【００６８】
ステップＳ１０Ａでは、設定回路４０は、工具主軸１１２の現在の回転速度に基づいて変化量の許容幅ＶＷを設定する。例えば、設定回路４０は、複数の回転速度と複数の許容幅とがそれぞれ対応付けられたテーブルをメモリ６０から読み出すことで、許容幅ＶＷを設定する。また、例えば、設定回路４０は、操作部７０で受け付けた操作に基づいて許容幅ＶＷを設定する。許容幅ＶＷは、例えば、現在の回転速度の１０％に設定される。上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、許容幅ＶＷを満たすように設定される。
【００６９】
ステップＳ４０Ａは、ステップＳ１０Ａで求めた許容幅ＶＷを満たすようにステップＳ３０で算出した変化量Ｖだけで現在の回転速度を変化させることで第２回転速度ＲＳ２を算出する点においてステップＳ４０と相違する。
【００７０】
第１回転速度ＲＳ１から第２回転速度ＲＳ２に変更されると（ステップ５０）、振動検出回路２０は振動加速度Ａを検出する（ステップＳ６０）。そして、判定回路３０は、ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７０）。ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値以下であると（ステップＳ７０：Ｎｏ）、回転速度の変更処理Ｓ６Ａは終了する。なお、判定回路３０は、ステップＳ７０において、振動加速度Ａに加えて 工具主軸１１２にかかる負荷を用いてもよい。ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値より大きいと（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０Ａに戻る。すなわち、ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値より小さくなるまで、ステップＳ１０Ａ〜ステップＳ５０は繰り返し実行される。
【００７１】
さらに換言すれば、回転速度の変更の回数ｊに対応する第２回転速度ＲＳ２（ｊ）は、次の式３−１および式３−２に基づいて算出される。
【００７２】
【数５】
2020017029.tif 000007
【００７３】
【数６】
2020017029.tif 000008
【００７４】
ただし、下限値ＬＬ（ｊ）は、回転速度の絶対値（ｒｐｍ）とする。このように、制御回路１０は、変化量Ｖ（ｊ）だけで第２回転速度ＲＳ２（ｊ−１）を変化させることで、新たな第２回転速度ＲＳ２（ｊ）を算出する。ただし、第２回転速度ＲＳ２（０）は、第１回転速度ＲＳ１と同じである。従って、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）は、式３−１と以下の式３−３に基づいても算出可能である。
【００７５】
【数７】
2020017029.tif 000009
【００７６】
図６は、変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ａの効果を説明するための、安定限界線図の模式図である。図６に示す曲線の下側がびびり振動を発生させずに加工可能な安定領域であり、曲線の上側がびびり振動を発生させるびびり領域である。ここで 、上限値ＵＬ、下限値ＬＬ、および変化量Ｖは、絶対値（ｒｐｍ）とする。図６に示すように、変更の回数ｊに応じて、許容幅ＶＷ（ｊ）は変化する。すなわち、変更の回数ｊに応じて上限値ＵＬ（ｊ）および下限値ＬＬ（ｊ）は変化する。変化量Ｖ（ｊ）は、許容幅ＶＷ（ｊ）と乱数ＲＮ（ｊ）に基づいて決定される。第２回転速度ＲＳ２（ｊ＋１）は、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）と変化量Ｖ（ｊ）の和である。第２回転速度ＲＳ（ｊ＋２）は、第２回転速度ＲＳ２（ｊ＋１）と変化量Ｖ（ｊ＋１）の和であり、びびり振動を抑制している。
【００７７】
このように、回転速度の変更を繰り返すと、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２がより確実に求められる。
【００７８】
また、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２は、乱数ＲＮ（ｊ）に基づくランダム探索によって求められる。従って、線形探索する場合に比べて、びびり振動をいつまでも抑制できないといった状態に陥ることなく、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を比較的安定して求められる。
【００７９】
さらに、乱数ＲＮ（ｊ）に基づいて第２回転速度ＲＳ２（ｊ）を算出すれば、振動加速度Ａ（ｊ）が小さくなるように回転速度を変更するアルゴリズムに比べて、局所解に陥る可能性は低い。
【００８０】
ここで、図６の安定限界線図に示すように、ピークと、そのピークに隣接するピークとの距離（回転速度）は、回転速度が大きくなるにつれて、大きくなる。すなわち、回転速度が大きくなると、びびり振動を抑制するために、より大きな変化量Ｖが必要となる。従って、ステップＳ１０Ａのように、現在の回転速度が大きくなるにつれて許容幅ＶＷ（ｊ）を広げれば、変化量Ｖ（ｊ）の絶対値も大きくなる。これにより、制御回路１０は、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を、より早く求めることができる。
【００８１】
換言すれば、回転速度が小さくなると、より小さな変化量Ｖでびびり振動を抑制できる。従って、ステップＳ１０Ａのように、許容幅ＶＷ（ｊ）を現在の回転速度の相対値とすれば、現在の回転速度に合わせて変化量Ｖ（ｊ）を小さくすることができる。
【００８２】
ただし、許容幅ＶＷ（ｊ）は、現在の回転速度に対する相対値（％）に限らず、回転速度の絶対値（ｒｐｍ）であってもよい。
【００８３】
＜変形例２＞
次に、図７は、図３に示す工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６の変形例２に係る工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６Ｂにおける各動作を示すフローチャートである。変形例２に係る工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６Ｂでは、上限値ＵＬと下限値ＬＬとが固定され、第１回転速度ＲＳ１から第２回転速度ＲＳ２への変更が繰り返される。
【００８４】
具体的には、図７に示すフローチャートは、ステップＳ１０Ａに代えてステップＳ１０が実行され、ステップＳ４０Ａに代えてステップＳ４０が実行され、ステップＳ７０でＹｅｓと判定されるとステップＳ２０に戻る点において、変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ａと相違する。
【００８５】
図７に示すように、判定回路３０は、ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７０）。ステップＳ６０で検出された振動加速度Ａが振動閾値より大きいと（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０に戻る。すなわち、 ステップＳ１０が繰り返し実行されないため、上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、第２回転速度ＲＳ２を繰り返し算出する際に、固定値となっている。従って、回転速度の変更処理Ｓ６Ｂでは、第１回転速度ＲＳ１に対する変化量の許容幅ＶＷも固定値である。
【００８６】
制御回路１０は、次の式４−１および式４−２に基づいて、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）を算出する。
【００８７】
【数８】
2020017029.tif 000010
【００８８】
【数９】
2020017029.tif 000011
【００８９】
すなわち、変化量Ｖ（ｊ）は、固定された上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の固定の範囲内から乱数ＲＮ（ｊ）に基づいて、無作為に決定される。第２回転速度ＲＳ２（ｊ）は、第１回転速度ＲＳ１と変化量Ｖ（ｊ）の和である。ただし、変化量Ｖ（ｊ）は、回転速度の絶対値（ｒｐｍ）に限らず、回転速度に対する相対値（％）であってもよい。
【００９０】
これにより、固定の範囲内で第２回転速度ＲＳ２が変更されるため、当初指定された第１回転速度ＲＳ１から大幅に離れることなく、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を決定することができる。したがって、びびり振動の抑制に伴う工作機械１００にかかる負荷の増加や工具寿命の低下、もしくは加工時間の延長が、想定を越えることを避けやすくなる。
【００９１】
＜変形例３＞
次に、図８は、図３に示す回転速度の変更処理Ｓ６の変形例３に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｃにおける各動作を示すフローチャートである。変形例３に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｃでは、回転速度の変更の繰り返し回数に制限が設けられる点において、変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｂと相違する。重複するステップの説明は省略される。
【００９２】
図８に示すように、制御回路１０は、繰り返し回数ＲＣに０を入力する（ステップＳ１２）。この繰り返し回数ＲＣは、一時的に記憶され、例えば、メモリ６０に記憶される。そして、設定回路４０が上限値ＵＬおよび下限値ＬＬを設定すると（ステップＳ１０）、制御回路１０は、繰り返し回数ＲＣが制限回数を超えているか否かを判断する（ステップＳ１４）。繰り返し回数ＲＣが制限回数を超えていないと（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ２０に進む。ステップＳ６０で検出された振動加速度が振動閾値より大きいと（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、制御回路１０は、繰り返し回数ＲＣを１つだけ大きくする（ステップＳ１６）。繰り返し回数ＲＣが１つ大きくなると（ステップＳ１６）、ステップＳ１４に戻る。
【００９３】
繰り返し回数ＲＣが制限回数を超えていると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御回路１０は、警告を行う（ステップＳ１８）。例えば、制御回路１０は、警告内容をディスプレイ８０に表示させて、工具主軸１１２の回転速度の変更処理を終了する（ステップＳ１８）。このように、回転速度の変更の繰り返し回数ＲＣが制限されるので、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を探索する処理がいつまでも続くことがない。
【００９４】
例えば、制御回路１０は、検出された振動加速度を、検出された時の回転速度に対応させて、一時的にメモリ６０に記録させてもよい。そして、制御回路１０は、ステップＳ１８において、変更処理において検出された振動加速度のうち最も低い値が検出された時の回転速度をディスプレイ８０に表示させてもよい。さらに、制御回路１０は、最も低い値が検出された時の回転速度と、この回転速度に対応する振動加速度とをディスプレイ８０に表示させてもよい。さらに、制御回路１０は、変更処理中に最も低い振動加速度が検出された時の回転速度に変更してもよい。これにより、工作機械１００が切削加工する際に生じるびびり振動について、回転速度の変更処理を実行する前より抑制することができる 。
【００９５】
＜変形例４＞
次に、図９は、図３に示す回転速度の変更処理Ｓ６の変形例４に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｄにおける各動作を示すフローチャートである。変形例４に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｄでは、最初に回転速度を変更する際、第２回転速度ＲＳ２が第１回転速度ＲＳ１よりも大きくなるように、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の範囲内から変化量Ｖが決定される点において、変形例３に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｃと相違する。重複するステップの説明は省略される。
【００９６】
繰り返し回数ＲＣが制限回数を超えていないと（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御回路１０は、繰り返し回数ＲＣが０であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。繰り返し回数ＲＣが０でない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ２０に進む。繰り返し回数ＲＣが０である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２２に進む。
【００９７】
制御回路１０の乱数発生回路１０Ｒは、第２回転速度ＲＳ２が第１回転速度ＲＳ１よりも大きくなるように、乱数ＲＮ０を発生させる（ステップＳ２２）。例えば、上限値ＵＬが１００（ｒｐｍ）であり、下限値ＬＬが−１００（ｒｐｍ）であり且つ発生した乱数ＲＮ０が０．５以下の場合、乱数発生回路１０Ｒは、乱数ＲＮ０を０．５だけ大きくする。これにより、下限値ＬＬが−１００（ｒｐｍ）であったとしても、変化量Ｖは０（ｒｐｍ）より大きくなる。
【００９８】
このように、最初に回転速度を変更する際、第２回転速度ＲＳ２は第１回転速度ＲＳ１より大きくなる。従って、第１回転速度ＲＳ１より小さい回転速度でもびびり振動が抑制できる場合に、第１回転速度ＲＳ１より小さい回転速度を第２回転速度ＲＳ２として求める確率が低くなる。換言すれば、本変形例に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｄでは、びびり振動を抑制し且つ切削加工の時間を短縮するために、より大きい回転速度を第２回転速度ＲＳ２として算出する確率を高めることができる。
【００９９】
なお、本変形例では、乱数発生回路１０Ｒが乱数ＲＮ０を発生させることで、第２回転速度ＲＳ２が第１回転速度ＲＳ１より大きくなった。しかし、制御回路１０は、乱数ＲＮ０を発生させずに、変化量Ｖの算出方法を変えることで、第２回転速度ＲＳ２を第１回転速度ＲＳ１より大きくなるようにしてもよい。例えば、マイナス値となる変化量Ｖは、プラス値に変換されてもよい。また、例えば、変化量Ｖを変換せずに、繰り返し回数ＲＣが０のときの下限値ＬＬ（０）をプラスの値に設定してもよい。
【０１００】
＜変形例５＞
次に、図１０は、図３に示す回転速度の変更処理Ｓ６の変形例５に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｅにおける各動作を示すフローチャートである。
【０１０１】
変形例５に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｅは、振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）より小さい場合、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）と第２回転速度ＲＳ２（ｊ−１）との大小関係を維持するように、変化量Ｖ（ｊ＋１）を決定する点において、変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｂと相違する。重複するステップの説明は省略される。
【０１０２】
具体的には、図１０に示すように、ステップＳ３０に代えてステップＳ３０Ａが実行され、ステップＳ７０でＹｅｓと判定されるとステップＳ８０が実行され、ステップＳ８０の実行の後、ステップＳ２０に戻る点において、回転速度の変更処理Ｓ６Ｅは、回転速度の変更処理Ｓ６Ｂと相違する。
【０１０３】
ステップＳ３０Ａでは、制御回路１０は、以下の式３−１Ａおよび式３−２に基づいて変化量Ｖを算出する。
【０１０４】
【数１０】
2020017029.tif 000012
【０１０５】
【数１１】
2020017029.tif 000013
【０１０６】
ただし、本変形例では、ＶＷ（ｊ）は、正の値となるように、上限値ＵＬ（ｊ）及び下限値ＬＬ（ｊ）が決定されている。また、Ｂｉａｓは、−１または＋１である。Ｂｉａｓは、一時的に記憶され、例えばメモリ６０に記憶される。このＢｉａｓは、ステップＳ８０において決定される。具体的には、図１１に示すように、制御回路１０は、振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）より小さいか否かを判定する（ステップＳ８２）。制御回路１０は、振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）より小さいと（ステップＳ８２：Ｙｅｓ）、ステップＳ８０の処理を終了する。すなわち、振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）より小さいと（ステップＳ８２：Ｙｅｓ）、Ｂｉａｓの符号は変更されない。制御回路１０は、振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）以上であると（ステップＳ８２：Ｎｏ）、Ｂｉａｓの符号を反転させる（ステップＳ８４）。
【０１０７】
ただし、ステップＳ４（図２を参照）およびステップＳ６０で検出された振動加速度Ａは、一時的にメモリ６０に記憶されているものとする。
【０１０８】
例えば、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）が第２回転速度ＲＳ２（ｊ−１）より大きく且つ振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）より小さいと、Ｂｉａｓの符号は変わらないので、変化量Ｖ（ｊ）はプラスの値となる。その結果、第２回転速度ＲＳ２（ｊ＋１）は第２回転速度ＲＳ２（ｊ）より大きくなる。また、第２回転速度ＲＳ２（ｊ）が第２回転速度ＲＳ２（ｊ−１）より大きく且つ振動加速度Ａ（ｊ）が振動加速度Ａ（ｊ−１）以上であると、Ｂｉａｓの符号が反転するので、変化量Ｖ（ｊ）は、マイナスの値となる。その結果、第２回転速度ＲＳ２（ｊ＋１）は第２回転速度ＲＳ２（ｊ）より小さくなる。すなわち、制御回路１０は、振動加速度Ａが小さくなれば、回転速度の変更の方向（高回転化又は低回転化）を維持し、振動加速度Ａが小さくならなければ、回転速度の変更の方向を逆方向にする。これにより、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２がより早く求められる。なお、変化量Ｖ（ｊ）は、回転速度に対する相対値（％）であってもよい。
【０１０９】
なお、本変形例では、Ｂｉａｓは、−１または＋１の値であったが、これに限らない。例えば、Ｂｉａｓは、回転速度の変更の方向の切り替えを有効にするか否かを示すフラグとしてメモリ６０に記憶されてもよい。そして、制御回路１０は、このフラグを参照して、現在の回転速度から変化量Ｖ（ｊ）だけ加算するか、又は、減算するかを決定してもよい。
【０１１０】
＜変形例６＞
次に、図１２は、図３に示す工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６の変形例６に係る工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６Ｆにおける各動作を示すフローチャートである。変形例６に係る工具主軸１１２の回転速度の変更処理Ｓ６Ｆでは、一度用いられた第２回転速度ＲＳ２を再度算出しない点において、変形例１に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｂと相違する。重複するステップの説明は省略される。
【０１１１】
図１２に示すように、変形例６に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｆでは、制御回路１０は、第２回転速度ＲＳ２が算出されると（ステップＳ４０）、算出された第２回転速度ＲＳ２がメモリ６０に記憶されているか否かを判定する（ステップＳ４２）。制御回路１０は、算出された第２回転速度ＲＳ２がメモリ６０に記憶されていると（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、ステップ２０に戻る。すなわち、制御回路１０は、メモリ６０に記憶済みの第２回転速度ＲＳ２で工具主軸１１２を回転させない。算出された第２回転速度ＲＳ２がメモリ６０に記憶されていないと（ステップＳ４２：Ｎｏ）、ステップＳ５０およびステップＳ６０が実行される。ステップＳ６０の実行後、制御回路１０は、算出された第２回転速度ＲＳ２をメモリ６０に記憶する（ステップＳ４４）。例えば、メモリ６０は、図１３に示すように、使用済みリスト６００を記憶する。使用済みリスト６００は、ステップＳ４０で算出された第２回転速度ＲＳ２とステップＳ６０で検出された振動加速度Ａとを関連付けて記憶する。ただし、使用済みリスト６００は、第２回転速度ＲＳ２だけを記憶してもよい。また、使用済みリスト６００は、第２回転速度ＲＳ２の代わりに変化量Ｖを記憶してもよい。
【０１１２】
制御回路１０は、検出された振動加速度Ａが振動閾値以下であると（ステップＳ７０：Ｎｏ）、メモリ６０から第２回転速度ＲＳ２を削除する（ステップＳ４６）。すなわち、びびり振動が抑制されると、メモリ６０に記憶された使用済みリスト６００は初期化される。そして、回転速度の変更処理Ｓ６Ｆは終了する。
【０１１３】
変形例６に係る回転速度の変更処理Ｓ６Ｆでは、びびり振動を抑制できない第２回転速度ＲＳ２で工具主軸１１２を回転させることを、２回以上、実行することがない。従って、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２がより早く求められる。また、例えば、山登り法などのアルゴリズムに比べて、局所解に陥る可能性が低い。
【０１１４】
なお、上述の変形例１〜６の特徴は、矛盾のない範囲で、組み合わせることが可能である。例えば、制御回路１０は、Ｂｉａｓ、繰り返し回数ＲＣ、および使用済みリスト６００を用いて、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＣ２をより早く求めてもよい。
【０１１５】
＜第２実施形態＞
次に、図１４は、第２実施形態に係る工作機械１００Ａの概略構成を示す図である。
【０１１６】
第２実施形態に係る工作機械１００Ａは、制御装置１Ａと、中央処理装置３を備える点において、第１実施形態に係る工作機械１００と相違する。
【０１１７】
中央処理装置３は、通信装置９０Ｍを介して、制御装置１Ａに接続されている。これにより、中央処理装置３と制御装置１Ａとは通信可能である。中央処理装置３は、制御装置１Ａ以外の工作機械の制御装置１Ｂとも通信可能である。制御装置１Ａは、中央処理装置３と通信するために、通信回路（第１通信手段）９０を備えている。通信回路９０は、バス２を介して制御回路１０、振動検出回路２０、および負荷検出回路５０と接続されている。
【０１１８】
第２実施形態に係る工作機械１００Ａでは、判定回路３０、設定回路４０、およびメモリ６０は、中央処理装置３に設けられている。中央処理装置３は、通信回路９０と通信するために、通信回路（第２通信手段）９２を備えている。
【０１１９】
このように、第１実施形態における制御装置１の構成を、制御装置１以外の装置に設けても、第１実施形態および変形例１〜６の効果を得ることができる。さらに、中央処理装置３の構成はクラウドコンピューティングで実現されてもよい。なお、制御回路１０も制御装置１Ａに設けなくてもよい。
【０１２０】
また、第１回転速度ＲＳ１と、びびり振動を抑制した第２回転速度ＲＳ２とを関連付けて中央処理装置３のメモリ６０に記憶させれば、制御装置１Ａ以外の制御装置１Ｂが、第１回転速度ＲＳ１と、びびり振動を抑制した第２回転速度ＲＳ２とを読み出すことが可能となる。例えば、図１５に示すように、メモリ６０は、回転速度の変更処理の結果を示す結果リスト６１０を記憶する。結果リスト６１０では、データ６１２に示すように、第１回転速度ＲＳ１である１６５０（ｒｐｍ）と、びびり振動を抑制した第２回転速度ＲＳ２である１７４０（ｒｐｍ）と、びびり振動が抑制されたときに検出された振動加速度Ａである７５（ｍ／ｓ２）とが関連付けられている。
【０１２１】
ここで、結果リスト６１０は、びびり振動を抑制した第２回転速度ＲＳ２だけでなく、びびり振動を抑制できなかった第２回転速度ＲＳ２を記憶してもよい。データ６１４に示すように、結果リスト６１０には、第１回転速度ＲＳ１である１０００（ｒｐｍ）と、びびり振動を抑制できなかった第２回転速度ＲＳ２である１１００（ｒｐｍ）と、第２回転速度ＲＳ２で工具主軸１１２が回転しているときに検出された振動加速度Ａである１１０（ｍ／ｓ２）とが関連付けられている。ただし、振動閾値は１００（ｍ／ｓ２）とする。
【０１２２】
このようにメモリ６０に回転速度の変更処理の結果を蓄積すれば、制御装置１Ａ以外の制御装置１Ｂが読み出しできるだけでなく、制御装置１Ａも回転速度の変更処理の結果を読み出すことができる。そして、制御装置１Ａは、新たに切削加工を開始するときに、何度も回転速度の変更をすることなしに、びびり振動を抑制する第２回転速度ＲＳ２を求めることができる。この際、制御装置１Ａは、最も小さい振動加速度に対応する第２回転速度ＲＳ２を求めてもよい。
【０１２３】
さらに、図１６の結果リスト６２０に示すように、メモリ６０には、切削工具と、工具主軸１１２の送り速度と、切り込み量と、被削材材質と、がさらに関連付けられて記憶されてもよい。また、結果リスト６２０に記憶されたデータに、切削加工プログラムが対応付けられて記憶されてもよい。
【０１２４】
制御回路１０は、回転速度を自動的に変更せずに、結果リスト６２０をディスプレイ８０に表示させて、第２回転速度ＲＳ２をユーザに選択させてもよい。
【０１２５】
＜その他の実施例＞
以上の例では、工具主軸１１２は、垂直方向に実質的に平行であったが、垂直方向に対して傾斜していてもよく、水平方向に実質的に平行であってもよい。また、工作機械１００は、切削工具ＣＴを自動交換する工具自動交換装置を備えてもよい。切削工具ＣＴの交換はタレットで行われてもよい。
【０１２６】
また、以上の例では、切削工具ＣＴによるミーリングが行われたが、ミーリングは、エンドミル加工でもよいし、フライス加工でもよい。また、切削加工は、ミーリングに限らず、旋削加工（外径／内径／端面／ボーリング）でもよい。
【０１２７】
また、以上の例では、操作部７０を介して各閾値や値が設定可能であったが、各閾値および値は、通信回路９０を介して設定信号を受信することで設定されてもよい。
【０１２８】
また、上限値ＵＬ、下限値ＬＬ、許容幅ＶＷ、繰り返し回数ＲＣの制限回数、及びＢｉａｓは、切削工具ＣＴ、被削材材質、および切削加工プログラム毎に設定されてもよい。
【０１２９】
また、各フローチャートにおける各ステップの実行順序は、処理結果が変わらない範囲で変更可能である。
【０１３０】
本願においては、「備える」およびその派生語は、構成要素の存在を説明する非制限用語であり、記載されていない他の構成要素の存在を排除しない。これは、「有する」、「含む」およびそれらの派生語にも適用される。
【０１３１】
「〜部材」、「〜部」、「〜要素」、「〜体」、および「〜構造」という文言は、単一の部分や複数の部分といった複数の意味を有し得る。
【０１３２】
「第１」や「第２」などの序数は、単に構成を識別するための用語であって、他の意味（例えば特定の順序など）は有していない。例えば、「第１要素」があるからといって「第２要素」が存在することを暗に意味するわけではなく、また「第２要素」があるからといって「第１要素」が存在することを暗に意味するわけではない。
【０１３３】
程度を表す「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言は、最終結果が大きく変わらないような合理的なずれ量を意味し得る。本願に記載される全ての数値は、「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言を含むように解釈され得る。
【０１３４】
上記の開示内容から考えて、本発明の種々の変更や修正が可能であることは明らかである。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本願の具体的な開示内容とは別の方法で本発明が実施されてもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１００        ：工作機械
１            ：制御装置
１０          ：制御回路
１０Ｒ        ：乱数発生回路
２０          ：振動検出回路
２２,２４     ：振動センサ
３０          ：判定回路
４０          ：設定回路
５０          ：負荷検出回路
６０          ：メモリ
７０          ：操作部
８０          ：ディスプレイ
１１０        ：工具主軸台  
１１２        ：工具主軸    
１１４        ：コラム
１２０        ：ワーク主軸台
１２２        ：ワーク主軸
【図１】
2020017029.tif 000014
【図２】
2020017029.tif 000015
【図３】
2020017029.tif 000016
【図４】
2020017029.tif 000017
【図５】
2020017029.tif 000018
【図６】
2020017029.tif 000019
【図７】
2020017029.tif 000020
【図８】
2020017029.tif 000021
【図９】
2020017029.tif 000022
【図１０】
2020017029.tif 000023
【図１１】
2020017029.tif 000024
【図１２】
2020017029.tif 000025
【図１３】
2020017029.tif 000026
【図１４】
2020017029.tif 000027
【図１５】
2020017029.tif 000028
【図１６】
2020017029.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月12日(2018.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具またはワークが装着された主軸が回転して前記ワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する判定手段と、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する設定手段と、
前記主軸の回転速度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定して前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させ、
前記びびり振動が発生していないと判定されるまで、前記回転速度の変更を繰り返す
工作機械の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
乱数を発生させ、
前記乱数に基づいて前記変化量を決定する
請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項３】
記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記変化量を前記記憶手段に記憶させ、
前記記憶手段に記憶された変化量を除いて、前記変化量を決定する
請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記第１回転速度が大きくなると、前記範囲を広げる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、最初に前記変化量を決定する場合、前記第２回転速度が前記第１回転速度よりも大きくなるように前記範囲内から前記変化量を決定する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記回転速度の変更の繰り返し回数が制限回数を超えないように、前記回転速度を変更する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項７】
前記ワークが切削されるときに発生する振動の振動加速度を検出する振動検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記振動加速度が閾値より大きい時に前記びびり振動が発生していると判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、変更後の第２回転速度で前記主軸が回転するときに検出される前記振動加速度が、変更前の第２回転速度で前記主軸が回転するときに検出される前記振動加速度よりも小さい場合、前記変更後の第２回転速度と前記変更前の第２回転速度の大小関係を維持するように、前記範囲内から無作為に前記変化量を決定する
請求項７に記載の工作機械の制御装置。
【請求項９】
前記主軸にかかる負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記閾値は、前記負荷に対応している
請求項７または８に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１０】
前記上限値および前記下限値は、それぞれ、前記回転速度の絶対値である
請求項１〜９のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１１】
前記上限値および前記下限値は、それぞれ、前記回転速度に対する相対値である
請求項１〜９のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置と、
前記主軸と、
を備える工作機械。
【請求項１３】
切削工具またはワークが装着された主軸が回転して前記ワークを切削するときにびびり振動が発生しているか否かを判定する判定回路と、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定する設定回路と、
前記主軸の回転速度を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定して前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させ、
前記びびり振動が発生していないと判定されるまで、前記回転速度の変更を繰り返す
工作機械の制御装置。
【請求項１４】
切削工具またはワークが装着された主軸を第１回転速度で回転させ、
前記主軸が回転して前記ワークが切削されるときにびびり振動が発生しているか否かを判定し、
前記主軸の回転速度の変化量の上限値と下限値とを設定し、
前記主軸を回転させているときに、前記びびり振動が発生していると判定された場合、前記上限値と前記下限値との間の範囲内から無作為に前記変化量を決定し、
前記第１回転速度を前記変化量だけ変化させた第２回転速度で前記主軸を回転させ、
前記びびり振動が発生していないと判定されるまで、前記回転速度の変更を繰り返す
工作機械の制御方法。
【国際調査報告】
2020017029.tif 000030
2020017029.tif 000031