(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、びびり振動予測防止加工装置、びびり振動予測防止加工装置のびびり振動予測防止方法を提供することである。【解決手段】現工程におけるびびり振動を防止するのみならず、現工程におけるワークの振動データおよび加工条件に基づいて、次工程におけるびびり振動の発生を予測する。そして、次工程の加工条件を修正することにより次工程におけるびびり振動を防止する。これにより、複数ある処理工程に対して、各工程毎に個別にびびり振動を防止して加工速度を落とすこと無く効率的な切削加工を実施することが出来る。さらに、複数ある工程におけるワークの振動データを順次、次工程あるいは次々工程の加工条件の修正に用いて次工程のびびり振動を防止していくことにより、ワークの加工全体に渡るびびり振動の防止が実現できる。【選択図】  図５
2006150504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現工程においてワークの振動データを取得するステップと、
前記取得するステップにおいて取得された前記ワークの前記振動データに基づいて前記現工程における前記ワークのびびり振動を防止するステップと、
さらに、前記取得するステップにおいて取得された前記ワークの前記振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと、
前記予測するステップにおいて予測された前記びびり振動の発生有無結果に基づいて前記次工程における前記ワークを加工する加工データを修正するステップと
を具備するびびり振動予測防止方法。
【請求項２】
請求項１に記載のびびり振動予測防止方法において、前記予測するステップは、
前記現工程における前記ワークを加工する加工データと前記ワークの比切削抵抗とから前記現工程における前記ワークに対する切削力を演算する第１演算ステップと、
前記第１演算ステップで演算された前記切削力と前記振動データとから前記現工程における前記ワークの動剛性を演算する第２演算ステップと、
前記第２演算ステップにおいて演算された前記動剛性と前記次工程における前記ワークのＣＡＤデータに基づいて前記次工程における前記ワークの動剛性Ｋを演算する第３演算ステップと、
前記第３演算ステップで演算された前記次工程における前記ワークの前記動剛性Ｋの値と前記次工程の前記ワークを加工する加工データとを照合して前記次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと
を具備するびびり振動予測防止方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載されるびびり振動予測防止方法において、前記びびり振動予測防止方法を前記ワークの複数の加工位置において実施するびびり振動予測防止方法。
【請求項４】
ワーク保持部によりワークを保持するステップと、
（１）加工データに基づいて、前記ワークを加工するための加工ツールで前記保持するステップで保持された前記ワークを加工するステップと、
（２）前記ワーク保持部に設置された振動検出部が、前記ワークが現工程において前記加工するステップで加工されている間に、前記ワークの振動データを取得するステップと、
（３）前記取得するステップにおいて取得された前記ワークの前記振動データに基づいて前記現工程における前記ワークのびびり振動を防止するステップと、
（４）さらに、前記取得するステップにおいて取得された前記ワークの前記振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと、
（５）前記予測するステップにおいて予測された前記びびり振動の発生有無結果に基づいて前記次工程における前記ワークを加工する加工データを修正するステップと
前記（１）から（５）までのステップを最終仕上げ精度の工程まで繰り返し実施するステップと
を具備するワークの加工方法。
【請求項５】
請求項４に記載のワークの加工方法において、前記予測するステップは、
前記現工程における前記ワークを加工する加工データと前記ワークの比切削抵抗とから前記現工程における前記ワークに対する切削力を演算する第１演算ステップと、
前記第１演算ステップで演算された前記切削力と前記振動データとから前記現工程における前記ワークの動剛性を演算する第２演算ステップと、
前記第２演算ステップにおいて演算された前記動剛性と前記次工程における前記ワークのＣＡＤデータに基づいて前記次工程における前記ワークの動剛性Ｋを演算する第３演算ステップと、
前記第３演算ステップで演算された前記次工程における前記ワークの前記動剛性Ｋの値と前記次工程の前記ワークを加工する加工データとを照合して前記次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと
を具備するワークの加工方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載されるワークの加工方法において、前記ワークの加工方法を前記ワークの複数の加工位置において実施するワークの加工方法。
【請求項７】
ワークを保持するワーク保持部と、
現工程の加工データに基づいて前記ワークを加工するための加工ツールを保持する加工ツール保持部と、
前記ワーク保持部に設置されて、前記ワークが前記加工ツールで加工されている間に前記ワークの前記現工程の振動データを取得する振動検出部と、
前記振動検出部において取得された前記ワークの前記振動データに基づいて前記現工程における前記ワークのびびり振動を防止し、さらに、前記振動検出部が取得した前記ワークの前記現工程の前記振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、前記予測結果に基づいて前記次工程における前記ワークを加工する前記次工程の加工データを修正するコントローラと
を具備するびびり振動予測防止加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載のびびり振動予測防止加工装置において、前記コントローラは、
ＣＰＵとメモリとを備え、
前記メモリは、前記ワークを加工処理するためのプログラムと複数の工程のそれぞれに対応する加工データとを有し、
前記ＣＰＵは、前記プログラムに基づいて前記現工程における前記ワークの前記加工データと前記ワークの比切削抵抗とから前記現工程における前記ワークに対する切削力と、
前記振動データと前記切削力とから前記現工程における前記ワークの動剛性と、
前記動剛性と前記次工程における前記ワークのＣＡＤデータとに基づいて前記次工程における前記ワークの動剛性Ｋとを演算し、
前記次工程における前記ワークの前記動剛性Ｋの値と前記次工程の前記ワークを加工する加工データとを照合して前記次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、前記予測結果に基づいて前記次工程において前記ワークを加工する前記加工データを修正するびびり振動予測防止加工装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載されるびびり振動予測防止加工装置において、前記ワークを加工する前記次工程の前記加工データを前記ワークの複数の加工位置において修正するびびり振動予測防止加工装置。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれか一項に記載のびびり振動予測防止加工装置を備えたマシニングセンタ。
【請求項１１】
ワークを保持するワーク保持部と、現工程の加工データに基づいて前記ワークを加工するための加工ツールを保持する加工ツール保持部と、前記ワーク保持部に設置されて、前記ワークが前記加工ツールで加工されている間に前記ワークの前記現工程の振動データを取得する振動検出部と、前記振動検出部において取得された前記ワークの前記振動データに基づいて前記現工程における前記ワークのびびり振動を防止し、さらに、前記振動検出部が取得した前記ワークの前記現工程の前記振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、前記予測結果に基づいて前記次工程における前記ワークを加工する前記次工程の加工データを修正するコントローラとを具備するびびり振動予測防止加工装置に備えられるびびり振動予測防止プログラムであって、
前記コントローラは、ＣＰＵとメモリとを備え、前記メモリは前記振動予測防止プログラムと複数の工程のそれぞれに対応する加工データを有し、
前記びびり振動予測防止加工装置に電源を投入すると、前記ＣＰＵは前記メモリから前記振動予測防止プログラムを読み込み、前記現工程に対応する前記加工データと前記ワークの比切削抵抗とから前記現工程における前記ワークに対する切削力と、前記振動データと前記切削力とから前記現工程における前記ワークの動剛性と、前記動剛性と前記次工程における前記ワークのＣＡＤデータとに基づいて前記次工程における前記ワークの動剛性Ｋとを演算し、
さらに、前記次工程における前記ワークの前記動剛性Ｋの値と前記次工程の前記ワークを加工する加工データとを照合して前記次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、前記予測結果に基づいて前記次工程において前記ワークを加工する前記次工程の加工データを修正するびびり振動予測防止プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載されるびびり振動予測防止プログラムにおいて、前記ワークを加工する前記次工程の前記加工データを前記ワークの複数の加工位置において修正するびびり振動予測防止プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、びびり振動予測防止機能を備えたびびり振動予測防止加工装置、および、びびり振動予測防止加工装置のびびり振動予測防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミル加工の基本的な切削様式である切削加工において、切削速度の高速化を妨げる要因の一つにびびり振動の発生がある。このため、ワーク加工時にこのびびり振動を抑制することが行われてきた。
【０００３】
図１に、従来のワーク加工装置を示す。図１に示すワーク加工装置１０は、ワークベンチ２０と、加工ヘッド３０と、これらワークベンチ２０および加工ヘッド３０の動作を制御するコントローラ４０とを備えている。
【０００４】
ワークベンチ２０は、ベース２上にテーブル４を鉛直軸Ｐｖ回り、つまり水平面内で回動可能となっている。このテーブル４上には、その回転軸からオフセットした位置に、上方に延びるブロック５が一体に設けられている。このブロック５には、手ブール４の中心部側に臨むよう、ワークＷを保持するワーク保持部７が備えられている。このワーク保持部７は、ブロック５に備えられた回転機構６により、水平軸回り、つまり鉛直面内で回転可能となっている。加工ヘッド３０は、ワーク保持部７に保持されるワークＷに対向するよう、加工ツール８が配設され、この加工ツール保持部８は、図示せぬ駆動機構により、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能となっている。この加工ツール保持部８は、いわゆるスピンドルであり、保持した加工ツールＴをその軸線回りに回転させることが出来るようになっている。
【０００５】
これにより、ワーク加工装置１０は、加工ツール保持部８がＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能で、ワーク保持部７がＡ方向およびＢ方向に回動可能であり、これによって、加工ツール保持部８に保持される加工ツールＴとワーク保持部７に保持されるワークＷとの間で、合計５軸の動作が可能となっている。
【０００６】
さらに、図２に示すように、このワーク加工装置１０は、加工中のワークＷや加工ツールＴに生じるびびり振動を検出するため、加速度計または歪みセンサからなる振動検出センサ５０を備えている。
【０００７】
振動検出センサ５０は、ワークＷを保持するワーク保持部７に保持される。振動検出センサ５０から出力される検出信号は、アンプ５１で増幅された後にＦＦＴアナライザ５２に入力される。ＦＦＴアナライザ５２では、振動検出センサ５０から出力される検出信号を周波数解析することでモニタリングする。これら振動検出センサ５０、アンプ５１、ＦＦＴアナライザ５２により、振動検出部が構成される。
【０００８】
コントローラ４０では、ＦＦＴアナライザ５２から、加工ツールＴの固有振動数以外の周波数に規定強度以上の振幅のびびり振動が検出されたことを示すデータを受け取ると、加工ツールＴによる加工条件を修正する処理を実行する。
【０００９】
図３に、コントローラ４０における処理フローを示す。コントローラ４０においては、ワーク加工装置１０においてワークの加工が開始されると、予め入力されていたＮＣプログラムに基づき、加工ツールＴが、ワーク保持部７のＸ、Ｙ、ＺおよびＡ、Ｂ方向の動きに則ってワークＷを加工していく。加工開始後、コントローラ４０では、ＦＦＴアナライザ５２から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかチェックする（ステップＳ１０１）。びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、ＮＣプログラムにおいて、加工が当該工程において最終ステップまで終了したかどうかをチェックして（ステップＳ１０２）、終了するまでステップＳ１０１の処理を繰り返す。
【００１０】
ステップＳ１０１において、びびり振動が生じている信号を受け取っていた場合、まず、加工ツールＴの回転数を、予め設定した所定量だけ増加させる（ステップＳ１０３）。そして、ＦＦＴアナライザ５２から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度チェックする（ステップＳ１０４）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、ステップＳ１０１に戻って処理を繰り返す。一方、びびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する一回当りの切り込み量を、予め設定されている量だけ減少させる（ステップＳ１０５）。この場合、減少させた切り込み量によって生じる加工速度の遅れを補償するため、ＮＣプログラムにおいて、加工工程を追加（延長）させる処理を行う（ステップＳ１０６）。
【００１１】
上記してきた従来のワーク加工装置１０では、複数ある工程（荒加工、中加工、仕上げ加工等）に対して、各工程毎に個別にびびり振動を防止して加工速度を落とすこと無く効率的な切削加工を実施することが出来る。しかし、複数ある工程において、各工程におけるびびり振動の検出結果および防止のための加工条件修正データは、前工程の加工条件の影響を受けているにも係わらず、これら加工条件のデータを相関的に使用すること無くびびり振動の防止が行われてきた。このため、次工程のびびり振動の予測をすることが出来ず、ワーク加工において最も重要となる仕上げ加工時においてもびびり振動を完全に防止することは出来ない。
【００１２】
また、ワーク加工時には、工程数に比例したびびり振動を防止するための処理時間を必要とする。
【００１３】
上記した技術に関して以下に示すような報告がなされている。
【００１４】
特開平７−１７１７３７号公報に開示されている「切削諸元の制御方法」では、切削諸元等の変動因子を各々別に計算し、切削工具の選択、切削諸元の設定が適切なものであるかを、切削に係わるさまざまな工具、アタッチメント、工作機械等をも計算に含め、各々の因子を係数化することによりデータを蓄積し、最適な切削諸元を求める切削諸元の制御方法が提案されている。
【００１５】
また、精密工学会誌ＶＯＬ．６２、Ｎｏ．８、１９９６に報告されている「エンドミル加工の再生びびり振動に関する研究（第１報）」においては、高速・高能率加工を進めていくためにも、びびり振動の発生限界を明確にし、実用的な限界線図をもとめておくことが重要と考えられる。このため、旋削加工などでもその重要性が確認されている動的切削力、つまり工具の切込み方向の振動速度に比例する切削力を考慮して再生びびり振動の安定性を理論的に解析し、振動発生限界に及ぼす種々の切削パラメータの影響が考察された。また、エンドミル加工の基本的な切削様式である側面切削について数値計算が行われた。
【００１６】
また、精密工学会誌ＶＯＬ．６３、Ｎｏ．３、１９９７に報告されている「エンドミル加工の再生びびり振動に関する研究（第２報）」においては、エンドミル加工における再生びびり振動の発生限界が理論的に解析されたものについて、実験的な解析が行われた。また、振動発生限界に及ぼす種々の切削条件、エンドミル振動特性および切削面における振動発生領域についても実験的な解析が行われた。このために、切削速度、切削幅、切込みなどの切削条件、エンドミルの振動特性および切れ刃ねじれ角を変化させた切削実験が行われた。これにより、振動発生限界に及ぼす影響が詳細に調べられた。
【００１７】
【特許文献１】特開平７−１７１７３７号公報
【非特許文献１】田中久隆、小幡文雄、足森雅巳、松原十三生「エンドミル加工の再生びびり振動に関する研究（第１報）」精密工学会誌ＶＯＬ．６２、Ｎｏ．８、１９９６
【非特許文献２】田中久隆、小幡文雄、足森雅巳、松原十三生、植木潤、森脇栄輔「エンドミル加工の再生びびり振動に関する研究（第２報）」精密工学会誌ＶＯＬ．６３、Ｎｏ．３、１９９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、びびり振動予測防止加工装置、びびり振動予測防止加工装置のびびり振動予測防止方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２０】
本発明のびびり振動予測防止方法は、現工程においてワークの振動データを取得するステップと、取得するステップにおいて取得されたワークの振動データに基づいて現工程におけるワークのびびり振動を防止するステップと、さらに、取得するステップにおいて取得されたワークの振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと、予測するステップにおいて予測されたびびり振動の発生有無結果に基づいて次工程におけるワークを加工する加工データを修正するステップとを備える。
【００２１】
また、本発明のびびり振動予測防止方法の予測するステップは、現工程におけるワークを加工する加工データとワークの比切削抵抗とから現工程におけるワークに対する切削力を演算する第１演算ステップと、第１演算ステップで演算された切削力と振動データとから現工程におけるワークの動剛性を演算する第２演算ステップと、第２演算ステップにおいて演算された動剛性と次工程におけるワークのＣＡＤデータに基づいて次工程におけるワークの動剛性Ｋを演算する第３演算ステップと、第３演算ステップで演算された次工程におけるワークの動剛性Ｋの値と次工程のワークを加工する加工データとを照合して次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップとを備える。
【００２２】
また、本発明のびびり振動予測防止方法は、ワークの複数の加工位置において実施される。
【００２３】
また、本発明のワークの加工方法は、ワーク保持部によりワークを保持するステップと、（Ａ）加工データに基づいて、ワークを加工するための加工ツールで保持するステップで保持されたワークを加工するステップと、（Ｂ）ワーク保持部に設置された振動検出部が、ワークが現工程において加工するステップで加工されている間に、ワークの振動データを取得するステップと、（Ｃ）取得するステップにおいて取得されたワークの振動データに基づいて現工程におけるワークのびびり振動を防止するステップと、（Ｄ）さらに、取得するステップにおいて取得されたワークの振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップと、（Ｅ）予測するステップにおいて予測されたびびり振動の発生有無結果に基づいて次工程におけるワークを加工する加工データを修正するステップと（Ａ）から（Ｅ）までのステップを最終仕上げ精度の工程まで繰り返し実施するステップとを備える。
【００２４】
また、本発明のワークの加工方法の予測するステップは、現工程におけるワークを加工する加工データとワークの比切削抵抗とから現工程におけるワークに対する切削力を演算する第１演算ステップと、第１演算ステップで演算された切削力と振動データとから現工程におけるワークの動剛性を演算する第２演算ステップと、第２演算ステップにおいて演算された動剛性と次工程におけるワークのＣＡＤデータに基づいて次工程におけるワークの動剛性Ｋを演算する第３演算ステップと、第３演算ステップで演算された次工程におけるワークの動剛性Ｋの値と次工程のワークを加工する加工データとを照合して次工程におけるびびり振動の発生有無を予測するステップとを備える。
【００２５】
また、本発明のワークの加工方法は、ワークの複数の加工位置において実施される。
【００２６】
また、本発明のびびり振動予測防止加工装置は、ワーク（Ｗ）を保持するワーク保持部（７０）と、現工程の加工データに基づいてワークを加工するための加工ツールを保持する加工ツール保持部（８０）と、ワーク保持部に設置されて、ワークが加工ツールで加工されている間にワークの現工程の振動データを取得する振動検出部（５００，５１０，５２０）と、振動検出部において取得されたワークの振動データに基づいて現工程におけるワークのびびり振動を防止し、さらに、振動検出部が取得したワークの現工程の振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、予測結果に基づいて次工程におけるワークを加工する次工程の加工データを修正するコントローラ（４００）とを備える。
【００２７】
また、本発明のびびり振動予測防止加工装置に係わるコントローラ（４００）は、ＣＰＵ（４２０）とメモリ（４１０）とを備え、メモリは、ワーク（Ｗ）を加工処理するためのプログラムと複数の工程のそれぞれに対応する加工データとを有し、ＣＰＵは、プログラムに基づいて現工程におけるワークの加工データとワークの比切削抵抗とから現工程におけるワークに対する切削力と、振動データと切削力とから現工程におけるワークの動剛性と、動剛性と次工程におけるワークのＣＡＤデータとに基づいて次工程におけるワークの動剛性Ｋとを演算し、次工程におけるワークの動剛性Ｋの値と次工程のワークを加工する加工データとを照合して次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、予測結果に基づいて次工程においてワークを加工する加工データを修正する。
【００２８】
また、本発明のびびり振動予測防止加工装置は、ワークの複数の加工位置のそれぞれについて、ワークを加工する次工程の加工データを修正する。
【００２９】
また、本発明のマシニングセンタは、請求項９から１２までのいずれか一項に記載のびびり振動予測防止加工装置を備える。
【００３０】
また、本発明のびびり振動予測防止プログラムは、ワーク（Ｗ）を保持するワーク保持部（７０）と、現工程の加工データに基づいてワークを加工するための加工ツール（Ｔ）を保持する加工ツール保持部（８０）と、ワーク保持部に設置されて、ワークが加工ツールで加工されている間にワークの現工程の振動データを取得する振動検出部（５００，５１０，５２０）と、振動検出部において取得されたワークの振動データに基づいて現工程におけるワークのびびり振動を防止し、さらに、振動検出部が取得したワークの現工程の振動データを用いて、より仕上げ精度の高い次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、予測結果に基づいて次工程におけるワークを加工する次工程の加工データを修正するコントローラ（４００）とを有するびびり振動予測防止加工装置に備えられるびびり振動予測防止プログラムであって、コントローラは、ＣＰＵ（４２０）とメモリ（４１０）とを備え、メモリは振動予測防止プログラムと複数の工程のそれぞれに対応する加工データを有し、びびり振動予測防止加工装置に電源を投入すると、ＣＰＵはメモリから振動予測防止プログラムを読み込み、現工程に対応する加工データとワークの比切削抵抗とから現工程におけるワークに対する切削力と、振動データと切削力とから現工程におけるワークの動剛性と、動剛性と次工程におけるワークのＣＡＤデータとに基づいて次工程におけるワークの動剛性Ｋとを演算し、さらに、次工程におけるワークの動剛性Ｋの値と次工程のワークを加工する加工データとを照合して次工程におけるびびり振動の発生有無を予測し、予測結果に基づいて次工程においてワークを加工する次工程の加工データを修正する。
【００３１】
また、本発明のびびり振動予測防止プログラムは、ワークを加工する次工程の加工データをワークの複数の加工位置において修正する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、びびり振動予測防止機能を備えたびびり振動予測防止加工装置、および、びびり振動予測防止加工装置のびびり振動予測防止方法を提供することができる。
【００３３】
これにより、切削加工全体のびびり振動の予測と防止が出来ることになり、加工面の品位として最も重要である仕上げ加工時のびびり振動を完全に防止できる。また、加工時間の短縮が実現されて生産性の向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
添付図面を参照して、本発明によるびびり振動予測防止機能を備えたびびり振動予測防止加工装置、および、びびり振動予測防止加工装置のびびり振動予測防止方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００３５】
本発明に係わるびびり振動予測防止加工装置は、複数の工程を経ることにより、切削対象であるワークを切削加工する装置である。本発明に係わるびびり振動予測防止加工装置においては、現工程におけるびびり振動を防止するのみならず、現工程におけるワークの加工時振動データに基づいて、次工程におけるびびり振動の発生を予測する。そして、次工程の加工条件を事前に修正することにより次工程におけるびびり振動を防止する。これにより、本発明に係わるびびり振動予測防止加工装置においては、複数ある工程（荒加工、中加工、仕上げ加工等）に対して、各工程毎に個別にびびり振動を防止して加工速度を落とすこと無く効率的な切削加工を実施することが出来る。さらに、複数ある工程におけるワークの振動データを順次、次工程の加工条件の修正に用いて次工程のびびり振動を防止していくことにより、ワークの加工全体に渡るびびり振動の防止が実現できる。そして、ワークの加工時間の短縮が実現され、生産効率の向上が実現できる。また、ワークの加工全体に渡ってびびり振動の防止が実現されることにより、仕上げ時におけるワーク加工面の品質を向上できる。
【００３６】
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置の基本構成は、図１に示される従来のワーク加工装置１０と同等である。しかし、本実施の形態のびびり振動予測防止加工装置においては、振動検出をしてその振動データを用いて次工程におけるワークの加工条件を修正する制御部に従来のワーク加工装置１０との差異がある。
【００３７】
本発明の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置の振動検出部および制御部を図４に示す。本実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置の振動検出部は、加工中のワークＷや加工ツールＴに生じるびびり振動を検出するため、加速度計または歪みセンサからなる振動検出センサ５００を備えている。振動検出センサ５００は、ワークＷを保持するワーク保持部７０に保持される。振動検出センサ５００から出力される検出信号は、アンプ５１０で増幅された後にＦＦＴアナライザ５２０に入力される。ＦＦＴアナライザ５２０では、振動検出センサ５００から出力される検出信号を周波数解析することでモニタリングする。これら振動検出センサ５００、アンプ５１０、ＦＦＴアナライザ５２０により、振動検出部が構成される。
【００３８】
本実施の形態に係わるコントローラ４００は、バスライン４１０に接続されたＣＰＵ４２０とメモリ４３０とを備えている。メモリ４３０は、ワークの加工を実施する複数の工程の各々で使用される加工条件を示すＮＣデータ、ワークの加工処理を制御するプログラムを備えている。
【００３９】
コントローラ４００は、ＦＦＴアナライザ５２０から、規定強度以上の振幅のびびり振動が検出されたことを示すデータを受け取ると、現工程における加工条件を修正する処理を実行して、現工程におけるびびり振動を抑制する。また、現工程におけるワークＷの振動データに基づいて、次工程においてびびり振動が生じるか予測し、びびり振動が生じることが予測される場合には、次工程における加工条件を示すＮＣデータの修正を行う。
【００４０】
図５に、本実施の形態のコントローラ４００における処理フローを示す。以下の説明においては、ワークＷが、３工程（荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工）により加工処理される場合について記述するが、この工程の数は３工程に限られるものではない。
【００４１】
（荒加工）
本実施の形態のびびり振動予測防止加工装置においてワークの荒加工が開始されると、コントローラ４００に備わるＣＰＵ４２０が起動して、メモリ４１０に予め入力されてワークの加工処理を制御するプログラムを読み込む（ステップＳ１０）。そして、プログラムが開始され、予めメモリ４３０に入力されていた荒加工用のＮＣデータに基づき、加工ツールＴがワークＷの切削加工を開始する（ステップＳ１１）。ワークＷの切削加工中、振動検出センサ５００により、ワークＷの振動データの取得が行われる（ステップＳ１２）。
【００４２】
加工開始後、コントローラ４００は、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴおよびワークＷにおいてびびり振動を検出した信号を受け取っていないかどうかリアルタイムで確認を行う（ステップＳ１３）。びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合（ＮＯの場合）、プログラムにおいて、荒加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ１５）。
【００４３】
ステップＳ１３において、びびり振動が生じている信号を受け取っていた場合（ＹＥＳの場合）、まず、加工ツールＴの一刃送り量を、予め設定した所定量だけ増加させるように荒加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１０〜ステップＳ１２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ１３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、荒加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ１５）。一方、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する切削速度を、予め設定されている量だけ減少させるように荒加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ１４）。この場合、減少させた切削速度によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、ステップＳ１０〜ステップＳ１２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ１３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、荒加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ１５）。さらに、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する一回当りの切り込み量を、予め設定されている量だけ減少させるように荒加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ１４）。この場合、減少させた切り込み量によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、ステップＳ１０〜ステップＳ１２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ１３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、荒加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ１５）。最終的に修正された荒加工用のＮＣデータは、メモリ４３０に保存される（ステップＳ６０）。
【００４４】
また、本実施の形態における荒加工においては、最終的に修正された荒加工用のＮＣデータおよびワーク加工時に取得された振動データに基づいて、さらに仕上げ精度の高い次工程である中仕上げ加工時のびびり振動の予測を行う。そして、この予測に基づいて、中仕上げ加工時の加工条件である中仕上げ加工用ＮＣデータの修正が行われる（ステップＳ２０）。但し、ステップＳ２０は、荒加工時に同時に行われる必要はなく、荒加工と中仕上げ加工が不連続に行われる際には、中仕上げ加工が開始される前に終了していれば良い。
【００４５】
図６に、荒加工時の最終的な荒加工用ＮＣデータおよび荒加工時のワーク振動データにより、中仕上げ加工時のびびり発生予測をし、この予測結果に基づいて中仕上げ加工時のＮＣデータの修正を行うステップＳ２０の詳細フローを示す。
【００４６】
ステップＳ２０においては、最初に、荒加工時における最終的に修正されたＮＣデータに基づく加工条件と加工対象ワークの比切削抵抗とから、荒加工時における、加工対象ワークに対する切削力が計算される（ステップＳ２１）。
【００４７】
次に、ステップＳ２１で求められた加工対象ワークに対する切削力と、荒加工時に取得された加工対象ワークの振動データとから、荒加工時における加工対象ワークの動剛性が計算される（ステップＳ２２）。
【００４８】
次に、ステップＳ２２で求められた加工対象ワークに対する荒加工時の動剛性と、中仕上げ加工時における上記加工対象ワークのＣＡＤデータとから、中仕上げ加工時における上記加工対象ワークの動剛性Ｋが計算される（ステップＳ２３）。
【００４９】
ここで求められた加工対象ワークの動剛性Ｋは、びびり振動の安定限界と加工条件との相関を示す図８中の「ワークの動剛性Ｋ」の曲線を得るためのものである。この曲線より左下の領域は安定領域であり、理論的にはびびり振動が生じない。この曲線より右上の斜線領域は不安定領域であり、理論的にはびびり振動が生じる。
【００５０】
次に、ステップＳ２３で求められた加工対象ワークに対する中仕上げ加工時の動剛性Ｋと、中仕上げ加工時における上記加工対象ワークの加工条件（一刃送り量、切削速度、切り込み量などのＮＣデータ）とが照合される。これにより、中仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して図８中の「安定領域」にあるのか、あるいは「不安定領域」にあるのかが判別されて中仕上げ加工時のびびり振動の発生が予測される（ステップＳ２４）。そして、中仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して「不安定領域」にある場合には、中仕上げ工程におけるＮＣデータの修正が行われる（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、例えば現状における中仕上げ時のＮＣデータがケース１の×印の位置に存在する場合、ＮＣデータの速度比（一刃送り値に反比例）は矢印に沿って安定領域中の○印の位置まで減少するように、中仕上げ加工時のＮＣデータ中の一刃送り値が増加方向に修正される。また、例えば現状における中仕上げ加工時のＮＣデータがケース２の×印の位置に存在する場合、ＮＣデータの速度比および切削速度は、矢印に沿って、安定領域中の○印の位置まで減速するように中仕上げ加工時のＮＣデータ中の一刃送り値および切削速度値が、それぞれ増加および減速方向に修正される。
【００５１】
一方、中仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して「安定領域」にある場合には、中仕上げ加工工程におけるＮＣデータの修正は行われない（ステップＳ２６）。
【００５２】
以上、荒加工の加工処理フローについて説明したが、実際のワークはブレードやインぺラ等３次元形状を備えたものが多い。３次元形状のワークでは、加工点によって剛性が異なるため、上記加工処理はワーク上の予め決められた複数点において実施される。
【００５３】
（中仕上げ加工）
中仕上げ加工時の処理フローは、基本的に荒加工時の処理フローと同等である。
【００５４】
本実施の形態のびびり振動予測防止加工装置においてワークの中仕上げ加工が開始されると、コントローラ４００に備わるＣＰＵ４２０が起動して、ワークの加工処理を制御するプログラムを読み込む（ステップＳ３０）。そして、プログラムが開始され、予めメモリ４３０に入力されていた、あるいは前工程である荒加工時の処理に基づいて修正された中仕上げ加工用のＮＣデータに基づき、加工ツールＴがワークＷを切削加工を開始する（ステップＳ３１）。ワークＷの切削加工中、振動検出センサ５００により、ワークＷの振動データの取得が行われる（ステップＳ３２）。
【００５５】
加工開始後、コントローラ４００は、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴおよびワークＷにおいてびびり振動を検出した信号を受け取っていないかどうかリアルタイムで確認を行う（ステップＳ３３）。びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合（ＮＯの場合）、プログラムにおいて、中仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ３５）。
【００５６】
ステップＳ３３において、びびり振動が生じている信号を受け取っていた場合（ＹＥＳの場合）、まず、加工ツールＴの一送り量を、予め設定した所定量だけ増加させるように中仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ３４）。そして、ステップＳ３０〜ステップＳ３２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ３３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、中仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ３５）。一方、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する切削速度を、予め設定されている量だけ減少させるように中仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ３４）。この場合、減少させた切削速度によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、ステップＳ３０〜ステップＳ３２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ３３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、中仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ３５）。さらに、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する一回当りの切り込み量を、予め設定されている量だけ減少させるように中仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ３４）。この場合、減少させた切り込み量によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、再度ステップＳ３０〜ステップＳ３２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ３３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、中仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ３５）。最終的に修正された中仕上げ加工用のＮＣデータは、メモリ４３０に保存される（ステップＳ６０）。
【００５７】
また、本実施の形態における中仕上げ加工においては、最終的に修正された中仕上げ加工用のＮＣデータおよびワーク加工時に取得された振動データに基づいて、さらに仕上げ精度の高い次工程である仕上げ加工時のびびり振動の予測を行う。そして、この予測に基づいて、仕上げ加工時の加工条件である仕上げ加工用ＮＣデータの修正が行われる（ステップＳ４０）。但し、ステップＳ４０は、中仕上げ加工時に同時に行われる必要はなく、中仕上げ加工と仕上げ加工が不連続に行われる際には、仕上げ加工が開始される前に終了していれば良い。
【００５８】
図７に、中仕上げ加工時の最終的な中仕上げ加工用ＮＣデータおよび中仕上げ加工時のワーク振動データにより、仕上げ加工時のびびり発生予測をし、この予測結果に基づいて仕上げ加工時のＮＣデータの修正を行うステップＳ４０の詳細フローを示す。
【００５９】
ステップＳ４０においては、最初に、中仕上げ加工時における最終的に修正されたＮＣデータに基づく加工条件と加工対象ワークの比切削抵抗とから、中仕上げ加工時における、加工対象ワークに対する切削力が計算される（ステップＳ４１）。
【００６０】
次に、ステップＳ４１で求められた加工対象ワークに対する切削力と、中仕上げ加工時に取得された加工対象ワークの振動データとから、中仕上げ加工時における加工対象ワークの動剛性が計算される（ステップＳ４２）。
【００６１】
次に、ステップＳ４２で求められた加工対象ワークに対する中仕上げ加工時の動剛性と、仕上げ加工時における上記加工対象ワークのＣＡＤデータとから、仕上げ加工時における上記加工対象ワークの動剛性Ｋが計算される（ステップＳ４３）。ここで求められた加工対象ワークの動剛性Ｋは、びびり振動の安定限界と加工条件との相関を示す図８中の「ワークの動剛性Ｋ」の曲線を得るためのものである。この曲線より左下の領域は安定領域であり、理論的にはびびり振動が生じない。この曲線より右上の斜線領域は不安定領域であり、理論的にはびびり振動が生じる。
【００６２】
次に、ステップＳ４３で求められた加工対象ワークに対する仕上げ加工時の動剛性Ｋと、仕上げ加工時における上記加工対象ワークの加工条件（一刃送り量、切削速度、切り込み量などのＮＣデータ）とが照合される。これにより、仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して図８中の「安定領域」にあるのか、あるいは「不安定領域」にあるのかが判別されて仕上げ加工時のびびり振動の発生が予測される（ステップＳ４４）。そして、仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して「不安定領域」にある場合には、仕上げ加工工程におけるＮＣデータの修正が行われる（ステップＳ４５）。一方、仕上げ加工時における加工条件が、びびり振動に関して「安定領域」にある場合には、仕上げ工程におけるＮＣデータの修正は行われない（ステップＳ４６）。
【００６３】
以上、中仕上げ加工の加工処理フローについて説明したが、実際のワークはブレードやインぺラ等３次元形状を備えたものが多い。３次元形状のワークでは、加工点によって剛性が異なるため、上記加工処理はワーク上の予め決められた複数点において実施される。
【００６４】
（仕上げ加工）
仕上げ加工時の処理フローについても、基本的に荒加工時および中仕上げ加工時の処理フローと同等である。本実施の形態のびびり振動予測防止加工装置においてワークの仕上げ加工が開始されると、コントローラ４００に備えられるＣＰＵ４２０が起動して、ワークの加工処理を制御するプログラムを読み込む（ステップＳ５０）。そして、プログラムが開始され、予めメモリ４３０に入力されていた、あるいは前工程である中仕上げ加工時の処理に基づいて修正された仕上げ加工用のＮＣデータに基づき、加工ツールＴがワークＷの切削加工を開始する（ステップＳ５１）。ワークＷの切削加工中、振動検出センサ５００により、ワークＷの振動データの取得が行われる（ステップＳ５２）。
【００６５】
加工開始後、コントローラ４００は、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴおよびワークＷにおいてびびり振動を検出した信号を受け取っていないかどうかリアルタイムで確認を行う（ステップＳ５３）。びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合（ＮＯの場合）、プログラムにおいて、仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ５５）。
【００６６】
ステップＳ５３において、びびり振動が生じている信号を受け取っていた場合（ＹＥＳの場合）、まず、加工ツールＴの一刃送り量を、予め設定した所定量だけ増加させるように仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ５４）。そして、ステップＳ５０〜ステップＳ５２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ５３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ５５）。一方、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する切削速度を、予め設定されている量だけ減少させるように仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ５４）。この場合、減少させた切削速度によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、ステップＳ５０〜ステップＳ５２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ５３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ５５）。さらに、継続してびびり信号が検出されている場合、つまり、加工ツールＴやワークＷでびびり振動が抑制されていない場合には、加工ツールＴによる、ワークに対する一回当りの切り込み量を、予め設定されている量だけ減少させるように仕上げ加工用のＮＣデータを修正する（ステップＳ５４）。この場合、減少させた切り込み量によって生じる加工速度の遅れを補償するため、プログラムにおいて、加工工程を延長することが必要となる。そして、再度ステップＳ５０〜ステップＳ５２を繰り返して、ＦＦＴアナライザ５２０から、加工ツールＴやワークＷにびびり振動を検出した信号を受け取っていないかを再度確認する（ステップＳ５３）。その結果、びびり振動を検出した信号を受け取っていない場合、プログラムにおいて、仕上げ加工がワークＷを当該工程における最終形状になるまで加工処理を実施して終了する（ステップＳ５５）。最終的に修正された仕上げ加工用のＮＣデータは、メモリ４３０に保存される（ステップＳ６０）。
【００６７】
以上、仕上げ加工の加工処理フローについて説明したが、実際のワークはブレードやインぺラ等３次元形状を備えたものが多い。３次元形状のワークでは、加工点によって剛性が異なるため、上記加工処理はワーク上の予め決められた複数点において実施される。
【００６８】
本実施の形態に係わるびびり振動予測防止装置で、「荒加工」、「中仕上げ加工」、「仕上げ加工」の３つの加工処理をするフローについて説明した。上記の処理フローにおいては、順次、現工程の振動データに基づいて、次工程におけるびびり振動の予測および次工程のＮＣデータの修正を行っているが、例えば荒加工時の振動データに基づいて、中仕上げ加工時のびびり振動を予測してＮＣデータを修正するのみならず、同時に仕上げ加工時のびびり振動を予測してＮＣデータを修正することもできる。
【００６９】
このように本実施の形態においては、現工程におけるびびり振動を防止するのみならず、現工程におけるワークの加工時振動データに基づいて、次工程におけるびびり振動の発生を予測する。そして、次工程の加工条件を修正することにより次工程におけるびびり振動を防止する。これにより、各工程毎に個別にびびり振動を防止して加工速度を落とすこと無く効率的な切削加工を実施することが出来る。さらに、複数ある工程におけるワークの振動データを順次、次工程、あるいは次々工程の加工条件の修正に用いて以降の工程におけるびびり振動を防止していくことにより、ワークの加工全体に渡るびびり振動の防止が実現できる。このように、ワークの加工全体に渡ってびびり振動の防止が実現されることにより、仕上げ時におけるワーク加工面の品質を向上できる。
【００７０】
さらに、本実施の形態のびびり振動予測防止加工装置をマシニングセンタに備えることにより、高速・高能率加工の実施が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来のワーク加工装置の構成を示す図である。
【図２】従来のワーク加工装置の振動検出に係わる構成を示す図である。
【図３】従来のワーク加工装置でびびり振動を検出したときの処理フローを示す図である。
【図４】本願の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置の振動検出に係わる構成を示す図である。
【図５】本願の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置におけるワークの加工処理のフローを示す図である。
【図６】本願の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置における次工程でのびびり振動発生を予測するフローを示す図である（ステップＳ２０）。
【図７】本願の実施の形態に係わるびびり振動予測防止加工装置における次工程でのびびり振動発生を予測するフローを示す図である（ステップＳ４０）。
【図８】びびり振動の安定限界と加工条件との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２…ベース
４…テーブル
５…ブロック
６…回転機構
７、７０…ワーク保持部
８、８０…加工ツール保持部
１０…ワーク加工装置
２０…ワークベンチ
３０…加工ヘッド
４０、４００…コントローラ
５０、５００…振動検出センサ
５１、５１０…アンプ
５２、５２０…ＦＦＴアナライザ
４１０…バスライン
４２０…ＣＰＵ
４３０…メモリ
Ｔ…加工ツール
Ｗ…ワーク
【図１】
2006150504.tif 000003
【図２】
2006150504.tif 000004
【図３】
2006150504.tif 000005
【図４】
2006150504.tif 000006
【図５】
2006150504.tif 000007
【図６】
2006150504.tif 000008
【図７】
2006150504.tif 000009
【図８】
2006150504.tif 000010