(57)【要約】【課題】加工中に生じる振動を監視してその振動源を推定し、推定した振動源に係る情報を報知する振動源推定装置を提供する。【解決手段】加工によって振動を生じる、少なくとも工具、工具ホルダ、ワーク及び主軸が含まれる各構成部材の固有振動数を記憶する固有振動数記憶部１０と、振動を検出してその信号を出力する振動検出部２と、振動検出部２から出力される振動信号を周波数解析する周波数解析部４と、周波数解析部４によって解析された振動周波数を基に、固有振動数記憶部１０に格納されたデータを参照して、振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材を振動源として推定する振動源推定部５と、振動源推定部５によって振動源と推定された構成部材に係る情報を外部に報知する報知装置９，１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を用いた加工中に生じる振動の振動源を推定する装置であって、
加工によって振動を生じる、少なくとも工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク、及び前記工作機械の主軸が含まれる構成部材について、それぞれの固有振動数を記憶する固有振動数記憶部と、
前記加工によって生じる振動加速度を検出し、検出した振動加速度に係る信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出部から出力される振動信号を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部によって解析された振動加速度の大きさと振動周波数との関係を示す加速度−振動周波数データ、又は該加速度−振動周波数データから算出される振動エネルギの大きさと振動周波数との関係を示すエネルギ−振動周波数データ、又は前記加速度−振動周波数データから算出される振動変位の大きさと振動周波数との関係を示す変位−振動周波数データの内の、少なくともいずれかのデータを基に、前記固有振動数記憶部に格納されたデータを参照して、振動源と見做される構成部材を推定する振動源推定部と、
前記振動源推定部によって振動源と推定された構成部材に係る情報を外部に報知する報知装置とを備えていることを特徴とする振動源推定装置。
【請求項２】
前記報知装置は、画像を表示するディスプレイと、前記構成部材の２次元又は３次元のモデルデータを記憶したモデルデータ記憶部と、前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記構成部材に係るモデルを前記ディスプレイに表示する表示処理部とを備えて構成され、
前記表示処理部は、更に、前記振動源推定部によって推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能に前記ディスプレイに表示するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の振動源推定装置。
【請求項３】
前記振動源推定部によって推定された構成部材に係る情報を記憶する振動源情報記憶部を更に備え、
前記振動源推定部は、前記振動源を予め定められた時間毎に推定するとともに、推定した構成部材に係る情報を時間情報と共に前記振動源情報記憶部に格納するように構成され、
前記表示処理部は、前記振動源情報記憶部に格納された情報を基に、その時間情報に従って、前記振動源推定部により推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能に前記ディスプレイに表示するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の振動源推定装置。
【請求項４】
前記振動源推定部は、振動源としての可能性が高い順位付けにした複数の構成部材を推定するように構成され、
前記報知装置は、前記振動源推定部によって推定された複数の構成部材を、その順位付けに係る情報と共に報知するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの振動源推定装置。
【請求項５】
前記加速度−振動周波数データ、又はエネルギ−振動周波数データ、又は変位−振動周波数データの内の、少なくともいずれかのデータについて積算するとともに、この積算データと前記固有振動数記憶部に格納されたデータとを基に、各構成部材に作用した負荷状態をそれぞれ評価する負荷状態評価部を更に備えてなり、
前記報知装置は、前記負荷状態評価部によって評価された各構成部材の負荷状態に係る情報を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかの振動源推定装置。
【請求項６】
前記各構成部材が、前記振動源推定部によって振動源であると推定される度数を算出し、算出された度数を基に、各構成部材に作用した負荷状態をそれぞれ評価する負荷状態評価部を更に備えてなり、
前記報知装置は、前記負荷状態評価部によって評価された各構成部材の負荷状態に係る情報を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の振動源推定装置。
【請求項７】
前記周波数解析部によって解析された加速度−振動周波数データから前記工具にびびり現象が生じたかどうかを検出するびびり検出部を更に備え、
前記報知装置は、前記びびり検出部によってびびりが検出された場合に、その旨を報知するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかの振動源推定装置。
【請求項８】
前記びびり検出部は、更に、前記周波数解析部によって解析された加速度−振動周波数データを基に、検出されたびびり現象が再生びびり現象か、又は強制びびり現象であるかを判別するように構成され、
前記報知装置は、前記びびり検出部によって強制びびりが検出された場合には、切り込みを下げるか、又は送り速度を下げることの少なくともいずれかの対応を採ることを報知し、前記びびり検出部によって再生びびりが検出された場合には、主軸回転速度を上げるか、又は下げることの少なくともいずれかの対応を採ることを報知するように構成されていることを特徴とする請求項７記載の振動源推定装置。
【請求項９】
前記工具の稼働状態を監視する工具監視部を更に備え、
前記報知装置は、前記振動源推定部によって前記工具が振動源であると推定された場合に、前記工具監視部によって監視される該工具の稼働状態から、該工具が初期摩耗期にあると判断された場合には、その旨を報知するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかの振動源推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を用いた加工中に生じる振動を監視してその振動源を推定するとともに、推定した振動源に係る情報を外部に報知するように構成された振動源推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械を用いた加工の分野では、ワークを効率よく加工すること、及び加工コストを低減させることが永続的な課題として探求されている。一方、機械加工に求められる加工精度については、日増しに高い精度が求められるようになってきており、ワークを加工する際には、加工効率、加工コスト及び加工精度の各要素について要求される基準を満足するような加工条件を設定する必要がある。
【０００３】
そこで、従来、加工精度に影響を与える要因の一つである再生びびりに着目し、工具又はワークを回転させる主軸の回転速度と、再生びびりを生じる工具の限界切り込み深さとの相関を示す線図であって、再生びびりを生じない安定領域と、再生びびりを生じる不安定領域との境界を示す安定限界線図を作成して表示する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この安定限界線図は、主軸回転速度が工具の固有振動数を当該工具の刃数で除した値であるときに、当該工具の限界切込み深さがピークを示す、即ち、安定領域がピークを示す所謂安定ポケット（１次安定ポケット）を有し、更に、この１次安定ポケットに対応する主軸回転速度を２以上の整数で除した各主軸回転速度において高次の安定ポケットを有する。尚、ｋ次安定ポケットの主軸回転速度は以下で表わされる。
（ｋ次安定ポケットの主軸回転速度）＝（６０×工具の固有振動数）／（工具の刃数×ｋ）
但し、ｋは次数を表す１以上の整数である。
【０００５】
この安定限界線図によれば、オペレータは再生びびりを生じない主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を瞬時に視覚的に認識することができ、当該再生びびりを生じない、効率の良い加工条件を容易に設定することができる。このように、上記装置によれば、オペレータは装置に表示された安定限界線図を基準にすることにより、再生びびりを生じない範囲内で効率の良い加工条件を設定することができる。
【０００６】
また、従来、再生びびりが生じたときに、再生びびりを解消すべく、上述した安定ポケット理論を基に、主軸回転速度を、下式に従って算出される予想安定回転速度に変更するといった手法が提案されている（特許文献２参照）。
予想安定回転速度＝（６０×びびり周波数）／（工具刃数×ｎ）
但し、ｎは任意の整数である。
【０００７】
この特許文献２によれば、主軸回転速度を前記予想安定回転速度に変更することで、再生びびりの抑制が一応期待されるとのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５６２２６２６号公報
【特許文献２】特許第５３８４９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来、加工中に生じる振動の主な振動源は、工具又はワークのいずれかであると考えられてきたが、直接的な加工部位である工具及びワークの他に、工具を保持する工具ホルダ、工具又はワークを回転させる主軸、並びにワークを保持する治具などの間接的に前記加工部位に繋がる構成部材も振動源となり得ることが分かってきている。
【００１０】
したがって、びびり振動が生じた際には、当該工作機械を担当するオペレータや、当該加工工程を管理する管理者は、どの構成部材が振動しているかを素早く認識して、発生したびびり振動を抑制すべく、振動源に応じた適切な対策を講じる必要がある。
【００１１】
また、びびり振動が生じた場合、或いはびびり振動に至らないまでも、相応に大きな振動が生じた場合に、その振動源を認識することができれば、オペレータや管理者は、当該加工における改良点を客観的に認識することができ、また、その加工条件を客観的に評価することができて好ましい。
【００１２】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械を用いた加工中に生じる振動を監視してその振動源を推定するとともに、推定した振動源に係る情報を外部に報知することが可能な振動源推定装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、工作機械を用いた加工中に生じる振動の振動源を推定する装置であって、
加工によって振動を生じる、少なくとも工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク、及び前記工作機械の主軸が含まれる構成部材について、それぞれの固有振動数を記憶する固有振動数記憶部と、
前記加工によって生じる振動加速度を検出し、検出した振動加速度に係る信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出部から出力される振動信号を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部によって解析された振動加速度の大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示す加速度−振動周波数データ、又は該加速度−振動周波数データから算出される振動エネルギの大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示すエネルギ−振動周波数データ、又は前記加速度−振動周波数データから算出される振動変位の大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示す変位−振動周波数データの内の、少なくともいずれかのデータを基に、前記固有振動数記憶部に格納されたデータを参照して、振動源と見做される構成部材を推定する振動源推定部と、
前記振動源推定部によって振動源と推定された構成部材に係る情報を外部に報知する報知装置とを備えた振動源推定装置に係る。
【００１４】
この振動源推定装置によれば、少なくとも、工作機械で使用される一以上の工具、各工具を保持する工具ホルダ、加工される一以上のワーク、及び当該工作機械の主軸といった各構成部材の固有振動数に係るデータが、予め、前記固有振動数記憶部に格納される。尚、各固有振動数は、例えば、各構成部材をハンマリングや加振装置などによって自由振動させるとともに、この自由振動を加速度計などを用いて測定し、測定された振動信号を周波数解析することによって得られる。そして、このようにして測定された固有振動数に係るデータが対応する構成部材に関連付けられて固有振動数記憶部に格納される。
【００１５】
そして、この振動源推定装置では、前記工作機械によって加工が実施されると、その加工中に生じる振動加速度が振動検出部によって検出され、検出された振動信号が所定のサンプリング間隔で周波数解析部によって周波数解析される。
【００１６】
周波数解析によって得られるデータは、振動加速度（以下、単に「加速度」と言う）の大きさと振動周波数との関係を示す加速度−振動周波数データ（加速度対振動周波数データ）であり、このデータから加速度の大きい、即ち、加速度についての振幅が大きい振動周波数を認識することができる。
【００１７】
また、加速度Ａ［ｍ／ｓ２］についての振動周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、その質量当たりの振動エネルギである比エネルギＥ［ｍ２／ｓ２］は、次の数式１によって表わされる。
（数式１）
Ｅ＝（Ａ／（２πｆ））２×（１／２）
したがって、この数式１により、前記加速度−振動周波数データから、振動エネルギ（以下、単に「エネルギ」と言う）の大きさと振動周波数との関係を示すエネルギ−振動周波数データ（エネルギ対振動周波数データ）を算出することができる。そして、このデータからエネルギの大きい、即ち、エネルギについての振幅の大きい振動周波数を認識することができる。
【００１８】
また、加速度Ａ［ｍ／ｓ２］に対する変位Ｄ［ｍ］は、次の数式２によって表される。
（数式２）
Ｄ＝Ａ／（２πｆ）２
したがって、この数式２により、前記加速度−振動周波数データから、振動変位（以下、単に「変位」と言う）の大きさと振動周波数との関係を示す変位−振動周波数データ（変位対振動周波数データ）を算出することができる。そして、このデータから変位の大きい、即ち、変位についての振幅の大きい振動周波数を認識することができる。
【００１９】
斯くして、本発明では、前記振動源推定部において、前記加速度−振動周波数データ、又は該加速度−振動周波数データから算出されるエネルギ−振動周波数データ、若しくは変位−振動周波数データの内の、少なくともいずれかのデータを基に、前記固有振動数記憶部内のデータが参照され、各データにおいて所定の閾値を超える大きさを示す振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材が振動源として推定される。
【００２０】
上述したように、加工中に生じる振動の主な振動源は、直接的な加工部位である工具及びワークの他に、工具を保持する工具ホルダ、並びに工具又はワークを回転させる主軸などの間接的に加工部位に繋がる構成部材が考えられる。そして、加工によって生じる振動の周波数が、これら工具、ワーク、工具ホルダ、若しくは主軸のいずれかの固有振動数に近い場合に、当該構成部材が所定の閾値を超えて大きく振動するものと考えられる。したがって、加工中に生じる振動の大きさ（加速度の大きさ、エネルギの大きさ、又は変位の大きさの少なくともいずれか）が所定の閾値を超える場合には、その振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材が振動源であると考えられる。本発明に係る振動源推定装置では、このような考え方の下、前記振動源推定部によって振動源を推定する。
【００２１】
そして、このようにして振動源として推定された構成部材に係る情報が報知装置によって外部に報知される。この報知装置による報知の態様としては、音声による報知、適宜ディスプレイに画像や文字を表示させることによる報知などが考えられる。
【００２２】
尚、工具の刃先への影響を重視するのであれば、加速度を基準にした振動源の推定が好ましく、加工面の面精度を重視するのであれば、変位を基準にした振動源の推定が好ましく、工具刃先への影響及び加工面の面精度の両者を考慮するのであれば、エネルギを基準にした振動源の推定が好ましい。また、加速度、エネルギ及び変位から推定される振動源を総合的に評価するようにしても良い。
【００２３】
斯くして、この振動源推定装置によれば、加工中に生じる振動の振動源が推定され、推定された振動源が外部に報知されるので、オペレータ等はこの報知情報からその時点の振動源を容易に認識することができる。特に、その大きさが所定の閾値を超えるようなびびり振動の場合には、このびびり振動を抑制するための措置として、推定された構成部材に応じた措置を講じることができる。
【００２４】
例えば、振動源が工具である場合には、工具の回転速度を上述した特許文献２に開示される予想安定回転速度に変更する、或いは切り込み深さなどの切削条件を変更する、或いは工具の突き出し量を短くすることで、びびり振動を抑制することができ、ワークが振動源である場合には、ワークの保持態様を制振効果が得られるような態様に改良することでびびり振動を抑制可能である。また、工具ホルダが振動源である場合には、制振効果に優れた工具ホルダに変更する、或いは工具の場合と同様に、工具の回転速度を前記予想安定回転速度に変更する、或いは切り込み深さなどの切削条件を変更する、或いは工具の突き出し量を短くすることで、びびり振動を抑制することができる。また、主軸が振動源である場合にも、工具の場合と同様に、工具の回転速度を前記予想安定回転速度に変更する、或いは切り込み深さなどの切削条件を変更することで、びびり振動を抑制可能である。
【００２５】
また、オペレータ等は、振動が生じるその振動源を認識することで、当該加工における改良点、例えば、ワークを保持する治具の強度的な改良や工具ホルダの変更等、改良すべき具体的な構成物を認識することができ、また、当該加工条件の客観的な評価を行うことができるとともに、当該評価を基に加工条件（主軸回転速度、送り速度（一刃当たりの送り量）、切り込み幅、切り込み深さ等）の改善を図ることができる。
【００２６】
本発明において、前記報知装置は、画像を表示するディスプレイと、前記構成部材の２次元又は３次元のモデルデータを記憶したモデルデータ記憶部と、前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記構成部材に係る２次元又は３次元のモデルを前記ディスプレイに表示する表示処理部とを備えて構成され、
前記表示処理部は、更に、前記振動源推定部によって推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能に前記ディスプレイに表示するように構成されていても良い。
【００２７】
このように構成された報知装置によれば、オペレータ等は、ディスプレイに表示されたモデル画像から振動源を視覚的に認識することができるので、当該振動源をより容易に認識することができる。
【００２８】
また、本発明に係る振動源推定装置は、前記振動源推定部によって推定された構成部材に係る情報を記憶する振動源情報記憶部を更に備え、
前記振動源推定部は、前記振動源を予め定められた時間毎に推定するとともに、推定した構成部材に係る情報を時間情報と共に前記振動源情報記憶部に格納するように構成され、
前記表示処理部は、前記振動源情報記憶部に格納された情報を基に、その時間情報に従って、前記振動源推定部により推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能に前記ディスプレイに表示するように構成されていても良い。
【００２９】
この構成の振動源推定装置によれば、振動源推定部により、予め定められた時間毎に振動源が推定されるとともに、推定された構成部材に係る情報が時間情報と共に振動源情報記憶部に格納される。そして、表示処理部は、振動源情報記憶部に格納された情報を基に、その時間情報に従って、振動源推定部により推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能にディスプレイに表示する。
【００３０】
斯くして、この振動源推定装置によれば、時間経過とともに移り変わる振動源のモデルが、他の構成部材のモデルから識別可能にディスプレイに表示される、言い換えれば、振動源の移り変わりが時間経過とともにリプレイ表示されるので、オペレータ等は、加工時間の経過とともに移り変わる振動源を、その振動している時間などの時間的要素を含めて視覚的に認識することができるとともに、当該振動現象を再検証することができる。
【００３１】
また、本発明において、前記振動源推定部は、振動源としての可能性が高い順位付けにした複数の構成部材を推定するように構成され、前記報知装置は、前記振動源推定部によって推定された複数の構成部材を、その順位付けに係る情報と共に報知するように構成されていても良い。例えば、振動の大きさが所定の閾値を超える振動周波数が複数確認される場合、振動の大きさが大きい順に、その振動周波数に近い固有振動数を有する構成部材を、振動源としての可能性が高い順位付けにする。このようにすれば、振動源として推定される複数の構成部材が、その可能性の順位付けに係る情報と共に報知されるので、オペレータ等は、どの構成部材が振動に関係していて、それらが振動源としてどの程度の可能性を有するのかを容易に認識することができ、複雑な振動状態を容易に把握することができる。
【００３２】
また、本発明に係る振動源推定装置は、前記加速度−振動周波数データ、又はエネルギ−振動周波数データ、又は変位−振動周波数データの内の、少なくともいずれかのデータについて積算するとともに、この積算データと前記固有振動数記憶部に格納されたデータとを基に、各構成部材に作用した負荷状態をそれぞれ評価する負荷状態評価部を更に備え、前記報知装置は、前記負荷状態評価部によって評価された各構成部材の負荷状態に係る情報を表示するように構成されていても良い。
【００３３】
また、本発明に係る振動源推定装置は、前記各構成部材が、前記振動源推定部によって振動源であると推定される度数を算出し、算出された度数を基に、各構成部材に作用した負荷状態をそれぞれ評価する負荷状態評価部を更に備え、前記報知装置は、前記負荷状態評価部によって評価された各構成部材の負荷状態に係る情報を表示するように構成されていても良い。
【００３４】
これらの態様の振動源推定装置によれば、各構成部材の振動に係る負荷状態がそれぞれ評価されるとともに、評価された負荷状態が表示されるので、オペレータ等は、各構成部材の振動に係る負荷状態を客観的に認識することができ、その負荷状態に応じて、例えば、耐用限度を超え得ていると判断される場合には、対応する構成部材を新たな物に交換する等の措置を講じることができる。
【００３５】
また、本発明に係る振動源推定装置は、前記周波数解析部によって解析された加速度−振動周波数データから前記工具にびびり現象が生じたかどうかを検出するびびり検出部を更に備え、前記報知装置は、前記びびり検出部によってびびりが検出された場合に、その旨を報知するように構成されていても良い。このようにすれば、オペレータ等は、加工中にびびり振動が生じたことを容易に認識することができる。
【００３６】
また、前記びびり検出部は、更に、前記周波数解析部によって解析された加速度−振動周波数データを基に、検出されたびびり現象が再生びびり現象か、又は強制びびり現象であるかを判別するように構成され、前記報知装置は、前記びびり検出部によって強制びびりが検出された場合には、切り込みを下げるか、又は送り速度を下げることの少なくともいずれかの対応を採ることを報知し、前記びびり検出部によって再生びびりが検出された場合には、主軸回転速度を上げるか、又は下げることの少なくともいずれかの対応を採ることを報知するように構成されていても良い。このようにすれば、オペレータ等は、発生したびびり振動に応じた適切な対応を採ることができる。
【００３７】
また、本発発明の振動源推定装置は、前記工具の稼働状態を監視する工具監視部を更に備え、前記報知装置は、前記振動源推定部によって前記工具が振動源であると推定された場合に、前記工具監視部によって監視される該工具の稼働状態から、該工具が初期摩耗期にあると判断された場合には、その旨を報知するように構成されていても良い。このようにすれば、オペレータ等は、工具の振動がびびり振動であったとしても、当該振動が工具の初期摩耗期に起因した振動であることを容易に認識することができるので、初期摩耗を脱した後では同一の加工条件下でもびびり振動を起こさない事を予め知ることができる。
【発明の効果】
【００３８】
斯くして、本発明に係る振動源推定装置によれば、加工中に生じる振動の振動源が推定され、推定された振動源が外部に報知されるので、オペレータ等はこの報知情報からその時点の振動源を容易に認識することができる。特に、その大きさが所定の閾値を超えるようなびびり振動である場合には、このびびり振動を抑制すべく、推定された構成部材に応じた適切な措置を講じることができる。
【００３９】
また、オペレータ等は、振動が生じるその振動源を認識することで、当該加工における改良点（例えば、ワーク保持治具の強度的な改良や工具ホルダの変更等）を客観的に認識することができ、また、当該加工条件を客観的に評価することができ、当該評価を基に加工条件（主軸回転速度、送り速度（一刃当たりの送り量）、切り込み幅、切り込み深さ等）の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動源推定装置及び数値制御装置等の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態における工作機械を示した斜視図である。
【図３】本実施形態の固有振動数記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。
【図４】本実施形態の振動源情報記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。
【図５】本実施形態の周波数解析部における解析結果である加速度−振動周波数データの一例を示す説明図である。
【図６】本実施形態の周波数解析部における解析結果である加速度−振動周波数データの一例を示す説明図である。
【図７】本実施形態の表示処理部によって表示装置に表示される画面の一例を示した説明図である。
【図８】本実施形態の表示処理部によって表示装置に表示される画面の一例を示した説明図である。
【図９】本実施形態の表示処理部によって表示装置に表示される画面の一例を示した説明図である。
【図１０】本実施形態の表示処理部によって表示装置に表示される画面の一例を示した説明図である。
【図１１】本実施形態の負荷状態評価部における処理を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態において、その振動源情報記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。
【図１３】本発明の他の実施形態において、その周波数解析部における解析結果である加速度−振動周波数データの一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の他の実施形態において、その振動源推定部において算出されるエネルギ−振動周波数データの一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の他の実施形態において、その振動源推定部において算出される変位−振動周波数データの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動源推定装置及び数値制御装置等の概略構成を示したブロック図である。以下、本実施形態に係る工作機械３０、数値制御装置２０及び振動源推定装置１の各装置について説明する。
【００４２】
Ａ．工作機械
まず、本実施形態における工作機械３０の概略について説明する。図２に示すように、本例の工作機械３０は、ベッド３１と、このベッド３１上に立設されたコラム３２と、このコラム３２の前面（加工領域側の面）に矢示Ｚ軸方向に移動自在に設けられた主軸頭３３と、軸中心に回転自在に主軸頭３３に保持された主軸３４と、主軸頭３３より下方のベッド３１上に矢示Ｙ軸方向に移動自在に設けられたサドル３５と、サドル３５上に矢示Ｘ軸方向に移動自在に配設されたテーブル３６と、このテーブル３６をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構３９と、サドル３５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構３８と、主軸頭３３をＺ軸方向に移動させるＺ軸送り機構３７と、主軸３４を回転させる主軸モータ（図示せず）とを備えている。
【００４３】
前記Ｘ軸送り機構３９、Ｙ軸送り機構３８、Ｚ軸送り機構３７及び主軸モータ（図示せず）が駆動されて、主軸３４がその軸中心に回転するとともに、当該主軸３４とテーブル３６とが３次元空間内で相対的に移動することで、テーブル３６上にワーク保持治具ＷＪを介して固定されたワークＷが、主軸３４に装着された工具ＴＬによって加工される。尚、工具ＴＬは工具ホルダＴＨにより保持された状態で主軸３４に装着されており、図２には、工具ＴＬの一例としてエンドミルを図示している。
【００４４】
Ｂ．数値制御装置
前記数値制御装置２０は、図１に示すように、主たる構成としてＮＣプログラム実行部２１、ＮＣプログラム記憶部２４、主軸制御部２２及び送り制御部２３などを備えて構成される。
【００４５】
この数値制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成される。そして、前記ＮＣプログラム記憶部２４はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成され、ＮＣプログラム実行部２１、主軸制御部２２及び送り制御部２３はコンピュータプログラムによってその機能が実現される。
【００４６】
前記主軸制御部２２は、主軸モータ（図示せず）の作動を制御する制御部であり、例えば、前記ＮＣプログラム実行部２１から主軸回転速度に係る制御信号（指令信号）を受信して、前記主軸３４の回転速度が指令された回転速度となるように前記主軸モータ（図示せず）を制御する。
【００４７】
また、前記送り制御部２３は、前記Ｘ軸送り機構３９、Ｙ軸送り機構３８及びＺ軸送り機構３７の作動を制御する制御部であり、例えば、前記ＮＣプログラム実行部２１から、各送り軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）についての移動位置及び移動速度に関する制御信号を受信して、対応するＸ軸送り機構３９、Ｙ軸送り機構３８及びＺ軸送り機構３７を駆動し、指令された移動速度で、指令された位置関係となるように、主軸３４とテーブル３６とを３次元空間内で相対的に移動させる。
【００４８】
また、ＮＣプログラム実行部２１は、前記ＮＣプログラム記憶部２４に記憶されたＮＣプログラムを読み出し、これを順次解析して、指令に応じた制御信号を生成し、生成した制御信号を前記主軸制御部２２及び送り制御部２３に送信する処理を行う。
【００４９】
斯くして、この数値制御装置２０によれば、ＮＣプログラム記憶部２４に格納されたＮＣプログラムがＮＣプログラム実行部２１によって実行され、このＮＣプログラムに従った制御の下で、前記主軸モータ（図示せず）が前記主軸制御部２２により駆動されて、前記主軸３４がその軸中心に回転するとともに、前記Ｘ軸送り機構３９、Ｙ軸送り機構３８及びＺ軸送り機構３７が前記送り制御部２３により駆動されて、前記主軸３４とテーブル３６とが３次元空間内で相対的に移動することで、テーブル３６上のワークＷが主軸３４に装着された工具ＴＬによって加工される。
【００５０】
Ｃ．振動源推定装置
前記振動源推定装置１は、前記主軸頭３３の下端部に設けられる加速度センサ２と、演算処理装置３と、表示装置１５とから構成される（図１及び図２参照）。
【００５１】
前記加速度センサ２は、前記工具ＴＬによってワークＷを加工しているときに、当該加工によって生じる振動加速度を検出して、振動加速度に応じた振動信号を出力する。この加速度センサ２による振動加速度の検出は、加工が行なわれている間、常に実行される。また、前記表示装置１５は、適宜ディスプレイを備えており、このディスプレイ上に画像や情報を表示する。
【００５２】
前記演算処理装置３は、周波数解析部４、振動源推定部５、びびり検出部６、負荷状態評価部７、工具監視部８、表示処理部９、固有振動数記憶部１０、振動源情報記憶部１１、モデルデータ記憶部１２などを備える。
【００５３】
この演算処理装置３は、前記数値制御装置２０と同様に、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータから構成される。そして、前記固有振動数記憶部１０、振動源情報記憶部１１及びモデルデータ記憶部１２はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成され、周波数解析部４、振動源推定部５、びびり検出部６、負荷状態評価部７、工具監視部８及び表示処理部９はコンピュータプログラムによってその機能が実現される。
【００５４】
前記固有振動数記憶部１０には、図３に示すように、工作機械３０を用いた加工によって振動する可能性のある構成部材であって、少なくとも、当該工作機械３０で使用される一以上の工具ＴＬ１〜ＴＬ４、この工具ＴＬ１〜ＴＬ４をそれぞれ保持する工具ホルダＴＨ１〜ＴＨ４、当該工作機械３０で加工を予定される一以上のワークＷ１〜Ｗ２、このワークＷ１〜Ｗ２を保持するワーク保持治具ＷＪ及び当該工作機械３０の主軸３４といった各構成部材の固有振動数に係るデータが格納される。
【００５５】
尚、図３において、Ｔ１〜Ｔ４は当該工作機械３０で設定されている工具番号であり、例えば、工具番号Ｔ１は、工具ＴＬ１とこれを保持する工具ホルダＴＨ１とから編成される。同様に、工具番号Ｔ２は工具ＴＬ２及び工具ホルダＴＨ２から編成され、工具番号Ｔ３は工具ＴＬ３及び工具ホルダＴＨ３から編成され、工具番号Ｔ４は工具ＴＬ４及び工具ホルダＴＨ４から編成される。
【００５６】
これら主軸３４、ワークＷ１〜Ｗ２、ワーク保持治具ＷＪ、工具ＴＬ１〜ＴＬ４及び工具ホルダＴＨ１〜ＴＨ４の各固有振動数は、例えば、これらをそれぞれハンマリングや加振装置などによって自由振動させるとともに、この自由振動を加速度計などを用いて測定し、測定された振動信号を周波数解析することによって得られる。そして、このようにして測定された固有振動数に係るデータが、図示しない適宜入力装置によって、前記固有振動数記憶部１０に格納される。
【００５７】
尚、当然のことながら、工具ＴＬ及び工具ホルダＴＨの個数、並びにワークＷの個数は一例に過ぎないものであり、本例のものに限定されるものではない。加工によって振動を生じるとして設定される構成部材も、主軸３４、ワークＷ、ワーク保持治具ＷＪ、工具ＴＬ及び工具ホルダＴＨに限られるものではなく、これら以外の構成部材が含まれる、或いは、逆に前記ワーク保持治具ＷＪは特に含まれていなくても良い。また、この固有振動数記憶部１０には、固有振動数に係るデータの他に、工具ＴＬ１〜ＴＬ４の刃数に係るデータが格納されている。
【００５８】
前記モデルデータ記憶部１２には、工作機械３０、工具ＴＬ１〜ＴＬ４、工具ホルダＴＨ１〜ＴＨ４、ワークＷ１〜Ｗ２及びワーク保持治具ＷＪに係る各３次元のモデルデータが、前記入力装置（図示せず）を介して、格納されている。尚、モデルデータとしては３次元のものに限られるものではなく、２次元のものでも良い。
【００５９】
前記周波数解析部４は、前記加速度センサ２から連続的に出力される振動に係る信号を受信し、受信した信号を所定のサンプリング間隔でフーリエ解析（周波数解析）により解析して、加工によって生じる振動加速度（以下、単に「加速度」と言う）の振動周波数とその大きさを算出し、算出結果、即ち解析結果を振動源推定部５、びびり検出部６及び負荷状態評価部７にそれぞれ送信する。図５及び図６に、この周波数解析部４による解析結果（加速度−振動周波数データ）の一例を示す。図５には、加工中にびびり振動が生じていない状態における解析結果を示している。また、図６には、加工中にびびり振動が生じた状態における解析結果を示しており、びびり周波数は１１００［Ｈｚ］であった。尚、この図５及び図６における加工条件は、工具ＴＬとして直径が１６［ｍｍ］、刃数が４のエンドミルを用い、切り込み幅を４［ｍｍ］、切り込み深さを１０［ｍｍ］、一刃当たりの送りを０．１［ｍｍ／刃］とした。また、図５における主軸回転速度は１６２０［ｍｉｎ−１］であり、図６における主軸回転速度は１６８０［ｍｉｎ−１］であった。
【００６０】
前記振動源推定部５は、前記周波数解析部４によって解析された加速度−振動周波数データを基に、予め定められた時間毎に、前記固有振動数記憶部１０に格納されたデータを参照して、加速度の大きさが所定の閾値を超える振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材を振動源として推定し、推定した構成部材に係る情報を前記表示処理部９に送信するとともに、推定した構成部材に係る情報を時間情報と共に前記振動源情報記憶部１１に格納する処理を行う。
【００６１】
加工中に生じる振動の主な振動源は、直接的に加工部位となる工具ＴＬ及びワークＷの他に、工具ＴＬを保持する工具ホルダＴＨ、工具ＴＬを回転させる主軸３４、並びにワーク保持治具ＷＪなどの間接的に加工部位に繋がる構成部材が考えられる。そして、加工によって生じる振動周波数が、これら工具ＴＬ、ワークＷ、工具ホルダＴＨ、主軸３４、若しくはワーク保持治具ＷＪなどのいずれかの固有振動数に近い場合に、当該構成部材が所定の閾値を超えて大きく振動するものと考えられる。したがって、加工中に生じる振動（加速度）の大きさが前記閾値（基準値Ａ）を超えて大きく振動する場合には、その振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材が振動源であると考えられる。振動源推定部５は、このような考え方の下で振動源を推定する。例えば、図６において、前記基準値Ａを０．５［ｍ／ｓ２］とすると、これを超える振動周波数として１１００［Ｈｚ］が検出され、前記固有振動数記憶部１０に格納されたデータから振動源として主軸３４が推定される。
【００６２】
尚、振動源推定部５は、振動源を推定するときに、前記ＮＣプログラム実行部２１から現在実行され、使用されている工具番号を受信し、受信した工具番号を基に、前記固有振動数記憶部１０を参照して、当該工具番号に対応した工具ＴＬ及び工具ホルダＴＨを、現在使用されている工具ＴＬ及び工具ホルダＴＨとして認識し、認識した工具ＴＬ及び工具ホルダＴＨの固有振動数と前記周波数解析部４によって解析された振動周波数とを比較する。
【００６３】
このようにして振動源推定部５により推定され、前記振動源情報記憶部１１に格納されるデータの一例を、図４に示す。図４に示したデータテーブルでは、加工開始からの経過時間を表す時間ｔ１〜ｔ１００の各時間において振動源であると推定された構成部材に○（フラグ）が付されている。尚、図５に示すように、周波数解析部４による解析の結果、振動の大きさが何れの周波数においても小さく、有意差をもって振動源を推定できない場合には、図４に示すデータテーブルにおいて、当該時間についてはフラグが付されない（図４における時間ｔ５参照）。
【００６４】
前記びびり検出部４は、前記周波数解析部４によって解析された振動の大きさを所定の基準値Ｂと比較し、振動の大きさが基準値Ｂを超えたとき、びびり現象が生じたと判定し、その検出信号を前記表示処理部９に送信する処理を行う。この基準値Ｂは前記基準値Ａよりも大きな値であり、経験的に設定される。
【００６５】
また、びびり検出部４は、びびり現象が生じたと判定される場合に、このびびり現象が強制びびり現象であるか、又は再生びびり現象であるかを判断する。例えば、強制びびり現象の場合には、その振動周波数ωｋ［Ｈｚ］は、工具ＴＬの回転速度をＳ［ｍｉｎ−１］、工具ＴＬの刃数をＮとすると次式数式３で表わされる。
（数式３）
ωｋ＝（Ｎ×Ｓ×ｋ）／６０
但し、ｋが１以上の整数である。
【００６６】
びびり検出部４は、この数式３を基に、所定のマージンαを考慮して、周波数解析部４によって解析された振動周波数ωが次式数式４の範囲内であれば、強制びびり現象であると判定し、数式４の範囲外であれば、再生びびり現象であると判定する。
（数式４）
（ωｋ−α）≦ω≦（ωｋ＋α）
尚、工具ＴＬの回転速度Ｓは主軸３４の回転速度であり、びびり検出部４はＮＣプログラム実行部２１から現在実行されている主軸回転速度を受信して、これを認識する。また、びびり検出部４はＮＣプログラム実行部２１から現在実行され、使用されている工具番号を受信し、受信した工具番号を基に、前記固有振動数記憶部１０を参照して、当該工具番号に対応した工具ＴＬの刃数を認識する。
【００６７】
そして、びびり検出部４は、検出されたびびり振動が強制びびりである場合には、強制びびり検出信号を表示処理部９に送信し、検出されたびびり振動が再生びびりである場合には、再生びびり検出信号を表示処理部９に送信する処理を行う。
【００６８】
負荷状態評価部７は、前記周波数解析部４によって解析された周波数解析結果を積算する処理を行うとともに、この積算データと前記固有振動数記憶部１０に格納された固有振動数に係るデータとを基に、各構成部材の固有振動数に対応した振動周波数における振動（加速度）の大きさの積算値、即ち、各構成部材に作用した振動の大きさの積算値を、各構成部材に作用した負荷値として評価するとともに、各構成部材に対応した積算値を表示するための画像データ、例えば、図１１に示すような画像のデータを生成して、前記表示処理部９に送信する処理を行う。
【００６９】
工具監視部８は、ＮＣプログラム実行部２１によってＮＣプログラムが実行される状況を監視し、工作機械３０で使用される工具ＴＬ１〜ＴＬ４の切削時間を積算するとともに、当該工具ＴＬ１〜ＴＬ４が工具の摩耗曲線において初期摩耗期、定常摩耗期及び終期摩耗期の何れの時期に在るかを判定する。尚、工具の摩耗曲線は、刃先が大きな圧力に耐えるために急速に磨耗したり、或いは切断力に耐えるように小さなチッピングを伴って刃先の丸みを形成する初期摩耗期と、摩耗が緩やかに進行する定常摩耗期と、刃先の丸みの増加などで抵抗が増し、発熱などを伴って摩耗が急速に増える終期摩耗期の３段階から構成される。
【００７０】
前記表示処理部９は、前記モデルデータ記憶部１２に格納されたモデルデータを前記表示装置１５のディスプレイに表示する処理を行うとともに、前記振動源推定部５によって、振動源に係る構成部材が推定されると、振動源と推定された構成部材に係る情報を前記振動源推定部５から受信して、推定された構成部材に係るモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能に前記表示装置１５のディスプレイに表示する（以下、この表示を「識別表示」という）。この表示処理部９、モデルデータ記憶部１２及び表示装置１５が報知装置を構成する。
【００７１】
図７〜図１０に、前記表示装置１５のディスプレイに表示される画像の一例を示す。図７では、工具ＴＬが振動源であると推定された場合に、当該工具ＴＬに係るモデルを黒く塗りつぶすことによって、他の構成部材と識別可能な画像としている。同様に、図８では、工具ホルダＴＨが振動源であると推定された場合の画像であり、当該工具ホルダＴＨに係るモデルを黒く塗りつぶしている。また、図９では、主軸３４が振動源であると推定された場合の画像であり、当該主軸３４に係るモデルを黒く塗りつぶしている。また、図１０では、ワークＷが振動源であると推定された場合の画像であり、当該ワークＷに係るモデルを黒く塗りつぶしている。尚、特に図示しないが、ワーク保持治具ＷＪが振動源であると推定された場合には、当該ワーク保持治具ＷＪを黒く塗りつぶした画像が前記ディスプレイに表示される。
【００７２】
当然のことながら、振動源と推定された構成部材のモデルを識別表示する態様としては、これに限られるものではなく、他の色で表示したり、或いは、振動源と推定された構成部材のモデルを点滅させる態様や、振動源と推定された構成部材のモデルに矢印を付して強調するなどの様々な態様が含まれる。
【００７３】
また、表示処理部９は、前記振動源推定部５により、振動源が工具ＴＬであると推定された場合には、当該工具ＴＬ（本例では工具ＴＬ１〜ＴＬ４のいずれか）について前記工具監視部８により判定された摩耗期を参照し、判定された摩耗期が初期摩耗期である場合には、例えば、図７における表示において、当該工具ＴＬが初期摩耗期である旨の文字表示を行う。
【００７４】
また、表示処理部９は、前記びびり検出部４によってびびり現象が検出され、当該検出信号をびびり検出部４から受信すると、びびり現象が生じた旨を前記ディスプレイに文字表示するとともに、受信した検出信号が強制びびり検出信号である場合には、「切り込みを下げるか、又は送り速度を下げること」を推奨する文字表示を前記ディスプレイに表示し、一方、受信した検出信号が再生びびり検出信号である場合には、「主軸回転速度を上げるか、又は主軸回転速度を下げること」を推奨する文字表示を前記ディスプレイに表示する。尚、当然のことながら、これら以外の対応が考えられる場合には、その対応を文字表示するようにしても良い。
【００７５】
また、表示処理部９は、前記振動源情報記憶部１１に格納されたデータ、即ち、過去の加工において推定された振動源に係るデータを基に、その時間情報に従って、推定された構成部材のモデルを、他の構成部材のモデルから識別可能にディスプレイに表示する。例えば、図４に示した例では、加工開始からの経過時間を表す時間ｔ１〜ｔ１００の各経過時間に沿って前記ディスプレイにモデルを表示するとともに、各時間で推定された振動源に係るモデルについて、上述した識別表示を行う。このような表示によれば、当該加工における振動源の移り変わりが再表示（リプレイ表示）される。
【００７６】
また、表示処理部９は、前記負荷状態評価部７から受信した各構成部材に対応した積算値を表示するための画像を前記ディスプレイに表示する処理を行う（図１１参照）。
【００７７】
以上の構成を備えた本例の振動源推定装置１によれば、前記ＮＣプログラム実行部２１によりＮＣプログラムが実行されて、前記工作機械３０によりワークＷが加工されると、その間に、当該加工によって生じる振動（加速度）が前記加速度センサ２によって検出され、振動に応じた信号が当該加速度センサ２から周波数解析部４に入力される。そして、周波数解析部４は、連続的に入力される振動信号を所定のサンプリング間隔で解析して、その解析結果を振動源推定部５、びびり検出部６及び負荷状態評価部７にそれぞれ送信する。
【００７８】
振動源推定部５では、周波数解析部４によって解析された、加速度の大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示す加速度−振動周波数データを基に、予め定められた時間毎に、前記固有振動数記憶部１０に格納されたデータを参照して、振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材が振動源として推定され、推定された構成部材に係る情報が表示処理部９に送信され、また、推定された構成部材に係る情報が時間情報と共に前記振動源情報記憶部１１に格納される。
【００７９】
そして、前記表示処理部９は、前記モデルデータ記憶部１２に格納されたモデルデータを前記表示装置１５のディスプレイに表示するとともに、前記振動源推定部５により振動源と推定された構成部材のモデルを他の構成部材のモデルから識別可能に表示、即ち、識別表示する。
【００８０】
斯くして、このようにして所定のサンプリング間隔で振動源として推定された構成部材が他の構成部材から識別可能に前記ディスプレイに表示されるので、オペレータ等はこの表示からその時点における振動源を容易に認識することができるとともに、振動源の経時的な変遷（移り変わり）を把握することができ、当該加工における振動上の特性を認識することができる。
【００８１】
また、オペレータ等は、振動源を認識することで、当該加工における改良点、例えば、ワーク保持治具ＷＪの強度的な改良や工具ホルダＴＨの変更等、改良すべき具体的な構成物を認識することができ、また、当該加工条件を客観的に評価することができるとともに、当該評価を基に加工条件（主軸回転速度、送り速度（一刃当たりの送り量）、切り込み幅、切り込み深さ等）の改善を図ることができる。
【００８２】
一方、前記びびり検出部４では、前記周波数解析部４における解析結果からびびり振動が生じたか否か、また、びびり振動が生じたと判断される場合には、それが強制びびり振動であるのか、若しくは再生びびり振動であるのかが判別され、判別結果が前記表示処理部９に送信される。
【００８３】
そして、表示処理部９は、びびり検出部４からびびり検出信号を受信して、びびり現象が生じた旨を前記ディスプレイに文字表示するとともに、受信した検出信号が強制びびり検出信号である場合には、「切り込みを下げるか、又は送り速度を下げること」などを推奨する文字表示を前記ディスプレイに表示し、一方、受信した検出信号が再生びびり検出信号である場合には、「主軸回転速度を上げるか、又は主軸回転速度を下げること」などを推奨する文字表示を前記ディスプレイに表示する。
【００８４】
斯くして、オペレータ等は、びびり振動が生じた時にディスプレイにその旨が表示されるので、現在の振動がびびり振動であることを容易に認識することができ、また、推定された振動源との関係において、これに応じた対応を採ることができる。例えば、びびり現象の原因（振動源）がワークＷである場合には、次回以降の加工において、ワークＷの保持態様を制振効果が得られるような態様に改良することでびびり現象を抑制することができる。また、ワーク保持治具ＷＪが振動源である場合には、ワークＷ若しくはワーク保持治具ＷＪの取付状態を確認してこれを修正する、或いはワーク保持治具ＷＪの設計を見直してこれを安定したものに改良することで、びびり現象を抑制可能であり、工具ホルダＴＨが振動源である場合には、制振効果に優れた工具ホルダＴＨに変更する、或いは工具の回転速度を上述した予想安定回転速度に変更する、或いは切り込み深さなどの切削条件を変更する、或いは工具の突き出し量を短くすることで、びびり現象を抑制可能である。また、主軸３４が振動源である場合も同様に、工具ＴＬの回転速度を前記予想安定回転速度に変更する、或いは切り込み深さなどの切削条件を変更することで、びびり現象を抑制可能である。
【００８５】
また、振動源が工具ＴＬであり、びびり現象が強制びびりである場合には、「切り込みを下げるか、又は送り速度を下げること」を推奨する文字表示がディスプレイに表示され、びびり現象が再生びびりである場合には、「主軸回転速度を上げるか、又は主軸回転速度を下げること」を推奨する文字表示がディスプレイに表示されるので、オペレータ等は、強制びびりと再生びびりの別に応じた適切な対応を採ることができる。
【００８６】
また、表示処理部９は、前記振動源推定部５により、振動源が工具ＴＬであると推定された場合には、当該工具ＴＬについて前記工具監視部８により判定された摩耗期を参照し、判定された摩耗期が初期摩耗期である場合には、例えば、図７における表示において、当該工具は初期摩耗期である旨の文字表示を行う。これにより、オペレータ等は、工具ＴＬの振動がびびり振動でない場合に、当該振動が工具ＴＬの初期摩耗期に起因した振動であり、工具交換等の対応を採る必要が無いことを容易に認識することができる。
【００８７】
また、本例の振動源推定装置１では、加工終了後に、前記表示処理部９により、振動源情報記憶部１１内の過去の加工において推定された振動源に係るデータを基に、その時間情報に従って、各時間で推定された振動源に係るモデルを識別表示、即ち、リプレイ表示することができる。したがって、オペレータ等は、加工時間の経過とともに移り変わる振動源を、その振動している時間などの時間的要素を含めて視覚的に認識することができるとともに、当該振動現象を再検証することができる。
【００８８】
また、表示処理部９は、前記負荷状態評価部７から受信した各構成部材に対応した積算値（負荷評価）を表示するための画像をディスプレイに表示する処理を行う（図１１参照）。これにより、オペレータ等は、各構成部材の振動に係る負荷状態を客観的に認識することができ、その負荷状態に応じて、例えば、耐用限度を超え得ていると判断される場合には、対応する構成部材を新たな物に交換する等の措置を講じることができる。
【００８９】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００９０】
例えば、上例では、前記振動源推定部５は、振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材を振動源として推定するように構成されているが、このような構成に限られるものではない。前記振動源推定部５は、固有振動数が振動周波数に近い順に、振動源としての可能性が高い順位付けにした複数の構成部材を推定し、推定した構成部材に係る情報を前記表示処理部９に送信するとともに、推定した構成部材に係る情報を時間情報と共に前記振動源情報記憶部１１に格納するように構成された態様を採ることができる。このようにして、可能性の高い順に１位から３位までの振動源を推定した例を図１２に示す。図１２において、数字はその順位を表している。振動源情報記憶部１１には、図１２に例示されるようなデータが格納される。
【００９１】
そして、この場合、前記表示処理部９は、前記ディスプレイにモデルを表示する際に、推定された複数の構成部材について、その順位付けについても識別可能に前記ディスプレイに表示する。例えば、推定された複数の構成部材を、順位毎に対応付けられた色で色分けして表示するとともに、色と順位との関係を凡例として表示することができる。或いは、推定された各構成部材のモデルに、順位を表す数字を付すようにしても良い。
【００９２】
このようにすれば、振動源として複数の構成部材が推定される場合に、その可能性の順位付けに係る情報が表示されるので、オペレータ等は、どの構成部材が振動に関係していて、それらが振動源としてどの程度の可能性を有するのかを容易に認識することができ、複雑な振動状態を容易に把握することができる。
【００９３】
また、上例では、前記負荷状態評価部７は、周波数解析部４によって解析される周波数解析結果を積算するとともに、各構成部材の固有振動数に対応した周波数における振動の大きさの積算値を、各構成部材に作用した負荷値として評価するように構成されているが、このような構成に限られるものではない。
【００９４】
前記負荷状態評価部７は、前記振動源情報記憶部１１に格納されたデータを参照して、前記各構成部材について、前記振動源推定部５によって振動源であると推定された度数（回数）を算出し、算出された度数を、各構成部材に作用した負荷値として評価するとともに、各構成部材に対応した度数（負荷値）を表示するための画像データを生成して、前記表示処理部９に送信するように構成された態様を採ることができる。この場合、各構成部材に対応した度数がディスプレイに表示される。このような態様でも、オペレータ等は、各構成部材に作用した振動の負荷状態を客観的に認識することができ、その負荷状態に応じた措置を講じることができる。
【００９５】
また、この態様の場合に、前記振動源推定部５が、上述の如く複数の構成部材を推定するように構成されている場合には、前記負荷状態評価部７は、前記振動源情報記憶部１１に格納された、例えば図１２に示すようなデータを参照して、前記各構成部材について、その順位毎にその度数を算出し、算出された順位毎の度数を前記ディスプレイに表示するようにすると良い。
【００９６】
また、上例では、前記振動源推定部５を、前記周波数解析部４によって解析された加速度−振動周波数データを基に、振動源を推定するように構成したが、これに限られるものではなく、前記振動源推定部５は、前記加速度−振動周波数データから算出されるデータであって、振動エネルギの大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示すエネルギ−振動周波数データ、又は振動変位の大きさ（振幅）と振動周波数との関係を示す変位−振動周波数データから振動源を推定するように構成されていても良い。
【００９７】
振動加速度をＡ［ｍ／ｓ２］とし、そのときの振動周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、当該振動における比エネルギ（質量当たりのエネルギ）Ｅ［ｍ２／ｓ２］は、以下の数式５によって表わされる。
（数式５）
Ｅ＝（Ａ／（２πｆ））２×（１／２）
そして、この数式５により、前記加速度−振動周波数データから、前記エネルギ−振動周波数データを算出することができ、このデータから振動エネルギの大きい振動周波数を認識することができるとともに、その振動源を推定することができる。
【００９８】
また、振動加速度Ａ［ｍ／ｓ２］に対する振動変位Ｄ［ｍ］は、次の数式６によって表される。
（数式６）
Ｄ＝Ａ／（２πｆ）２
そして、この数式６により、前記加速度−振動周波数データから、前記変位−振動周波数データを算出することができ、このデータから変位の大きい振動周波数を認識することができるとともに、その振動源を推定することができる。
【００９９】
斯くして、前記振動源推定部５は、これを、前記エネルギ−振動周波数データ、又は変位−振動周波数データを基に、前記固有振動数記憶部１０内のデータを参照して、各データにおいて、例えば、その大きさが前記基準値Ａを超える振動周波数に最も近い固有振動数を有する構成部材を振動源として推定するように構成することができる。
【０１００】
因みに、周波数解析部４によって解析された加速度−振動周波数データの他の例を図１３に示し、この加速度−振動周波数データから算出されるエネルギ−振動周波数データを図１４に示し、変位−振動周波数データを図１５に示す。尚、この例の加工では、工具ＴＬとして直径が１６［ｍｍ］、刃数が４のエンドミルを用い、切り込み幅を４［ｍｍ］、切り込み深さを１０［ｍｍ］、一刃当たりの送りを０．１［ｍｍ／刃］、主軸回転速度は１９９０［ｍｉｎ−１］とした。この場合、切れ刃通過周波数（ＴＰＦ）は１３３［Ｈｚ］であった。
【０１０１】
図１３に示した加速度−振動周波数データにおいて、例えば、前記基準値Ａを１００［ｍ／ｓ２］とすると、前記固有振動数記憶部１０に格納された図３に示すデータから、推定振動源として主軸３４が１位に順位付けされ、ワーク保持治具ＷＪが２位に順位付けされ、工具ＴＬが３位に順位付けされる。加速度は工具の刃先に大きく影響するものと考えられるため、加速度を基準にして振動源を推定することで、工具刃先に悪影響を与える振動源を認識することができる。
【０１０２】
また、図１４に示したエネルギ−振動周波数データにおいて、例えば、前記基準値Ａを５×１０−４［（ｍ／ｓ）２］とすると、推定振動源として主軸３４が１位に順位付けされ、ワーク保持治具ＷＪが２位に順位付けされる。振動エネルギの大きさは、工具の刃先及び加工面の面精度の双方に影響するものと考えられるため、この振動エネルギを基準にして振動源を推定することで、工具刃先及び加工面の面精度に悪影響を与える振動源を認識することができる。
【０１０３】
また、図１５に示した変位−振動周波数データにおいて、前記基準値Ａを１×１０−６［ｍ］とすると、推定振動源として主軸３４が１位に順位付けされ、ワーク保持治具ＷＪが２位に順位付けされる。変位は、加工面の面精度に大きく影響するものと考えられるため、変位を基準にして振動源を推定することで、加工面の面精度に悪影響を与える振動源を認識することができる。尚、びびり振動は切れ刃通過周波数より高い周波数を有するので、本例では、１３３［Ｈｚ］以下の振動成分はノイズとして無視される。
【０１０４】
或いは、前記振動源推定部５は、前記加速度−振動周波数データ、エネルギ−振動周波数データ、及び変位−振動周波数データの中から選ばれる２以上のデータを用いて、推定振動源を総合的に評価するように構成されていても良い。例えば、各データにより推定される振動源の順位を合算することで、総合的な順位付けとしても良い。
【０１０５】
また、上例では、振動源推定装置１の演算処理装置３を数値制御装置２０とは別体のものとして構成したが、これに限られるものではなく、演算処理装置３を数値制御装置２０に組み込んだ構成としても良い。また、前記表示装置１５として、工作機械３０の操作盤に設けられるディスプレイを用いても良い。
【符号の説明】
【０１０６】
１    振動源推定装置
２    加速度センサ
３    演算処理装置
４    周波数解析部
５    振動源推定部
６    びびり検出部
７    負荷状態評価部
８    工具監視部
９    表示処理部
１０  固有振動数記憶部
１１  振動源情報記憶部
１２  モデルデータ記憶部
１５  表示装置
２０  数値制御装置
２１  ＮＣプログラム実行部
２２  主軸制御部
２３  送り制御部
３０  工作機械
３４  主軸
ＴＬ  工具
ＴＨ  工具ホルダ
Ｗ    ワーク
ＷＪ  ワーク保持治具
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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