(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、
回転中の前記回転軸による時間領域の振動を検出する検出ステップと、
該検出ステップにより検出された時間領域の振動に基づいて、びびり周波数及び該びびり周波数における周波数領域の振動加速度を算出すると共に、算出した該周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合に、少なくともびびり周波数を用いて決定される加工情報を算出し記憶すると共に、前に記憶された前記加工情報が存在しないときは、算出された前記加工情報を用いて前記回転軸のびびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出し、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、少なくともこれを用いて前記安定回転速度を算出する演算ステップと、
該演算ステップにより算出された安定回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御ステップと
を備えており、
前記回転速度制御ステップによって安定回転速度にて前記回転軸が回転されるに至っても、前記検出ステップを行い、びびり振動が再度発生して前記周波数領域の振動加速度が前記閾値を超えた場合に、前記演算ステップを行って前記回転速度制御ステップを行う
ことを特徴とする振動抑制方法。
【請求項２】
前記演算ステップにおいて、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、これのみを用いて前記安定回転速度を算出する
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装置であって、
回転中の前記回転軸による時間領域の振動を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された時間領域の振動に基づいて、びびり周波数及び該びびり周波数における周波数領域の振動加速度を算出すると共に、算出した該周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合に、少なくともびびり周波数を用いて決定される加工情報を算出し記憶すると共に、前に記憶された前記加工情報が存在しないときは、算出された前記加工情報を用いて前記回転軸のびびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出し、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、少なくともこれを用いて前記安定回転速度を算出する演算手段と、
該演算手段により算出された安定回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御手段と
を備えており、
前記回転速度制御手段によって安定回転速度にて前記回転軸が回転されるに至っても、前記検出手段による検出を行い、びびり振動が再度発生して前記周波数領域の振動加速度が前記閾値を超えた場合に、前記演算手段による演算を行って前記回転速度制御手段による前記回転軸の回転を行う
ことを特徴とする振動抑制装置。
【請求項４】
前記演算手段において、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、これのみを用いて前記安定回転速度を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の振動抑制装置。
【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、加工中に発生する振動を抑制する方法、ないしは当該方法を実行可能な振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械の振動抑制方法として、下記特許文献１に記載のものが知られている。この振動抑制方法では、加工面の仕上げ精度悪化の原因となる自励振動としての再生型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回転速度（安定回転速度）とする。この固有振動数は、工具やワークをインパルス加振することで得られる。
【０００３】
又、振動抑制方法として、下記特許文献２に記載のものも知られている。この振動抑制方法では、びびり振動が生じる系の加工中のびびり振動数を求め、これを６０倍すると共に工具刃数及び所定の整数で除した値を回転速度とする。加工中のびびり振動数は、工具やワークの近傍に音センサを配置し、回転中に音センサで検出された振動周波数に基づいて得ている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０６２７号公報
【特許文献２】特表２００１−５１７５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の振動抑制方法では、高価なインパルス装置が必要になるうえ、この装置を用いた加振には高度な技術を要し、手間がかかる。しかも、加工前に得た固有振動数と加工中の固有振動数とは必ずしも一致しないため、正確な最適回転速度を得にくい。
【０００６】
一方、特許文献２の振動抑制方法では、加工中のびびり周波数と固有振動数とが互いにやや異なった値となるため、やはり正確な最適回転速度を得にくい。そして、加工中のびびり周波数から固有振動数を推定することで正確性を向上することが考えられるが、びびりの抑制後に再度びびりが発生した場合に、びびり抑制前から回転速度が変化しているため、再度のびびりを抑制するための固有振動数の推定ないし安定回転速度の算出において用いるパラメータ（安定限界線図に係るｋ値）も変化することが多く、このようにｋ値が変化した際には回転速度が漸減あるいは増大してしまい、又これが繰り返されることでびびりが発生する度に回転速度が漸減あるいは増大してしまうことがあった。
【０００７】
そこで、請求項１，３に記載の発明は、びびりが断続的に発生する場合であっても、回転速度が漸減あるいは増大することなく、振動抑制のための正確な安定回転速度が得られる振動抑制方法，装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、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、回転中の前記回転軸による時間領域の振動を検出する検出ステップと、該検出ステップにより検出された時間領域の振動に基づいて、びびり周波数及び該びびり周波数における周波数領域の振動加速度を算出すると共に、算出した該周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合に、少なくともびびり周波数を用いて決定される加工情報を算出し記憶すると共に、前に記憶された前記加工情報が存在しないときは、算出された前記加工情報を用いて前記回転軸のびびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出し、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、少なくともこれを用いて前記安定回転速度を算出する演算ステップと、該演算ステップにより算出された安定回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御ステップとを備えており、前記回転速度制御ステップによって安定回転速度にて前記回転軸が回転されるに至っても、前記検出ステップを行い、びびり振動が再度発生して前記周波数領域の振動加速度が前記閾値を超えた場合に、前記演算ステップを行って前記回転速度制御ステップを行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記目的に加えて、加工情報を一定に保つことで簡素に効率良く安定回転速度の増大あるいは漸減を防止する目的を達成するため、上記発明にあって、前記演算ステップにおいて、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、これのみを用いて前記安定回転速度を算出することを特徴とするものである。
【００１０】
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装置であって、回転中の前記回転軸による時間領域の振動を検出する検出手段と、該検出手段により検出された時間領域の振動に基づいて、びびり周波数及び該びびり周波数における周波数領域の振動加速度を算出すると共に、算出した該周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合に、少なくともびびり周波数を用いて決定される加工情報を算出し記憶すると共に、前に記憶された前記加工情報が存在しないときは、算出された前記加工情報を用いて前記回転軸のびびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出し、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、少なくともこれを用いて前記安定回転速度を算出する演算手段と、該演算手段により算出された安定回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御手段とを備えており、前記回転速度制御手段によって安定回転速度にて前記回転軸が回転されるに至っても、前記検出手段による検出を行い、びびり振動が再度発生して前記周波数領域の振動加速度が前記閾値を超えた場合に、前記演算手段による演算を行って前記回転速度制御手段による前記回転軸の回転を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、上記目的に加えて、加工情報を一定に保つことで簡素に効率良く安定回転速度の増大あるいは漸減を防止する目的を達成するため、上記発明にあって、前記演算手段において、前に記憶された前記加工情報が存在するときは、これのみを用いて前記安定回転速度を算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加工情報を記憶し、この過去の加工情報に基づいて回転軸のびびり振動を抑制可能な安定回転速度を算出するので、安定回転速度の算出が過去の安定回転速度と大幅に異なることはなく、よって、びびりが断続的に発生する場合であっても、回転速度の漸減あるいは増大を防止することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面に基づいて説明する。なお、本発明の形態は、当該例に限定されない。
【００１４】
図１は当該例に係る振動抑制装置１０のブロック図であり、図２は振動抑制の対象となる回転軸ハウジング１の側面図であり、図３は回転軸ハウジング１を軸方向から示した図である。回転軸ハウジング１は、Ｃ軸周りで回転可能な回転軸３を備えており、振動抑制装置１０は、回転中の回転軸３に生じるびびり振動を抑制する。振動抑制装置１０は、回転中の回転軸３に生じる時間領域の振動加速度を検出するための検出手段としての振動センサ２ａ〜２ｃと、振動センサ２ａ〜２ｃの検出値に基づき回転軸３の回転速度を制御する制御装置５とを備えている。
【００１５】
振動センサ２ａ〜２ｃは、図２や図３に示すように、互いに直角となる方向における時間領域の振動加速度（時間軸上の振動加速度）を検出すべく、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出可能な状態で、回転軸ハウジング１に取り付けられている。
【００１６】
又、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に基づくフーリエ解析を行うＦＦＴ演算装置６と、ＦＦＴ演算装置６で算出された値に基づく安定回転速度の算出等を行う安定回転速度演算装置７と、回転軸ハウジング１における加工を制御する回転速度制御手段としてのＮＣ装置８とを備えている。制御装置５のＮＣ装置８は、回転軸３の回転速度のモニタリングをしている。なお、ＦＦＴ演算装置６ないしは安定回転速度演算装置７は演算手段に相当する。
【００１７】
このように成る振動抑制装置１０によるびびり振動の振動抑制方法の例について、図４，図５を中心に説明する。図４は時間領域の振動加速度をフーリエ解析結果の一例を示したものであり、図５は当該抑制制御のフローチャートを示したものである。
【００１８】
まず、ＦＦＴ演算装置６は、振動センサ２ａ〜２ｃによって回転中に常時検出される時間領域の振動加速度についてフーリエ解析を行い、図４に示されるような、最大加速度及びその周波数４（びびり振動数）を常時計算している（図５のステップＳ１、検出ステップ）。なお、時間領域の振動加速度についてフーリエ解析を行うと、周波数と周波数領域の振動加速度との関係を示す図４のような波形が複数パターン取得されるが、本実施形態では周波数領域の振動加速度の値が最大となる波形を用いる。
【００１９】
次に、安定回転速度演算装置７では、ＦＦＴ演算装置６において算出された周波数領域の振動加速度と、予め設定されている閾値との比較を行い、周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合（例えば図４における周波数４における周波数領域の振動加速度が検出された場合）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、次に示す式（１），（２）によりｋ値を算出して加工情報として記憶し、又次に示す式（３）により安定回転速度を算出してＮＣ装置８へ出力する（ステップＳ２、演算ステップ、前に記憶された加工情報がない場合）。なお、加工情報とは、ここではｋ値及びｋ’値を指す。又、工具刃数は、予め安定回転速度演算装置７に設定されている。更に、回転軸回転速度とは、安定回転速度とする前の回転軸３の現在の回転速度のことである。加えて、びびり周波数とは、びびり振動が生じた場合の周波数４のことである。
ｋ’値＝６０×びびり周波数／（工具刃数×回転軸回転速度）  ・・・（１）
ｋ値＝ｋ’値の整数部  ・・・（２）
安定回転速度＝６０×びびり周波数／｛工具刃数×（ｋ値＋１）｝  ・・・（３）
【００２０】
そして、ステップＳ２による安定回転速度演算装置７からの安定回転速度の出力を受けたＮＣ装置８は、回転軸３の回転速度を当該安定回転速度に変更する（ステップＳ３、回転速度制御ステップ）。回転軸３の回転速度を当該安定回転速度とすることにより、びびり振動が抑制され、安定加工状態となる。
【００２１】
このようなびびり振動の抑制による安定加工状態に至っても、振動センサ２ａ〜２ｃは時間領域の振動加速度等の検出を行う（検出ステップ）。そして、びびり振動が再度発生し、周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合には、ステップＳ２と同様にして再度加工情報を算出し安定回転速度を出力するが、算出したｋ値が以前（ステップＳ２で）記憶したｋ値と異なる際には、この度算出したｋ値を記憶したｋ値に置き換えて安定回転速度を算出する（ステップＳ４、演算ステップ、前に記憶された加工情報がある場合）。なお、ステップＳ４において、加工情報を算出せず、記憶したｋ値に基づいて安定回転速度を算出しても良い。
【００２２】
ステップＳ４による安定回転速度演算装置７からの安定回転速度の出力を受けたＮＣ装置８は、回転軸３の回転速度を当該安定回転速度に変更する（ステップＳ５、回転速度制御ステップ）。回転軸３の回転速度を当該安定回転速度とすることにより、びびり振動が抑制され、再び安定加工状態となる。又、この安定回転速度は、以前（ステップＳ２）と同じｋ値に基づいて算出されているため、以前の安定回転速度とほぼ同じものとなり、以前の安定回転速度からかけ離れることはない。
【００２３】
更に、このような安定加工状態を経て再度周波数領域の振動加速度が所定の閾値を超えた場合（びびり振動が断続的に発生した場合）には、振動センサ２ａ〜２ｃによる検出やステップＳ４，Ｓ５を繰り返し、回転軸３の回転速度を新たな安定回転速度とし、安定加工状態とする。この新たな安定回転速度も以前のステップＳ４と同じ記憶されたｋ値に基づき算出されるので、以前の安定回転速度と同様なものとなり、以前の安定回転速度からかけ離れることはなく、びびり振動が断続的に発生する場合であっても、安定回転速度が漸減し続けることはないし、あるいは増大し続けることもない。
【００２４】
以上の振動抑制装置１０では、過去の加工結果から算出され記憶されるｋ値を基に、ｋ値を一定にして安定回転速度を計算するため、びびり振動が断続的に発生する場合にあっても、安定回転速度を以前の回転速度と大きく異ならないようにすることができ、回転軸３の回転速度の漸減あるいは増大を防止することができて、効率に配慮しながら加工面を高品位に保つことができる。又、回転軸３の回転速度の変化が小さいため、工具や主軸に対して過大な負荷がかかる事態の発生を防止することができる。
【００２５】
なお、主に上記形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。ｋ値につき過去数回分（例えば５回分）をまとめて記憶し、所定回数（例えば５回）分の平均値を四捨五入したものを新たなｋ値としたり、所定回数（例えば５回）内において最も多かった値に置き換えたりすることができ、これらの場合にあっても回転速度の一方的な増大あるいは漸減を防止することができる。又、制御装置によるフーリエ解析の際、上位複数（例えば上位３つ）の周波数領域の振動加速度における振動周波数を抽出し、これら複数の振動周波数を用いて安定回転速度を算出して良い。更に、回転軸の振動加速度に代えてあるいはこれと共に振動による変位や回転により発生する音圧を検出し、安定回転速度の算出に供して良い。
【００２６】
加えて、検出手段を回転軸側に代えて又は回転軸側と共に固定側（ワーク及び／又はその近傍）に配置することができる。更に、本発明は、ワークを回転させるものである旋盤を始めとする他の工作機械にも適用可能である。ワークを回転させる工作機械にあっては、ワークを保持する主軸側の振動を検出したり、固定側である工具側の振動を検出したりすることができる。又、検出手段の数や配置等を、工作機械の種類や規模等に応じて適宜変更して良い。更に、各種演算装置を統合又は分離したり、演算装置の他に別個の記憶装置を設けたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る振動抑制装置のブロック図である。
【図２】図１における回転軸ハウジングの側面説明図である。
【図３】図１における回転軸ハウジングを軸方向からみた場合の説明図である。
【図４】図１の制御装置で実行される時間領域の振動加速度についてのフーリエ解析結果の一例を示す図である。
【図５】図１の振動抑制装置において実行される振動抑制方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１    回転軸ハウジング
２ａ，２ｂ，２ｃ  振動センサ
３    回転軸
５    制御装置
６    ＦＦＴ演算装置
７    安定回転速度演算装置
８    ＮＣ装置
１０    振動抑制装置
【図１】
0004995115.tif 000002
【図２】
0004995115.tif 000003
【図３】
0004995115.tif 000004
【図４】
0004995115.tif 000005
【図５】
0004995115.tif 000006