JP2018126837A

JP2018126837A - Stability limit chart creation device and stability limit chart creation method

Info

Publication number: JP2018126837A
Application number: JP2017022723A
Authority: JP
Inventors: 謙吾河合; Kengo Kawai; 勝彦大野; Katsuhiko Ono; 静雄西川; Shizuo Nishikawa
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: JP6505145B2; WO2018146913A1

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stability limit chart creation device and so on by which a proper stability limit chart in line with actual processing can be created.SOLUTION: This stability line chart creation device comprises: a vibration detection part 2 which detects vibration of a vibration system which is generated when processing a work-piece by a tool; a chatter detection part 3 which analyzes vibration detected by the vibration detection part 2, and associates a regenerative chatter frequency at the time of generation of regenerative chatter in the tool with a spindle rotational speed and stores the same in a data storage part 4; a calculation part 5 which calculates an optionally set attenuation ratio of the vibration system based on combination of the tool, a tool holder, a work fixing jig and a machine tool, and calculates a characteristic frequency of the vibration system based on the regenerative chatter frequency stored in the data storage part 4 and the spindle rotational speed; a chart creation part 6 which creates a stability limit chart based on the regenerative chatter frequency stored in the data storage part 4 and the spindle rotational speed; and a display 7 which displays the stability limit chart created by the chart creation part 6.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、工作機械を用い、切削工具によってワークを加工する際に生じる再生びびりについて、その安定限界線図を作成する安定限界線図作成装置、及び安定限界線図作成方法に関する。 The present invention relates to a stability limit diagram creation device and a stability limit diagram creation method for creating a stability limit diagram of regenerative chatter generated when a workpiece is machined with a cutting tool using a machine tool.

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。 In the field of machining using machine tools, efficient machining of workpieces and reduction of machining costs are being sought as permanent issues. On the other hand, with regard to machining accuracy required for machining, high accuracy is increasingly required day by day, and when machining a workpiece, elements of machining efficiency, machining cost, and machining accuracy are required. It is necessary to set processing conditions that satisfy the standards.

そして、従来、加工精度に係る要素のうち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知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, focusing on regenerative chatter among the elements related to machining accuracy, it is a diagram showing the correlation between the rotation speed of the spindle that rotates the tool or workpiece and the limit cutting depth of the tool that causes regenerative chatter. There is known an apparatus that creates and displays a stability limit diagram indicating a boundary between a stable region that does not cause a vibration and an unstable region that causes a chatter (see, for example, Patent Document 1).

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。 This stability limit diagram shows that when the spindle rotational speed is a value obtained by dividing the natural frequency of the tool by the number of blades of the tool, the limit cutting depth of the tool shows a peak, that is, the stable region has a peak. It has a so-called stable pocket (primary stable pocket), and further has a high-order stable pocket at each spindle rotational speed obtained by dividing the spindle rotational speed corresponding to the primary stable pocket by an integer of 2 or more.

斯くして、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。 Thus, according to this stability limit diagram, the operator can instantly visually recognize the relationship between the spindle rotational speed at which no regenerative chatter occurs and the cutting depth of the tool, and the regenerative chatter does not occur. Efficient machining conditions can be set. Thus, according to the above apparatus, the operator can set efficient machining conditions within a range in which regenerative chatter does not occur by using the stability limit diagram displayed on the apparatus as a reference.

特許第５６２２６２６号公報Japanese Patent No. 5622626

ところで、工具系の固有振動数を求める方法には、ハンマリング試験やスイープ加振試験等があり、一般にこれらの方法は主軸が停止した状態で行われる。しかしながら、工具系の固有振動数は、主軸が停止している時と、主軸が回転して加工している時とでは異なることが分かっている。 Incidentally, methods for obtaining the natural frequency of the tool system include a hammering test and a sweep vibration test, and these methods are generally performed with the main shaft stopped. However, it has been found that the natural frequency of the tool system is different between when the spindle is stopped and when the spindle is turning.

このため、上記従来の装置によって得られた安定限界線図を基にしては、再生びびりの生じない、効率の良い加工条件を、実際の加工に即した適正なものに設定することができなかった。 For this reason, based on the stability limit diagram obtained by the above-mentioned conventional apparatus, it is not possible to set an efficient machining condition that does not cause regenerative chatter to an appropriate one in accordance with actual machining. It was.

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、実際の加工に即した適正な安定限界線図を作成することができる安定限界線図作成装置及び安定限界線図作成方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a stability limit diagram creation device and a stability limit diagram creation method capable of creating an appropriate stability limit diagram in accordance with actual machining. And its purpose.

上記課題を解決するための本発明は、少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成方法であって、
前記工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出し、
検出した前記振動系の振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、当該再生びびりの周波数を、測定再生びびり周波数として該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて記憶し、
前記工具、前記工具ホルダ、前記ワーク固定治具及び前記工作機械の組み合わせに基づいて任意に設定した前記振動系の減衰比、並びに記憶した前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記振動系の固有振動数を算出し、算出した固有振動数、前記設定した減衰比、並びに記憶した前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて、前記安定限界線図を作成するようにした安定限界線図作成方法に係る。 The present invention for solving the above-described problems is based on the natural frequency and damping ratio of a vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. This is a method for creating a stability limit diagram that creates a stability limit diagram that is a correlation diagram between the spindle rotational speed and the limit cutting depth of the tool, showing the boundary between the stable region and the unstable region of regenerative chatter. And
Detecting the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the detected vibration magnitude of the vibration system, it is determined whether regenerative chatter has occurred in the tool. If it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is measured. Storing the playback chatter frequency in association with the spindle rotational speed when the playback chatter occurs,
The vibration based on the damping ratio of the vibration system arbitrarily set based on a combination of the tool, the tool holder, the workpiece fixing jig, and the machine tool, and the stored measurement reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed. The stability frequency is calculated by calculating the natural frequency of the system, and creating the stability limit diagram based on the calculated natural frequency, the set damping ratio, and the stored measurement reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed. It relates to the method of creating a limit diagram.

そして、この安定限界線図作成方法は、
少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成装置であって、
前記再生びびりの周波数と前記主軸回転速度との関係を記憶するデータ記憶部と、
前記工具が装着される付近に配置され、該工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出する振動検出部と、
前記振動検出部によって検出された振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、該再生びびりの周波数を測定再生びびり周波数として、該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて前記データ記憶部に格納するびびり検出部と、
前記工具、前記工具ホルダ、前記ワーク固定治具及び前記工作機械の組み合わせに基づいて任意に設定した前記振動系の減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記振動系の固有振動数を算出する算出部と、
前記算出部により算出された固有振動数、前記設定した減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて、前記安定限界線図を作成する線図作成部と、
当該線図作成部により作成された前記安定限界線図を表示する表示部とを備えた安定限界線図作成装置によって好適に実施される。 And this stability limit diagram creation method is
Regenerative chatter stable region and instability that vary depending on the natural frequency and damping ratio of the vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. A stability limit diagram creation device that creates a stability limit diagram that is a correlation diagram between a spindle rotation speed and a limit cutting depth of the tool, showing a boundary with a region,
A data storage unit for storing a relationship between the frequency of the playback chatter and the spindle rotational speed;
A vibration detection unit that is disposed in the vicinity of where the tool is mounted and detects the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the magnitude of vibration detected by the vibration detector, it is determined whether or not regenerative chatter has occurred in the tool, and if it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is determined. A chatter detection unit that stores in the data storage unit in association with the spindle rotation speed when the playback chatter occurs as a measurement chatter frequency,
The damping ratio of the vibration system arbitrarily set based on the combination of the tool, the tool holder, the workpiece fixing jig and the machine tool, the measured playback chatter frequency and the spindle rotation stored in the data storage unit A calculation unit for calculating the natural frequency of the vibration system based on speed;
A diagram for creating the stability limit diagram based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the set damping ratio, and the measured playback chatter frequency and the spindle rotational speed stored in the data storage unit. The creation department;
This is preferably implemented by a stability limit diagram creating apparatus including a display unit that displays the stability limit diagram created by the diagram creation unit.

上記構成を備えた本発明によれば、まず、工具が装着される付近に配置された振動検出部によって、該工具を用いてワークを加工した際に生じる振動系の振動の大きさ及びその周波数が検出される。そして、この振動検出部によって検出される振動の大きさを基に、びびり検出部によって工具に再生びびりが生じたかどうかが判別され、工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、当該再生びびりの周波数が測定再生びびり周波数として、当該再生びびりが生じたときの主軸回転速度と関連付けてデータ記憶部に格納される。 According to the present invention having the above-described configuration, first, the magnitude and frequency of vibration of the vibration system generated when a workpiece is machined using the tool by the vibration detection unit disposed in the vicinity of the tool being mounted. Is detected. Based on the magnitude of vibration detected by the vibration detection unit, the chatter detection unit determines whether or not regenerative chatter has occurred in the tool, and if it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, The chatter frequency is stored as a measured playback chatter frequency in the data storage unit in association with the spindle rotational speed when the playback chatter occurs.

そして、データ記憶部に測定再生びびり周波数と対応する主軸回転速度が格納されると、算出部により、当該振動系の固有振動数が算出される。即ち、再生びびり周波数、これに対応する主軸回転速度、振動系の固有振動数及び減衰比との間には、所定の関係が存在する、言い換えれば、これらの関係を所定の関係式で表わせることが知られており、算出部は、当該関係式に基づいて、未知数である振動系の固有振動数及び減衰比の内、例えば、減衰比を経験値から推定される所定値に設定して、残りの未知数である振動系の固有振動数を算出する。 Then, when the spindle rotation speed corresponding to the measurement / playback chatter frequency is stored in the data storage unit, the natural frequency of the vibration system is calculated by the calculation unit. That is, there is a predetermined relationship between the playback chatter frequency, the corresponding spindle speed, the natural frequency of the vibration system, and the damping ratio. In other words, these relationships can be expressed by a predetermined relational expression. Based on the relational expression, the calculation unit sets the damping ratio to a predetermined value estimated from an empirical value, for example, among the natural frequency and damping ratio of the vibration system that are unknown. Then, the natural frequency of the vibration system, which is the remaining unknown, is calculated.

次に、線図作成部により、前記算出部により算出された固有振動数、設定した減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された測定再生びびり周波数及び主軸回転速度に基づいて、安定限界線図が作成され、当該線図作成部により作成された安定限界線図が表示部によって表示される。 Next, based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the set damping ratio, and the measured playback chatter frequency and the spindle rotational speed stored in the data storage unit by the diagram creation unit, a stability limit diagram is obtained. Is created, and the stability limit diagram created by the diagram creation unit is displayed by the display unit.

このように、本発明によれば、振動系全体に係る固有振動数を算出し、算出した振動系全体に係る固有振動数を用いて安定限界線図を作成するようにしているので、工具のみの固有振動数を基に安定限界線図を作成する従来に比べて、実際の加工に即したより現実的な安定限界線図を作成することができ、また、このような実加工に即した安定限界線図を用いることで、再生びびりの生じない効率の良い加工条件を、実加工に即した適正なものに設定することがでる。 Thus, according to the present invention, the natural frequency related to the entire vibration system is calculated, and the stability limit diagram is created using the calculated natural frequency related to the entire vibration system. Compared to the conventional method of creating a stability limit diagram based on the natural frequency of the system, it is possible to create a more realistic stability limit diagram that is more suitable for actual machining. By using the stability limit diagram, it is possible to set an efficient machining condition that does not cause regenerative chatter to an appropriate one in accordance with actual machining.

本発明において、前記算出部は、前記データ記憶部に格納されたデータを確認して、複数組の前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データが格納されている場合には、該複数組の前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データに基づいて、前記振動系の減衰比及び固有振動数を算出するように構成され、
更に、前記線図作成部は、前記算出部により算出された固有振動数、減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記安定限界線図を作成するように構成されていても良い。 In the present invention, the calculation unit confirms the data stored in the data storage unit, and when a plurality of sets of relational data between the measurement / playback chatter frequency and the spindle rotational speed are stored, Based on relation data between a plurality of sets of the measured playback chatter frequency and the spindle rotation speed, the damping ratio and the natural frequency of the vibration system are calculated.
Further, the diagram creation unit is configured to calculate the stability limit diagram based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the damping ratio, and the measured reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed stored in the data storage unit. May be configured to create.

上述したように、再生びびり周波数、これに対応する主軸回転速度、振動系の固有振動数及び減衰比の関係は所定の関係式で表わすことができる。したがって、測定再生びびり周波数及びその時の主軸回転速度に係るデータが少なくとも２組あれば、振動系の固有振動数及び減衰比を未知数とする２つの関係式を得ることができ、これらの関係式を連立方程式として解くことで、未知数である前記固有振動数及び減衰比を算出することができる。 As described above, the relationship between the regenerative chatter frequency, the corresponding spindle rotational speed, the natural frequency of the vibration system, and the damping ratio can be expressed by a predetermined relational expression. Therefore, if there are at least two sets of data related to the measured playback chatter frequency and the spindle rotational speed at that time, two relational expressions with the natural frequency and damping ratio of the vibration system as unknowns can be obtained. By solving as simultaneous equations, the natural frequency and the damping ratio, which are unknown numbers, can be calculated.

斯くして、前記算出部は、上記のようにして、データ記憶部に格納された複数組の測定再生びびり周波数と主軸回転速度との関係データに基づいて、振動系の減衰比及び固有振動数を算出する。そして、線図作成部は、この算出部により算出された固有振動数、減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された測定再生びびり周波数及び主軸回転速度に基づいて安定限界線図を作成し、作成された安定限界線図が前記表示部に表示される。 Thus, the calculation unit, as described above, based on the relationship data between the plurality of sets of measurement / playback chatter frequencies and the spindle rotational speed stored in the data storage unit, the damping ratio and the natural frequency of the vibration system. Is calculated. Then, the diagram creation unit creates a stability limit diagram based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the damping ratio, and the measured reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed stored in the data storage unit, The created stability limit diagram is displayed on the display unit.

また、本発明において、前記算出部は、前記振動系の固有振動数及び減衰比をそれぞれ任意の複数の値に設定し、各設定値について、所定式で表わされる前記再生びびり周波数、主軸回転速度、固有振動数及び減衰比との関係を基に、前記データ記憶部に記憶された複数の主軸回転速度に対応した理論再生びびり周波数をそれぞれ算出し、各設定値ごとに、前記各主軸回転速度に対応する前記理論再生びびり周波数と前記測定再生びびり周波数との差をそれぞれ算出して積算し、積算された差が最小値を示す前記設定値を、前記振動系の減衰比及び固有振動数として同定するように構成されていても良い。 Further, in the present invention, the calculation unit sets the natural frequency and damping ratio of the vibration system to an arbitrary plurality of values, and for each set value, the reproduction chatter frequency and the spindle rotation speed represented by a predetermined formula Based on the relationship between the natural frequency and the damping ratio, the theoretical regenerative chatter frequency corresponding to the plurality of spindle rotation speeds stored in the data storage unit is calculated, and each spindle rotation speed is calculated for each set value. The difference between the theoretical playback chatter frequency and the measured playback chatter frequency corresponding to is calculated and integrated, and the set value indicating the minimum value of the integrated difference is used as the damping ratio and natural frequency of the vibration system. It may be configured to identify.

或いは、前記算出部は、前記振動系の固有振動数及び減衰比をそれぞれ任意の複数の値に設定し、各設定値について、所定式で表わされる前記再生びびり周波数、主軸回転速度、固有振動数及び減衰比との関係を基に、前記データ記憶部に記憶された複数の測定再生びびり周波数に対応した理論主軸回転速度をそれぞれ算出し、各設定値ごとに、前記各測定再生びびり周波数に対応する前記理論主軸回転速度と前記データ記憶部に格納された主軸回転速度との差をそれぞれ算出して積算し、積算された差が最小値を示す前記設定値を、前記振動系の減衰比及び固有振動数として同定するように構成されていても良い。 Alternatively, the calculation unit sets the natural frequency and damping ratio of the vibration system to an arbitrary plurality of values, and for each set value, the playback chatter frequency, the spindle rotation speed, and the natural frequency represented by a predetermined formula And the theoretical spindle speed corresponding to a plurality of measured playback chatter frequencies stored in the data storage unit based on the relationship with the damping ratio, and corresponding to each measured playback chatter frequency for each set value. The difference between the theoretical spindle rotation speed and the spindle rotation speed stored in the data storage unit is calculated and integrated, and the set value indicating the minimum value of the integrated difference is determined as the damping ratio of the vibration system and You may comprise so that it may identify as a natural frequency.

このような構成の算出部によれば、上述した連立方程式を解く手法によることなく、振動系の減衰比及び固有振動数を同定することができる。 According to the calculation unit having such a configuration, it is possible to identify the damping ratio and the natural frequency of the vibration system without using the method for solving the simultaneous equations described above.

また、前記線図作成部は、作成した前記安定限界線図の各安定ポケットの頂点に対応した主軸回転速度をＳ(min^−１)、算出された前記固有振動数をω_ｎ(Hz)、前記工具の刃数をＮとして下式によって整数ｋを算出するとともに、算出した整数ｋの値を対応する安定ポケット付近に配置した安定限界線図を作成するように構成されていても良い。

但し、［］はガウス記号である。 In addition, the diagram creation unit sets the spindle rotational speed corresponding to the apex of each stability pocket of the created stability limit diagram to S (min ⁻¹ ), the calculated natural frequency to ω _n (Hz), An integer k may be calculated by the following formula with the number of blades of the tool as N, and a stability limit diagram may be created in which the calculated value of the integer k is arranged in the vicinity of the corresponding stable pocket.

However, [] is a Gaussian symbol.

前記安定限界線図では、工具の限界切り込み深さがピーク（極大値）を示す主軸転速度が複数存在し、各ピークを示す山形部は安定ポケットと称される。そして、最も高い主軸回転速度は、振動系の固有振動数を工具の刃数で除した回転速度で１次安定ポケットと称され、この主軸回転速度を順次大きい整数（２，３・・・）で除した主軸回転速度に対応する安定ポケットは、２次安定ポケット、３次安定ポケット・・・と称される。そして、安定限界線図は、安定ポケットが高次になるほどその幅が狭まるという特徴を有する。 In the stability limit diagram, there are a plurality of spindle rotation speeds where the limit cutting depth of the tool shows a peak (maximum value), and the chevron that shows each peak is called a stability pocket. The highest spindle rotational speed is called a primary stable pocket by a rotational speed obtained by dividing the natural frequency of the vibration system by the number of blades of the tool, and this spindle rotational speed is sequentially increased by a large integer (2, 3,...). The stable pockets corresponding to the spindle rotational speed divided by are referred to as secondary stable pockets, tertiary stable pockets. The stability limit diagram has a feature that the width of the stability pocket becomes narrower as the stability pocket becomes higher.

上記数式１によって算出される整数ｋは安定ポケットの次数に当たるものであり、この次数ｋを対応する安定ポケットの付近に表示することで、オペレータは、安定限界線図で示される各安定ポケットの次数を容易に理解することができる。 The integer k calculated by the above equation 1 corresponds to the order of the stable pocket. By displaying this order k in the vicinity of the corresponding stable pocket, the operator can determine the order of each stable pocket shown in the stability limit diagram. Can be easily understood.

以上説明したように、本発明によれば、振動系全体に係る固有振動数を算出し、算出した振動系全体に係る固有振動数を用いて安定限界線図を作成するようにしているので、工具のみの固有振動数を基に安定限界線図を作成する従来に比べて、実際の加工に即したより現実的な安定限界線図を作成することができ、また、このような実加工に即した安定限界線図を用いることで、再生びびりの生じない効率の良い加工条件を、実加工に即した適正なものに設定することがでる。 As described above, according to the present invention, the natural frequency related to the entire vibration system is calculated, and the stability limit diagram is created using the calculated natural frequency related to the entire vibration system. Compared to the conventional method of creating a stability limit diagram based on the natural frequency of the tool alone, it is possible to create a more realistic stability limit diagram that matches actual machining. By using an appropriate stability limit diagram, it is possible to set an efficient machining condition that does not cause regenerative chatter to an appropriate one that matches the actual machining.

本発明の一実施形態に係る安定限界線図作成装置が適用される工作機械の概略構成を示した斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a machine tool to which a stability limit diagram creating apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. 本実施形態に係る安定限界線図作成装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the stability limit diagram creation apparatus which concerns on this embodiment. ２自由度系の切削モデルを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the cutting model of 2 degree-of-freedom system. 本実施形態で作成され、表示される安定限界線図の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the stability limit diagram produced and displayed by this embodiment.

以下、本発明の一実施形態に係る安定限界線図作成装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a stability limit diagram creating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

Ａ．工作機械
まず、本例の安定限界線図作成装置が適用される工作機械の概略について説明する。図１に示すように、本例の工作機械２０は、ベッド２１と、このベッド２１上に立設されたコラム２２と、このコラム２２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２３と、軸中心に回転自在に主軸頭２３に保持された主軸２４と、主軸頭２３より下方のベッド２１上に矢示Ｙ軸方向に移動自在に設けられたサドル２５と、サドル２５上に矢示Ｘ軸方向に移動自在に配設されたテーブル２６と、このテーブル２６をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構２９と、サドル２５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構２８と、主軸頭２３をＺ軸方向に移動させるＺ軸送り機構２７と、主軸２４を回転させる主軸モータ（図示せず）とを備えている。 A. Machine Tool First, an outline of a machine tool to which the stability limit diagram creating apparatus of this example is applied will be described. As shown in FIG. 1, the machine tool 20 of this example includes a bed 21, a column 22 erected on the bed 21, and an arrow Z-axis direction on the front surface (surface on the processing region side) of the column 22. A spindle head 23 movably provided on the head, a spindle 24 held by the spindle head 23 so as to be rotatable about the axis, and a bed 21 below the spindle head 23 so as to be movable in the Y-axis direction. A saddle 25, a table 26 disposed on the saddle 25 so as to be movable in the X-axis direction, an X-axis feed mechanism 29 for moving the table 26 in the X-axis direction, and the saddle 25 in the Y-axis direction. A Y-axis feed mechanism 28 for moving, a Z-axis feed mechanism 27 for moving the spindle head 23 in the Z-axis direction, and a spindle motor (not shown) for rotating the spindle 24 are provided.

前記Ｘ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８、Ｚ軸送り機構２７及び主軸モータ（図示せず）等は、図示しない制御装置によりその作動が制御される。具体的には、前記制御装置（図示せず）に格納されたＮＣプログラムが適宜実行され、このＮＣプログラムに従った制御の下で前記Ｘ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８、Ｚ軸送り機構２７及び主軸モータ（図示せず）が駆動されて、主軸２４がその軸中心に回転するとともに、当該主軸２４とテーブル２６とが３次元空間内で相対的に移動することで、テーブル２６上に、ワーク固定治具ＷＪによって固定されたワークＷが、主軸２４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２４に装着されており、図１には、工具ＴＬの一例としてエンドミルを図示している。 The operations of the X-axis feed mechanism 29, the Y-axis feed mechanism 28, the Z-axis feed mechanism 27, the spindle motor (not shown), and the like are controlled by a control device (not shown). Specifically, an NC program stored in the control device (not shown) is appropriately executed, and the X-axis feed mechanism 29, the Y-axis feed mechanism 28, and the Z-axis feed are controlled under control according to the NC program. A mechanism 27 and a spindle motor (not shown) are driven so that the spindle 24 rotates about its axis, and the spindle 24 and the table 26 move relative to each other in the three-dimensional space. In addition, the workpiece W fixed by the workpiece fixing jig WJ is processed by the tool TL mounted on the spindle 24. The tool TL is attached to the main shaft 24 while being held by the tool holder TH, and FIG. 1 shows an end mill as an example of the tool TL.

Ｂ．安定限界線図作成装置
次に、本例の安定限界線図作成装置について説明する。図２に示すように、本例の安定限界線図作成装置１は、前記工作機械２０の主軸頭２３に取り付けられた加速度センサ２の他、びびり検出部３、データ記憶部４、算出部５、線図作成部６及び表示装置７から構成される。 B. Next, the stability limit diagram creation device of this example will be described. As shown in FIG. 2, the stability limit diagram creation device 1 of the present example includes a chatter detection unit 3, a data storage unit 4, and a calculation unit 5 in addition to the acceleration sensor 2 attached to the spindle head 23 of the machine tool 20. , And comprises a diagram creation unit 6 and a display device 7.

尚、この安定限界線図作成装置１は、加速度センサ２を除いて、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭの他、キーボード等の入力ディバイスやディスプレイなどを備えた一般的なコンピュータから構成することができ、また、工作機械２０に設けられる制御装置に組み込むことができる。制御装置に組み込む場合、前記表示装置７は操作盤のタッチパネルで構成することができる。また、前記びびり検出部３、算出部５及び線図作成部６は、それぞれ適宜ソフトウエアによってその機能が実現され、前記データ記憶部４はＲＡＭなどの適宜記憶媒体によって構成される。 The stability limit diagram creating apparatus 1 can be composed of a general computer provided with an input device such as a keyboard and a display in addition to the CPU, ROM, and RAM, except for the acceleration sensor 2. It can be incorporated in a control device provided in the machine tool 20. When incorporated in a control device, the display device 7 can be constituted by a touch panel of an operation panel. The function of the chatter detection unit 3, the calculation unit 5, and the diagram creation unit 6 is appropriately realized by software, and the data storage unit 4 is configured by an appropriate storage medium such as a RAM.

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、工具ＴＬ、該工具ＴＬを保持する工具ホルダＴＨ、ワーク固定用治具ＷＪ及び工作機械２０によって構成される振動系の振動を検出して、当該振動に応じた信号を前記びびり検出部１１に出力する。この加速度センサ２による振動の検出は、加工が行なわれている間、常に実行される。 The acceleration sensor 2 is a vibration system composed of a tool TL, a tool holder TH that holds the tool TL, a workpiece fixing jig WJ, and a machine tool 20 when the workpiece W is processed by the tool TL. Vibration is detected, and a signal corresponding to the vibration is output to the chatter detection unit 11. The detection of vibration by the acceleration sensor 2 is always executed while the machining is being performed.

前記びびり検出部３は、前記加速度センサ２から出力される振動に係る信号を受信し、受信した信号をフーリエ解析（周波数解析）により解析して、工具ＴＬに生じている振動の周波数とその大きさを算出する。そして、得られた振動の大きさが所定の閾値を超えたとき、そのときの振動周波数を測定再生びびり周波数として、前記工作機械２０から取得される主軸２４の回転速度（主軸回転速度）と関連付けて、前記データ記憶部４に格納する処理を行う。 The chatter detection unit 3 receives a signal related to vibration output from the acceleration sensor 2, analyzes the received signal by Fourier analysis (frequency analysis), and the frequency and magnitude of vibration generated in the tool TL. Is calculated. Then, when the magnitude of the obtained vibration exceeds a predetermined threshold value, the vibration frequency at that time is used as a measurement / playback chatter frequency, and is associated with the rotational speed (spindle rotational speed) of the main spindle 24 acquired from the machine tool 20. Then, the process of storing in the data storage unit 4 is performed.

尚、主軸回転速度は工作機械２０の主軸モータ（図示せず）に設けられたロータリエンコーダ（図示せず）から取得することができ、或いは、工作機械２０の制御信号から取得することができる。また、前記データ記憶部４には、びびり検出部３によって再生びびりが検出されるたびに、そのときの測定再生びびり周波数と主軸回転速度とが関連付けられて格納される。 The spindle rotation speed can be obtained from a rotary encoder (not shown) provided in a spindle motor (not shown) of the machine tool 20 or can be obtained from a control signal of the machine tool 20. Further, each time the chatter detecting unit 3 detects the playback chatter, the data storage unit 4 stores the measured playback chatter frequency and the spindle rotation speed in association with each other.

前記算出部５は、前記データ記憶部４に格納された測定再生びびり周波数及び主軸回転速度に係るデータを基に、前記振動系の固有振動数及び減衰比を同定する。 The calculation unit 5 identifies the natural frequency and damping ratio of the vibration system based on the data related to the measurement / playback chatter frequency and the spindle rotation speed stored in the data storage unit 4.

この固有振動数及び減衰比の同定に係る説明の前に、まず、再生びびりに係る基本的な理論について説明する。 Before explaining the identification of the natural frequency and damping ratio, first, the basic theory relating to regenerative chatter will be explained.

図３に示した物理モデルは、上述した工作機械２０のように、工具ＴＬとワークＷとをＸ軸とＹ軸の２つの送り軸方向に相対移動させて加工する２自由度系の物理モデルである。この物理モデルに基づいて、再生びびり振動が発生する条件をY・Altintasが考案した解析方法により求める。 The physical model shown in FIG. 3 is a two-degree-of-freedom physical model in which the tool TL and the workpiece W are moved relative to each other in the two feed axis directions of the X axis and the Y axis as in the machine tool 20 described above. It is. Based on this physical model, the conditions under which regenerative chatter vibration occurs are determined by an analysis method devised by Y. Altintas.

この物理モデルにおいて、前記振動系の運動方程式は下記の２式で表わされる。
ｘ"＋2ζ_xω_xｘ'＋ω_x ²ｘ＝Ｆ_x／ｍ_x
ｙ"＋2ζ_yω_yｙ'＋ω_y ²ｙ＝Ｆ_y／ｍ_y
但し、ω_xは前記振動系のＸ軸方向の固有振動数[rad/sec]、ω_yは前記振動系のＹ軸方向の固有振動数[rad/sec]であり、ζ_xは前記振動系のＸ軸方向の減衰比[%]、ζ_yは前記振動系のＹ軸方向の減衰比[%]である。また、ｍ_xは前記振動系のＸ軸方向の等価質量[kg]、ｍ_yは前記振動系のＹ軸方向の等価質量[kg］であり、Ｆ_xは工具ＴＬに作用するＸ軸方向の切削動力[N]であり、Ｆ_yは工具ＴＬに作用するＹ軸方向の切削動力[N]である。また、ｘ"及びｙ"はそれぞれ時間の２階微分を示し、ｘ'及びｙ'はそれぞれ時間の１階微分を示す。 In this physical model, the equation of motion of the vibration system is expressed by the following two equations.
_{_{x "+ 2ζ x ω x x}} '+ ω x 2 x = F x / m x
_{_{y "+ 2ζ y ω y y}} '+ ω y 2 y = F y / m y
Where ω _x is the natural frequency [rad / sec] in the X-axis direction of the vibration system, ω _y is the natural frequency [rad / sec] in the Y-axis direction of the vibration system, and ζ _x is the vibration system Is the damping ratio [%] in the X-axis direction, and ζ _y is the damping ratio [%] in the Y-axis direction of the vibration system. Further, m _x is equivalent mass of the X-axis direction of the vibration system [kg], m _y is the equivalent mass of the Y-axis direction of the vibration system [kg], F _x is the X-axis direction acting on the tool TL The cutting power [N], and F _y is the cutting power [N] in the Y-axis direction acting on the tool TL. Also, x ″ and y ″ represent the second derivative of time, and x ′ and y ′ represent the first derivative of time, respectively.

上記切削動力Ｆ_xと切削動力Ｆ_yとは、以下の数式２で表され、当該数式２におけるａ_ｘｘと、ａ_ｘｙと、ａ_ｙｘと、ａ_ｙｙとは以下の数式３乃至６で表される。なお、ａ_ｐは切込深さであり、Ｋ_ｔは主分力の比切削抵抗、Ｋ_ｒは主分力と背分力との比率、φ_ｓｔは切込開始角、φ_ｅｘは切込終了角である。
The above-mentioned cutting power F _x and cutting power F _y, it is expressed by the following Equation 2, and _{a xx} of the equation _2, and _{a _xy,} and _{a _yx,} and _{a yy} expressed in Equation 3-6 below The Here, _ap is the depth of cut, K _t is the specific cutting force of the main component force, K _r is the ratio of the main component force to the back component force, φ _st is the cut start angle, and φ _ex is the cut depth. End angle.

また、上記運動方程式の固有値Λは以下の数式７で表される。尚、数式７におけるａ_０とａ_１とは以下の数式８，９で表される。 The eigenvalue Λ of the equation of motion is expressed by the following formula 7. Note that a ₀ and a ₁ in Expression 7 are expressed by Expressions 8 and 9 below.

ここで、Ｇ_ｘｘ（ｉω）はＸ軸方向の伝達関数、Ｇ_ｙｙ（ｉω）はＹ軸方向の伝達関数である。また、固有値Λは実部及び虚部を有し、Λ＝Λ_Ｒ＋ｉΛ_Ｉで表される。この固有値Λは以下の数式１０で表される関係を充足する必要がある。 Here, G _xx (iω) is a transfer function in the X-axis direction, and G _yy (iω) is a transfer function in the Y-axis direction. The eigenvalue Λ has a real part and an imaginary part, and is represented by Λ = Λ _R + iΛ _I. This eigenvalue Λ needs to satisfy the relationship expressed by the following Equation 10.

ここに、ω_ｃは再生びびり周波数であり、Ｔは下記数式１１で表される切刃通過周波数である。尚、数式１１におけるＮは刃数であり、Ｓは主軸回転速度である。 Here, ω _c is the regenerative chatter frequency, and T is the cutting edge passing frequency represented by the following formula 11. In Equation 11, N is the number of blades, and S is the spindle rotation speed.

ここで、簡略化のために、伝達関数Ｇ_ｘｘ（ｉω）及び伝達関数Ｇ_ｙｙ（ｉω）が同一であると考えると、伝達関数Ｇ_ｘｘ（ｉω），Ｇ_ｙｙ（ｉω）は以下の数式１２で表される。 Here, for simplification, when it is considered that the transfer function G _xx (iω) and the transfer function G _yy (iω) are the same, the transfer functions G _xx (iω) and G _yy (iω) are expressed by the following Equation 12. It is represented by

そして、上記数式１２を前記数式７，８，９に代入することで、以下の数式１３，１４，１５が得られる。 Then, the following formulas 13, 14, and 15 are obtained by substituting the formula 12 into the formulas 7, 8, and 9.

ここで、Ａ及びＢは共に実数であるため、上記数式１５におけるルート中の値の正負によって、以下の２通りの算出式が成立する。 Here, since A and B are both real numbers, the following two calculation formulas are established depending on whether the value in the route in Formula 15 is positive or negative.

即ち、Ｂ^２−４Ａ＞０のときは、以下の数式１６が成立する。 That is, when B ² -4A> 0, the following Expression 16 is established.

そして、前記数式１０及び数式１６から、再生びびり周波数ω_ｃ、切刃通過周波数Ｔ、固有振動数ω_ｎ、及び減衰比ζの関係を示す以下の数式１７が成立する。 From Equation 10 and Equation 16, the following Equation 17 representing the relationship among the regenerative chatter frequency ω _c , the cutting blade passage frequency T, the natural frequency ω _n , and the damping ratio ζ is established.

そして、この数式１７を整理して以下の数式１８が得られる。 Then, the following formula 18 is obtained by organizing the formula 17.

一方、Ｂ^２−４Ａ＜０のときは、以下の数式１９が成立する。 On the other hand, when B ² -4A <0, the following Expression 19 is established.

そして、前記数式１０及び数式１９から、再生びびり周波数ω_ｃ、切刃通過周波数Ｔ、固有振動数ω_ｎ、及び減衰比ζの関係を示す以下の数式２０が成立する。 From Equation 10 and Equation 19, the following Equation 20 representing the relationship between the regenerative chatter frequency ω _c , the cutting blade passage frequency T, the natural frequency ω _n , and the damping ratio ζ is established.

そして、この数式２０を整理して以下の数式２１が得られる。 Then, the following formula 21 is obtained by organizing the formula 20.

以上から、算出部５は、上記数式１８又は数式２１にしたがって、データ記憶部４に格納された測定再生びびり周波数ω_ｃ及びそのときの主軸回転速度Ｓを基に、前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定する。以下、前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定する４つ態様、即ち、第１の態様、第２の態様、第３の態様及び第４の態様について説明する。 From the above, the calculation unit 5 calculates the natural frequency of the vibration system based on the measured playback chatter frequency ω _c and the main shaft rotation speed S stored in the data storage unit 4 according to the above formula 18 or formula 21. Identify ω _n and damping ratio ζ. Hereinafter, four modes for identifying the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system, that is, the first mode, the second mode, the third mode, and the fourth mode will be described.

［第１の態様］
算出部５は、前記データ記憶部４に少なくとも１組の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、その測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データ、並びに工具ＴＬの刃数Ｎに基づき、上記数式１８又は数式２１にしたがって、前記振動系の減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定する。 [First embodiment]
When the data storage unit 4 stores at least one set of measurement / replay chatter frequency ω _c and spindle rotation speed S relationship data, the calculation unit 5 has a relationship between the measurement / play chatter frequency ω _c and the spindle rotation speed S. Based on the data and the number N of blades of the tool TL, the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n of the vibration system are identified according to the above formula 18 or formula 21.

尚、算出に用いられる数式は、数式１８又は数式２１で一つの式であるが、未知数は減衰比ζと固有振動数ω_ｎの２つであるため、このままでは未知数を算出することができない。そこで、例えば、減衰比ζを経験値から推定して、残りの未知数である固有振動数ω_ｎを算出する。減衰比ζの推定は、例えば振動系をハンマ等を用いて振動させ、その減衰の状態を実際に測定することで、例えば、下式によって算出することができる。
ζ＝Ｄ／（２×２７．３ｆ_０）
但し、Ｄは１秒当たりの減衰量（ｄＢ／ｓｅｃ）、ｆ_０はピークの振動周波数である。 Note that the mathematical formula used for the calculation is one formula of the mathematical formula 18 or the mathematical formula 21, but since the unknown number is two of the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n , the unknown number cannot be calculated as it is. Therefore, for example, the damping ratio ζ is estimated from empirical values, and the natural frequency ω _n that is the remaining unknown is calculated. The estimation of the damping ratio ζ can be calculated by, for example, the following equation by vibrating the vibration system using a hammer or the like and actually measuring the attenuation state.
ζ = D / (2 × 27.3 f ₀ )
Where D is the amount of attenuation per second (dB / sec), and f ₀ is the peak vibration frequency.

尚、前記データ記憶部４に複数組の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、算出部５は、以下の第２の態様〜第４の態様のいずれかの態様によって、減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定するのが好ましい。 Incidentally, when the relationship data of the data in the storage unit 4 a plurality of sets of measurements regenerative chatter frequency omega _c and the main shaft rotational speed S is stored, the calculation unit 5, any of the following second to fourth aspects It is preferable to identify the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n by such an aspect.

［第２の態様］
算出部５は、前記データ記憶部４に少なくとも２組の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、その測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データ、並びに工具ＴＬの刃数Ｎに基づき、上記数式１８又は数式２１にしたがって、前記振動系の減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定する。 [Second embodiment]
When at least two sets of measurement / replay chatter frequency ω _c and spindle rotation speed S are stored in the data storage unit 4, the calculation unit 5 has a relationship between the measurement / play chatter frequency ω _c and the spindle rotation speed S. Based on the data and the number N of blades of the tool TL, the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n of the vibration system are identified according to the above formula 18 or formula 21.

データ記憶部４に２組の測定再生びびり周波数及び主軸回転速度の関係データが格納されている場合、数式１８又は数式２１にしたがって、前記振動系の減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを未知数とする２の方程式が得られる。したがって、この２つの方程式を連立方程式として解くことによって、未知数である減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定することができる。 When two sets of measurement / replay chatter frequency and spindle rotational speed relationship data are stored in the data storage unit 4, the vibration system damping ratio ζ and natural frequency ω _n are set as unknowns according to Equation 18 or Equation 21. The following two equations are obtained. Therefore, by solving these two equations as simultaneous equations, the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n which are unknowns can be identified.

尚、前記データ記憶部４に３組以上の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、算出部５は、以下の第３の態様又は第４の態様によって、減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定するのが好ましい。 Incidentally, when the relationship data of the data storage unit 4 into three or more sets of measurements regenerative chatter frequency omega _c and the main shaft rotational speed S is stored, the calculation unit 5, the following third aspect or the fourth aspect The damping ratio ζ and the natural frequency ω _n are preferably identified.

［第３の態様］
算出部５は、前記データ記憶部４に２組以上の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、以下のようにして、前記振動系の減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定することができる。 [Third Aspect]
When two or more sets of measurement / playback chatter frequency ω _c and spindle rotation speed S are stored in the data storage unit 4, the calculation unit 5 performs the vibration system damping ratio ζ and The natural frequency ω _n can be identified.

即ち、算出部５は、前記データ記憶部４に格納されたｐ番目の主軸回転速度Ｓ_ｐ、及び工具ＴＬの刃数Ｎに基づき、上記数式１８又は数式２１にしたがって、前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζをそれぞれ任意の値に設定して、設定したｍ番目の固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍの組み合わせであるときの、各主軸回転速度Ｓ_ｐのときの理論上の再生びびり周波数ω'_ｃｐ,ｍをそれぞれ算出する。但し、ｐは１以上の整数であり、データ記憶部４に格納された関係データ、即ち、測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓを対とするその組数ｑを最大値とする。また、ｍは１以上の整数であって、任意に設定される固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを対とするその組数を最大値とする。 That is, the calculation unit 5 is based on the p-th spindle rotation speed S _p stored in the data storage unit 4 and the number N of blades of the tool TL, and the natural vibration of the vibration system according to the above formula 18 or 21. set several omega _n and damping ratio zeta to arbitrary values, respectively, when a combination of the set m-th natural frequency omega _nm and damping ratio zeta _m, the theoretical time of the spindle rotational speed S _p The playback chatter frequency ω ′ _{cp, m} is calculated. Here, p is an integer of 1 or more, the relationship data stored in the data storage unit 4, i.e., a maximum value of the set number of q to be measured regenerative chatter frequency omega _c and the main shaft rotational speed S of the pair. Further, m is an integer equal to or greater than 1, and the number of pairs of arbitrarily set natural frequency ω _n and damping ratio ζ is a maximum value.

尚、減衰比ζは経験上想定し得る範囲内で設定し、本例では、０．０１≦ζ≦０．０８の範囲で、０．００１刻みに設定した。また、固有振動数ω_ｎの設定範囲は、各主軸回転速度Ｓ_ｐに対して、以下の数式２２で決定される範囲内で、１Ｈｚ刻みに設定した。したがって、設定される減衰比ζと固有振動数ω_ｎとの組み合わせは、それぞれが採り得る範囲内での全ての組み合わせであり、その組み合わせ個数は、（減衰比ζの設定個数）×（固有振動数ωの設定個数）となる。 The damping ratio ζ is set within a range that can be assumed from experience, and in this example, it is set in increments of 0.001 within a range of 0.01 ≦ ζ ≦ 0.08. The setting range of the natural frequency omega _n, for each spindle rotational speed S _p, to the extent determined by the following equation 22 was set to increments of 1 Hz. Therefore, the combinations of the set damping ratio ζ and the natural frequency ω _n are all combinations within the possible range, and the number of combinations is (the set number of the damping ratio ζ) × (the natural vibration). Set number of number ω).

但し、ｋは、詳しくは後述する安定限界線図における安定ポケットの次数を意味し、下記数式２３によって算出される。尚、数式２３におけるω_ｃｐは、主軸回転速度Ｓ_ｐのときの測定再生びびり周波数である。 However, k means the order of the stability pocket in the stability limit diagram described later in detail, and is calculated by the following Equation 23. Incidentally, omega _cp in Equation 23 is determined regenerative chatter frequency when the spindle rotational speed S _p.

そして、算出部５は、前記固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍの各設定値ごとに、測定再生びびり周波数ω_ｃｐと理論再生びびり周波数ω'_ｃｐ,ｍとの差分の２乗和Ｊ_ｍを下式数式２４によって算出する。 Then, the calculation unit 5 calculates, for each set value of the natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _m , the square sum J _m of the difference between the measured playback chatter frequency ω _cp and the theoretical playback chatter frequency ω ′ _cp, _m. Is calculated by the following formula 24.

ついで、算出部５は、得られた２乗和Ｊ_ｍが最小値となる固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定する。 Next, the calculation unit 5 identifies the natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _{m at} which the obtained square sum J _m is the minimum value as the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system.

［第４の態様］
算出部５は、前記データ記憶部４に２組以上の測定再生びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓの関係データが格納されている場合、以下の態様によって、前記振動系の減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎを同定することができる。 [Fourth aspect]
When two or more sets of measurement / playback chatter frequency ω _c and spindle rotation speed S are stored in the data storage unit 4, the calculation unit 5 is configured to reduce the vibration system damping ratio ζ and the inherent characteristic in the following manner. The frequency ω _n can be identified.

即ち、算出部５は、前記データ記憶部４に格納されたｐ番目の測定再生びびり周波数ω_ｃｐ、及び工具ＴＬの刃数Ｎに基づき、上記数式１８又は数式２１にしたがって、前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζをそれぞれ任意の値に設定して、設定したｍ番目の固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍの組み合わせであるときの、各測定再生びびり周波数ω_ｃｐのときの理論上の主軸回転速度Ｓ'_ｐ,ｍをそれぞれ算出する。但し、ｐは１以上の整数であり、データ記憶部４に格納された関係データ、即ち、測定再生びびり周波数ωｃ及び主軸回転速度Ｓを対とするその組数ｑを最大値とする。また、ｍは１以上の整数であって、任意に設定される固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを対とするその組数を最大値とする。尚、本例では、減衰比ζと固有振動数ωとの組み合わせは、上述した第３の態様と同様とする。 That is, the calculation unit 5 determines the characteristic of the vibration system according to the above formula 18 or 21 based on the p-th measurement reproduction chatter frequency ω _cp stored in the data storage unit 4 and the number N of blades of the tool TL. The frequency ω _n and the damping ratio ζ are set to arbitrary values, respectively, and the combination of the set m-th natural frequency ω _nm and damping ratio ζ _m is obtained at each measurement reproduction chatter frequency ω _cp . The theoretical spindle speed S ′ _{p, m} is calculated. However, p is an integer of 1 or more, and the relational data stored in the data storage unit 4, that is, the number q of pairs of the measured reproduction chatter frequency ωc and the spindle rotational speed S is the maximum value. Further, m is an integer equal to or greater than 1, and the number of pairs of arbitrarily set natural frequency ω _n and damping ratio ζ is a maximum value. In this example, the combination of the damping ratio ζ and the natural frequency ω is the same as in the third aspect described above.

そして、算出部５は、前記固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍの各設定値ごとに、前記データ記憶部４に格納された実際の主軸回転速度Ｓ_ｐと理論主軸回転速度Ｓ'_ｐ,ｍとの差分の２乗和Ｊ'_ｍを下式数式２５によって算出する。 The calculation unit 5 then calculates the actual spindle rotation speed S _p and the theoretical spindle rotation speed S ′ _p, stored in the data storage unit 4 for each set value of the natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _m _{. The} square sum J ′ _m of the difference from _m is calculated by the following formula 25.

ついで、算出部５は、得られた２乗和Ｊ'_ｍが最小値となる固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定する。 Next, the calculation unit 5 identifies the natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _{m at} which the obtained square sum J ′ _m is the minimum value as the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system.

前記線図作成部６は、上記のようにして前記算出部５により同定された前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを用いて、以下の数式２６により、再生びびりを生じる境界となる限界（最大）切り込み深さａ_ｐｌｉｍであって、主軸回転速度に応じた限界切り込み深さａ_ｐｌｉｍを算出して安定限界線図を作成する。 The diagram creation unit 6 uses the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system identified by the calculation unit 5 as described above to obtain a boundary that causes regenerative chatter according to Equation 26 below. becomes a limit (maximum) depth of cut a _plim, calculates the limit depth of cut a _plim corresponding to spindle rotational speed to create a stability limit diagram.

尚、数式２６は、上述した数式１０をそれぞれの再生びびり周波数について解いて、対応する振動系の固有振動数ω_ｎ及び限界切り込み深さａ_ｐｌｉｍを算出することにより得られる。 Equation 26 is obtained by solving Equation 10 described above for each playback chatter frequency and calculating the natural frequency ω _n and the limit cut depth a _prim of the corresponding vibration system.

上述した安定限界線図は、再生びびりを生じる不安定領域と再生びびりを生じない安定領域との境界を示す線図であって、主軸回転速度Ｓと工具の限界切り込み深さａ_ｐｌｉｍとの相関を示す線図であり、例えば、図４に示すような線図として表される。同図４に示すように、工具の限界切り込み深さがピーク（極大値）を示す主軸転速度が複数存在し、各ピークを示す山形部は安定ポケットと称される。そして、最も高い主軸回転速度は、振動系の固有振動数ω_ｎを工具の刃数で除した回転速度で１次安定ポケットと称し、この主軸回転速度を順次大きい整数（２，３・・・）で除した主軸回転速度に対応する安定ポケットを、２次安定ポケット、３次安定ポケット・・・と称する。安定限界線図は、安定ポケットが高次になるほどその幅が狭まるという特徴を有する。 The above-mentioned stability limit diagram is a diagram showing a boundary between an unstable region where regenerative chatter occurs and a stable region where regenerative chatter does not occur, and the correlation between the spindle rotational speed S and the limit cutting depth a _prim of the tool. For example, it is expressed as a diagram as shown in FIG. As shown in FIG. 4, there are a plurality of spindle rotation speeds at which the limit cutting depth of the tool shows a peak (maximum value), and the chevron that shows each peak is called a stable pocket. The highest spindle rotational speed is called a primary stable pocket, which is a rotational speed obtained by dividing the natural frequency ω _n of the vibration system by the number of blades of the tool, and this spindle rotational speed is sequentially increased to a large integer (2, 3,... The stable pockets corresponding to the spindle rotational speed divided by () are called secondary stable pockets, tertiary stable pockets. The stability limit diagram has a feature that the width of the stability pocket becomes narrower as the order becomes higher.

そして、前記線図作成部６は、作成した安定限界線図の各安定ポケット付近において、各安定ポケットの頂点に対応した主軸回転速度をＳ(min^−１)、算出された前記固有振動数をω_ｎ(Hz)、前記工具の刃数をＮとして下式数式２７によって整数ｋを算出するとともに、算出した整数ｋの値を対応する安定ポケット付近に配置した安定限界線図を作成するように構成される（図４参照）。

但し、［］はガウス記号である。 Then, the diagram creation unit 6 sets S (min ⁻¹ ) as the spindle rotation speed corresponding to the top of each stable pocket in the vicinity of each stability pocket of the created stability limit diagram, and calculates the calculated natural frequency. An integer k is calculated by the following formula 27, _where ω _n (Hz) and the number of blades of the tool is N, and a stability limit diagram is created in which the calculated value of the integer k is arranged in the vicinity of the corresponding stable pocket. It is configured (see FIG. 4).

However, [] is a Gaussian symbol.

また、前記表示装置７は、適宜ディスプレイを備えており、前記線図作成部６から送信された安定限界線図に係る画像を前記ディスプレイ上に表示する。 The display device 7 includes a display as appropriate, and displays an image related to the stability limit diagram transmitted from the diagram creation unit 6 on the display.

以上のように構成された本例の安定限界線図作成装置１によれば、前記工作機械２０によってワークＷが加工されると、その間に、工具ＴＬ、該工具ＴＬを保持する工具ホルダＴＨ、ワーク固定用治具ＷＪ及び工作機械２０によって構成される振動系の振動が加速度センサ２によって検出されるとともに、検出された振動に係る信号がびびり検出部３によって解析され、再生びびりが生じたときには、そのときの振動周波数が測定再生びびり周波数として、前記工作機械２０から取得される主軸回転速度に関連付けられて、前記データ記憶部４に格納される。 According to the stability limit diagram creating apparatus 1 of the present example configured as described above, when the workpiece W is machined by the machine tool 20, a tool TL and a tool holder TH that holds the tool TL are interposed therebetween. When the vibration of the vibration system constituted by the workpiece fixing jig WJ and the machine tool 20 is detected by the acceleration sensor 2, a signal related to the detected vibration is analyzed by the chatter detection unit 3, and when regenerative chatter occurs. The vibration frequency at that time is stored in the data storage unit 4 in association with the spindle rotational speed acquired from the machine tool 20 as the measured playback chatter frequency.

そして、前記算出部５は、例えば、外部からの処理開始信号を受信して処理を開始し、前記データ記憶部４に格納された測定びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓに係るデータを確認して、測定びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓに係るデータが１組のみ格納されている場合には、上述した第１の態様により前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定し、測定びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓに係るデータが２組格納されている場合には、上述した第２の態様、第３の態様又は第４の態様のいずれかによって前記固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定し、測定びびり周波数ω_ｃ及び主軸回転速度Ｓに係るデータが３組以上格納されている場合には、上述した第３の態様又は第４の態様によって前記固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定する。 Then, for example, the calculation unit 5 receives a processing start signal from the outside and starts processing, and confirms data related to the measurement chatter frequency ω _c and the spindle rotation speed S stored in the data storage unit 4. When only one set of data relating to the measured chatter frequency ω _c and the spindle rotational speed S is stored, the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system are identified by the first aspect described above. When two sets of data relating to the measured chatter frequency ω _c and the spindle rotational speed S are stored, the natural frequency ω is determined according to any of the second aspect, the third aspect, or the fourth aspect described above. _n and the damping ratio ζ are identified, and when three or more sets of data relating to the measured chatter frequency ω _c and the spindle rotational speed S are stored, the natural frequency is determined according to the third aspect or the fourth aspect described above. ω _n and identify ζ damping ratio That.

そして、算出部５によって前記振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζが同定されると、同定された固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを基に、線図作成部６によって、再生びびりを生じる境界となる限界切り込み深さａ_ｐｌｉｍであって、主軸回転速度Ｓに応じた限界切り込み深さａ_ｐｌｉｍを示す安定限界線図が作成されるとともに、その各安定ポケット付近に、当該安定ポケットの次数を示す整数ｋの値を配置した安定限界線図が作成される。そして、線図作成部６によって作成された安定限界線図が前記表示装置７に表示される。 When the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system are identified by the calculation unit 5, the reproduction chatter is performed by the diagram creating unit 6 based on the identified natural frequency ω _n and the damping ratio ζ. a limit depth of cut a _plim of the resulting boundary, along with the stability limit diagram indicates the limit depth of cut a _plim corresponding to spindle rotational speed S is created, in the vicinity of each of its stable pockets, which stabilizing pockets A stability limit diagram in which the value of the integer k indicating the order of is arranged is created. Then, the stability limit diagram created by the diagram creation unit 6 is displayed on the display device 7.

斯くして、この安定限界線図作成装置１によれば、工具ＴＬ、該工具ＴＬを保持する工具ホルダＴＨ、ワーク固定用治具ＷＪ及び工作機械２０によって構成される振動系全体に係る固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζを同定して安定限界線図を作成するようにしているので、工具のみの固有振動数を基に安定限界線図を作成する従来に比べて、実際の加工に即したより現実的な安定限界線図を作成することができる。 Thus, according to the stability limit diagram creating apparatus 1, the natural vibration related to the entire vibration system including the tool TL, the tool holder TH that holds the tool TL, the workpiece fixing jig WJ, and the machine tool 20. Since the stability limit diagram is created by identifying the number ω _n and the damping ratio ζ, compared to the conventional method of creating the stability limit diagram based on the natural frequency of the tool alone, A more realistic stability limit diagram can be created.

そして、得られた安定限界線図を表示装置７に表示するようにしているので、オペレータは、このような実加工に即した安定限界線図を確認することで、再生びびりが生じない効率の良い、実加工に即した適正な加工条件を瞬時に理解することができる。 Since the obtained stability limit diagram is displayed on the display device 7, the operator confirms the stability limit diagram in accordance with such actual machining, so that the regenerative chatter does not occur. It is possible to instantly understand good and appropriate machining conditions in line with actual machining.

また、各安定ポケットに対応した次数ｋの値を対応する安定ポケットの付近に表示するようにしているので、オペレータは、各安定ポケットの次数を容易に理解することができる。 Further, since the value of the order k corresponding to each stable pocket is displayed in the vicinity of the corresponding stable pocket, the operator can easily understand the order of each stable pocket.

以上、本発明の実施形態に係る安定限界線図作成装置１について説明したが、本発明の採り得る態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。 As described above, the stability limit diagram creating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention has been described. However, the modes that the present invention can take are not limited to the above examples.

例えば、上述した第３の態様では、測定再生びびり周波数ω_ｃｐと理論再生びびり周波数ω'_ｃｐ,ｍとの差分の２乗和Ｊ_ｍを算出し、得られた２乗和Ｊ_ｍが最小値となる固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定するようにしたが、これに限られるものではなく、この他、差の絶対値を積算する、差の４乗和を取る、或いは差の６乗和を取るなど、差を正の数として積算した値が最小値を示す固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定するようにしても良い。 For example, in the third aspect described above, the sum of squares J _m of the difference between the measured playback chatter frequency ω _cp and the theoretical playback chatter frequency ω ′ _{cp, m} is calculated, and the obtained square sum J _m is the minimum value. The natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _m are identified as the natural frequency ω _n and the damping ratio ζ of the vibration system. However, the present invention is not limited to this, and in addition, the absolute value of the difference is integrated. The natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _{m in} which the value obtained by integrating the difference as a positive number shows the minimum value, such as taking the fourth power of the difference or taking the sixth power of the difference, are expressed as the natural vibration of the vibration system. The number ω _n and the damping ratio ζ may be identified.

同様に、上述した第４の態様では、実際の主軸回転速度Ｓ_ｐと理論主軸回転速度Ｓ'_ｐ,ｍとの差分の２乗和Ｊ'_ｍを算出し、得られた２乗和Ｊ'_ｍが最小値となる固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定するようにしたが、これに限られるものではなく、差の絶対値を積算する、差の４乗和を取る、或いは差の６乗和を取るなど、差を正の数として積算した値が最小値を示す固有振動数ω_ｎｍ及び減衰比ζ_ｍを振動系の固有振動数ω_ｎ及び減衰比ζとして同定するようにしても良い。 Similarly, in the above-described fourth aspect, the sum of squares J ′ _m of the difference between the actual main shaft rotational speed S _p and the theoretical main shaft rotational speed S ′ _{p, m} is calculated, and the obtained square sum J ′ is obtained. _m but has a natural frequency omega _nm and damping ratio zeta _m to a minimum value so as to identify the zeta natural frequency omega _n and damping ratio of the vibration system is not limited to this, the absolute value of the difference The natural frequency ω _nm and the damping ratio ζ _m that indicate the minimum values are obtained by integrating the difference, taking the fourth power of the difference, or taking the sixth power of the difference. You may make it identify as frequency (omega) _n and damping ratio (zeta).

また、前記第３の態様及び第４の態様において、任意に設定される減衰比ζ及び固有振動数ω_ｎの設定範囲は、上例のものに限られるものでは無く、適宜妥当な範囲に設定することができ、また、その設定間隔も適宜他の間隔を採用することができる。 In addition, in the third and fourth aspects, the setting ranges of the damping ratio ζ and the natural frequency ω _n that are arbitrarily set are not limited to those in the above example, but are set to appropriate ranges as appropriate. In addition, other intervals can be appropriately adopted as the set interval.

また、上例では、加速度センサ２によって振動系の振動を検出するようにしたが、振動を検出する手段はこれに限られるものではなく、マイクロフォンなど他の検出装置を適用することができる。 In the above example, the acceleration sensor 2 detects the vibration of the vibration system, but the means for detecting the vibration is not limited to this, and other detection devices such as a microphone can be applied.

また、工作機械２０の構成や使用する工具ＴＬについても、何ら上例のものに限定されるものではない。 Further, the configuration of the machine tool 20 and the tool TL to be used are not limited to the above examples.

１安定限界線図作成装置
２加速度センサ
３びびり検出部
４データ記憶部
５算出部
６線図作成部
７表示装置
２０工作機械
２４主軸
２５テーブル
ＴＨ工具ホルダ
ＴＬ工具
ＷＪワーク固定治具
Ｗワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stability limit diagram creation apparatus 2 Acceleration sensor 3 Chatter detection part 4 Data storage part 5 Calculation part 6 Diagram creation part 7 Display apparatus 20 Machine tool 24 Spindle 25 Table TH Tool holder TL Tool WJ Work fixing jig W Workpiece

Claims

少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成装置であって、
前記再生びびりの周波数と前記主軸回転速度との関係を記憶するデータ記憶部と、
前記工具が装着される付近に配置され、該工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出する振動検出部と、
前記振動検出部によって検出された振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、該再生びびりの周波数を測定再生びびり周波数として、該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて前記データ記憶部に格納するびびり検出部と、
前記工具、前記工具ホルダ、前記ワーク固定治具及び前記工作機械の組み合わせに基づいて任意に設定した前記振動系の減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記振動系の固有振動数を算出する算出部と、
前記算出部により算出された固有振動数、前記設定した減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて、前記安定限界線図を作成する線図作成部と、
当該線図作成部により作成された前記安定限界線図を表示する表示部とを備えることを特徴とする安定限界線図作成装置。 Regenerative chatter stable region and instability that vary depending on the natural frequency and damping ratio of the vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. A stability limit diagram creation device that creates a stability limit diagram that is a correlation diagram between a spindle rotation speed and a limit cutting depth of the tool, showing a boundary with a region,
A data storage unit for storing a relationship between the frequency of the playback chatter and the spindle rotational speed;
A vibration detection unit that is disposed in the vicinity of where the tool is mounted and detects the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the magnitude of vibration detected by the vibration detector, it is determined whether or not regenerative chatter has occurred in the tool, and if it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is determined. A chatter detection unit that stores in the data storage unit in association with the spindle rotation speed when the playback chatter occurs as a measurement chatter frequency,
The damping ratio of the vibration system arbitrarily set based on the combination of the tool, the tool holder, the workpiece fixing jig and the machine tool, the measured playback chatter frequency and the spindle rotation stored in the data storage unit A calculation unit for calculating the natural frequency of the vibration system based on speed;
A diagram for creating the stability limit diagram based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the set damping ratio, and the measured playback chatter frequency and the spindle rotational speed stored in the data storage unit. The creation department;
A stability limit diagram creating device comprising: a display unit that displays the stability limit diagram created by the diagram creation unit.

少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成装置であって、
前記再生びびりの周波数と前記主軸回転速度との関係を記憶するデータ記憶部と、
前記工具が装着される付近に配置され、該工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出する振動検出部と、
前記振動検出部によって検出された振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、該再生びびりの周波数を測定再生びびり周波数として、該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて前記データ記憶部に格納するびびり検出部と、
前記データ記憶部に格納されたデータを確認し、複数組の前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データが格納されている場合には、該複数組の前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データに基づいて、前記振動系の減衰比及び固有振動数を算出する算出部と、
前記算出部により算出された固有振動数、減衰比、並びに前記データ記憶部に格納された前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記安定限界線図を作成する線図作成部と、
前記線図作成部により作成された前記安定限界線図を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする安定限界線図作成装置。 Regenerative chatter stable region and instability that vary depending on the natural frequency and damping ratio of the vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. A stability limit diagram creation device that creates a stability limit diagram that is a correlation diagram between a spindle rotation speed and a limit cutting depth of the tool, showing a boundary with a region,
A data storage unit for storing a relationship between the frequency of the playback chatter and the spindle rotational speed;
A vibration detection unit that is disposed in the vicinity of where the tool is mounted and detects the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the magnitude of vibration detected by the vibration detector, it is determined whether or not regenerative chatter has occurred in the tool, and if it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is determined. A chatter detection unit that stores in the data storage unit in association with the spindle rotation speed when the playback chatter occurs as a measurement chatter frequency,
The data stored in the data storage unit is confirmed, and when a plurality of sets of measurement / playback chatter frequencies and relationship data between the spindle rotation speeds are stored, the plurality of sets of the measurement / playback chatter frequencies and the A calculation unit for calculating a damping ratio and a natural frequency of the vibration system based on relational data with the spindle rotation speed;
A diagram creation unit that creates the stability limit diagram based on the natural frequency calculated by the calculation unit, the damping ratio, and the measured playback chatter frequency and the spindle rotation speed stored in the data storage unit;
A display unit for displaying the stability limit diagram created by the diagram creation unit;
A stability limit diagram creating apparatus comprising:

前記算出部は、前記振動系の固有振動数及び減衰比をそれぞれ任意の複数の値に設定し、各設定値について、所定式で表わされる前記再生びびり周波数、主軸回転速度、固有振動数及び減衰比との関係を基に、前記データ記憶部に記憶された複数の主軸回転速度に対応した理論再生びびり周波数をそれぞれ算出し、各設定値ごとに、前記各主軸回転速度に対応する前記理論再生びびり周波数と前記測定再生びびり周波数との差をそれぞれ算出して積算し、積算された差が最小値を示す前記設定値を、前記振動系の減衰比及び固有振動数として同定するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の安定限界線図作成装置。 The calculation unit sets the natural frequency and damping ratio of the vibration system to an arbitrary plurality of values, and for each set value, the playback chatter frequency, the spindle rotation speed, the natural frequency, and the damping represented by a predetermined formula Based on the relationship with the ratio, the theoretical reproduction chatter frequency corresponding to the plurality of spindle rotation speeds stored in the data storage unit is calculated, and the theoretical reproduction corresponding to each spindle rotation speed for each set value. The difference between the chatter frequency and the measured playback chatter frequency is calculated and integrated, and the set value indicating the minimum value of the integrated difference is identified as the damping ratio and natural frequency of the vibration system. The stability limit diagram creating apparatus according to claim 2, wherein

前記算出部は、前記振動系の固有振動数及び減衰比をそれぞれ任意の複数の値に設定し、各設定値について、所定式で表わされる前記再生びびり周波数、主軸回転速度、固有振動数及び減衰比との関係を基に、前記データ記憶部に記憶された複数の測定再生びびり周波数に対応した理論主軸回転速度をそれぞれ算出し、各設定値ごとに、前記各測定再生びびり周波数に対応する前記理論主軸回転速度と前記データ記憶部に格納された主軸回転速度との差をそれぞれ算出して積算し、積算された差が最小値を示す前記設定値を、前記振動系の減衰比及び固有振動数として同定するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の安定限界線図作成装置。 The calculation unit sets the natural frequency and damping ratio of the vibration system to an arbitrary plurality of values, and for each set value, the playback chatter frequency, the spindle rotation speed, the natural frequency, and the damping represented by a predetermined formula Based on the relationship with the ratio, the theoretical spindle rotational speed corresponding to the plurality of measurement / playback chatter frequencies stored in the data storage unit is calculated, and for each set value, the measurement / playback chatter frequency corresponding to each measurement / playback chatter frequency. The difference between the theoretical spindle rotational speed and the spindle rotational speed stored in the data storage unit is calculated and integrated, and the set value indicating the minimum value of the integrated difference is used as the damping ratio and natural vibration of the vibration system. 3. The stability limit diagram creation device according to claim 2, wherein the device is configured to identify the number as a number.

前記線図作成部は、作成した前記安定限界線図の各安定ポケットの頂点に対応した主軸回転速度をＳ(min^−１)、算出された前記固有振動数をω_ｎ(Hz)、前記工具の刃数をＮとして下式によって整数ｋを算出するとともに、算出した整数ｋの値を対応する安定ポケット付近に配置した安定限界線図を作成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記載のいずれかの安定限界線図作成装置。

但し、［］はガウス記号である。 The diagram creation unit sets the spindle rotational speed corresponding to the apex of each stability pocket of the created stability limit diagram to S (min ⁻¹ ), the calculated natural frequency to ω _n (Hz), and the tool An integer k is calculated by the following equation with N as the number of blades, and a stability limit diagram in which the calculated value of the integer k is arranged in the vicinity of the corresponding stable pocket is created. Item 5. The stability limit diagram creation device according to any one of Items 1 to 4.

However, [] is a Gaussian symbol.

少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成方法であって、
前記工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出し、
検出した前記振動系の振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、当該再生びびりの周波数を、測定再生びびり周波数として該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて記憶し、
前記工具、前記工具ホルダ、前記ワーク固定治具及び前記工作機械の組み合わせに基づいて任意に設定した前記振動系の減衰比、並びに記憶した前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて前記振動系の固有振動数を算出し、算出した固有振動数、前記設定した減衰比、並びに記憶した前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて、前記安定限界線図を作成するようにしたことを特徴とする安定限界線図作成方法。 Regenerative chatter stable region and instability that vary depending on the natural frequency and damping ratio of the vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. A stability limit diagram creation method for creating a stability limit diagram, which is a correlation diagram between a spindle rotation speed and a limit cutting depth of the tool, showing a boundary with a region,
Detecting the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the detected vibration magnitude of the vibration system, it is determined whether regenerative chatter has occurred in the tool. If it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is measured. Storing the playback chatter frequency in association with the spindle rotational speed when the playback chatter occurs,
The vibration based on the damping ratio of the vibration system arbitrarily set based on a combination of the tool, the tool holder, the workpiece fixing jig, and the machine tool, and the stored measurement reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed. The natural frequency of the system is calculated, and the stability limit diagram is created based on the calculated natural frequency, the set damping ratio, and the stored measurement reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed. A stability limit diagram creation method characterized by

少なくとも使用する工具、該工具を保持する工具ホルダ、ワーク固定用治具及び工作機械の組み合わせによってその値が異なる振動系の固有振動数と減衰比に応じて変化する再生びびりの安定領域と不安定領域との境界を示す、主軸回転速度と前記工具の限界切り込み深さとの相関線図である安定限界線図を作成する安定限界線図作成方法であって、
前記工具を用いてワークを加工した際に生じる前記振動系の振動の大きさ及び周波数を検出し、
検出した前記振動系の振動の大きさを基に、前記工具に再生びびりが生じたかどうかを判別し、前記工具に再生びびりが生じたと判断された場合には、当該再生びびりの周波数を、測定再生びびり周波数として該再生びびりが生じたときの前記主軸回転速度と関連付けて記憶し、
記憶した前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データが複数組ある場合には、該複数組の前記測定再生びびり周波数と前記主軸回転速度との関係データに基づいて、前記振動系の減衰比及び固有振動数を算出し、算出した固有振動数、減衰比、並びに記憶した前記測定再生びびり周波数及び前記主軸回転速度に基づいて、前記安定限界線図を作成するようにしたことを特徴とする安定限界線図作成方法。 Regenerative chatter stable region and instability that vary depending on the natural frequency and damping ratio of the vibration system whose value varies depending on the combination of at least the tool to be used, the tool holder for holding the tool, the workpiece fixing jig, and the machine tool. A stability limit diagram creation method for creating a stability limit diagram, which is a correlation diagram between a spindle rotation speed and a limit cutting depth of the tool, showing a boundary with a region,
Detecting the magnitude and frequency of vibration of the vibration system that occurs when a workpiece is machined using the tool;
Based on the detected vibration magnitude of the vibration system, it is determined whether regenerative chatter has occurred in the tool. If it is determined that regenerative chatter has occurred in the tool, the frequency of the regenerative chatter is measured. Storing the playback chatter frequency in association with the spindle rotational speed when the playback chatter occurs,
When there are a plurality of sets of relationship data between the measured playback chatter frequency and the spindle rotational speed stored, based on the plurality of sets of relational data between the measurement playback chatter frequency and the spindle rotational speed, the vibration system The damping ratio and the natural frequency are calculated, and the stability limit diagram is created based on the calculated natural frequency, the damping ratio, and the stored measurement reproduction chatter frequency and the spindle rotational speed. A method for creating a stability limit diagram.