JP2019181628A - 工作機械、切削方法、および切削プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、ワークを切削するための工具と、ワークまたは工具を回転するための主軸と、主軸を回転駆動するための駆動部と、工具によるワークの切込み幅と主軸の回転数との切削条件の関係において再生びびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した安定範囲を、ワークに対する工具の切削方向ごとに対応付けて格納するための記憶装置と、駆動部による主軸の駆動方向を制御することで、ワークに対する工具の切削方向を制御するための制御装置とを備え、制御装置は、現在の切削方向に対応する安定範囲に切削条件が収まるように、工具によるワークの切込み幅と、主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定する。【選択図】図１１

Description

本開示は、工作機械に生じ得る再生びびり振動の発生を抑制するための技術に関する。

工作機械でワークを切削する際、工具の刃先が振動することがある。このような振動は、再生びびり振動と呼ばれる。再生びびり振動が生じると、ワークの切削精度が低下してしまう。

再生びびり振動は、工具の振動周波数と工具によるワークの切込み幅との関係が所定の条件を満たした場合に生じる振動である。

再生びびり振動を抑制するための技術を開示する文献として、特開２００５−７４５６８号公報（特許文献１）と、特開２０１３−４３２４０号公報（特許文献２）と、特開２０１２−１８３５９６号公報（特許文献３）とがある。特許文献１〜３に開示される工作機械は、再生びびり振動が発生しない切削条件の安定範囲と、再生びびり振動が発生する切削条件の不安定範囲とを規定した安定ローブを複数準備しておき、各安定ローブの安全範囲の重複範囲に切削条件を収めることで、再生びびり振動を抑制することを開示している。

特開２００５−７４５６８号公報 特開２０１３−４３２４０号公報 特開２０１２−１８３５９６号公報

しかしながら、再生びびり振動が発生する切削条件は、切削方向によって変化するので、再生びびり振動の発生をより確実に抑制するためには、切削方向を考慮する必要がある。特許文献１〜４に開示される工作機械は、切削方向に対応した安定ローブを用いていないので、切削方向によっては再生びびり振動が発生する可能性がある。

本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる工作機械を提供することである。他の局面における目的は、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる切削方法を提供することである。他の局面における目的は、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる切削プログラムを提供することである。

本開示の一例では、工作機械は、ワークを切削するための工具と、上記ワークまたは上記工具を回転するための主軸と、上記主軸を駆動するための駆動部と、上記工具による上記ワークの切込み幅と上記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した安定範囲を、上記ワークに対する上記工具の切削方向ごとに対応付けて格納するための記憶装置と、上記駆動部による上記主軸の駆動方向を制御することで、上記ワークに対する上記工具の切削方向を制御するための制御装置とを備える。上記制御装置は、現在の切削方向に対応する上記安定範囲に上記切削条件が収まるように、上記工具による上記ワークの切込み幅と、上記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定する、工作機械。

本開示の一例では、上記制御装置は、上記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の重複範囲に上記切削条件が収まるように、上記制御パラメータを設定する。

本開示の一例では、上記制御装置は、上記ワークに対する上記工具の切削方向に合わせて、上記制御パラメータを変えない。

本開示の一例では、上記制御装置は、上記ワークに対する上記工具の切削方向を変える度に、上記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の内から、変更後の切削方向に対応する安定範囲を選択し、当該安定範囲に収まるように上記制御パラメータを設定する。

本開示の一例では、上記制御装置は、上記選択された安定範囲内で上記切込み幅が最大となるように上記制御パラメータを制御する。

本開示の一例では、上記制御装置は、上記ワークに対する上記工具の切削方向を変えたことに基づいて、上記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の内から、変更後の切削方向に対応する所定数の安定範囲を選択し、当該選択された所定数の安定範囲の重複範囲に収まるように上記制御パラメータを設定する。

本開示の他の例では、工作機械による切削方法が提供される。上記工作機械は、ワークを切削するための工具と、上記ワークまたは上記工具を回転するための主軸と、上記主軸を駆動するための駆動部とを備える。上記切削方法は、上記工具による上記ワークの切込み幅と上記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した複数の安定範囲を取得するステップを備える。上記複数の安定範囲は、それぞれ、上記ワークに対する上記工具の切削方向ごとに対応付けられている。上記切削方法は、さらに、上記駆動部による上記主軸の駆動方向を制御することで、上記ワークに対する上記工具の切削方向を制御するステップと、上記複数の安定範囲の内の現在の切削方向に対応する安定範囲に上記切削条件が収まるように、上記工具による上記ワークの切込み幅と、上記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定するステップを備える。

本開示の他の例では、工作機械で実行される切削プログラムが提供される。上記工作機械は、ワークを切削するための工具と、上記ワークまたは上記工具を回転するための主軸と、上記主軸を駆動するための駆動部とを備える。上記切削プログラムは、上記工作機械に、上記工具による上記ワークの切込み幅と上記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した複数の安定範囲を取得するステップを実行させる。上記複数の安定範囲は、それぞれ、上記ワークに対する上記工具の切削方向ごとに対応付けられている。上記切削プログラムは、上記工作機械に、さらに、上記駆動部による上記主軸の駆動方向を制御することで、上記ワークに対する上記工具の切削方向を制御するステップと、上記複数の安定範囲の内の現在の切削方向に対応する安定範囲に上記切削条件が収まるように、上記工具による上記ワークの切込み幅と、上記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定するステップを実行させる。

ある局面において、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

実施の形態に従う工作機械の一例を示す図である。 再生びびり振動が生じやすい切削条件の一例を示す図である。 再生びびり振動が生じにくい切削条件の一例を示す図である。 ワークの切削態様を示す図である。 主軸回転数とワークの切込み幅との関係において再生びびり振動が生じない安定範囲と再生びびり振動が生じる不安定範囲とを示す図である。 工具によるワークの切削態様を示す図である。 ワークと切削方向との関係を示す図である。 主軸回転数を固定した上で再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅を切削方向ごとに調べた結果を示す図である。 主軸回転数を最適化した上で再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅を切削方向ごとに調べた結果を示す図である。 実験結果から得られた安定ローブを切削方向ごとに示す図である。 具体例１に従う切削態様を示す図である。 具体例２に従う切削態様を示す図である。 具体例３に従う切削態様を示す図である。 各切削方向に対応した安定ローブの生成工程を表わすフローチャートである。 生成された安定ローブを用いた切削工程を表わすフローチャートである。 生成された安定ローブを用いた切削工程を表わすフローチャートである。 実施の形態に従う工作機械の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

＜Ａ．工作機械１００の構成＞
図１を参照して、工作機械１００の構成について説明する。図１は、工作機械１００の一例を示す図である。

図１には、マシニングセンタとしての工作機械１００が示されている。以下では、マシニングセンタとしての工作機械１００について説明するが、工作機械１００は、マシニングセンタに限定されない。たとえば、工作機械１００は、旋盤であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。また、工作機械１００は、工具が鉛直方向に取り付けられる縦形のマシニングセンタであってもよいし、工具が水平方向に取り付けられる横形のマシニングセンタであってもよい。

図１に示されるように、工作機械１００は、主軸頭２１を有する。主軸頭２１は、主軸２２と、ハウジング２３とで構成されている。主軸２２は、ハウジング２３の内部に配置されている。主軸２２には、被加工物であるワークを加工するための工具が装着される。図１の例では、エンドミルとしての工具３２が主軸２２に装着されている。

主軸頭２１は、ボールねじ２５に沿ってＺ軸方向に駆動可能に構成されている。ボールねじ２５にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ２５を駆動することで主軸頭２１を移動させ、Ｚ軸方向の任意の位置に主軸頭２１を移動する。

また、主軸２２にはサーボモータなどの駆動機構が接続される。当該駆動機構は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に平行な中心軸ＡＸ１を中心に主軸２２を回転駆動する。その結果、主軸２２に装着された工具３２は、主軸２２の回転に伴って中心軸ＡＸ１を中心に回転する。なお、工作機械１００が旋盤である場合には、主軸２２には、ワークが装着される。この場合、主軸２２の回転に伴って、主軸２２に装着されたワークが回転する。

工作機械１００は、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）３０をさらに有する。自動工具交換装置３０は、マガジン３１と、押出し機構３３と、アーム３６とで構成されている。マガジン３１は、ワークを加工するための種々の工具３２を収容するための装置である。マガジン３１は、複数の工具保持部３４と、スプロケット３５とで構成されている。

工具保持部３４は、種々の工具３２を保持可能なように構成されている。複数の工具保持部３４は、スプロケット３５の周囲に環状に配列されている。スプロケット３５は、モータ駆動により、Ｘ軸に平行な中心軸ＡＸ２を中心に回転可能に設けられている。スプロケット３５の回転に伴って、複数の工具保持部３４が中心軸ＡＸ２を中心に回転移動する。

自動工具交換装置３０は、工具の交換命令を受けたことに基づいて、マガジン３１から装着対象の工具３２を抜き取り、当該工具３２を主軸２２に装着する。より具体的には、自動工具交換装置３０は、目的の工具３２を保持する工具保持部３４を押出し機構３３の前に移動する。次に、押出し機構３３は、アーム３６による交換位置に向けて目的の工具３２を押し出す。その後、アーム３６は、目的の工具３２を工具保持部３４から抜き取るとともに、現在装着されている工具３２を主軸２２から抜き取る。その後、アーム３６は、これらの工具３２を保持した状態で半回転し、目的の工具３２を主軸２２に装着するとともに、元の工具３２を工具保持部３４に収容する。これにより、工具３２の交換が行われる。

工作機械１００は、加工対象のワークをＸＹ平面上で移動するための移動機構５０をさらに有する。移動機構５０は、ガイド５１，５３と、ボールねじ５２，５４と、ワークを保持するためのテーブル５５（ワーク保持部）とで構成されている。

ガイド５１は、Ｙ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１上に設けられており、Ｘ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１に沿って駆動可能に構成されている。テーブル５５は、ガイド５３上に設けられており、ガイド５３に沿って駆動可能に構成されている。

ボールねじ５２にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５２を駆動することでガイド５３をガイド５１に沿って移動し、Ｙ軸方向の任意の位置にガイド５３を移動する。同様に、ボールねじ５４にもサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５４を駆動することでテーブル５５をガイド５３に沿って移動し、Ｘ軸方向の任意の位置にテーブル５５を移動する。すなわち、工作機械１００は、ボールねじ５２，５４のそれぞれに接続される駆動機構を協働して制御することで、ＸＹ平面上の任意の位置にテーブル５５を移動する。これにより、工作機械１００は、テーブル５５上で保持されるワークをＸＹ平面上で移動させながら加工を行うことができる。

ハウジング４３には、主軸２２または工具３２の振動周波数を検知するための加速度センサ１１０が設けられている。好ましくは、複数の加速度センサ１１０がハウジング４３に設けられ、各加速度センサ１１０は、主軸２２または工具３２の異なる方向（たとえば、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）の振動を検知する。なお、振動周波数を検知するためのセンサは、加速度センサ１１０に限定されず、工具３２または主軸２２の振動周波数を検知することが可能な任意のセンサが用いられ得る。

＜Ｂ．再生びびり振動が生じる原理＞
工作機械１００でワークを加工する際、工具３２の刃先が微小に振動する再生びびり振動が生じることがある。再生びびり振動は、工具３２の振動周波数と工具３２によるワークの切込み幅との関係が所定の条件を満たしたときに生じる振動である。

本実施の形態に従う工作機械１００は、切削方向に対応した複数の安定ローブに基づいて制御パラメータを設定することで、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制する。この制御処理の理解を容易にするために、まず、図２〜図６を参照して、再生びびり振動が生じる原理について説明する。

図２は、再生びびり振動が生じやすい切削条件の一例を示す図である。より詳細には、図２（Ａ）には、前回の切削時におけるワーク上の切削跡が示されている。図２（Ｂ）には、今回の切削時における工具３２の振動周波数が示されている。図２（Ｃ）には、今回の切削時における工具３２によるワークの切削厚が示されている。

工具３２は、回転しながらワークを繰り返し切削することでワークを切削する。工具３２は、ワークの切削中に振動しており、図２（Ａ）に示されるように、ワークの切削面に起伏が生じる。

工具３２が次にワークを切削するとき、前回の切削時における切削跡と、今回の切削時における工具３２の振動周波数とがずれることがある。このずれを「φ」で表わすと、図２（Ａ）および図２（Ｂ）の例では、ずれφは、π／４（＝９０度）となっている。このようなずれが生じると、ワークの切削厚が切削位置に応じて変動する。図２（Ｃ）には、φ＝π／４のずれが生じている場合における切削厚の変動が示されている。切削厚が変動すると、工具３２が切削中にワークから受ける力が変動し、再生びびり振動が生じやすくなる。特に、φ＝π／４となるときが、再生びびり振動が一番生じやすい。

図３は、再生びびり振動が生じにくい切削条件の一例を示す図である。より詳細には、図３（Ａ）には、前回の切削時におけるワーク上の切削跡が示されている。図３（Ｂ）には、今回の切削時における工具３２の振動周波数が示されている。図３（Ｃ）には、今回の切削時における工具３２によるワークの切削厚が示されている。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）の例では、工具３２の振動周波数は、前回の切削時における切削跡と重なっている。この場合、ずれ「φ」が０となり、ワークの切削厚が一定になる。そのため、工具３２が切削中にワークから受ける力が一定になり、再生びびり振動が生じにくくなる。

したがって、ずれ「φ」が０に近付くように主軸２２の回転数が調整されると再生びびり振動が生じにくくなる。一方で、ずれ「φ」がπ／４に近付くように主軸２２の回転数が調整されると再生びびり振動が生じやすくなる。

典型的には、下記式（１）に示される「ｋ」が整数になるとき、ずれ「φ」が０となる。

（数１）
ｋ＝６０・ｆ_ｃ／（ｎ_０・Ｎ）・・・（１）
式（１）に示される「ｋ」は、工具３２の第１の刃がワークに接触してから第２の刃がワークに接触するまでの間に工具３２の振動によって生じる切削面の波数を表わす。「ｆ_ｃ」は、主軸２２の振動周波数を表わす。「Ｎ」は、工具３２の刃数を表わす。「ｎ_０」は、主軸２２の回転数を表わす。ここでいう回転数とは、単位時間辺り（たとえば、一分間辺り）における主軸２２の回転数を意味し、回転速度と同義である。工具３２は、主軸２２に連動するため、主軸２２の回転数は、工具３２の回転数と等しい。そのため、主軸２２の回転数は、工具３２の回転数と同義である。

図４は、「ｋ」が整数となる場合におけるワークＷの切削態様を示す図である。図４には、主軸２２の軸方向から見た場合における工具３２およびワークＷの態様が示されている。

図４（Ａ）には、「ｋ」が１である場合におけるワークＷの切削態様が示されている。図４（Ａ）に示されるように、「ｋ」が１である場合、工具３２の刃３２ＡがワークＷに接触してから工具３２の刃３２ＢがワークＷに接触するまでの間に工具３２の振動によって生じる切削面の波数は１となる。

図４（Ｂ）には、「ｋ」が２である場合におけるワークＷの切削態様が示されている。図４（Ｂ）の切削態様における工具回転数は、図４（Ａ）の切削態様における主軸回転数の１／２に相当する。図４（Ｂ）に示されるように、「ｋ」が２である場合、ワークＷの切削面における波数は２となる。

図４（Ｃ）には、「ｋ」が３である場合におけるワークＷの切削態様が示されている。図４（Ｃ）の切削態様における主軸回転数は、図４（Ａ）の切削態様における主軸回転数の１／３に相当する。図４（Ｃ）に示されるように、「ｋ」が３である場合、ワークＷの切削面における波数は３となる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示される切削態様では、ずれ「φ」がいずれも０となるため、再生びびり振動が生じにくい。

再生びびり振動が生じるか否かは、主軸回転数とワークＷの切込み幅との関係によって決まる。図５は、主軸回転数とワークＷの切込み幅との関係において再生びびり振動が生じない安定範囲と再生びびり振動が生じる不安定範囲とを示す図である。図５では、安定範囲と不安定範囲との関係が安定ローブ６０として示されている。安定範囲にはハッチングが付されており、不安定範囲にはハッチングが付されていない。

図５に示されるグラフの横軸は、主軸回転数を表わす。図５に示されるグラフの縦軸は、ワークの切込み幅を表わす。ここでいう「切込み幅」は、主軸２２の軸方向において工具３２がワークＷを切込む幅（以下、「切込み幅Ａｐ」ともいう。）と、主軸２２の軸方向の直交方向であってワークＷに対する工具３２の移動方向の直交方向において工具３２がワークＷを切込む幅（以下、「切込み幅Ａｅ」ともいう。）とを含む概念である。すなわち、図５に示されるグラフの縦軸は、切込み幅Ａｐで表されてもよいし、切込み幅Ａｅで表されてもよい。

図６は、工具３２によるワークＷの切削態様を示す図である。図６には、エンドミルとしての工具３２が示されている。工具３２は、その側面に複数の刃を有し、回転しながらワークＷに接触することでワークＷを切削する。

図６には、エンドミルとしての工具３２が示されている。工具３２は、その側面に複数の刃を有し、予め定められた経路に沿って回転しながらワークＷに接触することでワークＷを切削する。一例として、工具３２は、切込み幅Ａｐの１段目の切削部分を切込み幅Ａｅごとに順次切削する。次に、工具３２は、切込み幅Ａｐの２段目の切削部分を切込み幅Ａｅごとに順次切削する。このような切削が繰り返されることで、工具３２は、ワークＷを任意の形状に切削する。

＜Ｃ．実験＞
発明者らは、工具３２によるワークＷの切削方向に応じて安定ローブ６０に規定される安定範囲が変化することを実証するために、切削方向ごとに再生びびり振動が生じる条件が変化することを実験で確認した。以下では、図７〜図１０を参照して、発明者らが行った実験内容について説明する。

図７は、ワークＷと切削方向との関係を示す図である。発明者らは、図７に示される切削方向ｄ１〜ｄ８の８方向について再生びびり振動が発生する切削条件を調べた。ここでいう切削方向とは、ワークＷに対する工具３２の相対的な移動方向を意味する。

まず、発明者らは、主軸回転数を「ｎ１」に固定した上で、再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅Ａｅを調べた。また、主軸の初期送り速度を「ｖ１」とし、切込み幅Ａｐを「Ａｐ１」とした。切込み幅Ａｅについては、「Ａｅ１」から開始して、再生びびり振動が発生するまで「Ａｅ２」→「Ａｅ３」→「Ａｅ４」→「Ａｅ５」と切込み幅Ａｅを順次増加させた（すなわち、Ａｅ１＜Ａｅ２＜Ａｅ３＜Ａｅ４＜Ａｅ５）。

図８は、主軸回転数を固定した上で再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅Ａｅを切削方向ごとに調べた結果を示す図である。

図８に示されるように、切削方向ｄ１においては、切込み幅Ａｅが「Ａｅ１」以上で再生びびり振動が発生している。

切削方向ｄ２，ｄ４，ｄ６，ｄ８においては、切込み幅Ａｅが「Ａｅ４」以下では再生びびり振動が発生しておらず、切込み幅Ａｅが「Ａｅ５」以上で再生びびり振動が発生している。

切削方向ｄ３においては、切込み幅Ａｅが「Ａｅ２」以下では再生びびり振動が発生しておらず、切込み幅Ａｅが「Ａｅ３」以上で再生びびり振動が発生している。

切削方向ｄ５においては、切込み幅Ａｅが「Ａｅ１」以下では再生びびり振動が発生しておらず、切込み幅Ａｅが「Ａｅ２」以上で再生びびり振動が発生している。

切削方向ｄ７においては、切込み幅Ａｅが「Ａｅ３」以下では再生びびり振動が発生しておらず、切込み幅Ａｅが「Ａｅ４」以上で再生びびり振動が発生している。

図８に示される実験結果から、再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅Ａｅは、切削方向ごとに異なっていることが分かる。

次に、発明者らは、ＤＭＧ森精機社が提供するＭＶＣ（Machine Vibration Control）機能を用いて、主軸回転数を最適化した上で再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅Ａｅを調べた。ＭＶＣ機能は、主軸回転数を自動で制御することで、再生びびり振動の発生を抑制する機能である。

図９は、主軸回転数を最適化した上で再生びびり振動が発生しない最大の切込み幅Ａｅを切削方向ごとに調べた結果を示す図である。

図９に示されるように、切削方向ｄ１においては、主軸回転数が「ｎ２」に最適化されており、かつ、切込み幅Ａｅが「Ａｅ４」に増加している。

切削方向ｄ３においては、主軸回転数が「ｎ３」に最適化されており、かつ、切込み幅Ａｅが「Ａｅ４」に増加している。

切削方向ｄ５においては、主軸回転数が「ｎ４」に最適化されており、かつ、切込み幅Ａｅが「Ａｅ４」に増加している。

切削方向ｄ７においては、主軸回転数が「ｎ５」に最適化されており、かつ、切込み幅Ａｅを「Ａｅ４」に増加している。

切削方向ｄ２，ｄ４，ｄ６，ｄ８においては、主軸回転数が変化しなかった。すなわち、切削方向ｄ２，ｄ４，ｄ６，ｄ８においては、主軸回転数が既に最適に設定されていたことになる。

図９に示される実験結果から、切込み幅Ａｅを最大にするための主軸回転数は、切削方向ごとに異なっていることが分かる。

図１０は、上記実験結果から得られた安定ローブを切削方向ごとに示す図である。図１０に示されるように、安定ローブは、切削方向ごとに異なる。このような安定ローブの差異は、工作機械の内部構造の違いや、ワークＷの剛性が方向によって異なることなどに起因して生じるものと推測される。

以上の実験結果により、発明者らは、再生びびり振動が生じる切削条件が切削方向によって変わることを実証した。

なお、上述の実験では、主軸２２の軸方向における切込み幅Ａｐを固定し、主軸２２の径方向における切込み幅Ａｅを変化させる例について説明を行ったが、切込み幅Ａｅを固定し、切込み幅Ａｅを変化させた場合でも、切削方向ごとに安定ローブは変化する。すなわち、図１０に示される安定ローブの縦軸は、主軸２２の軸方向における切込み幅Ａｐであってもよいし、主軸２２の径方向における切込み幅Ａｅであってもよい。

＜Ｄ．再生びびり振動の抑制処理＞
上述のように、再生びびり振動が生じる切削条件は、切削方向によって異なる。そこで、本実施の形態に従う工作機械１００の制御装置１０１（図１７参照）は、切込み幅と主軸回転数との切削条件の関係において再生びびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した安定範囲（安定ローブ）を、ワークＷに対する工具３２の切削方向ごとに対応付けて準備しておく。そして、制御装置１０１は、現在の切削方向に対応する安定ローブの安定範囲に切込み幅と主軸回転数との切削条件が収まるように、切込み幅と主軸回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定する。これにより、工作機械１００は、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる。

切削方向に基づく制御パラメータの調整処理は、種々の方法で実現される。以下では、図１１〜図１３を参照して、制御パラメータの調整処理の具体例について説明する。

（Ｄ１．制御パラメータの調整処理の具体例１）
まず、図１１を参照して、制御パラメータの調整処理の具体例１について説明する。図１１は、具体例１に従う切削態様を示す図である。図１１には、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１と、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３とが示されている。

本具体例においては、工作機械１００の制御装置１０１（図１７参照）は、安定ローブ６１の安定範囲と安定ローブ６３の安定範囲との重複範囲７０に主軸回転数と切込み幅との切削条件が収まるように、主軸回転数と切込み幅との少なくとも一方に関する制御パラメータを調整する。図１１の例では、制御パラメータＰ０として示される制御条件が重複範囲７０に収められている。これにより、工作機械１００は、切削方向が＋Ｘ方向であるか＋Ｙ方向であるかに関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる。

ある局面においては、工作機械１００は、安定ローブ６１の安定範囲と、安定ローブ６３の安定範囲とを合成し、重複範囲７０を表わす合成安定ローブを生成し、主軸回転数および切込み幅が当該合成安定ローブに収まるように制御パラメータを制御する。他の局面においては、工作機械１００は、安定ローブ６１，６３の合成安定ローブを生成せずに、主軸回転数および切込み幅が安定ローブ６１の安定範囲と安定ローブ６１の安定範囲との両方に収まるように制御パラメータを制御する。

好ましくは、工作機械１００の制御装置１０１は、ワークＷに対する工具３２の切削方向に合わせて、制御パラメータＰ０を変えない。すなわち、制御装置１０１は、切削方向が変化した場合であっても、主軸回転数および切込み幅を変えない。図１１の例では、切削方向が＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に変化した場合であっても、制御パラメータＰ０が維持されている。これにより、工作機械１００は、切削条件を安定させることができ、結果として、ワークの切削品質を安定させることができる。

なお、図１１の例では、２つの安定ローブ６１，６３の重複範囲７０に切削条件を収めるように制御パラメータが調整される例について説明を行ったが、３つ以上の安定ローブの重複範囲に切削条件を収めるように制御パラメータが調整されてもよい。このようにより多くの安定ローブが考慮されることで、再生びびり振動の発生をより確実に抑制することができる。

（Ｄ２．制御パラメータの調整処理の具体例２）
次に、図１２を参照して、制御パラメータの調整処理の具体例２について説明する。図１２は、具体例２に従う切削態様を示す図である。図１２には、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１と、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３とが示されている。

本具体例においては、工作機械１００の制御装置１０１（図１７参照）は、切削方向を変える度に、各切削方向に対応した複数の安定ローブの内から、変更後の切削方向に対応する安定ローブを選択する。このとき、現在の切削方向に完全に一致する安定ローブが存在しない場合には、現在の切削方向に一番近い安定ローブが選択される。その後、制御装置１０１は、主軸回転数および切込み幅が選択された安定ローブの安定範囲に収まるように、主軸回転数および切込み幅の少なくとも一方の制御パラメータを設定する。このように、工作機械１００は、現在の切削方向に応じて安定ローブを適宜切り替えることにより、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制しつつ、切削効率を向上させることができる。

図１２の例では、切削方向が＋Ｘ方向である場合には、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１の安定範囲に収まるように制御パラメータＰＸが設定されている。このとき、好ましくは、制御装置１０１は、選択された安定ローブ６１の安定範囲内で切込み幅が最大となるように制御パラメータを制御する。より具体的には、制御装置１０１は、現在の主軸回転数を含む主軸回転数の所定範囲内で、かつ、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１の安定範囲内で、切込み幅が最大となるように制御パラメータを設定する。これにより、工作機械１００は、再生びびり振動の発生を抑制しつつ、切削効率をさらに向上させることができる。

その後、切削方向が＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に切り替えられたとする。このことに基づいて、制御装置１０１は、予め準備されている安定ローブ６１，６３の内から、＋Ｙ方向に対応する安定ローブ６３を選択し、主軸回転数と切込み幅とが安定ローブ６３の安定範囲内に収まるように制御パラメータを切り替える。

図１２の例では、制御パラメータＰＹが設定されている。このとき、好ましくは、制御装置１０１は、選択された安定ローブ６３の安定範囲内で切込み幅が最大となるように制御パラメータを制御する。より具体的には、制御装置１０１は、現在の主軸回転数を含む主軸回転数の所定範囲内で、かつ、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３の安定範囲内で、切込み幅が最大となるように制御パラメータを設定する。これにより、工作機械１００は、再生びびり振動の発生を抑制しつつ、切削効率をさらに向上させることができる。

なお、図１２の例では、２つの安定ローブ６１，６３に基づいて制御パラメータが切り替えられる例について説明を行ったが、３つ以上の安定ローブに基づいて制御パラメータが調整されてもよい。このようにより多くの安定ローブが考慮されることで、再生びびり振動が発生する可能性がより低くなる。

（Ｄ３．制御パラメータの調整処理の具体例３）
次に、図１３を参照して、制御パラメータの調整処理の具体例３について説明する。図１３は、具体例３に従う切削態様を示す図である。図１３には、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１と、−Ｘ方向に対応した安定ローブ６２と、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３と、−Ｙ方向に対応した安定ローブ６４とが示されている。

本具体例においては、工作機械１００の制御装置１０１（図１７参照）は、切削方向が変化したことに基づいて、各切削方向に対応した複数の安定ローブの内から、変更後の切削方向に対応する所定数の安定ローブを選択し、当該選択された所定数の安定範囲の重複範囲に収まるように制御パラメータを設定する。選択される安定ローブの数は、切削方向に関わらず一定であってもよいし、切削方向ごとに異なっていてもよい。また、選択される安定ローブの数は、工作機械１００の設計時に予め規定されていてもよいし、ユーザによって任意に設定されてもよい。

一例として、現在の切削方向を中心とする所定の角度範囲（たとえば、±９０度）に対応している安定ローブが選択される。図１３の例では、切削方向が＋Ｘ方向である場合、予め準備されている４つの安定ローブ６１〜６４の内から、＋Ｘ方向に対応した安定ローブ６１と、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３と、−Ｙ方向に対応した安定ローブ６４との３つが選択されている。そして、制御装置１０１は、主軸回転数と切込み幅とが安定ローブ６１，６３，６４の安定範囲の重複範囲７２Ａに収まるように制御パラメータを切り替える。

このとき、好ましくは、制御装置１０１は、重複範囲７２Ａ内で切込み幅が最大となるように制御パラメータを制御する。より具体的には、制御装置１０１は、現在の主軸回転数を含む主軸回転数の所定範囲内で、かつ、重複範囲７２Ａ内で、切込み幅が最大となるように制御パラメータを設定する。図１３の例では、制御パラメータＰＸが設定されている。

その後、工具３２の切削方向が＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に切り替わったとする。このことに基づいて、制御装置１０１は、予め準備されている４つの安定ローブ６１〜６４の内から、−Ｘ方向に対応した安定ローブ６２と、＋Ｙ方向に対応した安定ローブ６３と、−Ｙ方向に対応した安定ローブ６４との３つを選択する。そして、制御装置１０１は、主軸回転数と切込み幅とが安定ローブ６２〜６４の安定範囲の重複範囲７２Ｂに収まるように制御パラメータを切り替える。

このとき、好ましくは、制御装置１０１は、重複範囲７２Ｂ内で切込み幅が最大となるように制御パラメータを制御する。より具体的には、制御装置１０１は、現在の主軸回転数を含む主軸回転数の所定範囲内で、かつ、重複範囲７２Ｂ内で、切込み幅が最大となるように制御パラメータを設定する。図１３の例では、制御パラメータＰＹが設定されている。

これにより、工作機械１００は、再生びびり振動の発生を抑制しつつ、切削効率をさらに向上させることができる。

＜Ｅ．工作機械１００の制御構造＞
図１４〜図１６を参照して、工作機械１００の制御構造について説明する。工作機械１００が実行する工程は、各切削方向に対応した安定ローブを生成する工程と、生成された安定ローブを用いた切削工程とに分けられる。

図１４は、各切削方向に対応した安定ローブの生成工程を表わすフローチャートである。図１５および図１６は、生成された安定ローブを用いた切削工程を表わすフローチャートである。より詳細には、図１５には、上述の「Ｄ１．制御パラメータの調整処理の具体例１」で説明した切削工程が示されている。図１６には、上述の「Ｄ２．制御パラメータの調整処理の具体例２」で説明した切削工程が示されている。

図１４〜図１６の処理は、工作機械１００の制御装置１０１（図１７参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

また、安定ローブの生成工程と、生成された安定ローブを用いる切削工程とは、異なる工作機械１００で行われてもよいし、同じ工作機械１００で行われてもよい。また、安定ローブの生成工程は、必ずしも工作機械１００で行われる必要はなく、たとえば、サーバーなどで行われてもよい。

以下では、図１４〜図１６を参照して、安定ローブの生成工程と、生成された安定ローブを用いた切削工程とについて順に説明する。

（Ｅ１．安定ローブの生成工程）
まず、図１４を参照して、各切削方向に対応した安定ローブの生成処理の制御フローについて説明する。

ステップＳ５０において、制御装置１０１は、加速度センサ１１０（図１参照）の出力値に基づいて、再生びびり振動が生じているか否かを判断する。より具体的には、制御装置１０１は、加速度センサ１１０の出力信号を所定のサンプリングレートでサンプリングし、所定時間のサンプリング結果をフーリエ変換する。その結果、周波数ごとの振動強度を示すスペクトルが算出される。その後、制御装置１０１は、算出したスペクトルから振動強度が最大となる周波数成分を特定し、当該周波数成分の振動強度が所定閾値を超えている場合に、再生びびり振動を検知する。

制御装置１０１は、再生びびり振動が生じていると判断した場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ５４に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ５０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ５２に切り替える。

ステップＳ５２において、制御装置１０１は、現在設定されている制御パラメータを変更する。変更対象の制御パラメータは、たとえば、主軸回転数や切込み幅や切削方向などの切削に関する制御パラメータ群である。制御パラメータの変更方法は、任意である。一例として、予め定められた異なる複数の制御パラメータ群が予め決められた順番で設定される。あるいは、制御パラメータは、ランダムに変えられてもよい。

ステップＳ５４において、制御装置１０１は、再生びびり振動が発生した現在の切削条件（制御パラメータ）を現在の切削方向（角度）に関連付けて記憶装置１２０にする。切削方向に関連付けて記憶される切削条件は、たとえば、現在の主軸回転数、現在の振動強度、現在の振動周波数、現在の主軸の送り速度、現在の切込み幅Ａｅ，Ａｐなどである。

ステップＳ６０において、制御装置１０１は、ステップＳ５４で記憶された切削条件が各切削方向について所定数以上蓄積されたか否かを判断する。当該所定数は、たとえば、２または３以上である。制御装置１０１は、ステップＳ５４で記憶された切削条件が各切削方向について所定数以上蓄積されたと判断した場合（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ６２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ６０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ５２に戻す。

ステップＳ６２において、制御装置１０１は、ステップＳ５４で記憶された切削方向ごとの切削条件に基づいて、各切削方向に対応する安定ローブを生成する。安定ローブは、種々の方法で生成される。一例として、安定ローブは、Ｙ・Ａｌｔｉｎｔａｓが考案した解析方法を用いて求められる。

Ｙ・Ａｌｔｉｎｔａｓによる解析方法では、工具３２の運動方程式が、下記式（２），（３）で示されるように、Ｘ方向とＹ方向との２自由度の物理モデルで表される。

（数２）
ｘ”＋２Ｇ_ｘω_ｘｘ’＋ω_ｘ ^２ｘ＝Ｆ_ｘ／ｍ_ｘ ・・・（２）
（数３）
ｙ”＋２Ｇ_ｙω_ｙｙ’＋ω_ｙ ^２ｙ＝Ｆ_ｙ／ｍ_ｙ ・・・（３）
上記式に示される「ω_ｘ」は、工具３２のＸ方向の固有振動数［ｒａｄ／ｓｅｃ］を表わす。「ω_ｙ」は、工具３２のＹ方向の固有振動数［ｒａｄ／ｓｅｃ］を表わす。「Ｇ_ｘ」は、Ｘ方向の減衰比［％］を表わす。「Ｇ_ｙ」は、Ｙ方向の減衰比［％］を表わす。「ｍ_ｘ」は、Ｘ方向の等価質量［ｋｇ］を表わす。「ｍ_ｙ」は、Ｙ方向の等価質量［ｋｇ］を表わす。「Ｆ_ｘ」は、工具３２に作用するＸ方向の切削動力［Ｎ］を表わす。「Ｆ_ｙ」は、工具３２に作用するＹ方向の切削動力［Ｎ］を表わす。「ｘ”」および「ｙ”」は、それぞれ時間の二階微分を表わす。「ｘ’」および「ｙ’」は、それぞれ時間の一階微分を表わす。

上記式（２），（３）に示される切削動力「Ｆ_ｘ」，「Ｆ_ｙ」は、下記式（４），（５）で求められる。

（数４）
Ｆ_ｘ＝−Ｋ_ｔａ_ｐｈ（φ）ｃｏｓ（φ）−Ｋ_ｒＫ_ｔａ_ｐｈ（φ）ｓｉｎ（φ）・・・（４）
（数５）
Ｆ_ｙ＝＋Ｋ_ｔａ_ｐｈ（φ）ｓｉｎ（φ）−Ｋ_ｒＫ_ｔａ_ｐｈ（φ）ｃｏｓ（φ）・・・（５）
上記式に示される「ｈ（φ)」は、工具３２の刃がワークＷを切り取る厚さ［ｍ^２］を表わす。「ａ_ｐ」は、軸方向の切込み幅［ｍｍ］を表わす。「Ｋ_ｔ」は、主分力の比切削抵抗［Ｎ／ｍ^２］を表わす。「Ｋ_ｒ」は、主分力と背分力との比［％］を表わす。

切削動力Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙは、工具３２の回転角「φ」によって変化するため、切削の開始角度「φ_ｓ」と切削の終了角度「φ_ｅ」との間で切削動力Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙを積分し、それぞれの平均を求めることによって得られる。また、回転角「φ_ｓ」および回転角「φ_ｅ」は、工具３２の直径Ｄ［ｍｍ］、径方向の切込み幅Ａ_ｅ［ｍｍ］、送り方向、アッパーカットかダウンカットかによって幾何学的に求めることができる。

上記式（２），（３）に係る固有値Λは、再生びびり振動の振動数をω_ｃとすると、下記式（６）によって表わされる。但し、下記式（６）の右辺の各変数は、下記式（７）〜（１４）から求められる。

（数６）
Λ＝−（ａ_１±（ａ_１ ^２−４ａ_０）^１／２）／２ａ_０・・・（６）
（数７）
ａ_０＝Φ_ｘｘ（ｉω_ｃ）Φ_ｙｙ（ｉω_ｃ）（α_ｘｘα_ｙｙ−α_ｘｙα_ｙｘ）・・・（７）
（数８）
ａ_１＝α_ｘｘΦ_ｘｘ（ｉω_ｃ）＋α_ｙｙΦ_ｙｙ（ｉω_ｃ）・・・（８）
（数９）
Φ_ｘｘ（ｉω_ｃ）＝１／（ｍ_ｘ（−ω_ｃ ^２＋２ｉＧ_ｘω_ｃω_ｘ＋ω_ｘ ^２））・・・（９）
（数１０）
Φ_ｙｙ（ｉω_ｃ）＝１／（ｍ_ｙ（−ω_ｃ ^２＋２ｉＧ_ｙω_ｃω_ｙ＋ω_ｙ ^２））・・・（１０）
（数１１）
α_ｘｘ＝[（ｃｏｓ２φ_ｅ−２Ｋ_ｒφ_ｅ＋Ｋ_ｒｓｉｎ２φ_ｅ）−（ｃｏｓ２φ_ｓ−２Ｋ_ｒφ_ｓ＋Ｋ_ｒｓｉｎ２φ_ｓ）]／２・・・（１１）
（数１２）
α_ｘｙ＝[（−ｓｉｎ２φ_ｅ−２φ_ｅ＋Ｋ_ｒｃｏｓ２φ_ｅ）−（−ｓｉｎ２φ_ｓ−２φ_ｓ＋Ｋ_ｒｃｏｓ２φ_ｓ）]／２・・・（１２）
（数１３）
α_ｙｘ＝[（−ｓｉｎ２φ_ｅ＋２φ_ｅ＋Ｋ_ｒｃｏｓ２φ_ｅ）−（−ｓｉｎ２φ_ｓ＋２φ_ｓ＋Ｋ_ｒｃｏｓ２φ_ｓ）]／２・・・（１３）
（数１４）
α_ｙｙ＝[（−ｃｏｓ２φ_ｅ−２Ｋ_ｒφ_ｅ−Ｋ_ｒｓｉｎ２φ_ｅ）−（ｃｏｓ２φ_ｓ−２Ｋ_ｒφ_ｓ−Ｋ_ｒｓｉｎ２φ_ｓ）]／２・・・（１４）
次に、固有値「Λ」の実部を「Λ_Ｒ」、虚部を「Λ_Ｉ」とすると、安定限界における軸方向の切込み幅ａ_ｐｌｉｍ、および主軸回転速度ｎ_ｌｉｍは、それぞれ、下記式（１５），式（１６）によって表される。

（数１５）
ａ_ｐｌｉｍ＝２πΛ_Ｒ（１＋（Λ_Ｉ／Λ_Ｒ）２）／（ＮＫ_ｔ）・・・（１５）
（数１６）
ｎ_ｌｉｍ＝６０ω_ｃ／（Ｎ（２ｋπ＋π−２ｔａｎ^−１（Λ_Ｉ／Λ_Ｒ）））・・・（１６）
工作機械１００は、上記数式（１５），（１６）に示される「ω_ｃ」および「ｋ」の値を任意に変化させながら限界切込み幅「ａ_ｐｌｉｍ」および主軸回転速度「ｎ_ｌｉｍ」を順次算出することで安定ローブを生成する。このような安定ローブの生成が、ステップＳ５４で記憶された切削条件に基づいて切削方向ごとに行われることで、各切削方向に対応した安定ローブが生成される。

（Ｅ２．切削工程（具体例１））
次に、図１５を参照して、上述の図１４に示される生成工程で生成された切削方向ごとの安定ローブに基づいた切削工程の具体例１について説明する。図１５には、上述の「Ｄ１．制御パラメータの調整処理の具体例１」で説明した切削工程が示されている。

ステップＳ１１０において、工作機械１００の制御装置１０１は、上述の図１４に示される生成工程で生成された各切削方向に対応した複数の安定ローブを取得する。

ステップＳ１１２において、制御装置１０１は、ステップＳ１１０で取得した安定ローブの６１の各安定範囲の重複範囲に主軸回転数および切込み幅が収まるように、主軸回転数および切込み幅の少なくとも一方に関する制御パラメータを調整する。本ステップでの制御パラメータの調整処理については図１１で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。

ステップＳ１１４において、制御装置１０１は、ステップＳ１１２で設定された制御パラメータに基づいて、ワークを切削する。

ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、ワークの切削が終了したか否かを判断する。制御装置１０１は、ワークの切削が終了したと判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、図１５に示される処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１１４に戻す。

（Ｅ３．切削工程（具体例２））
次に、図１６を参照して、上述の図１４に示される生成工程で生成された安定ローブに基づいた切削工程の具体例２について説明する。図１６には、上述の「Ｄ２．制御パラメータの調整処理の具体例２」で説明した切削工程が示されている。

ステップＳ１５０において、工作機械１００の制御装置１０１は、設定されている制御パラメータに従ってワークを切削する。

ステップＳ１５２において、制御装置１０１は、ワークの切削が終了したか否かを判断する。制御装置１０１は、ワークの切削が終了したと判断した場合（ステップＳ１５２においてＹＥＳ）、図１６に示される処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ１５２においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１６０に切り替える。

ステップＳ１６０において、制御装置１０１は、切削方向が変化したか否かを判断する。一例として、制御装置１０１は、切削プログラム１２２（図１７参照）を解析することにより現在の切削方向を特定し、当該切削方向が前回の切削方向とは異なる場合に、切削方向が変化したと判断（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１６２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１６０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１５０に戻す。

ステップＳ１６２において、制御装置１０１は、上述の図１４に示される生成工程で生成された各切削方向に対応した複数の安定ローブの内から、現在の切削方向に対応する安定ローブを取得する。このとき、現在の切削方向に完全に一致する安定ローブが存在しない場合には、現在の切削方向に一番近い安定ローブが選択される。

ステップＳ１６４において、制御装置１０１は、主軸回転数および切込み幅がステップＳ１６２で取得した安定ローブの安定範囲に収まるように主軸回転数および切込み幅の少なくとも一方に関する制御パラメータを調整する。本ステップでの制御パラメータの調整処理については図１２で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。

＜Ｆ．工作機械１００のハードウェア構成＞
図１７を参照して、工作機械１００のハードウェア構成の一例について説明する。図１７は、工作機械１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

工作機械１００は、主軸２２と、ボールねじ２５，５２，５４と、制御装置１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、通信インターフェイス１０４と、表示インターフェイス１０５と、入力インターフェイス１０９と、加速度センサ１１０と、サーボドライバ１１１Ａ〜１１１Ｄと、サーボモータ１１２Ａ〜１１２Ｄ（駆動部）と、エンコーダ１１３Ａ〜１１３Ｄと、記憶装置１２０とを含む。

制御装置１０１は、たとえば、ＮＣ（Numerical Control）プログラムを実行可能なＮＣ制御装置である。ＮＣ制御装置は、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。

制御装置１０１は、工作機械１００の切削プログラム１２２（ＮＣプログラム）などの各種プログラムを実行することで工作機械１００の動作を制御する。制御装置１０１は、切削プログラム１２２の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０からＲＯＭ１０２に切削プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、切削プログラム１２２の実行に必要な各種データを一時的に格納する。

通信インターフェイス１０４には、ＬＡＮやアンテナなどが接続される。工作機械１００は、通信インターフェイス１０４を介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、サーバーや、その他の通信端末などを含む。工作機械１００は、当該通信端末から切削プログラム１２２をダウンロードできるように構成されてもよい。

表示インターフェイス１０５は、ディスプレイ１３０などの表示機器と接続され、制御装置１０１などからの指令に従って、ディスプレイ１３０に対して、画像を表示するための画像信号を送出する。ディスプレイ１３０は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、またはその他の表示機器である。一例として、ディスプレイ１３０は、切削方向ごとの安定ローブを重ねて表示したり、現在の切削方向に対応する安定ローブを表示したりする。

入力インターフェイス１０９は、入力デバイス１３１に接続され得る。入力デバイス１３１は、たとえば、マウス、キーボード、タッチパネル、またはユーザ操作を受け付けることが可能なその他の入力機器である。

サーボドライバ１１１Ａは、制御装置１０１から目標回転数（または目標位置）の入力を逐次的に受け、サーボモータ１１２Ａが目標回転数で回転するようにサーボモータ１１２Ａを制御する。より具体的には、サーボドライバ１１１Ａは、エンコーダ１１３Ａのフィードバック信号からサーボモータ１１２Ａの実回転数（または実位置）を算出し、当該実回転数が目標回転数よりも小さい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転数を上げ、当該実回転数が目標回転数よりも大きい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転数を下げる。このように、サーボドライバ１１１Ａは、サーボモータ１１２Ａの回転数のフィードバックを逐次的に受けながらサーボモータ１１２Ａの回転数を目標回転数に近付ける。サーボドライバ１１１Ａは、ボールねじ５４に接続されるテーブル５５（図１参照）をＸ軸方向に沿って移動し、テーブル５５をＸ軸方向の任意の位置に移動する。

同様のモータ制御により、サーボドライバ１１１Ｂは、ボールねじ５２に接続されるガイド５３（図１参照）をＹ軸方向に沿って移動し、ガイド５３上のテーブル５５（図１参照）をＹ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｃは、ボールねじ２５に接続される主軸頭２１（図１参照）をＺ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｄは、主軸２２の回転数を制御する。

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置１２０は、本実施の形態に従う切削プログラム１２２、切削プログラム１２２で用いられる各種の制御パラメータ１２４（たとえば、主軸回転数、主軸２２の送り速度、切込み幅Ａｐ，Ａｅなど）、切削方向ごとの安定ローブ１２６などを格納する。安定ローブ１２６の各々は、たとえば、限界の切込み幅を目的変数とし、現在の主軸回転数や再生びびり振動の振動強度などを説明変数とする予め定められた演算式で規定される。あるいは、限界の切込み幅と、現在の主軸回転数と、再生びびり振動の振動強度との関係がテーブル形式で規定されてもよい。

切削プログラム１２２、制御パラメータ１２４、および、切削方向ごとの安定ローブ１２６の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュ領域など）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

切削プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う切削プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、切削プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが切削プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で工作機械１００が構成されてもよい。

＜Ｇ．まとめ＞
以上のようにして、工作機械１００は、各切削方向に対応した複数の安定ローブに基づいて、主軸回転数およびワークの切込み幅が現在の切削方向に対応する安定ローブの安定範囲内に収まるように、主軸回転数と切込み幅との少なくとも一方に関する制御パラメータを制御する。これにより、工作機械１００は、切削方向に関わらず再生びびり振動の発生を抑制することができる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

２１ 主軸頭、２２ 主軸、２３，４３ ハウジング、２５，５２，５４ ボールねじ、３０ 自動工具交換装置、３１ マガジン、３２ 工具、３２Ａ，３２Ｂ 刃、３３ 押出し機構、３４ 工具保持部、３５ スプロケット、３６ アーム、５０ 移動機構、５１，５３ ガイド、５５ テーブル、６０，６１，６２，６３，６４，１２６ 安定ローブ、７０，７２Ａ，７２Ｂ 重複範囲、１００ 工作機械、１０１ 制御装置、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ 通信インターフェイス、１０５ 表示インターフェイス、１０９ 入力インターフェイス、１１０ 加速度センサ、１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ サーボドライバ、１１２Ａ，１１２Ｄ サーボモータ、１１３Ａ，１１３Ｄ エンコーダ、１２０ 記憶装置、１２２ 切削プログラム、１２４ 制御パラメータ、１３０ ディスプレイ、１３１ 入力デバイス。

Claims (8)

1. ワークを切削するための工具と、
   前記ワークまたは前記工具を回転するための主軸と、
   前記主軸を駆動するための駆動部と、
   前記工具による前記ワークの切込み幅と前記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した安定範囲を、前記ワークに対する前記工具の切削方向ごとに対応付けて格納するための記憶装置と、
   前記駆動部による前記主軸の駆動方向を制御することで、前記ワークに対する前記工具の切削方向を制御するための制御装置とを備え、前記制御装置は、現在の切削方向に対応する前記安定範囲に前記切削条件が収まるように、前記工具による前記ワークの切込み幅と、前記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定する、工作機械。
2. 前記制御装置は、前記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の重複範囲に前記切削条件が収まるように、前記制御パラメータを設定する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御装置は、前記ワークに対する前記工具の切削方向に合わせて、前記制御パラメータを変えない、請求項２に記載の工作機械。
4. 前記制御装置は、前記ワークに対する前記工具の切削方向を変える度に、前記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の内から、変更後の切削方向に対応する安定範囲を選択し、当該安定範囲に収まるように前記制御パラメータを設定する、請求項１に記載の工作機械。
5. 前記制御装置は、前記選択された安定範囲内で前記切込み幅が最大となるように前記制御パラメータを制御する、請求項４に記載の工作機械。
6. 前記制御装置は、前記ワークに対する前記工具の切削方向を変えたことに基づいて、前記記憶装置に格納されている複数の安定範囲の内から、変更後の切削方向に対応する所定数の安定範囲を選択し、当該選択された所定数の安定範囲の重複範囲に収まるように前記制御パラメータを設定する、請求項１に記載の工作機械。
7. 工作機械による切削方法であって、
   前記工作機械は、
   ワークを切削するための工具と、
   前記ワークまたは前記工具を回転するための主軸と、
   前記主軸を駆動するための駆動部とを備え、
   前記切削方法は、
   前記工具による前記ワークの切込み幅と前記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した複数の安定範囲を取得するステップを備え、前記複数の安定範囲は、それぞれ、前記ワークに対する前記工具の切削方向ごとに対応付けられており、
   前記切削方法は、さらに、
   前記駆動部による前記主軸の駆動方向を制御することで、前記ワークに対する前記工具の切削方向を制御するステップと、
   前記複数の安定範囲の内の現在の切削方向に対応する安定範囲に前記切削条件が収まるように、前記工具による前記ワークの切込み幅と、前記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定するステップを備える、切削方法。
8. 工作機械で実行される切削プログラムであって、
   前記工作機械は、
   ワークを切削するための工具と、
   前記ワークまたは前記工具を回転するための主軸と、
   前記主軸を駆動するための駆動部とを備え、
   前記切削プログラムは、前記工作機械に、
   前記工具による前記ワークの切込み幅と前記主軸の回転数との切削条件の関係においてびびり振動が生じない切削条件の範囲を規定した複数の安定範囲を取得するステップを実行させ、前記複数の安定範囲は、それぞれ、前記ワークに対する前記工具の切削方向ごとに対応付けられており、
   前記切削プログラムは、前記工作機械に、さらに、
   前記駆動部による前記主軸の駆動方向を制御することで、前記ワークに対する前記工具の切削方向を制御するステップと、
   前記複数の安定範囲の内の現在の切削方向に対応する安定範囲に前記切削条件が収まるように、前記工具による前記ワークの切込み幅と、前記主軸の回転数との少なくとも一方に関する制御パラメータを設定するステップを実行させる、切削プログラム。

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