JP4743646B2

JP4743646B2 - 工作機械の振動抑制装置

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Publication number: JP4743646B2
Application number: JP2008228895A
Authority: JP
Inventors: 教和鈴木; 英二社本; 顕秀浜口
Original assignee: Nagoya University NUC; Okuma Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Okuma Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: US8229598B2; IT1393654B1; ITMI20081584A1; CN101380719B; US20090069927A1; DE102008037942A1; JP2009078350A; CN101380719A

Description

本発明は、工具又はワークを回転させながら加工を行う工作機械において、加工中に発生する振動を抑制するための振動抑制装置に関するものである。

従来、たとえば回転可能な主軸にワークを支持させ、ワークに対して工具を送りながら、ワークに加工を施すといった工作機械がある。該工作機械においては、切削加工における切り込み量を大きくし過ぎると、加工中にいわゆる「びびり振動」が発生して、加工面の仕上げ精度の悪化、急速な工具摩耗、工具欠損などの問題が生じる。このとき、特に問題となるのは、工具とワークとの間に生じる自励振動である「再生型びびり振動」と、工具を備える工作機械が振動源となる「強制びびり振動」である。ここで、再生型びびり振動を抑制する処置と、強制びびり振動を抑制する処置とは反対の処置となるため、特許文献１に記載されているように、発生したびびり振動が再生型びびり振動か強制びびり振動かを判断して、それぞれに適した振動抑制処置を行う必要があることが分かっている。

特開２０００−２１０８４０号公報

しかし、特許文献１の方法では、現在のびびり振動のみを考慮して振動抑制処置を行うため、主軸回転速度を変化させたときに、再生型びびり振動と強制びびり振動とがどちらも生じ得る場合、再生型びびり振動を抑制する処置が強制びびり振動を励振する、もしくは、強制びびり振動を抑制する処置が再生型びびり振動を励振するおそれがある。よって、びびり振動を抑制できない、もしくはさらに大きなびびり振動を生じてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、再生型びびり振動のみが生じ得る場合、強制びびり振動のみが生じ得る場合、再生型びびり振動と強制びびり振動とがどちらも生じ得る場合の、いずれの場合においても最適な回転速度を求めることができ、一方のびびり振動抑制処置が他方のびびり振動を励振することなく、びびり振動を安全且つ効果的に抑制可能な工作機械の振動抑制装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工具又はワークを回転させるための回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、回転中の前記回転軸の時間領域での振動を検出する検出手段と、その検出手段により検出された時間領域の振動に基づいて、びびり振動数及びそのびびり振動数における周波数領域の振動を算出すると共に、算出した前記周波数領域の振動が所定の閾値を越えた場合、びびり振動数を工具刃数と回転軸回転速度との積で除し、その値の整数部をｋ値、小数部を位相情報として、前記ｋ値を用いてびびり振動を抑制可能な前記回転軸の最適回転速度を算出する演算手段と、前記ｋ値及び位相情報を記憶する記憶手段と、前記演算手段及び記憶手段により算出された最適回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御手段と、を備え、前記演算手段は、前記最適回転速度を算出する際に、算出した位相情報を所定の定数と比較して、発生したびびり振動が強制びびり振動か再生型びびり振動かを特定すると共に、前記記憶手段に記憶されていた位相情報から、現在の振動以前に前記特定したびびり振動と異なるびびり振動が発生していたか否かを判別し、前記特定したびびり振動及び異なるびびり振動の発生の有無に応じて夫々前記ｋ値を変更して最適回転速度を算出することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、ｋ値の変更を適切に行えるようにするために、演算手段は、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、再生型びびり振動と判断された位相情報の中で前記算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していなかった場合には、前記算出した位相情報に強制びびり振動が発生しない小数値を加算した値を新しい位相情報とする一方、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、強制びびり振動と判断された位相情報の中で前記算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していなかった場合には、０を新しい位相情報として、算出したｋ値に夫々新しい位相情報を加えてｋ値を変更することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、現在強制びびり振動が発生し、その振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、現在再生型びびり振動が発生し、その振動以前に強制びびり振動が発生していた場合に、新しい位相情報を容易に得るようにするために、演算手段は、夫々算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報との平均値を新しい位相情報とすることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、変更したｋ値を用いて最適回転速度を適正に算出するために、演算手段は、びびり振動数を工具刃数と変更したｋ値との積で除して最適回転速度を算出することを特徴とするものである。
なお、このとき、工具に偏心がある場合は工具刃数を１としてもよい。

請求項５に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合に、位相情報を用いなくても最適回転速度を算出可能とするために、演算手段は、記憶されていた回転軸回転速度のうち、現在とは異なる種類のびびり振動と判断された回転軸回転速度の中で現在の回転軸回転速度に最も近い回転軸回転速度と現在の回転軸回転速度とから算出した値を最適回転速度とすることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合に、位相情報を用いなくても最適回転速度を算出可能とするために、演算手段は、記憶されていた回転軸回転速度のうち、現在とは異なる種類のびびり振動と判断された回転軸回転速度の中で現在の回転軸回転速度に最も近い回転軸回転速度と現在の回転軸回転速度との平均値を最適回転速度とすることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかの目的に加えて、回転速度変更制御では抑制できないびびり振動が発生した場合にも、安定した加工を可能とするために、回転軸による加工を制御する加工制御手段を備え、演算手段が算出した最適回転速度で回転軸を回転させた際、周波数領域の振動が所定の閾値を越えて強制びびり振動が発生した場合、加工制御手段は、周波数領域の振動が所定の閾値以下となって強制びびり振動が抑制されるまで加工の送り方向の切込量を減少させることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかの目的に加えて、回転速度変更制御では抑制できないびびり振動が発生した場合にも、安定した加工を可能とするために、回転軸による加工を制御する加工制御手段を備え、演算手段が算出した最適回転速度で回転軸を回転させた際、周波数領域の振動が所定の閾値を越えて再生型びびり振動が発生した場合、加工制御手段は、周波数領域の振動が前記所定の閾値以下となって再生型びびり振動が抑制されるまで加工の軸方向の切込量を減少させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、再生型びびり振動と強制びびり振動とのどちらも考慮して振動抑制処置を行うため、一方のびびり振動の抑制処置を行った結果、他方のびびり振動を励振することなく、常に安定した最適な回転速度を演算することができる。また、振動抑制処置後にさらに大きなびびり振動を生じることもないので、びびり振動を安全且つ効果的に抑制可能となる。従って、加工面の仕上げ精度を高品位に保つことができ、工具摩耗の抑制、工具欠損の防止も期待できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、算出したｋ値に新しい位相情報を加えて夫々ｋ値を変更することで、ｋ値の変更が適切に行える。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、新しい位相情報を容易に得ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、変更したｋ値を用いて最適回転速度が適正に算出可能となる。
請求項５及び６に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、位相情報を用いなくても強制型、再生型どちらにも安定な最適回転速度を算出可能となる。
請求項７及び８に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかの効果に加えて、回転速度変更制御では抑制できないびびり振動が発生した場合にも、安定した加工を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の振動抑制装置９の一例をブロック構成で示した説明図である。図２は、振動抑制の対象となる回転軸ハウジング１を側面から示した説明図であり、図３は、回転軸ハウジング１を軸方向から示した説明図である。
振動抑制装置９は、回転軸ハウジング１にＣ軸周りで回転可能に備えられた回転軸３に生じる「びびり振動」を制御するためのものであって、回転中の回転軸３に生じる時間領域の振動加速度を検出するための振動センサ（検出手段）２ａ〜２ｃと、該振動センサ２ａ〜２ｃによる検出値をもとにして回転軸３の回転速度を制御する制御装置（演算手段、及び回転速度制御手段）５とを備えてなる。

振動センサ２ａ〜２ｃは、図２及び図３に示す如く回転軸ハウジング１に取り付けられており、一の振動センサは、他の振動センサに対して直角方向への時間領域の振動加速度（時間軸上の振動加速度を意味する）を検出するようになっている（たとえば、振動センサ２ａ〜２ｃにて、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出するようにする）。

一方、制御装置５は、振動センサ２ａ〜２ｃから検出される時間領域の振動加速度をもとにした解析を行うＦＦＴ演算装置６と、該ＦＦＴ演算装置６にて算出された値を記憶して、現在の値と記憶している値とに基づいて最適回転速度の算出等を行うパラメータ演算装置７と、回転軸ハウジング１における加工を制御する加工制御手段としてのＮＣ装置８と、図示しないメモリとを備えており、ＦＦＴ演算装置６における後述の如き解析、及び回転軸３の回転速度のモニタリングを行っている。

以下、制御装置５における「びびり振動」の抑制制御について、図８のフローチャートに基づいて説明する。
制御開始により、ＦＦＴ演算装置６では、回転中に常時検出される振動センサ２ａ〜２ｃにおける時間領域の振動加速度のフーリエ変換を行い（Ｓ１）、図４の４に示すような最大加速度とその周波数（びびり周波数）とを算出する（Ｓ２）。
次に、パラメータ演算装置７で、上記Ｓ２で算出された最大加速度と予め設定された所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、閾値を超えた場合には、回転軸３に抑制すべき「びびり振動」が生じているとして、びびり振動数、工具刃数、回転軸３の回転速度から以下の式（１）〜（３）により、ｋ値及び位相情報を算出する（Ｓ４）。なお、Ｓ３の判別で閾値を超えなかった場合は、メモリ内の記録を消去して（Ｓ８）、終了する。

ｋ’値＝びびり振動数／（工具刃数×回転軸回転速度）・・・（１）
ｋ値＝ｋ’値の整数部・・・（２）
位相情報＝ｋ’値−ｋ値・・・（３）

ここで、式（１）における「工具刃数」は、予めパラメータ演算装置７に設定されているものとする。また、式（１）における「回転軸回転速度」とは、現在（最適回転速度とする前）の回転速度である。また、式（１）における「ｋ’値」とは、無次元数であり、びびり振動数と回転軸回転速度の単位次元が異なる場合は、同次元に揃える必要がある。

次に、Ｓ５において、現在の振動状態を記憶しておくために、現在の回転軸回転速度と、Ｓ２で算出した最大加速度とその周波数、Ｓ４で算出したｋ値及び位相情報（ｋ’値の小数部）をメモリに記憶する。
次に、Ｓ６において、制御をリトライする必要があるかを判断する。これは、制御繰返し回数にて判断しても良い。例えば、限界制御繰返し数を定数１として設定しておき、メモリ内に記憶されたデータ数が定数１以下の場合には、再度最適回転速度の算出を行う必要があると判断し、定数１より大きくなった場合には、最大加速度を閾値より小さくすることは不可能であると見なし、再度算出する必要がないと判断するものが考えられる。

よって、Ｓ６でリトライする必要があると判断した場合には、再度最適回転速度を算出するために、Ｓ９以下の処理を行う。なお、リトライする必要がないと判断した場合には、Ｓ７において、メモリ内の最大加速度を抽出して、それが最小となるときの回転軸回転速度になるように、ＮＣ装置８にて変更した後、Ｓ２１で、発生したびびり振動が強制びびり振動であるか否かを判別する。ここで強制びびり振動と特定した場合には、Ｓ２２で、ＮＣ装置８によって最大加速度が閾値以下となるまで回転軸３による加工の送り方向の切込量を減少させる。一方、Ｓ２１の判別で再生型びびり振動と特定した場合には、Ｓ２３で、ＮＣ装置８によって最大加速度が閾値以下となるまで回転軸３による加工の軸方向の切込量を減少させる。その後、メモリ内の記録を消去して（Ｓ８）、終了する。このように加工の送り方向や軸方向の切込量を減少させることで、回転速度変更制御では抑制できないびびり振動が発生した場合にも、安定した加工を行うことができる。

一方、Ｓ９においては、現在の振動の種類を特定するために、式（３）で得られた位相情報と定数２、３とを比較する。ここでは、図９に示すように定数２よりも大きく、且つ定数３よりも小さい範囲を範囲１としている。この範囲１とは０に近い範囲を意味し、範囲１以外とは０から遠い範囲を意味する。
よって、現在の位相情報が範囲１にあれば、強制びびり振動が発生しているとして、Ｓ１０で、メモリ内に記録されているいずれかの位相情報が範囲１以外にあるデータがあるか否かを判別する。一方、Ｓ９の判別で現在の位相情報が範囲１になければ、再生型びびり振動が発生しているとして、Ｓ１１で、メモリ内に記録されているいずれかの位相情報が範囲１にあるデータがあるか否かを判別する。

そして、Ｓ１０の判別で、位相情報が範囲１以外にあるデータがあれば、現在の強制びびり振動以前に再生型びびり振動が発生したと判別して、Ｓ１２で、下記の式（４）に基づいて新しい位相情報を算出する。一方、位相情報が範囲１以外にあるデータがなければ、現在の強制びびり振動以外は発生しなかったと判別して、Ｓ１３で、下記の式（５）に基づいて新しい位相情報を算出する。
また、Ｓ１１の判別で、位相情報が範囲１にあるデータがあれば、現在の再生型びびり振動以前に強制型びびり振動が発生したと判別して、Ｓ１４で、下記の式（４）に基づいて新しい位相情報を算出する。一方、位相情報が範囲１にあるデータがなければ、それ以外は発生しなかったと判別して、Ｓ１５で、下記の式（６）に基づいて新しい位相情報を算出する。

新しい位相情報＝（現位相情報＋メモリ内位相情報）／２・・・（４）
新しい位相情報＝現位相情報＋０．５・・・（５）
新しい位相情報＝０・・・（６）

ここで、式（４）におけるメモリ内位相情報とは、Ｓ１２ではＳ１０において該当するデータの位相情報であり、Ｓ１４ではＳ１１において該当するデータの位相情報である。なお、該当するデータが複数存在する場合は、現在の位相情報に最も近い位相情報を持つデータを採用する。

また、式（４）は、回転数に応じて強制びびり振動も再生型びびり振動も生じる場合の処理である。例えば、図５の１０に示すような最大加速度を持つ強制びびり振動が周波数ｆ１で生じたとする。このとき、メモリ内に現在の振動以前に、図６に示すように、周波数ｆ２で１１に示すような最大加速度を持つ再生型びびり振動のデータが存在したとする。
そこで、Ｓ１２及びＳ１４では、図７に示すように、新しい位相情報がこれらの位相情報の平均値となるように、式（４）に基づいて新しい位相情報を算出し（同図では周波数ｆ３で１２に示す最大加速度となる）、それに基づいて最適回転速度を算出、変更することで、両方のびびり振動に対して中庸に抑制可能としたものである。なお、ｆ１で再生型びびり振動が、ｆ２で強制びびり振動が生じたとしても同様である。

なお、式（５）では、通常、強制びびり振動を最も抑制できる０．５を現位相情報に加算しているが、０．５を加算することは、回転軸回転速度を減少させることを意味しており、回転軸回転速度を増加させたい場合は、−０．５を加算、すなわち０．５を減算すれば良い。

次に、Ｓ１６においては、下記の式（７）に基づいて、ｋ値に夫々算出した新しい位相情報を加算してｋ１値を算出し、Ｓ１７においては、下記の式（８）に基づいて、びびり振動数を工具刃数とｋ１値との積で除して、最適回転速度を算出する。なお、ここで工具に偏心がある場合は工具刃数を１としてもよい。偏心がある場合には、各切れ刃で切削力の大きさが異なるため、発生する切削力の周波数成分は、主軸回転数×刃数の整数倍となる周波数以外に、刃数に関係なく主軸の回転数のみに同期した周波数成分も生じるためである。
ｋ１値＝ｋ値＋新しい位相情報・・・（７）
最適回転速度＝びびり振動数／（工具刃数×ｋ１値）・・・（８）

そして、Ｓ１８では、算出された最適回転速度となるように、ＮＣ装置８にて回転軸３の回転速度を変更して、「びびり振動」の増幅の防止、すなわち抑制を行う。
以上のようにして、制御装置５における「びびり振動」の抑制制御は行われる。

このように、上記形態の振動抑制装置９によれば、振動センサ２ａ〜２ｃ、ＦＦＴ演算装置６、及びパラメータ演算装置７により回転軸３の回転中に生じる「びびり振動」を制御の開始と共にリアルタイムでモニタリングしており、「びびり振動」の発生が検出されると、上記式（１）〜（８）により直ちに最適回転速度を算出して、回転軸３の回転速度を該最適回転速度として「びびり振動」の増幅を抑制する。すなわち、実際に回転している回転軸３に生じた「びびり振動」に基づいて最適回転速度を算出するため、より正確な最適回転速度を直ちに算出することができる。

特に、パラメータ演算装置７は、最適回転速度を算出する際に、算出した位相情報を所定の定数と比較して、発生したびびり振動が強制びびり振動か再生型びびり振動かを特定すると共に、メモリに記憶されていた位相情報から、現在の振動以前に特定したびびり振動と異なるびびり振動が発生していたか否かを判別し、特定したびびり振動及び異なるびびり振動の発生の有無に応じて夫々ｋ値を変更して最適回転速度を算出することで、強制びびり振動と再生型びびり振動とがどちらも生じ得る場合にも安定で最適な回転速度を求めることができ、びびり振動を効果的に抑制可能となる。従って、加工面の仕上げ精度を高品位に保つことができ、工具摩耗の抑制、工具欠損の防止も期待できる。

また、パラメータ演算装置７は、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、再生型びびり振動と判断された位相情報の中で算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していなかった場合には、算出した位相情報に強制びびり振動が発生しない小数値（ここでは０．５又は−０．５）を加算した値を新しい位相情報とする一方、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、強制びびり振動と判断された位相情報の中で算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していなかった場合には、０を新しい位相情報として、算出したｋ値に夫々新しい位相情報を加えてｋ１値を得るようにしているので、ｋ値の変更が適切に行えるようになっている。

特にここでは、パラメータ演算装置７は、現在強制びびり振動が発生し、その振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、現在再生型びびり振動が発生し、その振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、夫々算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報との平均値を新しい位相情報としているので、新しい位相情報が容易に得られる。
そして、パラメータ演算装置７は、びびり振動数を工具刃数とｋ１値との積で除して最適回転速度を算出するので、最適回転速度が適正に算出可能となっている。

なお、本発明の振動抑制装置に係る構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、検出手段、制御装置、及び制御装置における振動抑制の制御等に係る構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、式（１）〜（８）に示すような位相情報、ｋ値、定数等やこれらの関係は、工作機械の種類に応じて適宜調査し、決定するようにすることで精度をさらに向上させることができる。たとえば、上記実施形態では、式（４）では再生型びびり振動と強制びびり振動の位相情報の平均値を新しい位相情報として用いて、最適回転速度を算出しているが、夫々のびびり振動が生じたときの最大加速度をパラメータとして用いて重み付けして、新しい位相情報として、最適回転速度を算出しても良い。
また、夫々のびびり振動の位相情報の間を一定間隔で変化するように回転数を変化させて、振動状態を記憶していき、それらのうち、最大加速度が最も小さくなる回転数を最適回転速度としてもよい。

一方、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合に、位相情報を用いずに最適回転速度を算出することもできる。例えば、現在の回転軸回転速度１８００ｒｐｍで再生型びびり振動が発生しており、メモリ内に、回転軸回転速度１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２５００ｒｐｍで夫々強制びびり振動が発生した履歴があるような場合には、上記Ｓ１２〜１７の処理に代えて、現在の回転軸回転速度１８００ｒｐｍに最も近い回転軸回転速度１５００ｒｐｍとから振動加速度を重みづけして１６００ｒｐｍを最適回転速度として算出したり、両者の平均値１６５０ｒｐｍを最適回転速度として算出したり等すればよい。このようにすれば、位相情報を用いなくても強制型、再生型どちらにも安定な最適回転速度を算出可能となる。

また、上記実施形態では、回転速度変更制御では抑制できないびびり振動が発生した場合には、メモリ内の最大加速度が最小となるときの回転軸回転速度に変更した後、強制びびり振動であれば加工の送り方向の切込量を、再生型びびり振動であれば加工の軸方向の切込量を夫々減少させて、びびり振動を閾値以下に抑えるようにしているが、回転速度変更制御のみを行って、回転速度以外の加工条件を変更しないようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、検出手段にて検出される時間領域の振動加速度のフーリエ解析を行った際、周波数領域の振動加速度が最大値を示す波形を使用して、「びびり振動」の抑制に係る制御を行うようにしているが、周波数領域の振動加速度の値が上位の複数の波形を用いて最適回転速度を算出するようにして、「びびり振動」の抑制効果の更なる向上を図ってもよい。

さらにまた、上記実施形態では、検出手段により回転軸の振動加速度を検出し、検出された振動加速度に基づいて最適回転速度を算出するといった構成としているが、検出手段によって振動による変位や音圧を検出し、検出された変位や音圧に基づいて最適回転速度を算出するように構成してもよい。
加えて、上記実施形態では、工具を回転させる所謂マシニングセンタ等の工作機械の回転軸における振動を検出する構成としているが、回転しない側（固定側）であるワーク又はその近傍の振動を検出するようにしても良い。
そして、本発明は、旋盤などワークを回転させる工作機械にも適用可能であり、その場合には回転軸であるワークを保持する主軸側の振動を検出したり、固定側である工具の振動を検出したりすることができる。尚、検出手段の設置位置や設置数等を、工作機械の種類、大きさ等に応じて適宜変更してもよいことは言うまでもない。

振動抑制装置のブロック構成を示した説明図である。振動抑制の対象となる回転軸ハウジングを側面から示した説明図である。回転軸ハウジングを軸方向から示した説明図である。時間領域の振動加速度のフーリエ解析結果の一例を示した説明図である。位相情報が０に近い値となる主軸回転速度における振動加速度の一例を示した説明図である。位相情報が０に近い値とならない主軸回転速度における振動加速度の一例を示した説明図である。位相情報が平均値となる主軸回転速度における振動加速度の一例を示した説明図である。びびり振動の振動抑制に係るフローチャートである。位相情報の範囲１を示す説明図である。

符号の説明

１・・・回転軸ハウジング、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・振動センサ、３・・・回転軸、５・・・制御装置、６・・・ＦＦＴ演算装置、７・・・パラメータ演算装置、８・・・ＮＣ装置、９・・・振動抑制装置、１０・・・強制びびり振動における最大振動加速度、１１・・・再生型びびり振動における最大振動加速度、１２・・・平均化した主軸回転速度における最大振動加速度。

Claims

工具又はワークを回転させるための回転軸を備えた工作機械において、前記回転軸を回転させた際に生じるびびり振動を抑制するための振動抑制装置であって、
回転中の前記回転軸の時間領域での振動を検出する検出手段と、
その検出手段により検出された時間領域の振動に基づいて、びびり振動数及びそのびびり振動数における周波数領域の振動を算出すると共に、算出した前記周波数領域の振動が所定の閾値を越えた場合、びびり振動数を工具刃数と回転軸回転速度との積で除し、その値の整数部をｋ値、小数部を位相情報として、前記ｋ値を用いてびびり振動を抑制可能な前記回転軸の最適回転速度を算出する演算手段と、
前記ｋ値及び位相情報を記憶する記憶手段と、
前記演算手段及び記憶手段により算出された最適回転速度にて前記回転軸を回転させる回転速度制御手段と、を備え、
前記演算手段は、前記最適回転速度を算出する際に、算出した位相情報を所定の定数と比較して、発生したびびり振動が強制びびり振動か再生型びびり振動かを特定すると共に、前記記憶手段に記憶されていた位相情報から、現在の振動以前に前記特定したびびり振動と異なるびびり振動が発生していたか否かを判別し、前記特定したびびり振動及び異なるびびり振動の発生の有無に応じて夫々前記ｋ値を変更して最適回転速度を算出することを特徴とする工作機械の振動抑制装置。
演算手段は、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、再生型びびり振動と判断された位相情報の中で前記算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、
現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していなかった場合には、前記算出した位相情報に強制びびり振動が発生しない小数値を加算した値を新しい位相情報とする一方、
発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた位相情報のうち、強制びびり振動と判断された位相情報の中で前記算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報とから算出した値を新しい位相情報とし、
現在の振動以前に強制びびり振動が発生していなかった場合には、０を新しい位相情報として、
算出したｋ値に夫々新しい位相情報を加えてｋ値を変更することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の振動抑制装置。
演算手段は、現在強制びびり振動が発生し、その振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、現在再生型びびり振動が発生し、その振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、夫々算出した位相情報に最も近い位相情報と現在の位相情報との平均値を新しい位相情報とすることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の振動抑制装置。
演算手段は、びびり振動数を工具刃数と変更したｋ値との積で除して最適回転速度を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の振動抑制装置。
演算手段は、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた回転軸回転速度のうち、現在とは異なる種類のびびり振動と判断された回転軸回転速度の中で現在の回転軸回転速度に最も近い回転軸回転速度と現在の回転軸回転速度とから算出した値を最適回転速度とすることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の振動抑制装置。
演算手段は、発生したびびり振動を強制びびり振動と特定し、現在の振動以前に再生型びびり振動が発生していた場合、及び、発生したびびり振動を再生型びびり振動と特定し、現在の振動以前に強制びびり振動が発生していた場合には、記憶されていた回転軸回転速度のうち、現在とは異なる種類のびびり振動と判断された回転軸回転速度の中で現在の回転軸回転速度に最も近い回転軸回転速度と現在の回転軸回転速度との平均値を最適回転速度とすることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の振動抑制装置。
回転軸による加工を制御する加工制御手段を備え、演算手段が算出した最適回転速度で回転軸を回転させた際、周波数領域の振動が所定の閾値を越えて強制びびり振動が発生した場合、前記加工制御手段は、前記周波数領域の振動が前記所定の閾値以下となって前記強制びびり振動が抑制されるまで加工の送り方向の切込量を減少させることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の工作機械の振動抑制装置。
回転軸による加工を制御する加工制御手段を備え、演算手段が算出した最適回転速度で回転軸を回転させた際、周波数領域の振動が所定の閾値を越えて再生型びびり振動が発生した場合、前記加工制御手段は、前記周波数領域の振動が前記所定の閾値以下となって前記再生型びびり振動が抑制されるまで加工の軸方向の切込量を減少させることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の工作機械の振動抑制装置。