JP6701142B2 - 工作機械、加工方法、および加工プログラム - Google Patents

Description

本開示は、工作機械に生じる再生びびり振動を抑制するための技術に関する。

工作機械でワークを加工する際、工具の刃先が微小に振動することがある。このような振動は、びびり振動と呼ばれる。びびり振動が生じると、ワークの加工精度が低下してしまう。

びびり振動には、強制びびり振動と、再生びびり振動がある。強制びびり振動は、断続切削により発生する振動であり、工具の振動周波数が工具の固有振動数に等しくなったときに生じる。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深さ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。再生びびり振動は、自励びびり振動とも呼ばれる。

再生びびり振動を抑制するための技術として、特開２０１０−１０５１６０号公報（特許文献１）は、下記式（１）に基づいて工具の回転数を制御するための機械加工装置を開示している。

ｎ＝６０・ｆ_ｃ／｛（ｋ＋１）・Ｎ｝・・・（１）
上記式（１）に示される「ｎ」は、切削工具または被削部材の一分間あたりの回転数演算値を表わす。「ｆ_ｃ」は、びびり振動の周波数を表わす。「Ｎ」は、切削工具の刃数を表わす。「ｋ」は、６０ｆ_ｃ／（ｎ_０Ｎ）の整数部分を表わす。「ｎ_０」は、切削工具または被削部材の一分間あたりの回転数現在値を表わす。

上記式（１）は、Ｔｏｂｉａｓの式の変形例である。上記式（１）の「ｆ_ｃ」を工具の固有振動数とし、「ｋ＋１」を自然数とした場合、上記式（１）は、Ｔｏｂｉａｓの式になる。すなわち、特許文献１に示される機械加工装置は、工具について検知された振動周波数を工具の固有振動周波数とみなしてＴｏｂｉａｓの式に代入することで、工具の回転数を決定する。

特開２０１０−１０５１６０号公報

再生びびり振動の振動周波数は、工具の固有振動数に対して若干異なる値を示す。そのため、特許文献１に開示される機械加工装置は、式（１）に従って工具の回転数を決定したとしても、再生びびり振動を抑制できないことがある。したがって、再生びびり振動をより確実に抑制するための技術が望まれている。

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、再生びびり振動をより確実に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、再生びびり振動をより確実に抑制することができる加工方法を提供することである。他の局面における目的は、再生びびり振動をより確実に抑制することができる加工プログラムを提供することである。

ある局面に従うと、工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサと、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するための振動検知部と、上記主軸の回転数を調整するための調整部とを備える。上記調整部は、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整し、上記第２回転数への調整後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記第１回転数から上記第２回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変え、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第２回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくする。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の増減を逆転させてからの上記所定値ずつの調整を何回行えば上記主軸の回転数が上記第１回転数に達するかを算出し、当該算出した回数が所定回数以下である場合に、上記所定条件が満たされたと判断する。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の増減を逆転させてからの上記所定値ずつの調整回数が所定回数を超えた場合に上記所定条件が満たされたと判断する。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えていないと判断した場合、上記主軸の回転数を所定の第１値減少させ、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたと判断した場合、上記主軸の回転数を所定の第２値増加させる。上記第２値は、上記第１値よりも小さい。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整前後における上記振動周波数の比較結果に基づいて、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたか否かを判断する。

好ましくは、上記工作機械は、上記工具の第１の刃が上記ワークに接触してから上記工具の第２の刃が上記ワークに接触するまでの間に上記主軸または上記工具の振動によって生じる加工面の波数を算出する。上記調整部は、上記主軸の回転数の調整前後において上記波数の整数部分が変化したか否かに基づいて、上記主軸の回転数が上記安定範囲を超えたか否かを判断する。

好ましくは、上記調整部は、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の上記回転数の調整処理を逐次的に実行し、上記振動検知部によって上記主軸または上記工具に生じている上記再生びびり振動が検知されなくなった時点で上記回転数の調整処理を終了する。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記主軸の回転数を上記第１回転数よりも上げる。

好ましくは、上記調整部は、上記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記工具による上記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする。

好ましくは、上記調整部は、上記第２値が所定の閾値以下になった後において、上記振動検知部によって上記再生びびり振動が検知された場合、上記工具による上記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする。

好ましくは、上記振動検知部は、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている強制びびり振動をさらに検知する。上記調整部は、上記主軸の回転数の調整により上記再生びびり振動が検知されなくなった場合において、上記強制びびり振動が検知されたときに、上記再生びびり振動を抑制するための上記調整量よりも小さい調整量で当該回転数を再調整する。

他の局面に従うと、工作機械による加工方法が提供される。上記工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備える。上記加工方法は、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整するステップと、上記第２回転数への調整後において上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合、上記第１回転数から上記第２回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第２回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくするステップとを備える。

他の局面に従うと、工作機械による加工プログラムが提供される。上記工作機械は、ワークまたは工具を回転するための主軸と、上記主軸または上記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備える。上記加工プログラムは、上記工作機械に、上記振動周波数に基づいて、上記主軸または上記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って上記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整するステップと、上記第２回転数への調整後において上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知された場合、上記第１回転数から上記第２回転数への調整により上記主軸の回転数が上記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて上記回転数を増加するか減少するかを変えるステップと、上記検知するステップで上記再生びびり振動が検知されている間、上記主軸の回転数を上記第２回転数から所定値ずつ調整し、上記主軸の回転数が上記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、上記主軸の回転数の調整量を上記所定値よりも小さくするステップとを実行させる。

ある局面において、再生びびり振動をより確実に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。

第１の実施の形態に従う工作機械を示す図である。 再生びびり振動が生じやすい加工条件を示す図である。 再生びびり振動が生じにくい加工条件を示す図である。 ワークＷの加工態様を示す図である。 主軸の回転数とワークの切り込み深さとの関係において再生びびり振動が生じる範囲と生じない範囲とを示す図である。 微調整条件１に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。 微調整条件２に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。 第１の実施の形態に従う工作機械の機能構成の一例を示す図である。 ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部による周波数分解の結果の一例を示す図である。 過度調整判断部による過度調整の判断方法の一例を説明するための図である。 過度調整判断部による過度調整の判断方法の他の例を説明するための図である。 微調整条件１に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。 微調整条件２に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。 第１の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。 強制びびり振動の抑制処理を説明するための図である。

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。

＜第１の実施の形態＞
［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。

図１に示されるように、工作機械１００は、主要な構成として、ベッド１２と、サドル１８と、コラム２１と、主軸頭４１と、テーブル２６とを有する。

ベッド１２は、サドル１８やコラム２１などを搭載するためのベース部材であり、工場などの据え付け面に設置されている。

ベッド１２には、コラム２１が取り付けられている。コラム２１は、ベッド１２に固定されている。コラム２１は、全体として、ベッド１２の上面に立設される門形形状を有する。

より具体的には、コラム２１は、その構成部位として、側部２２（２２ｓ，２２ｔ）と、頂部２３とを有する。側部２２は、ベッド１２の上面から鉛直上方向に立ち上がるように設けられている。側部２２ｓおよび側部２２ｔは、水平方向に平行なＸ軸方向に間隔を隔てて配置されている。頂部２３は、Ｘ軸方向に沿って側部２２ｓから側部２２ｔまで延設されている。

なお、工作機械１００の機械構成は、基本的には、Ｘ軸方向における中心に対して左右対称の構造を有している。本実施の形態において、参照番号に「ｓ」および「ｔ」が付された構成は、その左右対称に対応する一対の部品である。

ベッド１２には、サドル１８が取り付けられている。サドル１８は、ベッド１２に対して、Ｘ軸方向にスライド移動可能に設けられている。サドル１８には、主軸頭４１が取り付けられている。主軸頭４１は、側部２２ｓ、頂部２３、側部２２ｔおよびベッド１２に囲まれた空間を通って、テーブル２６に向けて延出している。主軸頭４１は、水平方向に平行であり、Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向にスライド移動可能に設けられている。

主軸頭４１は、主軸４２と、ハウジング４３とを有する。主軸４２は、ハウジング４３の内部に配置され、Ｚ軸方向に平行な中心軸ＡＸ１を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。このとき、ハウジング４３は回転しない。主軸４２には、加工対象であるワークを加工するための工具が装着される。主軸４２の回転に伴って、主軸４２に装着された工具が中心軸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４２には、ワークが装着される。この場合、主軸４２の回転に伴って、主軸４２に装着されたワークが回転する。

ハウジング４３には、主軸４２または工具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４２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、主軸４２の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、主軸４２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。

ベッド１２、サドル１８および主軸頭４１には、サドル１８のＸ軸方向へのスライド移動および主軸頭４１のＺ軸方向へのスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、駆動源としてのサーボモータなどが適宜、設けられている。

コラム２１には、テーブル２６が取り付けられている。テーブル２６は、コラム２１に対して、鉛直方向に平行であり、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交するＹ軸方向にスライド移動可能に設けられている。

テーブル２６は、ワークを固定するための装置であり、パレット２７と、回転機構部２９（２９ｓ，２９ｔ）とを有する。

パレット２７は、金属製の台であり、各種のクランプ機構を用いてワークが取り付けられる。パレット２７は、回転機構部２９によって、Ｘ軸に平行な中心軸ＡＸ２を中心に旋回可能に設けられている（ａ軸旋回）。回転機構部２９ｓおよび回転機構部２９ｔは、Ｘ軸方向に間隔を隔てて配置されている。パレット２７は、回転機構部２９ｓおよび回転機構部２９ｔの間に装着されている。パレット２７は、さらに、パレット２７の主面に直交する中心軸を中心に旋回可能に設けられてもよい（ｂ軸旋回）。

コラム２１およびテーブル２６には、テーブル２６のＹ軸方向へのスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、駆動源としてのサーボモータなどが適宜、設けられている。

サドル１８のＸ軸方向へのスライド移動、主軸頭４１のＺ軸方向へのスライド移動およびテーブル２６のＹ軸方向へのスライド移動が組み合わさって、主軸４２に装着された工具によるワークの加工位置が３次元的に移動する。

工作機械１００は、マガジン３０と、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）３６とをさらに有する。マガジン３０は、主軸４２に装着する交換用の工具３２を収容するための装置である。自動工具交換装置３６は、主軸４２およびマガジン３０の間で工具を交換するための装置である。

マガジン３０は、マガジン本体部３１と、柱部材１４，１６と、台部材３３とを有する。

マガジン本体部３１は、複数の工具保持部３４と、スプロケット３５とを有する。工具保持部３４は、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、Ｙ軸に平行な中心軸ＡＸ３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ＡＸ３を中心に回転移動する。

マガジン本体部３１は、柱部材１４，１６と、台部材３３とによって、ベッド１２から鉛直上方向に距離を設けた位置に支持されている。

スプロケット３５の回転に伴って、特定の工具３２を保持する工具保持部３４が機械前方の所定位置に割り出される。特定の工具３２は、工具搬送装置（図示しない）によってＺ軸方向に搬送され、工具交換位置まで移動する。自動工具交換装置３６が有するダブルアーム３７が旋回することにより、工具交換位置に搬送された特定の工具３２と、主軸４２に装着された工具とが交換される。主軸４２に装着され得る工具３２は、たとえば、エンドミルなどのフライスを含む。

［Ｂ．再生びびり振動が生じる原理］
工作機械でワークを加工する際、工具３２の刃先が微小に振動するびびり振動が生じることがある。びびり振動には、強制びびり振動と、再生びびり振動がある。強制びびり振動は、工作機械が振動源となり発生する振動であり、工具３２の振動周波数が工具３２の固有振動数に等しくなったときに生じる。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深さ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、主軸４２の回転数を逐次的に調整することで、再生びびり振動を抑制する。この調整処理の理解を容易にするために、まず、図２〜図５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加工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加工する。工具３２は、ワークの加工中に振動しており、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加工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４２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４２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（２）に示される「ｋ」が整数になるとき、ずれ「φ」が０となる。

ｋ＝６０・ｆ_ｃ／（ｎ_０・Ｎ）・・・（２）
式（２）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加工面の波数を表わす。「ｆ_ｃ」は、主軸４２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４２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４２の回転数を意味し、回転速度と同義である。工具３２は、主軸４２に連動するため、主軸４２の回転数は、工具３２の回転数と等しい。そのため、主軸４２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の加工態様を示す図である。図４には、主軸４２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の加工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加工面の波数は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の加工態様が示されている。図４（Ｂ）の加工態様における工具３２の回転数は、図４（Ａ）の加工態様における工具３２の回転数の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の加工面における波数は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の加工態様が示されている。図４（Ｃ）の加工態様における工具３２の回転数は、図４（Ａ）の加工態様における工具３２の回転数の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の加工面における波数は３となる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示される加工態様では、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。

図５は、主軸４２の回転数とワークＷの切り込み深さとの関係において再生びびり振動が生じる範囲と生じない範囲とを示す図である。図５に示されるグラフの横軸は、主軸４２の回転数を表わす。図５に示されるグラフの縦軸は、ワークの切込み深さを表わす。ここでいう切込み深さとは、主軸４２の軸方向における工具３２とワークＷとの接触部分の長さのことをいう。

ワークの切込み深さが境界線５０よりも小さい範囲は、再生びびり振動が生じにくい加工条件を表わす。以下では、当該範囲を安定範囲Ａともいう。

ワークの切込み深さが境界線５０よりも大きい範囲は、再生びびり振動が生じやすい加工条件である。以下では、当該範囲を不安定範囲Ｂともいう。

［Ｃ．主軸４２の回転数の調整処理］
引き続き図５を参照して、工作機械１００による主軸４２の回転数の調整処理について説明する。

本実施の形態に従う工作機械１００は、主軸４２の回転数を逐次的に調整し、主軸４２の回転数が安定範囲Ａに収まった時点で主軸４２の回転数の調整処理を終了する。より具体的には、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えるまでは、工作機械１００は、主軸４２の回転数を所定量ずつ減少する。主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えると、工作機械１００は、主軸４２の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。これにより、主軸４２の回転数が安定範囲Ａに収まり、工作機械１００は、再生びびり振動を抑制することができる。

図５においては、ステップＳ１〜Ｓ４の調整処理が順次実行することで主軸４２の回転数を安定範囲ＡのローブＡ２に収めている様子が示されている。以下では、主軸４２の回転数を安定範囲ＡのローブＡ２に収める処理例について説明する。

工作機械１００は、ワークの加工を開始すると主軸４２の回転数を初期値である「ｒ０」に設定する。その後、工作機械１００は、加速度センサ１１０（図１参照）の出力信号から主軸４２の振動周波数を算出し、当該振動周波数に基づいて、工具３２に再生びびり振動が生じているか否かを判断する。再生びびり振動の検知方法の詳細については後述する。

回転数「ｒ０」において再生びびり振動が生じている場合、工作機械１００は、所定の算出式に従って主軸４２の回転数を算出する。一例として、工作機械１００は、下記式（３）のＴｏｂｉａｓの式に基づいて、新たな主軸４２の回転数を算出する。

ｎ＝６０・ｆ_Ｃ／｛［ｋ］・Ｎ｝・・・（３）
上記式（３）に示される「ｎ」は、次に設定する主軸４２の回転数を表わす。「ｆ_Ｃ」は、主軸４２の振動周波数を表わす。「［ｋ］」は、上記式（２）で算出される「ｋ」の整数部分に１を加えた整数を表わす。「Ｎ」は、主軸４２に装着されている工具の刃数を表わす。

工作機械１００は、加速度センサ１１０からの出力信号から算出された主軸４２の振動周波数を上記式（３）に代入する。その結果、「ｎ＝ｒ１」が算出されたとする。これを受けて、ステップＳ１において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を回転数「ｒ０」（第１回転数）から回転数「ｒ１」（第２回転数）に調整する。その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械１００は、ステップＳ１での調整処理により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸４２の回転数を増加するか減少するかを変える。なお、境界線５０は未知であるので、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かについて何らかの方法で判断する必要がある。この判断方法の詳細については後述する。

工作機械１００は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたていないと判断した場合、主軸４２の回転数を所定値減少させる。一方で、工作機械１００は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたと判断した場合、主軸４２の回転数を所定値増加させる。

図５の例では、ステップＳ１の調整処理では主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えていないので、ステップＳ２において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を所定値減少させる。一例として、工作機械１００は、ステップＳ１での調整量と同じ分だけ回転数を減少させる。その結果、主軸４２の回転数は、回転数「ｒ１」から回転数「ｒ２」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械１００は、ステップＳ２での調整処理により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸４２の回転数を増加するか減少するかを変える。図５の例では、ステップＳ２の調整処理では主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えていないので、ステップＳ３において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を前回の調整と同じ分だけ（すなわち、Δｒ１）減少させる。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。次に、工作機械１００は、ステップＳ３での調整処理により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸４２の回転数を増加するか減少するかを変える。図５の例では、ステップＳ３の調整処理で主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えているので、ステップＳ４において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を所定値（たとえば、たとえば、Δｒ２）増加させる。

安定範囲Ａを超えた後の調整量「Δｒ２」は、安定範囲Ａを超える前の調整量「Δｒ１」よりも少ない。一例として、調整量「Δｒ２」は、調整量「Δｒ１」の４分の１である。このように、工作機械１００は、主軸４２の回転数が安定範囲を超えたことに基づいて、主軸４２の回転数の増減を切り換え変えるとともに、主軸４２の調整量を前回の調整量よりも小さくする。これにより、工作機械１００は、主軸４２の回転数を安定範囲Ａに短時間でかつ確実に収めることができ、再生びびり振動を早期に抑制することができる。

なお、上述では、主軸４２の回転数を減少させる方に回転数の調整が行われることで、主軸４２の回転数を安定範囲ＡのローブＡ２に収める例について説明を行ったが、主軸４２の回転数は、増加させる方に調整されてもよい。回転数が減少させる方に調整されることで、工作機械１００は、工具３２の摩耗を防ぐことができる。一方で、ローブＡ１における安定範囲は、ローブＡ２における安定範囲よりも広いので、工作機械１００は、主軸４２の回転数を増加させる方に回転数の調整することで、主軸４２の回転数を安定範囲Ａにより確実に収めることができる。

［Ｄ．主軸４２の回転数の微調整処理］
上述のように、再生びびり振動が発生した場合には、工作機械１００は、主軸４２の回転数を、現在の設定値である第１回転数から、上記式（３）に従って算出された第２回転数に変更する。この調整により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えた場合、工作機械１００は、主軸４２の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、回転数の調整量を「Δｒ１」から「Δｒ２」に減少させる。その後、工作機械１００は、調整前の第１回転数に向かって主軸４２の回転数を所定値「Δｒ２」ずつ逐次的に調整する。このとき、主軸４２の回転数が第１回転数に達しそうなことを示す所定条件（以下、「微調整条件」ともいう。）が満たされたことに基づいて、工作機械１００は、主軸４２の回転数の調整量を所定値「Δ２」よりも小さくする。すなわち、工作機械１００は、微調整条件が満たされるまでは、主軸４２の回転数を大まかに調整し、微調整条件が満たされたことに基づいて、回転数の調整量を前回よりも小さくする。

このような微調整処理が行われることで、工作機械１００は、主軸４２の回転数を安定範囲Ａに確実に収めることができる。また、調整の初期段階において主軸４２の回転数が大まかに調整されることで、調整処理に要する時間が短縮され、工作機械１００は、再生びびり振動をより早期に抑制することができる。また、工作機械１００は、主軸４２の回転数が再生びびり振動が発生していた調整前の第１回転数に調整されることを防止できる。

上記微調整条件には、様々な条件が採用され得る。以下では、微調整条件１，２に基づいた主軸回転数の調整処理について説明を行う。

（Ｄ１．微調整条件１に基づいた調整処理）
図６は、微調整条件１に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。

本具体例においては、工作機械１００は、主軸回転数の増減を逆転させてからの所定値「Δｒ２」ずつの調整を何回行えば主軸回転数が調整前の第１回転数に達するかを算出し、当該算出した回数（以下、「調整可能回数」ともいう。）が所定の閾回数（所定回数）以下である場合に、主軸回転数が第１回転数に達しそうであると判断し、微調整条件１が満たされたと判断する。当該閾回数には、任意の回数が設定され得るが、以下では、当該閾回数に「１回」が設定されている前提で、微調整条件１に基づいた微調整処理について説明を行う。

図６を参照して、主軸４２の回転数「ｒ５」において、再生びびり振動が発生しているとする。これにより、工作機械１００は、現在の回転数「ｒ５」（第１回転数）を記憶し、ステップＳ５における調整処理を実行する。工作機械１００は、ステップＳ５における調整処理により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該回転数が安定範囲Ａを超えたと判断した場合、主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図６の例では、ステップＳ５の調整処理で主軸回転数が安定範囲Ａを超えているので、主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。また、工作機械１００は、主軸４２の調整量を「Δ１」から「Δｒ２」に減少させる。

さらに、工作機械１００は、主軸回転数「ｒ６」からの調整可能回数を算出し、当該調整可能回数に基づいて、微調整条件が満たされたか否かを判断する。より具体的には、工作機械１００は、回転数「ｒ５」から現在の回転数「ｒ６」を差分し、当該差分結果を調整量「Δｒ２」で除算した結果を調整可能回数として算出する。図６の例では、回転数「ｒ６」からの調整可能回数として「３回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数である「１回」よりも大きいので、工作機械１００は、微調整条件が満たされていないと判断する。その結果、工作機械１００は、現在の調整量「Δｒ２」を維持し、主軸回転数を「Δｒ２」増加させる。これにより、ステップＳ６に示されるように、主軸回転数は、「ｒ６」から「ｒ７」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。工作機械１００は、ステップＳ６における調整処理により主軸回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図６の例では、ステップＳ６での調整処理で主軸回転数が安定範囲Ａを超えていないので、主軸回転数の増減を逆転させない。

さらに、工作機械１００は、主軸回転数「ｒ７」からの調整可能回数を算出する。図６の例では、主軸回転数「ｒ７」からの調整可能回数として「２回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数である「１回」よりも大きいので、工作機械１００は、微調整条件が満たされていないと判断する。その結果、工作機械１００は、現在の調整量「Δｒ２」を維持し、主軸回転数を「Δｒ２」増加させる。これにより、ステップＳ７に示されるように、主軸回転数は、「ｒ７」から「ｒ８」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。工作機械１００は、ステップＳ７における調整処理により主軸回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸回転数の増減を前回とは逆転させる。図６の例では、ステップＳ７の調整処理で主軸回転数が安定範囲Ａを超えていないので、主軸回転数の増減を逆転させない。

さらに、工作機械１００は、現在の回転数「ｒ８」からの調整可能回数を算出する。図６の例では、主軸回転数「ｒ８」からの調整可能回数として「１回」が算出される。当該調整可能回数は、閾回数の「１回」以下であるので、工作機械１００は、微調整条件が満たされたと判断する。その結果、工作機械１００は、主軸回転数の調整量を「Δｒ２」から「Δｒ３」に下げる。一例として、「Δｒ３」は、「Δｒ２」の１／２（＝０．５）倍である。これにより、ステップＳ８に示されるように、主軸４２の回転数は、「ｒ８」から「ｒ９」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が収まっていたとする。これにより、工作機械１００は、主軸回転数の調整処理を終了する。

このように、工作機械１００は、再生びびり振動が発生している場合において、主軸回転数が安定範囲Ａを超えない間、所定の調整量「Δｒ２」ずつ主軸回転数を調整する。この調整過程で、残りの調整可能回数が所定の閾回数以下になったことに基づいて、工作機械１００は、微調整条件が満たされたと判断し、主軸回転数の調整量を「Δｒ２」から「Δｒ３」に下げる。このような微調整処理が行われることで、工作機械１００は、主軸回転数を安定範囲Ａに確実かつ早期に収めることができる。

なお、工作機械１００は、調整量「Δｒ２」ずつの調整過程において主軸回転数が安定範囲Ａを再び超えた場合には、主軸回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、主軸回転数の調整量を「Δｒ２」から「Δｒ３」に減少させる。その後、再生びびり振動が継続して発生している場合には、工作機械１００は、主軸回転数が安定範囲Ａを超えない間、所定の調整量「Δｒ３」ずつ主軸回転数を調整する。この調整過程で、残りの調整可能回数が所定の閾回数以下になったことに基づいて、工作機械１００は、微調整条件が満たされたと判断し、調整量を「Δｒ３」からさらに下げる。

（Ｄ２．微調整条件２に基づいた微調整処理）
次に、図７を参照して、微調整処理の他の例について説明する。図７は、微調整条件２に基づいた主軸回転数の微調整処理を説明するための図である。

上述のように、本実施の形態に従う工作機械１００は、再生びびり振動が検知されている間、主軸４２の回転数を所定値「Δｒ２」ずつ調整する。このとき、工作機械１００は、主軸４２の回転数の増減を逆転させてからの所定値「Δｒ２」での調整回数が所定回数（たとえば、３回）を超えたことに基づいて、微調整条件が満たされたと判断する。この判断結果に基づいて、工作機械１００は、主軸４２の回転数の調整量を所定値「Δｒ２」よりも小さくする。このような微調整処理が行われることで、工作機械１００は、主軸４２の回転数を安定範囲Ａに確実かつ早期に収めることができる。

より具体的には、図７を参照して、主軸４２の回転数「ｒ１０」において、再生びびり振動が発生しているとする。これにより、工作機械１００は、ステップＳ１０における調整処理を実行する。工作機械１００は、ステップＳ１０における調整処理により主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて主軸４２の回転数を増加するか減少するかを変える。図７の例では、ステップＳ１０の調整処理で主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えているので、主軸４２の回転数の増減を逆転させる。その結果、ステップＳ１１において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を所定値（たとえば、たとえば、Δｒ２）増加させる。これにより、主軸４２の回転数は、「ｒ１１」から「ｒ１２」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。これにより、ステップＳ１２において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を前回の調整量と同じ分だけ（すなわち、Δｒ２）増加させる。その結果、主軸４２の回転数は、「ｒ１２」から「ｒ１３」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。これにより、ステップＳ１３において、工作機械１００は、主軸４２の回転数を前回の調整量と同じ分だけ（すなわち、Δｒ２）増加させる。その結果、主軸４２の回転数は、「ｒ１３」から「ｒ１４」に調整される。

その後、工作機械１００は、再生びびり振動が生じているか否かを再び判断する。その結果、再生びびり振動が継続して発生していたとする。このとき、工作機械１００は、調整量「Δｒ２」での調整が所定回数（たとえば、３回）を超えたと判断し、微調整条件が満たされたと判断する。この判断結果に基づいて、工作機械１００は、主軸４２の回転数の調整量を前回の調整量「ｒ２」よりも下げる。図７の例では、ステップＳ１４において、主軸４２の回転数の調整量は、「Δｒ２」から「Δｒ３」に下げられている。その結果、主軸４２の回転数は、「ｒ１４」から「ｒ１５」に調整される。

このように、工作機械１００は、再生びびり振動が発生している場合において、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えない間は、前回と同じ分だけ（すなわち、Δｒ２）主軸４２の回転数を増加または減少させ続ける。その後、工作機械１００は、「Δｒ２」での調整回数が所定回数（たとえば、３回）を超えたことに基づいて、当該調整量を「Δｒ２」から「Δｒ３」に減少させる。このような微調整処理が行われることで、工作機械１００は、主軸４２の回転数を安定範囲Ａに確実かつ早期に収めることができる。

［Ｅ．工作機械１００の機能構成］
図８〜図１１を参照して、工作機械１００の機能について説明する。図８は、工作機械１００の機能構成の一例を示す図である。

工作機械１００は、制御装置１０１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。

図８に示されるように、制御装置１０１は、工作機械１００に生じているびびり振動を検知するための振動検知部１５０と、主軸４２の回転数を調整するための調整部１６０とを含む。以下では、振動検知部１５０および調整部１６０の機能について順に説明する。

（Ｅ１．振動検知部１５０）
振動検知部１５０は、ＦＦＴ部１５２と、再生びびり振動検知部１５４とを含む。

ＦＦＴ部１５２は、ワークの加工中において、加速度センサ１１０（図１参照）から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。ＦＦＴ部１５２による周波数分解の結果は、再生びびり振動検知部１５４に出力される。

図９は、ＦＦＴ部１５２による周波数分解の結果の一例を示す図である。図９には、ＦＦＴ部１５２による周波数分解の結果の一例としてスペクトル７０が示されている。

再生びびり振動検知部１５４は、スペクトル７０における信号成分の内、信号強度が最大となる信号成分の周波数を振動周波数として抽出する。その後、再生びびり振動検知部１５４は、当該振動周波数が所定閾値ｔｈを超えている場合に、再生びびり振動を検知する。再生びびり振動検知部１５４は、再生びびり振動を検知した場合には、そのことを調整部１６０に出力する。

なお、詳細については「第２の実施の形態」で説明するが、所定の周波数帯域における振動周波数は、強制びびり振動に起因して発生している可能性がある。そのため、再生びびり振動検知部１５４は、当該所定の周波数帯域を除外した上で、再生びびり振動を検知してもよい。

（Ｅ２．調整部１６０）
再び図８を参照して、調整部は１６０は、第１調整部１６２と、第２調整部１６４と、過度調整判断部１６６とを含む。

第１調整部１６２は、主軸４２の回転数の１回目の調整を行う。より具体的には、第１調整部１６２は、再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って主軸４２の回転数を算出する。当該算出式には、たとえば、上記式（３）のＴｏｂｉａｓの式が採用される。第１調整部１６２は、上記式（３）に従って算出された回転数を目標回転数として後述のサーボドライバ１０６（図１４参照）に出力する。サーボドライバ１０６は、当該目標回転数で主軸４２が回転するように、主軸４２を駆動するサーボモータ１０７（図１４参照）を制御する。

第２調整部１６４は、主軸４２の回転数の２回目以降の調整を行う。より具体的には、第２調整部１６４は、第１調整部１６２による回転数の調整後において再生びびり振動が継続して発生している場合に、主軸４２の回転数を再調整する。このとき、前回の調整で過度調整が行われたか否かに応じて、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数を増加するか減少するかを変える。より具体的には、前回の調整で過度調整が行われた場合には、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。一方で、前回の調整で過度調整が行われていない場合には、第２調整部１６４は、前回の調整と同じように主軸４２の回転数を調整する。

第２調整部１６４は、決定した回転数を目標回転数として後述のサーボドライバ１０６（図１４参照）に出力する。サーボドライバ１０６は、決定した目標回転数で主軸４２が回転するように、主軸４２を駆動する後述のサーボモータ１０７（図１４参照）を制御する。

第２調整部１６４は、再生びびり振動検知部１５４によって再生びびり振動が検知されている間、主軸４２の回転数の調整処理を逐次的に実行し、工具３２または主軸４２に生じている再生びびり振動が検知されなくなった時点で回転数の調整処理を終了する。

好ましくは、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数の調整を所定回数（たとえば、１０回）実行した後に再生びびり振動が未だに発生している場合には、主軸４２の回転数を減少させる方向に安定範囲Ａのローブが存在しないものと判断し、主軸４２の回転数を増加させる方向に安定範囲Ａのローブを探す。そのため、この場合には、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数を初期値よりも上げる。これにより、第２調整部１６４は、初期値よりも大きい方向において安定範囲Ａのローブを探すことができる。

他の局面において、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数の調整を所定回数（たとえば、１０回）実行した後に再生びびり振動が未だに発生している場合、主軸４２の切込み深さを現在よりも浅くする。図５の例では、第２調整部１６４は、主軸４２の切込み深さを初期値である「ｈ」よりも下げる。これにより、主軸４２の回転数が安定範囲に収まる可能性が上がる。

なお、第２調整部１６４は、主軸４２の回転量の調整量が所定閾値以下になった時点で、主軸４２の回転数を減少させる方向に安定範囲Ａのローブが存在しないものと判断してもよい。このように判断した場合、第２調整部１６４は、主軸４２の回転数を増加させる方向に安定範囲Ａのローブを探してもよいし、主軸４２の切込み深さを初期値である「ｈ」よりも下げてもよい。

過度調整判断部１６６は、第１調整部１６２または第２調整部１６４により回転数の過度調整が行われたか否かを判断する。より具体的には、過度調整判断部１６６は、前回の調整により主軸４２の回転数が上述の安定範囲Ａ（図５参照）を超えた場合に、過度調整が行われたと判断する。主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かは、種々の方法で判断される。以下では、図１０および図１１を参照して、過度調整の判断方法について説明する。

図１０は、過度調整判断部１６６による過度調整の判断方法の一例を説明するための図である。

図１０の上のグラフは、主軸４２の回転数とワークの切り込み深さとの関係において再生びびり振動が生じる範囲と生じない範囲とを示す。図１０の下のグラフは、主軸４２の回転数と主軸４２の振動周波数との関係を示す。

図１０に示されるように、主軸４２の振動周波数は、安定範囲ＡのローブＡ１〜Ａ３の頂点の前後で大きく変化する。この点に着目して、過度調整判断部１６６は、主軸４２の回転数の調整前後における主軸４２の振動周波数の比較結果に基づいて、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断する。

図１０の例では、主軸４２の回転数が「ｒ２」から「ｒ３」に調整されることにより、主軸４２の振動周波数が「Δｆ１」変化している。過度調整判断部１６６は、主軸４２の振動周波数の変化量「Δｆ１」が所定閾値以上である場合に、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたと判断し、過度調整が行われたと判断する。一方で、過度調整判断部１６６は、主軸４２の振動周波数の変化量「Δｆ１」が所定閾値よりも小さい場合に、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えていないと判断し、過度調整が行われていないと判断する。図１０の例では、変化量「Δｆ１」が閾値ｔｈよりも大きいので、過度調整判断部１６６は、過度調整が行われたと判断する。

図１１は、過度調整判断部１６６による過度調整の判断方法の他の例を説明するための図である。

図１１に示されるように、上記式（２）の「ｋ」の整数部分（すなわち、［ｋ］）は、安定範囲ＡのローブＡ１〜Ａ３の頂点の前後で変化する。以下では、「ｋ」の整数部分を次数ともいう。過度調整判断部１６６は、主軸４２の回転数の調整前後において次数が変化したか否かに基づいて、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたか否かを判断する。

図１１の例では、主軸４２の回転数が「ｒ２」から「ｒ３」に調整されることにより、次数が「ｍ」から「ｍ＋１」に変化している（ｍ：整数）。この場合、過度調整判断部１６６は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えたと判断し、過度調整が行われたと判断する。一方で、主軸４２の回転数の調整前後において次数が変化していない場合には、過度調整判断部１６６は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えていないと判断し、過度調整が行われていないと判断する。

［Ｆ．工作機械１００の制御構造］
図１２および図１３を参照して、工作機械１００の制御構造について説明する。図１２は、上述の微調整条件１に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。図１３は、上述の微調整条件２に基づいた主軸回転数の調整処理を表わすフローチャートである。図１２および図１３の処理は、工作機械１００の制御装置１０１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。

（Ｆ１．微調整条件１に基づいた調整処理）
まず、図１２を参照して、微調整条件１に基づいた調整処理の制御フローについて説明する。

ステップＳ１１０において、制御装置１０１は、上述の調整部１６０（図８参照）として、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。再生びびり振動の検知方法については図９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。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Ｓ１１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２０に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置１０１は、図１２に示される調整処理を終了する。

ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、図１２に示される調整処理が開始されてからの１回目の調整であるか否かを判断する。制御装置１０１は、１回目の調整であると判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２２に切り替える。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Ｓ１３０に切り替える。

ステップＳ１２２において、制御装置１０１は、上述の第１調整部１６２（図８参照）として、所定の算出式に従って主軸４２の回転数「ｎ’」を算出する。当該算出式には、たとえば、上記式（３）のＴｏｂｉａｓの式が採用される。

上記式（３）に示される「［ｋ］」は、上記式（２）に基づいて算出されてもよいが、下記式（４）に基づいて算出されてもよい。

［ｋ］＝［６０・ｆ_ｃ／（ｎ_０・Ｎ）］＋ｄｉｒ・・・（４）
式（４）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の振動によって生じる加工面の波数を表わす。「ｆ_ｃ」は、主軸４２の振動周波数を表わす。「Ｎ」は、切削工具の刃数を表わす。「ｎ_０」は、主軸４２の回転数を表わす。「［６０・ｆ_ｃ／（ｎ_０・Ｎ）］」は、「６０・ｆ_ｃ／（ｎ_０・Ｎ）」の整数部分を表わす。「ｄｉｒ」は、０または１の値である。主軸４２の回転数を上げる場合、「ｄｉｒ」は０に設定される。主軸４２の回転数を下げる場合、「ｄｉｒ」は１に設定される。

ステップＳ１２４において、制御装置１０１は、主軸４２の回転数の調整量「Δｎ」を算出する。調整量「Δｎ」は、ステップＳ１２２で算出された回転数「ｎ’」から現在の回転数「ｎ」を減算することにより算出される。

ステップＳ１２６において、制御装置１０１は、上述の調整部１６０（図８参照）として、主軸４２の回転数を現在の設定値である回転数「ｎ」から回転数「ｎ’」に変更する。

ステップＳ１３０において、制御装置１０１は、上述の過度調整判断部１６６（図８参照）として、主軸４２の回転数が前回の調整により安定範囲Ａ（図５参照）を超えたか否かを判断する。当該判断方法については図１０および図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。制御装置１０１は、主軸４２の回転数が前回の調整により安定範囲Ａを超えたと判断した場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１３０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１３６に切り替える。

ステップＳ１３２において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４（図８参照）として、下記式（５）に基づいて主軸４２の回転数「ｎ’」を算出する。

ｎ’＝ｎ−Δｎ・ａ・・・（５）
式（５）に示される「ｎ’」は、調整後の回転数を表わす。「ｎ」は、現在の回転数を表わす。「Δｎ」は、前回の回転数の調整量を表わす。「ａ」は、０より大きく、１より小さい係数である。係数「ａ」は、ステップＳ１３２の処理が実行される度に小さく設定される。一例として、１回目においては、係数「ａ」は、１／４に設定される。

ステップＳ１３４において、制御装置１０１は、主軸４２の回転数の調整量「Δｎ」を算出する。調整量「Δｎ」は、ステップＳ１３２で算出された回転数「ｎ’」から現在の回転数「ｎ」を減算することにより算出される。

ステップＳ１３５において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、現在の主軸４２の回転数「ｎ」を後述の記憶装置１２０（図１４参照）に記憶する。

ステップＳ１３６において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸回転数の増減を逆転させてからの逐次調整を何回行えば主軸回転数がステップＳ１３５で記憶した回転数に達するかを算出する。一例として、制御装置１０１は、ステップＳ１３５で記憶した回転数から現在の回転数を差分し、当該差分結果を現在の調整量で除算した結果を調整可能回数として算出する。なお、調整可能回数が前回に算出されている場合には、制御装置１０１は、前回の調整可能回数から１を引いた結果を新たな調整可能回数として算出してもよい。

ステップＳ１３７において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、上述の微調整条件１が満たされたか否かを判断する。本例においては、制御装置１０１は、ステップＳ１３６で算出した調整可能回数が所定の閾回数（たとえば、１回）以下である場合に、微調整条件１が満たされたと判断する。制御装置１０１は、ステップＳ１３６で算出した調整可能回数が所定の閾回数以下であると判断した場合（ステップＳ１３７においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１３８に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１３７においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１４０に切り替える。

ステップＳ１３８において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸４２の回転数の調整量「Δｎ」を前回の調整量「Δｎ」よりも小さくする。このとき、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸４２の回転数の調整回数「ｃ」を初期化する。調整回数「ｃ」は、たとえば、「１」に初期化される。一例として、制御装置１０１は、下記式（６）に基づいて、調整量「Δｎ」を小さくする。

Δｎ＝Δｎ・ｂ・・・（６）
式（６）に示される左辺の「Δｎ」は、今回の回転数の調整量を表わす。式（６）に示される右辺の「Δｎ」は、前回の回転数の調整量を表わす。「ｂ」は、０より大きく、１より小さい係数である。一例として、係数「ｂ」は、１／２（＝０．５）である。

ステップＳ１４０において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、下記式（７）に基づいて主軸４２の回転数「ｎ’」を算出する。

ｎ’＝ｎ＋Δｎ・・・（７）
式（７）に示される「ｎ’」は、調整後の回転数を表わす。「ｎ」は、現在の回転数を表わす。「Δｎ」は、前回の回転数の調整量を表わす。

ステップＳ１４２において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸４２の回転数の調整回数「ｃ」をインクリメントする。

（Ｆ２．微調整条件２に基づいた調整処理）
次に、図１３を参照して、上述の微調整条件２に基づいた調整処理の制御フローについて説明する。なお、図１３では、ステップＳ１３５Ａ，１３７Ａの処理が図１２とは異なり、ステップＳ１４２の処理が図１２から追加されており、ステップＳ１３６の処理が図１２から削除されている。図１３に示される他の処理については図１２と同じであるので、以下では、ステップＳ１３５Ａ，Ｓ１３７Ａ，Ｓ１４２以外の処理の説明については繰り返さない。

ステップＳ１３５Ａにおいて、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸４２の回転数の調整回数「ｃ」を初期化する。調整回数「ｃ」は、主軸４２の回転数の調整回数をカウントするための変数である。調整回数「ｃ」は、たとえば、「１」に初期化される。

ステップＳ１３７Ａにおいて、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、上述の微調整条件２が満たされたか否かを判断する。本例においては、制御装置１０１は、主軸回転数の調整回数「ｃ」が所定回数（たとえば、３回）を超えた場合に、微調整条件２が満たされたと判断する。制御装置１０１は、主軸回転数の調整回数「ｃ」が所定回数を超えたと判断した場合（ステップＳ１３７ＡにおいてＹＥＳ）、制御をステップＳ１３８に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１３７ＡにおいてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１４０に切り替える。

ステップＳ１４２において、制御装置１０１は、上述の第２調整部１６４として、主軸４２の回転数の調整回数「ｃ」をインクリメントする。

［Ｇ．工作機械１００のハードウェア構成］
図１４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１４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４２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、サーボドライバ１０６と、サーボモータ１０７と、入力インターフェイス１０９と、加速度センサ１１０と、記憶装置１２０とを含む。

制御装置１０１は、工作機械１００の加工プログラム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、加工プログラム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に加工プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、加工プログラム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、当該通信端末から加工プログラム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。

サーボドライバ１０６は、制御装置１０１から目標回転数の入力を受け、主軸４２が目標回転数で回転するようにサーボモータ１０７を制御する。より具体的には、サーボドライバ１０６は、サーボモータ１０７のエンコーダ（図示しない）の出力信号から主軸４２の回転数を算出し、当該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１０７の回転数を上げ、当該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１０７の回転数を下げる。このように、サーボドライバ１０６は、主軸４２の回転数のフィードバックを逐次的に受けながら主軸４２の回転数を目標回転数に近付ける。

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、またはユーザーの操作を受け付けることが可能なその他の装置である。

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加工プログラム１２２、加工プログラム１２２で参照される設定値１２４（たとえば、主軸４２の回転数）などを格納する。加工プログラム１２２および設定値１２４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、キャッシュメモリなど）、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。

加工プログラム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加工プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、加工プログラム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つのサーバーが加工プログラム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。

［Ｈ．利点］
以上のようにして、本実施の形態に従う工作機械１００は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えるまでは、主軸４２の回転数を所定量ずつ減少する。主軸４２の回転数が安定範囲Ａを超えると、工作機械１００は、主軸４２の回転数の増減を前回の調整とは逆転させるとともに、前回の調整量よりも今回の調整量を少なくする。工作機械１００は、主軸４２の回転数が安定範囲Ａに収まった時点で主軸４２の回転数の調整処理を終了する。

工作機械１００は、このように主軸４２の回転数を逐次的に調整することで、主軸４２の回転数を安定範囲Ａに短時間でかつ確実に収めることができ、再生びびり振動を短時間でかつ確実に抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態に従う工作機械１００は、再生びびり振動を抑制するために主軸４２の回転数を調整していた。これに対して、第２の実施の形態に従う工作機械１００は、再生びびり振動と強制びびり振動との両方を抑制するために主軸４２の回転数を調整する。

第２の実施の形態に従う工作機械１００のハードウェア構成などその他の点については第１の実施の形態に従う工作機械１００と同じであるので、以下では、それらの説明については繰り返さない。

強制びびり振動の周波数は、工具３２の刃数と主軸４２の回転数とに基づいて算出され得る。より具体的には、強制びびり振動の周波数は、下記式（８）に基づいて算出され得る。

ｆ＝ｎ_０・Ｎ／６０・・・（８）
上記式（８）に示される「ｎ_０」は、主軸４２の回転数を表わす。「Ｎ」は、工具３２の刃数を表わす。

主軸４２の振動周波数が周波数「ｆ」の整数倍に一致するとき、工作機械１００は、強制びびり振動が発生していると判断する。一方で、びびり振動が発生している状況下で、主軸４２の振動周波数が周波数「ｆ」の整数倍に一致しないときには、工作機械１００は、再生びびり振動が発生していると判断する。

図９の例では、周波数「ｆ」の整数倍に一致しない信号成分の信号強度が閾値ｔｈを超えているので、工作機械１００は、再生びびり振動が発生していると判断する。一方で、周波数「ｆ」の整数倍（たとえば、「ｍ−１」倍、「ｍ」倍、「ｍ＋１」倍）における信号成分の信号強度が所定閾値を超えている場合には、工作機械１００は、強制びびり振動が発生していると判断する。

強制びびり振動が発生しているということは、工具３２の振動周波数が工具３２の固有振動数に合致しているということを意味する。主軸４２の回転数が変わると、工具３２の振動周波数が変わり、工具３２の振動周波数が工具３２の固有振動数に一致しなくなる。この点に着目して、強制びびり振動が発生している場合には、工作機械１００は、主軸４２の回転数を逐次的に増加または減少さる。その際、上述の安定範囲Ａ（図５参照）の範囲内で主軸４２の回転数を調整する必要がある。工作機械１００は、安定範囲Ａの範囲内で主軸４２の回転数を調整することで、強制びびり振動および再生びびり振動の両方を抑えることができる。

以下では、図１５を参照して、強制びびり振動の抑制処理について説明する。図１５は、強制びびり振動の抑制処理を説明するための図である。図１５には、図５に示されるローブＡ２の拡大図が示されている。

ステップＳ２０において、工作機械１００は、再生びびり振動を抑制するために、主軸４２の回転数を「ｒ２０」から「ｒ２１」に調整したとする。これにより、主軸４２の回転数は、安定範囲Ａに収まり、再生びびり振動が抑制される。

しかしながら、上述したように、主軸４２の振動周波数が上記式（８）に示される周波数「ｆ」の整数倍に一致するときには、強制びびり振動が発生しやすい。そのような強制びびり振動が発生しやすい領域が図１５では、不安定範囲Ｄとして示されている。図１５の例では、ステップＳ２０での調整処理により、主軸４２の回転数は、不安定範囲Ｄに属している。

ステップＳ２０において、工作機械１００は、再生びびり振動を抑制するための回転数の調整量「Δｒ３」よりも小さい調整量「Δｒ４」で主軸４２の回転数を再調整する。このとき、工作機械１００は、主軸４２の回転数を「Δｒ４」増加してもよいし、主軸４２の回転数を「Δｒ４」減少してもよい。図１５の例では、工作機械１００は、主軸４２の回転数を「Δｒ４」減少している。調整量「Δｒ４」が調整量「Δｒ３」よりも小さく設定されることで、工作機械１００は、安定範囲Ａの範囲内で主軸４２の回転数を微調整することができ、強制びびり振動および再生びびり振動の両方を抑えることができる。

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。

１２ ベッド、１４，１６ 柱部材、１８ サドル、２１ コラム、２２，２２ｓ，２２ｔ 側部、２３ 頂部、２６ テーブル、２７ パレット、２９，２９ｓ，２９ｔ 回転機構部、３０ マガジン、３１ マガジン本体部、３２ 工具、３２Ａ，３２Ｂ 刃、３３ 台部材、３４ 工具保持部、３５ スプロケット、３６ 自動工具交換装置、３７ ダブルアーム、４１ 主軸頭、４２ 主軸、４３ ハウジング、５０ 境界線、７０ スペクトル、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、１０６ サーボドライバ、１０７ サーボモータ、１０９ 入力インターフェイス、１１０ 加速度センサ、１２０ 記憶装置、１２２ 加工プログラム、１２４ 設定値、１３０ ディスプレイ、１３１ 入力デバイス、１５０ 振動検知部、１５２ ＦＦＴ部、１５４ 再生びびり振動検知部、１６０ 調整部、１６２ 第１調整部、１６４ 第２調整部、１６６ 過度調整判断部。

Claims (12)

1. ワークまたは工具を回転するための主軸と、
   前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサと、
   前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するための振動検知部と、
   前記主軸の回転数を調整するための調整部とを備え、
   前記調整部は、
   前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整し、
   前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第２回転数から所定値ずつ逐次的に調整し、
   前記主軸の回転数の調整前後で前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えた場合、前記主軸の回転数の調整量の増減を逆転させるとともに、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくし、
   前記主軸の回転数が前記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくし、
   前記主軸の回転数の逐次的な調整により前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知されなくなった時点で前記主軸の回転数の調整処理を終了する、工作機械。
2. 前記調整部は、前記主軸の回転数の増減を逆転させてからの前記所定値ずつの調整を何回行えば前記主軸の回転数が前記第１回転数に達するかを算出し、当該算出した回数が所定回数以下である場合に、前記所定条件が満たされたと判断する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記調整部は、前記主軸の回転数の増減を逆転させてからの前記所定値ずつの調整回数が所定回数を超えた場合に前記所定条件が満たされたと判断する、請求項１に記載の工作機械。
4. 前記調整部は、
   前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えていないと判断した場合、前記主軸の回転数を所定の第１値減少させ、
   前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えたと判断した場合、前記主軸の回転数を所定の第２値増加させ、
   前記第２値は、前記第１値よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
5. 前記調整部は、前記主軸の回転数の調整前後における前記振動周波数の比較結果に基づいて、前記主軸の回転数が前記安定範囲を超えたか否かを判断する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
6. 前記調整部は、前記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合、前記主軸の回転数を前記第１回転数よりも上げる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 前記調整部は、前記主軸の回転数の調整を所定回数実行した後において前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合、前記工具による前記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の工作機械。
8. 前記調整部は、前記主軸の回転数の調整量が所定の閾値以下になった後において、前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合、前記工具による前記ワークの切込み深さを現在よりも浅くする、請求項４に記載の工作機械。
9. 前記振動検知部は、前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている強制びびり振動をさらに検知し、
   前記調整部は、前記主軸の回転数の調整により前記再生びびり振動が検知されなくなった場合において、前記強制びびり振動が検知されたときに、前記再生びびり振動を抑制するための前記調整量よりも小さい調整量で当該回転数を再調整する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
10. ワークまたは工具を回転するための主軸と、
    前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサと、
    前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するための振動検知部と、
    前記主軸の回転数を調整するための調整部とを備え、
    前記調整部は、
    前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整し、
    前記工具の第１の刃が前記ワークに接触してから前記工具の第２の刃が前記ワークに接触するまでの間に前記主軸または前記工具の振動によって生じる加工面の波数を算出し、
    前記主軸の回転数の調整前後において前記波数の整数部分が変化したか否かに基づいて、前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えたか否かを判断し、当該判断結果に応じて前記回転数を増加するか減少するかを変え、
    前記振動検知部によって前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第２回転数から所定値ずつ調整し、前記主軸の回転数が前記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくする、工作機械。
11. 工作機械による加工方法であって、
    前記工作機械は、
    ワークまたは工具を回転するための主軸と、
    前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備え、
    前記加工方法は、
    前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、
    前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整するステップと、
    前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第２回転数から所定値ずつ逐次的に調整するステップと、
    前記主軸の回転数の調整前後で前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えた場合、前記主軸の回転数の調整量の増減を逆転させるとともに、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップと、
    前記主軸の回転数が前記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップと、
    前記調整するステップでの前記主軸の回転数の調整により前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されなくなった時点で前記主軸の回転数の調整処理を終了するステップとを備える、加工方法。
12. 工作機械による加工プログラムであって、
    前記工作機械は、
    ワークまたは工具を回転するための主軸と、
    前記主軸または前記工具の振動周波数を検知するためのセンサとを備え、
    前記加工プログラムは、前記工作機械に、
    前記振動周波数に基づいて、前記主軸または前記工具に生じている再生びびり振動を検知するステップと、
    前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知された場合に、所定の算出式に従って前記主軸の回転数を現在の設定値である第１回転数から第２回転数に調整するステップと、
    前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されている間、前記主軸の回転数を前記第２回転数から所定値ずつ逐次的に調整するステップと、
    前記主軸の回転数の調整前後で前記主軸の回転数が前記再生びびり振動の生じない安定範囲を超えた場合、前記主軸の回転数の調整量の増減を逆転させるとともに、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップと、
    前記主軸の回転数が前記第１回転数に達しそうなことを示す所定条件が満たされたことに基づいて、前記主軸の回転数の調整量を前記所定値よりも小さくするステップと、
    前記調整するステップでの前記主軸の回転数の調整により前記検知するステップで前記再生びびり振動が検知されなくなった時点で前記主軸の回転数の調整処理を終了するステップとを実行させる、加工プログラム。

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