JP6843313B1 - 制御システム - Google Patents

Abstract

数値制御装置（１）は、ワーク（２４）に対して工具（２５）を相対的に移動させながら切削加工を行う工作機械（２）を制御する。数値制御装置（１）は、ワーク（２４）に対する工具（２５）の移動経路に沿って、ワーク（２４）に対して工具（２５）を振動させるための振動条件が入力される振動条件入力部（１０）と、振動条件に従った振動を伴う切削が、ワーク（２４）の断続的な切削であって細分された切り屑をワーク（２４）から生じさせる断続切削に該当するか否かを振動条件に基づいて判定する断続切削判定部（１２）とを備える。

Description

本開示は、切削加工を行う工作機械を制御する制御システムに関する。

ワークに対して工具を相対的に移動させることによってワークの切削加工を行う工作機械が知られている。かかる工作機械では、切削加工によって生じる切り屑がワークまたは工具に絡まることを抑制するために、細分された切り屑が生じるように、ワークに対して工具を振動させる方法が用いられることがある。ワークまたは工具への切り屑の絡まりが抑制されることによって、ワークまたは工具から切り屑を除去する作業を少なくすることができる。また、絡まった切り屑によってワークに傷が付くことが抑制されるため、加工品質が向上する。

特許文献１には、主軸の回転によってワークを回転させながら、ワークに対して工具を少なくとも２軸方向に移動させる制御装置に関し、ワークに対する工具の移動経路に沿って工具を振動させることが開示されている。特許文献１にかかる制御装置は、ワークに対して工具を移動させるための位置指令と主軸の回転角度とを基に、工具を振動させるための揺動指令を生成する。また、特許文献１にかかる制御装置は、位置指令と、工具またはワークの位置を示すフィードバック値とから得られる位置偏差に基づいて、揺動指令を補正する。

特許文献１にかかる制御装置では、工具の前進量と後退量、前進速度、および後退速度といった、工具を振動させるための具体的なデータが登録されたテーブルが不要である。特許文献１にかかる制御装置は、切削加工におけるさまざまな加工条件に対応するテーブルを作成する手間を無くすことができる。特許文献１にかかる制御装置は、工作機械の加工条件が変更された場合に、工具を振動させるための指令を、変更後の加工条件に対応するように容易に変更することができる。

特開２０１７−１８２３３６号公報

上記特許文献１にかかる従来技術によると、生成された揺動指令によって、細分された切り屑が生じるか否かが判定されていない。従来技術にかかる制御装置の場合、揺動指令の補正においてフィードバック値が必要であることから、試し加工が行われなければ、生成された揺動指令について、細分された切り屑を確実に生じさせることが可能か否かを判定することができない。このため、従来技術によると、制御装置は、細分された切り屑を生じさせる制御を可能とするために手間を要するという課題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、切削加工において、細分された切り屑を生じさせる制御を容易に実現可能とする制御システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる制御システムは、ワークに対して工具を相対的に移動させながら切削加工を行う工作機械と、工作機械を制御する数値制御装置と、表示装置とを備える。数値制御装置は、ワークに対する工具の移動経路に沿って、ワークに対して工具を振動させるための振動条件が入力される振動条件入力部と、振動条件に従った振動を伴う切削が、ワークの断続的な切削であって細分された切り屑をワークから生じさせる断続切削に該当するか否かを振動条件に基づいて判定する断続切削判定部とを備える。表示装置は、断続切削判定部による判定結果を表示する判定情報表示部と、振動条件のうち変更可能な条件として指定される変更可能条件が入力される変更入力部と、変更可能条件のうち断続切削が可能な範囲を算出する断続切削条件計算部とを備える。

本開示にかかる制御システムは、切削加工において、細分された切り屑を生じさせる制御を容易に実現できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図 図１に示す制御システムに含まれる工作機械による切削加工について説明するための図 図１に示す制御システムに含まれる工作機械における工具の振動について説明するための図 実施の形態１にかかる数値制御装置の動作手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる数値制御装置が有する断続切削判定部における判定について説明するための図 実施の形態１にかかる数値制御装置が有する振動条件補正部による処理の手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図 実施の形態２にかかる数値制御装置において保持される動剛性情報の例を示す図 実施の形態２にかかる数値制御装置が有する振動条件補正部による処理の手順を示すフローチャート 実施の形態３にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図 図１０に示す制御システムが有する表示装置における表示例を示す図 実施の形態４にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図 実施の形態１から４にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す図

以下に、実施の形態にかかる制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図である。制御システムは、実施の形態１にかかる数値制御装置１と、切削加工を行う工作機械２と、工作機械２を駆動する駆動部３とを有する。数値制御装置１は、加工プログラム５０の実行によって工作機械２を制御する。工作機械２は、切削加工のための工具２５をワーク２４に対して相対的に移動させながらワーク２４を切削する。

数値制御装置１は、振動条件が入力される振動条件入力部１０と、加工プログラム５０が入力される加工プログラム入力部１１と、断続切削が行われるか否かを判定する断続切削判定部１２と、振動条件入力部１０へ入力された振動条件を補正する振動条件補正部１３と、指令値を生成する指令値生成部１４とを有する。断続切削については後述する。

振動条件入力部１０には、ワーク２４に対する工具２５の移動経路に沿って、ワーク２４に対して工具２５を振動させるための振動条件が入力される。振動条件入力部１０は、入力された振動条件を表す振動条件情報５１を断続切削判定部１２と振動条件補正部１３とへ出力する。加工プログラム入力部１１は、入力された加工プログラム５０を断続切削判定部１２と指令値生成部１４とへ出力する。

断続切削判定部１２は、振動条件に従った振動を伴う切削が断続切削に該当するか否かを、振動条件に基づいて判定する。断続切削は、ワーク２４の断続的な切削であって、細分された切り屑をワーク２４から生じさせる切削である。断続切削判定部１２は、判定結果を表す判定情報５２を振動条件補正部１３へ出力する。

振動を伴う切削が断続切削に該当しないことを示す判定情報５２が振動条件補正部１３に入力された場合、振動条件補正部１３は、振動を伴う切削が断続切削となるような振動条件を求める。振動条件補正部１３は、振動条件を求めた結果に基づいて振動条件情報５１を補正する。振動条件補正部１３が振動条件情報５１を補正した場合、振動条件補正部１３は、補正された振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。

一方、振動を伴う切削が断続切削に該当することを示す判定情報５２が振動条件補正部１３に入力された場合、振動条件補正部１３は、振動条件情報５１の補正をスキップする。振動条件補正部１３は、振動条件情報５１の補正をスキップした場合、補正されていない振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。

指令値生成部１４は、加工プログラム５０と振動条件情報５３とに基づいて軸指令値５４を生成する。軸指令値５４は、主軸モータ２２とサーボモータ２３とを制御するための指令である。指令値生成部１４は、生成された軸指令値５４を駆動部３へ出力する。

工作機械２は、主軸２０と、駆動軸２１と、主軸モータ２２と、サーボモータ２３とを有する。主軸２０は、主軸モータ２２が発生させた駆動力を受けて回転する。ワーク２４は、主軸２０とともに回転する。駆動軸２１は、サーボモータ２３が発生させた駆動力を受けて工具２５を直進駆動する。

駆動部３は、主軸モータ２２を制御するサーボアンプである主軸サーボ制御部３０と、サーボモータ２３を制御するサーボアンプである駆動軸サーボ制御部３１とを有する。主軸サーボ制御部３０は、軸指令値５４に基づいて、主軸モータ２２へ主軸モータ電流５５を出力する。主軸モータ２２は、主軸モータ電流５５に従って主軸２０を駆動する。駆動軸サーボ制御部３１は、軸指令値５４に基づいて、サーボモータ２３へサーボモータ電流５６を出力する。サーボモータ２３は、サーボモータ電流５６に従って駆動軸２１を駆動する。

工作機械２は、主軸モータ２２が発生させる駆動力によってワーク２４を回転させるとともに、サーボモータ２３が発生させる駆動力によって工具２５を移動させる。工作機械２は、加工プログラム５０に従って、ワーク２４を回転させるとともに工具２５を移動させることによって、ワーク２４を切削する。

実施の形態１において、ワーク２４に対する工具２５の移動とは、ワーク２４に対する工具２５の相対的な移動を指す。工作機械２は、ワーク２４と工具２５とのうちの少なくとも一方を移動させることによって、ワーク２４に対して工具２５を相対的に移動させる。すなわち、工作機械２は、ワーク２４を移動させず工具２５を移動させても、工具２５を移動させずワーク２４を移動させても良い。工作機械２は、ワーク２４と工具２５との双方を移動させても良い。工作機械２は、ワーク２４を直進駆動するための駆動軸２１を有しても良い。工作機械２は、工具２５を回転させることによってワーク２４を切削しても良い。工作機械２は、ドリル加工またはミリング加工といった、回転工具の使用による切削加工を行っても良い。

図２は、図１に示す制御システムに含まれる工作機械による切削加工について説明するための図である。Ｘ軸とＺ軸とは、互いに垂直な軸である。ワーク２４の中心線２６は、主軸２０の回転中心と一致する。Ｚ軸の方向は、中心線２６の方向と同じである。工具２５は、ＺＸ面内においてワーク２４に対して移動しながら、回転しているワーク２４の表面を切削する。図２に示す破線矢印は、ワーク２４に対する工具２５の移動経路を表す。

工作機械２は、工具２５の移動経路に沿って、工具２５を振動させる。移動経路に沿って振動するとは、移動経路内の区間において往復する動作である。移動経路のうち直線の区間では、工具２５は当該直線に沿って往復する。移動経路のうち曲線の区間では、工具２５は当該曲線に沿って往復する。工作機械２は、サーボモータ２３が発生させる駆動力によって工具２５を振動させる。工作機械２は、工具２５を振動させながら、移動経路に沿って工具２５を移動させる。図２に示す両矢印は、工具２５を振動させる方向を表す。

実施の形態１において、ワーク２４に対する工具２５の振動とは、ワーク２４に対する工具２５の相対的な振動を指す。工作機械２は、ワーク２４と工具２５とのうちの少なくとも一方を振動させることによって、ワーク２４に対して工具２５を相対的に振動させる。すなわち、工作機械２は、ワーク２４を振動させずに工具２５を振動させても、工具２５を振動させずにワーク２４を振動させても良い。工作機械２は、ワーク２４と工具２５との双方を振動させても良い。

図３は、図１に示す制御システムに含まれる工作機械における工具の振動について説明するための図である。図３に示すグラフにおいて、横軸は主軸２０の回転角度を表す。縦軸はワーク２４における工具２５の位置であって、Ｚ軸方向における位置を表す。図３に示す白抜き矢印は、工具２５の送り方向を表す。送り方向は、ワーク２４に対して工具２５が移動する方向であって、Ｚ軸方向である。

工具２５は、送り方向へ移動しながら、移動経路に沿って振動する。移動経路に沿って工具２５が振動するとともに、ワーク２４が回転することによって、工具２５は、ワーク２４の表面において、正弦曲線状の軌跡を描いて移動する。以下の説明では、かかる軌跡を、振動軌跡と称する。振動軌跡は、図３に示すグラフにより表すことができる。図３には、主軸２０が１回転する間における工具２５の振動数が１．５回である場合における振動軌跡を示している。

振動軌跡は、主軸２０の回転速度「Ｓ」と、工具２５の送り速度「Ｆ」と、振動の振幅「Ａ」と、振動の角周波数「ω」とによって定まる。回転速度「Ｓ」は、単位時間当たりに主軸２０が回転する回数である。回転速度「Ｓ」の単位は、例えば「ｒ／ｍｉｎ」である。送り速度「Ｆ」は、主軸２０が１回転する間における、ワーク２４に対する工具２５の送り量である。送り速度「Ｆ」の単位は、例えば「ｍｍ／ｒ」である。以下の説明では、送り速度「Ｆ」を、送り量「Ｆ」と称することがある。振幅「Ａ」は、ワーク２４に対して工具２５が振動する振幅を表す。振幅「Ａ」の単位は、例えば「ｍｍ」である。角周波数「ω」は、ワーク２４に対する工具２５の振動における角周波数である。角周波数「ω」の単位は、例えば「ｒａｄ／ｓ」である。

図３に示すように、時刻「ｔ（ｎ）」における主軸２０の回転角度が０度とする。時刻「ｔ（ｎ）」は、基準時刻からある長さの時間「ｎ」が経過したときの時刻である。基準時刻は、任意の時刻であって、例えば、ワーク２４の切削加工を開始した時刻である。主軸２０は、時刻「ｔ（ｎ）」から時刻「ｔ（ｎ＋１）」において１回転する。振動軌跡６０は、時刻「ｔ（ｎ）」から時刻「ｔ（ｎ＋１）」における工具２５の移動を表す振動軌跡である。

主軸２０の回転角度は、時刻「ｔ（ｎ＋１）」において０度に戻る。主軸２０は、時刻「ｔ（ｎ＋１）」から時刻「ｔ（ｎ＋２）」において１回転する。振動軌跡６１は、時刻「ｔ（ｎ＋１）」から時刻「ｔ（ｎ＋２）」における工具２５の移動を表す振動軌跡である。

工具２５が振動軌跡６１において移動する間において、振動軌跡６１上の位置が振動軌跡６０上の位置よりも送り方向へ進んだ位置であるときに、工具２５は、ワーク２４を切削する。ここで、基準時刻における工具２５の位置を基準位置、基準位置と振動軌跡６１上の位置との距離を距離「ｄ（ｎ＋１）」、基準位置と振動軌跡６０上の位置との距離を距離「ｄ（ｎ）」とする。振動軌跡６１上の位置が振動軌跡６０上の位置よりも送り方向へ進んだ位置であるとは、距離「ｄ（ｎ＋１）」と距離「ｄ（ｎ）」との差である「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が正の値であることを表す。工作機械２は、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が正の値であるときに、ワーク２４を切削する。

「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」は、切削によって生じる切り屑の厚さに相当する。以下の説明において、切り屑厚さ「Ｄ」は、切削加工によってワーク２４から生じる切り屑の厚さであって、送り方向における厚さを表す。

「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が負の値であるときに、工具２５は、工具２５が振動軌跡６０を通ったときに切削が行われた領域を通る。「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が負の値であるときに、ワーク２４の切削は中断される。図３においてハッチングを付した領域は、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が負の値となる領域を表している。工作機械２は、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が正の値となるときの切削と、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が負の値となるときの切削中断とを繰り返すことによって、断続切削を行う。工作機械２は、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が負の値となるときに切り屑を分断させることによって、細分された切り屑を生じさせる。

数値制御装置１は、振動軌跡６０と振動軌跡６１とに位相差を生じさせることによって、断続切削を実現させる。なお、振動軌跡６０の位相と振動軌跡６１の位相とが互いに一致する場合、「ｄ（ｎ＋１）−ｄ（ｎ）」が常に一定となる。この場合、切り屑は分断されず、ワーク２４は連続的に切削される。

工作機械２は、細分された切り屑を生じさせることによって、ワーク２４または工具２５への切り屑の絡まりを抑制させる。工作機械２は、切り屑の絡まりを抑制させることによって、ワーク２４または工具２５から切り屑を除去する作業を少なくすることができる。また、絡まった切り屑によってワーク２４に傷が付くことが抑制されるため、工作機械２による加工品質が向上する。

次に、数値制御装置１による動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる数値制御装置の動作手順を示すフローチャートである。

工作機械２を使用する作業者は、振動条件入力部１０へ振動条件を入力する。振動条件入力部１０へは、振動条件である、振幅「Ａ」、角周波数「ω」、回転速度「Ｓ」および送り量「Ｆ」の各値が入力される。これにより、ステップＳ１において、数値制御装置１は、振動条件のデータを取得する。振動条件のデータは、振幅「Ａ」、角周波数「ω」、回転速度「Ｓ」および送り量「Ｆ」の各値である。振動条件入力部１０は、入力された振動条件のデータを含む振動条件情報５１を、断続切削判定部１２と振動条件補正部１３とに出力する。なお、実施の形態１において、数値制御装置１によって取得される振動条件のデータには、振幅「Ａ」、角周波数「ω」、回転速度「Ｓ」および送り量「Ｆ」の各値のうちの少なくとも１つが含まれていれば良い。振動条件のデータには、それ以外の値が含まれても良い。

ステップＳ２において、数値制御装置１は、振動条件に従った振動を伴う切削が、断続切削に該当するか否かを判定する。断続切削判定部１２は、断続切削が行われるか否かを、振動条件情報５１に基づいて判定する。

ここで、断続切削判定部１２による処理の詳細について説明する。切り屑厚さ「Ｄ」は、次の式（１）により表される。

Ｆ＋Ａｓｉｎ（ωｔ）は、上記振動軌跡６１を表す。Ａｓｉｎ（ωｔ−ω１）は、上記振動軌跡６０を表す。Ａｓｉｎ（ωｔ）とＡｓｉｎ（ωｔ−ω１）とは、一定の振幅および一定の周期で増減を繰り返す関数である。上記式（１）によると、切り屑厚さ「Ｄ」は、振動軌跡６１から振動軌跡６０を差し引くことによって算出される。「ｔ」は、任意の時刻を表す。「ω１」は、振動軌跡６０と振動軌跡６１との位相差を表す。このように、断続切削判定部１２は、工具２５の振動軌跡６０，６１を表す関数を含む上記式（１）を使用して、切り屑厚さ「Ｄ」を算出する。

位相差「ω１」は、次の式（２）により表される。

断続切削判定部１２は、振動条件情報５１に基づいて、切り屑厚さ「Ｄ」を算出する。断続切削判定部１２は、切り屑厚さ「Ｄ」の算出結果のうちの最小値がゼロ未満である場合、切り屑の分断がある、すなわち断続切削が行われると判定する。断続切削判定部１２は、切り屑厚さ「Ｄ」の算出結果のうちの最小値がゼロ以上である場合、切り屑の分断が無い、すなわち断続切削が行われないと判定する。このように、断続切削判定部１２は、厚さの算出結果がゼロ未満である場合に、振動を伴う切削が断続切削に該当と判定する。

ここで、切り屑厚さ「Ｄ」の最小値を求める方法について説明する。上記式（１）と、三角関数の和関の公式とに基づいて、次の式（３）が得られる。

上記式（３）において、切り屑厚さ「Ｄ」が最小値である場合、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝の値は「１」または「−１」である。よって、断続切削判定部１２は、次の式（４）または（５）を満たす位相差「ω１」が存在するか否かによって、断続切削が行われるか否かを判定することができる。式（４）は、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝＝１が成り立つ場合を表す。式（５）は、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝＝−１が成り立つ場合を表す。

上記式（４）へ上記式（２）が代入されることによって、次の式（６）が得られる。上記式（５）へ上記式（２）が代入されることによって、次の式（７）が得られる。

上記式（６）を満たすか否か、または、上記式（７）を満たすか否かは、例えば、次に説明する幾何学的な解法を用いて判定可能である。図５は、実施の形態１にかかる数値制御装置が有する断続切削判定部における判定について説明するための図である。

図５に示す円は、点（ｃｏｓ（３０ω／Ｓ），ｓｉｎ（３０ω／Ｓ））の集合である単位円である。上記式（７）を満たす角度「３０ω／Ｓ」を第１の解とすると、範囲「Ｒ１」は、第１の解が存在する角度範囲である。上記式（６）を満たす角度「３０ω／Ｓ」を第２の解とすると、範囲「Ｒ２」は、第２の解が存在する角度範囲である。なお、振幅「Ａ」と送り量「Ｆ」とは一般にゼロ以上であるため、振幅「Ａ」または送り量「Ｆ」が負の値である場合については考慮されなくても良い。

断続切削判定部１２は、振動条件情報５１に従った振動を伴う切削が断続切削に該当するか否かを、上記式（６）および（７）に基づいて判定する。断続切削判定部１２は、判定結果を示す判定情報５２を、振動条件補正部１３へ出力する。

上記式（１）によると、断続切削判定部１２は、関数と定数との加算または減算を含む演算によって切り屑厚さ「Ｄ」を算出する。関数は、一定の振幅および一定の周期で増減を繰り返す関数である。一定の振幅が決定される条件には、振動の振幅「Ａ」が含まれる。一定の周期が決定される条件には、振動の角周波数「ω」が含まれる。定数が決定される条件には、送り量「Ｆ」が含まれる。

上記式（１）によると、切り屑厚さ「Ｄ」の算出において、振動は正弦波として表される。断続切削判定部１２は、振動を余弦波として表して、切り屑厚さ「Ｄ」を算出しても良い。断続切削判定部１２は、オイラーの公式を利用して三角関数を複素数へ変換し、複素数を使用する演算によって切り屑厚さ「Ｄ」を算出しても良い。

振動を伴う切削が断続切削に該当しない場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、数値制御装置１は、ステップＳ３へ手順を進める。ステップＳ３において、数値制御装置１は、振動条件を補正する。振動を伴う切削が断続切削に該当しないことを示す判定情報５２が振動条件補正部１３へ入力されると、振動条件補正部１３は、振動条件情報５１を補正する。この場合、振動条件補正部１３は、補正された振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。その後、数値制御装置１は、後述するステップＳ４へ手順を進める。

一方、振動を伴う切削が断続切削に該当する場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、数値制御装置１は、ステップＳ４へ手順を進める。振動を伴う切削が断続切削に該当することを示す判定情報５２が振動条件補正部１３へ入力されると、振動条件補正部１３は、振動条件情報５１の補正をスキップする。この場合、振動条件補正部１３は、補正されていない振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。

ここで、振動条件補正部１３による処理の詳細について説明する。図６は、実施の形態１にかかる数値制御装置が有する振動条件補正部による処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、振動条件補正部１３は、振動条件情報５１に含まれる値である振幅「Ａ」の値と送り量「Ｆ」の値とが、Ｆ／２Ａ＞１を満たすか否かを判定する。Ｆ／２Ａ＞１を満たす場合は上記式（６）および（７）は実数解を持たないことから、振動条件補正部１３は、振動条件を補正する際にかかる判定を行う。

Ｆ／２Ａ＞１を満たす場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、振動条件補正部１３は、手順をステップＳ１２へ進める。一方、Ｆ／２Ａ＞１を満たさない場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、振動条件補正部１３は、後述するステップＳ１３へ手順を進める。

ステップＳ１２において、振動条件補正部１３は、Ｆ／２Ａ＜１が満たされるように振動条件を変更する。振動条件補正部１３は、振幅「Ａ」の値を、Ｆ／２Ａ＜１を満たすことが可能な値まで大きくする。または、振動条件補正部１３は、送り量「Ｆ」の値を、Ｆ／２Ａ＜１を満たすことが可能な値まで小さくする。ステップＳ１２において、振動条件の変更は、振幅「Ａ」の値を大きくする変更、または、送り量「Ｆ」の値を小さくする変更である。振動条件補正部１３は、振幅「Ａ」と送り量「Ｆ」とを変更しても良い。振動条件補正部１３は、振幅「Ａ」と送り量「Ｆ」との少なくとも一方を変更した後、ステップＳ１３へ手順を進める。

ステップＳ１３において、振動条件補正部１３は、振幅「Ａ」の値、角周波数「ω」の値、回転速度「Ｓ」の値および送り量「Ｆ」の値が、上記式（６）または上記式（７）を満たすか否かを判定する。上記式（６）と上記式（７）とのどちらも満たさない場合（ステップＳ１３，Ｎｏ）、振動条件補正部１３は、ステップＳ１４へ手順を進める。一方、上記式（６）と上記式（７）との少なくとも一方を満たす場合（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、振動条件補正部１３は、後述するステップＳ１７へ手順を進める。

ステップＳ１４において、振動条件補正部１３は、角周波数「ω」の値と回転速度「Ｓ」の値とが、３０ω／Ｓ≧０を満たすか否かを判定する。３０ω／Ｓ≧０を満たす場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、振動条件補正部１３は、ステップＳ１５において、次の式（８）が満たされるように振動条件を変更する。振動条件補正部１３は、式（８）が満たされるように、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方を変更する。

一方、３０ω／Ｓ≧０を満たさない場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、振動条件補正部１３は、ステップＳ１６において、次の式（９）が満たされるように振動条件を変更する。振動条件補正部１３は、式（９）が満たされるように、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方を変更する。

ステップＳ１５とステップＳ１６とにおいて、振動条件の変更は、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方の変更である。ステップＳ１５またはステップＳ１６において、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方を変更した後、振動条件補正部１３は、ステップＳ１７へ手順を進める。

振動条件補正部１３は、上述するようにステップＳ１１からステップＳ１６までにおいて振動条件を変更することによって、切り屑厚さ「Ｄ」の算出結果がゼロ未満となるように、振動条件情報５１を補正する。ステップＳ１７において、振動条件補正部１３は、補正された振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。これにより、振動条件補正部１３は、図６に示す手順による処理を終了する。

図４に示すステップＳ４において、数値制御装置１は、軸指令値５４を生成する。指令値生成部１４には、加工プログラム５０と振動条件情報５３とが入力される。指令値生成部１４は、加工プログラム５０と振動条件情報５３とに基づいて、軸指令値５４を生成する。

軸指令値５４は、主軸モータ２２を制御するための指令と、サーボモータ２３を制御するための指令とを含む。主軸モータ２２を制御するための指令は、角度指令または速度指令である。サーボモータ２３を制御するための指令は、位置指令または速度指令である。指令値生成部１４は、生成された軸指令値５４を駆動部３へ出力する。振動条件情報５３に基づいて出力される軸指令値５４は、主軸モータ２２を制御するための指令とサーボモータ２３を制御するための指令とのうち少なくとも一方を含むものであれば良い。数値制御装置１は、軸指令値５４を出力することによって、図４に示す手順による動作を終了する。

なお、数値制御装置１において、回転速度「Ｓ」と送り量「Ｆ」とは、振動条件入力部１０への入力によって取得されるものに限られない。回転速度「Ｓ」と送り量「Ｆ」とは、加工プログラム５０に記述される加工条件に含まれている場合がある。この場合、断続切削判定部１２は、回転速度「Ｓ」と送り量「Ｆ」との少なくとも一方を加工プログラム５０から読み出しても良い。すなわち、断続切削判定部１２は、回転速度「Ｓ」と送り量「Ｆ」とのうちの少なくとも１つである加工条件と、入力された振動条件とに基づいて、断続切削が行われるか否かを判定する。

実施の形態１によると、数値制御装置１は、振動条件が入力され、振動条件に従った振動を伴う切削が断続切削に該当するか否かを振動条件に基づいて判定する。数値制御装置１は、工具２５を振動させるための具体的なデータが登録されたテーブルをあらかじめ保持しなくても良い。数値制御装置１は、さまざまな加工条件に対応するテーブルを作成する手間を無くすことができる。数値制御装置１は、加工条件が変更された場合に、変更後の加工条件に対応するように軸指令値５４を容易に変更することができる。また、数値制御装置１は、加工中に取得されるフィードバック値を使用せずに、断続切削が可能か否かを判定することができる。断続切削が可能か否かを判定するための試し加工が不要である。以上により、数値制御装置１は、切削加工において、細分された切り屑を生じさせる制御を容易に実現できるという効果を奏する。

実施の形態１では、サーボモータ２３が発生させた駆動力を工具２５へ伝達させる機構において、工具２５を振動させる際にゲインの低下が無いものとしている。すなわち、実施の形態１において、数値制御装置１は、サーボモータ２３から工具２５までの機構を剛体とみなして、断続切削が行われるか否かを判定する。次に説明する実施の形態２では、サーボモータ２３から工具２５までの機構におけるゲインの低下を考慮して、断続切削が行われるか否かを判定する場合について説明する。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図である。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。制御システムは、実施の形態２にかかる数値制御装置１Ａと、切削加工を行う工作機械２と、工作機械２を駆動する駆動部３とを有する。

数値制御装置１Ａは、動剛性情報５７を保持する動剛性保持部１５を有する。また、数値制御装置１Ａは、振動条件入力部１０と、加工プログラム入力部１１と、指令値生成部１４と、断続切削判定部１６と、振動条件補正部１７とを有する。断続切削判定部１６による処理は、実施の形態１の断続切削判定部１２による処理とは異なる。振動条件補正部１７による処理は、実施の形態１の振動条件補正部１３による処理とは異なる。

動剛性情報５７は、工具２５を駆動するモータであるサーボモータ２３と工具２５とを含む機構の動剛性を表す情報である。サーボモータ２３と工具２５とを含む機構の動剛性があらかじめ測定されることによって、動剛性保持部１５に動剛性情報５７が保持される。

動剛性保持部１５は、駆動軸動剛性を表す伝達関数を記憶する。伝達関数「ＦＲＦ１（ｓ）」は、ＦＲＦ１（ｓ）＝Ｘｔ（ｓ）／Ｘｓ（ｓ）の関係式により得られる。「Ｘｓ（ｓ）」は、サーボモータ２３の位置を表す。「Ｘｔ（ｓ）」は、工具２５の位置を表す。「ｓ」はラプラス演算子である。駆動軸動剛性は、離散的な周波数伝達関数により表すことができる。例えば、サーボモータ２３をスイープ加振させるサーボモータ電流５６をサーボモータ２３に流し、その際における位置「Ｘｓ（ｓ）」と位置「Ｘｔ（ｓ）」とがサンプリングされる。周波数領域において位置「Ｘｓ（ｓ）」と位置「Ｘｔ（ｓ）」とを比較することによって、離散的な周波数伝達関数が得られる。

動剛性情報５７には、周波数ごとの伝達関数「ＦＲＦ１（ｓ）」におけるゲイン「Ｇ（ｆ）」が少なくとも含まれる。「ｆ」は、軸指令値５４により表される振動の周波数を表す。動剛性情報５７は、断続切削判定部１６と振動条件補正部１７とへ読み出される。ゲイン「Ｇ（ｆ）」は、工具２５の実際の振動における振幅と、軸指令値５４により表される振動における振幅との比である。ゲイン「Ｇ（ｆ）」の値は、周波数「ｆ」によって異なる値である。

図８は、実施の形態２にかかる数値制御装置において保持される動剛性情報の例を示す図である。動剛性情報５７は、周波数「ｆ」のデータとゲイン「Ｇ（ｆ）」のデータとが格納されたテーブルである。テーブルの１列目には、１Ｈｚから１００Ｈｚまで、１Ｈｚごとの周波数「ｆ」の値が格納される。テーブルの２列目には、周波数「ｆ」の各々に対応するゲイン「Ｇ（ｆ）」の値が格納される。動剛性保持部１５からは、このようなテーブルの形でゲイン「Ｇ（ｆ）」が読み出される。

次に、断続切削判定部１６による処理の詳細について説明する。断続切削判定部１６は、断続切削が行われるか否かを、振動条件情報５１と動剛性情報５７とに基づいて判定する。

切り屑厚さ「Ｄ」は、次の式（１０）により表される。

Ｆ＋Ｇ（ｆ）Ａｓｉｎ（ωｔ）は、上記振動軌跡６１を表す。Ｇ（ｆ）Ａｓｉｎ（ωｔ−ω１）は、上記振動軌跡６０を表す。上記式（１０）によると、切り屑厚さ「Ｄ」は、振動軌跡６１から振動軌跡６０を差し引くことによって算出される。上記式（１０）において、振動軌跡６１と振動軌跡６０との各々には、ゲイン「Ｇ（ｆ）」が乗算されている。これにより、断続切削判定部１６は、軸指令値５４に基づいてサーボモータ２３が駆動することによる工具２５の振動を正確に算出することができる。

振動軌跡６０と振動軌跡６１との位相差である位相差「ω１」は、次の式（１１）により表される。

断続切削判定部１６は、振動条件情報５１と動剛性情報５７とに基づいて、切り屑厚さ「Ｄ」を算出する。断続切削判定部１６は、切り屑厚さ「Ｄ」の最小値がゼロ未満である場合、切り屑の分断がある、すなわち断続切削が行われると判定する。断続切削判定部１６は、切り屑厚さ「Ｄ」の最小値がゼロ以上である場合、切り屑の分断が無い、すなわち断続切削が行われないと判定する。

ここで、切り屑厚さ「Ｄ」の最小値を求める方法について説明する。上記式（１０）と、三角関数の和関の公式とに基づいて、次の式（１２）が得られる。

上記式（１２）において、切り屑厚さ「Ｄ」が最小値である場合、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝の値は「１」または「−１」である。よって、断続切削判定部１６は、次の式（１３）または（１４）を満たす位相差「ω１」が存在するか否かによって、断続切削が行われるか否かを判定することができる。式（１３）は、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝＝１が成り立つ場合を表す。式（１４）は、ｃｏｓ｛（２ωｔ−ω１）／２｝＝−１が成り立つ場合を表す。

実施の形態２では、断続切削判定部１６は、角周波数「ω」で振動する工具２５について、角周波数「ω」に対応するゲイン「Ｇ（ｆ）」の値を動剛性情報５７から取得する。周波数「ｆ」と角周波数「ω」とには、次の式（１５）の関係が成立する。

上記式（１１）と上記式（１５）とが上記式（１３）へ代入されることによって、次の式（１６）が得られる。上記式（１１）と上記式（１５）とが上記式（１４）へ代入されることによって、次の式（１７）が得られる。なお、断続切削判定部１６は、図８に示すテーブルを参照することにより、周波数「ｆ」に対応するゲイン「Ｇ（ｆ）」を算出することができる。

断続切削判定部１６は、振動条件情報５１に従った振動を伴う切削が断続切削に該当するか否かを判定する。断続切削判定部１６は、判定結果を示す判定情報５２を、振動条件補正部１７へ出力する。

上記式（１０）によると、断続切削判定部１６は、関数と定数との加算または減算を含む演算によって切り屑厚さ「Ｄ」を算出する。関数は、一定の振幅および一定の周期で増減を繰り返す関数である。一定の振幅が決定される条件には、振動の振幅「Ａ」とゲイン「Ｇ（ｆ）」とが含まれる。一定の周期が決定される条件には、振動の角周波数「ω」が含まれる。定数が決定される条件には、送り量「Ｆ」が含まれる。

次に、振動条件補正部１７による処理の詳細について説明する。振動を伴う切削が断続切削に該当しないことを示す判定情報５２が振動条件補正部１７へ入力されると、振動条件補正部１７は、振動条件情報５１を補正する。この場合、振動条件補正部１７は、補正された振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。

一方、振動を伴う切削が断続切削に該当することを示す判定情報５２が振動条件補正部１７へ入力されると、振動条件補正部１７は、振動条件情報５１の補正をスキップする。この場合、振動条件補正部１７は、補正されていない振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。

図９は、実施の形態２にかかる数値制御装置が有する振動条件補正部による処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、振動条件補正部１７は、振動条件情報５１に含まれる値である振幅「Ａ」の値と送り量「Ｆ」の値とが、Ｆ／２Ａ＞１を満たすか否かを判定する。Ｆ／２Ａ＞１を満たす場合は上記式（１６）および（１７）は実数解を持たないことから、振動条件補正部１７は、振動条件を補正する際にかかる判定を行う。

Ｆ／２Ａ＞１を満たす場合（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、振動条件補正部１７は、手順をステップＳ２２へ進める。一方、Ｆ／２Ａ＞１を満たさない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、振動条件補正部１７は、後述するステップＳ２３へ手順を進める。

ステップＳ２２において、振動条件補正部１７は、Ｆ／２Ａ＜１が満たされるように振動条件を変更する。振動条件補正部１７は、振幅「Ａ」の値を、Ｆ／２Ａ＜１を満たすことが可能な値まで大きくする。または、振動条件補正部１７は、送り量「Ｆ」の値を、Ｆ／２Ａ＜１を満たすことが可能な値まで小さくする。ステップＳ２２において、振動条件の変更は、振幅「Ａ」の値を大きくすること、または、送り量「Ｆ」の値を小さくすることである。振動条件補正部１７は、振幅「Ａ」と送り量「Ｆ」とを変更しても良い。振動条件補正部１７は、振幅「Ａ」と送り量「Ｆ」との少なくとも一方を変更した後、ステップＳ２３へ手順を進める。

ステップＳ２３において、振動条件補正部１７は、振幅「Ａ」の値、角周波数「ω」の値、回転速度「Ｓ」の値および送り量「Ｆ」の値が、上記式（１６）または上記式（１７）を満たすか否かを判定する。上記式（１６）と上記式（１７）とのどちらも満たさない場合（ステップＳ２３，Ｎｏ）、振動条件補正部１３は、ステップＳ２４へ手順を進める。一方、上記式（１６）と上記式（１７）との少なくとも一方を満たす場合（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）、振動条件補正部１３は、後述するステップＳ２５へ手順を進める。

ステップＳ２４において、振動条件補正部１７は、次の式（１８）が満たされるように振動条件を変更する。振動条件補正部１７は、式（１８）を満たす角周波数「ω」の値と回転速度「Ｓ」の値とを検索する。これにより、振動条件補正部１７は、式（１８）が満たされるように、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方を変更する。ステップＳ２４において、振動条件の変更は、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方の変更である。

実施の形態２では、ゲイン「Ｇ（ω／２π）」の値は、図８に示すテーブルの参照によって得られる値であることから、ゲイン「Ｇ（ω／２π）」は非線形かつ不連続な要素である。このため、微分を利用した、角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の求解は行い得ない。そこで、振動条件補正部１７は、例えば、シンプレックス法といった探索的な方法を用いて、周波数「ω」と回転速度「Ｓ」との少なくとも一方を変更する。角周波数「ω」および回転速度「Ｓ」の少なくとも一方を変更した後、振動条件補正部１７は、ステップＳ２５へ手順を進める。

振動条件補正部１７は、上述するようにステップＳ２１からステップＳ２４までにおいて振動条件を変更することによって、切り屑厚さ「Ｄ」の算出結果がゼロ未満となるように、振動条件情報５１を補正する。ステップＳ２５において、振動条件補正部１７は、補正された振動条件情報５１である振動条件情報５３を指令値生成部１４へ出力する。これにより、振動条件補正部１７は、図９に示す手順による処理を終了する。

振動条件補正部１７は、サーボモータ２３から工具２５までの機構における動剛性の影響によるゲイン「Ｇ（ｆ）」の低下を考慮して、切り屑厚さ「Ｄ」の算出結果がゼロ未満となるように、振動条件情報５１を補正する。振動条件補正部１７は、ゲイン「Ｇ（ｆ）」の低下を考慮して、断続切削を可能にさせるように振動条件を補正することができる。

実施の形態２によると、数値制御装置１Ａは、動剛性情報５７を保持する動剛性保持部１５を有する。断続切削判定部１６は、サーボモータ２３から工具２５までの機構における動剛性の影響によるゲイン「Ｇ（ｆ）」の低下を考慮して、断続切削が行われるか否かを判定することができる。数値制御装置１Ａは、サーボモータ２３から工具２５までの機構が剛体ではなく、ゲイン「Ｇ（ｆ）」が低下する場合であっても、断続切削が行われるか否かを正確に判定することができる。

実施の形態３．
上記の実施の形態１では、数値制御装置１は、振動条件補正部１３において、判定情報５２を基に振動条件を補正する。実施の形態３では、断続切削が可能な振動条件の範囲が表示装置に表示され、作業者によって振動条件が選択されることによって振動条件を補正する場合について説明する。

図１０は、実施の形態３にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図である。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。制御システムは、実施の形態３にかかる数値制御装置１Ｂと、切削加工を行う工作機械２と、工作機械２を駆動する駆動部３と、表示装置４とを有する。

数値制御装置１Ｂは、振動条件入力部１０と、加工プログラム入力部１１と、断続切削判定部１８と、指令値生成部１９とを有する。断続切削判定部１８による処理は、実施の形態１の断続切削判定部１２による処理と、実施の形態２の断続切削判定部１６による処理とのいずれとも異なる。指令値生成部１９による処理は、実施の形態１または２の指令値生成部１４による処理とは異なる。

表示装置４は、変更可能条件のうち断続切削が可能な範囲を算出する断続切削条件計算部４０と、断続切削判定部１８による判定結果を表示する判定情報表示部４１と、断続切削条件計算部４０によって算出された範囲を表す情報を表示する断続切削条件表示部４２と、変更可能条件が入力される変更入力部４３と、補正条件が入力される補正条件入力部４４とを有する。変更可能条件については後述する。

断続切削判定部１８は、振動を伴う切削が断続切削に該当しないと判定した場合、断続切削に該当しないことを示す判定情報５２を判定情報表示部４１へ出力する。断続切削判定部１８は、振動条件情報５１を指令値生成部１９へ出力する。判定情報表示部４１は、振動条件入力部１０へ入力された振動条件では断続切削を行うことができないことを表示する。

作業者は、判定情報表示部４１による表示を確認すると、入力された振動条件のうち変更可能な条件を、変更入力部４３へ入力する。作業者は、振幅「Ａ」、角周波数「ω」、回転速度「Ｓ」および送り量「Ｆ」の各条件の中から、変更しても良いと判断した条件を、変更入力部４３への入力によって指定する。実施の形態３において、変更可能条件とは、振動条件のうち、変更可能な条件として作業者によって指定された条件である。

ここで、変更入力部４３へ入力された変更可能条件が振幅「Ａ」であったものとして、表示装置４による処理について説明する。変更入力部４３は、作業者によって入力された変更可能条件を表す変更条件情報７０を断続切削条件計算部４０へ出力する。断続切削条件計算部４０は、上記式（６）および（７）を満たす振幅「Ａ」の解の範囲を算出する。この例では、変更可能条件が振幅「Ａ」であることから、上記式（６）を基に、振幅「Ａ」の解の範囲を表す次の式（１９）が得られる。また、上記式（７）を基に、振幅「Ａ」の解の範囲を表す次の式（２０）が得られる。なお、振動「Ａ」は負の値とはなり得ないため、解の範囲には、Ａ＞０の制限が付される。

断続切削条件計算部４０は、上記式（１９）または（２０）を満たす振幅「Ａ」の範囲を表す切削条件情報７１を断続切削条件表示部４２へ出力する。断続切削条件表示部４２は、切削条件情報７１に基づいて、断続切削を可能にする振動「Ａ」の解の範囲を表示する。この例では、表示される解の範囲は１つの変数についての範囲であるため、断続切削条件表示部４２は、具体的な数値を用いて解の範囲を表示する。

作業者は、断続切削条件表示部４２による表示を確認すると、表示された解の範囲の中から振幅「Ａ」の値を決定し、決定した値を補正条件入力部４４へ入力する。このように、補正条件入力部４４には、補正後の振幅「Ａ」の値が入力される。補正条件入力部４４は、補正後の振幅「Ａ」の値を含む振動条件情報７２を指令値生成部１９へ出力する。振動条件情報７２は、補正された振動条件を表す。指令値生成部１９は、加工プログラム５０と、振動条件情報５１と、振動条件情報７２とに基づいて軸指令値５４を生成する。

上記する説明は、変更入力部４３へ入力された変更可能条件が１つであった場合の例である。変更入力部４３へ入力される変更可能条件は２つであっても良い。ここで、変更入力部４３へ入力された変更可能条件が、回転速度「Ｓ」と振幅「Ａ」とであった場合について説明する。

断続切削条件計算部４０は、上記式（１９）または（２０）を満たす、回転速度「Ｓ」の範囲と振幅「Ａ」の範囲とを算出する。断続切削条件計算部４０は、回転速度「Ｓ」の当該範囲と振幅「Ａ」の当該範囲とを表す切削条件情報７１を断続切削条件表示部４２へ出力する。

断続切削条件表示部４２は、断続切削を可能にする、回転速度「Ｓ」の解の範囲と振動「Ａ」の解の範囲とを、切削条件情報７１に基づいて表示する。この例では、表示される解の範囲は２つの変数についての範囲であるため、断続切削条件表示部４２は、２次元平面によって解の範囲を表現する。

図１１は、図１０に示す制御システムが有する表示装置における表示例を示す図である。図１１には、断続切削条件表示部４２に表示される画面の例であって、２つの変更可能条件についての範囲の表示例を示している。画面には、２つの変数についての解の範囲を表示する表示領域８０が設けられる。表示領域８０における横軸は、第１の変数である回転速度「Ｓ」を表す。表示領域８０における縦軸は、第２の変数である振幅「Ａ」を表す。表示領域８０のうちハッチングを付した領域は、断続切削が可能である回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の範囲を表す。表示領域８０のうち白抜きの領域は、断続切削が可能ではない回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の範囲を表す。

また、画面には、補正前の振動条件の内容を表示する欄８１と、補正後の振動条件の内容を表示する欄８２とが設けられる。欄８１には、振動条件入力部１０へ入力された振動条件情報５１の内容が表示される。欄８２のうち、補正された振動条件である振幅「Ａ」および回転速度「Ａ」については、補正条件入力部４４へ入力された振動条件情報７２の内容が表示される。欄８２のうち、補正されていない振動条件である角周波数「ω」および送り量「Ｆ」については、振動条件情報５１の内容が表示される。

まず、断続切削条件表示部４２は、振動条件情報５１に含まれる回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の各値を表すマーク８３を表示領域８０に表示する。作業者は、表示領域８０を確認すると、断続切削が可能である回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の範囲の中から、回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の任意の各値を補正条件入力部４４へ入力する。

例えば、ポインティングデバイスの操作によって表示領域８０内にてポインタを移動させ、かつポインティングデバイスをクリックすることによって、補正条件入力部４４には、回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の各値が入力される。断続切削条件表示部４２は、補正条件入力部４４へ入力された回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の各値を表すマーク８４を表示領域８０に表示する。なお、補正条件入力部４４には、回転速度「Ｓ」および振幅「Ａ」の各値が手動により入力されても良い。図１１に示す例における振動条件の補正は、振幅「Ａ」が「０．１５」から「０．１」へ減らされ、かつ回転速度「Ｓ」が「６５０」から「９００」へ増やされる補正である。

補正条件入力部４４は、補正後の回転速度「Ｓ」の値と補正後の振幅「Ａ」の値とを含む振動条件情報７２を指令値生成部１９へ出力する。このように、表示装置４は、変更入力部４３へ入力された変更可能条件が２つである場合において、２つの変更可能条件についての範囲を分かり易く表示することができる。

実施の形態３によると、制御システムは、表示装置４において判定情報５２を表示することによって、断続切削が可能であるか否かを作業者に提示することができる。表示装置４は、変更可能条件のうち断続切削が可能な範囲を算出し、算出された範囲を表す情報を表示する。制御システムは、振動条件入力部１０へ入力された振動条件では断続切削が可能ではない場合に、断続切削が可能な振動条件を作業者に提示することができる。作業者は、試行錯誤により振動条件を探索しなくても、工作機械２に断続切削を行わせることができる。作業者は、加工前の準備を効率良く進めることができる。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４にかかる数値制御装置を含む制御システムを示す図である。実施の形態４では、制御システムは、実施の形態３と同様の構成と、実施の形態２の動剛性保持部１５とを有する。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。

実施の形態４にかかる数値制御装置１Ｃは、振動条件入力部１０と、加工プログラム入力部１１と、動剛性保持部１５と、断続切削判定部１８と、指令値生成部１９とを有する。断続切削判定部１８による処理は、実施の形態３の断続切削判定部１８による処理とは異なる。断続切削条件計算部４０による処理は、実施の形態３の断続切削条件計算部４０による処理とは異なる。

断続切削判定部１８は、断続切削が行われるか否かを、振動条件情報５１と動剛性情報５７とに基づいて判定する。断続切削判定部１８による処理は、実施の形態２の断続切削判定部１６による処理と同様である。断続切削判定部１８は、上記式（１６）または（１７）を満たす場合に、振動を伴う切削が断続切削に該当すると判定する。

断続切削判定部１８は、振動を伴う切削が断続切削に該当しない判定した場合、断続切削に該当しないことを示す判定情報５２を判定情報表示部４１へ出力する。断続切削判定部１８は、振動条件情報５１を指令値生成部１９へ出力する。判定情報表示部４１は、振動条件入力部１０へ入力された振動条件では断続切削を行うことができないことを表示する。

実施の形態３と同様に、作業者は、判定情報表示部４１による表示を確認すると、入力された振動条件のうち変更可能な条件を、変更入力部４３へ入力する。作業者は、振幅「Ａ」、角周波数「ω」、回転速度「Ｓ」および送り量「Ｆ」の各条件の中から、変更しても良いと判断した条件を、変更入力部４３への入力によって指定する。

ここで、変更入力部４３へ入力された変更可能条件が振幅「Ａ」であったものとして、表示装置４による処理について説明する。変更入力部４３は、作業者によって入力された変更可能条件を表す変更条件情報７０を断続切削条件計算部４０へ出力する。

断続切削条件計算部４０は、振動条件情報５１と動剛性情報５７とを基に得られる上記式（１６）または（１７）を満たす振幅「Ａ」の解の範囲を算出する。この例では、変更可能条件が振幅「Ａ」であることから、上記式（１６）を基に、振幅「Ａ」の解の範囲を表す次の式（２１）が得られる。また、上記式（１７）を基に、振幅「Ａ」の解の範囲を表す次の式（２２）が得られる。なお、振動「Ａ」は負の値とはなり得ないため、解の範囲には、Ａ＞０の制限が付される。

断続切削条件計算部４０は、上記式（２１）または（２２）を満たす振幅「Ａ」の範囲を表す切削条件情報７１を断続切削条件表示部４２へ出力する。断続切削条件表示部４２は、切削条件情報７１に基づいて、断続切削を可能にする振動「Ａ」の解の範囲を表示する。断続切削条件表示部４２は、実施の形態３と同様に、２つの変更可能条件についても、断続切削を可能にする解の範囲を表示することができる。

実施の形態４によると、数値制御装置１Ｃは、実施の形態３の場合と同様の効果を得ることができる。また、数値制御装置１Ｃは、実施の形態２の場合と同様に、サーボモータ２３から工具２５までの機構が剛体ではなくゲインが低下する場合であっても断続切削が行われるか否かを正確に判定することができる。制御システムは、振動条件入力部１０へ入力された振動条件では断続切削が可能ではない場合に、断続切削が可能な振動条件を作業者に提示することができる。

次に、実施の形態１から４にかかる数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃが有するハードウェア構成について説明する。図１３は、実施の形態１から４にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す図である。図１３には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによって数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。

数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、加工プログラム５０に従って工作機械２を制御するためのプログラムである制御プログラムがインストールされたコンピュータシステムである。数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、各種処理を実行するプロセッサ９１と、内蔵メモリであるメモリ９２と、数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃへの情報の入力と数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃからの情報の出力のためのインタフェース回路９３と、情報を記憶する記憶装置９４と、情報が入力される入力装置９５とを有する。

プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ９１は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）であっても良い。メモリ９２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）である。

記憶装置９４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）である。コンピュータを数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃとして機能させる制御プログラムは、記憶装置９４に格納される。プロセッサ９１は、記憶装置９４に格納されているプログラムをメモリ９２に読み出して実行する。入力装置９５は、キーボードまたはポインティングデバイスといった機器である。インタフェース回路９３は、駆動部３および表示装置４との通信を行う。

制御プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、記憶媒体に記録された制御プログラムをメモリ９２へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。

数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける、断続切削判定部１２，１６，１８、振動条件補正部１３，１７および指令値生成部１４，１９の各機能は、プロセッサ９１とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ９１およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ９１、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶装置９４に格納される。

数値制御装置１Ａ，１Ｃにおける動剛性保持部１５の機能は、記憶装置９４の使用により実現される。数値制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける、振動条件入力部１０および加工プログラム入力部１１の各機能は、入力装置９５の使用により実現される。

表示装置４の機能は、図１３に示すハードウェア構成と同様のハードウェア構成の使用により実現される。表示装置４は、図１３に示す構成要素と、情報を表示するディスプレイとを有する。断続切削条件計算部４０の機能は、プロセッサ９１とソフトウェアの組み合わせによって実現される。断続切削条件計算部４０の機能は、プロセッサ９１およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ９１、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。変更入力部４３および補正条件入力部４４の各機能は、入力装置９５の使用により実現される。判定情報表示部４１および断続切削条件表示部４２の各機能は、ディスプレイの使用により実現される。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 数値制御装置、２ 工作機械、３ 駆動部、４ 表示装置、１０ 振動条件入力部、１１ 加工プログラム入力部、１２，１６，１８ 断続切削判定部、１３，１７ 振動条件補正部、１４，１９ 指令値生成部、１５ 動剛性保持部、２０ 主軸、２１ 駆動軸、２２ 主軸モータ、２３ サーボモータ、２４ ワーク、２５ 工具、２６ 中心線、３０ 主軸サーボ制御部、３１ 駆動軸サーボ制御部、４０ 断続切削条件計算部、４１ 判定情報表示部、４２ 断続切削条件表示部、４３ 変更入力部、４４ 補正条件入力部、５０ 加工プログラム、５１，５３，７２ 振動条件情報、５２ 判定情報、５４ 軸指令値、５５ 主軸モータ電流、５６ サーボモータ電流、５７ 動剛性情報、６０，６１ 振動軌跡、７０ 変更条件情報、７１ 切削条件情報、８０ 表示領域、８１，８２ 欄、８３，８４ マーク、９１ プロセッサ、９２ メモリ、９３ インタフェース回路、９４ 記憶装置、９５ 入力装置。

Claims (14)

1. ワークに対して工具を相対的に移動させながら切削加工を行う工作機械と、
   前記工作機械を制御する数値制御装置と、
   表示装置と、を備える制御システムであって、
   前記数値制御装置は、
   前記ワークに対する前記工具の移動経路に沿って、前記ワークに対して前記工具を振動させるための振動条件が入力される振動条件入力部と、
   前記振動条件に従った振動を伴う切削が、前記ワークの断続的な切削であって細分された切り屑を前記ワークから生じさせる断続切削に該当するか否かを前記振動条件に基づいて判定する断続切削判定部と、を備え、
   前記表示装置は、
   前記断続切削判定部による判定結果を表示する判定情報表示部と、
   前記振動条件のうち変更可能な条件として指定される変更可能条件が入力される変更入力部と、
   前記変更可能条件のうち前記断続切削が可能な範囲を算出する断続切削条件計算部と、を備えることを特徴とする制御システム。
2. 前記振動条件は、前記振動の振幅と、前記ワークを回転させる主軸の回転速度と、前記工具の送り速度と、前記振動の角周波数とのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記断続切削判定部は、前記振動条件と、前記工作機械を制御するための加工プログラムに記載された加工条件とに基づいて、前記断続切削が行われるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
4. 前記加工条件は、前記ワークを回転させる主軸の回転速度と、前記工具の送り速度との少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
5. 前記断続切削判定部は、前記切削加工によって前記ワークから生じる切り屑の厚さであって前記工具の送り方向における厚さを前記振動条件に基づいて算出し、前記厚さの算出結果がゼロ未満である場合に、前記振動を伴う切削が前記断続切削に該当と判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の制御システム。
6. 前記断続切削判定部は、一定の振幅および一定の周期で増減を繰り返す関数が使用される演算によって前記厚さを算出し、
   前記一定の振幅が決定される条件に、前記振動の振幅が含まれ、
   前記一定の周期が決定される条件に、前記振動の角周波数が含まれることを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
7. 前記断続切削判定部は、前記関数と定数との加算または減算を含む演算によって前記厚さを算出し、
   前記定数が決定される条件に、前記工具の送り速度が含まれることを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
8. 前記数値制御装置は、前記工具を駆動するモータと前記工具とを含む機構の動剛性を表す動剛性情報を保持する動剛性保持部を備え、
   前記断続切削判定部は、前記振動条件と前記動剛性情報とに基づいて、前記断続切削が行われるか否かを判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の制御システム。
9. 前記動剛性情報は、前記工具の実際の振動における振幅と、前記モータを制御するための指令により表される振動における振幅との比であるゲインを含み、
   前記ゲインの値は、前記指令により表される振動の周波数によって異なる値であることを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
10. 前記断続切削判定部は、前記切削加工によって前記ワークから生じる切り屑の厚さであって前記工具の送り方向における厚さを前記振動条件および前記ゲインに基づいて算出し、前記厚さの算出結果がゼロ未満である場合に、前記振動を伴う切削が前記断続切削に該当と判定することを特徴とする請求項９に記載の制御システム。
11. 前記断続切削判定部は、一定の振幅および一定の周期で増減を繰り返す関数を使用して前記厚さを算出し、
    前記一定の振幅が決定される条件に、前記振動の振幅と前記ゲインが含まれ、
    前記一定の周期が決定される条件に、前記振動の角周波数が含まれることを特徴とする請求項１０に記載の制御システム。
12. 前記数値制御装置は、前記振動条件入力部へ入力された前記振動条件を補正する振動条件補正部を備え、
    前記振動条件補正部は、前記振動を伴う切削が前記断続切削に該当しないことを示す判定結果に基づいて、前記振動条件のうち、前記振動の振幅と、前記ワークを回転させる主軸の回転速度と、前記工具の送り速度と、前記振動の角周波数とのうちの少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の制御システム。
13. 前記振動条件補正部は、前記切削加工によって前記ワークから生じる切り屑の厚さであって前記工具の送り方向における厚さについての算出結果がゼロ未満となるように、前記振動条件を補正することを特徴とする請求項１２に記載の制御システム。
14. 前記表示装置は、前記断続切削条件計算部によって算出された範囲を表す情報を表示する断続切削条件表示部を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の制御システム。

Images