WO2018185993A1

WO2018185993A1 - 主軸回転速度制御装置

Info

Publication number: WO2018185993A1
Application number: PCT/JP2018/001000
Authority: WO
Inventors: 勝彦大野; 静雄西川; 将隆阪本; 謙吾河合
Original assignee: Dmg森精機株式会社
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2018-10-11
Also published as: JP2018176296A; JP6501815B2

Abstract

主軸回転速度調整装置（１）は、工具の振動を検出する振動検出部（加速度センサ）（２）と、振動検出部（２）の検出信号から再生びびりが生じたか否かを監視するびびり検出部（４）と、びびり検出部（４）から検出信号を受信すると、所定の時間間隔、且つ所定の変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を数値制御装置（１０）に送信する回転速度調整部（５）とを備える。回転速度調整部（５）は速度調整信号を送信する都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する処理を実行し、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたときには、切削を停止させるか、主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない旨を報知する、少なくともいずれかの処理を行う。

Description

主軸回転速度制御装置

　本発明は、工作機械を用いた加工中に再生びびりが生じるか否かを監視し、再生びびりが生じたときには、当該再生びびりを解消すべく主軸の回転速度を調整する主軸回転速度調整装置に関する。

　工作機械を用いた加工の分野では、ワークを効率よく加工すること、及び加工コストを低減させることが永続的な課題として探求されている。一方、機械加工に求められる加工精度については、日増しに高い精度が求められるようになってきており、ワークを加工する際には、加工効率、加工コスト及び加工精度の各要素について要求される基準を満足するような加工条件を設定する必要がある。

　そして、従来、加工精度に関する要素のうち再生びびりに着目し、工具又はワークを回転させる主軸の回転速度と、再生びびりを生じる工具の限界切り込み深さとの相関を示す線図であって、再生びびりを生じない安定領域と、再生びびりを生じる不安定領域との境界を示す安定限界線図を作成して表示する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　この安定限界線図は、主軸回転速度が工具の固有振動数を当該工具の刃数で除した値であるときに、当該工具の限界切込み深さがピークを示す、即ち、安定領域がピークを示す所謂安定ポケット（１次安定ポケット）を有し、更に、この１次安定ポケットに対応する主軸回転速度を２以上の整数で除した各主軸回転速度において高次の安定ポケットを有する。尚、ｋ次安定ポケットの主軸回転速度は以下で表わされる。
（ｋ次安定ポケットの主軸回転速度）＝（６０×工具の固有振動数）／（工具の刃数×ｋ）
但し、ｋは次数を表す１以上の整数である。

　この安定限界線図によれば、オペレータは再生びびりを生じない主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を瞬時に視覚的に認識することができ、当該再生びびりを生じない、効率の良い加工条件を容易に設定することができる。このように、上記装置によれば、オペレータは装置に表示された安定限界線図を基準にすることにより、再生びびりを生じない範囲内で効率の良い加工条件を設定することができる。

　また、従来、再生びびりが生じたときに、再生びびりを解消すべく、上記のような安定ポケット理論を基に、主軸回転速度を、下式に従って算出される予想安定回転速度に変更するといった手法が提案されている（特許文献２参照）。
予想安定回転速度＝（６０×びびり周波数）／（工具刃数×ｎ）
但し、ｎは任意の整数である。

　この特許文献２によれば、主軸回転速度を前記予想安定回転速度に変更することで、再生びびりの抑制が一応期待されるとのことである。

特許第５６２２６２６号公報特許第５３８４９９６号公報

　しかしながら、上記特許文献２に開示された予想安定回転速度は、必ずしも上述した安定ポケットに対応した主軸回転速度と言い得るものではなく、このため、上記特許文献２に開示された方法は、その期待通りには再生びびりを抑制することができないものであった。

　即ち、上記数式から分かるように、安定ポケットの主軸回転速度は工具の固有振動数を基に算出され、一方、特許文献２に開示された予想安定回転速度は、実際の再生びびり周波数を基に算出されるが、経験上、実際の再生びびり周波数は必ずしも工具の固有振動数とは一致しないため、特許文献２における予想安定回転速度は、現実的には、安定ポケットの主軸回転速度とは一致していないのである。

　したがって、従来、再生びびりが生じた際に、そのときの主軸回転速度を特許文献２の予想安定回転速度に変更しても、期待される通りには再生びびりを抑制できなかった。

　本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械を用いた加工中に再生びびりが生じるか否かを監視し、再生びびりが生じたときには、当該再生びびりを従来に比べてより効果的に解消することが可能な主軸回転速度調整装置の提供を、その目的とする。

　上記課題を解決するための本発明は、数値制御装置によって制御される工作機械の主軸回転速度を調整する装置であって、
　加工によって工具に生じる振動を検出し、検出した振動に係る信号を出力する振動検出部と、
　前記振動検出部から出力される振動信号を解析して、前記工具に再生びびりが生じているか否かを監視し、工具に再生びびりが生じたとき、その検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを出力するびびり検出部と、
　前記びびり検出部から出力された前記検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを受信し、該検出信号を継続して受信する間、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を増加又は減少させる回転速度調整処理を実行し、該速度調整信号を送信する都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する検出処理を実行するとともに、前記びびり検出部から前記検出信号を受信しなくなったとき、前記数値制御装置への前記速度調整信号の送信を停止する送信停止処理を実行し、一方、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたとき、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、切削を停止させるか、又は前記主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知する、少なくともいずれかの対策処理を実行する回転速度調整部とを備えていることを特徴とする主軸回転速度調整装置。

　以上の構成を備えた主軸回転速度調整装置によれば、加工中の工具に生じる振動が振動検出部によって検出され、当該振動検出部から振動信号としてびびり検出部に出力される。振動検出部から出力される振動信号はびびり検出部により解析されて、工具に再生びびりが生じているか否かが監視され、工具に再生びびりが生じたとき、その検出信号が当該びびり検出部から回転速度調整部に出力される。

　回転速度調整部では、びびり検出部から検出信号を受信すると、この検出信号を継続して受信する間、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を数値制御装置に送信して、主軸回転速度を前記変化量で段階的に増加又は減少させる処理を実行する。

　上述したように、前記安定限界線図は、主軸の回転速度と、再生びびりを生じる工具の限界切り込み深さとの相関を示す線図、言い換えれば、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係において、再生びびりを生じない安定領域と、再生びびりを生じる不安定領域との境界を示す線図である。そして、この安定限界線図では、主軸回転速度が工具の固有振動数を当該工具の刃数で除した値であるときに、当該工具の限界切込み深さがピークを示す、即ち、安定領域がピークを示す所謂安定ポケットを有し、更に、この１次安定ポケットに対応する主軸回転速度を２以上の整数で除した各主軸回転速度において高次の安定ポケットを有する。この安定限界線図の一例を図５に示す。

　したがって、再生びびりを生じたときの工具の切り込み深さが、そのときの主軸回転速度より高速側の安定ポケットの限界切り込み深さより小さく、且つ低速側の安定ポケットの限界切り込み深さより小さい場合には、主軸回転速度を段階的に増加又は減少させることで、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を、安定限界線図における安定ポケット内に入れた状態、即ち、再生びびりが生じる不安定領域から、再生びびりが生じない安定領域に移行させた状態を実現させることができ、これにより、工具に生じた再生びびりを解消（或いは抑制）することができる（図５参照）。

　そして、回転速度調整部は、上記処理によって再生びびりが解消され、前記びびり検出部から検出信号を受信しなくなると、前記数値制御装置への速度調整信号の送信を停止する。

　一方、工具の切り込み深さが、そのときの主軸回転速度より高速側の安定ポケットの限界切り込み深さより大きい場合には、主軸回転速度を段階的に増加させても、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を安定領域に移行させることはできないため、工具に生じた再生びびりを解消することができないと考えられる。同様に、工具の切り込み深さが、そのときの主軸回転速度より低速側の安定ポケットの限界切り込み深さより大きい場合には、主軸回転速度を段階的に減少させても、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を安定領域に移行させることはできないため、この場合にも、工具に生じた再生びびりを解消することができないと考えられる。

　したがって、再生びびりが生じたときの工具の切り込み深さが、主軸回転速度を調整することで再生びびりを解消することができない切り込み深さである場合には、再生びびりを解消できない状態にあるため、これを検出する必要がある。

　そこで、本発明では、回転速度調整部において、前記速度調整信号を送信して主軸回転速度を段階的に増加又は減少させる都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する検出処理を実行し、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたときに、回転速度調整部は、数値制御装置に切削停止信号を送信して、切削を停止させるか、又は主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知する、少なくともいずれかの対策処理を実行する。

　例えば、送り軸を退避動作させる等して切削を停止させることで、再生びびり状態での加工を停止させることができる。また、主軸回転速度を段階的に増加させている場合には、速い回転速度は振動の増加を招き、工具やワーク等へのびびり振動の悪影響が増大する場合があるため、主軸回転速度の調整を停止し、初めの速度に戻す処置も好ましい。また、再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知して、再生びびりを解消することが困難であることをオペレータに知らせることも好ましい。オペレータは、このような報知を認識することで、安全な状態で加工を停止させるといった措置を講じることができる。

　以上のように、本発明に係る主軸回転速度調整装置によれば、加工中に再生びびりが生じると、回転速度調整部から、所定の時間間隔毎に、所定の変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号が数値制御装置に送信されて、主軸回転速度が前記変化量で段階的に増加又は減少される。したがって、再生びびりが生じたときの工具の切り込み深さが、主軸回転速度を調整することで再生びびりを解消することができる切り込み深さである場合には、このような主軸回転速度の調整を行うことで、再生びびりを従来に比べて効果的に解消することができる。

　また、再生びびりを生じたときの工具の切り込み深さが、主軸回転速度を調整することでは再生びびりを解消することができない切り込み深さである場合には、再生びびりを解消できない状態にあることを検出して、採り得る相応の措置を講じるようにしているので、主軸回転速度を変えることにより工具やワーク等に不要な悪影響が出るのを防止することができる。

　また、本発明では、前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときの前記主軸回転速度Ｓ_ｉ[min^-１]及び再生びびり周波数ω_ｉ[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、以下の数式１により係数ｋ_ｉを算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された前記係数ｋ_ｉの値が変化したとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成された態様を採ることができる。
（数式１）
ｋ_ｉ＝（６０×ω_ｉ）／（Ｎ×Ｓ_ｉ）
但し、ｉは１以上の整数であり、前記主軸回転速度の変更回数を意味する。また、Ｎは１以上の整数であり、ｋ_ｉは小数点以下を切り捨てた整数である。

　前記係数ｋ_ｉは、前記安定限界線図における安定ローブ（下に凸の個々の曲線）の次数を表すものであり、この係数ｋ_ｉの値が変化する場合には、現在の工具の切り込み深さが、安定ポケットの限界切り込み深さを越えていると判断され、主軸回転速度を調整することでは、工具の切り込み深さと主軸回転速度との関係を安定領域に移行させることができないと判断される。

　また、本発明では、前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときに前記びびり検出部から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値を算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された差分値が予め定められた基準値を超えたとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成された態様を採ることができる。

　再生びびり現象は、前記安定限界線図における前記各安定ローブに対応した領域内では、主軸回転速度が速くなるにつれて再生びびり周波数が徐々に高くなる（連続的に高くなる）特性を有し、また、主軸回転速度が高速になる過程で高次の安定ローブの領域から低次の安定ローブの領域に移行する際、言い換えれば、安定ポケットを跨ぐ際には、再生びびり周波数が急激に低下する特性を有する。

　したがって、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、当該びびり検出部から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値（変化量）が所定の基準値を超える場合には、主軸回転速度が安定ポケットを跨いで変動したと判断され、この場合には、現在の工具の切り込み深さが、安定ポケットの限界切り込み深さを越えているために、主軸回転速度を調整することでは、工具の切り込み深さと主軸回転速度との関係を安定領域に移行させることができないと判断される。

　また、本発明において、前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記回転速度調整処理を実行する前に、まず、そのときの前記主軸回転速度Ｓ_０[min^-１]及び再生びびり周波数ω_０[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、以下の数式２によって処理前の係数ｋ_０を算出し、前記回転速度調整処理において、前記係数ｋ_０が予め定められた値よりも大きい値である場合には、前記主軸回転速度を減少させ、前記係数ｋ_０が予め定められた値よりも小さい値である場合には、前記主軸回転速度を増加又は減少させるように構成された態様を採ることができる。
（数式２）
ｋ_０＝（６０×ω_０）／（Ｎ×Ｓ_０）
但し、ｋ_０は小数点以下を切り捨てた整数である。

　この態様の回転速度調整部では、前記びびり検出部から検出信号を受信すると、前記回転速度調整処理を実行する前に、まず、そのときの主軸回転速度Ｓ_０[min^-１]及び再生びびり周波数ω_０[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、上記数式２によって処理前の係数ｋ_０が算出される。この係数ｋ_０は、前記安定限界線図における安定ローブの次数を表すものである。

　再生びびりに関する前記安定限界線図は、安定ポケットの次数がある数値を超えて高次になると、主軸回転速度が低くなるに従い、限界切り込み深さが次第に大きくなる傾向を有し、この安定領域は、一般的にプロセスダンピング領域と称される（図５参照）。

　斯くして、前記回転速度調整部は、前記係数ｋ_０が所定の値よりも大きい、即ち、プロセスダンピング領域に対応するものである場合には、以降の処理において、前記主軸回転速度を、所定の時間間隔且つ所定の変化量で、段階的に減少させる、即ち、びびり検出信号が無くならない限り主軸回転速度を減少させることで、主軸回転速度をプロセスダンピング領域内に導く処理を行い、前記係数ｋ_０が、所定の値よりも小さい、即ち、プロセスダンピング領域に対応するもので無い場合には、以降の処理において、主軸回転速度を、所定の時間間隔且つ所定の変化量で、段階的に増加又は減少させる。これにより、主軸回転速度をより効果的に安定領域に導くことができる。

　また、前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記各処理を実行する前に、そのときの再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具の刃数Ｎを基に、以下の数式３によって主軸の安定回転速度Ｓ_Ｓ[min^-１]を推定し、推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに係る速度指令信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに変更させ、変更後も前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合に、前記各処理を実行するように構成された態様を採ることができる。
（数式３）
Ｓ_Ｓ＝（６０×ω_０）／（Ｎ×ｋ)
但し、ｋは１以上の任意の整数である。

　この態様の回転速度調整部によれば、前記びびり検出部から検出信号を受信すると、前記各処理を実行する前に、そのときの再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具の刃数Ｎを基に、上記数式３によって主軸の安定回転速度Ｓ_Ｓ[min^-１]を推定し、推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに係る速度指令信号を前記数値制御装置に送信して、まず、主軸回転速度を推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに変更させる。

　尚、この安定回転速度Ｓ_Ｓは、上記安定限界線図におけるｋ次の安定ポットに対応した回転速度であり、主軸回転速度をこの安定回転速度Ｓ_Ｓに調整することで、再生びびりを解消することができる可能性がある。但し、この安定回転速度Ｓ_Ｓは近似値であり、実際の安定ポケットに対応した回転速度とは必ずしも一致しないため、主軸回転速度をこのような安定回転速度Ｓ_Ｓに調整しても再生びびりが解消されない場合には、所定の時間間隔且つ所定の変化量で、主軸回転速度を段階的に増加又は減少させる処理を行って、再生びびりを解消させる。尚、前記係数（次数）ｋが、そのときの主軸回転速度とびびり周波数から算出された係数（次数）ｋ_０と大きく異なる場合には、主軸回転速度を大きく変化させることになるので、加工上工具欠損等のリスクが高まるため、係数ｋの値を設定する際には、前記係数ｋ_０を基準にある程度制限を設けた方が好ましい。

　また、前記回転速度調整部は、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに変更後においても、前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合には、以下の数式４により、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’[min^-１]及び再生びびり周波数ω_０’[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に係数ｋ_０’を算出し、算出した係数ｋ_０’が前記係数ｋよりも大きい場合または等しい場合には、以後の処理において、主軸回転速度を増加させ、前記係数ｋ_０’が前記係数ｋより小さい場合には、主軸回転速度を減少させるように構成された態様を採ることができる。
（数式４）
ｋ_０’＝（６０×ω_０’）／（Ｎ×Ｓ_０’）
但し、ｋ_０’は小数点以下を切り捨てた整数である。

　また、前記回転速度調整部は、前記対策処理において、前記切削を停止させる処理を実行する際に、前記数値制御装置から得られる工具の位置がエアカット位置である否かを判断し、工具の位置がエアカット位置となったときに、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、前記主軸の回転を停止させる処理を実行するように構成された態様を採ることができる。

　このようにすれば、再生びびりを解消することができず、切削を停止させる場合に、工具がエアカット位置、即ち、工具がワークに接触していない位置に在るときに、切削を停止、例えば主軸の回転及び工具の送りを停止させることができるので、切削を停止させる際に工具やワークが損傷するのを防止することができる。

　また、前記回転速度調整部は、前記数値制御装置に前記主軸回転速度を変更させる場合に、前記工具の一刃当たりの切削量に変動が生じないように、主軸回転速度の変更に応じて切削送り速度を変更させる信号を、前記数値制御装置に送信するように構成された態様を採ることができる。

　このようにすれば、主軸回転速度を変更しても、工具の一刃当たりの切削量、言い換えれば一刃当たりの送り量に変動を生じないので、当該工具によって加工されるワーク表面の理論表面粗さを一定にすることができ、主軸回転速度を変更することによって加工精度が悪化するのを防止することができる。

　以上のように、本発明に係る主軸回転速度調整装置よれば、加工中に再生びびりが生じた場合に、回転速度調整部から、所定の時間間隔毎に、所定の変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号が数値制御装置に送信されて、主軸回転速度が前記変化量で段階的に増加又は減少される。したがって、再生びびりが生じたときの工具の切り込み深さが、主軸回転速度を調整することで再生びびりを解消することができる切り込み深さである場合には、このような主軸回転速度の調整を行うことで、従来に比べてより効果的に再生びびりを解消することができる。

　また、再生びびりを生じたときの工具の切り込み深さが、主軸回転速度を調整することで再生びびりを解消することができない切り込み深さである場合には、これを検出して採り得る相応の措置を講じるようにしているので、工具やワーク等に過大な悪影響が出るのを未然に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る主軸回転速度調整装置、及び数値制御装置等の概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る工作機械を示した斜視図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。本発明の他の実施形態に係る回転速度調整部における処理を説明するための説明図である。

　以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る主軸回転速度調整装置、及び数値制御装置等の概略構成を示したブロック図である。

　図１に示すように、本例の主軸回転速度調整装置１は、数値制御装置１０によって数値制御される工作機械２０の主軸の回転速度を調整する装置である。以下、各装置について説明する。

Ａ．工作機械
　まず、制御対象である工作機械２０の概略について説明する。図２に示すように、本例の工作機械２０は、ベッド２１と、このベッド２１上に立設されたコラム２２と、このコラム２２の前面（加工領域側の面）に矢示Ｚ軸方向に移動自在に設けられた主軸頭２３と、軸中心に回転自在に主軸頭２３に保持された主軸２４と、主軸頭２３より下方のベッド２１上に矢示Ｙ軸方向に移動自在に設けられたサドル２５と、サドル２５上に矢示Ｘ軸方向に移動自在に配設されたテーブル２６と、このテーブル２６をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構２９と、サドル２５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構２８と、主軸頭２３をＺ軸方向に移動させるＺ軸送り機構２７と、主軸２４を回転させる主軸モータ（図示せず）とを備えている。

　前記Ｘ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８、Ｚ軸送り機構２７及び主軸モータ（図示せず）が駆動されて、主軸２４がその軸中心に回転するとともに、当該主軸２４とテーブル２６とが３次元空間内で相対的に移動することで、テーブル２６上に固定されたワークＷが、主軸２４に装着された工具Ｔによって加工される。尚、工具Ｔは工具ホルダＴＨにより保持された状態で主軸２４に装着されており、図２には、工具Ｔの一例としてエンドミルを図示している。

Ｂ．数値制御装置
　前記数値制御装置１０は、図１に示すように、ＮＣプログラム実行部１１、ＮＣプログラム記憶部１２、主軸制御部１３、送り制御部１４、工具データ記憶部１５及び表示制御部１６などから構成され、適宜ディスプレイを備えた表示装置１７が接続されている。

　この数値制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成される。そして、前記ＮＣプログラム記憶部１２及び工具データ記憶部１５はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成され、ＮＣプログラム実行部１１、主軸制御部１３、送り制御部１４及び表示制御部１６はコンピュータプログラムによってその機能が実現される。

　前記主軸制御部１３は、主軸モータ（図示せず）の作動を制御する制御部であり、例えば、前記ＮＣプログラム実行部１１から主軸回転速度に係る制御信号（指令信号）を受信して、前記主軸２４の回転速度が指令された回転速度となるように前記主軸モータ（図示せず）を制御する。

　また、前記送り制御部１４は、前記Ｘ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８及びＺ軸送り機構２７の作動を制御する制御部であり、例えば、前記ＮＣプログラム実行部１１から、各送り軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）についての移動位置及び移動速度に関する制御信号を受信して、対応するＸ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８及びＺ軸送り機構２７を駆動し、指令された移動速度で、指令された位置関係となるように、主軸２４とテーブル２６とを３次元空間内で相対的に移動させる。

　また、ＮＣプログラム実行部１１は、前記ＮＣプログラム記憶部１２に記憶されたＮＣプログラムを読み出し、これを順次解析して、指令に応じた制御信号を生成し、生成した制御信号を前記主軸制御部１３及び送り制御部１４に送信する処理を行う。

　斯くして、この数値制御装置１０によれば、ＮＣプログラム記憶部１２に格納されたＮＣプログラムがＮＣプログラム実行部１１によって実行され、このＮＣプログラムに従った制御の下で、前記主軸モータ（図示せず）が前記主軸制御部１３により駆動されて、前記主軸２４がその軸中心に回転するとともに、前記Ｘ軸送り機構２９、Ｙ軸送り機構２８及びＺ軸送り機構２７が前記送り制御部１４により駆動されて、前記主軸２４とテーブル２６とが３次元空間内で相対的に移動することで、テーブル２６上のワークＷが主軸２４に装着された工具Ｔによって加工される。

　また、前記工具データ記憶部１５には、当該工作機械２０で使用される工具Ｔの情報、例えば、工具番号、工具Ｔの型式、工具Ｔの刃数及び工具Ｔの材質等が相互に関連付けられて格納されている。

　また、表示制御部１６は、前記表示装置１７における表示を制御する。例えば、この表示制御部１６の制御の下で、ＮＣプログラム記憶部１２に格納されたＮＣプログラムが前記表示装置１７に表示され、また、前記工具Ｔの３次元空間内における座標位置が前記表示装置１７に表示される。

Ｃ．主軸回転速度調整装置
　前記主軸回転速度調整装置１は、前記主軸頭２３の下端部に設けられる加速度センサ２と、演算処理装置３とから構成される（図１及び図２参照）。

　前記演算処理装置３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータから構成され、コンピュータプログラムによってその機能が実現されるびびり検出部４及び回転速度調整部５を備える。

　前記加速度センサ２は、前記工具ＴによってワークＷを加工しているときに、当該工具Ｔに生じる振動を検出して、振動に応じた信号を前記びびり検出部４に出力する。この加速度センサ２による振動の検出は、加工が行なわれている間、常に実行される。

　前記びびり検出部４は、前記加速度センサ２から連続的に出力される振動に係る信号を受信し、受信した信号を所定のサンプリング間隔でフーリエ解析（周波数解析）により解析して、工具Ｔに生じている振動の周波数とその大きさを算出する。そして、得られた振動の大きさが所定の閾値を超えたとき、再生びびりが生じていると判断して、都度、びびり検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを前記回転速度調整部５に送信する処理を行う。

　前記回転速度調整部５は、図３及び図４に示した処理を行う。即ち、回転速度調整部５は、適宜処理開始信号の入力を待って処理を開始し、前記びびり検出部４からびびり検出信号が入力されたか否か、即ち前記工具Ｔに再生びびりが生じたか否かを監視する（ステップＳ１）。そして、びびり検出部４からびびり検出信号が入力されると、回転速度調整部５は、そのときの再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具Ｔの刃数Ｎを基に、下記数式５に従って安定回転速度Ｓ_Ｓを算出する（ステップＳ２）。
（数式５）
Ｓ_Ｓ＝（６０×ω_０）／（Ｎ×ｋ)
但し、ｋは１以上の任意の整数である。

　この安定回転速度Ｓ_Ｓは、上述した図５に示す安定限界線図におけるｋ次の安定ポットに対応した回転速度であり、主軸回転速度をこの安定回転速度Ｓ_Ｓに調整することで、再生びびりを解消できる可能性がある。例えば、図５に示すように、再生びびりが発生したときの主軸回転速度をＳ_０として、前記ｋを２とした場合に数式５によって得られる安定回転速度Ｓ_Ｓが安定領域内となるような場合には、主軸回転速度をＳ_０からＳ_Ｓに変更することによって再生びびりを解消することができる。

　尚、再生びびり周波数ω_０は前記びびり検出部４から取得される。また、工具Ｔの刃数Ｎは、まず、前記ＮＣプログラム実行部１１から現在加工中の工具番号を取得し、ついで、当該工具番号に対応した工具刃数に係るデータを前記工具データ記憶部１５から取得することによって得られる。

　また、同じくＮＣプログラム実行部１１から現在実行中の主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を認識した後、主軸回転速度を現在の回転速度から前記安定回転速度Ｓ_Ｓに変更しても、一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないような調整送り速度を算出する（ステップＳ２）。工具Ｔの一刃当たりの送り量が変動しないようにすることで、当該工具Ｔによって加工されるワークＷの理論表面粗さを一定にすることができ、これにより主軸回転速度を変更することで加工精度が悪化するのを防止することができる。尚、現在の主軸回転速度は、前記主軸モータ（図示せず）に付設されるロータリエンコーダから取得することもできる。

　そして、上記のようにして算出された安定回転速度Ｓ_Ｓに対応した回転速度指令を前記主軸制御部１３に送信して、主軸回転速度を安定回転速度Ｓ_Ｓに変更させるとともに、調整送り速度に対応した送り速度指令を前記送り制御部１４に送信して、工具ＴとワークＷとの相対な送り速度（以下、これを単に「工具Ｔの送り速度」と言う）を当該調整送り速度に変更させる（ステップＳ３）。

　尚、上述したように、前記係数ｋは任意の整数で良いが、びびり振動を生じない状態で、現在の主軸回転速度よりも更に回転速度を上げることにより、切削能率を上げた切削条件を設定したいとき、又は、びびり振動を生じない状態で、現在の主軸回転速度よりも回転速度を下げることにより、工具寿命を長くした切削条件を設定したいときには、現在の主軸回転速度及びびびり周波数を基に、詳しくは後述する数式８に従って算出される係数ｋ_０とは異なる値に設定する。

　次に、上記ステップＳ２及びＳ３の処理によって、再生びびりが解消した場合には、後述するステップＳ１６に進み、一方、再生びびりが解消せず、引き続き前記びびり検出部４からびびり検出信号が入力される場合には、以下の数式６により、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’[min^-１]、及び再生びびり周波数ω_０’[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に係数ｋ_０’を算出する（ステップＳ５）。
（数式６）
ｋ_０’＝（６０×ω_０’）／（Ｎ×Ｓ_０’）
但し、ｋ_０’は小数点以下を切り捨てた整数である。

　そして、算出された係数ｋ_０’が前記係数ｋ以上の値である場合には、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加させる設定にするとともに、主軸回転速度の増加に対応させて、工具Ｔの一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないように、送り速度を増加させる増加量（調整量）を設定して（ステップＳ６，Ｓ７）、次のステップＳ９に進む。

　上記数式６によって算出される係数ｋ_０’は、前記安定限界線図における安定ローブ（下に凸の曲線）の次数を表すものであり、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’は次数ｋ_０’の安定ローブの範囲内に在る。そして、この係数ｋ_０’が前記係数ｋ以上である場合には、主軸回転速度Ｓ_０’は次数ｋの安定ポケットより低速側の回転速度であるので、上記のように、所定の時間間隔且つ所定の変化量で主軸回転速度を増加させ、また、これに応じて送り速度を増加させる増加量を設定する。

　例えば、図６に示すように、ｋ＝３の安定ポケットに対応した安定回転速度Ｓ_Ｓに主軸回転速度を変更した結果、再生びびりが解消しない場合に、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’（＝Ｓ_Ｓ）を基に上記数式６によって算出されるｋ_０’がｋに等しい値である場合（ｋより大きい値である場合を含む）には、主軸回転速度Ｓ_０’は、ｋ＝３の実際の安定ポケットに対応した回転速度よりも低い回転速度となっている、言い換えれば、主軸回転速度Ｓ_０’はｋ＝３の安定ローブ領域内に在るため、図７に示すように、主軸回転速度がｋ＝３の安定ポケット（安定領域）内に入るように、当該主軸回転速度を所定の時間間隔且つ所定の変化量で段階的に増加させる設定にする。

　一方、算出された係数ｋ_０’が前記係数ｋより小さい値である場合には、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を減少させる設定にするとともに、主軸回転速度の減少に対応させて、工具Ｔの一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないように、送り速度を減少させる減少量（調整量）を設定して（ステップＳ６，Ｓ８）、次のステップＳ９に進む。

　例えば、図８に示すように、ｋ＝３の安定ポケットに対応した安定回転速度Ｓ_Ｓに主軸回転速度を変更した結果、再生びびりが解消しない場合に、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’（＝Ｓ_Ｓ）を基に上記数式６によって算出されるｋ_０’がｋより小さい値である場合には、主軸回転速度Ｓ_０’は、ｋ＝３の安定ポケットに対応した回転速度よりも高い回転速度となっている、言い換えれば、主軸回転速度Ｓ_０’はｋ＝２の安定ローブ領域内に在るため、図９に示すように、主軸回転速度がｋ＝３の安定ポケット（安定領域）内に入るように、当該主軸回転速度を所定の時間間隔且つ所定の変化量で段階的に減少させる設定にする。

　そして、回転速度調整部５は、ステップＳ９において、ステップＳ７又はステップＳ８で設定された主軸回転速度の調整に係る指令を前記主軸制御部１３に送信して、主軸回転速度を設定された変化量だけ変動させるとともに、送り速度の調整指令を前記送り制御部１４に送信して、設定された調整量だけ工具Ｔの送り量を調整する処理を行う。

　ついで、回転速度調整部５は、調整処理後の主軸回転速度Ｓ_ｉ[min^-１]及び再生びびり周波数ω_ｉ[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、以下の数式７により係数ｋ_ｉを算出して（ステップＳ１０）、算出した係数ｋ_ｉの値が変化したか否かを確認し（ステップＳ１１）、係数ｋ_ｉの値が変化しない場合には、再生びびりが解消されたか否かを確認し（ステップＳ１２）、再生びびりが解消された場合にはステップＳ１６に進み、再生びびりが解消されない場合にはステップＳ９～Ｓ１１の処理を繰り返す。この繰り返し処理により、主軸回転速度及び送り速度が段階的に調整される。
（数式７）
ｋ_ｉ＝（６０×ω_ｉ）／（Ｎ×Ｓ_ｉ）
但し、ｉは１以上の整数であり、前記主軸回転速度及び送り速度の調整回数を意味する。また、ｋ_ｉは小数点以下を切り捨てた整数である。

　一方、係数ｋ_ｉの値が変化すると（ステップＳ１１）、回転速度調整部５は、係数ｋ_ｉの値が変化した旨を表示するための指令信号を前記表示制御部１６に送信して、表示装置１７に、当該係数ｋ_ｉの値が変化した旨、即ち、主軸回転速度を調整することでは再生びびりを解消できない旨を表示させる（ステップＳ１３）。尚、ステップＳ１０及びＳ１１の処理は、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出するための処理である。

　そして、回転速度調整部５は、前記ＮＣプログラム実行部１１におけるＮＣプログラムの実行状態と前記びびり検出部４によって検出される振動状態から切削振動が無くなった事を検出するか、工具Ｔに作用する負荷状態から負荷が極端に減少した事を検出する事により、工具ＴがワークＷに接触していないエアカット状態となったかどうかを監視し（ステップＳ１４）、エアカット状態になったと認められる場合には、切削停止信号を前記ＮＣプログラム実行部１１に送信して、プログラムの実行を停止させ、これにより主軸２４の回転を停止させるとともに、工具Ｔの送りを停止させて、切削を停止させる。或いは、切削停止信号として、回転速度調整部５から前記送り制御部１４に適宜退避動作用の制御信号を送信して、工具Ｔに退避動作を実行させ、これにより切削を停止させるようにしても良い。

　例えば、図１０に示すように、工具Ｔの切り込み深さが安定ポケット（ｋ＝３）の限界切り込み深さより大きい場合には、主軸回転速度をＳ_０’から段階的に増加又は減少させても、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を安定領域に移動させることはできないため、工具Ｔに生じた再生びびりを解消することができないと考えられる。そして、随時算出される係数ｋ_ｉの値が変化した場合には、このような状態であると考えられる。即ち、図１０に示した例では、再生びびりが生じたまま、係数ｋ_ｉの値が変化する場合、主軸回転速度がｋ＝２の安定ローブ領域からｋ=３の安定ローブ領域に移行したか、或いは主軸回転速度がｋ＝３の安定ローブ領域からｋ=２の安定ローブ領域に移行したと考えられる。

　そこで、このような場合には、主軸回転速度を再生びびりが生じない安定領域に導くことができないので、上述したステップＳ９及びＳ１０の処理を停止して、ステップＳ１３～Ｓ１５の処理を行う。

　以降、回転速度調整部５は、処理終了信号が入力されるまでステップＳ１～Ｓ１５の処理を繰り返し、処理終了信号が入力されると処理を終了する（ステップＳ１６）。

　以上の構成を備えた主軸回転速度調整装置１によれば、前記ＮＣプログラム実行部１１によりＮＣプログラムが実行され、前記工作機械２０によってワークＷが加工される間に、前記工具Ｔに生じる振動が加速度センサ２によって検出され、振動に応じた信号が当該加速度センサ２からびびり検出部４に入力される。そして、びびり検出部４は、連続的に入力される振動信号を適宜サンプリング間隔で解析して、工具Ｔの振動周波数とその大きさを算出し、算出した振動の大きさが所定の閾値を超えたとき、びびり検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを、当該びびり検出部４から前記回転速度調整部５に送信する。

　一方、回転速度調整部５は、前記びびり検出部４からびびり検出信号が入力されると、そのときの再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具Ｔの刃数Ｎを基に、上記数式５に従って安定回転速度Ｓ_Ｓを算出するとともに、主軸回転速度を現在の回転速度から前記安定回転速度Ｓ_Ｓに変更しても、一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないような調整送り速度を算出する。

　そして、このようにして算出された安定回転速度Ｓ_Ｓに対応した回転速度指令が主軸制御部１３に送信され、調整送り速度に対応した送り速度指令が前記送り制御部１４に送信される。これにより、主軸制御部１３による制御の下で、主軸２４の回転速度が安定回転速度Ｓ_Ｓに変更され、送り制御部１４による制御の下で、工具Ｔの送り速度が調整送り速度に変更される。

　前記安定回転速度Ｓ_Ｓは、安定限界線図におけるｋ次の安定ポットに対応した推定回転速度であり、まず、主軸回転速度をこの安定回転速度Ｓ_Ｓに変更することで、再生びびりの解消が試みられる。尚、主軸回転速度をこのような安定回転速Ｓ_Ｓに変更しても、工具Ｔの一刃当たりの送り量が変動しないように、工具Ｔの送り速度も調整されるので、当該工具Ｔによって加工されるワークＷの理論表面粗さを一定にすることができ、これにより主軸回転速度を変更することで、加工精度が悪化するのが防止される。

　そして、主軸回転速度を安定回転速度Ｓ_Ｓに変更する処理によっても、再生びびりが解消しない場合には、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’（＝Ｓ_Ｓ）、再生びびり周波数ω_０’及び工具の刃数Ｎを基に、上記数式６に従って係数ｋ_０’が算出され、算出された係数ｋ_０’が係数ｋ以上の値である場合には、目標とする安定ポケットを越えていないと判断されるため、所定の時間間隔、且つ所定の変化量で、段階的に主軸回転速度を増加させるとともに、この主軸回転速度の増加に対応させて、工具Ｔの一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないように、工具Ｔの送り速度を増加させる。

　一方、算出された係数ｋ_０’が係数ｋよりも小さい値である場合には、目標とする安定ポケットを越えていると判断されるため、所定の時間間隔、且つ所定の変化量で、段階的に主軸回転速度を減少させるとともに、この主軸回転速度の減少に対応させて、工具Ｔの一刃当たりの切削量（送り量）が変更されないように、工具Ｔの送り速度を減少させる。

　以上の処理により、工具Ｔの切り込み深さが、目標とする安定ポケットの限界切り込み深さより小さい場合には、主軸回転速度と工具の切り込み深さとの関係を、安定限界線図における安定ポケット内に移行させた状態、即ち、再生びびりが生じる不安定領域から、再生びびりが生じない安定領域に移行させることができ、これにより、工具の再生びびりを解消（或いは抑制）することができる。

　一方、工具Ｔの切り込み深さが、目標とする安定ポケットの限界切り込み深さより大きい場合、即ち、前記主軸回転速度及び送り速度を調整したときに算出される係数ｋ_ｉが変化した場合には、このような調整処理を行っても再生びびりは解消しないので、当該調整処理を停止するとともに、係数ｋ_ｉの値が変化した旨を表示装置１７に表示し、また、工具Ｔがエアカット状態となったとき、上例のように、切削停止信号をＮＣプログラム実行部１１又は送り制御部１４に送信して、切削動作を停止させる。

　係数ｋ_ｉの値が変化した旨を表示装置１７に表示することで、再生びびりを解消することができないことをオペレータに認識させることができる。また、工具がエアカット状態のときに主軸２４の回転を停止させることで、工具ＴやワークＷに損傷を与えることなく、切削を停止させることができる。

　以上本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。

　例えば、上例において、前記回転速度調整部５は、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出するための処理として、上記ステップＳ１０及びＳ１１の処理を行うように構成されているが、これに限られるものではなく、ステップＳ９において、主軸回転速度調整指令及び送り速度調整指令を出力した後、ステップＳ１０に代えて、前記びびり検出部４から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値を算出する処理を行うとともに、ステップＳ１１に代えて、算出した差分値が予め定められた基準値を超えたか否かを判別し、基準値を超えていない場合には、上記ステップＳ１２に進み、基準値を超えた場合には、ステップＳ１４に代えて、主軸回転速度を調整することでは再生びびりを解消できない旨を表示装置１７に表示させる処理を行った後、上記ステップＳ１４に進むように構成されていても良い。

　図１２（ａ）は、上述した図１０と同じ内容の図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した各安定ローブに対応した主軸回転速度領域における再生びびり周波数を示した線図である。この図１２（ａ）及び(ｂ)から分かるように、再生びびり現象は、安定限界線図における各安定ローブに対応した領域内では、主軸回転速度が速くなるにつれて再生びびり周波数が徐々に高くなる（連続的に高くなる）特性を有し、また、主軸回転速度が高速になる過程で高次の安定ローブの領域から低次の安定ローブの領域に移行する際、言い換えれば、安定ポケットを跨ぐ際には、再生びびり周波数が急激に低下する特性を有する。

　したがって、前記びびり検出部４から継続して前記検出信号を受信している間に、当該びびり検出部４から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値（変化量）が所定の基準値を超える場合には、図においてＳ_０’の挙動として示すように、主軸回転速度が安定ポケットを跨いで変動したと判断され、この場合には、現在の工具の切り込み深さが、安定ポケットの限界切り込み深さを越えているために、主軸回転速度を調整することでは、工具の切り込み深さと主軸回転速度との関係を安定領域に移行させることができないと判断することができる。

　また、上例では、回転速度調整部５は、ステップＳ２～Ｓ６の処理を行うように構成されているが、これに限られるものではなく、ステップＳ１においてびびり検出信号を受信した場合に、ステップＳ２～Ｓ６を実行することなく、所定の時間間隔、且つ所定の変化量で、主軸回転速度を増加させるとともに、これに応じて工具Ｔの送り速度を増加させる設定処理（ステップＳ７）、又は同じく所定の時間間隔、且つ所定の変化量で、主軸回転速度を減少させるとともに、これに応じて工具Ｔの送り速度を減少させる設定処理（ステップＳ８）を実行するように構成されていても良い（図１１参照）。ステップＳ７を実行するようにするか、ステップＳ８を実行するようにするかは、任意に設定することができる。

　また、回転速度調整部５は、ステップＳ１においてびびり検出信号を受信した場合に、ステップＳ２～Ｓ６を実行することなく、まず、そのときの主軸回転速度Ｓ_０[min^-１]、再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具の刃数Ｎを基に、以下の数式８によって係数ｋ_０を算出し、係数ｋ_０が予め定められた値よりも大きい値である場合には、主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を段階的に減少させるステップＳ８を実行し、係数ｋ_０が予め定められた値よりも小さい値である場合には、主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を段階的に増加させるステップＳ７を実行するか、又は主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を段階的に減少させるステップＳ８を実行するように構成されていても良い。
（数式８）
ｋ_０＝（６０×ω_０）／（Ｎ×Ｓ_０）
但し、ｋ_０は小数点以下を切り捨てた整数である。

　前記係数ｋ_０は、前記安定限界線図における安定ローブの次数を表すものである。そして、再生びびりに関する安定限界線図は、安定ポケットの次数がある数値を超えた高次になると、主軸回転速度が低くなるに従い、限界切り込み深さが大きくなる傾向を有し、この安定領域は、一般的にプロセスダンピング領域と称される（図１１参照）。

　したがって、係数ｋ_０が所定の値よりも大きい、即ち、プロセスダンピング領域に対応するものである場合には、主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を、所定の時間間隔且つ所定の変化量で、段階的に減少させる、即ち、主軸回転速度をプロセスダンピング領域内に導く処理を行う。一方、前記次数ｋ_０が、前記所定値よりも小さい、即ち、プロセスダンピング領域に対応するもので無い場合には、以降の処理において、主軸回転速度及び工具Ｔの送り速度を、所定の時間間隔且つ所定の変化量で、段階的に増加又は減少させる。これにより、主軸回転速度をより効果的に安定領域に導くことができる（図１１参照）。

　また、上例では、主軸頭２３に設けた加速度センサ２によって工具Ｔの振動を検出するようにしたが、これに限られるものではなく、加工中に生じる加工音をマイクロフォンにより集音することにより、加工振動を検出するようにしても良い。

　また、上例のびびり検出４では、ＦＦＴ解析によって得られる振動の大きさが所定の閾値を越えたときに、再生びびりが生じたと判定するようにしたが、これに限られるものではなく、所定のサンプリング間隔で検出される振動レベル（大きさ）の差分値が所定の閾値を越えたときに、再生びびりが生じたと判定するようにしても良い。

　また、上例では、主軸回転速度調整装置１の演算処理装置３を数値制御装置１０とは別に設けたが、このような構成に限られるものではなく、演算処理装置３を数値制御装置１０に組み込んだ構成としても良い。

　１　　主軸回転速度調整装置
　２　　加速度センサ
　３　　演算処理装置
　４　　びびり検出部
　５　　回転速度調整部
　１０　数値制御装置
　１１　ＮＣプログラム実行部
　１２　ＮＣプログラム記憶部
　１３　主軸制御部
　１４　送り制御部
　１５　工具データ記憶部
　１６　表示制御部
　１７　表示装置
　２０　工作機械
　２３　主軸頭
　２４　主軸
　Ｔ　　工具
　Ｗ　　ワーク

Claims

　数値制御装置によって制御される工作機械の主軸回転速度を調整する装置であって、
　加工によって工具に生じる振動を検出し、検出した振動に係る信号を出力する振動検出部と、
　前記振動検出部から出力される振動信号を解析して、前記工具に再生びびりが生じているか否かを監視し、工具に再生びびりが生じたとき、その検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを出力するびびり検出部と、
　前記びびり検出部から出力された前記検出信号及び再生びびり周波数に係るデータを受信し、該検出信号を継続して受信する間、予め定められた時間間隔毎に、予め定められた変化量で、主軸回転速度を増加又は減少させる速度調整信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を増加又は減少させる回転速度調整処理を実行し、該速度調整信号を送信する都度、再生びびりを解消できない状態であるか否かを検出する検出処理を実行するとともに、前記びびり検出部から前記検出信号を受信しなくなったとき、前記数値制御装置への前記速度調整信号の送信を停止する送信停止処理を実行し、一方、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、再生びびりを解消できない状態にあることが検出されたとき、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、切削を停止させるか、又は前記主軸回転速度の調整を停止するか、又は再生びびりを解消できない状態にある旨を外部に報知する、少なくともいずれかの対策処理を実行する回転速度調整部とを備えていることを特徴とする主軸回転速度調整装置。
　前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときの前記主軸回転速度Ｓ_ｉ[min^-１]及び再生びびり周波数ω_ｉ[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、以下の数式１により係数ｋ_ｉを算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された前記係数ｋ_ｉの値が変化したとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の主軸回転速度調整装置。
（数式１）
ｋ_ｉ＝（６０×ω_ｉ）／（Ｎ×Ｓ_ｉ）
但し、ｉは１以上の整数であり、前記主軸回転速度の変更回数を意味する。また、Ｎは１以上の整数であり、ｋ_ｉは小数点以下を切り捨てた整数である。
　前記回転速度調整部は、前記検出処理において、前記速度調整信号を送信する都度、そのときに前記びびり検出部から出力される再生びびり周波数と前回出力された再生びびり周波数との差分値を算出するように構成されるとともに、前記びびり検出部から継続して前記検出信号を受信している間に、算出された差分値が予め定められた基準値を超えたとき、再生びびりを解消できない状態にあると判定して、前記対策処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の主軸回転速度調整装置。
　前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記回転速度調整処理を実行する前に、まず、そのときの前記主軸回転速度Ｓ_０[min^-１]及び再生びびり周波数ω_０[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に、以下の数式２によって処理前の係数ｋ_０を算出し、前記回転速度調整処理において、前記係数ｋ_０が予め定められた値よりも大きい値である場合には、前記主軸回転速度を減少させ、前記係数ｋ_０が予め定められた値よりも小さい値である場合には、前記主軸回転速度を増加又は減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
（数式２）
ｋ_０＝（６０×ω_０）／（Ｎ×Ｓ_０）
但し、ｋ_０は小数点以下を切り捨てた整数である。
　前記回転速度調整部は、前記びびり検出部から前記検出信号を受信すると、前記各処理を実行する前に、そのときの再生びびり周波数ω_０[Hz]、及び工具の刃数Ｎを基に、以下の数式３によって主軸の安定回転速度Ｓ_Ｓ[min^-１]を推定し、推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに係る速度指令信号を前記数値制御装置に送信して、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに変更させ、変更後も前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合に、前記各処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
（数式３）
Ｓ_Ｓ＝（６０×ω_０）／（Ｎ×ｋ)
但し、ｋは１以上の任意の整数である。
　前記回転速度調整部は、前記主軸回転速度を推定した安定回転速度Ｓ_Ｓに変更させ、変更後も前記びびり検出部から前記検出信号を受信する場合に、以下の数式４により、そのときの主軸回転速度Ｓ_０’[min^-１]及び再生びびり周波数ω_０’[Hz]、並びに工具の刃数Ｎを基に係数ｋ_０’を算出し、算出された係数ｋ_０’が前記係数ｋよりも大きい場合または等しい場合には、以後の処理において、主軸回転速度を増加させ、前記係数ｋ_０’が前記係数ｋより小さい場合には、主軸回転速度を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項５記載の主軸回転速度調整装置。
（数式４）
ｋ_０’＝（６０×ω_０’）／（Ｎ×Ｓ_０’）
但し、ｋ_０’は小数点以下を切り捨てた整数である。
　前記回転速度調整部は、前記対策処理において、前記切削を停止させる処理を実行する際に、前記数値制御装置から得られる工具の位置がエアカット位置である否かを判断し、工具の位置がエアカット位置となったときに、前記数値制御装置に切削停止信号を送信して、前記主軸の回転を停止させる処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。
　前記回転速度調整部は、前記数値制御装置に前記主軸回転速度を変更させる場合に、前記工具の一刃当たりの切削量に変動が生じないように、主軸回転速度の変更に応じて切削送り速度を変更させる信号を、前記数値制御装置に送信するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７記載のいずれかの主軸回転速度調整装置。