JP2002283186A - 工作機械、工作機械の数値制御装置および振動防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工作機械の機構を複雑化させることなく、工作
機械の剛性に起因する異常振動の発生を未然に防ぐこと
ができ、加えて、工作機械の構造設計における設計者の
構造設計上の配慮を低減可能な工作機械およびその数値
制御装置を提供する。 【解決手段】工作機械本体２のもつ固有振動に起因した
異常振動を工作機械本体２に誘発させると予想される主
軸回転数を保持するパラメータ保持部７３と、加工プロ
グラムの実行時に、加工プログラムにおいて指示された
主軸回転数とパラメータ保持部７３に保持された主軸回
転数との比較に基づいて、異常振動の発生を回避可能な
主軸回転数を決定する主軸回転数決定部７２と、主軸回
転数決定部によって決定された主軸回転数に基づいて、
主軸を回転させる制御指令を主軸モータ６３に出力する
サーボ制御部７４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、マシニ
ングセンタ等の工作機械、この工作機械の制御に用いら
れる数値制御装置および工作機械に発生する異常振動を
防止する振動防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、マシニングセンタ等の数値制
御工作機械では、テーブルに位置決めされたワークを主
軸に装着されたエンドミル等の工具による加工中に異常
振動が発生することがある。異常振動の発生の原因とし
ては種々存在するが、原因の一つとして工作機械のもつ
固有振動が挙げられる。固有振動とは、振動体が外力を
受けずに、振動体の質量や材料等の物理的性質によって
決まる振動数で自由に振動することをいう。ワークの加
工中に工作機械の主軸を工作機械のもつ固有振動を誘発
させる回転数で回転させると、工作機械に共振が発生
し、異常振動が発生することがある。すなわち、主軸を
駆動する主軸モータが振動発生源となり、工作機械に異
常振動が発生することがある。このような、異常振動は
ワークの加工品質を低下させ、工作機械にダメージを与
えるため、異常振動の発生を防ぐ必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来においては、この
ような異常振動が発生した際には、オペレータが手動に
より主軸の回転数を変更したり、工具とワークとの相対
位置を変更する制御軸の送り速度を送り速度オーバーラ
イド機能を使用することにより低下させて異常振動の発
生を防いでいた。しかしながら、上記のような工作機械
の加工条件の変更によっては、オペレータが工作機械の
近くにいない場合や、工作機械を無人運転している場合
等には、適切な対応が困難であるという不利益が存在し
た。また、たとえば、特開平１０−３２８９６６号公報
には、異常振動の発生を検知したのち、ワークや治具側
の固有振動数をコントロールする方法が開示されてい
る。しかしながら、このような方法では、異常振動の発
生の検知、ワークや治具側の固有振動数のコントロール
のための機構を要し、機構が複雑になり、工作機械の製
造コストが嵩む。また、特開平１０−３２８９６６号公
報に開示された方法は、ワークや治具側の固有振動に起
因する異常振動を防止するためのものであり、工作機械
の固有振動に起因した異常振動を防ぐことが難しい。

【０００４】一方、工作機械の固有振動に起因した異常
振動の発生を未然に防ぐため、工作機械の構造設計の際
に、工作機械の剛性を予め高めることが要求されてい
る。しかしながら、工作機械の固有振動に起因した異常
振動を確実に防ぐための構造設計は、時間を要し、設計
者の負担が増し、結果的に、工作機械の開発時間が増加
し、開発コストが嵩むという不利益が存在する。また、
異常振動を確実に防ぐ構造設計は非常に難しい。

【０００５】本発明は、上述した従来の問題に鑑みてな
されたものであって、工作機械の機構を複雑化させるこ
となく、工作機械の剛性に起因する異常振動の発生を未
然に防ぐことができ、加えて、工作機械の構造設計にお
ける設計者の構造設計上の配慮を低減可能な工作機械お
よびその数値制御装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、振動防止のための機構を追加せずに、工
作機械の剛性に起因する異常振動の発生を未然に防ぐこ
とができる工作機械の振動防止方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の工作機械の数値
制御装置は、ワークを加工する工具が装着される主軸
と、前記主軸を回転させる駆動手段とを少なくとも備え
る工作機械本体を加工プログラムに基づいて制御し前記
ワークを加工する工作機械の数値制御装置であって、前
記工作機械本体のもつ固有振動に起因した異常振動を当
該工作機械本体に誘発させると予想される主軸回転数を
保持する振動発生回転数保持手段と、前記加工プログラ
ムの実行時に、当該加工プログラムにおいて指示された
主軸回転数と前記振動発生回転数保持手段に保持された
主軸回転数との比較に基づいて、前記異常振動の発生を
回避可能な主軸回転数を決定する主軸回転数決定手段
と、前記主軸回転数決定手段によって決定された主軸回
転数に基づいて、前記主軸を回転させる制御指令を前記
駆動手段に出力する制御手段とを有する。

【０００７】好適には、前記振動発生回転数保持手段
は、前記工作機械本体の異常振動を誘発させると予想さ
れる主軸回転数を複数保持している。

【０００８】さらに好適には、前記主軸回転数決定手段
は、前記加工プログラムにおいて指示された主軸回転数
が前記振動発生回転数保持手段に保持された主軸回転数
に対して所定の範囲内にあるか否かを判別し、前記所定
の範囲内にあると判断した場合には、実際に回転させる
主軸回転数を前記所定の範囲外の回転数に変更する。

【０００９】さらに好適には、前記主軸回転数決定手段
は、予め指定された変更割合に基づいて、実際に回転さ
せる主軸回転数を前記所定の範囲外の回転数に変更す
る。

【００１０】本発明の工作機械は、ワークを加工する工
具が装着される主軸と、前記主軸を回転させる駆動手段
とを少なくとも備える工作機械本体と、加工プログラム
に基づいて前記工作機械本体を制御する数値制御装置
と、を有し、前記数値制御装置は、前記工作機械本体の
もつ固有振動に起因した異常振動を当該工作機械本体に
誘発させると予想される主軸回転数を保持する振動発生
回転数保持手段と、前記加工プログラムの実行時に、当
該加工プログラムにおいて指示された主軸回転数と前記
振動発生回転数保持手段に保持された主軸回転数との比
較に基づいて、前記異常振動の発生を回避可能な主軸回
転数を決定する主軸回転数決定手段と、前記主軸回転数
決定手段によって決定された主軸回転数に基づいて、前
記主軸を回転させる制御指令を前記駆動手段に出力する
制御手段とを有する。

【００１１】本発明の工作機械の振動防止方法は、ワー
クを加工する工具が装着される主軸と、前記主軸を回転
させる駆動手段とを少なくとも備える工作機械を加工プ
ログラムに基づいて数値制御装置によって制御し前記ワ
ークを加工する際に、前記工作機械のもつ固有振動に起
因した当該工作機械の異常振動の発生を防止する振動防
止方法であって、前記異常振動を誘発させると予想され
る主軸回転数を前記数値制御装置において予め設定する
ステップと、前記数値制御装置において、前記加工プロ
グラムの実行時に、当該加工プログラムにおいて指示さ
れた主軸回転数と保持された主軸回転数との比較に基づ
いて、前記異常振動の発生を回避可能な主軸回転数を決
定するステップと、決定された前記主軸回転数に基づい
て、前記主軸を回転させるステップとを有する。

【００１２】本発明では、工作機械本体によってワーク
を加工する前に、工作機械本体のもつ固有振動に起因し
て発生する異常振動を誘発させると予想される主軸回転
数を予め保持しておく。ワークを加工するための加工プ
ログラムを実行し、この加工プログラムで指定された主
軸回転数と予め保持された主軸回転数との比較に基づい
て、異常振動の発生を回避できる主軸回転数を決定す
る。ワークは新たに決定された主軸回転数で回転する主
軸に装着された工具により加工される。したがって、工
作機械本体のもつ固有振動に起因する異常振動の発生が
未然に防止される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１の実施形態 図１は、本発明が適用される数値制御工作機械の構成の
一例を示す図である。図１に示す数値制御工作機械１
は、工作機械本体２と、数値制御装置２１と、プログラ
マブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）６１とを備えて
いる。

【００１４】工作機械本体２は、先端に工具５２が装着
される主軸５１と、この主軸５１を回転させる主軸モー
タ６３とを備えている。工具５２は、たとえば、ドリ
ル、エンドミル等の回転工具である。主軸５１は、工具
５２をチャッキングするチャック機構を備えており、工
作機械本体２に回転自在に保持されている。主軸モータ
６３は、回転速度検出器６３ａを備えており、回転速度
検出器６３ａの検出する主軸５１の回転数は主軸モータ
ドライバ６２にフィードバックされる。

【００１５】また、工作機械本体２は、複数のサーボモ
ータ４０，４１，４２を備えている。サーボモータ４
０，４１，４２は、たとえば、工具５２と図示しないテ
ーブルに設置されたワークとを各制御軸方向に相対移動
させるためのものである。なお、工作機械本体２の具体
的構成については説明しないが、工作機械本体２とし
て、マシニングセンタ等の一般的な工作機械を想定して
いる。サーボモータ４０，４１，４２は、マシニングセ
ンタ等の一般的な工作機械における各制御軸を駆動する
ためのサーボモータである。サーボモータ４０，４１，
４２には、それぞれ、光学式あるいは磁気式の回転位置
検出器４０ａ，４１ａ，４２ａが設けられており、回転
位置検出器４０ａ，４１ａ，４２ａによって検出された
サーボモータ４０，４１，４２の回転位置は対応するモ
ータドライバ３１，３２，３３にフィードバックされ
る。

【００１６】工作機械本体２は、機械構造物であり、構
造、寸法、構成材料等によって決まる固有振動をもって
いる。工作機械本体２のもつ固有振動は、通常、一つだ
けでなく、低次モードから高次モードまで複数存在す
る。このように工作機械本体２は固有振動をもっている
ため、振動発生源である主軸モータ６３の回転数が固有
振動数に接近すると、工作機械本体２に自励的に振幅が
増す異常振動が発生する可能性がある。

【００１７】工作機械本体２は、操作パネル３を備えて
いる。操作パネル３は、工作機械本体２の起動、停止な
どを行うための操作スイッチや工作機械本体２の稼働状
態を表示するランプ等の表示装置が設けられている。

【００１８】数値制御装置２１は、プロセッサ２２、Ｒ
ＯＭ(read only memory)２３、ＲＡＭ(random access m
emory)２４、ディジタル入出力部２５、Ｄ／Ａ変換部３
９、インターフェース２６，２７，２８，２９，３０、
モータドライバ３１，３２，３３等から構成されてい
る。プロセッサ２２は、ＲＯＭ(read only memory)２
３、ＲＡＭ(random access memory)２４、ディジタル入
出力部２５、Ｄ／Ａ変換部３９、インターフェース２
６，２７，２８，２９，３０およびモータドライバ３
１，３２，３３とバスＢＵＳによって接続されている。
また、数値制御装置２１には、表示装置３５、フロッピ
ー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤ）３６、パーソ
ナルコンピュータ（ＰＣ）３４、キーボード３７等が接
続されている。

【００１９】プロセッサ２２は、ＲＯＭ２３に記憶され
たシステムプログラムおよびＲＡＭ２４に記憶された加
工プログラムを実行し、各種データの処理を行い、数値
制御装置２１を総合的に制御する。

【００２０】ＲＯＭ２３は、数値制御装置２１を制御す
るためのシステムプログラムを記憶している。ＲＡＭ２
４は、数値制御装置２１の制御に必要な一時的な記憶デ
ータや、制御の際のフラグ、制御のためのパラメータと
して使用されるデータ等の各種データを記憶する。ま
た、ワークを加工するための加工プログラムも記憶す
る。

【００２１】インターフェース２６は、ＬＡＮ(local a
rea network)とバスＢＵＳとを接続している。ＬＡＮ
は、たとえば、工作機械１が設定される工場内に構築さ
れたネットワークである。これにより、ＬＡＮとプロセ
ッサ２２との間で各種データの送受信が可能になってい
る。

【００２２】表示装置３５は、インターフェース２８を
介してバスＢＵＳに接続されている。この表示装置３５
には、たとえば、液晶表示装置やＣＲＴ(cathode ray t
ube)が使用される、表示装置３５は、数値制御装置２１
に保持されたあらゆる加工プログラムや必要なデータを
表示する。

【００２３】ＰＣ３４は、インターフェース２７を介し
てバスＢＵＳに接続されている。ＰＣ３４は、数値制御
装置２１に加工プログラム等の各種データを送信した
り、数値制御装置２１に記憶された各種データを受信す
る。ＰＣ３４は、ＬＡＮに接続されている。

【００２４】デジタル入出力装置２５は、バスＢＵＳと
ＰＬＣ６１とを接続しており、レベル信号（オン／オフ
信号）の送受信をＰＬＣ装置６１との間で行なう。

【００２５】Ｄ／Ａ変換部３９は、主軸モータ６３を回
転回転させるディジタル信号からなる制御指令をアナロ
グの電圧信号に変換して主軸モータドライバ６２に出力
する。なお、主軸モータドライバ６２への制御指令の出
力を、Ｄ／Ａ変換部３９ではなく、デジタル入出力装置
２５からＰＬＣ６１を介して行う構成とすることも可能
である。

【００２６】キーボード３７は、インターフェース３０
を介してバスＢＵＳに接続されており、数値制御装置２
への加工プログラムの入力や各種パラメータの設定のた
めのデータを入力する際に用いられる。ＦＤ３６は、イ
ンターフェース２９を介してバスＢＵＳに接続されてお
り、ＲＡＭ２４等に記憶された各種データを外部に取り
出して記憶するためのものである。なお、ハードディス
クドライブ等の他の外部記憶装置を接続することも可能
である。

【００２７】モータドライバ３１，３２，３３は、各軸
制御用のサーボモータ４０，４１，４２にそれぞれ接続
されている。モータドライバ３１，３２，３３は、バス
ＢＵＳを通じて入力される制御指令に基づいて、サーボ
モータ４０，４１，４２をそれぞれ駆動制御する。ま
た、モータドライバ３１，３２，３３は、サーボモータ
４０，４１，４２からフィードバックバックされた検出
回転位置等の情報をバスＢＵＳに出力する。

【００２８】ＰＬＣ６１は、デジタル入出力部２５との
間でレベル信号を送受信する。このＰＬＣ６１は、デジ
タル入出力部２５から受信したレベル信号の内容に応じ
て、操作パネル３の表示部を点灯、消灯する信号を出力
したり、主軸モータ６３を起動、停止する信号を出力す
る等、予め決められたシーケンスにしたがって、接続さ
れた機器を制御する。また、ＰＬＣ６１は、操作パネル
３等からレベル信号を受けて、デジタル入出力部２５に
出力する。

【００２９】主軸モータドライバ６２は、主軸モータ６
３に接続されている。この主軸モータドライバ６２は、
Ｄ／Ａ変換部３９から入力される制御指令に基づいて、
主軸モータ６３の速度制御を行う。なお、主軸モータド
ライバ６２には、回転速度検出器６３ａから主軸モータ
６３の回転数がフィードバックされる。

【００３０】図２は、本発明の一実施形態に係る数値制
御装置の機能ブロック図である。本実施形態に係る数値
制御装置は、図１に示したハードウエア構成およびＲＯ
Ｍ２２およびＲＡＭ２４に記憶された所要のソフトウエ
アにより実現することができる。また、図２の機能ブロ
ック図は、本実施形態に係る数値制御装置の特徴的機能
を説明するためのものであり、他の機能の記載は省略し
ている。図２に示すように、数値制御装置２１は、解析
処理部７１と、主軸回転数決定部７２と、パラメータ保
持部７３と、サーボ制御部７４とを有する。

【００３１】解析処理部７１は、上記したキーボード３
７、ＰＣ３４等から数値制御装置２１にダウンロードさ
れた加工プログラムＰＲを実行する際に、加工プログラ
ムＰＲを解析処理し、各サーボモータ４０，４１，４２
を駆動すべき制御量Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒをサーボ制御部７
４に出力する。

【００３２】主軸回転数決定部７２は、解析処理部７１
における加工プログラムＰＲの解析処理に付随して、加
工プログラムＰＲにおいて指定された主軸５１の回転数
が上記の工作機械本体２のもつ固有振動に起因した異常
振動を誘発させる回転数であるか否かを判断する。異常
振動を誘発させないと判断した場合には加工プログラム
ＰＲで指定された主軸回転数に対応する制御量Ｓｒをサ
ーボ制御部７４に出力する。異常振動を誘発させると予
想されると判断した場合には、異常振動の発生を回避可
能な主軸回転数を決定し、対応する制御量Ｓｒをサーボ
制御部７４に出力する。なお、主軸回転数決定部７２の
具体的な処理内容については後述する。

【００３３】パラメータ保持部７３は、主軸回転数決定
部７２における処理に必要な各種パラメータを保持して
いる。このパラメータ保持部７３は、ＲＡＭ２４によっ
て構成される。なお、パラメータ保持部７３に保持され
ている主軸回転数決定部７２における処理に必要な各種
パラメータの詳細については後述する。

【００３４】サーボ制御部７４は、解析処理部７１によ
って解析処理された加工プログラムＰＲから得られた各
制御量Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒに基づいて、これらの制御量Ｘ
ｒ，Ｙｒ，Ｚｒに各サーボモータ４０，４１，４２を追
従させる制御指令を各サーボモータ４０，４１，４２の
検出回転位置等の情報から算出し、対応するモータドラ
イバ４０，４１，４２に出力する。また、サーボ制御部
７４は、主軸回転数決定部７２から得られた制御量Ｓｒ
に基づいて、主軸モータ６３を回転させる制御指令を主
軸モータドライバ６２に出力する。

【００３５】図３は、上記したパラメータ保持部７３に
保持される各種パラメータの内容を説明するための図で
ある。図３において、パラメータＮは、工作機械本体２
のもつ固有振動に起因した異常振動を工作機械本体２に
誘発させると予想される主軸回転数を規定するパラメー
タである。上述したように、工作機械本体２のもつ固有
振動は、単一とは限らず、複数の場合もある。このた
め、パラメータＮでは、複数（５つ）の主軸回転数を設
定可能となっている。

【００３６】パラメータＮで規定する主軸回転数は、予
め解析によって求めておくことができる。具体的には、
たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を応用した解析
装置を使用し、この解析装置に接続された加速度ピック
アップを工作機械の主軸に装着し、木槌などにより主軸
５１に軽く衝撃を与えて振動させ、主軸５１の振動波形
を加速度ピックアップによって解析装置に取り込む。解
析装置では、取り込んだ振動波形を高速フーリエ変換を
用いて周波数解析し、解析結果に基づいて工作機械本体
２の固有振動数を特定する。特定された工作機械本体２
の固有振動数に基づいて、たとえば、この固有振動数と
同じ、あるいは、接近する周波数の主軸回転数をパラメ
ータＮに設定する。

【００３７】パラメータＮ＋１は、主軸回転数決定部７
２において、パラメータＮで規定した主軸回転数に対し
て、加工プログラムＰＲにおいて指示された主軸回転数
が所定の範囲内にあるか否かを判別する際に、この所定
の範囲を規定するためのパラメータである。具体的に
は、パラメータＮで規定した主軸回転数に対する割合
（％）を設定する。たとえば、パラメータＮで規定した
主軸回転数が２０ｒｐｍであり、パラメータＮ＋１で規
定した値が１０（％）の場合には、加工プログラムＰＲ
において指示された主軸回転数が１９〜２１ｒｐｍの範
囲に指定されていると、主軸回転数決定部７２は範囲内
であると判断する。なお、このパラメータＮ＋１の値
は、たとえば、上述の解析装置を使用した周波数解析結
果に基づいて決定することができる。

【００３８】パラメータＮ＋２は、主軸回転数決定部７
２によって、実際に駆動する主軸５１の回転数を変更す
るか否かを規定するパラメータである。すなわち、工作
機械本体２の固有振動に起因する異常振動を防止する制
御を行うか否かを規定する。振動防止制御を行う場合に
は、パラメータＮ＋２の値を１に設定し、行わない場合
には、パラメータＮ＋２の値を０に設定する。

【００３９】パラメータＮ＋３は、振動防止制御を行う
場合に、加工プログラムＰＲにおいて指示された主軸回
転数を上昇させるか、下降させるかを規定するパラメー
タである。主軸回転数の上昇および下降のいずれによっ
ても、振動防止が可能であるが、主軸回転数をいずれの
方向に変更すればよいかを主軸回転数決定部７２に認識
させるためである。具体的には、上昇させる場合には１
を設定し、下降させる場合には０を設定する。

【００４０】パラメータＮ＋４は、加工プログラムＰＲ
において指示された主軸回転数を変更する場合に、どれ
だけの量を変更すればよいかを規定するパラメータであ
る。具体的には、加工プログラムＰＲにおいて指示され
た主軸回転数に対する割合（％）を規定する。たとえ
ば、加工プログラムＰＲにおいて指示された主軸回転数
が２０ｒｐｍであり、パラメータＮ＋４の値が１０％で
あり、パラメータＮ＋３が下降に設定されている場合に
は、変更後の主軸回転数は１８ｒｐｍとなる。

【００４１】次に、上記構成の工作機械１における振動
防止方法の一例について、図４に示すフローチャートを
参照して説明する。まず、上述したパラメータＮ〜Ｎ＋
４を数値制御装置２１に入力する。次いで、所要の加工
プログラムをダウンロードし、実行する。加工プログラ
ムを実行すると、主軸回転数決定部７２は、加工プログ
ラム中に主軸５１の回転数を指定するプログラムが含ま
れていると、これを取得する（ステップＳ１）。具体的
には、たとえば、加工プログラム中に以下のようなプロ
グラム（１）がある場合である。

【００４２】Ｍ０３ Ｓ２０ …（１）

【００４３】プログラム（１）は、主軸５１を正方向に
回転数２０ｒｐｍで回転させる内容である。主軸回転数
決定部７２は、加工プログラムの指定する主軸回転数と
して２０ｒｐｍを取得する。ここで、取得した主軸回転
数をＱとする。

【００４４】次いで、主軸回転数決定部７２は、取得し
た主軸回転数Ｑ（２０ｒｐｍ）が、パラメータＮおよび
Ｎ＋１で規定される主軸回転数の範囲Ｒ内にあるか否か
を判断する（ステップＳ２）。取得した主軸回転数Ｑが
範囲内でない場合には、処理を終了し、主軸５１は主軸
回転数Ｑで回転される（ステップＳ８）。

【００４５】たとえば、パラメータＮに２０ｒｐｍが設
定され、パラメータＮ＋１に１０％が設定されている場
合には、範囲Ｒは１９〜２１ｒｐｍであるので、主軸回
転数Ｑは範囲Ｒ内にはいっている。主軸回転数決定部７
２は、取得した主軸回転数Ｑが範囲Ｒ内にある場合に
は、パラメータＮ＋２を参照し、振動防止制御の有無を
判断する。パラメータＮ＋２の値が０に設定されている
場合には処理を終了する。主軸５１は主軸回転数Ｑで回
転される（ステップＳ８）。

【００４６】主軸回転数決定部７２は、パラメータＮ＋
２の値が１の場合には、パラメータＮ＋３を参照し、主
軸回転数Ｑを上昇させるのか、下降させるのかを決定す
る（ステップＳ４）。

【００４７】主軸回転数決定部７２は、主軸回転数Ｑの
上昇、下降が決定すると、パラメータＮ＋４を参照し、
設定された主軸回転数の変更割合に応じて、上昇後の、
主軸回転数Ｑ’あるいは、下降後の主軸回転数Ｑ’を算
出する（ステップＳ５，Ｓ６）。たとえば、主軸回転数
Ｑが２０ｒｐｍで、パラメータＮ＋３が下降に設定され
ており、パラメータＮ＋４に設定された変更割合が１０
％の場合には、下降後の主軸回転数Ｑ’は１８ｒｐｍで
ある。

【００４８】次いで、主軸回転数決定部７２は、変更後
の主軸回転数Ｑ’に対応する制御指令をサーボ制御部７
４に出力する（ステップＳ７）。これにより、新たな主
軸回転数Ｑ’によって主軸５１が回転される。

【００４９】なお、加工プログラム中から、主軸回転数
Ｑを指定するプログラムが新たに取得された場合には、
上記と同様の手順で主軸５１の回転数が変更される。

【００５０】以上のように、本実施形態によれば、加工
プログラムを実行したときに、実際に主軸５１が回転さ
れる前に、加工プログラムに含まれる工作機械本体２の
固有振動に起因する異常振動を誘発させる主軸回転数の
指示を見つけ出し、これを変更する。このため、異常振
動の発生を未然に防ぐことができる。また、本実施形態
によれば、自動的に主軸回転数を変更することができる
ので、工作機械本体２の無人運転が可能となる。さら
に、本実施形態に係る振動防止方法は、工作機械本体２
の加工中に発生する異常振動のうち、工作機械本体２の
固有振動に起因する異常振動を選択的に防止するため、
ワークやワークをテーブルに固定する治具等の剛性に起
因する異常振動と分離することができる。このため、ワ
ーク等に起因する異常振動を抑制することも容易とな
る。また、本実施形態によれば、工作機械本体２の剛性
を必要以上に高めなくても、工作機械本体２の固有振動
に起因する異常振動を未然に防止可能であるので、工作
機械本体２の構造設計における設計者の負担も軽減でき
る。

【００５１】なお、上述の実施形態では、ＲＡＭ２４に
記憶されたパラメータＮ〜Ｎ＋４を用いて、振動防止制
御の起動、停止や新たな主軸回転数の算出等の主軸回転
数決定部７２の処理をソフトウェアによって行う構成と
してが、パラメータＮ〜Ｎ＋４に代えて機械的なオン／
オフスイッチやディジタルデータスイッチを数値制御装
置２１等に設け、これらのスイッチからの信号とソフト
ウエアとの組合せにより、主軸回転数決定部７２の処理
を行う構成とすることも可能である。

【００５２】第２の実施形態 上述した第１の実施形態では、工作機械本体２のもつ固
有振動に起因した異常振動について、たとえば、解析装
置を用いて工作機械本体２の固有振動数を特定し、この
固有振動数に基づいてパラメータＮに設定する主軸回転
数を決定した。しかしながら、工作機械本体２のテーブ
ルにワークを固定した状態で、ワーク加工中に発生する
異常振動は、工作機械本体２の固有振動だけでなく、工
作機械本体２とワークとを合わせた系の固有振動に起因
して発生する場合もある。本発明の工作機械本体のもつ
固有振動に起因した異常振動には、工作機械本体２自体
の固有振動に起因する場合だけでなく、工作機械本体２
とこれに固定されたワークとを合わせた系の固有振動に
起因する場合も含まれる。

【００５３】工作機械本体２とワークとを合わせた系の
固有振動に起因する異常振動を誘発させる振動発生主軸
回転数は、工作機械本体２単体の固有振動とは一致せ
ず、あるいは、工作機械本体２単体の固有振動と接近し
ていないこともある。このような場合には、工作機械本
体２のテーブルにワークを固定し、上述した第１の実施
形態と同様に、加速度ピックアップを工作機械の主軸に
装着し、木槌などにより主軸５１に軽く衝撃を与えて振
動させ、主軸の振動波形を加速度ピックアップによって
解析装置に取り込み、取り込んだ振動波形を高速フーリ
エ変換を用いて周波数解析し、解析結果に基づいて工作
機械本体２とワークとを合わせた系の固有振動数を特定
し、この固有振動数に基づいて、パラメータＮに設定す
る主軸回転数を決定することが可能である。

【００５４】一方、加工すべきワークのすべてについ
て、上記のような解析を行って主軸回転数を決定するこ
とは難しい場合もある。このため、たとえば、無人運転
等において加工不良となることを必ず避けたいような、
特に重要なワークについてのみ、上記のような解析によ
り振動発生主軸回転数を予め決定し、パラメータＮに設
定してもよい。特に重要なワークについての振動発生主
軸回転数は、ＲＡＭ２４に予め記憶しておいてもよい
し、ＦＤ３６等の外部記憶装置に記憶しておき、加工の
際にＲＡＭ２４にダウンロードする構成としてもよい。

【００５５】また、たとえば、図５（ａ）に示すよう
に、加工すべき種々のワークを形状や重量等が互いに近
似し、固有振動数が接近する複数のワークグループ（Ａ
〜Ｎ）に分ける。これら複数のワークグループＡ〜Ｎに
ついて、それぞれパラメータＮに設定すべき振動発生主
軸回転数Ｓを解析等によって予め求めておき、ＲＡＭ２
４あるいは外部記憶装置に記憶しておく。そして、ワー
クを加工する際には、当該ワークの属するワークグルー
プについて設定された振動発生主軸回転数、たとえば、
ワークグループＡの場合にはＳA1〜ＳA5を読み出し、パ
ラメータＮに設定する。他のワークグループに属する場
合も同様である。パラメータＮに設定したのちは、上述
した第１の実施形態と同様の処理を行う。このように、
加工すべき種々のワークを固有振動が近似する複数のワ
ークグループに分けて、それぞれのワークグループを代
表する振動発生主軸回転数Ｓを付与し、加工時にワーク
の属するワークグループに付与された振動発生主軸回転
数ＳをパラメータＮに設定することにより、すべてのワ
ークについて振動発生主軸回転数Ｓを求める必要がなく
なり、作業を簡略化することができる。

【００５６】また、種々のワークを固有振動が近似する
各ワークグループに分けた場合に、各ワークグループに
それぞれ付与された振動発生主軸回転数Ｓと実際のワー
クと工作機械本体２とを合わせた系の振動発生主軸回転
数とが多少異なる可能性がある。この場合には、図５
（ｂ）に示すように、パラメータＮに規定された振動発
生主軸回転数Ｓをワークに応じて調整するための調整量
を規定する調整用のパラメータＮ＋５を新たにパラメー
タ保持部７３に設けることも可能である。たとえば、図
４において説明した処理において、パラメータＮととも
にパラメータＮ＋５を読み出し、パラメータＮに規定さ
れた振動発生主軸回転数ＳをパラメータＮ＋５に規定さ
れた調整量によって補正し、調整された振動発生主軸回
転数Ｓ’と加工プログラムから読みだされた主軸回転数
との比較に基づいて、異常振動を回避可能な主軸回転数
を決定する。なお、パラメータＮ＋５に設定する調整量
は、ワークの実際の加工における異常振動の発生状況や
経験値等に基づいて決定することが可能である。

【００５７】このように、パラメータＮに規定された振
動発生主軸回転数Ｓをワークに応じた調整量により補正
する構成とすることにより、各ワークグループに付与さ
れた振動発生主軸回転数Ｓと実際のワークと工作機械本
体２とを合わせた系の振動発生主軸回転数とのずれを容
易に調整することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、工作機械の固有振動に
よる振動を自動的に未然に防止可能となり、結果とし
て、工作機械の夜間等の無人運転を実施することが可能
となる。また、本発明によれば、工作機械の構造設計に
おける設計者の負担を低減可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される工作機械の構成の一例を示
す図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る数値制御装置の機能
ブロック図である。

【図３】図２に示す数値制御装置のパラメータ保持部に
設定されるパラメータの内容を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の振動防止方法の手順を説明するための
フローチャートである。

【図５】本発明の他の実施形態を説明するための図であ
る。

【符号の簡単な説明】

１…数値制御工作機械 ２…工作機械本体 ３…操作パネル ２１…数値制御装置 ２２…プロセッサ ２３…ＲＯＭ ２４…ＲＡＭ ２５…ディジタル入出力部 ３９…Ｄ／Ａ変換部 ２６，２７，２８，２９，３０…インターフェース部 ３１，３２，３３…モータドライバ ３４…パーソナルコンピュータ ３５…表示装置 ３６…フロッピーディスクドライブ ３７…キーボード ５１…主軸 ５２…工具 ４０，４１，４２…サーボモータ ６１…ＰＬＣ ６２…主軸モータドライバ ６３…主軸モータ ７１…解析・指令分配部 ７２…主軸回転数決定部 ７３…パラメータ保持部 ７４…サーボ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 純 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA07 KB09 TA06 TB05 3C011 AA04 5H269 AB01 BB03 CC02 DD01 EE11 QB06 QB15 QC01 QC02 QD01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを加工する工具が装着される主軸
   と、前記主軸を回転させる駆動手段とを少なくとも備え
   る工作機械本体を加工プログラムに基づいて制御し前記
   ワークを加工する工作機械の数値制御装置であって、 前記工作機械本体のもつ固有振動に起因した異常振動を
   当該工作機械本体に誘発させると予想される主軸回転数
   を保持する振動発生回転数保持手段と、 前記加工プログラムの実行時に、当該加工プログラムに
   おいて指示された主軸回転数と前記振動発生回転数保持
   手段に保持された主軸回転数との比較に基づいて、前記
   異常振動の発生を回避可能な主軸回転数を決定する主軸
   回転数決定手段と、 前記主軸回転数決定手段によって決定された主軸回転数
   に基づいて、前記主軸を回転させる制御指令を前記駆動
   手段に出力する制御手段とを有する工作機械の数値制御
   装置。
2. 【請求項２】前記振動発生回転数保持手段は、前記工作
   機械本体の異常振動を誘発させると予想される主軸回転
   数を複数保持している請求項１に記載の工作機械の数値
   制御装置。
3. 【請求項３】前記主軸回転数決定手段は、前記加工プロ
   グラムにおいて指示された主軸回転数が前記振動発生回
   転数保持手段に保持された主軸回転数に対して所定の範
   囲内にあるか否かを判別し、 前記所定の範囲内にあると判断した場合には、実際に回
   転させる主軸回転数を前記所定の範囲外の回転数に変更
   する請求項１または２に記載の工作機械の数値制御装
   置。
4. 【請求項４】前記主軸回転数決定手段は、予め指定され
   た変更割合に基づいて、実際に回転させる主軸回転数を
   前記所定の範囲外の回転数に変更する請求項３に記載の
   工作機械の数値制御装置。
5. 【請求項５】前記主軸回転数決定手段による主軸回転数
   の変更動作を起動および停止させる起動停止手段をさら
   に備える請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械の数
   値制御装置。
6. 【請求項６】ワークを加工する工具が装着される主軸
   と、前記主軸を回転させる駆動手段とを少なくとも備え
   る工作機械本体と、 加工プログラムに基づいて前記工作機械本体を制御する
   数値制御装置と、を有し、 前記数値制御装置は、 前記工作機械本体のもつ固有振動に起因した異常振動を
   当該工作機械本体に誘発させると予想される主軸回転数
   を保持する振動発生回転数保持手段と、 前記加工プログラムの実行時に、当該加工プログラムに
   おいて指示された主軸回転数と前記振動発生回転数保持
   手段に保持された主軸回転数との比較に基づいて、前記
   異常振動の発生を回避可能な主軸回転数を決定する主軸
   回転数決定手段と、 前記主軸回転数決定手段によって決定された主軸回転数
   に基づいて、前記主軸を回転させる制御指令を前記駆動
   手段に出力する制御手段とを有する工作機械。
7. 【請求項７】ワークを加工する工具が装着される主軸
   と、前記主軸を回転させる駆動手段とを少なくとも備え
   る工作機械を加工プログラムに基づいて数値制御装置に
   よって制御し前記ワークを加工する際に、前記工作機械
   のもつ固有振動に起因した当該工作機械の異常振動の発
   生を防止する振動防止方法であって、 前記異常振動を誘発させると予想される主軸回転数を前
   記数値制御装置において予め設定するステップと、 前記数値制御装置において、前記加工プログラムの実行
   時に、当該加工プログラムにおいて指示された主軸回転
   数と保持された主軸回転数との比較に基づいて、前記異
   常振動の発生を回避可能な主軸回転数を決定するステッ
   プと、 決定された前記主軸回転数に基づいて、前記主軸を回転
   させるステップとを有する工作機械の振動防止方法。