JP2020140504A - 数値制御装置と制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工中の周波数特性を精度良く検出できる数値制御装置と制御方法を提供する。【解決手段】数値制御装置のＣＰＵは加振タイミングを判断する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。ＣＰＵは加振タイミングと判断した時、工作台をＹ軸方向に移動するＹ軸モータに対し、工作台をＹ軸方向に加振する為の加振トルクを出力する（Ｓ１４、Ｓ１５）。ＣＰＵは加工中に工作台に生じるトルク由来の振動を測定し（Ｓ１６）、測定した振動と加振トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する（Ｓ１７）。ＣＰＵは周波数特性の解析結果の情報である解析情報を操作パネルの表示部に出力する（Ｓ１８）。作業者は出力した解析情報から加工中の周波数特性を得ることができるので、工作機械による被削材の加工において、例えばびびらない加工条件等、最適な加工条件を算出できる。【選択図】図７

Description

本発明は、数値制御装置と制御方法に関する。

工作機械停止中に工具、治具、若しくは被削材をハンマで加振し、工作機械の周波数特性を得る方法は周知である。工作機械の周波数特性は、加工中のびびり振動を抑制する加工条件の決定に有益である。加工中の周波数特性は、工作機械停止中の周波数特性と異なり、工具と被削材との接触により変化する。被削材加工中にハンマで加振するのは困難なので、上記方法は、加工中の周波数特性を得ることができない。特許文献１の動特性算出装置は、断続的な切削加工で回転工具が加振した場合、振動状態の回転工具の変位量を検出すると共に、回転工具の切削抵抗を算出し、回転工具の変位量と切削抵抗に基づき、切削加工中の回転工具の動特性を算出する。

特開２０１３−１３２７０６号公報

特許文献１に記載の動特性算出装置は、回転工具には加振せず、断続的な切削加工による回転工具の変位量を検出するが、切削による回転工具に対する加振力は極めて小さく、検出は困難である。動特性算出装置は高速度カメラで回転工具の変位量を検出するが、加工中は切粉や切削油の影響で精度よく検出するのは困難である。

本発明の目的は、加工中の周波数特性を精度良く検出できる数値制御装置と制御方法を提供することである。

請求項１の数値制御装置は、被削材を固定する工作台、又は工具を装着する主軸を送り軸によって送り軸方向に移動し、前記被削材に前記工具を接触することにより、前記被削材の加工を行う工作機械の動作を制御する数値制御装置において、加振タイミングを判断する加振タイミング判断部と、前記加振タイミング判断部の判断に基づく前記加振タイミングに、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に移動するモータに対し、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に加振する為のトルクを出力するトルク出力部と、前記トルク出力部が前記トルクを出力した時、加工中に前記工作台又は前記主軸に生じる前記トルク由来の振動を測定する振動測定部と、前記振動測定部が測定した前記振動と前記トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する解析部と、前記解析部の解析結果の情報である解析情報を出力する情報出力部とを備えたことを特徴とする。数値制御装置は加振タイミングを判断する。数値制御装置は判断に基づく加振タイミングに、送り軸方向に移動するモータに対してトルクを出力することで、送り軸方向に加振する。数値制御装置は工作台又は主軸に生じるトルク由来の振動を測定する。数値制御装置は測定した振動とモータに出力したトルクに基づき周波数特性を解析し、その解析情報を出力する。作業者は出力した解析情報から加工中の周波数特性を得ることができるので、びびり振動を抑制できる加工条件等、最適な加工条件を求めることができる。

請求項２の数値制御装置の前記トルク出力部は、トルク波形を設定する設定部を備え、前記設定部が設定した前記波形に基づき前記トルクを出力するとよい。故に数値制御装置は、工作機械に発生する振動の性質に応じて適切なトルク波形を設定でき、該設定した波形に基づきトルクを生成できる。

請求項３の数値制御装置の前記トルクはインパルス状の前記トルク波形を有し、前記設定部は、前記トルク波形を形成する最大出力値と出力時間を設定し、前記トルク出力部は、前記設定部が設定した前記最大出力値、前記出力時間に基づき前記トルクを出力するとよい。故に数値制御装置はインパルス状のトルク波形を形成する最大出力値と出力時間を設定できる。

請求項４の数値制御装置の前記加振タイミング判断部は、前記工作機械が前記被削材を加工中である時、前記主軸が所定回転数で回転している時、前記主軸が所定角度である時、前記送り軸が所定位置である時、のうち少なくとも一つの条件又は複数の特定の条件の組合せに該当する時、前記加振タイミングであると判断するとよい。故に数値制御装置は、送り軸方向に移動するモータに対し、所定のタイミングで、工作台又は主軸を送り軸方向に精度よく加振できる。

請求項５の数値制御装置の前記所定角度は、前記被削材の加工中において、前記主軸と共に回転する前記工具の刃の逃げ面が前記送り軸方向に向いた角度であるとよい。故に数値制御装置は送り軸方向に精度よく加振できるので、加工中の送り軸方向における周波数特性を解析できる。

請求項６の数値制御装置の前記振動測定部は加速度ピックアップで前記振動を測定するとよい。故に数値制御装置は、加速度ピックアップで工作台又は主軸に生じる振動を精度よく測定できるので、周波数特性を簡単に測定できる。例えば加速度ピックアップを工作機械に取り付けることで、インパルスハンマ等の外付けの装置を用いずに周波数特性を解析できる。

請求項７の制御方法は、被削材を固定する工作台、又は工具を装着する主軸を送り軸によって送り軸方向に移動し、前記被削材に前記工具を接触することにより、前記被削材の加工を行う工作機械の動作を制御する数値制御装置の制御方法において、加振タイミングを判断する加振タイミング判断ステップと、前記加振タイミング判断ステップでの判断に基づく前記加振タイミングに、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に移動するモータに対し、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に加振する為のトルクを出力するトルク出力ステップと、前記トルク出力ステップで前記トルクを出力した時、加工中に前記工作台又は前記主軸に生じる前記トルク由来の振動を測定する振動測定ステップと、前記振動測定ステップで測定した前記振動と前記トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する解析ステップと、前記解析ステップでの解析結果の情報である解析情報を出力する情報出力ステップとを備えたことを特徴とする。数値制御装置は上記ステップを実行することで、請求項１に記載の効果を得ることができる。

工作機械１の斜視図。 数値制御装置３０と工作機械１の電気的構成を示すブロック図。 駆動回路５４Ａのサーボ制御系を示す図。 加振トルク指令のトルク波形を示す図。 被削材３に工具４で穴空け加工を行う時の図。 被削材３に刃４００が切り込んだ時の図。 周波数特性解析処理の流れ図。 加工開始から４．７秒後にＹ軸方向に加振した時のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の切削力を示した図表。 加工開始から４．７秒後にＹ軸方向に加振した時の工作台１３のＹ軸方向の加速度の時間変化を示す図表。 加工以外の時の周波数特性（１）と加工中の時の周波数特性（２）を比較した図表。

本発明の実施形態を説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。図１に示す工作機械１は主軸９に装着した工具４を回転し、工作台１３上面に保持した被削材３に切削加工を施す機械である。数値制御装置３０（図２参照）は工作機械１の動作を制御する。

図１を参照し工作機械１の構造を説明する。工作機械１は、基台２、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、工作台装置１０、工具交換装置２０、制御箱６、操作パネル１５（図２参照）等を備える。基台２は金属製の略直方体状の土台である。コラム５は基台２上部後方に立設する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に移動可能に設ける。主軸ヘッド７は内部に主軸９を回転可能に支持する。主軸９は主軸ヘッド７下部に装着穴（図示略）を有する。主軸９は該装着穴に工具４を装着し、主軸モータ５２（図２参照）の駆動で回転する。主軸モータ５２は主軸ヘッド７に設ける。主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構（図示略）でＺ軸方向に移動する。数値制御装置３０はＺ軸モータ５１（図２参照）の駆動を制御することで、主軸ヘッド７をＺ軸方向に移動制御する。

工作台装置１０は、Ｙ軸移動機構（図示略）、Ｙ軸工作台１２、Ｘ軸移動機構（図示略）、工作台１３等を備える。Ｙ軸移動機構は基台２上面前側に設け、一対のＹ軸レール、Ｙ軸ボール螺子、Ｙ軸モータ５４（図２参照）等を備える。一対のＹ軸レールとＹ軸ボール螺子はＹ軸方向に延びる。一対のＹ軸レールは上面にＹ軸工作台１２をＹ軸方向に案内する。Ｙ軸工作台１２は略直方体状に形成し、底部外面にナット（図示略）を備える。該ナットはＹ軸ボール螺子に螺合する。Ｙ軸モータ５４がＹ軸ボール螺子を回転すると、Ｙ軸工作台１２はナットと共に一対のＹ軸レールに沿って移動する。故にＹ軸移動機構はＹ軸工作台１２をＹ軸方向に移動可能に支持する。

Ｘ軸移動機構はＹ軸工作台１２上面に設け、一対のＸ軸レール（図示略）、Ｘ軸ボール螺子（図示略）、Ｘ軸モータ５３（図２参照）等を備える。Ｘ軸レールとＸ軸ボール螺子はＸ軸方向に延びる。工作台１３は平面視矩形板状に形成し、Ｙ軸工作台１２上面に設ける。工作台１３は底部にナット（図示略）を備える。該ナットはＸ軸ボール螺子に螺合する。Ｘ軸モータ５３がＸ軸ボール螺子を回転すると、工作台１３はナットと共に一対のＸ軸レールに沿って移動する。故にＸ軸移動機構は工作台１３をＸ軸方向に移動可能に支持する。故に工作台１３は、Ｙ軸移動機構、Ｙ軸工作台１２、Ｘ軸移動機構により、基台２上をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。

工具交換装置２０は主軸ヘッド７の前側に設け、円盤型の工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は外周に複数の工具（図１では省略）を放射状に保持し、工具交換指令が指示する工具を工具交換位置に位置決めする。工具交換指令はＮＣプログラムで指令する。工具交換位置は工具マガジン２１の最下部位置である。工具交換装置２０は主軸９に装着する工具４と工具交換位置にある工具とを入れ替え交換する。

制御箱６は数値制御装置３０(図２参照）を格納する。数値制御装置３０は、工作機械１に設けたＺ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４(図２参照）を夫々制御し、工作台１３上に保持した被削材３と主軸９に装着した工具４を相対移動することで各種加工を被削材３に施す。各種加工とは、例えばドリル、タップ等を用いた穴空け加工、エンドミル、フライス等を用いた側面加工等である。

操作パネル１５は、例えば工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に設ける。操作パネル１５は入力部１６と表示部１７(図２参照）を備える。入力部１６は各種情報、操作指示等の入力を受け付け、後述する数値制御装置３０に出力する。表示部１７は後述する数値制御装置３０からの指令に基づき、各種画面を表示する。

図２を参照し、数値制御装置３０と工作機械１の電気的構成を説明する。数値制御装置３０と工作機械１は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、入出力部３５、駆動回路５１Ａ〜５５Ａ等を備える。ＣＰＵ３１は数値制御装置３０を統括制御する。ＲＯＭ３２は、メインプログラム、周波数特性解析プログラムを含む各種プログラム等を記憶する。メインプログラムはメイン処理を実行する。メイン処理は、ＮＣプログラムを一行ずつ読み込んで各種動作を実行する。ＮＣプログラムは各種制御指令を含む複数行で構成し、工作機械１の軸移動、工具交換等を含む各種動作を行単位で制御するものである。周波数特性解析プログラムは、後述する周波数特性解析処理（図７参照）を実行する。ＲＡＭ３３は各種情報を一時的に記憶する。記憶装置３４は不揮発性であり、ＮＣプログラム、各種情報を記憶する。ＣＰＵ３１は作業者が操作パネル１５の入力部１６で入力したＮＣプログラムに加え、外部入力で読み込んだＮＣプログラム等を記憶装置３４に記憶できる。

駆動回路５１ＡはＺ軸モータ５１とエンコーダ５１Ｂに接続する。駆動回路５２Ａは主軸モータ５２とエンコーダ５２Ｂに接続する。駆動回路５３ＡはＸ軸モータ５３とエンコーダ５３Ｂに接続する。駆動回路５４ＡはＹ軸モータ５４とエンコーダ５４Ｂに接続する。駆動回路５５Ａは工具マガジン２１を駆動するマガジンモータ５５とエンコーダ５５Ｂに接続する。Ｚ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５は何れもサーボモータである（以下総称する場合は単にモータと呼ぶ）。駆動回路５１Ａ〜５５ＡはＣＰＵ３１から指令を受け、対応する各モータ５１〜５５に駆動電流を夫々出力する。駆動回路５１Ａ〜５５Ａはエンコーダ５１Ｂ〜５５Ｂからフィードバック信号を受け、位置と速度のフィードバック制御を行う。入出力部３５は操作パネル１５と加速度ピックアップ１８に夫々接続する。加速度ピックアップ１８は、周知のものであり、例えば工作台１３に固定する。加速度ピックアップ１８は、工作台１３の加速度を計測することで、工作台１３に発生する振動を測定可能である。

図３を参照し、駆動回路５４Ａのサーボ制御系を説明する。駆動回路５１Ａ〜５５Ａのサーボ制御系は同一の構成であるので、駆動回路５４Ａのサーボ制御系を一例として説明する。Ｙ軸モータ５４のエンコーダ５４Ｂ（図２参照）は、Ｙ軸モータ５４の現在の位置情報を位置フィードバック信号として、加算器６２に出力する。数値制御装置３０はＮＣプログラムの制御指令に基づき位置指令を生成し、駆動回路５４Ａに出力する。駆動回路５４Ａは位置指令に従い、Ｙ軸モータ５４が動作するようにＹ軸モータ５４に出力する駆動電流を制御する。

駆動回路５４Ａの加算器６２は、位置指令と実際の位置の信号である位置フィードバック信号の位置偏差を算出し、該位置偏差に位置比例ゲインを乗ずることで速度指令を算出する。加算器６３は、算出した速度指令と実際の速度、即ち位置フィードバック信号を微分器６４で微分して得た速度フィードバック信号との速度偏差を算出する。加算器６７は、加算器６３が算出した速度偏差に速度比例ゲインを乗ずることで得た電流指令（比例）と、上記速度偏差を積分器６５で積分してその積分結果に速度積分ゲインを乗ずることで得た電流指令（積分）を加算し、トルク指令を生成する。電流制御部６８は、電流指令に基づき、Ｙ軸モータ５４に流れる電流の通電制御を行う。

後述するように、数値制御装置３０は、工作機械１の加工中の周波数特性を解析する為、例えば、加算器６７が生成したトルク指令に対し、後述するインパルス状の加振トルク指令を加算し、Ｙ軸モータ５４に出力することで、工作台１３をＹ軸方向に加振する。工作台１３にトルク由来の振動が発生する。数値制御装置３０は、工作台１３に発生した振動を加速度ピックアップ１８で測定し、加工中の周波数特性を算出する。数値制御装置３０は、算出した加工中の周波数特性を解析情報として出力する。

図４を参照し、加振トルク指令を説明する。加振トルク指令は、送り軸方向（例えばＹ軸方向）に駆動するモータを駆動し、工作台１３を加振する為のトルク指令（電流）である。数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、加工開始をトリガとし、後述する加振条件を満たしたｔ１において、インパルス状の加振トルク指令を、Ｙ軸モータ５４に出力するトルク指令に加算する。ｔ１は加振タイミングに相当する。加振トルク指令のトルク波形は、最大出力値と出力時間で形成する。最大出力値はトルク値（Ｎｍ）であり、出力時間は、ｔ１の加振タイミングから加振トルク指令を出力する時間である。最大出力値と出力時間は、操作パネル１５の入力部１６で入力して設定可能であり、記憶装置４４に予め記憶する。図４に示すトルク波形の最大出力値は３１．８（Ｎｍ）、出力時間は１．５（ｍｓ）であり、インパルス状のトルク波形を形成する。

図５、図６を参照し、加振条件を説明する。加振条件は、加振トルク指令を出力する加振タイミングに必要な条件である。本実施形態の加振条件は、例えば以下の内容である。
（１）被削材３の加工中であること
（２）主軸９が所定回転数で回転すること
（３）主軸９が所定角度であること
本実施形態は、工具４と被削材３が連続的に接触するように、例えば、図５に示す加工試験を想定した。加工試験は、被削材３の上面に対し、回転する工具４を−Ｚ軸方向に移動し、被削材３の上面に穴空け加工を行うものである。切削条件は、以下の通りである。
・被削材の材質：ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ
・工具４の種類：φ５０のフェイスミル
・刃数：一枚
・切り込み量Ｋ：２．５ｍｍ
・主軸の回転速度：１８０ｒｐｍ
・送り速度：１８ｍｍ／ｍｉｎ
なお、工具４のフェイスミルは本来５枚刃であるが、刃の接触による影響をより明確に評価する為、一枚を残してインサートチップを外し、一枚刃の工具４として使用した。

上記（３）の主軸９の所定角度は、被削材３の加工中において、主軸９と共に回転する工具４の刃４００の逃げ面が送り軸方向（本実施形態ではＹ軸方向）に向いた角度である。図６は、該穴空け加工を工具４の軸方向上方から見た図である。工具４は一枚の刃４００を備える。刃４００は、すくい面４０１と逃げ面４０２を備える。すくい面４０１は、被削材３に対し、所定の切り込み量Ｋで切り込んだ時にすくい上げる面である。逃げ面４０２は、被削材３の仕上げ面３０１側に向く面である。このような状態で、主軸９の所定角度とは、被削材３の加工中において、工具４の刃４００の逃げ面４０２が送り軸方向（Ｙ軸方向）に向いた角度である。より具体的には、図６に示す切削方向とＹ軸方向とのなす角度が４５°〜１３５°の間である任意の角度である。ＣＰＵ３１は工作機械１が上記加振条件（１）〜（３）を全て満たした時、加振タイミングと判断し、インパルス状の加振トルク指令を、Ｙ軸モータ５４に出力するトルク指令に加算する。

図７〜図１０を参照し、周波数特性解析処理を説明する。作業者は、工作機械１の加工中の周波数特性を解析する為、例えば図５に示す上記穴空け加工の試験を行う。作業者は穴空け加工を実行するＮＣプログラムのプログラム番号を操作パネル１５に入力する。ＣＰＵ３１は、操作パネル１５に入力されたプログラム番号に対応するＮＣプログラムを記憶装置３４から読み出し、表示部１７に表示する。作業者は、周波数解析の実行指示を操作パネル１５に入力する。操作パネル１５に実行指示が入力されると、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２から周波数特性解析プログラムを読み出し、本処理を実行する。

図７に示すように、ＣＰＵ３１はＮＣプログラムに基づき、穴空け加工の動作を開始する（Ｓ１０）。ＣＰＵ３１は主軸９を被削材３の加工開始位置に移動し、主軸９の回転を開始する。ＣＰＵ３１は被削材３の加工中か否か判断する（Ｓ１１）。加工中とは、被削材３に工具４が接触して切削加工を実際に行っている状態を意味する。加工中か否かの判断について、例えばＮＣプログラム内の切削加工を行っている箇所にＭコマンド等を記載し、ＣＰＵ３１はそのＭコマンドを読み込んだ場合に加工中と判断してもよい。この他に、ＣＰＵ３１は、ＮＣプログラム中の制御コマンドに基づき加工中か否かを判断してもよい。また、主軸９のトルクを監視して所定の閾値を超えたときに加工中と判断してもよい。また、作業者が工具４と被削材３の状態を見て「加工中」と判断し、所定操作を行った場合、ＣＰＵ３１は加工中と判断してもよい。また、外部機器から切削中であることを知らせる信号を受信した場合、ＣＰＵ３１は加工中と判断してもよい。Ｓ１１の判断処理は、上記加振条件（１）を判断する処理である。加工中となるまで（Ｓ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ１１に戻って待機する。

加工中と判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸モータ５２のエンコーダ５２Ｂからの信号に基づき、主軸９の回転数が所定回転数に到達したか否か判断する（Ｓ１２）。所定回転数は、作業者が操作パネル１５で予め設定し、記憶装置３４に記憶するとよい。Ｓ１２の判断処理は、上記加振条件（２）を判断する処理である。主軸９の回転数が所定回転数に到達するまで（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ１２に戻って待機する。主軸９の回転数が所定回転数に到達した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸９が所定角度に到達したか否か判断する（Ｓ１３）。Ｓ１３の判断処理は、上記加振条件（３）を判断する処理である。主軸９が所定角度に到達するまで（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ１３に戻って待機する。

主軸９が所定角度に到達した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、図６に示すように、工具４の刃４００の逃げ面４０２はＹ軸方向に向いた状態となる。この時、工作機械１は、上記加振条件（１）〜（３）を全て満たした状態となる。ＣＰＵ３１は加振タイミングと判断し、記憶装置４４に記憶した加振トルク指令の最大出力値と出力時間に基づき、トルク波形を設定する（Ｓ１４）。ＣＰＵ３１は駆動回路５４Ａにおいて加算器６７が生成したトルク指令に対し、設定したトルク波形に対応する加振トルク指令を加算し、Ｙ軸モータ５４に出力する（Ｓ１５）。故にＣＰＵ３１は工作台１３をＹ軸方向に加振する。工作台１３にトルク由来の振動が発生する。

図８は、加工開始から４．７秒後にＹ軸方向に加振したときのＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の切削力を示した図表である。実線はＸ軸方向の切削力、破線はＹ軸方向の切削力、細かい破線はＺ軸方向の切削力を示す。切削力は、水晶圧電式の切削動力計（キスラー社製）で測定した。切削動力計は、工作台１３と被削材３の間に固定した。切削力波形において、各軸方向の切削力の一周期分が工具４の一回転分に相当する。切削力波形をみると、４．７秒でＸ軸方向の切削力が急激に増大している。これはＹ軸方向への押付けによって切込み量が増大したからである。切削力波形はその後急激に減衰している。

ＣＰＵ３１は、工作台１３に発生した振動を加速度ピックアップ１８で測定する（Ｓ１６）。ＣＰＵ３１は所定周期毎に振動の測定値を記憶装置３４に記憶する。図９は、加工開始から４．７秒後にＹ軸方向に加振したときの工作台１３のＹ軸方向の加速度の時間変化を示す図表である。Ｙ軸方向に加振した４．７秒において、大きな振動が生じ、その後、時間が経つにつれて次第に減衰している。つまり、４．７秒で生じた振動は約０．２秒間持続していることが分かる。ＣＰＵ３１は記憶装置３４に記憶した振動の測定値を、Ｙ軸方向への加振力で除することによって、加工中の周波数特性を算出する（Ｓ１７）。Ｙ軸方向への加振力は、加振トルク指令の最大出力値と出力時間の積である。

図１０（１）は、加工以外の時に測定した工作台１３のＹ軸方向の加速度から算出した周波数特性である。図１０（２）は、加工中の時に測定した工作台１３のＹ軸方向の加速度から算出した周波数特性である。図１０（１）では、５０Ｈｚで振動のピークが発生し、その大きさ（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）は、１．５５（ｍ／ｓ）／Ｎであった。図１０（２）では、５２Ｈｚで振動のピークが発生し、その大きさは、０．９５（ｍ／ｓ）／Ｎであった。これらを比較すると、加工中は、加工以外のときと比べ、振動のピークが大きく下がり、振動の周波数は２Ｈｚほど高くなっている。これは、加工中の工具４と被削材３との接触により、工作機械１における剛性と減衰が増加したことを意味する。ＣＰＵ３１は、例えば図１０（２）の図表を、加工中の周波数特性の解析情報として、操作パネル１５の表示部１７に表示する（Ｓ１８）。作業者は、表示部１７に表示した加工中の周波数特性を確認することで、工具４の刃４００と被削材３との接触により、剛性と減衰がどれほど増加したかを確認できる。そして、刃４００と被削材３との接触が工作機械１の周波数特性に及ぼす影響を定量的に把握できる。ＣＰＵ３１は送り軸の移動を終了し（Ｓ１９）、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の数値制御装置３０は、被削材３を固定する工作台１３と工具４を装着する主軸９を、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構によってＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対的に移動し、被削材３に工具４を接触することにより、被削材３の加工を行う工作機械１の動作を制御する。数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、加振タイミングを判断する。例えば、ＣＰＵ３１は判断に基づく加振タイミングに、工作台１３をＹ軸方向に移動するＹ軸モータ５４に対し、工作台１３をＹ軸方向に加振する為の加振トルクを出力する。ＣＰＵ３１は加振トルクを出力した時、加工中に工作台１３に生じるトルク由来の振動を測定する。ＣＰＵ３１は、測定した振動と加振トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する。ＣＰＵ３１は周波数特性の解析結果の情報である解析情報を操作パネル１５の表示部１７に出力する。これにより、作業者は出力した解析情報から加工中の真の周波数特性を得ることができるので、例えばびびらない加工条件等、最適な加工条件を算出できる。本実施形態は、加工中の周波数特性について、インパルスハンマ等の外付け装置を用いずに容易且つ精度良く測定できる。

ＣＰＵ３１は、操作パネル１５の入力部１６で、加振トルクのトルク波形を設定できる。故に数値制御装置３０は、工作台１３を加振することによって発生する振動の大きさを自由に調整できる。なお、加振トルクのトルク波形は、インパルス状であるのが好ましい。トルク波形を形成する最大出力値と出力時間は、操作パネル１５の入力部１６で設定できる。故に数値制御装置３０は操作パネル１５で設定した最大出力値と出力時間に基づき、インパルス状の加振トルクを容易に形成できる。

ＣＰＵ３１は、加振タイミングの判断について、工作機械１が被削材３を加工中である時、主軸９が所定回転数で回転している時、主軸９が所定角度である時の条件を全て満たすとき、加振タイミングであると判断する。故に数値制御装置３０はＹ軸モータ５４に対し、所定のタイミングで工作台１３をＹ軸方向に精度よく加振できる。なお、主軸９の所定角度は、被削材３の加工中において、主軸９と共に回転する工具４の刃４００の逃げ面４０２がＹ軸方向に向いた角度とするのがよい。故に数値制御装置３０はＹ軸方向に精度よく加振できるので、加工中、Ｙ軸方向における真の周波数特性を解析できる。

ＣＰＵ３１は加速度ピックアップ１８で工作台１３に発生する振動を測定するので、周波数特性を簡単に測定できる。例えば加速度ピックアップ１８を工作機械１に取り付けることで、インパルスハンマ等の外付けの装置を用いずに周波数特性を解析できる。

本発明は上記実施形態に限らず各種変形が可能である。上記実施形態は、記憶装置３４に記憶した振動の測定値とＹ軸方向への加振力とに基づき、加工中の周波数特性を算出し、解析情報として、操作パネル１５の表示部１７に表示するが、加振トルク又はＹ軸方向への加振力を入力、工作台１３の振動を出力とした周波数伝達関数を求め、解析情報として出力してもよい。この場合、加振トルクは、加振時の加振トルク指令（インパルス状の波形）、加振時のトルク出力（電流出力値）、加振時のモータの角速度×モータイナーシャのうち何れかにするとよい。また、加振力は、加振トルク／（ボールネジの長さ×２π）で算出してもよい。また、加振力は、工作台１３をインパルス状の加振トルク指令で加振した時の加速度波形と、インパルスハンマで加振した時の加速度波形との関係から推定してもよい。また、加振力は、工作台１３の加速度×送り軸系（Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構）の等価質量から算出してもよい。工作台１３の加速度は、加速度ピックアップ、又はリニアスケール（リニアエンコーダ）等で計測するとよい。工作台１３の振動は、加振時の工作台１３の加速度変動、加振時の主軸加速度変動、加振時の切削動力変動、加振時のトルク出力（電流出力）変動のうち何れかにするとよい。加振時の工作台１３の加速度変動、加振時の主軸加速度変動は、加速度ピックアップ、又はリニアスケール（リニアエンコーダ）等で計測するとよい。加振時の切削動力変動は、切削動力計等で計測するとよい。

上記実施形態は、加工中の周波数特性の図表を解析情報として、操作パネル１５の表示部１７に表示するが、周波数特性の図表以外のデータとして出力してもよい。例えば、解析情報を外部機器に出力してもよい。出力したデータは記憶するとなおよい。解析情報は、周波数特性ではなく、周波数特性の計算に必要な情報（例えば、振動の測定値、Ｙ軸方向への加振力等）であってもよい。数値制御装置３０は、加工中の周波数特性の図表に加え、加工以外の時の周波数特性の図表（図１０（１）参照）を同時に操作パネル１５の表示部１７に表示してもよい。その際、加工中の周波数特性の図表と、加工以外の時の周波数特性の図表とを重ねて表示してもよい。

上記実施形態のＣＰＵ３１は、図７に示す周波数特性解析処理の中で、工作機械１が被削材の加工中であり（Ｓ１１：ＹＥＳ）、主軸９の回転数が所定回転数に到達し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、主軸９の角度が所定角度である時（Ｓ１３：ＹＥＳ）、加振タイミングと判断するが、上記三つの判断処理に加え、送り軸が所定位置であるか否かの判断処理を加えてもよい。また、これら四つの判断処理のうち何れか一つの条件を満たす時、又は複数の特定の条件の組み合わせの条件を満たす時に、加振タイミングと判断してもよい。

上記実施形態は、図７の周波数特性解析処理を分かり易く説明する為、送り軸方向であるＹ軸方向への加振を一例としたが、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向においても同様に加振し、周波数特性を求めればよい。

上記実施形態の工作機械１は、工具４を装着する主軸９がＺ軸方向に移動可能であり、工作台１３がＸ軸とＹ軸方向に移動可能であるが、工作台１３に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対的に移動する工具の移動機構の仕組みは上記実施形態に限定しない。例えば主軸はＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の三軸に駆動するもので、工作台は固定若しくは回転可能であってもよい。

上記実施形態の工作台装置１０は工作台１３をＸ軸方向とＹ軸方向に並進可能に支持する機械装置であるが、工作台１３を回転可能に支持するようにしてもよい。

上記実施形態の工作機械１は主軸がＺ軸方向に対して平行な縦型の工作機械であるが、主軸が水平方向に延びる横型の工作機械であってもよい。

上記実施形態の駆動回路５１Ａ〜５５Ａは工作機械１に設けているが、駆動回路５１Ａ〜５５Ａを数値制御装置３０に設けてもよい。

１ 工作機械
３ 被削材
４ 工具
９ 主軸
１３ 工作台
１５ 操作パネル
１８ 加速度ピックアップ
３０ 数値制御装置
３１ ＣＰＵ
３００ 被削材
４００ 刃
４０２ 逃げ面

Claims (7)

1. 被削材を固定する工作台、又は工具を装着する主軸を送り軸によって送り軸方向に移動し、前記被削材に前記工具を接触することにより、前記被削材の加工を行う工作機械の動作を制御する数値制御装置において、
   加振タイミングを判断する加振タイミング判断部と、
   前記加振タイミング判断部の判断に基づく前記加振タイミングに、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に移動するモータに対し、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に加振する為のトルクを出力するトルク出力部と、
   前記トルク出力部が前記トルクを出力した時、加工中に前記工作台又は前記主軸に生じる前記トルク由来の振動を測定する振動測定部と、
   前記振動測定部が測定した前記振動と前記トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する解析部と、
   前記解析部の解析結果の情報である解析情報を出力する情報出力部と
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記トルク出力部は、トルク波形を設定する設定部を備え、
   前記設定部が設定した前記波形に基づき前記トルクを出力すること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記トルクはインパルス状の前記トルク波形を有し、
   前記設定部は、前記トルク波形を形成する最大出力値と出力時間を設定し、
   前記トルク出力部は、前記設定部が設定した前記最大出力値、前記出力時間に基づき前記トルクを出力すること
   を特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
4. 前記加振タイミング判断部は、
   前記工作機械が前記被削材を加工中である時、前記主軸が所定回転数で回転している時、前記主軸が所定角度である時、前記送り軸が所定位置である時、のうち少なくとも一つの条件又は複数の特定の条件の組合せに該当する時、前記加振タイミングであると判断すること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
5. 前記所定角度は、前記被削材の加工中において、前記主軸と共に回転する前記工具の刃の逃げ面が前記送り軸方向に向いた角度であること
   を特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
6. 前記振動測定部は加速度ピックアップで前記振動を測定すること
   を特徴とする請求項１から５の何れかに記載の数値制御装置。
7. 被削材を固定する工作台、又は工具を装着する主軸を送り軸によって送り軸方向に移動し、前記被削材に前記工具を接触することにより、前記被削材の加工を行う工作機械の動作を制御する数値制御装置の制御方法において、
   加振タイミングを判断する加振タイミング判断ステップと、
   前記加振タイミング判断ステップでの判断に基づく前記加振タイミングに、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に移動するモータに対し、前記工作台又は前記主軸を前記送り軸方向に加振する為のトルクを出力するトルク出力ステップと、
   前記トルク出力ステップで前記トルクを出力した時、加工中に前記工作台又は前記主軸に生じる前記トルク由来の振動を測定する振動測定ステップと、
   前記振動測定ステップで測定した前記振動と前記トルクに基づき、加工中の周波数特性を解析する解析ステップと、
   前記解析ステップでの解析結果の情報である解析情報を出力する情報出力ステップと
   を備えたことを特徴とする制御方法。

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