JP2021107950A - Numerical control device and control method for numerical control device - Google Patents

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Abstract

To provide a numerical control device which accurately detects vibrations of a tool during machining, and a control method for the numerical control device.SOLUTION: A CPU of a numerical control device detects vibrations of a main shaft head supporting a main shaft during processing of a work-piece (S9 to S13). The CPU calculates a frequency characteristic of the vibrations generated in the main shaft head during processing of the work-piece, based on detected results (S17). The CPU reads-out a vibration ratio from a storage device that stores the vibration ratio (S19). The vibration ratio is a ratio of a second characteristic to a third characteristic. The second characteristic is a frequency characteristic of a vibration generated in a tool when the processing ceases and the tool is shaken. The third characteristic is a frequency characteristic of a vibration generated in a main shaft head when the processing ceases and the tool is shaken. The vibration ratio changes according to frequencies. The CPU calculates vibrations of a tool during processing of a work-piece by multiplying a frequency characteristic of vibrations generated in a main shaft head by the read-out vibration ratio (S21).SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、数値制御装置と数値制御装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a numerical control device and a control method for the numerical control device.

特許文献1の工作機械は、加速度センサを主軸ヘッドに取り付け、主軸ヘッドの振動を検出する。工作機械は、加速度センサが検出した主軸ヘッドの振動の大きさと、閾値を超える振動が起きた回数に基づき、工具と被削材の間で継続的に発生するびびり振動を検出する。 The machine tool of Patent Document 1 attaches an acceleration sensor to the spindle head and detects the vibration of the spindle head. The machine tool detects the chatter vibration continuously generated between the tool and the work material based on the magnitude of the vibration of the spindle head detected by the acceleration sensor and the number of times the vibration exceeding the threshold value occurs.

特開2010−23162号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-23162

特許文献1の工作機械では、加速度ピックアップが主軸ヘッドの振動を検出するので、工具の振動を直接検出していない。びびり振動は工具と被削材との間で発生するので、工作機械はびびり振動を正確に検出できない。工作機械は、被削材の加工中の工具は高速で回転するので、工具に加速度センサを取り付けて工具の振動を直接計測するのは困難である。非接触センサを用いて工具と非接触の状態で工具の振動を検出する場合、工作機械は、加工中の工具交換により寸法の異なる工具を主軸に装着すると、非接触センサによる計測位置を変更する必要がある。故に工作機械は、工具交換の度に計測位置を変更する必要があり、工具の振動を直接計測するのは困難である。 In the machine tool of Patent Document 1, since the acceleration pickup detects the vibration of the spindle head, the vibration of the tool is not directly detected. Since chatter vibration occurs between the tool and the work material, the machine tool cannot accurately detect chatter vibration. In a machine tool, since the tool during machining of the work material rotates at high speed, it is difficult to directly measure the vibration of the tool by attaching an acceleration sensor to the tool. When a non-contact sensor is used to detect the vibration of a tool in a non-contact state with the tool, the machine tool changes the measurement position by the non-contact sensor when a tool with different dimensions is attached to the spindle by changing the tool during machining. There is a need. Therefore, the machine tool needs to change the measurement position every time the tool is changed, and it is difficult to directly measure the vibration of the tool.

本発明の目的は、加工中における工具の振動を精度良く検出できる数値制御装置と数値制御装置の制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a numerical control device and a control method of the numerical control device that can accurately detect the vibration of a tool during machining.

請求項1の数値制御装置は、工具を装着する主軸を回転してワークを加工する工作機械の動作を制御する数値制御装置において、前記ワークの加工中に、前記工作機械の振動を検出する検出部と、前記検出部が検出した検出結果に基づき、前記ワークの加工中における前記工作機械に生じた振動の周波数特性である第一特性を演算する演算部と、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークに生じる振動の周波数特性である第二特性と、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械に生じる振動の周波数特性である第三特性との比率であって、周波数に応じて異なる振動比率を記憶する記憶部から前記振動比率を読み出す読み出し部と、前記演算部が演算した前記第一特性に対して、前記読み出し部が読み出した前記振動比率を乗ずることにより、前記ワークの加工中における前記工具又は前記ワークの振動を演算する振動演算部とを備えたことを特徴とする。 The numerical control device according to claim 1 is a numerical control device that controls the operation of a machine tool that processes a work by rotating a spindle on which a tool is mounted, and detects vibration of the machine tool during machining of the work. Based on the detection result detected by the detection unit, the calculation unit that calculates the first characteristic, which is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool during the machining of the work, and the calculation unit that calculates the first characteristic when the operation is stopped. The second characteristic, which is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated, and the machine tool when the tool or the work is vibrated when the operation is stopped. The ratio to the third characteristic, which is the frequency characteristic of the generated vibration, and the reading unit that reads out the vibration ratio from the storage unit that stores different vibration ratios according to the frequency, and the first characteristic calculated by the calculation unit. On the other hand, it is characterized by including a vibration calculation unit that calculates the vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the vibration ratio read by the reading unit.

数値制御装置は、演算した第一特性に対して、記憶部から読み出した振動比率を乗ずることにより、ワークの加工中における工具の振動を演算する。故に、数値制御装置は、加工中における工具の振動を精度よく検出できる。 The numerical control device calculates the vibration of the tool during machining of the workpiece by multiplying the calculated first characteristic by the vibration ratio read from the storage unit. Therefore, the numerical control device can accurately detect the vibration of the tool during machining.

請求項2の数値制御装置は、前記主軸の回転の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークの振動を検出する第一検出部からの出力結果に基づき、前記第二特性を演算する第二特性演算部と、前記主軸の回転の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械の振動を検出する第二検出部からの出力結果に基づき、前記第三特性を演算する第三特性演算部と、前記第二特性演算部により演算した前記第二特性と前記第三特性演算部により演算した前記第三特性に基づき、前記振動比率を算出する振動比率算出部と、前記振動比率算出部により算出した前記振動比率を前記記憶部に記憶する記憶制御部とを備えるとよい。数値制御装置は、主軸の回転の停止時における第一検出部からの出力結果に基づき、第二特性を演算する。数値制御装置は、主軸の回転の停止時における第二検出部からの出力結果に基づき第三特性を演算する。数値制御装置は、第二特性と第三特性に基づき振動比率を算出し、算出した振動比率を記憶部に記憶する。故に、数値制御装置は、予め記憶部に記憶した振動比率により、ワークの加工中における工具の振動を演算できる。 The numerical control device according to claim 2 is based on the output result from the first detection unit that detects the vibration of the tool or the work when the tool or the work is vibrated when the rotation of the spindle is stopped. Output results from the second characteristic calculation unit that calculates the second characteristic and the second detection unit that detects the vibration of the machine tool when the tool or work is vibrated when the rotation of the spindle is stopped. Based on the third characteristic calculation unit that calculates the third characteristic, the second characteristic calculated by the second characteristic calculation unit, and the third characteristic calculated by the third characteristic calculation unit, the vibration ratio It is preferable to include a vibration ratio calculation unit for calculating the vibration ratio and a storage control unit for storing the vibration ratio calculated by the vibration ratio calculation unit in the storage unit. The numerical control device calculates the second characteristic based on the output result from the first detection unit when the rotation of the spindle is stopped. The numerical control device calculates the third characteristic based on the output result from the second detection unit when the rotation of the spindle is stopped. The numerical control device calculates the vibration ratio based on the second characteristic and the third characteristic, and stores the calculated vibration ratio in the storage unit. Therefore, the numerical control device can calculate the vibration of the tool during machining of the work by the vibration ratio stored in the storage unit in advance.

請求項3の数値制御装置の前記第二特性演算部及び前記第三特性演算部は、前記工具又は前記ワークを加振した時に前記第一検出部及び前記第二検出部によって同時に検出する前記工具又は前記ワークの振動、及び前記工作機械の振動の夫々の前記出力結果に基づき、前記第二特性及び前記第三特性を夫々演算するとよい。数値制御装置は、同時に計測した出力結果に基づく第二特性と第三特性から振動比率を演算するので、外乱の影響を低減できる。故に、数値制御装置は、外乱による影響を低減しつつ、ワークの加工中における工具の振動を演算できる。 The second characteristic calculation unit and the third characteristic calculation unit of the numerical control device according to claim 3 simultaneously detect the tool or the work by the first detection unit and the second detection unit when the tool or the work is vibrated. Alternatively, the second characteristic and the third characteristic may be calculated respectively based on the output results of the vibration of the work and the vibration of the machine tool. Since the numerical control device calculates the vibration ratio from the second characteristic and the third characteristic based on the output results measured at the same time, the influence of disturbance can be reduced. Therefore, the numerical control device can calculate the vibration of the tool during machining of the workpiece while reducing the influence of disturbance.

請求項4の数値制御装置では、前記第一検出部は、前記工具又は前記ワークとは非接触の状態で、前記工具又は前記ワークの振動を検出可能な変位センサであるとよい。数値制御装置は、変位センサにより工具とは非接触の状態で、工具の振動を検出できる。 In the numerical control device of claim 4, the first detection unit may be a displacement sensor capable of detecting vibration of the tool or the work in a state of non-contact with the tool or the work. The numerical control device can detect the vibration of the tool in a state where it is not in contact with the tool by the displacement sensor.

請求項5の数値制御装置では、前記第二検出部は、前記工作機械に設け、且つ前記工作機械の振動を検出可能な加速度センサであるとよい。数値制御装置は、加速度センサにより工作機械の振動を検出できる。 In the numerical control device of claim 5, the second detection unit may be an acceleration sensor provided on the machine tool and capable of detecting the vibration of the machine tool. The numerical control device can detect the vibration of the machine tool by the acceleration sensor.

請求項6の数値制御装置では、前記第二検出部は、前記工作機械に設けた工具又は前記ワークを移動する送りモータに設けたエンコーダであるとよい。数値制御装置は、エンコーダの検出結果を、工作機械の振動の情報として利用できる。 In the numerical control device of claim 6, the second detection unit may be an encoder provided in a tool provided in the machine tool or a feed motor for moving the work. The numerical control device can use the detection result of the encoder as information on the vibration of the machine tool.

請求項7の数値制御装置では、前記工作機械は前記主軸を支持する主軸ヘッドを設け、前記工作機械の振動は該主軸ヘッドの振動であるとよい。数値制御装置は、主軸ヘッドと工具の配置位置が近いので、ワークの加工時の工具の振動をより正確に演算できる。 In the numerical control device of claim 7, it is preferable that the machine tool is provided with a spindle head that supports the spindle, and the vibration of the machine tool is the vibration of the spindle head. Since the position of the spindle head and the tool is close to each other in the numerical control device, the vibration of the tool during machining of the workpiece can be calculated more accurately.

請求項8の数値制御装置の制御方法は、工具を装着する主軸を回転してワークを加工する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、前記ワークの加工中に、前記工作機械の振動を検出する検出ステップと、前記検出ステップが検出した検出結果に基づき、前記ワークの加工中における前記工作機械に生じた振動の周波数特性である第一特性を演算する演算ステップと、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークに生じる振動の周波数特性である第二特性と、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械に生じる振動の周波数特性である第三特性との比率であって、周波数に応じて異なる振動比率を記憶する記憶部から前記振動比率を読み出す読み出しステップと、前記演算ステップが演算した前記第一特性に対して、前記読み出しステップが読み出した前記振動比率を乗ずることにより、前記ワークの加工中における前記工具又は前記ワークの振動を演算する振動演算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により、請求項1に記載の数値制御装置と同じ効果を得ることができる。 The control method of the numerical control device according to claim 8 is a control method of a numerical control device that controls the operation of a machine tool that rotates a spindle on which a tool is mounted to machine a work. A detection step for detecting the vibration of the machine tool, a calculation step for calculating the first characteristic which is a frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool during machining of the machine tool based on the detection result detected by the detection step, and the operation. The second characteristic, which is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated, and the tool or the work are vibrated when the operation is stopped. A read-out step of reading out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to the frequency, which is a ratio to the third characteristic which is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool at the time, and the calculation step are calculated. It is characterized by including a vibration calculation step for calculating the vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the first characteristic obtained by the vibration ratio read by the read step. do. By executing the above steps, the numerical control device can obtain the same effect as the numerical control device according to claim 1.

工作機械1の概略側面図。Schematic side view of machine tool 1. 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。The block diagram which shows the electrical structure of a numerical control device 30 and a machine tool 1. 主処理の流れ図。Flow chart of main processing. 振動比率取得処理の流れ図。Flow chart of vibration ratio acquisition process. (a)は主軸ヘッド7の振動の周波数特性Fh、(b)は工具6の振動の周波数特性Ft、(c)は周波数特性Fhと周波数特性Ftに基づく振動比率Rxを示す図であり、何れもX軸方向の振動に関する情報を示す。(A) is a diagram showing the frequency characteristic Fh of the vibration of the spindle head 7, (b) is a diagram showing the frequency characteristic Ft of the vibration of the tool 6, and (c) is a diagram showing the frequency characteristic Fh and the vibration ratio Rx based on the frequency characteristic Ft. Also shows information about vibration in the X-axis direction. (a)は加工時の主軸ヘッド7の振動の周波数特性Fhmを示し、(b)は加工時の工具6の振動Vxを示す図であり、何れもX軸方向の振動に関する情報を示す。(A) shows the frequency characteristic Fhm of the vibration of the spindle head 7 during machining, and (b) is a diagram showing the vibration Vx of the tool 6 during machining, both of which show information on vibration in the X-axis direction. 変形例の主処理の流れ図。Flow chart of the main processing of the modified example. 変形例の振動比率算出処理の流れ図。The flow chart of the vibration ratio calculation process of the modification. (a)はエンコーダ情報の振動の周波数特性Fh、(b)は工具6の振動の周波数特性Ftを示し、(c)は周波数特性Fhと周波数特性Ftに基づく振動比率Rzを示す図であり、何れもZ軸方向の振動に関する情報振動情報を示す。(A) is a diagram showing the frequency characteristic Fh of the vibration of the encoder information, (b) is a diagram showing the frequency characteristic Ft of the vibration of the tool 6, and (c) is a diagram showing the frequency characteristic Fh and the vibration ratio Rz based on the frequency characteristic Ft. Both show information vibration information regarding vibration in the Z-axis direction. (a)は加工時のエンコーダ情報の振動の周波数特性Fhmを示し、(b)は加工時の工具6の振動Vzを示す図であり、何れもZ軸方向に関する振動に関する情報を示す。(A) shows the frequency characteristic Fhm of the vibration of the encoder information at the time of machining, and (b) is the figure which shows the vibration Vz of the tool 6 at the time of machining, both of which show the information about the vibration in the Z-axis direction.

以下、本発明の実施形態を説明する。図1に示す工作機械1は、主軸8に装着した工具6が、工作台50上の冶具(図示略)で固定したワークWに切削加工等を行う。工作機械1の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々X軸方向、Y軸方向、Z軸方向である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the machine tool 1 shown in FIG. 1, a tool 6 mounted on a spindle 8 performs cutting or the like on a work W fixed with a jig (not shown) on a workbench 50. The horizontal direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the machine tool 1 are the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively.

図1、図2を参照し、工作機械1の構成を説明する。図1に示す如く、工作機械1は、基台2、立柱5、主軸ヘッド7、主軸8、工作台50、加速度ピックアップ18、工具交換装置9、操作パネル15(図2参照)等を備える。基台2は、工作機械1の下部に設ける。基台2は上面後部に台座部3、運搬体4を備える。台座部3はX軸移動機構(図示略)を上面に備える。X軸移動機構は、X軸モータ53(図2参照)を駆動源とし、運搬体4をX軸方向に移動可能に支持する。運搬体4はY軸移動機構(図示略)を内部に備える。Y軸移動機構は、Y軸モータ54(図2参照)を駆動源とし、立柱5をY軸方向に移動可能に支持する。故に立柱5はX軸、Y軸の二軸方向に移動可能である。 The configuration of the machine tool 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the machine tool 1 includes a base 2, a vertical column 5, a spindle head 7, a spindle 8, a work table 50, an acceleration pickup 18, a tool changing device 9, an operation panel 15 (see FIG. 2), and the like. The base 2 is provided below the machine tool 1. The base 2 is provided with a pedestal portion 3 and a carrier 4 at the rear portion of the upper surface. The pedestal portion 3 is provided with an X-axis moving mechanism (not shown) on the upper surface. The X-axis moving mechanism uses the X-axis motor 53 (see FIG. 2) as a drive source and supports the carrier 4 so as to be movable in the X-axis direction. The carrier 4 includes a Y-axis moving mechanism (not shown) inside. The Y-axis moving mechanism uses the Y-axis motor 54 (see FIG. 2) as a drive source and supports the vertical column 5 so as to be movable in the Y-axis direction. Therefore, the vertical column 5 can move in the biaxial directions of the X-axis and the Y-axis.

主軸ヘッド7は、立柱5前面に沿ってZ軸方向に移動可能である。立柱5は前面にZ軸移動機構(図示略)を備える。Z軸移動機構は、Z軸モータ51(図2参照)を駆動源とし、主軸ヘッド7をZ軸方向に移動可能に支持する。主軸8は主軸ヘッド7内部をZ軸方向に延びる。工具装着穴(図示略)は、主軸8下部に設ける。 The spindle head 7 can move in the Z-axis direction along the front surface of the vertical column 5. The vertical column 5 is provided with a Z-axis moving mechanism (not shown) on the front surface. The Z-axis moving mechanism uses the Z-axis motor 51 (see FIG. 2) as a drive source and supports the spindle head 7 so as to be movable in the Z-axis direction. The spindle 8 extends inside the spindle head 7 in the Z-axis direction. A tool mounting hole (not shown) is provided in the lower part of the spindle 8.

工具ホルダ(図示略)は工具6を保持する。工具ホルダ(図示略)は工具6を保持した状態で、工具装着穴に装着する。加速度ピックアップ18は、主軸ヘッド7の右面で且つ工具6の近傍位置に取り付ける。加速度ピックアップ18は、主軸ヘッド7の加速度を検知して電気信号に変換する。工作台50は、基台2上面で且つ主軸ヘッド7下方に設け、上面に固定した冶具でワークWを固定する。 The tool holder (not shown) holds the tool 6. The tool holder (not shown) is mounted in the tool mounting hole while holding the tool 6. The acceleration pickup 18 is attached to the right side of the spindle head 7 and near the tool 6. The acceleration pickup 18 detects the acceleration of the spindle head 7 and converts it into an electric signal. The workbench 50 is provided on the upper surface of the base 2 and below the spindle head 7, and the work W is fixed by a jig fixed to the upper surface.

工具交換装置9は、工具マガジン91、マガジンモータ55(図2参照)を備える。工具マガジン91は主軸ヘッド7前方に配置し、左右一対の支持部材92(図1では右側の支持部材92のみ図示)で立柱5に支持する。工具マガジン91は複数の工具(図示略)を保持し、NCプログラムが指示する工具を工具交換位置に位置決めする。マガジンモータ55は工具マガジン91を駆動する。工作機械1は主軸ヘッド7の昇降により工具交換位置にある現工具と主軸8に装着する次工具を交換する。 The tool changing device 9 includes a tool magazine 91 and a magazine motor 55 (see FIG. 2). The tool magazine 91 is arranged in front of the spindle head 7, and is supported on the vertical column 5 by a pair of left and right support members 92 (only the right support member 92 is shown in FIG. 1). The tool magazine 91 holds a plurality of tools (not shown) and positions the tool specified by the NC program at the tool change position. The magazine motor 55 drives the tool magazine 91. The machine tool 1 exchanges the current tool at the tool exchange position with the next tool mounted on the spindle 8 by raising and lowering the spindle head 7.

操作パネル15(図2参照)は、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。 The operation panel 15 (see FIG. 2) is provided on the outer wall of a cover (not shown) that covers the machine tool 1. The operation panel 15 includes an input unit 16 and a display unit 17. The input unit 16 receives inputs such as various information and operation instructions, and outputs them to the numerical control device 30 described later. The display unit 17 displays various screens based on a command from the numerical control device 30 described later.

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後述する主処理を実行する。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、後述する振動比率Rx、Ry、Rz等を含む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。 The electrical configuration of the numerical control device 30 and the machine tool 1 will be described with reference to FIG. The numerical control device 30 and the machine tool 1 include a CPU 31, a ROM 32, a RAM 33, a storage device 34, an input / output unit 35, drive circuits 51A to 55A, and the like. The CPU 31 controls the numerical control device 30 in an integrated manner. The ROM 32 stores various programs including the main program. The main program executes the main processing described later. The RAM 33 temporarily stores various types of information. The storage device 34 is non-volatile and stores various information including an NC program and vibration ratios Rx, Ry, Rz and the like described later. In addition to the NC program input by the operator in the input unit 16 of the operation panel 15, the CPU 31 can store the NC program or the like read by the external input in the storage device 34.

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。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からエンコーダ情報を受け、位置と速度の制御を行う。 The drive circuit 51A is connected to the Z-axis motor 51 and the encoder 51B. The drive circuit 52A is connected to the spindle motor 52 and the encoder 52B. The drive circuit 53A is connected to the X-axis motor 53 and the encoder 53B. The drive circuit 54A is connected to the Y-axis motor 54 and the encoder 54B. The drive circuit 55A is connected to the magazine motor 55 and the encoder 55B. The Z-axis motor 51, the spindle motor 52, the X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, and the magazine motor 55 are all servo motors. The drive circuits 51A to 55A receive commands from the CPU 31 and output drive currents to the corresponding motors 51 to 55, respectively. The drive circuits 51A to 55A receive encoder information from the encoders 51B to 55B and control the position and speed.

操作パネル15、加速度ピックアップ18、インパルスハンマ11、変位センサ29は、入出力部35に接続する。加速度ピックアップ18は計測した加速度の出力結果を入出力部35を介してCPU31に出力する。インパルスハンマ11は、後述の振動比率取得処理において、工具6の加振時に使用する。インパルスハンマ11は、付与した力を検知する力センサを内蔵しており、工具6に付与した力を電気信号に変換しCPU31に出力する。力センサの出力値は、後述する図5(a)(b)の周波数特性Fh、Ftの演算で使用する。変位センサ29は、後述の振動比率取得処理において工作台50上に配置する。変位センサ29は、周知のレーザ変位計であり、工具6とは非接触の状態で、工具6の振動Vxを検出可能である。変位センサ29は、工具6の振動に関する情報を、入出力部35を介してCPU31に出力する。 The operation panel 15, the acceleration pickup 18, the impulse hammer 11, and the displacement sensor 29 are connected to the input / output unit 35. The acceleration pickup 18 outputs the output result of the measured acceleration to the CPU 31 via the input / output unit 35. The impulse hammer 11 is used when the tool 6 is vibrated in the vibration ratio acquisition process described later. The impulse hammer 11 has a built-in force sensor that detects the applied force, converts the force applied to the tool 6 into an electric signal, and outputs the force to the CPU 31. The output value of the force sensor is used in the calculation of the frequency characteristics Fh and Ft shown in FIGS. 5A and 5B, which will be described later. The displacement sensor 29 is arranged on the workbench 50 in the vibration ratio acquisition process described later. The displacement sensor 29 is a well-known laser displacement meter, and can detect the vibration Vx of the tool 6 in a state of non-contact with the tool 6. The displacement sensor 29 outputs information regarding the vibration of the tool 6 to the CPU 31 via the input / output unit 35.

図3〜図6を参照し、主処理を説明する。工作機械1の電源を投入すると、CPU31はROM32に記憶したメインプログラムを読み出し、主処理を実行する(図3参照)。CPU31はNCプログラムを受け付けたか判断する(S1)。NCプログラムを受け付けていない場合(S1:NO)、CPU31はS1に戻り待機する。 The main processing will be described with reference to FIGS. 3 to 6. When the power of the machine tool 1 is turned on, the CPU 31 reads the main program stored in the ROM 32 and executes the main process (see FIG. 3). The CPU 31 determines whether or not the NC program has been accepted (S1). When the NC program is not accepted (S1: NO), the CPU 31 returns to S1 and waits.

作業者は、操作パネル15を操作してワークWの加工を実行するNCプログラムのプログラム番号を入力する。CPU31は、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。作業者の入力部16の操作によりNCプログラムを実行する。該時、CPU31は、NCプログラムを受け付けたと判断し(S1:YES)、後述する振動比率Rx、Ry、Rzを記憶装置34に記憶しているか判断する(S3)。振動比率Rx、Ry、Rzを記憶装置34に記憶していない時(S3:NO)、CPU31は振動比率取得処理を実行する(S5)。 The operator operates the operation panel 15 and inputs the program number of the NC program that executes the machining of the work W. The CPU 31 reads the NC program corresponding to the input program number from the storage device 34 and displays it on the display unit 17. The NC program is executed by the operation of the input unit 16 of the operator. At this time, the CPU 31 determines that the NC program has been accepted (S1: YES), and determines whether the vibration ratios Rx, Ry, and Rz, which will be described later, are stored in the storage device 34 (S3). When the vibration ratios Rx, Ry, and Rz are not stored in the storage device 34 (S3: NO), the CPU 31 executes the vibration ratio acquisition process (S5).

図4を参照し、振動比率取得処理を説明する。CPU31は主軸8の回転を停止する(S101)。作業者に対して工具6の加振を促すための案内画面を表示する(S103)。例えば、CPU31は、「インパルスハンマで工具をX軸方向に叩いて下さい」等のメッセージを記載した案内画面を表示部17に表示する。作業者は案内画面に従い、インパルスハンマ11(図示略)で工具6をX軸方向に叩く。 The vibration ratio acquisition process will be described with reference to FIG. The CPU 31 stops the rotation of the spindle 8 (S101). A guidance screen for encouraging the operator to vibrate the tool 6 is displayed (S103). For example, the CPU 31 displays a guidance screen on the display unit 17 with a message such as "Please hit the tool in the X-axis direction with an impulse hammer". The operator hits the tool 6 in the X-axis direction with the impulse hammer 11 (not shown) according to the guidance screen.

CPU31は、工具6に加振があったか判断する(S105)。CPU31は、インパルスハンマ11が出力した力の電気信号を検知し、電気信号の大きさが所定の閾値を超えた時に工具6への加振があったと判断する。工具6に加振が無い時(S105:NO)、CPU31はS103に戻り、案内画面を表示した状態で待機する。工具6に加振があった時(S105:YES)、CPU31はインパルスハンマ11から工具6に付与した力の入力波形(図示略)を取得する(S107)。CPU31は、取得した入力波形を記憶装置34に記憶する。 The CPU 31 determines whether the tool 6 has been vibrated (S105). The CPU 31 detects the electric signal of the force output by the impulse hammer 11, and determines that the tool 6 has been vibrated when the magnitude of the electric signal exceeds a predetermined threshold value. When there is no vibration in the tool 6 (S105: NO), the CPU 31 returns to S103 and stands by with the guidance screen displayed. When the tool 6 is vibrated (S105: YES), the CPU 31 acquires an input waveform (not shown) of the force applied to the tool 6 from the impulse hammer 11 (S107). The CPU 31 stores the acquired input waveform in the storage device 34.

CPU31は、加速度ピックアップ18から、インパルスハンマ11で工具6を叩いた時の出力結果(図示略)を取得する(S109)。CPU31は、加速度ピックアップ18からの出力結果を、主軸ヘッド7の振動に関する情報として記憶装置34に記憶する。CPU31は、変位センサ29から、インパルスハンマ11で工具6を叩いた時の出力結果(図示略)を取得する(S111)。CPU31は、変位センサ29からの出力結果を、工具6の振動に関する情報として記憶装置34に記憶する。 The CPU 31 acquires an output result (not shown) when the tool 6 is hit with the impulse hammer 11 from the acceleration pickup 18 (S109). The CPU 31 stores the output result from the acceleration pickup 18 in the storage device 34 as information regarding the vibration of the spindle head 7. The CPU 31 acquires an output result (not shown) when the tool 6 is hit with the impulse hammer 11 from the displacement sensor 29 (S111). The CPU 31 stores the output result from the displacement sensor 29 in the storage device 34 as information regarding the vibration of the tool 6.

CPU31は、主軸ヘッド7の振動に関する周波数特性Fhを演算する(S113)。周波数特性Fhは、主軸8の回転の停止時において、工具6を加振した時の主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性であり、周波数毎の振動の大きさを示す応答関数である。周波数特性Fhは、S107の処理で取得したインパルスハンマ11が工具6に対して付与した振動の入力波形と、S109の処理で取得した主軸ヘッド7の振動に関する出力結果に基づき演算する。図5(a)は、工具6を加振した時の主軸ヘッド7の振動の周波数特性Fhを示す。横軸は周波数(Hz)、縦軸は主軸ヘッドコンプライアンス(μm/N)を示す。主軸ヘッドコンプライアンスは、1Nの力を付与した時の主軸ヘッド7の振動の大きさを示す。加振した工具6は、φ63の五枚刃のフェイスミルである。主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性Fhは、例えば、0〜200Hz、480Hz、1000Hz付近で振動ピークが発生している。 The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fh related to the vibration of the spindle head 7 (S113). The frequency characteristic Fh is a frequency characteristic of vibration generated in the spindle head 7 when the tool 6 is vibrated when the rotation of the spindle 8 is stopped, and is a response function indicating the magnitude of vibration for each frequency. The frequency characteristic Fh is calculated based on the input waveform of the vibration applied to the tool 6 by the impulse hammer 11 acquired in the process of S107 and the output result regarding the vibration of the spindle head 7 acquired in the process of S109. FIG. 5A shows the frequency characteristic Fh of the vibration of the spindle head 7 when the tool 6 is vibrated. The horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents spindle head compliance (μm / N). The spindle head compliance indicates the magnitude of vibration of the spindle head 7 when a force of 1N is applied. The vibrated tool 6 is a φ63 five-flute face mill. Regarding the frequency characteristic Fh of the vibration generated in the spindle head 7, for example, vibration peaks occur in the vicinity of 0 to 200 Hz, 480 Hz, and 1000 Hz.

CPU31は、工具6の振動に関する周波数特性Ftを演算する(S115)。周波数特性Ftは、主軸8の回転の停止時において、工具6を加振した時の工具6に生じた振動の周波数特性であり、周波数毎の振動の大きさを示す応答関数である。周波数特性Ftは、S107の処理で取得したインパルスハンマ11が工具6に対して付与した振動の入力波形と、S111の処理で取得した工具6の振動に関する出力結果に基づき演算する。図5(b)は、工具6を加振した時の工具6の振動の周波数特性Fhを示す。横軸は周波数(Hz)、縦軸は工具コンプライアンス(μm/N)を示す。工具コンプライアンスは、1Nの力を付与した時の工具6の振動の大きさを示す。図5(b)に示す如く、例えば、480Hz、1000Hz、1200Hz、1500Hz付近で振動ピークが発生していることが分かる。 The CPU 31 calculates the frequency characteristic Ft related to the vibration of the tool 6 (S115). The frequency characteristic Ft is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool 6 when the tool 6 is vibrated when the rotation of the spindle 8 is stopped, and is a response function indicating the magnitude of the vibration for each frequency. The frequency characteristic Ft is calculated based on the input waveform of the vibration applied to the tool 6 by the impulse hammer 11 acquired in the process of S107 and the output result of the vibration of the tool 6 acquired in the process of S111. FIG. 5B shows the frequency characteristic Fh of the vibration of the tool 6 when the tool 6 is vibrated. The horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents tool compliance (μm / N). Tool compliance indicates the magnitude of vibration of the tool 6 when a force of 1N is applied. As shown in FIG. 5 (b), it can be seen that the vibration peak occurs in the vicinity of, for example, 480 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz, and 1500 Hz.

CPU31は、周波数に応じて異なる振動比率Rxを算出する(S117)。振動比率Rxは、X軸方向における周波数特性Ftに対する周波数特性Fhの周波数毎の比率である。図5(c)は、振動比率Rxの周波数特性を示す。横軸は周波数(Hz)、縦軸は振動比率を示す。図5(c)に示す如く、振動比率Rxは、50Hz、250Hz、300Hz、750Hz、900Hz、1100Hz、1600Hz〜2000Hz付近で、高くなっている。振動比率Rxは周波数毎に変化する。 The CPU 31 calculates a different vibration ratio Rx depending on the frequency (S117). The vibration ratio Rx is the ratio of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the X-axis direction for each frequency. FIG. 5C shows the frequency characteristics of the vibration ratio Rx. The horizontal axis shows the frequency (Hz), and the vertical axis shows the vibration ratio. As shown in FIG. 5C, the vibration ratio Rx is high in the vicinity of 50 Hz, 250 Hz, 300 Hz, 750 Hz, 900 Hz, 1100 Hz, 1600 Hz to 2000 Hz. The vibration ratio Rx changes for each frequency.

CPU31は、S117で算出した振動比率Rxを記憶装置34に記憶する(S119)。CPU31は、振動比率Rx、Ry、Rzを全て記憶装置34に記憶しているかを判断する(S121)。振動比率Ryは、Y軸方向における周波数特性Ftに対する周波数特性Fhの周波数毎の比率である。振動比率Rzは、Z軸方向における周波数特性Ftに対する周波数特性Fhの周波数毎の比率である。記憶装置34は振動比率Ry、Rzを記憶していないので(S121:NO)、CPU31はS103に戻り、Y軸方向への加振を促す案内画面を表示部17に表示する。作業者は、インパルスハンマ11により工具6をY軸方向に加振する。CPU31は、上記のS105〜S119の処理を実行し、振動比率Ryを算出し、記憶装置34に記憶する。 The CPU 31 stores the vibration ratio Rx calculated in S117 in the storage device 34 (S119). The CPU 31 determines whether the vibration ratios Rx, Ry, and Rz are all stored in the storage device 34 (S121). The vibration ratio Ry is the ratio of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the Y-axis direction for each frequency. The vibration ratio Rz is the ratio of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the Z-axis direction for each frequency. Since the storage device 34 does not store the vibration ratios Ry and Rz (S121: NO), the CPU 31 returns to S103 and displays a guidance screen prompting vibration in the Y-axis direction on the display unit 17. The operator vibrates the tool 6 in the Y-axis direction with the impulse hammer 11. The CPU 31 executes the above processes S105 to S119, calculates the vibration ratio Ry, and stores it in the storage device 34.

振動比率Rzを記憶装置34に記憶していないので(S121:NO)、CPU31はS103に戻り、Z軸方向への加振を促す案内画面を表示部17に表示する。作業者は、インパルスハンマ11により工具6をZ軸方向に加振する。CPU31は、上記のS105〜S119の処理を実行し、振動比率Rzを算出し、記憶装置34に記憶する。記憶装置34が全ての振動比率Rx、Ry、Rzを記憶している時(S121:YES)、CPU31は処理を主処理のS7に戻す。 Since the vibration ratio Rz is not stored in the storage device 34 (S121: NO), the CPU 31 returns to S103 and displays a guidance screen prompting vibration in the Z-axis direction on the display unit 17. The operator vibrates the tool 6 in the Z-axis direction with the impulse hammer 11. The CPU 31 executes the above processes S105 to S119, calculates the vibration ratio Rz, and stores it in the storage device 34. When the storage device 34 stores all the vibration ratios Rx, Ry, and Rz (S121: YES), the CPU 31 returns the process to the main process S7.

CPU31はNCプログラムに基づきワークWの加工を開始する(S7)。本実施形態は、例えば以下の条件で加工を実行する。
・ワークWの材質:JIS S50C
・主軸回転速度:800min−1
・送り速度:400mm/min
The CPU 31 starts machining of the work W based on the NC program (S7). In this embodiment, for example, processing is executed under the following conditions.
-Material of work W: JIS S50C
-Spindle rotation speed: 800min-1
・ Feed speed: 400 mm / min

CPU31は、ワークWの加工中に、加速度ピックアップ18による主軸ヘッド7の振動計測を開始する(S9)。加速度ピックアップ18による振動計測の開始時期は、作業者によって予め指定している。CPU31は、主軸ヘッド7の振動計測を開始してから所定時間経過したか判断する(S11)。所定時間経過していない時(S11:NO)、CPU31は、S11に戻り、加速度ピックアップ18からの出力結果を取得し続ける。 The CPU 31 starts the vibration measurement of the spindle head 7 by the acceleration pickup 18 during the machining of the work W (S9). The start time of vibration measurement by the acceleration pickup 18 is specified in advance by the operator. The CPU 31 determines whether a predetermined time has elapsed since the vibration measurement of the spindle head 7 was started (S11). When the predetermined time has not elapsed (S11: NO), the CPU 31 returns to S11 and continues to acquire the output result from the acceleration pickup 18.

所定時間経過した時(S11:YES)、CPU31は、主軸ヘッド7の振動計測を停止する(S13)。CPU31は、ワークWの加工を終了する(S15)。CPU31は、S9〜13の処理で加速度ピックアップ18が検出した出力結果に基づき、ワークWの加工中における主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性Fhmを演算する(S17)。周波数特性Fhmは、加速度ピックアップ18からの出力結果をフーリエ変換したものである。 When the predetermined time has elapsed (S11: YES), the CPU 31 stops the vibration measurement of the spindle head 7 (S13). The CPU 31 finishes processing the work W (S15). The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fhm of the vibration generated in the spindle head 7 during the machining of the work W based on the output result detected by the acceleration pickup 18 in the processes of S9 to 13 (S17). The frequency characteristic Fhm is a Fourier transform of the output result from the acceleration pickup 18.

図6(a)は、ワークWの加工中における主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性Fhmを示す。横軸は周波数、縦軸は主軸ヘッド7の変位(μm)を示す。主軸ヘッド7の変位は、主軸ヘッド7の振動の大きさを示す。周波数特性Fhmは、90Hz、180Hz付近で振動ピークが発生し、500Hz〜1000Hzの領域では、主軸ヘッド7が振動していないように見える。 FIG. 6A shows the frequency characteristic Fhm of the vibration generated in the spindle head 7 during the machining of the work W. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the displacement (μm) of the spindle head 7. The displacement of the spindle head 7 indicates the magnitude of vibration of the spindle head 7. In the frequency characteristic Fhm, vibration peaks occur in the vicinity of 90 Hz and 180 Hz, and the spindle head 7 does not appear to vibrate in the region of 500 Hz to 1000 Hz.

CPU31は、記憶装置34から振動比率Rx、Ry、Rzを読み出す(S19)。CPU31は、ワークWの加工中における工具6の振動Vx、Vy、Vzを夫々演算する(S21)。振動VxはX軸方向における振動、振動VyはY軸方向における振動、振動VzはZ軸方向における振動である。CPU31は、周波数特性Fhmに対して振動比率Rxを乗ずることにより、工具6の振動Vxを演算する。CPU31は、工具6の振動Vy、振動Vzも、工具6の振動Vxと同様に演算する。 The CPU 31 reads out the vibration ratios Rx, Ry, and Rz from the storage device 34 (S19). The CPU 31 calculates the vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6 during machining of the work W, respectively (S21). Vibration Vx is vibration in the X-axis direction, vibration Vy is vibration in the Y-axis direction, and vibration Vz is vibration in the Z-axis direction. The CPU 31 calculates the vibration Vx of the tool 6 by multiplying the frequency characteristic Fhm by the vibration ratio Rx. The CPU 31 calculates the vibration Vy and the vibration Vz of the tool 6 in the same manner as the vibration Vx of the tool 6.

CPU31は例えば演算した工具6の振動Vxを表示部17に表示する(S23)。尚、CPU31は、振動Vy、Vzの表示部17への表示に関しては、作業者の操作パネル15の操作により表示部17の表示画面を切り替えて表示可能である。 The CPU 31 displays, for example, the calculated vibration Vx of the tool 6 on the display unit 17 (S23). Regarding the display of the vibration Vy and Vz on the display unit 17, the CPU 31 can switch the display screen of the display unit 17 by operating the operation panel 15 of the operator.

図6(b)は、ワークWの加工中における工具6に生じた振動Vxの周波数特性を示す。横軸は周波数、縦軸は工具6の変位(μm)を示す。工具6の変位は、工具6の振動の大きさを示す。図6(b)に示す如く、工具6の振動Vxは、主軸ヘッド7の振動の周波数特性Fhmと同様に90Hz、180Hzにおいて振動ピークが発生していることが分かる。又、工具6の振動Vxは、250Hz、320Hz〜450Hzの領域で振動ピークが発生していることが分かる。従って、図6(a)において400Hz付近では、観測できなかった振動ピークが工具6に発生していることが分かる。更に、振動Vxは、780Hz、950Hz付近で振動ピークを観測できていることが分かる。つまり、図6(a)において500〜1000Hzの周波数範囲では観測できなかった振動が工具6に発生していることが分かる。故に、CPU31は、主軸ヘッド7の振動のみでは観測できなかった工具6の振動を、より正確に検出できる。故に作業者は、発生した振動を認識することができ、強度の高い振動ピークが発生している時には、主軸8の回転周波数を変更する等の対策を行うことができる。尚、CPU31は、X軸、Y軸、Z軸方向の振動Vx等を演算することで、例えば再生びびり振動等の振動モードを特定可能である。CPU31は本処理を終了する。 FIG. 6B shows the frequency characteristics of the vibration Vx generated in the tool 6 during the machining of the work W. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the displacement (μm) of the tool 6. The displacement of the tool 6 indicates the magnitude of the vibration of the tool 6. As shown in FIG. 6B, it can be seen that the vibration Vx of the tool 6 has vibration peaks at 90 Hz and 180 Hz, similar to the frequency characteristic Fhm of the vibration of the spindle head 7. Further, it can be seen that the vibration Vx of the tool 6 has a vibration peak in the region of 250 Hz and 320 Hz to 450 Hz. Therefore, in FIG. 6A, it can be seen that a vibration peak that could not be observed occurs in the tool 6 near 400 Hz. Further, it can be seen that the vibration Vx can observe the vibration peaks in the vicinity of 780 Hz and 950 Hz. That is, it can be seen that vibrations that could not be observed in the frequency range of 500 to 1000 Hz in FIG. 6A are generated in the tool 6. Therefore, the CPU 31 can more accurately detect the vibration of the tool 6 that could not be observed only by the vibration of the spindle head 7. Therefore, the operator can recognize the generated vibration and can take measures such as changing the rotation frequency of the spindle 8 when a high-intensity vibration peak is generated. The CPU 31 can specify a vibration mode such as a reproduction chatter vibration by calculating the vibration Vx in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The CPU 31 ends this process.

以上説明の如く、数値制御装置30のCPU31は、ワークWの加工中に、主軸8を支持する主軸ヘッド7の振動を検出する。CPU31は、S9〜S13の処理で検出した出力結果に基づき、ワークWの加工中における主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性Fhmを演算する。CPU31は、例えば振動比率Rx、Ry、Rzを記憶する記憶装置34から振動比率Rxを読み出す。CPU31は、S17の処理で演算した周波数特性Fhmに対して、S19の処理で読み出した振動比率Rxを乗ずることにより、ワークWの加工中における工具6の振動Vxを演算する。故に、CPU31は、加工中における工具6の振動Vxを精度よく検出でき、主軸ヘッド7の振動のみでは観測できなかった工具6の振動を、より正確に検出できる。 As described above, the CPU 31 of the numerical control device 30 detects the vibration of the spindle head 7 that supports the spindle 8 during the machining of the work W. The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fhm of the vibration generated in the spindle head 7 during the machining of the work W based on the output results detected in the processes of S9 to S13. The CPU 31 reads, for example, the vibration ratio Rx from the storage device 34 that stores the vibration ratios Rx, Ry, and Rz. The CPU 31 calculates the vibration Vx of the tool 6 during machining of the work W by multiplying the frequency characteristic Fhm calculated in the process of S17 by the vibration ratio Rx read in the process of S19. Therefore, the CPU 31 can accurately detect the vibration Vx of the tool 6 during machining, and can more accurately detect the vibration of the tool 6 which could not be observed only by the vibration of the spindle head 7.

CPU31は、例えば、主軸8の回転の停止時において、工具6を加振した時の主軸ヘッド7の振動を検出する加速度ピックアップ18からの出力結果に基づき周波数特性Fhを演算する。CPU31は、主軸8の回転の停止時において、工具6を加振した時の工具6の振動を検出する変位センサ29からの出力結果に基づき周波数特性Ftを演算する。CPU31は、S113の処理により演算した周波数特性FhとS115の処理により演算した周波数特性Ftに基づき、振動比率Rxを算出する。CPU31は、S117の処理により算出した振動比率Rxを記憶装置34に記憶する。故に、CPU31は、予め記憶装置34に記憶した振動比率Rxにより、ワークWの加工中における工具6の振動Vxを演算できる。 The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fh based on the output result from the acceleration pickup 18 that detects the vibration of the spindle head 7 when the tool 6 is vibrated when the rotation of the spindle 8 is stopped, for example. The CPU 31 calculates the frequency characteristic Ft based on the output result from the displacement sensor 29 that detects the vibration of the tool 6 when the tool 6 is vibrated when the rotation of the spindle 8 is stopped. The CPU 31 calculates the vibration ratio Rx based on the frequency characteristic Fh calculated by the processing of S113 and the frequency characteristic Ft calculated by the processing of S115. The CPU 31 stores the vibration ratio Rx calculated by the process of S117 in the storage device 34. Therefore, the CPU 31 can calculate the vibration Vx of the tool 6 during the machining of the work W by the vibration ratio Rx stored in the storage device 34 in advance.

CPU31は、工具6を加振した時に変位センサ29及び加速度ピックアップ18によって同時に検出する工具6の振動、及び主軸ヘッド7の振動の夫々の出力結果に基づき、周波数特性Fh及び周波数特性Ftを夫々演算する。CPU31は、同時に計測した出力結果に基づく周波数特性Fhと周波数特性Ftから振動比率Rxを演算するので、外乱の影響を低減できる。故に、CPU31は、外乱による影響を低減しつつ、例えばワークWの加工中における工具6の振動Vxを演算できる。 The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fh and the frequency characteristic Ft based on the output results of the vibration of the tool 6 and the vibration of the spindle head 7 simultaneously detected by the displacement sensor 29 and the acceleration pickup 18 when the tool 6 is vibrated. do. Since the CPU 31 calculates the vibration ratio Rx from the frequency characteristic Fh and the frequency characteristic Ft based on the output results measured at the same time, the influence of disturbance can be reduced. Therefore, the CPU 31 can calculate, for example, the vibration Vx of the tool 6 during machining of the work W while reducing the influence of disturbance.

変位センサ29は、工具6とは非接触の状態で、工具6の振動を検出可能なセンサである。CPU31は、変位センサ29により工具6とは非接触の状態で、工具6の振動を検出できる。 The displacement sensor 29 is a sensor capable of detecting the vibration of the tool 6 in a state of non-contact with the tool 6. The displacement sensor 29 allows the CPU 31 to detect the vibration of the tool 6 in a state of non-contact with the tool 6.

加速度ピックアップ18は、主軸ヘッド7に設け、且つ主軸ヘッド7の振動を検出可能である。CPU31は、加速度ピックアップ18により主軸ヘッド7の振動を直接検出できる。 The acceleration pickup 18 is provided on the spindle head 7 and can detect the vibration of the spindle head 7. The CPU 31 can directly detect the vibration of the spindle head 7 by the acceleration pickup 18.

主軸ヘッド7は、主軸8を回転可能に支持する。CPU31は、主軸ヘッド7と主軸8が保持する工具6の配置位置が近いので、ワークWの加工時の工具6の振動Vxをより正確に演算できる。 The spindle head 7 rotatably supports the spindle 8. Since the CPU 31 has the spindle head 7 and the tool 6 held by the spindle 8 close to each other, the vibration Vx of the tool 6 at the time of machining the work W can be calculated more accurately.

本発明は上記実施形態に限らず各種変形が可能である。上記実施形態の工作機械1は、加速度ピックアップ18により主軸ヘッド7の振動を検出したが、変形例における工作機械1は、エンコーダ51B、53B、54Bのエンコーダ情報を使用して主軸ヘッド7の振動を検出する。故に変形例の工作機械1は加速度ピックアップ18を設けなくてよい。以下、図7〜図10を参照し、変形例におけるエンコーダ51B、53B、54Bを用いた工作機械1の工具6の振動Vxの演算について説明する。上記実施形態と同様の構成については説明を省略し、違う構成について詳細に説明する。変形例の主処理(図7参照)では、CPU31は、S9、S13、S17の処理に代えてS10、S14、S18の処理を実行する点が異なる。又、変形例の振動比率取得処理(図8参照)では、CPU31はS109、S113の処理の代わりに、S110、S114の処理を実行する点が異なる。 The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways. The machine tool 1 of the above embodiment detects the vibration of the spindle head 7 by the acceleration pickup 18, but the machine tool 1 in the modified example uses the encoder information of the encoders 51B, 53B, 54B to detect the vibration of the spindle head 7. To detect. Therefore, the machine tool 1 of the modified example does not need to be provided with the acceleration pickup 18. Hereinafter, the calculation of the vibration Vx of the tool 6 of the machine tool 1 using the encoders 51B, 53B, and 54B in the modified example will be described with reference to FIGS. 7 to 10. The description of the same configuration as that of the above embodiment will be omitted, and the different configuration will be described in detail. The main process of the modified example (see FIG. 7) is different in that the CPU 31 executes the processes of S10, S14, and S18 instead of the processes of S9, S13, and S17. Further, in the vibration ratio acquisition process (see FIG. 8) of the modified example, the CPU 31 executes the processes of S110 and S114 instead of the processes of S109 and S113.

図7〜図10を参照し、変形例の主処理について説明する。CPU31は、工作機械1の電源を投入すると、図7に示す主処理を実行する(図7参照)。CPU31は、NCプログラムを受け付け(S1:YES)、振動比率Rx、Ry、Rzが記憶装置34に記憶していないと判断した時(S3:NO)、変形例の振動比率取得処理を実行する(S5)。 The main processing of the modified example will be described with reference to FIGS. 7 to 10. When the power of the machine tool 1 is turned on, the CPU 31 executes the main process shown in FIG. 7 (see FIG. 7). When the CPU 31 accepts the NC program (S1: YES) and determines that the vibration ratios Rx, Ry, and Rz are not stored in the storage device 34 (S3: NO), the CPU 31 executes the vibration ratio acquisition process of the modified example (S3: NO). S5).

変形例の振動比率取得処理では、作業者は案内画面の表示に従い、インパルスハンマ11によりX軸方向から工具6を叩く。CPU31は、インパルスハンマ11により工具6をX軸方向に加振した時、加振により振動する主軸8の位置が加振前の位置に戻るようにX軸モータ53、Y軸モータ54、Z軸モータ51を駆動する。従って、インパルスハンマ11で工具6をX軸方向に叩く時、エンコーダ51B、53B、54Bが出力するエンコーダ情報は変化する。該時、CPU31は、エンコーダ51B、53B、54Bのエンコーダ情報を取得する(S110)。該時、CPU31は、取得したエンコーダ情報を主軸ヘッド7の振動情報として記憶装置34に記憶する。 In the vibration ratio acquisition process of the modified example, the operator hits the tool 6 from the X-axis direction with the impulse hammer 11 according to the display on the guidance screen. When the tool 6 is vibrated in the X-axis direction by the impulse hammer 11, the CPU 31 vibrates the X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, and the Z-axis so that the position of the spindle 8 vibrating due to the vibration returns to the position before the vibration. Drives the motor 51. Therefore, when the tool 6 is hit in the X-axis direction with the impulse hammer 11, the encoder information output by the encoders 51B, 53B, and 54B changes. At this time, the CPU 31 acquires the encoder information of the encoders 51B, 53B, 54B (S110). At this time, the CPU 31 stores the acquired encoder information in the storage device 34 as vibration information of the spindle head 7.

CPU31は、上記実施形態と同様にS107で取得した入力波形とS110で取得したエンコーダ情報に基づき周波数特性Fhを演算する(S114)。CPU31は、エンコーダ情報に基づき演算した周波数特性Fhと、上記実施形態と同様に演算した周波数特性Ftとの振動比率Rxを取得する(S117)。CPU31は、演算した振動比率Rxを記憶装置34に記憶する(S119)。振動比率Ryが記憶装置34に記憶してない時(S121:NO)、CPU31はS103の処理に戻り、案内画面を表示し、作業者に対してY軸方向への工具6の加振を促す。CPU31は、S103〜S119の処理を繰り返して、振動比率Ry(図示略)を算出し、記憶装置34に記憶する。振動比率Rzが記憶装置34に記憶してない時(S121:NO)、CPU31はS103の処理に戻り、案内画面を表示し、作業者に対してZ軸方向への工具6の加振を促す。CPU31は、S103〜S119の処理を繰り返して、周波数特性Fh(図9(a)参照)、周波数特性Ft(図9(b)参照)、振動比率Rz(図9(c)参照)を算出し、記憶装置34に記憶する。 The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fh based on the input waveform acquired in S107 and the encoder information acquired in S110 in the same manner as in the above embodiment (S114). The CPU 31 acquires the vibration ratio Rx of the frequency characteristic Fh calculated based on the encoder information and the frequency characteristic Ft calculated in the same manner as in the above embodiment (S117). The CPU 31 stores the calculated vibration ratio Rx in the storage device 34 (S119). When the vibration ratio Ry is not stored in the storage device 34 (S121: NO), the CPU 31 returns to the process of S103, displays a guidance screen, and prompts the operator to vibrate the tool 6 in the Y-axis direction. .. The CPU 31 repeats the processes of S103 to S119 to calculate the vibration ratio Ry (not shown) and stores it in the storage device 34. When the vibration ratio Rz is not stored in the storage device 34 (S121: NO), the CPU 31 returns to the process of S103, displays a guidance screen, and prompts the operator to vibrate the tool 6 in the Z-axis direction. .. The CPU 31 repeats the processes of S103 to S119 to calculate the frequency characteristic Fh (see FIG. 9A), the frequency characteristic Ft (see FIG. 9B), and the vibration ratio Rz (see FIG. 9C). , Stored in the storage device 34.

図9(a)に示す如く、周波数特性Fhは、主軸8の回転の停止時において、Z軸方向に工具6を加振した時のエンコーダ51Bのエンコーダ情報の振動の周波数特性であり、周波数毎の振動の大きさを示す応答関数である。図9(a)は、工具6をZ軸方向に加振した時の周波数特性Fhを示す。横軸は周波数(Hz)、縦軸はモータコンプライアンス(μm/N)を示す。モータコンプライアンスは、1Nの力を付与した時のエンコーダ情報の振動の大きさを示す。主軸ヘッド7に生じた振動の周波数特性Fhは、例えば、0〜150Hzの領域で振動している。図9(b)に示す周波数特性Ft、図9(c)の振動比率Rzは、上記実施形態と同様に演算した結果である。 As shown in FIG. 9A, the frequency characteristic Fh is the frequency characteristic of the vibration of the encoder information of the encoder 51B when the tool 6 is vibrated in the Z-axis direction when the rotation of the spindle 8 is stopped, and is for each frequency. It is a response function that indicates the magnitude of the vibration of. FIG. 9A shows the frequency characteristic Fh when the tool 6 is vibrated in the Z-axis direction. The horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents motor compliance (μm / N). Motor compliance indicates the magnitude of vibration of encoder information when a force of 1N is applied. The frequency characteristic Fh of the vibration generated in the spindle head 7 vibrates in the region of 0 to 150 Hz, for example. The frequency characteristic Ft shown in FIG. 9B and the vibration ratio Rz in FIG. 9C are the results of calculations in the same manner as in the above embodiment.

振動比率Rx、Ry、Rzを全て記憶しているので(S121:YES)、CPU31は、処理を主処理(図7参照)に戻してS7の処理を実行する。 Since all the vibration ratios Rx, Ry, and Rz are stored (S121: YES), the CPU 31 returns the process to the main process (see FIG. 7) and executes the process of S7.

CPU31は、ワークWの加工中にエンコーダ51B、53B、54Bのエンコーダ情報を取得する(S10)。該時、CPU31は、エンコーダ情報を主軸ヘッド7の振動に関する情報として記憶装置34に記憶する。CPU31は、例えばエンコーダ51Bのエンコーダ情報を、フーリエ変換することで周波数特性Fhmを取得する(S18)。尚、X軸方向、Y軸方向の振動Vx、Vyの周波数特性Fhmについても、エンコーダ53B、54Bのエンコーダ情報に基づき夫々演算する。 The CPU 31 acquires the encoder information of the encoders 51B, 53B, 54B during the processing of the work W (S10). At this time, the CPU 31 stores the encoder information in the storage device 34 as information regarding the vibration of the spindle head 7. The CPU 31 acquires the frequency characteristic Fhm by Fourier transforming the encoder information of the encoder 51B, for example (S18). The frequency characteristics Fhm of the vibrations Vx and Vy in the X-axis direction and the Y-axis direction are also calculated based on the encoder information of the encoders 53B and 54B, respectively.

図10(a)は、ワークWの加工中におけるZ軸モータ51のエンコーダ情報の振動の周波数特性Fhmを示す。横軸は周波数、縦軸はZ軸モータ51のエンコーダ情報の変位(μm)を示す。Z軸モータ51の変位は、エンコーダ51bのエンコーダ情報の振動の大きさを示す。周波数特性Fhmは、15Hz、65Hz、135Hz、175Hz、200Hz、240Hz付近で振動ピークが発生している。 FIG. 10A shows the frequency characteristic Fhm of the vibration of the encoder information of the Z-axis motor 51 during the machining of the work W. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the displacement (μm) of the encoder information of the Z-axis motor 51. The displacement of the Z-axis motor 51 indicates the magnitude of vibration of the encoder information of the encoder 51b. In the frequency characteristic Fhm, vibration peaks occur in the vicinity of 15 Hz, 65 Hz, 135 Hz, 175 Hz, 200 Hz, and 240 Hz.

CPU31は、演算した周波数特性Fhmに対して、読み出した振動比率Rxを周波数毎に乗ずることで、工具6の振動Vxを演算し(S21)、表示部17に表示する(S23)。該時、CPU31は、Y軸方向、Z軸方向の工具6の振動Vy、Vzについても、同様に演算し(S21)、表示部17に表示する(S23)。 The CPU 31 calculates the vibration Vx of the tool 6 by multiplying the calculated frequency characteristic Fhm by the read vibration ratio Rx for each frequency (S21) and displays it on the display unit 17 (S23). At this time, the CPU 31 also calculates the vibrations Vy and Vz of the tool 6 in the Y-axis direction and the Z-axis direction in the same manner (S21) and displays them on the display unit 17 (S23).

図10(b)は、ワークWの加工中における工具6に生じたZ軸方向の振動Vzの周波数特性Fhmを示す。横軸は周波数、縦軸は工具6の変位(μm)を示す。工具6の変位は、工具6の振動の大きさを示す。図10(b)に示す如く、Z軸方向の工具6の振動Vzは、15Hz、65Hz、135、175Hz、200Hz付近の振動ピークに加えて、30Hz、55Hz、110、120Hz、145Hz、175Hz、230付近についても振動が発生していることが分かる。CPU31は変形例の主処理を終了する。 FIG. 10B shows the frequency characteristic Fhm of the vibration Vz in the Z-axis direction generated in the tool 6 during the machining of the work W. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the displacement (μm) of the tool 6. The displacement of the tool 6 indicates the magnitude of the vibration of the tool 6. As shown in FIG. 10B, the vibration Vz of the tool 6 in the Z-axis direction is 30 Hz, 55 Hz, 110, 120 Hz, 145 Hz, 175 Hz, 230 in addition to the vibration peaks near 15 Hz, 65 Hz, 135, 175 Hz, and 200 Hz. It can be seen that vibration is also occurring in the vicinity. The CPU 31 ends the main processing of the modified example.

上記工作機械1は、更に以下の如く変更可能である。工作機械1は主軸8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。工作機械1は、工具6を装着する主軸8がZ軸方向に移動可能であり、立柱5がX軸とY軸方向に移動可能であるが(以下、コラムトラバース型の工作機械という)、例えば主軸8はZ軸方向に駆動するもので、工作台50は、X軸、Y軸に移動可能なものでもよい(以下、テーブルトラバース型の工作機械という)。又、上記工作機械1では、工具6を加振したが、ワークWを加振してワークWの振動Vx、Vy、Vzを演算してもよい。工具6の振動の演算とワークWの振動の演算は必要に応じて一方のみを演算してもよいし両方演算してもよい。以下、テーブルトラバース型の工作機械における工具6又はワークWの振動の演算について詳細に説明する。 The machine tool 1 can be further changed as follows. The machine tool 1 is a vertical machine tool in which the spindle 8 is parallel to the Z-axis direction, but it may be a horizontal machine tool in which the spindle extends in the horizontal direction. In the machine tool 1, the spindle 8 on which the tool 6 is mounted is movable in the Z-axis direction, and the vertical column 5 is movable in the X-axis and Y-axis directions (hereinafter, referred to as a column traverse type machine tool). The spindle 8 is driven in the Z-axis direction, and the workbench 50 may be movable in the X-axis and the Y-axis (hereinafter, referred to as a table traverse type machine tool). Further, in the machine tool 1, although the tool 6 is vibrated, the work W may be vibrated to calculate the vibrations Vx, Vy, and Vz of the work W. As for the calculation of the vibration of the tool 6 and the calculation of the vibration of the work W, only one may be calculated or both may be calculated as necessary. Hereinafter, the calculation of the vibration of the tool 6 or the work W in the table traverse type machine tool will be described in detail.

テーブルトラバース型の工作機械において、加速度ピックアップ18を工作台50に取付けて、ワークWの振動を演算する時を想定する。該時、振動比率取得処理において、主軸ヘッド7に変位センサ29を配置し、ワークWの振動を計測する。つまり、変位センサ29は、振動を演算したい部位と異なる場所に配置する。故に、工作機械1は、加速度ピックアップ18、変位センサ29の検出結果の精度が向上する。 In a table traverse type machine tool, it is assumed that the acceleration pickup 18 is attached to the work table 50 and the vibration of the work W is calculated. At this time, in the vibration ratio acquisition process, the displacement sensor 29 is arranged on the spindle head 7 to measure the vibration of the work W. That is, the displacement sensor 29 is arranged at a place different from the part where the vibration is to be calculated. Therefore, the machine tool 1 improves the accuracy of the detection results of the acceleration pickup 18 and the displacement sensor 29.

上記変形例の工作機械1はコラムトラバース型であり、且つX軸モータ53、Y軸モータ54、Z軸モータ51のエンコーダ情報から工具6の振動を演算する時、コラムトラバース型の工作機械1は、X、Y、Z軸方向の振動Vx、Vy、Vzの演算が可能であった。一方、工作機械1がテーブルトラバース型であり、且つX軸モータ53、Y軸モータ54、Z軸モータ51のエンコーダ情報から工具6の振動を演算する時、Z軸方向の振動Vzを精度よく演算できる。尚、X軸方向、Y軸方向についての振動Vx、Vyの演算はやや精度が落ちるものの演算可能である。 The machine tool 1 of the above modification is a column traverse type, and when the vibration of the tool 6 is calculated from the encoder information of the X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, and the Z-axis motor 51, the column traverse type machine tool 1 is , X, Y, Z-axis direction vibration Vx, Vy, Vz could be calculated. On the other hand, when the machine tool 1 is a table traverse type and the vibration of the tool 6 is calculated from the encoder information of the X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, and the Z-axis motor 51, the vibration Vz in the Z-axis direction is calculated accurately. can. It should be noted that the calculation of the vibration Vx and Vy in the X-axis direction and the Y-axis direction can be performed although the accuracy is slightly reduced.

上記工作機械1は、主軸ヘッド7の振動を加速度ピックアップ18で検出したが、これに限らず他のセンサを使用してもよい。例えば、工作機械1は、加速度ピックアップ18の代わりに変位センサを用いてもよい。工作機械1は、工具6への加振時に、変位センサ29により工具6の振動を検出したが、他のセンサを使用してもよい。例えば、工作機械1は、変位センサ29の代わりに加速度ピックアップを使用してもよい。変位センサ29はレーザ変位計であったが、これに限らず、静電容量式変位センサ、渦電流式変位センサ等を用いてよい。加速度ピックアップ18は主軸ヘッド7に設けたが、これに限らず工具6の加振時に振動する工作機械1の何れかの部分に設ければよい。このような場合でも、数値制御装置30は工具6の振動Vx、Vy、Vzを精度よく演算できる。 The machine tool 1 detects the vibration of the spindle head 7 by the acceleration pickup 18, but the present invention is not limited to this, and other sensors may be used. For example, the machine tool 1 may use a displacement sensor instead of the acceleration pickup 18. The machine tool 1 detects the vibration of the tool 6 by the displacement sensor 29 when the tool 6 is vibrated, but another sensor may be used. For example, the machine tool 1 may use an acceleration pickup instead of the displacement sensor 29. The displacement sensor 29 is a laser displacement sensor, but the displacement sensor 29 is not limited to this, and a capacitance type displacement sensor, an eddy current type displacement sensor, or the like may be used. The acceleration pickup 18 is provided on the spindle head 7, but is not limited to this, and may be provided on any part of the machine tool 1 that vibrates when the tool 6 is vibrated. Even in such a case, the numerical control device 30 can accurately calculate the vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6.

上記工作機械1のCPU31は、振動比率取得処理において、変位センサ29と加速度ピックアップ18からの出力結果を同時に検出したが、同時に検出しなくてもよい。例えば、インパルスハンマ11で工具6を加振した時に、先に変位センサ29の出力結果のみ取得し、その後、インパルスハンマ11で再度加振した時に、加速度ピックアップ18の出力結果を取得してもよい。このような場合でも、周波数特性Fhはインパルスハンマ11による入力波形と、加速度ピックアップ18の振動の出力結果との入出力の関係を示す応答関数であり、周波数特性Ftは、インパルスハンマ11による入力波形と、変位センサ29の振動の出力結果との入出力の関係を示す応答関数である。故に、CPU31は、同時に出力結果を取得した場合の周波数特性Fh、Ftと同様の周波数特性を夫々取得できる。CPU31は、インパルスハンマ11と加速度ピックアップ18の検出結果に基づく応答関数と、インパルスハンマ11と変位センサ29の検出結果に基づく応答関数の演算を行ったが外部装置により各応答関数の演算をしてもよい。 The CPU 31 of the machine tool 1 simultaneously detects the output results from the displacement sensor 29 and the acceleration pickup 18 in the vibration ratio acquisition process, but it is not necessary to detect them at the same time. For example, when the tool 6 is vibrated by the impulse hammer 11, only the output result of the displacement sensor 29 may be acquired first, and then when the tool 6 is vibrated again by the impulse hammer 11, the output result of the acceleration pickup 18 may be acquired. .. Even in such a case, the frequency characteristic Fh is a response function indicating the input / output relationship between the input waveform by the impulse hammer 11 and the vibration output result of the acceleration pickup 18, and the frequency characteristic Ft is the input waveform by the impulse hammer 11. It is a response function showing the relationship between the input and output with the output result of the vibration of the displacement sensor 29. Therefore, the CPU 31 can acquire the same frequency characteristics as the frequency characteristics Fh and Ft when the output results are acquired at the same time, respectively. The CPU 31 calculated a response function based on the detection results of the impulse hammer 11 and the acceleration pickup 18 and a response function based on the detection results of the impulse hammer 11 and the displacement sensor 29, but calculated each response function by an external device. May be good.

S9、S11、S13の処理及びS10、S11、S14の処理において、CPU31は所定時間の振動の出力結果を取得したがこれに限らず、例えば切削開始から切削終了までの振動の出力結果を取得してもよい。該時、CPU31は、作業者が指定する振動の出力結果の区間を特定してもよい。故に、CPU31は、作業者が特定した区間の振動の出力結果に基づき、振動Vx、Vy、Vzの演算を実行してもよい。CPU31は、ワークWの加工の終了を待って、工具6の振動Vx、Vy、Vzを演算して表示したが、例えば、ワークWの加工中に工具6の振動Vx、Vy、Vzを演算して表示してもよい。 In the processing of S9, S11, S13 and the processing of S10, S11, S14, the CPU 31 acquired the vibration output result for a predetermined time, but is not limited to this, and for example, the vibration output result from the cutting start to the cutting end is acquired. You may. At this time, the CPU 31 may specify a section of the vibration output result specified by the operator. Therefore, the CPU 31 may execute the calculation of the vibration Vx, Vy, Vz based on the output result of the vibration in the section specified by the operator. The CPU 31 waits for the completion of machining of the work W and calculates and displays the vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6. For example, the CPU 31 calculates and displays the vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6 during machining of the work W. May be displayed.

上記工作機械は工具6を用いて振動比率Rx、Ry、Rzの演算を実行したがこれに限らず、他の異なる工具毎に振動比率Rx、Ry、Rzを取得してもよい。これにより、CPU31は、工具交換する工具に併せてより正確にワークWの加工中の工具の振動を演算できる。CPU31は、全てのデータを取得したが、X軸、Y軸、Z軸方向の振動比率Rx、Ry、Rzの少なくとも何れか一つを取得していればよい。該時、CPU31は、取得している方向についてのみ工具6の振動を演算してもよい。 The machine tool has executed the calculation of the vibration ratios Rx, Ry, and Rz using the tool 6, but the present invention is not limited to this, and the vibration ratios Rx, Ry, and Rz may be acquired for each of the other different tools. As a result, the CPU 31 can more accurately calculate the vibration of the tool during machining of the work W in accordance with the tool for changing the tool. Although the CPU 31 has acquired all the data, it suffices to acquire at least one of the vibration ratios Rx, Ry, and Rz in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. At this time, the CPU 31 may calculate the vibration of the tool 6 only in the acquired direction.

図3、図7のS9〜S13、S10〜S14の処理を実行するCPU31は本発明の検出部の一例である。S17、S18の処理を実行するCPU31は本発明の演算部の一例である。S19の処理を実行するCPU31は本発明の読み出し部の一例である。S21の処理を実行するCPU31は本発明の振動演算部の一例である。図4、図8のS113、S114の処理を実行するCPU31は本発明の第三特性演算部の一例である。S115の処理を実行するCPU31は本発明の第二特性演算部の一例である。S117の処理を実行するCPU31は本発明の振動比率算出部の一例である。S119の処理を実行するCPU31は本発明の記憶制御部の一例である。 The CPU 31 that executes the processes of S9 to S13 and S10 to S14 of FIGS. 3 and 7 is an example of the detection unit of the present invention. The CPU 31 that executes the processes of S17 and S18 is an example of the arithmetic unit of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S19 is an example of the reading unit of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S21 is an example of the vibration calculation unit of the present invention. The CPU 31 that executes the processes of S113 and S114 of FIGS. 4 and 8 is an example of the third characteristic calculation unit of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S115 is an example of the second characteristic calculation unit of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S117 is an example of the vibration ratio calculation unit of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S119 is an example of the storage control unit of the present invention.

周波数特性Fhmは本発明の第一特性の一例である。周波数特性Fhは本発明の第二特性の一例である。周波数特性Ftは本発明の第三特性の一例である。加速度ピックアップ18は本発明の加速度センサの一例である。記憶装置34は本発明の記憶部の一例である。変位センサ29は、本発明の第一検出部の一例である。加速度ピックアップ18、エンコーダ51B、53B、54Bは、本発明の第二検出部の一例である。X軸モータ53、Y軸モータ54、Z軸モータ51は、本発明の送りモータの一例である。 The frequency characteristic Fhm is an example of the first characteristic of the present invention. The frequency characteristic Fh is an example of the second characteristic of the present invention. The frequency characteristic Ft is an example of the third characteristic of the present invention. The acceleration pickup 18 is an example of the acceleration sensor of the present invention. The storage device 34 is an example of the storage unit of the present invention. The displacement sensor 29 is an example of the first detection unit of the present invention. The acceleration pickup 18, encoders 51B, 53B, and 54B are examples of the second detection unit of the present invention. The X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, and the Z-axis motor 51 are examples of the feed motor of the present invention.

1 工作機械
6 工具
7 主軸ヘッド
8 主軸
18 加速度ピックアップ
29 変位センサ
30 数値制御装置
31 CPU
34 記憶装置
51 Z軸モータ
53 X軸モータ
54 Y軸モータ
W ワーク
51B、53B、54B エンコーダ
Fh、Ft、Fhm 周波数特性
Rx、Ry、Rz 振動比率
Vx、Vy、Vz 振動
1 Machine tool 6 Tools 7 Spindle head 8 Spindle 18 Acceleration pickup 29 Displacement sensor 30 Numerical control device 31 CPU
34 Storage device 51 Z-axis motor 53 X-axis motor 54 Y-axis motor W work 51B, 53B, 54B Encoder Fh, Ft, Fhm Frequency characteristics Rx, Ry, Rz Vibration ratio Vx, Vy, Vz Vibration

Claims (8)

工具を装着する主軸を回転してワークを加工する工作機械の動作を制御する数値制御装置において、
前記ワークの加工中に、前記工作機械の振動を検出する検出部と、
前記検出部が検出した検出結果に基づき、前記ワークの加工中における前記工作機械に生じた振動の周波数特性である第一特性を演算する演算部と、
前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークに生じる振動の周波数特性である第二特性と、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械に生じる振動の周波数特性である第三特性との比率であって、周波数に応じて異なる振動比率を記憶する記憶部から前記振動比率を読み出す読み出し部と、
前記演算部が演算した前記第一特性に対して、前記読み出し部が読み出した前記振動比率を乗ずることにより、前記ワークの加工中における前記工具又は前記ワークの振動を演算する振動演算部と
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
In a numerical control device that controls the operation of a machine tool that processes a workpiece by rotating the spindle on which a tool is mounted.
A detection unit that detects vibration of the machine tool during machining of the work, and
Based on the detection result detected by the detection unit, a calculation unit that calculates the first characteristic, which is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool during machining of the work, and the calculation unit.
When the operation is stopped, the second characteristic which is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated, and when the operation is stopped, the tool or the work is added. A reading unit that reads out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to the frequency, which is a ratio to the third characteristic that is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool when shaken.
A vibration calculation unit that calculates the vibration of the tool or the work during machining of the work is provided by multiplying the first characteristic calculated by the calculation unit by the vibration ratio read by the reading unit. A numerical control device characterized by the fact that.
前記主軸の回転の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークの振動を検出する第一検出部からの出力結果に基づき、前記第二特性を演算する第二特性演算部と、
前記主軸の回転の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械の振動を検出する第二検出部からの出力結果に基づき、前記第三特性を演算する第三特性演算部と、
前記第二特性演算部により演算した前記第二特性と前記第三特性演算部により演算した前記第三特性に基づき、前記振動比率を算出する振動比率算出部と、
前記振動比率算出部により算出した前記振動比率を前記記憶部に記憶する記憶制御部と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
The second characteristic is calculated based on the output result from the first detection unit that detects the vibration of the tool or the work when the tool or the work is vibrated when the rotation of the spindle is stopped. Characteristic calculation unit and
Third characteristic calculation for calculating the third characteristic based on the output result from the second detection unit that detects the vibration of the machine tool when the tool or the work is vibrated when the rotation of the spindle is stopped. Department and
A vibration ratio calculation unit that calculates the vibration ratio based on the second characteristic calculated by the second characteristic calculation unit and the third characteristic calculated by the third characteristic calculation unit.
The numerical control device according to claim 1, further comprising a storage control unit that stores the vibration ratio calculated by the vibration ratio calculation unit in the storage unit.
前記第二特性演算部及び前記第三特性演算部は、前記工具又は前記ワークを加振した時に前記第一検出部及び前記第二検出部によって同時に検出する前記工具又は前記ワークの振動、及び前記工作機械の振動の夫々の前記出力結果に基づき、前記第二特性及び前記第三特性を夫々演算することを特徴とする請求項2に記載の数値制御装置。 When the tool or the work is vibrated, the second characteristic calculation unit and the third characteristic calculation unit simultaneously detect the vibration of the tool or the work by the first detection unit and the second detection unit, and the vibration of the work. The numerical control device according to claim 2, wherein the second characteristic and the third characteristic are calculated based on the output results of the vibration of the machine tool, respectively. 前記第一検出部は、前記工具又は前記ワークとは非接触の状態で、前記工具又は前記ワークの振動を検出可能な変位センサであることを特徴とする請求項2又は3に記載の数値制御装置。 The numerical control according to claim 2 or 3, wherein the first detection unit is a displacement sensor capable of detecting vibration of the tool or the work in a state of non-contact with the tool or the work. Device. 前記第二検出部は、前記工作機械に設け、且つ前記工作機械の振動を検出可能な加速度センサであることを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の数値制御装置。 The numerical control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the second detection unit is an acceleration sensor provided on the machine tool and capable of detecting vibration of the machine tool. 前記第二検出部は、前記工作機械に設けた前記工具又は前記ワークを移動する送りモータに設けたエンコーダであることを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の数値制御装置。 The numerical control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the second detection unit is an encoder provided in the tool provided in the machine tool or a feed motor for moving the work. 前記工作機械は前記主軸を支持する主軸ヘッドを設け、前記工作機械の振動は該主軸ヘッドの振動であることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の数値制御装置。 The numerical control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the machine tool is provided with a spindle head that supports the spindle, and the vibration of the machine tool is the vibration of the spindle head. 工具を装着する主軸を回転してワークを加工する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、
前記ワークの加工中に、前記工作機械の振動を検出する検出ステップと、
前記検出ステップが検出した検出結果に基づき、前記ワークの加工中における前記工作機械に生じた振動の周波数特性である第一特性を演算する演算ステップと、
前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工具又は前記ワークに生じる振動の周波数特性である第二特性と、前記動作の停止時において、前記工具又は前記ワークを加振した時の前記工作機械に生じる振動の周波数特性である第三特性との比率であって、周波数に応じて異なる振動比率を記憶する記憶部から前記振動比率を読み出す読み出しステップと、
前記演算ステップが演算した前記第一特性に対して、前記読み出しステップが読み出した前記振動比率を乗ずることにより、前記ワークの加工中における前記工具又は前記ワークの振動を演算する振動演算ステップと
を備えたことを特徴とする数値制御装置の制御方法。
In the control method of the numerical control device that controls the operation of the machine tool that processes the workpiece by rotating the spindle on which the tool is mounted.
A detection step for detecting vibration of the machine tool during machining of the work, and
Based on the detection result detected by the detection step, the calculation step of calculating the first characteristic which is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool during the machining of the work, and the calculation step.
When the operation is stopped, the second characteristic which is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated, and when the operation is stopped, the tool or the work is added. A read-out step of reading out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to the frequency, which is a ratio to the third characteristic which is the frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool when shaken.
A vibration calculation step for calculating the vibration of the tool or the work during machining of the work is provided by multiplying the first characteristic calculated by the calculation step by the vibration ratio read by the read step. A control method for a numerical control device, which is characterized in that.
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