JP6257481B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工中に発生するびびり振動の発生を検知して抑制するように工作機械を数値制御する数値制御装置に関する。

切削加工は、工具とワークの相対運動によりワークに所望の形状を創成する除去加工の一種である。切削加工を行う工作機械は、マシニングセンタ及び旋盤に代表されるように、工具及びワークを主軸に装着し、これを回転させて切削加工を行う装置である。このような工作機械では、切削加工中に様々な条件、例えば、主軸回転数、送り速度及び切込み量が時々刻々と変化し、加工条件が適切に設定されていれば所望の精度で加工することが可能である。しかしながら、設定した加工条件が適切でないために「びびり振動」と呼ばれる、加工不良の原因となる振動が発生する場合もある。びびり振動は、加工条件設定の他にも様々な要因により発生する。ここで考えられる要因には、工具の摩耗、ワークの取り付け誤差又は工作機械の経年劣化に伴う特性の変化を例示することができる。びびり振動が発生すると、工具のチッピング若しくは破損、又は加工精度の劣化を引き起こすため、びびり振動は生産効率向上の阻害要因となっている。また、びびり振動の発生により所望の加工精度又は表面粗さが得られなかった場合には、加工ワークを廃棄し別のワークで再加工を行うことになり、生産コストの増加を招く。そのため、びびり振動の発生を自動的に検知して抑制する技術が求められている。

従来、加工負荷又は振動の状態をモニタリングし、異常が発生した場合にはその異常を検知する方法が知られている。例えば、特許文献１には、「切削条件により生じる加工負荷のばらつきによる誤判定を減少させる加工負荷監視方式を提供する」ことを目的とし、「数値制御工作機械の加工負荷を監視する加工負荷監視方式において、試切削時の複数回の加工負荷のサンプリングデータから、加工負荷の基準データと分散を求め（基準データ・テーブル２）、その分散の値を用いてサンプリングデータのばらつきに応じたしきい値を設定し、負荷監視手段３により、基準データと加工負荷の実測データとを一定時間毎に比較して、その差がしきい値を超えたか否かを検出して、加工負荷を監視する」加工負荷監視方式が開示されている。特許文献１に開示された技術では、試し切削時の複数回の加工負荷のサンプリングデータから、加工負荷の基準データと分散とを求め、その分散の値を用いてサンプリングデータのばらつきに応じたしきい値を設定し、基準データと加工負荷の実測データとを一定時間毎に比較して、その差がしきい値を超えたか否かを検出する。

また、例えば、特許文献２には、「加工部品が１品１品異なり、部品毎の加工時間が工具寿命より長いような非量産大物部品の加工に対しても工具の異常を監視すること」を課題とし、「部品１２を加工する工作機械の工具１３にセンサ１４を設け、センサ１４で得る加工モニタリング信号と参照用の加工モニタリング信号を比較して工具１３の異常を監視するものであり、部品１２の加工時間が工具１３の寿命より長いものについて、参照用の加工モニタリング信号を得るために工具１３と同種の工具１８を参照工具として用い、工具１３による部品１２の加工に際し参照工具１８により参照用の加工モニタリング信号を得る」工具異常監視方法と工具異常監視システムが開示されている。特許文献２に開示された技術では、参照用の工具による加工モニタリング信号から得た特徴量に由来するしきい値を算出してから、加工用の工具による加工モニタリング信号から得た特徴量としきい値を比較し、しきい値を超えた場合に異常と判定する。

特開平７−１３２４４０号公報 特開２００５−１１１５８８号公報

上記従来の技術である特許文献１の技術では、工具又はワークのばらつきを考慮するために複数回の試し加工を行う。しかしながら、工作機械は、工作機械本体の稼動状況及び周囲環境を含めた様々な要因により特性が変化する。例えば、同一の工作機械で連続運転を行うと、初回の運転と複数回の加工後の運転とでは、モータ温度が異なるため工作機械の運動特性が変化する。又は、工作機械の周囲の温度が変化すると、機械構造の熱変位量が変化するため、空間誤差特性が変化する。そのため、機体の稼動状況及び周囲環境の変化により現在の工作機械の特性が試し加工時から変化した場合には、過去に行った試し加工から得られたデータを用いて本加工を行うと、正常であるにもかかわらず、異常と誤判定する場合があり、逆に異常であるにもかかわらず、正常と誤判定する場合がある、という問題があった。

一方、上記従来の技術である特許文献２の技術では、本加工中に予め参照用の工具で短時間加工を行い、このとき得られたモニタリング信号からしきい値を設定し、異常監視対象である本来の工具の異常監視を実行する。しかしながら、加工中は加工条件、例えば切込み量が時々刻々と変化する。そのため、参照用の工具から設定した一つのしきい値に基づいて、本来の工具で加工するすべての加工箇所の判定を行うと、特許文献１の技術と同様の誤判定が起こる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、切削加工中に発生するびびり振動を精度よく検知し、加工条件を変更する数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、工作機械の加工状態を監視して、異常検出時には加工条件を変更する数値制御装置であって、加工プログラムから主軸回転数、送り速度及び加工パスを読み取って解析データを出力する加工プログラム解析部と、工具の刃数を含む工具データを記録する工具データ記録部と、前記解析データと前記工具データとを用いてセンサ信号から設定した周波数又は周波数帯域の振動を除去して振動信号を生成する振動信号抽出部と、前記振動信号から一定時間毎に振動情報を算出する振動情報算出部と、前記振動信号を変換するための変換パラメータを前記振動情報の変化及び振動評価信号に基づいて更新する変換パラメータ更新部と、前記変換パラメータを用いて前記振動信号を変換し、変換後の振動信号と設定したしきい値とを比較した結果である前記振動評価信号を出力する振動信号評価部と、前記解析データに基づいて前記工作機械のモータを制御するための駆動指令を生成し、前記振動評価信号に基づいて前記主軸回転数を変化させる駆動指令部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、切削加工中に発生するびびり振動を精度よく検知し、加工条件を変更する数値制御装置を得ることができる、という効果を奏する。

実施の形態１の数値制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態１の振動信号抽出部が実行する処理を示す図 実施の形態１の加工部で発生する振動に含まれる主要な成分を示す図 実施の形態１の振動情報の変化を示す図 実施の形態１の変換パラメータ更新部の処理を示すフローチャート 実施の形態２の数値制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態２の変換パラメータ記録部における変換パラメータの記録形式を示す図 実施の形態２の変換パラメータ更新部の処理を示すブロック図

以下に、本発明に係る数値制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。図１に示す数値制御装置１は、加工プログラム２を解析し、振動センサ３からセンサ信号を取得しつつ、主軸アンプ４及びサーボアンプ５へ駆動指令を出力する。主軸アンプ４及びサーボアンプ５は、主軸モータ６及びサーボモータ７に駆動電流を出力する。

数値制御装置１に入力され、又は記憶された加工プログラム２には、ワークを加工するための加工パス、主軸回転数及び送り速度が記述されている。主軸モータ６端には工具８が取り付けられ、サーボモータ７端にはワークを設置するためのテーブル９が取り付けられている。

なお、図１では、サーボアンプ５及びサーボモータ７をそれぞれ１つのブロックで図示しているが、工作機械は、複数のサーボモータを有することが一般的である。本発明には、複数の制御軸を有する工作機械を制御する数値制御装置を含まれるものとする。

振動センサ３は、加工部の振動を取得し、数値制御装置１へ出力する。振動センサ３は、切削中の加工部の振動を取得できるセンサであれば特定の形態に限定されるものではない。このようなセンサには、主軸ハウジング、ワーク及びテーブルのいずれか又は全てに取り付けられる加速度センサを例示することができる。又は、機内若しくは機外に設置されたマイクロフォンであってもよい。以下では、振動センサ３が１つの場合について説明する。

数値制御装置１は、加工プログラム解析部１１、工具データ記録部１２、振動信号抽出部１３、振動情報算出部１４、変換パラメータ更新部１５、振動信号評価部１６及び駆動指令部１７を有する。

加工プログラム解析部１１は、加工プログラム２を読み込んで記述内容を解析し、解析データを振動信号抽出部１３及び駆動指令部１７へ出力する。解析データは、加工プログラム２に記述された加工パス、主軸回転数及び送り速度の各指令から生成された主軸モータ６及びサーボモータ７への目標位置と指令速度とを含むデータである。

工具データ記録部１２は、内部に工具データを有し、振動信号抽出部１３へ工具データを出力する。工具データ記録部１２には種々の切削用工具、例えばエンドミル又はバイトのデータが記録されている。なお、工具データ記録部１２に記録された工具データは、工具の刃数を含む。旋削用工具の刃数は１枚とする。

振動信号抽出部１３は、解析データ、センサ信号及び工具データを入力とし、センサ信号から振動信号を抽出し、振動信号を振動情報算出部１４及び振動信号評価部１６へ出力する。振動信号は、センサ信号から切削振動を取り除いた振動の振幅又は実効値である。なお、切削振動とは、工具がワークを切削することによって生じる振動をいう。

図２は、振動信号抽出部１３が実行する処理を示す図である。図２では、まず、処理をスタートし、センサ信号から切削振動成分を除去する（Ｓ１１）。次に、Ｓ１１の処理後の信号の振幅又は実効値を算出する（Ｓ１２）。なお、振幅は、Ｓ１１の処理後の信号の絶対値に平滑化フィルタをかけることで算出することができる。平滑化フィルタには、例えばローパスフィルタ又は移動平均フィルタを例示することができる。また、実効値は、Ｓ１１の処理後の信号の２乗値に上記と同様の平滑化フィルタをかけることで算出することができる。その後、処理を終了する。

ここで、図２のＳ１１における切削振動の除去方法について説明する。工作機械において、切削加工中にびびり振動が発生しているとき、センサ信号には切削振動とびびり振動が含まれる。切削振動は、周波数領域において、工具の刃先がワークを通過する周波数である切れ刃通過周波数とその整数倍で存在する。切れ刃通過周波数ｆ_ｔは、主軸回転数Ｓ及び工具刃数Ｎから下記の式（１）を用いて計算することができる。

上記の式（１）によると、例えば、主軸回転数が２４００ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）であり、工具刃数が２枚であるとき、切れ刃通過周波数は（２４００×２）／６０＝８０Ｈｚとなる。一方、びびり振動が発生する周波数であるびびり振動周波数は、工具又はワークの固有振動数付近となることが知られている。さらに、びびり振動は、びびり振動周波数を中心にして、その両側に切れ刃通過周波数分だけ離れた周波数毎にも現れることが知られている。

図３は、加工部で発生する振動に含まれる主要な成分を示す図である。工具又はワークの固有振動数は数百Ｈｚ〜数ｋＨｚであり、周波数領域において図３に示すようにびびり振動成分は切削振動成分よりも高い周波数帯域に存在する。したがって、センサ信号中の切削振動成分を除去すると、びびり振動が発生する周波数帯域の振動を抽出して、振動信号を出力することが可能となる。

センサ信号中の切削振動成分は、例えばコムフィルタ、ノッチフィルタ又はハイパスフィルタを用いることによって除去することができる。例えば、コムフィルタは、特定の周波数と該周波数の倍数の振動成分を除去することができるので、除去対象となる周波数を切れ刃通過周波数ｆ_ｔに一致するように設計すればよい。コムフィルタの簡単な実装例には下記の式（２）を例示することができる。ここで、ｘは切削振動成分除去前のセンサ信号であり、ｙは切削振動成分除去後のセンサ信号であり、ｉは各時刻であり、ｃは切れ刃通過周波数の逆数に相当する時間である。

又は、ノッチフィルタは特定の周波数のみの振動成分を除去することができるので、複数段のフィルタを用いて、切れ刃通過周波数ｆ_ｔと、切れ刃通過周波数ｆ_ｔの倍数の振動成分とを除去すればよい。又は、ハイパスフィルタはカットオフ周波数以下の振動を除去することができるので、カットオフ周波数以下に切削振動成分が含まれるように設計すればよい。前述のとおり、びびり振動成分は切削振動成分よりも高い周波数帯域に存在するので、カットオフ周波数を切れ刃通過周波数ｆ_ｔの６〜１０倍に設定すると、切削振動成分を除去することができる。

振動情報算出部１４は、振動信号から一定時間毎に振動情報を算出し、振動情報を算出した時点で振動情報を変換パラメータ更新部１５に出力する。ここで、振動情報は、振動信号の平均と標準偏差である。振動情報算出部１４は、下記の式（３），（４）から、平均と標準偏差を算出する。ここで、ｉは各時刻であり、ｕ（ｉ）は時刻ｉの振動信号であり、ｍ（ｉ）は時刻ｉでの振動信号の平均であり、ｓ（ｉ）は時刻ｉでの振動信号の標準偏差である。

ここで、振動情報算出部１４における、振動信号の平均及び標準偏差の算出は、一定時間Ｔ毎に行われる。すなわち、初期値をｍ（（ｎ−１）×Ｔ＋１）＝０，ｓ（（ｎ−１）×Ｔ＋１）＝０とし、上記の式（２），（３）を繰り返し演算して、一定時間Ｔ毎の振動信号の平均ｍ（ｎ×Ｔ）と標準偏差ｓ（ｎ×Ｔ）とを算出する。なお、ｎは整数である。

又は、振動信号の平均及び標準偏差の算出には、一定時間Ｔ中の全時刻の振動信号を記録して、下記の式（５），（６）を用いてもよい。

上記の処理を一定時間Ｔの周期で実行し、一定時間Ｔ内の振動信号の平均ｍ（ｎ×Ｔ）及び標準偏差ｓ（ｎ×Ｔ）を算出し、これらの振動情報を変換パラメータ更新部１５へ出力する。

変換パラメータ更新部１５は、後述する振動信号評価部１６が出力する振動評価信号を入力とし、振動情報算出部１４が出力する振動情報の変化に基づいて内部に保持する変換パラメータを更新し、更新した変換パラメータを振動信号評価部１６に出力する。変換パラメータは、振動信号評価部１６で用いる値であり、振動情報算出部１４で算出した過去の振動情報である。

ここで、変換パラメータの更新方法について説明する。図４は、振動情報の変化を示す図である。図５は、変換パラメータ更新部１５の処理を示すフローチャートである。ある時刻において変換パラメータ更新部１５が内部に保持している変換パラメータをＭ，Ｓとする。Ｍ，Ｓは、それぞれ振動信号の平均及び標準偏差から得られる値である。変換パラメータ更新部１５では、振動情報算出部１４から一定時間Ｔ毎にｍ（ｎ×Ｔ）及びｓ（ｎ×Ｔ）が入力されたときに、図５の処理を行う。

図５では、まず、処理をスタートし、振動情報が許容範囲内で変化したかを判定する（Ｓ２１）。判定条件は、ｍ（ｎ×Ｔ）−Ｍの絶対値がα×ｓ（ｎ×Ｔ）以下であるか否かである。又は、Ｍ−α×ＳからＭ＋α×Ｓまでの値の範囲とｍ（ｎ×Ｔ）−α×ｓ（ｎ×Ｔ）からｍ（ｎ×Ｔ）−α×ｓ（ｎ×Ｔ）までの値の範囲が重なるか否かである。なお、αは設定値であり、１〜３程度の値である。図４（ｂ）のように上記の条件を満たさない場合、すなわちＳ２１においてＮｏに分岐する場合には、振動情報が許容範囲より大きく変化したと判定して処理を終了する。一方、振動情報が許容範囲内の変化である場合、すなわちＳ２１においてＹｅｓに分岐する場合には、振動評価信号が「びびり振動なし」であるかを判定する（Ｓ２２）。振動評価信号が「びびり振動あり」である場合、すなわちＳ２２においてＮｏに分岐する場合には、処理を終了する。振動評価信号が「びびり振動なし」である場合、すなわちＳ２２においてＹｅｓに分岐する場合には、変換パラメータ更新部１５の入力である振動情報ｍ（ｎ×Ｔ），ｓ（ｎ×Ｔ）を新たな変換パラメータＭ，Ｓに設定して（Ｓ２３）処理を終了する。

振動信号評価部１６は、変換パラメータを用いて振動信号を変換し、しきい値と比較した結果を表す振動評価信号を駆動指令部１７に出力する。振動信号は、下記の式（７）を用いて変換される。ここで、Ｕ（ｉ）は、時刻ｉにおける振動信号の評価値である。

次に、振動信号評価部１６は、各時刻における振動信号の評価値Ｕ（ｉ）と、しきい値θとの大小を比較してびびり振動の発生有無を判定する。すなわち、Ｕ（ｉ）＜θであれば「びびり振動なし」と判定し、Ｕ（ｉ）≧θであれば「びびり振動あり」と判定し、判定した結果である振動評価信号を出力する。又は、評価値としきい値の大小関係が設定した時間以上継続したか否かをびびり振動の発生有無の判定基準にしてもよい。すなわち、評価値がしきい値より大きい場合に「びびり振動あり」と判定し、評価値がしきい値より小さい場合に「びびり振動なし」と判定してもよい。ここで、しきい値θは正の値である。

駆動指令部１７は、加工プログラム解析部１１で解析した解析データと、振動信号評価部１６におけるびびり振動の発生有無の判定結果である振動評価信号に従って、主軸アンプ４及びサーボアンプ５に駆動指令を出力する。「びびり振動なし」と判定された場合には、駆動指令部１７は、解析データ通りに主軸アンプ４及びサーボアンプ５に駆動指令を与える。主軸アンプ４及びサーボアンプ５は、該駆動指令に従って主軸モータ６及びサーボモータ７に駆動電流を出力する。

一方、「びびり振動あり」と判定された場合には、主軸モータ６及びサーボモータ７への駆動指令を変更する。具体的には、主軸回転数のオーバライドを設定した割合だけ増加又は減少する。又は、加工プログラム２に記述された値を中心に、設定した振幅及び周波数で主軸回転数を変動する指令を与える。なお、工具１刃あたりの送り速度を一定にするために、主軸回転数の変化と同じ割合で送り速度が変化してもよい。

以上説明したように、本実施の形態１は、振動信号の平均と分散とを振動評価のための変換パラメータに使用し、振動情報が許容範囲内で変化する場合には変換パラメータを更新し、該変換パラメータに基づいて振動信号からびびり振動の発生有無を判定する構成である。そのため、びびり振動が発生しない直近の振動状態に基づいてびびり振動の発生有無を判定することができる。さらに、びびり振動の発生を検知した場合には、駆動指令を変更する構成である。そのため、びびり振動の発生時に自動的に加工条件を変更することで、びびり振動を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態１は、工作機械の加工状態を監視して、異常検出時には加工条件を変更する数値制御装置であって、加工プログラムから主軸回転数、送り速度及び加工パスを読み取って解析データを出力する加工プログラム解析部と、工具の刃数を含む工具データを記録する工具データ記録部と、前記解析データと前記工具データとを用いてセンサ信号から設定した周波数又は周波数帯域の振動を除去して振動信号を生成する振動信号抽出部と、前記振動信号から一定時間毎に振動情報を算出する振動情報算出部と、前記振動信号を変換するための変換パラメータを前記振動情報の変化及び振動評価信号に基づいて更新する変換パラメータ更新部と、前記変換パラメータを用いて前記振動信号を変換し、変換後の振動信号と設定したしきい値とを比較した結果である前記振動評価信号を出力する振動信号評価部と、前記解析データに基づいて前記工作機械のモータを制御するための駆動指令を生成し、前記振動評価信号に基づいて前記主軸回転数を変化させる駆動指令部とを備える数値制御装置である。

前記構成において、前記変換パラメータ更新部は、内部に保持しているパラメータに基づく値と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値との差が設定した範囲内であるときに、前記パラメータを更新することが好ましい。または、前記変換パラメータ更新部は、内部に保持しているパラメータから得られる値の範囲と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値の範囲とに重複があるときに、前記パラメータを更新することが好ましい。変換パラメータを振動情報の変化に即して更新することで、振動信号評価部での振動信号の評価において、正常な振動とみなす範囲を直近のびびり振動がない振動の範囲にすることができる。

前記構成において、前記振動信号は、前記センサ信号から、前記工具がワークを切削する振動成分を除去した後の振幅又は実効値であることが好ましい。全振動成分のうち、切削の振動成分である切削振動成分を除去することで、びびり振動が含まれる周波数帯域の振動の増加を評価することができる。

前記構成において、前記振動情報は前記振動信号の一定時間毎の平均及び標準偏差であることが好ましい。振動信号の評価に、過去の平均と標準偏差を用いることで、過去の正常な振動状態を基準にして現在の振動信号を評価することができる。

前記構成において、前記振動信号評価部は、前記振動信号の現在値と過去値の平均との差を前記振動信号の過去値の標準偏差で除する変換を行うことが好ましい。このような処理を行うことで、過去におけるびびり振動が発生していないときの振動信号を基準にして現在の振動信号が発生しているかを判定することができる。

前記構成において、前記駆動指令部は、前記主軸回転数を増加又は減少させることが好ましい。びびり振動を検知した場合に設定した割合だけ主軸回転数を増加または減少させることで、びびり振動が発生している状態からびびり振動が発生しない状態へ変更することができる。このとき、送り速度を前記主軸回転数と同じ割合で変更することで、工具１刃あたりの送り速度を一定に保つことができる。

前記構成において、前記駆動指令部は、前記加工プログラムに記述された値を中心に前記主軸回転数を変動させることが好ましい。びびり振動を検知した場合に設定した振幅及び周波数で主軸回転数を変動させることで、びびり振動が発生している状態からびびり振動が発生しない状態へ変更することができる。このとき、送り速度を前記主軸回転数と同じ割合の振幅および周波数で変動することで、工具１刃あたりの送り速度を一定に保つことができる。

実施の形態２．
図６は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。なお、図６では、図１に示す実施の形態１の構成要素と同一又は同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

実施の形態１における図１に示す数値制御装置１では、直前の振動から変換パラメータを更新するところ、本実施の形態２における図６に示す数値制御装置１ｂでは、新たに変換パラメータを記録するための構成要素である変換パラメータ記録部１８ｂが追加され、変換パラメータ更新部１５に代えて変換パラメータ更新部１５ｂが設けられ、振動信号評価部１６に代えて振動信号評価部１６ｂが設けられている。

変換パラメータ記録部１８ｂは、変換パラメータ更新部１５ｂから出力された変換パラメータを記録する。さらに、当該パラメータを振動信号評価部１６ｂに出力するとともに、一定時間前の変換パラメータを変換パラメータ更新部１５ｂに出力する。

変換パラメータ記録部１８ｂは、加工プログラム２を実行する間に一定時間Ｔ毎の変換パラメータＭ（ｋ），Ｓ（ｋ）を記録可能なメモリ容量を内部に有する。ここで、ｋは一定時間Ｔ毎の区間のインデックスであり、Ｍ（ｋ），Ｓ（ｋ）は、それぞれｋ番目の変換パラメータである。

図７は、変換パラメータ記録部１８ｂにおける変換パラメータの記録形式を示す図である。変換パラメータ記録部１８ｂは、図７に示すように区間と対応付けた変換パラメータをテーブルデータで内部に記録する。初期状態において、変換パラメータ記録部１８ｂには、試し加工を行って得られた一定時間毎の変換パラメータが記録されている。

変換パラメータ更新部１５ｂは、後述する振動信号評価部１６ｂが出力する振動評価信号を入力としつつ、振動情報算出部１４が出力する振動情報と変換パラメータ記録部１８ｂに記録された変換パラメータとを比較し、その結果を変換パラメータ記録部１８ｂに出力する。

図８は、変換パラメータ更新部１５ｂの処理を示すブロック図である。変換パラメータ更新部１５ｂでは、振動情報算出部１４から一定時間Ｔ毎にｍ（ｎ×Ｔ），ｓ（ｎ×Ｔ）が入力されると、図８の処理を行う。

図８では、まず、処理をスタートし、変換パラメータ記録部１８ｂから一定時間Ｔだけ前の変換パラメータであるＭ（ｎ−１），Ｓ（ｎ−１）を読み込む（Ｓ３１）。次に、振動情報が許容範囲内で変化したかを判定する（Ｓ３２）。判定条件は、図４（ａ）に示したように、ｍ（ｎ×Ｔ）−Ｍ（ｎ−１）の絶対値がα×ｓ（ｎ×Ｔ）以下であるか否かである。又は、Ｍ−α×ＳからＭ＋α×Ｓまでの値の範囲とｍ（ｎ×Ｔ）−α×ｓ（ｎ×Ｔ）からｍ（ｎ×Ｔ）−α×ｓ（ｎ×Ｔ）までの値の範囲が重なるか否かである。なお、αは設定値であり、１〜３程度の値である。図４（ｂ）のように上記の条件を満たさない場合、すなわちＳ３２においてＮｏに分岐する場合には、振動情報が許容範囲より大きく変化したと判定して処理を終了する。一方、振動情報が許容範囲内の変化である場合、すなわちＳ３２においてＹｅｓに分岐する場合には、振動評価信号が「びびり振動なし」であるかを判定する（Ｓ３３）。振動評価信号が「びびり振動あり」である場合、すなわちＳ３３においてＮｏに分岐する場合には、処理を終了する。振動評価信号が「びびり振動なし」である場合、すなわちＳ３３においてＹｅｓに分岐する場合には、変換パラメータ更新部１５ｂの入力である振動信号ｍ（ｎ×Ｔ），ｓ（ｎ×Ｔ）を変換パラメータＭ（ｎ），Ｓ（ｎ）に更新して変換パラメータ記録部１８ｂに出力する（Ｓ３４）。

振動信号評価部１６ｂは、変換パラメータ記録部１８ｂに記録した変換パラメータを用いて振動信号抽出部１３で算出した振動信号を変換し、振動評価信号を駆動指令部１７に出力する。振動信号は、下記の式（８）を用いて変換される。ここで、Ｕ（ｉ）は時刻ｉにおける振動信号の評価値である。

次に、振動信号評価部１６ｂは、各時刻における振動信号の評価値Ｕ（ｉ）と、しきい値θとの大小を比較してびびり振動の発生有無を判定する。すなわち、Ｕ（ｉ）＜θであれば「びびり振動なし」と判定し、Ｕ（ｉ）≧θであれば「びびり振動あり」と判定し、判定した結果である振動評価信号を出力する。又は、評価値としきい値の大小関係が設定した時間以上継続したか否かをびびり振動の発生有無の判定基準にしてもよい。すなわち、評価値がしきい値より大きい場合に「びびり振動あり」と判定し、評価値がしきい値より小さい場合に「びびり振動なし」と判定してもよい。ここで、しきい値θは正の値である。

以上説明したように、本実施の形態２の構成では、実施の形態１の構成に変換パラメータ記録部１８ｂが追加されているので、試し加工時に記録した振動の結果に基づいて本加工中のびびり振動の発生有無を判定することができる。また、本加工中の振動の傾向が試し加工時から許容範囲内で変化した場合には試し加工時の記録を更新するので、試し加工から本加工の間で工作機械の特性が変化した場合でも、精度よくびびり振動の有無を判定することができる。

さらに、実施の形態１と同様に、びびり振動の発生有無の判定結果に基づいて駆動指令を変更する構成なので、びびり振動の発生時に自動的に加工条件を変更することで、びびり振動を抑制することができる。

本実施の形態２の数値制御装置は、一定時間毎の前記変換パラメータを記録する変換パラメータ記録部を備える。このような構成において、前記変換パラメータ更新部は、前記変換パラメータ記録部で記録しているパラメータから得られる値と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値との差が設定した範囲内であるときに、前記パラメータを更新することが好ましい。または、このような構成において、前記変換パラメータ更新部は、前記変換パラメータ記録部で記録しているパラメータから得られる値の範囲と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値の範囲とに重複があるときに、前記パラメータを更新することが好ましい。このように、変換パラメータを振動情報の変化に即して更新することで、本加工中の振動の傾向が試し加工時から許容範囲内で変化した場合には試し加工時の記録を更新するので、試し加工から本加工の間に工作機械の特性が変化した場合でも、精度よくびびり振動の有無を判定することができる。

１，１ｂ 数値制御装置、２ 加工プログラム、３ 振動センサ、４ 主軸アンプ、５ サーボアンプ、６ 主軸モータ、７ サーボモータ、８ 工具、９ テーブル、１１ 加工プログラム解析部、１２ 工具データ記録部、１３ 振動信号抽出部、１４ 振動情報算出部、１５，１５ｂ 変換パラメータ更新部、１６，１６ｂ 振動信号評価部、１７ 駆動指令部、１８ｂ 変換パラメータ記録部。

Claims (11)

1. 工作機械の加工状態を監視して、異常検出時には加工条件を変更する数値制御装置であって、
   加工プログラムから主軸回転数、送り速度及び加工パスを読み取って解析データを出力する加工プログラム解析部と、
   工具の刃数を含む工具データを記録する工具データ記録部と、
   前記解析データと前記工具データとを用いてセンサ信号から設定した周波数または周波数帯域の振動を除去して振動信号を生成する振動信号抽出部と、
   前記振動信号から一定時間毎に振動情報を算出する振動情報算出部と、
   前記振動信号を変換するための変換パラメータを前記振動情報の変化及び振動評価信号に基づいて更新する変換パラメータ更新部と、
   前記変換パラメータを用いて前記振動信号を変換し、変換後の振動信号と設定したしきい値とを比較した結果である前記振動評価信号を出力する振動信号評価部と、
   前記解析データに基づいて前記工作機械のモータを制御するための駆動指令を生成し、前記振動評価信号に基づいて前記主軸回転数を変化させる駆動指令部とを備える数値制御装置。
2. 一定時間毎の前記変換パラメータを記録する変換パラメータ記録部を備える請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記変換パラメータ更新部は、内部に保持しているパラメータに基づく値と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値との差が設定した範囲内であるときに、前記パラメータを更新する請求項１に記載の数値制御装置。
4. 前記変換パラメータ更新部は、内部に保持しているパラメータから得られる値の範囲と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値の範囲とに重複があるときに、前記パラメータを更新する請求項１に記載の数値制御装置。
5. 前記変換パラメータ更新部は、前記変換パラメータ記録部で記録しているパラメータから得られる値と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値との差が設定した範囲内であるときに、前記パラメータを更新する請求項２に記載の数値制御装置。
6. 前記変換パラメータ更新部は、前記変換パラメータ記録部で記録しているパラメータから得られる値の範囲と、前記振動情報算出部で算出する値に基づく値の範囲とに重複があるときに、前記パラメータを更新する請求項２に記載の数値制御装置。
7. 前記振動信号は、前記センサ信号から、前記工具がワークを切削する振動成分を除去した後の振幅又は実効値である請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の数値制御装置。
8. 前記振動情報は前記振動信号の一定時間毎の平均及び標準偏差である請求項７に記載の数値制御装置。
9. 前記振動信号評価部は、前記振動信号の現在値と過去値の平均との差を前記振動信号の過去値の標準偏差で除する変換を行う請求項８に記載の数値制御装置。
10. 前記駆動指令部は、前記主軸回転数を設定した割合だけ増加又は減少させる請求項９に記載の数値制御装置。
11. 前記駆動指令部は、前記加工プログラムに記述された値を中心に設定した振幅及び周波数で前記主軸回転数を変動させる請求項９に記載の数値制御装置。

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