JP7084242B2 - Tool blade number estimation device and machine tools equipped with it, and tool blade number estimation method - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法に関するものである。 The present invention relates to a tool blade number estimation device for estimating the number of blades of a tool used when intermittently cutting a work by a machine tool, a machine tool provided with the tool blade number estimation device, and a tool blade number estimation method.

従来、工作機械においては、ユーザによって事前に手入力されるパラメータの一つとして、工具の刃数が存在する。この刃数の情報は、例えば、断続切削を行う際に生じるびびり振動を抑制するための計算に必要となるなど、様々な場面で利用されている。なお、特開２０１７－７７６１８号公報には、手入力した刃数等を用いてびびり振動を抑制する加工状態監視方法が開示されている（特許文献１）。 Conventionally, in a machine tool, the number of blades of a tool exists as one of the parameters manually input in advance by the user. This information on the number of blades is used in various situations, for example, it is necessary for calculation for suppressing chatter vibration generated during intermittent cutting. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-77618 discloses a processing state monitoring method for suppressing chatter vibration by using a manually input number of blades or the like (Patent Document 1).

特開２０１７－７７６１８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-77618

しかしながら、刃数の情報は、切削加工を行うのに必須の情報ではないため、実際の現場では入力されていないことが多い。また、数百本単位の工具を使用するユーザにとっては、刃数が膨大となるため、一つ一つ手入力するには膨大な手間がかかるという問題もある。さらに、刃数を事前入力したとしても、手入力である以上、ある程度の入力ミスは避けられないという問題もある。 However, since the information on the number of blades is not essential information for performing cutting, it is often not input at the actual site. Further, for a user who uses a tool of several hundreds, the number of blades is enormous, and there is a problem that it takes a huge amount of time and effort to manually input each one. Further, even if the number of blades is input in advance, there is a problem that some input errors cannot be avoided as long as the number of blades is manually input.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、断続切削に用いられる工具の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減することができる工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械、ならびに工具刃数推定方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and can estimate the number of blades of a tool used for intermittent cutting, omit manual input work by a user, and reduce the occurrence of input errors. It is an object of the present invention to provide a tool blade number estimation device capable of the tool blade number estimation device, a machine tool equipped with the tool blade number estimation device, and a tool blade number estimation method.

本発明に係る工具刃数推定装置は、
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ -1 ）
を有し、
前記切れ刃通過周波数推定部は、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する。 The tool blade number estimation device according to the present invention is
A tool blade number estimation device that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
A cutting edge passing frequency estimation unit that estimates the cutting edge passing frequency when executing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation unit.
A tool blade number estimation unit that estimates the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min -1 )
Have,
The cutting edge passing frequency estimation unit performs an inverse Fourier transform on the power spectrum obtained by Fourier transforming the vibration data to obtain an autocorrelation function, and the main axis of the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function makes one rotation. The frequency showing the first peak that appears in between and has the same degree of correlation as that at the time of one rotation is estimated as the cutting edge passing frequency .

本発明に係る他の工具刃数推定装置は、The other tool blade number estimation device according to the present invention is
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、A tool blade number estimation device that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、 A cutting edge passing frequency estimation unit that estimates the cutting edge passing frequency when executing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation unit.
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、 A tool blade number estimation unit that estimates the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min) -1-1 ）)
前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する刃数相違報知部と、When the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit and the number of blades input in advance are different, the blade number difference notification unit for notifying that effect and the blade number difference notification unit.
を備えた。 Equipped with.

本発明に係る工具刃数推定方法は、The method for estimating the number of tool blades according to the present invention is
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、 It is a tool blade number estimation method that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、 A cutting edge passing frequency estimation step for estimating the cutting edge passing frequency when performing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation step.
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、 A tool blade number estimation step for estimating the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min) -1-1 ）)
を含み、 Including
前記切れ刃通過周波数推定ステップでは、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する。 In the cutting edge passing frequency estimation step, the autocorrelation function is obtained by performing an inverse Fourier transform on the power spectrum obtained by Fourier transforming the vibration data, and the main axis of the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function makes one rotation. The frequency showing the first peak that appears in between and has the same degree of correlation as the one rotation is estimated as the cutting edge passing frequency.

本発明に係る他の工具刃数推定方法は、Another method for estimating the number of tool blades according to the present invention is
工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、It is a tool blade number estimation method that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、 A cutting edge passing frequency estimation step for estimating the cutting edge passing frequency when performing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation step.
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、 A tool blade number estimation step for estimating the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min) -1-1 ）)
を含み、Including
前記工具刃数推定ステップで推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する。 If the number of blades estimated in the tool blade number estimation step differs from the number of blades input in advance, a notification to that effect is given.

本発明によれば、断続切削する際に用いる工具の刃数を自動で推定することができるとともに、ユーザの作業負担を軽減し、入力ミスを防止することができる。 According to the present invention, the number of blades of a tool used for intermittent cutting can be automatically estimated, the work load on the user can be reduced, and input errors can be prevented.

本発明に係る工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the tool blade number estimation apparatus which concerns on this invention, and the machine tool provided with this. 本実施形態の工作機械を示す図である。It is a figure which shows the machine tool of this embodiment. 本実施形態の工具刃数推定装置によって実行される工具刃数推定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the tool blade number estimation method executed by the tool blade number estimation apparatus of this embodiment. 本実施例１における、振動データから求められた自己相関関数を示す図である。It is a figure which shows the autocorrelation function obtained from the vibration data in this Example 1. 本実施例１で使用した振動データをフーリエ変換した後の全周波数帯域の２乗和を時系列にプロットした図である。It is a figure which plotted the sum of squares of all frequency bands after Fourier transforming the vibration data used in Example 1 in time series. 本実施例１において、推定された刃数の推移を示す図である。It is a figure which shows the transition of the estimated number of blades in this Example 1.

以下、本発明に係る工具刃数推定装置およびこれを備えた工作機械ならびに工具刃数推定方法の一実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a tool blade number estimation device according to the present invention, a machine tool provided with the tool blade number estimation device, and a tool blade number estimation method will be described with reference to the drawings.

本実施形態の工具刃数推定装置１は、工作機械１０によってワーク１１を断続切削する際に用いる工具１２の刃数を推定するものである。具体的には、図１に示すように、工具刃数推定装置１は、工作機械１０に駆動信号を出力して断続切削を行わせるとともに、当該断続切削中の工作機械１０から得られる振動データに基づいて、工具１２の刃数を推定するようになっている。以下、各構成について説明する。 The tool blade number estimation device 1 of the present embodiment estimates the number of blades of the tool 12 used when intermittently cutting the work 11 by the machine tool 10. Specifically, as shown in FIG. 1, the tool blade number estimation device 1 outputs a drive signal to the machine tool 10 to perform intermittent cutting, and vibration data obtained from the machine tool 10 during the intermittent cutting. The number of blades of the tool 12 is estimated based on the above. Hereinafter, each configuration will be described.

工作機械１０は、金属、木材、石材、樹脂等のワーク１１に対して、断続切削等の加工を行うためのものである。本実施形態において、工作機械１０は、図２に示すように、工具１２が装着された主軸１３と、ワーク１１が載置されたテーブル１４とが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に沿って三次元空間内を相対移動可能に構成されており、任意の加工プログラムに従って数値制御されるようになっている。 The machine tool 10 is for performing processing such as intermittent cutting on a work 11 made of metal, wood, stone, resin, or the like. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, in the machine tool 10, the spindle 13 on which the tool 12 is mounted and the table 14 on which the work 11 is placed are aligned along the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. It is configured to be relatively movable in the three-dimensional space, and is numerically controlled according to an arbitrary machining program.

また、工作機械１０には、図１に示すように、断続切削の実行中に発生する振動を検出するための振動検出手段１５が設けられている。本実施形態において、振動検出手段１５は、加速度センサによって構成されており、検出した機械的振動を振動データとして、工具刃数推定装置１に出力するようになっている。 Further, as shown in FIG. 1, the machine tool 10 is provided with a vibration detecting means 15 for detecting vibration generated during execution of intermittent cutting. In the present embodiment, the vibration detecting means 15 is composed of an acceleration sensor, and the detected mechanical vibration is output to the tool blade number estimation device 1 as vibration data.

なお、本実施形態において、振動検出手段１５は、加速度センサによって構成されているが、この構成に限定されるものではなく、断続切削中の振動を検出しうるものであれば、工具１２やワーク１１の変位や速度を直接的または間接的に検出する変位・速度センサや、音波により振動音を取得するマイクロフォン等によって構成されていてもよい。 In the present embodiment, the vibration detecting means 15 is configured by an acceleration sensor, but the configuration is not limited to this, and the tool 12 or the work can detect vibration during intermittent cutting. It may be configured by a displacement / velocity sensor that directly or indirectly detects the displacement or velocity of 11 or a microphone that acquires a vibration sound by a sound wave.

工具刃数推定装置１は、工作機械１０を制御する数値制御装置等のコンピュータによって構成されており、図１に示すように、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段３が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能する記憶手段２と、記憶手段２にインストールされた工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、各種の演算処理を実行し後述する各構成部として機能する演算処理手段３とを有している。以下、各構成手段について詳細に説明する。 The tool blade number estimation device 1 is composed of a computer such as a numerical control device that controls a machine tool 10. As shown in FIG. 1, various data are stored and the arithmetic processing means 3 performs arithmetic processing. By executing the storage means 2 that functions as a working area and the tool blade number estimation program 1a installed in the storage means 2, various arithmetic processes are executed and the arithmetic processing means 3 that functions as each component described later. And have. Hereinafter, each configuration means will be described in detail.

記憶手段２は、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等で構成されており、図１に示すように、プログラム記憶部２１と、工具刃数記憶部２２とを有している。 The storage means 2 includes a hard disk, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, and the like, and as shown in FIG. 1, a program storage unit 21 and a tool blade number storage unit 22. have.

プログラム記憶部２１には、本実施形態の工具刃数推定装置１を制御するための工具刃数推定プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段３が、当該工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、コンピュータとしての工具刃数推定装置１を後述する各構成部として機能させるようになっている。 A tool blade number estimation program 1a for controlling the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment is installed in the program storage unit 21. Then, the arithmetic processing means 3 executes the tool blade number estimation program 1a to make the tool blade number estimation device 1 as a computer function as each component described later.

なお、工具刃数推定プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ－ＲＯＭやＵＳＢメモリ等のように、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に工具刃数推定プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やＡＳＰ（Application Service Provider）方式等で利用してもよい。 The usage pattern of the tool blade number estimation program 1a is not limited to the above configuration. For example, the tool blade number estimation program 1a may be stored in a non-temporary recording medium such as a CD-ROM or a USB memory that can be read by a computer, and may be directly read from the recording medium and executed. Further, it may be used by a cloud computing method, an ASP (Application Service Provider) method, or the like from an external server or the like.

工具刃数記憶部２２は、工具１２のそれぞれに対応付けて、刃数を記憶するものである。具体的には、工具刃数記憶部２２は、後述する工具刃数推定部３４によって刃数が推定されると、工具１２を識別する工具ＩＤに対応付けて、推定された刃数を記憶する。また、本実施形態において、工具刃数記憶部２２は、手作業によって刃数が事前入力されると、工具ＩＤに対応付けて、手入力された刃数を記憶するようになっている。なお、工具刃数記憶部２２には、刃数の他にも、工具１２を使用した日時や、加工したワーク１１を識別するワークＩＤ等を履歴として記憶してもよい。 The tool blade number storage unit 22 stores the number of blades in association with each of the tools 12. Specifically, when the number of blades is estimated by the tool blade number estimation unit 34 described later, the tool blade number storage unit 22 stores the estimated number of blades in association with the tool ID that identifies the tool 12. .. Further, in the present embodiment, when the number of blades is manually input in advance, the tool blade number storage unit 22 stores the manually input number of blades in association with the tool ID. In addition to the number of blades, the tool blade number storage unit 22 may store the date and time when the tool 12 was used, the work ID for identifying the machined work 11, and the like as a history.

つぎに、演算処理手段３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成されており、記憶手段２にインストールされた工具刃数推定プログラム１ａを実行することにより、図１に示すように、振動データ取得部３１と、切れ刃通過周波数推定部３２と、主軸回転速度取得部３３と、工具刃数推定部３４と、刃数相違報知部３５と、固有振動周波数取得部３６と、最適回転速度算出部３７と、駆動制御部３８として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。 Next, the arithmetic processing means 3 is composed of a CPU (Central Processing Unit) or the like, and by executing the tool blade number estimation program 1a installed in the storage means 2, vibration data is as shown in FIG. Acquisition unit 31, cutting edge passing frequency estimation unit 32, spindle rotation speed acquisition unit 33, tool blade number estimation unit 34, blade number difference notification unit 35, natural vibration frequency acquisition unit 36, and optimum rotation speed calculation. It functions as a unit 37 and a drive control unit 38. Hereinafter, each component will be described in more detail.

振動データ取得部３１は、工作機械１０の振動データを取得するものである。本実施形態において、振動データ取得部３１は、工作機械１０が断続切削を実行している間、振動検出手段１５から出力される振動データを時系列で取得するようになっている。 The vibration data acquisition unit 31 acquires vibration data of the machine tool 10. In the present embodiment, the vibration data acquisition unit 31 acquires vibration data output from the vibration detection means 15 in time series while the machine tool 10 is performing intermittent cutting.

切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データに基づいて切れ刃通過周波数を推定するものである。ここで、切れ刃通過周波数とは、ＴＰＦ（Tool Passing Frequency）とも呼ばれるものであり、工具１２の切れ刃（刃先）がワーク１１と接触することによって発生する周期的な振動の周波数を意味する。本実施形態において、切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データの特性（波形、周期性、推移等）を解析することにより、切れ波通過周波数を推定するようになっている。 The cutting edge passing frequency estimation unit 32 estimates the cutting edge passing frequency based on the vibration data. Here, the cutting edge passing frequency is also called TPF (Tool Passing Frequency), and means the frequency of periodic vibration generated when the cutting edge (blade edge) of the tool 12 comes into contact with the work 11. In the present embodiment, the cutting edge passing frequency estimation unit 32 estimates the breaking wave passing frequency by analyzing the characteristics (waveform, periodicity, transition, etc.) of the vibration data.

具体的には、切れ刃通過周波数推定部３２は、まず、振動データ取得部３１によって取得された振動データをフーリエ変換し、パワースペクトルを取得する。つぎに、当該パワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求める。この自己相関関数においては、主軸１３が一回転する周期で自己相関が高くなり、切れ刃がワーク１１と接触する周期でも同程度のピークが現れる。また、これら一回転の間に切れ刃がワーク１１と接触する周期で現れるピークは刃数に一致するため、ピーク間の周期から切れ刃通過周波数を推定することができる。そこで、切れ刃通過周波数推定部３２は、自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定するようになっている。 Specifically, the cutting edge passing frequency estimation unit 32 first Fourier transforms the vibration data acquired by the vibration data acquisition unit 31 to acquire a power spectrum. Next, the inverse Fourier transform is performed on the power spectrum to obtain the autocorrelation function. In this autocorrelation function, the autocorrelation becomes high in the cycle in which the spindle 13 makes one rotation, and the same peak appears even in the cycle in which the cutting edge contacts the work 11. Further, since the peak appearing in the cycle in which the cutting edge comes into contact with the work 11 during one rotation corresponds to the number of blades, the cutting edge passing frequency can be estimated from the cycle between the peaks. Therefore, the cutting edge passing frequency estimation unit 32 is a frequency that appears during one rotation of the spindle 13 among the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function, and shows the first peak having the same degree of correlation as that of the one rotation. Is estimated as the cutting edge passing frequency.

なお、切れ刃通過周波数の推定方法は、上述した方法に限定されるものではなく、振動データに基づく様々な推定方法を適用することができる。例えば、本実施形態では、振動データをフーリエ変換して自己相関関数を求めているが、これに限定されるものではなく、フーリエ変換することなく、時系列の振動データから直接、自己相関関数を求めてもよい。 The method for estimating the cutting edge passing frequency is not limited to the above-mentioned method, and various estimation methods based on vibration data can be applied. For example, in the present embodiment, the autocorrelation function is obtained by Fourier transforming the vibration data, but the present invention is not limited to this, and the autocorrelation function is directly obtained from the time-series vibration data without Fourier transform. You may ask.

また、本実施形態では、自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定しているが、これに限定されるものではなく、最大のピーク値を示す周波数を切れ刃通過周波数として推定してもよく、ピーク値が所定の閾値を超えた場合の周波数を切れ刃通過周波数として推定してもよい。 Further, in the present embodiment, among the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function, the frequency that appears during one rotation of the spindle 13 and shows the first peak having the same degree of correlation as that of the one rotation is passed through the cutting edge. Although it is estimated as a frequency, the frequency is not limited to this, and the frequency showing the maximum peak value may be estimated as the cutting edge passing frequency, and the frequency when the peak value exceeds a predetermined threshold is cut off. It may be estimated as the blade passing frequency.

さらに、本実施形態では、自己相関関数を用いて切れ刃通過周波数を推定しているが、これに限定されるものでもない。例えば、音声分析に用いられるケプストラム分析等の手法により検出された基本周波数に基づいて、切れ刃通過周波数を推定するようにしてもよい。あるいは、振動データ、パワースペクトル、自己相関関数などを機械学習することにより、切れ刃通過周波数を推定するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the cutting edge passing frequency is estimated by using the autocorrelation function, but the present invention is not limited to this. For example, the cutting edge passing frequency may be estimated based on the fundamental frequency detected by a method such as cepstrum analysis used for voice analysis. Alternatively, the cutting edge passing frequency may be estimated by machine learning the vibration data, the power spectrum, the autocorrelation function, and the like.

主軸回転速度取得部３３は、工作機械１０の主軸回転速度を取得するものである。本実施形態において、主軸回転速度取得部３３は、実行中の断続切削に係る加工プログラムを参照し、当該加工プログラムにおいて設定されている主軸回転速度を取得するようになっている。 The spindle rotation speed acquisition unit 33 acquires the spindle rotation speed of the machine tool 10. In the present embodiment, the spindle rotation speed acquisition unit 33 refers to a machining program related to intermittent cutting during execution, and acquires the spindle rotation speed set in the machining program.

工具刃数推定部３４は、工具１２の刃数を推定するものである。本実施形態において、工具刃数推定部３４は、切れ刃通過周波数推定部３２によって推定された切れ刃通過周波数と、主軸回転速度取得部３３によって取得された主軸回転速度とに基づいて、工具１２の刃数を推定するようになっている。具体的には、工具刃数推定部３４は、下記式（１）を用いて刃数を算出する。
Ｎ＝Ｆ・６０／ｎ ・・・式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｎ：工具の刃数（枚）
Ｆ：切れ刃通過周波数（Ｈｚ）
ｎ：工作機械の主軸回転速度（ｍｉｎ－１） The tool blade number estimation unit 34 estimates the number of blades of the tool 12. In the present embodiment, the tool blade number estimation unit 34 uses the tool 12 based on the cutting edge passing frequency estimated by the cutting edge passing frequency estimation unit 32 and the spindle rotation speed acquired by the spindle rotation speed acquisition unit 33. The number of blades is estimated. Specifically, the tool blade number estimation unit 34 calculates the number of blades using the following equation (1).
N = F ・ 60 / n ・ ・ ・ Equation (1)
However, each code represents the following.
N: Number of tool blades (sheets)
F: Cutting edge passing frequency (Hz)
n: Spindle speed of machine tool (min -1 )

ただし、上記式（１）によって算出される工具の刃数Ｎは、必ずしも整数値とはならない。このため、工具刃数推定部３４は、上記式（１）で算出された値の小数点以下を四捨五入して得られた整数値を刃数Ｎとして出力するようになっている。また、工具刃数推定部３４は、上記式（１）で算出された値の小数部が５に近い場合、推定の信頼性が低いものとみなして、表示画面や音声によってユーザに報知したり、その後の処理をスキップしたり、実用上使われることが多い方の刃数を採用する等の対策を施してもよい。また、時系列で推定結果がばらつく場合も、推定の信頼性が低いものとみなして、同様な対策を施してもよい。 However, the number of blades N of the tool calculated by the above equation (1) is not necessarily an integer value. Therefore, the tool blade number estimation unit 34 outputs an integer value obtained by rounding off the decimal point of the value calculated by the above equation (1) as the blade number N. Further, when the fractional part of the value calculated by the above equation (1) is close to 5, the tool blade number estimation unit 34 considers that the estimation is unreliable and notifies the user by a display screen or voice. , Subsequent processing may be skipped, or measures such as adopting the number of blades that are often used in practice may be taken. Further, even if the estimation results vary in time series, it may be considered that the reliability of the estimation is low and the same measures may be taken.

刃数相違報知部３５は、推定された刃数と事前入力した刃数とが相違する場合、その旨を報知するものである。上述したとおり、工具刃数記憶部２２には、事前に手入力された刃数を記憶させることができる。そこで、本実施形態において、刃数相違報知部３５は、工具刃数推定部３４によって刃数が推定されると、工具刃数記憶部２２に保存されている刃数を参照し、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが一致するか否かを判定する。当該判定の結果、両者が一致する場合、推定された刃数をそのまま工具刃数記憶部２２に保存する。 When the estimated number of blades and the number of pre-input blades are different, the blade number difference notification unit 35 notifies that fact. As described above, the tool blade number storage unit 22 can store the number of blades manually input in advance. Therefore, in the present embodiment, when the number of blades is estimated by the tool blade number estimation unit 34, the blade number difference notification unit 35 refers to the number of blades stored in the tool blade number storage unit 22 and refers to the tool blade number. It is determined whether or not the number of blades estimated by the estimation unit 34 and the number of blades input in advance match. If the two match as a result of the determination, the estimated number of blades is stored in the tool blade number storage unit 22 as it is.

一方、上記判定の結果、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合には、その旨を表示画面や音声によってユーザに報知し、ユーザからの指示を受付けるようになっている。当該指示としては、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数のうち、どちらかを正しい刃数として選択するための指示でもよい。あるいは、刃の欠損により刃数が相違していた場合には、工具１２を交換するために切削加工を停止する指示でもよい。 On the other hand, if the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit 34 and the number of blades input in advance are different as a result of the above determination, the user is notified by a display screen or voice to that effect. It is designed to accept instructions from the user. The instruction may be an instruction for selecting either the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit 34 or the number of blades input in advance as the correct number of blades. Alternatively, if the number of blades is different due to a missing blade, an instruction may be given to stop the cutting process in order to replace the tool 12.

固有振動周波数取得部３６は、工作機械１０の固有振動周波数を取得するものである。本実施形態において、固有振動周波数取得部３６は、断続切削を実行中の工作機械１０において、びびり振動が発生したとき、振動データ取得部３１によって取得された振動データに基づいて、びびり振動周波数を特定する。そして、当該びびり振動周波数を工作機械１０の固有振動周波数として取得するようになっている。 The natural vibration frequency acquisition unit 36 acquires the natural vibration frequency of the machine tool 10. In the present embodiment, the natural vibration frequency acquisition unit 36 determines the chatter vibration frequency based on the vibration data acquired by the vibration data acquisition unit 31 when chatter vibration occurs in the machine tool 10 during intermittent cutting. Identify. Then, the chatter vibration frequency is acquired as the natural vibration frequency of the machine tool 10.

なお、本実施形態において、固有振動周波数取得部３６は、びびり振動周波数を固有振動周波数とみなして取得しているが、固有振動周波数の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、特開２０１７－９４４６３号公報に記載の方法のように、工具１２の変位データ及び工具１２に作用する切削動力データを周波数解析して得られる変位スペクトル及び切削動力スペクトルに基づいて、固有振動周波数を取得してもよい。また、事前に工作機械１０をインパルスハンマで加振し、その結果生じる振動を加速度計で検出し、ＦＦＴアナライザで計測するハンマリング試験によって得られた固有振動周波数を入力手段から入力することによって取得してもよい。 In the present embodiment, the natural vibration frequency acquisition unit 36 acquires the chatter vibration frequency by regarding it as the natural vibration frequency, but the method for specifying the natural vibration frequency is not limited to this. For example, as in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-94463, the natural vibration is based on the displacement spectrum and the cutting power spectrum obtained by frequency analysis of the displacement data of the tool 12 and the cutting power data acting on the tool 12. You may get the frequency. Further, the machine tool 10 is vibrated by an impulse hammer in advance, the vibration generated as a result is detected by an accelerometer, and the natural vibration frequency obtained by the hammering test measured by the FFT analyzer is input from the input means. You may.

最適回転速度算出部３７は、びびり振動を抑制するのに最適な主軸回転速度を算出するものである。本実施形態において、最適回転速度算出部３７は、工具刃数推定部３４によって推定された刃数と、固有振動周波数取得部３６によって取得された固有振動周波数とに基づいて、びびり振動を抑制しうる主軸回転速度を算出するようになっている。具体的には、最適回転速度算出部３７は、下記式（２）を用いて主軸回転速度を算出する。
ｎ＝６０・ｆ／（ｋ・Ｎ） ・・・式（２）
ただし、各符号は以下を表す。
ｎ：工作機械の主軸回転速度（ｍｉｎ－１）
ｆ：固有振動周波数（Ｈｚ）
ｋ：１以上の整数
Ｎ：工具の刃数（枚） The optimum rotation speed calculation unit 37 calculates the optimum spindle rotation speed for suppressing chatter vibration. In the present embodiment, the optimum rotation speed calculation unit 37 suppresses chatter vibration based on the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit 34 and the natural vibration frequency acquired by the natural vibration frequency acquisition unit 36. The rotation speed of the main shaft is calculated. Specifically, the optimum rotation speed calculation unit 37 calculates the spindle rotation speed using the following equation (2).
n = 60 ・ f / (k ・ N) ・ ・ ・ Equation (2)
However, each code represents the following.
n: Spindle speed of machine tool (min -1 )
f: Natural vibration frequency (Hz)
k: Integer greater than or equal to 1 N: Number of tool blades (sheets)

駆動制御部３８は、工作機械１０に備えられた各軸を駆動制御するものである。本実施形態において、駆動制御部３８は、加工プログラムに基づいて、工作機械１０にワーク１１の断続切削を実行させる駆動信号を生成し、各軸のモータへ出力するようになっている。また、断続切削の実行中にびびり振動が発生した場合、駆動制御部３８は、最適回転速度算出部３７によって算出された主軸回転速度による駆動信号を出力するようになっている。 The drive control unit 38 drives and controls each axis provided in the machine tool 10. In the present embodiment, the drive control unit 38 generates a drive signal for causing the machine tool 10 to execute intermittent cutting of the work 11 based on the machining program, and outputs the drive signal to the motor of each axis. Further, when chatter vibration occurs during execution of intermittent cutting, the drive control unit 38 outputs a drive signal based on the spindle rotation speed calculated by the optimum rotation speed calculation unit 37.

つぎに、本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０の作用ならびに工具刃数推定方法について、図３を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、工具１２の刃数を推定した後、当該推定した刃数を用いて、びびり振動を抑制する場合について説明する。 Next, the operation of the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment and the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1 and the tool blade number estimation method will be described with reference to FIG. In the following description, after estimating the number of blades of the tool 12, a case where chatter vibration is suppressed by using the estimated number of blades will be described.

本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法を用いて、工具１２の刃数を推定する場合、まず、振動データ取得部３１が、工作機械１０に設けられた振動検出手段１５から、工作機械１０の振動データを取得する（ステップＳ１）。これにより、断続切削を実行している工作機械１０の振動状態を把握することが可能になる。 When estimating the number of blades of the tool 12 by using the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method, first, the vibration data acquisition unit 31 performs the machine tool 10 The machine tool 10's vibration data is acquired from the vibration detecting means 15 provided in the machine tool 10 (step S1). This makes it possible to grasp the vibration state of the machine tool 10 performing intermittent cutting.

つぎに、切れ刃通過周波数推定部３２が、ステップＳ１で取得された振動データに基づいて、工具１２の切れ刃通過周波数を推定する(ステップＳ２）。これにより、刃数の推定に必要なパラメータとしての切れ刃通過周波数が取得される。また、本実施形態において、切れ刃通過周波数推定部３２は、振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸１３が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を切れ刃通過周波数として推定する。これにより、より正確な切れ刃通過周波数が推定されるため、刃数の推定精度が向上する。 Next, the cutting edge passing frequency estimation unit 32 estimates the cutting edge passing frequency of the tool 12 based on the vibration data acquired in step S1 (step S2). As a result, the cutting edge passing frequency as a parameter necessary for estimating the number of blades is acquired. Further, in the present embodiment, the cutting edge passing frequency estimation unit 32 performs an inverse Fourier transform on the power spectrum obtained by Fourier transforming the vibration data to obtain an autocorrelation function, and a plurality of peaks appearing in the autocorrelation function. Of these, the frequency that appears during one rotation of the spindle 13 and shows the first peak that has the same degree of correlation as that of the one rotation is estimated as the cutting edge passing frequency. As a result, a more accurate cutting edge passing frequency is estimated, so that the estimation accuracy of the number of blades is improved.

つづいて、主軸回転速度取得部３３が、工作機械１０の主軸回転速度を取得すると（ステップＳ３）、工具刃数推定部３４が、ステップＳ２で推定された切れ刃通過周波数と、ステップＳ３で取得された主軸回転速度とに基づいて、工具１２の刃数を推定する（ステップＳ４）。これにより、断続切削に用いられる工具１２の刃数が自動的に検出されるため、刃数を手作業によって入力する必要がなく、ユーザの作業負担が軽減する。また、入力ミス等のヒューマンエラーが未然に防止されるため、びびり振動が高い確実性で抑制される。 Subsequently, when the spindle rotation speed acquisition unit 33 acquires the spindle rotation speed of the machine tool 10 (step S3), the tool blade number estimation unit 34 acquires the cutting edge passing frequency estimated in step S2 and the cutting edge passing frequency in step S3. The number of blades of the tool 12 is estimated based on the calculated spindle rotation speed (step S4). As a result, the number of blades of the tool 12 used for intermittent cutting is automatically detected, so that it is not necessary to manually input the number of blades, and the work load on the user is reduced. In addition, since human errors such as input errors are prevented, chatter vibration is suppressed with high certainty.

つぎに、本実施形態では、工具刃数記憶部２２において、刃数が事前入力されているか否かを判定する（ステップＳ５）。当該判定の結果、刃数が事前入力されていない場合(ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ４で推定された刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。一方、ステップＳ５の判定の結果、刃数が事前入力されている場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、刃数相違報知部３５が、推定された刃数と事前入力した刃数とが一致するか否かを判定する（ステップＳ６）。 Next, in the present embodiment, the tool blade number storage unit 22 determines whether or not the number of blades has been input in advance (step S5). As a result of the determination, when the number of blades has not been input in advance (step S5: NO), the number of blades estimated in step S4 is stored in the tool blade number storage unit 22 (step S9). On the other hand, when the number of blades is pre-input as a result of the determination in step S5 (step S5: YES), whether or not the estimated number of blades and the pre-input number of blades match with the blade number difference notification unit 35. (Step S6).

当該判定の結果、一致する場合(ステップＳ６：ＹＥＳ）、当該一致した刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。一方、ステップＳ６の判定の結果、相違する場合（ステップＳ６：ＮＯ）、その旨をユーザに報知する（ステップＳ７）。これにより、事前に手入力した刃数が誤っていた場合や、工具１２の刃が欠けていた場合、ユーザに刃数を確認することが促される。 If the results of the determination match (step S6: YES), the matching number of blades is stored in the tool blade number storage unit 22 (step S9). On the other hand, if the result of the determination in step S6 is different (step S6: NO), the user is notified to that effect (step S7). As a result, if the number of blades manually input in advance is incorrect, or if the blade of the tool 12 is missing, the user is urged to confirm the number of blades.

その後、ユーザからの指示を受け付け（ステップＳ８）、正確な刃数が選択されたり、新しい工具１２に交換されると、正しい刃数が工具刃数記憶部２２に保存される（ステップＳ９）。これにより、刃数の信頼性が向上し、びびり振動回避の安全性が向上する。また、工具１２のトレーサビリティ、ワーク１１の品質管理、不具合の原因究明などに有用な履歴情報を得ることが可能になる。例えば、ワーク１１に品質不良が起こった場合に、工具１２の推定刃数の変化点に着目することで、切れ刃が欠損したタイミングを特定できる可能性がある。 After that, when an instruction from the user is received (step S8), the correct number of blades is selected, or the tool is replaced with a new tool 12, the correct number of blades is stored in the tool blade number storage unit 22 (step S9). As a result, the reliability of the number of blades is improved, and the safety of avoiding chatter vibration is improved. In addition, it becomes possible to obtain history information useful for traceability of the tool 12, quality control of the work 11, investigation of the cause of a defect, and the like. For example, when a quality defect occurs in the work 11, it may be possible to identify the timing at which the cutting edge is missing by paying attention to the change point of the estimated number of blades of the tool 12.

つづいて、本実施形態では、固有振動周波数取得部３６が、工作機械１０の固有振動周波数を取得すると（ステップＳ１０）、最適回転速度算出部３７が、ステップＳ９で保存された刃数と、ステップＳ１０で取得された固有振動周波数とに基づいて、主軸回転速度を算出する（ステップＳ１１）。これにより、断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる最適な主軸回転速度が算出される。 Subsequently, in the present embodiment, when the natural vibration frequency acquisition unit 36 acquires the natural vibration frequency of the machine tool 10 (step S10), the optimum rotation speed calculation unit 37 determines the number of blades saved in step S9 and the step. The spindle rotation speed is calculated based on the natural vibration frequency acquired in S10 (step S11). As a result, the optimum spindle rotation speed that can suppress the chatter vibration generated in intermittent cutting is calculated.

そして、駆動制御部３８が、ステップＳ１１で算出された主軸回転速度に従って工作機械１０を制御する（ステップＳ１２）。これにより、工具１２の切れ刃がワーク１１と接触する周期が、固有振動周波数の整数倍に制御されるため、びびり振動の発生が抑制される。 Then, the drive control unit 38 controls the machine tool 10 according to the spindle rotation speed calculated in step S11 (step S12). As a result, the period in which the cutting edge of the tool 12 comes into contact with the work 11 is controlled to be an integral multiple of the natural vibration frequency, so that the occurrence of chatter vibration is suppressed.

以上のような本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法によれば、以下のような効果を奏する。
１．断続切削に用いられる工具１２の刃数を推定でき、ユーザの手入力作業を省略し、入力ミスの発生を低減することができる。
２．特に、びびり振動が発生した場合には、事前に刃数を手入力していなくても、即座に回避動作を実行でき、利便性を向上することができる。
３．断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる最適な主軸回転速度を算出することができる。
４．より正確な切れ刃通過周波数を推定し、刃数の推定精度を向上することができる。
５．事前に手入力した刃数に誤りがある可能性や、工具１２の刃が欠けている可能性をユーザに認識させることができる。
６．刃数の信頼性を向上するとともに、びびり振動の回避による安全性を向上することができる。
７．断続切削に使用された工具１２のトレーサビリティを実現することができる。 According to the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment as described above, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method, the following effects are obtained.
1. 1. The number of blades of the tool 12 used for intermittent cutting can be estimated, the manual input work of the user can be omitted, and the occurrence of input errors can be reduced.
2. 2. In particular, when chatter vibration occurs, the avoidance operation can be immediately executed without manually inputting the number of blades in advance, and the convenience can be improved.
3. 3. It is possible to calculate the optimum spindle rotation speed that can suppress the chatter vibration that occurs in intermittent cutting.
4. It is possible to estimate the cutting edge passing frequency more accurately and improve the estimation accuracy of the number of blades.
5. The user can be made aware of the possibility that the number of blades manually input in advance is incorrect or that the blade of the tool 12 is missing.
6. It is possible to improve the reliability of the number of blades and improve the safety by avoiding chatter vibration.
7. The traceability of the tool 12 used for intermittent cutting can be realized.

つぎに、本発明に係る工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法の具体的な実施例について説明する。 Next, a specific embodiment of the tool blade number estimation device 1 according to the present invention, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method will be described.

本実施例１では、上述した本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法を用いて、断続切削を実行する際に用いた工具１２の刃数を推定する実験を行った。なお、本実施例１では、刃数が４枚の工具１２を使用し、主軸回転速度は、２７７７ｍｉｎ－１に設定した。 In the first embodiment, the number of blades of the tool 12 used when performing intermittent cutting by using the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment described above, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method is used. An experiment was conducted to estimate. In the first embodiment, the tool 12 having four blades was used, and the spindle rotation speed was set to 2777 min -1 .

具体的には、まず、断続切削中の工作機械１０から所定のサンプリング周期で振動データを取得した。そして、取得した振動データをフーリエ変換し、適切なフィルタリング処理を行った後、二乗してパワースペクトルを取得した。つぎに、当該パワースペクトルを逆フーリエ変換することにより、自己相関関数を求めた。当該自己相関関数のグラフを図４に示す。なお、図４において、グラフの横軸は、サンプリング周波数（サンプリング周期の逆数）を周波数で除算することで得られるインデックス値を示し、縦軸は相関を示す。 Specifically, first, vibration data was acquired from the machine tool 10 during intermittent cutting at a predetermined sampling cycle. Then, the acquired vibration data was Fourier transformed, subjected to appropriate filtering processing, and then squared to acquire a power spectrum. Next, the autocorrelation function was obtained by inverse Fourier transforming the power spectrum. A graph of the autocorrelation function is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis of the graph shows the index value obtained by dividing the sampling frequency (the reciprocal of the sampling cycle) by the frequency, and the vertical axis shows the correlation.

主軸回転速度に相当する周波数は、４６．２８Ｈｚであり、これをインデックス値に変換すると１７７．０となる。そのため、１７５に現れるピークが、主軸１３が１回転する時に現れるピークに相当する。したがって、当該ピークより手前に現れるピークに注目すると、３つのピーク（インデックス値：４４、８８、１３１）が現れており、これらのピークの中で、最初に現れるピークを示す４４を周波数に変換して得られた１８６．１８１８Ｈｚを切れ刃通過周波数に推定した。 The frequency corresponding to the spindle rotation speed is 46.28 Hz, and when this is converted into an index value, it becomes 177.0. Therefore, the peak appearing at 175 corresponds to the peak appearing when the main shaft 13 makes one rotation. Therefore, paying attention to the peak appearing before the peak, three peaks (index values: 44, 88, 131) appear, and among these peaks, 44 indicating the first appearing peak is converted into a frequency. The obtained 186.1818 Hz was estimated as the cutting edge passing frequency.

そして、上記式（１）に、主軸回転速度（２７７７／ｍｉｎ）と、推定された切れ刃通過周波数（１８６．１８１８Ｈｚ）とを代入すると、刃数の推定値として４．０２２６が得られ、刃数を正しく推定することが示された。 Then, by substituting the spindle rotation speed (2777 / min) and the estimated cutting edge passing frequency (186.1818 Hz) into the above equation (1), 4.0226 is obtained as an estimated value of the number of blades, and the blade is obtained. It was shown to estimate the number correctly.

ここで、本実施例１において、刃数を推定する際に用いた振動データを図５に示す。図５において、横軸は経過時間を表し、縦軸はフーリエ変換後の全周波数帯域における振動量の２乗和を表す。また、本実施例１において、推定された刃数の推移を図６に示す。図６において、横軸は経過時間を表し、縦軸は刃数の推定値を表す。 Here, FIG. 5 shows vibration data used when estimating the number of blades in the first embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the sum of squares of the vibration amounts in the entire frequency band after the Fourier transform. Further, FIG. 6 shows the transition of the estimated number of blades in the first embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the estimated value of the number of blades.

図５に示すように、振動データでは、０．８秒から１１秒の間で振動が観測されており、この間に断続切削加工が行われていたことがわかる。したがって、図６に示すように、断続切削が開始されてから終了するまでの間、工具１２の刃数は、実際の刃数と同じ４枚と推定されていることが示された。 As shown in FIG. 5, in the vibration data, vibration was observed between 0.8 seconds and 11 seconds, and it can be seen that the intermittent cutting process was performed during this period. Therefore, as shown in FIG. 6, it was shown that the number of blades of the tool 12 is estimated to be four, which is the same as the actual number of blades, from the start to the end of the intermittent cutting.

また、図５では、観測開始から２秒過ぎた付近で振動量が急激に増大し、びびり振動が発生していたことがわかる。このときも、図６に示すように、工具１２の刃数は、実際の刃数と同じ４枚と推定されており、その推定精度は、びびり振動の発生の有無に影響されないことが示された。 Further, in FIG. 5, it can be seen that the vibration amount suddenly increased and chatter vibration occurred in the vicinity of 2 seconds after the start of observation. Also at this time, as shown in FIG. 6, the number of blades of the tool 12 is estimated to be four, which is the same as the actual number of blades, and it is shown that the estimation accuracy is not affected by the presence or absence of chatter vibration. rice field.

以上のような本実施例１によれば、本実施形態の工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法は、断続切削を実行する工作機械１０の振動データに基づいて、正確かつ安定的に工具１２の刃数を推定できることが示された。 According to the first embodiment as described above, the tool blade number estimation device 1 of the present embodiment, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method are based on the vibration data of the machine tool 10 that executes intermittent cutting. Based on this, it was shown that the number of blades of the tool 12 can be estimated accurately and stably.

なお、本発明に係る工具刃数推定装置１およびこれを備えた工作機械１０ならびに工具刃数推定方法は、上述した本実施形態や実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。 The tool blade number estimation device 1 according to the present invention, the machine tool 10 provided with the tool blade number estimation device 1, and the tool blade number estimation method are not limited to the above-described embodiments and examples, and can be appropriately changed. ..

例えば、上述した本実施形態では、数値制御装置の一機能として工具刃数推定装置１を実現させているが、この構成に限定されるものでない。すなわち、数値制御装置とは別個独立のコンピュータによって工具刃数推定装置１を構成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the tool blade number estimation device 1 is realized as one function of the numerical control device, but the present invention is not limited to this configuration. That is, the tool blade number estimation device 1 may be configured by a computer separate from the numerical control device.

また、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、びびり振動を抑制する機能を有しているため、固有振動周波数取得部３６、最適回転速度算出部３７および駆動制御部３８を有している。しかしながら、びびり振動を抑制する機能が不要であれば、固有振動周波数取得部３６、最適回転速度算出部３７および駆動制御部３８を設ける必要はない。この場合、図３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理が不要となる。 Further, in the present embodiment described above, since the tool blade number estimation device 1 has a function of suppressing chatter vibration, it has a natural vibration frequency acquisition unit 36, an optimum rotation speed calculation unit 37, and a drive control unit 38. is doing. However, if the function of suppressing chatter vibration is not required, it is not necessary to provide the natural vibration frequency acquisition unit 36, the optimum rotation speed calculation unit 37, and the drive control unit 38. In this case, in the flowchart shown in FIG. 3, the processes from step S10 to step S12 are unnecessary.

さらに、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、刃数相違報知部３５を有しているが、必ずしも設ける必要はない。この場合、図３に示すフローチャートでは、ステップＳ５からステップＳ８までの処理が不要となる。 Further, in the above-described embodiment, the tool blade number estimation device 1 has a blade number difference notification unit 35, but it is not always necessary to provide the tool blade number difference estimation device 1. In this case, in the flowchart shown in FIG. 3, the processes from step S5 to step S8 are unnecessary.

また、上述した本実施形態では、工具刃数推定装置１が、工具刃数記憶部２２を有しているが、この構成に限定されるものではなく、外付けの記憶装置や外部サーバ等に刃数を送信するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment described above, the tool blade number estimation device 1 has the tool blade number storage unit 22, but the present invention is not limited to this configuration, and the tool blade number estimation device 1 is not limited to this configuration, and may be used in an external storage device, an external server, or the like. The number of blades may be transmitted.

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。 The description of the embodiments described above is exemplary in all respects and is not restrictive. Modifications and changes can be made as appropriate for those skilled in the art. The scope of the invention is indicated by the claims, not by the embodiments described above. Further, the scope of the present invention includes modifications from the embodiments within the scope of the claims and within the scope of the claims.

１ 工具刃数推定装置
１ａ 工具刃数推定プログラム
２ 記憶手段
３ 演算処理手段
１０ 工作機械
１１ ワーク
１２ 工具
１３ 主軸
１４ テーブル
１５ 振動検出手段
２１ プログラム記憶部
２２ 工具刃数記憶部
３１ 振動データ取得部
３２ 切れ刃通過周波数推定部
３３ 主軸回転速度取得部
３４ 工具刃数推定部
３５ 刃数相違報知部
３６ 固有振動周波数取得部
３７ 最適回転速度算出部
３８ 駆動制御部 1 Tool blade number estimation device 1a Tool blade number estimation program 2 Storage means 3 Arithmetic processing means 10 Machine tool 11 Work 12 Tool 13 Spindle 14 Table 15 Vibration detection means 21 Program storage unit 22 Tool blade number storage unit 31 Vibration data acquisition unit 32 Cutting edge passing frequency estimation unit 33 Spindle rotation speed acquisition unit 34 Tool blade number estimation unit 35 Blade number difference notification unit 36 Intrinsic vibration frequency acquisition unit 37 Optimal rotation speed calculation unit 38 Drive control unit

Claims (7)

工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ -1 ）
を有し、
前記切れ刃通過周波数推定部は、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する工具刃数推定装置。 A tool blade number estimation device that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
A cutting edge passing frequency estimation unit that estimates the cutting edge passing frequency when executing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation unit.
A tool blade number estimation unit that estimates the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min -1 )
Have,
The cutting edge passing frequency estimation unit performs an inverse Fourier transform on the power spectrum obtained by Fourier transforming the vibration data to obtain an autocorrelation function, and the main axis of the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function makes one rotation. A tool blade number estimation device that estimates as the cutting edge passing frequency the frequency that appears in between and shows the first peak that has the same degree of correlation as during one rotation . 工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定装置であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定部と、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定部と、
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ -1 ）
前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する刃数相違報知部と、
を備えた工具刃数推定装置。 A tool blade number estimation device that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
A cutting edge passing frequency estimation unit that estimates the cutting edge passing frequency when executing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation unit.
A tool blade number estimation unit that estimates the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min -1 )
When the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit and the number of blades input in advance are different, the blade number difference notification unit for notifying that effect and the blade number difference notification unit.
Tool blade number estimation device equipped with. 前記工具刃数推定部によって推定された刃数と、前記工作機械の固有振動周波数とに基づいて、前記断続切削において発生するびびり振動を抑制しうる主軸回転速度を算出する最適回転速度算出部を有する、請求項１または２に記載の工具刃数推定装置。 An optimum rotation speed calculation unit that calculates the spindle rotation speed that can suppress chatter vibration generated in the intermittent cutting based on the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit and the natural vibration frequency of the machine tool. The tool blade number estimation device according to claim 1 or 2 . 前記工具のそれぞれに対応付けて、前記工具刃数推定部によって推定された刃数を記憶する工具刃数記憶部を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の工具刃数推定装置。 The tool blade number estimation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a tool blade number storage unit that stores the number of blades estimated by the tool blade number estimation unit in association with each of the tools. .. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の工具刃数推定装置を備える工作機械。 A machine tool provided with the tool blade number estimation device according to any one of claims 1 to 4. 工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ-1）
を含み、
前記切れ刃通過周波数推定ステップでは、前記振動データをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに逆フーリエ変換を行って自己相関関数を求め、当該自己相関関数において現れる複数のピークのうち主軸が一回転する間に現れ、かつ、その一回転時と同程度の相関となる最初のピークを示す周波数を前記切れ刃通過周波数として推定する工具刃数推定方法。 It is a tool blade number estimation method that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
A cutting edge passing frequency estimation step for estimating the cutting edge passing frequency when performing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation step.
A tool blade number estimation step for estimating the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min -1 )
Including
In the cutting edge passing frequency estimation step, the autocorrelation function is obtained by performing an inverse Fourier transform on the power spectrum obtained by Fourier transforming the vibration data, and the main axis of the plurality of peaks appearing in the autocorrelation function makes one rotation. A method for estimating the number of tool blades, in which a frequency showing an initial peak that appears in between and has a correlation similar to that at one rotation is estimated as the cutting edge passing frequency . 工作機械によってワークを断続切削する際に用いる工具の刃数を推定する工具刃数推定方法であって、
前記工作機械の振動データに基づいて、前記断続切削を実行する際の切れ刃通過周波数を推定する切れ刃通過周波数推定ステップと、
推定された前記切れ刃通過周波数と前記工作機械の主軸回転速度とに基づいて、以下の式を用いて前記工具の刃数を推定する工具刃数推定ステップと、
工具の刃数（枚）Ｎ＝切れ刃通過周波数（Ｈｚ）Ｆ・６０／工作機械の主軸回転速度ｎ（ｍｉｎ -1 ）
を含み、
前記工具刃数推定ステップで推定された刃数と、事前に入力されていた刃数とが相違する場合、その旨を報知する工具刃数推定方法。 It is a tool blade number estimation method that estimates the number of tool blades used when cutting workpieces intermittently with a machine tool.
A cutting edge passing frequency estimation step for estimating the cutting edge passing frequency when performing the intermittent cutting based on the vibration data of the machine tool, and a cutting edge passing frequency estimation step.
A tool blade number estimation step for estimating the number of blades of the tool using the following equation based on the estimated cutting edge passing frequency and the spindle rotation speed of the machine tool.
Number of tool blades (sheets) N = Cutting edge passing frequency (Hz) F ・ 60 / Machine tool spindle speed n (min -1 )
Including
A tool blade number estimation method for notifying when the number of blades estimated in the tool blade number estimation step differs from the number of blades input in advance.
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