JP7188378B2 - Numerical controller and control method of the numerical controller - Google Patents

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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 controller and a control method for the numerical controller.

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 disclosed in Patent Document 1 has an acceleration sensor attached to the spindle head to detect vibration of the spindle head. The machine tool detects chatter vibration continuously occurring between the tool and the work piece based on the magnitude of vibration of the spindle head detected by the acceleration sensor and the number of times the vibration exceeds the threshold.

特開２０１０－２３１６２号公報Japanese Patent Application Laid-Open 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 disclosed in Patent Document 1, the acceleration pickup detects the vibration of the spindle head and does not directly detect the vibration of the tool. Since chatter vibration occurs between the tool and the workpiece, machine tools cannot accurately detect chatter vibration. Since the machine tool rotates at high speed during machining of a work material, it is difficult to attach an acceleration sensor to the tool and directly measure the vibration of the tool. When using a non-contact sensor to detect tool vibration without contact with the tool, the machine tool changes the measurement position by the non-contact sensor when a tool with different dimensions is mounted on the spindle due to tool change during machining. There is a need. Therefore, the machine tool needs to change the measurement position every time the tool is replaced, 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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a numerical controller and a control method for the numerical controller 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。 A numerical control apparatus according to claim 1 is a numerical control apparatus for controlling operation of a machine tool for machining a work by rotating a spindle on which a tool is mounted, wherein vibration of the machine tool is detected during machining of the work. a computing unit that computes a first characteristic, which is a frequency characteristic of vibration generated in the machine tool during machining of the workpiece, based on the detection result detected by the detecting unit; A 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. A reading unit that reads out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to frequencies, which is the ratio of the vibration ratio to the third characteristic, which is the frequency characteristic of the generated vibration, and the first characteristic calculated by the calculation unit. On the other hand, it is characterized by comprising a vibration calculation section that calculates the vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the vibration ratio read by the readout section.

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 controller 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 controller 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。 According to the numerical control device of claim 2, based on an output result from a first detection unit that detects vibration of the tool or the work when the tool or the work is vibrated while the rotation of the spindle is stopped, Output results from a second characteristic calculation section that calculates the second characteristic and a second detection section that detects vibration of the machine tool when the tool or the workpiece is vibrated while the rotation of the spindle is stopped. and 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 and a storage control unit that stores 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 detector when the rotation of the spindle stops. The numerical control device calculates the third characteristic based on the output result from the second detector when the rotation of the spindle stops. The numerical controller 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 workpiece from the vibration ratio stored in advance in the storage unit.

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 detect the tool simultaneously by the first detection unit and the second detection unit when the tool or the workpiece is vibrated. Alternatively, the second characteristic and the third characteristic may be calculated based on the output results of the vibration of the workpiece and the vibration of the machine tool. Since the numerical controller 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 controller can calculate the vibration of the tool during machining of the workpiece while reducing the influence of the 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 according to claim 4, the first detection unit may be a displacement sensor capable of detecting vibration of the tool or the work in a non-contact state with the tool or the work. The numerical controller can detect the vibration of the tool by using the displacement sensor without contacting the tool.

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 apparatus according to claim 5, the second detection unit may be an acceleration sensor provided in the machine tool and capable of detecting vibration of the machine tool. A numerical controller can detect vibration of a machine tool by an 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 apparatus according to claim 6, the second detection unit may be an encoder provided in a tool provided in the machine tool or in 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 a numerical control apparatus according to claim 7, the machine tool may be provided with a spindle head for supporting the spindle, and the vibration of the machine tool may be the vibration of the spindle head. Since the spindle head and the tool are arranged close to each other, the numerical controller can more accurately calculate the vibration of the tool during machining of the workpiece.

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。 According to claim 8, there is provided a control method for a numerical control device for controlling operation of a machine tool for machining a work by rotating a spindle on which a tool is mounted, wherein during machining of the work, the machine tool: a detection step of detecting the vibration of, a calculation step of calculating a first characteristic, which is a frequency characteristic of the vibration generated in the machine tool during machining of the workpiece, based on the detection result detected by the detection step; A second characteristic that is the frequency characteristic of the vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated when the tool or the work is stopped, and when the operation is stopped, the tool or the work is vibrated a reading step of reading out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to frequencies, the ratio of the vibration ratio to a third characteristic being frequency characteristics of the vibration generated in the machine tool at a time; and a vibration calculation step of calculating the vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the first characteristic read out by the vibration ratio read out in the read step. do. By executing the above steps, the numerical controller can obtain the same effect as the numerical controller described in claim 1.

工作機械１の概略側面図。2 is a schematic side view of the machine tool 1; FIG. 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。2 is a block diagram showing electrical configurations of a numerical controller 30 and a machine tool 1; FIG. 主処理の流れ図。Flowchart of main processing. 振動比率取得処理の流れ図。4 is a flowchart of vibration ratio acquisition processing; （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) shows the frequency characteristic Fh of the vibration of the spindle head 7, (b) shows the frequency characteristic Ft of the vibration of the tool 6, and (c) shows 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) shows 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。The flowchart of the main process of a modification. 変形例の振動比率算出処理の流れ図。The flowchart of the vibration ratio calculation process of a 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) shows the frequency characteristic Fh of the vibration of the encoder information, (b) shows the frequency characteristic Ft of the vibration of the tool 6, and (c) shows the frequency characteristic Fh and the vibration ratio Rz based on the frequency characteristic Ft, Both show information vibration information about 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 during machining, and (b) shows the vibration Vz of the tool 6 during machining, both of which show information on 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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the machine tool 1 shown in FIG. 1, a tool 6 mounted on a spindle 8 performs cutting work on a workpiece W fixed by a jig (not shown) on a work table 50 . The left-right direction, the front-back direction, and the up-down 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. FIG. 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 workbench 50, an acceleration pickup 18, a tool changer 9, an operation panel 15 (see FIG. 2), and the like. A base 2 is provided below the machine tool 1 . The base 2 has a pedestal portion 3 and a carrier 4 on the rear portion of the upper surface. The pedestal 3 has an X-axis movement mechanism (not shown) on its upper surface. The X-axis movement mechanism uses an 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 has a Y-axis movement mechanism (not shown) inside. The Y-axis moving mechanism uses a 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 two axial 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 is movable in the Z-axis direction along the front surface of the upright column 5 . The vertical column 5 has a Z-axis movement mechanism (not shown) on its front surface. The Z-axis movement mechanism uses a 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 in the Z-axis direction inside the spindle head 7 . 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。 A tool holder (not shown) holds the tool 6 . A tool holder (not shown) holds the tool 6 and is mounted in the tool mounting hole. The acceleration pickup 18 is mounted on 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 electrical signal. A 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 on 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 changer 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 supported by 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). A tool magazine 91 holds a plurality of tools (not shown), and positions the tools designated by the NC program at the tool change position. A magazine motor 55 drives a tool magazine 91 . The machine tool 1 replaces the current tool at the tool change position with the next tool to be 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 has an input section 16 and a display section 17 . The input unit 16 receives inputs such as various information and operation instructions, and outputs them to the numerical controller 30 described later. The display unit 17 displays various screens based on commands from the numerical controller 30, which will be 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 controller 30 and the machine tool 1 will be described with reference to FIG. The numerical control device 30 and the machine tool 1 are provided with a CPU 31, a ROM 32, a RAM 33, a storage device 34, an input/output section 35, drive circuits 51A to 55A, and the like. The CPU 31 centrally controls the numerical control device 30 . The ROM 32 stores various programs including a main program. The main program executes main processing, which will be described later. The RAM 33 temporarily stores various information. The storage device 34 is non-volatile and stores various information including an NC program and vibration ratios Rx, Ry, Rz, etc., which will be described later. The CPU 31 can store, in the storage device 34, the NC programs input by the operator through the input unit 16 of the operation panel 15 as well as the NC programs read by external input.

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. Drive circuit 52A is connected to spindle motor 52 and encoder 52B. The drive circuit 53A is connected to the X-axis motor 53 and the encoder 53B. Drive circuit 54A is connected to Y-axis motor 54 and encoder 54B. The drive circuit 55A is connected to the magazine motor 55 and the encoder 55B. The Z-axis motor 51, the main shaft 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-55A receive commands from the CPU 31 and output drive currents to the corresponding motors 51-55, respectively. The drive circuits 51A to 55A receive encoder information from the encoders 51B to 55B and perform position and speed control.

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 , acceleration pickup 18 , impulse hammer 11 and 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, which will be described later. The impulse hammer 11 incorporates a force sensor that detects the applied force, converts the force applied to the tool 6 into an electric signal, and outputs the electric signal to the CPU 31 . The output value of the force sensor is used in the calculation of frequency characteristics Fh and Ft in FIGS. 5(a) and 5(b) described later. The displacement sensor 29 is placed on the workbench 50 in the vibration ratio acquisition process, which will be 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 non-contact state with the tool 6 . The displacement sensor 29 outputs information about 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. FIG. When the machine tool 1 is powered on, the CPU 31 reads out the main program stored in the ROM 32 and executes main processing (see FIG. 3). The CPU 31 determines whether or not the NC program has been received (S1). If the NC program has not been received (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 to input the program number of the NC program for machining the work W. FIG. The CPU 31 reads the NC program corresponding to the input program number from the storage device 34 and displays it on the display section 17 . An NC program is executed by the operation of the input unit 16 by the operator. At this time, the CPU 31 determines that the NC program has been received (S1: YES), and determines whether the later-described vibration ratios Rx, Ry, and Rz 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 vibration ratio acquisition processing (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 rotating the main shaft 8 (S101). A guide screen is displayed to prompt the operator to vibrate the tool 6 (S103). For example, the CPU 31 displays on the display unit 17 a guidance screen with a message such as "strike the tool in the X-axis direction with an impulse hammer." The operator hits the tool 6 in the X-axis direction with an impulse hammer 11 (not shown) according to the guide 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 is 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 the tool 6 is not vibrated (S105: NO), the CPU 31 returns to S103 and waits 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 from the impulse hammer 11 to the tool 6 (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 the output result (not shown) when the tool 6 is hit by 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 on the vibration of the spindle head 7 . The CPU 31 acquires an output result (not shown) when the impulse hammer 11 strikes the tool 6 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 on 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 regarding the vibration of the spindle head 7 (S113). The frequency characteristic Fh is the frequency characteristic of the vibration generated in the spindle head 7 when the tool 6 is vibrated while 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 Fh is calculated based on the input waveform of the vibration imparted to the tool 6 by the impulse hammer 11 obtained in the process of S107 and the output result regarding the vibration of the spindle head 7 obtained in the process of S109. FIG. 5(a) shows the frequency characteristic Fh of the vibration of the spindle head 7 when the tool 6 is vibrated. The horizontal axis indicates frequency (Hz), and the vertical axis indicates 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-bladed face mill. The frequency characteristic Fh of the vibration generated in the spindle head 7 has vibration peaks near 0 to 200 Hz, 480 Hz, and 1000 Hz, for example.

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 regarding 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 while 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 imparted to the tool 6 by the impulse hammer 11 acquired in the process of S107 and the output result regarding the vibration of the tool 6 acquired in the process of S111. FIG. 5(b) shows the frequency characteristic Fh of vibration of the tool 6 when the tool 6 is vibrated. The horizontal axis indicates frequency (Hz), and the vertical axis indicates 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 vibration peaks occur near, 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 different vibration ratios Rx according to the frequencies (S117). The vibration ratio Rx is the ratio for each frequency of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the X-axis direction. FIG. 5(c) shows frequency characteristics of the vibration ratio Rx. The horizontal axis indicates frequency (Hz), and the vertical axis indicates vibration ratio. As shown in FIG. 5(c), the vibration ratio Rx is high near 50 Hz, 250 Hz, 300 Hz, 750 Hz, 900 Hz, 1100 Hz, and 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 all the vibration ratios Rx, Ry, and Rz are stored in the storage device 34 (S121). The vibration ratio Ry is the ratio for each frequency of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the Y-axis direction. The vibration ratio Rz is the ratio for each frequency of the frequency characteristic Fh to the frequency characteristic Ft in the Z-axis direction. Since the storage device 34 does not store the vibration ratios Ry and Rz (S121: NO), the CPU 31 returns to S103 and displays on the display unit 17 a guidance screen prompting vibration in the Y-axis direction. The operator vibrates the tool 6 in the Y-axis direction with the impulse hammer 11 . The CPU 31 executes the processes of S105 to S119 described above, calculates the vibration ratio Ry, and stores it in the storage device .

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 on the display unit 17 a guidance screen prompting vibration in the Z-axis direction. The operator vibrates the tool 6 in the Z-axis direction with the impulse hammer 11 . The CPU 31 executes the processes of S105 to S119 described above, calculates the vibration ratio Rz, and stores it in the storage device . When the storage device 34 stores all the vibration ratios Rx, Ry, and Rz (S121: YES), the CPU 31 returns the processing to S7 of the main processing.

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 the workpiece W based on the NC program (S7). In this embodiment, processing is performed under the following conditions, for example.
・Material of work W: JIS S50C
・Spindle rotation speed: 800min-1
・Feeding speed: 400mm/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 vibration measurement of the spindle head 7 by the acceleration pickup 18 during machining of the work W (S9). The start timing of vibration measurement by the acceleration pickup 18 is specified in advance by the operator. The CPU 31 determines whether or not a predetermined time has passed 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. FIG.

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 passed (S11: YES), the CPU 31 stops the vibration measurement of the spindle head 7 (S13). The CPU 31 finishes machining the work W (S15). Based on the output results detected by the acceleration pickup 18 in the processing of S9 to S13, the CPU 31 calculates the frequency characteristic Fhm of vibration generated in the spindle head 7 during machining of the work W (S17). The frequency characteristic Fhm is obtained by Fourier transforming 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. 6(a) shows the frequency characteristic Fhm of the vibration generated in the spindle head 7 during machining of the work W. FIG. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates displacement (μm) of the spindle head 7 . The displacement of the spindle head 7 indicates the magnitude of vibration of the spindle head 7 . The frequency characteristic Fhm has vibration peaks near 90 Hz and 180 Hz, and it seems that the spindle head 7 does not vibrate in the range 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 the vibration ratios Rx, Ry, and Rz from the storage device 34 (S19). The CPU 31 calculates vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6 during machining of the work W (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 also calculates the vibrations Vy and 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). The CPU 31 can display the vibrations Vy and Vz on the display unit 17 by switching the display screen of the display unit 17 by operating the operation panel 15 by 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. 6(b) shows frequency characteristics of the vibration Vx generated in the tool 6 during machining of the work W. FIG. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates displacement (μm) of the tool 6 . The displacement of the tool 6 indicates the magnitude of 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 . Also, it can be seen that the vibration Vx of the tool 6 has vibration peaks in the regions 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. Furthermore, it can be seen that the vibration Vx has vibration peaks near 780 Hz and 950 Hz. That is, it can be seen that the tool 6 generates vibrations that could not be observed in the frequency range of 500 to 1000 Hz in FIG. 6(a). Therefore, the CPU 31 can more accurately detect the vibration of the tool 6 that could not be observed from the vibration of the spindle head 7 alone. Therefore, the operator can recognize the generated vibration, and can take countermeasures such as changing the rotational frequency of the main shaft 8 when a vibration peak of high intensity is generated. The CPU 31 can specify a vibration mode such as regenerated chatter vibration by calculating the vibration Vx in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The CPU 31 terminates 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 controller 30 detects vibrations of the spindle head 7 that supports the spindle 8 while the workpiece W is being machined. The CPU 31 calculates the frequency characteristic Fhm of the vibration generated in the spindle head 7 during machining of the work W based on the output results detected in the processes of S9 to S13. The CPU 31 reads the vibration ratio Rx from the storage device 34 that stores the vibration ratios Rx, Ry, and Rz, for example. The CPU 31 calculates the vibration Vx of the tool 6 during machining of the workpiece W by multiplying the frequency characteristic Fhm calculated in the process of S17 by the vibration ratio Rx read out 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 that 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 while 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 process of S113 and the frequency characteristic Ft calculated by the process of S115. The CPU 31 stores the vibration ratio Rx calculated by the process of S117 in the storage device . Therefore, the CPU 31 can calculate the vibration Vx of the tool 6 during machining of the work W from 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 detected simultaneously 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 result measured at the same time, the influence of disturbance can be reduced. Therefore, the CPU 31 can calculate the vibration Vx of the tool 6 during machining of the workpiece W, for example, 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 vibrations of the tool 6 in a non-contact state with the tool 6 . The CPU 31 can detect the vibration of the tool 6 by using the displacement sensor 29 in a non-contact state 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 is capable of detecting vibrations of the spindle head 7 . The CPU 31 can directly detect the vibration of the spindle head 7 using 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 arrangement positions of the tool 6 held by the spindle head 7 and the spindle 8 are close to each other, the CPU 31 can calculate the vibration Vx of the tool 6 during machining of the workpiece W 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 various modifications are possible. Although the machine tool 1 of the above embodiment detects the vibration of the spindle head 7 with the acceleration pickup 18, the machine tool 1 of the modified example detects the vibration of the spindle head 7 using the encoder information of the encoders 51B, 53B, and 54B. To detect. Therefore, the machine tool 1 of the modified example does not need to be provided with the acceleration pickup 18 . Calculation of the vibration Vx of the tool 6 of the machine tool 1 using the encoders 51B, 53B, and 54B in the modification will be described below with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. Descriptions of configurations similar to those of the above embodiment will be omitted, and different configurations will be described in detail. The main process of the modification (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. Also, in the vibration ratio acquisition process of the modified example (see FIG. 8), the CPU 31 differs in that it 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 modification will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. When the machine tool 1 is powered on, the CPU 31 executes the main processing shown in FIG. 7 (see FIG. 7). When the CPU 31 receives 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), it executes the vibration ratio acquisition process of the modified example ( 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 worker strikes the tool 6 from the X-axis direction with the impulse hammer 11 according to the display of the guidance screen. When the impulse hammer 11 vibrates the tool 6 in the X-axis direction, the CPU 31 controls the X-axis motor 53, the Y-axis motor 54, the Z-axis motor 54, and the Z-axis motor 54 so that the position of the spindle 8 vibrating due to the vibration returns to the position before the vibration. Drive the motor 51 . Therefore, when the impulse hammer 11 hits the tool 6 in the X-axis direction, 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, and 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 (S114), as in the above embodiment. The CPU 31 acquires the vibration ratio Rx between 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 processing of S103, displays the 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 . When the vibration ratio Rz is not stored in the storage device 34 (S121: NO), the CPU 31 returns to the processing of S103, displays the 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. 9(a)), the frequency characteristic Ft (see FIG. 9(b)), and the vibration ratio Rz (see FIG. 9(c)). , is 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 while the rotation of the spindle 8 is stopped. is a response function that indicates the magnitude of the vibration of FIG. 9(a) shows the frequency characteristic Fh when the tool 6 is vibrated in the Z-axis direction. The horizontal axis indicates frequency (Hz), and the vertical axis indicates 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 is vibrating in the range of 0 to 150 Hz, for example. The frequency characteristic Ft shown in FIG. 9B and the vibration ratio Rz shown in FIG.

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 encoder information of the encoders 51B, 53B, and 54B during machining 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.

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。 10A shows the frequency characteristic Fhm of the vibration of the encoder information of the Z-axis motor 51 during machining of the workpiece W. FIG. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates 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. The frequency characteristic Fhm has vibration peaks near 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 multiplies the calculated frequency characteristic Fhm by the read vibration ratio Rx for each frequency to calculate the vibration Vx of the tool 6 (S21), and displays it on the display unit 17 (S23). At this time, the CPU 31 similarly calculates the vibrations Vy and Vz of the tool 6 in the Y-axis direction and the Z-axis direction (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. 10(b) shows the frequency characteristic Fhm of the vibration Vz in the Z-axis direction generated in the tool 6 during machining of the workpiece W. As shown in FIG. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates displacement (μm) of the tool 6 . The displacement of the tool 6 indicates the magnitude of vibration of the tool 6 . As shown in FIG. 10(b), the vibration Vz of the tool 6 in the Z-axis direction has vibration peaks of 30 Hz, 55 Hz, 110, 120 Hz, 145 Hz, 175 Hz, and 230 Hz in addition to vibration peaks near 15 Hz, 65 Hz, 135, 175 Hz, and 200 Hz. It can be seen that vibration also occurs in the vicinity. The CPU 31 terminates the main processing of the modification.

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 modified as follows. The machine tool 1 is a vertical machine tool with a spindle 8 parallel to the Z-axis direction, but may be a horizontal machine tool with a horizontal spindle. 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 work table 50 may be movable in the X-axis and Y-axis (hereinafter referred to as a table traverse type machine tool). Further, in the machine tool 1, the tool 6 is vibrated, but the work W may be vibrated to calculate the vibrations Vx, Vy, and Vz of the work W. FIG. Either one of the calculation of the vibration of the tool 6 and the calculation of the vibration of the work W may be calculated, or both may be calculated. Calculation of the vibration of the tool 6 or the workpiece W in the table traverse type machine tool will be described in detail below.

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 workpiece W. FIG. In other words, the displacement sensor 29 is placed at a location different from the location 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 modified example is of the column traverse type, and when calculating the vibration of the tool 6 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-, and Z-axis vibrations Vx, Vy, and Vz could be calculated. On the other hand, when the machine tool 1 is of the table traverse type and the vibration of the tool 6 is calculated from the encoder information of the X-axis motor 53, Y-axis motor 54, and Z-axis motor 51, the vibration Vz in the Z-axis direction can be calculated with high accuracy. can. Although the calculation of the vibrations Vx and Vy in the X-axis direction and the Y-axis direction is somewhat less accurate, it can be calculated.

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。 Although the machine tool 1 detects the vibration of the spindle head 7 with the acceleration pickup 18, other sensors may be used. For example, machine tool 1 may use a displacement sensor instead of acceleration pickup 18 . Although the machine tool 1 detects the vibration of the tool 6 with the displacement sensor 29 when the tool 6 is vibrated, other sensors may be used. For example, machine tool 1 may use an acceleration pickup instead of displacement sensor 29 . Although the displacement sensor 29 is a laser displacement meter, it is not limited to this, and a capacitive displacement sensor, an eddy current displacement sensor, or the like may be used. Although the acceleration pickup 18 is provided on the spindle head 7, it 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 controller 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。 Although the CPU 31 of the machine tool 1 detects the output results from the displacement sensor 29 and the acceleration pickup 18 at the same time in the vibration ratio acquisition process, it does not have to detect them at the same time. For example, when the impulse hammer 11 vibrates the tool 6, only the output result of the displacement sensor 29 may be obtained first, and then when the impulse hammer 11 vibrates again, the output result of the acceleration pickup 18 may be obtained. . Even in such a case, the frequency characteristic Fh is a response function indicating the input/output relationship between the input waveform of the impulse hammer 11 and the vibration output result of the acceleration pickup 18. The frequency characteristic Ft is the input waveform of the impulse hammer 11. , and the output result of the vibration of the displacement sensor 29. FIG. Therefore, the CPU 31 can acquire frequency characteristics similar to the frequency characteristics Fh and Ft when the output results are acquired at the same time. The CPU 31 has 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. good too.

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 acquires the vibration output result for a predetermined time, but is not limited to this, and for example, acquires the vibration output result from the start of cutting to the end of cutting. 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 calculations of the vibrations Vx, Vy, and Vz based on the output result of the vibration in the section specified by the operator. The CPU 31 waits for the end of the machining of the work W to calculate and display the vibrations Vx, Vy, and Vz of the tool 6. 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。 Although the above machine tool uses the tool 6 to calculate the vibration ratios Rx, Ry, and Rz, the vibration ratios Rx, Ry, and Rz may be obtained for each different tool. Thereby, the CPU 31 can more accurately calculate the vibration of the tool during machining of the work W in accordance with the tool to be replaced. 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 in FIGS. 3 and 7 is an example of the detection section of the present invention. The CPU 31 that executes the processes of S17 and S18 is an example of the computing section of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S19 is an example of the reading section of the present invention. CPU31 which performs the process of S21 is an example of the vibration calculating part of this invention. The CPU 31 that executes the processes of S113 and S114 in FIGS. 4 and 8 is an example of the third characteristic calculator of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S115 is an example of the second characteristic calculation section of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S117 is an example of the vibration ratio calculator of the present invention. The CPU 31 that executes the process of S119 is an example of the storage control section 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 invention. The frequency characteristic Fh is an example of the second characteristic of the invention. The frequency characteristic Ft is an example of the third characteristic of the invention. The acceleration pickup 18 is an example of the acceleration sensor of the invention. The storage device 34 is an example of the storage section of the present invention. The displacement sensor 29 is an example of the first detector of the present invention. The acceleration pickup 18 and encoders 51B, 53B, and 54B are examples of the second detector of the present invention. The X-axis motor 53, Y-axis motor 54, and Z-axis motor 51 are examples of feed motors 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 Reference Signs List 1 machine tool 6 tool 7 spindle head 8 spindle 18 acceleration pickup 29 displacement sensor 30 numerical controller 31 CPU
34 Storage device 51 Z-axis motor 53 X-axis motor 54 Y-axis motor W Work 51B, 53B, 54B Encoders Fh, Ft, Fhm Frequency characteristics Rx, Ry, Rz Vibration ratios Vx, Vy, Vz Vibrations

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 rotates a spindle on which a tool is mounted to machine a workpiece,
a detection unit that detects vibration of the machine tool during machining of the workpiece;
a calculation unit that calculates a first characteristic, which is a frequency characteristic of vibration generated in the machine tool during machining of the workpiece, based on the detection result detected by the detection unit;
A second characteristic that is a frequency characteristic of vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated when the operation is stopped; a reading unit that reads out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to frequencies, which is a ratio to a third characteristic that is a frequency characteristic of vibration generated in the machine tool when shaken;
a vibration calculation unit that calculates vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the first characteristic calculated by the calculation unit by the vibration ratio read by the reading unit. A numerical controller characterized by: 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。 (2) calculating the second characteristic based on the output result from a first detection unit that detects vibration of the tool or the work when the tool or the work is vibrated while the rotation of the spindle is stopped; a characteristic calculation unit;
A third characteristic calculation for calculating the third characteristic based on an output result from a second detection unit that detects vibration of the machine tool when the tool or the work is vibrated while 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;
2. The numerical controller according to claim 1, further comprising a storage control section for storing the vibration ratio calculated by the vibration ratio calculation section in the storage section. 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。 The second characteristic calculation unit and the third characteristic calculation unit detect vibration of the tool or the work simultaneously by the first detection unit and the second detection unit when the tool or the work is vibrated, and 3. A numerical controller according to claim 2, wherein said second characteristic and said third characteristic are calculated based on said output results of vibration of the machine tool. 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。 4. Numerical control according to claim 2 or 3, wherein said first detection unit is a displacement sensor capable of detecting vibration of said tool or said work in a non-contact state with said tool or said 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。 5. The numerical controller according to claim 2, wherein said second detection unit is an acceleration sensor provided in said machine tool and capable of detecting vibration of said 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。 5. The numerical controller according to claim 2, wherein said second detection unit is an encoder provided in a feed motor for moving said tool or said work provided in said machine tool. 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。 7. The numerical controller according to claim 1, wherein said machine tool is provided with a spindle head for supporting said spindle, and the vibration of said machine tool is the vibration of said 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 a control method for a numerical control device for controlling the operation of a machine tool for machining a workpiece by rotating a spindle on which a tool is mounted,
a detection step of detecting vibration of the machine tool during machining of the workpiece;
a computing step of computing a first characteristic, which is a frequency characteristic of vibration generated in the machine tool during machining of the workpiece, based on the detection result detected by the detecting step;
A second characteristic that is a frequency characteristic of vibration generated in the tool or the work when the tool or the work is vibrated when the operation is stopped; a reading step of reading out the vibration ratio from a storage unit that stores different vibration ratios according to frequencies, which is the ratio of the vibration ratio to the third characteristic, which is the frequency characteristics of the vibration generated in the machine tool when shaken;
and a vibration calculation step of calculating the vibration of the tool or the work during machining of the work by multiplying the first characteristic calculated in the calculation step by the vibration ratio read out in the reading step. A control method for a numerical controller, characterized by:
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