JP7300369B2

JP7300369B2 - 工作機械における主軸回転速度のモニタ装置及びモニタ方法、工作機械

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Publication number: JP7300369B2
Application number: JP2019197710A
Authority: JP
Inventors: 俊介藤巻; 顕秀浜口
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: US20210132101A1; DE102020213614A1; US11243221B2; JP2021070089A; CN112743392B; CN112743392A

Description

本発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、その主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段とを備えた工作機械において、表示部によって回転速度変動手段による回転速度の変動状態を表示するモニタ方法及びモニタ装置と、当該モニタ装置を備えた工作機械とに関する。

工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸を備えた工作機械により切削加工を行った場合に、工具又はワークの剛性が低いといわゆる「びびり振動」が発生することがある。びびり振動が発生すると、工具が欠損したり、ワークの表面精度を悪化させるなどの問題が生じる。このびびり振動は、加工面に生じた１回転前の起伏と、現在の切削による振動との間に位相遅れが生じることにより、ワークの切り取り厚さが変動し振動が拡大していくものである。
このびびり振動を抑制する技術として、特許文献１では、主軸の回転速度を所定の変動振幅と変動周期とで変動させて、切り取り厚さの変動による力の入力を不規則にする対策を提案している。
しかし、特許文献１に記載の方法は、変動振幅と変動周期との２つの値を設定する必要があるため、どちらの値を変えたらよいかオペレータには判断が難しいという課題があった。そこで、この課題に対して本件出願人は、特許文献２において、モニタ装置に主軸を駆動するモータの出力限界線などを表示することで、変動振幅と変動周期との設定を容易にする方法を提案している。

特開昭４９－１０５２７７号公報特許第５５０７４１０号公報

しかしながら、特許文献２では、モータ出力限界線の算出式を、任意のタイミングの回転速度の２乗で構成しており、推定精度に課題があった。例えば、回転速度の中央値を用いて表示された出力限界線に従って変動条件を設定すると、実際にはモータ出力限界を超えてしまう場合がある。すなわち、設定した値で変動できない場合がある。また、回転速度の最大値を用いて出力限界線を表示すると、必要以上にモータ出力を制限し、びびり振動の抑制効果向上の機会を喪失する場合がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、主軸回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段を備えた工作機械において、より高精度に推定されたモータ出力限界に基づいて回転速度を変動させるための設定値が容易に選択でき、びびり振動の抑制に最適な加工条件を見出すことができる工作機械における主軸回転速度のモニタ方法及びモニタ装置、そして工作機械を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる最大回転速度と最小回転速度との差に前記最大回転速度を乗算した値と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数１であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第１回転速度と第２回転速度との差と、前記第１回転速度と前記第２回転速度との比率と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、を備え、
前記第１回転速度及び前記第２回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数２であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上記構成において、前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、上記構成において、前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び／又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第２の表示手段と、をさらに備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、上記構成において、前記変動値設定手段が、前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械であって、
請求項１乃至９のいずれかに記載の主軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる最大回転速度と最小回転速度との差に前記最大回転速度を乗算した値と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数１であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１３に記載の発明は、工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第１回転速度と第２回転速度との差と、前記第１回転速度と前記第２回転速度との比率と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、を実行すると共に、
前記第１回転速度及び前記第２回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、上記構成において、前記計算式が以下の数２であることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、上記構成において、前記設定可能範囲算出ステップによって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示ステップをさらに実行することを特徴とする。
請求項１６に記載の発明は、上記構成において、前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び／又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第２の表示ステップと、をさらに実行することを特徴とする。
請求項１７に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする。
請求項１８に記載の発明は、上記構成において、前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする。
請求項１９に記載の発明は、上記構成において、前記変動値設定ステップが、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする。

本発明によれば、タイミングが異なる２つの回転速度の差とモータの定格出力の使用割合とに基づいて、変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出するので、モータの出力限界を超えてしまい、設定した値で変動させることができなかったり、必要以上にモータの出力を制限したりすることがなくなる。よって、オペレータは、変動振幅と変動周期との２つの設定値があっても、より高精度に推定されたモータ出力限界に基づいて回転速度を変動させるための設定値が容易に選択でき、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
特に、請求項５及び１５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、オペレータは、変動図上の現在の変動位置と正しく推定された出力限界線とに基づいて、主軸の回転速度を変動させるための設定値を容易に選択できる。
請求項６及び１６に記載の発明によれば、上記効果に加えて、オペレータは、新たな変動位置の算出と案内表示とにより、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。
請求項７及び１７に記載の発明によれば、上記効果に加えて、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値の差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。
請求項８及び１８に記載の発明によれば、上記効果に加えて、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。
請求項９及び１９に記載の発明によれば、上記効果に加えて、モータの出力を一定に保ったまま１回の動作で変動振幅と変動周期との２つのパラメータを同時に設定できる。よって、オペレータは、モータの発熱量の変化に伴う熱変位量の変化を抑制した状態で、主軸の回転速度を変動させるための変動値を容易に設定することができる。

ＮＣ旋盤の概略構成図である。主軸回転速度の変動例を示す説明図である。モニタ方法のフローチャートである。変動図を示す説明図である。主軸回転速度の変動による実験結果の説明図である。変動図の変更例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例であるＮＣ旋盤１の概略構成図である。ＮＣ旋盤１において、主軸台２には、チャック４と爪５とを介してワークＷを把握する主軸３が回転自在に軸支され、主軸台２の内部には、主軸３を回転駆動するモータ６と、主軸台２に固定されて主軸３の回転速度を検出するエンコーダ７とが内蔵されている。８は、モータ６とエンコーダ７とに接続される主軸制御部、９は、主軸制御部８に回転速度を指令するＮＣ装置で、主軸制御部８は、エンコーダ７から検出される主軸３の回転速度を常時監視しながら、ＮＣ装置９から指令された回転速度で主軸３を回転させるよう、モータ６に供給する入力電力を調整している。

また、ＮＣ装置９には、加工プログラム等を記憶する記憶部１０と、表示部としてのモニタ１２を備えた変動値設定部１１とが接続されている。ＮＣ装置９は、記憶部１０に記憶された加工プログラムに従い、主軸３を回転させながら図示しない工具をワークＷの回転軸方向及び半径方向に送り移動させることで、切削加工を行なうものである。
さらに、ここでは入力手段を備えるモニタ１２から変動値設定部１１に主軸３の回転速度とその変動振幅及び変動周期とを入力することにより、ＮＣ装置９及び主軸制御部８を介して、図２に示すように主軸３の回転速度を指定した変動振幅Ｑ及び変動周期Ｒで変動させることができるようになっている。よって、ＮＣ装置９が回転速度変動手段、変動値設定部１１が変動値設定手段となり、これに記憶部１０及びモニタ１２を加えてモニタ装置１３を形成している。モニタ装置１３は、本発明の作図手段、第１、第２の表示手段、設定可能範囲算出手段、出力限界線表示手段、変動位置算出手段として機能する。

このモニタ装置１３による主軸回転速度のモニタ方法を図３のフローチャートで説明する。
まずＳ１で、変動値設定部１１に変動振幅及び変動周期を入力すると（変動値設定ステップ）、Ｓ２では、図４に示す変動図を作成してモニタ１２に表示する（作図ステップ）。ここでは回転速度を変動させるための変動振幅を縦軸にとり、変動周期を横軸にとった変動振幅－変動周期のグラフとして表示されている。
併せてこのグラフには、現在の変動振幅－変動周期の設定値（現在の変動位置）が第１点として黒丸のマーカーで表示されている（第１の表示ステップ）。オペレータは、当該グラフ上の任意の位置を直接ポイント、又は図示しないテンキー等によって変動振幅と変動周期との数値をそれぞれ入力することで、変動振幅と変動周期との各設定値を変更する。

次に、Ｓ３では、グラフに出力限界線Ｌが表示される（設定可能範囲算出ステップ（出力限界線表示ステップ））。モータ６は過大な電流を流すと発熱し破損してしまうため、入力電力の上限が規定されている。すなわち、モータ出力が制限されている。そのため、回転速度の変動振幅を大きく、変動周期を小さく設定しても、設定した値で変動できない場合がある。そこで、出力限界線Ｌを、例えば、下記の数３において、モータ６の定格出力に対する使用割合をモータ６の最大出力となる値とすることで算出し、設定可能な変動振幅と変動周期との限界線としてグラフ上に表示するようにしている。なお、数３で用いられる主軸の最大回転速度Ｓｍａｘ及び主軸の最小回転速度Ｓｍｉｎは、以下の数４及び数５に示すように、変動する回転速度の基準となる基準回転速度と変動振幅とにより算出できる。この出力限界線Ｌよりも右側の範囲（設定可能範囲）では設定値どおりに回転速度を変動できることを表している。すなわち、変動値設定部１１では、この範囲の値を選択することが望ましい。数３はモータ６の任意の出力から、切削及び主軸回転の摩擦等による損失（Ｐ_Ｃ）を減算した出力を主軸回転速度の変動に利用できることを表している。

なお、回転速度の変動は、一定の角加速度で行うよりも、回転速度の増減に合わせて増減させた角加速度で行うほうが、より大きなびびり抑制効果を得られる。この場合、変動振幅と変動周期との出力限界線Ｌは、上記の数３に代わって、最大回転速度と最小回転速度との比率を用いた下記の数６によって算出する。

一方、背景技術で説明したように、主軸３の回転速度を変動させるとびびり振動の抑制効果が得られることはよく知られている。図５は主軸３の回転速度を変動させて切削加工を行った時の実験結果で、この図から、変動周期は短く、変動振幅は大きい方が、びびり振動の抑制効果が大きいことがわかる。
そこで、Ｓ４で、変動値設定部１１は、図４に示すように、現在の変動位置である第１点に加えて、変動振幅と変動周期との出力限界線Ｌの右側の範囲内で、第１点よりも変動周期が短く、且つ変動振幅が大きい新たな変動位置を算出し（変動位置算出ステップ）、得られた変動位置を第２点としてグラフ上に白丸のマーカーで表示すると共に、案内表示として、第１点から第２点へ向かう矢印Ａも表示するようにしている（第２の表示ステップ）。また、ここではグラフの右側に第２点の数値を推奨値として表示している。
従って、オペレータは、グラフに表示される矢印Ａ及び第２点を参考にびびり振動を抑制できる可能性が高い新たな変動位置を容易に設定することができる。

なお、この第２点の算出は、例えば第１点の位置から予め設定された勾配で短い周期側と大きい振幅側へ延びる直線を算出し、その直線と出力限界線Ｌとの交点から、予め設定された余裕度を加味して出力限界線Ｌの内側で決定したり、第１点から予め設定された割合で変動振幅及び変動周期が変更される複数の変動位置を算出し、得られた変動位置から出力限界線Ｌ以下で最も出力限界線Ｌに近い変動位置を選択したりすればよい。

このように、本実施形態の主軸回転速度のモニタ装置１３は、回転速度の変動振幅と変動周期との関係を示すグラフ（変動図）をモニタ１２（表示部）に表示する作図手段と、グラフに現在の変動位置（第１点）を表示する第１の表示手段と、数３に基づいて、変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段として上記Ｓ２～Ｓ４のモニタ方法を実行可能となっている。
すなわち、タイミングが異なる２つの回転速度の差とモータ６の定格出力の使用割合とを用いて変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出するので、モータ６の出力限界を超えてしまい、設定した値で変動させることができなかったり、必要以上にモータ６の出力を制限したりすることがなくなる。よって、オペレータは、変動振幅と変動周期との２つの設定値があっても、より高精度に推定されたモータ出力限界に基づいて回転速度を変動させるための設定値が容易に選択でき、びびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。

また、ここでは、数３によって算出された設定可能範囲に基づいて、モータ６の出力限界線Ｌを作成してグラフ上に表示するので、オペレータは、グラフ上の現在の変動位置と正しく推定された出力限界線Ｌとに基づいて、主軸３の回転速度を変動させるための設定値を容易に選択できる。
また、出力限界線Ｌ以下の範囲内で、現在の変動位置よりも変動振幅が大きく、及び変動周期が短くなる新たな変動位置（第２点）を算出し、新たな変動位置を、現在の変動位置からの変更を案内する矢印Ａと共にグラフに表示するので、オペレータは、グラフに表示される矢印Ａ及び第２点を参考にびびり振動の抑制に最適な加工条件を迅速且つ簡単に見出すことができる。

なお、上記形態では、第１回転速度として最大回転速度、第２回転速度として最小回転速度をそれぞれ用いているが、これに限らず、最大回転速度及び最小回転速度に近い値をそれぞれ任意のタイミングで取得して変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出してもよい。比率を用いる場合も同様である。
また、上記形態では、変動振幅と変動周期とを共に変更した第２点を算出して案内しているが、変動振幅を一定として変動周期のみを短く変更する案内を行なうこともできる。例えば図６に示すように、第１点と同一の変動振幅で変動周期の出力限界線Ｌ上の点を第３点とし、第１点から第３点へ導く案内の矢印Ａを表示すると共に、第３点の数値を推奨値として表示するものである。ここで、第３点の変動周期は、数３又は数６を変形して、第１点の変動振幅を代入して求めることができる。
このように、新たな変動位置を、現在の変動位置と変動振幅が同一となる出力限界線Ｌ上の位置とすれば、変動周期が短いため、びびり抑制効果が大きく、また、変動振幅が同一であるため、切削速度の最大値と最小値との差は変わらず、切削速度の違いから生じる表面精度の悪化を最小限にすることができる。

但し、図６では、第３点でびびり振動が抑制できなかった場合のために、次の案内の矢印も表示している。すなわち、出力限界線Ｌと最大変動振幅との交点を第４点とし、第３点から第４点へ向かう案内の矢印Ｂを表示するもので、第４点の変動周期は、数３又は数６に最大変動振幅の値を代入して求められる。第４点を第３点と比較すると、切削速度の差は大きくなり加工面の悪化の可能性があるが、変動振幅が大きいため、びびり振動を抑制する効果が大きい。なお、直ちにびびり振動の抑制効果を得るため、第３点を省略して、第１点を始点とし第４点を終点とする矢印を表示してもよい。
このように、新たな変動位置を、出力限界線Ｌ上で変動振幅が最大となる位置とすれば、びびり振動の大きな抑制効果が期待できる。

一方、本実施形態では、モータ６の出力が変化するような変動位置の変更を案内しているが、現在の変動位置でのモータ６の出力を一定に保ったまま変動振幅と変動周期とを同時に設定することもできる。まず、数３又は数６を変形して、現在の位置でのモータ６の使用割合を求める。次に、数３又は数６を変形して、現在の位置でのモータの使用割合と変更後の変動振幅及び変動周期とのいずれか一方を代入すると、他方の値が求められることができ、モータ６の出力を一定に保ったまま１回の動作で変動振幅と変動周期との２つのパラメータを同時に設定できる。よって、オペレータは、モータ６の発熱量の変化に伴う熱変位量の変化を抑制した状態で、主軸３の回転速度を変動させるための変動値を容易に設定することができる。
このように、モータ６の出力を一定に保ったまま変動位置を変更すれば、熱変位量の変化を抑制した状態で主軸３の回転速度を変動させるための変動値を容易に変更することができる。

そして、モニタにグラフが表示されると出力限界線と新たな変動位置、案内矢印も自動的に算出されて表示されるようにしているが、変動値設定部に設けた入力手段により、これらをそれぞれ任意のタイミングで表示させるようにしてもよい。勿論グラフの形態も上記内容に限らず、軸を逆にしたり三次元的に表示したり等の変更は可能である。
また、変動位置の表示は丸に限らず、他の形状のマーカーを選択したり、現在の変動位置と新たな変動位置とでマーカーの形状を変えたりしても差し支えない。さらに、案内表示も矢印に限らず、例えば現在の変動位置のマーカーを点滅させながら新たな変動位置へ移動させる表示を繰り返したりする等、新たな変動位置への示唆が可能であれば適宜変更可能である。

但し、新たな変動位置と案内表示とは必ずしも設ける必要はなく、現在の変動位置と出力限界線のみをモニタに表示して、オペレータが現在の変動位置から変動振幅を大きく、及び／又は変動周期を短くなる方向で新たな変動位置を出力限界線以下で任意に選択できるようにしてもよい。このようにしてもオペレータはグラフ上の現在の変動位置と出力限界線とに基づいて、回転速度を変動させるための設定値を容易に選択することができる。
さらに、本実施形態では、変動振幅と変動周期とを共に変更させる例と、変動周期のみを変更させる例とを説明しているが、変動振幅のみを変更させてもよい。
なお、出力限界線をモニタに表示せず、変動振幅と変動周期との設定可能範囲を算出して記憶し、オペレータが設定可能範囲を越えて変動振幅と変動周期とを入力した際に、文字や音声等で警告することも本発明には含まれる。

一方、本実施形態では、最初から回転速度を変動させて加工を行っているが、振動センサによって主軸の振動を検出して得られた振動を所定の閾値と比較してびびり振動の発生を検出する周知の検出手段を搭載した工作機械では、最初は設定した等速度で主軸を回転させて、検出手段によってびびり振動の発生が検出されると、変動値設定部において回転速度の変動振幅と変動周期とを入力することで回転速度を変動させると共に、モニタにグラフ等の変動図を表示させるようにしてもよい。

また、本発明はＮＣ旋盤に限らず、回転速度を変動させて切削加工する工作機械であれば、たとえばマシニングセンタ等も含まれる。よって、工具主軸のみを備えた工作機械においても本発明は同様に適用できる。
また、工具を装着してモータ駆動する工具主軸を備え、その工具主軸の回転速度をワーク主軸の回転速度とともに変動させる工作機械の場合も、ワーク主軸に係る出力限界線に加えて、上記の数３等によって、工具主軸を駆動する工具モータの最大出力から決まる変動振幅と変動周期との設定可能範囲（出力限界線）も同様に作図して併せて表示すればよい。この場合も、設定値を２つの出力限界線よりも右側の範囲となるように選択することで、ワーク主軸のモータ及び工具主軸のモータの回転速度をそれぞれ設定値通りに変動できる。
その他、モニタ装置を構成する記憶部、変動値設定部、モニタを、ＮＣ装置と別にして工作機械と有線又は無線で接続してもよい。この場合、複数の工作機械を１つのモニタ装置で集中管理して変動振幅と変動周期とが設定可能となる。

１・・ＮＣ旋盤、２・・主軸台、３・・主軸、４・・チャック、５・・爪、６・・モータ、７・・エンコーダ、８・・主軸制御部、９・・ＮＣ装置、１０・・記憶部、１１・・変動値設定部、１２・・モニタ、１３・・モニタ装置、Ｗ・・ワーク、Ｌ・・出力限界線、Ａ，Ｂ・・矢印。

Claims

工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる最大回転速度と最小回転速度との差に前記最大回転速度を乗算した値と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、
を備えることを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記計算式が以下の数１であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ装置であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定手段と、
前記変動振幅と前記変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図手段と、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示手段と、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第１回転速度と第２回転速度との差と、前記第１回転速度と前記第２回転速度との比率と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出手段と、
を備え、
前記第１回転速度及び前記第２回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記計算式が以下の数２であることを特徴とする請求項３に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び／又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出手段と、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第２の表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
前記変動値設定手段が、前記設定可能範囲算出手段によって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ装置。
工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械であって、
請求項１乃至９のいずれかに記載の主軸回転速度のモニタ装置を備えることを特徴とする工作機械。
工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる最大回転速度と最小回転速度との差に前記最大回転速度を乗算した値と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記計算式が以下の数１であることを特徴とする請求項１１に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
工具又はワークを装着してモータ駆動する主軸と、前記主軸の回転速度を任意のパターンで連続的に変動させる回転速度変動手段と、を備えた工作機械において、表示部によって前記回転速度変動手段による前記回転速度の変動状態を表示するモニタ方法であって、
前記回転速度の変動振幅と変動周期とを設定する変動値設定ステップと、
前記変動振幅と変動周期との関係を示す変動図を前記表示部に表示する作図ステップと、
前記変動図に現在の変動位置を表示する第１の表示ステップと、
前記変動周期と、前記回転速度の基準となる基準回転速度に対して変動させる前記回転速度のうち、互いにタイミングが異なる第１回転速度と第２回転速度との差と、前記第１回転速度と前記第２回転速度との比率と、前記工具又は前記ワークと前記主軸とを含む回転体のイナーシャと、前記主軸を駆動するモータの定格出力と、前記モータの定格出力に対する使用割合とを含む計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期との設定可能範囲を算出する設定可能範囲算出ステップと、
を実行すると共に、
前記第１回転速度及び前記第２回転速度のいずれか一方を、前記回転速度の最大値とし、他方を前記回転速度の最小値とすることを特徴とする工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記計算式が以下の数２であることを特徴とする請求項１３に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記設定可能範囲算出ステップによって算出された前記設定可能範囲に基づいて、前記モータの出力限界線を作成して前記変動図上に表示する出力限界線表示ステップをさらに実行することを特徴とする請求項１１乃至１４の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記出力限界線以下の範囲内で、現在の変動位置よりも前記変動振幅が大きく、及び／又は前記変動周期が短くなる新たな変動位置を算出する変動位置算出ステップと、
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置からの変更を案内する案内表示と共に前記変動図に表示する第２の表示ステップと、
をさらに実行することを特徴とする請求項１５に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記新たな変動位置を、前記現在の変動位置と前記変動振幅が同一となる前記出力限界線上の位置としたことを特徴とする請求項１６に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記新たな変動位置を、前記出力限界線上で前記変動振幅が最大となる位置としたことを特徴とする請求項１６に記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。
前記変動値設定ステップが、前記計算式に基づいて、前記変動振幅と前記変動周期とを同時に設定可能なことを特徴とする請求項１１乃至１８の何れかに記載の工作機械における主軸回転速度のモニタ方法。