JP7345525B1

JP7345525B1 - 速度調整装置

Info

Publication number: JP7345525B1
Application number: JP2021130431A
Authority: JP
Inventors: 潤次郎榎本; めぐみ大矢; 信平香田; 利隆長野
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2041-08-10
Also published as: JP2023133652A; WO2023017751A1

Abstract

【課題】低速領域において適切な主軸回転速度を探索する。【解決手段】速度調整装置は、工作機械の主軸に取り付けられる工具の振動レベルを取得する振動取得部と、工具の回転速度を示す第１マークと、あらかじめ設定された変速単位を示す第２マークにより、現在の回転速度と変速単位の双方を示す速度画面を表示させる速度表示部と、工具の振動レベルが所定値以上かつ次数ｋが所定数以上である場合に、工具の回転速度の変更を工作機械に指示する速度調整部と、を備える。速度表示部は、工具の回転速度の変更指示後に速度画面を更新する。速度調整部は、工具の回転速度の変更後においても工具の振動レベルが所定値以上のときには、変速単位に応じて工具の回転速度の変更を工作機械に再指示する。【選択図】図８

Description

本発明は、工作機械において発生するびびり振動の収束を支援する技術に関する。

工作機械は、ワークを所望の形状に切削加工する装置や、金属粉末などを積層してワークを作る装置がある。切削加工する工作機械には、回転するワークに切削用の工具を当てることでワークを加工するターニングセンタと、回転する工具をワークに当てることでワークを加工するマシニングセンタ、これらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。

切削加工に際しては、いわゆる「びびり振動」を抑制することが重要である。びびり振動はワーク加工面の品質低下につながる。びびり振動の発生原因は多岐にわたる。振動源が工具の場合もあれば、ワークの場合もある。この原因を把握・排除するために、作業者は自身の経験に基づいて対処することが多い。

一般的には、主軸回転速度をある程度低下させることでびびり振動は解消される。もともとの主軸回転速度が高いときには、びびり振動を解消するための主軸回転速度の推奨値を計算により求める技術が開発されている（特許文献１，２，３参照）。

特開２０１９－２１７６０４号公報特開２０１３－８０８号公報特開２０１８－１７６２９６号公報

一方、主軸回転速度が低い領域においてびびり振動が発生したときには、切削加工の特性上、主軸回転速度をどのくらい減速させるべきか判断するのが難しい（詳細後述）。主軸回転速度を過度に減速すると加工効率の低下を招く。また、主軸回転速度を急減速すると予期しない大きな振動が発生する可能性がある。このため、低速領域においては適切な主軸回転速度を慎重に探索する必要がある。

本発明のある態様における速度調整装置は、工作機械の主軸に取り付けられる工具の振動レベルを取得する振動取得部と、工具の回転速度を示す第１マークと、あらかじめ設定された変速単位を示す第２マークにより、現在の回転速度と変速単位の双方を示す速度画面を表示させる速度表示部と、工具の振動レベルが所定値以上かつ下記式に示す次数ｋが所定数以上である場合に、工具の回転速度の変更を工作機械に指示する速度調整部と、を備える。
速度表示部は、工具の回転速度の変更指示後に速度画面を更新し、速度調整部は、工具の回転速度の変更後においても工具の振動レベルが所定値以上のときには、変速単位に応じて工具の回転速度の変更を工作機械に再指示する。
次数ｋ＝（６０×ｆ）／（ｎ×Ｎ）
ｆ：主軸の振動周波数
ｎ：主軸の回転速度
Ｎ：工具の刃数

本発明によれば、主軸回転速度が低いときに発生するびびり振動に対して、適切に対応しやすくなる。

実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。主軸回転速度、切込深さおよびびびり振動の発生条件の関係を示す特性グラフである。びびり振動の検出機能に関連するハードウェア構成を模式的に示す図である。速度調整装置の機能ブロック図である。表示装置における操作画面の画面図である。ステータス画面の画面図である。びびり振動が発生したときのチューニング画面の画面図である。主軸回転速度を段階的に減速中のチューニング画面の画面図である。設定画面の画面図である。びびり振動に対応する速度調整過程を示すフローチャートである。図１０のＳ１８における低次調整処理のフローチャートである。図１０のＳ２０における高次調整処理のフローチャートである。

図１は、実施形態に係る工作機械１００の概略構成を表す斜視図である。
なおここでは、工作機械１００を正面からみて左右方向，上下方向，前後方向を、それぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。

工作機械１００は、横型のマシニングセンタであり、加工装置１０２および制御装置１０４を備える。加工装置１０２を覆うように図示しない筐体が設けられ、その筐体の側面に操作盤が設けられる。操作盤は、作業者が操作可能なタッチパネルを有する。

加工装置１０２は、ベッド１１０と、ベッド１１０に立設されたコラム１１２と、コラム１１２の前面側に移動自在に設けられた主軸頭１１４と、ベッド１１０上に移動自在に設けられたテーブル１１６を備える。主軸頭１１４は、Ｚ軸方向の軸線を有し、主軸１１８をその軸線周りに回転可能に支持する。主軸頭１１４には、主軸１１８を回転駆動するためのスピンドルモータが設けられる。主軸１１８は、工具ホルダ１２０に保持された工具Ｔを同軸状に取り付け可能な「取付部」として機能する。テーブル１１６には、図示略の治具を介してワークＷが固定される。

コラム１１２の前面にガイドレール１２２が設けられ、サドル１２４がＸ軸方向に移動可能に支持される。サドル１２４の前面にはガイドレール１２６が設けられ、主軸頭１１４がＹ軸方向に移動可能に支持される。サドル１２４および主軸頭１１４の移動は、図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構はボールねじを用いたねじ送り機構である。主軸１１８は、サドル１２４および主軸頭１１４が駆動されることによりＸ，Ｙ軸方向に移動自在である。主軸頭１１４には、加速度センサ１３０が内蔵される。加速度センサ１３０は、工具Ｔのびびり振動を検出するために用いられるが、その詳細については後述する。

一方、ベッド１１０の上面にガイドレール１３２が設けられ、サドル１３４がＺ軸方向に移動可能に支持される。サドル１３４上にテーブル１１６が固定されている。サドル１３４の移動は、図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構は、ボールねじを用いたねじ送り機構である。ワークＷは、サドル１３４が駆動されることによりＺ軸方向に移動自在である。すなわち、以上の構成により、ワークＷと工具Ｔとの相対位置を三次元的に調整することができる。

以下、主軸１１８の回転速度のことを「主軸回転速度」または単に「回転速度」とよぶ。また、主軸回転速度とは、工具Ｔの回転速度でもある。

図２は、主軸回転速度、切込深さおよびびびり振動の発生条件の関係を示す特性グラフである。
横軸は主軸回転速度（工具Ｔの回転速度）を示す。単位はｒｐｍである。縦軸は切込深さを示す。単位はミリメートルである。切込深さは、主軸の軸方向において工具がワークＷを切込む幅（「Ａｐ」ともいう。）である。図２の斜線部分が「安定範囲」を示し、それ以外は「不安定範囲」を示す。主軸回転速度と切込深さの組み合わせが不安定範囲にあるときには、びびり振動が発生することがわかっている。びびり振動が発生すると、刃先の振動にともなう切削痕がワークＷの表面に描かれてしまう。図２に示すように、一般的には、主軸回転速度が低速で切込深さが浅いほどびびり振動は発生しにくくなる。

本実施形態における工具Ｔは「エンドミル」「フェイスミル」などの複数刃の工具である。ここで、ｋ＝（６０×ｆ）／（ｎ×Ｎ）として次数ｋを定義する。「ｆ」は主軸１１８の振動周波数、「ｎ」は主軸回転速度、「Ｎ」は工具Ｔの刃数を示す。安定範囲は次数が整数値となる部分をピークとする波形形状となる。

図２に示すように、低次数領域においては、安定範囲と不安定範囲の境界が比較的明確となる。いいかえれば、安定範囲のピークとボトムの差が大きい。たとえば、低次数領域のＰ２地点（不安定範囲）においてびびり振動が発生したときには、主軸回転速度を隣接する安定領域のＰ３地点（ｋ＝２）まで低速化すればよい。あるいは、主軸回転速度を隣接する安定領域のＰ１地点（ｋ＝１）まで高速化してもよい。このように低次数領域（高速側）においては、制御装置１０４は図２の特性グラフにしたがって主軸回転速度の推奨値を求め、主軸回転速度を推奨値に設定することにより、びびり振動を解消できる。低次数領域におけるびびり振動の解消方法については上述した特許文献１，２，３にも開示されているように既知である。以下、びびり振動が発生するときの主軸回転速度を「不安定速度」、びびり振動が発生しないときの主軸回転速度を「安定速度」とよぶ。

高次数領域においては安定範囲と不安定範囲が小刻みに変化する。安定範囲のピークとボトムの差が小さいため、主軸回転速度のわずかな変化によって安定速度と不安定速度が切り替わる。たとえば、高次数領域のＰ４地点から主軸回転速度を低速化（減速）する場合には、Ｐ４地点付近の安定範囲の幅が狭いため、制御装置１０４は確実に安定速度となる推奨値を計算によって求めることが大変難しい。

高次数領域（低速側）において、制御装置１０４は主軸回転数を大幅に低下させればびびり振動は解消する。たとえば、７５０（ｒｐｍ）付近であるＰ４地点から３００（ｒｐｍ）以下まで大幅減速させればびびり振動は確実に解消すると考えられる。しかし、急激な低速化は予期せぬ大きな振動を発生させる危険性がある。また、大幅な低速化をしなくても、少しの低速化だけで安定速度に至る可能性もある。たとえば、３００（ｒｐｍ）まで低速化しなくても、５００（ｒｐｍ）付近で安定範囲に収まる可能性もある。
そこで、本実施形態においては、高次数領域（低速側）においては主軸回転速度の推奨値を計算によって求めるのではなく、主軸回転速度を少しずつ低下させながらで安定速度を探索する方式を採用する。

なお、高次数領域とは、次数ｋが所定の閾値Ｌ１以上となる領域であるとする。Ｌ１は任意であるが、本実施形態においてはＬ１＝１０であるとして説明する。低次数領域の次数ｋは１０未満である。また、切込深さの変更によりびびり振動を解消できる可能性もあるが、本実施形態においては主軸回転速度の調整によるびびり振動の解消を中心として説明する。

図３は、びびり振動の検出機能に関連するハードウェア構成を模式的に示す図である。
上述のように、主軸頭１１４には加速度センサ１３０が内蔵されている。加速度センサ１３０は、ワークＷの加工中に工具Ｔに生じる振動を検出し、その振動に応じた信号を出力する。加速度センサ１３０にて検出された加速度（より詳細には、加速度を表す電気信号）は、信号処理装置１４０に入力される。

信号処理装置１４０は、専用の基板にＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１４２およびＦＦＴ（Fast Fourier Transform）変換器１４４を搭載する。加速度センサ１３０から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器１４２によりＡ／Ｄ変換され、ＦＦＴ変換器１４４により周波数解析が行われる。解析後の周波数情報が制御装置１０４に出力される。

制御装置１０４は、ＮＣ（Numerical controller）１５０および速度調整装置２００を含む。制御装置１０４には表示装置１７０が接続される。表示装置１７０は、操作盤に設けられたタッチパネルであり、工作機械１００の制御状態を表す画面や作業者が操作する操作画面（後述）を表示する。

速度調整装置２００は、ＮＣ１５０から制御状態を示す情報を受け取る一方、作業者の操作入力に応じた制御指令をＮＣ１５０に出力する。速度調整装置２００は、信号処理装置１４０およびＮＣ１５０から受信した信号に基づき、主軸回転速度を調整する。以下、びびり振動の発生を契機として速度調整装置２００により実行される主軸回転速度の調整のことを単に「速度調整」とよぶ。

速度調整装置２００は、信号処理装置１４０から入力される信号に基づき、主軸１１８の振動状態（工具Ｔの振動状態）を示すステータス画面を表示させるとともに、びびり振動の発生有無を判定する。速度調整装置２００は、びびり振動が発生したと判定すると、そのびびり振動を収束させるため、チューニング画面に推奨速度を表示させる。これらの詳細については後述する。

ＮＣ１５０は、手動または自動で生成された加工プログラム（ＮＣプログラム）にしたがってモータ等のアクチュエータを制御する。ワークＷにマシニング加工を施す際、ＮＣ１５０は、駆動回路１６０を介してサーボモータを駆動し、主軸頭１１４を送り駆動する。また、駆動回路１６０を介してスピンドルモータを駆動し、主軸１１８を回転させる。以下、速度調整装置２００からＮＣ１５０を介して指定する主軸回転速度のことを「指令速度」とよび、主軸１１８の実際の回転速度のことを「現在速度」とよぶ。通常、指令速度と現在速度は一致する。

図４は、速度調整装置２００の機能ブロック図である。
速度調整装置２００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサ（co-processor）などの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

なお、ＮＣ１５０も、プロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され演算器に処理命令を供給するソフトウェアやプログラムを速度調整装置２００とは別個のオペレーティングシステム上で実現される形態でもよい。

速度調整装置２００は、ユーザインタフェース処理部２０２、ＮＣインタフェース部２０４、振動取得部２０６、データ処理部２０８およびデータ格納部２１０を含む。
ユーザインタフェース処理部２０２は、作業者からの操作を受け付けるほか、表示装置１７０に対する画像表示や音声出力など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。ＮＣインタフェース部２０４は、ＮＣ１５０に対するインタフェースとして機能する。振動取得部２０６は、信号処理装置１４０から主軸頭１１４（工具Ｔ）の振動レベルを示す信号を取得する。データ処理部２０８は、ユーザインタフェース処理部２０２、ＮＣインタフェース部２０４、振動取得部２０６により取得されたデータおよびデータ格納部２１０に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部２０８は、ユーザインタフェース処理部２０２、ＮＣインタフェース部２０４、振動取得部２０６およびデータ格納部２１０のインタフェースとしても機能する。データ格納部２１０は、各種プログラムと設定データを格納する。

ユーザインタフェース処理部２０２は、入力部２１２および出力部２１４を含む。
入力部２１２は、表示装置１７０の画面に設定されるタッチパネル、マウス、キーボード等のハードデバイスを介してユーザからの入力を受け付ける。出力部２１４は、画像表示あるいは音声出力を介して、ユーザに各種情報を提供する。

出力部２１４は、速度表示部２１６と設定表示部２１８を含む。速度表示部２１６は、後述のチューニング画面を表示装置１７０に表示させる。設定表示部２１８は、後述の設定画面を表示装置１７０に表示させる。

ＮＣインタフェース部２０４は、回転速度取得部２２０と回転速度設定部２２２を含む。回転速度取得部２２０は、ＮＣ１５０から現在の主軸回転速度である現在速度を取得する。回転速度設定部２２２は、ＮＣ１５０に対して主軸回転速度（指令速度）を設定する。

データ処理部２０８は、速度調整部２２４を含む。速度調整部２２４は、びびり振動が発生したとき、後述の方法により主軸回転速度を速度調整する。速度調整部２２４は、びびり振動の発生を検出する異常判定部２２６を含む。

図５は、表示装置１７０における操作画面２３０の画面図である。
操作画面２３０は、複数の領域（ペイン：pain）に区分けされる。各領域には、ＮＣプログラム、ソフトキー、使用中の工具ＴのＩＤとその形状、摩耗度、主軸１１８の位置座標等が表示される。操作画面２３０においては中央よりもやや上部にステータス画面２３２およびチューニング画面２３４が配列される。

ステータス画面２３２は、主軸１１８の振動レベルと主軸回転速度の時間変化を示す。ステータス画面２３２については次の図６に関連して説明する。チューニング画面２３４は、主軸回転速度の制御、特に、びびり発生時における主軸回転速度の低速化を実行するためのユーザインタフェースとなる。チューニング画面２３４については図７、図８に関連して説明する。

図６は、ステータス画面２３２の画面図である。
ステータス画面２３２の中央には、横軸を経過時間、縦軸を振動レベルおよび主軸回転速度とするサンプリング領域２３６が表示される。サンプリング領域２３６は、振動レベルおよび主軸回転速度の変化をリアルタイムで表示する。実線が振動レベル（ｄＢ）の変化を示し、点線が主軸回転速度の制御指令値の変化を示している。作業者は、ステータス画面２３２により、主軸１１８の振動レベルと回転速度の時間変化を視認できる。

図７は、びびり振動が発生したときのチューニング画面２３４の画面図である。
チューニング画面２３４の中央領域には、主軸回転速度を表すためのオーバーライドバー２５０が表示される。オーバーライドバー２５０は、画面の左右に延びるスケールオブジェクト（スケール機能を有するオブジェクト）であり、その中央上側に指令速度が表記される。図示の例では２５００（ｍｉｎ^－１）、すなわち、２５００（ｒｐｍ）である。なお、正常な制御が行われている限り、ロータリエンコーダにより検出される現在速度と指令速度はほぼ一致する。以下、主軸回転速度というときには特に断らない限り、指令速度を意味するものとする。

オーバーライドバー２５０において、右端は指令速度の１５０％（つまり＋５０％）の位置を示し、左端は指令速度の５０％（つまり－５０％）の位置を示す。オーバーライドバー２５０は、指令速度（現在速度）に対する変更の割合を示す「工具の回転速度を示す線」に対応する。また、現在の主軸回転速度を基準として設定される－５０（％）から＋５０（％）の範囲を「可変範囲（調整範囲）」とよぶ。たとえば、指令速度が２５００（ｒｐｍ）の場合には、可変範囲は－５０（％）に対応する１２５０（ｒｐｍ）から、＋５０（％）に対応する３７５０（ｒｐｍ）までの範囲となる。

チューニング画面２３４の上領域には、現時点で検出されている振動レベルが表記される。図示の例では、振動レベル：４４（ｄＢ）が示されている。さらに、この振動レベルによりびびり振動の発生が判定されたため、その旨を報知する「びびり振動を検知しました」との文字列が表示されている。異常判定部２２６は、振動レベルが所定の閾値、たとえば、２０（ｄＢ）以上となるとき、びびり振動が発生していると判定する。びびり振動が発生したときには、速度表示部２１６は「びびり振動を検知しました」という警告表示を行う。

ここでは高次数領域（低速側）においてびびり振動が発生した場合について説明する。オーバーライドバー２５０には、現在の指令速度を示す第１マーク２５２と、変速単位ｕ１ごとに１以上の第２マーク２５４が表示される。変速単位ｕ１は、後述する設定画面により設定される「調整幅」に対応する。たとえば、変速単位ｕ１が「１０（％）」のときには、現在の指令速度の１０（％）である２５０（ｒｐｍ）が変速単位となる。

チューニング画面２３４の中央部にある調整ボタン２５８を作業者がタップしたとき、速度調整部２２４は主軸回転速度を段階的に減速する。主軸回転速度の減速については次の図８に関連して説明する。作業者がリセットボタン２５６をタップしたときには、速度調整部２２４は主軸回転速度をもとの２５００（ｒｐｍ）に戻す。

図８は、主軸回転速度を段階的に減速中のチューニング画面２３４の画面図である。
作業者が調整ボタン２５８をタップしたとき、速度調整部２２４は主軸回転速度を２５００（ｒｐｍ）から変速単位「２５０（ｒｐｍ）」だけ低速化した２２５０（ｒｐｍ）に設定する。回転速度設定部２２２はＮＣ１５０に対して、２２５０（ｒｐｍ）を指令速度として設定する。減速後、振動取得部２０６は振動レベルを再度検出し、異常判定部２２６はびびり振動が継続しているか否かを判定する。びびり振動が継続しているときには、いいかえれば、減速後の主軸回転速度が安定速度でなければ、速度調整部２２４は指令主軸回転速度を２２５０（ｒｐｍ）から２０００（ｒｐｍ）に更に低速化する。びびり振動が解消していれば、それ以上の低速化は行われない。

びびり振動が継続している限り、速度調整部２２４は、変速単位ｕ１ごとに段階的に主軸回転速度を低速化する。速度調整部２２４は、可変範囲内において主軸回転速度を低速化する。したがって、速度調整に際して主軸回転速度が可変範囲の下限値である１２５０（ｒｐｍ）を下回ることはない。更に、低速化の回数には上限回数が設定されている。速度調整部２２４は、上限回数以内であることを条件として主軸回転速度を低速化する。たとえば、上限回数が３回のときには、速度調整部２２４は主軸回転速度を最大３回まで低速化する。

まとめると、速度表示部２１６はびびり振動が検出されたときにはチューニング画面２３４において警告表示を行う。作業者が調整ボタン２５８をタップしたとき、速度調整部２２４は変速単位ｕ１にしたがって主軸回転速度を低速化する。減速後もびびり振動が継続していれば、速度調整部２２４は主軸回転速度を更に低速化する。主軸回転速度の低速化には、上限回数および可変範囲という２つの制限がかかる。

図９は、設定画面２６０の画面図である。
加工作業の前、あるいは、加工中において、作業者はタブ２６２をタップすることで、チューニング画面２３４と設定画面２６０を切り替えることができる。設定画面２６０は、工具Ｔに関する設定のほか、可変範囲に対応する「調整範囲」、変速単位ｕ１に対応する「調整幅」および上限回数に対応する「調整回数」を設定するための画面である。

作業者は、可変範囲設定領域２６４において可変範囲（調整範囲）の下限値および上限値を設定する。図９においては現在速度の５０（％）から１５０（％）として可変範囲が設定されている。刃数設定領域２６６においては工具Ｔの刃数が設定され、工具径設定領域２６８においては工具径が設定される。

段階減速ボタン２７０がオン設定されたとき、速度調整部２２４は主軸回転速度の段階的減速を自動実行する。オフのときには、作業者が調整ボタン２５８をタップするごとに速度調整部２２４は主軸回転速度を１段階ずつ低速化する。変速単位設定領域２７２において変速単位（調整幅）を設定する。図９においては、変速単位は１０（％）に設定される。このため、速度調整部２２４は、現在の主軸回転速度の１０（％）分を変速単位として、主軸回転速度を段階的に減速する。上限回数設定領域２７４においては上限回数（調整回数）が設定される。図９においては、上限回数は５（回）に設定される。このため、速度調整部２２４は、主軸回転速度を最大５段階にて減速可能である。

図１０は、びびり振動に対応する速度調整過程を示すフローチャートである。
図１０に示す処理は、速度調整装置２００により定期的に実行される。振動取得部２０６は、信号処理装置１４０から主軸１１８の振動レベルを取得する（Ｓ１０）。異常判定部２２６は、振動レベルにもとづいてびびり振動が発生しているか否かを判定する（Ｓ１２）。びびり振動が発生していないときには（Ｓ１２のＮ）、すなわち、加工条件が安定範囲にあるときには以降の処理はスキップされる。

びびり振動が発生しているとき（Ｓ１２のＹ）、すなわち、加工条件が不安定範囲にあるときには速度表示部２１６はチューニング画面２３４において警告表示を行う（Ｓ１４）。

次数ｋが閾値Ｌ１未満のとき、すなわち、低次数領域（高速側）においてびびり振動が発生したときには（Ｓ１６のＹ）、速度調整部２２４は低次調整処理を実行する（Ｓ１８）。低次調整処理の詳細は次の図１１に関連して詳述する。次数ｋが閾値Ｌ１以上のとき、すなわち、高次数領域（低速側）においてびびり振動が発生したときには（Ｓ１６のＮ）、速度調整部２２４は高次調整処理を実行する（Ｓ２０）。高次調整処理の詳細は図１２に関連して詳述する。

図１１は、図１０のＳ１８における低次調整処理のフローチャートである。
低次数領域においては、速度調整部２２４は既知の方法により安定速度の推奨値を計算する（Ｓ３０）。速度表示部２１６は、チューニング画面２３４において推奨値を表示する（Ｓ３２）。作業者がチューニング画面２３４において調整ボタン２５８をタップしたとき（Ｓ３４のＹ）、速度調整部２２４は主軸回転速度を推奨値に設定するように回転速度設定部２２２に指示する（Ｓ３６）。回転速度設定部２２２は、推奨値を指令速度としてＮＣ１５０に設定する。調整ボタン２５８がタップされなかったときには（Ｓ３４のＮ）、Ｓ３６はスキップされる。

図１２は、図１０のＳ２０における高次調整処理のフローチャートである。
高次数領域においてびびり振動が発生したときには、速度表示部２１６は図７に示した態様にてチューニング画面２３４に第２マーク２５４を表示させる。図１２においては、図９の設定画面２６０において段階減速ボタン２７０がオン設定されているものとする。作業者が調整ボタン２５８をタップしたとき（Ｓ４０のＹ）、速度調整部２２４は主軸回転速度を調整可能な状態にあるか否かを判定する（Ｓ４２）。具体的には、速度調整部２２４は、変速単位ｕ１分の減速後の主軸回転速度が可変範囲内にあり、かつ、現在までの減速回数が上限回数に達していなければ速度調整可能と判定する。調整可能であれば（Ｓ４２のＹ）、速度調整部２２４は主軸回転速度を変速単位ｕ１分だけ減速する（Ｓ４４）。

減速後においても、異常判定部２２６がびびり振動を検知しているときには（Ｓ４６のＹ）、処理はＳ４２に戻り、再減速の可否が判定される（Ｓ４２）。減速後においてびびり振動が検知されなければ（Ｓ４６のＮ）、処理は終了する。一方、びびり振動を検知したにもかかわらず回転速度の調整が不可能な場合には（Ｓ４２のＮ）、出力部２１４は警告表示を行う（Ｓ４８）。作業者は、速度調整部２２４による速度調整にもかかわらずびびり振動が解消していないときには切込深さあるいは主軸回転速度を手動で調整することにより、びびり振動を解消する。なお、調整ボタン２５８がタップされていなければ（Ｓ４０のＮ）、Ｓ４２以降の処理はスキップされる。

［総括］
以上、実施形態に基づいて工作機械１００、特に、速度調整装置２００について説明した。
作業者は、高次数領域におけるびびり振動の発生に備えて、あらかじめ設定画面２６０において上限回数、可変範囲および変速単位を設定しておく。高次数領域（低速側）において実際にびびり振動が発生したときには、不安定速度から安定速度に移行させるため、速度調整部２２４はこのときの設定情報にしたがって主軸回転速度を段階的に低速化する。速度調整部２２４は、主軸回転速度の減速と振動レベルの確認を繰り返しながら、安定速度を自動的に探索する。

変速単位を大きくすれば、速度調整に要する時間を短くできる。逆に、変速単位を小さくすれば、主軸回転速度を過度に低下させることなく安定速度に到達できるかもしれない。作業者は、工具Ｔおよび加工条件に応じて自由に最適な変速単位を設定すればよい。

可変範囲および上限回数という制限を設けることにより、主軸回転速度が作業者の想定を超えて低下しすぎるのを防ぐことができる。可変範囲内、あるいは、上限回数未達であっても安定速度に到達できたときにはそれ以上の減速は行われない。このため、過剰に減速をすることなく安定速度を試行錯誤しながら自動的に探し出すことができる。

チューニング画面２３４においては、オーバーライドバー２５０上に、現在の回転速度を示す第１マーク２５２と、変速後の回転速度を示す第２マーク２５４が表示される。回転速度の変化にともなって第１マーク２５２が移動するため、作業者は速度調整過程を直観的に把握しやすくなる。

びびり振動が発生したときには、図７，図８のチューニング画面２３４に示したように警告表示がなされる。作業者はこの警告表示によりびびり振動を即時に認識できる。作業者は警告表示がなされたときには調整ボタン２５８をタップすれば、速度調整部２２４は自動的に安定速度を探索するための速度調整を実行する。

本実施形態における速度調整装置２００は、次数ｋ＜Ｌ１となる低次数領域に対応する速度調整アルゴリズム（低次調整処理）と次数ｋ≧Ｌ１となる高次数領域に対応する速度調整アルゴリズム（高次調整処理）を自動的に使い分けている。このため、作業者が次数（加工条件）を考慮することなく、速度調整装置２００はびびり振動を自動的に解消できる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

［変形例］
本実施形態においては、高次数領域において速度調整装置２００は主軸回転速度を減速することで安定速度を探索するとして説明したが、主軸回転速度を増速することで安定速度を探索するとしてもよい。

作業者が調整ボタン２５８をタップしたことを契機として、速度調整部２２４は段階的な速度調整を連続実行するとして説明した。変形例として、速度調整部２２４は高次数領域においてびびり振動が発生したときには作業者の確認を待つことなく自動的に速度調整を実行してもよい。

速度調整部２２４は、低次数領域（ｋ＜Ｌ１）においてびびり振動が検出された場合であっても、図１２に示したアルゴリズムにしたがって速度調整を実行するとしてもよい。

１００工作機械、１０２加工装置、１０４制御装置、１１０ベッド、１１２コラム、１１４主軸頭、１１６テーブル、１１８主軸、１２０工具ホルダ、１２２ガイドレール、１２４サドル、１２６ガイドレール、１３０加速度センサ、１３２ガイドレール、１３４サドル、１４０信号処理装置、１４２Ａ／Ｄ変換器、１４４ＦＦＴ変換器、１５０ＮＣ、１６０駆動回路、１７０表示装置、２００速度調整装置、２０２ユーザインタフェース処理部、２０４ＮＣインタフェース部、２０６振動取得部、２０８データ処理部、２１０データ格納部、２１２入力部、２１４出力部、２１６速度表示部、２１８設定表示部、２２０回転速度取得部、２２２回転速度設定部、２２４速度調整部、２２６異常判定部、２３０操作画面、２３２ステータス画面、２３４チューニング画面、２３６サンプリング領域、２５０オーバーライドバー、２５２第１マーク、２５４第２マーク、２５６リセットボタン、２５８調整ボタン、２６０設定画面、２６２タブ、２６４可変範囲設定領域、２６６刃数設定領域、２６８工具径設定領域、２７０段階減速ボタン、２７２変速単位設定領域、２７４上限回数設定領域、Ｔ工具、Ｗワーク、ｕ１変速単位

Claims

工作機械の主軸に取り付けられる工具の振動レベルを取得する振動取得部と、
前記工具の回転速度を示す第１マークと、あらかじめ設定された変速単位を示す第２マークにより、現在の回転速度と変速単位の双方を示す速度画面を表示させる速度表示部と、
前記工具の振動レベルが所定値以上である場合に、前記工具の回転速度を前記変速単位ごとに減速するように前記工作機械に指示する速度調整部と、を備え、
前記速度表示部は、前記工具の回転速度の減速指示後に前記速度画面を更新し、かつ、前記工具の回転速度を示す線上に、前記第１マークおよび前記第２マークをそれぞれ表示させ、
前記速度調整部は、前記工具の回転速度の減速後においても前記工具の振動レベルが前記所定値以上のときには、前記変速単位に応じて前記工具の回転速度の減速を前記工作機械に再指示する、速度調整装置。
前記速度表示部は、前記工具の振動レベルが前記所定値以上のときには、警告表示をする、請求項１に記載の速度調整装置。
前記速度調整部は、速度変更の指示回数があらかじめ設定された上限回数未満であることを条件として、前記工具の回転速度の変更を指示する、請求項１に記載の速度調整装置。
作業者から、前記上限回数の設定を受付ける入力部、を更に備える請求項３に記載の速度調整装置。
前記上限回数を設定するための設定画面を表示させる設定表示部、を更に備え、
前記速度画面と前記設定画面はタブによる切り換え表示が可能である、請求項４に記載の速度調整装置。
作業者から、前記変速単位の設定を受付ける入力部、を更に備える請求項１に記載の速度調整装置。
前記速度調整部は、変更後の回転速度があらかじめ設定された可変範囲内であることを条件として、前記工具の回転速度の変更を指示する、請求項１に記載の速度調整装置。
作業者から、前記可変範囲の設定を受付ける入力部、を更に備える請求項７に記載の速度調整装置。
前記速度調整部は、前記工具の振動レベルが前記所定値以上かつ前記下記式に示す次数ｋが所定数未満である場合に、前記工具の回転速度の推奨値を計算し、前記推奨値に前記回転速度を変更する、請求項１に記載の速度調整装置。
次数ｋ＝（６０×ｆ／ｎ×Ｎ）
ｆ：主軸の振動周波数
ｎ：主軸の回転速度
Ｎ：工具の刃数
前記速度調整部は、前記工具の振動レベルが前記所定値以上かつ下記式に示す次数ｋが所定数以上である場合に、前記工具の回転速度の減速を前記工作機械に指示する請求項１に記載の速度調整装置。
次数ｋ＝（６０×ｆ／ｎ×Ｎ）
ｆ：主軸の振動周波数
ｎ：主軸の回転速度
Ｎ：工具の刃数