JPH08155789A - 数値制御工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動の計測から、ワークの本加工、ワーク不
つり合いの修正加工までを連続工程として実行できる数
値制御工作機械を提供する。 【構成】 数値制御工作機械の主制御部は、ワーク本加
工後にワーク振動計測・不つり合い修正処理を実行す
る。Ｓ２２０で、ワーク単体の振動ベクトル、不つり合
い質量を算出し、Ｓ２７０では、ワーク不つり合いの質
量Ｗｘと、修正加工点の位相βmil 及びＳ２３０で読み
出したデータに基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｃ軸で構成され
る三次元座標上状での座標位置、修正加工データを設定
し、Ｓ２９０では、Ｓ２７０及びＳ２８０で定めた座標
位置及び加工詳細に基づいて所定の加工プログラムを実
行する旨の指令を主軸制御ユニットへ出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、設定された加工条件に
基づいて加工プログラムを自動生成するとき、当該加工
条件に対応する所定の切削条件値テーブルを参照して切
削条件値を自動的に決定し該加工プログラム中に設定し
て機械加工を実行する数値制御工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸まわりのローターの質量分布が不
均衡な部品は回転時に全体としてつり合わず、不つり合
いの遠心力は軸と軸受とを経て機枠に伝わる。この力
は、機械に、回転速度と同じ周期の振動を引き起こし、
部品の疲労破壊や、工作機械の主軸における仕上げ面精
度の低下などをもたらす。

【０００３】従来、不つり合いに起因して発生する力や
振動を、ある限度以内に抑えるためには、ローターの質
量分布を調べ、必要ならば、その質量分布を再調整す
る。これを、一般に、つり合わせという。不つり合いの
測定は、回転軸又は機枠に組み付ける前の部品（ロータ
ー）の場合には、つり合い試験機（バランシングマシ
ン）を用いて測定し、一方、機枠に組み付けられた状態
の部品（ローター）の場合には、フィールドバランサを
用いて測定する。

【０００４】この種のつり合い試験機、フィールドバラ
ンサは、ともに、不つり合いを計測する装置であって、
不つり合い質量を補正するために部品やワークを修正加
工する機械機構を備えているわけではない。

【０００５】このため、従来から、工作機械による加工
が終わった段階で、上記試験機などを用いて完成部品の
不つり合いを測定し、この測定結果に基づいて、工作機
械によって、不つり合い修正の加工を行っていた。例え
ば、次に示す修正加工の工程（１）〜（３）によって、
完成部品やワークの不つり合いの補正が行われてきた。 （１）一旦、加工済みワークを数値制御工作機械から取
り外す。そして、バランス試験機に取り付け、回転時の
加工済みワークの振動を計測し、その解析データを採
る。 （２）この解析データから、除去すべき質量（以下、補
正質量という）、補正質量の存在する位置の位相、セン
タからの距離などのデータを所定の演算式によって算出
する。 （３）再び、ワークをチャックに取り付け、算出された
補正データを数値制御工作機械の制御部に入力して、不
つり合い補正のための修正加工を行う。 例え
ば、ワーク不つり合い質量を補正するための加工条件を
設定し、こ の加工条件に対応する切削条件値を
自動的に決定し、この切削条件値を 当該加工プ
ログラム中に設定する。具体的には、補正質量に見合う
径と 深さとを有する穴を、入力データから決定
されるワーク上の補正点に、 所定の切削プログ
ラムに基づいてドリル加工にて空ける。あるいは、補
正質量に見合う弧と深さとを有する溝をエンドミ
ルにて切削する。 実際には一回の修正加工だけでは、不つり合いを補正し
きれないことが多い。そこで、上記（１）、（２）、
（３）の工程を繰り返すことで、不つり合いを許容値範
囲に収まるように修正加工を繰り返す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記数値制御工
作機械においては、不つり合いの補正のために、ワーク
の取り外し、取り付け、修正加工といった作業工程を繰
り返さなければならなかった。また、振動の計測・演算
にも、労力と時間を要した。したがって、生産性の低下
の原因ともなっていた。また、ワークの取り付け・取り
外しを繰り返し行うので、正確な振動の計測が困難であ
り、不つり合い質量の算出についても誤差が大きいとい
う問題もあった。

【０００７】このようなことから、ワークの不つり合い
計測及び不つり合い補正の修正加工がワークの本加工に
引き続いて、一連の連続工程として行うことができる数
値制御工作機械が、久しく求められていた。

【０００８】そこで本発明の目的は、振動の計測から、
ワークの本加工、ワーク不つり合いの修正加工までを連
続工程として実行できる数値制御工作機械を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、設定された加工条件に基づいて加工プログラムを
自動生成するとき、当該加工条件に対応する所定の切削
条件値テーブルを参照して切削条件値を自動的に決定し
該加工プログラム中に設定して機械加工を実行する数値
制御工作機械において、主軸回転時に質量不つり合いに
起因して発生する、主軸の振動あるいは主軸と主軸に取
り付けられた負荷との総合振動を検出する振動検出手段
と、主軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、上
記振動検出手段により検出された振動と上記回転角度検
出手段により検出された回転角度とに基づいて主軸の振
動スペクトルあるいは主軸と負荷との総合振動スペクト
ルを解析し、該振動スペクトルあるいは該総合振動スペ
クトルから主軸回転速度に対応する振動周波数帯域にあ
る特定スペクトルを抽出し、該特定スペクトルから主軸
の振動振幅及び振動位相あるいは主軸と負荷との総合の
振動振幅及び振動位相を検出する振動スペクトル解析手
段と、該振動スペクトル解析手段によって検出された振
動振幅と振動位相とに基づいて、主軸の振動ベクトルあ
るいは主軸と負荷との総合振動ベクトルを表すデータを
生成する振動ベクトルデータ生成手段と、該振動ベクト
ルデータ生成手段によって生成された、主軸の振動ベク
トルデータならびに負荷として質量が既知の試し重りを
主軸に取り付けたときの主軸と試し重りとの総合振動ベ
クトルデータとから、試し重り単体の振動ベクトルデー
タを演算する試し重り振動ベクトル演算手段と、該振動
ベクトルデータ生成手段によって生成された、主軸の振
動ベクトルデータならびに負荷としてワークを主軸に取
り付けたときの主軸とワークとの総合振動ベクトルデー
タから、ワーク単体の振動ベクトルデータを演算するワ
ーク振動ベクトル演算手段と、上記試し重り振動ベクト
ル演算手段により演算された試し重り単体の振動ベクト
ルデータと上記ワーク振動ベクトル演算手段により演算
されたワーク単体の振動ベクトルデータとから、当該ワ
ークにおける不つり合いの質量を演算する不つり合い質
量演算手段と、該演算されたワーク不つり合い質量が所
定の許容質量範囲外にあるか否かを判断する判断手段
と、該判断手段によりワーク不つり合い質量が許容質量
範囲外にあるとの肯定判断がなされると、上記不つり合
い質量演算手段により演算されたワーク不つり合い質量
と上記ワーク振動ベクトル演算手段によって演算された
ワーク単体の振動ベクトルとに基づいて、ワークの不つ
り合いを補正するための加工条件を設定する加工条件設
定手段と、を備えたことを特徴とする数値制御工作機械
にある。

【００１０】

【作用】以上のように構成された本発明の数値制御工作
機械によれば、振動スペクトル解析手段が、振動検出手
段により検出された振動の大きさと、回転角度検出手段
により検出された回転角度とに基づいて、主軸の振動ス
ペクトルあるいは主軸と負荷との総合振動スペクトルを
解析する。続いて、その振動スペクトルから主軸回転速
度に対応する振動周波数帯域にある特定スペクトルを抽
出し、その特定スペクトルから主軸の振動振幅及び振動
位相を、あるいは主軸と負荷との総合の振動振幅及び振
動位相を検出する。

【００１１】この検出された振動振幅と振動位相とに基
づいて、振動ベクトルデータ生成手段が、主軸の振動ベ
クトルあるいは主軸と負荷との総合振動ベクトルを表す
データを生成する。すると、試し重り振動ベクトル演算
手段が、その主軸の振動ベクトルデータならびに負荷と
して質量が既知の試し重りを主軸に取り付けたときの主
軸と試し重りとの総合振動ベクトルデータとから、試し
重り単体の振動ベクトルデータを演算する。この総合振
動ベクトルは、主軸の振動ベクトルと試し重り単体の振
動ベクトルとの合成ベクトルにほかならない。よって、
具体的には、総合振動ベクトルから主軸の振動ベクトル
を減算することで、試し重り単体の振動ベクトル（デー
タ）が求められる。そして、ワーク振動ベクトル演算手
段が、振動ベクトルデータ生成手段によって生成され
た、主軸の振動ベクトルデータならびに負荷としてワー
クを主軸に取り付けたときの主軸とワークとの総合振動
ベクトルデータから、ワーク単体の振動ベクトルデータ
を演算する。この総合振動ベクトルデータは、主軸の振
動ベクトルとワークの振動ベクトルとの合成ベクトルに
ほかならない。よって、具体的には、総合振動ベクトル
から主軸の振動ベクトルを減算することで、ワーク単体
の振動ベクトル（データ）が求められる。

【００１２】続いて、不つり合い質量演算手段が、試し
重り単体の振動ベクトルデータとワーク単体の振動ベク
トルデータとから、当該ワークにおける不つり合いの質
量を演算する。例えば、公知のように、主軸回転数が一
定のとき、振動振幅は不つり合いの大きさに比例する。
加えて、試し重りは質量が既知である。よって、ワーク
単体の振動ベクトルの大きさ（有効線分）を試し重り単
体の振動ベクトルの大きさ（有効線分）で除したもの
に、試し重り質量を乗ずれば、ワークの不つり合い質量
が求められる。

【００１３】そこで判断手段が、その演算されたワーク
不つり合い質量について、所定の許容質量範囲外にある
か否かを判断する。ここにおいて、ワーク不つり合い質
量が許容質量範囲外にあるとの肯定判断がなされると、
加工条件設定手段が、ワーク不つり合い質量と、ワーク
単体の振動ベクトルデータとに基づいて、ワークの不ふ
つりあいを補正するための加工条件を設定する。

【００１４】すると、数値制御工作機械においては、設
定された加工条件に基づいて加工プログラムを自動生成
の際に、当該加工条件に対応する所定の切削条件値テー
ブルを参照して切削条件値を自動的に決定し該加工プロ
グラム中に設定し、不つり合いを補正するための機械加
工を実行する。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず、図１は本発明を適用した自動加工システムの
概略構成を表す説明図、図２は数値制御工作機械におけ
る機械各部の配置を示す説明図、図３は数値制御工作機
械における主制御部の主要構成を表すブロック図、図４
は振動計測装置の概略構成を表すブロック図である。

【００１６】図に示すように、自動加工システム１は、
大きくみて、数値制御工作機械３と、振動計測装置５と
を中心にして構成され、数値制御工作機械３には、ワー
ク加工部１０と主制御部３０とが、主要部として備えら
れている。

【００１７】図１及び図２に示すように、数値制御工作
機械３のワーク加工部１０には、主軸１１及び主軸台１
２、ミル軸を備える刃物台１３、タレット１４、表示装
置１５などを備える操作盤１６などがある。主軸１１に
はチャック２０が装着されている。図には示されてはい
ないが、主軸１１の軸線上に、主軸１１に対向する形
で、もう一つの主軸が配設されている。二つの主軸台は
共に同軸上にあって水平方向にそれぞれ独立で移動自在
に設けられている。これら二つの主軸にて表裏一、二工
程連続加工が可能なように機械構成がなされている。刃
物台１３には、各種工具の外に、振動計測に使う試し重
り取り付け器具（不図示）、ロウ付け又はハンダ付け可
能な注入器具（不図示）も備えられている。これら工具
・器具は、振動計測や機械加工の際に、刃物台１３から
取り出され、所定の取り付け位置にセットされる。な
お、機械各部の機能は数値制御工作機械の構成部分とし
て周知であるので詳細説明は省略する。

【００１８】操作盤１６には、切削送り速度を加減調整
するためのオーバードライブキー、主軸周速を加減調整
するためのオーバードライブキー、プログラムされてい
る切削送り速度や主軸周速の設定値の書き換えを指令す
るための指令キー（いずれも不図示）、ワークの不つり
合いを計測を指令する指令キーなどが接続されている。
表示装置１５には、加工に関するデータや、作業プロセ
スなどが標示される。

【００１９】図３に示すように、主制御部３０には、論
理演算回路として構成され情報処理機能をもつ中央情報
処理ユニット３１が設けられ、バス線３２を介して、十
分な記憶容量を有するメインメモリ３３、システム制御
プログラムが格納されたシステム制御プログラムメモリ
３４、機械加工用のプログラムが格納された加工プログ
ラムメモリ３５、振動計測用のプログラムが格納された
計測プログラムメモリ３６、データの一時的格納や演算
処理のためのワークエリアとなるワークメモリ３７、外
部ユニットとの信号の入出力及び処理を行う第１インタ
ーフェース３８、外部機器と信号の入出力及び処理を行
う第２インターフェース３９に、内部接続されている。

【００２０】システム制御プログラムメモリ３４には、
自動加工システム１の全体を制御するためのシステム制
御処理プログラムが格納され、加工プログラムメモリ３
５には、各種ワークに対応した加工プログラム生成・実
行制御のための処理、データ書き換え・加工条件設定や
切削条件設定のための各種処理などのプログラム、ワー
ク加工のための切削条件値や初期値など各種データを網
羅したデータ参照テーブルなどが格納されている。

【００２１】第１インターフェース３８に外部接続され
るのは、振動計測装置５のほかに、主軸制御ユニット４
０、Ｘ軸・Ｚ軸のサーボモータＳＭｘ・ＳＭｚを制御す
るためのＸ軸サーボユニット４１・Ｚ軸サーボユニット
４２、ミル軸の駆動を制御するミル軸サーボユニット４
３などがある。第２インターフェース３９に外部接続さ
れる機器としては、操作盤１６、各種センサ４４、手動
パルスハンドル４５、プリンタ４６などがある。

【００２２】主軸制御ユニット４０は、モータドライバ
として構成され、主軸モータＭの回転駆動を直接に制御
する。主軸モータＭにはトランスデューサ（不図示）が
設けられ、主軸モータＭの回転角度量を検出する。Ｘ軸
サーボユニット４１、Ｚ軸サーボユニット４２、ミル軸
サーボユニット４３も、それぞれモータドライバとして
構成され、サーボモータＳＭｘ，ＳＭｚ・ミル軸モータ
（不図示）の駆動をそれぞれ直接に制御する。

【００２３】このように構成された自動加工システム１
では、その起動時に、数値制御工作機械３の主制御部３
０が、加工条件の一覧やパターン、切削条件値のマニュ
アル設定あるいは自動設定かの選択画面などを表示装置
１５に出力する。マニュアル設定が選択されると、加工
条件の項目及び細目の一覧を出力する。続いて、段取り
情報画面を表示１５に出力する。例えば、加工の概況を
示す情報画面、チャック及び外爪の形状・寸法などの詳
細を示す情報画面、加工形状の詳細を示す情報画面、使
用工具の詳細を示す情報画面などが示される。このよう
に加工に関するあらゆる情報が目で確認しやすい形式で
出力される。また、キーボード（不図示）からプリント
指令が入力されると、表示出力と同形式の段取り情報シ
ートがプリンタ４６から出力される。

【００２４】主制御部３０が、加工プログラムメモリ３
５から、加工すべきワーク種別に対応した加工プログラ
ムを読み出し実行することで、加工作業のための制御を
行う。例えば、操作盤１６から入力された加工条件に基
づいて加工プログラムを自動生成するときには、当該ワ
ークの加工条件に対応する加工プログラムメモリ３５内
の切削条件値テーブルを参照して、当該ワークの切削条
件値を自動的に決定し、当該加工プログラム中に設定す
る。その加工プログラムにおいては、例えば、主軸１１
の原点（いわゆるＣ軸原点）からの角度を求めて、Ｃ軸
制御によるミーリング加工などの加工工程を実行する。
また主制御部３０は、加工プログラムを周知のＥＩＡ／
ＩＳＯコードなどによる実行制御プログラムへとコンパ
イラする。そして、生成された実行制御プログラムに従
って数値制御工作機械３の機械駆動系を制御してワーク
の加工を実行する。なお、これら実行制御プログラムの
内容は周知事項であるので、詳細は省略する。

【００２５】図４に示すように、振動計測装置５は、セ
ンサ類５１，５２と、入力インターフェース５５と、Ｄ
ＦＴ演算ユニット５６と、入出力インターフェース５７
とを備え、主軸回転時の、主軸１１の振動、主軸１１に
試し重りを付けたときの振動、主軸１１とワークとの総
合振動を計測し、その振動スペクトルを解析する。振動
計測装置５は、数値制御工作機械３の主制御部３０から
指令信号が入力されると計測を行い、計測・解析のデー
タ（振動の振幅μm 及び位相α）を主制御部３０へ出力
する。

【００２６】振動センサ５１は、圧電型加速度ピックア
ップと呼ばれ、振動の大きさを圧力として測定し電気信
号Ｓ１を出力する。エンコーダ５２は、光学式シャフト
・エンコーダと呼ばれ、主軸１１に直結した回転ディス
ク（不図示）が回転すると、その回転ディスクのスリッ
ト（不図示）を通過する光を感知して回転速度に応じた
周期のパルス信号Ｓ２を出力する。

【００２７】なお、振動センサ５１は、ピエゾ素子を用
いた半導体圧力センサや非接触型のうず電流変位検出セ
ンサでもよい。また、エンコーダ５２は磁気式のエンコ
ーダでもよいし、あるいは、数値制御工作機械３に予め
備えられているトランスデューサ（不図示）が出力する
電気信号を利用してもよい。この場合には、振動計測装
置５の部品数や信号線を減らすことができる。

【００２８】入力インターフェース５５は、振動センサ
５１から入力されるアナログのレベル信号Ｓ１を、サン
プル・ホールドしてディジタルデータＤ１に変換するＡ
／Ｄ変換器５５ａと、ディジタルのレベルデータＤ１を
一時的に格納・蓄積するためのメモリ５５ｂと、エンコ
ーダ５２からの入力信号Ｓ２を方形波の同期信号Ｄ２に
整形する波形整形回路５５ｃとを主要部として備えてい
る。

【００２９】ＤＦＴ演算ユニット５６は、論理演算回路
として構成され、周知のＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート
（いずれも不図示）ワンチップ・マイクロコンピュータ
ユニットであり、離散的フーリエ変換（Descrete Fouri
er Transform）の高速演算を行う。ＤＦＴ演算ユニット
５６では、レベルデータＤ１について離散的フーリエ級
数演算を実行して振動を解析する。本実施例では、入力
されたディジタルデータＤ１及び同期信号Ｄ２に基づい
て、離散的フーリエ変換の演算によって振動スペクトル
を解析する。その解析から、主軸回転数成分の特定スペ
クトルを抽出して、その振動振幅及び位相を求める。

【００３０】入出力インターフェース５７は、ＤＦＴ演
算ユニット５６で求められた振動振幅及び位相のディジ
タルデータを信号として、数値制御工作機械３の主制御
部３０へ出力する。また、主制御部３０から計測指令信
号が入力されると、入力インターフェース５５に振動セ
ンサ５１及びエンコーダ５２からの信号取り込みを指令
する。

【００３１】なお、振動振幅Ｓの単位は［μm ］（ミク
ロン）であり、位相αの単位は［度］で表される。ま
た、上記の演算は、離散的フーリエ演算の計算方法とし
て周知であるので、詳細は省略する。また、本実施例で
は、ＤＦＴ演算ユニット５６、離散的フーリエ演算を実
行して振動の振幅及び位相を算出したが、このほかにＦ
ＦＴ（Fast Fourier Transform）と呼ばれる高速フーリ
エ演算を実行することで算出してもよく、さらに、高速
フーリエ演算用の中央演算処理ユニット（いわゆるＤＳ
Ｐ)を用いてフーリエ変換を高速で実行してもよい。

【００３２】上記のように構成された自動加工システム
１では、数値制御工作機械３の主制御部３０が、ワーク
加工の前に、まずもって、基準振動の計測処理を実行す
る。以下、図５及び図６を参照しながら、図７のフロー
チャートに沿って本処理について説明する。

【００３３】処理を開始すると、まずステップ１００
で、無負荷・試し重り無しの状態で、所定回転速度、所
定時間、主軸１１を回転させる運転モードに入る旨の指
令を、主軸制御ユニット３０へ指令すると共に、振動の
計測指令（以下、第１計測という）を振動計測装置５へ
出力する。図５の（ａ）欄に、第１計測の様子を模式的
に示す。続いて、ステップ１１０で、試し重りＤを主軸
１１の所定位置に取り付ける旨の指令をミル軸サーボユ
ニット４３へ出力する。この処理の実行によって、主軸
１１の所定位置Ｐｔに質量Ｗｔ［g ］の試し重りＤが取
り付けられる。所定位置Ｐｔは、例えば、主軸１１の回
転軸座標の０度、いわゆるＣ軸原点にあって、回転軸心
から所定距離ｒの位置に取り付けられる（以下、このＣ
軸座標における角度位置をＣ軸位相と呼ぶ）。なお本実
施例では、上記所定距離ｒは、後述の回転軸中心から修
正加工点までの距離に基づいて設定される。

【００３４】続いて、ステップ１２０では、ステップ１
１０で実行した第１計測と同じ所定時間、所定回転速度
で主軸１１を回転させる運転モードに入る旨の指令を、
ミル軸サーボユニット４３へ出力すると共に、振動の計
測指令（以下、第２計測という）を振動計測装置５へ出
力して、ステップ１３０へ進む。図５の（ｂ）欄に、第
２計測の様子を模式的に示す。

【００３５】ステップ１３０では、振動計測装置５か
ら、計測結果データ（振動の振幅μm及び位相α）が入
力されると、その入力データからベクトルデータを作成
し、試し重り単体Ｄの振動ベクトルを算出するための処
理を実行する。具体的には、振動の振幅・位相につい
て、第１及び第２計測時の入力データを、Ｓａ・αａ及
びＳｂ・αｂとすると、第１計測時の振動ベクトルはＶ
ａ（Ｓａ，αａ），第２計測時の振動ベクトルＶｂ（Ｓ
ｂ，αｂ）と表される。第２計測時の振動ベクトルＶｂ
から、第１計測時の振動ベクトルＶａを減じると、試し
重り単体Ｄの振動ベクトルが求められる。したがって、
試し重り自体Ｄの振動ベクトルをＶｔ（Ｓｔ，αｔ）と
すると、公知のように、 Ｖｂ−Ｖａ＝Ｖｔ・・・（Ａ） である。したがって、式（Ａ）から、ベクトル演算によ
って試し重り単体Ｄの振動ベクトルＶｔを求めることが
できる。このベクトル演算は、図６の（ａ）欄に示すよ
うに、次のように展開される。 ｜Ｖｔ｜＝（｜Ｖａ｜²＋｜Ｖｂ｜²−２｜Ｖａ｜・｜Ｖ
ｂ｜cosθ₁）^1/2＝｛（Ｓａ）²＋（Ｓｂ）²−２（Ｓ
ａ）（Ｓｂ）cosθ₁｝^1/2＝Ｓｔ θ₁ ＝αａ−αｂ θ₂ ＝αｂ−αｔ＝cos^-1（｜Ｖｂ｜²＋｜Ｖｔ｜²−｜
Ｖａ｜²）／２｜Ｖｂ｜・｜Ｖｔ｜＝cos^-1｛（Ｓｂ）²
＋（Ｓａ）²−（Ｓｔ）²／２Ｓｂ・Ｓｔ｝ αｔ＝αｂ−θ₂ αｔは、試し重りＤがＣ軸位相では０度の位置にある。
つまり、ワークＷの不つり合い質量が集中しているとみ
なす点の位相（計測位相）αｗは、Ｃ軸位相では角度
（αｗ−αｔ）として表される。

【００３６】なお、本実施例では、逆三角関数の演算に
よって振動ベクトルの角度を求めたが、変換用のデータ
テーブルを予め作成しておいて、θ₂ ,αｔを求めても
よい。この場合には、演算にかかる処理時間が短縮さ
れ、本処理がより高速に実行される。

【００３７】続いて、ステップ１４０では、求められた
ベクトルＶｔ（Ｓｔ，αｔ），Ｖａ（Ｓａ，αａ），Ｖ
ｂ（Ｓｂ，αｂ）のデータをデフォルト値として、ワー
クメモリ３７内の所定エリアに格納し、一旦処理を終了
する。

【００３８】上記の処理の結果、試し重り単体Ｄの振動
ベクトルＶｔ（Ｓｔ，αｔ）が求められる。この振動ベ
クトルＶｔは、とりもなおさず、主軸１１に一定の不つ
り合い（質量Ｗｔ［g］で位相αｔ）を付加して計測し
た振動ベクトルである。したがって、文献公知のように
（例えば、城戸健一 編著『ＦＦＴアナライザ活用マニ
アル』日本プラントメンテナンス協会発行、日本能率協
会発売）、不つり合いに起因する振動は、 （１）振動数は主軸回転数に等しい （２）回転数が一定のとき、振動振幅は不つり合いの大
きさ（g-mm）に比例する （３）位置は振動位相に関係する（不つり合い質量がほ
ぼ一点に集中しているとみなす） このような理由から、試し重り単体Ｄの振動ベクトルＶ
ｔは、ワークＷの不つり合いに起因する振動ベクトルを
算出するための基準となる。ワークＷの振動ベクトルを
Ｖｘ（Ｓｘ，αｘ）とすると、その不つり合いの質量Ｗ
ｘは、次式で表される。 Ｗｘ＝（Ｓｘ／Ｓｔ）×Ｗｔ・・・（Ｂ） このＷｔは影響係数といわれている。試し重りＤについ
ては、質量Ｗｔと位置Ｐｔとが既知である（既に述べた
ように、その位置Ｐｔとは、Ｃ軸原点であり、Ｃ軸位相
βｔ＝０である）。そして、上記の処理によって、試し
重り単体Ｄの振動ベクトルＶｔ（Ｓｔ，αｔ）が求めら
れた。したがって、ワークの振動ベクトルＶｘ（Ｓｘ，
αｘ）を計測すれば、（Ｂ）式からワークの不つり合い
の質量Ｗｘが求めることができる。

【００３９】次に、主制御部３０は、ワークの本加工が
終了すると、ワーク振動計測・不つり合い修正処理を実
行する。以下、図５及び図６を参照しながら、図８のフ
ローチャートに沿って本処理について説明する。

【００４０】処理を開始すると、まずステップ２００
で、加工済みのワークＷがチャック２０に装着されてい
ることを確認し、ステップ２１０へ進む。ステップ２１
０では、第１及び第２計測のときと同じ所定時間、所定
回転速度で主軸１１を回転させる運転モードに入る旨の
指令を、主軸制御ユニット３０へ指令すると共に、振動
の計測（以下、第３計測という）を、振動計測装置５へ
指令する。そして、振動計測装置５から、計測結果デー
タ（振動の振幅μm 及び位相α）が入力されるのを待っ
て、ステップ２２０へ進む。図５の（ｃ）欄に、第３計
測の様子を模式的に示す。

【００４１】ステップ２２０では、第３計測データから
ベクトルデータを作成し、ワークＷを装着したときの主
軸１１の不つり合いの大きさ、及びワークＷ単体の不つ
り合い質量を算出するための処理を実行する。具体的に
は、第３計測時の振動の振幅・位相についての入力デー
タを、Ｓｃ・αｃと表すと、その振動ベクトルはＶｃ
（Ｓｃ，αｃ）と表される。ワークなし・試し重りなし
の振動ベクトルＶａ（Ｓａ、αａ）については、１計測
にて計測済みであるので、ワーク単体の振動ベクトルＶ
ｘ（Ｓｘ，αｘ）は、 Ｖｘ＝Ｖｃ−Ｖａ ｜Ｖｘ｜＝（｜Ｖｃ｜²＋｜Ｖａ｜²−｜Ｖｃ｜・｜Ｖａ
｜cosθ₃）^1/2 θ₃＝αｃ−αａ θ₄＝cos^-1{(｜Ｖａ｜²＋｜Ｖｘ｜²−｜Ｖｃ｜²)／２｜
Ｖａ｜・｜Ｖｘ｜}^1/2 αｘ＝θ₃＋θ₄＋αａ ｜Ｖｘ｜＝Ｓｘが求められたので、（Ｂ）式より、ワー
クの不つり合い質量は、 Ｗｘ＝（Ｓｘ／Ｓｔ）×Ｗｔ であるので、試し重りＤの計測位相αｔは、既に、上記
の基準振動の計測処理によって求められており、試し重
りＤのＣ軸位相βｔは既知である。ワーク単体の振動ベ
クトルＶｘの計測位相αｘが求められたので、ワークの
不つり合い点のＣ軸位相βｘは、 βｘ＝（αｘ−αｔ）＋βｔ ここで、試し重りＤの取り付け位置がＣ軸原点であるの
で、βｔ＝０である。したがって、修正加工点のＣ軸位
相βｘは、次式で表される。 βｘ＝αｘ−αｔ

【００４２】次いで、ステップ２３０へ進み、加工プロ
グラムメモリ３５内の切削条件値テーブルから修正加工
データを読み出す。修正加工データは、加工プログラム
の中に設けられたデータテーブルに、ワーク種類に応じ
予め設定されている。修正加工データとしては、例え
ば、回転軸中心から修正加工点までの距離ｒ、ワーク不
つり合いを補正するための修正加工内容（穴加工、エン
ドミル加工など）、ワーク材質の比重に応じた修正加工
の大きさ（ドリル加工のときは穴の径・深さ、エンドミ
ル加工のときは円弧の長さなど）、修正形態に対応した
工具種類、工具径などがある。さらに、ステップ２４０
で、ワーク種類別に予め定められているワーク加工精度
に関するデータテーブルから、不つり合い質量の許容範
囲Ｍを読み出す。なお、不つり合い質量の最大許容値Ｍ
は、完成ワークの最大回転速度における許容振動振幅な
どによって予め定められている。

【００４３】続いてステップ２５０では、ステップ２２
０で求めたワークの不つり合い質量Ｗｘが、ステップ２
４０で読み出した不つり合い質量の最大許容値Ｍを越え
ているか否かを判断する。この判断処理において、最大
許容値Ｍを越えていない、すなわち最大許容値Ｍ以下で
あるとの否定判断がなされると、ステップ４００へ進
む。一方、最大許容値Ｍを越えているとの肯定判断がな
されたときは、ステップ２６０へ進む。

【００４４】ステップ２６０では、修正加工のための工
程が用意されているか否かを判断する。この判断処理に
おいて、修正工程が用意されていないと否定判断がなさ
れたときには、ステップ４００に進む。一方、修正工程
が用意されていると肯定判断したときには、ステップ２
７０へ進む。

【００４５】ステップ２７０では、ワーク不つり合いの
質量Ｗｘと、修正加工点の位相βmil 及びステップ２３
０で読み出したデータに基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｃ軸で
構成される三次元座標上での座標位置、修正加工データ
を設定する。

【００４６】ステップ２８０では、不つり合い量を数値
制御工作機械３の加工プロラグムで必要とされるデータ
形式で加工詳細を決定するための処理を実行する。具体
的には、除去すべき質量（以下、補正質量ｍという）
と、角度、及び位置のデータ、及びワークＷの材質情報
とから、加工態様（穴空け加工、エンドミル加工な
ど）、加工穴の径・深さ、指定工具などのデータからな
るデータテーブルを生成する。なお、補正質量ｍは不つ
り合い量Ｗｘを最大質量として設定され、完成ワークの
定格重量の範囲から制約される。

【００４７】続いて、ステップ２９０では、ステップ２
７０で定めた座標位置及びステップ２８０で設定した加
工詳細に基づいて所定の加工プログラムを実行する旨の
指令を、主軸制御ユニット４０、Ｘ軸及びＺ軸のサーボ
ユニット４１，４２、ミル軸サーボユニット４３へ出力
する。この処理は数値制御工作機械の加工制御として周
知であり、また本発明の要部ではないので、説明は省略
する。

【００４８】ステップ３００では、修正加工実行回数が
所定の制限回数未満であるか否かを判断する。この判断
処理において修正加工実行回数が制限回数未満であると
の肯定判断がなされたときには、ステップ２１０に戻
る。つまり、再度ステップ２１０からステップ２９０の
処理を繰り返す。一方、修正加工実行回数が制限回数以
上であるとの否定判断がなされたときには、ステップ４
００へ進む。

【００４９】一方、ステップ２５０から、またステップ
２６０から、あるいはステップ３００から、ステップ４
００へ進むと、この処理において、不つり合い質量Ｗ
ｘ、位相をワークメモリ３７の所定エリアに格納して、
処理を終了する。

【００５０】なお、上記のステップ２８０において実行
される修正加工の詳細決定処理には、いくつかの形態が
ある。この場合には、それぞれの形態に応じた修正加工
の詳細を定めるようにする。以下、図９に沿って具体例
について説明する。 （１）図９の（ａ）欄に示すように、修正加工位置デー
タとして、修正加工点までの距離ｒとＣ軸位相βmil と
で決定される位置に、一つの修正加工点（ここでは、仮
に、基準点ＰCNT という）を設定する。 （２）図９の（ｂ）欄に示すように、ワーク不つり合い
質量Ｗｘが所定量Ｗｄを越えるときには、基準点ＰCNT
に加えて、修正加工点を複数箇所に設定する。例えば、
半径ｒの円周上において、基準点を中心としてピッチｈ
で、複数の修正加工点（Ｐ１，Ｐ２，・・・）を設定す
る。このときには、まず、基準点ＰCNT にて、所定質量
Ｗｄの分を修正加工する。次に、修正加工点（Ｐ１，Ｐ
２，・・・）にて、残りの補正質量分については、これ
を等分して修正加工点（Ｐ１，Ｐ２，・・・）に割り当
ててドリル加工の深さを設定する。ただし、修正加工点
Ｐｎは、基準点から中心角でδ以内の範囲で、総数がＮ
以下とする制約条件を、ワーク種類に応じて設定してお
く。 （３）図９の（ｃ）欄に示すように、基準点ＰCNT がワ
ークＷのボルト座面Ｂ（ダウェルピンの外側）に位置す
るときには、基準点ＰCNT には修正加工点を設定しな
い。その代わりに、基準点ＰCNT を中心として時計方向
及び反時計方向にピッチｉ（または、中心角ε）で、２
箇所に、修正加工点Ｐ１，Ｐ２を設定する。このときに
は、補正質量ｍを等分して修正加工点Ｐ１，Ｐ２に割り
当ててドリル加工の深さを設定する。さらに、追加の修
正加工点（Ｐ３，・・・）の設定を要するときには、修
正加工点Ｐ１の時計方向の外側及びＰ２の反時計方向の
外側に、より小さなピッチｊ（または、中心角ζ）で、
２箇所に設定する。補正質量ｍについては、修正加工点
Ｐ１，Ｐ２での加工後に、ステップ２２０で算出される
ワークの不つり合い質量Ｗｘを、最初のときと同様にし
て等分して配分する。 （４）図９の（ｄ）欄に示すように、エンドミル加工の
ときは、基準点ＰCNTを中心に、円弧の長さＬ（また
は、中心角η）・深さｄの溝加工によってワーク不つり
合いを修正する。ワーク不つり合い質量Ｗｘの大きさに
応じて円弧Ｌの長さが決定される。２回目以降の修正加
工は、上記条件のうち、補正質量ｍに応じた深さの加工
を追加する形で修正加工を行う。

【００５１】以上説明したように本実施例では、自動加
工システム１において、主制御部１０が、本加工に先だ
って、振動の計測及びワークの不つり合い質量及び不つ
り合い点の算出のための各処理を実行する。続いて、本
加工のための所定の各処理を実行する。そして、ワーク
不つり合い質量とワーク単体の振動ベクトルとに基づい
て、ワークの不つり合いを補正するための加工条件を設
定する。この加工条件に対応する切削条件値テーブルを
参照して切削条件値を決定して加工プログラム中に設定
して修正加工を実行する。

【００５２】そのため、不つり合いの計測、ワークの本
加工から修正加工までを連続した工程として自動実行す
ることができる。したがって、労力の軽減、生産性の向
上にも功を奏する。

【００５３】また従来は、ワークの取り付け・取り外し
を繰り返し行うために、正確な振動の計測が困難であ
り、不つり合い質量の算出についての誤差が大きいとい
う問題があったが、本実施例では、修正加工の際にワー
クの取り付け・取り外しを行わずに振動計測・修正加工
を一連の連続工程として実行するので、振動計測の精
度、不つり合いの補正精度の向上に功を奏する。加え
て、従来は、鋳物や溶断材などの異形材を素材とするワ
ーク、回転部品の回転中心に対して対称でない位置に穴
加工や切欠き加工が施された完成部品など、不つり合い
の計測及び修正加工に、多数の工程と時間を要したが、
本実施例では、工程数が削減されると共に、計測・本加
工・修正加工までの一貫工程が実現されている。

【００５４】さらに、不つり合いの補正のための修正加
工の形態が、ワークの形状に応じて選択されて実行され
るので、完成ワークの機能に支障が生じることがない。

【００５５】なお、本実施例ではワークの不つり合い
を、穴あけ加工やエンドミル加工によって、修正した
が、ワーク質量を減らすことができない場合には、ワー
ク不つり合いの主軸回転軸を中心としての対向位置（Ｃ
軸座標での＋１８０度の位置）に、穴あけ・タップ加工
を施し、この穴に、比重の大きい金属ネジはめ込むを、
あるいはロウ付けにより穴を充てんする。このようにし
て、不つり合いを補正する。あるいは、補正質量に見合
う重りを、補正点とは対向する点に、取り付けてもよ
い。

【００５６】上記の場合には、ワーク質量を減じること
なく、不つり合いの補正ができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の数値制御工
作機械によれば、ワークの振動スペクトル解析から、試
し重り単体の振動ベクトルとワーク単体の振動ベクトル
とを算出し、これら振動ベクトルから当該ワークの不つ
り合い質量を演算する。さらに、そのワーク不つり合い
質量と上記ワーク単体の振動ベクトルとに基づいて、ワ
ークの不つり合いを補正するための加工条件を設定す
る。そして、設定加工条件に基づいて加工プログラムを
自動生成するとき、その加工条件に対応する切削条件値
テーブルを参照して切削条件値を自動的に決定して該加
工プログラム中に設定して機械加工を実行する。それゆ
え、本発明の数値制御工作機械において、振動の計測か
ら、ワークの本加工、そしてワーク不つり合いの修正加
工までを、一貫した連続工程として自動実行することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の自動加工システムの概略構成を表す説
明図である。

【図２】数値制御工作機械の機械配置を表す説明図であ
る。

【図３】主制御部の主要構成を表すブロック図である。

【図４】振動計測装置の概略構成を表すブロック図であ
る。

【図５】振動計測を模式的に表した説明図である。

【図６】振動ベクトルの演算の説明図である。

【図７】主制御部で実行される基準振動計測処理のフロ
ーチャートである。

【図８】主制御部で実行されるワーク振動計測処理のフ
ローチャートである。

【図９】修正加工の各種形態の説明図である。

【符号の説明】

１・・・自動加工システム ３・・・数値制御工作機械 ５・・・振動計測装置 ３０・・・主制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中平 真一 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 ヤマザキマザック株式会社工場内 (72)発明者 茂木 洋一 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 ヤマザキマザック株式会社工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】設定された加工条件に基づいて加工プログ
   ラムを自動生成するとき、当該加工条件に対応する所定
   の切削条件値テーブルを参照して切削条件値を自動的に
   決定し該加工プログラム中に設定して機械加工を実行す
   る数値制御工作機械において、 主軸回転時に質量不つり合いに起因して発生する、主軸
   の振動あるいは主軸と主軸に取り付けられた負荷との総
   合振動を検出する振動検出手段と、 主軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、 上記振動検出手段により検出された振動と上記回転角度
   検出手段により検出された回転角度とに基づいて主軸の
   振動スペクトルあるいは主軸と負荷との総合振動スペク
   トルを解析し、該振動スペクトルあるいは該総合振動ス
   ペクトルから主軸回転速度に対応する振動周波数帯域に
   ある特定スペクトルを抽出し、該特定スペクトルから主
   軸の振動振幅及び振動位相あるいは主軸と負荷との総合
   の振動振幅及び振動位相を検出する振動スペクトル解析
   手段と、 該振動スペクトル解析手段によって検出された振動振幅
   と振動位相とに基づいて、主軸の振動ベクトルあるいは
   主軸と負荷との総合振動ベクトルを表すデータを生成す
   る振動ベクトルデータ生成手段と、 該振動ベクトルデータ生成手段によって生成された、主
   軸の振動ベクトルデータならびに負荷として質量が既知
   の試し重りを主軸に取り付けたときの主軸と試し重りと
   の総合振動ベクトルデータとから、試し重り単体の振動
   ベクトルデータを演算する試し重り振動ベクトル演算手
   段と、 該振動ベクトルデータ生成手段によって生成された、主
   軸の振動ベクトルデータならびに負荷としてワークを主
   軸に取り付けたときの主軸とワークとの総合振動ベクト
   ルデータから、ワーク単体の振動ベクトルデータを演算
   するワーク振動ベクトル演算手段と、 上記試し重り振動ベクトル演算手段により演算された試
   し重り単体の振動ベクトルデータと上記ワーク振動ベク
   トル演算手段により演算されたワーク単体の振動ベクト
   ルデータとから、当該ワークにおける不つり合いの質量
   を演算する不つり合い質量演算手段と、 該演算されたワーク不つり合い質量が所定の許容質量範
   囲外にあるか否かを判断する判断手段と、 該判断手段によりワーク不つり合い質量が許容質量範囲
   外にあるとの肯定判断がなされると、上記不つり合い質
   量演算手段により演算されたワーク不つり合い質量と上
   記ワーク振動ベクトル演算手段によって演算されたワー
   ク単体の振動ベクトルとに基づいて、ワークの不つり合
   いを補正するための加工条件を設定する加工条件設定手
   段と、 を備えたことを特徴とする数値制御工作機械。