JPH11129144A - Ｎｃ工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＣ工作機械における切削工具と被加工物との
間に発生するビビリ振動の抑制が可能で、切削面の状態
を均一にでき、加工の自動化を可能とするＮＣ工作機械
の制御装置を提供する。 【解決手段】工具または被加工物を回転させる主軸と、
前記被加工物と前記工具とを相対移動させる送り軸とを
有するＮＣ工作機械の制御装置であって、工具Ｔによる
被加工物Ｗの加工の際に、主軸２３の回転速度および送
り軸１８〜２０の送り速度を工具Ｔと被加工物との間に
発生する振動が抑制される値に変化させる振動抑制手段
としての補助制御部６を有し、補助制御部６は主軸の回
転速度Ｓと送り軸の送り速度Ｆとの比を一定に保ちなが
ら主軸の回転速度Ｓおよび送り軸の送り速度を変化させ
るＮＣ装置１とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ工作機械の制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタや旋盤などの工作機械
において、切削工具と被加工物とを相対移動させて被加
工物を切削加工する際に、刃物と被加工物との間にいわ
ゆるビビリ（chattering) が発生することがある。ビビ
リは、一定の規則性をもったうねりが刃物と被加工物と
の間に発生する自励振動である。このビビリが発生する
と、徐々に機械の振動が増加し、この振動によって被加
工物の切削面が不良となってしまったり、駆動系に過大
な負荷がかかったりするため、好ましくない。

【０００３】一般的に、上記のビビリの有する振動周波
数は、工作機械、切削工具および被加工物などを含む機
械系のもつ固有周波数に応じた大きさとなる。例えば、
フライス加工のように切削工具を主軸に取り付けて回転
させる場合には、主軸の回転速度が上記の機械系の固有
周波数に接近したような場合などにビビリが増大する。
また、切削工具に対する被加工物の送り速度をある速度
にしたような場合にも、ビビリが誘発される。従来にお
いては、ビビリが発生した場合あるいはビビリが発生す
ると予想される場合には、作業者が経験的にビビリが抑
制される程度まで主軸の回転速度を低下させたり、切削
工具に対する被加工物の送り速度を低下させたりしてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ビビリを抑制するために、主軸の回転数のみまたは送り
速度のみを変更すると、主軸の回転数または送り速度の
変更前と変更後では、切削面の状態も変わってしまう。
例えば、フライスやエンドミルなどの複数の刃を有する
切削工具では、主軸の回転速度および送り速度のいずれ
か一方が変更されると、一刃当たりの被加工物に対する
送り量が変更されることになり、切削面の状態にバラツ
キが生じ、同一の被加工物において切削面の品位にバラ
ツキが生じることになる。また、従来においては常に、
加工中にビビリが発生しないかを作業者が監視して、主
軸の回転速度および送り速度を作業者が決定する必要が
あるため、加工の自動化が難しかった。

【０００５】本発明は、かかる従来の不利益を解消すべ
くなされたものであって、ＮＣ工作機械における切削工
具と被加工物との間に発生するビビリ振動の抑制が可能
で、切削面の状態を均一に近づけることが可能で、加工
の自動化を可能とするＮＣ工作機械の制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、工具または被
加工物を回転させる主軸と、前記被加工物と前記工具と
を相対移動させる送り軸とを有するＮＣ工作機械の制御
装置であって、前記工具による前記被加工物の加工の際
に、前記主軸の回転速度および送り軸の送り速度の少な
くとも一方を前記工具と前記被加工物との間に発生する
振動が抑制される値に変化させる振動抑制手段を有す
る。

【０００７】前記振動抑制手段は、前記主軸の回転速度
と前記送り軸の送り速度との比を一定に保ちながら前記
主軸の回転速度および送り軸の送り速度を変化させる。

【０００８】前記振動抑制手段は、前記工具と前記被加
工物との間の振動の発生に応じて、前記主軸の回転速度
および前記送り軸の送り速度を所定の値まで低下させ
る。

【０００９】前記振動抑制手段は、前記工具と前記被加
工物との間の振動の発生に応じて、前記主軸の回転速度
および前記送り軸の送り速度を正弦波状に変化させる。

【００１０】また、本発明は、前記工具と前記被加工物
との間に発生する振動を検出する振動検出手段をさらに
有し、前記振動抑制手段は、前記振動検出手段の検出信
号に基づいて動作する。

【００１１】また、本発明は、前記振動抑制手段を動作
させる外部信号を入力する外部信号入力手段をさらに有
する。

【００１２】前記振動抑制手段は、前記ＮＣ工作機械を
制御するためのＮＣプログラムにおける指令に基づいて
動作する。

【００１３】前記振動検出手段は、前記工具と前記被加
工物との間に発生する振動音を検出する。

【００１４】前記振動検出手段は、前記被加工物および
前記工具に発生する加速度を検出する。

【００１５】また、本発明は、工具または被加工物を回
転させる主軸と、前記被加工物と前記工具とを相対移動
させる送り軸とを有するＮＣ工作機械の制御装置であっ
て、前記主軸および送り軸にかかる負荷が予め定められ
た範囲に収まるように、前記主軸および送り軸の速度を
調整する負荷一定制御手段を有し、前記負荷一定制御手
段は、予め定められた主軸の回転速度と送り軸の送り速
度との比を一定に保って前記主軸および送り軸の速度を
変更する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。第１実施形態 ＮＣ装置の説明 図１は、本発明が適用されたＮＣ装置の構成を示す説明
図である。なお、ＮＣ装置ＮＣは主軸およびＸ，Ｙ，Ｚ
軸の３軸の送り軸を制御可能なものとして説明する。図
１において、本実施形態に係るＮＣ装置１は、ＮＣプロ
グラム解析・指令分配部４と、補助制御部６と、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸の各サーボ制御部１２〜１４と、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
の各軸サーボドライバ１５〜１７と、主軸制御部２１
と、主軸ドライバ２２とを有している。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サ
ーボドライバ１５〜１７には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモー
タ１８〜２０が接続されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモ
ータ１８〜２０には、例えば光学式のロータリエンコー
ダなどの回転位置検出器１８ａ〜２０ａが備わってい
る。主軸ドライバ２２には、主軸モータ２３が接続され
ている。主軸モータ２３には、例えばタコジェネレー
タ、光学式エンコーダなどの回転速度検出器２３ａが備
わっている。また、補助制御部６には、振動検出器３１
および起動停止スイッチ３３が接続されている。

【００１７】ＮＣプログラム解析処理・指令分配部４
は、ＮＣプログラム３５を解析（解読）処理して軌跡デ
ータを各送り軸の移動すべき位置指令に変換するととも
に、必要な制御情報、たとえば送り速度Ｆや加速度情報
などをブロック単位（コード単位）で出力する。また、
ＮＣプログラム３５において指定された主軸モータ２３
の回転速度Ｓや加速度情報などを制御情報としてブロッ
ク単位で出力する。

【００１８】補助制御部６は、ＮＣプログラム解析処理
・指令分配部４から出力されたブロック単位の制御情報
を所定の形態に変更または新たな制御情報を付加して出
力する。なお、補助制御部６の詳しい処理内容は後述す
る。

【００１９】ＮＣプログラム３５は、一般的には、ＣＡ
Ｄシステムや自動プログラミングシステムによって作成
され、所定の記憶媒体を介して、または、通信手段によ
ってＮＣ装置１にダウンロードされる。

【００２０】Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各サーボ制御部１２〜１４
は、位置ループ、速度ループおよび電流ループから構成
される。位置ループは、たとえば、ブロック単位の制御
情報である、たとえば位置指令（移動量）を受けて、こ
れらを単位時間あたりの位置指令に換算し、この単位時
間当たりの位置指令と各サーボモータ１８〜２０の回転
位置を検出する回転位置検出器１８ａ〜２０ａからの位
置フィードバック信号との偏差に比例動作を施して（位
置ループゲインをかける）、これを速度ループに対する
速度指令として出力する。速度ループは、たとえば、前
記速度指令と回転位置検出器１８ａ〜２０ａからの位置
フィードバック信号のサンプリング時間毎の差分値（速
度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分
動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力
する。電流ループは、たとえば、各軸サーボモータ１８
〜２０の駆動電流から換算した各サーボモータ１８〜２
０の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動
作を施して電流指令とし、これを各軸サーボドライバ１
５〜１７に所定の電気信号に変換して出力する。各軸サ
ーボ制御部１２〜１４は、本実施形態ではソフトウエア
によって実現されるが、ハードウエアによっても実現可
能である。

【００２１】各軸サーボドライバ１５〜１７は、各軸サ
ーボ制御部１２〜１４からの電流指令を増幅した駆動電
流を各軸サーボモータ１８〜２０に出力する。各軸サー
ボモータ１８〜２０は、各軸サーボドライバ１５〜１７
の出力する駆動電流に応じて駆動される。

【００２２】各軸サーボモータ１８〜２０に備わった回
転位置検出器１８ａ〜２０ａは、各軸サーボモータ１８
〜２０の回転量に応じた検出パルスを各軸サーボ制御部
１２〜１４に対して出力する。回転位置検出器１８ａ〜
２０ａとしては、例えば、インクリメンタル方式のロー
タリエンコーダまたはアブソリュート方式のロータリエ
ンコーダを用いることができる。インクリメンタル方式
のロータリエンコーダを用いた場合には、当該ロータリ
エンコーダは１回転毎の位置信号を回転パルス信号とし
て出力することから、回転パルス信号の数を各軸サーボ
制御部１２〜１４において管理することにより、各軸サ
ーボモータ１８〜２０の絶対位置が管理できる。以上の
ような構成により、各軸サーボモータ１８〜２０の回転
位置制御が可能となる。

【００２３】主軸制御部２１は、速度ループおよび電流
ループから構成される。すなわち、主軸制御部２１は、
ＮＣプログラム解析処理・指令分配部４から得られた主
軸モータ２３の回転速度指令と回転速度検出器２３ａか
らの回転速度信号との偏差を算出し、これに比例動作お
よび積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ルー
プに出力する。電流ループは、たとえば、主軸モータ２
３の駆動電流から換算した主軸モータ２３の出力トルク
信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流
指令とし、これを主軸ドライバ２２に出力する。主軸制
御部２１は、本実施形態ではソフトウエアによって実現
されるが、ハードウエアによっても実現可能である。主
軸ドライバ２２は、たとえば、ＰＷＭ（パルス幅変調）
インバータ回路による電流制御回路を有しており、主軸
制御部２１から出力される電流指令に従って主軸モータ
２３の速度制御を行う。なお、本実施形態では、主軸制
御部２１がＮＣ装置１の内部に設けられている構成の場
合について説明したが、本発明は主軸制御部２１がＮＣ
装置１とは別に設けられている場合であっても適用可能
である。

【００２４】振動検出器３１は、主軸モータ２３によっ
て駆動される工具と被加工物との間に発生する振動を検
出する。振動検出器３１には、たとえば、加速度セン
サ、ＡＥ（acoustic emission)センサ、音センサなどを
用いることが可能である。起動・停止スイッチ３３は、
ＮＣ装置１に具備された作業者によって操作されるスイ
ッチである。

【００２５】図１に示したＮＣ装置１の各機能は、たと
えば、図２に示すような構成のハードウエアによって実
現される。図２において、マイクロプロセッサ４１は、
ＲＯＭ（Read Only Memory) ４２、ＲＡＭ（Random Acc
ess Memory) ４３、インターフェース回路４４，４５，
４６、グラフィック制御回路４７、表示装置４８、キー
ボード４９、ソフトウエアキー５０等とバスを介して接
続されている。マイクロプロセッサ４１は、ＲＯＭ４２
に格納されたシステムプログラムにしたがって、ＮＣ装
置１全体を制御する。

【００２６】ＲＯＭ４２には、上記したＮＣプログラム
解析・指令分配部４、補助制御部６、各軸サーボ制御部
１２〜１４、主軸制御部２１などを実現するプログラム
や、ＮＣ装置１全体を制御するためのプログラムが格納
される。ＲＡＭ４３は、ＲＯＭ４２に格納されたプログ
ラムがダウンロードされたり、各種のＮＣプログラム、
データなどが格納される。

【００２７】グラフィック制御回路４７は、ディジタル
信号を表示用の信号に変換し、表示装置４８に与える。
表示装置４８には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示
装置が使用される。表示装置４８は、ソフトウェアキー
５０またはキーボード４９を用いて作業者が対話形式で
加工プログラムを作成していくときに、形状、加工条件
および生成された加工プログラム等を表示する。作業者
は、表示装置４８に表示される内容（対話形データ入力
画面）にしたがってデータを入力することができる。表
示装置４８の画面には、その画面で受けられる作業また
はデータがメニュー形式で表示される。メニューのうち
どの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエア
キー５０を押すことにより行う。キーボード４９は、Ｎ
Ｃ装置１に必要なデータを入力するのに使用される。上
述した、起動停止スイッチ３３は、たとえば、ソフトウ
エアキー５０またはキーボード４９によって実現され
る。

【００２８】インターフェース回路４４は、マイクロプ
ロセッサ４１から出力された位置指令等の制御指令を所
定の信号に変換して各軸サーボドライバ１５〜１７に出
力する。また、インターフェース回路４４は、各軸サー
ボモータ１８〜２０に備わった位置検出器１８ａ〜２０
ａからの検出パルスを逐次カウントし、このカウント値
をマイクロプロセッ４１に出力する。インターフェース
回路４５は、マイクロプロセッサ４１から出力された速
度指令等の制御指令を所定の信号に変換して主軸ドライ
バ２２に出力する。インターフェース回路４６は、振動
検出器３１の検出したアナログ信号をディジタル信号に
変換して、マイクロプロセッサ４１に出力する。

【００２９】ＮＣ工作機械の一例 ここで、上述したＮＣ装置１の補助制御部６を詳述する
前に、本実施形態のＮＣ装置が適用されうるＮＣ工作機
械としてのマシニングセンタの一例について説明する。
図３は、本実施形態のＮＣ装置が適用されうるマシニン
グセンタの一例を示す構成図である。図３に示すマシニ
ングセンタは、いわゆる門型のマシニングセンタであっ
て、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能
に支持されたクロスレール３７に、クロスレール３７上
を移動可能に支持された可動部材５４を介して主軸台５
５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられてい
る。

【００３０】可動部材４４には、水平方向にクロスレー
ル３７内を通じて図示しない雌ねじ部が形成されてお
り、これにボールねじ６１がねじ込まれている。ボール
ねじ６１の端部には、Ｙ軸サーボモータ１９が設けられ
ており、ボールねじ６１はＹ軸サーボモータ１９によっ
て回転駆動される。ボールねじ６１の回転駆動によっ
て、可動部材５４はＹ軸方向に移動可能となり、これに
よって主軸台５５のＹ軸方向の移動が行われる。

【００３１】さらに、可動部材５４には、鉛直方向に方
向に図示しない雌ねじ部が形成されており、これにボー
ルねじ６２がねじ込まれている。ボールねじ６２の端部
には、Ｚ軸サーボモータ２０が設けられている。Ｚ軸サ
ーボモータ２０によってボールねじ６２が回転駆動さ
れ、これにより可動部材５４に移動可能に設けられた主
軸台５５のＺ軸方向の移動が行われる。

【００３２】主軸台５５内には、主軸モータ３１が内蔵
され、主軸モータ３１は、主軸台５５の先端に設けられ
るエンドミルなどの工具Ｔを回転駆動する。主軸５５の
下方には、Ｘ軸テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設
けられており、Ｘ軸テーブル３５には、ボールネジおよ
び雌ねじ等から構成される送り機構を介してＸ軸サーボ
モータ１８が接続されている。Ｘ軸テーブル３５は、Ｘ
軸サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動
が行われる。

【００３３】上記のＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ１８，１
９，２０の駆動制御は、上述したＮＣ装置１によって行
われる。また、門型コラム３８には、図示しない雌ねじ
部がそれぞれ形成されており、これにねじ込まれるボー
ルねじ３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって
回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
さらに、工具Ｔは自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９によ
って種々のものに交換可能になっており、各種アタッチ
メントの交換も自動交換装置（ＡＡＣ）４０によって種
々のものに交換可能になっている。主軸台５５には、上
述した振動検出器３１が設置されており、工具Ｔによる
加工中にビビリ振動が発生した場合には、ビビリ振動を
検出可能となっている。

【００３４】次に、上述したＮＣ装置１およびマシニン
グセンタによる被加工物の切削加工の一例について説明
する。図４は、エンドミルＴによって被加工物Ｗの上端
面を仕上げ切削している様子を示す図であって、（ａ）
は上面図であり、（ｂ）は側面図である。図４に示す被
加工物Ｗは、支柱部Ｒ１とこの支柱部Ｒ１に連続して形
成された鍔部Ｒ２とを有するものである。このような形
状の被加工物Ｗの鍔部Ｒ２の上端面Ｆｗを回転するエン
ドミルＴによって仕上げ切削するには、エンドミルＴ
を、Ｚ軸方向に所定の切り込み量でエンドミルＴをＸ−
Ｙ平面上で一定の送り速度で移動させることにより行
う。

【００３５】このとき、エンドミルＴが上端面Ｆｗ上で
位置ＰA のように被加工物Ｗの鍔部Ｒ２上に位置する状
態と、位置ＰB のように被加工物Ｗの支柱部Ｒ１上に位
置する状態が発生する。上述の形状の被加工物Ｗでは、
鍔部Ｒ２の機械的剛性は、支柱部Ｒ１に比較して低い。
したがって、エンドミルＴが鍔部Ｒ２上に位置する場合
と、支柱部Ｒ１上に位置する場合とでは、切削時に発生
するビビリ振動の周波数は異なる。このため、たとえ
ば、エンドミルＴが被加工物Ｗの鍔部Ｒ２上から支柱部
Ｒ１上へ移動したり、支柱部Ｒ１上から鍔部Ｒ２へ移動
したような場合には、急にビビリ振動の振幅が大きくな
ることがある。これは、エンドミルＴの回転速度が、エ
ンドミルＴや被加工物Ｗを含む切削系の固有周波数に近
づくためと考えられる。図４に示した被加工物Ｗの形状
は、単なる一例であり、被加工物Ｗが複雑な形状になる
ほど上述のようなビビリ振動が発生しやすくなる。

【００３６】従来においては、ビビリ振動が急に大きく
なった場合には、作業者がエンドミルＴの回転速度を低
下させて、切削系の固有周波数から離すことによりビビ
リ振動を抑制していた。しかしながら、エンドミルＴの
回転速度を低下させる際に、エンドミルＴのＸ軸、Ｙ軸
方向の送り速度は変更していなかった。このため、エン
ドミルＴの回転速度の変更前と変更後ではエンドミルＴ
による被加工物Ｗの切削面の状態が異なり、切削面の品
質を一定にすることが難しく、均一にしたいという課題
があった。

【００３７】本発明の制御方法 ここで、上述の問題を解決するために、本実施形態に係
るＮＣ装置１の行う制御について説明する。エンドミル
Ｔを所定の送り軸方向に送りながら被加工物Ｗの切削加
工を行なっている際に、ビビリ振動が発生または増大し
た場合に、これを抑制するために、図６に示すように、
エンドミルＴ（主軸モータ２３）の回転速度Ｓを、所定
の値まで低下させる。これと同時に、切削中に駆動して
いる送り軸の送り速度ＦをエンドミルＴの回転速度Ｓと
の比を一定に保つように低下させる。なお、図６は、主
軸制御部２１および各軸サーボ制御部１２〜１４におけ
る速度指令パターンを示している。

【００３８】図６に示す例では、主軸モータ２３の回転
速度Ｓおよび送り速度Ｆを時刻ｔ1において５０％まで
低下させ、時刻ｔ2 において変更前の送り速度Ｆに復帰
させている。このような制御によって、エンドミルＴの
回転速度が切削系の有する固有周波数から離隔されるた
め、ビビリ振動が抑制される。これに加えて、エンドミ
ルＴの回転速度Ｓと送り軸の送り速度Ｆとの比が一定に
保たれているため、エンドミルＴの一刃当たりの被加工
物Ｗに対する送り量が回転速度Ｓおよび送り速度Ｆの速
度の変更前と変更後とで同じに保たれる。この結果、エ
ンドミルＴの回転速度の変更前と変更後とで、エンドミ
ルＴによる被加工物Ｗの切削面の状態は略同様とするこ
とができ、被加工物Ｗの切削面の品質を一定にすること
が可能となる。

【００３９】また、他の制御方法として、エンドミルＴ
を所定の送り軸方向に送りながら被加工物Ｗの切削加工
を行なっている際に、ビビリ振動が発生または増大した
場合に、これを抑制するために、例えば図７に示すよう
に、主軸モータ２３の回転速度Ｓを正弦波状に変調させ
ることにより、ビビリ振動を抑制することも可能であ
る。例えば、主軸モータ２３を駆動する回転速度Ｓを２
０００ｒｐｍとし、送り軸の送り速度Ｆを１０００ｍｍ
／ｍｉｎとしている場合に、２０００ｒｐｍの回転速度
指令に振幅が±２００ｒｐｍで周期Ｔの正弦波指令を付
加するとともに、１０００ｍｍ／ｍｉｎの送り速度指令
に振幅が±１００ｍｍ／ｍｉｎで周期Ｔの正弦波指令を
付加する。なお、各々の正弦波指令は位相が等しくなる
ように送り速度指令および回転速度指令に付加する。こ
れにより、主軸モータ２３の回転速度Ｓと駆動される送
り軸の送り速度Ｆとの比は常に一定となる。なお、送り
軸の位置ずれを防ぐために、送り速度指令および回転速
度指令に付加する正弦波指令の積分値が零になるよう
に、正弦波指令の長さは常に一周期の整数倍とする。ま
た、正弦波指令の周期および振幅の情報は、たとえば、
予めＮＣ装置１における所定のパラメータで指定してお
くことが可能である。この結果、エンドミルＴの回転速
度の変調前と変調後とで、エンドミルＴによる被加工物
Ｗの切削面の状態は略同様とすることができ、被加工物
Ｗの切削面の品質を一定にすることが可能となる。

【００４０】また、図６および図７の時間ｔ2 の決定方
法は、たとえば、予めＮＣ装置１における所定のパラメ
ータにおいて設定された時間を経過すると回転速度Ｓお
よび送り速度Ｆの変調を停止したり、振動が所定の大き
さよりも低下した場合に回転速度Ｓおよび送り速度Ｆの
変調を停止したり、ＮＣプログラムのブロック毎の処理
が完了したら回転速度Ｓおよび送り速度Ｆの変調を停止
するなど、種々考えられる。さらに、本発明では、図６
および図７の時間ｔ2 を設定せずに、所定の加工が終了
するまで、回転速度Ｓおよび送り速度Ｆを変調したまま
とすることも可能である。

【００４１】補助制御部の説明 ここで、図５は、ＮＣ装置１の補助制御部６の構成を示
す説明図である。図５において、補助制御部６は、制御
情報変更部６ａと、データ記憶部６ｂと、入力部６ｃと
を有している。

【００４２】制御情報変更部６ａは、上述した切削加工
中のビビリ振動を抑制し、かつ切削面の品質を一定に保
つための制御情報を、ＮＣプログラム解析処理・指令分
配部４から出力されたブロック単位の制御情報を変更補
正または新たに制御情報を付加して各軸サーボ制御部１
２〜１４および主軸制御部２１に出力する。

【００４３】データ記憶部６ｂは、制御情報変更部６ａ
における制御情報の変更補正または新たに制御情報を付
加するのに必要なデータを保持している。

【００４４】入力部６ｃは、起動停止スイッチ３３から
制御信号３３ｓが入力されると、これに応じて制御情報
変更部６ａへの起動信号ＳＴ１がオン状態となる。した
がって、作業者が起動停止スイッチ３３を適宜操作する
ことにより、入力部６ｃから出力される起動信号６ｓは
オン／オフする。また、入力部６ｃには、振動検出器３
１の検出信号３１ｓが入力される。たとえば、図８に示
すように、ビビリ振動が増大して振動検出器３１の検出
信号３１ｓの振幅が所定のしきい値Ｖthの範囲を越える
と、入力部６ｃは制御情報変更部６ａへの起動信号ＳＴ
１をオン状態とする。

【００４５】ここで、補助制御部６の処理内容を、図９
に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、制御
情報変更部６ａはＮＣプログラム解析処理・指令分配部
４からのブロック単位の制御情報を取得する（ステップ
Ｓ１）。制御情報変更部６ａに入力されるＮＣプログラ
ム解析処理・指令分配部４からのブロック単位の制御情
報は、たとえば、Ｘ〜Ｚ軸の各送り軸の送り量（移動
量）、送り速度Ｆ、主軸モータ２３の回転速度Ｓなどで
ある。この制御情報は、直線切削送りの指令コードなど
のコード単位（ブロック単位）にＮＣプログラム解析処
理・指令分配部４から出力される。

【００４６】次いで、制御情報変更部６ａでは、入力部
６ａからの起動信号ＳＴ１がオンしているか否かを判断
する（ステップＳ２）。入力部６ａからの起動信号ＳＴ
１がオフ状態に有る場合には、予め作成されたＮＣプロ
グラムの指令に従う通常の制御モードとして、ＮＣプロ
グラム解析処理・指令分配部４からの制御情報をそのま
ま各軸サーボ制御部１２〜１４および主軸制御部２１に
出力する（ステップＳ４）。

【００４７】入力部６ａからの起動信号ＳＴ１がオン状
態に有る場合、すなわち、振動検出器３１によってしき
い値Ｖth以上の振動が検出された場合、あるいは、エン
ドミルＴを所定の送り軸方向に送りながら被加工物Ｗの
切削加工を行なっている際に、ビビリ振動が発生または
増大し、起動停止スイッチ３３を作業者が操作してオン
した場合には、制御情報変更部６ａへの起動信号ＳＴ１
はオン状態となり、振動抑制制御モードが実行される
（ステップＳ３）。図６に示した制御を行う場合には、
入力部６ｃから起動信号ＳＴ１が入力されると、送り速
度Ｆおよび回転速度Ｓをデータ記憶部６ｂに予め記憶さ
れた速度低下率、たとえば５０％に基づいて低下させ、
これらの制御情報を各軸サーボ制御部１２〜１４および
主軸制御部２１に送出する。

【００４８】各軸サーボ制御部１２〜１４では、変更後
の送り速度Ｆと移動量とに基づいて、単位時間あたりの
移動指令（速度指令）を算出する。このとき、単位時間
あたりの移動指令が急激に変化すると、ＮＣ工作機械に
衝撃を与えるおそれがあるため、図６に示すように、所
定の時間の間に一定の割合で減速されるようにする。な
お、変更前の速度まで加速する際にも同様に所定の時間
の間に一定の割合で増速されるようにする。送り速度Ｆ
が１０００ｍｍ／ｍｉｎから半分の５００ｍｍ／ｍｉｎ
に変更されると、単位時間あたりの移動指令は変更前の
半分となる。

【００４９】同時に、主軸制御部２１では、変更後の回
転速度Ｓに基づいて、主軸モータ２３を回転させる速度
指令を算出する。主軸制御部２１は、各軸サーボ制御部
１２〜１４の場合と同様に、速度指令が急激に変化する
と、ＮＣ工作機械に悪影響を与えるおそれがあるため、
図６に示すように、所定の時間の間に減速されるように
する。なお、変更前の速度まで加速する際にも同様に所
定の時間の間に一定の割合で増速されるようにする。

【００５０】また、たとえば、図７に示した制御を行う
場合には、付加する正弦波指令の周期および振幅の情報
を各軸サーボ制御部１２〜１４および主軸制御部２１に
送出する。すなわち、変更前の速度指令に付加する正弦
波指令を作成するための情報を制御情報に付け加えて、
各軸サーボ制御部１２〜１４および主軸制御部２１に送
出する。なお、正弦波指令の周期および振幅の情報は、
予めＮＣ装置１における所定のパラメータで指定してお
くことも可能である。

【００５１】上述のような動作を完了したら、再度ステ
ップＳ１に戻って、ＮＣプログラム解析処理・指令分配
部４からのブロック単位の制御情報を取得する。

【００５２】本実施形態では、振動抑制制御モードの起
動は、入力部６ｃからの起動信号ＳＴ１によって行われ
るが、振動抑制制御モードの終了は、起動停止スイッチ
３３を操作する場合には、起動停止スイッチ３３をオフ
することによって行うことができる。一方、振動検出器
３１による振動検出によって振動抑制制御モードが起動
された場合には、振動抑制制御モードの終了は、たとえ
ば、一指令コード（ブロック）の実行が完了したら振動
抑制制御モードを終了させ、予め作成されたＮＣプログ
ラムに従う通常の制御モードに復帰させる構成とするこ
とができる。また、データ記憶部６ｃに予め設定された
数の指令コードが実行されたら、通常の制御モードに復
帰させたり、予め設定した時間が経過すると通常の制御
モードに復帰させたりすることも可能であり、種々の態
様が考えられる。

【００５３】さらに、振動抑制制御モードを起動および
停止する方法として、予めＮＣプログラムにおいて振動
抑制制御モードの起動および停止を指示しておくことも
可能である。すなわち、振動抑制制御モードを起動およ
び停止させる指令コード（たとえば、ＧコードやＭコー
ド）を予め指定しておき、補助制御部６の制御情報変更
部６ａでは、この指令コードを認識して図６や図７にお
いて説明した振動抑制制御を実行する構成とすることも
可能である。

【００５４】また、本実施形態では、主軸の回転速度Ｓ
および送り軸の送り速度Ｆの変調方法としては、図６お
よび図７において説明したように、速度を低下させる方
法、速度を正弦波状に変調させる方法について示した
が、本発明はこれに限定されるわけではなく、ビビリ振
動が発生または増大した場合には、主軸の回転速度が機
械系（切削系）の有する固有周波数から離間すればよ
く、たとえば、主軸の回転速度および送り軸の送り速度
をさらに増加させてもよい。また、主軸の回転速度Ｓお
よび送り軸の送り速度Ｆの変調方法は、ＮＣ装置におい
て設定されたパラメータによって予め設定する構成とす
ることも可能である。

【００５５】以上のように、本実施形態によれば、振動
検出器３１をＮＣ工作機械に設けたビビリ振動の発生を
検出し、補助制御部６の有する振動抑制制御モードを自
動的に起動できるため、加工の自動化が可能となる。ま
た、起動停止スイッチ３３を作業者が操作するのみで、
補助制御部６の有する振動抑制制御モードの起動停止を
行うことができるため、作業者は主軸および送り軸の速
度調節が不要となり作業が簡略化される。さらに、本実
施形態によれば、補助制御部６の有する振動抑制制御モ
ードを予め作成されたＮＣプログラムにおいて指定され
た指令コードによって起動停止することができるため、
被加工物Ｗの切削加工においてビビリ振動の発生が予想
される領域での振動抑制を予め自動的に行うことが可能
となる。

【００５６】なお、本実施形態では、本発明の適用対象
としてマシニングセンタの場合について説明したが、こ
れ以外にも、主軸によって被加工物Ｗを回転させ、工具
を送り制御するＮＣ旋盤などにも適用可能である。

【００５７】第２実施形態 図１０は、本発明が適用されたＮＣ装置の第２の実施形
態の構成を示す説明図であり、図１１は図１０における
補助制御部の内部構成を示す説明図である。図１０に示
すＮＣ装置は、補助制御部６に各軸サーボモータ１８〜
２０および主軸モータ２３を流れる駆動電流値Ｉｆ，Ｉ
ｓがフィードバックされる構成となっている。すなわ
ち、各軸サーボモータ１８〜２０および主軸モータ２３
を流れる駆動電流は、各軸サーボドライバ１５〜１７お
よび主軸ドライバ２２において検出され、補助制御部６
にフィードバックされ、図１１に示すように、補助制御
部６の制御情報変更部６ａに駆動電流値Ｉｆ，Ｉｓがそ
れぞれ読み込まれる。

【００５８】また、補助制御部６は第１の実施形態にお
いて説明した機能に加えて、いわゆる適応制御機能を有
している。すなわち、補助制御部６は、各軸サーボモー
タ１８〜２０および主軸モータ２３にかかる負荷トルク
が予め設定された範囲から外れる場合には、各軸サーボ
モータ１８〜２０または主軸モータ２３にかかる負荷ト
ルクが所定の範囲に収まるように各軸サーボモータ１８
〜２０または主軸モータ２３の速度を、予めＮＣプログ
ラムで指定された主軸の回転速度Ｓや送り軸の送り速度
Ｆを基準にして変更可能な適応制御機能を有している。

【００５９】このような適応制御機能を有することによ
って、たとえば切削加工時に過大な負荷が主軸モータ２
３や各軸サーボモータ１８〜２０にかかるのを防止する
ことが可能になる。同時に、加工時の主軸モータ２３や
各軸サーボモータ１８〜２０にかかる負荷トルクが予め
定められた負荷トルクの範囲に収まるように主軸の回転
速度Ｓまたは送り軸の送り速度Ｆを増減することによ
り、加工時間を短縮することができる。なお、このよう
な適応制御を実現する適応制御アルゴリズムについて
は、既に種々提案されており、ここでは説明を省略す
る。

【００６０】しかしながら、上述の適応制御機能によっ
て、加工時の負荷トルクが許容する負荷トルクの範囲に
収まるように、主軸の回転速度Ｓまたは送り軸の送り速
度Ｆを独立に変更すると、上述したビビリ振動の場合と
同様に、エンドミルＴの回転速度の変更前と変更後また
は送り速度Ｆの変更前と変更後では被加工物Ｗの切削面
の状態が異なり、切削面の品質が一定とならない。

【００６１】そこで、本実施形態では、補助制御部６の
制御情報変更部６ａは、適応制御機能を起動させた際
に、主軸の回転速度Ｓと送り軸の送り速度Ｆとの比を一
定に保ちながら変更する。すなわち、主軸モータ２３に
かかる負荷トルクが予め定めた範囲に無い場合、また
は、各軸サーボ１８〜２０にかかる負荷トルクが予め定
めた範囲に無い場合、主軸モータ２３または各軸サーボ
１８〜２０の速度を変更して負荷トルクを予め定めた範
囲に収める際に、主軸の回転速度Ｓと送り軸の送り速度
Ｆとの比を一定に保ちながら同時に変更する。速度の変
更量は、例えば、適応制御アルゴリズムによって算出す
ることができる。この結果、エンドミルＴの回転速度Ｓ
および送り軸の送り速度Ｆの変更前と変更後とで、エン
ドミルＴによる被加工物Ｗの切削面の状態は略同様とす
ることができ、被加工物Ｗの切削面の品質を一定にする
ことが可能となる。

【００６２】なお、上述した主軸の回転速度Ｓと送り軸
の送り速度Ｆとの比は、ＮＣプログラムにおいて指定さ
れた回転速度Ｓと送り速度Ｆとの比とすることができ、
また、補助制御部６のデータ記憶部６ｂに予め設定して
おくことも可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、ＮＣ工作機械における
切削工具と被加工物との間に発生するビビリ振動の抑制
が可能であるとともに、切削面の状態を均一にでき、加
えて、加工の自動化が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用されたＮＣ装置の一実施形態の構
成図である。

【図２】図１の補助制御部の内部構成を示す説明図であ
る。

【図３】本実施形態のＮＣ装置が適用されうるマシニン
グセンタの一例を示す構成図である。

【図４】エンドミルによって被加工物の上端面を仕上げ
切削している様子を示す図であって、（ａ）は上面図で
あり、（ｂ）は側面図である。

【図５】ＮＣ装置の補助制御部の構成を示す説明図であ
る。

【図６】振動抑制制御モードにおける制御方法の一例を
示す説明図である。

【図７】振動抑制制御モードにおける制御方法の他の例
を示す説明図である。

【図８】補助制御部における入力部の振動検出方法の一
例を示す説明図である。

【図９】補助制御部における処理内容の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】本発明が適用されたＮＣ装置の第２の実施形
態の構成を示す説明図である。

【図１１】図１０に示す補助制御部の内部構成を示す説
明図である。

【符号の説明】

２…ＮＣ装置 ４…ＮＣプログラム解析処理・指令分配部 ６…補助制御部 １２〜１４…各軸サーボ制御部 １５〜１７…各軸サーボドライバ １８〜２０…各軸サーボモータ ２１…主軸制御部 ２２…主軸ドライバ ２３…主軸モータ ３１…振動検出器 ３３…起動停止スイッチ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具または被加工物を回転させる主軸と、
   前記被加工物と前記工具とを相対移動させる送り軸とを
   有するＮＣ工作機械の制御装置であって、 前記工具による前記被加工物の加工の際に、前記主軸の
   回転速度および送り軸の送り速度の少なくとも一方を前
   記工具と前記被加工物との間に発生する振動が抑制され
   る値に変化させる振動抑制手段を有するＮＣ工作機械の
   制御装置。
2. 【請求項２】前記振動抑制手段は、前記主軸の回転速度
   と前記送り軸の送り速度との比を一定に保ちながら前記
   主軸の回転速度および送り軸の送り速度を変化させる請
   求項１に記載のＮＣ工作機械の制御装置。
3. 【請求項３】前記振動抑制手段は、前記工具と前記被加
   工物との間の振動の発生に応じて、前記主軸の回転速度
   および前記送り軸の送り速度を所定の値まで低下させる
   請求項１または２に記載のＮＣ工作機械の制御装置。
4. 【請求項４】前記振動抑制手段は、前記工具と前記被加
   工物との間の振動の発生に応じて、前記主軸の回転速度
   および前記送り軸の送り速度を正弦波状に変化させる請
   求項１または２に記載のＮＣ工作機械の制御装置。
5. 【請求項５】前記工具と前記被加工物との間に発生する
   振動を検出する振動検出手段をさらに有し、 前記振動抑制手段は、前記振動検出手段の検出信号に基
   づいて動作する請求項１〜４のいずれかに記載のＮＣ工
   作機械の制御装置。
6. 【請求項６】前記振動抑制手段を動作させる外部信号を
   入力する外部信号入力手段をさらに有する請求項１〜４
   のいずれかに記載のＮＣ工作機械の制御装置。
7. 【請求項７】前記振動抑制手段は、前記ＮＣ工作機械を
   制御するためのＮＣプログラムにおける指令に基づいて
   動作する請求項１〜４のいずれかに記載のＮＣ工作機械
   の制御装置。
8. 【請求項８】前記振動検出手段は、前記工具と前記被加
   工物との間に発生する振動音を検出する請求項５に記載
   のＮＣ工作機械の制御装置。
9. 【請求項９】前記振動検出手段は、前記被加工物および
   前記工具に発生する加速度を検出する請求項５に記載の
   ＮＣ工作機械の制御装置。
10. 【請求項１０】工具または被加工物を回転させる主軸
    と、前記被加工物と前記工具とを相対移動させる送り軸
    とを有するＮＣ工作機械の制御装置であって、 前記主軸および送り軸にかかる負荷が予め定められた範
    囲に収まるように、前記主軸および送り軸の速度を調整
    する負荷一定制御手段を有し、 前記負荷一定制御手段は、予め定められた主軸の回転速
    度と送り軸の送り速度との比を一定に保って前記主軸お
    よび送り軸の速度を変更するＮＣ工作機械の制御装置。