JPWO2013088849A1 - 切削加工装置及びそれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

切込量が時々刻々と変化する加工パスにおいても、一定の異常検知しきい値を用いることを可能とするために、加工条件を設定し、設定した加工条件に基づいて切削工具で被削材を切削加工し、被削材を切削加工中に切削工具の振動または切削力を検出し、検出した信号を処理して切削成分信号と工具振動成分信号に分離し、分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて加工中の状態を判定するための判定指標値を算出し、算出した判定指標値を予め設定した判定しきい値と比較して、判定しきい値に対する判定指標値の大きさに応じて設定した加工条件に対するオーバーライド量を含む新しい加工条件を算出し、設定した加工条件を算出した新しい加工条件に変更して工作機械で被削材を切削加工するようにした。

Description

本発明は、切削加工中に加工状態をモニタリングし、順次加工条件を変更することにより、加工異常を発生させない条件で切削加工する切削加工装置及びそれを用いた加工方法に関するものである。

切削加工は様々な金属加工に用いられる一般的な加工方法であり、回転工具に取り付けられた切刃を被削材に切り込み、材料を除去することで様々な形状に加工する。複雑な形状を持つ部品を加工する場合、除去量が多くなるため、切込量や送り速度、工具回転速度を大きくする等して、高能率化を図っている。

切込量や工具回転数を上げると、切刃にかかる力が大きくなるため、工具の振動や切刃の摩耗、折損等の加工トラブルが発生しやすい。加工トラブルが発生すると、加工部分の表面粗さが悪化したり、傷ついたりするため、材料を廃棄しなければならず、廃棄コストがかかる。そこで、加工状態をモニタリングし、異常が発生する直前に加工条件を変更したり、加工を停止することができるシステムを構築する技術が不可欠となっている。

従来、工具振動の検知方法として、工具または被削材に加速度センサを取り付け、その信号振幅が所定値を上回ったときに、びびり振動が発生していると判定する方法が知られている。工具の振動振幅を測定し、振動振幅が予め設定したしきい値を超えたとき、工具回転速度を変化させるという方法が、特開２０００−８４７９８号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０００−８４７９８号公報

切削加工中に切削力を測定し、加工条件をリアルタイムで変更しながら加工異常を未然に防止する加工システムにおいて、工具振動は切込量が変化すると振動振幅が変わるため、特許文献１に記載されているようなあらかじめ異常検知しきい値を設定する方法は、切込量が一定のときのみ適用可能であり、切込量の変化に伴い工具振動振幅が変化する場合には適用できない。

本発明の目的は、切込量が時々刻々と変化する加工パスにおいても、確実に異常を検知することを可能とする切削加工装置及びそれを用いた加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法において、前記切削工具で前記被削材を切削加工するための加工条件を設定する第１のステップと、該設定した加工条件に基づいて前記被削材を切削加工中の前記切削加工装置の振動または切削力を検出して電気信号に変換する第２のステップと、前記変換した電気信号を前記切削成分信号と工具振動成分信号に分離する第３のステップと、前記分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出する第４のステップと、前記算出した判定指標値と予め設定した判定しきい値とを比較し前記切削工具で前記被削材を切削加工中の異常の有無を判定する第５のステップと、前記切削加工中の異常の有無の判定結果と前記設定した加工条件を関連づけて記憶する第６のステップと、前記算出した判定指標値の大きさから新しい加工条件を算出する第７のステップと、前記第１のステップで設定した加工条件を前記第７のステップで算出した新しい加工条件に変更して前記切削工具で前記被削材を切削加工する第８のステップとを有し、前記第８のステップにおいて、前記第４のステップで算出した判定指標値に基づいて前記第１のステップで設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む前記新しい加工条件を設定することを特徴とする切削加工装置を用いた加工方法とした。

また、本発明では、上記課題を解決するために、切削加工装置を用いた加工方法において、切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するための加工条件を設定し、該設定した加工条件に基づいて前記切削工具で被削材を切削加工し、該被削材を切削加工中に前記切削加工装置の振動または切削力を検出し、前記検出した信号を処理して切削成分信号と工具振動成分信号に分離し、該分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出し、前記算出した判定指標値を予め設定した判定しきい値と比較して、該判定しきい値に対する前記判定指標値の大きさに応じて前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む新しい加工条件を算出し、前記設定した加工条件を前記算出した新しい加工条件に変更して前記切削加工装置で前記被削材を切削加工するようにした。

更に、本発明では、上記課題を解決するために、切削工具を用いて被削材を切削加工しながら装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を、前記切削工具を用いて被削材を切削加工するために加工条件を設定する加工条件設定手段と、該加工条件設定手段で設定した加工条件に基づいて前記被削材を切削加工中の前記切削加工装置の振動または切削力を検出して電気信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段で変換された電気信号を切削成分信号と工具振動成分信号に分離する信号分離手段と、該信号分離手段で分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で切削加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出する判定指標算出手段と、該判定指標算出手段で算出した判定指標値と予め設定した判定しきい値とを比較し異常の有無を判定する異常判定手段と、該異常判定手段で判定した異常の有無の判定結果と前記加工条件設定手段で設定した加工条件を関連づけて記憶する記憶手段と、前記判定指標算出手段で算出した判定指標値を予め設定した判定しきい値と比較して該判定しきい値に対する前記判定指標値の大きさに応じて前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む新しい加工条件を算出する加工条件算出手段とを備えて構成し、前記加工条件設定手段は、前記被削材を切削加工中に、前記設定した加工条件を前記加工条件算出手段で算出した新しい加工条件に変更するようにした。

更に、本発明では、上記課題を解決するために、切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法において、前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための指標値として、前記切削工具の振動に由来する前記切削加工装置の振動の振幅を切削に由来する前記切削加工装置の振動の振幅で除算して得た値に基づく情報を用いるようにした。

更に、本発明では、上記課題を解決するために、切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法において、前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための指標値として、前記切削工具の振動に由来する前記切削加工装置の振動を周波数変換し、サイドローブ振幅をメインローブ振幅で除算して得た値に基づく情報を用いるようにした。

更に、本発明では、上記課題を解決するために、切削工具を回転させる加工に伴う切削状態量を測定し加工異常検知する機能を備えた加工装置におけるデータ入力を支援するデータ入力支援装置を、前記切削工具で被削材を加工するための加工条件のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの加工条件のライブラリ項目の指定を受ける加工条件入力部と、前記切削工具で被削材を加工するための加工パスのライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの加工パスのライブラリ項目の指定を受ける加工パス入力部と、前記切削工具で被削材を加工するための工具の特性と被削材の特性のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの工具の特性と被削材の特性のライブラリ項目の指定を受ける工具・被削材特性入力部と、前記切削工具で被削材を加工したときの切削状態量を測定したデータから加工異常を判定するための条件のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの判定条件のライブラリ項目の指定を受ける判定条件入力部とを備えて構成した。

本発明によれば、切込量が変化する加工パスにおいても、一定の異常検知しきい値を用いることができるため、異常検知精度が向上させるとともに、加工精度を向上させることができる。

本発明の実施形態１の切削加工装置の加工方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態１に係る切削加工装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る切削加工装置の切削力測定装置、切削条件算出装置、コントローラ、記憶部の詳細な構成を示すブロック図である。 被削材を切削加工中の状態を示す被削材と切削工具の平面図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号の波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号を切削成分力信号と工具振動信号に分離した状態を示す信号波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号から抽出した切削成分力信号の波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号から抽出した工具振動信号の波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号から抽出した切削成分力信号を逆周波数変換した結果を示す波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号から抽出した工具振動信号を逆周波数変換した結果を示す波形図である。 被削材を切削加工中に力センサで取得した振動信号を切削成分力信号と工具振動信号に分離する別の方法を説明する信号波形図である。 工具振動振幅とびびり指標値との関係を示すグラフである。 オーバーライド率をびびり指標値に応じて段階的に設定する方法を説明するびびり指標値とオーバーライド率との関係を示すグラフである。 オーバーライド率をびびり指標値に応じて連続的に設定する方法を説明するびびり指標値とオーバーライド率との関係を示すグラフである。 オーバーライド率のステップ幅を設定する方法を説明するための図で、工具回転数と軸切込み量との関係を示すグラフである。 オーバーライド率の上限値を設定する方法を説明するための図で、オーバーライド率の時間変化を示すグラフである。 図９Ａに示したグラフを用いてオーバーライド率を設定するアルゴリズムを説明するためのフロー図である。 図９Ｂに示したグラフを用いてオーバーライド率を設定するアルゴリズムを説明するためのフロー図である。 本発明の実施例における加工条件設定方法を入力する入力画面の正面図である。 本発明の実施例における加工条件設定方法を入力する入力画面におけるライブラリ情報のファイルフォーマットの一例を示す図である。 本発明の実施例における加工パス設定方法を入力する入力画面の正面図である。 本発明の実施例における加工パス設定方法を入力する入力画面におけるライブラリ情報のファイルフォーマットの一例を示す図である。 図１５に示した加工パス設定方法を入力する入力画面上で「径切り込み入力方法」で「ファイルから取得」を選択した場合のファイル情報の一例を示す図である。 図１５に示した加工パス設定方法を入力する入力画面上で「被削材厚さ入力方法」で「ファイルから取得」を選択した場合のファイル情報の一例を示す図である。 本発明の実施例における工具特性入力方法又は被削材特性入力方法を選択する画面の正面図である。 本発明の実施例における工具特性入力方法又は被削材特性入力方法を入力する入力画面におけるライブラリ情報のファイルフォーマットの一例を示す図である。 本発明の実施例における工具諸元を入力する画面の正面図である。 本発明の実施例における工具諸元のライブラリ情報のファイルフォーマットの一例を示す図である。 本発明の実施例における被削材の諸元を入力する画面の正面図である。 本発明の実施例における被削材の諸元のライブラリ情報のファイルフォーマットの一例を示す図である。 図１８に示した工具特性入力方法又は被削材特性入力方法を入力する入力画面において被削材特性入力方法として「テーブルから取得」を選択した場合に表示されるテーブルの一例を示す画面である。 本発明の実施例における判定条件を入力する画面の正面図である。 切り込み始め又は切り込み終わり時の工具振動波形を示すグラフである。 図２６Ａの波形を周波数変換した結果を示すグラフである。

以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。

図１〜図１１を用いて第１の実施例を説明する。図２に本実施例に係る切削加工装置５００の構成を示す。本実施例では３軸制御の機械加工装置を例に説明するが、制御軸数や装置構成はこれに限られるものではない。切削加工装置５００は、筐体５０１と加工工具５０４，加工工具５０４を保持して回転させる主軸５０３、主軸５０３を移動させる主軸ステージ５０２、被削材５０５，被削材５０５を保持して移動させるテーブル５０６、切削加工装置５００に動作指示するコントローラ５０７、テーブル５０６に内蔵された力センサ５０８、力センサ５０８からの信号を受信し切削力を測定する切削力測定装置５０９、記憶部５１１から工具や被削材の材料特性や加工パス等の情報を取得して切削条件を計画すると共に切削力測定装置５０９で測定した切削力の情報に基づいて加工異常判定を行う切削条件算出装置５１０、加工条件や異常判定しきい値等のデータを入力する入力部５１２で構成される。

機械加工装置５００は、加工工具５０４を回転させて被削材５０５に切り込み、除去することによって、被削材５０５の形状を加工するものである。加工工具５０４は被削材５０５から受ける力により、加工工具５０４や筐体５０１等が振動するが、この振動の振幅が大きくなると被削材５０５の加工面の表面粗さが低下したり、加工工具５０４が折損する等の不具合が発生する。

そこで、本実施例においては、テーブル５０６に内蔵された力センサ５０８からの信号を切削力測定装置５０９で処理して切削力を求め、この求めた切削力を用いて、加工工具５０４や筐体５０１等の振動を検出し、振動を抑制するような切削条件を切削条件算出装置５１０で算出するようにした。

本実施例では、テーブル５０６に内蔵された力センサ５０８の出力信号を用いるが、主軸５０３に力センサを内蔵させ、この内蔵された力センサの出力信号や、テーブル５０６や主軸ステージ５０２に加速度センサを取り付けたて、この加速度センサ等の出力信号を用いることもできる。

図３は切削加工装置５００の切削力測定装置５０９、切削条件算出装置５１０、コントローラ５０７、記憶部５１１、入力部５１２の内部の構成を機能ブロックで示した機能ブロック図である。切削条件算出装置５１０は、異常判定ユニット１４０、条件算出ユニット１５０を備えている。

記憶部５１１は、加工条件の履歴を記憶する加工条件履歴記憶部１８１と、びびり判定結果の履歴を記憶するびびり判定履歴記憶部１８２と、加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状等を記憶する工具・被削材特性記憶部１８４と、加工時に加工工具５０４を移動させる経路を示した加工パス記憶部１８３と、加工異常判定で使用するしきい値を記憶するしきい値記憶部１８５と、力センサ５０８で検出した信号を分離する信号分離条件設定記憶部１８６で構成される。加工条件履歴記憶部１８１と加工異常判定履歴記憶部１８２は関連づけて保存され、どの加工条件を使用したときに加工異常が発生したか分かるようにしておく。コントローラ５０７は、切削加工装置５００全体の動作を制御する加工装置コントロール部１０１と、加工工具５０４を回転させる主軸５０３の動作を制御する主軸コントロール部１０２と、被削材５０５をチャックして移動させるテーブル５０６の動作を制御するテーブルコントロール部１０３で構成され、切削加工装置の一般的な技術を用いることができる。

切削力測定装置５０９は、力センサ５０８から出力された信号を受けて切削力を測定する切削力測定部１３１と、測定した切削力を切削成分力と工具振動成分力に分離する信号分離部１３２を備えている。切削力測定装置５０９では力センサ５０８からの出力信号を入力して処理する構成で説明するが、力センサ５０８を加速度センサや変位センサ、磁歪センサなどの振動を測定するセンサに変えてもよい。

信号分離部１３２は、周波数変換後に切削成分力と工具振動成分力の振動数の違いに着目して信号を分離する方法や、移動平均値を算出することにより低周波成分と高周波成分を分離する方法、工具・被削材の材料特性や動特性、形状情報と切削条件からシミュレーション等を用いて切削成分力のプロファイルを求め、パターンマッチングによって切削成分力と工具振動成分力を分離する方法を実装した電子回路である。信号分離条件算出部１５３で算出された分離方法によって回路を切り替えることで分離方法を変更し、分離で使用するしきい値も信号分離条件算出部１８３で算出される値を使用する。

切削条件算出装置５１０の異常判定ユニット１４０は、信号分離部１３２で分離した切削成分力と工具振動成分力から判定指標値を算出する判定指標値算出部１４１と、算出したびびり指標値をしきい値と比較することによってびびり振動の有無を判定するとともに、切削成分力の最大値を別のしきい値と比較することによって工具摩耗等の加工異常を判断する加工異常判定部１４２を備えている。

加工異常判定部１４２は、算出したびびり指標値としきい値記憶部１８５に記憶されているしきい値とを比較することにより、びびり振動の有無を判定する方法を実装した電子回路である。判定結果は加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶される。

条件算出ユニット１５０は、加工条件を算出する加工条件算出部１５１と、加工異常判定で使用するしきい値を算出するしきい値算出部１５２と、信号分離条件を算出する信号分離条件算出部１５３を備えて構成される。

加工条件算出部１５１は、加工条件履歴記憶部１８１から過去に設定した加工条件を取得するとともに、加工異常判定履歴記憶部１８２から過去に判定した加工異常判定結果を取得し、さらに、工具・被削材特性記憶部１８４から、加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状等の情報を取得し、加工パス記憶部１８３から加工パス情報を取得し、変更する加工条件を算出する電子回路である。算出した加工条件は加工条件履歴記憶部１８１に記憶される。

しきい値算出部１５２は、工具・被削材特性記憶部１８４から、加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状等の情報を取得するとともに、しきい値設定条件記憶部１８７から、しきい値設定方法等を取得し、加工異常判定しきい値を算出する電子回路である。しきい値算出部１５２で算出したしきい値は、しきい値記憶部１８５に記憶される。信号分離条件算出部１５３は、加工条件履歴記憶部１８１から加工条件を取得するとともに、加工パス記憶部１８３から加工パス情報を取得し、さらに工具・被削材特性記憶部１８４から、加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状等の情報を取得し、信号分離条件を算出する電子回路である。

条件算出ユニット１５０は、切削加工装置５００と独立した電子回路またはコンピュータ内のプログラムで実装することもできる。

入力部５１２は、加工条件入力部１９１と、工具・被削材特性入力部１９２と、加工パス入力部１９３と、判定条件入力部１９４を備えて構成される。加工条件入力部１９１は、主軸回転速度等の加工条件を入力し、加工条件履歴記憶部１８１に加工条件を記憶する入力装置である。工具・被削材特性記憶部１８４は、加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状等の情報を入力し、工具・被削材特性記憶部１８４に記憶する入力装置である。加工パス入力部１９３は、加工パスと加工順序を入力し、加工パス記憶部１８３に記憶する入力装置である。判定条件入力部１９４は、信号分離条件や異常検知しきい値を算出するための方法を入力し、信号分離条件設定記憶部１８６およびしきい値設定条件記憶部１８７に記憶する入力装置である。入力部５１２は、切削加工装置５００と独立した電子回路またはコンピュータ内のプログラムで実装することもできる。

図１に本実施例における加工処理フローを示す。まず、加工条件算出装置５１０の加工条件算出部１５１において加工初期条件導出（Ｓ１）を実施し、導出した加工初期条件を加工条件履歴記憶部１８１に記憶する加工初期条件記憶（Ｓ２）を実施する。加工初期条件導出（Ｓ１）では、切削条件算出装置５１０の加工条件算出部１５１が記憶部５１１の工具・被削材特性記憶部１８４から加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や寸法、動特性、加工寸法などの情報を取得し、シミュレーションやした結果から、又は加工パス記憶部１８３に予め記憶しておいたテーブルから加工パスと切削条件を導出する。加工パスとは、加工工具５０４が被削材５０５を切削加工するとき、加工工具５０４を移動させる経路であり、径切込量や軸切込量、送り速度等とともに決定されるものである。

次に、加工条件設定（Ｓ３）で、切削条件算出装置５１０の加工条件算出部１５１で導出した加工パスと切削条件の情報をコントローラ５０７の加工機コントロール部１０１に送信し、加工機コントロール部１０１で切削加工装置５００の加工条件を設定したのち、主軸コントロール部１０２とテーブルコントロール部１０３と制御して加工を開始する（Ｓ４）。次に加工中に力センサ５０８で切削力測定（Ｓ５）を実施し、力センサ５０８から出力された切削力信号を切削力測定装置５０９の切削力測定部１３１に入力して処理し、切削力測定部１３１で処理された信号を信号分離部１３２で受けて切削成分力信号と工具振動成分力信号に分離する信号分離（Ｓ６）を実施する。

次に、切削力測定装置５０９の信号分離部１３２で分離した切削成分力信号と工具振動成分力信号を切削条件算出装置５１０の異常判定ユニット１４０の判定指標算出部１４１に入力し、この入力した切削成分力信号と工具振動成分力信号とを用いて判定指標を算出する判定指標算出（Ｓ７）を実施する。次に、判定指標算出部１４１で算出した判定指標の情報を加工異常判定部１４２に入力し、加工異常判定部１４２において記憶部５１１のしきい値記憶部１８５に予め記憶しておいた判定しきい値の情報を引き出して判定指標算出部１４１から入力した判定指標の情報と比較することによって、工具摩耗やびびり振動等の加工異常を判定する加工異常判定（Ｓ８）を実施した後、判定結果を加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶する加工異常判定結果記憶（Ｓ９）を実施する。

その後、コントローラ５０７の加工機コントロール部１０１で所定の切削が終了したかどうかを判定する加工終了判定（Ｓ１０）を実施し、終了したと判定された場合には、加工を終了（Ｓ１１）する。

コントローラ５０７の加工機コントロール部１０１が加工終了判定（Ｓ１０）で、加工未終了と判定した場合には、切削条件算出装置５１０の加工条件算出部１５１は、びびり判定記憶（Ｓ９）で加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶されたびびり判定結果と加工初期条件記憶（Ｓ２）で加工条件履歴記憶部１８１に記憶した加工条件から、次の加工条件を算出する加工条件算出（Ｓ１２）を実施し、算出した条件を加工条件履歴記憶部１８１に記憶する加工条件記憶（Ｓ１３）を実施する。次に、コントローラ５０７は加工条件算出部１５１で算出した加工条件に基づいて主軸コントロール部１０２及びテーブルコントロール部１０３の制御量を設定する加工条件変更（Ｓ１４）を実施する。その後は、切削力測定（Ｓ５）から加工条件変更（Ｓ１４）を繰り返し実施し、加工終了と判定されるまで繰り返す。

切削力測定装置５０９の信号分離部１３２で行う信号分離（Ｓ６）の実施方法の一例を図４〜７を用いて説明する。図４は被削材５０５を加工具５０４で加工中の状態を切削加工装置５００の上方から見た図である。加工工具５０４は、回転軸５１５に切刃を形成したチップ５１６を複数取り付けた構造である。本実施例では、加工工具５０４を回転させ、チップ５１６を被削材５０５に切り込むことによって、被削材５０５を削り取る加工法を示しているが、加工工具５０４に取り付けるチップ５１６の数は図示した２個に限定されず、３個以上であっても良く、更に、加工工具５０４を固定して被削材５０５を回転する加工法等を用いることも可能である。

図４において、Ｆｔは、加工工具５０４を矢印の方向に回転させながら工具送り方向に送ることによりチップ５１６で被削材５０５を切削加工しているときに被削材５０５からチップ５１６に掛かる力の加工工具５０４の接線方向の力成分である切削成分力を表す。一方、Ｆｒは、被削材５０５からチップ５１６に掛かる力の加工工具５０４の半径方向の力成分である工具振動成分を表す。

図５Ａに力センサ５０８からの出力信号を示す。力センサ５０８にかかる力は、チップ５１６が被削材５０５を削り取るための力である切削成分力（Ｆｔ）と工具振動に起因する工具振動成分力（Ｆｒ）の合力であり、力センサ５０８から出力される信号には切削成分力信号と工具振動成分力信号が含まれている。

図５Ｂは力センサ５０８からの出力信号を周波数変換した図を示している。切削成分力は、チップ５１６が被削材５０５に切り込むときの力であり、工具回転数（Ｎ）にチップ数を掛けた値の周波数となる。例えば、工具回転数が３０００（ｍｉｎ^―１）、チップ数２枚のとき、切削成分力の周波数は、３０００／６０×２＝１００（Ｈｚ）となる。一方、工具振動成分の周波数は、加工工具５０４の固有振動数近傍の値をとる。切削成分力周波数は工具回転数から容易に推定され、また、一般的に、工具振動成分周波数は切削成分力周波数の１０倍以上あるため、図５Ｂから容易に切削成分と工具振動成分を分離することができる。

分離した結果を図６Ａと図６Ｂに示す。図６Ａは切削成分力の周波数を、図６Ｂは工具振動成分力の周波数を示す。これらの信号を逆周波数変換した結果が図６Ｃ及び図６Ｄであり、図５Ａに示した力センサ５０８からの出力信号を切削成分（図６Ｃ）と工具振動成分（図６Ｄ）に分離した結果となる。

切削力測定装置５０９の信号分離部１３２で行う信号分離（Ｓ６）の別の実施例を図６７を用いて説明する。まず、図５Ａに示した力センサ５０８からの出力信号の移動平均線５２０を算出する。移動平均幅は、工具振動周期（Ｔ１）以上、切削周期（Ｔ２）未満となるように設定する。移動平均線５２０は低周波数成分であり、周波数が低い切削成分力を示している。次に、元の信号（力センサ５０８からの出力信号成分）と算出した移動平均線５２０との差を計算する処理を実施する。この値（力センサ５０８からの出力信号成分から移動平均線５２０の成分を差し引いた信号成分）は、高周波数成分であり、周波数が高い工具振動成分力を示している。本方法によっても、力センサ５０８からの信号を切削成分力と工具振動成分力に分離することが可能である。

また、工具・被削材特性記憶部１８４に記憶してある加工工具５０４と被削材５０５の材料特性や動特性、形状情報から、シミュレーション等を用いて切削成分力プロファイルを求め、パターンマッチング等の手法を用いることによって低周波数成分の波形を切削力信号に合わせ込んだ後、切削力信号との差を計算して、高周波数成分を求めることでも、信号分離が可能である。

工具振動成分力を求めるとき、特に被削材に切り込み始めるときと、切り込み終わりにおいて工具が振動し、びびり振動と誤判定する場合がある。そのときの波形例を図２６Ａに示す。切り込み初めと切り込み終わりは非定常な状態になるため、工具振動が誘発されていると考えられる。しかし、びびり振動状態ではないため、工具振動の減衰が早く、次の刃が切り込むまでに振動が収束している。図２６Ａの波形を周波数変換した結果を図２６Ｂに示す。工具振動成分力のピーク値Ｖaの振動数１３０２からｈ[Ｈｚ]離れた所に別の周波数１３０３が発生している。これは、工具振動が減衰しているために生じる周波数であり、ｈは切削成分力の周波数１３０１にほぼ等しい。工具振動の減衰が大きいほど周波数１３０３のピーク値Vbが大きくなることから、減衰指数＝Ｖｂ／Ｖａと定義し、減衰指数がしきい値以上であるときには、工具振動の減衰が大きいと判断し、びびり振動状態にないと判断する。

びびり振動状態にないと判断した場合には、信号分離部１３２において、工具振動の大きさＦｃを０に変更する。異常信号分離では、切削成分力の周波数と工具振動成分の周波数に分離するが、信号分離条件算出部１５３から各周波数の範囲を取得することができる。また、信号分離方法の説明として、切削成分力の周波数と工具振動成分力の周波数に分離する例で説明したが、被削材の剛性が低い場合、例えば、板状の被削材を切削する場合等では、工具振動よりも被削材の振動が大きい場合があり、工具振動成分の周波数の代わりに被削材振動の周波数を用いてもよい。

次に、異常判定ユニット１４０の判定指標算出部１４１で実行する判定指標算出（Ｓ７）の実施方法の一例を説明する。工具振動成分力の大きさは加工条件によって変化する。例えば、工具振動の振幅が同じであっても、軸切込み量が２倍になるとチップ５１６と被削材５０５が接触する面積が２倍となるため、加工工具５０４にかかる工具振動成分力も２倍となる。したがって、工具振動成分力の大きさからびびり振動の有無を判定するとき、一定のしきい値を用いることができない。

そこで、工具振動成分力と同様に、加工条件によって大きさがきまる切削成分力で工具振動成分力を正規化した指標（びびり指標）を導入する。びびり指標の値は、数１で算出される。
びびり指標値 ＝ Ｆｖ／Ｆｃ ・・・ （数１）
ここで、Ｆｃは切削成分力の大きさ（図６ＣのＦｃに相当）であり、Ｆｖは工具振動成分力の振幅（図６ＤのＦｖに相当）である。

図８に工具振動振幅とびびり指標値の関係についてシミュレーションした結果を示す。
図８において、例えば■は軸切込量が０．４ｍｍで加工工具５０４の回転数が３１２０ｒｐｍの条件で加工したときの工具振動振幅に対するびびり指標値の関係を示す。図７８によれば、工具振動振幅とびびり指標値との間には線形の関係があり、加工条件が変化しても、データが同一直線上に並ぶ。工具振動振幅とびびり指標値が一意の関係にあるため、加工条件によらず、同一のしきい値を使用することができる。

さらに、図８の関係を用いることにより、許容される工具振動振幅からびびり指標値のしきい値を求めることができる。

また、工具振動振幅とびびり指標値との間には線形の関係があることから、Ｓ１の加工初期条件導出において、許容される工具振動振幅を指定することにより、加工条件算出部１５１において加工条件履歴記憶部１８１に記憶してある図８に示したような工具振動振幅に対するびびり指標値の関係に基づいて軸切込量が設定される。

加工異常判定（Ｓ８）では、判定指標算出（Ｓ７）で判定指標算出部１４１において算出したびびり指標値としきい値記憶部１８５に予め設定したしきい値とを加工異常判定部１４２において比較することにより、びびり振動の有無を判定する。さらに、切削成分力信号の最大値と予め設定した加工異常判定しきい値を比較することによって、工具摩耗等の加工異常の有無を判定する。

条件算出ユニット１５０の加工条件算出部１５１で実行する加工条件算出（Ｓ１２）の一実施例を図９〜１２に示す。切削加工装置５００では、初期設定した加工条件に対し、オーバーライド率を掛けることによって、加工条件を動的に制御することが可能である。オーバーライド率を掛けるパラメータとして、一般的に主軸回転速度や工具送り速度があり、オーバーライド率を０〜２００％の範囲で変更することが可能となっている。ここでは、オーバーライド量を変更することで加工条件を変更する方法を例に説明するが、加工条件を直接変更する方法であってもよい。

図９Ａ及び図９Ｂにびびり指標値から適用するオーバーライド率の変換グラフを示す。
図９Ａ又は図９Ｂにおいて、びびり判定しきい値をｃ１とする。びびり指標値がｃ１を超えたとき、加工異常判定（Ｓ８）において加工異常判定部１４２がびびり発生と判断し、加工条件算出（Ｓ１２）の工程で加工条件算出部１５１においてオーバーライドの変更量を算出し、加工条件変更（Ｓ１４）の工程において、加工条件算出部１５１で算出したオーバーライド率に基づいてコントローラ５０７の加工機コントロール部１０１で主軸コントロール部１０２とテーブルコントロール部１０３とを制御して加工工具５０４とテーブル５０６とを駆動してオーバーライド率を変更する。このとき、加工条件算出部１５１は、加工条件算出（Ｓ１２）において、オーバーライド率を図９Ａ又は図９Ｂから求め、現在のオーバーライド率と乗算することにより、新しいオーバーライド率を算出する。さらに、算出した新しいオーバーライド率を加工条件の初期設定値と乗算することで、加工条件を算出する。

判定指標算出部１４１で算出したびびり指標値がびびり判定しきい値ｃ１を大きく超えたときには、オーバーライド率を大きくとり、超える大きさが小さいときは、オーバーライド率を小さくとることで、速やかにびびり振動を収束させることができる。また、びびり指標値がしきい値ｃ２より小さいときは、プラスのオーバーライド率を設定して、より加工効率を高める方向に制御する。このとき、びびり指標値ｃ１〜ｃ２の間をオーバーライド率０％とすることにより、制御のチャタリングを防止することができる。プラスのオーバーライド率もびびり指標値がｃ２を大きく下回るときには大きな変化率を、ｃ２に近いときには小さな変化率を設定する。

図９Ａでは、オーバーライド率を階段状に変化させる例を示したが、図９Ｂのように、直線や曲線を用いることもできる。特に、図９Ｂの曲線５２２の場合、びびり指標値がｃ１やｃ２に近いところで変化率が小さくなっており、より制御のチャタリングを防止できる効果がある。

図１０に一般的な切削条件での軸切込み量と工具回転数との関係における安定限界線図を示す。図１０において、安定限界線５３０より下の条件は、びびり振動が発生しない安定条件であり、安定限界線５３０より上の条件は、びびり振動が発生して不安定な加工となることを示す。安定限界線５３０は周期的にピーク値を取り、そのピーク位置は工具固有振動数をｆ０、チップ５１６の枚数をＮとすると、数２で表される。
ピーク位置 ＝ ６０・ｆ０／（Ｎ・ｎ） ・・・ （数２）
ここで、ｎは１以上の整数をとる。

加工能率を上げる方法の一つとして、軸切込み量を大きくして単位時間あたりの除去量を大きくする方法が有効である。びびり振動を発生させないで軸切込み量を大きくするためには、安定限界線５３０のピーク位置の加工条件を使用することが有効である（例えば、図１０中の点ｆ）。したがって、加工初期条件導出（Ｓ１）では、シミュレーション等を用いて図１０を算出し、加工条件を導出することができる。しかし、加工工具５０４や被削材５０５の材料特性や形状寸法等の誤差により、安定限界線５３０には誤差が含まれるため、必ずしも導出された条件が最適とは限らない。そこで、図９Ａ及び図９Ｂで説明した方式を用いて加工条件を安定限界線５３０のピーク位置へ誘導する。このとき、図９Ａのオーバーライド率のステップ幅ＳＴは、図１０のグラフに示したピーク位置の間隔ＰＷの数分の一（例えば１／５以下）程度であるように設定することが望ましい。

びびり振動が発生したオーバーライド量を再度使用しないために、オーバーライド量の上限を決定する方法について図１１を用いて説明する。図１１は、オーバーライド変化率を図９Ａを用いて決定したときのオーバーライド率の時間変化を表した図である。加工初期条件で加工を開始し、時間０〜Ｔ３までは、びびり振動が発生していないと判定されたためオーバーライド率はプラスとなり、オーバーライド率が増加していく。オーバーライド率が増加することにより、びびり振動が発生しやすい条件となり、びびり指標値が判定しきい値（図９Ａ又は図９Ｂのｃ１）を超えたところで、びびり振動発生と判定される。
このときのオーバーライド率ｖ３を記憶しておく。

加工異常判定部１４２でびびり振動発生と判定されるとびびり振動を抑制するため、加工条件算出部１５１はオーバーライド率を減少させるように加工条件を変更する。一定時間経過後、加工異常判定部１４２でびびり振動が再発していないと判定されれば、加工条件算出部１５１は、またオーバーライド率を増加させるように加工条件を変更するが、びびり振動が発生したときに加工条件履歴記憶部１８１に記憶しておいたオーバーライド率ｖ３より小さい値（例えば、ｐ３の９０％）を上限とする。これにより、一度びびり振動を発生させた条件を再度使用しないようにすることで安定した加工を実現できる。

図１１では、Ｔ４で再度びびり振動を検出したため、びびり振動を検出したオーバーライド率をｖ４と記憶し直し、びびり振動を抑制するようにオーバーライド率を減少させる。一定時間経過後、びびり振動が再発していなければ、再度オーバーライド率量を増加させ、Ｔ５でｖ４の９０％の値（ｖ５）に達したため、オーバーライド率量の増加を停止したという例である。

図９Ａの制御を実現するアルゴリズムを図１２Ａに示す。先ず、オーバーライド率（ＯＶ）とオーバーライド変化率（δＯＶ）の初期値を１００、オーバーライド率の上限値（ＯＶ＿ｃ）にオーバーライド率が取り得る最大値を設定（Ｓ１１０１）した後、判定指標算出部１４１でびびり指標値を算出する（Ｓ１１０２）。次に、判定指標算出部１４１で算出したびびり指標値を加工異常判定部１４２においてしきい値ｃ１と比較し（Ｓ１１０３）、びびり指標値がしきい値ｃ１以上であるとき（（Ｓ１１０３）でＹｅｓの場合）、びびり振動が発生していると判定し、この判定結果と判定指標算出部１４１で算出したびびり指標値とを加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶する。加工条件算出部１５１は、図９Ａに示す階段状のオーバーライド変化率設定条件をびびり指標値の大きさに応じて分岐するフローで値を確定する。

即ち、加工条件算出部１５１では、加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶されたびびり指標値がｃ５より小さいか判定し（Ｓ１１０４）、小さい場合（Ｙｅｓ）にはオーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ４に設定する（Ｓ１１０５）。びびり指標値がｃ５より大きい場合（（Ｓ１１０４）でＮｏの場合）には、びびり指標値がｃ６より小さいか判定し（Ｓ１１０６）、小さい場合（Ｙｅｓ）にはオーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ３に設定する（Ｓ１１０７）。びびり指標値がｃ６より大きい場合（（Ｓ１１０６）でＮｏの場合）には、びびり指標値がｃ７より小さいか判定し（Ｓ１１０８）、小さい場合（Ｙｅｓ）にはオーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ２に設定する（Ｓ１１０９）。びびり指標値がｃ７より大きい場合（（Ｓ１１０８）でＮｏの場合）には、びびり指標値をｃ１に設定する（Ｓ１１１０）。

オーバーライド変化率（δＯＶ）確定後、加工条件算出部１５１では現在のオーバーライド率をオーバーライド上限値に代入し、新たな上限値とする（Ｓ１１１１）。さらに、現時点の時刻（ｔ）をＴｃに記憶する（Ｓ１１１２）。つぎに、現在のオーバーライド率（ＯＶ）とオーバーライド変化率（δＯＶ）を乗算することにより、新しいオーバーライド量を算出し（Ｓ１１１３）、記憶する（Ｓ１１１４）。記憶したオーバーライド率は新しい加工条件を算出するために用いられる。

一方、びびり指標値がｃ１未満であったとき（（Ｓ１１０３）でＮｏの場合）、びびり指標値がｃ２より大きいかどうかを判定し（Ｓ１１２１）、大きい場合（（Ｓ１１２１）でＹｅｓの場合）はオーバーライド率を１００とする（Ｓ１１２２）。ｃ２より小さい場合（（Ｓ１１２１）でＮｏの場合）は、びびりが発生していないとして、現時刻（ｔ）と記憶したＴｃとの差がＴ１以上であるか判定する（Ｓ１１２３）。これは、びびりが最後に発生した時刻からの経過時間を判定するものであり、経過時間（ｔ−Ｔｃ）がＴ１よりも短いとき（（Ｓ１１２３）でＮｏの場合）には、オーバーライド変化率を１００とする（Ｓ１１２２）。

一方、Ｔ１以上の時間が経過したとき（（Ｓ１１２３）でＹｅｓの場合）、びびりが抑制されたと判定するものである。びびりが抑制されたと判定されたとき、図９Ａに示す階段状のオーバーライド変化率設定条件をびびり指標値の大きさに応じて分岐するフローで値を確定する。

即ち、加工条件算出部１５１では、加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶されたびびり指標値がｃ３より大きいか判定し（Ｓ１１２４）、大きい場合（（Ｓ１１２４）でＹｅｓの場合）にはオーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ５とする（Ｓ１１２５）。一方、びびり指標値がｃ３より小さい場合（（Ｓ１１２４）でＮｏの場合）には、びびり指標値がｃ４より大きいか判定し（Ｓ１１２６）、大きい場合（（Ｓ１１２６）でＹｅｓの場合）にはオーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ６とする（Ｓ１１２７）。一方、びびり指標値がｃ４より小さい場合（（Ｓ１１２６）でＮｏの場合）には、オーバーライド変化率（δＯＶ）をｐ７とする（Ｓ１１２８）。

次に現在のオーバーライド率（ＯＶ）とオーバーライド変化率（δＯＶ）を乗算することにより、新しいオーバーライド率を算出し（Ｓ１１１３）、加工条件履歴記憶部１８１に記憶する（Ｓ１１１４）。加工条件履歴記憶部１８１に記憶したオーバーライド率は加工条件算出部１５１で新しい加工条件を算出するために用いられる。以上のフローを被削材５０５の加工が終了するまで繰り返し実行する。

図９Ｂの制御を実現するアルゴリズムを図１２Ｂに示す。オーバーライド変化率を求める部分が、びびり指標の関数となっている点が図１２Ａで説明したフローと異なる。

先ず、オーバーライド率（ＯＶ）とオーバーライド変化率（δＯＶ）の初期値を１００、オーバーライド率の上限値（ＯＶ＿ｃ）にオーバーライド率が取り得る最大値を設定（Ｓ１１５１）した後、判定指標算出部１４１でびびり指標値を算出する（Ｓ１１５２）。

算出したびびり指標値がｃ１以上かを加工異常判定部１４２で判定し（Ｓ１１５３）、その判定結果をびびり指標値と共に加工異常判定履歴記憶部１８２に記憶する。

びびり指標値がｃ１以上のとき（（Ｓ１１５３）でＹｅｓの場合）びびりが発生しているとして、加工条件算出部５１はオーバーライド変化率（δＯＶ）としてびびり指標の関数ｆを設定し（Ｓ１１５４）、現在のオーバーライド率（ＯＶ）をオーバーライド率の上限値（ＯＶ＿ｃ）として設定し（Ｓ１１５５）、現時点の時刻（ｔ）をＴｃに記憶する（Ｓ１１５６）。つぎに、現在のオーバーライド率（ＯＶ）とオーバーライド変化率（δＯＶ）を乗算することにより、新しいオーバーライド量を算出し（Ｓ１１５７）、記憶する（Ｓ１１５８）。記憶したオーバーライド率は新しい加工条件を算出するために用いられる。

一方、Ｓ１１５３でびびり指標値がｃ１以上ではないと判定された場合（（Ｓ１１５３）でＮｏの場合）には、びびり指標値がｃ２より大きいかを判定し（Ｓ１１６１）、びびり指標値がｃ２より大きいと判定された場合（（Ｓ１１６１）でＹｅｓの場合）には、加工条件算出部５１はオーバーライド変化率（δＯＶ）を１００に設定する（Ｓ１１６２）。びびり指標値がｃ２未満の場合には（（Ｓ１１６１）でＮｏの場合）、現時刻（ｔ）と記憶したＴｃとの差がＴ１以上であるか判定する（Ｓ１１６３）。これは、びびりが最後に発生した時刻からの経過時間を判定するものであり、経過時間（ｔ−Ｔｃ）がＴ１よりも短いとき（（Ｓ１１６３）でＮｏの場合）には、オーバーライド変化率（δＯＶ）を１００と設定する（Ｓ１１６２）。

一方、Ｔ１以上の時間が経過したとき（（Ｓ１１６３）でＹｅｓの場合）、びびりに対して余裕があると判定してオーバーライド変化率（δＯＶ）に関数ｇを設定する（Ｓ１１６４）。びびり指標値がｃ１より小さくｃ２よりも大きい場合は、チャタリング防止のためＳ１１６２においてオーバーライド変化率を１００とするものである。
図３に示した入力部５１２の詳細について、図１３〜図２４を用いて説明する。入力部５１２は、加工条件入力部１９１と、加工パス入力部１９３、工具・被削材特性入力部１９２，判定条件入力部１９４を備えて構成される。

加工条件入力部１９１において、図１３は加工条件設定方法を入力する入力画面１００１の一例を示す概略図である。図１４は、図１３に示した入力画面１００１に表示された項目のライブラリ情報のファイルフォーマットの一実施形態を表す図であり、記憶部５１１に記憶されているデータである。入力画面１００１に対応するライブラリ情報には、例えばライブラリ番号１００５と、主軸回転速度入力方法等のライブラリ項目１００６が含まれる。図１４のライブラリ情報に基づいて図１３の入力画面１００１に表示項目１００２を表示し、項目毎に使用する条件を、ラジオボタン１００３を押下することによって選択する。全ての項目を選択した後、決定ボタン１００４を押下することによって、入力を終了し、加工条件履歴記憶部１８１に選択した項目を記憶する。

図１３に示した入力画面１００１に表示された主軸回転速度入力方法で「固定値入力」を選択した場合には、入力欄１０１０に入力された値を主軸回転速度として用いて、信号分離部１３２で切削力成分を抽出する。また、「装置から取得」を選択した場合には、コントローラ５０７の主軸コントロール部１０２から取得した主軸回転速度の情報を用いる。さらに、「プログラムから取得」を選択した場合には、機械加工装置５００またはコントローラ５０７に保存されているプログラムの主軸回転速度の情報を取得する。一般的に加工プログラムは数ステップで構成されており、各ステップ毎に主軸回転速度の情報を取得することが望ましい。

加工パス入力部１９３において、図１５は加工パス設定方法を入力する入力画面１１０１の一例を示す概略図である。図１６は、図１５に示した入力画面１１０１に表示された項目のライブラリ情報のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。

図１５に示す入力画面１１０１に表示された径切込み量入力方法の欄で「ファイルから取得」を選択した場合には、指定したファイルから図１７Aに示すファイル情報を取得する。ファイル情報として、例えばライブラリ番号１１０７とライブラリ第一項目１１０８、ライブラリ第二項目１１０９が含まれる。ライブラリ第一項目として、加工パス番号、またはプログラムのステップ番号を指定し、ライブラリ第二項目として、径切込み量を指定することで、各加工パスまたは各プログラムステップ番号に対応した径切込み量を関連付けて保存されている。

また、図１５に示す入力画面１１０１に表示された被削材厚さ入力方法の欄で「ファイルから取得」を選択した場合、指定したファイルから図１７Bに示すファイル情報を取得する。ファイル情報のライブラリ第一項目として、パス番号、またはプログラムのステップ番号を指定し、ライブラリ第二項目として、被削材厚さを指定することで、各パスまたは各プログラムステップ番号に対応した被削材厚さを関連付けて保存することができる。

工具・被削材特性入力部１９２において、図１８は工具・被削材特性入力方法を選択する入力画面１２０１の一例を示す概略図である。図１９は、図１８に示した入力画面１２０１に表示された項目のライブラリ情報のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。入力画面１２０１に対応するライブラリ情報には、例えばライブラリ番号１２０５と、工具特性入力方法や被削材特性入力方法等の入力対象を指定するライブラリ第一項目１２０６と、固有振動数入力やテーブルから取得等のデータ入力方法を指定するライブラリ第二項目１２０７が含まれる。図１９のライブラリ情報に基づいて図１８の入力画面１２０１に表示項目１２０２を表示し、項目毎に使用する条件を、ラジオボタン１００３を押下することによって選択する。全ての項目を選択した後、決定ボタン１００４を押下することによって、入力を終了し、工具・被削材特性記憶部１８４に選択した項目を記憶する。

図１８に示した表示画面１２０１上で、工具特性入力方法の欄において、「固有振動数入力」を選択した場合は、入力欄１０１０に振動数の下限値と上限値、または中央値と範囲を指定することによって、信号分離に使用する周波数範囲を指定する。被削材特性入力方法の欄において、「固有振動数入力」を選択した場合も同様である。

工具特性入力方法の欄において、「工具諸元から算出」を選択した場合の詳細について、図２０〜図２１を用いて説明する。図２０は工具諸元の入力画面１０２１の一例を示す概略図である。図２１は、図２０に示した入力画面１０２１に表示された項目のライブラリ情報のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。ライブラリ情報には、例えばライブラリ番号１０２５と工具長や工具径等の工具諸元の入力対象を指定するライブラリ項目１０２６が含まれる。

図１８に示した表示画面１２０１上で、被削材特性入力方法の欄において、「被削材諸元から算出」を選択した場合の詳細について、図２２〜図２３を用いて説明する。図２２は被削材諸元の入力画面１０３１の一例を示す概略図である。図２３は、図２２に示した入力画面１０３１に表示された項目のライブラリ情報のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。入力画面１０３１に遷移するとき、図２２のライブラリ情報を記載したファイルから情報を入力して表示する。ライブラリ情報には、例えばライブラリ番号１０３５と被削材形状モデルや被削材合成等の被削材諸元の入力対象を指定するライブラリ項目１０３６が含まれる。

図１８に示した表示画面１２０１上で被削材特性入力方法の欄において、「テーブルから取得」を選択した場合の詳細について、図２４を用いて説明する。図２４は、テーブルに記載されている情報であり、ライブラリ番号１０４５と、加工パスを指定するライブラリ第一項目１０４６と各加工パスにおける被削材の固有振動数を指定するライブラリ第二項目１０４７が含まれる。テーブル情報はファイルに保存されており、「テーブルから取得」を選択したときに読み込まれる。

判定条件入力部１９４の詳細について図２５を用いて説明する。図２５は判定条件の入力画面１２１１の一例を示す概略図である。信号分離使用データの欄では、信号分離に用いるデータとして、工具特性か被削材特性、または工具特性と被削材特性を合わせて判断するという選択項目から一つを選択するものである。異常検知しきい値設定方法の欄では、固定値を入力するかシミュレーションで算出するという選択項目から一つを選択するものである。減衰判定の欄には、実施するかしないかを選択するチェックボックス１０５３があり、チェックされたときに有効となる。減衰判定に用いるしきい値は入力ボックス１０５４に入力された値を用いる。

各項目を選択後、決定ボタン１００４を押下することにより、「信号分離使用データ」と「減衰判定」で設定した項目が信号分離条件設定記憶部１８６に記憶され、「異常検知しきい値設定方法」で設定した項目がしきい値設定条件記憶部１８７に記憶される。

信号分離条件算出部１５３の詳細について説明する。信号分離条件算出部１５３で算出する項目は、切削成分力の周波数と工具振動の周波数または被削材振動の周波数である。切削成分力の周波数は前述の通り、加工条件履歴記憶部１８１に記憶されている工具回転速度またはコントローラ５０７から取得した工具回転速度に刃数を掛けた値等を用いることができる。工具振動の周波数を算出する方法は信号分離条件設定記憶部１８６に記憶されている方法を用いる。例えば、「固有振動数入力」が選択されている場合は、入力された値を切削成分力の周波数として用いる。また、「工具諸元から算出」が選択されている場合は、工具長や工具径、工具剛性から数式またはシミュレーションによって算出される周波数を用いることができる。

被削材振動の周波数を算出する方法は信号分離条件設定記憶部１８６に記憶されている方法を用いる。例えば、「固有振動数入力」が選択されている場合は、入力された値を切削成分力の周波数として用いる。また、「被削材諸元から算出」が選択されている場合は、形状モデルや被削材剛性、固定治具モデル、治具剛性から数式またはシミュレーションによって算出される周波数を用いることができる。

工具振動の周波数を用いるか被削材振動の周波数を用いるかは、信号分離条件設定記憶部１８６に記憶されている方の周波数を用いる。このとき、複数の周波数を用いるという選択肢が選択されている場合（例えば工具振動と被削材振動）には、それぞれの周波数と振幅を算出した後、振幅の大きい方を選択すればよい。

本実施例によれば、加工条件によらず、一定のしきい値でびびり振動発生を判定できるため、適切にしきい値を設定でき、異常検出精度が向上する。また、びびり振動が発生する直前の条件で安定的に加工することができ、高効率な加工を実現できる。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは勿論である。

５０１・・・筐体 ５０２・・・主軸テーブル ５０３・・・主軸 ５０４・・・加工工具 ５０５・・・被削材 ５０６・・・テーブル ５０７・・・コントローラ ５１６・・・チップ ５１５・・・回転軸。

Claims (18)

1. 切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法であって、前記切削工具で前記被削材を切削加工するための加工条件を設定する第１のステップと、該設定した加工条件に基づいて前記被削材を切削加工中の前記切削加工装置の振動または切削力を検出して電気信号に変換する第２のステップと、前記変換した電気信号を切削成分信号と工具振動成分信号に分離する第３のステップと、前記分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出する第４のステップと、前記算出した判定指標値と予め設定した判定しきい値とを比較し前記切削工具で前記被削材を切削加工中の異常の有無を判定する第５のステップと、前記切削加工中の異常の有無の判定結果と前記設定した加工条件を関連づけて記憶する第６のステップと、前記算出した判定指標値の大きさから新しい加工条件を算出する第７のステップと、前記第１のステップで設定した加工条件を前記第７のステップで算出した新しい加工条件に変更して前記切削工具で前記被削材を切削加工する第８のステップとを有し、前記第８のステップにおいて、前記第４のステップで算出した判定指標値に基づいて前記第１のステップで設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む前記新しい加工条件を設定することを特徴とする切削加工装置を用いた加工方法。
2. 前記第３のステップにおいて、前記電気信号を周波数変換し、予め記憶しておいた加工条件情報と加工工具の固有振動数から切削成分力信号と工具振動成分力信号を分離することを特徴とする請求項１記載の切削加工装置を用いた加工方法。
3. 前記第３のステップにおいて、前記電気信号の移動平均値を算出するとともに、前記電気信号と前記移動平均値の差を算出し、前記移動平均値を切削成分力信号、前記電気信号と前記移動平均値の差を工具振動成分信号とすることを特徴とする請求項１記載の切削加工装置を用いた加工方法。
4. 切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するための加工条件を設定し、
   該設定した加工条件に基づいて前記切削工具で被削材を切削加工し、
   該被削材を切削加工中に前記切削加工装置の振動または切削力を検出し、
   前記検出した信号を処理して切削成分信号と工具振動成分信号に分離し、
   該分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出し、
   前記算出した判定指標値を予め設定した判定しきい値と比較して、該判定しきい値に対する前記判定指標値の大きさに応じて前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む新しい加工条件を算出し、
   前記設定した加工条件を前記算出した新しい加工条件に変更して前記切削加工装置で前記被削材を切削加工する
   ことを特徴とする切削加工装置を用いた加工方法。
5. 前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための判定指標値として、前記分離した切削成分信号の大きさと工具振動成分信号の大きさとの比の情報を用いることを特徴とする請求項１又は４に記載の切削加工装置を用いた加工方法。
6. 前記算出した判定指標値が前記予め設定した判定しきい値よりも大きいときには前記新しい加工条件として前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を１００％よりも小さく設定し、前記算出した判定指標値が前記予め設定した判定しきい値よりも所定の量以上小さいときには前記新しい加工条件として前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を１００％よりも大きく設定することを特徴とする請求項１又は４に記載の切削加工装置を用いた加工方法。
7. 前記算出した判定指標値が前記予め設定した判定しきい値よりも所定の量以内で小さいときには前記新しい加工条件として前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を１００％に設定することを特徴とする請求項１又は４に記載の切削加工装置を用いた加工方法。
8. 前記オーバーライド率を、前記判定指標と前記判定しきい値との差の絶対値が大きいほど、大きな変化率で設定することを特徴とする請求項１又は４に記載の切削加工装置を用いた加工方法。
9. 切削工具を用いて被削材を切削加工しながら装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置であって、前記切削工具を用いて被削材を切削加工するために加工条件を設定する加工条件設定手段と、該加工条件設定手段で設定した加工条件に基づいて前記被削材を切削加工中の前記切削加工装置の振動または切削力を検出して電気信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段で変換された電気信号を切削成分信号と工具振動成分信号に分離する信号分離手段と、該信号分離手段で分離した切削成分信号の情報と工具振動成分信号の情報とを用いて前記切削工具で切削加工中の加工の状態を判定するための判定指標値を算出する判定指標算出手段と、該判定指標算出手段で算出した判定指標値と予め設定した判定しきい値とを比較し異常の有無を判定する異常判定手段と、該異常判定手段で判定した異常の有無の判定結果と前記加工条件設定手段で設定した加工条件を関連づけて記憶する記憶手段と、前記判定指標算出手段で算出した判定指標値を予め設定した判定しきい値と比較して該判定しきい値に対する前記判定指標値の大きさに応じて前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を含む新しい加工条件を算出する加工条件算出手段とを有し、前記加工条件設定手段は、前記被削材を切削加工中に、前記設定した加工条件を前記加工条件算出手段で算出した新しい加工条件に変更することを特徴とする切削加工装置。
10. 前記信号分離手段は、前記電気信号を周波数変換し、該電気信号を周波数変換した情報と予め記憶しておいた加工条件情報と加工工具の固有振動数の情報を用いて前記電気信号を切削成分力信号と工具振動成分力信号に分離することを特徴とする請求項９記載の切削加工装置。
11. 前記信号分離手段は、前記電気信号の移動平均値を算出し、前記電気信号と前記算出した移動平均値の信号差を算出し、前記算出した移動平均値を切削成分力信号、前記算出した信号差を工具振動成分信号として出力することを特徴とする請求項９記載の切削加工装置。
12. 前記加工条件算出手段は、前記算出した判定指標値が前記予め設定した判定しきい値よりも所定の量以内で小さいときには前記新しい加工条件として前記設定した加工条件に対するオーバーライド率を１００％に設定することを特徴とする請求項９記載の切削加工装置。
13. 前記加工条件算出手段は、前記判定指標と前記判定しきい値との差の絶対値が大きいほど、大きな値のオーバーライド率を用いることを特徴とする請求項９記載の切削加工装置。
14. 切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法であって、前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための指標値として、前記切削工具の振動に由来する前記切削加工装置の振動の振幅を切削に由来する前記切削加工装置の振動の振幅で除算して得た値に基づく情報を用いることを特徴とする切削加工装置を用いた加工方法。
15. 切削加工装置で切削工具を用いて被削材を切削加工するときに前記切削加工装置の振動または切削力を測定して順次加工条件を変更する切削加工装置を用いた加工方法であって、前記切削工具で加工中の加工の状態を判定するための指標値として、前記切削工具の振動に由来する前記切削加工装置の振動を周波数変換し、サイドローブ振幅をメインローブ振幅で除算して得た値に基づく情報を用いることを特徴とする切削加工装置を用いた加工方法。
16. 切削工具を回転させる加工に伴う切削状態量を測定し加工異常検知する機能を備えた加工装置におけるデータ入力を支援するデータ入力支援装置であって、
    前記切削工具で被削材を加工するための加工条件のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの加工条件のライブラリ項目の指定を受ける加工条件入力部と、
    前記切削工具で被削材を加工するための加工パスのライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの加工パスのライブラリ項目の指定を受ける加工パス入力部と、
    前記切削工具で被削材を加工するための工具の特性と被削材の特性のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの工具の特性と被削材の特性のライブラリ項目の指定を受ける工具・被削材特性入力部と、
    前記切削工具で被削材を加工したときの切削状態量を測定したデータから加工異常を判定するための条件のライブラリ項目をユーザに対して提示しユーザからの判定条件のライブラリ項目の指定を受ける判定条件入力部と、
    を備えたことを特徴とするデータ入力支援装置。
17. 前記判定条件入力部で選択した入力項目に応じて、前記切削状態量の信号を分離する方法を変更することを特徴とする請求項１６記載のデータ入力支援装置。
18. 前記判定条件入力部で選択した入力項目に応じて、前記加工異常を判定するための異常検知しきい値の算出方法を変更することを特徴とする請求項１６記載のデータ入力支援装置。

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