WO2013146545A1 - 工作機械の制御方法、及び工作機械 - Google Patents

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恵 鶴田
小松　直隆
竹内　克佳
高 渋谷
哲 古立
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三菱重工業株式会社
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    • Y10T409/30084—Milling with regulation of operation by templet, card, or other replaceable information supply
    • Y10T409/300896—Milling with regulation of operation by templet, card, or other replaceable information supply with sensing of numerical information and regulation without mechanical connection between sensing means and regulated means [i.e., numerical control]

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool control method and machine tool having an attachment, and more particularly to a machine tool control method and a machine tool capable of preventing the attachment from being damaged.
  • the strength limit of the strength members that make up the attachment is due to changes in rigidity due to the length of the protruding tool, changes in cutting resistance due to differences in machining conditions, changes in moments, etc. There is a possibility that it may fall under operating conditions exceeding the limit and lead to damage. In addition, an increase in cutting resistance may cause the attachment to shift at the mounting position, resulting in reduced surface finish.
  • the attachment generates chatter vibrations depending on the combination of the length of the protrusion, the change in rigidity caused by the backlash element, and the machining conditions (cutting force magnitude, direction, frequency, etc.). As a result, there is a possibility that the quality of the machined surface deteriorates and the machining under the conditions cannot be performed.
  • a damper is provided in a ram stock to which an attachment is attached, and tool vibration is reduced by adjusting the natural frequency of the damper.
  • Patent Document 2 requires additional installation of an adjustment mechanism and a drive source, and the problem is that the apparatus becomes large and expensive.
  • the present invention is to provide a machine tool control method and a machine tool that prevent damage to an attachment without adding a new mechanism.
  • a machine tool control method includes a machine tool main body, a ram that is movably supported with respect to the machine tool main body, a main shaft that is rotatably supported by the ram, An attachment that is attachable to and detachable from the tip of the ram, and that rotates according to the rotation of the main shaft; and a tool provided on the drive shaft; and an NC device that performs numerical control based on machining data;
  • the cutting force calculated from the product of the diameter of the tool, the feed amount, and the specific cutting resistance of the material of the workpiece, the protruding amount of the ram, and the attachment When the stress applied to the attachment calculated from a function of the sectional moment of inertia calculated from the shape is larger than the allowable stress of the attachment, at least one of the protruding amount of the ram and the feed amount is set. It is preferable to decrease.
  • chattering can be prevented only by changing the control method by changing the rotational speed of the spindle to make the frequency of the cutting resistance different from the resonance frequency of the attachment.
  • the machine tool according to the second aspect of the present invention includes a control device that realizes the machine tool control method described above.
  • the machine tool further includes a solid identification unit provided in the attachment and storing shape information of the attachment, and a solid identification information receiving unit provided in the ram and receiving information from the solid identification unit. It is preferable that shape information of the attachment is transmitted to the control device and the NC device by attaching the attachment to the ram.
  • the information of the machine elements constituting the attachment is input to the solid identification means, and the information is transmitted to the NC device or the control device simply by attaching the attachment to the ram. There is no need to switch attachment information.
  • the attachment when the stress applied to the attachment becomes larger than the allowable stress, the attachment can be prevented from being damaged by relaxing the machining conditions and reducing the cutting resistance.
  • the adjustment of such processing conditions can be automatically performed during processing without using trial cutting or the like, productivity can be improved.
  • it is realized mechanically by only changing the control method without adding an additional part it is possible to prevent damage to the attachment at low cost.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a machine tool according to a first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the ram and attachment of a machine tool. It is a flowchart explaining the control method of a machine tool. It is a graph which a cutting force adjustment function refers. It is sectional drawing which shows the ram and attachment of the machine tool which concern on 2nd embodiment of this invention.
  • a machine tool 1 to which a machine tool control method according to a first embodiment of the present invention is applied is a portal machine tool (machining center) that performs machining of a workpiece.
  • a machine body 5, a ram 7 that is supported by the machine tool body 5 so as to be movable along the Z-axis direction, and an attachment 8 that is detachably attached to the tip of the ram 7 are provided.
  • the machine tool body 5 includes a bed 2, a table 3 disposed on the bed 2 and movable along the X-axis direction, and a portal column 4 (support) disposed so as to straddle the table 3.
  • a saddle 6 that can move on the column 4 along the Y-axis direction is provided, and a workpiece (not shown) can be fixed on the table 3.
  • a screw portion (not shown) is formed on the table 3, and a feed shaft (not shown) provided along the X-axis direction is screwed to the table 3, and a servo motor ( (Not shown) is connected.
  • the table 3 is moved and positioned in the X-axis direction by the rotational drive of the servo motor.
  • a cross rail 13 is attached to the column 4 in the Y-axis direction, and the saddle (driven part) 6 moves on the cross rail 13 so that the saddle 6 can move along the Y-axis direction. Yes.
  • the ram 7 is attached to the saddle 6 so as to be movable along the Z-axis direction.
  • An attachment 8 for performing cutting or the like is attached to the tip of the ram 7.
  • the machine tool 1 is numerically controlled by an NC device 21 (see FIG. 3).
  • the NC device 21 can numerically control the column 4, the saddle 6, the ram 7, the main shaft 9 and the like based on preset NC program data (machining data).
  • the ram 7 includes a casing 12, a main shaft 9 that extends in the vertical direction inside the casing 12, and is rotatably supported by the ram 7, and a bearing that rotatably supports the main shaft 9. 10 and a spindle motor 11 which is arranged around the main shaft 9 and rotationally drives the main shaft 9.
  • the main shaft 9 has a hollow shape at least at the bottom, and can be attached with an arbitrary attachment 8.
  • FIG. 2 shows an attachment that rotates a rotation axis of a tool called a right angle head by 90 ° as an example of the attachment.
  • the attachment 8 includes a casing 14, a drive shaft 15 extending in the vertical direction inside the casing 14, a bearing 16 that rotatably supports the drive shaft 15, and a bevel gear (bevel gear) attached to the lower end of the drive shaft 15. ) And a tool 18 attached via the transmission mechanism 17.
  • the tool 18 is, for example, an end mill or a drill.
  • the transmission mechanism 17 is configured by a bevel gear such as a bevel gear, so that the axial direction of the tool 18 is orthogonal to the axial directions of the main shaft 9 and the drive shaft 15.
  • the drive shaft 15 has a tapered shape in the upper portion thereof, and a lower portion of the main shaft 9 has a tapered hole 9a corresponding to the tapered portion 15a of the drive shaft 15.
  • the attachment 8 is fixed by gripping the upper end of the drive shaft 15 by a clamp 19 provided on the ram 7 side with the drive shaft 15 inserted into the main shaft 9 from below. That is, the attachment 8 is detachably attached to the ram 7 and can be exchanged according to the processing on the workpiece.
  • the target shape of the workpiece is determined. That is, CAD data is created.
  • a machining program is generated by the machining program generation means 22.
  • the machining program is a program in which the tip position and orientation of the tool are described in a time calendar, and is generated based on the shape of the tool and machining conditions (cutting amount, feed speed, and rotation speed of the spindle 9).
  • the generated machining program is transmitted to the NC device 21, where it is converted into a machine command value.
  • the machine command value is transmitted to the machine tool main body 5, the positions, postures, rotation speeds, and the like of the attachment 8 and the tool 18 are controlled, and the workpiece is machined.
  • the control device 20 has a cutting force adjusting function 23 for monitoring the excess of the cutting resistance allowable value and a chattering preventing function 24 for preventing chattering during cutting.
  • the control device 20 outputs a command for changing the machine command value transmitted from the NC device 21 to the machine tool body 5.
  • the cutting force adjusting function 23 is a function for estimating and calculating a parameter for calculating the cutting force F by using the following three means and adjusting the cutting force F.
  • the first means is means for estimating the cutting resistance F (cutting resistance estimation means 25).
  • the logic for estimating the cutting force F by the cutting force estimating means 25 will be described below.
  • the cutting force F is expressed as follows: the workpiece diameter is d [mm], the feed amount per tool rotation is f [mm / rev], and the specific cutting resistance, which is a parameter of the workpiece material, is Ks. Assuming that [N / mm 2 ], it is calculated by the following mathematical formula (1).
  • F [N] d ⁇ f ⁇ Ks (1)
  • the cutting resistance F can be estimated by substituting the diameter of the workpiece of Formula (1) with the end mill diameter.
  • the second means is means (moment estimation means 26) for estimating the cross-sectional secondary moment I of the ram 7.
  • the third means is means for detecting the ram protrusion amount L1 (protrusion amount detection means 27).
  • the protruding amount estimation means is detected by being read from the command value of the NC device.
  • the cutting resistance adjusting function 23 first calculates the stress ⁇ applied to the attachment 8 based on the values obtained by the above three means.
  • the moment M applied to the attachment 8 is calculated by the product of the cutting resistance F estimated by the cutting resistance estimation means 25 and the ram protrusion amount L1 detected by the protrusion amount detection means.
  • the cutting force adjusting function 23 adjusts the cutting force F or the ram protrusion amount L1 so that the value of ⁇ is equal to or less than the allowable stress ⁇ r of the attachment 8 calculated from the information of the machine elements constituting the attachment 8. That is, F or L1 is adjusted so as to satisfy the following formula (4).
  • the feed amount f is decreased so that the cutting resistance F is reduced, or the ram protrusion amount L1 is decreased.
  • a numerical formula (4) is graphed, it will become a graph which shows the cutting resistance allowable value as shown in FIG. That is, the ram protrusion amount L1 and the cutting resistance F are in an inversely proportional relationship.
  • this graph changes in the direction indicated by the arrow B in FIG. 4 according to the tool protrusion amount L2. That is, when the tool protrusion amount L2 is small, the allowable stress ⁇ r is large, and when the tool protrusion amount L2 is large, the allowable stress ⁇ r is small.
  • the tool protrusion amount L2 can be obtained from the shape data L3 of the attachment 8 and the tool attachment length L4 as shown in FIG. These data and information are stored in the NC device.
  • the chatter prevention function 24 is a function for estimating a condition in which chatter occurs based on the frequency of the cutting resistance F and adjusting the rotational speed of the main shaft 9 so as to avoid the condition.
  • the chattering prevention function 24 determines that chattering occurs when the frequency fm of the cutting resistance F is equal to the resonance frequency of the attachment 8, and outputs a command to change the machining conditions.
  • the resonance frequency of the attachment 8 is calculated from information on the machine elements constituting the attachment 8.
  • the processing conditions are relaxed to reduce the cutting resistance F, thereby attaching the attachment. 8 can be prevented. Further, since the overload state of the tool 18 is avoided only by relaxing the machining conditions without stopping the machining, the machining time can be shortened. Further, since there is no mechanically added portion, and only the control method is changed, the attachment 8 can be prevented from being damaged at low cost.
  • chatter prevention function 24 is used to change the rotation speed of the main shaft 9 to make the frequency of the cutting resistance F different from the resonance frequency of the attachment 8, thereby preventing the occurrence of chatter only by changing the control method. Can do.
  • an IC tag 30 (solid identification means) is attached to the attachment 8 as means for acquiring shape information of the machine elements constituting the attachment 8, and the IC tag is attached to the ram 7.
  • An IC tag reader 31 (solid identification information receiving unit) for receiving information from 30 is attached.
  • the IC tag 30 is written with information such as the bending rigidity, torsional rigidity, and natural frequency of the attachment 8, which is used to determine the occurrence of chatter and breakage of components. Even if the attachments 8 are of the same type, there are variations in the machines, and therefore unique values are written in the stiffness values and the like.
  • the IC tag 30 and the IC tag reader 31 are arranged at positions where the IC tag reader 31 can read the information of the IC tag 30 by attaching the attachment 8 to the ram 7.
  • the moment estimating means 26 calculates the cross-sectional secondary moment I of the attachment 8, and this value is referred to by the cutting force adjusting function 23 to adjust the cutting force.
  • the resonance frequency of the attachment 8 is calculated based on this information, and this value is referred to by the chatter prevention function 24 to avoid chatter.
  • the solid identification means is not limited to an IC tag, and for example, a tag that communicates using magnetism or a marking such as a barcode can be used.
  • the attachment when the stress applied to the attachment becomes larger than the allowable stress, the attachment can be prevented from being damaged by relaxing the machining conditions and reducing the cutting resistance.

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Abstract

　この工作機械の制御方法は、工作機械本体と、工作機械本体に対して移動自在に支持されるラムと、ラムに駆動回転可能に支持される主軸と、ラムの先端部に着脱可能であり、主軸の回転に応じて回転する駆動軸と、駆動軸に設けられた工具とを有するアタッチメントと、加工データに基づいて数値制御を行うＮＣ装置と、を有し、被工作物の機械加工を行う。この工作機械の制御方法は、工具の直径、切り込み量、及び送り量からなる加工条件、ラムの突き出し量、アタッチメントの形状、被工作物の材質、からなる情報に基づいて、アタッチメントにかかる応力が、アタッチメントの許容応力よりも大きくなった場合、ラムの突き出し量、送り量のうち少なくとも一方を減少させる。

Description

工作機械の制御方法、及び工作機械
　本発明は、アタッチメントを有する工作機械の制御方法及び工作機械に係り、特にアタッチメントの破損を防止することができる工作機械の制御方法、及び工作機械に関する。本願は、２０１２年３月２９日に、日本に出願された特願２０１２－０７５７３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、被工作物に対して加工を施す工作機械では、加工用の切削工具等を備えたアタッチメントが工作機械本体に対して着脱可能となっている構成が知られている。このアタッチメントは、加工用の工具を回転させたり、被工作物の形状に合わせて向きを変更したりできる構造を有している（例えば、特許文献１参照）。
　アタッチメントは、様々な加工パターンへの対応を可能にする一方で、工具の突き出し量の長短による剛性変化、加工条件の違いによる切削抵抗変化、モーメント変化などにより、アタッチメントを構成する強度部材の強度限界を超えた運転条件に陥り損傷に至る可能性がある。
　さらに，切削抵抗が増加することでアタッチメントが取付位置でずれ，加工面品位を落とすことがある。
　また、アタッチメントは突き出し量の長短、ガタ要素に起因する剛性変化や加工条件（切削抵抗の大小、向き、周波数等）の組合せにより、びびり振動が発生する。その結果、加工面品位の低下やその条件での加工が出来ないといった事態を招く可能性がある。
　特許文献２に記載の工作機械では、アタッチメントが取り付けられるラムストックにダンパを設け、このダンパの固有振動数を調整することによりツール振動の低減を図っている。
特開平６－３０４８４３号公報 特開２００９－１９０１４１号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の工作機械では、調整機構や駆動源の追設が必要であり、装置が大型化・高コスト化してしまう点が課題である。
　この発明は、新たな機構を追設することなく、アタッチメントの破損を防止する工作機械の制御方法、及び工作機械を提供することにある。
　本発明の第一の態様に係わる工作機械の制御方法は、工作機械本体と、前記工作機械本体に対して移動自在に支持されるラムと、前記ラムに駆動回転可能に支持される主軸と、前記ラムの先端部に着脱可能であり、前記主軸の回転に応じて回転する駆動軸と、前記駆動軸に設けられた工具とを有するアタッチメントと、加工データに基づいて数値制御を行うＮＣ装置と、を有し、被工作物の機械加工を行う工作機械の制御方法であって、前記工具の直径、切り込み量、及び送り量からなる加工条件、前記ラムの突き出し量、前記アタッチメントの形状、前記被工作物の材質、からなる情報に基づいて、前記アタッチメントにかかる応力が、前記アタッチメントの許容応力よりも大きくなった場合、前記ラムの突き出し量、前記送り量のうち少なくとも一方を減少させる。
　上記構成によれば、アタッチメントにかかる応力が許容応力よりも大きくなった場合に、加工条件を緩和して切削抵抗を低減することによって、アタッチメントの破損を防止することができる。また、このような加工条件の調整を試削り等を用いることなく、加工中に自動で行えることから、生産性向上を図ることが可能となる。また、機械的に追加部分無く、制御方法の変更のみで実現されるため、低コストでアタッチメントの破損を防止することができる。
　上記工作機械の制御方法において、前記工具の直径と、前記送り量と、前記被工作物の材質の比切削抵抗との積から算出される切削抵抗と、前記ラムの突き出し量と、前記アタッチメントの形状より算出される断面二次モーメントと、の関数から算出される前記アタッチメントにかかる応力が、前記アタッチメントの許容応力よりも大きくなった場合、前記ラムの突き出し量と前記送り量のうち少なくとも一方を減少させることが好ましい。
　上記工作機械の制御方法において、前記主軸の回転速度及び工具の刃数より算出される切削抵抗の周波数と、前記アタッチメントの形状より算出される前記アタッチメントの共振周波数と、が等しい場合、前記主軸の回転速度を変更することが好ましい。
　上記構成によれば、主軸の回転速度を変更して切削抵抗の周波数とアタッチメントの共振周波数とを異ならせることによって、制御方法の変更のみでびびりの発生を防止することができる。
　本発明の第二の態様に係わる工作機械は、上記いずれかに記載の工作機械の制御方法を実現する制御装置を備える。
　上記工作機械において、前記アタッチメントに設けられ、前記アタッチメントの形状情報が記憶された固体識別手段と、前記ラムに設けられ、前記固体識別手段から情報を受信する固体識別情報受信部と、をさらに備え、前記アタッチメントを前記ラムに取り付けることによって、前記アタッチメントの形状情報が前記制御装置及び前記ＮＣ装置に送信されることが好ましい。
　上記構成によれば、固体識別手段にアタッチメントを構成する機械要素の情報が入力され、これらの情報がアタッチメントをラムに取り付けるだけで、ＮＣ装置や制御装置に送信されることによって、オペレータによる作業によってアタッチメントの情報を切り替える必要がなくなる。
　本発明によれば、アタッチメントにかかる応力が許容応力よりも大きくなった場合に、加工条件を緩和して切削抵抗を低減することによって、アタッチメントの破損を防止することができる。また、このような加工条件の調整を試削り等を用いることなく、加工中に自動で行えることから、生産性向上を図ることが可能となる。また、機械的に追加部分無く、制御方法の変更のみで実現されるため、低コストでアタッチメントの破損を防止することができる。
本発明の第一実施形態に係る工作機械の概略斜視図である。 工作機械のラム及びアタッチメントを示す断面図である。 工作機械の制御方法を説明するフローチャートである。 切削抵抗調整機能が参照するグラフである。 本発明の第二実施形態に係る工作機械のラム及びアタッチメントを示す断面図である。
（第一実施形態）
　以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１に示すように、本発明の第一実施形態に係わる工作機械の制御方法が適用される工作機械１は、被工作物の機械加工を行う門型工作機械（マシニングセンタ）であって、工作機械本体５と、工作機械本体５にＺ軸方向に沿って移動自在に支持されるラム７と、ラム７の先端部に着脱可能に取り付けられたアタッチメント８と、を備えている。
　工作機械本体５は、ベッド２と、ベッド２上に配置され、Ｘ軸方向に沿い移動可能なテーブル３と、テーブル３を跨ぐように配置されている門型のコラム４（支持体）と、コラム４上をＹ軸方向に沿って移動可能なサドル６と、を備えており、このテーブル３上に図示しない被工作物を固定することができる。
　テーブル３には、ねじ部（図示せず）が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた送り軸（図示せず）が螺合しており、この送り軸にサーボモータ（図示せず）が接続されている。テーブル３は、サーボモータの回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
　コラム４には、Ｙ軸方向にクロスレール１３が取り付けられており、このクロスレール１３上をサドル（被駆動部）６が移動することにより、サドル６がＹ軸方向に沿い移動可能とされている。ラム７は、サドル６にＺ軸方向に沿い移動可能に取り付けられている。
　切削加工等を行うアタッチメント８は、ラム７の先端に取り付けられている。
　また、工作機械１は、ＮＣ装置２１（図３参照）によって数値制御される。
　ＮＣ装置２１は、予め設定されたＮＣプログラムデータ（加工データ）に基づいて、コラム４、サドル６、ラム７、主軸９などを数値制御可能である。
　図２に示すように、ラム７は、ケーシング１２と、ケーシング１２の内部に鉛直方向に延在し、ラム７に駆動回転可能に支持される主軸９と、主軸９を回転可能に支持する軸受１０と、主軸９の周囲に配置され、主軸９を回転駆動させるスピンドルモータ１１と、を有している。主軸９は、少なくとも下部が中空形状とされており、任意のアタッチメント８を装着することができる。
　図２はアタッチメントの一例として、ライトアングルヘッドと呼ばれる工具の回転軸を９０°回転させるアタッチメントを示している。アタッチメント８は、ケーシング１４と、ケーシング１４の内部に鉛直方向に延在する駆動軸１５と、駆動軸１５を回転可能に支持する軸受１６と、駆動軸１５の下端に取り付けられたベベルギア（傘歯車）からなる伝達機構１７と、伝達機構１７を介して取り付けられた工具１８と、を有している。工具１８は、例えばエンドミルやドリルである。
　伝達機構１７は、ベベルギアなどの傘歯車によって構成されており、これにより、工具１８の軸方向が、主軸９及び駆動軸１５の軸方向と直交するようにしている。
　駆動軸１５は、その上方がテーパ形状となっているとともに、主軸９の下方は、駆動軸１５のテーパ部１５ａに対応したテーパ穴９ａを有している。アタッチメント８は、下方より駆動軸１５を主軸９に挿入した状態で、駆動軸１５の上端がラム７側に設けられたクランプ１９によって把持されることにより固定されるようになっている。即ち、アタッチメント８は、ラム７に着脱自在であり、被工作物に対する加工に応じて交換可能となっている。
　次に、本実施形態の工作機械１の作用について説明する。
　図３のフローチャートに示すように、まず、被工作物の目標形状が決定される。即ち、ＣＡＤデータが作成される。
　次に、加工プログラム生成手段２２によって加工プログラムが生成される。加工プログラムとは、工具の先端位置や姿勢を時刻暦で記載したプログラムであり、工具の形状や、加工条件（切り込み量、送り速度、及び主軸９の回転速度）に基づいて生成される。
　生成された加工プログラムはＮＣ装置２１に送信され、ＮＣ装置２１において、機械指令値に変換される。機械指令値は工作機械本体５に送信され、アタッチメント８及び工具１８の位置、姿勢、回転速度などが制御され、被工作物が加工される。
　次に、本実施形態の工作機械の制御装置２０について説明する。
　制御装置２０は、切削抵抗の許容値超過を監視する切削抵抗調整機能２３と、切削時のびびりの発生を防止するびびり防止機能２４と、を有している。制御装置２０は、ＮＣ装置２１から工作機械本体５に送信される機械指令値を変更する指令を出力する。
　まず、切削抵抗調整機能２３について説明する。
　切削抵抗調整機能２３は、以下の三つの手段を用いて切削抵抗Ｆを算出するためのパラメータを推定・算出し、切削抵抗Ｆを調整する機能である。
　まず、第一の手段は、切削抵抗Ｆを推定する手段（切削抵抗推定手段２５）である。切削抵抗推定手段２５による切削抵抗Ｆの推定のロジックを以下、説明する。
　旋盤加工の場合、切削抵抗Ｆは、被工作物の径をｄ［ｍｍ］、工具一回転当たりの送り量をｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］、被工作物の材質のパラメータである比切削抵抗をＫｓ［Ｎ／ｍｍ２］とすると、以下の数式（１）にて算出される。
　Ｆ［Ｎ］　＝　ｄ×ｆ×Ｋｓ　　　・・・　（１）
　数式（１）の被工作物の径をエンドミル径に置き換えることによって、切削抵抗Ｆを推定することができる。
　第二の手段は、ラム７の断面二次モーメントＩを推定する手段（モーメント推定手段２６）である。
　モーメント推定手段２６は、ＮＣ装置２１に記憶されたアタッチメント８の形状を含むアタッチメント８を構成する機械要素の情報を用いて、アタッチメント８の断面二次モーメントを算出する。この際、アタッチメント８の形状を中空の円柱体と仮定する。この円柱体の外径をＤ［ｍｍ］、内径をｄ［ｍｍ］とすると、断面二次モーメントＩは、以下の数式（２）にて算出される。
　Ｉ＝π（Ｄ４－ｄ４）／６４　　　・・・　（２）
　第三の手段は、ラム突き出し量Ｌ１を検知する手段（突き出し量検知手段２７）である。
　突き出し量推定手段は、ＮＣ装置の指令値より読み取られることによって検知される。
　切削抵抗調整機能２３は、まず、以上の三つの手段によって得られた値を元に、アタッチメント８にかかる応力σを算出する。
　アタッチメント８にかかるモーメントＭは、切削抵抗推定手段２５によって推定された切削抵抗Ｆと、突き出し量検知手段によって検知されたラム突き出し量Ｌ１との積によって算出される。円柱体のアタッチメント８の半径Ｒの円断面の形状として、モーメント推定手段によって推定された断面二次モーメントＩを用いると、アタッチメント８にかかる応力σは、以下の数式（３）にて算出される。
　σ　＝　Ｍ×Ｒ／Ｉ
　　　＝　Ｆ×Ｌ１×Ｒ／Ｉ　　　・・・　（３）
　切削抵抗調整機能２３は、このσの値をアタッチメント８を構成する機械要素の情報より算出されるアタッチメント８の許容応力σｒ以下にするように、切削抵抗Ｆ、又はラム突き出し量Ｌ１を調整する。即ち、以下の数式（４）を満たすようにＦ又はＬ１を調整する。
　Ｆ×Ｌ１×Ｒ／Ｉ　＜σｒ　　　・・・　（４）
　具体的には、切削抵抗Ｆが小さくなるように送り量ｆを減少させるか、又はラム突き出し量Ｌ１を減少させる。
　なお、数式（４）をグラフ化すると、図４に示すような切削抵抗許容値を示すグラフとなる。即ち、ラムの突き出し量Ｌ１と、切削抵抗Ｆは反比例の関係にある。
　例えば、ラムの突き出し量Ｌ１と、切削抵抗Ｆにより算出される値が、許容応力を超えているか否かがこのグラフより判定される。
　ここで、このグラフは、工具突き出し量Ｌ２に応じて図４の矢印Ｂで示す方向に変化する。即ち、工具突き出し量Ｌ２が小さい場合は、許容応力σｒは大きくなり、工具突き出し量Ｌ２が大きい場合は、許容応力σｒは小さくなる。
　なお、工具突き出し量Ｌ２は、図２に示すように、アタッチメント８の形状データＬ３及び工具の取り付け長さＬ４から求めることができる。これらのデータ・情報はＮＣ装置に持たせておく。
　次に、びびり防止機能２４について説明する。びびり防止機能２４は、切削抵抗Ｆの周波数によりびびりが発生する条件を推定し、その条件を回避するように主軸９の回転速度を調整する機能である。
　切削力の周波数ｆｍ［Ｈｚ］は、主軸９の回転速度をＳ［ｒｅｖ／分］、工具１８の刃数をＴとすると、以下の数式（５）により算出することができる。
　ｆｍ　＝　Ｓ×Ｔ／６０　　　・・・　（５）
　例えば、主軸９の回転速度を１０００ｒｅｖ／分、刃数３枚のフライスを使用した場合、
　ｆｍ　＝　１０００×３／６０　＝　５０［Ｈｚ］
となる。
　びびり防止機能２４は、切削抵抗Ｆの周波数ｆｍがアタッチメント８の共振周波数と等しいときに、びびりが発生すると判断し、加工条件を変更する指令を出力する。アタッチメント８の共振周波数は、アタッチメント８を構成する機械要素の情報より算出される。
　例えば、アタッチメント８の共振周波数が５０Ｈｚであり、刃数３枚のフライスを１０００ｒｅｖ／分で回転させた場合、びびり防止機能２４はびびりが発生すると判断する。
びびりが発生すると判断すると、びびり防止機能２４は、切削力の周波数ｆｍを例えば１０Ｈｚ増加させてびびり回避を行う。即ち、主軸９の回転速度は、１．２倍（＝（５０Ｈｚ＋１０Ｈｚ）／５０Ｈｚ）とする指令を出力する。
　上記実施形態によれば、切削抵抗調整機能２３を用いて、アタッチメント８にかかる応力σが許容応力σｒよりも大きくなった場合に、加工条件を緩和して切削抵抗Ｆを低減することによって、アタッチメント８の破損を防止することができる。また、加工を停止することなく加工条件の緩和のみによって工具１８の過負荷状態を回避するため、加工時間の短縮を図ることが可能となる。また、機械的に追加部分無く、制御方法の変更のみで実現されるため、低コストでアタッチメント８の破損を防止することができる。
　また、びびり防止機能２４を用いて、主軸９の回転速度を変更して切削抵抗Ｆの周波数とアタッチメント８の共振周波数とを異ならせることによって、制御方法の変更のみでびびりの発生を防止することができる。
（第二実施形態）
　本実施形態は、図５に示すように、アタッチメント８を構成する機械要素の形状情報を取得する手段として、アタッチメント８にＩＣタグ３０（固体識別手段）が取り付けられており、ラム７にＩＣタグ３０からの情報を受信するＩＣタグリーダ３１（固体識別情報受信部）が取り付けられている。
　ＩＣタグ３０には、びびりの発生や構成要素の破損の判定に用いる、アタッチメント８の曲げ剛性、ねじり剛性、固有振動数などの情報が書き込まれている。なお、同じ種類のアタッチメント８であっても機械のばらつきがあるため、剛性値などは、それぞれ固有の値が書き込まれている。
　ＩＣタグ３０及びＩＣタグリーダ３１は、アタッチメント８をラム７に取り付けることによって、ＩＣタグリーダ３１がＩＣタグ３０の情報を読み取り可能となるような位置に配置されている。
　上記実施形態の作用について説明する。
　アタッチメント８をラム７に取り付けると、ＩＣタグ３０に書き込まれたアタッチメント８の上記情報がＩＣタグリーダ３１によって読み取られ、ＮＣ装置２１及び制御装置２０に送信される。情報は、モーメント推定手段２６などに送信される。
　モーメント推定手段２６は、この情報に基づきアタッチメント８の断面二次モーメントＩを算出し、この値が切削抵抗調整機能２３によって参照され、切削抵抗が調整される。
　あるいは、この情報に基づきアタッチメント８の共振周波数が計算され、この値がびびり防止機能２４によって参照され、びびりが回避される。
　上記実施形態によれば、ＩＣタグ３０にアタッチメント８を構成する機械要素の情報が入力され、これらの情報がアタッチメント８をラム７に取り付けるだけで、ＮＣ装置２１や制御装置２０に送信されることによって、オペレータ（作業者）による作業によってアタッチメント８の情報を切り替える必要がなくなる。
　なお、固体識別手段はＩＣタグに限ることはなく、例えば、磁気を用いて通信するタグや、バーコードのようなマーキングを利用することもできる。
　この工作機械の制御方法によれば、アタッチメントにかかる応力が許容応力よりも大きくなった場合に、加工条件を緩和して切削抵抗を低減することによって、アタッチメントの破損を防止することができる。
　１　工作機械
　５　工作機械本体
　７　ラム
　８　アタッチメント
　９　主軸
　１５　駆動軸
　１８　工具
　２０　制御装置
　２１　ＮＣ装置
　３０　ＩＣタグ（固体識別手段）
　３１　ＩＣタグリーダ（固体識別情報受信部）
　Ｆ　切削抵抗
　Ｉ　断面二次モーメント
　Ｌ１　ラムの突き出し量

Claims (5)

  1. 　工作機械本体と、
    　前記工作機械本体に対して移動自在に支持されるラムと、
    　前記ラムに駆動回転可能に支持される主軸と、
    　前記ラムの先端部に着脱可能であり、前記主軸の回転に応じて回転する駆動軸と、前記駆動軸に設けられた工具とを有するアタッチメントと、
    　加工データに基づいて数値制御を行うＮＣ装置と、
    　を有し、被工作物の機械加工を行う工作機械の制御方法であって、
    　前記工具の直径、切り込み量、及び送り量からなる加工条件、
    　前記ラムの突き出し量、
    　前記アタッチメントの形状、
    　前記被工作物の材質、
    　からなる情報に基づいて、
    　前記アタッチメントにかかる応力が、前記アタッチメントの許容応力よりも大きくなった場合、前記ラムの突き出し量、前記送り量のうち少なくとも一方を減少させる工作機械の制御方法。
  2. 　前記工具の直径と、前記送り量と、前記被工作物の材質の比切削抵抗との積から算出される切削抵抗と、
    　前記ラムの突き出し量と、
    　前記アタッチメントの形状より算出される断面二次モーメントと、
    　の関数から算出される前記アタッチメントにかかる応力が、前記アタッチメントの許容応力よりも大きくなった場合、
    　前記ラムの突き出し量と前記送り量のうち少なくとも一方を減少させる請求項１に記載の工作機械の制御方法。
  3. 　前記主軸の回転速度及び工具の刃数より算出される切削抵抗の周波数と、
    　前記アタッチメントの形状より算出される前記アタッチメントの共振周波数と、
    　が等しい場合、前記主軸の回転速度を変更する請求項２に記載の工作機械の制御方法。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の工作機械の制御方法を実現する制御装置を備えた工作機械。
  5. 　前記アタッチメントに設けられ、前記アタッチメントの形状情報が記憶された固体識別手段と、
    　前記ラムに設けられ、前記固体識別手段から情報を受信する固体識別情報受信部と、をさらに備え、
    　前記アタッチメントを前記ラムに取り付けることによって、前記アタッチメントの形状情報が前記制御装置及び前記ＮＣ装置に送信される請求項４に記載の工作機械。
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