特開 2024-13720 加工条件設定方法および工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013720

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】加工条件設定方法および工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/12 20060101AFI20240125BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20240125BHJP

   B23Q 17/12 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B23Q15/12 A

B23Q17/09 H

B23Q17/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022116030

(22)【出願日】2022-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】棚瀬 良太

(72)【発明者】

【氏名】久保 詩織

(72)【発明者】

【氏名】橋本 高明

(72)【発明者】

【氏名】松原 厚

(72)【発明者】

【氏名】河野 大輔

【テーマコード（参考）】

3C001

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C001KA07

3C001KB09

3C001TA03

3C001TA04

3C001TA06

3C001TB08

3C029CC07

(57)【要約】

【課題】切削加工時のびびり振動を抑制する。
【解決手段】切削加工の加工条件を設定する加工条件設定方法は、切削工具によって工作物に第１試し加工を施しながら、切削工具から工作物に加えられる切削力、および、工作物の複数の計測点での振動を計測する計測工程と、複数の計測点での第１試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における工作物の振動を推定する振動推定工程と、第１試し加工中の切削力の計測結果と振動の推定結果とを周波数解析する周波数解析工程と、切削力の周波数解析結果と振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成する加工条件選定マップ作成工程と、加工条件選定マップを用いて、振動振幅が予め定められた値以下になるように本加工時の加工条件を設定する設定工程と、を有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

切削加工の加工条件を設定する加工条件設定方法であって、
切削工具によって工作物に第１試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測する計測工程と、
前記複数の計測点での前記第１試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定する振動推定工程と、
前記第１試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析する周波数解析工程と、
前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成する加工条件選定マップ作成工程と、
前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する設定工程と、
を有する、加工条件設定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の加工条件設定方法であって、
前記加工条件選定マップ作成工程に先立って、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて算出される、前記切削位置における前記工作物のコンプライアンスの最大値が予め定められた閾値を超えるか否かを判定し、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えないと判定した場合に、前記加工条件選定マップ作成工程を実行する、加工条件設定方法。

【請求項3】

請求項２に記載の加工条件設定方法であって、
前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えると判定した場合には、前記工作物の剛性を向上させるための対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、
前記対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、前記対策が実行された後、前記計測工程に戻り、
前記対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、前記加工条件選定マップ作成工程を実行する、加工条件設定方法。

【請求項4】

請求項１に記載の加工条件設定方法であって、
前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第２試し加工を施し、
前記工作物の強制びびり振動が前記第２試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、
前記工作物の強制びびり振動が前記第２試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行する、加工条件設定方法。

【請求項5】

請求項１に記載の加工条件設定方法であって、
前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第２試し加工を施し、
前記工作物の自励びびり振動が前記第２試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、
前記工作物の自励びびり振動が前記第２試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行する、加工条件設定方法。

【請求項6】

請求項１に記載の加工条件設定方法であって、
前記加工条件は、切削工具の１刃あたりの送り量であり、
前記設定工程にて、前記１刃あたりの送り量が一定に保たれる第１条件と、前記第１条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に前記１刃あたりの送り量が変更される第２条件との一方を選択して前記本加工時の前記加工条件を設定する、加工条件設定方法。

【請求項7】

切削工具によって工作物に切削加工を施す工作機械であって、
前記切削加工の加工条件を設定する加工条件設定部を備え、
前記加工条件設定部は、
前記切削工具によって前記工作物に第１試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測し、
前記複数の計測点での前記第１試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定し、
前記第１試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析し、
前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成し、
前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する、
工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加工条件設定方法および工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、切削加工を施される被加工物のびびり振動を抑制するために設置される治具の設計を支援する装置が開示されている。この装置は、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析結果を用いて被加工物の加工精度を予測し、所望の加工精度が得られないと予測される場合には、治具の設計データの変更等を使用者に行わせる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１１８９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

切削加工時にびびり振動が発生すると、加工精度が低下する。そのため、切削加工時のびびり振動を抑制することが求められている。特許文献１では、治具の設計変更によって切削加工時のびびり振動を抑制している。しかしながら、治具の設計変更等が困難な場合や、治具の設置自体が困難な場合がある。そこで、治具の設計変更によらずに、びびり振動を抑制するための技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の第１の形態によれば、切削加工の加工条件を設定する加工条件設定方法が提供される。この加工条件設定方法は、切削工具によって工作物に第１試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測する計測工程と、前記複数の計測点での前記第１試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定する振動推定工程と、前記第１試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析する周波数解析工程と、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成する加工条件選定マップ作成工程と、前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する設定工程と、を有する。
この形態の加工条件設定方法によれば、切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、治具の設置が困難な場合や、治具の設計変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。
（２）上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップ作成工程に先立って、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて算出される、前記切削位置における前記工作物のコンプライアンスの最大値が予め定められた閾値を超えるか否かを判定し、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えないと判定した場合に、前記加工条件選定マップ作成工程を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、工作物の剛性が確保されている状態で、加工条件を設定できる。そのため、効果的にびびり振動を抑制できる。
（３）上記形態の加工条件設定方法において、前記工作物のコンプライアンスの最大値が前記閾値を超えると判定した場合には、前記工作物の剛性を向上させるための対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、前記対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、前記対策が実行された後、前記計測工程に戻り、前記対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、前記加工条件選定マップ作成工程を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、工作物の剛性不足が可能な限り解消されている状態で、加工条件を設定できる。そのため、効果的にびびり振動を抑制できる。
（４）上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第２試し加工を施し、前記工作物の強制びびり振動が前記第２試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、前記工作物の強制びびり振動が前記第２試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、本加工に先立って強制びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行することで、本加工において強制びびり振動が生じることを抑制できる。
（５）上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件選定マップを用いて設定された前記加工条件に従って前記切削工具によって前記工作物に第２試し加工を施し、前記工作物の自励びびり振動が前記第２試し加工中に発生したか否かの判定結果を取得し、前記工作物の自励びびり振動が前記第２試し加工中に発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、本加工に先立って自励びびり振動の発生を抑制するための対策案を実行することで、本加工において自励びびり振動が生じることを抑制できる。
（６）上記形態の加工条件設定方法において、前記加工条件は、切削工具の１刃あたりの送り量であり、前記設定工程にて、前記１刃あたりの送り量が一定に保たれる第１条件と、前記第１条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に前記１刃あたりの送り量が変更される第２条件との一方を選択して前記本加工時の前記加工条件を設定してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、第１条件を選択することによって予め定められた加工精度を満足することができ、第２条件を選択することによってさらに加工時間を短期化できる。なお、設定される加工条件は、切削工具の１刃あたりの送り量のほか、切削工具ＴＬの回転速度や、切削工具ＴＬの軸方向（図１ではＺ軸）あるいは半径方向（図１ではＹ軸）の切込み量でもよい。
（７）本開示の第２の形態によれば、切削工具によって工作物に切削加工を施す工作機械が提供される。この工作機械は、前記切削加工の加工条件を設定する加工条件設定部を備える。前記加工条件設定部は、前記切削工具によって前記工作物に第１試し加工を施しながら、前記切削工具から前記工作物に加えられる切削力、および、前記工作物の複数の計測点での振動を計測し、前記複数の計測点での前記第１試し加工中の振動の計測結果を用いて、切削位置における前記工作物の振動を推定し、前記第１試し加工中の前記切削力の計測結果と前記振動の推定結果とを周波数解析し、前記切削力の周波数解析結果と前記振動の周波数解析結果とを用いて、切削工具によって工作物に本加工を施す時の前記工作物上の切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係が表された加工条件選定マップを作成し、前記加工条件選定マップを用いて、前記振動振幅が予め定められた値以下になるように前記本加工時の前記加工条件を設定する。
この形態の工作機械によれば、加工条件設定部は、切削位置と加工条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、作業員は、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、治具の設置が困難な場合や、治具の設計変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。
本開示は、加工条件設定方法や、工作機械以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、加工条件設定装置や、加工条件選定マップ作成方法や、加工条件選定マップ作成装置等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】工作機械の概略構成を示す斜視図。

【図2】支持部材のレイアウトの一例を示す側面図。

【図3】支持部材のレイアウトの一例を示す背面図。

【図4】加工条件設定処理の内容を示す第１のフローチャート。

【図5】加工条件設定処理の内容を示す第２のフローチャート。

【図6】コンプライアンスマップの一例を示す説明図。

【図7】加工条件選定マップの一例を示す説明図。

【図8】本加工後の加工面の表面粗さを示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における工作機械１１の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、工作機械１１は、立型マシニングセンタとして構成されている。工作機械１１は、互いに直交する３つの座標軸であるＸ，Ｙ，Ｚ軸を有している。本実施形態では、Ｘ軸は工作機械１１の左右方向に沿った座標軸であり、Ｙ軸は工作機械１１の前後方向に沿った座標軸であり、Ｚ軸は工作機械１１の上下方向に沿った座標軸である。

【0009】

工作機械１１は、ベッド２０と、サドル３０と、テーブル４０と、コラム５０と、主軸装置６０と、切削力センサ７０と、３つの振動センサ８０Ａ～８０Ｃと、制御装置１００とを備えている。

【0010】

サドル３０は、ベッド２０に支持されている。サドル３０は、ベッド２０にガイドされながらＹ軸に沿って移動する。テーブル４０は、サドル３０に支持されている。テーブル４０は、サドル３０にガイドされながらＸ軸に沿って移動する。テーブル４０には、工作物ＷＫが固定される。本実施形態では、テーブル４０に固定されたクランプ４５に工作物ＷＫの下端部が挟持されることによって、工作物ＷＫがテーブル４０に固定される。コラム５０は、ベッド２０に固定されている。主軸装置６０は、コラム５０に支持されている。主軸装置６０は、コラム５０にガイドされながらＺ軸に沿って移動する。

【0011】

主軸装置６０は、主軸６５と、主軸モータ６７と、回転角センサ６９とを備えている。主軸６５には、工作物ＷＫに切削加工を施すための切削工具ＴＬが装着される。主軸モータ６７は、Ｚ軸に平行な回転軸を中心にして主軸６５および切削工具ＴＬを回転させる。主軸モータ６７には、例えば、サーボモータを用いることができる。切削工具ＴＬは、中心軸を中心とする略円柱形状を有しており、側面部に少なくとも１つの刃を有している。本実施形態では、切削工具ＴＬは、エンドミルであり、中心軸を中心とする円周方向に沿って等間隔で配置された２つの刃を有している。なお、他の実施形態では、切削工具ＴＬの刃の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。切削工具ＴＬは、例えば、平フライスなどのエンドミル以外のフライス工具でもよい。回転角センサ６９は、主軸６５の回転角、換言すれば、切削工具ＴＬの回転角を検出する。回転角センサ６９によって検出された回転角に関する情報は、制御装置１００に送信される。回転角センサ６９には、例えば、ロータリーエンコーダを用いることができる。

【0012】

切削力センサ７０は、主軸６５に設けられている。切削力センサ７０は、切削工具ＴＬから工作物ＷＫに加えられる切削力を検出する。切削力センサ７０によって検出された切削力に関する情報は、制御装置１００に送信される。切削力センサ７０には、例えば、切削動力計を用いることができる。

【0013】

３つの振動センサ８０Ａ～８０Ｃは、工作物ＷＫに設置されている。各振動センサ８０Ａ～８０Ｃは、工作物ＷＫの振動状態を表す物理量を検出する。各振動センサ８０Ａ～８０Ｃによって検出された振動状態を表す物理量に関する情報は、制御装置１００に送信される。振動状態を表す物理量には、加速度、速度、および、変位が含まれる。本実施形態では、各振動センサ８０Ａ～８０Ｃは、工作物ＷＫの加速度を検出する加速度センサである。以下の説明では、振動センサ８０Ａ～８０Ｃが設置されている工作物ＷＫ上の点のことを計測点ＭＰ１～ＭＰ３と呼ぶことがある。なお、振動センサ８０Ａ～８０Ｃの数は、切削加工中における切削位置での工作物ＷＫの振動を推定するために最低限必要な数であればよい。他の実施形態では、各振動センサ８０Ａ～８０Ｃは、加速度センサではなく、工作物ＷＫの変位を検出する変位センサ、あるいは、工作物ＷＫの速度を検出する速度センサでもよい。また、本実施形態では、振動センサ８０Ａ～８０Ｃには、接触式の振動センサが用いられているが、他の実施形態では、非接触式の振動センサが用いられてもよい。

【0014】

制御装置１００は、ＣＰＵ１０１と、メモリ１０２と、入出力インターフェース１０３と、内部バス１０４とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２に格納されているコンピュータプログラムを実行することによって、ＮＣ制御部１１０および加工条件設定部１２０として機能する。

【0015】

ＮＣ制御部１１０は、所定の加工条件に従って主軸モータ６７等の工作機械１１の各モータを制御することによって、回転している切削工具ＴＬを工作物ＷＫに接触させて、工作物ＷＫに対する切削加工を実行する。以下の説明では、製品を製造するための切削加工を本加工と呼び、本加工に先立って実行される切削加工のことを試し加工と呼ぶ。

【0016】

加工条件設定部１２０は、切削加工の加工条件を設定する。加工条件には、切削工具ＴＬの回転速度と、切削工具ＴＬの１刃あたりの送り量と、工作物ＷＫへの切削工具ＴＬの半径方向および軸方向の切込み量とが含まれる。加工条件設定部１２０は、後述する加工条件設定処理を実行することによって、本加工にて用いられる加工条件を設定する。

【0017】

制御装置１００には、入力装置１０５と、表示装置１０６とが接続されている。入力装置１０５は、例えば、複数の操作ボタンで構成されている。表示装置１０６は、例えば、液晶ディスプレイで構成されている。入力装置１０５と表示装置１０６とは、タッチパネルとして一体化されてもよい。

【0018】

図２は、支持部材４８のレイアウトの一例を示す側面図である。図３は、支持部材４８のレイアウトの一例を示す背面図である。図２に示すように、工作物ＷＫをテーブル４０に固定するためのクランプ４５の他に、切削加工時の工作物ＷＫのびびり振動を抑制するための支持部材４８が用いられることがある。本実施形態では、支持部材４８は、円形断面を有する棒状に形成されている。支持部材４８の一端は、工作物ＷＫのうちのクランプ４５に挟持されている部分とは異なる部分に接触し、支持部材４８の他端は、固定部材４９を介してテーブル４０に固定されている。図３に示すように、工作物ＷＫは、例えば、１つの支持部材４８によって支持される。工作物ＷＫのうちの支持部材４８によって支持されている面とは反対側の面に、切削工具ＴＬによって切削加工が施される。工作物ＷＫのうちの支持部材４８によって支持されている面には、振動センサ８０Ａ～８０Ｃが設置されている。なお、他の実施形態では、支持部材４８は、棒状ではなく、例えば、板状や、ブロック状、あるいは、球面状に形成されてもよい。支持部材４８の数は、１つに限られず、２つ以上でもよい。工作物ＷＫの剛性が十分に高い場合には、支持部材４８が設けられなくてもよい。

【0019】

図４および図５は、加工条件設定処理の内容を示すフローチャートである。図６は、加工条件設定処理において作成されるコンプライアンスマップの一例を示す説明図である。図７は、加工条件設定処理において作成される加工条件選定マップの一例を示す説明図である。図４および図５に示す加工条件設定処理は、本加工時の加工条件を設定するために、加工条件設定部１２０によって実行される。加工条件設定処理は、例えば、本加工に先立って、入力装置１０５に設けられた開始ボタンが押下されることにより開始される。なお、加工条件設定処理において実行される方法のことを加工条件設定方法と呼ぶことがある。

【0020】

まず、図４のステップＳ１１０にて、加工条件設定部１２０は、ＮＣ制御部１１０に試し加工を実行させ、切削力センサ７０を用いて試し加工中の各時刻に切削工具ＴＬから工作物ＷＫに加えられる切削力を計測し、振動センサ８０Ａ～８０Ｃを用いて試し加工中の各時刻に工作物ＷＫ上の各計測点ＭＰ１～ＭＰ３にて生じる加速度を計測する。本実施形態では、ＮＣ制御部１１０は、図３に示すように、各振動センサ８０Ａ～８０Ｃが設置されている各計測点ＭＰ１～ＭＰ３の裏側を通る加工経路で、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまで工作物ＷＫに試し加工を施す。なお、ステップＳ１１０にて実行される試し加工のことを第１試し加工と呼ぶことがある。ステップＳ１１０のことを計測工程と呼ぶことがある。

【0021】

ステップＳ１１５にて、加工条件設定部１２０は、各計測点ＭＰ１～ＭＰ３での加速度の計測結果を用いて、試し加工中の各時刻における加工開始点ＳＰと加工終了点ＥＰとの間の振動を推定する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、加工開始点ＳＰに最も近い計測点ＭＰ１の加速度と加工開始点に２番目に近い計測点ＭＰ２の加速度とを用いた線形補外によって、加工開始点ＳＰと加工開始点ＳＰに最も近い計測点ＭＰ１との間の加速度を推定する。加工条件設定部１２０は、隣り合う２つの計測点の加速度を用いた線形補間によって、隣り合う計測点間の加速度を推定する。加工条件設定部１２０は、加工終了点ＥＰに最も近い計測点ＭＰ３の加速度と加工終了点ＥＰに２番目に近い計測点ＭＰ２の加速度とを用いた線形補外によって、加工終了点ＥＰと加工終了点ＥＰに最も近い計測点ＭＰ３との間の加速度を推定する。なお、他の実施形態では、加工条件設定部１２０は、線形補間や線形補外ではなく、例えば、ラグランジュ法あるいはスプライン法によって、加工開始点ＳＰと加工終了点ＥＰとの間の振動を推定してもよい。なお、ステップＳ１１５のことを振動推定工程と呼ぶことがある。

【0022】

ステップＳ１２０にて、加工条件設定部１２０は、切削力の計測結果と加速度の推定結果とに対して周波数解析を実行する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、切削力の計測結果と加速度の推定結果とのそれぞれから１刃分の結果を抽出した後、時間領域で表された１刃分の各結果に高速フーリエ変換を施すことによって、周波数領域で表された１刃分の各結果に変換する。１刃分の結果とは、切削工具ＴＬの刃が工作物ＷＫに切り込んでから次に切削工具ＴＬの刃が工作物ＷＫに切り込むまでの期間の計測結果あるいは推定結果のことを意味する。切削工具ＴＬの刃が工作物ＷＫに接触してから次に切削工具ＴＬの刃が工作物ＷＫに接触するまでの時間のことを切れ刃通過周期と呼ぶことがある。等間隔で配置された複数の刃を有する切削工具ＴＬが用いられる場合、切れ刃通過周期は、例えば、回転角センサ６９を用いて計測される切削工具ＴＬの回転周期を切削工具ＴＬの刃数で除すことによって算出できる。なお、加工条件設定部１２０は、高速フーリエ変換に先立って、１刃分の各結果のデータ数が２のべき乗になるように、１刃分の各結果の端部に所定個数のゼロデータを付加してから高速フーリエ変換を実行してもよい。ゼロデータとは、切削力の値や加速度の値がゼロであることを表すデータである。１刃分の各結果にゼロデータを付加することによって、高速フーリエ変換後の各結果の周波数分解能を高めることができる。なお、ステップＳ１２０のことを周波数解析工程と呼ぶことがある。

【0023】

ステップＳ１２５にて、加工条件設定部１２０は、切削力の周波数解析結果と変位の周波数解析結果とを用いて、工作物ＷＫ上の切削位置における周波数と工作物ＷＫのコンプライアンスの高さとの関係の分布を表すコンプライアンスマップを作成する。図６には、コンプライアンスマップの一例が表されている。図６において、横軸は、工作物ＷＫ上の切削位置を表しており、縦軸は、周波数を表しており、色の濃淡は、工作物ＷＫのコンプライアンスの高さを表している。図６では、色が薄いほどコンプライアンスが高い。コンプライアンスは剛性の逆数であるため、コンプライアンスが高くなるほど剛性は低くなる。加工条件設定部１２０は、各切削位置および各周波数でのコンプライアンスを算出し、コンプライアンスの算出結果を集約することで、コンプライアンスマップを作成する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、加速度を（２π×周波数）^２で除すことによって変位を算出し、変位を切削力で除すことによってコンプライアンスを算出する。なお、ステップＳ１２５のことをコンプライアンスマップ作成工程と呼ぶことがある。

【0024】

ステップＳ１３０にて、加工条件設定部１２０は、コンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。本実施形態では、所定の閾値は、１．０×１０^－６ｍ／Ｎである。

【0025】

ステップＳ１３０にてコンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えると判定された場合には、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１４０にて、工作物ＷＫの剛性を向上させるための工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、工作物剛性向上対策が可能であるか否かの判定要求を表示装置１０６に表示させることによって、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を作業員に入力させる。本実施形態における工作物剛性向上対策とは、工作物ＷＫの剛性が不足している部分、あるいは、剛性が不足している部分の周辺部を支持する支持部材４８を設置することなどである。作業員は、判定結果を入力装置１０５に入力し、加工条件設定部１２０は、入力装置１０５に入力された判定結果を取得する。

【0026】

ステップＳ１４０にて工作物剛性向上対策の実行が可能であるとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１４５にて、コンプライアンスマップを表示装置１０６に表示させる。作業員は、表示装置１０６に表示されているコンプライアンスマップを参照して工作物剛性向上対策を実行し、工作物剛性向上対策が完了した後、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１１０から加工条件設定処理をやり直す。

【0027】

ステップＳ１３０にてコンプライアンスマップ中のコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定された場合には、加工条件設定部１２０は、図５のステップＳ１５０に処理を進める。ステップＳ１４０にて工作物剛性向上対策が可能でないとの判定結果が取得された場合にも、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５０に処理を進める。つまり、工作物ＷＫが所望の剛性を確保できている場合や、剛性が可能な限り高められている場合に、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５０に処理を進める。

【0028】

ステップＳ１５０にて、加工条件設定部１２０は、工作物ＷＫ上の各切削位置における工作物ＷＫの振動振幅の予測値の大きさとの関係を表す加工条件選定マップを作成して、表示装置１０６に表示させる。加工条件選定マップは、切削工具ＴＬの回転速度や切削工具ＴＬの１刃あたりの送り量や工作物ＷＫへの切削工具ＴＬの切込み量などの加工条件を、加工効率向上や加工精度向上などの作業員の目的に応じて選定するために用いられるマップである。図７には、加工条件選定マップの一例が表されている。図７において、横軸は、工作物ＷＫ上の切削位置を表しており、縦軸は、１刃あたりの送り量を表しており、色の濃淡は、振動振幅の予測値の大きさを表している。図７では、色が濃いほど振動振幅の予測値が大きい。本実施形態では、ステップＳ１５０にて、加工条件設定部１２０は、まず、切削位置における振動モードより、質量Ｍ、減衰係数Ｃ、および、ばね定数Ｋ等のモーダルパラメータを特定する。加工条件設定部１２０は、例えば、切削位置ごとに、周波数とコンプライアンスとの関係を表すグラフを作成して、コンプライアンスのピークが所定の閾値を超える周波数を特定する。このときに特定される周波数は複数個であってもよい。特定された周波数ごとのピーク形状に適合する伝達関数をカーブフィッティング処理によって導出して、各振動モードの質量Ｍ、減衰係数Ｃ、および、ばね定数Ｋ等のモーダルパラメータを特定することができる。次に、加工条件設定部１２０は、切削位置ごとのモーダルパラメータと、任意に設定する加工条件パラメータとから、加工中の振動振幅の予測値を算出する。加工条件設定部１２０は、例えば、橋本高明・河野大輔・古澤正崇・松原厚、「切削加工システムの動特性の異方性が振動安定性に与える影響」、精密工学会誌 Ｖｏｌ．８７ Ｎｏ．２、２０２１年、ｐ．２３８～２４４に示されているような加工中の振動振幅の求め方に倣って、加工中の振動振幅の予測値を算出することができる。そして、加工条件設定部１２０は、切削位置ごとの振動振幅の予測値の分布を表す加工条件選定マップを作成する。図７には、ステップＳ１４０で工作物剛性向上対策が可能でないと判定された場合の加工条件選定マップの一例が表されている。本実施形態では、加工条件パラメータとして、切削工具ＴＬの外径、刃数、ねじれ角、回転速度、半径方向および軸方向の切込み量、分力比（切削工具ＴＬに作用する法線抵抗と接線抵抗の比）、および、工作物ＷＫの比切削抵抗に任意の値を設定し、振動振幅の予測値の大きさが所定値以下になるように切削工具ＴＬの１刃あたりの送り量を決定することができる。これ以外にも、加工条件設定部１２０は、振動振幅の予測値の大きさが所定値以下になるように、切削工具ＴＬの半径方向あるいは軸方向の切込み量などの加工条件を決定してもよい。なお、ステップＳ１５０のことを加工条件選定マップ作成工程と呼ぶことがある。

【0029】

ステップＳ１５５にて、加工条件設定部１２０は、加工時間の短さよりも加工精度の高さを優先する第１条件Ｆ１と、加工精度の高さよりも加工時間の短さを優先する第２条件Ｆ２とを選択するための画面を表示装置１０６に表示させ、第１条件Ｆ１と第２条件Ｆ２とのうちの一方を作業員に選択させる。加工条件設定部１２０は、加工条件選定マップを用いて第１条件と第２条件とを生成する。第１条件Ｆ１では、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまでの全ての切削位置において振動振幅の予測値が所定値以下になるように、１刃あたりの送り量が一定に保たれる。第２条件Ｆ２では、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまでの全ての切削位置において振動振幅の予測値が所定値以下になり、かつ、第１条件に比べて加工時間が短くなるように、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまでの間で１刃あたりの送り量が変更される。なお、ステップＳ１５５のことを設定工程と呼ぶことがある。

【0030】

ステップＳ１６０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５５にて選択された加工条件を用いて、ＮＣ制御部１１０に第２試し加工を実行させる。

【0031】

ステップＳ１７０にて、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に工作物ＷＫに強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に工作物ＷＫに強制びびり振動が発生したか否かの判定要求を表示装置１０６に表示させることによって、第２試し加工中に工作物ＷＫに強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を作業員に入力させる。作業員は、強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を入力装置１０５に入力し、加工条件設定部１２０は、入力装置１０５に入力された強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。

【0032】

ステップＳ１７０にて第２試し加工中に工作物ＷＫに強制びびり振動が発生したとの判定結果が取得された場合、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１７５にて、メモリ１０２に予め記憶されている強制びびり振動対策案ＫＴを表示装置１０６に表示させながら、強制びびり振動対策の実行が完了するまで待機する。強制びびり振動対策案ＫＴには、例えば、１刃あたりの送り量を小さくする案や、半径方向と軸方向とのうちの少なくとも一方の切込み量を小さくする案などが含まれる。作業員は、表示装置１０６に表示されている強制びびり振動対策案ＫＴを参照して、強制びびり振動対策を実行する。強制びびり振動対策が完了した後、作業員は、強制びびり振動対策が完了したことを入力装置１０５に入力する。入力装置１０５に強制びびり振動対策が完了したことが入力されると、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５０から加工条件設定処理をやり直す。ステップＳ１７０にて第２試し加工中に強制びびり振動が発生しなかったとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１８０に処理を進める。

【0033】

ステップＳ１８０にて、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に工作物ＷＫに自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。本実施形態では、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に工作物ＷＫに自励びびり振動が発生したか否かの判定要求を表示装置１０６に表示させることによって、第２試し加工中に工作物ＷＫに自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を作業員に入力させる。作業員は、自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を入力装置１０５に入力し、加工条件設定部１２０は、入力装置１０５に入力された自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得する。

【0034】

ステップＳ１８０にて第２試し加工中に工作物ＷＫに自励びびり振動が発生したとの判定結果が取得された場合、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１８５にて、メモリ１０２に予め記憶されている自励びびり振動対策案ＪＴを表示装置１０６に表示させながら、自励びびり振動対策の実行が完了するまで待機する。自励びびり振動対策案ＪＴには、例えば、主軸回転速度を変更する案や、半径方向と軸方向とのうちの少なくとも一方の切込み量を小さくする案などが含まれる。作業員は、表示装置１０６に表示されている自励びびり振動対策案ＪＴを参照して、自励びびり振動対策を実行する。自励びびり振動対策が完了した後、作業員は、自励びびり振動対策が完了したことを入力装置１０５に入力する。入力装置１０５に自励びびり振動対策が完了したことが入力されると、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５０から加工条件設定処理をやり直す。なお、強制びびり振動と自励びびり振動との一方のびびり振動の発生を抑制するための対策を実行することで、他方のびびり振動が生じる可能性がある。本実施形態では、ステップＳ１７５で強制びびり振動対策が実行された場合には、ステップＳ１５０から加工条件設定処理をやり直すので、強制びびり振動および自励びびり振動の両方が生じないことを確認することができる。また、ステップＳ１８５で自励びびり振動対策が実行された場合にも、ステップＳ１５０から加工条件設定処理をやり直すので、強制びびり振動および自励びびり振動の両方が生じないことを確認することができる。

【0035】

ステップＳ１８０にて第２試し加工中に自励びびり振動が発生しなかったとの判定結果が取得された場合や、第２試し加工中に強制びびり振動と自励びびり振動とのいずれかが発生し、びびり振動の対策後に実行される再度の第２試し加工でいずれのびびり振動も発生しなかったとの判定結果が取得された場合には、加工条件設定部１２０は、加工条件設定処理を終了する。その後、加工条件設定処理のステップＳ１５５にて設定された加工条件に従って本加工が実行される。なお、本加工時には、工作物ＷＫから振動センサ８０Ａ～８０Ｃが取り外されていてもよい。

【0036】

図８は、本加工後の加工面の表面粗さを示す説明図である。図８において、横軸は、切削位置を表しており、縦軸は、工作物ＷＫの加工面の表面粗さを表している。図８には、１刃あたりの送り量の小さな第１条件Ｆ１で加工された場合の表面粗さと、１刃あたりの送り量が可変の第２条件Ｆ２で加工された場合の表面粗さと、１刃あたりの送り量の大きな第３条件Ｆ３で加工された場合の表面粗さとが表されている。第３条件Ｆ３は、比較例として示している。第３条件Ｆ３での送り量は、第２条件Ｆ２での最大送り量と同じであり、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまで一定に保たれている。加工面の表面粗さが図８に破線で表された閾値Ｓ以下である場合には、工作物ＷＫが良品と判定され、閾値Ｓを超える場合には、工作物ＷＫが不良品と判定される。第１条件Ｆ１で加工された場合や第２条件Ｆ２で加工された場合には、全ての区間で表面粗さが閾値Ｓ以下となっている。第３条件Ｆ３で加工された場合には、表面粗さが閾値を超える区間がある。

【0037】

以上で説明した本実施形態の工作機械１１では、加工条件設定部１２０は、加工条件設定処理において、切削位置における切削条件と振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを用いて加工条件を設定する。そのため、作業員は、試行錯誤をすることなく、びびり振動の抑制に適した実用的な加工条件を設定できる。したがって、支持部材４８の設置や変更が困難な場合であっても、加工条件によってびびり振動を抑制できる。

【0038】

また、本実施形態では、加工条件設定部１２０は、１刃あたりの送り量が一定に保たれる第１条件と、第１条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に１刃あたりの送り量が変更される第２条件とのうちの作業員によって選択された一方を、本加工時の加工条件に設定する。そのため、第１条件が選択された場合には加工精度を高めることができ、第２条件が選択された場合には加工時間を短期化できる。

【0039】

また、本実施形態では、加工条件設定部１２０は、加工条件選定マップの作成に先立って、切削力の周波数解析結果と振動の周波数解析結果とを用いて算出される工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定した場合に、加工条件選定マップを作成する。そのため、工作物ＷＫの剛性が確保されている状態で、加工条件を設定できる。また、加工条件設定部１２０は、工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えると判定した場合には、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定結果を取得し、工作物剛性向上対策の実行が可能であるとの判定結果を取得した場合には、工作物剛性向上対策が実行された後、計測工程に戻り、工作物剛性向上対策の実行が可能でないとの判定結果を取得した場合には、現行のまま加工条件選定マップを作成する。そのため、工作物ＷＫの剛性不足が可能な限り解消されている状態で、加工条件を設定できる。したがって、効果的にびびり振動を抑制できる。

【0040】

また、本実施形態では、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に強制びびり振動が発生したと判定された場合には、メモリ１０２に予め記憶されている強制びびり振動対策案ＫＴを表示装置１０６に表示させる。そのため、強制びびり振動対策案ＫＴを実行することで、本加工における強制びびり振動を抑制できる。また、熟練度の低い作業員であっても、予め用意されている強制びびり振動対策案ＫＴを参照することで、容易に強制びびり振動対策を実行できる。

【0041】

また、本実施形態では、加工条件設定部１２０は、第２試し加工中に自励びびり振動が発生したと判定された場合には、メモリ１０２に予め記憶されている自励びびり振動対策案ＪＴを表示装置１０６に表示させる。そのため、自励びびり振動対策案ＪＴを実行することで、本加工における自励びびり振動を抑制できる。また、熟練度の低い作業員であっても、予め用意されている自励びびり振動対策案ＪＴを参照することで、容易に自励びびり振動対策を実行できる。

【0042】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上述した実施形態の工作機械１１では、加工条件設定部１２０は、工作物ＷＫ上の切削位置と１刃あたりの送り量と工作物ＷＫの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成する。これに対して、加工条件設定部１２０は、例えば、工作物ＷＫ上の切削位置と切削工具ＴＬの回転速度と工作物ＷＫの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよいし、工作物ＷＫ上の切削位置とＺ軸方向における切込み量と工作物ＷＫの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよいし、工作物ＷＫ上の切削位置と切削工具ＴＬの半径方向における切込み量と工作物ＷＫの振動振幅の予測値との関係を表す加工条件選定マップを作成してもよい。

【0043】

（Ｂ２）上述した実施形態の工作機械１１では、加工条件設定部１２０は、１刃あたりの送り量が一定に保たれる第１条件と、第１条件に比べて加工時間が短くなるように加工中に１刃あたりの送り量が変更される第２条件とを表示装置１０６に表示させて、第１条件と第２条件とのうちの一方を作業員に選択させ、第１条件と第２条件とのうち、作業員によって選択された一方を加工条件に設定する。これに対して、加工条件設定部１２０は、第１条件と第２条件とのいずれか一方を作業員に選択させずに、第１条件と第２条件とのうちの一方を加工条件に設定してもよい。

【0044】

（Ｂ３）上述した実施形態の工作機械１１では、加工条件設定部１２０は、加工条件選定マップの作成に先立って、切削力の周波数解析結果と振動の周波数解析結果とを用いて算出される工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えないと判定した場合に、加工条件選定マップを作成している。これに対して、加工条件設定部１２０は、工作物ＷＫのコンプライアンスの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定せずに、加工条件選定マップを作成してもよい。

【0045】

（Ｂ４）上述した実施形態の工作機械１１では、加工条件設定部１２０は、第２試し加工において強制びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得し、第２試し加工において強制びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合には、強制びびり振動対策案ＫＴを表示装置１０６に表示させる。さらに、加工条件設定部１２０は、第２試し加工において自励びびり振動が発生したか否かの判定結果を取得し、第２試し加工において自励びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合には、自励びびり振動対策案ＪＴを表示装置１０６に表示させる。これに対して、加工条件設定部１２０は、第２試し加工において強制びびり振動が発生したか否かの判定結果と第２試し加工において自励びびり振動が発生したか否かの判定結果とのうちの少なくとも一方の判定結果を取得しなくてもよい。また、強制びびり振動対策案ＫＴや自励びびり振動対策案ＪＴが予め用意されていなくてもよい。この場合、加工条件設定部１２０は、第２試し加工において強制びびり振動、あるいは、自励びびり振動が発生したとの判定結果を取得した場合に、判定結果を表示装置１０６に表示させ、作業員は、例えば、自身のノウハウに基づいて強制びびり振動対策、あるいは、自励びびり振動対策を実行してもよい。

【0046】

（Ｂ５）上述した実施形態の工作機械１１において、加工条件設定部１２０が工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かを判定してもよい。例えば、工作物ＷＫやテーブル４０を撮像するカメラが工作機械１１に設けられ、加工条件設定部１２０は、カメラを用いて取得された画像を解析することによって、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かを判定してもよい。この場合、工作物剛性向上対策の実行が可能であるか否かの判定を自動化できるので、作業員の負担を軽減できる。

【0047】

（Ｂ６）上述した実施形態の工作機械１１において、加工条件設定部１２０が第２試し加工中に強制びびり振動や自励びびり振動が発生したか否かを判定してもよい。例えば、加工面を撮像するカメラ、あるいは、加工面の表面粗さを計測するためのプローブが工作機械１１に設けられ、加工条件設定部１２０は、カメラを用いて取得される画像を解析することや、プローブによる表面粗さの計測結果に基づいて、第２試し加工中に強制びびり振動や自励びびり振動が発生したか否かを判定してもよい。

【0048】

（Ｂ７）上述した実施形態では、工作機械１１は、立型のマシニングセンタである。これに対して、工作機械１１は、立型のマシニングセンタでなくてもよい。工作機械１１は、例えば、横型のマシニングセンタや、ＮＣフライス盤でもよい。

【0049】

（Ｂ８）上述した実施形態では、加工条件設定部１２０は、工作機械１１の制御装置１００に設けられている。これに対して、加工条件設定部１２０は、例えば、有線通信あるいは無線通信によって制御装置１００に接続されているコンピュータ上に設けられてもよい。この場合、加工条件設定部１２０が設けられたコンピュータのことを加工条件設定装置と呼ぶことがある。

【0050】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１１…工作機械、２０…ベッド、３０…サドル、４０…テーブル、４５…クランプ、４８…支持部材、４９…固定部材、５０…コラム、６０…主軸装置、６５…主軸、６７…主軸モータ、６９…回転角センサ、７０…切削力センサ、８０Ａ～８０Ｃ…振動センサ、１００…制御装置、１０１…ＣＰＵ、１０２…メモリ、１０３…入出力インターフェース、１０４…内部バス、１０５…入力装置、１０６…表示装置、１１０…ＮＣ制御部、１２０…加工条件設定部、ＥＰ…加工終了点、ＭＰ１～ＭＰ３…計測点、ＳＰ…加工開始点、ＴＬ…切削工具、ＷＫ…工作物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】