特開 2024-88958 加工条件設定方法および加工条件設定装置

(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】P2024088958

(43)【公開日】2024-07-03

(54)【発明の名称】加工条件設定方法および加工条件設定装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/12 20060101AFI20240626BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

B23Q15/12 A

G05B19/404 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022204023

(22)【出願日】2022-12-21

(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】久保 詩織

(72)【発明者】

【氏名】棚瀬 良太

(72)【発明者】

【氏名】橋本 高明

【テーマコード（参考）】

3C001

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C001KA07

3C001KB04

3C001TA03

3C001TA06

3C001TB06

3C001TB08

3C269AB01

3C269AB31

3C269BB03

3C269CC02

3C269EF02

3C269EF66

3C269MN24

3C269MN29

(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、推定振動を算出する振動推定工程と、推定振動周波数解析を行う推定振動周波数解析工程と、自励振動振幅パラメータを算出する自励振動振幅パラメータ算出工程と、自励振動予測マップを生成する自励振動予測マップ生成工程と、適正加工条件が得られるか否かの判定を行う判定工程と、適正加工条件が得られると判定された場合に、表示装置に自励振動予測マップを表示する自励振動予測マップ表示工程と、を備え、判定工程において判定の結果が否である場合、加工条件を変更して、振動推定工程と、推定振動周波数解析工程と、自励振動振幅パラメータ算出工程と、自励振動予測マップ生成工程と、判定工程とを行う。
【選択図】図１

【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、
予め特定されたモーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における工作物の推定振動を算出する振動推定工程と、
前記推定振動を対象とする推定振動周波数解析を行う推定振動周波数解析工程と、
前記推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の大きさを示す自励振動振幅パラメータを算出する自励振動振幅パラメータ算出工程と、
算出された前記自励振動振幅パラメータを加工条件ごとにマッピングしたマップであって、自励振動を予測するマップである自励振動予測マップを生成する自励振動予測マップ生成工程と、
生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記自励振動振幅パラメータが予め設定された数値範囲以内となる適正加工条件が得られるか否かの判定を行う判定工程と、
前記適正加工条件が得られると判定された場合に、表示装置に前記自励振動予測マップを表示する自励振動予測マップ表示工程と、
を備え、
前記判定工程において前記判定の結果が否である場合、加工条件を変更して、前記振動推定工程と、前記推定振動周波数解析工程と、前記自励振動振幅パラメータ算出工程と、前記自励振動予測マップ生成工程と、前記判定工程とを行う、
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、
前記自励振動振幅パラメータ算出工程において、前記自励振動振幅パラメータとして、前記自励振動成分の最大振幅を、前記推定振動周波数解析の結果における強制振動成分の最大振幅で除した値である振幅比を算出し、
前記判定工程において、生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記振幅比が予め設定された閾値未満となる前記適正加工条件が得られるか否かの判定を行う、
加工条件設定方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の加工条件設定方法であって、
試し加工を行い、加工中の切削力と前記工作物の実振動とを測定する実振動測定工程と、
測定された前記切削力と前記実振動とを対象とする実振動周波数解析を行う実振動周波数解析工程と、
前記実振動周波数解析の結果を利用して、加工位置ごとの機械的コンプライアンスを演算する第１演算工程と、
前記機械的コンプライアンスを利用して、前記工作物の前記モーダルパラメータを同定する第２演算工程と、をさらに備え、
前記振動推定工程において、前記第２演算工程において得られた前記モーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における前記工作物の振動を推定する、
加工条件設定方法。

【請求項4】

切削加工の加工条件を設定する加工条件設定装置であって、
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、
予め特定されたモーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における工作物の推定振動を算出し、
前記推定振動を対象とする推定振動周波数解析を行い、
前記推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の大きさを示す自励振動振幅パラメータを算出し、
算出された前記自励振動振幅パラメータを加工条件ごとにマッピングしたマップであって、自励振動を予測するマップである自励振動予測マップを生成し、
生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記自励振動振幅パラメータが予め設定された数値範囲以内となる適正加工条件が得られるか否かの判定を行い、
前記適正加工条件が得られると判定された場合に、前記自励振動予測マップを表示し、
前記判定の結果が否である場合、加工条件を変更して、前記推定振動の算出と、前記推定振動周波数解析と、前記自励振動振幅パラメータの算出と、前記自励振動予測マップの生成と、前記判定とを行う、
加工条件設定装置。

【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加工条件設定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

切削加工を実施するには加工条件を設定する必要がある。びびり振動の発生を抑制できる加工条件を設定するための方法として、安定性解析によって得られる安定限界線図を援用する方法がある。安定性解析を実行するためには、加工条件のほかに工具－工作物間の振動特性が必要である。そして工具－工作物間の振動特性は、主に工具側の振動特性が支配的であり工作物側の振動特性は無視できる場合と、主に工作物側の振動特性が支配的であり工具側の振動特性は無視できる場合の、２つの場合に大別される。このうちの、主に工作物側の振動特性が支配的である場合の加工条件の設定については、工作物の振動特性は切削位置ごとに変化する場合があることから、切削位置ごとにそれぞれ安定限界線図を求め、それらすべての安定限界線図をもとに、工作物全体を安定に加工できる加工条件を設定するという複雑な作業が必要であり、加工条件を設定する作業者に熟練度が必要となっている。

【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）本開示の一形態によれば、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、予め特定されたモーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における工作物の推定振動を算出する振動推定工程と、前記推定振動を対象とする推定振動周波数解析を行う推定振動周波数解析工程と、前記推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の大きさを示す自励振動振幅パラメータを算出する自励振動振幅パラメータ算出工程と、算出された前記自励振動振幅パラメータを加工条件ごとにマッピングしたマップであって、自励振動を予測するマップである自励振動予測マップを生成する自励振動予測マップ生成工程と、生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記自励振動振幅パラメータが予め設定された数値範囲以内となる適正加工条件が得られるか否かの判定を行う判定工程と、前記適正加工条件が得られると判定された場合に、表示装置に前記自励振動予測マップを表示する自励振動予測マップ表示工程と、を備え、前記判定工程において前記判定の結果が否である場合、加工条件を変更して、前記振動推定工程と、前記推定振動周波数解析工程と、前記自励振動振幅パラメータ算出工程と、前記自励振動予測マップ生成工程と、前記判定工程とを行う。
この形態の加工条件設定方法によれば、モーダルパラメータを利用して算出された推定振動に基づいて自励振動予測マップを生成し、自励振動予測マップを利用して適正加工条件が得られる場合に表示装置に自励振動予測マップを表示するので、表示された自励振動予測マップを参照してびびり振動を抑制可能な加工条件を選定でき、確認用加工の回数を抑制できる。
（２）上記形態の加工条件設定方法において、前記自励振動振幅パラメータ算出工程において、前記自励振動振幅パラメータとして、前記自励振動成分の最大振幅を、前記推定振動周波数解析の結果における強制振動成分の最大振幅で除した値である振幅比を算出し、前記判定工程において、生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記振幅比が予め設定された閾値未満となる前記適正加工条件が得られるか否かの判定を行ってもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、自励振動振幅パラメータとして振幅比を算出し、振幅比を利用して判定工程を行うので、自励振動成分の最大振幅の大きさによらずに判定でき、判定工程が煩雑になることを抑制できる。
（３）上記形態の加工条件設定方法において、試し加工を行い、加工中の切削力と前記工作物の実振動とを測定する実振動測定工程と、測定された前記切削力と前記実振動とを対象とする実振動周波数解析を行う実振動周波数解析工程と、前記実振動周波数解析の結果を利用して、加工位置ごとの機械的コンプライアンスを演算する第１演算工程と、前記機械的コンプライアンスを利用して、前記工作物の前記モーダルパラメータを同定する第２演算工程と、をさらに備え、前記振動推定工程において、前記第２演算工程において得られた前記モーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における前記工作物の振動を推定してもよい。
この形態の加工条件設定方法によれば、実際の切削加工時の工作物の振動に基づいたモーダルパラメータを利用して自励振動予測マップを生成するので、より効果的にびびり振動を抑制可能な加工条件を選定できる。
（４）本開示の第２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装置が提供される。この加工条件設定装置は、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、前記加工条件設定部は、予め特定されたモーダルパラメータを利用して、予め設定された加工条件による加工中における工作物の推定振動を算出し、前記推定振動を対象とする推定振動周波数解析を行い、前記推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の大きさを示す自励振動振幅パラメータを算出し、算出された前記自励振動振幅パラメータを加工条件ごとにマッピングしたマップであって、自励振動を予測するマップである自励振動予測マップを生成し、生成された前記自励振動予測マップを利用して予め設定された加工範囲全体において前記自励振動振幅パラメータが予め設定された数値範囲以内となる適正加工条件が得られるか否かの判定を行い、前記適正加工条件が得られると判定された場合に、前記自励振動予測マップを表示し、前記判定の結果が否である場合、加工条件を変更して、前記推定振動の算出と、前記推定振動周波数解析と、前記自励振動振幅パラメータの算出と、前記自励振動予測マップの生成と、前記判定とを行う。
この形態の加工条件設定装置によれば、モーダルパラメータを利用して算出された推定振動に基づいて自励振動予測マップを生成し、自励振動予測マップを利用して適正加工条件が得られる場合に表示装置に自励振動予測マップを表示するので、表示された自励振動予測マップを参照してびびり振動を抑制可能な加工条件を選定でき、確認用加工の回数を抑制できる。

【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】自励振動予測マップ生成処理の内容を示すフローチャート。

【図8】自励振動予測マップの一例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．装置構成：
図１は、本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、複数の振動センサ８０Ａ～８０Ｃと、制御装置１００とを備えている。本実施形態では、振動センサ８０の数は３つである。

【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、略円柱形状を有しており、側面部に少なくとも１つの切れ刃を有している。本実施形態では、切削工具ＴＬは、エンドミルであり、切削工具ＴＬの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つの切れ刃を有している。切削工具ＴＬの切れ刃の数は、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】

各振動センサ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、各振動センサ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、メモリ１０２、および、入出力インターフェース１０３は、内部バス１０４を介して、双方向に通信可能に接続されている。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、加工条件設定部１２０によって設定された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」、加工中の工作物ＷＫの動特性を測定するための切削加工を「試し加工」、選定された本加工条件でびびり振動が発生しないかを確認するための切削加工を「確認用加工」と呼ぶ。

【0016】

加工条件設定部１２０は、ＮＣ制御部１１０によって実行される任意の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、本加工用の加工条件を設定する。なお、本実施形態では、制御装置１００が加工条件設定部１２０を有しているので、制御装置１００のことを「加工条件設定装置」と呼ぶことがある。

【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。

【0019】

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。また、支持部材４８は、切削加工が施される面にも設けられて、工作物ＷＫを挟持してもよいし、支持部材４８は、固定部材４９のほか、ロボットアームなどの可動部材により保持されてもよい。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。

【0020】

びびり振動は、発生メカニズムの違いにより、自励びびり振動と強制びびり振動とに区別される。自励びびり振動は、例えば、再生効果による切削抵抗の変化に起因して生じる。強制びびり振動は、例えば、切削工具ＴＬから工作物ＷＫに断続的に加えられる切削力の周波数と主軸６５の固有振動数や工作物ＷＫの固有振動数とが一致することで生じる。以下の説明では、自励びびり振動と強制びびり振動とを特に区別せずに説明する場合には、単にびびり振動と呼ぶ。

【0021】

Ａ－２．加工条件設定処理：
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４および図５に示す加工条件設定処理は、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。

【0022】

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。このときの加工条件は、ハンマリング試験と同様に、加振力，すなわち切削力がインパルス状になるように設定されることが好ましい。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、このように測定される切削力および加速度の時間変化を示すデータは、本開示における「実振動」に相当する。また、本ステップのことを「実振動測定工程」と呼ぶことがある。

【0023】

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ＳＰ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。

【0024】

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し、さらに加速度については（２π×周波数）^２で除すことによって変位に変換する。なお、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、本ステップにおいて実行される周波数解析は、本開示における「実振動周波数解析」に相当する。また、本ステップのことを「実振動周波数解析工程」と呼ぶことがある。

【0025】

ステップＳ１２５にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１２０にて得られた切削位置における固有振動モードより、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同定する。このときモーダルパラメータは、質量Ｍ、固有角振動数ω_n、減衰比ζで同定してもよい。また、固有角振動数ω_n、減衰比ζ、ばね定数Ｋで同定してもよい。加工条件設定部１２０は、ステップＳ１２０にて算出された周波数解析結果より、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、モーダルパラメータを特定することができる。なお、本ステップのことを「第２演算工程」と呼ぶことがある。

【0026】

ステップＳ１３０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１２５にて得られたモーダルパラメータより、工作物ＷＫ上の切削位置における周波数と工作物ＷＫの機械的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し、表示装置１０６に表示させる。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の機械的コンプライアンスの高さを表している。図６では、色が薄いほど機械的コンプライアンスが高い。機械的コンプライアンスは剛性の逆数であるため、機械的コンプライアンスが高くなるほど剛性は低くなる。なお、以下の説明では、機械的コンプライアンスのことを単にコンプライアンスと呼ぶ。また、本ステップのことを「第１演算工程」と呼ぶことがある。

【0027】

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。

【0028】

図４のステップＳ１３５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。

【0029】

ステップＳ１３５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。

【0030】

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、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。

【0031】

ステップＳ１３５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。

【0032】

ステップＳ１５０にて、加工条件設定部１２０は、自励振動予測マップ生成処理を行う。図７は、自励振動予測マップ生成処理の内容を示すフローチャートである。

【0033】

ステップＳ１５１０にて、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、任意に設定された加工条件パラメータとから、加工中の振動振幅の予測値（以下、「推定振動」とも呼ぶ）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、推定振動を算出することができる。また、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、接線方向の比切削抵抗、および、分力比（切削工具ＴＬに作用する接線抵抗と法線抵抗の比）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。なお、本ステップのことを「振動推定工程」と呼ぶことがある。

【0034】

ステップＳ１５２０にて、加工条件設定部１２０は、算出された推定振動を対象として周波数解析を実行する。これにより、推定振動における周波数ごとの振動振幅が算出される。なお、本ステップにおいて実行される周波数解析は、本開示における「推定振動周波数解析」に相当する。また、本ステップのことを「推定振動周波数解析工程」と呼ぶことがある。

【0035】

ステップＳ１５３０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５２０にて算出された振動振幅のうちの、自励振動成分の最大振幅を強制振動成分の最大振幅で除した値（以下、「振幅比」とも呼ぶ）を算出する。なお、振幅比は、本開示における「自励振動振幅パラメータ」に相当する。なお、本ステップのことを「自励振動振幅パラメータ算出工程」と呼ぶことがある。

【0036】

ステップＳ１５４０にて、加工条件設定部１２０は、自励振動予測マップを生成する。自励振動予測マップは、ステップＳ１５３０にて算出された振幅比を加工位置および加工条件ごとにマッピングしたマップである。図８は、自励振動予測マップ生成処理において生成される自励振動予測マップの一例を示す説明図である。図８において、横軸は、工作物ＷＫ上の加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまでの間における切削位置を表しており、縦軸は、主軸回転速度を表しており、色の濃淡は、振幅比の大きさを表している。図８では、色が薄いほど振幅比が大きい。なお、本ステップのことを「自励振動予測マップ生成工程」と呼ぶことがある。

【0037】

ステップＳ１５５０にて、加工条件設定部１２０は、自励振動予測マップを利用して、適正加工条件が得られるか否かを判定する。「適正加工条件」は、自励振動予測マップにおいて、予め設定された加工範囲全体で振幅比が予め設定された閾値未満となる加工条件を意味する。本実施形態では、閾値として「１」が設定されており、自励振動予測マップでは、振幅比が閾値以上である領域は白色で示されている。図８に示す例においては、点線で囲って示す、加工開始点ＳＰから加工終了点ＥＰまでの間において白色の領域を含まない領域ＡＲが存在するので、適正加工条件が得られると判定される。また、本ステップのことを「判定工程」と呼ぶことがある。

【0038】

適正加工条件が得られない場合、加工条件設定部１２０は、加工条件パラメータを新たに設定し（ステップＳ１５５５）、ステップＳ１５１０からステップＳ１５５０を再び行う。ステップＳ１５５５にて新たに設定される加工条件パラメータは、振幅比が上述した閾値未満となるように自励振動成分を抑制可能な対策が取られたパラメータであることが好ましい。自励振動成分を抑制する対策として、例えば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が挙げられる。

【0039】

適正加工条件が得られる場合、加工条件設定部１２０は、表示装置１０６に自励振動予測マップを表示する（ステップＳ１５６０）。なお、本ステップのことを「自励振動予測マップ表示工程」と呼ぶことがある。本ステップの終了後、加工条件設定部１２０は、自励振動予測マップ生成処理を終了する。

【0040】

図５に示すステップＳ１５５にて、作業員は、表示装置１０６に表示された自励振動予測マップを参照して、上述のように得られる適正加工条件を本加工用の加工条件として入力装置１０５に入力する。例えば、図８の例では、領域ＡＲに相当する主軸回転速度が加工条件として入力される。加工条件設定部１２０は、入力装置１０５に入力された本加工用の加工条件を取得する。

【0041】

図５に示すステップＳ１６０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１５５にて取得された本加工用の加工条件を用いて、ＮＣ制御部１１０に確認用加工を実行させる。

【0042】

ステップＳ１７０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１６０の確認用加工中に工作物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、確認用加工中に工作物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、確認用加工中に工作物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。

【0043】

ステップＳ１７０にて確認用加工中に工作物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ことができる。そのため、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。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にて確認用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。

【0044】

ステップＳ１８０にて、加工条件設定部１２０は、ステップＳ１６０の確認用加工中に工作物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、確認用加工中に工作物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、確認用加工中に工作物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。

【0045】

ステップＳ１８０にて確認用加工中に工作物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ことができる。そのため、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。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。

【0046】

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。しかしながら、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。

【0047】

ステップＳ１８０にて確認用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、確認用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確認用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。

【0048】

以上説明した実施形態の工作機械１１では、モーダルパラメータを利用して算出された推定振動に基づいて自励振動予測マップを生成し、自励振動予測マップを利用して適正加工条件が得られる場合に表示装置１０６に自励振動予測マップを表示するので、表示された自励振動予測マップを参照してびびり振動を抑制可能な加工条件を選定でき、確認用加工の回数を抑制できる。また、試し加工により得られた振動データから求めたモーダルパラメータを用いて推定振動を算出するため、ハンマリング試験により工作物ＷＫの振動特性を特定する構成と比べて、びびり振動を抑制できる。

【0049】

また、本実施形態では、振幅比を算出し、振幅比を利用して判定工程を行うので、自励振動成分の最大振幅の大きさによらずに判定でき、自励振動成分の振幅の分布によって閾値を変更する等、判定が煩雑になることを抑制できる。

【0050】

また、本実施形態では、実際の切削加工時の工作物ＷＫの振動に基づいたモーダルパラメータを利用して自励振動予測マップを生成するので、より効果的にびびり振動を抑制可能な加工条件を選定できる。

【0051】

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、実振動測定工程において測定された実振動を利用して算出されたモーダルパラメータを利用して推定振動を算出する。これに対して、加工条件設定部１２０は、予め解析により算出された工作物ＷＫのモーダルパラメータを利用して推定振動を算出してもよい。

【0052】

（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、予め設定された比切削抵抗を加工条件パラメータとして用いる。これに対して、加工条件設定部１２０は、切削工具ＴＬの摩耗状況に応じて算出された比切削抵抗を加工条件パラメータとして用いてもよい。例えば、切削工具ＴＬ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切削工具ＴＬの摩耗状況を取得することができる。かかる形態の工作機械１１によれば、切削工具ＴＬの摩耗状況に応じて変化する比切削抵抗に即してより精度よく推定振動を算出できるので、より効果的にびびり振動を抑制可能な加工条件を選定できる。

【0053】

（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、自励振動振幅パラメータとして振幅比を算出する。これに対して、加工条件設定部１２０は、自励振動振幅パラメータとして、推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の大きさを示す任意の値を設定してよい。例えば、加工条件設定部１２０は、自励振動振幅パラメータとして、推定振動周波数解析の結果における自励振動成分の最大振幅を算出してもよい。

【0054】

（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、判定工程において、閾値を「１」として判定を行う。これに対して、加工条件設定部１２０は、判定工程において、任意の閾値を設定して判定を行ってもよい。また、加工条件設定部１２０は、判定工程における判定の結果が否である場合であって、加工条件パラメータを変更して再度生成された自励振動予測マップを対象として再び判定工程を行う場合、当該判定工程にて用いられる閾値として、前回の判定工程における閾値よりも小さい値を設定してもよい。かかる形態の工作機械１１によれば、再度行われる判定工程においては前回の判定工程よりも振幅比が小さくなるような適正加工条件が選定されるので、より効果的にびびり振動を抑制可能な加工条件を選定できる。

【0055】

（Ｂ５）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上の切削位置と主軸回転速度と振幅比との関係を表す自励振動予測マップを作成する。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１刃あたりの送り量と振幅比との関係を表す自励振動予測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振幅比との関係を表す自励振動予測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振幅比との関係を表す自励振動予測マップを作成してもよい。また、加工条件設定部１２０は、工作物ＷＫ上の切削位置等と振幅比との関係ではなく、工作物ＷＫ上の切削位置等と自励振動成分の最大振幅との関係を表す自励振動予測マップを作成してもよい。

【0056】

（Ｂ６）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、ステップＳ１６０の確認用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、確認用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、ステップＳ１６０の確認用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、確認用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、ステップＳ１６０の確認用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、ステップＳ１６０の確認用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、確認用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。

【0057】

（Ｂ７）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。

【0058】

（Ｂ８）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がステップＳ１６０の確認用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、確認用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。

【0059】

（Ｂ９）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。

【0060】

（Ｂ１０）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。

【0061】

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形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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】

【0062】

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】