JP2014014881A - 工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にかつ高精度に、実際に使用する回転工具を含む振動系における動特性を測定することができる工作機械の動特性算出装置を提供する。
【解決手段】工作機械の動特性算出装置１００は、回転工具６を回転しながら被加工物Ｗに対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、回転工具６の刃部６ａ，６ｂを振動体とする振動系における質量係数Ｍおよび固有振動数ｆを含む工作機械の動特性を算出する。当該装置は、工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により質量係数Ｍを取得するＦＥＭ解析部１０１と、回転工具６が加振された場合に、回転工具６の振動によって生じる音波または回転工具６の振動によって変化する磁気を検出する検出器１０２と、検出器１０２による検出値に基づいて固有振動数ｆを算出する固有振動数算出部１０３とを備える。
【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は、エンドミル等の回転工具により切削加工を行う工作機械において、回転工具の刃部を振動体とする振動系における回転工具の動特性を算出する装置および方法に関するものである。

エンドミルなどの回転工具による切削加工を高精度に行うために、工作機械の動特性を把握することは、適正な加工条件を決定するために重要である。特許文献１には、主軸にアンバランスマスタを装着して、当該アンバランスマスタの振れ量を検出し、主軸の動剛性を算出することが記載されている。また、特許文献２には、主軸または主軸に取り付けられた工具、疑似工具などの測定対象部を電磁石の磁気吸引力によって加振し、測定対象部の変位を測定して、主軸の動剛性を測定することが記載されている。当該文献には、変位センサとして、渦電流型変位センサ、インダクタンス型変位センサ、光電型変位センサ、静電容量型変位センサなどが記載されている。

特開２０１０−２７４３７５号公報 特開平１１−１９８５０号公報

ところで、近年、より高精度な切削加工を行うために、回転工具の小径化および突出量の長大化に伴い、切削加工中に回転工具のたわみ量が大きくなる。そのため、従来のように主軸自体の動剛性を測定するのみでは十分ではなく、実際に使用する回転工具を含む振動系における動特性を測定することが望まれる。そのため、疑似工具を取り付けた状態では、目的の動特性を得ることはできない。また、動特性をより容易に測定することも求められる。そのため、渦電流変位センサなどを用いた場合には、当該センサを高精度に位置決めしなければならず、設置に時間を要する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易にかつ高精度に、実際に使用する回転工具を含む振動系における動特性を測定することができる工作機械の動特性算出装置および動特性算出方法を提供することを目的とする。

そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、当業者が回転工具の振動は微小でかつ振動継続時間が短いため適用できるとは考えられていなかった音波検出器または磁気検出器を用いて、回転工具の振動状態を検出することによって動特性を得ることを見出した。ただし、実測のみにより動特性を得るのではなく、ＦＥＭ解析と併用することした。

（請求項１）すなわち、本手段に係る工作機械の動特性算出装置は、１または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する装置であって、前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析部と、前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出器と、前記検出器による検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出部とを備える。

（請求項２）また、前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、前記検出器は、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数に基づいて決定された検出条件において、前記音波または前記磁気を検出し、前記固有振動数算出部は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶してもよい。

（請求項３）また、前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、前記動特性算出装置は、前記検出器による検出値に基づいて前記減衰比を算出する減衰比算出部を備えてもよい。
（請求項４）また、前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記減衰比を取得してもよい。

（請求項５）本手段に係る工作機械の動特性算出方法は、１または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する方法であって、前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析工程と、前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出工程と、前記検出工程にて検出した検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出工程とを備える。

（請求項１，５）ＦＥＭ解析により動特性を取得することは容易である。従って、ＦＥＭ解析部により質量係数を取得することは容易にできる。一方、動特性のうち固有振動数は、検出器により検出された音波または磁気に基づいて算出する。ここで、作業者による組付ずれなどにより、回転工具を工具ホルダへ取り付ける位置は、ＦＥＭ解析と実際とで僅かに異なる。つまり、ＦＥＭ解析は、回転工具が工具ホルダへ取り付けられた実際の位置における解析ではない。一方、検出器により検出される音波または磁気は、実際に回転工具の振動によって生じる音波または磁気であるため、回転工具が工具ホルダへ取り付けられた実際の位置に基づいたものとなる。つまり、ＦＥＭ解析により取得された固有振動数と、固有振動数算出部により算出される固有振動数とは異なる。そこで、固有振動数は、ＦＥＭ解析により取得するのではなく、音波または磁気に基づいて算出する。

ここで、動特性は、加工条件の決定に用いられる。特に、動特性のうち固有振動数は、加工条件の決定に重要な要素であり、得られる固有振動数がずれていれば所望の加工精度を得ることができないことがある。しかし、上記の通り、実際に回転工具を振動させることにより得られる音波または磁気に基づいて固有振動数を算出するため、実際の状態の固有振動数を得ることができる。従って、断続的な切削加工によって回転工具の刃部が回転工具の基端部に対してたわんで振動する場合に、所望の加工精度を得ることができる加工条件を決定することができる。

（請求項２）検出器は、検出条件としての検出周波数レンジが複数あり、設定された検出周波数レンジにおける周波数帯の音波または磁気を検出する。そこで、予めＦＥＭ解析によって固有振動数を取得しておき、検出器の検出周波数レンジをＦＥＭ解析によって取得された固有振動数を含む検出周波数レンジに設定する。これにより、検出器は、実際の固有振動数を含む音波または磁気を確実に検出できる。

（請求項３）ここで、ＦＥＭ解析によって、動特性のうち減衰比を算出することはできる。しかし、回転工具の取り付け位置の相違などの原因により、ＦＥＭ解析によって得られる減衰比と、音波または磁気に基づいて算出される減衰比とは異なる。そこで、検出器により検出された音波または磁気に基づいて減衰比を算出し、当該減衰比を用いて加工条件を決定することにより、所望の加工精度を得ることができる。

（請求項４）一方、減衰比をＦＥＭ解析により取得することは容易である。ここで、固有振動数のずれに比べて、減衰比のずれによる加工精度への影響は小さい。そこで、減衰比をＦＥＭ解析により取得することで、容易に取得することができると共に、十分な加工精度を得ることができる。

本発明の第一実施形態における工作機械の構成を示す図である。 図１の工作機械において、回転工具により被加工物を切削している状態であって、回転工具がたわみ変形している状態を示す図である。 回転工具に生じる切削抵抗および回転工具の回転中心の変位の経過時間に対する挙動を示す。 図４の時刻ｔ１における回転工具と被加工物との位置関係を示す。 図４の時刻ｔ２における回転工具と被加工物との位置関係を示す。 図４の時刻ｔ３における回転工具と被加工物との位置関係を示す。 図４の時刻ｔ４における回転工具と被加工物との位置関係を示す。 図４の時刻ｔ５における回転工具と被加工物との位置関係を示す。 本発明の実施形態における工作機械の動特性算出装置を含む加工条件判定装置の機能ブロック図である。 図５の検出器により音波を検出する際に、回転工具を加振する第一態様を示す図である。 回転工具を加振する第二態様を示す図である。 回転工具を加振する第三態様を示す図である。 図５の検出器による検出処理を示すフローチャートである。 回転主軸の回転速度と加工誤差との関係を示す。 回転主軸の回転速度と回転工具の最大振幅との関係を示す。

本発明に係る工作機械の動特性算出装置を具体化した実施形態について説明する。
（工作機械の機械構成）
適用対象の工作機械の一例として横型マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。なお、本発明は、当該横型マシニングセンタに限定されるものではなく、他の構成のマシニングセンタでもよく、回転工具を用いる工作機械であれば適用できる。

当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を有する工作機械である。図１に示すように、工作機械は、ベッド１と、ベッド１上にてＸ軸方向に移動可能なコラム２と、コラム２の前面（図１の左面）にてＹ軸方向に移動可能なサドル３と、サドル３に取り付けられかつ回転可能な主軸４ａを有する主軸装置４と、主軸４ａの先端側（図１の左側）に工具ホルダ５を介して取り付けられる回転工具６と、ベッド１上にてＺ軸方向に移動可能であり被加工物Ｗを載置するテーブル７を備える。また、工作機械は、各駆動軸を制御するための制御装置（図示せず）を備える。

（切削加工時の回転工具の状態）
次に、回転工具６により被加工物Ｗを切削加工する場合における回転工具６の状態について説明する。図２に示すように、回転工具６は、先端側に複数の刃部６ａ，６ｂを備えており、基端側（根元側）に工具ホルダ５に支持される非刃部６ｃを備える。なお、本実施形態においては、２つの刃部６ａ，６ｂを有する回転工具６を例に挙げるが、１または３以上の刃部を有する回転工具を適用することもできる。

この回転工具６による切削加工時には、図２に示すように、刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗから切削抵抗Ｆｙを受けることにより、刃部６ａ，６ｂ側が非刃部６ｃに対してたわみ変形する。特に、Ｌ／Ｄ（＝長さ／直径）の大きな回転工具６（細長い回転工具）を用いる場合には、当該回転工具６の剛性が低いため、切削抵抗Ｆｙによって当該回転工具６の先端側のたわみ変形量が大きくなる。

ここで、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙが一定であれば、回転工具６の先端側のたわみ量は一定となる。しかし、回転工具６の刃部６ａ，６ｂによる断続的な切削加工により、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙは逐次変化する。そのため、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量は、図２の往復矢印にて示すように、主としてＹ方向に逐次変化する。

このときの回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量と切削抵抗Ｆｙとは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂを振動体とする振動系における動特性（以下、「回転工具の刃部の動特性」と称する）に依存する。回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性は、刃部６ａ，６ｂに入力された力に対する変形の挙動を示すものであり、伝達関数（コンプライアンスおよび位相遅れ）もしくはそれから算出される質量係数Ｍ、固有振動数ｆ、減衰比ζなどにより表される。なお、動特性として、粘性減衰係数Ｃ、ばね定数Ｋを用いることもあるが、これらは、Ｍ、ｆ、ζから求められる。

回転工具６を回転しかつ送りながら被加工物Ｗの断続的な切削加工を行う際において、回転工具６に生じる切削抵抗Ｆｙおよび回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量Ｙａの経過時間ｔに対する挙動について、図３、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。ここでは、反切込方向（Ｙ方向）における切削抵抗Ｆｙおよび先端側の回転中心Ｃの変位量Ｙａを取り上げて説明する。これは、反切込方向（Ｙ方向）が加工誤差に対して最も影響が大きいためである。

図３に示すように、切削抵抗Ｆｙは、ゼロ付近から時刻ｔ１にて大きな値に変化し、時刻ｔ２に再びゼロ付近に変化している。図４Ａおよび図４Ｂが、それぞれ図３の時刻ｔ１，ｔ２に対応する。図４Ａに示すように、時刻ｔ１は、一方の刃部６ａが被加工物Ｗに接触開始した瞬間である。つまり、時刻ｔ１は、一方の刃部６ａにより切削加工を開始した瞬間である。一方、図４Ｂに示すように、時刻ｔ２は、一方の刃部６ａによる被加工物Ｗの切削加工を終了した瞬間である。このように、ｔ１〜ｔ２の間において、一方の刃部６ａが被加工物Ｗを切削加工している。

その後、図３に示すように、ｔ２〜ｔ４の間は、切削抵抗Ｆｙがゼロ付近となっている。この間は、時刻ｔ３に対応する図４Ｃに示すように、両方の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触していない。つまり、回転工具６は空転している。

その後、図３に示すように、切削抵抗Ｆｙが時刻ｔ４に再び大きな値に変化し、時刻ｔ５に再びゼロ付近に変化している。図３の時刻ｔ４には、対応する図４Ｄに示すように、他方の刃部６ｂが被加工物Ｗに接触開始している。つまり、他方の刃部６ｂにより切削加工を開始している。また、図３の時刻ｔ５には、対応する図４Ｅに示すように、他方の刃部６ｂによる切削加工を終了している。このように、ｔ４〜ｔ５の間において、他方の刃部６ｂが切削加工している。

ここで、図４Ａ〜図４Ｅにおける今回の切削領域より、ｔ１〜ｔ２、ｔ４〜ｔ５の各瞬間において、実切込量（瞬間的な切込量を意味し、切込量の指令値とは異なる意味である）が異なることが分かる。つまり、実切込量は、切削開始から一気に多くなり、ピークに達した後に徐々に少なくなっている。より詳細には、前回切削されていない部位と前回切削された部位との境界の前後で変化している。そして、図３の切削抵抗Ｆｙのうち急激に大きくなっている部分に示すように、切削加工中の切削抵抗Ｆｙは、略三角形状になっており、実切込量に応じて変化していることが分かる。

上記のように、回転工具６は、時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ４〜ｔ５において断続的な切削加工を行い、時刻ｔ２〜ｔ４において断続的に空転している。つまり、回転工具６は、断続的な切削加工によって、断続的に力を受けることになる。つまり、回転工具６の先端側の回転中心Ｃは、断続的な切削加工により生じる断続的な力（切削抵抗）によって、少なくとも反切込方向（Ｙ方向）に振動する。

従って、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの回転中心Ｃの変位量Ｙａは、図３に示すように、回転工具６の固有振動数ｆに応じて振動している。特に、切削抵抗Ｆｙが発生した直後に、回転中心Ｃの変位量Ｙａが最も大きくなり、その後に減衰している。そして、再び、切削抵抗Ｆｙにより変位量Ｙａが大きくなり、繰り返す。

（動特性算出装置）
上述したように、回転中心Ｃの変位量と切削抵抗Ｆｙとは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性に依存する。そのため、当該動特性を把握することが重要となる。回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を算出する装置について、図５、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７を参照して説明する。

図５に示すように、動特性算出装置１００は、ＦＥＭ解析部１０１と、検出器１０２と、算出部１０３と、記憶部１０４とを備える。ＦＥＭ解析部１０１は、工作機械の構造情報に基づく公知のＦＥＭ解析により、固有振動数ｆ、減衰比ζおよび質量係数Ｍを取得する。ＦＥＭ解析により、動特性を容易に取得できる。工作機械の構造情報には、各構成部材の形状、材質などの情報が含まれる。そして、ＦＥＭ解析部１０１は、取得した固有振動数ｆ、質量係数Ｍおよび減衰比ζを記憶部１０４に記憶する。

ここで、固有振動数ｆは、式（１）により表される。式（１）において、減衰比ζは、１より十分に小さいため、｛√（１−ζ²）｝は、１とみなすことができる。また、減衰比ζは式（２）により表され、運動方程式は、式（３）により表される。ここで、Ｃは粘性減衰係数、Ｋはばね定数、Ｆは外力、ｘは変位である。

検出器１０２は、本実施形態においては音波検出器を適用する。ここで、検出器１０２の適用例について、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。検出器１０２は、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの近傍に位置決めする。ただし、当該検出器１０２は、高精度に位置決めすることなく、ある程度の設置自由度を有する。このように、検出器１０２は、渦電流型変位センサなどに比べて高精度な位置決めが不要であるため、熟練技術を要することなく、かつ、設置に要する時間を短縮できる。

検出器１０２は、回転工具６が加振された場合に、回転工具６が振動によって生じる音波を検出する。回転工具６の加振の第一態様として、図６Ａに示すように、作業者がハンマー材（ターゲット材）１３０により回転工具６の非刃部６ｃを叩くことにより、回転工具６を加振する。この態様では、新たな設定をすることなく、容易に行うことができる。そして、作業者による叩く力の大きさや叩く方向などは、検出精度に大きく影響しない。そのため、当該作業は、容易である。また、実際に使用する回転工具６を加振することができるため、高精度な動特性を得ることができる。さらに、ハンマー材１３０に接触させる部位を、刃部６ａ，６ｂではなく非刃部６ｃとすることで、刃部６ａ，６ｂに与える影響をなくすことができる。その結果、刃部６ａ，６ｂの寿命を向上できる。

また、加振の第二の態様として、図６Ｂに示すように、工作機械の駆動装置を駆動させて、工作機械に固定されたターゲット材１４０と回転工具６の非刃部６ｃとを接触させることにより、回転工具６を加振する。これにより、いわゆるハンマリング作業の自動化を図ることができる。この場合も、実際に使用する回転工具６を加振するため、高精度な動特性を得ることができる。さらに、ターゲット材１４０に接触させる部位を非刃部６ｃとすることで、刃部６ａ，６ｂの寿命を向上できる。

また、実際の切削加工の直前に行うことができるようになるため、実際の切削加工の状態における動特性を得ることができる。また、回転工具６に付与する加振力を高精度に設定できるため、検出器１０２により確実に検出できるように回転工具６を振動させることができる。また、当該態様においては、回転工具６を回転させながら加振することもできるし、回転工具６を停止させた状態で加振させることもできる。回転工具６を回転させながら加振する場合には、切削加工時により近い状態における動特性を得ることができる。特に、回転工具６を加工時と同じ方向に回転させた状態として、回転工具６の非刃部６ｃとターゲット材１４０とを接触させることで、より切削加工時に近い状態における動特性を得ることができる。

また、加振の第三の態様として、図６Ｃに示すように、回転工具６を加工時とは逆回転に回転させて、回転工具６の刃部６ａ，６ｂをターゲット材１５０としての被加工物Ｗに接触させることにより、回転工具６を加振する。ここで、被加工物Ｗの代わりに、他のターゲット材１５０を適用することもできる。このように、回転工具６を加工時とは逆回転に回転させた状態でターゲット材１５０に接触させるため、ターゲット材１５０は切削加工されない。そのため、ターゲット材１５０の消耗を抑制できる。

次に、検出器１０２による音波検出処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。検出器１０２には、複数の検出周波数レンジがあり、設定された検出周波数レンジにおける周波数帯の音波を検出する。そこで、検出器１０２の検出条件としての検出周波数レンジを、ＦＥＭ解析部１０１により取得された固有振動数ｆを含む検出周波数レンジに設定する（Ｓ１）。これにより、検出器１０２は、実際の固有振動数ｆを含む音波を確実に検出できる。

続いて、図６Ａ〜図６Ｃに図示した加振態様の何れかによって、回転工具６を加振する（Ｓ２）。そして、回転工具６が加振されて回転工具６が振動することによって、回転工具６が発生する音波を、検出器１０２によって検出する（Ｓ３）。

算出部１０３は、検出器１０２により検出された音波に基づいて、固有振動数ｆを算出する。この固有振動数ｆは、検出された音波の周波数から算出することができる。そして、算出部１０３は、算出した固有振動数ｆを、ＦＥＭ解析部１０１によって記憶部１０４に記憶された固有振動数ｆに変更して、記憶部１０４に記憶する。つまり、記憶部１０４に記憶される固有振動数ｆは、算出部１０３により算出された固有振動数ｆとなる。

ここで、作業者による組付ずれなどにより、回転工具６を工具ホルダ５へ取り付ける位置は、ＦＥＭ解析部１０１におけるＦＥＭ解析と実際とで僅かに異なる。つまり、ＦＥＭ解析部１０１におけるＦＥＭ解析は、回転工具６が工具ホルダ５へ取り付けられた実際の位置における解析ではない。一方、検出器１０２により検出される音波は、実際に回転工具６の振動によって生じる音波であるため、回転工具６が工具ホルダ５へ取り付けられた実際の位置に基づいたものとなる。つまり、ＦＥＭ解析部１０１により取得された固有振動数ｆと、算出部１０３により算出される固有振動数ｆとは異なる。そして、記憶部１０４に記憶される固有振動数ｆは、算出部１０３により算出される固有振動数ｆ、すなわち実際の回転工具６の刃部６ａ，６ｂの固有振動数となる。

（回転工具の回転速度と加工誤差または回転工具の最大振幅との関係）
ここで、回転工具６の回転速度Ｓと加工誤差Δｙとの関係を図８に示し、回転速度Ｓと回転工具６の最大振幅Ａとの関係を図９に示す。例えば、回転速度Ｓが６５００min^-1付近において、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが小さくなっていることが分かる。このように、回転工具６の回転速度Ｓを変更することによって、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが変化する。これは、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの振動系における動特性と、回転工具６の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触するときの周波数との関係が変化することによる。回転工具６の振動系における動特性は変化しないが、回転工具６の刃部６ａ，６ｂが被加工物Ｗに接触するときの周波数は、回転工具６の回転速度Ｓによって変化する。このように、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性と回転速度Ｓとの関係によって、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａを小さくなったり、大きくなったりする。

そして、図８および図９に示す関係は、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を得ることができれば、図示することができる。つまり、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を得ることができれば、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａを小さくすることができる回転速度Ｓを見出すことができる。特に、得られる固有振動数ｆが変わると、加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａが急激に変化する回転速度Ｓが変化することになる。従って、特に、固有振動数ｆを正確に得ることができることが、高い加工精度を得るためには必要なことと言える。

（動特性算出装置の適用例）
次に、動特性算出装置の適用例について、図５を参照して説明する。図５に示すように、動特性算出装置１００は、加工条件判定装置１２０の一部として機能させることができる。加工条件判定装置１２０の判定部１２１は、記憶部１０４に記憶された回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性を用いて、図８および図９に示したような回転速度Ｓと加工誤差Δｙまたは最大振幅Ａとの関係を導き出しておく。さらに、判定部１２１は、加工誤差Δｙまたは最大振幅Ａが閾値より小さくなる回転速度Ｓの範囲を記憶しておく。

そして、判定部１２１は、現在の加工条件に含まれる回転速度Ｓの指令値が、記憶されている回転速度Ｓの範囲内に含まれるか否かを判定する。指令値が当該範囲内に含まれていれば、現在の加工条件は良好であると判断し、当該加工条件において切削加工を行う。一方、指令値が当該範囲内に含まれていない場合には、回転速度Ｓの指令値を変化させる。

本実施形態によれば、実際に回転工具６を振動させることにより得られる音波に基づいて固有振動数ｆを算出するため、実際の状態の固有振動数ｆを得ることができる。従って、断続的な切削加工によって回転工具６の刃部６ａ，６ｂが回転工具６の基端部に対してたわんで振動する場合に、所望の加工精度を得ることができる加工条件を決定することができる。

一方、質量係数Ｍおよび減衰比ζをＦＥＭ解析により取得している。ここで、固有振動数ｆのずれに比べて、質量係数Ｍおよび減衰比ζのずれによる加工精度への影響は小さい。そこで、質量係数Ｍおよび減衰比ζをＦＥＭ解析により取得することで、容易に取得することができると共に、十分な加工精度を得ることができる。

＜第二実施形態＞
上記実施形態においては、回転工具６の刃部６ａ，６ｂの動特性のうち減衰比ζおよび質量係数Ｍは、ＦＥＭ解析部１０１により取得された情報をそのまま用いた。本実施形態においては、算出部１０３は、固有振動数ｆに加えて減衰比ζを、回転工具６の振動により発生する音波を用いて算出することとする。

すなわち、本実施形態においては、ＦＥＭ解析部１０１は、ＦＥＭ解析により質量係数Ｍおよび固有振動数ｆを取得する。そして、算出部１０３は、検出器１０２により検出された音波に基づいて、固有振動数ｆを算出すると共に、減衰比ζを算出する。算出部１０３は、算出した固有振動数ｆおよび減衰比ζを記憶部１０４に記憶する。

このように、実際の状態における固有振動数ｆおよび減衰比ζを得ることにより、より高精度に図８および図９に示すような回転速度Ｓと加工誤差Δｙおよび最大振幅Ａとの関係を導き出すことができる。その結果、所望の加工精度を得る加工条件を決定することができる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態において、検出器１０２は、音波検出器とした。この他に、検出器１０２は、回転工具６の振動によって変動する磁気を検出できる磁気センサを用いることができる。磁気センサも、音波検出器と同様に、設置の自由度が高いため、設置に熟練技術を要することがないため、設置時間を短縮できる。また、他の効果もほぼ同様の効果を奏する。

５：工具ホルダ、 ６：回転工具、 ６ａ，６ｂ：刃部、 ６ｃ：非刃部、 １００：動特性算出装置、 １０１：ＦＥＭ解析部、 １０２：検出器、 １０３：算出部（固有振動数算出部，減衰比算出部）、 １３０：ハンマー材（ターゲット材）、 １４０，１５０：ターゲット材、 ｆ：固有振動数、 Ｍ：質量係数、 ζ：減衰比

Claims (5)

1. １または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する装置であって、
   前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析部と、
   前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出器と、
   前記検出器による検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出部と、
   を備える、工作機械の動特性算出装置。
2. 前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記固有振動数を取得し、
   前記検出器は、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数に基づいて決定された検出条件において、前記音波または前記磁気を検出し、
   前記固有振動数算出部は、前記検出値に基づいて前記固有振動数を算出すると共に、前記ＦＥＭ解析部により取得された前記固有振動数を、前記検出値に基づいて算出された前記固有振動数に変更して記憶する、請求項１の工作機械の動特性算出装置。
3. 前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、
   前記動特性算出装置は、前記検出器による検出値に基づいて前記減衰比を算出する減衰比算出部を備える、請求項２の工作機械の動特性算出装置。
4. 前記動特性は、前記振動系における減衰比を含み、
   前記ＦＥＭ解析部は、前記ＦＥＭ解析により前記減衰比を取得する、請求項１の工作機械の動特性算出装置。
5. １または複数の刃部を備える回転工具を用いて、当該回転工具を回転しながら被加工物に対して相対移動して断続的な切削加工を行う工作機械において、前記回転工具の刃部を振動体とする振動系における質量係数および固有振動数を含む前記工作機械の動特性を算出する方法であって、
   前記工作機械の構造情報に基づくＦＥＭ解析により、前記質量係数を取得するＦＥＭ解析工程と、
   前記回転工具が加振された場合に、前記回転工具の振動によって生じる音波または前記回転工具の振動によって変化する磁気を検出する検出工程と、
   前記検出工程にて検出した検出値に基づいて前記固有振動数を算出する固有振動数算出工程と、
   を備える、工作機械の動特性算出方法。

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