WO2024004149A1 - 工作機械、及び、工作機械の軸合わせ方法 - Google Patents

工作機械、及び、工作機械の軸合わせ方法 Download PDF

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Citizen Watch Co Ltd
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    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50152—Align axis cylinder, tube with rotation axis machine

Definitions

  • the present disclosure relates to a machine tool and a method for aligning the axis of the machine tool.
  • Machine tools such as NC milling machines and machining centers that process workpieces with tools are known.
  • Such machine tools may have a clamp that can be tightened to attach a work or a tool, or may have a main shaft that can rotate with a work or tool attached using a clamp or the like. If there is an abnormality such as chips being caught in the workpiece or the mounting portion of the tool, the machining accuracy of the workpiece may be adversely affected.
  • Patent Document 1 describes a machine tool that detects an abnormality based on data regarding vibrations of a clamp that can be tightened in order to mount a workpiece or a tool.
  • a machine tool that has a main spindle and a back main spindle on the same axis, and grips one end side and the other end of a workpiece with a clamp that the main spindle has and a clamp that the back main spindle has.
  • misalignment also referred to as axis misalignment or misalignment
  • Patent Document 2 discloses that an outer diameter measuring device is used to measure the axis of a bar held by a main spindle and the axis of a bar held by a back main spindle in a state facing the main axis, and to measure both of these. There is a description of correcting the misalignment of the axis of the back main spindle with respect to the axis of the main spindle based on measurement data by.
  • the purpose of the present disclosure is to more easily align the axis of a machine tool.
  • One aspect of the present disclosure is a first spindle that grips one end of the workpiece; a second main shaft that grips the other end of the work; a sensor that detects a physical quantity related to vibration when the first spindle and the second spindle are rotating synchronously with the first spindle and the second spindle gripping the work; a control unit that aligns the first spindle and the second spindle based on the physical quantity; It is a machine tool equipped with
  • One of the other aspects of the present disclosure is a first spindle that grips one end of the workpiece; a second main shaft that grips the other end of the work; a sensor that detects a physical quantity related to vibration when the first spindle and the second spindle are rotating synchronously with the first spindle and the second spindle gripping the work; a control unit that aligns the first spindle and the second spindle based on the physical quantity; This is a method for aligning the axis of a machine tool equipped with.
  • Another aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to execute the above method for aligning the axis of a machine tool, or a storage medium that non-temporarily stores the program.
  • axis alignment of a machine tool can be performed more easily.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a machine tool according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of a machine tool according to an embodiment. It is a figure showing an example of the functional composition of a control part. It is a time chart showing detection values of a vibration sensor before and after fastening a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram obtained by experimentally determining the dispersion value of the detection values of the vibration sensor when the second principal axis is intentionally shifted with respect to the first principal axis.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a locus of movement of the second main shaft when aligning the first main shaft and the second main shaft.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the dispersion value of the detection value of the vibration sensor when the second main axis is moving along the trajectory shown in FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a trajectory of moving the second main shaft in the direction of the first phase when aligning the first main shaft and the second main shaft.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the variance value of the detection value of the vibration sensor when the second main axis is moving along the trajectory shown in FIG. 8;
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a locus in which the second principal axis is moved from (X1, Y1) as a starting point when aligning the first principal axis and the second principal axis.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the variance of the detection values of the vibration sensor when the second main axis is moving along the trajectory shown in FIG. 10; 12 is a flowchart showing a flow when aligning the first main axis and the second main axis. It is a flowchart which shows the flow of circle movement processing. 3 is a flowchart showing a flow of linear movement processing.
  • FIG. 6 is a diagram obtained experimentally from the range of detection values of the vibration sensor when the second principal axis is intentionally shifted with respect to the first principal axis.
  • a machine tool that is one of the aspects of the present disclosure includes a first spindle that grips one end of the workpiece, a second spindle that grips the other end of the workpiece, and a first spindle and a second spindle that grip the workpiece.
  • a sensor that detects a physical quantity related to vibration when the first spindle and the second spindle are rotating synchronously in the state, and a control unit that aligns the first spindle and the second spindle based on the physical quantity; Equipped with.
  • the control unit performs axis alignment during manufacture of the machine tool or before use.
  • the alignment of the first spindle and the second spindle is performed when the first spindle and the second spindle are rotating synchronously with the first spindle and the second spindle gripping the same workpiece.
  • "when they are rotating synchronously” may be used as long as the first spindle and the second spindle are rotating synchronously, for example, when the first spindle and the second spindle are rotating synchronously. or when the first main shaft and the second main shaft are rotating when the first main shaft and the second main shaft have a mechanism for synchronous rotation.
  • the control unit performs axis alignment based on this vibration.
  • the sensor may be any sensor that can detect a physical quantity related to vibrations generated in the first or second main axis, such as a vibration sensor (including an acceleration sensor), a position sensor, or the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a machine tool 1 according to the present embodiment.
  • the machine tool 1 according to the present embodiment includes a first spindle 11 and a first headstock 12 that rotatably supports the first spindle 11.
  • the first main shaft 11 includes a first clamp 13 that can be tightened to attach one end of the workpiece W.
  • the machine tool 1 also includes a second spindle 21 on substantially the same axis as the first spindle 11, and a second headstock 22 that rotatably supports the second spindle 21.
  • the second main shaft 21 may be a back main shaft.
  • the second main shaft 21 includes a second clamp 23 that can be tightened to attach the other end of the workpiece W.
  • an adjustment mechanism 24 is provided between the second spindle 21 and the second headstock 22 to move the second spindle 21 relative to the second headstock 22.
  • the adjustment mechanism 24 is capable of relatively moving the second main shaft 21 in two axial directions, for example, the X-axis and the Y-axis.
  • the adjustment mechanism 24 includes, for example, a gear and an actuator that operates the gear.
  • the first headstock 12 and the second headstock 22 are fixed to, for example, a pedestal 100, which is the same structure, so that their relative positions do not change. In FIG. 1, the axial direction of the first main shaft 11 and the second main shaft (the left-right direction in FIG.
  • the direction perpendicular to the top surface of the pedestal 100 is defined as the X-axis direction.
  • the fastening operation of the workpiece W by the first clamp 13 and the second clamp 23 can be caused by, for example, a clamp actuator (not shown) composed of a cylinder, a piston, or the like.
  • a clamp actuator (not shown) composed of a cylinder, a piston, or the like.
  • a vibration sensor 25 that measures the vibration of the second main shaft 21 is arranged on the second main shaft 21.
  • the vibration sensor 25 may measure the vibration of the second spindle 21 only when aligning the first spindle 11 and the second spindle 21, or the vibration sensor 25 may measure the vibration of the second spindle 21 at all times while the machine tool 1 is in operation.
  • the vibration of the main shaft 21 may also be measured.
  • the timing of measurement by the vibration sensor 25 can be changed as appropriate.
  • the vibration sensor 25 only needs to be placed at a location where the vibration of the second clamp 23 can be measured.
  • the vibration sensor 25 may be placed, for example, as close as possible to the second clamp 23.
  • an acceleration sensor is used as the vibration sensor 25.
  • the acceleration sensor is a sensor that can measure acceleration in one direction, for example, the X-axis direction or the Y-axis direction shown in FIG. 1, but alternatively, it can also be a sensor that can measure acceleration in two or more directions. good.
  • the vibration sensor 25 is not limited to an acceleration sensor, and may be, for example, a distance sensor. Further, a plurality of each sensor may be used. Note that in the following, when the detected value of the vibration sensor 25 is referred to, it may be either a voltage that is an output value of the vibration sensor 25, or a value obtained by converting the voltage into acceleration or vibration. This conversion is performed by an axis alignment unit 402, which will be described later.
  • the machine tool 1 includes a control section 40.
  • the control unit 40 is a computer that controls the machine tool 1.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the machine tool 1 according to the present embodiment.
  • the control unit 40 has a general computer configuration.
  • the control section 40 includes a processor 41 , a main storage section 42 , an auxiliary storage section 43 , an input section 44 , and an output section 45 . These are interconnected by a bus. Sensors such as the vibration sensor 25 are connected to the bus via an interface, and signals from these sensors are input to the control unit 40.
  • the bus includes, via an interface, an actuator that rotates the first main shaft 11, an actuator that rotates the second main shaft 21, an actuator that performs the fastening and opening actions of the first clamp 13, and a fastening action of the second clamp 23. , an actuator that performs an opening operation, an adjustment mechanism 24, and the like are connected, and control signals are sent from the control unit 40 to these devices.
  • the processor 41 is a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the processor 41 controls the machine tool 1 and performs various information processing operations.
  • the main storage unit 42 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or the like.
  • the auxiliary storage unit 43 is an EPROM (Erasable Programmable ROM), a hard disk drive (HDD), a removable medium, or the like.
  • the auxiliary storage unit 43 stores an operating system (OS), various programs, various tables, and the like.
  • the processor 41 loads the program stored in the auxiliary storage section 43 into the work area of the main storage section 42 and executes it, and each component etc. is controlled through the execution of this program.
  • the control unit 40 realizes a function that meets a predetermined purpose.
  • the main storage section 42 and the auxiliary storage section 43 are computer-readable recording media. Note that the control unit 40 may be a single computer or a plurality of computers working together. Further, the information stored in the auxiliary storage section 43 may be stored in the main storage section 42. Further, the information stored in the main storage section 42 may be stored in the auxiliary storage section 43.
  • the input unit 44 is a means for accepting input operations performed by the user, and includes, for example, a touch panel, a mouse, a keyboard, a microphone, or the like.
  • the output unit 45 is a means for presenting information to the user, and can include, for example, an LCD (Liquid Crystal Display), an EL (Electroluminescence) panel, a speaker, a lamp, and the like. Note that the input section 44 and the output section 45 may be configured as one touch panel display.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the control unit 40.
  • the control unit 40 includes a processing control unit 401 and an axis alignment unit 402 as functional components.
  • the processing control unit 401 and the axis alignment unit 402 are functional components provided, for example, by the processor 41 of the control unit 40 executing various programs stored in the auxiliary storage unit 43.
  • the machining control unit 401 controls the machine tool 1 when machining the workpiece W.
  • the processing control unit 401 fastens the workpiece W using the first clamp 13 and the second clamp 23, rotates the first spindle 11 and the second spindle 21 in synchronization, and further controls the movement of the tool to fasten the workpiece W. For example, cutting.
  • Known techniques can be used to control the processing of the workpiece W by the processing control unit 401.
  • the axis alignment unit 402 aligns the first spindle 11 and the second spindle 21 (axis alignment) based on the detected value of the vibration sensor 25.
  • the axis alignment section 402 performs axis alignment, for example, before the processing control section 401 controls the processing of the workpiece W.
  • the relationship between the detection value of the vibration sensor 25 and the axis deviation of the first main shaft 11 and the second main shaft 21 will be explained with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 is a time chart showing the detected values of the vibration sensor 25 before and after the workpiece W is fastened.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates time, and the vertical axis indicates voltage, which is the output of the vibration sensor 25.
  • time is 0 in FIG. 4
  • one end side of the work W is clamped only by the first clamp 13, and the first main shaft 11, the work W, and the second main shaft 21 are rotating synchronously. Thereafter, the other end side of the workpiece W is clamped by the second clamp 23.
  • the vibration generated at that time is detected by the vibration sensor 25.
  • the vibration caused by the clamp is indicated by "clamp" in FIG. After that, the first main shaft 11 and the second main shaft 21 are rotating synchronously with both ends of the workpiece W being gripped by the first main shaft 11 and the second main shaft 21.
  • FIG. 5 is a diagram in which the variance values of the detection values of the vibration sensor 25 when the second main shaft 21 is intentionally shifted with respect to the first main shaft 11 are experimentally determined.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the relative shift of the second main axis 21 with respect to the first main axis 11 in the X-axis direction.
  • the X-axis according to FIG. 5 corresponds to the X-axis defined in FIG. 1. Note that there is no deviation in the Y-axis direction.
  • the dispersion value in FIG. 5 is the dispersion value of the values detected by the vibration sensor 25 during the period indicated by "measurement period” in FIG. 4.
  • the measurement period in FIG. 4 is a period after the vibration caused by the clamp has become sufficiently small, and is a period sufficient to calculate the dispersion value. Note that in the following, when the term "dispersion” is used, it refers to the dispersion of the detected values of the vibration sensor 25.
  • this phenomenon is utilized to align the first main shaft 11 and the second main shaft 21. That is, the first main shaft 11 and the second main shaft 21 are aligned by moving the second main shaft 21 in a direction in which the dispersion value of the detection values of the vibration sensor 25 becomes smaller.
  • the alignment unit 402 aligns the first spindle 11 and the second spindle 21 while gripping the same workpiece W with both the first spindle 11 and the second spindle 21. 21 are rotated in a predetermined direction at a predetermined rotational speed (that is, rotated synchronously). Moreover, the axis alignment unit 402 performs axis alignment after the vibrations generated by fastening the workpiece W have become sufficiently small so as not to be affected by the vibrations. Note that axis alignment can be performed only once when manufacturing the machine tool 1, or each time the machine tool 1 is started, or each time the workpiece W is fastened.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a locus of movement of the second main shaft 21 when aligning the first main shaft 11 and the second main shaft 21.
  • the X-axis and Y-axis in FIG. 6 correspond to the X-axis and Y-axis in FIG. 1.
  • the coordinates of the origin which is the starting point of the second main axis 21, are indicated by (X0, Y0).
  • This origin is the position of the central axis of the second main shaft 21 when the second main shaft 21 performs the fastening operation of the workpiece W.
  • the axis alignment unit 402 moves the second main shaft 21 along a circle S1 centered on the origin (X0, Y0).
  • the diameter of the circle S1 can be set to an arbitrary value that is equal to or less than the maximum value of the misalignment between the first main shaft 11 and the second main shaft 21 due to manufacturing tolerances, for example. In other words, even if axis misalignment occurs between the first spindle 11 and the second spindle 21, it is considered that the axis misalignment occurs within the range of manufacturing tolerances, so move the second spindle 21 within this range. Find the position where the axes match.
  • the axis alignment unit 402 performs the following processing during axis alignment.
  • the following (1) to (3) correspond to the arrows (1) to (3) shown in FIG.
  • the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 in the X-axis direction to (XA, Y0).
  • the detected value of the vibration sensor 25 at this time is not used.
  • the position (XA, Y0) is the intersection of the X axis and the circle S1. Note that the position (XA, Y0) or the straight radius of the circle S1 is stored in the auxiliary storage section 43 in advance.
  • the axis alignment unit 402 sends the generated command to the adjustment mechanism 24, and the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 based on this command.
  • the alignment section 402 stops the second main shaft 21.
  • the current position of the second main shaft 21 may be detected by a sensor, for example, or may be calculated based on the amount of operation of the adjustment mechanism 24.
  • the axis alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 along the circle S1.
  • the second main shaft 21 is moved counterclockwise, but is not limited thereto, and may be moved clockwise.
  • the detection value of the vibration sensor 25 is obtained, for example, at each predetermined phase centered on the origin (X0, Y0).
  • the alignment unit 402 stops the second main shaft 21 over a measurement period at every predetermined phase, and acquires the detection value of the vibration sensor 25 over the measurement period. Therefore, the alignment unit 402 generates and sends to the adjustment mechanism 24 a command to move the second main shaft 21 along the circle S1 and a command to stop the second main shaft 21 over a measurement period for each predetermined phase. Then, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 based on this command.
  • the measurement period is set in advance as a period during which the dispersion value corresponding to the axis misalignment can be calculated with high accuracy.
  • the alignment unit 402 stores the detection value of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period for each predetermined phase in the auxiliary storage unit 43 in association with the phase centered on the origin (X0, Y0). . Furthermore, based on the detection values of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period, a variance value of the detection values of the vibration sensor 25 is calculated, and this variance value is linked to the phase centered on the origin (X0, Y0). and stores it in the auxiliary storage section 43.
  • the predetermined phase may be set based on, for example, the time required for alignment and the accuracy of alignment. The accuracy of alignment increases as the predetermined phase becomes smaller, but the time required for alignment becomes longer, so the user may set it based on whether time or accuracy is prioritized. For example, it may be possible to input a predetermined phase from the input section 44.
  • the alignment unit 402 stops the detection of vibration by the vibration sensor 25, and moves the second main shaft 21 to the origin (X0, Y0). Generate a command to move.
  • the alignment unit 402 sends the generated command to the adjustment mechanism 24, and based on this command, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 to the origin (X0, Y0).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the variance of the detected values of the vibration sensor 25 when the second main shaft 21 is moving along the trajectory shown in FIG. 6.
  • the phase on the horizontal axis indicates the phase centered on the origin (X0, Y0), with the phase when the second main shaft 21 is located at the position (XA, Y0) being 0.
  • the dispersion value decreases as the phase increases from 0, and for example, at the phase indicated by A1, the dispersion value becomes the minimum value indicated by B1. Further, as the phase becomes larger than A1, the dispersion value also becomes larger.
  • the phase indicated by A1 will also be referred to as a first phase A1.
  • the position where the variance value is the smallest on the circle S1 corresponds to the first target position according to the present disclosure.
  • the dispersion value is the minimum at the first phase A1. Then, by moving the second main axis 21 from the origin (X0, Y0) in the direction of the first phase A1, the dispersion value can be reduced. That is, it is considered that the deviation between the first main shaft 11 and the second main shaft 21 becomes smaller.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a trajectory in which the second main shaft 21 is moved in the direction of the first phase A1 when aligning the first main shaft 11 and the second main shaft 21.
  • the origin (X0, Y0) in FIG. 8 is the same position as the origin (X0, Y0) shown in FIG.
  • the axis alignment unit 402 moves the second main shaft 21 along the straight line L1 extending from the origin (X0, Y0) in the direction of the first phase A1. Therefore, the alignment unit 402 performs the following processing.
  • the following (4)-(5) correspond to the arrows (4)-(5) shown in FIG.
  • the axis alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 along the straight line L1 in a direction away from the origin (X0, Y0) on the straight line L1.
  • the detection value of the vibration sensor 25 is obtained, for example, at every predetermined distance from the origin (X0, Y0).
  • the alignment unit 402 stops the second main shaft 21 at predetermined distance intervals over the measurement period, and acquires the detection value of the vibration sensor 25 over the measurement period. Therefore, the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 along the straight line L1 and a command to stop the second main shaft 21 for a measurement period every predetermined distance, and sends the command to the adjustment mechanism 24. Then, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 based on this command.
  • the axis alignment unit 402 associates the detection value of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period with the distance from the origin (X0, Y0) for each predetermined distance and stores it in the auxiliary storage unit 43. Furthermore, based on the detection values of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period, a variance value of the detection values of the vibration sensor 25 is calculated, and this variance value is linked to the distance from the origin (X0, Y0). The information is stored in the auxiliary storage section 43.
  • the predetermined distance may be set based on, for example, the time required for alignment and the accuracy of alignment. As the predetermined distance becomes smaller, the accuracy of axis alignment increases, but the time required for axis alignment increases, so the user may set it based on whether priority is given to time or accuracy. For example, it may be possible to input a predetermined distance from the input unit 44.
  • the axis alignment unit 402 determines a second origin (X1, Y1) where the dispersion value is the minimum, and moves the second principal axis 21 to the second origin. Generate a command to move to (X1, Y1).
  • the alignment unit 402 compares the dispersion value stored in the auxiliary storage unit 43 with the dispersion values before and after it to find the dispersion value B2 at which the decreasing trend changes to the increasing trend, and calculates the dispersion value B2 corresponding to the dispersion value B2. Find the distance A2 from the origin (X0, Y0).
  • This position (X1, Y1) is hereinafter also referred to as the second origin (X1, Y1).
  • the second origin (X1, Y1) is a position when moved by a distance A2 in the direction of the first phase A1 with respect to the origin (X0, Y0).
  • the alignment unit 402 sends the generated command to the adjustment mechanism 24, and based on this command, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 to the second origin (X1, Y1). Note that the position where the dispersion value is the smallest on the straight line L1 corresponds to the second target position according to the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the variance of the detected values of the vibration sensor 25 when the second main shaft 21 is moving along the trajectory shown in FIG. 8.
  • the distance on the horizontal axis is the distance from the origin (X0, Y0).
  • (4)-(5) shown in FIG. 9 correspond to (4)-(5) shown in FIG.
  • the dispersion value decreases as the distance increases from 0, and when the distance is A2, the dispersion value becomes the minimum value indicated by B2. Furthermore, the larger the distance is than A2, the larger the dispersion value becomes. In this way, when the distance is A2, the dispersion value becomes the minimum at B2.
  • the second origin (X1, Y1) is a position moved from the origin (X0, Y0) by the distance where the variance value is the smallest in the direction of the phase where the variance value of the detected values of the vibration sensor 25 is the smallest. be.
  • Such a second origin (X1, Y1) has a smaller variance value of the detection value of the vibration sensor 25 than the origin (X0, Y0). In this way, it is possible to search for a position where the variance value of the detection values of the vibration sensor 25 is smaller.
  • the alignment unit 402 executes the control in (1) to (5) above again using the second origin (X1, Y1) as a starting point. In this manner, by repeatedly performing the above control, it is possible to determine the position of the second main shaft 21 where the variance value of the detected values of the vibration sensor 25 becomes smaller.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a trajectory in which the second spindle 21 is moved from (X1, Y1) as a starting point when aligning the first spindle 11 and the second spindle 21.
  • the coordinates of the starting point of the second main axis 21 are the second origin (X1, Y1).
  • the second limit (X1, Y1) becomes the origin of the X'Y' coordinate system.
  • the second origin (X1, Y1) which is the starting point in FIG. 10, is the same position as the second origin (X1, Y1) in FIG.
  • the alignment unit 402 moves the second main shaft 21 along a circle S2 centered on the second origin (X1, Y1). Circle S2 has the same diameter as circle S1 shown in FIG. Alternatively, the diameter of the circle S2 may be smaller than the diameter of the circle S1.
  • the axis alignment unit 402 performs the following process.
  • the following (6) to (8) correspond to the arrows (6) to (8) shown in FIG.
  • the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 in the X'-axis direction to the position (X1+XA, Y1). The detected value of the vibration sensor 25 at this time is not used.
  • the alignment unit 402 sends the generated command to the adjustment mechanism 24, and the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 based on this command.
  • the axis alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 along the circle S2.
  • the detected value of the vibration sensor 25 is acquired, for example, at every predetermined phase centered on the second origin (X1, Y1).
  • the alignment unit 402 stops the second main shaft 21 over a measurement period at every predetermined phase, and acquires the detection value of the vibration sensor 25 over the measurement period. Therefore, the alignment unit 402 generates and sends to the adjustment mechanism 24 a command to move the second main shaft 21 along the circle S2 and a command to stop the second main shaft 21 over a measurement period for each predetermined phase. Then, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 based on this command.
  • the alignment unit 402 associates the detection value of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period with the phase centered on the second origin (X1, Y1) for each predetermined phase, and stores it in the auxiliary storage unit 43. Make me remember. Furthermore, based on the detection values of the vibration sensor 25 acquired over the measurement period, a variance value of the detection values of the vibration sensor 25 is calculated, and this variance value is calculated as the phase centered on the second origin (X1, Y1). The information is linked and stored in the auxiliary storage unit 43.
  • the predetermined phase is the same as the predetermined phase explained in FIG. However, alternatively, a phase different from the predetermined phase shown in FIG. 6 may be employed.
  • the alignment unit 402 stops the detection of vibration by the vibration sensor 25, and moves the second main shaft to the second origin (X1, Y1). A command to move 21 is generated.
  • the alignment unit 402 sends the generated command to the adjustment mechanism 24, and based on this command, the adjustment mechanism 24 moves the second main shaft 21 to the second origin (X1, Y1).
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the variance of the detected values of the vibration sensor 25 when the second main shaft 21 is moving along the trajectory shown in FIG. 10.
  • the phase on the horizontal axis indicates the phase centered on the second origin (X1, Y1), with the phase when the second main shaft 21 is located at the position (X1+XA, Y1) being 0.
  • the dispersion value decreases as the phase increases from 0, and for example, at the phase indicated by A3, the dispersion value becomes the minimum value indicated by B3. Further, as the phase becomes larger than A3, the dispersion value also becomes larger.
  • the phase indicated by A3 will also be referred to as a second phase A3.
  • the position where the variance value is the smallest on the circle S2 also corresponds to the first target position according to the present disclosure.
  • the dispersion value becomes the minimum at the second phase A3. Then, by moving the second main axis 21 from the second origin (X1, Y1) in the direction of the second phase A3, the dispersion value can be reduced. That is, the misalignment between the first main shaft 11 and the second main shaft 21 can be reduced. In this case, it is possible to search for a position where the variance value is even smaller by executing a process similar to that described with reference to FIGS. 8 and 9. At this time, the same process is repeatedly executed by replacing the X'Y' axis with the XY axis and proceeding with the process.
  • the minimum variance value B3 shown in FIG. 11 is greater than or equal to the minimum variance value B2 shown in FIG. 9. Therefore, if the minimum value B3 of the dispersion value shown in FIG. 11 is greater than or equal to the minimum value B2 of the dispersion value shown in FIG. 9, it is considered that there is no need to move the position of the second main shaft 21 any further. Therefore, in this embodiment, if the minimum value B3 of the variance values shown in FIG. 11 is greater than or equal to the minimum value B2 of the variance values shown in FIG. It is determined that alignment of the first main shaft 11 and the second main shaft 21 has been completed.
  • the second principal axis 21 is moved along the circle S1 to find the phase where the variance value is the minimum, and the second principal axis 21 is moved along the straight line L1 to find the position where the variance value is the minimum.
  • the alignment unit 402 updates the second origin (X1, Y1) as the origin of the second spindle 21. Note that at this point, the second main spindle 21 is located at the second origin (X1, Y1), so the processing control by the processing control unit 401 is started while the position of the second main spindle 21 remains unchanged.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a flow when aligning the first spindle 11 and the second spindle 21.
  • This routine is executed before the machining control unit 401 performs machining control in the machine tool 1.
  • the execution may be triggered by the user inputting to the input unit 44 to control processing.
  • the process may be executed based on the user's input to the input unit 44 when the machine tool 1 is manufactured or when the user starts the machine tool 1.
  • the process may be executed at predetermined time intervals or every predetermined number of times the machine tool 1 is started.
  • step S101 the alignment unit 402 executes a fastening process.
  • the fastening process is a process in which the first spindle 11 grips one end of the workpiece W, the second spindle 21 grips the other end of the workpiece W, and rotates them synchronously.
  • the first spindle 11 is rotated at a predetermined rotational speed while one end side of the workpiece W is clamped by the first spindle 11.
  • the second main shaft 21 rotating synchronously with the first main shaft 11, the second main shaft 21 clamps the other end side of the workpiece W.
  • step S102 the axis alignment unit 402 determines whether a predetermined time has elapsed since the second main shaft 21 and the workpiece W were fastened together.
  • the predetermined time here is, for example, the time until vibrations generated by fastening the workpiece W become sufficiently small. If an affirmative determination is made in step S102, the process advances to step S103, and if a negative determination is made, the process of step S102 is executed again.
  • step S103 the axis alignment unit 402 acquires the origin of the second main axis 21.
  • the origin here is the position of the second spindle 21 at the time when the fastening is completed in step S101, the origin (X0, Y0) set in step S310 described later, or the origin updated in step S106 in the previous routine. This is the origin (X0, Y0).
  • step S104 the axis alignment unit 402 performs circular movement processing.
  • the circular movement process is a process of moving the second main axis 21 along the circle S1 and acquiring the dispersion values of the detected values of the vibration sensor 25 at a plurality of locations.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the circular movement process.
  • the process shown in FIG. 13 is a subroutine executed in step S104.
  • step S201 the axis alignment unit 402 moves the second main shaft 21 to the circle S1.
  • the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 to the circle S1 and sends it to the adjustment mechanism 24.
  • step S202 the alignment unit 402 moves the second main shaft 21 on the circle S1 by a predetermined phase.
  • the alignment unit 402 generates a command and sends it to the adjustment mechanism 24 so that the second spindle 21 moves by a predetermined phase on the circle S1 with respect to the second headstock 22.
  • step S203 the alignment unit 402 detects vibration by acquiring the detection value of the vibration sensor 25 over the measurement period.
  • the detected value of the vibration sensor 25 is stored in the auxiliary storage unit 43 in association with the phase at that time.
  • step S204 the alignment unit 402 calculates a variance value based on the detected value obtained in step S203.
  • step S205 the alignment unit 402 stores the calculated dispersion value in the auxiliary storage unit 43 in association with the phase at that time.
  • step S206 the alignment unit 402 determines whether the second main shaft 21 has gone around the circle S1.
  • the axis alignment unit 402 determines whether the current position of the second main shaft 21 matches the position after moving in step S201. If an affirmative determination is made in step S206, the process advances to step S207, and if a negative determination is made, the process returns to step S202.
  • step S207 the alignment unit 402 extracts the minimum value B1 from among the variance values stored in step S205. Then, in step S208, the alignment unit 402 acquires the phase A1 corresponding to the minimum value B1 of the variance values extracted in step S207 from the data stored in step S205.
  • step S209 the axis alignment unit 402 moves the second main shaft 21 to the origin (X0, Y0), which is the starting point.
  • the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 to the origin (X0, Y0) and sends it to the adjustment mechanism 24.
  • the process of step S209 may be executed in parallel with the processes of step S207 and step S208, or the process of step S209 may be executed before the processes of step S207 and step S208. Good too.
  • the process in step S209 is completed, the process returns to the routine shown in FIG. 12 and proceeds to step S105.
  • step S105 the alignment unit 402 determines whether the minimum value B1 of the variance values acquired in step S104 is greater than or equal to the minimum value B2 of the variance values acquired in the previous step S108. Note that B2 is not acquired the first time this routine is executed. Therefore, the initial value of B2 is stored in the auxiliary storage section 43 in advance as a value that will result in an affirmative determination in step S105 when the axes are aligned. Alternatively, the initial value of B2 may be set to a sufficiently large value so that a negative determination is always made in step S105.
  • a step of calculating a variance value at the origin may be added between step S102 and step S103, and this variance value at the origin may be used as the initial value of B2. If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S108, where linear movement processing is executed.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the flow of linear movement processing.
  • the process shown in FIG. 14 is a subroutine executed in step S108.
  • the linear movement process corresponds to the process for finding B2, which is the minimum value of the variance values shown in FIG.
  • step S301 the alignment unit 402 moves the second main shaft 21 by a predetermined distance in the direction of phase A1 corresponding to the minimum value B1 of the dispersion values obtained in the immediately preceding step S208.
  • the alignment unit 402 generates a command and sends it to the adjustment mechanism 24 so that the second spindle 21 moves a predetermined distance from the origin in the direction of phase A1 with respect to the second headstock 22.
  • step S302 the alignment unit 402 detects vibration by acquiring the detection value of the vibration sensor 25 over the measurement period.
  • the detected value of the vibration sensor 25 is stored in the auxiliary storage unit 43 in association with the distance from the origin at that time.
  • step S303 the alignment unit 402 calculates a variance value based on the detected value acquired in step S302.
  • step S304 the alignment unit 402 stores the calculated dispersion value in the auxiliary storage unit 43 in association with the distance from the origin at that time.
  • step S305 the alignment unit 402 determines whether the variance value has changed from a decreasing trend to an increasing trend.
  • the alignment unit 402 determines that, for example, the variance value stored in the previous step S304 is smaller than the variance value stored in the previous step S304, and that the variance value in the current step is smaller than the variance value stored in the previous step S304. If the variance value stored in S304 is larger, it is determined that the variance value has changed from a decreasing trend to an increasing trend. Alternatively, if there is no change from the variance value stored in the previous step S304, or if there is a change, it is sufficiently small, it may be determined that the variance value has changed from a decreasing trend to an increasing trend. good.
  • step S305 If an affirmative determination is made in step S305, the process advances to step S306, and if a negative determination is made, the process returns to step S301.
  • step S309 the axis alignment unit 402 moves the second main shaft 21 to the second origin (X1, Y1).
  • the alignment unit 402 generates a command to move the second main shaft 21 to the second origin (X1, Y1) and sends it to the adjustment mechanism 24.
  • step S310 the alignment unit 402 updates the origin so that the second origin (X1, Y1) becomes the new origin (X0, Y0) of the second main shaft 21.
  • step S105 the second principal axis 21 is moved along the circle S1 to obtain the phase A1 where the variance value is the minimum, and the second principal axis 21 is moved in the direction where the variance value is the minimum.
  • the process of obtaining the position (X1, Y1) where the variance value of the detected values of the vibration sensor 25 is the minimum while moving the vibration sensor 25 is alternately and repeatedly performed.
  • step S106 the axis alignment unit 402 updates the current position of the second spindle 21 as the origin of the second spindle 21 when processing the workpiece W.
  • the origin of the second main axis 21 is stored in the auxiliary storage section 43.
  • step S107 the alignment unit 402 resets the minimum value B2 of the variance values. As a result, the minimum value B2 of the variance value returns to the initial value.
  • the alignment of the first main shaft 11 and the second main shaft 21 can be performed based on the dispersion value of the detection value of the vibration sensor 25. That is, by adjusting the relative position of the first spindle 11 and the second spindle 21 to a position where the variance value of the detection values of the vibration sensor 25 is smaller, alignment can be performed more quickly and more accurately. can.
  • the second main axis 21 is moved along the circle S1 and the straight line L1, and the dispersion value of the detection value of the vibration sensor 25 is acquired.
  • a mesh is generated around the second principal axis 21, and the variance value of the detection value of the vibration sensor 25 is obtained at each intersection of the mesh, and the position where the variance value is the smallest is determined as It is determined that the axes of the first main shaft 11 and the second main shaft 21 are aligned.
  • the size of the mesh is related to the accuracy of axis alignment, and the smaller the mesh, the higher the accuracy of axis alignment.
  • the size of the mesh may be determined depending on which is given priority: the accuracy of axis alignment or the time required for axis alignment.
  • first set the mesh large move the second principal axis 21 to the position where the variance value is the smallest, and then generate a smaller mesh around that position to find the position where the variance value is the smallest. You can ask for it.
  • the positions where the axes of the first principal axis 11 and the second principal axis 21 match may be narrowed down by repeatedly executing the process of gradually reducing the size of the mesh and calculating the dispersion value.
  • the first principal axis 11 and the second principal axis 21 can also be aligned by generating a mesh in this way and calculating the variance of the detected values of the vibration sensor 25 at each intersection of the mesh.
  • axis alignment is performed using the dispersion value of the detection values of the vibration sensor 25, but the sensor is not limited to this, and any sensor capable of detecting a physical quantity correlated with vibration may be used.
  • a displacement meter, an ammeter, an AE (Acoustic Emission) sensor, or a microphone may be used.
  • the second main axis 21 is moved along the circle S1, but instead of this, it may be moved along the sides of a polygon centered on the origin. Then, vibrations may be detected by the vibration sensor 25 at each of the vertices of the polygon, and further the variance value may be calculated.
  • variance that is, the average of the squares of the deviations from the average value
  • the present invention is not limited to this, and other values indicating the degree of dispersion can also be used.
  • standard deviation root mean square, range (difference between maximum value and minimum value), or amplitude of vibration may be used instead of variance.
  • FIG. 15 is a diagram that experimentally determined the range of detection values (the difference between the maximum value and the minimum value) of the vibration sensor 25 when the second main shaft 21 is intentionally shifted with respect to the first main shaft 11. .
  • the horizontal axis in FIG. 15 indicates the relative shift of the second main axis 21 with respect to the first main axis 11 in the X-axis direction.
  • the X-axis in FIG. 15 corresponds to the X-axis defined in FIG. 1. Note that there is no deviation in the Y-axis direction.
  • the range of detected values is obtained multiple times and plotted for the same amount of deviation.
  • the range of detected values in FIG. 15 is the difference between the maximum value and the minimum value of the values detected by the vibration sensor 25 during the period indicated by "measurement period" in FIG. 4.
  • the range of the detected value can be used to align the first principal axis 11 and the second principal axis 21. That is, the first main shaft 11 and the second main shaft 21 can be aligned by moving the second main shaft 21 in a direction in which the range of detection values of the vibration sensor 25 becomes smaller.

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Abstract

工作機械の軸合わせをより簡単に行う。ワークの一端側を把持する第一主軸と、ワークの他端側を把持する第二主軸と、第一主軸及び第二主軸が前記ワークを把持した状態で、第一主軸及び第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、この物理量に基づいて第一主軸と第二主軸との軸合わせを行う制御部と、を備える工作機械。

Description

工作機械、及び、工作機械の軸合わせ方法
　本開示は、工作機械、及び、工作機械の軸合わせ方法に関する。
　ＮＣフライス盤、マシニングセンタ等の、ワーク（被加工物）を工具で加工する工作機械が知られている。このような工作機械は、ワーク又は工具を装着するために締結動作可能なクランプを有する場合や、クランプ等によってワーク又は工具を装着した状態で回転可能な主軸を有する場合がある。このようなワーク又は工具の装着部に、切屑の噛み込み等の異常がある場合には、ワークの加工精度に悪影響を及ぼしかねない。
　このような問題に対処する従来技術としては、例えば特許文献１に記載されるようなものが知られている。特許文献１には、ワーク又は工具を装着するために締結動作可能なクランプの振動に関するデータに基づいて異常を検知する工作機械が記載されている。
　また、同一軸線上に主軸と背面主軸とを有し、ワークの一端側と他端側とを主軸が有するクランプと背面主軸が有するクランプとで把持する工作機械が知られている。このような工作機械では、主軸と背面主軸とで軸芯のずれ（軸ずれ、または、芯ずれともいう）が起こり得る。
　このような問題に対処する従来技術としては、例えば特許文献２に記載されるようなものが知られている。特許文献２には、外径測定器によって、主軸に把持された棒材の軸芯、及び、主軸に対向した状態で背面主軸に把持されている棒材の軸芯を測定し、これら両測定による測定データに基づいて主軸の軸芯に対する背面主軸の軸芯のずれを修正する記載がある。
特開２０２０－５５０５１号公報 特開平１１－３０９６４７号公報
　しかし、主軸と背面主軸との軸合わせをより簡単に行うことが望まれている。
　本開示の目的は、工作機械の軸合わせをより簡単に行うことにある。
　本開示の態様の一つは、
　ワークの一端側を把持する第一主軸と、
　前記ワークの他端側を把持する第二主軸と、
　前記第一主軸及び前記第二主軸が前記ワークを把持した状態で、前記第一主軸及び前記第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、
　前記物理量に基づいて前記第一主軸と前記第二主軸との軸合わせを行う制御部と、
を備える工作機械である。
　本開示の他の態様の一つは、
　ワークの一端側を把持する第一主軸と、
　前記ワークの他端側を把持する第二主軸と、
　前記第一主軸及び前記第二主軸が前記ワークを把持した状態で、前記第一主軸及び前記第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、
　前記物理量に基づいて前記第一主軸と前記第二主軸との軸合わせを行う制御部と、
を備える工作機械の軸合わせ方法である。
　また、本開示の他の態様は、上記の工作機械の軸合わせ方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、または、そのプログラムを非一時的に記憶した記憶媒体である。
　本開示によれば、工作機械の軸合わせをより簡単に行うことができる。
実施形態に係る工作機械の一例を示した図である。 実施形態に係る工作機械の構成の一例を概略的に示すブロック図である。 制御部の機能構成の一例を示す図である。 ワークの締結前後の振動センサの検出値を示したタイムチャートである。 第一主軸に対して第二主軸を意図的にずらしたときの振動センサの検出値の分散値を実験的に求めた図である。 第一主軸と第二主軸との軸合わせを行うときに第二主軸を移動させる軌跡の一例を示した図である。 図６に示した軌跡で第二主軸が移動しているときの振動センサの検出値の分散値の一例を示した図である。 第一主軸と第二主軸との軸合わせを行うときに第二主軸を第一位相の方向に移動させる軌跡の一例を示した図である。 図８に示した軌跡で第二主軸が移動しているときの振動センサの検出値の分散値の一例を示した図である。 第一主軸と第二主軸との軸合わせを行うときに、（Ｘ１，Ｙ１）を出発点として第二主軸を移動させる軌跡の一例を示した図である。 図１０に示した軌跡で第二主軸が移動しているときの振動センサの検出値の分散値の一例を示した図である。 第一主軸と第二主軸との軸合わせを行うときのフローを示したフローチャートである。 円移動処理のフローを示したフローチャートである。 直線移動処理のフローを示したフローチャートである。 第一主軸に対して第二主軸を意図的にずらしたときの振動センサの検出値の範囲を実験的に求めた図である。
　本開示の態様の一つである工作機械は、ワークの一端側を把持する第一主軸と、ワークの他端側を把持する第二主軸と、第一主軸及び第二主軸がワークを把持した状態で、第一主軸及び第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、物理量に基づいて第一主軸と第二主軸との軸合わせを行う制御部と、を備える。
　第一主軸及び第二主軸がワークを把持して同期回転する場合には、第一主軸及び第二主軸の軸芯が合っていることが望ましい。そのため、工作機械の製造時に軸合わせが行われる。また、工作機械の製造時に軸合わせを行ったとしても、経年変化または使用状態などによって軸がずれる虞もある。そのため、工作機械の使用前などにも軸合わせが行われる場合もある。したがって、制御部は、工作機械の製造時または使用前などに軸合わせを行う。
　第一主軸及び第二主軸の軸合わせは、第一主軸及び第二主軸が同一のワークを把持した状態で第一主軸及び第二主軸が同期回転しているときに行われる。なお、「同期回転しているとき」は、第一主軸と第二主軸とが結果的に同期回転しているときであればよく、例えば、第一主軸と第二主軸とが同期回転するように制御されているとき、または、第一主軸と第二主軸とが同期回転する機構を有している場合に第一主軸と第二主軸とが回転しているときを含む。このように第一主軸及び第二主軸が同期回転しているときに、仮に、第一主軸と第二主軸とで軸がずれている場合には、第一主軸または第二主軸において振動が発生する。したがって、この振動に基づいて、第一主軸と第二主軸との軸が合っているか否か判定できる。そこで制御部は、この振動に基づいて軸合わせを行う。
　センサは、第一主軸または第二主軸で発生する振動に関する物理量を検出可能なセンサであればよく、例えば、振動センサ（加速度センサを含む）、または、位置センサ等である。
　以下、図面に基づいて、本開示の実施形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜第１実施形態＞
　図１は、本実施形態に係る工作機械１の一例を示した図である。図１に示すように、本実施形態に係る工作機械１は、第一主軸１１と、この第一主軸１１を回転可能に支持する第一主軸台１２とを備えている。第一主軸１１は、ワークＷの一端側を装着するために締結動作可能な第一クランプ１３を備えている。また、工作機械１は、第一主軸１１と略同一の軸線上に第二主軸２１と、この第二主軸２１を回転可能に支持する第二主軸台２２とを備えている。第二主軸２１は、背面主軸としてもよい。第二主軸２１は、ワークＷの他端側を装着するために締結動作可能な第二クランプ２３を備えている。また、第二主軸２１と第二主軸台２２との間には、第二主軸２１を第二主軸台２２に対して相対的に移動させる調整機構２４が備わる。調整機構２４は、例えば、Ｘ軸及びＹ軸の二軸方向に第二主軸２１を相対移動可能である。調整機構２４は、例えば、歯車とその歯車を作動させるアクチュエータとを含んで構成される。第一主軸台１２と第二主軸台２２とは、相対位置が変化しないように、例えば同一の構造物である台座１００に固定されている。図１において、第一主軸１１及び第二主軸の軸方向（図１の左右方向）をＺ軸方向とし、Ｚ軸と直交し台座１００の上面と平行な方向（図１の上下方向）をＹ軸方向とし、台座１００の上面と直交する方向（図１の前後方向）をＸ軸方向とする。
　第一クランプ１３及び第二クランプ２３によるワークＷの締結動作は、例えば、シリンダ、ピストン等で構成される、クランプ用アクチュエータ（図示省略）によって生じさせることができる。第一クランプ１３及び第二クランプ２３によってワークＷが締結されている場合には、第一主軸１１と第二主軸２１とが同期して回転し、例えば、工具によってワークＷが切削される。なお、以下では、第一クランプ１３でワークＷをクランプする場合に、第一主軸１１でワークＷをクランプするともいう。同様に、第二クランプ２３でワークをクランプする場合に、第二主軸２１でワークＷをクランプするともいう。
　第二主軸２１には、第二主軸２１の振動を測定する振動センサ２５が配置されている。振動センサ２５は、例えば、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせを行うときに限り第二主軸２１の振動を測定してもよいし、工作機械１の稼働中に、常時、第二主軸２１の振動を測定していてもよい。振動センサ２５による測定のタイミングは、適宜変更が可能である。なお、振動センサ２５は、第二クランプ２３の振動を測定できる場所に配置されていればよい。振動センサ２５は、例えば第二クランプ２３にできるだけ近づけて配置してもよい。本実施形態では、振動センサ２５に加速度センサを用いる。加速度センサは、例えば図１に示すＸ軸方向、または、Ｙ軸方向の一方向の加速度を測定可能なセンサであるが、別法として、二方向以上の加速度を測定可能なセンサであってもよい。なお、振動センサ２５は、加速度センサに限定されず、例えば距離センサ等であってもよい。また、各センサは複数用いてもよい。なお、以下において振動センサ２５の検出値といった場合には、振動センサ２５の出力値である電圧、または、その電圧を加速度若しくは振動に変換した値の何れであってもよい。この変換は後述する軸合わせ部４０２によって行われる。
　工作機械１は、制御部４０を備えている。制御部４０は、工作機械１の制御を行うコンピュータである。図２は、本実施形態に係る工作機械１の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
　制御部４０は、一般的なコンピュータの構成を有している。制御部４０は、プロセッサ４１、主記憶部４２、補助記憶部４３、入力部４４、及び、出力部４５を有する。これらは、バスにより相互に接続される。バスには、インタフェースを介して、振動センサ２５などのセンサ類が接続されており、これらのセンサ類からの信号が制御部４０に入力される。一方、バスには、インタフェースを介して、第一主軸１１を回転させるアクチュエータ、第二主軸２１を回転させるアクチュエータ、第一クランプ１３の締結動作及び開放動作を行うアクチュエータ、第二クランプ２３の締結動作及び開放動作を行うアクチュエータ、調整機構２４等が接続されており、制御部４０からこれらの機器に制御信号が送られる。
　プロセッサ４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。プロセッサ４１は、工作機械１を制御し、様々な情報処理の演算を行う。主記憶部４２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等である。補助記憶部４３は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）、リムーバブルメディア等である。補助記憶部４３には、オペレーティングシステム（Operating System :ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。補助記憶部４３に格納されたプログラムをプロセッサ４１が主記憶部４２の作業領域にロードして実行し、このプログラムの実行を通じて各構成部等が制御される。これにより、所定の目的に合致した機能を制御部４０が実現する。主記憶部４２および補助記憶部４３は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体である。なお、制御部４０は、単一のコンピュータであってもよいし、複数台のコンピュータが連携したものであってもよい。また、補助記憶部４３に格納される情報は、主記憶部４２に格納されてもよい。また、主記憶部４２に格納される情報は、補助記憶部４３に格納されてもよい。
　入力部４４は、ユーザが行った入力操作等を受け付ける手段であり、例えば、タッチパネル、マウス、キーボード、または、マイクロフォン等を含む。出力部４５は、ユーザに対して情報を提示する手段であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electroluminescence）パネル、スピーカ、ランプ等を含むことができる。なお、入力部４４及び出力部４５は、１つのタッチパネルディスプレイとして構成してもよい。
　図３は、制御部４０の機能構成の一例を示す図である。制御部４０は、機能構成要素として、加工制御部４０１、及び、軸合わせ部４０２を含む。加工制御部４０１、及び、軸合わせ部４０２は、例えば、制御部４０のプロセッサ４１が、補助記憶部４３に記憶された各種プログラムを実行することで提供される機能構成要素である。
　加工制御部４０１は、ワークＷの加工時に工作機械１を制御する。加工制御部４０１は、第一クランプ１３及び第二クランプ２３によってワークＷを締結させ、第一主軸１１及び第二主軸２１を同期して回転させ、さらに、工具の移動を制御することによってワークＷを例えば切削する。この加工制御部４０１によるワークＷの加工制御には、公知の技術を用いることができる。
　軸合わせ部４０２は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを（軸芯合わせ）を、振動センサ２５の検出値に基づいて行う。軸合わせ部４０２は、例えば、加工制御部４０１によるワークＷの加工制御を行う前に、軸合わせを行う。ここで、振動センサ２５の検出値と、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸ずれとの関係について図４及び図５を参照しつつ説明する。
　図４は、ワークＷの締結前後の振動センサ２５の検出値を示したタイムチャートである。図４の横軸は時間を示し、縦軸は振動センサ２５の出力である電圧を示している。図４において時間が０のときには、ワークＷの一端側が第一クランプ１３にのみクランプされており、第一主軸１１、ワークＷ、及び、第二主軸２１が同期回転している。その後、ワークＷの他端側を第二クランプ２３にクランプさせている。第二主軸２１がワークＷをクランプすると、そのときに発生する振動が振動センサ２５によって検出される。そのクランプによって生じた振動を図４において「クランプ」で示している。その後は、第一主軸１１及び第二主軸２１によってワークＷの両端が把持された状態で、第一主軸１１及び第二主軸２１が同期回転している。
　上記のクランプによって生じた振動が十分に小さくなった後に振動センサ２５によって検出される値の分散値は、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸ずれの度合いと相関関係がある。ここで、図５は、第一主軸１１に対して第二主軸２１を意図的にずらしたときの振動センサ２５の検出値の分散値を実験的に求めた図である。図５における横軸は、第一主軸１１に対する第二主軸２１のＸ軸方向の相対的なずれを示している。図５に係るＸ軸は、図１で定義したＸ軸に対応している。なお、Ｙ軸方向のずれはない。図５では、同一のずれ量において、分散値を複数回求めてプロットしている。図５における分散値は、図４の「測定期間」で示される期間において振動センサ２５で検出された値の分散値である。図４の測定期間は、上記のクランプによって生じた振動が十分に小さくなった後の期間であって、分散値を算出するのに十分な期間である。なお、以下において分散といった場合には、振動センサ２５の検出値の分散を示すものとする。
　図５に示されるように、Ｘ軸方向のずれと分散値とには相関関係があり、Ｘ軸方向のずれの絶対値が大きいほど、分散値が大きくなる。本開示では、この現象を利用して、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせを行う。すなわち、振動センサ２５の検出値の分散値が小さくなる方向に、第二主軸２１を移動させることで、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行う。
　次に、本実施形態に係る第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせを行うときの制御について説明する。軸合わせ部４０２は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを、第一主軸１１及び第二主軸２１の両方で同一のワークＷを把持しつつ、第一主軸１１と第二主軸２１とを所定の方向に所定の回転速度で回転させた状態（すなわち同期回転させた状態）で行う。また、軸合わせ部４０２は、軸合わせを、ワークＷの締結によって発生する振動の影響を受けないように、この振動が十分に小さくなった後に行う。なお、軸合わせは、工作機械１の製造時に１回だけ行うこともできるし、工作機械１を起動する毎に行うこともできるし、ワークＷの締結毎に行うこともできる。
　図６は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うときに第二主軸２１を移動させる軌跡の一例を示した図である。図６におけるＸ軸及びＹ軸は、図１におけるＸ軸及びＹ軸に対応する。図６では、第二主軸２１の出発点である原点の座標を（Ｘ０，Ｙ０）で示している。この原点は、第二主軸２１がワークＷの締結動作を行ったときの第二主軸２１の中心軸の位置である。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を、原点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とする円Ｓ１に沿って移動させる。円Ｓ１の直径は、例えば製造公差による第一主軸１１と第二主軸２１との軸ずれの最大値以下の任意の値に設定し得る。すなわち、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸ずれが発生しても、製造公差の範囲内で軸ずれが発生していると考えられるので、この範囲内で第二主軸２１を移動させて軸が合う位置を求める。
　軸合わせ部４０２は、軸合わせにおいて以下の処理を行う。以下の（１）－（３）は、図６に示した矢印の（１）－（３）に対応する。
　（１）まず、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１をＸ軸方向に（ＸＡ，Ｙ０）まで移動させる指令を生成する。このときの振動センサ２５の検出値は利用しない。位置（ＸＡ，Ｙ０）は、Ｘ軸と円Ｓ１との交点である。なお、位置（ＸＡ，Ｙ０）、または、円Ｓ１の直半径を予め補助記憶部４３に記憶させておく。軸合わせ部４０２は、生成した指令を調整機構２４へ送り、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を移動させる。第二主軸２１の現在位置が、位置（ＸＡ，Ｙ０）に達すると軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を停止させる。第二主軸２１の現在位置は、例えば、センサによって検出してもよく、調整機構２４の作動量に基づいて算出してもよい。
　（２）次に、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させる指令を生成する。図６においては、第二主軸２１を左回りに移動させるが、これに限らず、右回りに移動させてもよい。振動センサ２５の検出値は、例えば、原点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とした所定の位相毎に取得する。この場合、軸合わせ部４０２は、所定の位相毎に第二主軸２１を測定期間に亘って停止させ、その測定期間に亘って振動センサ２５の検出値を取得する。そのため、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させる指令、及び、所定の位相毎に測定期間に亘って停止させる指令を生成して調整機構２４へ送る。そして、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を移動させる。
　測定期間は、軸ずれに対応した分散値を精度よく算出可能な期間として予め設定される。軸合わせ部４０２は、所定の位相毎に、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値を、原点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とした位相と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。さらに、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値に基づいて、振動センサ２５の検出値の分散値を算出し、この分散値を原点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とした位相と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。所定の位相は、例えば、軸合わせに要求される時間と、軸合わせの精度とに基づいて設定してもよい。所定の位相が小さくなるほど軸合わせの精度が増すが、軸合わせに要する時間が長くなるため、時間と精度とのどちらを優先するかに基づいてユーザが設定してもよい。例えば、所定の位相を入力部４４から入力可能であってもよい。
　（３）そして、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が位置（ＸＡ，Ｙ０）に戻ると、振動センサ２５による振動の検出を停止させると共に、原点（Ｘ０，Ｙ０）まで第二主軸２１を移動させる指令を生成する。軸合わせ部４０２は、生成した指令を調整機構２４へ送り、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を原点（Ｘ０，Ｙ０）まで移動させる。
　図７は、図６に示した軌跡で第二主軸２１が移動しているときの振動センサ２５の検出値の分散値の一例を示した図である。横軸の位相は、第二主軸２１が位置（ＸＡ、Ｙ０）に位置しているときの位相を０として、原点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とする位相を示している。図７に示した例では、位相が０から大きくなるにしたがって分散値が小さくなり、例えば、Ａ１で示される位相において、分散値がＢ１で示される最小値になる。また、位相がＡ１よりも大きくなるほど、分散値も大きくなる。なお、以下ではＡ１で示される位相を第一位相Ａ１ともいう。円Ｓ１上で分散値が最も小さくなる位置が、本開示に係る第一目標位置に相当する。
　図７に示した例では、第一位相Ａ１で分散値が最小になる。そうすると、原点（Ｘ０，Ｙ０）から第一位相Ａ１の方向に第二主軸２１を移動させることにより、分散値が小さくなり得る。すなわち、第一主軸１１と第二主軸２１とのずれが小さくなると考えられる。
　そこで、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を第一位相Ａ１の方向に移動させつつ、さらに分散値が小さくなる位置を探る。図８は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うときに第二主軸２１を第一位相Ａ１の方向に移動させる軌跡の一例を示した図である。図８における原点（Ｘ０，Ｙ０）は、図６に示した原点（Ｘ０，Ｙ０）と同一の位置である。
　軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を、原点（Ｘ０，Ｙ０）から第一位相Ａ１の方向に伸びる直線Ｌ１に沿って移動させる。そのため、軸合わせ部４０２は、以下の処理を行う。以下の（４）－（５）は、図８に示した矢印の（４）－（５）に対応する。
　（４）軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を直線Ｌ１に沿って原点（Ｘ０，Ｙ０）から離れる方向に、直線Ｌ１上を移動させる指令を生成する。振動センサ２５の検出値は、例えば、原点（Ｘ０，Ｙ０）から所定距離毎に取得する。この場合、軸合わせ部４０２は、所定距離毎に第二主軸２１を測定期間に亘って停止させ、その測定期間に亘って振動センサ２５の検出値を取得する。そのため、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を直線Ｌ１に沿って移動させる指令、及び、所定距離毎に測定期間に亘って停止させる指令を生成して調整機構２４へ送る。そして、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を移動させる。
　軸合わせ部４０２は、所定距離毎に、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値を、原点（Ｘ０，Ｙ０）からの距離と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。さらに、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値に基づいて、振動センサ２５の検出値の分散値を算出し、この分散値を原点（Ｘ０，Ｙ０）からの距離と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。所定距離は、例えば、軸合わせに要求される時間と、軸合わせの精度とに基づいて設定してもよい。所定距離が小さくなるほど軸合わせの精度が増すが、軸合わせに要する時間が長くなるため、時間と精度とのどちらを優先するかに基づいてユーザが設定してもよい。例えば、所定距離を入力部４４から入力可能であってもよい。
　（５）軸合わせ部４０２は、分散値が減少傾向から増加傾向に転じた場合に、分散値が最小となる第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を求めて、第二主軸２１をその第二原点（Ｘ１，Ｙ１）に移動させる指令を生成する。軸合わせ部４０２は、補助記憶部４３に記憶されている分散値をその前後の分散値と比較することで、減少傾向から増加傾向に転じるときの分散値Ｂ２を求め、その分散値Ｂ２に対応する原点（Ｘ０，Ｙ０）からの距離Ａ２を求める。この距離Ａ２を第二主軸２１が移動した後の位置（Ｘ１，Ｙ１）は、Ｘ１＝Ａ２・ｃｏｓＡ１，Ｙ１＝Ａ２・ｓｉｎＡ１を計算することにより求まる。この位置（Ｘ１，Ｙ１）を以下では、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）ともいう。第二原点（Ｘ１，Ｙ１）は、原点（Ｘ０，Ｙ０）に対して、第一位相Ａ１の方向に、距離Ａ２だけ移動したときの位置である。軸合わせ部４０２は、生成した指令を調整機構２４へ送り、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を第二原点（Ｘ１，Ｙ１）まで移動させる。なお、直線Ｌ１上で分散値が最も小さくなる位置が、本開示に係る第二目標位置に相当する。
　図９は、図８に示した軌跡で第二主軸２１が移動しているときの振動センサ２５の検出値の分散値の一例を示した図である。横軸の距離は、原点（Ｘ０，Ｙ０）からの距離である。図９に示した（４）－（５）は、図８に示した（４）－（５）に対応する。図９に示した例では、距離が０から大きくなるにしたがって分散値が小さくなり、距離がＡ２のときに、分散値がＢ２で示される最小値になっている。さらに、距離がＡ２よりも大きくなるほど、分散値も大きくなる。このように、距離がＡ２のときに分散値がＢ２で最小になる。
　第二原点（Ｘ１，Ｙ１）は、原点（Ｘ０，Ｙ０）に対して、振動センサ２５の検出値の分散値が最も小さくなる位相の方向に、分散値が最も小さくなる距離だけ移動した位置である。このような第二原点（Ｘ１，Ｙ１）は、原点（Ｘ０，Ｙ０）と比較して、振動センサ２５の検出値の分散値が小さい。このようにして、振動センサ２５の検出値の分散値がより小さくなる位置を探すことができる。
　ここで、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸が合っている場合には、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）における振動センサ２５の検出値の分散値Ｂ２が十分に小さくなる。一方、第一主軸１１及び第二主軸２１に軸ずれが残っている場合もあり得る。この場合、振動センサ２５の検出値の分散値がさらに小さくなる位置が存在する。そのため、軸合わせ部４０２は、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を出発点として、上記の（１）－（５）の制御を再度実行する。このように、上記制御を繰り返し実行することで、振動センサ２５の検出値の分散値がより小さくなる第二主軸２１の位置を求めることができる。
　ここで、図１０は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うときに、（Ｘ１，Ｙ１）を出発点として第二主軸２１を移動させる軌跡の一例を示した図である。図１０では、第二主軸２１の出発点の座標が第二原点（Ｘ１，Ｙ１）になる。また、第二限定（Ｘ１，Ｙ１）はＸ’Ｙ’座標系の原点となる。図１０における出発点である第二原点（Ｘ１，Ｙ１）は、図８における第二原点（Ｘ１，Ｙ１）と同一の位置である。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を中心とする円Ｓ２に沿って移動させる。円Ｓ２は、図６に示した円Ｓ１と同一の直径を有する。なお、別法として、円Ｓ２の直径を円Ｓ１の直径よりも小さくしてもよい。
　図６で説明した処理と同様に、軸合わせ部４０２は、以下の処理を行う。以下の（６）－（８）は、図１０に示した矢印の（６）－（８）に対応する。
　（６）まず、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１をＸ’軸方向に位置（Ｘ１＋ＸＡ，Ｙ１）まで移動させる指令を生成する。このときの振動センサ２５の検出値は利用しない。軸合わせ部４０２は、生成した指令を調整機構２４へ送り、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を移動させる。
　（７）次に、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ２に沿って移動させる指令を生成する。振動センサ２５の検出値は、例えば、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を中心とした所定の位相毎に取得する。この場合、軸合わせ部４０２は、所定の位相毎に第二主軸２１を測定期間に亘って停止させ、その測定期間に亘って振動センサ２５の検出値を取得する。そのため、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ２に沿って移動させる指令、及び、所定の位相毎に測定期間に亘って停止させる指令を生成して調整機構２４へ送る。そして、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を移動させる。
　この測定期間は、図６において説明した測定期間と同じである。軸合わせ部４０２は、所定の位相毎に、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値を、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を中心とした位相と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。さらに、測定期間に亘って取得した振動センサ２５の検出値に基づいて、振動センサ２５の検出値の分散値を算出し、この分散値を第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を中心とした位相と紐付けして補助記憶部４３に記憶させる。所定の位相は、図６において説明した所定の位相と同じである。ただし、別法として、図６に示した所定の位相とは異なる位相を採用することもできる。
　（８）そして、軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が位置（Ｘ１＋ＸＡ，Ｙ１）に戻ると、振動センサ２５による振動の検出を停止させると共に、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）まで第二主軸２１を移動させる指令を生成する。軸合わせ部４０２は、生成した指令を調整機構２４へ送り、この指令に基づいて調整機構２４が第二主軸２１を第二原点（Ｘ１，Ｙ１）まで移動させる。
　図１１は、図１０に示した軌跡で第二主軸２１が移動しているときの振動センサ２５の検出値の分散値の一例を示した図である。横軸の位相は、第二主軸２１が位置（Ｘ１＋ＸＡ，Ｙ１）に位置しているときの位相を０として、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を中心とする位相を示している。図１１に示した例では、位相が０から大きくなるにしたがって分散値が小さくなり、例えば、Ａ３で示される位相において、分散値がＢ３で示される最小値になる。また、位相がＡ３よりも大きくなるほど、分散値も大きくなる。なお、以下ではＡ３で示される位相を第二位相Ａ３ともいう。円Ｓ２上で分散値が最も小さくなる位置も、本開示に係る第一目標位置に相当する。
　図１１に示した例では、第二位相Ａ３で分散値が最小になる。そうすると、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）から第二位相Ａ３の方向に第二主軸２１を移動させることにより、分散値が小さくなり得る。すなわち、第一主軸１１と第二主軸２１との軸ずれが小さくなり得る。この場合、図８及び図９で説明した処理と同様の処理を実行することで、更に分散値が小さくなる位置を探すことができる。このときに、Ｘ’Ｙ’軸をＸＹ軸に置き換えて処理を進めることで、同じ処理を繰り返し実行する。
　一方、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）近傍で第一主軸１１及び第二主軸２１の軸が合っている場合には、第二主軸２１を第二原点（Ｘ１，Ｙ１）から移動させると、軸ずれが大きくなってしまい、分散値が大きくなり得る。このような場合には、図１１で示される分散値の最小値Ｂ３が、図９で示される分散値の最小値Ｂ２以上になる。したがって、図１１で示される分散値の最小値Ｂ３が、図９で示される分散値の最小値Ｂ２以上であれば、これ以上、第二主軸２１の位置を移動させる必要はないと考えられる。そこで、本実施形態では、図１１で示される分散値の最小値Ｂ３が、図９で示される分散値の最小値Ｂ２以上である場合には、そのときの第二原点（Ｘ１，Ｙ１）において第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせが完了したと判定する。
　以上より、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させて分散値が最小となる位相を求めることと、第二主軸２１を直線Ｌ１に沿って移動させて分散値が最小となる位置を求めることと、を交互に繰り返し行うことにより、分散値がより小さくなる位置を求めることができる。これにより、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせが可能となる。
　軸合わせ部４０２は、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせが完了すると、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を第二主軸２１の原点として更新する。なお、この時点で、第二主軸２１は、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）に位置しているため、第二主軸２１の位置はそのままで、加工制御部４０１による加工制御が開始される。
　次に、本実施形態に係る第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うときのフローについて説明する。図１２は、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うときのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、工作機械１において加工制御部４０１による加工制御が行われる前に実行される。例えば、ユーザが入力部４４へ加工制御を行うための入力を行ったことをトリガとして実行してもよい。なお、別法として、工作機械１の製造時、または、ユーザが工作機械１を起動したときなどに、ユーザによる入力部４４への入力に基づいて実行してもよい。また、別法として、所定の時間毎、または、工作機械１の所定の起動回数毎に実行してもよい。
　ステップＳ１０１において軸合わせ部４０２は、締結処理を実行する。締結処理は、第一主軸１１でワークＷの一端側を把持し、第二主軸２１でワークＷの他端側を把持し、同期回転させる処理である。なお、本実施形態では、第一主軸１１でワークＷの一端側をクランプした状態で第一主軸１１を所定の回転速度で回転させる。そして、第二主軸２１を第一主軸１１と同期回転させた状態で、第二主軸２１がワークＷの他端側をクランプする。
　ステップＳ１０２において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１とワークＷとの締結完了から所定時間が経過したか否か判定する。ここでいう所定時間は、例えば、ワークＷの締結によって発生する振動が十分に小さくなるまでの時間である。ステップＳ１０２において肯定判定された場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０２の処理を再度実行する。
　ステップＳ１０３において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１の原点を取得する。ここでいう原点は、ステップＳ１０１において締結が完了した時点での第二主軸２１の位置、後述するステップＳ３１０で設定される原点（Ｘ０，Ｙ０）、または、前回のルーチンにおけるステップＳ１０６で更新された原点（Ｘ０，Ｙ０）である。
　ステップＳ１０４において軸合わせ部４０２は、円移動処理を実施する。円移動処理は、図６で説明したように、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させつつ振動センサ２５の検出値の分散値を複数の箇所で取得する処理である。ここで、図１３は、円移動処理のフローを示したフローチャートである。図１３に示した処理は、ステップＳ１０４において実行されるサブルーチンである。円移動処理は、初回は、図７に示した分散値の最小値であるＢ１を求めるための処理であり、２回目以降は、図１１に示した分散値の最小値であるＢ３を求めるための処理に相当する。
　ステップＳ２０１において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ１まで移動させる。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ１まで移動させる指令を生成して調整機構２４に送る。ステップＳ２０２において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を円Ｓ１上で所定位相だけ移動させる。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が第二主軸台２２に対して円Ｓ１上で所定位相だけ移動するように指令を生成して調整機構２４に送る。
　ステップＳ２０３において軸合わせ部４０２は、測定期間に亘って振動センサ２５の検出値を取得することにより、振動を検出する。この振動センサ２５の検出値は、そのときの位相と関連付けて補助記憶部４３に記憶される。ステップＳ２０４において軸合わせ部４０２は、ステップＳ２０３で取得した検出値に基づいて分散値を算出する。そして、ステップＳ２０５において軸合わせ部４０２は、算出した分散値を、そのときの位相と関連付けて補助記憶部４３に記憶する。
　ステップＳ２０６において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が円Ｓ１を一周したか否か判定する。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１の現在位置が、ステップＳ２０１において移動した後の位置と一致しているか否か判定する。ステップＳ２０６で肯定判定された場合にはステップＳ２０７へ進み、否定判定された場合にはステップＳ２０２へ戻る。
　ステップＳ２０７において軸合わせ部４０２は、ステップＳ２０５において記憶された分散値の中から最小値Ｂ１を抽出する。そして、ステップＳ２０８において軸合わせ部４０２は、ステップＳ２０７で抽出した分散値の最小値Ｂ１に対応する位相Ａ１を、ステップＳ２０５で記憶されたデータの中から取得する。
　ステップＳ２０９において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を出発点である原点（Ｘ０，Ｙ０）まで移動させる。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を原点（Ｘ０，Ｙ０）まで移動させる指令を生成して調整機構２４に送る。なお、別法として、ステップＳ２０７及びステップＳ２０８の処理と並行して、ステップＳ２０９の処理を実行してもよいし、ステップＳ２０７及びステップＳ２０８の処理よりも前に、ステップＳ２０９の処理を実行してもよい。ステップＳ２０９の処理が完了すると、図１２に示したルーチンに戻ってステップＳ１０５へ進む。
　図１２に戻り、ステップＳ１０５において軸合わせ部４０２は、ステップＳ１０４で取得した分散値の最小値Ｂ１が、前回のステップＳ１０８で取得した分散値の最小値Ｂ２以上であるか否か判定する。なお、本ルーチンが実行される初回においてはＢ２が取得されていない。このため、Ｂ２の初期値を、軸が合っているときにステップＳ１０５において肯定判定されるような値として予め補助記憶部４３に記憶させておく。別法として、Ｂ２の初期値は、ステップＳ１０５において必ず否定判定されるように、十分に大きな値に設定してもよい。さらに別法として、ステップＳ１０２とステップＳ１０３との間に、原点における分散値を算出するステップを加え、この原点における分散値をＢ２の初期値としてもよい。ステップＳ１０５で肯定判定された場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０８へ進んで直線移動処理が実行される。
　ここで、図１４は、直線移動処理のフローを示したフローチャートである。図１４に示した処理は、ステップＳ１０８において実行されるサブルーチンである。直線移動処理は、図９に示した分散値の最小値であるＢ２を求めるための処理に相当する。
　ステップＳ３０１において軸合わせ部４０２は、直前のステップＳ２０８において取得した分散値の最小値Ｂ１に対応する位相Ａ１の方向に第二主軸２１を所定距離だけ移動させる。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が第二主軸台２２に対して原点から位相Ａ１の方向に所定距離だけ移動するように指令を生成して調整機構２４に送る。
　ステップＳ３０２において軸合わせ部４０２は、測定期間に亘って振動センサ２５の検出値を取得することにより、振動を検出する。この振動センサ２５の検出値は、そのときの原点からの距離と関連付けて補助記憶部４３に記憶される。ステップＳ３０３において軸合わせ部４０２は、ステップＳ３０２で取得した検出値に基づいて分散値を算出する。そして、ステップＳ３０４において軸合わせ部４０２は、算出した分散値を、そのときの原点からの距離と関連付けて補助記憶部４３に記憶する。
　ステップＳ３０５において軸合わせ部４０２は、分散値が減少傾向から増加傾向に変化したか否か判定する。軸合わせ部４０２は、例えば前々回のステップＳ３０４で記憶された分散値よりも前回のステップＳ３０４で記憶された分散値のほうが小さく、且つ、前回のステップＳ３０４で記憶された分散値よりも今回のステップＳ３０４で記憶された分散値のほうが大きい場合に、分散値が減少傾向から増加傾向に変化したと判定する。別法として、前回のステップＳ３０４で記憶された分散値から変化がない、または、変化があったとしても十分に小さい場合には、分散値が減少傾向から増加傾向に変化したと判定してもよい。なお、これらに限らず、分散値の極小値を求められればよい。ステップＳ３０５で肯定判定された場合にはステップＳ３０６へ進み、否定判定された場合にはステップＳ３０１へ戻る。
　ステップＳ３０６において軸合わせ部４０２は、ステップＳ３０４において記憶された分散値の中から最小値Ｂ２を抽出する。そして、ステップＳ３０７において軸合わせ部４０２は、ステップＳ３０６で抽出した分散値の最小値Ｂ１に対応する距離Ａ２を、ステップＳ３０４で記憶されたデータの中から取得する。さらに、ステップＳ３０８において軸合わせ部４０２は、ステップＳ３０７において取得した距離Ａ２に基づいて、距離Ａ２に対応する座標、すなわち、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）を算出する。軸合わせ部４０２は、例えば、Ｘ１＝Ａ２・ｃｏｓＡ１，Ｙ１＝Ａ２・ｓｉｎＡ１の算出式によってＸ１及びＹ１を算出する。
　ステップＳ３０９において軸合わせ部４０２は、第二主軸２１を第二原点（Ｘ１，Ｙ１）に移動させる。軸合わせ部４０２は、第二主軸２１が第二原点（Ｘ１，Ｙ１）に移動するように指令を生成して調整機構２４に送る。ステップＳ３１０において軸合わせ部４０２は、第二原点（Ｘ１，Ｙ１）が第二主軸２１の新たな原点（Ｘ０，Ｙ０）となるように、原点を更新する。ステップＳ３１０の処理が完了すると、図１２に示したルーチンに戻ってステップＳ１０３へ戻る。すなわち、ステップＳ１０５で肯定判定されるまで、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させて分散値が最小となる位相Ａ１を取得することと、分散値が最小になる方向に第二主軸２１を移動させつつ振動センサ２５の検出値の分散値が最小となる位置（Ｘ１，Ｙ１）を取得することと、を交互に繰り返し実行する。
　図１２に戻り、ステップＳ１０６において軸合わせ部４０２は、現時点の第二主軸２１の位置を、ワークＷを加工するときの第二主軸２１の原点として更新する。この第二主軸２１の原点は、補助記憶部４３に記憶される。そして、ステップＳ１０７において軸合わせ部４０２は、分散値の最小値Ｂ２をリセットする。これにより、分散値の最小値Ｂ２は初期値に戻る。
　以上説明したように本実施形態よれば、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを、振動センサ２５の検出値の分散値に基づいて行うことができる。すなわち、第一主軸１１と第二主軸２１との相対位置を、振動センサ２５の検出値の分散値がより小さくなる位置に調整することで、軸合わせをより速やかに且つより正確に行うことができる。
＜第２実施形態＞
　第１実施形態では第二主軸２１を円Ｓ１及び直線Ｌ１に沿って移動させつつ、振動センサ２５の検出値の分散値を取得している。一方、本第２実施形態では、第二主軸２１の周りにメッシュを生成し、そのメッシュの各交点において振動センサ２５の検出値の分散値を取得して、分散値が最も小さい位置が、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸が合っている位置であると判定する。
　なお、メッシュの大きさは、軸合わせの精度と関係があり、メッシュが小さいほど軸合わせの精度が高まる。しかし、メッシュを小さくするほど、分散値を取得する位置が多くなるために、軸合わせに要する時間が長くなる。そこで、軸合わせの精度と、軸合わせに要する時間とのどちらを優先するのかによって、メッシュの大きさを決めてもよい。
　また、最初にメッシュを大きく設定しておき、分散値が最も小さくなる位置に第二主軸２１を移動させ、更に、その位置の周りにより小さなメッシュを生成して、分散値が最も小さくなる位置を求めてもよい。このように、メッシュを徐々に小さくし分散値を算出することを繰り返し実行して、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸が合う位置を絞り込んでもよい。
　このようにメッシュを生成してメッシュの各交点における振動センサ２５の検出値の分散値を算出することによっても、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせを行うことができる。
＜その他の実施形態＞
　第１実施形態及び第２実施形態では、振動センサ２５の検出値の分散値を利用して軸合わせを行っているが、センサはこれに限らず、振動と相関する物理量を検出可能なセンサであればよい。例えば、変位計、電流計、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ、または、マイクロフォンでもよい。
　第１実施形態では、第二主軸２１を円Ｓ１に沿って移動させているが、これに代えて、原点を中心とする多角形の辺に沿って移動させてもよい。そして、多角形の頂点の夫々において振動センサ２５により振動を検出し、さらに分散値を算出してもよい。
　第１実施形態及び第２実施形態では、分散（すなわち、平均値からの偏差の自乗の平均）を用いているが、これに限らず、散らばり度合いを示す他の値を用いることもできる。例えば、分散に代えて標準偏差、二乗平均平方根、範囲（最大値と最小値との差）、または、振動の振幅を用いることもできる。
　図１５は、第一主軸１１に対して第二主軸２１を意図的にずらしたときの振動センサ２５の検出値の範囲（最大値と最小値との差）を実験的に求めた図である。図１５における横軸は、第一主軸１１に対する第二主軸２１のＸ軸方向の相対的なずれを示している。図１５に係るＸ軸は、図１で定義したＸ軸に対応している。なお、Ｙ軸方向のずれはない。図１５では、同一のずれ量において、検出値の範囲を複数回求めてプロットしている。図１５における検出値の範囲は、図４の「測定期間」で示される期間において振動センサ２５で検出された値の最大値と最小値との差である。
　図１５に示されるように、Ｘ軸方向のずれと検出値の範囲とには相関関係があり、Ｘ軸方向のずれの絶対値が大きいほど、検出値の範囲が大きくなる。したがって、第１実施形態で説明した分散値と同様に、検出値の範囲を利用して、第一主軸１１及び第二主軸２１の軸合わせを行うことができる。すなわち、振動センサ２５の検出値の範囲が小さくなる方向に、第二主軸２１を移動させることで、第一主軸１１と第二主軸２１との軸合わせを行うことができる。
１　工作機械
１１　第一主軸
１２　第一主軸台
１３　第一クランプ
２１　第二主軸
２２　第二主軸台
２３　第二クランプ
２４　調整機構
２５　振動センサ
４０　制御部
４１　プロセッサ
４２　主記憶部
４３　補助記憶部
４４　入力部
４５　出力部

Claims (9)

  1. 　ワークの一端側を把持する第一主軸と、
    　前記ワークの他端側を把持する第二主軸と、
    　前記第一主軸及び前記第二主軸が前記ワークを把持した状態で、前記第一主軸及び前記第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、
    　前記物理量に基づいて前記第一主軸と前記第二主軸との軸合わせを行う制御部と、
    を備える工作機械。
  2. 　前記制御部は、
    　前記第一主軸と前記第二主軸との相対位置をずらした第一の複数の位置において夫々、前記センサで前記物理量を検出し、
    　前記第一の複数の位置のうち前記物理量が最も小さい位置を前記第一主軸と前記第二主軸との第一目標位置とする、
    　請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記第一の複数の位置を、同一円上にずらした位置とする、
    　請求項２に記載の工作機械。
  4. 　前記制御部は、
    　前記円の中心から前記第一目標位置の方向に前記第一主軸と前記第二主軸との相対位置をずらした第二の複数の位置において夫々、前記センサで前記物理量を検出し、
    　前記第二の複数の位置のうち前記物理量が最も小さい位置を前記第一主軸と前記第二主軸との第二目標位置とする、
    　請求項３に記載の工作機械。
  5. 　前記制御部は、
    　前記第二目標位置を前記円の中心として、前記第一の複数の位置において夫々、前記センサで前記物理量を検出し、前記第一の複数の位置のうち前記物理量が最も小さい位置を取得することで前記第一目標位置を更新し、
    　更新後の前記第一目標位置の方向の前記第二の複数の位置において夫々、前記センサで前記物理量を検出し、前記第二の複数の位置のうち前記物理量が最も小さい位置を取得することで前記第二目標位置を更新する、
    　ことを繰り返し行う、
    　請求項４に記載の工作機械。
  6. 　前記制御部は、前記第一目標位置における前記物理量が、直前の前記第二目標位置における前記物理量以上である場合に、直前の前記第二目標位置が、前記第一主軸と前記第二主軸との軸が合っている位置であると判定する、
    　請求項５に記載の工作機械。
  7. 　前記物理量は、前記センサの検出値の分散値である、
    　請求項２から６の何れか一項に記載の工作機械。
  8. 　前記制御部は、前記第一主軸と前記第二主軸との軸ずれの公差の範囲内に前記第一の複数の位置を設定する、
    　請求項２から７の何れか１項に記載の工作機械。
  9. 　ワークの一端側を把持する第一主軸と、
    　前記ワークの他端側を把持する第二主軸と、
    　前記第一主軸及び前記第二主軸が前記ワークを把持した状態で、前記第一主軸及び前記第二主軸が同期回転しているときの振動に関連する物理量を検出するセンサと、
    　前記物理量に基づいて前記第一主軸と前記第二主軸との軸合わせを行う制御部と、
    を備える工作機械の軸合わせ方法。
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