机床中的旋转轴旋转速度变动监视方法和监视装置、机床

摘要

本发明提供机床中的旋转轴旋转速度变动监视方法和监视装置、机床，可容易地选择用于使旋转轴的旋转速度变动的设定值，可发现最适合于颤振的抑制的加工条件。在监视装置中，在变动值设定部的监视器中对表示旋转速度的变动振幅和变动周期的关系的曲线图进行显示，在该曲线图中，通过黑圆点标记显示当前的变动位置(第1点)，并根据预定式作成马达的变动周期的电力临界线L且显示于曲线图，在电力临界线L以内的范围内，计算与当前的变动位置相比变动振幅变大、且变动周期变短的新的变动位置，将新的变动位置(第2点)与对相对于当前的变动位置的变更进行引导的箭头A一起显示于曲线图。

说明书

技术领域

本发明涉及监视机床中旋转轴的旋转速度变动状态的监视方法和监视装置、以及 机床，该机床具有安装有工具或工件并通过马达驱动的旋转轴，该旋转轴的旋转速度 可按照任意的模式连续地变动。

在借助具有安装有工具或工件并通过马达驱动的旋转轴的机床来进行切削加工 的情况下，若工具或工件的刚性低，则往往会产生所谓的“颤振”。如果产生颤振，则 会产生工具缺损、或使工件的表面精度恶化等问题。就该颤振而言，通过在加工面上 所产生的转1圈前的起伏与因当前的切削而引起的振动之间产生相位延迟，由此使工 件的切取厚度变动，振动扩大。

作为抑制该颤振的技术，提出专利文献1和专利文献2的对策。专利文献1和专 利文献2记载的技术为：按照预定的变动振幅和变动周期来使旋转轴的旋转速度变 动，使切取厚度的变动的力的输入不规则，从而抑制颤振。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭49-105277号公报

专利文献2：JP实公昭61-3522号公报

发明要解决的课题

但是，对于专利文献1和专利文献2记载的方法，为了使旋转速度变动，需要设 定变动振幅和变动周期这两个参数(下面，在不区分两个参数的情况下，统称为“变 动值”)，因此存在如下问题：对于不清楚改变哪个参数比较好的、经验少的操作人员 来说，难以判断。

另外，存在即使要使旋转轴的旋转速度变动，仍无法通过已输入的振幅、周期而 实现的情况。这是因为，将旋转速度的振幅除以设定旋转速度而得到的值作为变动振 幅Q，将该变动振幅Q除以周期R而获得的旋转速度的变动率如下述式(1)所表示 的，通过旋转部的惯性J(根据旋转轴本身、卡盘(chuck)、被加工物等确定)、旋转 轴转矩T、被加工物的切削所需的切削转矩Tc、以及旋转速度S的函数来表示：

$\frac{Q}{R}=\frac{1500}{\mathrm{\pi SJ}}(T-T_C)...\left(1\right)$

另外，如果使允许量以上的电流流向用于使旋转轴旋转的马达，则马达会发热而 损坏，因此规定了输入电力的上限，与此伴随地，限制了旋转轴转矩。另外，根据上 述式(1)还可知，仅仅从主轴转矩减去切削转矩Tc而得到的转矩才能够对旋转速度 的变动产生作用。因此，即使为了增加旋转速度的变动率Q/R而将振幅设定得大将 周期设定得小，旋转轴转矩也必然超过限制值，其结果是，会产生成为不可能实现的 状态的情况。另外，由于被加工物的形状针对每个制品而不同，因此惯性J为变量。 即，由于旋转速度的变动率的上限也未唯一地确定而是不清楚的，因此难以明确地示 出可设定的振幅和周期的范围。

因此，根据通过将振幅和周期设定为参数而使旋转速度变动的上述现有技术，存 在作业者无法容易地实现对颤振的抑制有效的旋转速度的变动的问题。

发明内容

因此，本发明是针对上述问题而作出的，其目的在于提供机床中的旋转轴旋转速 度的监视方法和监视装置、以及机床，在该机床中，按照任意模式(pattern)使旋转 轴旋转速度连续地变动，可容易地选择用于使旋转速度变动的变动值，可发现最适合 于颤振的抑制的加工条件。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，技术方案1的发明为一种监视方法，其中，机床具备：安装 有工具或工件并通过马达驱动的旋转轴；和按照任意的模式使该旋转轴的旋转速度连 续地变动的旋转速度变动单元，上述监视方法在上述机床中通过显示部对上述旋转速 度变动单元所进行的上述旋转速度的变动状态进行监视，其特征在于，上述监视方法 执行如下步骤：

作图步骤，将表示上述旋转速度的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于上 述显示部；第1显示步骤，在上述变动图中显示当前的变动位置；电力临界线显示步 骤，根据下述式(2)作成上述马达的变动周期的电力临界线，并将其显示到上述变 动图上：

$Q=\frac{45000}{{\pi }^2{S}^{2}J}(P-\mathrm{Pc})R...\left(2\right)$

Q：旋转速度变动振幅[％]

R：旋转速度变动周期[s]

S：旋转轴旋转速度[min^-1]

J：旋转轴的惯性[kg·m²]

P：马达的最大输入电力[W]

Pc：切削电力和损失电力的总计[W]。

在技术方案1的结构的基础上，技术方案2的发明的特征在于，上述监视方法还 执行如下步骤：变动位置计算步骤，在上述电力临界线以下的范围内，计算与当前的 变动位置相比上述变动振幅变大、和/或上述变动周期变短的新的变动位置；和第2 显示步骤，将上述新的变动位置、与对相对于上述当前的变动位置的变更进行引导的 引导显示一起显示于上述变动图。

为了实现上述目的，技术方案3的发明为一种监视方法，其中，机床具备：安装 有工具或工件并通过马达驱动的旋转轴；和按照任意的模式使该旋转轴的旋转速度连 续地变动的旋转速度变动单元，上述监视方法在上述机床中通过显示部对上述旋转速 度变动单元所进行的上述旋转速度的变动状态进行监视，其特征在于，上述监视方法 执行如下步骤：

作图步骤，将表示上述旋转速度的变动振幅和角加速度的关系的变动图显示于上 述显示部；第1显示步骤，在上述变动图中显示当前的变动位置；和；电力临界线显 示步骤，根据下述式(4)作成上述马达的变动周期的电力临界线，并将其显示到上 述变动图上：

$\stackrel{·}{\omega }=\frac{30}{\mathrm{\pi SJ}}(P-P_C)...\left(4\right)$

角加速度[rad/s²]

S：旋转轴旋转速度[min^-1]

J：旋转轴的惯性[kg·m²]

P：马达的最大输入电力[W]

Pc：切削电力和损失电力的总计[W]。

在技术方案3的结构的基础上，技术方案4的发明的特征在于，上述监视方法还 执行如下步骤：变动位置计算步骤，在上述电力临界线以下的范围内，计算与当前的 变动位置相比上述变动振幅变大、和/或上述角加速度变大的新的变动位置；和第2 显示步骤，将上述新的变动位置、与对相对于上述当前的变动位置的变更进行引导的 引导显示一起显示于上述变动图。

在技术方案2或4的结构的基础上，技术方案5的发明的特征在于，使上述新的 变动位置为变动振幅与上述当前的变动位置相同的上述电力临界线上的位置。

在技术方案2或4的结构的基础上，技术方案6的发明的特征在于，使上述新的 变动位置为在上述电力临界线上上述变动振幅为最大的位置。

为了实现上述目的，技术方案7的发明为一种监视装置，其中，机床具备：安装 有工具或工件并通过马达驱动的旋转轴；和按照任意的模式使该旋转轴的旋转速度连 续地变动的旋转速度变动单元，上述监视装置监视装置在上述机床中具备显示部以对 上述旋转速度变动单元所进行的上述旋转速度的变动状态进行监视，其特征在于，上 述监视装置具备：

作图单元，其将表示上述旋转速度的变动振幅和变动周期的关系的变动图显示于 上述显示部；第1显示单元，其在上述变动图中显示当前的变动位置；和电力临界线 显示单元，其根据下述式(2)作成上述马达的变动周期的电力临界线，并将其显示 到上述变动图上：

$Q=\frac{45000}{{\pi }^2{S}^{2}J}(P-\mathrm{Pc})R...\left(2\right)$

Q：旋转速度变动振幅[％]

R：旋转速度变动周期[s]

S：旋转轴旋转速度[min^-1]

J：旋转轴的惯性[kg·m²]

P：马达的最大输入电力[W]

Pc：切削电力和损失电力的总计[W]。

在技术方案7的结构的基础上，技术方案8的发明的特征在于，上述监视装置还 具备：变动位置计算单元，其在上述电力临界线以下的范围内，计算与当前的变动位 置相比上述变动振幅变大、和/或上述变动周期变短的新的变动位置；和第2显示单 元，其将上述新的变动位置、与对相对于上述当前的变动位置的变更进行引导的引导 显示一起显示于上述变动图。

为了实现上述目的，技术方案9的发明为一种监视装置，其中，具备：安装有工 具或工件并通过马达驱动的旋转轴；和按照任意的模式使该旋转轴的旋转速度连续地 变动的旋转速度变动单元，上述监视装置在上述机床中具备显示部以对上述旋转速度 变动单元所进行的上述旋转速度的变动状态进行监视，其特征在于上述监视装置具 备：

作图单元，其将表示上述旋转速度的变动振幅和角加速度的关系的变动图显示于 上述显示部；第1显示单元，其在上述变动图中显示当前的变动位置；和电力临界线 显示单元，其根据下述式(4)作成上述马达的变动周期的电力临界线，并将其显示 到上述变动图上：

$\stackrel{·}{\omega }=\frac{30}{\mathrm{\pi SJ}}(P-P_C)...\left(4\right)$

角加速度[rad/s²]

S：旋转轴旋转速度[min^-1]

J：旋转轴的惯性[kg·m²]

P：马达的最大输入电力[W]

Pc：切削电力和损失电力的总计[W]。

在技术方案9的结构的基础上，技术方案10的发明的特征在于，上述监视装置 还具备：变动位置计算单元，其在上述电力临界线以下的范围内，计算与当前的变动 位置相比上述变动振幅变大、和/或上述角加速度变大的新的变动位置；和第2显示 单元，其将上述新的变动位置、与对相对于上述当前的变动位置的变更进行引导的引 导显示一起显示于上述变动图。

技术方案11的发明的特征在于，在技术方案8或10所述的结构的基础上，上述 新的变动位置为变动振幅与上述当前的变动位置相同的上述电力临界线上的位置。

技术方案12的发明的特征在于，在技术方案8或10的结构的基础上，上述新的 变动位置为在上述电力临界线上上述变动振幅为最大的位置。

为了实现上述目的，技术方案13的发明为一种机床，其具备安装有工具或工件 并通过马达驱动的旋转轴；和按照任意的模式使该旋转轴的旋转速度连续地变动的旋 转速度变动单元，其特征在于，上述机床具备权利要求7所述的旋转轴旋转速度的监 视装置。

为了实现上述目的，技术方案14的发明为一种机床，具备安装有工具或工件并 通过马达驱动的旋转轴；对该旋转轴的旋转速度的变动振幅和变动周期进行设定的变 动值设定单元；和根据该变动值设定单元所设定的变动振幅和变动周期对上述旋转轴 的旋转速度进行控制的旋转速度变动单元，其特征在于，上述变动值设定单元设定上 述变动振幅和变动周期的比率，并根据该比率同时设定上述变动振幅和变动周期。

在技术方案14的结构的基础上，技术方案15的发明的特征在于，上述变动值设 定单元根据上述马达的额定输出、切削输出、相对于上述马达的额定输出的使用比例、 上述旋转速度的平均值、和上述旋转轴的惯性，设定上述变动振幅和变动周期的比率。

在技术方案15的结构的基础上，技术方案16的发明的特征在于，上述变动值设 定单元根据下述式(5)设定上述变动振幅和变动周期的比率：

$\frac{Q}{R}=\frac{45000}{{\pi }^2{S}^{2}J}(0.01\mathrm{ePn}-\mathrm{Pc})...\left(5\right)$

Q：旋转速度的变动振幅[％]

R：旋转速度的变动周期[s]

S：旋转速度的平均值[min^-1]

J：旋转轴的惯性[kg·m²]

Pn：马达的额定输出[W]

Pc：切削输出[W]

e：使用比例[％]。

在技术方案14～16中的任意一项的结构的基础上，技术方案17的发明的特征在 于，上述变动值设定单元具备对表示上述变动振幅和变动周期的关系的曲线图进行显 示的显示单元，在上述曲线图上分别显示当前的上述变动振幅和变动周期的位置、和 上述变动振幅和变动周期的比率所涉及的直线。

为了实现上述目的，技术方案18的发明为一种机床，具备用于使工具或工件旋 转的旋转轴，并具备能使旋转轴的旋转速度按照预定的振幅和周期变动的旋转速度变 动单元，其特征在于，上述机床具备设定单元，上述设定单元将上述振幅或上述周期 中的任意一方、和上述旋转轴的旋转轴转矩或对用于使上述旋转轴旋转的马达输入的 输入电力中的任意一方作为参数，并能设定各参数的值，上述旋转速度变动单元根据 上述设定单元所设定的上述参数的值使上述旋转轴的旋转速度变动。

在技术方案18的结构的基础上，技术方案19的发明的特征在于，上述旋转速度 变动单元一边使根据设定的上述参数的值来使上述旋转轴的旋转速度加速的情况下 的角加速度的绝对值与使其减速的情况下的角加速度的绝对值一致，一边使旋转速度 变动。

技术方案20的发明的特征在于，在技术方案18或19所述的发明中，上述机床 具备显示单元，在该显示单元中，在分别以各上述参数为轴的平面上显示各上述参数 的可设定区域和/或当前值。

在技术方案18的发明的基础上，技术方案21的发明的特征在于，上述机床具备： 第1选择单元，其对将上述振幅或上述周期中的哪一方用作上述参数进行选择；和/ 或第2选择单元，其对将上述旋转轴的旋转轴转矩或对用于使上述旋转轴旋转的马达 输入的输入电力中的哪一方用作上述参数进行选择。

在技术方案18的发明的基础上，技术方案22的发明的特征在于，上述机床具备 对通过上述设定单元设定的上述参数的值进行存储的存储单元。

发明效果

根据技术方案1、3和7、9、13所述的发明，即使具有变动振幅和变动周期这两 个设定值，操作人员仍可根据变动图上的当前的变动位置和电力临界线，容易地选择 用于使旋转轴的旋转速度变动的设定值。

根据技术方案2、4和8、10所述的发明，除了具有上述效果之外，还可通过新 的变动位置的计算和引导显示，快速且简单地发现最适合于颤振的抑制的加工条件。

根据技术方案5和11所述的发明，除了具有上述效果之外，由于变动周期短， 因此颤振抑制效果大，另外，由于变动振幅相同，因此切削速度的最大值和最小值的 差不变，能够使因切削速度的差异所产生的表面精度的恶化为最小限。

根据技术方案6和12所述的发明，可期待对颤振的大的抑制效果。

根据技术方案14所述的发明，可通过1次动作同时设定变动振幅和变动周期两 个参数。因此，与经验的多少没有关系，操作人员可容易地设定使旋转轴的旋转速度 变动的变动值。

根据技术方案15和16所述的发明，除了具有上述效果之外，能够在流过马达的 电流不过大的状况下设定变动值，抑制了与马达的发热相伴随的热移位的发生。

根据技术方案17所述的发明，除了具有技术方案14～16中的任何一项所述的效 果之外，还能够通过曲线图容易地识别当前的变动值和变更后的变动值，能更加简单 地进行变动值的设定。

根据技术方案18所述的发明，具备设定单元，该设定单元将振幅或周期中的任 意一方、和旋转轴的旋转轴转矩或对用于使上述旋转轴旋转的马达输入的输入电力中 的任意一方作为参数，并能设定各参数的值，旋转速度变动单元根据设定单元所设定 的参数的值使旋转轴的旋转速度变动。因此，与将振幅和周期作为参数的现有技术不 同，至少对旋转轴转矩、输入电力限制了最大值，由此，明确了可设定的参数的范围， 这样，作业者不会设定不可实现的变动方式，可容易地实现对颤振的抑制有效的旋转 速度的变动。

根据技术方案19所述的发明，由于旋转速度变动单元一边使根据设定的模式的 值使旋转轴的旋转速度加速的情况下的角加速度的绝对值与使其减速的情况下的角 加速度的绝对值一致，一边使旋转速度变动，因此可按照一定的周期使旋转速度变动。

根据技术方案20所述的发明，具有显示单元，在该显示单元中，在分别以各参 数为轴的平面上显示各参数的可设定区域和/或当前值，因此作业者可容易把握当前 的状况、不可设定的区域等，可进一步有效地谋求颤振的抑制。

根据技术方案21所述的发明，由于具备对将振幅或周期中的哪一方用作参数进 行选择的第1选择单元、和/或、对将旋转轴的旋转轴转矩或对用于使旋转轴旋转的 马达输入的输入电力中的哪一方用作参数进行选择的第2选择单元，因此使用便利性 良好。

根据技术方案22所述的发明，由于具备对通过设定单元所设定的参数的值进行 存储的存储单元，因此，可将各参数的设定值作为加工数据库而保存，可在下次以后 的加工时参考。

附图说明

图1为方式1的NC车床的概要结构图；

图2为表示方式1的主轴旋转速度的变动例的说明图；

图3为方式1的监视方法的流程图；

图4为表示方式1的监视器显示的说明图；

图5为方式1的主轴旋转速度的变动的实验结果的说明图；

图6为表示方式1的监视器显示的变更例的说明图；

图7为表示方式2的监视器显示的说明图；

图8为表示方式2的监视器显示的变更例的说明图；

图9为表示方式3的旋转速度和主轴转矩的变动状态的说明图；

图10为表示方式3的监视器的显示的说明图；

图11为方式4的NC车床的概要结构图；

图12为表示方式4的变动值设定部中的参数的信息的显示方式的一个例子的说 明图。

标号说明

1、30：NC车床；

2：主轴箱；

3：主轴；

4：卡盘；

5：爪；

6：马达；

7：编码器；

8、31：主轴控制部；

9：NC装置；

10：存储装置；

11、34：变动值设定部；

12：监视器；

13：监视装置；

W：工件；

L：电力临界线；

A、B：箭头；

20：曲线图；

21：左下朝向箭头按钮；

22：右上朝向箭头按钮；

23：窗；

M：标记；

L1、L2：直线；

32：机床控制部。

具体实施方式

下面根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

(方式1)

图1为作为机床的一个例子的NC车床1的概要结构图。在NC车床1中，在主 轴箱2上，以旋转自如的方式轴支承有作为旋转轴的主轴3，该主轴3经由卡盘4和 爪5抓握工件W，在主轴箱2的内部，内置有旋转驱动主轴3的马达6与编码器7， 该编码器7固定于主轴箱2上，检测主轴3的旋转速度。

标号8表示主轴控制部，其与马达6和编码器7连接，标号9表示向主轴控制部 8给出旋转速度的指令的NC装置，主轴控制部8按照下述的方式调整向马达6供给 的输入电力，该方式为：在平时监视从编码器7检测的主轴3的旋转速度的同时，按 照NC装置9指令的旋转速度使主轴3旋转。

另外，在NC装置9上，连接有存储加工程序等的存储部10、和具有作为显示 部的监视器12的变动值设定部11。NC装置9按照存储于存储部10中的加工程序使 主轴3旋转、并沿工件W的旋转轴方向和半径方向运送移动未图示的工具，由此进 行切削加工。

此外，在这里，将主轴3的旋转速度和其变动振幅与变动周期、从具有输入单元 的监视器12输入到变动值设定部11，由此，能够经由NC装置9和主轴控制部8像 图2所示那样按照指定的变动振幅与变动周期使主轴3的旋转速度变动。因而，NC 装置9、变动值设定部11成为旋转速度变动单元，在其上增加存储部10和监视器12 而形成监视装置13。

通过图3的流程图，对该监视装置13的主轴旋转速度的监视方法进行说明。

首先，当在步骤S1中向变动值设定部11输入变动振幅和变动周期时，则在步骤 S2中作成图4所示的变动图并显示到监视器12(第1显示步骤)。在这里，作为以用 于使旋转速度变动的变动振幅为纵轴、以变动周期为横轴的变动振幅-变动周期的曲 线图而显示。在该曲线图中，当前的变动振幅-变动周期的设定值(当前的变动位置) 作为第1点通过黑圆点标记一并显示出。通过操作人员直接指向(point)该曲线图上 的任意位置，或者通过未图示的0-9数字键等分别输入变动振幅和变动周期的数值， 由此，可改变变动振幅和变动周期的各设定值。

接着，在步骤S3中，在曲线图上显示电力临界线L(电力临界线显示步骤)。对 于马达6，如果流过过大的电流，则会发热、损坏，所以规定了输入电力的上限。由 此，即使将旋转速度的变动振幅设定得大、将变动周期设定得小，也存在无法按照设 定值来变动的情况。因此，在变动值设定部11中，通过下述的式(2)来计算可根据 马达6的最大输入电力确定的可变动的变动振幅和变动周期的临界线、即变动周期的 电力临界线L，将其显示于曲线图上。在比该电力临界线L靠右侧的范围，表示了能 够像设定值那样使旋转速度变动的情况。式(2)表示了：可将从马达6的最大输入 电力减去切削、和/或主轴旋转的摩擦等所引起的损失而得到的电力用于主轴旋转速 度的变动。

$Q=\frac{45000}{{\pi }^2{S}^{2}J}(P-\mathrm{Pc})R...\left(2\right)$

Q：旋转速度变动振幅[％]

R：旋转速度变动周期[s]

S：主轴旋转速度[min^-1]

J：主轴的惯性[kg·m²]

P：马达的最大输入电力[W]

Pc：切削电力和损失电力的总计[W]

另一方面，如在背景技术中所说明的那样，众所周知，如果使主轴3的旋转速度 变动，则能获得抑制颤振的效果。图5为使主轴3的旋转速度变动而进行切削加工时 的实验结果，根据该图可知，在变动周期短、变动振幅大的情况下，颤振的抑制效果 越大。

因此，在步骤S4中，对于变动值设定部11，除了作为当前的变动位置的第1点 之外，还在变动周期的电力临界线的右侧的范围内计算变动周期短于第1点、且变动 振幅大于第1点的新的变动位置(变动位置计算步骤)，并将获得的变动位置作为第 2点在曲线图上用白圆点标记显示出，并且，作为引导显示还显示了从第1点朝向第 2点的箭头A(第2显示步骤)。另外，在这里，在曲线图的右侧将第2点的数值作 为推荐值来显示。

因此，操作人员可参照在曲线图上显示的箭头A和第2点而容易地设定能够抑 制颤振的可能性高的新的变动位置。

另外，对于该第2点的计算，可如下这样来进行：例如计算从第1点的位置按照 预先设定的斜度向短的周期侧和大的振幅侧延伸的直线，从该直线和电力临界线L 的交点加入预先设定的富裕度而在电力临界线L的内侧来进行确定；或者计算从第1 点按照预先设定的比例而变更变动振幅和变动周期的多个变动位置，从获得的变动位 置在电力临界线L以下选择最接近电力临界线L的变动位置。

这样，根据上述方式1的主轴旋转速度的监视装置13，变动值设定部11作为如 下单元实施上述监视方法：将表示旋转速度的变动振幅和变动周期的关系的曲线图显 示到监视器12的作图单元；在曲线图上显示当前的变动位置(第1点)的第1显示 单元；根据式(2)作成马达6的变动周期的电力临界线L、并在曲线图上进行显示 的电力临界线显示单元；在电力临界线L以下的范围内、计算与当前的变动位置相比 变动振幅变大以及变动周期变短的新的变动位置(第2点)的变动位置计算单元；将 新的变动位置与对相对于当前的变动位置的变更进行引导的箭头A一起显示在曲线 图上的第2显示单元。由此，即使具有变动振幅和变动周期这两个设定值，操作人员 也可容易地选择用于使旋转速度变动的设定值。因此，可快速而简单地发现最适合于 抑制颤振的加工条件。

此外，在上述方式1中，计算变动振幅和变动周期均改变的第2点并进行引导， 但是，也可进行使变动振幅一定而仅使变动周期变得短的引导。例如，如图6所示的 那样，将变动振幅与第1点相同、变动周期的电力临界线L上的点作为第3点，显示 从第1点向第3点引入的引导的箭头A，并将第3点的数值作为推荐值而显示。在这 里，第3点的变动周期可通过使式(2)变形并代入第1点的变动振幅来求得。

像这样，使新的变动位置为变动振幅与当前的变动位置相同的电力临界线上的位 置的话，则由于变动周期短，因此颤振抑制效果大，另外，由于变动振幅相同，因此 切削速度的最大值和最小值的差未改变，可使因切削速度的差异而产生的表面精度的 恶化为最小限。

但是，在图6中，为了在第3点无法抑制颤振的情况还显示了下述的引导的箭头。 即，将变动周期的电力临界线L和最大变动振幅的交点作为第4点，显示从第3点朝 向第4点的引导的箭头B，第4点的变动周期可通过使式(2)变形并代入最大变动 振幅的值来求得。如果将第4点与第3点比较，则存在切削速度的差变大、加工面恶 化的可能性，但是，由于变动振幅大，因此抑制颤振的效果大。另外，为了直接获得 颤振抑制效果，也可省略第3点而显示以第1点为起点以第4点为终点的箭头。

像这样，使新的变动位置为在电力临界线L上变动振幅最大的位置的话，则可期 待对颤振的大的抑制效果。

(方式2)

下面对本发明的另一方式进行说明。但是，由于包括监视装置13的NC车床1 的概要结构、监视方法的次序与方式1相同，仅变动值设定部11中的监视器显示的 方式不同，因此省略重复的说明，以监视器显示为主而进行说明。

在上述方式1中，变动值采用了变动周期，但是，即使通过主轴3的旋转的角加 速度，也同样能够使主轴3的旋转速度变动并进行监视。角加速度为单位时间的旋转 速度的变化量，主轴3的旋转速度S和变动周期R、变动振幅Q具有下述式(3)所 示的关系。通过图5说明了在变动周期短的情况下颤振抑制的效果大的情况，然而， 与缩短变动周期的情况相同，即使增加角加速度也可增加颤振抑制的效果。

$\stackrel{·}{\omega }=\frac{\mathrm{\pi S}}{1500R}Q...\left(3\right)$

角加速度[rad/s²]

因此，在该监视装置13中，当在变动值设定部11中输入变动振幅和角加速度时， 则变动值设定部11作成图7所示的变动图并将其显示到监视器12中(第1显示步骤)。 在这里，显示以变动振幅为纵轴、以角加速度为横轴的变动振幅-角加速度的曲线图。

另外，同样在该曲线图中，根据式(2)和(3)，角加速度的电力临界线L根据 下述式(4)来计算并，并显示于曲线图上(电力临界线显示步骤)。可在比该角加速 度的电力临界线L靠左侧的范围内，像设定值那样使旋转速度变动。

$\stackrel{·}{\omega }=\frac{30}{\mathrm{\pi SJ}}(P-P_C)...\left(4\right)$

另外，变动值设定部11通过黑圆点标记显示成为当前的变动位置的第5点。此 外，在角加速度的电力临界线L的左侧的范围内，计算角加速度大于第5点、且变动 振幅大于第5点的新的变动位置(变动位置计算步骤)，将获得的变动位置作为第6 点在曲线图上通过白圆点标记来显示，并且作为引导显示还显示从第5点朝向第6 点的箭头A(第2显示步骤)。此外，在这里，在曲线图的右侧将第6点的数值作为 推荐值而显示。

因此，操作人员可参考在曲线图中显示的箭头A和第6点而容易地设定可抑制 颤振的可能性高的变动位置。

这样，在上述方式2的主轴旋转速度的监视装置13中，同样变动值设定部11作 为如下单元执行上述监视方法：作图单元，其将表示旋转速度的变动振幅和角加速度 的关系的曲线图显示于监视器12中；第1显示单元，其在曲线图中显示当前的变动 位置(第5点)；电力临界线显示单元，其根据式(4)作成马达6的变动周期的电力 临界线L，并将其显示于曲线图上；变动位置计算单元，其在电力临界线L以下的范 围内计算变动振幅大于当前的变动位置、以及角加速度大于当前的变动位置的新的变 动位置(第6点)；第2显示单元，其将新的变动位置与对相对于当前的变动位置的 变更进行引导的箭头A一起显示在曲线图上。由此，即使具有变动振幅和变动周期 这两个设定值，操作人员也可容地易选择用于使旋转速度变动的设定值。因此，可快 速而简单地发现最适合于抑制颤振的加工条件。

另外，在该方式2中，也可进行使变动振幅一定而仅使角加速度变得较大的引导。 例如，如图8所示的那样，将变动振幅与第5点相同、变动周期的电力临界线L上的 点作为第7点，显示从第5点向第7点引入的引导的箭头A，并且将第7点的数值作 为推荐值而显示。

像这样，使新的变动位置为其变动振幅与当前的变动位置相同的电力临界线L 上的位置的话，由于变动周期短，因此颤振抑制效果大，另外，由于变动振幅相同， 因此切削速度的最大值和最小值的差未改变，可使因切削速度的差异而产生的表面精 度的恶化为最小限。

但是，在图8中，同样为了在第7点无法颤振的情况、还显示了下述的引导的箭 头。即，将角加速度的电力临界线L和最大变动振幅的交点作为第8点，显示从第7 点朝向第8点的引导的箭头B，如果将第8点与第7点进行比较，则存在切削速度的 差变大、加工面恶化的可能性，但是，由于变动振幅大，因此抑制颤振的效果大。另 外，在这里，同样，为了直接获得抑制颤振抑制效果，可省略第7点而显示以第5 点为起点以第8点为终点的箭头。

像这样，使新的变动位置为在电力临界线L上变动振幅最大的位置的话，则可期 待对颤振的大的抑制效果。

另外，方式1、2共同的是，当在监视器中显示曲线图时，电力临界线和新的变 动位置、引导箭头也自动地被计算并显示，但是，也可通过设置于变动值设定部中的 输入单元使它们分别在任意的时刻显示。当然，曲线图的形态也不限于上述内容，可 进行使轴相反、或以三维方式显示等变更。

此外，变动位置的显示并不限于圆，也可以选择其它形状的标记、或者在当前的 变动位置和新的变动位置改变标记的形状。另外，引导显示也不限于箭头，只要能够 向新的变动位置启示能够进行适当变更，例如，边使当前的变动位置的标记闪烁，边 反复进行使其向新的变动位置移动的显示，等等。

但是，新的变动位置和引导显示不必一定要设置，也可是，在监视器中仅显示当 前的变动位置和电力临界线，操作人员能够按照从当前的变动位置变为变动振幅大、 和/或变动周期短(或变动振幅大、和/或角加速度大)的方向，在电力临界线以下任 意地选择现在新的变动位置。即使这样，操作人员仍可根据曲线图上的当前的变动位 置和电力临界线，容易地选择用于使旋转速度变动的设定值。

另外，在上述方式1、2中，对变动振幅和变动周期或角加速度均变动的例子、 和仅使变动周期或角加速度变动的例子进行了说明，但是，也可仅使变动振幅变动。

另一方面，在上述方式1、2中，从最初使旋转速度变动而进行加工，但是，在 装载有将通过振动传感器检测主轴的振动而获得的振动与预定的阈值进行比较从而 检测颤振的发生的、周知的检测单元的机床中，如果最初按照设定的等速使主轴旋转 并通过检测单元检测颤振的发生，则也可以是，在变动值设定部输入旋转速度的变动 振幅和变动周期或角加速度，由此使旋转速度变动，并且在监视器中显示曲线图等变 动图。

(方式3)

在该方式3中，同样，NC车床1的结构与方式1、2相同，监视器12为显示单 元，变动值设定部11为变动值设定单元，从具有输入单元的监视器12向变动值设定 部11输入主轴3的旋转速度和其变动振幅和变动周期，由此，可经由作为旋转速度 变动单元的NC装置9和主轴控制部8，像图9所示的那样使主轴3的旋转速度按照 指定的变动振幅和变动周期变动。

另外，当在这里的变动值设定部11中输入变动振幅和变动周期时，则像图10所 示的那样，在监视器12中显示以变动振幅为纵轴、以变动周期为横轴的变动振幅- 变动周期的曲线图20，并且通过黑圆点标记M显示当前的变动振幅-变动周期的设定 值(当前的变动值)。

另外，在监视器12中，显示有左下朝向箭头按钮21和右上朝向箭头按钮22， 当操作人员对某个按钮进行按压操作时，则标记M的位置沿该按钮的箭头方向移动。 标号23、23为分别显示在标记M的位置的变动振幅和变动周期的数值的窗。

但是，变动值设定部11设定旋转速度的变动振幅和变动周期的比率，并根据该 比率同时设定变动振幅和变动周期。具体来说，使变动振幅和变动周期的比率为根据 马达6的额定输出、切削输出，相对于马达6的额定输出的使用比例、旋转速度的平 均值、主轴3的惯性而求出的值，例如，可考虑是满足下述的式(5)的值。另外， 在这里，按照相对于额定输出的比例来规定、变动马达6的输出的原因在于，如果使 旋转速度变动，则会有在马达6中的电流多而使马达6的发热变多、发生热移位的可 能。

$\frac{Q}{R}=\frac{45000}{{\pi }^2{S}^{2}J}(0.01\mathrm{ePn}-\mathrm{Pc})...\left(5\right)$

Q：旋转速度的变动振幅[％]

R：旋转速度的变动周期[s]

S：旋转速度的平均值[min^-1]

J：主轴的惯性[kg·m²]

Pn：马达的额定输出[W]

Pc：切削输出[W]

e：使用比例[％]

如果一旦开始变动，则其中的切削输出Pc可根据变动中的主轴转矩而计算。根 据图9可知使旋转速度变动时的时间和旋转速度的关系以及时间和主轴转矩的关系， 并可知在主轴3的旋转速度的加速中和减速中需要大的转矩。对于加速中和减速中的 主轴转矩，以切削转矩为中心上下的幅度相等。根据该情况，切削转矩可作为加速中 的主轴转矩与减速中的主轴转矩的中间值(平均值)而求出。由于在转矩和输出之间 具有下述的式(6)的关系，因此可将切削转矩换算为切削输出。另外，虽然求出的 值中包含有与主轴3的旋转而产生的磨耗损失对应的量，但磨耗损失为小的值，在这 里省略。

$P=\frac{2\pi }{60}T...\left(6\right)$

P：马达的输出[W]

T：马达的转矩[N·m]

在使像这样求出的切削输出为例如2kW、额定输出8kW、惯性0.5k·m²、旋转速 度1500min^-1、变动中的输出为额定输出的80％时，如果变动振幅为20％，则满足式 (5)的变动周期为1.1s。

另外，在曲线图20中，显示有表示式(5)的比率的直线L1，当按压例如右上 朝向箭头按钮22时，则标记M沿直线L1朝向周期长、并且振幅大的方向移动与预 先指定的变动振幅对应的量，在窗23中显示变动值。例如，当使预先指定的变动振 幅为5％，并按压一次右上朝向箭头按钮22时，则变动振幅为25％，变动周期根据 式(5)为1.4s。当在这里按压未图示的确定按钮时，则将变动值输出给NC装置9， 主轴3的旋转速度按照在窗23中显示的变动值而变动。

一般，在马达6的输出相同的情况下，变动振幅越大，颤振抑制效果越大，但是， 如果变动振幅变大的话，则高速时和低速时的速度差大，因此具有在加工面上呈现条 纹图案的相反的关系。由此，优选的是，操作人员在颤振发生的情况下按压右上朝向 箭头按钮22，在未发生颤振的情况下按压左下朝向箭头按钮21，由此来进行调整。

另外，在变动值设定部11中，伴随式(5)的各参数的变化，对变动振幅和变动 周期的比率进行再计算，改变直线L1。例如，当在加工中工件W的切削余量变大时， 则切削输出变大，因此直线L1的斜率变小，变为直线L2。如果在这里，按压右上朝 向箭头按钮22，则标记M以按照当前的变动振幅与直线B相交的点(满足再计算的 式(5)的点)为起点M1，沿直线L2朝周期变长并且振幅增大的方向移动与预先指 定的变动振幅对应的量。

像这样，根据上述方式3的NC车床1，变动值设定部11设定变动振幅和变动周 期的比率，并根据该比率同时设定变动振幅和变动周期，由此可通过1次的动作同时 设定变动振幅和变动周期这两个参数。因此，操作人员能够与经验的多少无关地容易 地设定用于使主轴3的旋转速度变动的变动值。

特别是在这里，由于变动值设定部11根据使用了马达6的额定输出、切削输出、 相对于马达6的额定输出的使用比例、旋转速度的平均值、主轴3的惯性的上述式(5) 来设定变动振幅和变动周期的比率，因此，可在马达6中流动的电流不过大的状况下 设定变动值，抑制伴随马达6的发热产生热移位。

另外，变动值设定部11包括对表示变动振幅和变动周期的关系的曲线图20进行 显示的监视器12，在曲线图20中，分别显示当前的变动振幅和变动周期的位置(标 记M)、和变动振幅和变动周期的比率所涉及的直线L1、L2，由此，可容易地识别当 前的变动值和改变后的变动值，可更加简单地进行变动值的设定。

此外，变动振幅和变动周期的比率并不限于上述式(5)的情况。例如，在切削 输出被认为大致一定的情况下，在按照与当前同等的马达输出而进行变动时，也可按 照满足下述式(7)的方式同时改变。

$\frac{Q}{R}=k...\left(7\right)$

Q：旋转速度的变动振幅[％]

R：旋转速度的变动周期[s]

k：常数

常数k通过代入当前的变动振幅和变动周期而求出。如果对左下朝向箭头按钮 21或右上朝向箭头按钮22按压1次，则根据当前的值求出常数k，变为满足式(7) 的变动值。例如，如果按压右上朝向箭头按钮22，则沿变动周期长、变动振幅大的 方向移动与预先指定的变动振幅对应的量，并且变为满足式(7)的变动值。在该情 况下，同样，式(7)的直线在曲线图上示出。

像这样，在切削输出被认为大致一定的情况下，由于变动振幅和变动周期的关系 为简单的比例式，因此，即使在因某些理由切削输出发生偏差的情况下，也可通过按 压箭头按钮而获得稳定的变动值。

此外，在上述方式3中，当在监视器中显示曲线图时，则表示当前的变动值的标 记和比率所涉及的直线被自动地计算并显示，但是，也可通过设置于监视器的输入单 元使它们分别在任意的时刻显示。当然，曲线图的形态也不限于上述内容，也可进行 使轴相反、或以三维方式显示等变更。但是，曲线图、标记、比率所涉及的直线的显 示不是必须的，也可仅通过数值来显示当前的变动值和变更后的变动值。

另一方面，在这里，在监视器中选择变动值之后，重新对确定按钮进行输入操作， 由此，旋转速度变动单元执行旋转速度的变更，但是，也可与变动值的选择联动地自 动进行旋转速度的变更。

(方式4)

图11所示的NC车床30也在主轴3的末端具备具有爪5的卡盘4。在将主轴3 支承为能够旋转的主轴箱2内，内置有用于使主轴3旋转的马达6、和作为用于检测 主轴3的旋转速度的旋转速度检测单元的编码器7。

另一方面，标号31是作为通过编码器7监视主轴3的旋转速度、并且调整对马 达6的供给电力而控制主轴3的旋转速度的旋转速度变动单元的主轴控制部。另外， 标号32是作为控制车床30整体的举动的旋转速度变动单元的机床控制部，其与上述 主轴控制部31、作为存储加工程序的存储单元的存储部33、和作为用于设定用于使 主轴3的旋转速度变动的参数(即，主轴转矩和振幅)的设定单元和选择单元的变动 值设定部34等连接，除了经由主轴控制部31控制工件W的旋转速度，将未图示的 工具切入到旋转中的工件W的表面、并且将工件W或工具向旋转轴方向和/或径向 运送这样的加工动作，也可通过周知的结构来控制。另外，变动值设定部34像12 所示的那样作为触摸面板而构成，还作为显示单元发挥作用。

在上述车床30中，按照存储于存储部33的加工程序，根据主轴控制部31的控 制对马达6供电，使主轴3按照预定的设定旋转速度旋转，并将工具切入工件W的 表面，通过如此等动作进行车削加工。接着，如果在该加工中产生颤振，则以当前的 旋转速度为基准按照预定的方式使主轴3的旋转速度变动，由此实现颤振的抑制。因 此，作业者在变动值设定部34中设定预定的参数即可。这样，在机床控制部32中， 为了根据设定的参数使主轴3的旋转速度变动，向主轴控制部31发送指令，在主轴 控制部31中，根据该指令使主轴3的旋转速度变动，从而实现颤振的抑制。此时， 也可构成为：从机床控制部32向主轴控制部31直接输入与变动相对应的旋转速度， 还可构成为：与变动对应地向马达6输入输入电力。另外，由于在输入电力P和主轴 转矩T之间具有由下述式(8)所示的关系，因此，也可从机床控制部32向主轴控制 部31发送主轴转矩T的指令，从而控制主轴3的旋转速度。另外，式(8)中的S 表示旋转速度。

$P=\frac{\mathrm{\pi S}}{30}T...\left(8\right)$

在这里，参照图12，对作为参数设定主轴转矩和振幅而使旋转速度变动时的一 个具体实施例进行详细描述。首先，由对马达6的输入电力的允许量限制的最大主轴 转矩为200N·m，作为参数之一的主轴转矩在此次设定为在该最大主轴转矩以下的80 N·m。另外，旋转速度的最大振幅为100％，作为参数之一的振幅在此次设定为在该 最大振幅以下的30％。该设定是通过作业者用手指等在变动值设定部34中触摸操作 位于该显示画面的下部的“+”、“-”而进行的。这样，设定的值在显示画面中在以各 参数为纵轴和横轴的平面上作为“·”而显示。此外，还对最大主轴转矩在平面上作 为直线而显示，显示主轴转矩的可设定区域，作业者无法设定超过最大主轴转矩的主 轴转矩。

像上述那样设定参数的值的话，则在机床控制部32中以按照使旋转速度变动时 的主轴转矩为80N·m、并且振幅为30％(即，±15％)的参数值使主轴3的旋转速度 变动的方式，将指令发送给主轴控制部31(此时，既可像上述那样，将旋转速度作 为指令值，也可将主轴转矩或输入电力作为指令值)。因此，例如，在设定旋转速度 为1000min^-1的情况下，主轴控制部31按照80N·m使主轴转矩加速，直到由编码器 7检测到的主轴3的旋转速度变为+15％的1150min^-1。此时，通过对旋转速度进行 微分处理，求出加速时的主轴3的角加速度，并将该角加速度临时存储于机床控制部 32。另外，当旋转速度达到1150min^-1时，则机床控制部32按照减速时的角加速度 的绝对值与加速时的角加速度的绝对值一致的方式，向主轴控制部31发出指令，在 主轴控制部31中，按照加速时和减速时的角加速度的绝对值一致的方式控制主轴转 矩，使主轴的旋转速度减速到-15％的850min^-1为止。接着，在加工结束、或设定 新的参数的值之前，在机床控制部32和主轴控制部31中反复进行上述动作，并改变 主轴3的旋转速度。

如上所述，图9中示出使主轴3的旋转速度变动时的时间和旋转速度的关系、以 及时间和主轴转矩的关系。根据图9可知，在使主轴3的旋转加速和减速时，需要大 的主轴转矩。因此，通过使加速时的主轴3的角加速度的绝对值和减速时的主轴3 的角加速度的绝对值一致，由此，能够以切削转矩为中心使变动主轴转矩的上下幅度 相等，或使主轴3的旋转速度的加速时间和减速时间相等。另外，像上述那样，切削 转矩可作为加速时的主轴转矩和减速时的主轴转矩的中间值(平均值)而求出。此外， 可根据旋转速度的变化方式求出使旋转速度变动的周期，由于振幅和主轴转矩是已知 的，因此，通过将它们、通过编码器7检测到的旋转速度、以及上述切削转矩代入式 (1)，由此可计算出惯性J。因此，在变动值设定部34中，像图12所示的那样显示 切削转矩、惯性、以及通过主轴控制部31检测到的输入电力(消耗电力)。另外，在 计算惯性时，采用周期和振幅，但采用主轴3的角加速度也同样可计算惯性。

根据上述那样的车床30，与将振幅和周期作为参数的现有技术不同，将旋转速 度的振幅和主轴转矩作为参数来使主轴3的旋转速度变动，即，采用最大值明确的主 轴转矩作为参数，因此，可对作业者明确地示出在变动值设定部34中可设定的参数 的范围。因此，作业者不设定不可实现的变动方式，可容易地实现对颤振的抑制有效 的旋转速度的变动。

另外，由于在变动值设定部34中，在以一个轴为振幅、另一个轴为主轴转矩的 平面上示出各参数的可设定区域及当前值，因此作业者不但能够把握当前的状况而且 容易把握不可设定的区域，可更加有效地实现颤振的抑制。

此外，由于在变动值设定部34中，也对切削转矩、惯性、输入电力进行计算或 检测、显示，因此可将加工的状态作为数值把握，还可容易地监视消耗能量。

此外，虽然通过使旋转速度变动在加工面上产生不均匀(むら)，但是作业者可 确认在变动值设定部34中显示的输入电力，在可实现的范围内抑制颤振，并且，由 于可探求旋转速度的变动率、振幅小的变化方式，因此可使上述不均匀停留在最小限。

另外，本发明的机床完全不限于上述实施方式的形态，可在不脱离本发明的宗旨 的范围内根据需要适当改变用于使旋转速度变动的参数、变动值设定部、及机床整体 的结构等。

例如，在上述实施方式中，作为用于使主轴3的旋转速度变动的参数，采用了振 幅和主轴转矩，但也可代替主轴转矩而采用输入电力。在该情况下，在机床控制部 32中将设定的输入电力代入式(8)，由此变更为主轴转矩，之后进行与上述实施方 式相同的控制即可。由于在该控制中也采用最大值明确的输入电力作为参数，因此， 与将振幅和周期设定作为参数的现有技术不同，具有可对作业者明确地示出在变动值 设定部34中可设定的参数的范围等效果。

此外，也可在变动值设定部34中由作业者任意选择输入的参数是主轴转矩还是 输入电力，通过采用该结构可提高使用便利性。

还有，也可代替振幅而采用使旋转速度变动的周期。在采用周期的情况下，例如， 当在变动值设定部34中分别将周期设定为2秒、将主轴转矩设定为80N·m时，则在 半个周期的1秒的期间，按照主轴转矩80N·m使主轴3的旋转速度加速。此时，与 上述实施方式相同，在机床控制部32中存储角加速度。此外，接着，在剩余的半个 周期的1秒的期间，执行按照角加速度的绝对值与加速时相同的主轴转矩、使主轴3 的旋转速度减速的控制。此外，在该控制中，也与上述实施方式相同，与将振幅和周 期设定作为参数的现有技术不同，具有可对作业者明确地示出在变动值设定部34中 可设定的参数的范围等效果。

另外，当然也可在变动值设定部34中由作业者任意选择输入的参数是振幅还是 周期，通过采用该方案可提高使用便利性。

此外，也可按照下述方式构成：即使不将主轴转矩、输入电力作为直接的值输入， 而输入最大主轴转矩、最大输入电力的某个比例的相对值也没有任何问题，将此次设 定的各种参数与工具的种类、加工程序关联地存储于存储部33，在下次以后加工时 (基于相同工具的加工时、基于相同加工程序的加工时)，从加工最初按照基于本次 设定的参数的值的形式使主轴3的旋转速度变动，由此，防止颤振的发生。

还有，除了设定的主轴转矩、输入电力、振幅、周期之外，还可在存储部33中 存储变动时的实际的旋转速度、切入量、切削转矩、惯性等各种参数的设定值、加工 条件值。通过像这样存储，可将各种值作为加工数据库而保存，可在下次以后的加工 时参考。

此外，各方式共同的是，本发明并不限于NC车床，只要是使旋转速度变动而进 行切削加工的机床即可，例如，还包括加工中心(machining center)等。