CN100471622C - 机床 - Google Patents

Abstract

一种机床，能够不使用检测周围温度的检测器来检测周围温度变化并且能够检测检测电机温度用温度检测器的异常。从检测每个机床电机温度的温度检测器读取电机温度(Ti)(i＝1、2…n)和电流反馈(Ifi)。从电流反馈(If)获取每个电机的发热量(Qi)。从发热量(Q)计算和估算电机温度(Ti)。得到估算电机温度(Tmi)和检测温度(Tsi)之间的差值(ΔTi)。当差值(ΔTi)的最大值和最小值之间的差值超过第一阈值(β)时，输出温度检测器异常。当等于或小于第一阈值(β)时，获取差值的平均值(ΔT’)。如果平均值(ΔT’)等于或小于第二阈值γ，则判定没有发生异常。如等于或大于第二阈值γ，则输出周围温度已经变化的指示。

Description

机床

技术领域

本发明涉及机床，具体涉及可检测机床的周围温度的变化和温度检测器异常的机床。

背景技术

机床的热变形补偿已被普遍应用，其测量机床的周围温度并根据所测温度来补偿机器的初始位置等。

例如，这种发明已众所周知：使用温度传感器来测量机床的周围温度和构成机床的组件的温度，基于已测量温度和预先获取的参考温度之间的差值来得到热变形值，并根据热变形值来计算机器初始改变量(参见JP3—79256A)。

还有另一种众所周知的发明：将由设置于温度没有多少变化的基台中的温度传感器所测量的温度设置为参考温度，从由设置于主轴或主轴头部的热产生部分来获取温度上升值的温度传感器所测量的温度中减去参考温度，并将当前温度改变值加入温度上升值以计算改变温度上升值，从改变温度上升值和温度—补偿量关系表来获取临时补偿值，且将临时补偿量乘以目标主轴的补偿系数以获取目标主轴的热变形量(参见JP10—6183A)。

此外，还有一种众所周知的用于计算机床的热变形量的装置，在其中计算热力活动例如房间温度改变、操作热和加工热以储存热力活动的等级以及发生时间，并从预先通过实验和计算得到的储存数据及已经过时间系数来获取剩余热变形量(参见JP2000—135654A)。

再有，目前的电机(伺服电机和主轴电机)在其内部设有温度检测器以用于检测电机自身的温度并根据第二电阻值来实现温度补偿。由于电机驱动电流所产生的发热量与驱动电流的反馈值的平方成比例，所以发热量可由电流反馈量计算。此外，众所周知：发热量和电机温度之间的关系可以预先获取，且电机温度可从根据该关系公式计算的发热量计算和估算(参见JP7—59399A)。

如上所述，在现有机床中，温度检测器放置于每个机床的内部或外部以检测周围温度。根据包括安装温度检测器的位置、空间等的周围环境，需要相应的对策，例如增加盖来保护温度检测器免于接触冷却液、切屑等，这就增加了成本。

发明内容

本发明一种机床，能够不使用检测周围温度的检测器来检测周围温度变化，并且还能够检测检测电机温度用温度检测器的异常。

本发明的机床具有至少一个加工用驱动电机。机床包括：温度检测器，用于检测电机温度；电流检测装置，用于检测电机的电流值；电机温度估算装置，用于根据由电流检测装置所检测的电机的电流值来估算电机温度；和异常检测装置，用于根据由温度检测器所检测的电机温度和由电机温度估算装置所估算的电机温度之间的比较来检测周围温度变化的异常或温度检测器的异常。

机床可具有两个加工用驱动电机。两个电机中的每一个都可设有温度检测器、电流检测装置和电机温度估算装置，且异常检测装置获取两个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值，并且当两个所获差值都超过一阈值时，判定周围温度变化异常，当只有一个所获差值超过阈值时，判定温度检测器异常。

机床可具有多个加工用驱动电机。多个电机中的每一个都可设有温度检测器、电流检测装置和电机温度估算装置，并且异常检测装置获取多个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值的绝对值，当所获绝对值中的最大值和最小值之间的差值超过第一阈值时，判定温度检测器异常。

此外，异常检测装置可获取多个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值的绝对值，并且当所获绝对值的平均值超过第二阈值时，判定周围温度变化异常。

电机温度估算装置可根据预定等式来估算电机温度。

通过以上构造，不需要安装用于测量机床的周围温度的温度检测器，所以不受冷却液、切屑等的影响，故而能在不降低周围温度检测的可靠性的情况下以低成本来检测周围温度变化。

附图说明

图1是表示构成本发明实施例的机床的主要部分的示意图。

图2a—2c是用于解释本发明的操作原理的的说明图。

图3是表示在本发明第一实施例中用于温度异常检测处理的运算规则的流程图。

图4是表示在本发明第二实施例中用于温度异常检测处理的运算规则的流程图。

具体实施方式

本发明通过使用检测电机温度的安装于电机内部的温度检测器来检测机床的周围温度变化，且没有用于测量机床周围温度的温度检测器。如果周围温度不变，则由电机温度检测器所检测的温度和从电机的驱动电流所得到的估算温度互相一致。

图2a表示由用于检测电机温度的温度检测器所检测的曲线温度(实线)Ts和在机床的周围温度没变化的状态下从电机驱动电流估算的温度(虚线)Tm。当在驱动电机后发热增大时，由温度检测器所检测的温度Ts和从驱动电路估算的温度Tm上升。两个温度实际上是同一温度。

如图2所示，虽然已检测温度Ts和已估算温度Tm在改变前为大体相同温度，但是当周围温度改变时，由温度检测器检测的温度Ts改变，且与已估算温度Tm相关的差值△T因周围温度变化而增加。

如果用于检测电机温度的温度检测器具有异常性，如图2c所示，则已检测温度Ts和已估算温度Tm之间的差值从电机开始驱动的点产生。这使得可以检测温度检测器异常。然而，如果当驱动电机时在温度检测器中出现异常，则温度差△T产生于其中部，如图2b所示，且可以在周围温度变化和温度检测器异常之间分辨出。然而，在任一情况下，都可获知出现异常。

将在下面描述本发明的几个实施例。

图1是表示构成本发明实施例的机床的主要部分的示意图。机床的硬件与现有机床相同，这样，只示意地描述其配置。与现有机床的不同是：用于检测在机床中检测周围温度变化用的和检测电机温度用的温度检测器的异常的软件储存于控制机床用的控制器的存储器中。

附图标记30表示机床机构，附图标记10表示控制机床机构30的数字控制器。数字控制器10具有处理器11并构成了CNC。经总线20连接到处理器11上的是存储器12例如ROM、RAM和非易失性RAM、由包括键盘、鼠标等的显示和输入装置构成的显示/输入装置13、完成机床的连续控制等的PC(可编程控制器)14、用于控制驱动机床的每个进给杆的伺服电机的轴控制电路(图1仅表示用于一个轴和伺服电机的轴控制电路)15、用于控制驱动主轴的主轴电机的主轴控制电路16、输入/输出电路17。伺服电机M经伺服放大器18连接到轴控制电路15。主轴电机32经主轴放大器19连接到主轴控制电路16。将从用于检测电机温度的温度检测器Se输出的已检测温度输入到输入/输出电路17，其位于机床的进给杆和主轴的各自电机31和32中。

处理器11根据储存于存储器中的系统程序来控制机床，并驱动控制主轴和进给杆的电机32和31以根据储存于存储器12中的加工程序来进行加工。每个杆的轴控制电路15根据从处理器11输出的运动指令、来自放置于每个伺服电机中的未示出的位置/速度检测器的位置和速度反馈、从位于伺服放大器18中的未示出的电流检测装置反馈的电流反馈If来实行位置、速度和电流环控制处理以通过使用伺服放大器18来驱动控制每个伺服电机31。主轴控制电路还根据从处理器11输出的运动指令、来自未示出的用于检测主轴位置和速度的位置编码器的反馈、从位于主轴放大器中的未示出的电流检测装置反馈的电流反馈If来实行位置、速度和电流环控制处理以通过使用主轴放大器19来驱动控制每个主轴电机32。每个轴伺服电机的控制和主轴电机的控制与现有控制相同。处理器11可经轴控制电路15和主轴控制电路16来读取来自每个电流检测装置电流反馈If。

图3是表示在本发明第一实施例中用于温度异常检测处理的运算规则的流程图。数字控制器10的处理器11在每个规定循环中完成图3所示的处理。在第一实施例中，主要检测周围温度变化。作为任一驱动机床进给杆的伺服电机和驱动主轴的主轴电机作为代表，且周围温度变化主要根据从电机的驱动电流估算的电机温度Tm和由放置于电机中的温度检测器Se所检测的温度Ts之间的差值来检测。

首先，读取由布置于电机(31或32等)上的温度检测器Se所检测的温度Ts(步骤a1)。而且，读取作为电机驱动电流的电流反馈If(步骤a2)。使用已读取的电流反馈If来计算发热量Q＝K·If²(步骤a3)。既然已知电机温度Tm是发热量Q的函数，那么通过在步骤a3中用发热量来替代计算公式Tm＝f(Q)以从发热量Q得到电机温度T以获取电机温度Tm(步骤a4)。根据从发热量Q获取电机温度Tm，电机温度Tm可通过从发热量Q得到线圈温度并根据用于从发热量得到线圈温度的函数来使线圈温度乘以系数而获取，其已由未审查日本专利申请出版物No.7—59399公开。

得到在步骤a4中得到的已估算电机温度Tm和步骤a1中检测的已检测温度Ts之间的差值的绝对值以作为温度差△T＝|Tm—Ts|(步骤a5)。

判定温度差△T是否等于或小于阈值α(步骤a6)。如果温度差△T等于或小于α，则电流循环的处理结束。接着，在每个规定循环中重复完成从步骤a1到步骤a6的处理。然而，如果步骤a6判定温度差△T超过阈值α，则发出警报，并告知周围温度变化等的警告显示于显示/输入装置13的银幕等上(步骤a7)。

在操作机床的情况下，步骤a7中输出的警报在操作中发出，如上所述，根据图2b中所示的周围温度变化来产生警报。警报产生通知操作者周围温度已改变。在于机床操作的初始阶段发出步骤a7中输出的警报的情况下，可以推断温度检测器有图2c所示的异常。

如上所述，选择电机中的一个作为代表，且周围温度变化可主要从固定于电机上的温度检测器所检测的温度Ts和从电机驱动电流(电流反馈)If估算的电机温度Tm来检测。从机床操作开始的初始阶段，可只在发出警报时怀疑和检测温度检测器异常。然而，如果温度检测器在机床操作中途有异常，则类似地发出警报，这产生了不能清楚分辨温度检测器异常和周围温度变化之间的警报的问题。

因此，关于驱动机床进给杆和主轴的两个电机，完成图3所示的温度异常检测处理。如果周围温度变化，则对于两个或多个电机，大体同时地由温度异常检测处理产生警报，这样，周围温度同时由异常。因此，当在电机中的任一个产生警报时，可检测到该特定电机的温度检测器具有异常。

例如，如果对于所有驱动机床进给杆和主轴的电机实施图3所示的温度异常检测处理，则在温度异常检测处理的任一个中发出警报的情况下，其它处理中不产生警报，从而可判定该特定电机的温度检测器异常。如果在其它电机的温度异常检测处理的绝大多数中发出警报，则其可被检测为周围温度变化。

图4是表示在本发明第二实施例中用于温度异常检测处理的运算规则的流程图。数字控制器10的处理器11在每个规定循环中完成图4所示的处理。在第二实施例中，用于检测电机温度的机床中的周围温度变化和温度检测器的异常相互区别地被检测。

第二实施例检测放置于用于驱动进给杆的伺服电机和主轴电机中的温度检测器的异常和周围温度变化。

首先，读取由布置于各电机上的温度检测器Se所检测的温度Tsi(其中i＝1、2…n，这意味着Ts1到Tsn)(步骤b1)。温度检测器和电机的数量是n。在下一步骤中，读取作为各电机驱动电流的电流反馈值Ifi(步骤b2)。使用已读取的电流反馈值Ifi来计算发热量Qi＝K·Ifi²(步骤b3)。基于发热量Qi，根据用于从发热量得到电机温度的计算等式来获取电机温度Tmi(步骤b4)。

得到在步骤b4中得到的已估算电机温度Tmi和步骤b1中检测的已检测温度Tsi之间的差值的绝对值以作为温度差△Ti＝|Tmi—Tsi|(步骤b5)。

判定温度差△Ti的最大值和最小值之间的差值是否等于或小于第一阈值β(步骤b6)。如果差值超过阈值β，则这意味着在已检测温度差△Ti中存在离散。当因此导致周围温度变化时，对于所有电机的温度差通过同等地承受周围温度的影响而大体变为同一温度差。这时，输出温度检测器异常的警报指示并显示于显示/输入装置13的银幕上(步骤b10)。这时，显示由所有温度检测器检测的已检测温度以可分辨有异常的温度检测器。

如果步骤b6判定温度差△Ti的最大值和最小值之间的差值等于或小于第一阈值β，则得到温度差△Ti的平均值△T’(＝∑ΔTi/n)(步骤b7)，并判定平均值△T’是否等于或小于第二阈值γ(步骤b8)。

如果平均值△T’等于或小于第二阈值γ，则电流循环的处理结束。然而，如果平均值△T’超过第二阈值γ，则输出周围温度变化的单个指示，且通知周围温度已变化的指示显示于显示/输入装置13的银幕上(步骤b9)。

如上所述，在第二实施例中，可以互相区分地检测用于检测电机温度和机床中周围温度变化的温度检测器的异常。

在上述实施例中的每一个中，从电流反馈If值中获取发热量Q，且通过用于从发热量Q得到电机温度Tm的计算公式可获取电机温度Tm。然而，也可以预先测量相对于从以前的电机驱动电流(电流反馈值)得到的每个发热量Q的电机温度Tm，在存储器12中提供的表中储存电机温度Tm以作为关于每个发热量Q的数据，并从表的储存数据获取电机温度Tm以取代通过计算公式从发热量Q来得到电机温度Tm，完成图3所示处理的步骤a4和完成图4所示处理的步骤b4。

Claims (5)

1.一种具有至少一个加工用驱动电机的机床，包括：

温度检测器，用于检测电机温度；

电流检测装置，用于检测电机的电流值；

电机温度估算装置，用于根据由所述电流检测装置所检测的电机的电流值来估算电机温度；和

异常检测装置，用于根据由所述温度检测器所检测的电机温度和由所述电机温度估算装置所估算的电机温度之间的比较，来检测周围温度变化的异常或所述温度检测器的异常。

2.根据权利要求1的机床，具有两个加工用驱动电机，

其中两个电机中的每一个都设有所述温度检测器、所述电流检测装置和所述电机温度估算装置，以及

所述异常检测装置获取两个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值，并且当两个所获差值都超过阈值时，判定周围温度变化异常，当仅有一个所获差值超过所述阈值时，判定温度检测器异常。

3.根据权利要求1的机床，具有多个加工用驱动电机，

其中多个电机中的每一个都设有所述温度检测器、所述电流检测装置和所述电机温度估算装置；以及

所述异常检测装置获取多个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值的绝对值，并且当所获绝对值的最大值和最小值之间的差值超过第一阈值时，判定温度检测器异常。

4.根据权利要求1的机床，具有多个加工用驱动电机，

其中多个电机中的每一个都设有所述温度检测器、所述电流检测装置和所述电机温度估算装置，以及

所述异常检测装置获取多个电机中的每一个的检测温度和估算温度之间的差值的绝对值，并且当所获绝对值的平均值超过第二阈值时，判定周围温度变化异常。

5.根据权利要求1的机床，其中所述电机温度估算装置根据预定等式来估算电机温度。

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