CN103901817B - 机床的负载显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的负载显示装置，从驱动控制机床的轴驱动控制部按预定时间取得机床的各轴的机械坐标值以及各轴的负载值。并且，根据所取得的各轴的按各预定时间的机械坐标值、和机床的机械结构的信息，计算出工具前端部的三维坐标值从而求出工具轨迹。并且，在将该工具轨迹显示到显示装置时，在其工具轨迹上显示按预定时间存储的各轴的负载值的矢量。

Description

机床的负载显示装置

技术领域

本发明涉及机床的负载显示装置，其通过将机床各轴的负载的大小和方向作为矢量同时显示到显示画面所显示的加工中的工具轨迹上，能够视觉确认工具的路径中的负载的大小和方向的推移。

背景技术

在具有机械状态监视功能的数值控制装置中，能够在加工程序运转中的任意时刻记录该数值控制装置的状态。当在能够进行该机械状态监视的数值控制中检测出马达的异常负载时，通过对那时的机械状态进行记录来调查研究产生了异常负载的原因。

作为将工具前端部的位置和加工时的位置偏差对应起来显示的方法，通过日本特开2011-22688号公报公开了视觉捕捉工具轨迹与针对各轴的波形数据中的时间轴上的位置的对应点。另外，作为负载信息的使用方法，通过日本特开2009-116745号公报公开了将加工的模拟（simulation）和负载信息对应起来进行显示。

在通过数值控制装置来进行加工时，存在这样的情况：由于主轴的碰撞而使机械或者被加工物破损。为了查明其原因，需要利用机械状态监视来确认机械的状态。但是，对于表示机械的状态的数值，如果仅是简单地显示某个瞬间的数值，很难识别实际上发生了什么事，难以确定原因。即使通过时序来显示一个机械的状态，也难以只从该信息中而识别出完成了什么加工。

在所述的日本特开2011-22688号公报中，作为将坐标和机械信息对应起来进行显示的方法，提出将工具前端点的三维轨迹、位置偏差信息以及转矩指令对应起来进行显示，但是这里被处理的信息只是与工具的坐标相关的信息和转矩指令，并非表现针对主轴在什么方向施加了多大的力的信息。另外，所述的日本特开2009-116745号公报所公开的技术是将负载信息表现为数值，而不是表现施加了来自哪个方向的力。

因此，鉴于上述以往技术的问题点，本发明的目的在于提供一种机床的负载显示装置，该机床的负载显示装置具有如下功能：通过在显示画面上将负载的大小和方向作为矢量显示到加工中的工具轨迹上，能够视觉确认工具的路径中的负载的大小与方向的推移，能够容易地确定异常负载的原因和地方。

发明内容

本发明涉及机床的负载显示装置，该机床通过执行加工程序并驱动各轴来使工具相对于被加工物相对移动。所述负载显示装置显示所述机床的负载，所述负载显示装置具有：数据取得单元，其按预定时间取得并存储所述机床的各轴的机械坐标值以及各轴的负载值；工具轨迹显示单元，其根据所述数据取得单元取得的各轴的按各预定时间的机械坐标值、和所述机床的机械结构的信息，计算出所述工具前端部的三维坐标值，并显示工具轨迹；以及负载显示单元，其在通过所述工具轨迹显示单元显示出的所述工具轨迹上，以矢量来显示按所述预定时间存储于所述数据取得单元的针对各轴的负载值。

所述机床是通过三个直线轴和两个旋转轴来控制工具相对于安装在工作台的被加工物的位置和方向而进行加工的多轴加工机，并且，所述负载显示单元能够在所述工作台上定义的工作台坐标系中以矢量显示所述工具轨迹以及所述负载值。

所述负载显示单元所显示的负载值能够为所述机床的各轴的负载电流。

所述负载显示单元所显示的负载值能够为从安装于所述机床的主轴的冲击传感器取得的与主轴相关的三个轴方向的振动值。

所述负载显示单元能够对所述各轴的负载值的合成矢量进行显示。

所述工具轨迹显示单元能够根据所述负载的大小或根据所述负载的合成矢量的角度的变化来变更工具轨迹的颜色。

所述负载显示装置能够为控制所述机床的数值控制装置所具有的显示装置。

所述负载显示装置能够为个人计算机的显示装置。

所述数据取得单元能够在取得所述各轴的坐标值以及负载值的同时，取得执行中程序的块编号，另一方面，所述工具轨迹显示单元将与所述矢量对应的所述块编号连同所述矢量一起进行显示。

由于本发明涉及的负载显示装置具有以上的结构，因此通过在显示画面上将负载的大小和方向作为矢量显示到加工中的工具轨迹上，能够视觉确认工具的路径中的负载的大小与方向的推移，由此能够准确且快速地进行加工中产生有异常负载时的原因的掌握以及地方的确定，另外，在加工存在精度不良时能够容易地确认主轴有没有产生异常负载。

附图说明

从参照附图的以下的实施例的说明中来明确本发明的所述的、其他目的以及特征。这些图中：

图1是概略表示构成本发明涉及的机床的负载显示装置、控制机床的数值控制装置的结构的方框图。

图2是对本发明涉及的机床的负载显示装置的第1实施方式进行说明的图，机床的负载显示装置具有的工具轨迹显示功能由设置于控制该机床的数值控制装置的显示部来执行。

图3是对本发明涉及的机床的负载显示装置的第2实施方式进行说明的图，机床的负载显示装置具有的工具轨迹显示功能由与控制该机床的数值控制装置连接的外部设备来执行。

图4是图1的显示装置所显示的工具轨迹和与其对应的块编号、以及从各驱动轴得到的直线轴的负载矢量的显示例。

图5是表示本发明涉及的机床的负载显示装置执行的显示处理的算法的流程图，当负载电流值的合成矢量的大小比设定的阈值大时，变更工具轨迹的显示属性。

图6是表示本发明涉及的机床的负载显示装置执行的显示处理的算法的流程图，根据振动值来选择显示属性。

图7是表示图1的显示装置所显示的、工具轨迹与各直线轴的负载电流值的坐标系矢量的显示例的图。

图8是表示图1的显示装置所显示的、工具轨迹与各直线轴的负载电流值的矢量的显示例的图。

图9是表示图1的显示装置所显示的、工具轨迹、各直线轴的负载电流值的合成矢量以及旋转轴的负载电流值的显示例的图。

具体实施方式

本发明涉及的机床的负载显示装置能够通过控制该机床的数值控制装置构成。因此，使用图1的方框图来说明该数值控制装置的结构。

作为处理器的CPU111根据存储于ROM112的系统程序来控制数值控制装置10整体。在RAM113中存储有各种数据以及输入输出信号。在非易失性存储器114中，后述的位置信息、速度信息、加速度信息、位置偏差、转矩指令、负载电流值、以及振动值各信息被按照取得这些信息的时间信息按时序进行存储。在电源切断后，存储于该非易失性存储器114中的各种数据继续被保持。

图形控制电路115将数字信号变换为显示用的信号，并提供给显示装置116。键盘117是具有数值键、文字键等用于输入各种设定数据的单元。CPU111通过处理所述各信息，将安装于机床20的工具的工具轨迹和与其轨迹对应的所述各信息显示到显示装置116。

轴控制电路118从CPU111接收机床的各轴的移动指令，并将各轴的指令输出给伺服放大器119。该伺服放大器119接收来自轴控制电路118的移动指令，并对设置于机床20的伺服马达21进行驱动。这些结构要素通过总线121彼此结合。在对设置于机床20的各进给轴进行驱动的伺服马达21中，内置有位置检测装置22，位置检测装置22检测出的位置检测信号被作为位置反馈信号经信号路径（省略图示）输出给轴控制电路118。

可编程机床控制器（PMC）122在执行加工程序时经由总线121收到T功能信号（工具选择指令）等。然后，通过顺序程序（sequence program）来对该信号进行处理并作为动作指令输出，来控制机床20。另外，PMC122从机床20接收状态信号，并将所需的输入信号转发给CPU111。

另外，总线121与软件键123、和接口124连接，所述软件键123的功能根据系统程序等而变化，所述接口124将NC数据输送给存储装置等。该软件键123与显示装置116以及键盘117一起被设置于显示装置/MDI面板125。

图2是对本发明涉及的机床的负载显示装置的第1实施方式进行说明的图，机床的负载显示装置具有的工具轨迹显示功能由设置于控制该机床的数值控制装置的显示部来执行。

如图2所示，数值控制装置10具有：轴驱动控制部11、数据取得部12、以及显示部13。机床20具有驱动进给轴（X、Y、Z、A、B轴）的伺服马达21x、21y、21z、21A、21B。伺服放大器（省略图示）通过来自数值控制装置10的轴驱动控制部11的转矩指令被控制，伺服马达21x、21y、21z、21A、21B被伺服放大器（省略图示）驱动。

另外，在各伺服马达21x、21y、21z、21A、21B中各自设置有位置检测装置22x、22y、22z、22A、22B，各伺服马达21x、21y、21z、21A、21B的位置信息被从位置检测装置22x、22y、22z、22A、22B反馈到轴驱动控制部11。这些伺服马达中的、伺服马达21x、21y、21z是直线轴用的伺服马达，伺服马达21A、21B是旋转轴用的伺服马达。

轴驱动控制部11，通过从对数值控制装置10的加工程序进行解析并处理的数值控制部（未图示）指示的移动指令、和从伺服马达21反馈的位置信息Sa，来进行：各驱动轴的速度信息Sb、加速度信息Sc、和转矩指令Se的计算；与伺服放大器（省略图示）相关的负载电流值Sf的取得；以及从装配于各主轴马达的冲击传感器（省略图示）取得振动值Sg，轴驱动控制部11将这些计算出和所取得的信息与所述反馈的位置信息Sa一起输出给数据取得部12。另外，由于该位置信息Sa、速度信息Sb、加速度信息Sc、转矩指令Se、负载电流值Sf、振动值Sg是在控制机床的数值控制装置中以往就算出或者取得的信息，所以省略这些算出或者取得的方法等。

数据取得部12按各时间同时取得来自轴驱动控制部11的各信息。另外，也可以是，数据取得部12按各时间同时取得来自轴驱动控制部11的各信息，并且取得在数值控制装置10内能够取得的加工程序的执行中的块编号。这些所取得的信息记录于存储器（图示省略）。显示部13根据通过数据取得部12取得的信息，将工具前端部的三维的移动轨迹（工具轨迹）连同直线轴（X、Y、Z轴）的负载电流值的各轴或者合成矢量以及/或者这些直线轴的振动值的各轴或者合成矢量一起进行显示。另外，该显示装置13除了显示所述工具轨迹、所述合成矢量之外，还可以显示与所述工具轨迹对应的块编号。

机床20是通过三个直线轴（X、Y、Z轴）和两个旋转轴（A、B轴）对工具相对于安装在工作台（未图示）的被加工物的位置和方向进行控制而进行加工的多轴加工机。并且，在显示部13中，在所述工作台上定义的工作台坐标系中显示工具前端部的轨迹、和以矢量表示所述负载值的坐标系矢量。

图3是对本发明涉及的机床的负载显示装置的第2实施方式进行说明的图，机床的负载显示装置具有的工具轨迹显示功能由与控制该机床的数值控制装置连接的外部设备来执行。

数值控制装置10具有：轴驱动控制部11、和数据通信部14。外部设备30具有：数据通信部31、数据取得部32、以及显示部33。外部设备30例如是个人计算机。在该个人计算机的显示装置以矢量来显示工具轨迹和按各轴的负载值。

图4是图1的显示装置116所显示的工具轨迹和与其对应的块编号、以及从各驱动轴得到的直线轴的负载矢量的显示例。在该显示例中，按各轴的负载电流值的负载矢量与工具轨迹一起被进行XYZ三维显示。在工具轨迹上所写的三位数的各数值（174、175、268、269、272、273、276、277、280、281、284、288、292、312、313）是各终点处的块编号。

在本发明的一实施方式具有这样的功能：对于直线轴的负载电流值以及/或者直线轴的振动值，根据其负载矢量的大小、本次取得的合成矢量与上一次取得时的合成矢量所形成的角度的大小，来变更合成矢量和工具轨迹的显示属性（颜色、粗细、背景颜色）（参照图5、图6的流程图的处理）。像这样，通过根据状态来变更显示属性能够容易地目视确认在工具轨迹的哪个部分产生了异常负载。

另外，在图4中，符号50、51、52、53表示线的颜色。负载小的符号50是蓝色显示，负载为中等程度的符号51是淡蓝色显示，负载略重的52是黄色显示，负载重的53是红色显示。

接下来，为了决定在显示装置显示合成矢量和工具轨迹时的显示属性，对将负载电流值的大小作为阈值来进行计算的方法进行说明。

<负载电流值>

对X、Y、Z轴是直线轴的加工机进行考虑。设时间t时的、3个轴的坐标为x（t）、y（t）、z（t），与这三个轴相关的负载电流值分别为F x（t）、Fy（t）、Fz（t）。此时，以下述式子（1）来表示与主轴相关的负载电流值的合成矢量F（t），能够计算出与主轴相关的负载电流值的大小。

图5是表示本发明涉及的机床的负载显示装置执行的显示处理的算法的流程图。

在该图5的流程图所示的处理中，当负载电流值的合成矢量的大小（以及其合成矢量与上一次取得的合成矢量所形成的角度）比所设定的阈值大时，变更工具轨迹的显示属性。关于该处理，例如通过由数值控制装置10控制的机床20来开始被加工物的加工，能够取得各时序数据，并且开始执行。以下，按照各步骤来进行说明。

[步骤SS100]取得时间信息t、与时间t对应的各轴的位置信息Sa以及负载电流值Sf。

[步骤SS101]计算出时间信息t时的工具前端部的三维坐标。

[步骤SS102]计算出时间信息t时的负载电流值的合成矢量。

[步骤SS103]对负载电流值的合成矢量的大小以及该合成矢量与上一次取得的合成矢量形成的角度是否分别比预先设定的阈值小进行判断，当判断为小时，向步骤SS104转移，当判断为不小时向步骤SS105转移。

[步骤SS104]以通常的显示属性将工具轨迹与那时的负载电流值的合成矢量显示到三维坐标中。

[步骤SS105]以与通常不同的显示属性将工具轨迹与那时的负载电流值的合成矢量显示到三维坐标中。

[步骤SS106]对机床装置对被加工物的加工是否结束，或者是否存在显示结束的信号进行判断，当判断为是时结束处理，判断为否时向步骤SS107转移。

[步骤SS107]等到用于显示到显示装置的预定时间经过，在时间经过之后返回到步骤SS100，继续处理。

接下来，对如下的实施方式进行说明：在决定将工具轨迹显示到显示装置时的显示属性时，将合成矢量的角度的变化（本次取得的负载电流值的合成矢量与上一次取得的合成矢量形成的角度）与预先设定的阈值相比较，判断是否改变显示属性。

<合成矢量与合成矢量形成的角度>

设时间信息t的前一个取得时的时间为t’。以下述式子（2）来表示那时（时间t’）的合成矢量F（t’）。

并且，设在时间t时的合成矢量的F（t）（参照所述式子（1））与在时间t’时的合成矢量形成的角度为θ，则下述式子（3）成立。

图6是表示本发明涉及的机床的负载显示装置执行的显示处理的算法的流程图，根据振动值来选择显示属性。振动值具有这样的优点：能够使用冲击时的直接数据。

对于该图6的流程图所示的处理，只对与图5所示的流程图所示的处理不同的地方进行说明。

在步骤ST100中，将振动值Sg和位置信息Sa一起取得。在步骤ST102中，计算出在步骤ST100中取得的与主轴相关的X、Y、Z三个轴方向的振动值的合成矢量。然后，在步骤ST103中，将步骤ST102中计算出的合成矢量的大小、本次取得的振动值的合成矢量与上一次取得的合成矢量所形成的角度分别与预先设定的阈值进行比较。

图7表示图1的显示装置116所显示的、工具轨迹与各直线轴（驱动轴）的负载电流值的坐标系矢量的显示例。这里显示的负载电流值的坐标系矢量关于直线轴三个轴直接以矢量来显示当时的施加于马达的负载的大小与方向。因此，某时间t时的X_t、Y_t、Z_t与其他时间t’时的X_t’、Y_t’、Z_t’矢量的方向不同。另外，在加工中存在有旋转轴，但是关于旋转轴的负载的信息不进行显示。

图8表示图1的显示装置116所显示的、工具轨迹与各直线轴（驱动轴）的负载电流值的矢量的显示例。这里显示的各直线轴（驱动轴）的负载电流值的矢量是将各轴的矢量量即负载变换为预定坐标系（X、Y、Z），并按各X、Y、Z轴进行加合而得到的。另外，在加工中存在有旋转轴，但是关于旋转轴的负载的信息不进行显示。

图9表示图1的显示装置116所显示的、工具轨迹、各直线轴的负载电流值的合成矢量以及旋转轴的负载电流值的显示例，直线轴的负载电流值的合成矢量连同工具轨迹一起被进行XYZ三维显示，旋转轴的负载电流值通过环状箭头被显示。这里显示的所谓各直线轴的负载电流值的合成矢量是将与各直线轴相关的矢量量即负载合成为一个而得到的。

时间t时的工具轨迹X（t）使用直线轴的机械坐标值x（t）、y（t）、z（t）、旋转轴的坐标值α（t）、β（t），通过下述式子（4）来计算出来。

在本发明的一实施方式中，具有这样的功能：对于直线轴的负载电流值以及/或者振动值，根据这些矢量的大小、和当前取得的合成矢量与上一次取得时的合成矢量之间的角度的大小，来变更显示属性（颜色、粗细、背景颜色）。另外，具有这样的功能：对于旋转轴的负载电流值以及/或者振动值，根据当前取得的合成矢量的大小与上一次取得时的合成矢量的大小之间的差，来变更图的显示属性（颜色、粗细、背景颜色）。通过在这样的状态下对显示属性进行变更，能够容易地目视确认在工具轨迹的哪个部分产生了什么样的力。

Claims (7)

1.一种多轴机床的负载显示装置，该多轴机床具有：三个直线轴，其针对安装于工作台的工件至少控制工具相对于所述工件的位置；以及处于从所述工具向工作台的机械结构上的轴顺序的第一旋转轴和第二旋转轴两个旋转轴，该多轴机床通过执行加工程序并驱动各轴，来控制工具相对于所述工件的位置和方向从而加工所述工件，其特征在于，

所述多轴机床的负载显示装置具有：

数据取得单元，其按预定时间取得并存储所述各轴的机械坐标值以及各轴的负载值；

工具轨迹显示单元，其根据所述取得的各轴的按各预定时间的机械坐标值和所述多轴机床的机械结构的信息，计算出所述工具的前端部的三维坐标值，并显示工具轨迹；以及

负载显示单元，其以各轴的负载电流的矢量、或者从安装于主轴的冲击传感器取得的施加给主轴的三个轴方向的振动值的矢量，在所述工具轨迹上显示按所述预定时间存储的针对各轴的负载值，

针对在所述工作台上定义的工作台坐标系中直线轴的负载电流值或者振动值，所述负载显示单元根据按所述预定时间存储的针对各轴的负载电流值或者振动值，按所述预定时间生成三个直线轴的负载电流值或者振动值的合成矢量，针对各个所述合成矢量，根据该合成矢量的大小、以及该合成矢量与相对于该合成矢量的前一个时间的合成矢量所成角度的大小，变更显示属性，此外，关于旋转轴，根据按所述预定时间存储的针对各轴的负载电流值或者振动值，按所述预定时间生成将两个旋转轴的负载值合成而得的负载值，针对各个所述合成而得的负载值，根据该合成而得的负载值的状态，变更表示所述旋转轴的负载值的环状箭头的显示属性，从而显示以矢量来表示所述前端部的轨迹和所述负载值的坐标系矢量。

2.根据权利要求1所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述负载显示单元对所述各轴的负载值的合成矢量进行显示。

3.根据权利要求1或2所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述工具轨迹显示单元根据所述负载值的大小来变更工具轨迹的颜色。

4.根据权利要求1或2所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述负载显示装置是数值控制装置的显示装置。

5.根据权利要求1或2所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述负载显示装置是个人计算机的显示装置。

6.根据权利要求1或2所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述数据取得单元在取得所述各轴的坐标值以及负载值的同时，取得执行中程序的块编号，

所述负载显示单元将与所述矢量对应的所述块编号连同所述矢量一起进行显示。

7.根据权利要求1所述的多轴机床的负载显示装置，其特征在于，

所述显示属性是颜色、粗细、背景颜色。