CN106181581B

CN106181581B - 机床的振动信息显示装置

Info

Publication number: CN106181581B
Application number: CN201610364832.0A
Authority: CN
Inventors: 安藤知治
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: US10228677B2; DE102016209080A1; US20160346891A1; JP2016224695A; JP6538430B2; CN106181581A

Abstract

提供一种机床的振动信息显示装置。通过在监视器瞬时显示颤振的信息，能够尽早地提示给离开了机床的操作者而使操作者了解加工异常。振动信息显示装置(10)具有：振动判定部(13)，其取得检测出颤振时的振动信息；机械动作判定部(16)，其取得检测出颤振时的机床的工作信息；存储部(15)，其存储所取得的振动信息和工作信息；以及显示控制部(18)，其将被存储于存储部(15)中的振动信息和工作信息显示在监视器(19)上，或者将被存储于存储部(15)中的振动信息与工作信息中包含的刀具刀尖的轨迹信息一并显示在监视器(19)上。

Description

机床的振动信息显示装置

技术领域

本发明涉及振动信息显示装置，用于在使刀具或者工件旋转着进行加工的机床中，显示与作为使加工面及刀具寿命恶化的原因之一的颤振有关的信息。

背景技术

在机械加工中，根据主轴旋转速度和进给速度等加工条件，有时产生颤振而使加工面恶化。并且，刀具由于颤振而受到损伤，也牵涉到刀具寿命的恶化。初始工件的加工条件是根据过去的实绩临时设定的，操作者一边确认临时设定的加工状况一边决定最终的加工条件。但是，为了削减生产准备所需要的成本，也存在对于如模具那样加工时间较长的部件，操作者不在旁边进行加工确认的情况。这样，在无人状态下使机械工作时，利用如专利文献1那样的技术，能够抑制通过自动变更主轴速度而产生的颤振。

另外，作为对在加工中产生的振动、和有无上述那样的自动变更主轴速度的动作等工作状况进行记录分析并通知的技术，例如已知有专利文献2～4。在专利文献2中具有：多个振动检测传感器，设置在通过旋转机械的旋转驱动而产生振动的多个部位；监视诊断装置，与所述振动检测传感器连接；警报通知单元，与所述监视诊断装置连接，在该监视诊断装置进行了异常诊断时输出警报。管理员在电子邮件或者构成所述警报通知单元的操作终端画面中对警报值振动等级进行消息显示。

在专利文献3中公开了如下的技术，在机床的附近或者与机床一体设置的NC装置中，将机床的工作信息和时刻信息进行组合作为一个日志数据，将一天量的所述日志数据作为每一天的日志文件记录在存储装置中，累计日志文件中的日志数据，将累计结果作为实绩信息文件记录在存储装置中，在显示单元显示日志文件及实绩信息文件的数据。并且，公开了日志数据包括日期、时间的数据、刀具号码、备注、主轴的旋转速度、进给速度、使用时间(例如从刀具更换指令到下一次刀具更换指令的时间：秒)、切削时间(例如，执行G01、G02、G03等进给指令的时间：秒)、快进时间(例如，执行G00等快进指令的时间：秒)等的数据。

在专利文献4中公开了工作履历管理装置，将旋转轴的旋转速度及频率区域的振动加速度存储为工作履历，并且不仅在旋转轴的旋转速度变化的情况下存储该工作履历，而且在频率区域的振动加速度的最大值超过了规定的阈值的情况下也存储该工作履历。由于能够将旋转轴的旋转速度的变化和颤振的产生状况关联起来进行存储，因而作业者能够关联起来掌握旋转轴的旋转速度和颤振的产生状况，成为有效抑制颤振的帮手。

另外，也已知利用所存储的工作履历，采用例如在非专利文献1“2008年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集《エンドミル加工における実験結果を利用した伝達関数の逆同定》”等记载的公知的方法，显示稳定临界线图。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2012－183596号公报

【专利文献2】日本特开2009－115481号公报

【专利文献3】日本特开平10－328976号公报

【专利文献4】日本特开2012－81562号公报

【非专利文献】

【非专利文献1】2008年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集《エンドミル加工における実験結果を利用した伝達関数の逆同定》名古屋大学倉田祐輔、鈴木教和、社本英二

发明内容

发明要解决的问题

专利文献2的发明在进行了异常诊断时向警报通知单元输出警报，管理员在电子邮件或者构成所述警报通知单元的操作终端画面上显示此时的振动等级。但是，在使刀具和工件相对移动而进行加工的机床中，需要明确在工件的哪个位置出现了异常并修正程序。因此，与旋转机械设备不同，也需要发生了异常的位置信息，因而信息不足。

专利文献3的发明虽然能够将一天量的工作信息记录为日志文件，并显示文件中的数据，但是需要从各种工作信息中提取有关加工异常的信息，存在工作信息分析花费时间的问题。并且，在操作者不亲临加工现场的情况下，在看到工作信息以前无法知道是否产生了颤振。

专利文献4的发明虽然能够使用所记录的工作信息提示稳定临界线图等颤振的对策，但是存在与专利文献3一样的问题，即在操作者不亲临加工现场的情况下，在看到工作信息以前无法知道是否产生了颤振。

因此，本发明的目的在于，提供机床的振动信息显示装置，通过在监视器瞬时显示颤振的信息，能够尽早地提示给离开了机床的操作者，将加工异常和工作信息一并通知给操作者。

为了达到上述目的，第1方面的发明是设于机床中的振动信息显示装置，该机床使刀具或者工件旋转而进行所述工件的加工，并且具有检测在该加工时产生的颤振的振动检测功能，该振动信息显示装置的特征在于，具有：监视器，其显示有关所述颤振的信息；振动信息取得单元，其取得在检测出所述颤振时的振动信息；工作信息取得单元，其取得在检测出所述颤振时的所述机床的工作信息；存储单元，其存储所取得的所述振动信息和工作信息；以及显示控制单元，其将被存储于所述存储单元中的所述振动信息和所述工作信息显示在所述监视器上，或者将被存储于所述存储单元中的所述振动信息与所述工作信息中包含的刀具刀尖的轨迹信息一并显示在所述监视器上。

第2方面的发明的特征在于，在第1方面的结构中具有能够抑制所检测出的所述颤振的振动抑制功能，所述显示控制单元将所述振动抑制功能的发挥状况合并到所述振动信息中并显示在所述监视器上。

第3方面的发明的特征在于，在第2方面的结构中具有向所述监视器进行输入的输入单元，当所述输入单元被操作时，所述显示控制单元显示有关所述颤振的抑制对策的画面。

第4方面的发明的特征在于，在第3方面的结构中，在将所述振动信息与所述刀具刀尖的轨迹信息一并显示在所述监视器上的情况下，所述显示控制单元在所述刀具刀尖的轨迹上显示所述颤振的产生位置，当通过所述输入单元选择该产生位置时，将与所选择的所述产生位置处的所述颤振的抑制对策有关的画面显示在所述监视器上，并且能够通过所述输入单元变更所述画面的生成所需要的信息。

第5方面的发明的特征在于，在第4方面的结构中，能够通过所述输入单元选择所述刀具刀尖的轨迹上的所述颤振的多个产生位置，当通过所述输入单元选择多个所述产生位置时，将与所选择的所有的所述产生位置处的颤振的抑制对策有关的画面显示在所述监视器上。

发明效果

根据第1方面的发明，通过将机床的颤振的信息与工作信息一并瞬时显示在监视器上，对于在无人运转时产生的加工异常，能够尽早通知给返回到机械旁的操作者。并且，在这种情况下，能够掌握颤振产生的程序、刀具刀尖位置等。

根据第2方面的发明，除了第1方面的效果以外，还能够掌握机械是否进行了自动抑制颤振的动作。

根据第3方面的发明，除了第2方面的效果以外，还能够通过输入操作来显示与颤振的抑制对策有关的画面，由此能够容易掌握振动对策信息并当场应对。因此，也能够尽快进行加工的最优化。

根据第4方面的发明，除了第3方面的效果以外，还能够当场设定画面生成所需要的信息，即使没有事前准备也能够马上参照对策。

根据第5方面的发明，除了第4方面的效果以外，还能够根据机械的特性和加工状况的变化，针对由于不同的原因而产生的颤振，掌握考虑了所有原因的对策。

附图说明

图1是振动信息显示装置的结构框图。

图2是主轴外壳的侧视图。

图3是主轴外壳的主视图(仰视图)。

图4是工作信息及振动信息等的取得控制的流程图。

图5是所取得的工作信息及振动信息的说明图。

图6是监视器的显示画面的说明图。

图7是在刀尖轨迹上示出颤振信息的监视器的显示画面的说明图。

图8是显示了稳定临界线图的监视器显示画面的说明图。

图9是在刀尖轨迹上示出颤振信息的监视器的显示画面的变更例的说明图。

图10是显示了稳定临界线图的监视器显示画面的变更例的说明图。

标号说明

1刀具外壳；2a～2c振动传感器；3主轴；10振动信息显示装置；11FFT运算装置；12NC装置；13振动判定部；14最佳旋转速度运算部；15存储部；16机械动作判定部；17程序解释部；18显示控制部；19监视器

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是示出机床的振动信息显示装置的一例的结构框图，图2是机床的主轴外壳的侧视图，图3是主轴外壳的主视图(从轴向上的下侧观察的图)。

1在机床中表示具有主轴3的主轴外壳，使被保持在主轴3上的刀具旋转，对放置在下方的工作台上的工件进行加工。在该主轴外壳1设有加速度传感器即振动传感器2a～2c，作为检测在设为可围绕C轴线旋转的主轴3上产生的时间区域的振动(时间轴上的振动)的单元。为了检测互为直角的方向上的振动信息，振动传感器2a～2c以如下状态安装在主轴外壳1上，即能够检测相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向上的时间区域的振动信息的状态。

振动信息显示装置10由FFT运算装置11和NC装置12构成，FFT运算装置11根据由振动传感器2a～2c检测出的振动加速度进行傅里叶分析。

NC装置12具有作为振动信息取得单元的振动判定部13，对由FFT运算装置11进行了傅里叶分析的振动值(最大加速度)与操作者设定的阈值进行比较，判定是否产生了颤振。在该振动判定部13判定为振动值超过阈值且振动变化率超过了设定值时，其振动频率被发送给最佳旋转速度运算部14。最佳旋转速度运算部14利用如专利文献1那样的公知技术计算抑制颤振的最佳的主轴旋转速度并自动变更。在该最佳旋转速度的计算中需要刀具的刃数Z，由操作者预先输入。

并且，在振动值超过阈值且振动变化率超过了设定值的情况下，振动判定部13将振动值存储在作为存储单元的存储部15中，并且对作为工作信息取得单元的机械动作判定部16发出指示，使得向存储部15发送机械的工作信息。在此，机械的工作信息包括时刻、程序名、程序的执行代码、刀尖位置、刀具号码、主轴旋转速度、进给速度、工件原点、刀具长度、机械坐标等。机械动作判定部16从由操作者输入程序的程序解释部17取得程序名和执行代码，监视设于机床的检测器等，取得主轴旋转速度、进给速度、刀具刀尖的轨迹信息等。

这样在工作信息与振动值一起被存储在存储部15中时，作为振动信息通过作为显示控制单元的显示控制部18被显示在监视器19中，监视器19是在NC装置12标准装备的，用于显示NC程序和机械的当前位置等。该振动信息也被记录在外部存储装置20中。并且，显示控制部18也能够将振动信息与刀具刀尖的轨迹一起显示在监视器19中，在操作者有要求的情况下，也能够显示在最佳旋转速度运算部14使用振动信息计算出的最佳速度的结果。

根据图4的流程图说明到在如上所述构成的振动信息显示装置10中的监视器19显示振动信息为止的步骤。

首先，通过机械动作判定部16取得当前的主轴旋转速度，通过FFT运算装置11取得当前的振动值(S11)。然后，在振动判定部13将操作者预先设定的阈值和通过FFT运算装置11得到的振动进行比较(S12)，在检测出的振动小于阈值的情况下，返回到S11。当在S12中所检测出的振动大于阈值的情况下，监视预先设定的每单位时间的振动的变化率。即，判定振动变化率是否超过了预先设定的值，在未超过时，待机到超过为止(S13)。并且，在振动变化率超过了设定值的情况下，向机械的工作信息添加该时刻的振动值和振动抑制功能的发挥状况(有无通过最佳旋转速度运算部14变更为最佳旋转速度以及有变更时的结果)并记录在存储部15中(S14)。

其结果是形成如图5所示的记录数据。一条记录数据由时刻、程序名、程序的执行代码、刀具刀尖位置、刀具号码、主轴旋转速度、振动值等构成。当生成该数据时，如图6所示通过显示控制部18在监视器19的画面的最前面生成新的窗口，并显示数据的内容。该窗口一直持续显示到在作为触摸屏(输入单元)的监视器19上按下“确定”按钮(即使是切断了机械的电源后再次接通)为止。

在此，当按下“对策”按钮时，显示控制部18利用例如上述非专利文献1(公开了根据颤振频率进行逆识别来识别模态参数的方法)的技术，生成图8所示的稳定临界线图，并显示为与颤振的抑制对策有关的画面。此时，刃数等生成稳定临界线图所需要的信息的设定项目能够在该画面中进行设定，即使不预先设定各项目也能够显示稳定临界线图。因此，操作者能够根据当前的旋转速度识别稳定裕度是否比较大，容易掌握对颤振的抑制有效的对策(可以变更为稳定裕度较大的高速旋转侧或者低速旋转侧的那一方)。

另一方面，也可以如图7所示在监视器19显示刀具刀尖的轨迹，并且在该轨迹上相关联地显示记录数据，以代替图6的显示。在此，利用记号识别有无产生颤振和有无颤振抑制动作，并配置在轨迹上。因此，通过操作者选择各个记号并按下作为输入单元的“对策”按钮，如图8所示显示有关所选择的加工部位的稳定临界线图，因而同样能够掌握对颤振的抑制有效的对策。

但是，在加工部位是在分开的两处位置的情况下，刀具刀尖的轨迹的显示例如图9所示。其中在部位1和部位2分别产生颤振，但由于加工位置不同，因而机械特性变化，也存在稳定临界线图因部位1和部位2而不同的情况。但是，基于利用相同的刀具进行加工等理由，存在需要使两者的加工条件一致的情况。因此，通过使在所选择的所有的点统一显示对策，显示考虑了部位1和部位2各自的颤振的对策的比图8复杂的图10的稳定临界线图。

这样，根据上述方式的振动信息显示装置10，具有：振动判定部13，其取得被检测出颤振时的振动信息；机械动作判定部16，其取得被检测出颤振时的机床的工作信息；存储部15，其存储所取得的振动信息和工作信息；以及显示控制部18，其将被存储于存储部15中的振动信息和工作信息与振动抑制功能的发挥状况一并显示在监视器19中，或者将被存储于存储部15中的振动信息与振动抑制功能的发挥状况以及工作信息中包含的刀具刀尖的轨迹信息一并显示在监视器19中，由此能够将机床的颤振的信息与工作信息一并瞬时显示在监视器19中。因此，对于在无人运转时产生的加工异常，能够尽早通知返回到机械旁的操作者。并且，在这种情况下，能够掌握机械是否进行了自动抑制颤振的动作、颤振产生的程序、刀具刀尖位置等。

尤其是，在触摸操作监视器19的“对策”按钮时，显示控制部18显示与颤振的抑制对策有关的稳定临界线图，因而能够容易掌握振动对策信息并当场应对。因此，也能够尽快进行加工的最优化。

并且，在将振动信息与振动抑制功能的发挥状况以及刀具刀尖的轨迹信息一并显示在监视器19上的情况下，显示控制部18在刀具刀尖的轨迹上显示颤振的产生位置，在选择操作该产生位置时，将与所选择的产生位置处的颤振的抑制对策有关的稳定临界线图显示在监视器19上，并且能够在监视器19上变更稳定临界线图的生成所需要的刃数等信息。因此，也能够当场设定稳定临界线图的生成所需要的信息，即使没有事前准备也能够马上参照对策。

另外，能够在监视器19上选择多个刀具刀尖的轨迹上的颤振的产生位置，当选择操作多个产生位置时，在监视器19上显示与所选择的所有产生位置处的颤振的抑制对策有关的稳定临界线图，因而能够根据机械的特性和加工状况的变化，针对由于不同的原因而产生的颤振，掌握考虑了所有原因的对策。

另外，在上述方式中，作为进行振动检测的单元，采用了振动传感器，但也能够采用送话器、位置/旋转检测器、主轴/进给轴电机的电流。在上述方式中与振动的阈值和振动变化率的设定值双方进行比较来判定颤振的产生，但也可以仅与阈值进行比较。并且，即使是不具有振动抑制功能的机床，通过显示振动信息及工作信息、刀具刀尖的轨迹信息，也能够迅速掌握加工异常。

另外，作为工作信息取得单元，除NC装置内的机械动作判定部以外，也可以构成为，例如通过与外部存储装置和NC装置连接的网络将工作信息输出给外部的运算装置，在该运算装置进行加工状态的分析，将分析结果通过该网络发送给NC装置。

Claims

1.一种机床的振动信息显示装置，其被设置于机床中，该机床使刀具或者工件旋转而进行所述工件的加工，并且具有检测在该加工时产生的颤振的振动检测功能，该振动信息显示装置的特征在于，具有：

监视器，其显示与所述颤振有关的信息；

振动信息取得单元，其取得在检测出所述颤振时的振动信息，且在振动信息的值超过阈值且振动变化率超过了设定值时，将所述振动信息发送给最佳旋转速度运算单元，其中，该振动变化率是预先设定的每单位时间的振动的变化率；

所述最佳旋转速度运算单元，其利用所述振动信息计算抑制所述颤振的最佳的主轴旋转速度并自动变更；

工作信息取得单元，其取得在检测出所述颤振时的所述机床的工作信息；

存储单元，其存储所取得的所述振动信息和工作信息；以及

显示控制单元，其将存储于所述存储单元中的所述振动信息和所述工作信息显示在所述监视器上，或者将存储于所述存储单元中的所述振动信息与所述工作信息中包含的刀具刀尖的轨迹信息一并显示在所述监视器上，

所述振动信息显示装置具有能够抑制所检测出的所述颤振的振动抑制功能，所述显示控制单元将所述振动抑制功能的发挥状况合并到所述振动信息中并显示在所述监视器上，其中，所述振动抑制功能的发挥状况是有无通过所述最佳旋转速度运算单元变更为最佳的主轴旋转速度以及有变更时的结果。

2.根据权利要求1所述的机床的振动信息显示装置，其特征在于，

所述振动信息显示装置具有向所述监视器进行输入的输入单元，当所述输入单元被操作时，所述显示控制单元显示与所述颤振的抑制对策有关的画面。

3.根据权利要求2所述的机床的振动信息显示装置，其特征在于，

在将所述振动信息与所述刀具刀尖的轨迹信息一并显示在所述监视器上的情况下，所述显示控制单元在所述刀具刀尖的轨迹上显示所述颤振的产生位置，当通过所述输入单元选择该产生位置时，将与所选择的所述产生位置处的所述颤振的抑制对策有关的画面显示在所述监视器上，并且能够通过所述输入单元变更所述画面的生成所需要的信息。

4.根据权利要求3所述的机床的振动信息显示装置，其特征在于，

能够通过所述输入单元选择所述刀具刀尖的轨迹上的所述颤振的多个产生位置，当通过所述输入单元选择多个所述产生位置时，将与所选择的所有的所述产生位置处的颤振的抑制对策有关的画面显示在所述监视器上。