CN106312687B

CN106312687B - 机床的主轴负载监视装置

Info

Publication number: CN106312687B
Application number: CN201610456946.8A
Authority: CN
Inventors: 安藤知治
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: JP2017013187A; US9839982B2; DE102016212023A1; JP6637687B2; CN106312687A; US20170001279A1

Abstract

提供一种机床的主轴负载监视装置，该主轴负载监视装置能够简单地掌握主轴的负载状态而不必预先设定加工负载等。在将具有多个刀刃的刀具(3)安装在主轴(6)上、使刀具(3)与主轴(6)一同旋转来对被加工件进行加工的机床上，NC装置(11)具备：检测主轴(6)的负载的主轴负载检测部(17)；以及主轴负载处理部(18)，其将由主轴负载检测部(17)检测出的主轴负载的时间变化转换为该主轴负载相对于主轴旋转角度的变化，并利用极坐标系将转换后的主轴负载的值显示于显示画面(19)上。

Description

机床的主轴负载监视装置

技术领域

本发明涉及一种在机床上用于监视对主轴的负载的主轴负载监视装置，所述机床一边使安装于主轴的刀具旋转一边进行工件加工。

背景技术

在使刀具旋转来对工件进行切削加工的机床上，当刀具产生损伤时，产生不能使工件加工成希望的形状的加工不良情况。而且，如果由于刀具损伤，进给轴在不能去除工件的状况下持续动作，则导致刀具与工件碰撞的状况，机床遭受损伤。因此一般进行如下操作：在NC装置的监视器上显示被认为最能表示刀具状态的主轴电机的负载，机床操作员判断切削状态的好坏，机床监视主轴负载，停止进给轴等。

例如专利文献1中公开了如下的方法：将主轴电机的负载模拟显示于显示装置时，根据负载值，通过柱形图以颜色区分地显示成特定的区域。由此能够通过颜色直观地掌握负载的状态。专利文献2中公开了一种刀具寿命预测装置，其使用切削测力计求出加工负载的平均值，设定负载变动的容许值，在超过容许值的情况下输出异常信号。能够根据该异常信号的输出个数判断加工负载有无显著变化。专利文献3示出一种负载监视方法，其利用从主轴电机的负载电流值减去加减速时的电流而得的值的平均值进行刀具磨损的判定。此处设置电流值的上下限，通过与该值比较来判断异常，并向监视器输出消息。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭58-120455号公报

专利文献2：日本特开平5-329748号公报

专利文献3：日本特开平7-24694号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1的主轴电机的负载显示具有能够通过颜色判断负载值大小的优点，但颜色与刀具的状态之间没有关连性。因此，必须预先知道哪种颜色表示刀具损伤。此外，通常主轴负载由于主轴加减速时或加工中的瞬时负载上升等而存在波动。另一方面，也存在刀具状态的变化给主轴电机的负载带来的变化量微小的情况，因此难以通过柱形图读取。

此外，在专利文献2中，为了判断刀具异常必须预先设定负载变动，但例如难以在初始品的加工中设定该值。专利文献3也与专利文献2同样地必须预先设定用于判断异常的电流值。

因此，本发明的目的在于提供一种机床的主轴负载监视装置，其能够简单地掌握主轴的负载状态而不必预先设定加工负载等。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，技术方案1的发明是一种主轴负载监视装置，其用于在机床上显示主轴的负载，所述机床在主轴上安装有具备多个刀刃的刀具，使所述刀具与所述主轴一同旋转而对被加工件进行加工，

所述主轴负载监视装置的特征在于，具备：

主轴负载检测单元，其检测所述主轴的负载；

主轴负载转换单元，其将由所述主轴负载检测单元检测出的主轴负载的时间变化转换为该主轴负载相对于主轴旋转角度的变化；以及

显示控制单元，其利用极坐标系将由所述主轴负载转换单元转换后的主轴负载的值显示在显示画面上。

技术方案2的发明在技术方案1的结构中，其特征在于，所述主轴负载转换单元将所述主轴负载相对于所述主轴旋转角度的变化归一化，对其结果进行傅立叶级数展开，去除0阶成分和1阶成分，并且提取所述1阶成分的傅立叶系数和n阶成分的傅立叶系数，其中，n是刃数，所述显示控制单元将所述1阶成分的傅立叶系数作为刀具振摆回转的指标、所述n阶成分的傅立叶系数作为与刀刃的损伤有关的指标而分别显示于所述显示画面上。

技术方案3的发明在技术方案1或2的结构中，其特征在于，所述主轴负载监视装置还具备依次存储所述极坐标系的主轴负载的值的存储部，所述显示控制单元将所存储的所述主轴负载多个重叠地显示在所述显示画面上。

发明的效果

根据技术方案1的发明，不必事先试切削来掌握加工负载，而通过极坐标来显示主轴负载的变化，由此能够在视觉上简单地掌握主轴的负载状态。

根据技术方案2的发明，在上述效果的基础上，能够以数值表示刀具的振摆回转和损伤的程度，从而能够用于判断这次的加工是否正常。

根据技术方案3的发明，在上述效果的基础上，能够通过一个极坐标系同时显示多个结果，从而能够掌握基于时间变化的状态的变化等。

附图说明

图1是机床的结构框图。

图2是由立铣刀进行的槽加工的剖视图。

图3示出正常刀具中的主轴负载随时间经过的图像。

图4示出存在振摆的刀具中的主轴负载随时间经过的图像。

图5示出存在振摆、损伤且切削刃为1枚的刀具中的主轴负载随时间经过的图像。

图6是以1对主轴旋转角度中的主轴电机负载的变化量归一化后的实测图。

图7是示出通过极坐标显示主轴电机负载的变化量的例子的说明图。

图8是到显示主轴电机负载为止的计算处理的流程图。

图9是主轴负载监视器画面的说明图。

标号说明

1：主轴外壳；2：主轴电机；3：刀具；4：工件；5：工作台；6：主轴；11：NC装置；12：NC程序；13：程序解释部；14：函数生成部；15：进给轴控制部；16：主轴控制部；17：主轴负载检测部；18：主轴负载处理部；19：显示画面；20：存储部

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是示出机床的一例的结构框图。机床的主轴外壳1上具备能够利用主轴电机2旋转的主轴6，在主轴6的前端安装有刀具3。工作台5上固定有工件4，通过使工作台5移动来使刀具3与工件4相对移动，从而进行工件4的加工。

11是控制机床的NC装置，NC装置11通过存储的NC程序12使机床动作来进行工件4的加工，并且具有作为本发明的主轴负载监视装置的功能。

在NC装置11中，NC程序12由程序解释部13进行执行处理，解释机床控制命令，将针对控制主轴6、工作台5的进给轴的进给轴控制部15的目标位置指令和进给速度指令传递至函数生成部14，并且对控制主轴6的主轴控制部16输出旋转速度的指令。

17是作为主轴负载检测单元的主轴负载检测部，该主轴负载检测部17与主轴控制部16连接，与主轴旋转角度一并检测与主轴电机2的需要电力或需要扭矩相应的负载信号(主轴负载)。并且，在作为主轴负载转换单元及显示控制单元的主轴负载处理部18中，将检测出的主轴负载的时间变化转换为主轴负载相对主轴旋转角度的变化，并且对转换后的主轴负载进行傅立叶级数展开而进行切割特定的阶数成分、提取特定的阶数的傅立叶系数这样的处理，生成在显示画面19上显示的主轴负载监视器画面，并保存至存储部20。显示画面19为触摸板，此处能够进行如下操作：输入主轴负载处理部18中使用的刃数，变更主轴负载监视器画面。

此处使用图2至图5，对加工中产生的主轴负载进行说明。图2是用双刀刃的立铣刀进行槽加工的模式图。安装于主轴6的立铣刀通过使载置有工件4的工作台5动作而一边旋转一边向图2的进给方向移动，因此在工件4上加工了立铣刀径的槽。立铣刀的刀刃为2枚，因此在主轴6旋转1周的期间，主轴负载发生2次增减。(图3)。

但是，实际上主轴6的旋转中心与立铣刀外径中心存在偏差，立铣刀相对于主轴6的旋转产生振摆回转。因此，如图2那样为双刀刃的情况下，一枚的切取量减少，反而另一枚的刀刃的切取量增加，如图4那样变为主轴负载产生差的波形。并且，振摆回转量大的情况下或一方的刀刃继续被损伤时，变为如图5那样的一个波峰。

图6分别示出实际加工中初始的主轴负载与主轴旋转角度之间的关系，以及一个刀刃因继续加工而损伤时的主轴负载与主轴旋转角度之间的关系。此处，为了易于比较主轴负载，将变化量归一化为1。从图6可知，当继续损伤时，实际的主轴负载也如图5所示变成一个波峰。将图6表示为极坐标后成为图7。为了显示图7，对图6进行傅立叶级数展开，减去其0阶成分和1阶成分，通过极坐标显示。根据图7，由于使用双刀刃的立铣刀加工，因此变成在初始的负载产生2阶成分的椭圆形状。另一方面，1个刀刃损伤的情况下，与由1个刀刃进行的加工同样，变成圆形。因此，切削刃正常的情况下为椭圆形状，与实际的立铣刀的双刀刃的图像一致。同样地，三刀刃的正常情况下为三个波峰，n刀刃的正常情况下为n个波峰，因此能够容易进行刀刃的状态判断。另外，在与刀刃损伤而使刀刃减少的情况同等的情况下，与刀刃减少的量相应地使负载増加。因此，用1将主轴负载的变化量归一化，容易比较刀刃损伤前后的负载的波形。

接着，基于图8的流程图来说明利用主轴负载处理部18来进行的图7的极坐标的主轴负载的生成步骤。

首先，计测与预先设定的主轴旋转次数相应的负载(S11)。接着，以主轴旋转1周的量对计测出的负载进行平均化(S12)。然后，置换为主轴旋转角度与主轴负载之间的关系，利用变化量的最大值来归一化，得到图7那样的结果(S13)。对该结果进行傅立叶级数展开，去除0阶成分和1阶成分，并且提取1阶成分的傅立叶系数和n阶成分的傅立叶系数(S14)，其中，n是刃数，主轴负载通过极坐标显示，1阶成分的傅立叶系数作为刀具的振摆回转的指标、n阶成分的傅立叶系数作为切削刃损伤的指标而被记录于存储部20中，并且显示于显示画面19上(S15)。

图9是显示画面19上显示的主轴负载监视画面的一例。此处，在主轴负载的极坐标显示上，存储部20中记录的多个波形被重叠地显示。此外，在该图中，将时间经过与切削距离关联起来显示。并且，刃数也一并显示在同一画面上，由此容易根据主轴负载的形状掌握刀具状况。刀具的振摆回转的指标被显示为“振摆的大小”(数字越大振摆越大)，切削刃损伤的指标被显示为“切削刃的锋利度”(数字越大损伤越大)。

在显示画面19的下部设置有：“测定”按钮，通过在任意时刻的对该测定”按钮的按压操作来测定、存储主轴负载，进行极坐标显示；以及“清除”按钮，其用于消去通过按压操作显示的极坐标显示。

这样，根据上述方式的NC装置11，通过具备主轴负载检测部17和主轴负载处理部18，不必事先进行试切削来掌握加工负载，而是通过极坐标来显示主轴负载的变化，因此能够在视觉上简单掌握主轴6的负载状态，其中，所述主轴负载检测部17检测主轴6的负载，所述主轴负载处理部18将由主轴负载检测部17检测出的主轴负载的时间变化转换为该主轴负载相对于主轴旋转角度的变化，将转变后的主轴负载的值通过极坐标系显示于显示画面19上。

尤其是在此处，由于在主轴负载监视画面上用数值表示刀具的振摆回转和损伤的程度，因此能够用于判断这次的加工是否正常。

并且，在主轴负载监视画面上重叠地显示多个依次记录的主轴负载，因此能够容易掌握主轴负载的时间变化。

另外，本发明不限于任何上述实施方式的形态，例如可以构成为将主轴负载处理部分为转换部(主轴负载转换单元)和画面生成部(显示控制单元)，其中，所述转换部将主轴负载的时间变化转换为相对于主轴旋转角度的变化，进行傅立叶级数展开来提取傅立叶系数，所述画面生成部生成主轴负载监视画面。机床整体的轴结构等也能够在不脱离本发明的主旨的范围内，根据需要适当改变。

此外，在上述方式中，通过NC装置实现主轴负载监视装置，并将主轴负载监视画面显示为NC装置的显示画面，但可以至少将主轴负载转换单元、显示控制单元以及显示画面与NC装置分开而设置在与NC装置有线或无线地连接的外部装置(个人计算机等)中，通过外部装置监视主轴负载。这样的话，就能够通过一处外部装置来管理多个机床的主轴负载。

Claims

1.一种机床的主轴负载监视装置，该主轴负载监视装置用于在机床上显示主轴的负载，所述机床在所述主轴上安装有具备多个刀刃的刀具，使所述刀具与所述主轴一同旋转而对被加工件进行加工，

所述主轴负载监视装置的特征在于，具备：

主轴负载检测单元，其检测所述主轴的负载；

显示控制单元，其利用极坐标系将由所述主轴负载转换单元转换后的主轴负载的值显示于显示画面上，

所述主轴负载转换单元将所述主轴负载相对于所述主轴旋转角度的变化归一化，对其结果进行傅立叶级数展开，去除0阶成分和1阶成分，并且提取所述1阶成分的傅立叶系数和n阶成分的傅立叶系数，其中，n是刃数，所述显示控制单元将所述1阶成分的傅立叶系数作为刀具振摆回转的指标、所述n阶成分的傅立叶系数作为与刀刃的损伤有关的指标而分别显示于所述显示画面上。

2.根据权利要求1所述的机床的主轴负载监视装置，其特征在于，

所述主轴负载监视装置还具备依次存储所述极坐标系的主轴负载的值的存储部，所述显示控制单元将所存储的所述主轴负载多个重叠地显示在所述显示画面上。