CN107077122A - 机床的控制方法以及机床的控制装置 - Google Patents

机床的控制方法以及机床的控制装置 Download PDF

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Abstract

一种机床(1)的控制方法，在使通过主轴马达(9)旋转的刀具(6)和固定于平台的工件(15)相对移动的同时，加工工件(15)，其中，根据主轴马达(9)的转矩指令值、电流指令值或者实际的电流值，计算在工件(15)的加工中刀具(6)的预先决定的位置的从工件(15)受到的实际的切削力，将所计算出的实际的切削力显示于显示部(28)。

Description

机床的控制方法以及机床的控制装置
技术领域
本发明涉及机床的控制方法以及机床的控制装置。
背景技术
在以往的技术中，已知使刀具针对工件相对移动来进行切削等加工的机床。另外，在这样的机床中，已知通过预定的进给轴的坐标等指定刀具的路径，在使刀具相对工件移动的同时进行加工的数控机床。机床通过依照控制装置的指令使工件以及刀具中的至少一方移动，能够在变更刀具相对工件的相对位置的同时自动地加工。
在用机床加工工件的期间，为了去除工件的一部分，刀具相对工件相对移动。另外，立铣刀那样的刀具在绕轴线旋转的同时进行加工。在工件的加工中针对刀具施加力。例如，对刀具，向与刀具相对工件行进的方向相反的朝向施加力。另外，对进行旋转的刀具，按照与刀具所旋转的方向相反的朝向施加力。当在工件的加工中对刀具施加过大的力时，存在刀具破损或者主轴装置发生故障之虞。例如，存在刀具折弯或者刀具的刃产生缺口之虞。
在日本特开2005-205517号公报中，公开有监视工件在切削中的主轴负荷是否处于目标负荷范围内的机床的切削控制方法。在该切削控制方法中，公开有在主轴负荷超过目标负荷范围时，降低针对主轴的旋转速度和切削进给速度的各速度设定值的各覆写值，控制主轴的旋转速度和切削进给速度。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-205517号公报
发明内容
通过在加工工件的期间监视主轴的旋转转矩，能够降低刀具、主轴装置损伤的可能性。在上述日本特开平2005-205517号公报中的切削控制装置中，使用主轴马达的电流值来运算旋转转矩，监视旋转转矩是否超过目标范围。即，将主轴马达输出的旋转转矩判定为对刀具施加的力。但是，刀具具有各种刀具直径。即使主轴马达输出的旋转转矩是预定的值，刀具从工件受到的切削力随着刀具直径而变化。例如，即使旋转转矩恒定，如果刀具直径大，则在刀具和工件的接触部分刀具受到的力小。
作为容许在刀具中对加工工件的部分施加的力，存在刀具的容许切削力。但是，存在作业者难以将主轴马达输出的旋转转矩和容许切削力关联起来这样的问题。在以往的技术中，采用作业者使用旋转转矩通过手动计算来计算实际的切削力，确认刀具的健全性的方法。
另外，作为确认刀具的健全性的方法，有预先进行与期望的加工相同的试验加工，确认在刀具等中是否未产生损伤的方法。在刀具等中未产生损伤的情况下，能够将进行了试验加工时的旋转转矩用作容许转矩。于是，能够在实际的加工期间进行监视以使旋转转矩不超过容许转矩。但是，在该方法中需要预先实施与期望的加工相同的加工，存在生产性变低这样的问题。
本发明的目的在于提供一种简单地高精度地监视刀具、主轴装置的健全性的机床的控制方法以及机床的控制装置。
本发明的机床的控制方法是在使通过主轴马达旋转的刀具和固定于平台的工件相对移动的同时加工工件的机床的控制方法。在控制方法中，根据主轴马达的转矩指令值、电流指令值、或者实际的电流值，计算在工件的加工中刀具的预先设定的位置的从工件受到的实际的切削力，将所计算出的实际的切削力显示于显示部。
在上述发明中，根据容许对刀具的预先设定的位置施加的容许切削力，预先设定判定值，在实际的切削力超过判定值的情况下，使刀具相对工件的相对速度降低。
在上述发明中，针对多个刀具，预先决定使刀具从主轴的突出长度以及刀具直径成为函数的容许切削力，根据在加工中使用的刀具的突出长度以及刀具直径，计算与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力。
在上述发明中，计算与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力、与主轴装置的轴承的损伤有关的轴承的容许切削力、以及与主轴马达的损伤有关的主轴马达的容许切削力，根据刀具的容许切削力、轴承的容许切削力以及主轴马达的容许切削力中的、最小的容许切削力，设定判定值。
本发明的机床的控制装置是在使通过主轴马达旋转的刀具和固定于平台的工件相对移动的同时加工工件的机床的控制装置。控制装置具备：切削力运算部，根据主轴马达的转矩指令值、电流指令值、或者实际的电流值，计算在工件的加工中刀具的预先设定的位置的从工件接受的实际的切削力；以及显示部，显示所计算出的实际的切削力。
根据本发明，能够提供简单地高精度地监视刀具、主轴装置的健全性的机床的控制方法以及机床的控制装置。
附图说明
图1是机床的框图。
图2是机床的主轴头和工件的部分的放大概略剖面图。
图3是说明切削力的刀具以及工件的概略图。
图4是机床的操作盘的概略正面图。
图5是实施方式中的刀具信息画面。
图6是用于计算刀具的容许切削力的数据表格的说明图。
图7是说明数据表格的内插的图。
图8是实施方式中的机床的第1控制的流程图。
图9是实施方式中的机床的第2控制的流程图。
图10是实施方式中的监视信息画面。
(符号说明)
1：机床；4：主轴；6：刀具；7：前轴承；8：后轴承；9：主轴马达；15：工件；25：运算处理部；28：显示部；30：操作部；37：运转状态传感器；38：切削力控制部；39：切削力运算部；31：操作盘；56：刀具信息画面；61：监视信息画面；62b：图形；70：控制装置。
具体实施方式
参照图1至图10，说明实施方式中的机床的控制方法以及机床的控制装置。本实施方式的机床是根据加工程序自动地使刀具相对工件相对地移动来进行加工的数控机床。
图1表示本实施方式中的机床的框图。机床1具备控制各进给轴的移动装置的控制装置70。控制装置70具备例如经由总线相互连接的CPU(Central Processing Unit(中央处理器))、RAM(Random Access Memory(随机存取存储器))、以及ROM(Read Only Memory(只读存储器))等。
控制装置70包括输入部71、读取解释部72、插值运算部73以及伺服控制部74。在通过数控机床加工的情况下，预先准备加工程序76。加工程序76能够根据工件的目标形状通过CAM(Computer Aided Manufacturing(计算机辅助制造))装置等制作。工件的目标形状能够通过例如CAD(Computer Aided Design(计算机辅助设计))装置制作。
在输入部71输入加工程序76。在加工程序76中包括刀具针对工件的相对移动的信息、主轴的旋转速度的信息以及刀具的信息。此外，也可以将在控制装置70的信息控制部20中将作业者新制作或者编辑而得到的加工程序输入到输入部71。
读取解释部72从输入部71读入加工程序76。读取解释部72将移动指令送出到插值运算部73。插值运算部73运算每个插值周期的各进给轴的位置指令值。例如，插值运算部73计算根据移动指令设定的每一时间间隔的各进给轴的移动量。插值运算部73将各进给轴的位置指令值送出到伺服控制部74。伺服控制部74根据位置指令值，驱动X轴、Y轴、以及Z轴等各进给轴的各轴伺服马达75。另外，伺服控制部74驱动使刀具6旋转的主轴马达9。伺服控制部74从读取解释部72经由插值运算部73取得通过加工程序76指定的主轴马达9的旋转速度。伺服控制部74计算主轴马达9的转矩指令并将其变换为电流指令值而送出到主轴马达9。
本实施方式的控制装置70包括：信息控制部20，控制与工件的加工关联的加工信息；操作部30，作业者输入加工信息的输入值等；以及显示部28，显示加工信息。作为加工信息，能够例示与程序有关的信息、与刀具有关的信息、与坐标有关的信息、以及与加工中的机床、工件有关的信息。信息控制部20从输入部71取得用于进行本次的加工的加工程序76。信息控制部20包括进行加工信息的运算、处理的运算处理部25。例如，运算处理部25能够编辑从输入部71输入的加工程序76来制作本次加工的加工程序并将其送出到输入部71。进而，运算处理部25能够根据由作业者输入的加工信息，进行预定的判断、预定的计算。
操作部30包括具有键盘等通过作业者的手动操作输入加工信息的手动输入部29。本实施方式的操作部30包括显示部28。在本实施方式中，显示部28采用能够通过接触画面选择期望的部分的触摸面板方式。通过作业者操作显示部28的画面，能够输入加工信息。作为操作部30并不限于该方式，能够采用作业者能够输入加工信息的任意的装置。
控制装置70包括存储加工信息的存储部26。存储部26除了上述ROM、RAM以外，也可以是经由通信接口连接的存储卡、硬盘等存储装置。
信息控制部20包括控制在显示部28中显示的图像的显示控制部22。显示控制部22从运算处理部25取得加工信息或者向运算处理部25提供加工信息。另外，显示控制部22具有根据加工信息制作图像，将该图像显示于显示部28的功能。
控制装置70包括检测机床1的运转状态的运转状态传感器37。信息控制部20能够取得运转状态传感器37的信号。作为运转状态传感器37，能够例示检测各个进给轴的移动量的传感器、安装于各轴伺服马达75、主轴马达9的检测旋转速度的旋转速度传感器、以及检测在主轴马达9中实际上流过的电流值的电流传感器等。检测进给轴的移动量的传感器和旋转速度传感器的输出被反馈给伺服控制部74。检测主轴马达9的旋转速度的旋转速度传感器的输出还被送出到信息控制部20。另外，电流传感器的输出被送出到信息控制部20。
图2是本实施方式中的主轴装置的概略剖面图。工件15固定于机床1的平台。主轴装置2包括支撑刀具6的主轴4和在内部有配置主轴4的壳体3。刀具6经由刀具保持架5被支撑于主轴4。
主轴装置2包括使刀具6旋转的主轴马达9。本实施方式的主轴马达9是配置于壳体3的内部的内置型旋转机械。在壳体3的内表面，配置有定子9b。在主轴4的外表面配置有转子9a。由定子9b以及转子9a构成主轴马达9。主轴4按照圆筒状形成。在主轴4的内部内置有用于更换刀具6的装置。本实施方式的主轴马达9是内置型，但不限于这种方式，只要能够使主轴4旋转主轴马达，能够采用任意的机构。例如，也可以在壳体的外侧配置主轴马达。
在本实施方式中，将主轴4的旋转轴线延伸的方向中的固定刀具6的一侧称为前侧，将与固定刀具6的一侧相反的一侧称为后侧。主轴4的前侧的端部支撑于作为一方的轴承的前轴承7。另外，主轴4的后侧的端部支撑于作为另一方的轴承的后轴承8。作为轴承的前轴承7以及后轴承8支撑于壳体3。通过前轴承7以及后轴承8可旋转地支撑主轴4。
图3表示加工工件时的工件以及刀具的前端部的放大概略图。在本实施方式中，作为刀具6以5刃的平头立铣刀为例子进行说明。作为刀具6不限于平头立铣刀，能够采用任意的刀具。例如，能够采用在通过主轴马达9旋转的同时加工工件的刀具。
参照图1，控制装置70根据与主轴马达9的负荷有关的变量以及主轴4的旋转速度，计算加工时的实际的切削力。另外，控制装置70根据在存储部26中预先存储的机械参数，计算容许切削力，根据所计算出的容许切削力设定切削力的判定值。然后，控制装置70通过将实际的切削力与判定值进行比较，判别刀具6以及主轴装置2的健全性。
参照图2以及图3，说明对刀具6施加的实际的切削力。在图3所示的例子中，通过由刀具6对工件15的表面的一部分进行切削加工。刀具6通过主轴马达9绕箭头91所示的朝向旋转。然后，如箭头92所示，使刀具6相对工件15相对地移动。在该例子中，使工件15停止而使刀具6在水平方向上移动。
切削力是在切削加工中对刀具6施加的力。切削力是在刀具6和工件15接触的区域中产生的力，还被称为切削阻力。一般在铣刀加工时的切削力有：向与刀具6的外周的旋转方向相反的朝向的切线方向上作用的力、向与刀具6的进给方向相反的朝向作用的进给分力、以及向与刀具6的轴线方向的切入相反的朝向作用的背分力。这些分力中的主分力最大，其他2个分力小，所以不妨碍将主分力视为切削力。因此，在本实施方式中，在以下的说明中，将主分力称为切削力。
在图3中，表示刀具6的5个刃6a、6b、6c、6d、6e中的3个刃6a、6b、6c切削工件15的状态。在该情况下，在刃6a、6b、6c的各个中，切削力在箭头93a、93b、93c所示的切线方向上发挥作用。刀具6在箭头92的方向上被搬送，所以接近刀具6的中心TC通过的刀具路径TP且半径方向的切入量大的刃6b的切削力(箭头93b)变大。接下来，稍微离开刀具路径TP的箭头93a的刃6a的切削力(箭头93a)变大，从刀具路径TP离开了刀具半径的距离的刃6c的切削力(箭头93c)变小。其结果，从刀具中心TC在半径方向上作用的切削力(箭头95)成为实际上对切削作出贡献的3个刃6a、6b、6c各自的切削力(箭头93a、93b、93c)的合力。在图3中，3个刃对切削作出贡献，但还有在预定的瞬间仅2个刃对切削作出贡献的情况。此时的箭头95所示的切削力是这些2个刃的切削力的合力。
箭头95所示的切削力是X方向的分量(箭头95x)以及Y方向的分量(箭头95y)的合力。箭头95所示的切削力的X分量(箭头95x)是箭头93a的切削力的X分量(箭头93ax)、箭头93b的切削力的X分量(箭头93bx)以及箭头93c的切削力的X分量(在图3中零)的合计。箭头95所示的切削力的Y分量(箭头95y)是箭头93a的切削力的Y分量(箭头93ay)、箭头93b的切削力的Y分量(箭头93by)以及箭头93c的切削力的Y分量(在图3中箭头93c)的合计。在本实施方式中，刀具6的预先设定的位置的从工件15受到的实际的切削力成为从刀具6的前端的中心TP在半径方向上作用的箭头95所示的切削力。作为刀具6的预先设定的位置，不限于刀具6的前端的中心TP，能够设定于任意的位置。例如，在球头立铣刀的情况下，能够使刀具的前端的球状部的中心成为预先设定的位置。另外，在仅用立铣刀的侧面加工工件的边缘的情况下，能够将刀具和工件接触的轴线方向的区间的中点决定为预先设定的位置。
接下来，说明判定实际的切削力的切削力的判定值。参照图2，在对刀具6施加过大的切削力时，有刀具6破损的情况。例如，在切削力变大时，有刀具6折弯或者刀具6的刃产生缺口的情况。因此，在本实施方式中，考虑与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力。
另外，作为过大的切削力所引起的主轴装置2的故障，能够例示支撑主轴4的轴承的破损。例如，在切削力变大时，有前轴承7或者后轴承8机械性地或者热性地损伤的情况。因此，在本实施方式中，考虑与轴承的损伤有关的轴承的容许切削力。
进而，作为主轴装置2的故障，能够例示主轴马达9的破损。例如，在切削力变大时，有在主轴马达9中流过大的电流，主轴马达9烧焦的情况。因此，在本实施方式中，考虑与主轴马达的损伤有关的主轴马达的容许切削力。
相比于刀具的容许切削力，一般轴承的容许切削力的一方更大。另外，相比于轴承的容许切削力，主轴马达的容许切削力的一方更大。但是，有这些容许切削力的大小的顺序逆转的情况。例如，在刀具6的刀具直径非常大的情况下，有刀具的容许切削力比轴承的容许切削力更大的情况。或者在轴承的机械强度非常大的情况下，有轴承的容许切削力比主轴马达的容许切削力更大的情况。
本实施方式的控制装置70计算并比较刀具的容许切削力、轴承的容许切削力以及主轴马达的容许切削力。然后，控制装置70将最小的容许切削力设定为切削力的判定值。即，控制装置70比较3个容许切削力，将最小的容许切削力设定为实际的切削力的判定值。然后控制装置70将实际的切削力与判定值进行比较。
参照图1，运算处理部25包括切削力运算部39。切削力运算部39取得在加工程序76中记载的刀具的种类以及刀具直径。或者切削力运算部39取得在存储部26中所存储的刀具的种类以及刀具直径。切削力运算部39从伺服控制部74或者运转状态传感器37取得与主轴马达9的负荷有关的变量。在本实施方式中，作为与负荷有关的变量，取得用于驱动主轴马达9的电流指令值。
作为切削力运算部39所取得的与负荷有关的变量，除了电流指令值以外，还能够采用针对主轴马达9的转矩指令值、在主轴马达9中流过的实际的电流值等。切削力运算部39从运转状态传感器37取得主轴马达9的旋转速度、即主轴4的旋转速度。然后，切削力运算部39计算对刀具施加的实际的切削力。显示控制部22将所计算出的实际的切削力显示于显示部28。
运算处理部25包括切削力控制部38。切削力控制部38取得刀具的种类、刀具长度以及刀具直径。另外，在存储部26中，存储有用于计算容许切削力的信息。切削力控制部38计算容许切削力，设定切削力的判定值。显示控制部22将所设定的切削力的判定值显示于显示部28。本实施方式的切削力控制部38计算轴承的容许切削力以及刀具的容许切削力。主轴马达的容许切削力预先存储于存储部26。切削力控制部38比较3个容许切削力，根据最小的容许切削力设定判定值。
进而，切削力控制部38将实际的切削力与切削力的判定值进行比较。然后，切削力控制部38在实际的切削力超过判定值的情况下，降低主轴的进给速度。即，切削力控制部38使刀具6相对工件15的相对速度降低。在降低相对速度中，包括使刀具6相对工件15的相对速度成为零的情况。切削力控制部38降低进给速度的覆写值，并将其送出到读取解释部72。显示控制部22将在继续相对移动的同时使进给速度降低的警告显示于显示部28。或者切削力控制部38将使刀具6针对工件15的相对速度成为零的指令，送出到读取解释部72。显示控制部22将使进给速度成为零的报警显示于显示部28。
图4表示在机床的控制装置中所配置的操作盘的正面图。参照图1以及图4，控制装置70的操作部30包括操作盘31。操作盘31包括键输入部32。在键输入部32中，配置有多个键开关。通过按压键输入部32的键开关，能够输入预定的数字、文字。另外，操作盘31包括选择预定的操作的操作开关部34以及设定覆写值的覆写设定部33。覆写设定部33能够例如通过手动设定主轴的旋转速度的覆写值、加工的进给速度的覆写值等。键输入部32、操作开关部34以及覆写设定部33等作为手动输入部29而发挥功能。另外，操作盘31包括在机床1的异常时即刻使机床1停止的紧急停止按钮36、用于开始机床1的驱动的执行按钮35等按钮。另外，在操作盘31中，包括由显示面板构成的显示部28。
图5表示在操作盘31的显示部28中显示的刀具信息画面。刀具信息画面56是用于输入、显示以及编辑与刀具有关的信息的画面。在画面的左侧，配置有切换所显示的信息的选择部51a～51f。在图5的例子中，通过作业者按压刀具信息的选择部51b，显示刀具信息画面56。
作业者通过按压选择部51a～51d，能够显示在实际的加工时频繁地使用的主画面。通过按压程序编辑的选择部51a，能够显示程序编辑画面。程序编辑画面是用于显示以及编辑加工程序的画面。通过按压坐标信息的选择部51c，能够显示坐标信息画面。坐标信息画面是用于输入、显示以及编辑坐标信息的画面。通过按压程序执行信息的选择部51d，能够显示执行信息画面。执行信息画面是在执行加工程序的期间显示机床的状态、加工状态的画面。通过按压加工结果的选择部51e，能够显示加工结果画面。加工结果画面是在加工后进行工件的检查或者显示工件的检查结果的画面。通过按压监视信息画面的选择部51f，能够显示监视信息画面。监视信息画面是在加工工件的期间监视切削力等加工的状态的画面。
在各个主画面的下部配置有按钮区域54。在按钮区域54配置有用于进行预先决定的操作的按钮。
在刀具信息画面56中，具有选择显示在加工中使用的刀具的画面的选择部56a和选择显示以及编辑在存储部26中所存储的所有刀具的信息的画面的选择部56b。在此，选择刀具数据的选择部56b。各个刀具的信息以表形式显示。刀具编号是用于确定各个刀具的编号。在刀座编号的栏中，表示刀具盒的工具刀座的编号。
在刀具信息画面56中，形成为能够针对各个刀具显示多个信息。通过移动滚动条56d能够显示在画面中未显示的刀具的信息。另外，通过移动滚动条56c能够显示关于各个刀具的各种信息。在显示栏57a中显示刀具的种类。在显示栏57b中显示各个刀具的刀具长度。在显示栏57c中显示各个刀具的刀具直径。在显示栏57d中，显示根据刀具种类、刀具长度以及刀具直径计算出的刀具的容许切削力。针对各个显示栏57a、57b、57c、57d作业者能够输入或者编辑期望的信息。或者运算处理部25能够从加工程序读入刀具的种类、刀具长度以及刀具直径。
接下来，说明用于设定切削力的判定值的容许切削力的计算方法。能够根据刀具的种类、刀具长度以及刀具直径，计算容许切削力。参照图2，刀具直径TD是刀具6的直径，刀具长度TL是从主轴4的前侧的端面至刀具6的前端的长度。换言之，刀具长度TL是刀具6从主轴4的突出长度。
首先，说明轴承的容许切削力的计算方法。参照图2，主轴4支撑于前轴承7和后轴承8。切削力控制部38根据各个轴承的耐荷重，计算能够如箭头95所示对刀具6的前端施加的荷重、即径向的容许切削力。
距离L1是在主轴4的轴向上主轴4的前侧的端面与前轴承7的位置之间的长度。在轴向上配置有多个前轴承7的情况下，将配置有多个前轴承7的区域中的轴向的中点的位置选定为前轴承7的位置。距离L2是在主轴4的轴向上前轴承7与后轴承8之间的长度。在配置有多个后轴承8的情况下，将配置有多个后轴承8的区域中的轴向的中点的位置选定为后轴承8的位置。然后，使用这些距离L1、L2来计算容许切削力。
在此，研究前轴承7破损的情况。考虑在对刀具6的前端施加大的切削力时，后轴承8的位置成为支点而对前轴承7施加荷重，前轴承7破损。前轴承7的耐荷重FF预先决定。能够使用前轴承7的耐荷重FF，用下式(1)表示与前轴承7有关的容许切削力FF-Limit。
[式1]
FF-Limit：与前轴承相关的容许切削力
TL：刀具长度[mm]
L1：主轴的前端与前轴承之间的距离[mm]
L2：轴承彼此的距离[mm]
FF：前轴承的耐荷重[N]
接下来，研究后轴承8破损的情况。考虑在对刀具6的前端施加大的切削力时，前轴承7的位置成为支点而对后轴承8施加荷重，后轴承8破损。后轴承8的耐荷重FR预先决定。能够使用后轴承8的耐荷重FR，用下式(2)表示与后轴承8有关的容许切削力FR-Limit。
[式2]
FF-Limit：与后轴承相关的容许切削力[N]
FR：后轴承的耐荷重[N]
在对刀具6施加了大的切削力的情况下，上述式(1)以及式(2)中的小的容许切削力的轴承首先破损。因此，将容许切削力FF-Limit以及容许切削力FR-Limit中的小的一方的值选定为轴承的容许切削力。
这样，能够根据刀具长度TL，计算轴承的容许切削力。轴承的容许切削力不限于上述计算方法，能够通过任意的方法计算能够避免轴承破损之虞的容许切削力。
关于与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力，研究如箭头95所示，在对刀具6的前端施加了径向的切削力时刀具破损的情况。刀具的容许切削力依赖于刀具直径以及刀具长度。刀具6的刀具直径TD越大，越难以破损，刀具的容许切削力也越大。另外，刀具6的刀具长度TL越大，越易于破损，刀具的容许切削力越小。在本实施方式中，将刀具假设为圆柱状的棒，根据该圆柱状的棒的剪切界限，计算刀具的容许切削力。
图6表示基于刀具长度以及刀具直径的刀具的容许切削力的数据表格的说明图。在本实施方式中，根据使刀具长度以及刀具直径成为函数的数据表格，计算刀具的容许切削力。将这样的数据表格，针对刀具的每个种类，预先存储于存储部26。此外，关于刀具的容许切削力的数据表格，除了刀具的种类以外，也可以针对刀具的每个材质，预先存储于存储部26。
切削力控制部38根据所使用的刀具6的刀具长度以及刀具直径，计算刀具的容许切削力。在图6所示的例子中，关于刀具长度TL，设定刀具长度TL1至刀具长度TL6。另外，关于刀具直径TD，设定刀具直径D1至刀具直径D4。关于各个刀具长度以及刀具直径，设定刀具的容许切削力Fmn。例如，刀具长度TL1以及刀具直径D1的刀具成为容许切削力F11。根据该数据表格，通过内插计算所使用的刀具直径DX以及刀具长度TLY的刀具的容许切削力FXY。
图7表示说明计算刀具的容许切削力时的内插的图。在该例子中，使用刀具长度TL1、TL2以及刀具直径D1、D2各自的容许切削力F11、F12、F21、F22，来计算容许切削力FXY。各个内分比a、b、c、d如下式(3)至式(6)所示。
[式3]
b＝1-a…(4)
d＝1-c…(6)
Dm：刀具直径[mm]
DLn：刀具长度[mm]
a,b,c,d：内分比
然后，能够如下式(7)所示，通过内分点的公式，计算刀具长度TLY以及刀具直径DX的容许切削力FXY。
[式4]
Fα＝F11×b×d+F12×a×d+F21×b×c+F22×a×c…(7)
FXY,F11,F12,F21,F22：容许切削力
这样，在本实施方式中，将使刀具长度以及刀具直径成为函数的多个刀具的容许切削力预先决定为数据表格。然后，根据在加工中使用的刀具的刀具长度以及刀具直径，计算刀具的容许切削力。通过该方法，能够容易地计算刀具的容许切削力。
参照图1以及图5，在本实施方式中，通过显示刀具信息画面56，自动地计算刀具的容许切削力。切削力控制部38能够从加工程序76读入刀具长度、刀具直径、以及刀具种类。或者作业者能够操作操作部30，预先输入到信息控制部20，存储于存储部26。在该情况下，切削力控制部38从存储部26取得刀具长度、刀具直径、以及刀具种类。接下来，切削力控制部38计算刀具的容许切削力。显示控制部22在显示栏57d中显示所计算出的刀具的容许切削力。
在作业者在显示栏57d中通过手动输入输入了刀具的容许切削力的情况下，在显示栏57e中显示表示作业者输入的标志。例如，关于刀具编号是第4的平头立铣刀，由作业者输入刀具的容许切削力，在显示栏57e中显示标志。
图8表示设定判定对刀具施加的实际的切削力的判定值的控制的流程图。该控制能够每当变更刀具时实施。或者，能够每当主轴的旋转速度变化时实施。在本实施方式中，在运算处理部25的切削力控制部38中实施该控制。
在步骤111中，判别是否设定了刀具直径。在未设定刀具直径的情况下，转移到步骤112。在未设定刀具直径的情况下，不能计算刀具的容许切削力。另外，不能计算后述的式(9)的主轴马达的负荷率的判定值。因此，作为容许切削力，设定主轴马达的容许切削力。在步骤112中，从存储部26读入主轴马达的容许切削力。然后，在步骤113中，将主轴马达的容许切削力设定为判定值。
在步骤111中，当设定了刀具直径的情况下，转移到步骤114。在步骤114中，判别是否设定了刀具长度。在步骤114中，当未设定刀具长度的情况下，转移到步骤118。在该情况下，不计算刀具的容许切削力，而计算轴承的容许切削力。例如，能够使刀具长度成为零而计算轴承的容许切削力。因此，不进行步骤115至步骤117中的刀具的容许切削力的计算而转移到步骤118。
在步骤114中，当设定了刀具长度的情况下，转移到步骤115。在步骤115中，判别是否设定了刀具种类。在步骤115中，当未设定刀具种类的情况下，转移到步骤116。在本实施方式中，在未设定刀具种类的情况下，将刀具种类设定为平头立铣刀。即，将刀具假设为平头立铣刀而计算容许切削力。
在步骤115中，当设定了刀具种类的情况下，转移到步骤117。在步骤117中，使用上述式(3)至式(7)，计算刀具的容许切削力。在步骤118中，使用上述式(1)以及式(2)来计算轴承的容许切削力。在步骤119中，从存储部26读入主轴马达的容许切削力。
在步骤120中，设定根据容许切削力判定实际的切削力的判定值。各个容许切削力的单位是力的单位。将刀具的容许切削力、轴承的容许切削力、以及主轴马达的容许切削力中的最小的容许切削力设定为切削力的判定值。
在本实施方式中，计算与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力、与主轴装置的轴承的损伤有关的轴承的容许切削力、以及与主轴马达的损伤有关的主轴马达的容许切削力。然后，根据这些容许切削力中的最小的容许切削力，设定判定值。通过实施该控制，能够在安全侧设定切削力的判定值，监视刀具、主轴装置。此外，在本实施方式中，将最小的容许切削力设定为判定值，但不限于该方式，能够根据容许切削力设定判定值。例如，也可以对所选定的容许切削力减去预先决定的余量来决定判定值。
接下来，说明根据所设定的判定值，在加工期间中监视实际的切削力的控制。参照图1，能够通过切削力运算部39，计算实际的切削力。另外，能够通过切削力控制部38，判定实际的切削力。
图9表示在加工工件的期间中进行的控制的流程图。例如，能够针对预先决定的每一时间间隔进行图9所示的控制。在步骤131中，读入所设定的切削力的判定值。
接下来，计算对刀具施加的实际的切削力。在步骤132中，从运转状态传感器37取得主轴4的旋转速度。在步骤133中，从运转状态传感器37取得主轴马达的负荷率。主轴马达的负荷率是主轴马达的加工中的输出相对主轴马达的最大输出的比。在本实施方式中，作为主轴马达的输出，检测电流值。即，作为主轴马达的负荷率，计算加工中的电流值相对主轴马达的额定电流的比。
接下来，在步骤134中，计算实际的切削力。切削力运算部39根据下式(8)，计算实际的切削力。
[式5]
F：实际的切削力[N]
PMAX：主轴最大输出[kW]
N：主轴的旋转速度[min-1]
LMAX：主轴马达的最大输出时的负荷率[％]
r：刀具半径[mm]
CL：主轴马达的负荷率[％]
实际的切削力F依赖于主轴的旋转速度以及刀具半径。在本实施方式中，即使主轴的旋转速度变化或者更换刀具，也能够计算实际的切削力。接下来，在步骤135中，将实际的切削力以及判定值显示于显示部28。
图10表示加工工件的期间中的监视信息画面。按压选择部51f而显示监视信息画面。进而，按压按钮区域54的按钮54a而从所显示的选择菜单选定切削力。与切削力有关的监视信息画面61具有显示区域61a、61b、61c、61d。
在显示区域61a中，显示出工件的加工时的主轴装置的信息以及与刀具相对工件的移动有关的信息。在显示区域61b中，显示出主轴马达的负荷率。进而，显示出主轴马达的负荷率的直至当前为止的最大值、最小值以及平均值。另外，在显示区域61c中，显示出当前的切削力(实际的切削力)以及切削力的判定值。另外，在显示区域61c中，显示出实际的切削力超过判定值时的运转模式。
本实施方式的控制装置70在实际的切削力超过判定值时，能够实施在继续相对移动的同时降低进给速度的控制。或者控制装置70能够在实际的切削力超过判定值时，实施使进给速度成为零的控制。通过按压按钮54b，能够选择使进给速度成为零的控制、即停止加工的SL运转模式。通过按压按钮54c，能够选择在继续刀具针对工件的相对移动的同时降低进给速度的AC运转模式。在图10所示的例子中，选定了AC运转模式。在显示区域61c显示出选择了AC运转模式。
在显示区域61d显示出主轴马达的负荷率的图形62a、和切削力的图形62b。各个图形的横轴是时间。主轴马达的负荷率的图形的纵轴的单位是“％”。切削力的图形的纵轴的单位是“N”。在各个图形中，显示出SL运转模式的判定值和AC运转模式的判定值。在本实施方式中，将所选定的容许切削力设为SL运转模式的判定值。能够对SL运转模式的判定值乘以预先决定的比例来计算AC运转模式的判定值。各个运转模式的判定值不限于该方式，能够根据容许切削力任意地设定。
在各个图形62a、62b中，显示出判定值的线。另外，用条形图表示在实际的加工期间中所检测出的主轴马达的负荷率和切削力。这样，在本实施方式中，能够计算在工件的加工中刀具从工件受到的切削力，将所计算出的切削力显示于显示部。因此，作业者能够确认随着时间变化的实际的切削力。作业者能够掌握对刀具施加的实际的切削力，能够简单地高精度地监视刀具、主轴装置的健全性。
参照图9，接下来，在步骤136中，切削力控制部38比较实际的切削力和判定值。在本实施方式中，为了将实际的切削力与切削力的判定值进行比较，将切削力的判定值换算为与主轴马达的负荷率对应的变量。然后，将所换算出的判定值与主轴马达的负荷率进行比较。为了将切削力的判定值换算为与主轴马达的负荷率对应的判定值，使用下式(9)。
[式6]
SLlim：主轴马达的负荷率的判定值[％]
N：主轴的旋转速度[min-1]
Lmax：主轴马达的最大输出时的负荷率[％]
r：刀具半径[mm]
Pmax：主轴最大输出[kW]
δ：切削力换算系数
Flim：切削力的判定值[N]
在此，主轴最大输出Pmax是依赖于主轴的旋转速度的主轴马达的最大输出。将主轴最大输出Pmax预先存储于存储部。比较这样计算出的主轴马达的负荷率的判定值SLlim和实际的主轴马达的负荷率。如果主轴马达的负荷率超过主轴马达的负荷率的判定值SLlim，则能够判别为实际的切削力超过切削力的判定值。此外，能够通过实验预先求出切削力换算系数δ。
在本实施方式中，将切削力的判定值变换为与主轴马达的负荷率相同的单位来比较切削力，但不限于该方式，也可以按照切削力的单位，比较判定值和实际的切削力。此外，在图8的步骤120中的判定值的设定中，也可以将多个容许切削力换算为与主轴马达的负荷率相同的单位，比较多个容许切削力。在该情况下，关于主轴马达的容许切削力，能够预先将换算为与主轴马达的负荷率相同的单位而得到的值存储于存储部。
在步骤136中，在实际的切削力小于等于切削力的判定值的情况下，能够判别为未对刀具以及主轴装置施加过大的力。能够判别为确保了刀具以及主轴装置的健全性。在这种情况下，能够结束该控制。
在步骤136中，在实际的切削力大于切削力的判定值的情况下，转移到步骤137。在步骤137中，判别是否选择了在继续刀具相对工件的相对移动的同时使进给速度降低的控制。即，判别是否选择了上述AC运转模式。在步骤137中，在选择了使进给速度降低的控制的情况下，转移到步骤138。
在步骤138中，在继续刀具相对工件的相对移动的同时降低进给速度。切削力控制部38进行减小进给速度的覆写值的控制。覆写值的降低幅度可预先决定。或者能够进行实际的切削力和判定值的差越大，越增大覆写值的降低幅度的控制。
接下来，在步骤139中，在显示部28中显示通知实际的切削力超过判定值而降低了进给速度的警告的图像。例如，在显示部28中在主画面上重叠显示比主画面小的辅助画面，在辅助画面中显示警告的图像。
在步骤137中未选择使进给速度降低的控制的情况下，转移到步骤140。在该情况下，选定使刀具相对工件的相对速度成为零的控制。即，选择上述SL运转模式。在步骤140中，停止工件的加工。切削力控制部38将使进给速度成为零的指令送出到读取解释部72。然后，使刀具针对工件的进给速度成为零。
接下来，在步骤141中，在显示部28中显示通知实际的切削力超过判定值而停止了加工的报警的图像。例如，在显示部28中在主画面上重叠显示比主画面小的辅助画面，在辅助画面中显示报警的图像。
作业者通过观察警告的图像、报警的图像，能够掌握实际的切削力超过预定的判定值而进给速度被降低或者加工被停止。在实际的切削力超过判定值的情况下，通过采用使刀具相对工件的相对速度降低的方法，能够抑制主轴装置、刀具的破损。此外，在实施了进给速度的降低控制的情况下，在比预先决定的时间长的期间内实际的切削力未超过判定值的情况下，也可以实施增大进给速度的控制。例如，也可以实施使进给速度返回至减速前的原来的速度的控制。
这样，根据主轴马达的转矩指令值、电流指令值、或者实际的电流值，运算并显示每时每刻的实际的切削力，所以作业者易于理解在机床的操作说明书中以“kgf”或者“N”(牛顿)的单位记载的容许切削力和使用刀具的关联性。另外，在用刀具加工的情况下，能够容易且大致正确地判断能够对刀具施加的切削力的大小。进而，能够自动地设定判定值，所以作业者的负担被减轻。
在上述各个控制中，能够在功能以及作用未被变更的范围内适宜地变更步骤的顺序。上述实施方式可适宜地组合。
在上述各个图中，对同一或者相等的部分附加了同一符号。此外，上述实施方式仅为例示而未限定发明。另外，在实施方式中，包括权利要求所述的方式的变更。

Claims (5)

1.一种机床的控制方法，该机床在使通过主轴马达旋转的刀具和固定于平台的工件相对移动的同时加工所述工件，所述控制方法的特征在于：
基于主轴马达的转矩指令值、电流指令值或者实际的电流值，计算在所述工件的加工中刀具的预先设定的位置的从所述工件受到的实际的切削力，将所计算出的所述实际的切削力显示于显示部。
2.根据权利要求1所述的机床的控制方法，其特征在于：
基于容许对刀具的预先设定的所述位置施加的容许切削力，预先设定判定值，
在所述实际的切削力超过判定值时，使刀具相对所述工件的相对速度降低。
3.根据权利要求2所述的机床的控制方法，其特征在于：
针对多个刀具，预先决定使刀具从主轴的突出长度以及刀具直径成为函数的容许切削力，
基于在加工中使用的刀具的突出长度以及刀具直径，计算与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力。
4.根据权利要求2所述的机床的控制方法，其特征在于：
计算与刀具的损伤有关的刀具的容许切削力、与主轴装置的轴承的损伤有关的轴承的容许切削力以及与主轴马达的损伤有关的主轴马达的容许切削力，
基于刀具的容许切削力、轴承的容许切削力以及主轴马达的容许切削力中的最小的容许切削力，设定所述判定值。
5.一种机床的控制装置，该机床在使通过主轴马达旋转的刀具和固定于平台的工件相对移动的同时加工所述工件，所述控制装置的特征在于包括：
切削力运算部，基于主轴马达的转矩指令值、电流指令值或者实际的电流值，计算在所述工件的加工中刀具的预先设定的位置的从所述工件受到的实际的切削力；以及
显示部，显示所计算出的所述实际的切削力。
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