CN108367407B - 机床 - Google Patents

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Abstract

一种机床，其设定包含主轴系的固有频率在内的第一频带和包含机械构造体系的固有频率在内的第二频带，对设定的每个频带存储阈值，从来自振动传感器的输出提取每个频带的振动成分，在振动的振幅在任一个频带中超过阈值的情况下进行警告。

Description

机床
技术领域
本发明涉及操作者容易识别加工机的异常振动的产生的机床。
背景技术
在专利文献1中记载了根据切削在加工时产生的振动数据对切削加工时的异常进行检测的异常检测方法。在专利文献1的发明中，取得在切削加工时产生的振动数据，基于该振动数据算出振幅数据，将该振幅数据以规定的时间间隔移动矩形平均处理，与阈值进行比较来检测异常。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008－132558号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的发明中没有考虑振动的频率。然而，由于在机床产生的振动因产生源不同而包含了各种各样的频率，另外，异常振动的振幅也因频带而不同，所以如专利文献1的发明那样，仅通过将在机床产生的振动的振幅与阈值进行比较，其是否是异常振动不是明确的，实际上也存在操作者不能识别异常振动的产生的情况。
本发明将解决这样的现有技术的问题作为技术课题，其目的在于提供一种操作者容易识别导致严重的损坏的异常振动的产生的机床。
为了解决课题的手段
为了达到上述的目的，根据本发明，提供一种在主轴头上具有振动传感器并对加工时的异常振动进行检测的机床，其特征在于，具备在能由上述振动传感器测定的频率的范围内，设定包含主轴系的固有频率在内的第一频带和包含机械构造体系的固有频率在内的第二频带的频带设定部；对由上述频带设定部设定的每个频带存储阈值的存储部；从来自上述振动传感器的输出提取每个上述频带的振动成分的过滤器部；和在振动的振幅在任一个频带中超过阈值的情况下进行警告的警告部。
发明的效果
根据本发明，通过设定包含主轴系的固有频率在内的第一频带和包含机械构造体系的固有频率在内的第二频带，从振动传感器的输出提取每个频带的振动成分，并对每个频带设定不同的阈值，机床的异常振动的检测变得容易且明了。
附图说明
图1是表示本发明的优选的实施方式的框图。
图2是表示适用本发明的加工机的一例的侧视图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图说明本发明的优选的实施方式。
图2表示了适用本发明的加工机的一例。在图2中，本发明的优选的实施方式的加工机100，构成了卧式的铣床，具备作为被固定在工厂的地板面上的基台的底座102；在底座102的前方部分(在图2中为左侧)的上面中，在前后方向或者Z轴方向(在图1中为左右方向)可移动地设置的固定工件W的工作台108；在底座102的后端侧(在图2中为右侧)，直立设置在该底座102的上面上进行固定的立柱104；在该立柱104的前面中，在上下方向或者在Y轴方向可移动地安装的Y滑块112；在Y滑块112的前面中，在左右方向或者X轴方向(在图1中为与纸面垂直的方向)可移动地设置的X滑块116；被安装在X滑块116的前面上，可旋转地支承主轴118的主轴头120。
工作台108，被设置成在底座102的上面中可沿着在水平的Z轴方向(图1的左右方向)延伸设置的一对Z轴导向轨道106进行往复运动，在底座102上，作为对工作台108沿着Z轴导向轨道进行往复驱动的Z轴进给装置，设置了在Z轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结的Z轴伺服马达(未图示)，在工作台108上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
Y滑块112被设置成在立柱104的前面中可沿着在Y轴方向延伸设置的一对Y轴导向轨道110往复运动。在立柱104上，作为对Y滑块112沿着Y轴导向轨道进行往复驱动的Y轴进给装置，设置了在Y轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结的Y轴伺服马达(未图示)，在Y滑块112上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
X滑块116被设置成在Y滑块的前面中可沿着在X轴方向(与图2的纸面垂直的方向)延伸设置的一对X轴导向轨道114进行往复运动。在Y滑块112上，作为对X滑块116沿着X轴导向轨道114进行往复驱动的X轴进给装置，设置了在X轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结的X轴伺服马达(未图示)，在X滑块116上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
主轴头120，由固定在X滑块116的前面上的一对托架122，可在作为以与X轴平行的水平的轴线为中心的旋转进给轴的A轴方向旋转进给地安装在X滑块116上。
在图1中，本发明的优选的实施方式的机床10，作为主要的结构要素具备图2所示的那样的加工机100；输入装置12；用于加工机100的控制装置14；安装在加工机100上的振动传感器18；和设置在加工机100的控制盘上的显示装置26。
输入装置12能由安装在加工机100的控制盘上的键盘、触摸面板、经LAN的那样的计算机网络(未图示)与控制装置20连接的个人电脑的那样的终端设备(未图示)构成。从输入装置12，如后述的那样，向存储部20输入频带14a和阈值14b，输入装置12构成了相对于控制装置14设定频带的频带设定部。
控制装置20能由机械系统装置构成，该机械系统装置进行通过加工机100进行的加工工序的开始、停止、刀具更换、托盘更换、加工完工件的测定等的加工机100的全部的控制，控制装置20包含存储部20、过滤器部22及比较部24。存储部20能由存储器装置、硬盘装置形成，包含存储从输入装置12输入的频带、阈值的频带存储区域20a及阈值存储区域20b。
振动传感器18，例如能做成加速度传感器。进而，振动传感器18能安装在加工机100的主轴头118上。安装振动传感器18的位置不限于主轴头18，也可以是立柱104、刀具T。过滤器部22具备了在振动传感器18输出的信号之中仅使表示规定的频带的振动的信号通过比较部24的带通过滤器。过滤器部22最好具备可基于存储在存储部20的频带存储区域20a中的至少2个频带设定使过滤器部22通过的至少2个频带的可变带通过滤器。
显示装置26能由被配备在加工机100的控制盘上的液晶面板、触摸面板形成，能包含坐标图显示区域28和警告显示区域30。坐标图显示区域28，基于来自在过滤器部22中被分离成了至少2个频带或者被进行了过滤器处理的振动传感器18的信号，将在各频带中的振动的振幅或者振动强度例如做成条形图的那样的坐标图进行显示。显示装置26，不是简单地显示振动的振幅、振动强度，也可以按相对于存储在存储部20的阈值存储区域20b中的各频带中的阈值的比例进行坐标图显示。显示装置26，另外，基于由比较部24进行的比较结果，在警告显示区域30中显示在加工机100中产生了异常振动，将其主旨向用户警告。
从输入装置12输入的频带，能包含第一频带和第二频带，上述第一频带包含主轴系的固有频率，上述第二频带包含机械构造体系的固有频率。主轴系的固有频率，因主轴118、安装在主轴118上的刀具T的形状、尺寸、重量及主轴头120内的主轴118的支承结构等而变化，但在表1的例子中成为1532Hz。机械构造体系的固有频率，因X轴、Y轴、Z轴的各进给轴装置的滚珠丝杠及作为其固定部的底座102、立柱104的形状、尺寸、重量等而变化，但在表1的例子中成为30Hz。第一频带的上限，能以比主轴系固有频率高的值适当地选择，在表1的例子中，成为2000Hz。第二频带的下限，能以比机械构造体系固有频率低的值适当地选择，在表1的例子中，成为10Hz。
成为用于设定频带的基准的频率的值，能通过在机床中进行实测得知。如果在机床停止时，由锤子等敲打刀具T，对从振动传感器18得到的输出进行频率解析，则主轴系固有频率作为峰值的频率出现。在本实施方式的机床中，主轴系固有频率是1532Hz。同样，在机床停止时，由锤子等敲打立柱，对从振动传感器18得到的输出进行频率解析，成为峰值的频率(在本实施方式中，为35Hz)就成为立柱的固有频率。表1，是将立柱的固有频率35Hz作为机械构造体系固有频率的情况下的例子。
第一频带的下限是与第二频带的上限相等的值，能做成主轴系固有频率和机械构造体系固有频率的平均。在表1的例子中，基于主轴系固有频率1532Hz和机械构造体系固有频率30Hz的各个常用对数值3.185259及1.477121的平均值2.33119，将102.33119的值214.383四舍五入，将第一频带的下限及第二频带的上限做成了214Hz。在表1的例子中使用了常用对数，但也可以使用自然对数。
[表1]
Figure GDA0002554355080000051
另外，在表1的例子中，第二频带包含机械构造体系的固有频率，但也可以如表2所示，将第二频带进一步分割成包含机械构造体系的固有频率在内的低频带和包含移动体系的固有频率在内的中频带，将第一频带作为高频带。在表2的例子中，低频带包含形成机械构造体系的立柱及底座的固有频率，中频带包含形成移动体系的X滑块116及主轴头120的固有频率。
更详细地讲，在表2的例子中，在机床停止时，由锤子等敲打主轴头，对从振动传感器18得到的输出进行频率解析，将峰值频率145Hz作为中频带进行了设定。除了中频带的移动体系的固有频率145Hz以外，与表1的例子同样，作为高频带的主轴系固有频率设定了1532Hz，作为低频的机械构造体系固有频率设定了立柱的固有频率的35Hz。在表2的例子中，也将35Hz～1352Hz的频率作为能检测的范围，表1的频带的上限成为2000Hz，低频带的下限成为10Hz。
高频带的下限是与中频带的上限相等的值，能够作为主轴系固有频率和移动体系固有频率的平均值。在表2的例子中，基于主轴系固有频率1532Hz和移动体体系固有频率145Hz的各个常用对数值3.185259及2.161368的平均值2.673313384，将102.673313384的值471.3173029四舍五入，将高频带的下限及中频带的上限作为471Hz。
中频带的下限是与低频带的上限相等的值，能够作为移动体系固有频率和机械构造体系固有频率的平均值。在表2的例子中，基于移动体体系固有频率145Hz和机械构造体系固有频率30Hz的各个常用对数值2.161368及1.477121的平均值1.819244628，将101.819244628的值65.95452979四舍五入，将中频带的下限及低频带的上限做成了66Hz。
[表2]
Figure GDA0002554355080000061
在本发明中，基于被存储在频带存储区域20a中的多个频带，过滤器部22将来自振动传感器18的信号分成每个频带。基于通过了过滤器部22的信号，将每个频带的振动的振幅或者振动强度通过坐标图显示在坐标图显示区域28中。另外，在过滤器部22中，被分割成每个频带的信号向比较部24送出。比较部24，将从过滤器部22接收的信号的振幅或者振动强度与从输入装置12向存储部20输入的阈值在每个频带进行比较。在比较部24中，如果检测到超过阈值的振幅、振动强度，则在显示装置26的警告显示区域30中显示警告。
例如，在高频带中，如果检测到超过阈值的振幅、振动强度，则在警告显示区域30中显示在主轴系即主轴118、刀具T中产生了异常。在中频带中，如果检测到超过阈值的振幅、振动强度，则在警告显示区域30中显示在移动体系即主轴头120、A轴的旋转进给轴装置、X滑块116或者X轴的进给轴装置中产生了异常。在低频带中，如果检测到超过阈值的振幅、振动强度，则在警告显示区域30中显示在机械构造体系即底座102、立柱104或者支承在底座102上的Z轴的进给轴装置、支承在立柱104上的Y轴的进给轴装置中产生了异常。
另外，在本实施方式中，能对这样设定的至少2个频带从输入装置12输入不同的阈值14b，使之存储在存储部20的阈值存储区域20b中。或者，能对至少2个频带的各个设定低阈值或者警告阈值和高阈值或者警告阈值，在来自振动传感器18的信号(振幅)比低阈值或者警告阈值低的情况下，判断为加工机100正常工作，在显示装置26的坐标图显示区域28中显示绿色，在来自振动传感器18的信号(振幅)比低阈值或者警告阈值高且比高阈值或者警告阈值低的情况下，判断为今后在加工机100中存在向产生严重损坏的状态转变的可能性，在显示装置26的坐标图显示区域28上显示黄色或者橙色，在来自振动传感器18的信号(振幅)比高阈值或者警告阈值高的情况下，判断为在加工机100中产生了产生严重的损坏的振动，在显示装置26的坐标图显示区域28中显示红色，并且停止加工机100。
作为第二实施方式，在机械构造体的固有频率中，在主轴旋转速度上存在固有的振动。所谓在主轴旋转速度上存在固有的振动，是指将主轴的旋转速度换算成频率的值，当主轴进行每分钟旋转15000转时是250Hz的频率，当进行每分钟旋转33000转时成为550Hz的频率。当不能充分地取得主轴的平衡，主轴的重心和旋转中心的偏移大时，在主轴旋转速度的频率中振幅变大。当在主轴旋转速度的频带中频率大时，可以怀疑产生了刀具T的安装不好、支承主轴的轴承损坏等情况。
在主轴旋转速度上容易出现固有的振动的机床的情况下，如表3所示，将在表2中作为中频带的频率的移动体系固有频率作为低频率进行设定，将主轴旋转速度的频率作为新的中频带进行设定。在表3的例子中，在主轴的旋转速度从每分钟旋转15000转到每分钟旋转33000转之间是可变的机床中，移动体系固有频率与表2相同，是145Hz。
[表3]
Figure GDA0002554355080000081
符号的说明：
10：机床
12：输入装置
14：控制装置
18：振动传感器
20：存储部
20：控制装置
20a：频带存储区域
20b：阈值存储区域
22：过滤器部
24：比较部
26：显示装置
28：坐标图显示区域
30：警告显示区域
100：加工机
102：底座
104：立柱
106：Z轴导向轨道
108：工作台
110：Y轴导向轨道
112：Y滑块
114：X轴导向轨道
116：X滑块
118：主轴头
118：主轴
120：主轴头
122：托架。

Claims (7)

1.一种机床，该机床具有检测振动的振动传感器，检测加工时的异常振动，其特征在于，具备：
在能由上述振动传感器测定的频率的范围内，设定包含主轴系的固有频率在内的使上限成为比主轴系的固有频率高的值的第一频带和包含机械构造体系的固有频率在内的使下限成为比机械构造体系的固有频率低的值并使上限成为与上述第一频带的下限相等的值的第二频带的频带设定部；
将来自上述振动传感器的输出分成上述第一及第二频带的振动成分的过滤器部，
对由上述频带设定部设定的上述第一及第二频带存储阈值的存储部；和
在分成上述第一及第二频带的振动成分的上述过滤器部的输出的振动的振幅超过阈值的情况下进行警告的警告部。
2.如权利要求1记载的机床，其特征在于，
上述频带设定部将包含移动体系的固有频率在内的频带作为上述第二频带进行设定，进而将包含进给轴装置的固定系的固有频率在内的频带作为第三频带进行设定，
上述过滤器部是将来自上述振动传感器的输出分成上述第一、第二和第三频带的振动成分的过滤器部。
3.如权利要求1记载的机床，其特征在于，
上述频带设定部将包含移动体系的固有频率在内的频带作为上述第二频带进行设定，进而将包含主轴旋转的频率在内的频带作为第三频带进行设定，
上述过滤器部是将来自上述振动传感器的输出分成上述第一、第二和第三频带的振动成分的过滤器部。
4.如权利要求1记载的机床，其特征在于，上述频带设定部将包含主轴旋转的频率在内的频带作为上述第一频带。
5.如权利要求1记载的机床，其特征在于，上述频带设定部将包含主轴旋转的频率在内的频带作为上述第二频带。
6.如权利要求5记载的机床，其特征在于，
上述存储部对上述第一及第二频带的每个频带存储了不同的多个阈值，上述警告部对该不同的多个阈值的每一个发出不同的警告。
7.如权利要求1记载的机床，其特征在于，该机床具备将由上述振动传感器检测的振动的在上述第一及第二频带的各个中的振幅进行坐标图显示的显示部。
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