CN109773584B

CN109773584B - 机床的进给轴的运行状态显示装置及运行状态显示方法

Info

Publication number: CN109773584B
Application number: CN201811345190.5A
Authority: CN
Inventors: 北乡匠
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: US10915088B2; CN109773584A; JP2019091299A; US20190146454A1; JP6966166B2; DE102018219327A1

Abstract

本发明提供一种机床的进给轴的运行状态显示装置及运行状态显示方法。监视进给轴的用于切削的使用位置，能够确切地掌握进给轴的运行状态。在NC装置(10)中构成的进给轴的运行状态显示装置包括：通过次数计数单元(13)，其将进给轴的轴动作的动作范围分割成预先规定的数量的区域，并对移动体(9)分别在各个区域中的通过次数进行计数；使用频度计算单元(14)，其根据计数得到的通过次数和轴动作的种类，按照轴动作的每个种类对各区域的使用频度进行分类计算；及显示单元(15)，其将分类计算出的使用频度显示于监视器(12)。

Description

机床的进给轴的运行状态显示装置及运行状态显示方法

技术领域

本发明涉及显示机床的进给轴的运行状态的装置及方法。

背景技术

在机床的进给轴中，大多使用将马达的旋转运动传递给滚珠丝杠来进行驱动的方式。在这样的方式中，通过向滚珠丝杠及支承滚珠丝杠的轴承施加预压而消除松动，来避免发生间隙，减少空转量。

但是，在运行数年的机械中，有时发生滚珠丝杠和轴承被磨损，预压消失，从而驱动机构发生劣化的情况。当变成这样的状态时，无效运动会增加，从而产生工件的加工不良或振荡等不良情况。因此，优选在滚珠丝杠、轴承、导轨这样的机械要素发生劣化、破损而产生不良情况之前对其进行更换。另外，为了应对提高实施机械设备的运行率的要求而计划性地且高效地设定更换时期，希望进行寿命的预测。例如，滚珠丝杠的理论寿命的预测公式如下述的式(1)所示。

【数1】

L：额定寿命(rev)、C：基本动定载荷(N)，Pm：轴向平均载荷(N)

fw：运转系数，例如，静态运转(1.0～1.2)，一般的运转(1.2～1.5)，伴随冲击的运转(1.5～2.0)

对于这样的寿命，在设计时，根据按照某种程度而假设的轴向平均载荷、平均转速、运转系数的状态而进行了计算，但根据用户的不同，实际的运行状态是多种多样的，因此难以对各个时期的寿命进行适当的预测。因此，为了解决这样的问题而提出了各种方法和装置。

例如，在专利文献1～4中公开了根据实际的运行状态计算载荷和转速，并计算寿命的方法。

专利文献1：日本特开平5-187965号公报

专利文献2：日本特开2011-53860号公报

专利文献3：日本特开2011-247660号公报

专利文献4：日本特开2013-119212号公报

另外，在会对机械的寿命产生影响的运行状态中，不仅包括所述专利文献1～4中考虑到的载荷、转速，而且还包括进给轴的使用位置这一要素。例如，在应对量产时，当对相对于载台尺寸而较小的工件进行加工的情况下、或在该平面上进行大量的孔加工的情况等重复进行特定的加工动作时，位置的磨损增多，即便其他部分还完全能够使用，但也不得不进行更换。

对于这些状况，通过研究定期地变更配置位置等使用方法而能够得到改善，但进给轴的用于进行ATC(自动工具更换)动作、APC(自动托盘更换)动作的移动这样的切削以外的动作也较多，因此如果仅通过显示进给轴的使用位置这样的方式，则难以掌握应当注意精度等的用于切削的范围的运行状态。

发明内容

因此，本发明是鉴于这样的问题而研发的，其目的在于提供一种机床的进给轴的运行状态显示装置及方法，能够监视进给轴的用于切削的使用位置，能够确切地掌握进给轴的运行状态。

为了达到上述目的，第一方面的发明是一种显示进给轴的运行状态的装置，其在如下机床中显示进给轴的运行状态，该机床具备利用伺服马达而借助滚珠丝杠使移动体进行直线移动的进给轴，

该显示进给轴的运行状态的装置的特征在于，包括：通过次数计数单元，其将进给轴的轴动作的动作范围分割成预先规定的数量的区域，并对移动体分别在各个区域中的通过次数进行计数；使用频度计算单元，其基于计数而得的通过次数和轴动作的种类，按照轴动作的每个种类对各个区域的使用频度进行分类计算；以及显示单元，其将分类计算出的使用频度以规定的方式显示于监视器。

在本发明中，“轴动作的种类”是指，因使进给轴进行轴动作的目的和用于该目的的动作状态(进给速度等)不同而被区分开来的轴动作的动作方式。例如，在以切削为目的的轴动作和ATC动作、APC动作这样的不以切削为目的的轴动作中，进给速度是不同的(后者的速度快)。

第二方面的发明的特征在于，在第一方面的结构中，还具备阈值计算单元，其根据进给轴的寿命和轴动作的种类为切削进给的区域数在动作范围的总区域数中的比例来计算表示各区域的使用频度的偏重的阈值，显示单元将所计算出的阈值和使用频度一并显示于监视器。

为了达到上述目的，第三方面的发明提供一种显示进给轴的运行状态的方法，其在如下机床中将进给轴的运行状态显示于监视器，该机床具备利用伺服马达而借助滚珠丝杠使移动体进行直线移动的进给轴，

该显示进给轴的运行状态的方法的特征在于，执行如下步骤：通过次数计数步骤，将进给轴的轴动作的动作范围分割成预先规定的数量的区域，并对移动体分别在各区域中通过的次数进行计数；使用频度计算步骤，基于计数得到的通过次数和轴动作的种类，按照轴动作的每个种类而对各区域的使用频度进行分类计算；以及显示步骤，将分类计算出的使用频度显示于监视器。

第四方面的发明的特征在于，在第三方面的结构中，还执行阈值计算步骤，其中，根据进给轴的寿命和轴动作的种类为切削进给的区域数在动作范围的总区域数中的的比例来计算表示各个区域的使用频度的偏重的阈值，在显示步骤中，将所计算出的阈值和使用频度一并显示于监视器。

发明效果

根据本发明，是按照轴动作的每个种类来显示在进给轴的动作范围内被分割的各区域的使用频度的，因此能够监视进给轴的用于切削中的使用位置，并能够确切地掌握进给轴的运行状态。因此，能够进行变更配置位置这样的事先的应对，防止因局部的磨损引起不良情况而导致提早更换部件的情况，能够最大限度地延长机械的寿命。

附图说明

图1是进给轴的位置控制装置和运行状态显示装置的框图。

图2是表示进给轴的动作范围的分割例的说明图。

图3是进给轴的运行状态显示方法的流程图。

图4是示出进给轴的运行状态的显示例的图表。

图5是示出进给轴的运行状态的显示例的图表。

标号说明

1：加法器；2：位置控制器；3：速度控制器；4：电流控制器；6：位置检测器；7：伺服马达；8：滚珠丝杠；9：移动体；10：NC装置；11：存储部；12：监视器；13：通过次数计数部；14：使用频度计算部；15：显示部。

具体实施方式

下面，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是应用本发明的机床的进给轴的位置控制装置的框图的一例。

在该位置控制装置中，来自NC装置10的位置指令和来自安装于伺服马达7的位置检测器6的当前位置被输入到加法器1，所运算出的位置偏差被输入到位置控制器2。位置控制器2生成与位置误差量对应的速度指令值。速度控制器3根据所述速度指令值和由微分器5对来自位置检测器6的当前位置进行运算而得到的速度检测值、生成转矩指令值。电流控制器4根据所输入的转矩指令值来控制伺服马达7的电流。8是滚珠丝杠，9是载台等移动体。

NC装置10包括：存储部11，其存储输出位置指令的未图示的进给轴控制部、输入单元之外的、由位置检测器6检测到的当前位置、和伺服马达7的控制电流值为代表的、在这些处理内所使用的信息；和监视器12，其显示运行状态。

另外，如图2所示，在存储部11中，是将进给轴的动作范围分割为多个区域(在此为10个区域)，而对分割线及各个区域的范围进行存储的。如果按照进给轴位置的最小单位分割则会产生膨大的数据量，因此只要根据机械尺寸、按照冲程量的10分之1到100分之1程度的范围来适当设定即可。在具有仅在ATC动作、APC动作时通过的范围等情况下，无需特别按照等间隔来分割。

进而，在NC装置10设置有：通过次数计数部13，其作为通过次数计数单元而对移动体9通过分割而得到的区域的次数进行计数并累计；使用频度计算部14，其作为使用频度计算单元，根据进行计数而得到的通过次数和轴动作的种类(在此，分类成以切削为目的的进给和以ATC动作等为目的的快速进给)，按照轴动作的种类而对计算各个区域的使用频度进行分类并进行计算；及显示部15，其作为显示单元而根据在此处进行分类计算而得到的使用频度来制作规定的图表并显示到监视器12。即，NC装置10还作为进给轴的运行状态显示装置而发挥功能。

下面，参照图3的流程图，对像上述那样构成的运行状态显示装置中的进给轴的运行状态的计算方法进行说明

首先，在S1中，基于位置检测器6的位置信息而判断是否通过了进给轴位置X_n(在图2中设定的分割线)。当确认通过了分割线时，在接下来的S2中判断移动方向是否为正方向。在此，在是正方向的移动的情况下，在S3中判断进给轴的轴动作的种类是切削进给还是快速进给。该判断例如通过将进给速度与预先设定的基准速度进行比较来进行。

在此，如果轴动作为切削进给，则在S4中，在该分割线的负侧的区域(进给轴范围X_n-1～X_n)中的切削进给的分类中加上通过次数。另一方面，如果轴动作为快速进给，则在S5中，在其分割线的负侧的区域(进给轴范围X_n-1～X_n)中的快速进给的分类中加上通过次数。

另外，在S2的判断中判断为是朝向负方向移动的情况下，在S6中判断进给轴的轴动作的种类是切削进给还是快速进给。

在此，如果轴动作为切削进给，则在S7中，在该分割线的正侧的区域(进给轴范围X_n～X_n+1)中的切削进给的分类中加上通过次数。另一方面，如果轴动作为快速进给，则在S8中，在该分割线的正侧的区域(进给轴范围X_n～X_n+1)中的快速进给的分类中加上通过次数。在该S1～S8都是通过次数计数步骤。

接下来，在S9中，根据进行计数而得到的轴动作的每个种类的通过次数，按照轴动作的每个种类而对各区域的使用频度(使用频度计算步骤)进行分类计算。关于该使用频度，除了直接直接显示通过次数的方式，还可以计算出乘以考虑了轴向上的载荷和进给速度的系数而得到的参数来作为该使用频度。例如，可以采用如下方式，在考虑了轴向上的载荷的情况下，可以根据伺服马达7的负载来估计轴向上的载荷，并根据该载荷与设计时假定的平均载荷的比来计算系数，在考虑进给速度的情况下，可以使进给速度的速度和式(1)的运转系数对应等。

并且，当在S10中输入了在监视器12上进行显示的显示指令时，在S11中，制作出将所计算出的使用频度按照种类进行区分而得到的图表、并显示在监视器12上(显示步骤)。如果未输入显示指令，则返回到S1，反复进行进给轴位置的通过次数的计数和使用频度的计算。

图4示出了监视器12的显示例。通过以这样的方式对切削进给和快速进给进行分类，并按照各个区域来显示，从而能够容易判断为了避免轴使用位置的偏重而应该将工件移动到哪个位置

这样，根据上述方式的进给轴的运行状态显示装置及方法，能够按照轴动作的每个种类来显示在进给轴的动作范围内进行分割而得到的各个区域的使用频度，因此能够监视进给轴的用于切削的使用位置，并能够确切地掌握进给轴的运行状态。由此，能够使变更配置位置这样的事先的应对成为可能，防止因局部的磨损而引起的不良情况、导致提早更换部件，能够最大限度地延长机械的寿命。

此外，虽然在上述形态中，是以等待显示指令的输入的方式在监视器上显示使用频度的，但显示的时机不限于此，也可以不等待输入而实时地在监视器上显示使用频度、或者以等待到达到在规定的区域中设定的通过次数的设定值、或到达进给轴的总使用时间的设定值的方式定期地显示使用频度。

另外，例如，如果是具备X轴、Y轴、Z轴这样的多个进给轴的机床，也可以按照各个进给轴来对使用频度进行切换显示，或将全部进给轴的使用频度同时显示在一个画面上。

并且，如图5所示，也可以按照阈值来显示。在此，示出被判定为已到寿命的阈值和表示使用位置的偏重的阈值。关于判定为已到寿命的阈值，只要使用将由上述式(1)而计算出的寿命除以进给轴的动作范围的区域数而得到的值即可。关于表示使用位置的偏重的阈值，例如根据下述的式(2)来计算即可(阈值计算步骤)。

表示使用位置的偏重的阈值

＝判定为已到寿命的阈值×切削进给的比例为一定以上的区域数/总区域数···(2)

这样，根据在切削进给中使用的区域而设定表示使用位置的偏重的阈值，并进行显示，由此，能够进行进给轴的引导从而均匀地使用进给轴。此外，阈值的显示不限于两个值，也可以仅显示表示使用位置的偏重的阈值。

此外，在上述方式中，是在NC装置中构成了进给轴的运行状态显示装置的，但也可以相对于NC装置而设置另外的装置来作为进给轴的运行状态显示装置，也可以在机床的外部设置分体的装置来作为进给轴的运行状态显示装置。另外，也可以通过有线或无线将一个运行状态显示装置与多个机床连接，针对多个机床中的每个机床来显示进给轴的运行状态。

Claims

1.一种机床的进给轴的运行状态显示装置，其在如下机床中显示所述进给轴的运行状态，该机床具备利用伺服马达而借助滚珠丝杠使移动体进行直线移动的进给轴，

该机床的进给轴的运行状态显示装置的特征在于，包括：

通过次数计数单元，其将所述进给轴的轴动作的动作范围分割成预先规定的数量的区域，并对所述移动体分别在各所述区域中的通过次数进行计数；

使用频度计算单元，其基于计数得出的所述通过次数和所述轴动作的种类，按照所述轴动作的每个种类对各所述区域的使用频度进行分类计算；以及

显示单元，其将分类计算出的所述使用频度以规定的方式显示于监视器。

2.根据权利要求1所述的机床的进给轴的运行状态显示装置，其特征在于，

还包括阈值计算单元，该阈值计算单元根据所述进给轴的寿命和所述轴动作的种类为切削进给的区域数在所述动作范围的总区域数中的比例来计算表示各所述区域的使用频度的偏重的阈值，所述显示单元将所计算出的所述阈值和所述使用频度一并显示于所述监视器。

3.一种机床的进给轴的运行状态显示方法，其在如下机床中将所述进给轴的运行状态显示于监视器，该机床具备利用伺服马达而借助滚珠丝杠使移动体进行直线移动的进给轴，

该机床的进给轴的运行状态显示方法的特征在于，执行如下步骤：

通过次数计数步骤，将所述进给轴的轴动作的动作范围分割成预先规定的数量的区域，并对所述移动体分别在各所述区域中的通过次数进行计数；

使用频度计算步骤，基于计数得出的所述通过次数和所述轴动作的种类，按照所述轴动作的每个种类对各所述区域的使用频度进行分类计算；以及

显示步骤，将分类计算出的所述使用频度显示于所述监视器。

4.根据权利要求3所述的机床的进给轴的运行状态显示方法，其特征在于，

还执行阈值计算步骤，其中，根据所述进给轴的寿命和所述轴动作的种类为切削进给的区域数在所述动作范围的总区域数中的比例来计算表示各所述区域的使用频度的偏重的阈值，在所述显示步骤中，将所计算出的所述阈值和所述使用频度一并显示于所述监视器。