CN112296756A - 工具安装状态估计系统及机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工具安装状态估计系统(1)，包括：测量用工具(140)，其具有主体部(143)和振动源(144)，所述主体部(143)具有与工具(150共通的锥形外表面(141)，所述振动源(144)安装于主体部(143)并产生振动；传感器(2)，其设置于主轴，并对振动源(143)中产生且经由锥形外表面(141)和锥形内表面(112a)而传输至主轴(112)侧的振动进行检测，所述主轴(112)将测量用工具(140)的锥形外表面(141)拉入至锥形内表面(112a)内并使它们紧密贴合；估计部，其基于由传感器(2)检测到的振动对工具(150)的安装状态进行估计。

Description

工具安装状态估计系统及机床
技术领域
本公开涉及一种工具安装状态估计系统及机床。
背景技术
已知如下一种机床：通过机床的主轴所具备的牵引杆的工作，使工具的锥形外表面与主轴的锥形内表面紧密贴合，从而将工具固定于主轴(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-9283号公报
发明内容
发明所要解决的问题
主轴的锥形内表面会因切屑的附着和加工过程中的振动等而随时间发生劣化。在锥形内表面劣化的情况下，当保持有工具时，存在工具与锥形外表面的紧密贴合程度降低，加工中的工具产生振动，从而导致加工不良的可能性。因而，优选地，尽早地检测出由锥形内表面的劣化等而引起的工具向主轴的安装状态的恶化。
用于解决问题的手段
本公开的一个方面为一种工具安装状态估计系统，包括：测量用工具，其具有主体部和振动源，所述主体部具有与工具共通的锥形外表面，所述振动源安装于所述主体部并产生振动；传感器，其设置于主轴，并对所述振动源中产生且经由所述锥形外表面和所述锥形内表面而传输至所述主轴侧的振动进行检测，所述主轴将所述测量用工具的所述锥形外表面拉入至锥形内表面内并使它们紧密贴合；以及估计部，其基于由所述传感器检测到的所述振动对所述工具的安装状态进行估计。
附图说明
图1为表示根据本公开的一个实施方式的工具安装状态估计系统及机床的整体结构图。
图2为表示在图1的机床中的主轴安装有测量用工具的状态的纵剖视图。
图3为表示在图1的机床中将转塔的测量用工具安装于主轴前的状态的整体结构图。
图4为表示在图1的机床中将转塔的测量用工具安装于主轴后的状态的整体结构图。
图5为表示图1的工具安装状态估计系统的运算部的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本公开的一个实施方式的工具安装状态估计系统1及机床100进行说明。
如图1所示，根据本实施方式的机床100包括：机床主体110、以及根据本实施方式的工具安装状态估计系统1。
机床主体110包括：工具库111，其收容有多个工具150以及后述的测量用工具140；主轴112，其对工具库111内的工具150或测量用工具140中的一个工具进行安装并进行加工或测量；以及工具更换装置113，其在主轴112与工具库111之间对工具150或测量用工具140进行更换。
工具库111具有圆板状的转塔115，该圆板状的转塔115具有沿周向隔开间隔配置的多个把持部114。转塔115能够沿中心轴线A旋转，各把持部114以能够安装或拆卸的方式保持工具150。测量用工具140与其它工具150相同，也被任意的把持部114保持。
如图1所示，主轴112被主轴头117支承，该主轴头117经由直动机构116而被支承为能够沿铅垂方向移动。直动机构116包括：基座118，其沿铅垂方向延伸并固定于地面；以及滑块119，其能够相对于基座118而沿铅垂方向移动，主轴头117固定于滑块119。
如图2所示，主轴112的下部设置有锥形内表面112a和牵引杆(drawbar)120，所述锥形内表面112a与设置于工具150或测量用工具140的锥形外表面141、151紧密贴合，并且所述牵引杆120以能够安装或拆卸的方式把持工具150或设置于测量用工具140的拉杆(Pull stud)142，并向上方牵引工具150或设置于测量用工具140的拉杆142。主轴112通过电机驱动工具150使其绕铅垂轴线旋转而进行加工，所述工具150处于通过牵引杆120使锥形外表面151与锥形内表面112a紧密贴合的状态。
工具更换装置113对转塔115和直动机构116进行控制。转塔115被从直动机构116的基座118延伸出来的支承构件121支承，并被支承为能够绕水平的摆动轴线B摆动。在主轴头117的侧面设置有凸轮122，转塔115设置有跟随凸轮122一起动作的凸轮从动件123。
如图3所示，工具更换装置113在使转塔115旋转而将欲安装于主轴112的工具150或测量用工具140配置于最低位置的状态下，通过直动机构116的工作而使主轴头117上升至最高位置。由此，转塔115绕摆动轴线B摆动，从而欲安装的工具150或测量用工具140被配置于主轴112的铅垂下方。
通过从该状态使主轴头117下降，从而向主轴112的锥形内表面112a内插入工具150或测量用工具140的锥形外表面141、151，并通过牵引杆120的工作将工具150或测量用工具140安装于主轴112。然后，通过使主轴头117进一步下降，从而如图4所示凸轮从动件123跟随凸轮122一起移动而使转塔115摆动，进而工具150或测量用工具140从把持部114而传递至主轴112。
如图1所示，根据本实施方式的工具安装状态估计系统1包括：传感器2，其安装于机床主体110的主轴112；测量用工具140，其以能够安装或拆卸的方式安装于主轴112；运算部3，其与传感器2连接；以及通知部4，其与运算部3连接。传感器2例如为加速度传感器。
如图2所示，测量用工具140包括：主体部143，其具有与其它工具150共通的锥形外表面141和拉杆142；以及压电元件(振动源)144，其安装于主体部143。压电元件144从未图示的蓄电池接收的电力供给，并产生例如由预定频率的正弦波构成的振动。
传感器2在将测量用工具140安装于主轴112的状态下，对由测量用工具140的压电元件144产生并经由锥形外表面141和锥形内表面112a而传输至主轴112侧的振动进行检测。
运算部3由处理器和存储器构成，并如图5所示具有估计部5和判定部6。
估计部5基于由传感器2检测到的振动对测量用工具140的安装状态进行估计。
具体而言，估计部5对由传感器2检测到的振动进行频率分析，并计算出和由压电元件144产生的输入振动具有相同频率的振动的振幅、与输入振动的振幅的比率，也就是，比率＝(和由压电元件144产生的输入振动具有相同频率的振动的振幅)/(由压电元件144产生的输入振动的振幅)，以作为锥形外表面141与锥形内表面112a的紧密贴合程度。
另外，估计部5计算出根据频率分析的结果获得的共振频率。
判定部6由处理器和存储器构成，并判定计算出的紧密贴合程度是否为预定的容许值以下。
另外，判定部6判定计算出的共振频率是否与预定的共振频率相比而低于阈值。预定的共振频率以如下状态进行测量即可，即在牵引杆120以及锥形内表面112a未劣化的状态下安装测量用工具140的状态。
在计算出的紧密贴合程度为容许值以下的情况下，测量用工具140的锥形外表面141与主轴112的锥形内表面112a未充分地紧密贴合，因而可以预想到即使在代替测量用工具140而安装有工具150的情况下，也无法获得充分的紧密贴合程度。
并且，通过判定共振频率是否低于阈值，能够对紧密贴合程度降低的原因进行估计。
即，在紧密贴合程度降低且共振频率下降的情况下，能够估计出因牵引杆120劣化而导致拉入力下降的可能性较高。另一方面，在紧密贴合程度降低但共振频率未下降的情况下，能够估计出主轴112的锥形内表面112a存在磨损或切屑的咬入的可能性较高。
通知部4在由判定部6判定为紧密贴合程度为容许值以下的情况下，对该情况进行通知。通知部4为监视器、扬声器或者灯等中的任意一者即可。
并且，通过通知部4对判定部6的判定结果进行通知，从而操作者能够确认锥形外表面141、151与锥形内表面112a的紧密贴合程度的降低及其大致的原因，能够防止在安装状态变差的状态下继续进行加工。
即，根据本实施方式的工具安装状态估计系统1及机床100，能够将安装于转塔115的测量用工具140，根据需要或定期地安装于主轴112以进行测量。由此，能够容易且尽早地检测出工具150向主轴112的安装状态变差的情况。另外，具有如下优点：通过对由传感器2检测到的振动进行分析，从而辨别该安装状态的变差是由主轴112所具备的锥形内表面112a的磨损或者切屑的咬入而引起的，还是由牵引杆120的劣化而引起的。
此外，在本实施方式中，作为振动源例示了压电元件144，但取而代之地，也可以采用锤击装置。
另外，在本实施方式中，在由判定部6判定为由估计部5计算出的紧密贴合程度为预定的容许值以下的情况下，对该情况进行通知。但取而代之地，也可以具有时刻估计部(图示略)，所述时刻估计部在每次进行计算时存储由估计部5计算出的紧密贴合程度，并基于存储的紧密贴合程度的时间变化，估计紧密贴合程度成为容许值以下的时刻。
根据时刻估计部，具有如下优点：在紧密贴合程度实际降低到容许值以下而加工精度下降之前，能够对该时刻进行估计，从而采取更早地改善安装状态的对策。
另外，也可以任意地设定容许值和阈值。
附图标记说明
1：工具安装状态估计系统
2：传感器
4：通知部
5：估计部
6：判定部
100：机床
112：主轴
112a：锥形内表面
140：测量用工具
141、151：锥形外表面
143：主体部
144：压电元件(振动源)
150：工具

Claims (8)

1.一种工具安装状态估计系统，其特征在于，包括：
测量用工具，其具有主体部和振动源，所述主体部具有与工具共通的锥形外表面，所述振动源安装于所述主体部并产生振动；
传感器，其设置于主轴，并对所述振动源中产生且经由所述锥形外表面和锥形内表面而传输至所述主轴侧的振动进行检测，所述主轴将所述测量用工具的所述锥形外表面拉入至所述锥形内表面内并使它们紧密贴合；以及
估计部，其基于由所述传感器检测到的所述振动对所述工具的安装状态进行估计。
2.根据权利要求1所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，
所述估计部基于所述振动源中产生的所述振动的振幅、与由所述传感器检测到的所述振动的振幅之间的比率，估计所述锥形外表面与所述锥形内表面之间的紧密贴合程度以作为安装状态。
3.根据权利要求1所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，
所述估计部基于检测到的所述振动的共振频率成分，估计将所述锥形外表面向所述锥形内表面内拉入的拉入力的下降以作为安装状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，
所述振动源为压电元件。
5.根据权利要求2所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，包括：
判定部，其判定由所述估计部估计出的所述紧密贴合程度是否为容许值以下；以及
通知部，其在由所述判定部判定为所述紧密贴合程度为所述容许值以下的情况下，对该情况进行通知。
6.根据权利要求2所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，包括：
存储部，其对隔开时间间隔而估计出的所述紧密贴合程度进行存储；以及
时刻估计部，其基于所述存储部中存储的所述紧密贴合程度的时间变化，估计所述紧密贴合程度成为容许值以下的时刻。
7.根据权利要求6所述的工具安装状态估计系统，其特征在于，
所述工具安装状态估计系统还包括通知部，所述通知部对由所述时刻估计部估计出的所述时刻进行通知。
8.一种机床，其特征在于，包括：
传感器；以及
估计部，其基于由所述传感器检测到的振动对工具的安装状态进行估计，
所述传感器设置于主轴，并对在安装有所述测量用工具的状态下所述振动源中产生且经由锥形外表面和锥形内表面而传输至所述主轴侧的所述振动进行检测，所述主轴将测量用工具的所述锥形外表面拉入至所述锥形内表面内并使它们紧密贴合，所述测量用工具具有振动源，所述振动源安装于具有与所述工具共通的所述锥形外表面的主体部并产生振动。
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