CN112605713A - 机床的主轴监视装置及主轴监视方法 - Google Patents

机床的主轴监视装置及主轴监视方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供机床的主轴监视装置及主轴监视方法。即使在切削加工中也能够监视主轴的状态。NC装置(10)的主轴监视部(13)具备根据主轴负载来监视主轴(2)的动作状态的变化的主轴动作监视部(14)，和根据进给轴负载监视进给轴的动作状态的变化的进给轴动作监视部(15)，在指令主轴(2)以固定的旋转速度旋转且进给轴正在进行驱动的状态下，在主轴动作监视部(14)检测到主轴(2)的动作状态的变化且在进给轴动作监视部(15)没有检测到进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为主轴(2)异常。

Description

机床的主轴监视装置及主轴监视方法
技术领域
本发明涉及用于在使安装在主轴上的刀具或工件旋转的同时对工件进行加工的机床中判断主轴的异常的主轴监视装置及主轴监视方法。
背景技术
在使安装在主轴上的刀具或工件旋转的同时对工件进行加工的机床中，会由于经年劣化导致轴承磨损，产生预压损失，或者会由于异物的混入、润滑不良等而产生损伤，存在引起动作精度的降低或工作时的异常噪音等不良情况的情况。若成为这样的状态，会产生加工物的形状不良或加工面性状不良这样的加工不良，对生产带来不良影响。另外，若发生了主轴的粘连这样的故障，则主轴不能旋转，甚至还存在使机床不能工作的情况。
因此，在机床中组装有监视装置，其监视机床的负载等，在超过阈值时发出警报，或者使机床的动作停止。但是，由于设定了设想了加工影响的阈值，因此是比较大的值，存在如下问题：在成为加工负载过大这样的重大异常之前检测不到，检测不到主轴自身的状态的变化。
因此，作为机床的主轴监视装置，在专利文献1中公开了如下方法：通过机床的控制装置判断主轴旋转但进给轴不移动的状态等未进行切削加工的状态，将安装在主轴上的AE振动传感器的数据作为计测值导入，由此避免加工的影响，在早期阶段就检测到主轴的轴承的状态变化。
专利文献1：日本特开2005-74545号公报
但是，在专利文献1的方法中，由于使用了未进行切削加工时的数据，因此存在遗漏了主轴润滑单元的故障或异物的咬入这样的切削加工时的初期的异常现象或突发产生的预兆的问题。
发明内容
因此，本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种即使在切削加工中也能够监视主轴的状态的机床的主轴监视装置及主轴监视方法。
为了达到上述目的，技术方案1的发明是一种机床的主轴监视装置，其在使安装于主轴的刀具或工件旋转并通过进给轴驱动移动体的同时对工件进行加工的机床中，判断所述主轴的异常，其特征在于，具有：
主轴动作监视单元，其根据主轴负载来监视所述主轴的动作状态的变化；以及
进给轴动作监视单元，其根据进给轴负载来监视所述进给轴的动作状态的变化，
在指令所述主轴以固定的旋转速度旋转，且所述进给轴正在进行驱动的状态下，在所述主轴动作监视单元检测到所述主轴的动作状态的变化且所述进给轴动作监视单元没有检测到所述进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为所述主轴异常。
技术方案2的发明的特征在于，在上述结构中，所述主轴动作监视单元计算所述主轴负载的每单位时间的绝对值的变化量，在所述绝对值的变化量超过预先设定的阈值的情况下，判断为所述主轴的动作状态有变化。
技术方案3的发明的特征在于，在上述结构中，所述进给轴动作监视单元在所述进给轴负载的每单位时间的绝对值的变化量小于预先设定的阈值的情况下，以及/或者所述进给轴负载的每单位时间的变动幅度的变化小于预先设定的阈值时，判断为所述进给轴的动作状态没有变化。
为了达到上述目的，技术方案4的发明是一种机床的主轴监视方法，其在使安装于主轴的刀具或工件旋转并通过进给轴驱动移动体的同时对工件进行加工的机床中，判断所述主轴的异常，其特征在于，执行如下步骤：
主轴动作监视步骤，在所述主轴正在以固定的旋转速度进行旋转的状态下，根据主轴负载来监视所述主轴的动作状态的变化；
进给轴动作监视步骤，在所述进给轴正在进行驱动的状态下，根据进给轴负载来监视所述进给轴的动作状态的变化；以及
判断步骤，在所述主轴动作监视步骤中检测到所述主轴的动作状态的变化，并且在所述进给轴动作监视步骤中没有检测到所述进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为所述主轴异常。
根据本发明，即使在切削加工中也能够监视主轴的状态，能够在早期检测到机床的主轴的异常。
附图说明
图1是表示机床的一例的结构框图。
图2是表示主轴监视方法的顺序的流程图。
标号说明
1：主轴壳体；2：主轴；3：刀具；4：工作台；5：工件；6：床身；10：NC装置；11：程序解释部；12：机床动作指令部；13：主轴监视部；14：主轴动作监视部；15：进给轴动作监视部；16监视器。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
图1是表示机床的一例的结构框图。在机床的主轴壳体1上具备能够通过主轴电机而进行旋转的主轴2，在主轴2的前端安装有刀具3。作为移动体的主轴壳体1能够在Z轴方向上移动。另外，在作为移动体的工作台4上固定有工件5，能够使工作台4在床身6上沿相互正交的X轴、Y轴方向移动。这里，通过使刀具3和工件5相对移动来进行工件5的加工。
控制机床的NC装置10具有：程序解释部11，其将操作员通过未图示的输入单元输入的程序解释为主轴旋转指令，进给轴动作指令；以及机床动作指令部12，其根据从程序解释部11发送的指令，控制主轴电机和各进给轴电机等，从而该NC装置10进行工件5的加工。
另外，在NC装置10中设有主轴监视部13。该主轴监视部13通过主轴动作监视部14以及进给轴动作监视部15来监视由机床动作指令部12所生成的主轴负载、和X轴、Y轴、Z轴的各进给轴的负载这样的与控制有关的信息，从而综合了主轴动作以及进给轴动作的状态。并且，在判断为主轴2存在异常的动作的情况下，主轴监视部13进行向机床动作指令部12发送机床的停止指令、或者向监视器16通知检测到主轴2的异常的情况等处理。
接着，根据图2的流程图说明主轴监视部13的监视方法。
首先，计算主轴负载的绝对值变化量Sa(S1)，进行主轴负载的绝对值变化量Sa与预先设定的主轴负载的绝对值变化量阈值Sal的比较(S2)。该处理在主轴动作监视部14中进行。
主轴负载的绝对值变化量Sa是通过针对利用机床的控制周期而生成的主轴负载(例如与主轴电动机的所需电力或所需转矩相当的负载信号)计算主轴的每个旋转周期的平均值，并将每个旋转周期的平均值与在前一个旋转周期中计算出的平均值的差设为绝对值而计算出的。但是，该计算在主轴旋转速度的指令为恒速的情况下实施，不包括主轴2进行加速和减速的情况。
在S2的判别中，在主轴负载的绝对值变化量Sa大于等于主轴负载的绝对值变化量阈值Sal的情况下(在S2中为“是”的情况)，认为主轴的动作状态有变化而进入下一个处理。另一方面，在主轴负载的绝对值变化量Sa小于主轴负载的绝对值变化量阈值Sal的情况下，认为主轴的动作状态没有变化，返回S1的下一周期的处理。
然后，计算进给轴负载的绝对值变化量Aa(S3)，对进给轴负载的绝对值变化量Aa与预先设定的进给轴负载的绝对值变化量阈值Aal进行比较(S4)。
进给轴负载的绝对值变化量Aa与主轴负载同样，是通过针对X轴、Y轴、Z轴这样的每个进给轴的负载(例如与进给轴电机的所需功率或所需转矩相当的负载信号)计算每个旋转周期的平均值，并将每个旋转周期的平均值与在前1个旋转周期中计算出的平均值的差设为绝对值而计算出的。在这里，将各进给轴的负载的绝对值变化量的最大值用作进给轴负载的绝对值变化量Aa。另外，虽然在此设定了1个阈值Aal，但也可以针对每个进给轴设置阈值来进行判定。
在S4的判别中，在进给轴负载的绝对值变化量Aa小于进给轴负载的绝对值变化量阈值Aal的情况下(在S4中为“是”的情况)，认为进给轴的动作状态没有变化而进入下一个处理，在进给轴负载的绝对值变化量Aa为进给轴负载的绝对值变化量阈值Aal以上的情况下，认为进给轴的动作状态有变化而返回S1。
然后，计算进给轴负载的变动幅度变化量Av(S5)，比较进给轴负载的变动幅度变化量Av和预先设定的进给轴负载的变动幅度变化量阈值Avl(S6)。
进给轴负载的变动幅度变化量Av是通过针对X轴、Y轴、Z轴这样的各进给轴的负载而计算出每一个旋转周期的最大值和最小值之差以作为变动幅度，并将每一个旋转周期的变动幅度与在前1个周期中计算出的变动幅度的差设为绝对值而计算出的。在此，将各进给轴的负载的变动幅度变化量的最大值用作进给轴负载的变动幅度变化量Av。虽然在此将阈值Avl设为一个，但也可以针对每个进给轴设置阈值来进行判定。
在S6的判别中，在进给轴负载的变动幅度变化量Av小于进给轴负载的变动幅度变化量阈值Avl的情况下(S6中为“是”的情况)，虽然进给轴的动作状态没有变化，但主轴的动作状态产生了变化。因此，在S7中，判定为主轴2存在异常，使机床停止。该处理在进给轴动作监视部15中进行。另一方面，在进给轴负载的变动幅度变化量Av在进给轴负载的变动幅度变化量阈值Avl以上的情况下，认为进给轴的动作状态有变化，返回S1。
这样，根据上述方式的主轴监视装置(NC装置10)及主轴监视方法，具有：主轴动作监视部14(主轴动作监视单元)，其根据主轴负载来监视主轴2的动作状态的变化(执行S1，S2的主轴动作监视步骤)；以及进给轴动作监视部15(进给轴动作监视单元)，其根据进给轴负载来监视进给轴的动作状态的变化(执行S3～S6的进给轴动作监视步骤)，在指令主轴2以固定的旋转速度旋转且进给轴正在进行驱动的状态下，在通过主轴动作监视部14检测到主轴2的动作状态的变化且通过进给轴动作监视部15没有检测到进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为主轴2的异常(执行S7的判断步骤)，由此，在切削加工中也能够监视主轴2的状态，还能够检测主轴润滑单元的故障或异物的咬入这样的切削加工时的初期的异常现象或突发产生的预兆。因此，能够在早期检测到主轴2的异常。
另外，在上述方式中，在S2中，虽然在主轴负载的绝对值变化量Sa为绝对值变化量阈值Sal以上的情况下，是以进给轴的动作状态没有变化为条件来判定为异常的，但也可以对在S2中进行比较的阈值设置等级，在大于较小的阈值的情况下，在S7中仅进行向监视器的通知，在大于较大的阈值的情况下，在S7中判定为异常而使机床停止。
另外，在此，虽然以主轴负载的绝对值变化量为例进行了说明，但通过使用在主轴上另外设置的振动传感器而置换为RMS值(有效值)的变化量或变动幅度的变化量，可以得到同样的效果。
并且，在S4的判别中进给轴负载的绝对值变化量Aa小于进给轴负载的绝对值变化量阈值Aal的情况下，且在S6的判别中进给轴负载的变动幅度变化量Av小于进给轴负载的变动幅度变化量阈值Avl的情况下，判定为进给轴的动作状态没有变化，但也可以仅采用S3～S4和S5～S6中的任意一个处理来判定进给轴的动作状态。
并且，在上述方式中，采用了在机床的NC装置中组装有主轴监视装置的结构，但也可以将与NC装置分开设置的主轴监视装置通过无线或有线与NC装置连接来执行主轴监视方法。此时，如果与多个机床的NC装置连接，则可以一并判断主轴的异常。

Claims (4)

1.一种机床的主轴监视装置，其在使安装于主轴的刀具或工件旋转并通过进给轴驱动移动体的同时对工件进行加工的机床中，判断所述主轴的异常，其特征在于，所述机床的主轴监视装置具有：
主轴动作监视单元，其根据主轴负载来监视所述主轴的动作状态的变化；以及
进给轴动作监视单元，其根据进给轴负载来监视所述进给轴的动作状态的变化，
在指令所述主轴以固定的旋转速度旋转且所述进给轴正在进行驱动的状态下，在所述主轴动作监视单元检测到所述主轴的动作状态的变化且所述进给轴动作监视单元没有检测到所述进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为所述主轴异常。
2.根据权利要求1所述的机床的主轴监视装置，其特征在于，
所述主轴动作监视单元计算所述主轴负载的每单位时间的绝对值的变化量，在所述绝对值的变化量超过预先设定的阈值的情况下，判断为所述主轴的动作状态有变化。
3.权利要求1或2所述的机床的主轴监视装置，其特征在于，
所述进给轴动作监视单元在所述进给轴负载的每单位时间的绝对值的变化量小于预先设定的阈值的情况下，以及/或者所述进给轴负载的每单位时间的变动幅度的变化小于预先设定的阈值的情况下，判断为所述进给轴的动作状态没有变化。
4.一种机床的主轴监视方法，其在使安装于主轴的刀具或工件旋转并通过进给轴驱动移动体的同时对工件进行加工的机床中，判断所述主轴的异常，其特征在于，所述机床的主轴监视方法执行如下步骤：
主轴动作监视步骤，在所述主轴正在以固定的旋转速度进行旋转的状态下，根据主轴负载来监视所述主轴的动作状态的变化；
进给轴动作监视步骤，在所述进给轴正在进行驱动的状态下，根据进给轴负载来监视所述进给轴的动作状态的变化；以及
判断步骤，在所述主轴动作监视步骤中检测到所述主轴的动作状态的变化并且在所述进给轴动作监视步骤中没有检测到所述进给轴的动作状态的变化的情况下，判断为所述主轴异常。
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