CN113001258B - 机床的进给轴诊断装置及进给轴诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的进给轴诊断装置及进给轴诊断方法。其能够基于在通常的机床的进给轴中使用的控制信号，进行考虑了工件的重量变化的影响的滚动引导机构的异常检测。进给轴诊断装置具有进给轴诊断部(11)，该进给轴诊断部在利用滚珠丝杠(8)沿着滚动引导机构(10)的引导面驱动移动体(9)的同时进行工件的加工的机床中检测滚动引导机构(10)的异常，进给轴诊断部(11)取得非加工中的进给速度以及在该进给速度下对滚珠丝杠(8)施加的负荷，基于根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个进给速度与负荷之间的关系而计算出的近似函数来检测异常。

Description

机床的进给轴诊断装置及进给轴诊断方法

技术领域

本发明涉及具有沿滚动引导机构驱动移动体的进给轴的机床的进给轴诊断装置及进给轴诊断方法。

背景技术

在近年来的机床的进给轴中，广泛采用通过将马达的旋转运动传递给滚珠丝杠来驱动移动体，从而能够沿着滚动引导机构移动的方式。但是，对于滚珠丝杠或滚动引导机构这样的驱动部件，若发生经年劣化或异物混入、润滑不良等，则进给轴会成为不正常动作的状态，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，对生产造成不良影响。因此，为了实现机床的运转中的稳定生产，希望检测出机械的异常，将机械的状态通知给管理者、作业者，将工件的加工不良防患于未然，并提出了进行各种诊断的方法。

例如，作为机床的进给轴异常之一，存在滚动引导机构中的移动块的端板发生破损。在滚动引导机构中，为了使滚动体在轨道部件上滚动的同时在移动块内循环，在移动块的端板上形成有方向转换路，使传送方向反转。在此，若因异物混入等而导致循环状态恶化时，则会对端板施加过剩的负荷，端板破损，滚动体会向移动块的外部脱落。若产生滚动体的脱落，则该移动块不能发挥引导的功能，因此产生移动体的姿势变化，产生定位性能降低的不良情况。

作为检测上述那样的滚动引导机构中的移动块的端板破损的装置，在专利文献1及专利文献2中公开了如下方法：通过在移动块上设置检测滚动引导装置中的端板的变形的传感器，来进行端板的破损的预知或检测。

另外，在专利文献3中公开了如下方法：使用安装在滚动引导装置的轨道部件上的振动传感器，导入数据收集时间不同的传感器的输出信号，通过将各个分析结果与阈值数据进行比较，判断在移动块和轨道部件的哪个传送面上发生了异常。

但是，在机床中采用上述方法的情况下，需要安装多个诊断用的传感器。例如，在一般的多工序自动数控机床中，进给轴有3个轴，每一个轴使用4个移动块，因此，假设要在移动块的两个面安装传感器，则至少需要24个传感器。即，在上述方法中，存在如下问题：传感器自身的费用增加、因在信息收集装置进行的配线作业引起的制造成本的增加、和传感器自身的故障引起的故障风险的增加。另外，在工件加工中产生的负荷、振动、工件的重量变化等会成为传感器输出的干扰，因此，还存在如下课题：需要与通常运转不同的诊断用的特别的动作。

专利文献1：日本特开2005-42785号公报

专利文献2：日本特开2012-193803号公报

专利文献3：日本特开2018-138817号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种机床的进给轴诊断装置及进给轴诊断方法，能够基于在通常的机床的进给轴中使用的控制信号，进行考虑了工件的重量变化的影响的滚动引导机构的异常检测。

为了实现上述目的，技术方案1的发明是一种进给轴诊断装置，其中，该进给轴诊断装置具备进给轴诊断部，该进给轴诊断部在利用进给轴沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的同时进行工件的加工的机床中检测滚动引导机构的异常，其特征在于，进给轴诊断部取得非加工中的进给速度以及在进给速度下施加于进给轴的负荷，基于根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个进给速度与负荷之间的关系计算出的近似函数来检测异常。

技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，进给轴诊断部取得在非加工中进给轴成为固定速度时的多个进给速度和负荷。

技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或2的发明中，按照近似函数进行线性近似，在计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，判断为在滚动引导机构中产生了循环不良。

技术方案4的发明的特征在于，在技术方案3的发明中，按照近似函数进行线性近似，在计算出的系数比预先设定的阈值小且计算出的常数项比预先设定的阈值大的情况下，判断为在滚动引导机构中产生了循环不良。

技术方案5的发明提供一种进给轴诊断方法，其中，在利用进给轴沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的同时进行工件的加工的机床中，对滚动引导机构的异常进行检测，其特征在于，取得非加工中的进给速度以及在进给速度下施加于进给轴的负荷，基于根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个进给速度与负荷之间的关系计算出的近似函数来检测异常。

发明效果

根据技术方案1、3及5的发明，无需追加诊断用的传感器，能够基于在通常的机床中对进给轴使用的控制信号进行滚动引导机构的异常检测。

根据技术方案2的发明，能够以更高精度进行滚动引导机构的异常检测。

根据技术方案4的发明，除了上述效果，还能够进行考虑了工件的重量变化的影响的滚动引导机构的异常检测。

附图说明

图1是表示本发明的进给轴的诊断装置的说明图。

图2是表示本发明的进给轴诊断的步骤的流程图。

图3是表示提取的进给速度与进给轴负荷的关系的例子的曲线图。

附图标记

1：减法器；2：位置控制部；3：速度控制部；4：电流控制部；5：微分器；6：位置检测器；7：伺服马达；8：滚珠丝杠；9：移动体；10：滚动引导机构；11：进给轴诊断部；12：NC装置。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的进给轴的诊断装置的说明图。

在该机床中，移动体9被设置为能够通过在伺服马达7的驱动下旋转的滚珠丝杠8进行滑动。移动体9能够沿着滚动引导机构10的引导面进行直线运动。

在未图示的工件的加工中，通过由伺服马达7经由滚珠丝杠8驱动移动体9，从而使载置在移动体9上的工件移动到规定的位置，由此来进行加工。

进给轴诊断装置包括：位置检测器6，其设置在伺服马达7上，通过检测该伺服马达7的旋转位置来检测移动体9的位置；NC装置12，其输出移动体9的位置指令值；减法器1，从由NC装置12输出的位置指令值中减去由位置检测器6得到的移动体9的位置来计算位置偏差；位置控制部2，其根据计算出的位置偏差输出速度指令值；微分器5，其用来通过对输出的速度指令值和从位置检测器6输出的旋转信号进行微分来得到伺服马达7的转速；速度控制部3，其基于得到的伺服马达7的转速输出马达扭矩指令值；以及电流控制部，其使马达扭矩指令值放大而向伺服马达7输出。并且还具备进给轴诊断部11，该进给轴诊断部11基于来自NC装置12的位置指令值和从速度控制部3输出的马达扭矩指令值，进行滚动引导机构10的异常检测。

另外，各指令值等信息能够由NC装置12记录及显示。

接着，说明本发明中诊断的步骤。

图2是表示本发明的进给轴诊断的步骤的流程图。

首先，对是否处于非加工动作中进行判定(S1)。在此，在定位动作指令中以及切削进给指令中，在施加于图1中未图示的主轴的负荷的变化的情况是，在主轴成为固定转速之后的负荷成为固定值以下的情况下，判定为处于非加工动作中。

在判断为处于非加工动作中的情况下，对移动体9的进给速度是否已成为固定速度进行判定(S2)。

在移动体9的进给速度为固定速度的情况下，取得某一个动作中的进给速度以及进给轴负荷(S3)。此时，作为进给速度，取得指令速度。另外，作为进给轴负荷，取得在进给速度是否为固定速度的判定被解除之前、或者是否处于非加工动作中的判定被解除之前检测到的负荷信息的平均值。

在经过设定的规定时间之前，反复实施S1～S3的处理，取得多个与进给速度对应的进给轴负荷(S4)。规定时间例如可以按照1天或1个程序的动作等任意的期间设定。

在经过规定时间后，计算出所取得的多个进给速度与进给轴负荷之间的关系(S5)。在此，通过线性近似来计算进给速度与进给轴负荷的关系。进给速度和进给轴负荷的关系的例子如图3所示。

基于在S5中进行线性近似得到的近似式的系数以及常数项，诊断滚动引导机构10有无异常(S6)。若滚动引导机构10产生循环不良，则相对于正常时，近似式的系数变小，常数项变大。基于根据正常时的进给速度与进给轴负荷的关系计算出的近似式，预先设定系数阈值及常数项阈值，在近似式的系数小于系数阈值且常数项大于常数项阈值的情况下，判断为滚动引导机构10发生了循环不良。另一方面，在滚动引导机构10正常发挥功能的情况下，当滚珠丝杠8上的移动体9的重量因工件而变化时，近似式的斜率即系数不产生变化，仅常数项变化。因此，能够在考虑了工件的重量的变化的基础上，进行滚动引导机构10的异常检测。

上述实施方式的进给轴诊断装置具备在沿着滚动引导机构10的引导面由滚珠丝杠8驱动移动体9的同时进行工件加工的机床中检测滚动引导机构10的异常的进给轴诊断部11，进给轴诊断部11取得非加工中的进给速度以及在该进给速度下施加于滚珠丝杠8的负荷，根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个进给速度与负荷的关系计算出近似函数，基于该近似函数来检测异常。

根据以此方式构成的进给轴诊断装置，无需追加诊断用的传感器，能够基于在通常的机床中对滚珠丝杠8使用的控制信号，进行滚动引导机构10的异常检测。

另外，进给轴诊断部11取得在非加工中滚珠丝杠8成为固定速度时的多个进给速度及负荷，根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个进给速度与负荷的关系计算出近似函数，基于该近似函数检测异常。

因此，能够以更高精度进行滚动引导机构10的异常检测。

另外，在近似函数中进行线性近似，在计算出的系数比预先设定的阈值小且计算出的常数项比预先设定的阈值大的情况下，判断为在滚动引导机构10中产生循环不良。

因此，能够在考虑工件的重量变化的影响的基础上进行滚动引导机构10的异常检测。

以上，基于图示例说明了本发明，其技术范围并不限定于此。

例如，滚动引导机构10的异常判断也可以仅使用近似式的系数，在计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，判断为滚动引导机构10发生循环不良。

另外，进给轴诊断装置也可以设置在机床的外部。

Claims (8)

1.一种机床的进给轴诊断装置，其具备进给轴诊断部，该进给轴诊断部在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，检测所述滚动引导机构的异常，其特征在于，

所述进给轴诊断部取得在非加工中所述进给轴成为固定速度时的多个进给速度和多个负荷，

基于根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的线性的近似函数来检测异常。

2.一种机床的进给轴诊断装置，其具备进给轴诊断部，该进给轴诊断部在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，检测所述滚动引导机构的异常，其特征在于，

所述进给轴诊断部取得非加工中的进给速度以及在所述进给速度下施加于所述进给轴的负荷，

在基于如下的线性的近似函数计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，检测到所述滚动引导机构的异常，该线性的近似函数是根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的。

3.根据权利要求2所述的机床的进给轴诊断装置，其特征在于，

按照所述近似函数进行线性近似，在计算出的所述系数比预先设定的阈值小且计算出的常数项比预先设定的阈值大的情况下，判断为在所述滚动引导机构中产生了循环不良。

4.一种机床的进给轴诊断装置，其具备进给轴诊断部，该进给轴诊断部在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，检测所述滚动引导机构的异常，其特征在于，

所述进给轴诊断部取得在非加工中所述进给轴成为固定速度时的多个进给速度和多个负荷，

在基于如下的线性的近似函数计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，检测到所述滚动引导机构的异常，该线性的近似函数是根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的。

5.根据权利要求4所述的机床的进给轴诊断装置，其特征在于，

按照所述近似函数进行线性近似，在计算出的所述系数比预先设定的阈值小且计算出的常数项比预先设定的阈值大的情况下，判断为在所述滚动引导机构中产生了循环不良。

6.一种机床的进给轴诊断方法，其中，在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，对所述滚动引导机构的异常进行检测，其特征在于，

取得在非加工中所述进给轴成为固定速度时的多个进给速度和多个负荷，

基于根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的线性的近似函数来检测异常。

7.一种机床的进给轴诊断方法，其中，在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，对所述滚动引导机构的异常进行检测，其特征在于，

取得非加工中的进给速度以及在所述进给速度下施加于所述进给轴的负荷，

在基于如下的线性的近似函数计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，检测到所述滚动引导机构的异常，该线性的近似函数是根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的。

8.一种机床的进给轴诊断方法，其中，在具有利用滚珠丝杠沿着滚动引导机构的引导面驱动移动体的进给轴的机床中，对所述滚动引导机构的异常进行检测，其特征在于，

取得在非加工中所述进给轴成为固定速度时的多个进给速度和多个负荷，

在基于如下的线性的近似函数计算出的系数比预先设定的阈值小的情况下，检测到所述滚动引导机构的异常，该线性的近似函数是根据在规定期间内在不同的多个进给速度条件下取得的多个所述进给速度与所述负荷之间的关系而以横轴为进给速度计算出的。