CN113543912A - 机床及感测方法 - Google Patents

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CN113543912A CN202080019403.4A CN202080019403A CN113543912A CN 113543912 A CN113543912 A CN 113543912A CN 202080019403 A CN202080019403 A CN 202080019403A CN 113543912 A CN113543912 A CN 113543912A
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Abstract

机床(1)的特征在于，具有：正面主轴(10)，其具有正面卡盘(12)；背面主轴(20)，其具有背面卡盘(22)；控制部(50)，其使背面卡盘(22)进行将已紧固在正面卡盘(12)的工件(W)紧固在背面卡盘(22)的紧固动作；感测部(60)，其基于与正面卡盘(12)和背面卡盘(22)的至少一者的振动相关的测量数据，感测伴随背面卡盘(22)的紧固动作的异常。

Description

机床及感测方法
技术领域
本发明涉及一种机床及感测方法。
背景技术
已知有使用工具对工件进行加工的CNC车床等机床(例如参照专利文献1～2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-326206号公报；
专利文献2：日本特开2019-30954号公报。
发明内容
发明要解决的问题
这样的机床有时具有：第一主轴，其具有第一卡盘；第二主轴，其具有第二卡盘。而且，有时构成为：第一卡盘进行将工件紧固的第一紧固动作，其后，第二卡盘进行将工件紧固的第二紧固动作，其后，对工件进行切断加工来制成产品。此时，在第二紧固动作存在例如切屑卡住等异常的情况下，很可能对产品的加工精度造成不良影响。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种机床及感测方法，能够有效地感测伴随将已紧固在第一卡盘的工件紧固在第二卡盘的紧固动作所伴随的异常。
用于解决问题的方案
本发明的机床的特征在于，具有：第一主轴，其具有第一卡盘；第二主轴，其具有第二卡盘；控制部，其使所述第二卡盘进行紧固动作，所述紧固动作将已紧固在所述第一卡盘的工件紧固在所述第二卡盘；感测部，其基于与所述第一卡盘和所述第二卡盘的至少一者的振动相关的测量数据，感测伴随所述第二卡盘的紧固动作的异常。
本发明的机床在上述结构中，优选所述测量数据包括：在伴随所述第二卡盘的紧固动作所述第二卡盘与工件接触时之后、所述第二卡盘的紧固动作后的工具与工件接触时之前测量的数据。
本发明的机床在上述结构中，优选具有振动传感器，其获取所述测量数据。
本发明的机床在上述结构中，优选所述控制部在使所述第一主轴和所述第二主轴同步旋转的状态下使所述第二卡盘进行所述紧固动作，并且至少在所述感测部未感测出所述异常的情况下连续进行工件的加工。
本发明的感测方法的特征在于，具有：紧固步骤，使第二卡盘进行紧固动作，所述紧固动作将已紧固在第一主轴的第一卡盘的工件紧固在第二主轴的所述第二卡盘；感测步骤，基于与所述第一卡盘和所述第二卡盘的至少一者的振动相关的测量数据，感测伴随所述第二卡盘的紧固动作的异常。
本发明的感测方法在上述结构中，优选具有加工步骤，在所述第二卡盘的所述紧固动作后对工件进行加工，在所述紧固步骤中，在使所述第一主轴和所述第二主轴同步旋转的状态下使所述第二卡盘进行所述紧固动作，在所述加工步骤中，至少在所述感测步骤未感测出所述异常的情况下连续进行工件的加工。
发明效果
根据本发明，能够提供一种机床及感测方法，能够有效地感测伴随将已紧固在第一卡盘的工件紧固在第二卡盘的紧固动作的异常。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的机床的示意图。
图2为表示不存在伴随第二卡盘的紧固动作的异常的情况下的与第二卡盘的振动相关的测量数据的一个例子的图。
图3为表示存在伴随第二卡盘的紧固动作的异常的情况下的与第二卡盘的振动相关的测量数据的一个例子的图。
图4为表示存在和不存在伴随第二卡盘的紧固动作的异常的情况下的指标值分布的例子的图。
图5为表示本发明的一个实施方式的感测方法的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式的机床及感测方法详细地举例说明。
图1所示的机床1是将长条的棒材作为工件(被加工物)W进行加工的自动车床(CNC车床)，其具有作为第一主轴的正面主轴10以及作为第二主轴的背面主轴20。
正面主轴10和背面主轴20以正面主轴10的轴线与背面主轴20的轴线平行的方式彼此相向配置。以下，将与正面主轴10和背面主轴20的轴线平行的方向设为Z轴方向，将与Z轴方向正交的方向设为X轴方向，将与Z轴方向和X轴方向正交的方向设为Y轴方向。
在基座2上设置有通过例如导轨机构等正面侧移动机构3在Z轴方向移动自由的正面主轴台11。正面主轴10把持工件W，自由旋转地被正面主轴台11支承，通过主轴电机被旋转驱动。作为主轴电机，能够采用例如在正面主轴台11的内部在正面主轴台11与正面主轴10之间构成的内置电机。
在基座2上设置有通过例如导轨机构等背面侧移动机构4在Z轴方向移动自由的背面主轴台21。背面主轴20把持工件W，自由旋转地被背面主轴台21支承，通过主轴电机被旋转驱动。作为主轴电机，能够采用例如在背面主轴台21的内部在背面主轴台21与背面主轴20之间构成的内置电机。
在基座2与正面主轴台11之间或者基座2与背面主轴台21之间，设置有使正面主轴10相对于背面主轴20在X轴方向相对移动的X轴移动机构。此外，在基座2与正面主轴台11之间或者基座2与背面主轴台21之间，设置有使正面主轴10相对于背面主轴20在Y轴方向相对移动的Y轴移动机构。
在正面主轴10的顶端，自由开合地设置有作为第一卡盘的正面卡盘12。正面卡盘12收容在卡盘套管13的内侧。当卡盘套管13向正面主轴10的顶端侧滑动时，通过卡盘套管13的锥面按压正面卡盘12的锥面，闭合正面卡盘12。相反，当卡盘套管13向正面主轴10的基端侧滑动时，卡盘套管13的锥面对正面卡盘12的锥面的按压解除，打开正面卡盘12。通过在打开正面卡盘12的状态下插入工件W并闭合正面卡盘12，将工件W紧固在正面卡盘12。正面主轴10能够通过像这样将工件W紧固在正面卡盘12来把持工件W。
在背面主轴20的顶端，自由开合地设置有作为第二卡盘的背面卡盘22。背面卡盘22收容在卡盘套管23的内侧。当卡盘套管23向背面主轴20的顶端侧滑动时，通过卡盘套管23的锥面按压背面卡盘22的锥面，闭合背面卡盘22。相反，当卡盘套管23向背面主轴20的基端侧滑动时，卡盘套管23的锥面对背面卡盘22的锥面的按压解除，打开背面卡盘22。通过在打开背面卡盘22的状态下插入工件W并闭合背面卡盘22，将工件W紧固在背面卡盘22。背面主轴20能够通过像这样将工件W紧固在背面卡盘22来把持工件W。
卡盘套管13、23的滑动驱动机构并不限定本发明，能够采用各种结构的滑动驱动机构。
在正面主轴10与背面主轴20之间设置有导套30。导套30安装在设置于基座2的导套支承台31，配置成与正面主轴10同轴。通过相对于导套支承台31在轴线方向对导套30进行位置调节，从而调节成与工件W的外径相对应的内径。导套30能够引导工件W在Z轴方向移动自由。
机床1具有第一加工部40。第一加工部40具有加工工件W的工具41。工具41被刀架42保持。刀架42以工具41配置在导套30的前方、在X轴方向和Y轴方向移动自由的方式支承在导套支承台31。刀架42的Z轴方向的位置固定。在刀架42中，搭载有例如外径切削刀、切断刀等作为工具41，它们可以通过刀架42例如向X轴方向的移动而根据加工内容适当切换。
此外，机床1具有第二加工部43。第二加工部43具有加工工件W的背面加工用的工具44。工具44被未图示的刀架保持。该刀架在例如X轴方向、Y轴方向等方向移动自由地支承在基座2。在刀架中，搭载有例如外径切削刀、切断刀等作为工具44，它们可以通过刀架42例如向X轴方向的移动而根据加工内容适当切换。
机床1具有控制部50。控制部50能够由例如具有CPU(中央运算处理装置)、存储器(存储装置)等的微型计算机构成。控制部50能够对正面主轴10(包括正面主轴台11、正面卡盘12)、背面主轴20(包括背面主轴台21、背面卡盘22)、第一加工部40以及第二加工部43的各动作进行统一控制。
在此，控制部50具有使正面主轴10、背面主轴20、第一加工部40以及第二加工部43动作的功能，以便通过第一加工部40和第二加工部43对把持在正面卡盘12和/或背面卡盘22的工件W连续地进行规定的加工和切断加工来得到多个产品。
更具体而言，控制部50具有如下功能：使第一加工部40对紧固在正面卡盘12的工件W进行规定的加工，其后，如图1所示，使已紧固在正面卡盘12的工件W紧固在背面卡盘22，在该状态下使第一加工部40对工件W进行切断加工。即，控制部50构成为使背面卡盘22进行使已紧固在正面卡盘12的工件W紧固在背面卡盘22的紧固动作。在此，控制部50在该背面卡盘22的紧固动作时，在通过正面主轴10使工件W旋转的状态下，使背面主轴20的转数与正面主轴10的转数同步，在像这样的使转数同步的状态下，使工件W的顶端部插入背面卡盘22而紧固在背面卡盘22。即，控制部50构成为在使正面主轴10与背面主轴20同步旋转状态下进行背面卡盘22的紧固动作。
此外，控制部50具有如下功能：在通过第一加工部40对紧固在正面卡盘12和背面卡盘22的工件W进行切断加工后，使第二加工部43对紧固在背面卡盘22的工件W进行追加加工，将工件W制成产品。另外，控制部50也可以具有如下功能：不通过第二加工部43进行这样的追加加工，而是将进行了切断加工的工件W直接制成产品。此外，机床1也可以为不具有第二加工部43的结构。
在如上所述的背面卡盘22的紧固动作时，在存在例如切屑卡住等异常的情况下，有可能对切断加工、追加加工的精度造成不良影响，对产品的加工精度造成不良影响。因此，在本实施方式的机床1中设置有感测部60，其基于与背面卡盘22的振动相关的测量数据感测伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。
感测部60具有：存储部61，其存储与背面卡盘22的振动相关的测量数据；判定部62，其基于存储在存储部61的测量数据来判定是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。此外，机床1具有：振动传感器63，其获取与背面卡盘22的振动相关的测量数据；输入部64，其用于对判定部62的判定基准进行设定；以及报告部65，其报告基于判定部62的判定结果。
感测部60能够由构成控制部50的微型计算机构成。另外，感测部60不限于此，例如也可以由除了构成控制部50的微型计算机以外的具有CPU、存储器等的追加的微型计算机构成。
存储部61能够由例如存储器构成。存储部61构成为存储振动传感器63获取的背面卡盘22的振动、即与背面主轴20的旋转的振动相关的测量数据。振动传感器63配置在支承背面主轴20的背面主轴台21，但不限于此，也可以配置在例如背面主轴20。振动传感器63可以是能够感测背面主轴20的旋转的振动的任意的传感器，例如可以是加速度传感器、AE传感器、位移测量仪、麦克风等。另外，在本实施方式中，与背面主轴20的旋转的振动相关的测量数据是通过振动传感器63获取的，但不限于此，例如也可以通过测量旋转驱动背面主轴20的主轴电机的负载(电流值或电压值)来获取。即，存储部61不限于构成为存储振动传感器63获取的测量数据，例如也可以构成为存储通过测量主轴电机的负载而获取的测量数据。
在此，与背面卡盘22的振动相关的测量数据包括：在随着背面卡盘22的紧固动作背面卡盘22与工件W接触时之后，背面卡盘22的紧固动作之后的工具41与工件W接触时之前(以下，也称作特定时间)测量的数据。测量数据也可以持续测量。这样的测量数据的例子在图2～图3表示。图2表示不存在切屑卡住背面卡盘22与工件W之间导致的异常的情况的测量数据，图3表示存在切屑卡住背面卡盘22与工件W之间导致的异常的情况的测量数据。
在图2中，时刻t1是卡盘套管23为了背面卡盘22的紧固动作而开始滑动的时刻，在时刻t1中，通过伴随该卡盘套管23开始滑动而产生的振动，测量出了振动强度的峰。时刻t2是进行背面卡盘22的紧固的时刻(即，伴随背面卡盘22的紧固动作的背面卡盘22与工件W接触时)，在时刻t2中，通过伴随该背面卡盘22的紧固而产生的振动，测量出了振动强度的峰。时刻t3是背面卡盘22的紧固动作之后通过工具41开始对工件W进行切断加工的时刻(背面卡盘22的紧固动作之后工具41与工件W接触时)，在时刻t3中，通过伴随该切断加工而产生的振动，测量出了振动强度的峰。在图3中也示出了与图2对应的时刻t1～t3。在图3中，由于切屑卡住的异常，导致时刻t2之后、时刻t3之前的部分的强度比图2的情况增大。因此，能够通过判定是否有这样的强度增大，来判定是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。
用于判定在时刻t2之后、时刻t3之前的部分(在特定时间测量出的测量数据)是否有强度增大的判定基准，例如是可以基于快速傅立叶变换(FFT：Fast FourierTransform)处理的判定基准，也可以是基于统计方法的判定基准，也可以是基于机器学习的判定基准，还可以是基于其他方法的判定基准。基于快速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)处理的判定基准可以包括如下步骤：计算对时域的测量数据进行FFT处理而得到的频域数据中基于规定的频率或者频带的强度的规定的指标值，将算出的指标值与阈值进行比较。基于统计方法的判定基准例如可以包括如下步骤：从测量数据抽出规定数量的强度数据，基于其平均值与标准偏差(或方差)计算指标值，将算出的指标值与阈值进行比较。此外，基于机器学习的判定基准例如可以通过深度学习等构建。在任一种方法的情况下，判定基准可以利用在机床1在出厂时等预先读取的、和/或适时读取的异常组以及正常组的模型数据，也可以代替其或在其基础上，利用机床1在加工时得到的过去的测量数据。
在图4示出了当通过基于统计方法的判定基准来判定在时刻t2之后、时刻t3之前的部分是否有强度增大时的判定结果的例子。在该判定中，从测量数据抽出规定数量的强度数据，基于其平均值与标准偏差计算指标值，将算出的指标值与阈值进行了比较。从图4所示结果可以得知，通过基于时刻t2之后、时刻t3之前的部分的测量数据，能够高精度地感测伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。
因此，优选判定部62基于在特定时间测量出的测量数据来判定是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。此外，在特定时间进行判定部62的判定。特定时间的开始时刻，即，伴随背面卡盘22的紧固动作的背面卡盘22与工件W接触的时刻，既可以根据开始背面卡盘22的紧固动作的定时算出，也可以由其他方法算出。特定时间的结束时刻，即，背面卡盘22的紧固动作之后工具41与工件W接触的时刻，既可以根据工具41开始加工的定时算出，也可以由其他方法算出。
输入部64构成为受理判定部62的判定基准、工件W的加工条件等的输入。输入部64能够由例如按钮、键盘、触摸面板等构成。另外，也可以构成为不依靠输入部64而自动地生成判定部62的判定基准。
报告部65构成为通过例如显示或声音来报告判定部62判定出的是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。报告部65能够由例如显示器、警告灯或扬声器等构成。
在控制部50使正面主轴10与背面主轴20同步旋转的状态下进行是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的判定。控制部50构成为：在感测部60未感测出伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的情况下，不使正面主轴10与背面主轴20的旋转停止地，即连续地使第一加工部40进行工件W的切断加工。即，控制部50构成为：至少在感测部60未感测出伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的情况下，连续地进行工件W的加工。
此外，控制部50具有如下功能：在感测部60感测出伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的情况下，在进行了变更工件W的加工条件(使切入速度降低等)等对策的基础上，连续地进行工件W的加工。控制部50也可以具有如下功能：在感测部60感测出伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的情况下，不进行工件W的加工，直到消除该异常为止。
判定部62也可以构成为：不仅判定是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常，还判定伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的方式(确定切屑卡住的位置、是切屑卡住导致的异常还是其他原因导致的异常等)。
本发明的一个实施方式的感测方法能够使用如上所述的机床1来进行。另外，本实施方式的感测方法也能够适用于使用其他机床的情况。
如图5所示，本实施方式的感测方法具有紧固步骤S1、感测步骤S2、报告步骤S3以及加工步骤S4。紧固步骤S1是使背面卡盘22进行紧固动作的步骤，该紧固动作使已紧固在正面主轴10的正面卡盘12的工件W紧固在背面主轴20的背面卡盘22。感测步骤S2是基于与背面卡盘22的振动相关的测量数据感测伴随背面卡盘22的紧固动作的异常的步骤。报告步骤S3是报告在感测步骤S2是否感测出的异常的步骤。加工步骤S4是在背面卡盘22的紧固动作之后通过工具41对工件W进行加工的步骤。
在紧固步骤S1中，控制部50在使正面主轴10与背面主轴20同步旋转的状态下使背面卡盘22进行紧固动作。
当在紧固步骤S1中进行背面卡盘22的紧固动作时，开始感测步骤S2。在感测步骤S2中，判定部62基于存储在存储部61的测量数据中特定时间的测量数据，判定是否有伴随背面卡盘22的紧固动作的异常。在控制部50使正面主轴10与背面主轴20同步旋转的状态下进行该判定。
当感测步骤S2结束时，开始报告步骤S3。在报告步骤S3中，报告部65报告在感测步骤S2是否感测出异常。另外，报告步骤S3也可以仅在感测步骤S2感测出异常的情况下报告。通过报告异常，能够促使使用者进行适当的应对。
当报告步骤S3结束时，开始加工步骤S4。在加工步骤S4中，控制部50使工具41对工件W进行切断加工。此外，控制部50根据需要而使工具44对工件W进行追加加工，将该工件W制成产品。在感测步骤S2未感测出异常的情况下，控制部50不使正面主轴10与背面主轴20的旋转停止地，即连续地进行对工件W的切断加工。在感测步骤S2感测出异常的情况下，控制部50在进行了变更工件W的加工条件等应对的基础上，连续地进行工件W的加工。也可以在感测步骤S2感测出异常的情况下，不在加工步骤S4进行对工件W的加工，直到消除该异常为止。
本发明不限于所述的实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
例如，在所述实施方式中，机床1具有导套30，但也能够为不具有导套30的结构。
此外，所述实施方式中，基于与背面卡盘22的振动相关的测量数据感测伴随背面卡盘22的紧固动作的异常，但也可以代替与背面卡盘22的振动相关的测量数据，或者在其基础上，使用与正面卡盘12的振动相关的测量数据。
附图标记说明
1：机床
2：基座
3：正面侧移动机构
4：背面侧移动机构
10：正面主轴(第一主轴)
11：正面主轴台
12：正面卡盘(第一卡盘)
13：卡盘套管
20：背面主轴(第二主轴)
21：背面主轴台
22：背面卡盘(第二卡盘)
23：卡盘套管
30：导套
31：导套支承台
40：第一加工部
41：工具
42：刀架
43：第二加工部
44：工具
50：控制部
60：感测部
61：存储部
62：判定部
63：振动传感器
64：输入部
65：报告部
W：工件

Claims (6)

1.一种机床，其特征在于，具有：
第一主轴，其具有第一卡盘；
第二主轴，其具有第二卡盘；
控制部，其使所述第二卡盘进行紧固动作，所述紧固动作将已紧固在所述第一卡盘的工件紧固在所述第二卡盘；以及
感测部，其基于与所述第一卡盘和所述第二卡盘的至少一者的振动相关的测量数据，感测伴随所述第二卡盘的紧固动作的异常。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，
所述测量数据包括：在伴随所述第二卡盘的紧固动作所述第二卡盘与工件接触时之后、所述第二卡盘的紧固动作后的工具与工件接触时之前测量的数据。
3.根据权利要求1或2所述的机床，具有，
振动传感器，其获取所述测量数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机床，其中，
所述控制部在使所述第一主轴和所述第二主轴同步旋转的状态下使所述第二卡盘进行所述紧固动作，并且至少在所述感测部未感测出所述异常的情况下连续进行工件的加工。
5.一种感测方法，其特征在于，具有：
紧固步骤，使第二卡盘进行紧固动作，所述紧固动作将已紧固在第一主轴的第一卡盘的工件紧固在第二主轴的所述第二卡盘；以及
感测步骤，基于与所述第一卡盘和所述第二卡盘的至少一者的振动相关的测量数据，感测伴随所述第二卡盘的紧固动作的异常。
6.根据权利要求5所述的感测方法，具有，
加工步骤，在所述第二卡盘的所述紧固动作后对工件进行加工，
在所述紧固步骤中，在使所述第一主轴和所述第二主轴同步旋转的状态下使所述第二卡盘进行所述紧固动作，
在所述加工步骤中，至少在所述感测步骤未感测出所述异常的情况下连续进行工件的加工。
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