CN116323096A

CN116323096A - 机床

Info

Publication number: CN116323096A
Application number: CN202180066845.9A
Authority: CN
Inventors: 村松稔文
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-06-23
Also published as: WO2022071078A1; US20230364729A1; DE112021003969T5; JPWO2022071078A1

Abstract

机床(10)具备：马达(16)、马达驱动部(36)、检测马达(16)的转轴(16S)的转速的编码器(18)、检测振动量的振动传感器(20)、在为规定转速时获取由振动传感器(20)检测出的振动量的获取部(42)、使规定转速和振动量相对应地显示在显示部(32)上的显示控制部(46)。

Description

机床

技术领域

本发明涉及使用刀具对加工对象物进行加工的机床。

背景技术

在机床上具备轴等旋转体。作为观测将旋转体视为刚性转子或弹性转子时的平衡程度的装置有现场平衡仪。该平衡的程度被称为平衡状态。在日本特开平03-251066号公报中，公开了对旋转驱动的观测对象的旋转的平衡状态进行观测。通过观测旋转体的平衡状态，操作者能够知道在旋转体的平衡状态对运转有障碍的情况下该如何修正。

发明内容

但是,利用现场平衡仪的旋转体的平衡状态的观测精度依赖于在机床上安装现场平衡仪的安装方法、或者在机床上安装现场平衡仪时的安装位置。因此，通过现场平衡仪稳定且高精度地观测旋转体的平衡状态对于操作者来说未必容易。另外,对于操作者来说,执行平衡修正作业也未必容易。

因此，本发明的目的在于提供一种机床，能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态，并且使平衡状态的调整作业变得容易。

本发明的第一方式是使用刀具对加工对象物进行加工的机床，所述机床具备：

马达，其具有转轴；

马达驱动部，其驱动所述马达；

编码器，其设置在所述马达上，检测所述转轴的转速；

振动传感器，其设置在所述机床上，检测所述转轴在旋转中产生的振动量；

获取部，其在由所述编码器检测出的所述转速为预先规定的规定转速时，获取由所述振动传感器检测出的所述振动量；以及

显示控制部，其使所述规定转速和所述获取部获取的所述振动量相对应地显示在显示部上。

本发明的第二方式是使用刀具对加工对象物进行加工的机床，所述机床具备：

马达，其具有转轴；

马达驱动部，其驱动所述马达；

电流传感器，其设置在所述马达或所述马达驱动部，检测向所述马达输出的驱动电流；

速度推定部，其基于从所述电流传感器得到的信号，推定所述转轴的转速；

获取部，其在由所述速度推定部推定的所述转速为预先规定的规定转速时，获取由所述振动传感器检测出的所述振动量；以及

根据本发明，通过使用设置在机床上的传感器来捕捉在规定转速下的旋转中产生的振动量，从而能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态。另外，通过将在规定转速下的旋转中产生的振动量和该规定转速对应地进行显示，能够在机床的旋转体的平衡状态的调整作业中辅助操作者。由此，提供一种机床，能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态，并且使平衡状态的调整作业变得容易。

附图说明

图1是表示本实施方式的机床的概略图。

图2是表示控制装置的概略框图。

图3是例示从编码器输出的信号的图表。

图4是例示从振动传感器输出的信号的图表。

图5是表示规定转速和为规定转速时的振动量的对应关系的图表。

图6是表示变形例1的机床的概略图。

图7是表示变形例2的机床的概略图。

具体实施方式

[实施方式]

图1是表示本实施方式的机床10的概略图。机床10使用刀具对加工对象物进行加工。机床10也可以是能够以纳米级的指令分辨率控制马达的精密机床。另外,机床10也可以是能够以十分之一纳米级的指令分辨率控制马达的超精密机床。另外，作为机床10，例如可以举出使旋转状态的加工对象物与固定的刀具接触而进行加工的车床等。另外，作为机床10，可以举出使旋转状态的刀具与固定的加工对象物接触而进行加工的加工中心等。机床10具有加工机主体12和控制加工机主体12的控制装置14。

加工机主体12包括机械单元。加工机主体12还包括安装在机械单元上的马达、传感器等设备。在加工机主体12上具备马达16、编码器18以及振动传感器20。

马达16具有转轴16S。马达16还包括未图示的转子和未图示的定子。通过从控制装置14输出的驱动电流流过定子的线圈而转子旋转。当转子旋转时，马达16的转轴16S与旋转的转子一体地旋转。

在马达16的转轴16S的一端安装有基于马达16的动力而旋转的旋转体。旋转体只要是包含在加工机主体12中的机械部件即可，没有特别限定。作为旋转体，可以举出主轴22、刀具等。在本实施方式中，旋转体为主轴22。

主轴22穿过壳体24的通孔24H。在主轴22的两端部的一方即第一端部经由接头26安装有马达16的转轴16S。另外，旋转体也可以包括安装在主轴22的两端部的另一方即第二端部上的部件。例如，当机床10是车床时，旋转体包括安装在第二端部的面板。面板是用于固定加工对象物的部件。作为另一示例，当机床10是加工中心时，旋转体包括安装在第二端部的刀具。刀具是对加工对象物进行加工的部件。

编码器18检测马达16的转轴16S的转速。编码器18设置在马达16上。从编码器18输出的信号被输入到控制装置14。

振动传感器20检测马达16的转轴16S旋转时产生的振动的量(振动量)。作为振动量，可以举出加速度、速度、位移、角加速度、角速度或角度。作为振动传感器20，可以采用能够检测加速度、速度、位移、角加速度、角速度或角度的已知传感器。

振动传感器20设置在加工机主体12上。振动传感器20的设置场所只要能够检测马达16的转轴16S旋转时产生的振动的量(振动量)即可，没有特别限定。在图1的例子中，振动传感器20设置在加工机主体12的主轴22的壳体24上。另外，振动传感器20也可以设置在主轴22上。

图2是表示控制装置14的概略框图。控制装置14具有输入部30、显示部32、存储部34、马达驱动部36以及处理器38。

输入部30输入信息。作为输入部30的具体例，可以举出鼠标、键盘等。输入部30也可以由配置在显示部32的显示画面上的触摸面板等构成。显示部32显示信息。作为显示部32的具体例可以举出液晶显示器。显示部32根据从处理器38提供的信息显示画面等。存储部34存储信息。存储单元34可以包括未图示的易失性存储器和未图示的非易失性存储器。作为易失性存储器，例如可以举出RAM等。作为非易失性存储器，例如可以举出ROM、闪存等。存储部34的至少一部分也可以设置在处理器38等中。另外，在存储部34中还可以具备硬盘等。

马达驱动部36驱动马达16。作为马达驱动部36的具体例，可以举出伺服放大器。马达驱动部36以与从处理器38供给的指令值对应的转速旋转的方式对马达16输出驱动电流。

处理器38处理信息。处理器38的具体示例包括CPU和GPU。处理器38具有对加工对象物进行加工的加工模式和辅助平衡状态的调整作业的辅助模式。

另外，平衡状态是指下面的第一状态或第二状态。第一状态是静不平衡和偶而不平衡的程度。第二状态是变形模式引起的不平衡的程度。在平衡状态为第一状态的情况下,将与马达16的转轴16S一体旋转的转子视为刚性转子。在平衡状态为第一状态的情况下,也可以将马达16的转轴16S和与马达16的转轴16S一体旋转的转子视为刚性转子。在平衡状态为第二状态的情况下,将与马达16的转轴16S一体旋转的转子视为弹性转子。在平衡状态为第二状态的情况下,也可以将马达16的转轴16S和与马达16的转轴16S一体旋转的转子视为弹性转子。调整作业是指以降低第一状态或第二状态的程度的方式进行调整的作业。作为调整作业的具体例，可以举出切削转子等的作业。另外，作为调整作业的具体例，可以举出对转子等赋予平衡配重的作业等。

辅助模式在平衡状态调整作业的前后执行。另外，平衡状态的调整作业的作业次数不限于一次。在平衡状态的调整作业的作业次数为多次的情况下，在该调整作业前及各调整作业后实施辅助模式。

当从输入部30接收到辅助模式的实施命令时，处理器38根据用于执行辅助模式的程序，作为指令部40、获取部42、存储控制部44、显示控制部46以及运算部48发挥功能。另外，用于执行辅助模式的程序被存储在存储部34中。

指令部40将规定转速作为指令值输出到马达驱动部36。马达驱动部36在接收到指令值时，以以规定转速旋转的方式驱动马达16。即，指令部40通过将规定转速作为指令值输出到马达驱动部36，能够在马达16的转轴16S上产生用于观测机床10的旋转体(在本实施方式中为主轴22)的平衡状态所需的振动。

另外，作为规定转速而规定的规定数可以是一个，也可以是多个。在规定数为多个的情况下，指令部40隔开时间间隔地将多个规定转速分别作为指令值依次输出到马达驱动部36。在这种情况下,也可以指令部40以使转轴16S的转速依次增加的方式将多个规定转速分别作为指令值输出到马达驱动部36。或者,也可以指令部40以使转轴16S的转速依次减少的方式将多个规定转速分别作为指令值输出到马达驱动部36。

获取部42根据从编码器18输出的信号，判定由编码器18检测出的转速是否是指令部40作为指令值向马达驱动部36输出的规定转速。

图3是例示从编码器18输出的信号的图表。图3表示当马达16的转轴16S旋转一周时，从编码器18输出一个脉冲的脉冲信号的情况的例子。另外,图3中示出了规定转速被规定为600rpm和1200rpm的情况的例子。在这种情况下，在每隔0.1秒输出一个脉冲的区间SC1时，获取部42判定为由编码器18检测出的转速是规定转速(600rpm)。另外，在每隔0.05秒输出一个脉冲的区间SC2时，获取部42判定为由编码器18检测出的转速是规定转速(1200rpm)。另外,图3例示了使转轴16S的转速依次增加的情况,但也可以使转速依次减少。

获取部42根据从振动传感器20输出的信号，获取判定为转速是规定转速时的振动量。

图4是示出从振动传感器20输出的信号的图表。图4中示出了采用加速度传感器作为振动传感器20的情况的例子。在这种情况下，获取部42计算由振动传感器20在区间SC1中检测出的振动量(加速度)的均方根，获取计算出的均方根作为区间SC1的振动量。另外，获取部42计算由振动传感器20在区间SC2中检测到的振动量(加速度)的均方根，获取计算出的均方根作为区间SC2的振动量。

另外，获取部42也可以获取均方根以外的统计值作为区间SC1或区间SC2的振动量。作为统计值，可以举出由振动传感器20在区间SC1或区间SC2中检测到的振动量(加速度)的标准偏差等。另外，作为统计值，可以举出由振动传感器20在区间SC1或区间SC2中检测到的振动量(加速度)的绝对值的平均等。获取部42也可以获取由振动传感器20在区间SC1或区间SC2中检测到的振动量(加速度)的绝对值中的最大值等规定值作为区间SC1或区间SC2的振动量。另外，获取部42也可以从由振动传感器20在区间SC1或区间SC2中检测到的振动量(加速度)中提取与转速同步的成分，获取其振幅或其相位作为区间SC1、区间SC2的振动量。

这样，获取部42获取由编码器18检测出的转速为指令部40作为指令值向马达驱动部36输出的规定转速时的振动量。

存储控制部44将规定转速和获取部42获取的振动量作为历史，与获取该振动量的日期对应地存储到存储部34中。另外,获取部42获取的振动量是在转轴16S以规定转速旋转中由获取部42获取的振动量。

图5是表示规定转速和为规定转速时的振动量的对应关系的图表。图5表示采用加速度传感器作为振动传感器20的情况的例子。另外,图5表示规定转速被规定为600rpm和1200rpm的情况的例子。另外,图5表示规定转速为600rpm时的振动量为0.58m/s ²、规定转速为1200rpm时的振动量为1.18m/s ²时的例子。在这种情况下,存储控制部44例如将规定转速600rpm和振动量0.58m/s ²与日期对应地存储到存储部34的关系表中。另外,存储控制部44将规定转速1200rpm和振动量1.18m/s ²与日期对应地存储到存储部34的关系表中。

显示控制部46参照存储部34，使显示部32显示与日期对应的规定转速和振动量。振动量是在转轴16S以规定转速旋转中由获取部42获取的振动量。

另外，显示控制部46使显示部32显示规定转速和振动量的显示形式没有特别限定。例如，也可以显示控制部46使显示部32显示规定转速的数值和振动量的数值。或者，如图5所示，也可以显示控制部46使显示部32显示以规定转速和振动量的一方为纵轴、以另一方为横轴的图表。显示控制部46在显示图表的情况下,基于在转轴16S以规定转速旋转中由获取部42获取的振动量,使图表显示描点。

另外，显示控制部46使显示部32显示规定转速和振动量的显示时间没有特别限定。例如，也可以显示控制部46以从输入部30接收到显示请求的时刻为契机，使显示部32显示规定转速和振动量。或者，也可以显示控制部46以获取部42获取振动量的时刻为契机，使显示部32显示规定转速和振动量。

另外，在过去实施辅助模式的情况下，按照过去实施的辅助模式的日期，将实施该辅助模式时获取部42获取的振动量与规定转速对应地存储到存储部34中。在这种情况下，显示控制部46也可以将本次获取部42获取的振动量和过去获取部42获取的振动量以能够比较状态显示在显示部32上。

运算部48根据平衡状态的调整作业前存储在存储部34中的振动量与平衡状态的调整作业后存储在存储部34中的振动量之差，运算修正角度和修正量的至少一方。另外，修正角度是指应对转子等旋转体进行调整作业的旋转角度。在调整作业是切削转子等的作业的情况下，修正量是指切削量。另外，在调整作业是对转子等赋予平衡配重的作业的情况下，修正量意味着平衡配重的配重量。

修正角度和修正量的具体运算方法没有特别限定。例如，运算部48可以使用日本专利第5808585号公报、日本特开平6-273254号公报或日本特开2002-7375号公报中公开的运算方法，运算修正角度和修正量。

如上所述，在本实施方式的机床10中，使用设置在加工机主体12上的传感器(编码器18和振动传感器20)，获取转轴16S以规定转速旋转时产生的振动量。由此，能够不依靠现场平衡仪而观测安装在加工机主体12的转轴16S上的旋转体(主轴22)的平衡状态。

除此之外,在本实施方式的机床10中，将规定转速和转轴16S以该规定转速旋转时产生的振动量对应地显示在显示部32上。由此，在安装在转轴16S上的旋转体(主轴22)的平衡状态的调整作业中能够辅助操作者。

另外,在本实施方式的机床10中，运算相对于转轴16S的平衡状态的修正角度以及修正量的至少一方,并将运算结果显示在显示部32上。由此，操作者能够一边观察平衡状态的调整作业前后的差、修正角度以及修正量中的至少一个，一边实施下一次的调整作业。因此，能够更加容易地进行平衡状态的调整作业。

[变形例]

上述实施方式也可以进行如下变形。

(变形例1)

图6是表示变形例1的机床10的概略图。在图6中，对与在实施方式中说明的构成同等的构成赋予相同的符号。另外，在本变形例中，省略与实施方式重复的说明。在本变形例中，取代编码器18而设置电流传感器50，在控制装置14中新设置速度推定部52。

电流传感器50检测输出到马达16的驱动电流。另外，电流传感器50可以设置在马达16(参照图6)上，也可以设置在驱动马达16的马达驱动部36(参照图2)上。

速度推定部52根据从电流传感器50得到的信号，推定转轴16S的转速。推定转速时的具体的运算方法没有特别限定。例如，速度推定部52可以使用日本特开2020-005406号公报所公开的运算方法来推定转速。因此，即使在马达16上不设置编码器18，也能够掌握转轴16S的转速。

另外，在本变形例的情况下，获取部42(图2)根据从振动传感器20输出的信号，判定由速度推定部52推定的转速是否是指令部40作为指令值向马达驱动部36输出的规定转速。

这样，本变形例的机床10与实施方式相同，使用设置在加工机主体12上的传感器(电流传感器50和振动传感器20)，获取转轴16S以规定转速旋转时产生的振动量。由此，与实施方式同样，能够不依靠现场平衡仪而观测安装在加工机主体12的转轴16S上的旋转体(主轴22)的平衡状态。

(变形例2)

图7是表示变形例2的机床10的概略图。在图7中，对与在实施方式中说明的构成同等的构成赋予相同的符号。另外，在本变形例中，省略与实施方式重复的说明。

在本变形例中，对控制装置14连接能够收发各种信息的计算机装置54。另外，只要是与控制装置14在物理上分离的装置，也可以采用计算机装置54以外的装置。另外，在图7中，例示了计算机装置54与实施方式的控制装置14连接的情况，但计算机装置54也可以与变形例1的控制装置14连接。

另外，在本变形例中，省略了设置在控制装置14的处理器38(图2)中的指令部40(图2)、获取部42(图2)、存储控制部44(图2)、显示控制部46(图2)以及运算部48(图2)。取而代之，在计算机装置54的处理器56中设置指令部40、获取部42、存储控制部44、显示控制部46以及运算部48。例如，通过在计算机装置54中安装用于执行辅助模式的程序，能够使处理器56作为指令部40、获取部42、存储控制部44、显示控制部46以及运算部48发挥功能。

根据本变形例，不变更已有的控制装置14而直接使用，能够不依靠现场平衡仪而观测机床10的旋转体的平衡状态，并且能够容易地进行平衡状态的调整作业。

[由实施方式得到的发明]

对于能够从实施方式和变形例掌握的发明，以下记载第一发明和第二发明。

＜第一发明＞

第一发明是使用刀具对加工对象物进行加工的机床(10)，具备：马达(16)，其具有转轴(16S)；马达驱动部(36)，其驱动马达；编码器(18)，其设置在马达上，检测转轴的转速；以及振动传感器(20)，其设置在机床上，检测转轴在旋转中产生的振动量；获取部(42)，其在由编码器检测出的转速为预先规定的规定转速时，获取由振动传感器检测出的振动量；以及显示控制部(46)，其使规定转速和获取部获取的振动量相对应地显示在显示部(32)上。

＜第二发明＞

第二发明是使用刀具对加工对象物进行加工的机床，具备：马达，其具有转轴；马达驱动部，其驱动马达；电流传感器(50)，其设置在马达或马达驱动部，检测输出到马达的驱动电流；振动传感器，其设置在机床上，检测转轴在旋转中产生的振动量；速度推定部(52)，其基于从电流传感器得到的信号，推定转轴的转速；获取部，其在由速度推定部推定的转速为预先规定的规定转速时，获取由振动传感器检测出的振动量；以及显示控制部，其使规定转速和获取部获取的振动量相对应地显示在显示部上。

在第一发明或第二发明的情况下，使用设置在机床上的传感器，能够掌握在以规定转速旋转中产生的振动量，由此能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态。另外，通过使以规定转速旋转中产生的振动量和规定转速相对应地进行显示，能够在机床的旋转体的平衡状态的调整作业中辅助操作者。这样，根据第一发明或第二发明，能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态，并且使平衡状态的调整作业变得容易。

在第一发明或第二发明的机床中，具备：存储控制部(44)，其将规定转速和获取部获取的振动量相对应地存储在存储部(34)中；以及运算部(48)，其基于在针对转轴的平衡状态的调整作业前存储在存储部中的振动量和在平衡状态的调整作业后存储在存储部中的振动量的差，运算针对转轴的平衡状态的修正角度和修正量的至少一方，显示控制部使显示部显示差、修正角度和修正量中的至少一个。由此，能够一边让操作者观察平衡状态的调整作业前后的差、修正角度以及修正量中的至少一个，一边实施下一次的调整作业。因此，能够更加容易地进行平衡状态的调整作业。

在第一发明或第二发明的机床中，马达驱动部也可以设置在控制加工机主体(12)的控制装置(14)上，获取部及显示控制部也可以设置在与控制装置分离的装置上。由此，能够不变更已有的控制装置而直接使用，能够不依靠现场平衡仪而观测机床的旋转体的平衡状态，并且使平衡状态的调整作业变得容易。

Claims

1.一种使用刀具对加工对象物进行加工的机床(10)，其特征在于，所述机床包括：

马达(16)，其具有转轴(16S)；

马达驱动部(36)，其驱动所述马达；

编码器(18)，其设置在所述马达上，检测所述转轴的转速；

振动传感器(20)，其设置在所述机床上，检测所述转轴在旋转中产生的振动量；

获取部(42)，其在由所述编码器检测出的所述转速为预先规定的规定转速时，获取由所述振动传感器检测出的所述振动量；以及

显示控制部(46)，其使所述规定转速和所述获取部获取的所述振动量相对应地显示在显示部(32)上。

2.一种使用刀具对加工对象物进行加工的机床，其特征在于，所述机床包括：

马达，其具有转轴；

马达驱动部，其驱动所述马达；

电流传感器(50)，其设置在所述马达或所述马达驱动部，检测向所述马达输出的驱动电流；

速度推定部(52)，其基于从所述电流传感器得到的信号，推定所述转轴的转速；

获取部，其在由所述速度推定部推定的所述转速为预先规定的规定转速时，获取由所述振动传感器检测的所述振动量；以及

3.根据权利要求1或2所述的机床,其特征在于，还具备：

存储控制部(44)，其使所述规定转速和所述获取部获取的所述振动量相对应地存储在存储部(34)中；以及

运算部(48)，其基于在针对所述转轴的平衡状态的调整作业前存储在所述存储部中的所述振动量与在所述平衡状态的调整作业后存储在所述存储部中的所述振动量之差，运算针对所述转轴的所述平衡状态的修正角度和修正量的至少一方，

所述显示控制部使所述显示部显示所述差、所述修正角度以及所述修正量中的至少一个。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的机床,其特征在于,

所述马达驱动部设置在控制加工机主体(12)的控制装置(14)上，

所述获取部及所述显示控制部设置在与所述控制装置分离的装置上。