CN117066967A - 机床的进给轴的监视装置及监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供机床的进给轴的监视装置及监视方法，恰当地判定对加工面性状造成不良影响的进给轴的异常。在步骤(S1)中，计算各进给轴的指令值与当前位置之差即位置偏差，在步骤(S2)中，计算与计算出位置偏差的定时的机床坐标所对应的加工面垂直的方向。在步骤(S3)中，将各进给轴的位置偏差转换为与加工面垂直的方向的分量，在步骤(S4)中，对将各进给轴的位置偏差转换为与加工面垂直的方向而得到的值与预先设定的阈值进行比较，在转换得到的值超出阈值的情况下，在步骤(S5)中，判定为进给轴存在异常。

Description

机床的进给轴的监视装置及监视方法

技术领域

本公开涉及一种机床的进给轴的监视装置及监视方法，用于在使安装于主轴的刀具或者工件旋转的同时进行工件的加工的机床中，判断对加工面性状造成不良影响的进给轴的异常。

背景技术

在近年的机床的进给轴中，大多使用如下方式：将电动机的旋转运动传递给滚珠丝杠而使其驱动，能够沿着滚动引导装置移动。针对滚珠丝杠、滚动引导装置这样的驱动部件，如果产生老化、异物的混入、润滑不良等，则该进给轴变为不正常地进行动作的状态。其结果是，产生加工物的形状不良、加工面性状不良这样的加工不良，会对生产造成不良影响。因此，为了实现机床的运转中的稳定的生产，需要检测机床的异常，将机床的状态通知给管理者或作业者，将工件的加工不良防患于未然，提出了进行各种各样的诊断的方法。

例如，专利文献1中公开了一种故障诊断装置，该故障诊断装置使用通常设置于具有驱动部的机床的驱动动力值的检测单元，将预先计测出的致动器的正常的驱动动力值存储于存储单元中，将检测出的驱动动力值与正常的驱动动力值比较，在它们的差为阈值以上时判定为动力系统存在故障。该故障诊断装置将检测出的驱动动力值与所存储的正常的驱动动力值比较，在它们的差为某个阈值以上时判断为重故障，在它们的差为比较小的阈值以上时判断为轻故障。

此外，专利文献2中公开了一种机床诊断系统，该机床诊断系统具有根据按照预定的模式使机床的驱动部驱动而测量出的数据，计算齿隙、位置偏差、驱动力的振幅、速度偏差等评价数据的单元，将计算出的评价数据与和实施日期时间相关联地存储的评价数据进行比较，在检测到评价数据的预定的变化时发出警告。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－250625号公报

专利文献2：日本特开2018－73327号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在由用户对各种各样的工件进行加工的机床中，在即使放置着不用，驱动部在短时间之内也不会成为不能进行动作的轻度的异常中，有时异常的判断基准因用户要加工的工件而不同。

作为机床的进给轴劣化时的动作影响，列举了轴进行动作时的位置偏差的变化的增加，会对加工面质量、加工形状造成不良影响，但影响程度会根据要加工的工件、加工动作而不同，因此应该设为异常的进给轴的动作状态不同。例如，在部件加工中，由于进给轴动作的变动的方向与加工面平行的情况较多、容易产生变动的加减速部不在加工面的情况较多这样的理由，难以受到进给轴的劣化的影响，与此相对，在模具加工中，由于是自由曲面，因此容易受到进给轴的劣化的影响。因此，如果按照以模具加工为基准这样的阈值，检测轻度的异常、异常的预兆阶段，并进行部件更换，则有时尽管是正进行部件加工的用户仍能够没有问题地使用的阶段，但也会进行部件更换。

由此，本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种机床的进给轴的监视装置及监视方法，能够恰当地判定对加工面性状造成不良影响的进给轴的异常。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本公开的第一结构提供一种机床的进给轴的监视装置，该监视装置在使安装于主轴的刀具或者工件旋转且一边通过进给轴驱动移动体一边进行工件的加工的机床中，判断所述进给轴的异常，其特征在于，所述监视装置具有：

位置偏差计算单元，其计算所述进给轴的位置偏差；

加工面垂直方向计算单元，其计算与位置偏差计算时的加工面垂直的垂直方向；

位置偏差分量转换单元，其将所述进给轴的位置偏差转换为所述垂直方向的分量；

阈值计算单元，其将位置偏差计算时的每单位时间的所述主轴的负载的绝对值和变动量中的至少一方作为所述主轴的动作状态，根据预先设定的所述主轴的动作状态与阈值之间的关系来计算所述阈值；以及

异常判定单元，其对由所述位置偏差分量转换单元转换为所述垂直方向的分量后的所述进给轴的位置偏差与由所述阈值计算单元计算出的所述阈值进行比较，在所述位置偏差超出所述阈值的情况下判断为所述进给轴存在异常。

为了达成上述目的，本公开的第二结构提供一种机床的进给轴的监视方法，该监视方法在使安装于主轴的刀具或者工件旋转且一边通过进给轴驱动移动体一边进行工件的加工的机床中，判断所述进给轴的异常，其特征在于，在所述监视方法中执行以下步骤：

位置偏差计算步骤，计算所述进给轴的位置偏差；

加工面垂直方向计算步骤，计算与位置偏差计算时的加工面垂直的垂直方向；

位置偏差分量转换步骤，将所述进给轴的位置偏差转换为所述垂直方向的分量；

阈值计算步骤，将位置偏差计算时的每单位时间的所述主轴的负载的绝对值和变动量中的至少一方作为所述主轴的动作状态，根据预先设定的所述主轴的动作状态与阈值之间的关系来计算所述阈值；以及

异常判定步骤，对在所述位置偏差分量转换步骤中转换为所述垂直方向的分量后的所述进给轴的位置偏差与在所述阈值计算步骤中计算出的所述阈值进行比较，在所述位置偏差超出所述阈值的情况下判断为所述进给轴存在异常。

发明效果

根据本公开，根据预先设定的主轴的动作状态与阈值之间的关系计算阈值，并对转换为垂直方向的分量的进给轴的位置偏差与计算出的阈值进行比较来判断进给轴的异常，因此能够恰当地判定对与加工动作对应的加工面性状造成不良影响的进给轴的异常。因此，难以引起在轻度的异常、异常的预兆阶段中对仍能够没有问题地使用的部件进行更换的情况。

附图说明

图1是机床和进给轴的监视装置的结构框图。

图2是进给轴的监视方法的流程图。

附图标记说明：

1··主轴壳体、2··主轴、3··刀具、4··工作台、5··工件、6··底座、10··NC装置、11··程序解释部、12··机床动作指令部、13··轴动作监视部、14··监视器。

具体实施方式

下面根据附图对本公开的实施方式进行说明。

图1是示出机床以及本公开的第一结构所涉及的进给轴的监视装置的一例的结构框图。在机床的主轴壳体1具有能够通过主轴电动机进行旋转的主轴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能够沿Z轴方向移动。此外，在作为移动体的工作台4上固定有工件5，使工作台4在底座6上能够沿彼此正交的X轴、Y轴方向移动。其中，通过使刀具3与工件5相对移动，从而进行工件5的加工。

控制机床的NC装置10具有程序解释部11以及机床动作指令部12。程序解释部11将操作员利用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。机床动作指令部12根据从程序解释部11发送的指令控制主轴电动机、各进给轴电动机等。通过机床动作指令部12的控制，进行工件5的加工。NC装置10具有中央运算处理装置(CPU)、以及与CPU连接的存储器，可靠地进行其动作。

此外，也作为进给轴的监视装置的NC装置10还具有轴动作监视部13以及监视器14。轴动作监视部13对由机床动作指令部12生成的与主轴2以及X轴、Y轴、Z轴这样的各进给轴的控制有关的信息进行监视、分析。而后，在判断为进给轴存在异常的动作的情况下，进行在监视器14显示检测到异常等处理。

轴动作监视部13作为本公开的位置偏差计算单元、加工面垂直方向计算单元、位置偏差分量转换单元、阈值计算单元、异常判定单元发挥功能。

接着，根据图2的流程图对由本公开的第二结构所涉及的轴动作监视部13进行的进给轴的监视方法进行说明。

首先，计算各进给轴的指令值与当前位置之差即位置偏差(S1：位置偏差计算步骤)。对于该计算，在构成机床的进给轴中的某处的轴通过切削进给进行动作的情况下，对构成机床的全部进给轴进行处理。在此计算出的位置偏差作为对加工面性状造成较强影响的要素，设为每单位时间的位置偏差的变动量。对于单位时间的设定，以能够检测进给轴的每一次旋转的变动、由于加减速的影响而产生的振动的方式，设定任意的影响时间较长的一方。此外，将在每单位时间的位置偏差的绝对值中成为最大的时间用作计算下一个工序中的位置偏差的定时。另外，在作为对加工面性状造成较强影响的要素而使用位置偏差的绝对值的情况下，加工形状中的影响变强，因此如下所述，需要设定与针对每单位时间的位置偏差的变动量的阈值不同的阈值。

接着，计算与计算出位置偏差的定时的机床坐标所对应的加工面垂直的方向(S2：加工面垂直方向计算步骤)。例如，在图1所示的结构的机床中，在仅根据加工程序的坐标信息计算与加工面垂直的方向的情况下，如下进行计算。

·在仅1轴的动作的情况下，与加工面垂直的方向是未进行动作的轴的方向。

动作状态1

(X、Y、Z)＝(0、0、0)→(X、Y、Z)＝(100、0、0)

与加工面垂直的方向Y0度、Z0度

·在2轴进行动作的情况下，与加工面垂直的方向是未进行动作的轴的方向以及与正在进行动作的轴在坐标平面中的移动方向垂直的方向。

动作状态2

(X、Y、Z)＝(0、0、0)→(X、Y、Z)＝(100、100、0)

与加工面垂直的方向Z0度、XY平面135度

此外，当在NC装置10中登记有原材料形状、刀具形状的情况下，通过进行加工程序执行时的加工形状的模拟，从而能够求出与加工面垂直的方向。

接着，将各进给轴的位置偏差转换为与加工面垂直的方向的分量(S3：位置偏差分量转换步骤)。以作为各进给轴的位置偏差的方向的0度方向为基准进行转换。如果以X轴的位置偏差为5μm时为例进行说明，则例如在动作状态1中，Y0度方向的位置偏差为0，Z0度方向的位置偏差为0。在动作状态2中，为如下计算值：Z0度方向的位置偏差为0，XY平面135度方向的位置偏差为3.5μm(|5×cos135|)。

接着，对将各进给轴的位置偏差转换为与加工面垂直的方向而得到的值与未图示的存储部中预先设定的阈值进行比较(S4)。在转换得到的值超出阈值的情况下，判定为进给轴存在异常(S5)，在监视器14显示。S4、S5是异常判定步骤。

由于位置偏差受到加工负载的影响，因此在粗加工这样的加工负载较大的加工中，有时也应该容许位置偏差，因此优选进行与加工负载对应的阈值设定。在本公开中，也包含根据位置偏差计算时的主轴的动作状态将阈值设为可变的结构。以下，列举了主轴2的动作状态的判断方法以及阈值的计算方法(阈值计算步骤)的两个示例。

在第一示例中，使用每单位时间的主轴的负载的绝对值。单位时间是将主轴转一圈的时间设为最低的单位时间，但也可以设定为能够取得转多圈的时间的状态。首先，预先计算未进行加工的空转时的每单位时间的主轴的负载的绝对值，并记录。此外，预先设定每单位时间的主轴的负载的绝对值中的空转时和位置偏差计算时的差与阈值之间的关系。

而后，计算与位置偏差计算时的每单位时间的主轴的负载的绝对值的差，根据预先设定的差与阈值之间的关系设定用于监视的阈值。对于该差与阈值之间的关系，可以预先测量作为预定的差的加工实施时的各进给轴的位置偏差，来生成表格、函数。

在第二示例中，使用每单位时间的主轴的负载的变动量。单位时间是将主轴转一圈的时间作为最低的单位时间，但也可以设定为能够取得转多圈的时间的状态。在该情况下，也预先设定位置偏差计算时的每单位时间的主轴的负载的变动量与阈值之间的关系，并根据该关系设定用于监视的阈值。变动量与阈值之间的关系与第一示例同样地，也可以通过预先进行的实验进行计算。此外，也可以通过每单位时间的主轴的负载的变动量以及刀具直径和加工方向，计算对进给轴施加的负载，使用该负载以及进给轴的刚性求出位置偏差的变动量的容许值。例如，在进行朝向XY方向的加工的情况下，相对于X轴、Y轴，对进给轴施加的负载直接是将变动量与刀具直径相乘而得到的值，将基准阈值和通过上述方法计算出的位置偏差的变动量的容许值相加而得到的值成为用于监视的阈值。但是，相对于Z轴，不会对进给轴施加负载，因此成为基准阈值。

另外，关于上述的各阈值的设定，可以设置根据用户要求的加工面质量调整阈值的接口。

这样，在上述方式的机床的进给轴的监视装置及监视方法中，计算进给轴的位置偏差，计算与位置偏差计算时的加工面垂直的方向，将进给轴的位置偏差转换为垂直方向的分量，将位置偏差计算时的每单位时间的主轴2的负载的绝对值或者变动量作为主轴2的动作状态，根据预先设定的主轴2的动作状态与阈值之间的关系计算阈值，对转换为垂直方向的分量的进给轴的位置偏差与计算出的阈值进行比较，在位置偏差超出阈值的情况下，判断为进给轴存在异常。

根据该结构，能够恰当地判定对加工面性状造成不良影响的进给轴的异常。因此，难以引起在轻度的异常、异常的预兆阶段中对仍能够没有问题地使用的部件进行更换的情况。

另外，关于与加工面垂直的方向，如果加工面是曲面或者球面，则能够采用与按切线方向规定的面垂直的方向。

在上述方式中，作为主轴的动作状态，使用了每单位时间的主轴的负载的绝对值或者变动量，但也可以使用绝对值和变动量这双方来设定阈值。

在上述方式中，如果判定进给轴的异常，则在监视器显示，但也可以采用声音、灯等其他通知方式。也可以在通知的同时使进给轴的动作停止。

在上述方式中，在NC装置中设置有进给轴的监视装置，但进给轴的监视装置也可以与NC装置分开地设置。

Claims (2)

1.一种机床的进给轴的监视装置，该监视装置在使安装于主轴的刀具或者工件旋转且一边通过进给轴驱动移动体一边进行工件的加工的机床中，判断所述进给轴的异常，其特征在于，

所述监视装置具有：

位置偏差计算单元，其计算所述进给轴的位置偏差；

加工面垂直方向计算单元，其计算与位置偏差计算时的加工面垂直的垂直方向；

位置偏差分量转换单元，其将所述进给轴的位置偏差转换为所述垂直方向的分量；

阈值计算单元，其将位置偏差计算时的每单位时间的所述主轴的负载的绝对值和变动量中的至少一方作为所述主轴的动作状态，根据预先设定的所述主轴的动作状态与阈值之间的关系来计算所述阈值；以及

异常判定单元，其对由所述位置偏差分量转换单元转换为所述垂直方向的分量后的所述进给轴的位置偏差与由所述阈值计算单元计算出的所述阈值进行比较，在所述位置偏差超出所述阈值的情况下判断为所述进给轴存在异常。

2.一种机床的进给轴的监视方法，该监视方法在使安装于主轴的刀具或者工件旋转且一边通过进给轴驱动移动体一边进行工件的加工的机床中，判断所述进给轴的异常，其特征在于，

在所述监视方法中执行以下步骤：

位置偏差计算步骤，计算所述进给轴的位置偏差；

加工面垂直方向计算步骤，计算与位置偏差计算时的加工面垂直的垂直方向；

位置偏差分量转换步骤，将所述进给轴的位置偏差转换为所述垂直方向的分量；

阈值计算步骤，将位置偏差计算时的每单位时间的所述主轴的负载的绝对值和变动量中的至少一方作为所述主轴的动作状态，根据预先设定的所述主轴的动作状态与阈值之间的关系来计算所述阈值；以及

异常判定步骤，对在所述位置偏差分量转换步骤中转换为所述垂直方向的分量后的所述进给轴的位置偏差与在所述阈值计算步骤中计算出的所述阈值进行比较，在所述位置偏差超出所述阈值的情况下判断为所述进给轴存在异常。