ES2946333T3 - Dispositivo de detección de anomalías y máquina herramienta que incluye un dispositivo de detección de anomalías - Google Patents

Dispositivo de detección de anomalías y máquina herramienta que incluye un dispositivo de detección de anomalías Download PDF

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Abstract

El propósito de la invención es especificar, en un dispositivo de detección de anomalías, un sensor de vibración que haya detectado una vibración anormal, y especificar fácilmente, sobre la base de la posición de montaje del sensor especificado, un elemento predeterminado en la precisión de mecanizado que se deteriora a medida que un estado de funcionamiento de una máquina herramienta. Se divulga un dispositivo de detección de anomalías (10) de una máquina herramienta (1), que comprende una pluralidad de sensores de vibración (11-20) montados en posiciones respectivas en un lado del cuerpo de máquina de la máquina herramienta (1); y una unidad de determinación (34) que determina un estado de funcionamiento de la máquina herramienta sobre la base de la información de detección de vibración por parte de los sensores de vibración (11-20). En este dispositivo de detección de anomalías (10) de la máquina herramienta (1), la anomalía en la máquina herramienta (1) se detecta de acuerdo con la información de determinación de la unidad de determinación (34). La unidad de determinación (34) especifica, sobre la base de la posición de montaje del sensor de vibración (11-20) que ha detectado una vibración anormal, un elemento predeterminado en la precisión del mecanizado que se deteriora. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de detección de anomalías y máquina herramienta que incluye un dispositivo de detección de anomalías CAMPO TÉCNICO
Esta invención se refiere a un dispositivo de detección de anomalías y a una máquina herramienta que incluye el mismo.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
Se conoce convencionalmente un dispositivo de detección de anomalías de una máquina herramienta. El dispositivo de detección de anomalías incluye una pluralidad de sensores de vibración montados en un cuerpo de la máquina herramienta. El dispositivo de detección de anomalías determina una condición de funcionamiento de la máquina herramienta en función de la información de vibración detectada por cada sensor de vibración, y detecta una anomalía de la máquina herramienta según la información determinada (véase la Bibliografía de patentes 1 y 2, por ejemplo). El dispositivo de detección de anomalías detecta una operación de mecanizado anormal, tal como vibración de herramienta, corte excesivo, sobrealimentación y velocidad excesiva en función de una vibración anormal para diagnosticar una condición de mecanizado.
LISTA DE REFERENCIAS
Bibliografía de patentes
Bibliografía de patente 1: JP H10-267749A
Bibliografía de patente 2: US 2011/209546 A1
RESUMEN
Problema técnico
Sin embargo, como el dispositivo de detección de anomalías descrito en la Bibliografía de patente 1 diagnostica la condición de mecanizado a partir de una operación de mecanizado anormal, tal como vibración de herramienta y sobrealimentación a través de un cálculo complejo, no es fácil especificar un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce.
La presente invención se ha realizado en vista de las circunstancias anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de detección de anomalías y una máquina herramienta que incluya el mismo. El dispositivo de detección de anomalías está configurado para especificar un sensor de vibración que ha detectado una vibración anormal y para especificar fácilmente un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce como una condición de funcionamiento de una máquina herramienta en función de una posición de montaje del sensor especificado.
Solución al problema
Un primer aspecto de la presente invención proporciona un dispositivo de detección de anomalías de una máquina herramienta. El dispositivo de detección de anomalías incluye una pluralidad de sensores de vibración montados en un cuerpo de la máquina herramienta en una pluralidad de posiciones y una parte de determinación que determina una condición de funcionamiento de la máquina herramienta en función de la información de vibración detectada por los sensores de vibración. El dispositivo de detección de anomalías detecta anomalías de la máquina herramienta según la información de determinación de la parte de determinación. La parte de determinación especifica un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce en función de la posición de montaje del sensor de vibración que ha detectado una vibración anormal.
Un segundo aspecto de la presente invención proporciona una máquina herramienta que incluye el dispositivo de detección de anomalías de la máquina herramienta según la presente invención.
Efectos ventajosos
Según el dispositivo de detección de anomalías y la máquina herramienta que incluye el mismo de la presente invención, se especifica un sensor de vibración que ha detectado una vibración anormal, y un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce puede especificarse fácilmente como una condición de funcionamiento de una máquina herramienta en función de una posición de montaje del sensor especificado.
Por ejemplo, el dispositivo de detección de anomalías incluye una memoria. La memoria almacena una correspondencia entre la combinación de sensores de vibración predeterminados y un elemento predeterminado de una precisión de mecanizado. Un elemento cuya precisión de mecanizado se reduce debido a una vibración anormal según una posición de montaje de un sensor de vibración predeterminado puede especificarse fácilmente seleccionando un elemento según el sensor de vibración que ha detectado el sensor de vibración anormal de la memoria. La anomalía de la operación de mecanizado asociada con el elemento especificado se determina especificando el elemento cuya precisión de mecanizado se reduce y, de ese modo, puede determinarse la posibilidad de la anomalía de una parte asociada con la operación de mecanizado determinada como anormal.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[Fig. 1] La Fig. 1 es una vista esquemática que ilustra una máquina herramienta que incluye un dispositivo de detección de anomalías como una realización de la presente invención.
[Fig. 2] La Fig.2 es una vista que ilustra un nivel de vibración de cada sensor de vibración, que se obtiene mediante una señal detectada por cada sensor de vibración.
[Fig. 3] La Fig. 3 es una vista que ilustra una tabla de datos (correspondencia) en la que se especifican elementos predeterminados de precisión de mecanizado y combinación de posiciones de montaje de sensores de vibración cuyos niveles de vibración se deterioran cuando un elemento predeterminado de una precisión de mecanizado se reduce.
[Fig. 4] La Fig. 4 es una vista que ilustra un valor de determinación para una esfericidad, una rugosidad de la superficie, una planitud de la cara de extremo y una cuadratura de la cara de extremo.
DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN
En lo sucesivo en el presente documento, se describe un dispositivo de detección de anomalías y una máquina herramienta que incluye el mismo según la presente invención. Como se ilustra en la Fig. 1, una máquina herramienta 1 que incluye un dispositivo de detección de anomalías 10 de la presente realización incluye una plataforma 51, un cabezal de husillo principal 53 que tiene un husillo principal 52 y un portaherramientas 56 que tiene una herramienta 57 de mecanizado. El cabezal de husillo principal 53 y el portaherramientas 56 se proporcionan en la plataforma 51. El husillo principal 52 puede sujetar una pieza de trabajo 100 a través de un mandril proporcionado en una punta del husillo principal 52. El cabezal de husillo principal 53 soporta el husillo principal 52 para que pueda girar a través de un motor de husillo principal, tal como un motor incorporado. El cabezal de husillo principal 53 se coloca en la plataforma 51 para que se pueda mover en una dirección del eje Z a través de un mecanismo móvil Z 54 en la dirección del eje Z a lo largo de una dirección de la línea del eje del husillo principal 52.
Se proporciona un cuerpo de soporte de portaherramientas 55 en la plataforma 51. El cuerpo de soporte de portaherramientas 55 está dispuesto en frente del cabezal de husillo principal 53. El portaherramientas 56 está montado en el cuerpo de soporte de portaherramientas 55 para que pueda moverse en la dirección del eje X a través de un mecanismo móvil X 58 en la dirección del eje X que es una dirección ascendente y descendente ortogonal a la dirección del eje Z.
El cuerpo de soporte de portaherramientas 55 está provisto de un dispositivo de casquillo guía 59 que tiene la misma línea de eje que el husillo principal 52. El dispositivo de casquillo guía 59 recibe un casquillo guía que guía la pieza de trabajo 100 sostenida por el husillo principal 52 para que pueda girar y moverse en la dirección del eje Z. El portaherramientas 56 está dispuesto en frente del casquillo guía.
Una barra como la pieza de trabajo 100 (en lo sucesivo en el presente documento, también denominada barra 100) se inserta desde la parte posterior del husillo principal 52, la barra 100 sobresale de la punta del husillo principal 52 en una longitud predeterminada, y la barra 100 se inserta en el casquillo guía. Un controlador 30 controla un motor de husillo principal, un motor Z que mueve el mecanismo móvil Z 54 en la dirección del eje Z, y un motor X que mueve el mecanismo móvil X 58 en la dirección del eje X. El controlador 30 también controla la rotación del husillo principal 52, el movimiento del cabezal de husillo principal 53 en la dirección del eje Z, y el movimiento del portaherramientas 56 en la dirección del eje X para guiar la barra 100 hacia el casquillo guía. De este modo, la barra 100 es mecanizada por la herramienta 57 cerca de la parte frontal del casquillo guía.
El dispositivo de detección de anomalías 10 de la presente realización incluye una pluralidad de sensores de vibración 11, 12, ... 20 (denominados en lo sucesivo en el presente documento, sensores de vibración 11 a 20) que están montados en la máquina herramienta 1 en una pluralidad de posiciones predeterminadas, respectivamente. Cada uno de los sensores 11 a 12 detecta una vibración en una posición predeterminada (posición de montaje) donde se monta cada sensor. Por ejemplo, los sensores de vibración 11 a 14 están montados en las partes de extremo de la plataforma 51, respectivamente. El sensor de vibración 15 está montado en la parte central de la plataforma 51. Los sensores de vibración 16, 17 están montados en ambas partes de extremo del cabezal de husillo principal 53. El sensor de vibración 18 está montado en el dispositivo de casquillo guía 59. El sensor de vibración 19 está montado en el cuerpo de soporte de portaherramientas 55. El sensor de vibración 20 está montado en la herramienta 57. Las posiciones predeterminadas donde se montan los sensores de vibración 11 a 20, respectivamente, son un ejemplo.
Las señales detectadas por los respectivos sensores de vibración 11 a 20 se introducen en el controlador 30 del dispositivo de detección de anomalías 10 de tal manera que las posiciones de montaje de los respectivos sensores de vibración 11 a 20 son distinguibles.
El controlador 30 incluye una parte de obtención de datos de vibración 31, una parte de análisis de datos de vibración 32, una memoria 33 y una parte de determinación 34. La parte de obtención de datos de vibración 31 obtiene las señales de los sensores de vibración 11 a 20 respectivos después de especificar las posiciones de montaje de los sensores de vibración 11 a 20 que emiten las señales respectivas. La parte de análisis de datos de vibración 32 analiza los datos de vibración obtenidos por la parte de obtención de datos de vibración 31. La parte de determinación 34 determina la condición de funcionamiento de la máquina herramienta 1 en función de los datos de vibración analizados por la parte de análisis de datos de vibración 32.
Por ejemplo, cuando se proporcionan diez sensores de vibración 11 a 20 en diez posiciones de montaje de una primera posición de montaje a una décima posición de montaje, respectivamente, se proporcionan diez partes de entrada de sensor de la parte de entrada de sensor en la primera posición de montaje a la parte de entrada de sensor en la décima posición de montaje en la parte de obtención de datos de vibración 31. Por consiguiente, los sensores de vibración 11 a 20 en las posiciones de montaje correspondientes a las respectivas partes de entrada de sensor, respectivamente, pueden acoplarse a las respectivas partes de entrada de sensor.
La parte de análisis de datos de vibración 32 analiza la señal de cada uno de los sensores de vibración 11 a 20 obtenida por la parte de obtención de datos de vibración 31, y calcula la información con respecto a los datos de vibración en cada posición de montaje por medio del sensor de vibración 11 a 20. Por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 2, la parte de análisis de datos de vibración 32 puede configurarse para calcular un nivel de vibración de cada uno de los sensores de vibración 11 a 20 en la posición de montaje en función de la señal de cada sensor de vibración 11 a 20. Además, en la Fig. 2, un sensor de vibración número 1 está destinado a ser el sensor de vibración 11 montado en la primera posición de montaje, un sensor de vibración número 2 está destinado a ser el sensor de vibración 12 montado en la segunda posición de montaje. Los siguientes números son iguales, y el sensor de vibración número 10 está destinado a ser el sensor de vibración 20 montado en la décima posición de montaje.
La memoria 33 almacena una tabla de datos (correspondencia) ilustrada en la Fig. 3. La tabla de datos ilustrada en la Fig. 3 muestra información sobre una correspondencia entre elementos predeterminados de precisión de mecanizado y vibración que afecta a la precisión de los elementos respectivos. La correspondencia especifica la combinación de las posiciones de montaje de los sensores de vibración 11 a 20 cuyos niveles de vibración se deterioran cuando la precisión de los elementos respectivos se reducen.
La tabla de datos del ejemplo ilustrado en la Fig. 3 muestra la correspondencia entre la combinación de la cuarta posición de montaje, la sexta posición de montaje y la décima posición de montaje y la esfericidad como el elemento predeterminado de la precisión de mecanizado, la correspondencia entre la combinación de la tercera posición de montaje, la octava posición de montaje y la novena posición de montaje y la rugosidad de la superficie como el elemento predeterminado de la precisión de mecanizado, la correspondencia entre la combinación de la quinta posición de montaje y la octava posición de montaje y la planitud de la cara de extremo como el elemento predeterminado de la precisión de mecanizado, y la correspondencia entre la combinación de la séptima posición y la décima posición y la cuadratura de la cara de extremo como el elemento predeterminado de la precisión de mecanizado. Además, la tabla de datos de la Fig. 3 es un ejemplo.
La parte de determinación 34 calcula un valor afectador que afecta a un elemento predeterminado de cada precisión de mecanizado en función de la tabla de datos almacenada en la memoria 33 y el nivel de vibración en cada sensor de vibración 11 a 20 calculado por la parte de análisis de datos de vibración 32, y calcula un nivel de reducción en la precisión con respecto a cada elemento predeterminado de cada precisión de mecanizado según el valor afectador que va a visualizarse en una pantalla de visualización proporcionada en la máquina herramienta 1.
En el dispositivo de detección de anomalías 10 de la presente realización, la parte de determinación 34 calcula el valor afectador que afecta a la esfericidad en función de los niveles de vibración respectivos del sensor de vibración 14 en la cuarta posición de montaje, del sensor de vibración 16 en la sexta posición de montaje y del sensor de vibración 20 en la décima posición de montaje, y calcula un valor de determinación que indica un nivel de reducción en la precisión de mecanizado de la esfericidad según el valor afectador.
De manera similar, la parte de determinación 34 calcula un valor afectador que afecta a la rugosidad de la superficie en función de los niveles de vibración respectivos por el sensor de vibración 13 en la tercera posición de montaje, el sensor de vibración 18 en la octava posición de montaje y el sensor de vibración 19 en la novena posición de montaje, y calcula un valor de determinación que indica un nivel de reducción en la precisión de mecanizado de la rugosidad de la superficie según el valor afectador. De manera similar, la parte de determinación 34 calcula un valor afectador que afecta a la planicidad de la cara de extremo en función de los niveles de vibración respectivos por el sensor de vibración 15 en la quinta posición de montaje y el sensor de vibración 18 en la octava posición de montaje, y calcula un valor de determinación que indica un nivel de reducción en la precisión de mecanizado de la planicidad de la cara de extremo según el valor afectador. De manera similar, la parte de determinación 34 calcula un valor afectador que afecta a la cuadratura de la cara de extremo en función de los niveles de vibración respectivos por el sensor de vibración 17 en la séptima posición de montaje y el sensor de vibración 20 en la décima posición de montaje, y calcula un valor de determinación que indica un nivel de reducción en la precisión de mecanizado de la cuadratura de la cara de extremo según el valor afectador.
Cuando el valor de determinación excede un umbral predeterminado, la parte de determinación 34 en el dispositivo de detección de anomalías 10 de la presente realización determina el elemento correspondiente al valor de determinación que excede el umbral como un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce como la condición de funcionamiento de la máquina herramienta 1.
Por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 2, cuando cada uno de los niveles de vibración por el sensor de vibración 17 en la séptima posición de montaje y el sensor de vibración 20 en la décima posición de montaje es mayor que cada uno de los niveles de vibración por los sensores de vibración en las otras posiciones de montaje, y la parte de análisis de datos de vibración 32 analiza la vibración anormal de la máquina herramienta en la séptima posición de montaje y la décima posición de montaje, como se ilustra en la Fig. 4, la parte de determinación 34 calcula el valor de determinación que indica el nivel de reducción en la cuadratura de la cara de extremo según el valor afectador que afecta a la cuadratura de la cara de extremo calculado en función de la combinación de los niveles de vibración respectivos por el sensor de vibración 17 en la séptima posición de montaje, el sensor de vibración 20 en la décima posición de montaje es más alto que el valor de determinación que indica el nivel de reducción en cada elemento según el valor afectador calculado en función de la combinación de los niveles de vibración por los sensores de vibración en las respectivas posiciones de montaje correspondientes a la esfericidad, la rugosidad de la superficie y la planitud de la cara de extremo, que son los otros elementos.
En la Fig. 4, dado que el valor de determinación correspondiente a la cuadratura de la cara de extremo excede un umbral preestablecido, la parte de determinación 34 especifica la cuadratura de la cara de extremo como el elemento cuya precisión de mecanizado se reduce como la condición de funcionamiento de la máquina herramienta 1. Además, la parte de determinación 34 puede presentar simplemente un valor de determinación para cada elemento como referencia para la determinación del usuario sin determinar si el valor de determinación excede un umbral o no. En el dispositivo de detección de anomalías 10 y la máquina herramienta 1 de la presente realización, la parte de determinación 34 especifica el elemento cuya precisión de mecanizado se reduce para determinar la anomalía de la operación de mecanizado asociada con el elemento especificado, y para determinar la posibilidad de una anomalía de una parte asociada con la operación de mecanizado determinada como anormal. Por ejemplo, cuando se produce una vibración anormal que reduce la cuadratura de la cara de extremo, se determina que la operación de mecanizado asociada con la cuadratura de la cara de extremo en la máquina herramienta 1 se vuelve anormal, de modo que es posible determinar la posibilidad de la anomalía de la parte asociada con la operación de mecanizado.
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUD RELACIONADA
La presente solicitud se basa y reivindica la prioridad de la solicitud de patente japonesa n.° 2017-198156, depositada el 12 de octubre de 2017.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de detección de anomalías (10) para una máquina herramienta (1), comprendiendo el dispositivo de detección de anomalías (10):
una pluralidad de sensores de vibración (11, 12, ... 20) adaptados para ser montados en un cuerpo de la máquina herramienta
(1) en una pluralidad de posiciones; y
una parte de determinación (34) que determina una condición de funcionamiento de la máquina herramienta (1) en función de la información de vibración detectada por los sensores de vibración (11, 12, ... 20),
donde el dispositivo de detección de anomalías (10) está configurado para detectar una anomalía de la máquina herramienta (1) según la información de determinación de la parte de determinación (34), y caracterizado porque la parte de determinación (34) especifica un elemento predeterminado cuya precisión de mecanizado se reduce en función de la posición de montaje del sensor de vibración (11, 12, ...20) que ha detectado una vibración anormal.
2. El dispositivo de detección de anomalías (10) según la reivindicación 1, que comprende
una memoria (33) que almacena una correspondencia entre la combinación de sensores de vibración predeterminados (11, 12, ... 20) y el elemento predeterminado, donde
la parte de determinación (34) especifica el elemento cuya precisión de mecanizado se reduce seleccionando, en función de la correspondencia, el elemento predeterminado según la combinación de los sensores de vibración (11, 12, ... 20) que han detectado una vibración anormal.
3. Una máquina herramienta (1) que comprende el dispositivo de detección de anomalías (10) de la máquina herramienta (1) según la reivindicación 1 o 2.
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