JP2019072774A - 異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械 - Google Patents

異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械 Download PDF

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Abstract

【課題】異常検出装置において、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定する。【解決手段】工作機械１の異常検出装置１０は、工作機械１の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサ１１〜２０と、振動センサ１１〜２０による振動の検出情報に基づいて工作機械の動作状態を判断する判断部３４とを備え、判断部３４の判断情報に応じて工作機械１の異常を検出する工作機械１の異常検出装置１０において、判断部３４が、異常な振動を検出した振動センサ１１〜２０の装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する。【選択図】図１

Description

本発明は、異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械に関する。
従来、工作機械の機体側に装着される複数の振動センサと、各振動センサによる振動の検出情報に基づいて工作機械の動作状態を判断し、この判断の情報に応じた工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記異常検出装置は、異常な振動により、いわゆる工具ビビリ、切込超過、送り超過及び速度超過等の異常な加工動作を検出し、その加工状態を診断する。
特開平１０−２６７７４９号公報
しかし、特許文献１に記載の異常検出装置は、工具ビビリや送り超過等の異常な加工動作から複雑な計算によって加工状態を診断するため、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定して判断することは容易ではなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定することができる異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。
本発明の第１は、工作機械の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサと、前記振動センサによる振動の検出情報に基づいて前記工作機械の動作状態を判断する判断部とを備え、前記判断部の判断情報に応じて前記工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置において、前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する異常検出装置である。
本発明の第２は、本発明に係る工作機械の異常検出装置を備えた工作機械である。
本発明に係る異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械によれば、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定することができる。
例えば、所定の振動センサの組み合わせと、加工精度の所定の項目との対応関係が予め記憶される記憶部を設け、異常な振動を検出した振動センサに応じた項目を、記憶部から選択することによって、所定の振動センサの装着位置に応じた異常な振動により精度が低下する加工精度の項目を容易に特定することができる。精度が低下する加工精度の項目を特定することによって、特定された項目に関連する加工動作の異常を判断し、この異常と判断された加工動作に関連する部品の異常の疑いを判断することも可能となる。
本発明の一実施形態である異常検出装置を備えた工作機械を示す模式図である。 振動センサごとに検出された信号により求められた振動センサごとの振動レベルを示す図である。 加工精度の所定の項目と、加工精度の所定の項目が低下する場合に振動レベルが悪化する振動センサの装着位置の組み合わせを特定したデータテーブル（対応関係）を示す図である。 加工精度の所定の項目である真円度、表面粗さ、端面平面度、端面直角度ごとの判断値を示す図である。
以下、本発明に係る異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械の実施形態について説明する。本実施形態の異常検出装置１０を備えた工作機械１は、図１に示されるように、ベッド５１上に、主軸５２を備えた主軸台５３と加工用の工具５７を備えた刃物台５６とが設けられている。
主軸５２は先端に設けられたチャックを介してワーク１００を把持することができる。主軸台５３はビルトインモータ等の主軸モータを介して主軸５２を回転駆動自在に支持している。主軸台５３は、主軸５２の軸線方向に沿ったＺ軸方向のＺ移動機構５４を介して、Ｚ軸方向に移動自在にベッド５１に搭載されている。
ベッド５１上に刃物台支持体５５が立設されている。刃物台支持体５５は主軸台５３の前方に配置されている。刃物台５６は、Ｚ軸方向と直交する上下方向であるＸ軸方向のＸ移動機構５８を介して、Ｘ軸方向に移動自在に刃物台支持体５５に搭載されている。
刃物台支持体５５には、主軸５２と同一軸線にガイドブッシュ装置５９が設けられている。ガイドブッシュ装置５９には、主軸５２に把持されたワーク１００をＺ軸方向に移動自在に、かつ回転自在に案内するガイドブッシュが収容されている。刃物台５６はガイドブッシュの前方に配置されている。
ワーク１００としての棒材（以下、棒材１００ともいう。）が主軸５２の後方から挿入され、主軸５２の先端から棒材１００が所定の長さ突出し、棒材１００はガイドブッシュに挿入される。主軸モータや、Ｚ移動機構５４をＺ軸方向に移動駆動するＺモータ、Ｘ移動機構５８をＸ軸方向に移動駆動するＸモータ等を制御装置３０によって駆動制御し、制御装置３０による主軸５２の回転、主軸台５３のＺ軸方向への移動、刃物台５６のＸ軸方向への移動等の制御によって、棒材１００は、ガイドブッシュに案内され、ガイドブッシュの前方の近傍で工具５７によって加工される。
本実施形態の異常検出装置１０は、工作機械１の複数の所定位置にそれぞれ振動センサ１１，１２，…，２０（以下、振動センサ１１〜２０と略す。）が装着されている。各振動センサ１１〜２０は、それぞれが装着された所定位置（装着位置）の振動を検出する。例えば、振動センサ１１〜１４はベッド５１の端部付近の位置に装着され、振動センサ１５はベッド５１の中央部付近の位置に装着され、振動センサ１６，１７は主軸台５３の両端部付近の位置に装着され、振動センサ１８はガイドブッシュ装置５９の位置に装着され、振動センサ１９は刃物台支持体５５の位置に装着され、振動センサ２０は工具５７の位置に装着されている。各振動センサ１１〜２０の装着された所定位置は一例である。
各振動センサ１１〜２０が検出した信号は、各振動センサ１１〜２０の装着位置が区別可能に、異常検出装置１０の制御装置３０に入力されている。
制御装置３０は、各振動センサ１１〜２０からの信号を、各信号を出力している振動センサ１１〜２０の装着位置を特定して取得する振動データ取得部３１と、振動データ取得部３１によって取得した振動データを解析する振動データ解析部３２と、記憶部３３と、振動データ解析部３２によって解析された振動データに基づいて工作機械１の動作状態を判断する判断部３４とを有する。
例えば、振動センサ１１〜２０が、第１装着位置から第１０装着位置までの１０個の装着位置に対応して１０個設けられている場合、振動データ取得部３１に、第１装着位置のセンサ入力部から第１０装着位置のセンサ入力部までの１０個のセンサ入力部を設け、各センサ入力部に対応する装着位置の振動センサ１１〜２０を、各センサ入力部に接続することができる。
振動データ解析部３２は、振動データ取得部３１によって取得された各振動センサ１１〜２０からの信号をそれぞれ解析し、振動センサ１１〜２０によって各装着位置での振動データに関する情報を算出することができる。例えば、図２に示されるように、各振動センサ１１〜２０からの信号により、各振動センサ１１〜２０の装着位置における振動レベルを算出するように構成することができる。なお、図２において、振動センサ番号１は、第１装着位置に装着された振動センサ１１を意味し、振動センサ番号２は、第２装着位置に装着された振動センサ１２を意味し、以下同様に、振動センサ番号１０は、第１０装着位置に装着された振動センサ２０を意味する。
記憶部３３には、加工精度の所定の項目と、これらの各項目の精度に影響を与える振動との対応関係を示すものであって、各項目の精度が低下する場合に振動レベルが悪化する振動センサ１１〜２０の装着位置の組み合わせを特定した対応関係を示す情報が、図３に示されるデータテーブル（対応関係）として、データベース化されて記憶されている。
図３に示す例のデータテーブルでは、第４装着位置と第６装着位置と第１０装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として真円度とが対応し、第３装着位置と第８装着位置と第９装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として表面粗さとが対応し、第５装着位置と第８装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として端面平面度とが対応し、第７装着位置と第１０装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として端面直角度とが対応している。なお、図３のデータテーブルは例示である。
判断部３４は、記憶部３３に記憶されているデータテーブルと、振動データ解析部３２によって算出された各振動センサ１１〜２０により検出された振動レベルとに基づき、各加工精度の所定の項目毎に精度の低下のレベルを演算して、工作機械１に設けられたディスプレイ等に表示する構成とすることができる。
本実施形態の異常検出装置１０において、判断部３４は、第４装着位置の振動センサ１４と第６装着位置の振動センサ１６と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルに基づいて、真円度に影響を与える値である影響値を算出し、この影響値に応じて真円度の加工精度の低下レベルを示す値である判断値を算出する。
同様に、判断部３４は、第３装着位置の振動センサ１３と第８装着位置の振動センサ１８と第９装着位置の振動センサ１９による各振動レベルに基づいて表面粗さに影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて表面粗さの加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。同様に、判断部３４は、第５装着位置の振動センサ１５と第８装着位置の振動センサ１８による各振動レベルに基づいて端面平面度に影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて端面平面度の加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。同様に、判断部３４は、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルによって端面直角度に影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて端面直角度の加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。
本実施形態の異常検出装置１０における判断部３４は、判断値が、予め定められた閾値を超えると、この閾値を超えた判断値に対応する項目が、工作機械１の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目として特定する判断を行う。
例えば、図２に示されるように、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルが、他の装着位置の振動センサによる各振動レベルに比較して大きく、工作機械は第７装着位置と第１０装着位置とにおいて異常に振動していると振動データ解析部３２で解析されている場合、判断部３４によって、図４に示されるように、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルの組み合わせに基づいて算出された端面直角度に影響を与える影響値に応じた端面直角度の低下レベルを示す判断値が、他の項目である真円度、表面粗さ、端面平面度等に対応した各装着位置の振動センサによる振動レベルの組み合わせに基づいて算出された影響値に応じた各項目の低下レベルを示す判断値より高く算出される。
図４の場合、端面直角度に対応する判断値が予め設定された閾値を超えているため、判断部３４は、端面直角度を、工作機械１の動作状態として精度が低下する加工精度の項目として特定する。なお、判断部３４は、判断値が閾値を超えたか否かに応じた判断を行うのではなく、使用者自身が判断をするための参考として、項目ごとの判断値を提示するだけでもよい。
本実施形態の異常検出装置１０及び工作機械１は、判断部３４が精度が低下する加工精度の項目を特定することによって、特定された項目に関連する加工動作の異常を判断し、この異常と判断された加工動作に関連する部品の異常の疑いを判断することも可能となる。例えば、端面直角度が低下するような異常な振動が発生している場合、工作機械１は端面直角度に関連する加工動作が異常となることが判断されるため、この加工動作に関連する部品の異常の可能性を判断することができる。
１ 工作機械
１０ 異常検出装置
１１〜２０ 振動センサ
３０ 制御装置
３１ 振動データ取得部
３２ 振動データ解析部
３３ 記憶部
３４ 判断部
１００ ワーク（棒材）

Claims (3)

  1. 工作機械の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサと、前記振動センサによる振動の検出情報に基づいて前記工作機械の動作状態を判断する判断部とを備え、前記判断部の判断情報に応じて前記工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置において、
    前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する異常検出装置。
  2. 所定の前記振動センサの組み合わせと前記所定の項目との対応関係が予め記憶された記憶部を備え、
    前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの組み合わせに応じた前記所定の項目を、前記対応関係に基づいて選択することによって、精度が低下する前記加工精度の項目を特定する請求項１に記載の異常検出装置。
  3. 請求項１又は２に記載の工作機械の異常検出装置を備えた工作機械。
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