TWI803743B - 工作機械以及檢測方法 - Google Patents

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日商西鐵城時計股份有限公司
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Abstract

本發明的工作機械（1）的特徵在於具有：正面主軸（10），包括正面夾頭（12）；背面主軸（20），包括背面夾頭（22）；控制部（50），使背面夾頭（22）進行將緊固於正面夾頭（12）的工件（W）緊固於背面夾頭（22）的緊固動作；以及檢測部（60），基於與正面夾頭（12）及背面夾頭（22）的至少一者的振動相關的測定資料而檢測伴隨著背面夾頭（22）的緊固動作的異常。

Description

工作機械以及檢測方法
本發明是有關於一種工作機械以及檢測方法。
已知有一種利用工具對工件進行加工的(電腦數值控制(Computer Numerical Control，CNC)車床等工作機械(例如，參照專利文獻1~專利文獻2)。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-326206號公報
[專利文獻2]日本專利特開2019-30954號公報
此種工作機械有時具有包括第一夾頭的第一主軸以及包括第二夾頭的第二主軸。而且，有時以下述方式構成，即：第一夾頭進行緊固工件的第一緊固動作，其後，第二夾頭進行緊固工件的第二緊固動作，其後，對工件進行切斷加工而製品化。此時，於第二緊固動作存在例如咬入切屑等的異常時，會對製品的加工精度帶來不良影響。
本發明是鑒於所述課題而成，其目的在於提供一種可有 效地檢測伴隨著使緊固於第一夾頭的工件緊固於第二夾頭的緊固動作的異常的工作機械以及檢測方法。
本發明的工作機械具有：第一主軸，包括第一夾頭；第二主軸，包括第二夾頭；控制部，使所述第二夾頭進行將緊固於所述第一夾頭的工件緊固於所述第二夾頭的緊固動作；以及檢測部，基於與所述第一夾頭及所述第二夾頭的至少一者的振動相關的測定資料而檢測伴隨著所述第二夾頭的緊固動作的異常。
本發明的工作機械較佳為於所述結構中，所述測定資料包含下述資料：在伴隨著所述第二夾頭的緊固動作的所述第二夾頭與所述工件的接觸時刻以後，在繼所述第二夾頭的緊固動作後工具與所述工件的接觸時刻以前所測定的資料。
本發明的工作機械較佳為於所述結構中，具有取得所述測定資料的振動感測器。
本發明的工作機械較佳為於所述結構中，所述控制部在使所述第一主軸與所述第二主軸同步地旋轉的狀態下使所述第二夾頭進行所述緊固動作，且至少在藉由所述檢測部未檢測到所述異常時，連續地進行所述工件的加工。
本發明的檢測方法具有：緊固步驟，使第二夾頭進行將緊固於第一主軸的第一夾頭的工件緊固於第二主軸的所述第二夾頭的緊固動作；以及檢測步驟，基於與所述第一夾頭及所述第二夾頭的至少一者的振動相關的測定資料而檢測伴隨著所述第二夾 頭的緊固動作的異常。
本發明的檢測方法較佳為於所述結構中，具有在繼所述第二夾頭的所述緊固動作後對所述工件進行加工的加工步驟；且於所述緊固步驟中，在使所述第一主軸與所述第二主軸同步地旋轉的狀態下使所述第二夾頭進行所述緊固動作；於所述加工步驟中，至少當於所述檢測步驟中未檢測到所述異常時，連續地進行所述工件的加工。
根據本發明，可提供一種可有效地檢測伴隨著使緊固於第一夾頭的工件緊固於第二夾頭的緊固動作的異常的工作機械以及檢測方法。
1:工作機械
2:基台
3:正面側移動機構
4:背面側移動機構
10:正面主軸(第一主軸)
11:正面主軸台
12:正面夾頭(第一夾頭)
13:夾頭套筒
20:背面主軸(第二主軸)
21:背面主軸台
22:背面夾頭(第二夾頭)
23:夾頭套筒
30:導套
31:導套支撐台
40:第一加工部
41、44:工具
42:刃具台
43:第二加工部
50:控制部
60:檢測部
61:記憶部
62:判定部
63:振動感測器
64:輸入部
65:報知部
S1:緊固步驟
S2:檢測步驟
S3:報知步驟
S4:加工步驟
t1~t3:時刻
W:工件(被加工物)
圖1是表示本發明的一實施形態的工作機械的示意圖。
圖2是表示在無伴隨著第二夾頭的緊固動作的異常時的與第二夾頭的振動相關的測定資料的一例的圖。
圖3是表示在有伴隨著第二夾頭的緊固動作的異常時的與第二夾頭的振動相關的測定資料的一例的圖。
圖4是表示有伴隨著第二夾頭的緊固動作的異常時與無伴隨著第二夾頭的緊固動作的異常時的指標值分佈的示例的圖。
圖5是表示本發明的一實施形態的檢測方法的流程圖。
以下，根據圖式，對本發明的一實施形態的工作機械以及檢測方法詳細地進行例示說明。
圖1中所示的工作機械1是將長尺寸的棒材作為工件(被加工物)W進行加工的自動車床(CNC車床)，具有作為第一主軸的正面主軸10、以及作為第二主軸的背面主軸20。
正面主軸10與背面主軸20以正面主軸10的軸線與背面主軸20的軸線變成平行的方式，相互相向來配置。以下，將與正面主軸10及背面主軸20的軸線平行的方向設為Z軸方向，將與Z軸方向正交的方向設為X軸方向，將與Z軸方向及X軸方向正交的方向設為Y軸方向。
於基台2上，正面主軸台11以藉由例如導軌機構等正面側移動機構3而於Z軸方向移動自如的方式設置。正面主軸10握持工件W並旋轉自如地支撐於正面主軸台11，由主軸馬達進行旋轉驅動。作為主軸馬達，例如可採用於正面主軸台11的內部，在正面主軸台11與正面主軸10之間所構成的內建式馬達(built-in motor)。
於基台2上，背面主軸台21以藉由例如導軌機構等背面側移動機構4而於Z軸方向移動自如的方式設置。背面主軸20握持工件W並旋轉自如地支撐於背面主軸台21，由主軸馬達進行旋轉驅動。作為主軸馬達，例如可採用於背面主軸台21的內部，構成在背面主軸台21與背面主軸20之間的內建式馬達。
在基台2與正面主軸台11之間或基台2與背面主軸台21 之間，設置有使正面主軸10相對於背面主軸20於X軸方向進行相對移動的X軸移動機構。另外，在基台2與正面主軸台11之間或基台2與背面主軸台21之間，設置有使正面主軸10相對於背面主軸20於Y軸方向進行相對移動的Y軸移動機構。
作為第一夾頭的正面夾頭12開閉自如地設置於正面主軸10的前端。正面夾頭12被收納於夾頭套筒13的內側。若夾頭套筒13朝正面主軸10的前端側滑行移動，則正面夾頭12的錐面由夾頭套筒13的錐面按壓，正面夾頭12關閉。相反地，若夾頭套筒13朝正面主軸10的基端側滑行移動，則夾頭套筒13的錐面對於正面夾頭12的錐面的按壓被解除，正面夾頭12打開。在打開正面夾頭12的狀態下插入工件W，並關閉正面夾頭12，藉此工件W緊固於正面夾頭12。正面主軸10可藉由如此般將工件W緊固於正面夾頭12來握持工件W。
作為第二夾頭的背面夾頭22開閉自如地設置於背面主軸20的前端。背面夾頭22被收納於夾頭套筒23的內側。若夾頭套筒23朝背面主軸20的前端側滑行移動，則背面夾頭22的錐面由夾頭套筒23的錐面按壓，背面夾頭22關閉。相反地，若夾頭套筒23朝背面主軸20的基端側滑行移動，則夾頭套筒23的錐面對於背面夾頭22的錐面的按壓被解除，背面夾頭22打開。在打開背面夾頭22的狀態下插入工件W，並關閉背面夾頭22，藉此工件W緊固於背面夾頭22。背面主軸20可藉由如此般將工件W緊固於背面夾頭22來握持工件W。
夾頭套筒13、夾頭套筒23的滑行驅動機構並不限定本發明，可採用各種結構者。
在正面主軸10與背面主軸20之間設置有導套30。導套30安裝於基台2上所設置的導套支撐台31，且配置成與正面主軸10同軸。導套30相對於導套支撐台31在軸線方向得到位置調節，藉此被調節成與工件W的外徑對應的內徑。導套30可於Z軸方向移動自如地引導工件W。
工作機械1包括第一加工部40。第一加工部40包括對工件W進行加工的工具41。工具41保持於刃具台42。刃具台42以工具41配置於導套30的前方的方式，於X軸方向及Y軸方向移動自如地支撐於導套支撐台31。刃具台42的Z軸方向的位置固定。於刃具台42，裝載有作為工具41的例如外徑切削車刀或切刀等，所述車刀等藉由刃具台42的例如朝X軸方向的移動，對應於加工內容而被適宜切換。
另外，工作機械1包括第二加工部43。第二加工部43包括對工件W進行加工的背面加工用的工具44。工具44被保持於未圖示的刃具台。所述刃具台例如於X軸方向或Y軸方向等移動自如地支撐於基台2。於刃具台裝載有作為工具44的例如外徑切削車刀或切刀等，所述車刀等藉由刃具台的例如朝X軸方向的移動，對應於加工內容而被適宜切換。
工作機械1包括控制部50。可將控制部50設為包含微電腦的部件，所述微電腦例如包括中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)(中央運算處理裝置)或記憶體(記憶裝置)等。控制部50可對正面主軸10(包含正面主軸台11、正面夾頭12)、背面主軸20(包含背面主軸台21、背面夾頭22)、第一加工部40及第二加工部43的各工作進行統一控制。
此處，控制部50具有下述功能，即：以藉由第一加工部40及第二加工部43對已由正面夾頭12和/或背面夾頭22握持的工件W連續地進行規定的加工及切斷加工來獲得多個製品的方式，使正面主軸10、背面主軸20、第一加工部40及第二加工部43工作。
更具體而言，控制部50具有下述功能，即：使第一加工部40對緊固於正面夾頭12的工件W進行規定的加工，其後，如圖1所示，使背面夾頭22將緊固於正面夾頭12的工件W進行緊固，並在此狀態下使第一加工部40對工件W進行切斷加工。即，控制部50構成為使背面夾頭22進行將緊固於正面夾頭12的工件W緊固於背面夾頭22的緊固動作。此處，控制部50在進行所述背面夾頭22的緊固動作時，在藉由正面主軸10使工件W旋轉的狀態下，使背面主軸20的轉速與正面主軸10的轉速同步，在如此般使轉速同步的狀態下，將工件W的前端部插入背面夾頭22且緊固於背面夾頭22。即，控制部50構成為在使正面主軸10與背面主軸20同步地旋轉的狀態下進行背面夾頭22的緊固動作。
另外，控制部50具有下述功能，即：在由第一加工部40對緊固於正面夾頭12及背面夾頭22的工件W進行切斷加工後， 使第二加工部43對緊固於背面夾頭22的工件W進行追加加工，而將工件W製成製品。再者，控制部50亦可具有下述功能，即：在不進行藉由第二加工部43實施的如上所述的追加加工下，將經切斷加工的工件W直接製成製品。另外，工作機械1亦可為不具有第二加工部43的結構。
在進行如上所述的背面夾頭22的緊固動作時，在存在例如咬入切屑等的異常時，會對切斷加工或追加加工的精度帶來不良影響，而存在對製品的加工精度帶來不良影響的擔憂。因此，於本實施形態的工作機械1，設置有檢測部60，所述檢測部60基於與背面夾頭22的振動相關的測定資料而檢測伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。
檢測部60具有：記憶部61，記憶與背面夾頭22的振動相關的測定資料；以及判定部62，基於記憶於記憶部61的測定資料而判定有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。另外，工作機械1具有：振動感測器63，取得與背面夾頭22的振動相關的測定資料；輸入部64，用於設定判定部62的判定基準；以及報知部65，報知由判定部62判定的判定結果。
檢測部60可包含構成控制部50的微電腦。再者，檢測部60並不限定於此，例如亦可包含與構成控制部50的微電腦不同的追加包括CPU或記憶體等的微電腦。
記憶部61例如可包含記憶體。記憶部61構成為記憶振動感測器63取得的背面夾頭22的振動、即與背面主軸20的旋轉 的晃動相關的測定資料。振動感測器63配置於支撐背面主軸20的背面主軸台21，但並不限定於此，例如亦可配置於背面主軸20。振動感測器63可為可檢測背面主軸20的旋轉的晃動的任意感測器，例如可為加速度感測器、自動曝光感測器(Auto Exposure sensor)、位移計、麥克風(microphone)等。再者，與背面主軸20的旋轉的晃動相關的測定資料在本實施形態中由振動感測器63取得，但並不限定於此，例如，亦可藉由測定將背面主軸20進行旋轉驅動的主軸馬達的負載(電流值或電壓值)而取得。即，記憶部61並不限定於構成為記憶振動感測器63取得的測定資料，例如，亦可構成為記憶藉由測定主軸馬達的負載而取得的測定資料。
此處，與背面夾頭22的振動相關的測定資料包含：在伴隨著背面夾頭22的緊固動作的背面夾頭22與工件W的接觸時刻以後，在繼背面夾頭22的緊固動作後工具41與工件W的接觸時刻以前(以下，亦稱為特定期間)所測定的資料。測定資料可被不斷地測定。圖2至圖3表示此種測定資料的例子。圖2表示無因切屑咬入背面夾頭22與工件W之間所致的異常時的測定資料，圖3表示有因切屑咬入背面夾頭22與工件W之間所致的異常時的測定資料。
於圖2中，時刻t1是為了進行背面夾頭22的緊固動作而夾頭套筒23開始滑動移動的時刻，於時刻t1，因產生伴隨著所述夾頭套筒23開始滑動移動的振動，而測定有振動強度的峰值。時 刻t2是進行背面夾頭22的緊固的時刻(即，伴隨著背面夾頭22的緊固動作的背面夾頭22與工件W的接觸時刻)，於時刻t2，因產生伴隨著所述背面夾頭22的緊固的振動，而測定有振動強度的峰值。時刻t3是繼背面夾頭22的緊固動作後開始由工具41對工件W進行切斷加工的時刻(繼背面夾頭22的緊固動作後工具41與工件W的接觸時刻)，於時刻t3，因產生伴隨著所述切斷加工的振動，而測定有振動強度的峰值。圖3亦表示與圖2對應的時刻t1至時刻t3。於圖3中，因切屑的咬入異常，而時刻t2以後、時刻t3以前的部分的強度與圖2的情形相比增大。因此，藉由判定有無此種強度的增大，可判定有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。
用於判定有無時刻t2以後、時刻t3以前的部分的強度增大的判定基準，例如既可為基於快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)處理者，亦可為基於統計性手法者，亦可為基於機器學習者，還可為基於其他手法者。基於快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)處理的判定基準可包含下述步驟，即：算出對時間區域的測定資料進行FFT處理而獲得的頻域資料中基於規定的頻率或頻帶的強度的規定指標值，且將所算出的指標值與臨限值進行比較。基於統計性手法的判定基準，例如可包含下述步驟，即：自測定資料分割規定數目的強度資料，基於其平均值與標準偏差(或分散)而算出指標值，且將所算出的指標值與臨限值進行比較。又，基於機器學習的判定基準例如可為藉由深 度學習等而構建者。於基於任一手法時，判定基準均可為利用在工作機械1的出貨時等預先讀入、和/或適時讀入的異常組及正常組的模型資料者，亦可將其取代或除此以外還利用於工作機械1的加工時所獲得的以往的測定資料。
圖4表示藉由基於統計性手法的判定基準來判定有無時刻t2以後、時刻t3以前的部分的強度增大時的判定結果的例子。在所述判定中，自測定資料分割規定數目的強度資料，基於其平均值與標準偏差而算出指標值，將所算出的指標值與臨限值進行了比較。自圖4所示的結果可知，藉由基於時刻t2以後、時刻t3以前的部分的測定資料，可高精度地檢測伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。
因此，判定部62較佳為基於在特定期間所測定的測定資料判定有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。另外，在特定期間進行由判定部62實施的判定。特定期間的開始時刻，即伴隨著背面夾頭22的緊固動作的背面夾頭22與工件W的接觸時刻，既可根據開始背面夾頭22的緊固動作的時序算出，亦可利用其他手法算出。特定期間的結束時刻，即繼背面夾頭22的緊固動作後工具41與工件W的接觸時刻既可根據開始由工具41進行的加工的時序算出，亦可利用其他手法算出。
輸入部64構成為接受判定部62的判定基準或工件W的加工條件等的輸入。輸入部64例如可包含按鈕、鍵盤、觸控面板等。再者，亦可構成為不經由輸入部64而自動地製作判定部62 的判定基準。
報知部65構成為藉由例如顯示或聲音報知判定部62所判定的有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。報知部65例如可包含顯示器、警告燈或揚聲器等。
在控制部50使正面主軸10與背面主軸20同步地旋轉的狀態下進行有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常的判定。控制部50構成為在藉由檢測部60未檢測到伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常時，在不停止正面主軸10與背面主軸20的旋轉下，即連續地使第一加工部40對工件W進行切斷加工。即，控制部50構成為至少在藉由檢測部60未檢測到伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常時，連續地進行工件W的加工。
另外，控制部50具有下述功能，即：在藉由檢測部60檢測到伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常時，在已進行變更工件W的加工條件(降低切入速度等)等的應對後，連續地進行工件W的加工。控制部50亦可具有下述功能，即：在藉由檢測部60檢測到伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常的情形下，不進行工件W的加工直至所述異常被消除為止。
判定部62亦可構成為不僅判定有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常，而且亦判定伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常的態樣(確定切屑的咬入位置、是因切屑的咬入所致的異常抑或其他原因所致的異常等)。
本發明的一實施形態的檢測方法可使用如上所述的工作 機械1而進行。再者，本實施形態的檢測方法在使用其他工作機械時亦可適用。
本實施形態的檢測方法如圖5所示具有：緊固步驟S1、檢測步驟S2、報知步驟S3、以及加工步驟S4。緊固步驟S1是使背面夾頭22進行將緊固於正面主軸10的正面夾頭12的工件W緊固於背面主軸20的背面夾頭22的緊固動作的步驟。檢測步驟S2是基於與背面夾頭22的振動相關的測定資料而檢測伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常的步驟。報知步驟S3是報知有無在檢測步驟S2中檢測到的異常的步驟。加工步驟S4是在繼背面夾頭22的緊固動作後進行工具41對工件W的加工的步驟。
於緊固步驟S1中，控制部50在使正面主軸10與背面主軸20同步地旋轉的狀態下進行背面夾頭22的緊固動作。
若在緊固步驟S1中進行背面夾頭22的緊固動作，則檢測步驟S2開始。於檢測步驟S2中，判定部62基於記憶於記憶部61的測定資料中的特定期間的測定資料，判定有無伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常。所述判定在控制部50使正面主軸10與背面主軸20同步地旋轉的狀態下進行。
若檢測步驟S2結束，則報知步驟S3開始。於報知步驟S3中，報知部65報知有無在檢測步驟S2中檢測到的異常。再者，報知步驟S3可僅當於檢測步驟S2中檢測到異常時進行報知。藉由報知異常，可提醒使用者進行適當的應對。
若報知步驟S3結束，則加工步驟S4開始。於加工步驟 S4中，控制部50使工具41進行對工件W的切斷加工。另外，控制部50根據需要使工具44進行對工件W的追加加工，而將所述工件W製成製品。當於檢測步驟S2中未檢測到異常時，控制部50在不停止正面主軸10與背面主軸20的旋轉下，即連續地進行對工件W的切斷加工。當於檢測步驟S2中檢測到異常時，控制部50在已進行變更工件W的加工條件等的應對後，連續地進行工件W的加工。當於檢測步驟S2中檢測到異常時，亦可不進行加工步驟S4對工件W的加工直至所述異常被消除為止。
當然，本發明並不限定於所述實施形態，在不脫離其主旨的範圍內可進行各種變更。
例如，於所述實施形態中，工作機械1包括導套30，但亦可設為不包括導套30的結構。
另外，於所述實施形態中，基於與背面夾頭22的振動相關的測定資料而檢測伴隨著背面夾頭22的緊固動作的異常，但可取代與背面夾頭22的振動相關的測定資料，或除此以外，還使用與正面夾頭12的振動相關的測定資料。
1:工作機械
2:基台
3:正面側移動機構
4:背面側移動機構
10:正面主軸(第一主軸)
11:正面主軸台
12:正面夾頭(第一夾頭)
13:夾頭套筒
20:背面主軸(第二主軸)
21:背面主軸台
22:背面夾頭(第二夾頭)
23:夾頭套筒
30:導套
31:導套支撐台
40:第一加工部
41、44:工具
42:刃具台
43:第二加工部
50:控制部
60:檢測部
61:記憶部
62:判定部
63:振動感測器
64:輸入部
65:報知部
W:工件(被加工物)

Claims (4)

  1. 一種工作機械，其特徵在於具有：第一主軸，包括第一夾頭；第二主軸，包括第二夾頭；控制部，使所述第二夾頭進行將緊固於所述第一夾頭的工件緊固於所述第二夾頭的緊固動作；以及檢測部，基於與所述第一夾頭及所述第二夾頭的至少一者的測定資料而檢測伴隨著所述第二夾頭的緊固動作的異常，其中所述測定資料包含下述資料：在伴隨著所述第二夾頭的緊固動作的所述第二夾頭與所述工件的接觸時刻以後，在繼所述第二夾頭的緊固動作後工具與所述工件的接觸時刻以前所測定的資料。
  2. 如請求項1所述的工作機械，其具有取得所述測定資料的振動感測器。
  3. 如請求項1或請求項2所述的工作機械，其中所述控制部在使所述第一主軸與所述第二主軸同步地旋轉的狀態下使所述第二夾頭進行所述緊固動作，且至少在藉由所述檢測部未檢測到所述異常時，連續地進行所述工件的加工。
  4. 一種檢測方法，其特徵在於具有：緊固步驟，使第二夾頭進行將緊固於第一主軸的第一夾頭的工件緊固於第二主軸的所述第二夾頭的緊固動作；檢測步驟，基於與所述第一夾頭及所述第二夾頭的至少一者 的測定資料而檢測伴隨著所述第二夾頭的緊固動作的異常；以及加工步驟，在繼所述第二夾頭的所述緊固動作後進行對所述工件的加工，其中於所述緊固步驟中，在使所述第一主軸與所述第二主軸同步地旋轉的狀態下使所述第二夾頭進行所述緊固動作，且於所述加工步驟中，至少當於所述檢測步驟中未檢測到所述異常時，連續地進行所述工件的加工。
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