專利名稱：機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置及刀具損傷探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在利用機(jī)床、尤其CNC機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行精密加工時(shí)，在維持尺寸精度的同時(shí)預(yù)先探測(cè)刀具的破損可能性，以能夠預(yù)防刀具破損的方式進(jìn)行控制而能夠持續(xù)執(zhí)行加工操作的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置及利用該裝置的刀具損傷探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
一般而言，設(shè)置于機(jī)床上而使用的刀具隨著進(jìn)行切削加工而逐漸磨損，最終導(dǎo)致破損。這種刀具的磨損不僅降低工件的尺寸精度，而且還降低加工表面的質(zhì)量，刀具的突發(fā)性破損還會(huì)使工件破損。這種刀具磨損和破損不僅產(chǎn)生由原有工件的破損所引起的金錢上的損失，而且是尤其使CNC機(jī)床的無人加工變得困難的主要原因之一。為了解決這種問題，最近開發(fā)出刀具壽命管理功能，從而確認(rèn)刀具被使用的時(shí)間，按照預(yù)先設(shè)定的使用時(shí)間來自動(dòng)更換刀具。但是，這種方式是能夠適用于在批量生產(chǎn)方式中僅在特定的條件下使用刀具的情況的方式，無法適用于每次加工不同形狀的部件的情況。為了解決這種問題，提出了基于音響傳感器、切削力傳感器、圖像傳感器等各種測(cè)定方式監(jiān)視刀具自身的破損 的技術(shù)。但是，監(jiān)視刀具破損的技術(shù)需要附加的測(cè)定裝置，隨之在實(shí)用性方面存在限制，因此從構(gòu)成機(jī)床的伺服器、主軸探測(cè)電流信號(hào)、并據(jù)此來監(jiān)視刀具破損的方式成為最現(xiàn)實(shí)的使用方式。在美國(guó)公開專利公報(bào)第20060142893號(hào)中提出了如下方案:通過來自于伺服器和主軸的電流信號(hào)而監(jiān)視用于切削加工的轉(zhuǎn)矩，確認(rèn)轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化和瞬間性的轉(zhuǎn)矩的變位，從而判別刀具是否破損。在上述的美國(guó)公開專利中，包括:為了執(zhí)行這種刀具破損監(jiān)視而從多個(gè)機(jī)械加工周期中探測(cè)指數(shù)的探測(cè)單元；為了判別刀具破損而將特定機(jī)械加工周期中的指數(shù)與原有指數(shù)值進(jìn)行比較的比較單元；存儲(chǔ)表示刀具破損的閾值的存儲(chǔ)單元；能夠在上述存儲(chǔ)單元使用閾值的初始值的顯示單元；隨著加工的進(jìn)行而更新所存儲(chǔ)的閾值的更新單元；中斷閾值的更新的單元；以及在閾值的更新被中斷時(shí)基于閾值的所存儲(chǔ)的值而確定閾值的設(shè)定值的單元。上述美國(guó)公開專利的技術(shù)，能夠利用在機(jī)床中沒有另外的裝置而能容易獲得的電流信號(hào)探測(cè)刀具破損，使用者無需將閾值分別進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠根據(jù)加工狀況計(jì)算出適當(dāng)?shù)拈撝?，該技術(shù)在這方面是很實(shí)用的方法。但是，這種方法存在如下問題:對(duì)于如刀具的磨損那樣隨著時(shí)間逐漸進(jìn)行的刀具的變化所引起的轉(zhuǎn)矩的變化，無法知道這是由刀具磨損所引起的變化還是由加工條件的變更所引起的變化，而且在加工條件的變更方面無法知道轉(zhuǎn)矩的變更是因?yàn)榈毒咂茡p還是因?yàn)閷?shí)際的加工條件的變更。由于這些問題，上述美國(guó)專利技術(shù)具有僅限適用于一定條件的加工反復(fù)進(jìn)行的情況、例如銑削加工的鉆孔加工和攻螺紋加工等的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置，其利用基于從機(jī)床的伺服器和主軸的電流所獲得的切削轉(zhuǎn)矩和預(yù)處理插補(bǔ)坐標(biāo)的三維預(yù)測(cè)模擬器、搭載在數(shù)值控制部的刀具管理器，基于將來要執(zhí)行的切削深度、進(jìn)給、冷卻水使用與否等之類的加工條件和存儲(chǔ)在刀具管理器的過去轉(zhuǎn)矩信息而預(yù)測(cè)將來要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍，并且據(jù)此探測(cè)刀具損傷。本發(fā)明還提供刀具損傷探測(cè)方法，其利用上述機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置，并基于從伺服器和主軸獲得的轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用三維模擬器和刀具管理器及刀具數(shù)據(jù)庫(kù)探測(cè)刀具損傷，并且根據(jù)所探測(cè)的狀況而變更加工條件，繼續(xù)執(zhí)行加工操作、停止加工或者警告刀具破損。解決技術(shù)課題的方法為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方案的機(jī)床刀具損傷探測(cè)裝置包括:探測(cè)器140，其從機(jī)床的伺服器100和主軸110接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)；模擬器150，其利用從機(jī)床的數(shù)值控制器120輸入的信息而計(jì)算預(yù)處理加工條件:刀具數(shù)據(jù)庫(kù)130，其用于存儲(chǔ)與當(dāng)前安裝的刀具的在過去加工時(shí)測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息；刀具管理器160，其將與當(dāng)前安裝的刀具、在過去加工時(shí)利用相應(yīng)的刀具所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(DB) 130中或者從該刀具數(shù)據(jù)庫(kù)130提取信息；臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190，其從上述刀具管理器 160接收記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)130中的信息，并利用在上述模擬器150計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)為會(huì)在加工操作時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍進(jìn)行計(jì)算；臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部180，其對(duì)由上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)矩的上限值和下限值進(jìn)行存儲(chǔ)；比較器170，其對(duì)由上述探測(cè)器140測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與來自上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190的臨界轉(zhuǎn)矩范圍進(jìn)行比較；以及控制部250，其根據(jù)上述比較器170中的比較結(jié)果，對(duì)機(jī)床的加工動(dòng)作進(jìn)行控制。而且，其特征在于，上述機(jī)床加工動(dòng)作控制部250被構(gòu)成為包括:刀具破損防止部200，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩在第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，控制機(jī)床，使其以刀具的磨損不超過一定值以上的方式調(diào)整被切削件的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給，從而以已經(jīng)調(diào)整的加工條件工作；刀具破損預(yù)測(cè)部210，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩在小于上述第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，通過警報(bào)機(jī)構(gòu)向機(jī)床操作員發(fā)出警告，以便采取更換刀具或變更加工條件等措施；以及刀具破損探測(cè)部220，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩脫離了閾值的情況下，對(duì)數(shù)值控制部進(jìn)行控制，使機(jī)床的加工工作停止。并且，優(yōu)選的是，上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)140將刀具管理器的刀套(Pot)信息和被切削件的材質(zhì)確定為一對(duì)基準(zhǔn)信息，對(duì)于這些信息，將在切削深度和進(jìn)給等加工條件下實(shí)際測(cè)定的轉(zhuǎn)矩信息存儲(chǔ)為一個(gè)組。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供利用上述機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置的刀具損傷探測(cè)方法。根據(jù)本發(fā)明的刀具損傷探測(cè)方法包括:(A)從機(jī)床的伺服器100和主軸110接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)的步驟(S112); (B)利用從機(jī)床的數(shù)值控制器120輸入的信息，計(jì)算預(yù)處理加工條件的步驟(S105、S06) ; (C)對(duì)與在過去加工時(shí)測(cè)定的當(dāng)前安裝的刀具的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息進(jìn)行存儲(chǔ)的步驟(S101、S102); (D)利用在上述(C)步驟存儲(chǔ)的信息和在上述(B)步驟計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)為在加工操作時(shí)要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍及閾值進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)的步驟(S107 Sill) ;(E)對(duì)在上述(A)步驟測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與在上述(E)步驟計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的范圍及閾值進(jìn)行比較的步驟(S112);以及(F)根據(jù)上述(E)步驟的比較結(jié)果，對(duì)機(jī)床的加工動(dòng)作進(jìn)行控制的步驟(S113 S119)。而且，上述(F)步驟包括作為控制上述加工動(dòng)作的模式的刀具破損檢測(cè)模式、刀具破損預(yù)防模式及刀具破損預(yù)測(cè)模式。在上述刀具破損預(yù)防模式中，在判斷為在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩在第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近了在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，以變更加工條件方式控制機(jī)床工作，以免發(fā)生刀具破損，其中，該加工條件包括切削深度和進(jìn)給(步驟S114、S115)。在上述刀具破損預(yù)測(cè)模式中，在判斷為在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩在小于上述第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近了在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，判斷為存在刀具破損的危險(xiǎn)，通過警報(bào)機(jī)構(gòu)發(fā)出警告(步驟S116、S117)。在上述刀具破損檢測(cè)模式中，在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩超過在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，判斷為發(fā)生了刀具破損，控制機(jī)床，使其停止加工操作工作，以免發(fā)生機(jī)床的損傷(步驟S118、S119)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置具有如原有發(fā)明那樣基于從伺服器和主軸獲得的轉(zhuǎn)矩而檢測(cè)或預(yù)測(cè)刀具破損的特征，代替在原有發(fā)明中將轉(zhuǎn)矩的閾值以時(shí)間序列更新的方法，應(yīng)用三維模擬器、刀具管理器和固有的刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，從而具有不僅檢測(cè)刀具破損而且還能同時(shí)解決破損的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)以后的對(duì)應(yīng)方案的效果，還具有能夠穩(wěn)定地執(zhí)行無人加工操作的效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置的概略的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是表示刀具數(shù)據(jù)庫(kù)的例的表。圖3和圖4是表示刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中的刀具條件的追加方法的示例圖。圖5是根據(jù)存儲(chǔ)在刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中的特定刀具的加工條件的轉(zhuǎn)矩圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的刀具損傷探測(cè)方法的流程圖。標(biāo)號(hào)說明:100:伺服器110:主軸120:數(shù)值控制器130:刀具數(shù)據(jù)庫(kù)140:探測(cè)器150:模擬器160:刀具管理器170:比較器180:臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部190:臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器
具體實(shí)施例方式以下參照?qǐng)D示了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖而更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
如圖1的框圖所示，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置包括:從伺服器100和主軸110接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)的探測(cè)器140 ;利用從數(shù)值控制器120輸入的信息而計(jì)算預(yù)處理加工條件的模擬器150:將與當(dāng)前安裝的刀具、加工時(shí)所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件等有關(guān)的信息記錄到刀具數(shù)據(jù)庫(kù)130中或者從這里提取信息的刀具管理器160 ;利用從刀具管理器160接收并在模擬器150計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)在加工操作時(shí)會(huì)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍進(jìn)行計(jì)算的臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190 ;對(duì)在上述探測(cè)器140中測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與來自臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190的臨界轉(zhuǎn)矩范圍進(jìn)行比較的比較器170 ;以及根據(jù)上述比較器170的比較結(jié)果控制機(jī)床的加工動(dòng)作的控制部250。使刀具或被切削件旋轉(zhuǎn)或使軸運(yùn)動(dòng)的伺服器100和主軸110通過電流控制，與加工負(fù)荷無關(guān)地保持一定的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)移速度，隨之在加工負(fù)荷增大的情況下，施加到伺服器/主軸的電流的量增大，這種電流信號(hào)被探測(cè)器140實(shí)時(shí)地檢測(cè)。上述探測(cè)器140利用施加到伺服器/主軸的電流的量而間接地計(jì)算實(shí)際的伺服器/主軸所發(fā)生的轉(zhuǎn)矩，由此執(zhí)行計(jì)算切削負(fù)荷的功能，所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩傳遞給比較器170。數(shù)值控制器120根據(jù)使用者所輸入的加工預(yù)處理信息，對(duì)于被切削物調(diào)節(jié)加工中進(jìn)給，執(zhí)行在一定時(shí)間之后刀具所要存在的軸坐標(biāo)和切削油的接通/斷開等之類的機(jī)床的附加功能，并將這種信息傳遞給模擬器150。而且，在預(yù)測(cè)到刀具破損的情況下，為了防止刀具破損，以忽視作為加工預(yù)處理信息而輸入的進(jìn)給信息并以變更的加工條件進(jìn)行工作的方式由機(jī)床加工動(dòng)作控制部250進(jìn)行控制，對(duì)此在后面敘述。上述模擬器150以實(shí)測(cè)的機(jī)床模型為基礎(chǔ)，利用與實(shí)際加工相同的被切削件、刀具相關(guān)的信息，按照從數(shù)值控制器120發(fā)送的軸坐標(biāo)執(zhí)行模擬。此時(shí)，模擬器以當(dāng)前時(shí)間為基準(zhǔn)，利用從數(shù)值控制器120提供的加工預(yù)處理信息和關(guān)于要用于加工操作的刀具和被切削件而輸入的信息，對(duì)于預(yù)先設(shè)定的特定時(shí)間以后的狀況進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)特定時(shí)間以后的刀具的切削深度和切削寬度信息等 加工條件。這種信息被傳遞到后述的臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190。如圖2所示例，刀具數(shù)據(jù)庫(kù)130關(guān)于當(dāng)前安裝在機(jī)床上的刀具，存儲(chǔ)了在過去所發(fā)生的特定加工條件信息和關(guān)于在特定加工條件下所要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍的數(shù)據(jù)。此時(shí)，力口工條件信息包括對(duì)轉(zhuǎn)矩帶來最大影響的切削深度、進(jìn)給(每刀刃移送量)、被切削件材質(zhì)等，存儲(chǔ)根據(jù)加工條件的所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩的最大值和最小值。上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)具有利用刀具管理器160和模擬器150自動(dòng)構(gòu)成的特征。刀具數(shù)據(jù)庫(kù)將刀具管理器的刀套(Pot)信息和被切削件的材質(zhì)確定為一對(duì)基準(zhǔn)信息，對(duì)這些信息將在切削深度和進(jìn)給等各種加工條件下實(shí)際測(cè)定的轉(zhuǎn)矩信息存儲(chǔ)為一個(gè)組。在圖2所示的表中，在附著于刀套I的刀具的情況下，具有過去對(duì)STS304和SM45C的材質(zhì)的被切削件進(jìn)行了加工的信息，在STS304的情況下存儲(chǔ)有關(guān)于三種加工條件的轉(zhuǎn)矩值，在SM45C的情況下存儲(chǔ)有關(guān)于兩種加工條件的轉(zhuǎn)矩值。而且，附著于刀套2的刀具關(guān)于過去SM20C材質(zhì)的被切削件存儲(chǔ)有一種加工條件和對(duì)此的轉(zhuǎn)矩值，附著于刀套3的刀具關(guān)于過去SM45C材質(zhì)的被切削件存儲(chǔ)有四種加工條件和對(duì)此的轉(zhuǎn)矩值。這些加工條件和轉(zhuǎn)矩信息從使用過附著于刀套1、2、3號(hào)的刀具的過去的加工中得出，存儲(chǔ)于刀具數(shù)據(jù)庫(kù)的加工條件和轉(zhuǎn)矩信息的對(duì)如下確定。一般而言，轉(zhuǎn)矩的大小根據(jù)切削中發(fā)生的切削力和刀具與被切削件之間的摩擦力等所確定，切削力與刀片的截面積成比例地增加。這表示在車削中切削深度、進(jìn)給越大轉(zhuǎn)矩越大，這種傾向已通過過去的實(shí)驗(yàn)和論文而證實(shí)。但是，除了加工條件之外還有各種確定轉(zhuǎn)矩的原因，明確規(guī)定這種原因與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的模型還不存在。在本發(fā)明中，鑒于這些方面,根據(jù)過去數(shù)據(jù)的插補(bǔ)(interpolation)而執(zhí)行轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)。因此，加工條件的增加也朝著擴(kuò)大能夠插補(bǔ)的區(qū)域的方向進(jìn)行，詳細(xì)的方法如下。能夠插補(bǔ)轉(zhuǎn)矩的加工條件區(qū)域能夠定義為包含加工條件的最小大小的如圖3和圖4所示的突出的形狀的凸形(convex)區(qū)域，最小大小的凸形區(qū)域通過使加工條件位于角落或凸形區(qū)域的邊界面而制作。據(jù)此，在新的加工條件位于原有加工條件的凸形區(qū)域外的情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的插補(bǔ)而加工條件區(qū)域擴(kuò)大，如果原有加工條件包含于新擴(kuò)大的加工條件區(qū)域內(nèi)的情況下，原有加工條件被刪除。對(duì)此，參照了用圖表示追加關(guān)于切削深度和進(jìn)給等的加工條件的過程的圖3和圖4進(jìn)行附加說明，在圖3中A加工條件是插補(bǔ)了存儲(chǔ)在刀具數(shù)據(jù)庫(kù)原有加工條件無法知道轉(zhuǎn)矩的區(qū)域，在此情況下，需要擴(kuò)大加工條件的范圍，此時(shí)，形成為連接了存儲(chǔ)在刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中的原有的加工條件的區(qū)域具有凸形形狀。在圖3中，B存在于追加了A加工條件之后新擴(kuò)大的加工條件區(qū)域(用實(shí)線表示的區(qū)域)內(nèi)，B加工條件被刪除。但是，在圖4的情況下，雖然追加了所謂A的新加工條件，但由于加工條件A與原有的加工條件一起構(gòu)成凸形形狀的加工條件區(qū)域，因此原有加工條件照舊被保持。臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190執(zhí)行如下功能:從上述模擬器150接收切削深度和進(jìn)給等的加工條件信息，將刀具DB的信息構(gòu)成為關(guān)于切削深度、進(jìn)給及據(jù)此的轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)在三個(gè)軸坐標(biāo)上的轉(zhuǎn)矩圖(Torque Map)之后,預(yù)測(cè)與加工條件相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。圖5圖示了在上 述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190制作的轉(zhuǎn)矩圖的例。上述轉(zhuǎn)矩圖包括由所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩的上限值構(gòu)成的上限轉(zhuǎn)矩圖(Upper Torque Map)和由所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩的下限值構(gòu)成的下限轉(zhuǎn)矩圖(Lower Torque Map)。臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部180對(duì)由臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)矩的上限值和下限值進(jìn)行存儲(chǔ)。比較器170以存儲(chǔ)在臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部180中的轉(zhuǎn)矩的上限值和下限值為基準(zhǔn)，對(duì)在確認(rèn)刀具的破損檢測(cè)、預(yù)測(cè)或預(yù)防等使用者所需的狀況時(shí)成為適當(dāng)?shù)呐袛嗷鶞?zhǔn)的閾值進(jìn)行設(shè)定，執(zhí)行將此閾值與從探測(cè)器140發(fā)送來的轉(zhuǎn)矩信息進(jìn)行比較的功能，根據(jù)比較結(jié)果，基于預(yù)先設(shè)定在比較器中的刀具破損/預(yù)防/預(yù)測(cè)模式之中某一個(gè)模式向后述的機(jī)床加工動(dòng)作控制部輸出信號(hào)。機(jī)床加工動(dòng)作控制部250包括刀具破損防止部200、刀具破損預(yù)測(cè)部210及刀具破損探測(cè)部220，以便根據(jù)基于由上述比較器170比較的轉(zhuǎn)矩信息結(jié)果判定的使用者模式而控制機(jī)床。刀具破損防止部200在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩以第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，控制機(jī)床使其以刀具的磨損不超過一定值以上的方式調(diào)整被切削件的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給，使機(jī)床以已經(jīng)調(diào)整的加工條件工作，這使得能夠進(jìn)行安全的無人加工操作。刀具破損預(yù)測(cè)部210在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩以小于上述第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，執(zhí)行將此情況通過例如警報(bào)或應(yīng)急燈的點(diǎn)亮等方法來告知機(jī)床操作員的功能，使操作員采取交換刀具或變更加工條件等措施。
并且，刀具破損探測(cè)部220在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩脫離閾值的情況下，即表示刀具破損的情況，在此情況下對(duì)數(shù)值控制部進(jìn)行控制而停止加工工作。以下通過圖6所示的流程圖說明利用本發(fā)明的機(jī)床刀具損傷探測(cè)裝置的刀具損傷探測(cè)方法。在步驟SlOl中，將加工所需的刀具安裝在設(shè)置于刀具管理器的端口上，在步驟S102中輸入關(guān)于追加到刀具管理器160的刀具的信息，這種關(guān)于追加刀具的信息存儲(chǔ)在刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中。在步驟S103中，對(duì)模擬器150輸入關(guān)于刀具和被切削件的信息，在步驟S104中開始進(jìn)行加工操作。在模擬器160中調(diào)出輸入到數(shù)值控制器120的用于加工作業(yè)的預(yù)處理坐標(biāo)(步驟S105)，計(jì)算預(yù)處理加工條件(步驟S106)。根據(jù)在上述步驟S106計(jì)算的預(yù)處理加工條件而在臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器190計(jì)算加工操作時(shí)要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩，將此計(jì)算結(jié)果與存儲(chǔ)在臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部180的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在比較器170中判斷在預(yù)處理加工條件下要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩是否在能夠預(yù)測(cè)的范圍內(nèi)(步驟S107)，在處于能夠預(yù)測(cè)的范圍內(nèi)的情況下，根據(jù)預(yù)想轉(zhuǎn)矩計(jì)算閾值(步驟S108)。在上述步驟S107中判斷到預(yù)想轉(zhuǎn)矩不處于能夠預(yù)測(cè)的范圍內(nèi)的情況下，計(jì)算當(dāng)前的加工條件(步驟S109)，將當(dāng)前的加工條件追加到刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中(步驟S110)而對(duì)刀具數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行最優(yōu)化(步驟S111)，然后返回到步驟S105。緊接著步驟S108，在上述比較器170中調(diào)出由探測(cè)器140探測(cè)的在伺服器100和主軸Iio上的當(dāng)前加工轉(zhuǎn)矩(步驟S112)，對(duì)當(dāng)前的加工轉(zhuǎn)矩與存儲(chǔ)在臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部180中的轉(zhuǎn)矩的上限值及下限值進(jìn)行比較，判斷相當(dāng)于預(yù)先設(shè)定的使用者模式之中、即刀具破損檢測(cè)模式/預(yù)防模式/預(yù)測(cè)模式之中的哪個(gè)模式(步驟S11`3)。在刀具破損預(yù)防模式中，在判斷為由探測(cè)器140探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩以第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下(步驟S114)，利用機(jī)床動(dòng)作控制部250的刀具破損防止部200以加工條件、即切削深度和進(jìn)給減小的方式控制機(jī)床工作以免發(fā)生刀具破損(步驟S115)，在當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩未接近閾值的情況下，返回到步驟S104。在刀具破損預(yù)測(cè)模式中，在判斷到由探測(cè)器140探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩以小于第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下(步驟S116)，判斷為存在刀具破損的危險(xiǎn)，利用刀具破損預(yù)測(cè)部210通過例如蜂鳴器或警燈等之類的警報(bào)機(jī)構(gòu)發(fā)生警告(步驟S117)，在當(dāng)前的閾值未接近閾值的情況下，返回到步驟S104。在刀具破損檢測(cè)模式中，在由探測(cè)器140探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩超過閾值的情況下，判斷為會(huì)發(fā)生刀具破損，利用機(jī)床加工動(dòng)作控制部250的刀具破損探測(cè)部220控制機(jī)床使其停止加工操作工作以免發(fā)生機(jī)床的損傷(步驟S114)，并結(jié)束操作。在當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩未脫離閾值的情況下，返回到加工開始步驟S104。應(yīng)該容易理解，本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在所附的權(quán)利要求書所記載的發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)進(jìn)行變更。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置和刀具損傷探測(cè)方法適用于CNC之類的機(jī)床而預(yù)先探測(cè)刀具損傷及損傷可能性，從而能夠確保機(jī)床的安全同時(shí)能夠有效地管理利用機(jī)床的加工操作。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置，其包括: 探測(cè)器(140)，其從機(jī)床的伺服器(100)和主軸(110)接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)； 模擬器(150)，其利用從機(jī)床的數(shù)值控制器(120)輸入的信息而計(jì)算預(yù)處理加工條件； 刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)，其用于存儲(chǔ)與當(dāng)前安裝的刀具的在過去加工時(shí)測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的息； 刀具管理器(160)，其將與當(dāng)前安裝的刀具、在過去加工時(shí)利用相應(yīng)的刀具所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)中或者從該刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)提取信息； 臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)，其從上述刀具管理器(160)接收記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)中的信息，并利用在上述模擬器(150)計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)為會(huì)在加工操作時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍進(jìn)行計(jì)算； 臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部(180)，其對(duì)由上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)矩的上限值和下限值進(jìn)行存儲(chǔ)； 比較器(170)，其對(duì)由上述探測(cè)器(140)測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與來自上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)的臨界轉(zhuǎn)矩范圍進(jìn)行比較；以及 控制部(250)，其根據(jù)上述比較器(170)中的比較結(jié)果，對(duì)機(jī)床的加工動(dòng)作進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置，其特征在于， 上述機(jī)床加工動(dòng)作控制部(250)被構(gòu)成為包括: 刀具破損防止部(200)，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩在第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，控制機(jī)床，使其以刀具的磨損不超過一定值以上的方式調(diào)整被切削件的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給，從而以已經(jīng)調(diào)整的加工條件工作； 刀具破損預(yù)測(cè)部(210)，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩在小于上述第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近閾值的情況下，通過警報(bào)機(jī)構(gòu)向機(jī)床操作員發(fā)出警告，以便采取更換刀具或變更加工條件等措施；以及 刀具破損探測(cè)部(220)，其在所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩脫離了閾值的情況下，對(duì)數(shù)值控制部進(jìn)行控制，使機(jī)床的加工工作停止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置，其特征在于， 上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(140)將刀具管理器的刀套(Pot)信息和被切削件的材質(zhì)確定為一對(duì)基準(zhǔn)信息，對(duì)于這些信息，將在切削深度和進(jìn)給等加工條件下實(shí)際測(cè)定的轉(zhuǎn)矩信息存儲(chǔ)為一個(gè)組。
4.一種機(jī)床的刀具損傷探測(cè)方法，包括: (A )從機(jī)床的伺服器(100 )和主軸(110 )接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)的步驟(S112 ); (B)利用從機(jī)床的數(shù)值控制器(120)輸入的信息，計(jì)算預(yù)處理加工條件的步驟(S105、S06)； (C)追加用于加工的新刀具，并設(shè)定刀具信息的步驟(S101、S102)； (D)利用在上述(C)步驟存儲(chǔ)的信息和在上述(B)步驟計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)為在加工操作時(shí)要發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍及閾值進(jìn)行計(jì)算，必要時(shí)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)的步驟(S107 Sm)； (E)對(duì)在上述(A)步驟測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與在上述(E)步驟計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的范圍及閾值進(jìn)行比較的步驟(S112);以及 (F)根據(jù)上述(E)步驟的比較結(jié)果，對(duì)機(jī)床的加工動(dòng)作進(jìn)行控制的步驟(S113 S119)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)床的刀具損傷探測(cè)方法，其特征在于， 上述(F)步驟包括作為控制上述加工動(dòng)作的模式的刀具破損檢測(cè)模式、刀具破損預(yù)防模式及刀具破損預(yù)測(cè)模式， 在上述刀具破損預(yù)防模式中，在判斷為在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩在第一基準(zhǔn)值以內(nèi)接近了在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，以變更加工條件方式控制機(jī)床工作，以免發(fā)生刀具破損，其中，該加工條件包括切削深度和進(jìn)給(步驟S114、S115 )， 在刀具破損預(yù)測(cè)模式中，在判斷為在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩在小于上述第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值以內(nèi)接近了在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，判斷為存在刀具破損的危險(xiǎn)， 通過警報(bào)機(jī)構(gòu)發(fā)出警告(步驟S116、S117)， 在刀具破損檢測(cè)模式中，在上述(A)步驟探測(cè)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩超過在上述(D)步驟計(jì)算的閾值的情況下，判斷為發(fā)生了刀具破損，控制機(jī)床，使其停止加工操作工作，以免發(fā)生機(jī)床的損傷(步驟S118、S119)。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)床的刀具損傷探測(cè)裝置及探測(cè)方法，該裝置包括探測(cè)器(140)，其從機(jī)床的伺服器(100)和主軸(110)接收基于轉(zhuǎn)矩的電流信號(hào)；模擬器(150)，其利用從機(jī)床的數(shù)值控制器(120)輸入的信息而計(jì)算預(yù)處理加工條件刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)，其用于存儲(chǔ)與當(dāng)前安裝的刀具的在過去加工時(shí)測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息；刀具管理器(160)，其將與利用當(dāng)前安裝的刀具、在過去加工時(shí)利用相應(yīng)的刀具所測(cè)定的轉(zhuǎn)矩值和加工條件有關(guān)的信息記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)中或者從該刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)提取信息；臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)，其從上述刀具管理器(160)接收記錄在上述刀具數(shù)據(jù)庫(kù)(130)中的信息，并利用在上述模擬器(150)計(jì)算的預(yù)處理加工條件，對(duì)預(yù)測(cè)為會(huì)在加工操作時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的范圍進(jìn)行計(jì)算；臨界轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)部(180)，其對(duì)由上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)矩的上限值和下限值進(jìn)行存儲(chǔ)；比較器(170)，其對(duì)由上述探測(cè)器(140)測(cè)定的轉(zhuǎn)矩與來自上述臨界轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器(190)的臨界轉(zhuǎn)矩范圍進(jìn)行比較；以及控制部(250)，其根據(jù)上述比較器(170)中的比較結(jié)果，對(duì)機(jī)床的加工動(dòng)作進(jìn)行控制，由此具有不僅檢測(cè)刀具破損而且還能同時(shí)解決破損的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)以后的對(duì)應(yīng)方案的效果，還具有能夠穩(wěn)定地執(zhí)行無人加工操作的效果。
文檔編號(hào)B23Q17/09GK103249522SQ201180058754
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者鄭大赫, 成大重 申請(qǐng)人:斗山英維高株式會(huì)社