本發(fā)明涉及一種在機(jī)床上用于監(jiān)視對(duì)主軸的負(fù)載的主軸負(fù)載監(jiān)視裝置，所述機(jī)床一邊使安裝于主軸的刀具旋轉(zhuǎn)一邊進(jìn)行工件加工。

背景技術(shù)：

在使刀具旋轉(zhuǎn)來對(duì)工件進(jìn)行切削加工的機(jī)床上，當(dāng)?shù)毒弋a(chǎn)生損傷時(shí)，產(chǎn)生不能使工件加工成希望的形狀的加工不良情況。而且，如果由于刀具損傷，進(jìn)給軸在不能去除工件的狀況下持續(xù)動(dòng)作，則導(dǎo)致刀具與工件碰撞的狀況，機(jī)床遭受損傷。因此一般進(jìn)行如下操作：在NC裝置的監(jiān)視器上顯示被認(rèn)為最能表示刀具狀態(tài)的主軸電機(jī)的負(fù)載，機(jī)床操作員判斷切削狀態(tài)的好壞，機(jī)床監(jiān)視主軸負(fù)載，停止進(jìn)給軸等。

例如專利文獻(xiàn)1中公開了如下的方法：將主軸電機(jī)的負(fù)載模擬顯示于顯示裝置時(shí)，根據(jù)負(fù)載值，通過柱形圖以顏色區(qū)分地顯示成特定的區(qū)域。由此能夠通過顏色直觀地掌握負(fù)載的狀態(tài)。專利文獻(xiàn)2中公開了一種刀具壽命預(yù)測(cè)裝置，其使用切削測(cè)力計(jì)求出加工負(fù)載的平均值，設(shè)定負(fù)載變動(dòng)的容許值，在超過容許值的情況下輸出異常信號(hào)。能夠根據(jù)該異常信號(hào)的輸出個(gè)數(shù)判斷加工負(fù)載有無顯著變化。專利文獻(xiàn)3示出一種負(fù)載監(jiān)視方法，其利用從主軸電機(jī)的負(fù)載電流值減去加減速時(shí)的電流而得的值的平均值進(jìn)行刀具磨損的判定。此處設(shè)置電流值的上下限，通過與該值比較來判斷異常，并向監(jiān)視器輸出消息。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開昭58-120455號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開平5-329748號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開平7-24694號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

專利文獻(xiàn)1的主軸電機(jī)的負(fù)載顯示具有能夠通過顏色判斷負(fù)載值大小的優(yōu)點(diǎn)，但顏色與刀具的狀態(tài)之間沒有關(guān)連性。因此，必須預(yù)先知道哪種顏色表示刀具損傷。此外，通常主軸負(fù)載由于主軸加減速時(shí)或加工中的瞬時(shí)負(fù)載上升等而存在波動(dòng)。另一方面，也存在刀具狀態(tài)的變化給主軸電機(jī)的負(fù)載帶來的變化量微小的情況，因此難以通過柱形圖讀取。

此外，在專利文獻(xiàn)2中，為了判斷刀具異常必須預(yù)先設(shè)定負(fù)載變動(dòng)，但例如難以在初始品的加工中設(shè)定該值。專利文獻(xiàn)3也與專利文獻(xiàn)2同樣地必須預(yù)先設(shè)定用于判斷異常的電流值。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)床的主軸負(fù)載監(jiān)視裝置，其能夠簡(jiǎn)單地掌握主軸的負(fù)載狀態(tài)而不必預(yù)先設(shè)定加工負(fù)載等。

用于解決課題的手段

為了達(dá)到上述目的，技術(shù)方案1的發(fā)明是一種主軸負(fù)載監(jiān)視裝置，其用于在機(jī)床上顯示主軸的負(fù)載，所述機(jī)床在主軸上安裝有具備多個(gè)刀刃的刀具，使所述刀具與所述主軸一同旋轉(zhuǎn)而對(duì)被加工件進(jìn)行加工，

所述主軸負(fù)載監(jiān)視裝置的特征在于，具備：

主軸負(fù)載檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述主軸的負(fù)載；

主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元，其將由所述主軸負(fù)載檢測(cè)單元檢測(cè)出的主軸負(fù)載的時(shí)間變化轉(zhuǎn)換為該主軸負(fù)載相對(duì)于主軸旋轉(zhuǎn)角度的變化；以及

顯示控制單元，其利用極坐標(biāo)系將由所述主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的主軸負(fù)載的值顯示在顯示畫面上。

技術(shù)方案2的發(fā)明在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，其特征在于，所述主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元將所述主軸負(fù)載相對(duì)于所述主軸旋轉(zhuǎn)角度的變化歸一化，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開，去除0階成分和1階成分，并且提取所述1階成分的傅立葉系數(shù)和n階成分的傅立葉系數(shù)，其中，n是刃數(shù)，所述顯示控制單元將所述1階成分的傅立葉系數(shù)作為刀具振擺回轉(zhuǎn)的指標(biāo)、所述n階成分的傅立葉系數(shù)作為與刀刃的損傷有關(guān)的指標(biāo)而分別顯示于所述顯示畫面上。

技術(shù)方案3的發(fā)明在技術(shù)方案1或2的結(jié)構(gòu)中，其特征在于，所述主軸負(fù)載監(jiān)視裝置還具備依次存儲(chǔ)所述極坐標(biāo)系的主軸負(fù)載的值的存儲(chǔ)部，所述顯示控制單元將所存儲(chǔ)的所述主軸負(fù)載多個(gè)重疊地顯示在所述顯示畫面上。

發(fā)明的效果

根據(jù)技術(shù)方案1的發(fā)明，不必事先試切削來掌握加工負(fù)載，而通過極坐標(biāo)來顯示主軸負(fù)載的變化，由此能夠在視覺上簡(jiǎn)單地掌握主軸的負(fù)載狀態(tài)。

根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，在上述效果的基礎(chǔ)上，能夠以數(shù)值表示刀具的振擺回轉(zhuǎn)和損傷的程度，從而能夠用于判斷這次的加工是否正常。

根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，在上述效果的基礎(chǔ)上，能夠通過一個(gè)極坐標(biāo)系同時(shí)顯示多個(gè)結(jié)果，從而能夠掌握基于時(shí)間變化的狀態(tài)的變化等。

附圖說明

圖1是機(jī)床的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是由立銑刀進(jìn)行的槽加工的剖視圖。

圖3示出正常刀具中的主軸負(fù)載隨時(shí)間經(jīng)過的圖像。

圖4示出存在振擺的刀具中的主軸負(fù)載隨時(shí)間經(jīng)過的圖像。

圖5示出存在振擺、損傷且切削刃為1枚的刀具中的主軸負(fù)載隨時(shí)間經(jīng)過的圖像。

圖6是以1對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)角度中的主軸電機(jī)負(fù)載的變化量歸一化后的實(shí)測(cè)圖。

圖7是示出通過極坐標(biāo)顯示主軸電機(jī)負(fù)載的變化量的例子的說明圖。

圖8是到顯示主軸電機(jī)負(fù)載為止的計(jì)算處理的流程圖。

圖9是主軸負(fù)載監(jiān)視器畫面的說明圖。

標(biāo)號(hào)說明

1：主軸外殼；2：主軸電機(jī)；3：刀具；4：工件；5：工作臺(tái)；6：主軸；11：NC裝置；12：NC程序；13：程序解釋部；14：函數(shù)生成部；15：進(jìn)給軸控制部；16：主軸控制部；17：主軸負(fù)載檢測(cè)部；18：主軸負(fù)載處理部；19：顯示畫面；20：存儲(chǔ)部

具體實(shí)施方式

下面，根據(jù)附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1是示出機(jī)床的一例的結(jié)構(gòu)框圖。機(jī)床的主軸外殼1上具備能夠利用主軸電機(jī)2旋轉(zhuǎn)的主軸6，在主軸6的前端安裝有刀具3。工作臺(tái)5上固定有工件4，通過使工作臺(tái)5移動(dòng)來使刀具3與工件4相對(duì)移動(dòng)，從而進(jìn)行工件4的加工。

11是控制機(jī)床的NC裝置，NC裝置11通過存儲(chǔ)的NC程序12使機(jī)床動(dòng)作來進(jìn)行工件4的加工，并且具有作為本發(fā)明的主軸負(fù)載監(jiān)視裝置的功能。

在NC裝置11中，NC程序12由程序解釋部13進(jìn)行執(zhí)行處理，解釋機(jī)床控制命令，將針對(duì)控制主軸6、工作臺(tái)5的進(jìn)給軸的進(jìn)給軸控制部15的目標(biāo)位置指令和進(jìn)給速度指令傳遞至函數(shù)生成部14，并且對(duì)控制主軸6的主軸控制部16輸出旋轉(zhuǎn)速度的指令。

17是作為主軸負(fù)載檢測(cè)單元的主軸負(fù)載檢測(cè)部，該主軸負(fù)載檢測(cè)部17與主軸控制部16連接，與主軸旋轉(zhuǎn)角度一并檢測(cè)與主軸電機(jī)2的需要電力或需要扭矩相應(yīng)的負(fù)載信號(hào)(主軸負(fù)載)。并且，在作為主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元及顯示控制單元的主軸負(fù)載處理部18中，將檢測(cè)出的主軸負(fù)載的時(shí)間變化轉(zhuǎn)換為主軸負(fù)載相對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)角度的變化，并且對(duì)轉(zhuǎn)換后的主軸負(fù)載進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開而進(jìn)行切割特定的階數(shù)成分、提取特定的階數(shù)的傅立葉系數(shù)這樣的處理，生成在顯示畫面19上顯示的主軸負(fù)載監(jiān)視器畫面，并保存至存儲(chǔ)部20。顯示畫面19為觸摸板，此處能夠進(jìn)行如下操作：輸入主軸負(fù)載處理部18中使用的刃數(shù)，變更主軸負(fù)載監(jiān)視器畫面。

此處使用圖2至圖5，對(duì)加工中產(chǎn)生的主軸負(fù)載進(jìn)行說明。圖2是用雙刀刃的立銑刀進(jìn)行槽加工的模式圖。安裝于主軸6的立銑刀通過使載置有工件4的工作臺(tái)5動(dòng)作而一邊旋轉(zhuǎn)一邊向圖2的進(jìn)給方向移動(dòng)，因此在工件4上加工了立銑刀徑的槽。立銑刀的刀刃為2枚，因此在主軸6旋轉(zhuǎn)1周的期間，主軸負(fù)載發(fā)生2次增減。(圖3)。

但是，實(shí)際上主軸6的旋轉(zhuǎn)中心與立銑刀外徑中心存在偏差，立銑刀相對(duì)于主軸6的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振擺回轉(zhuǎn)。因此，如圖2那樣為雙刀刃的情況下，一枚的切取量減少，反而另一枚的刀刃的切取量增加，如圖4那樣變?yōu)橹鬏S負(fù)載產(chǎn)生差的波形。并且，振擺回轉(zhuǎn)量大的情況下或一方的刀刃繼續(xù)被損傷時(shí)，變?yōu)槿鐖D5那樣的一個(gè)波峰。

圖6分別示出實(shí)際加工中初始的主軸負(fù)載與主軸旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，以及一個(gè)刀刃因繼續(xù)加工而損傷時(shí)的主軸負(fù)載與主軸旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。此處，為了易于比較主軸負(fù)載，將變化量歸一化為1。從圖6可知，當(dāng)繼續(xù)損傷時(shí)，實(shí)際的主軸負(fù)載也如圖5所示變成一個(gè)波峰。將圖6表示為極坐標(biāo)后成為圖7。為了顯示圖7，對(duì)圖6進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開，減去其0階成分和1階成分，通過極坐標(biāo)顯示。根據(jù)圖7，由于使用雙刀刃的立銑刀加工，因此變成在初始的負(fù)載產(chǎn)生2階成分的橢圓形狀。另一方面，1個(gè)刀刃損傷的情況下，與由1個(gè)刀刃進(jìn)行的加工同樣，變成圓形。因此，切削刃正常的情況下為橢圓形狀，與實(shí)際的立銑刀的雙刀刃的圖像一致。同樣地，三刀刃的正常情況下為三個(gè)波峰，n刀刃的正常情況下為n個(gè)波峰，因此能夠容易進(jìn)行刀刃的狀態(tài)判斷。另外，在與刀刃損傷而使刀刃減少的情況同等的情況下，與刀刃減少的量相應(yīng)地使負(fù)載増加。因此，用1將主軸負(fù)載的變化量歸一化，容易比較刀刃損傷前后的負(fù)載的波形。

接著，基于圖8的流程圖來說明利用主軸負(fù)載處理部18來進(jìn)行的圖7的極坐標(biāo)的主軸負(fù)載的生成步驟。

首先，計(jì)測(cè)與預(yù)先設(shè)定的主軸旋轉(zhuǎn)次數(shù)相應(yīng)的負(fù)載(S11)。接著，以主軸旋轉(zhuǎn)1周的量對(duì)計(jì)測(cè)出的負(fù)載進(jìn)行平均化(S12)。然后，置換為主軸旋轉(zhuǎn)角度與主軸負(fù)載之間的關(guān)系，利用變化量的最大值來歸一化，得到圖7那樣的結(jié)果(S13)。對(duì)該結(jié)果進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開，去除0階成分和1階成分，并且提取1階成分的傅立葉系數(shù)和n階成分的傅立葉系數(shù)(S14)，其中，n是刃數(shù)，主軸負(fù)載通過極坐標(biāo)顯示，1階成分的傅立葉系數(shù)作為刀具的振擺回轉(zhuǎn)的指標(biāo)、n階成分的傅立葉系數(shù)作為切削刃損傷的指標(biāo)而被記錄于存儲(chǔ)部20中，并且顯示于顯示畫面19上(S15)。

圖9是顯示畫面19上顯示的主軸負(fù)載監(jiān)視畫面的一例。此處，在主軸負(fù)載的極坐標(biāo)顯示上，存儲(chǔ)部20中記錄的多個(gè)波形被重疊地顯示。此外，在該圖中，將時(shí)間經(jīng)過與切削距離關(guān)聯(lián)起來顯示。并且，刃數(shù)也一并顯示在同一畫面上，由此容易根據(jù)主軸負(fù)載的形狀掌握刀具狀況。刀具的振擺回轉(zhuǎn)的指標(biāo)被顯示為“振擺的大小”(數(shù)字越大振擺越大)，切削刃損傷的指標(biāo)被顯示為“切削刃的鋒利度”(數(shù)字越大損傷越大)。

在顯示畫面19的下部設(shè)置有：“測(cè)定”按鈕，通過在任意時(shí)刻的對(duì)該測(cè)定”按鈕的按壓操作來測(cè)定、存儲(chǔ)主軸負(fù)載，進(jìn)行極坐標(biāo)顯示；以及“清除”按鈕，其用于消去通過按壓操作顯示的極坐標(biāo)顯示。

這樣，根據(jù)上述方式的NC裝置11，通過具備主軸負(fù)載檢測(cè)部17和主軸負(fù)載處理部18，不必事先進(jìn)行試切削來掌握加工負(fù)載，而是通過極坐標(biāo)來顯示主軸負(fù)載的變化，因此能夠在視覺上簡(jiǎn)單掌握主軸6的負(fù)載狀態(tài)，其中，所述主軸負(fù)載檢測(cè)部17檢測(cè)主軸6的負(fù)載，所述主軸負(fù)載處理部18將由主軸負(fù)載檢測(cè)部17檢測(cè)出的主軸負(fù)載的時(shí)間變化轉(zhuǎn)換為該主軸負(fù)載相對(duì)于主軸旋轉(zhuǎn)角度的變化，將轉(zhuǎn)變后的主軸負(fù)載的值通過極坐標(biāo)系顯示于顯示畫面19上。

尤其是在此處，由于在主軸負(fù)載監(jiān)視畫面上用數(shù)值表示刀具的振擺回轉(zhuǎn)和損傷的程度，因此能夠用于判斷這次的加工是否正常。

并且，在主軸負(fù)載監(jiān)視畫面上重疊地顯示多個(gè)依次記錄的主軸負(fù)載，因此能夠容易掌握主軸負(fù)載的時(shí)間變化。

另外，本發(fā)明不限于任何上述實(shí)施方式的形態(tài)，例如可以構(gòu)成為將主軸負(fù)載處理部分為轉(zhuǎn)換部(主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元)和畫面生成部(顯示控制單元)，其中，所述轉(zhuǎn)換部將主軸負(fù)載的時(shí)間變化轉(zhuǎn)換為相對(duì)于主軸旋轉(zhuǎn)角度的變化，進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開來提取傅立葉系數(shù)，所述畫面生成部生成主軸負(fù)載監(jiān)視畫面。機(jī)床整體的軸結(jié)構(gòu)等也能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，根據(jù)需要適當(dāng)改變。

此外，在上述方式中，通過NC裝置實(shí)現(xiàn)主軸負(fù)載監(jiān)視裝置，并將主軸負(fù)載監(jiān)視畫面顯示為NC裝置的顯示畫面，但可以至少將主軸負(fù)載轉(zhuǎn)換單元、顯示控制單元以及顯示畫面與NC裝置分開而設(shè)置在與NC裝置有線或無線地連接的外部裝置(個(gè)人計(jì)算機(jī)等)中，通過外部裝置監(jiān)視主軸負(fù)載。這樣的話，就能夠通過一處外部裝置來管理多個(gè)機(jī)床的主軸負(fù)載。