本發(fā)明涉及一種在機床上用于監(jiān)視對主軸的負載的主軸負載監(jiān)視裝置，所述機床一邊使安裝于主軸的刀具旋轉一邊進行工件加工。

背景技術：

在使刀具旋轉來對工件進行切削加工的機床上，當?shù)毒弋a(chǎn)生損傷時，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，進給軸在不能去除工件的狀況下持續(xù)動作，則導致刀具與工件碰撞的狀況，機床遭受損傷。因此一般進行如下操作：在NC裝置的監(jiān)視器上顯示被認為最能表示刀具狀態(tài)的主軸電機的負載，機床操作員判斷切削狀態(tài)的好壞，機床監(jiān)視主軸負載，停止進給軸等。

例如專利文獻1中公開了如下的方法：將主軸電機的負載模擬顯示于顯示裝置時，根據(jù)負載值，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載的狀態(tài)。專利文獻2中公開了一種刀具壽命預測裝置，其使用切削測力計求出加工負載的平均值，設定負載變動的容許值，在超過容許值的情況下輸出異常信號。能夠根據(jù)該異常信號的輸出個數(shù)判斷加工負載有無顯著變化。專利文獻3示出一種負載監(jiān)視方法，其利用從主軸電機的負載電流值減去加減速時的電流而得的值的平均值進行刀具磨損的判定。此處設置電流值的上下限，通過與該值比較來判斷異常，并向監(jiān)視器輸出消息。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭58-120455號公報

專利文獻2：日本特開平5-329748號公報

專利文獻3：日本特開平7-24694號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

專利文獻1的主軸電機的負載顯示具有能夠通過顏色判斷負載值大小的優(yōu)點，但顏色與刀具的狀態(tài)之間沒有關連性。因此，必須預先知道哪種顏色表示刀具損傷。此外，通常主軸負載由于主軸加減速時或加工中的瞬時負載上升等而存在波動。另一方面，也存在刀具狀態(tài)的變化給主軸電機的負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2中，為了判斷刀具異常必須預先設定負載變動，但例如難以在初始品的加工中設定該值。專利文獻3也與專利文獻2同樣地必須預先設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床的主軸負載監(jiān)視裝置，其能夠簡單地掌握主軸的負載狀態(tài)而不必預先設定加工負載等。

用于解決課題的手段

為了達到上述目的，技術方案1的發(fā)明是一種主軸負載監(jiān)視裝置，其用于在機床上顯示主軸的負載，所述機床在主軸上安裝有具備多個刀刃的刀具，使所述刀具與所述主軸一同旋轉而對被加工件進行加工，

所述主軸負載監(jiān)視裝置的特征在于，具備：

主軸負載檢測單元，其檢測所述主軸的負載；

主軸負載轉換單元，其將由所述主軸負載檢測單元檢測出的主軸負載的時間變化轉換為該主軸負載相對于主軸旋轉角度的變化；以及

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

技術方案2的發(fā)明在技術方案1的結構中，其特征在于，所述主軸負載轉換單元將所述主軸負載相對于所述主軸旋轉角度的變化歸一化，對其結果進行傅立葉級數(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)作為刀具振擺回轉的指標、所述n階成分的傅立葉系數(shù)作為與刀刃的損傷有關的指標而分別顯示于所述顯示畫面上。

技術方案3的發(fā)明在技術方案1或2的結構中，其特征在于，所述主軸負載監(jiān)視裝置還具備依次存儲所述極坐標系的主軸負載的值的存儲部，所述顯示控制單元將所存儲的所述主軸負載多個重疊地顯示在所述顯示畫面上。

發(fā)明的效果

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

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

根據(jù)技術方案3的發(fā)明，在上述效果的基礎上，能夠通過一個極坐標系同時顯示多個結果，從而能夠掌握基于時間變化的狀態(tài)的變化等。

附圖說明

圖1是機床的結構框圖。

圖2是由立銑刀進行的槽加工的剖視圖。

圖3示出正常刀具中的主軸負載隨時間經(jīng)過的圖像。

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

圖6是以1對主軸旋轉角度中的主軸電機負載的變化量歸一化后的實測圖。

圖7是示出通過極坐標顯示主軸電機負載的變化量的例子的說明圖。

圖8是到顯示主軸電機負載為止的計算處理的流程圖。

圖9是主軸負載監(jiān)視器畫面的說明圖。

標號說明

1：主軸外殼；2：主軸電機；3：刀具；4：工件；5：工作臺；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：進給軸控制部；16：主軸控制部；17：主軸負載檢測部；18：主軸負載處理部；19：顯示畫面；20：存儲部

具體實施方式

下面，根據(jù)附圖說明本發(fā)明的實施方式。

圖1是示出機床的一例的結構框圖。機床的主軸外殼1上具備能夠利用主軸電機2旋轉的主軸6，在主軸6的前端安裝有刀具3。工作臺5上固定有工件4，通過使工作臺5移動來使刀具3與工件4相對移動，從而進行工件4的加工。

11是控制機床的NC裝置，NC裝置11通過存儲的NC程序12使機床動作來進行工件4的加工，并且具有作為本發(fā)明的主軸負載監(jiān)視裝置的功能。

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

17是作為主軸負載檢測單元的主軸負載檢測部，該主軸負載檢測部17與主軸控制部16連接，與主軸旋轉角度一并檢測與主軸電機2的需要電力或需要扭矩相應的負載信號(主軸負載)。并且，在作為主軸負載轉換單元及顯示控制單元的主軸負載處理部18中，將檢測出的主軸負載的時間變化轉換為主軸負載相對主軸旋轉角度的變化，并且對轉換后的主軸負載進行傅立葉級數(shù)展開而進行切割特定的階數(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上顯示的主軸負載監(jiān)視器畫面，并保存至存儲部20。顯示畫面19為觸摸板，此處能夠進行如下操作：輸入主軸負載處理部18中使用的刃數(shù)，變更主軸負載監(jiān)視器畫面。

此處使用圖2至圖5，對加工中產(chǎn)生的主軸負載進行說明。圖2是用雙刀刃的立銑刀進行槽加工的模式圖。安裝于主軸6的立銑刀通過使載置有工件4的工作臺5動作而一邊旋轉一邊向圖2的進給方向移動，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1周的期間，主軸負載發(fā)生2次增減。(圖3)。

但是，實際上主軸6的旋轉中心與立銑刀外徑中心存在偏差，立銑刀相對于主軸6的旋轉產(chǎn)生振擺回轉。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負載產(chǎn)生差的波形。并且，振擺回轉量大的情況下或一方的刀刃繼續(xù)被損傷時，變?yōu)槿鐖D5那樣的一個波峰。

圖6分別示出實際加工中初始的主軸負載與主軸旋轉角度之間的關系，以及一個刀刃因繼續(xù)加工而損傷時的主軸負載與主軸旋轉角度之間的關系。此處，為了易于比較主軸負載，將變化量歸一化為1。從圖6可知，當繼續(xù)損傷時，實際的主軸負載也如圖5所示變成一個波峰。將圖6表示為極坐標后成為圖7。為了顯示圖7，對圖6進行傅立葉級數(shù)展開，減去其0階成分和1階成分，通過極坐標顯示。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載產(chǎn)生2階成分的橢圓形狀。另一方面，1個刀刃損傷的情況下，與由1個刀刃進行的加工同樣，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波峰，n刀刃的正常情況下為n個波峰，因此能夠容易進行刀刃的狀態(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地使負載増加。因此，用1將主軸負載的變化量歸一化，容易比較刀刃損傷前后的負載的波形。

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

首先，計測與預先設定的主軸旋轉次數(shù)相應的負載(S11)。接著，以主軸旋轉1周的量對計測出的負載進行平均化(S12)。然后，置換為主軸旋轉角度與主軸負載之間的關系，利用變化量的最大值來歸一化，得到圖7那樣的結果(S13)。對該結果進行傅立葉級數(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)，主軸負載通過極坐標顯示，1階成分的傅立葉系數(shù)作為刀具的振擺回轉的指標、n階成分的傅立葉系數(shù)作為切削刃損傷的指標而被記錄于存儲部20中，并且顯示于顯示畫面19上(S15)。

圖9是顯示畫面19上顯示的主軸負載監(jiān)視畫面的一例。此處，在主軸負載的極坐標顯示上，存儲部20中記錄的多個波形被重疊地顯示。此外，在該圖中，將時間經(jīng)過與切削距離關聯(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)主軸負載的形狀掌握刀具狀況。刀具的振擺回轉的指標被顯示為“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的下部設置有：“測定”按鈕，通過在任意時刻的對該測定”按鈕的按壓操作來測定、存儲主軸負載，進行極坐標顯示；以及“清除”按鈕，其用于消去通過按壓操作顯示的極坐標顯示。

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

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

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

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

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