工作历史管理方法以及工作历史管理装置

技术领域

本发明涉及用于管理机床中旋转轴的旋转速度等工作历史的工作历史管理方法 以及工作历史管理装置。

背景技术

一直以来，作为管理机床的工作历史的装置，例如具有专利文献1及专利文献2 所记载的装置。专利文献1所记载的工作历史管理装置被构造成存储生产计划等的预 定信息、从机床输入的工作信息(表示处于工作中、停止中还是保养中的信息)及从检 查装置输入的检查信息。另外，专利文献2所记载的工作历史管理装置被构造成：当 机床的运转状态变化时，存储旋转轴的旋转速度及变化的时刻等工作历史作为日志数 据。

另一方面，在具有旋转轴的机床中，由于刀具的刚性低等原因，在加工中有时会 产生颤振。并且，当产生颤振时，具有如下这样的问题：在工件的表面上产生颤痕， 使加工面精度变差、以及刀具受到损坏导致刀具寿命降低。因此一直以来，作业者根 据自身的经验来使旋转轴的旋转速度变化，并记录颤振的产生状况，由此确定在以后 的加工中不易产生颤振的加工条件。

专利文献1：日本特开平5-73745号公报

专利文献2：日本特开平10-328976号公报

鉴于上述那样的情况，为了容易且有效地抑制颤振，希望具有将旋转轴的旋转速 度的变化等与颤振的产生状况关联起来进行存储的工作历史管理装置。但是，在专利 文献1以及2所记载的工作历史管理装置中，因为仅存储机床的运转状态作为工作历 史，所以具有这样的问题：难以将颤振的产生状况与旋转轴的旋转速度等关联起来， 可用性差。

另外，在专利文献1所记载的工作历史管理装置中，因为将工作中的各个条件全 部存储为工作历史，所以具有工作历史的数据量庞大、作业者难以参照工作历史的问 题。

另一方面，在专利文献2所记载的工作历史管理装置中，仅在运转状态变化时存 储工作历史，所以虽然能够抑制工作历史的数据量，但由于始终要以运转状态的变化 作为契机来存储工作历史，因此具有这样的问题：无法存储颤振产生时的机床工作状 况、例如发现颤振产生的瞬间的旋转轴的旋转速度等。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的是提供能够相关联地掌握颤振的 产生状况与机床的工作状况、并能够容易且有效地抑制颤振的工作历史管理方法以及 工作历史管理装置。

为了达到上述目的，本发明中的第一方面的发明是工作历史管理方法，其用于管 理具有用于使刀具或工件旋转的旋转轴的机床中的工作历史，该工作历史管理方法的 特征在于，执行以下步骤：第1步骤，检测上述旋转轴的旋转速度以及在上述旋转轴 上产生的频域的振动加速度；第2步骤，判断本次检测到的旋转速度是否相对于上次 检测到的旋转速度发生了变化以及频域的振动加速度的最大值是否超过规定阈值；以 及第3步骤，在旋转速度发生了变化的情况下或在最大值超过了规定阈值的情况下， 至少存储上述旋转轴的旋转速度以及频域的振动加速度作为上述工作历史。

第二方面的发明是在第一方面的发明的第3步骤中，在旋转速度发生了变化的情 况下或在最大值超过了规定阈值的情况下，判断是否对机床输入了旋转速度变更指 令，在输入了的情况下，追加旋转速度变更指令的信息，并与本次追加的旋转速度变 更指令的信息相关联地存储上述工作历史，另一方面，在没有输入的情况下，与最近 追加的旋转速度变更指令的信息相关联地存储上述工作历史。

第三方面的发明是在第一或第二方面的发明的第3步骤中，存储加工点座标、工 件的原点、在上述旋转轴上安装的刀具种类、在机床中执行着的加工程序的种类、该 加工程序的序号和代码以及检测到旋转速度发生了变化的情况或最大值超过了规定 阈值的情况的时刻中的任意一个，作为上述工作历史。

另一方面，为了达到上述目的，本发明中的第四方面的发明是工作历史管理装置， 其用于管理具有用于使刀具或工件旋转的旋转轴的机床中的工作历史，其特征是具 有：旋转速度检测单元，其用于检测上述旋转轴的旋转速度；振动检测单元，其用于 检测在上述旋转轴上产生的频域的振动加速度；旋转速度判定部，其判定本次检测到 的旋转速度是否相对于上次检测到的旋转速度发生了变化；颤振检测部，其判断频 域的振动加速度的最大值是否超过了规定阈值；以及存储部，其在旋转速度发生了变 化的情况下或在最大值超过了规定阈值的情况下，至少存储上述旋转轴的旋转速度以 及频域的振动加速度，作为上述工作历史，该工作历史管理装置执行第一方面的发明 的工作历史管理方法来管理上述工作历史。

根据本发明，至少存储旋转轴的旋转速度以及频域的振动加速度作为工作历史， 并且不仅在旋转轴的旋转速度发生了变化的情况下，还在频域的振动加速度的最大值 超过了规定阈值的情况下存储该工作历史，所以能够将旋转轴的旋转速度的变化与颤 振的产生状况关联起来进行存储。因此，作业者可相关联地掌握旋转轴的旋转速度与 颤振的产生状况，进而能够容易且有效地抑制颤振。

另外，根据第二方面的发明，在旋转速度发生了变化的情况下或在最大值超过了 规定阈值的情况下，判断是否对机床输入了旋转速度变更指令，在输入了的情况下， 追加旋转速度变更指令的信息，与本次追加的旋转速度变更指令的信息相关联地存储 工作历史，另一方面，在没有输入的情况下，与最近追加的旋转速度变更指令的信息 相关联地存储工作历史。即，按照旋转速度变更指令的每一次输入来划分工作历史进 行存储，所以作业者可按照每个旋转速度变更指令的信息容易地区别工作历史，例如 通过将用于加工状态分析的工作历史决定为由最新的旋转速度变更指令信息划分的 工作历史等，能够容易地分析加工状态，进而可有效地抑制颤振。

此外，根据第三方面的发明，在第3步骤中，存储加工点座标、工件的原点、在 旋转轴上安装的刀具种类、在机床内执行着的加工程序的种类、该加工程序的序号和 代码以及检测到旋转速度发生了变化的情况或最大值超过了规定阈值的情况的时刻 中的任意一个，作为工作历史，所以能够获得更详细的工作历史。

附图说明

图1是示出管理装置的模块结构的说明图。

图2是从侧方示出机床的旋转轴外壳的说明图。

图3是从轴向示出旋转轴外壳的说明图。

图4是机床的工作历史的管理控制的流程图。

图5是示出时域的振动加速度的傅里叶分析结果的一例的说明图。

图6是示出工作历史的显示的一例的说明图。

图7是示出基于工作历史的分析结果的一例的说明图.

图8是示出基于工作历史的分析结果的另一例的说明图。

图9是示出基于工作历史的分析结果的又一例的说明图。

标号说明

1机床，1a旋转轴外壳，2振动传感器(振动检测单元)，3旋转轴，5控制装置， 10管理装置，11振动运算部(振动检测单元、颤振检测部)，12动作判定部(旋转速度 检测单元、旋转速度判定部)，13存储部，14程序解释部，15工作历史处理部，16 监视器

具体实施方式

以下，根据附图详细说明作为本发明一个实施方式的工作历史管理装置(以下， 称为管理装置)以及该管理装置中的工作历史管理方法(以下，称为管理方法)。

图1是示出管理装置10的模块结构的说明图。图2是从侧方示出机床1的旋转 轴外壳1a的说明图，图3是从轴向示出旋转轴外壳1a的说明图。

管理装置10用于与在旋转轴外壳1a上所具备的可绕C轴旋转的旋转轴3所产生 的“颤振”的发生状况相关联地管理具有旋转轴外壳1a的机床1的工作历史，该管 理装置10具备：振动传感器2a～2c，它们用于检测时域的振动加速度(表示时间轴上 的振动加速度)，该时域的振动加速度是伴随着旋转中的旋转轴3所产生的振动的特 性值；以及控制装置5，其用于分析该振动传感器2a～2c的检测值来判断有无发生 “颤振”、或者利用程序指令来控制旋转轴3的旋转速度、或者存储旋转轴3上产生 的振动及旋转轴3的旋转速度等作为工作历史。

振动传感器2a～2c如图2以及图3所示安装在旋转轴外壳1上，一个振动传感 器检测相对于其它振动传感器为直角方向的时域的振动加速度(例如，为了检测在彼 此垂直的X轴、Y轴、Z轴方向上的时域的振动加速度而安装振动传感器2a～2c)。

另一方面，控制装置5具备：振动运算部11，其通过进行基于由振动传感器2a～ 2c检测到的时域振动加速度的分析来求出频域的振动加速度(频率轴上的振动加速 度)，并且对该频域的振动加速度的最大值与规定阈值(预先设定的)进行比较；动作判 定部12，其判别旋转轴3的旋转速度等机床1的动作状态；存储部13，其存储与振 动传感器2a～2c检测到的振动相关的数据及旋转轴3的旋转速度等机床1的工作历 史；程序解释部14，其根据作业者所输入的加工程序来控制机床1的加工动作；工 作历史处理部15，其用于有选择地显示存储部13所存储的工作历史或者切换工作历 史的显示方式；以及作为显示单元的监视器16。另外，存储部13与外部存储装置21 连接，并能够向外部存储装置21读出工作历史等进行保存，该外部存储装置21和管 理装置10分开设置。此外，18是用于变更旋转轴3的旋转速度的旋钮，设置于机床 1中，通过操作该旋钮18，能够独立于来自程序解释部14的旋转速度变更指令而变 更旋转轴3的旋转速度。

这里，根据图4的流程图来说明上述控制装置5进行的机床1的工作历史管理控 制。

控制装置5的程序解释部1解释作业者所输入的加工程序，并根据该程序使机床 1中的旋转轴3的旋转速度变化，控制机床1中的加工。而且，程序解释部14在根 据程序使旋转轴3的旋转速度变化时，向机床1发送旋转速度变更指令。此外，程序 解释部14还向动作判定部12发送该旋转速度变更指令。

如上面所述，当根据程序解释部14的控制开始机床1中的加工时(S1)，动作判 定部12通过在旋转轴外壳1a上设置的旋转速度检测传感器(未图示)等，从机床1取 得旋转轴3的旋转速度(S2)，并且判断旋转轴3的旋转速度是否发生了变化(S3)。另 一方面，振动运算部11进行在旋转中检测出的振动传感器2a～2c的时域振动加速度 的傅里叶分析，分析如图5所示的旋转轴3的频率与该频率下的旋转轴3的频域振动 加速度(频率轴上的振动加速度)的关系，并取得振动加速度的最大值(最大加速度，图 5中的振动6)(S4)，并且判断该最大值是否超过预先设定的规定阈值(S5)。始终实时 地进行该动作判定部12中的旋转速度的取得及上述判断以及振动运算部11中的振动 加速度的取得以及上述判断，直至加工结束(S9中为是)。

然后，当在S2中检测出旋转轴3的旋转速度的变化时，动作判定部12判断该旋 转速度的变化是否基于程序、即是否从程序解释部14向机床1输入了旋转速度变更 指令(S6)。然后，当确认输入了旋转速度变更指令时(在S6中为“是”)，将旋转速 度变更指令的信息追加到存储部13中(S7)，并且与本次追加的旋转速度变更指令的 信息相关联地将工作历史(例如，旋转轴3的旋转速度、在检测到旋转速度变化的时 刻的频域振动加速度、旋转轴3的进给速度、加工点的机械座标、工件的原点、在旋 转轴3上安装的刀具种类、加工程序的种类、加工程序中的序号、执行中的程序代码、 检测到旋转速度的变化的时刻等)存储到存储部13中(S8)。另一方面，例如在是旋钮 18的操作所导致的旋转速度变化等，而不是旋转速度变更指令所导致的旋转速度变 化时(在S6中是“否”)，将上述那样的工作历史与最近追加的旋转速度变更指令的 信息相关联地存储到存储部13内(S8)。此外，在存储工作历史时，从振动运算部11 向存储部13存储振动的信息。

另一方面，在S4中当检测到最大加速度超过阈值的情况(即，检测到颤振的产生) 时，振动运算部11以及动作判定部12将上述那样的工作历史(例如，在检测到颤振 产生的时刻的旋转轴3的旋转速度、包含超过阈值的最大加速度的频域振动加速度、 旋转轴3的进给速度、加工点的机械座标、工件的原点、在旋转轴3上安装的刀具种 类、加工程序的种类、加工程序中的序号、执行中的程序代码、检测到颤振的时刻等) 与最近追加的旋转速度变更指令的信息相关联地存储到存储部13内(S8)。

并且，如果加工没有结束，则重复上述S2～S5，每当检测到旋转速度的变化及 颤振的产生时，执行上述S6～S8的动作，在存储部13中存储工作历史。

根据本实施方式的管理装置10以及管理方法，如上面所述地存储工作历史，由 此，在如图6所示按照旋转速度变更指令的信息进行划分的状态下存储工作历史。因 此，经由工作历史处理部15将工作历史显示在监视器16上，从而作业者可按照旋转 速度变更指令的信息容易地区别存储部13所存储的工作历史，例如通过将用于加工 状态分析的工作历史决定为由最新的旋转速度变更指令信息划分的工作历史等，能够 容易地分析加工状态，进而可有效地抑制颤振。此外，图6中的振动频率是频域振动 加速度取最大值的频率，图6中的振动是频域振动加速度的最大值。

另外，因为仅在旋转轴3的旋转速度发生了变化的情况下或在频域振动加速度的 最大值超过了规定阈值的情况下存储工作历史，所以能够抑制工作历史的数据量，或 者因为不仅依据旋转速度的变化，还根据颤振的产生状况来存储工作历史，所以作业 者能够相关联地掌握旋转轴的旋转速度与颤振的产生状况，进而可容易且有效地抑制 在旋转轴3中产生的颤振。

此外，如果如图7所示，利用工作历史处理部15以时间序列在监视器16上显示 存储部13所存储的工作历史中的与振动有关的信息，则例如可掌握在旋转轴3上安 装的刀具的磨损状态。即，若如图7所示，在短时间内振动(频域振动加速度的最大 值)增加，则可判断为该加工条件对于刀具来说不合适。

另外，如图8所示，利用工作历史处理部15在以纵轴为振动(频域振动加速度的 最大值)、以横轴为旋转速度的平面内标绘工作历史并显示到监视器16上，由此能够 最有效地抑制颤振、即能够极容易地掌握振动最小的旋转速度。

除此之外，可利用工作历史处理部15根据存储部13所存储的工作历史来求出如 图9所示的稳定极限线图。关于求出该稳定极限线图的方法，例如可采用“2008年 精密工学会春季大会学术演讲会演讲论文集《エンドミル加工における実験結果を利 用した伝達関数の逆同定》”等所记载的公知方法。然后，可通过求出该稳定极限线 图，来算出没有执行的速度范围中的稳定旋转速度，或者利用稳定极限线的周期性来 预测稳定旋转速度。

此外，本发明的管理方法以及管理装置不仅限于上述实施方式，在不脱离本发明 主旨的范围内，可根据需要适当变更检测单元、控制装置以及控制装置中的工作历史 管理控制等的结构。

例如，在上述实施方式中说明了对具备旋钮18，且作业者独立于程序变更旋转 速度的类型的机床的工作历史进行管理的管理装置，但显然还可以管理安装有可自动 变更旋转轴的旋转速度的旋转速度控制装置的机床的工作历史。

另外，在上述实施方式中构成为，利用振动传感器来检测旋转轴的振动加速度， 不过还可以构成为：检测振动导致的旋转轴的移位及声压，根据该移位及声压来算出 最优旋转速度，或者根据旋转轴和用于对该旋转轴进行进给的进给轴电动机的电流值 来检测振动加速度。

此外还可以构成为，经由网络将管理装置10与外部计算机连接，在外部计算机 中，参照存储部13所存储的工作历史，或者进行基于该工作历史的加工状态分析。

再者，在上述实施方式中构成为检测机床的旋转轴中的振动，但还可以构成为检 测非旋转侧(固定侧)的振动，并且不限于使刀具旋转的加工中心，还可以应用于使工 件旋转的车床等的机床。此外，当然可根据机床的种类、大小等来适当变更振动检测 单元的设置位置及设置数量等。