WO2019073793A1 - 異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械 - Google Patents

異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an abnormality detection apparatus and a machine tool provided with the abnormality detection apparatus.
  • the operating state of the machine tool is determined based on the plurality of vibration sensors mounted on the machine body side of the machine tool and the vibration detection information by each vibration sensor, and the abnormality of the machine tool according to the information of this determination is detected
  • An abnormality detection apparatus for machine tools is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the above abnormality detection device detects an abnormal processing operation such as so-called tool chatter, over cutting, over feed, over speed and the like by abnormal vibration, and diagnoses the processing state.
  • an abnormal processing operation such as so-called tool chatter, over cutting, over feed, over speed and the like by abnormal vibration, and diagnoses the processing state.
  • Patent Document 1 since the abnormality detection device described in Patent Document 1 diagnoses the processing state by a complicated calculation from an abnormal processing operation such as tool chatter or feed excess, a predetermined item of processing accuracy whose accuracy decreases is specified. It was not easy to judge.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and specifies a vibration sensor that has detected an abnormal vibration, and based on the specified mounting position of the sensor, a predetermined machining accuracy whose accuracy decreases as an operating state of a machine tool It is an object of the present invention to provide an abnormality detection device capable of easily identifying the item of (1) and a machine tool provided with the abnormality detection device.
  • a plurality of vibration sensors mounted at a plurality of positions on the machine body side of a machine tool, and a determination unit which determines an operation state of the machine tool based on detection information of vibration by the vibration sensor.
  • the abnormality detection device for a machine tool the abnormality detection device for detecting an abnormality in the machine tool according to the determination information of the determination unit, the determination unit having an accuracy based on the mounting position of the vibration sensor having detected an abnormal vibration. It is an abnormality detection device which specifies a predetermined item of processing accuracy which falls.
  • a second aspect of the present invention is a machine tool provided with the abnormality detection device for a machine tool according to the present invention.
  • a vibration sensor that detects an abnormal vibration is specified, and the operating state of the machine tool is accurate based on the specified mounting position of the sensor It is possible to easily identify a predetermined item of processing accuracy in which the
  • a storage unit in which the correspondence between a predetermined combination of vibration sensors and a predetermined item of processing accuracy is stored in advance is provided, and an item corresponding to the vibration sensor that has detected an abnormal vibration is selected from the storage unit.
  • an item of processing accuracy whose accuracy is reduced by abnormal vibration according to the mounting position of a predetermined vibration sensor.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the machine tool provided with the abnormality detection apparatus which is one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the vibration level for every vibration sensor calculated
  • the machine tool 1 provided with the abnormality detection device 10 includes a headstock 53 provided with a spindle 52 and a tool rest 56 provided with a processing tool 57 on a bed 51. Is provided.
  • the spindle 52 can grip the workpiece 100 via a chuck provided at the tip.
  • the spindle stock 53 rotatably supports the spindle 52 via a spindle motor such as a built-in motor.
  • the headstock 53 is mounted on the bed 51 so as to be movable in the Z-axis direction via the Z moving mechanism 54 in the Z-axis direction along the axial direction of the main shaft 52.
  • a turret support 55 stands on the bed 51.
  • the turret support 55 is disposed in front of the spindle stock 53.
  • the tool rest 56 is mounted on the tool rest support 55 so as to be movable in the X-axis direction via an X moving mechanism 58 in the X-axis direction which is a vertical direction orthogonal to the Z-axis direction.
  • the tool post support 55 is provided with a guide bush device 59 coaxially with the main shaft 52.
  • the guide bush device 59 accommodates a guide bush which guides the work 100 gripped by the main shaft 52 so as to be movable in the Z-axis direction and to be rotatable.
  • the tool rest 56 is disposed in front of the guide bush.
  • a rod as the work 100 (hereinafter, also referred to as a rod 100) is inserted from the rear of the main shaft 52, the rod 100 protrudes from the tip of the main shaft 52 by a predetermined length, and the rod 100 is inserted into a guide bush .
  • the control device 30 drives and controls a spindle motor, a Z motor that moves and drives the Z moving mechanism 54 in the Z axis direction, and an X motor that moves and drives the X moving mechanism 58 in the X axis direction.
  • the bar 100 is guided by the guide bush by control such as rotation, movement of the headstock 53 in the Z-axis direction, movement of the tool rest 56 in the X-axis direction, etc. and processing is performed by the tool 57 near the front of the guide bush. Be done.
  • vibration sensors 11, 12, ..., 20 are attached to a plurality of predetermined positions of the machine tool 1, respectively.
  • Each of the vibration sensors 11 to 20 detects a vibration at a predetermined position (mounted position) where each is mounted.
  • the vibration sensors 11 to 14 are mounted at positions near the end of the bed 51
  • the vibration sensor 15 is mounted at a position near the center of the bed 51
  • the vibration sensors 16 and 17 are near the both ends of the headstock 53
  • the vibration sensor 18 is mounted at the position of the guide bush device 59
  • the vibration sensor 19 is mounted at the position of the tool post support 55
  • the vibration sensor 20 is mounted at the position of the tool 57.
  • the mounted predetermined positions of the vibration sensors 11 to 20 are an example.
  • Signals detected by the respective vibration sensors 11 to 20 are input to the control device 30 of the abnormality detection device 10 so that the mounting positions of the respective vibration sensors 11 to 20 can be distinguished.
  • the control device 30 acquires a signal from each of the vibration sensors 11 to 20 by using a vibration data acquisition unit 31 that specifies and acquires the mounting positions of the vibration sensors 11 to 20 that are outputting each signal, and the vibration data acquisition unit 31 It has a vibration data analysis unit 32 that analyzes the acquired vibration data, a storage unit 33, and a determination unit 34 that determines the operation state of the machine tool 1 based on the vibration data analyzed by the vibration data analysis unit 32.
  • the vibration data acquisition unit 31 includes a sensor at the first mounting position.
  • Ten sensor input units from the input unit to the sensor input unit at the tenth mounting position can be provided, and the vibration sensors 11 to 20 at the mounting position corresponding to each sensor input unit can be connected to each sensor input unit.
  • the vibration data analysis unit 32 analyzes the signals from the vibration sensors 11 to 20 acquired by the vibration data acquisition unit 31, and calculates information on vibration data at each mounting position by the vibration sensors 11 to 20. it can. For example, as shown in FIG. 2, the vibration level at the mounting position of each of the vibration sensors 11 to 20 can be calculated by the signal from each of the vibration sensors 11 to 20.
  • the vibration sensor number 1 means the vibration sensor 11 mounted at the first mounting position
  • the vibration sensor number 2 means the vibration sensor 12 mounted at the second mounting position
  • the vibration sensor number 10 means the vibration sensor 20 mounted at the tenth mounting position.
  • the storage unit 33 shows the correspondence between a predetermined item of processing accuracy and the vibration that affects the accuracy of each item, and the vibration level is deteriorated when the accuracy of each item decreases.
  • Information indicating correspondences specifying the combination of the mounting positions of the vibration sensors 11 to 20 is stored in the form of a database as a data table (correspondence) shown in FIG.
  • the combination of the fourth mounting position, the sixth mounting position, and the tenth mounting position corresponds to the roundness as a predetermined item of processing accuracy
  • the third mounting position and the The combination of the 8 mounting positions and the 9th mounting position corresponds to the surface roughness as a predetermined item of processing accuracy
  • the combination of the 5th mounting position and the 8th mounting position and the end face plane as a predetermined item of processing accuracy
  • the degree corresponds
  • the combination of the seventh mounting position and the tenth mounting position corresponds to the end surface rightness as a predetermined item of the processing accuracy.
  • the data table of FIG. 3 is an example.
  • the determination unit 34 determines a predetermined item of each processing accuracy. An influence value to be influenced is calculated, and a level of accuracy reduction is calculated for each predetermined item of each processing accuracy according to the influence value, and displayed on a display provided on the machine tool 1 or the like. it can.
  • the determination unit 34 is true based on each vibration level by the vibration sensor 14 at the fourth mounting position, the vibration sensor 16 at the sixth mounting position, and the vibration sensor 20 at the tenth mounting position.
  • An influence value which is a value that affects the degree of circularity
  • a judgment value which is a value indicating a decrease in processing accuracy of the degree of circularity
  • the determination unit 34 influences the surface roughness based on the vibration levels of the vibration sensor 13 at the third mounting position, the vibration sensor 18 at the eighth mounting position, and the vibration sensor 19 at the ninth mounting position. Is calculated, and in accordance with the influence value, the judgment value indicating the reduction level of the processing accuracy of the surface roughness is calculated. Similarly, the determination unit 34 calculates an influence value affecting the end surface flatness based on each vibration level by the vibration sensor 15 at the fifth mounting position and the vibration sensor 18 at the eighth mounting position, and according to the influence value A judgment value is calculated which indicates the reduction level of the processing accuracy of the end surface flatness.
  • the determination unit 34 calculates an influence value affecting the end face right angle based on each vibration level by the vibration sensor 17 at the seventh mounting position and the vibration sensor 20 at the tenth mounting position, and according to the influence value.
  • a judgment value is calculated which indicates the reduction level of the processing accuracy of the end face right angle.
  • the judgment value in the abnormality detection device 10 of the present embodiment exceeds a predetermined threshold, the accuracy of the item corresponding to the judgment value exceeding this threshold decreases as the operating state of the machine tool 1 A decision is made to identify as a predetermined item of processing accuracy.
  • each vibration level by the vibration sensor 17 at the seventh mounting position and the vibration sensor 20 at the tenth mounting position is larger than each vibration level by the vibration sensor at other mounting positions, If the vibration data analysis unit 32 analyzes that the machine tool is abnormally vibrating at the seventh attachment position and the tenth attachment position, the seventh attachment position is determined by the determination unit 34 as illustrated in FIG. 4.
  • the judgment value indicating the decrease level of the end face straight angle according to the influence value affecting the end face straight angle calculated based on the combination of each vibration level by the vibration sensor 17 and the vibration sensor 20 at the tenth mounting position The drop level of each item according to the influence value calculated based on the combination of the vibration level by the vibration sensor at each mounting position corresponding to the roundness, surface roughness, end surface flatness etc. Higher is calculated from determined values indicating.
  • the judgment unit 34 since the judgment value corresponding to the end face right angle exceeds the preset threshold value, the judgment unit 34 sets the end face right angle to the operating state of the machine tool 1 and the item of machining accuracy decreases in accuracy. Identify as The determination unit 34 may not present the determination according to whether the determination value exceeds the threshold value, but may only present the determination value for each item as a reference for the user to make the determination.
  • the abnormality detection apparatus 10 and the machine tool 1 determine an abnormality in the processing operation related to the specified item by specifying the item of the processing accuracy in which the determination unit 34 decreases the accuracy, It is also possible to determine the suspicion of an abnormality of a part related to the determined machining operation. For example, it is determined that the machining operation related to the end surface perpendicularity is abnormal when the abnormal vibration that the end surface perpendicularity is reduced is generated, so the parts related to this processing operation It is possible to judge the possibility of abnormality of

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Abstract

異常検出装置において、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定するために、工作機械（１）の異常検出装置（１０）は、工作機械（１）の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサ（１１～２０）と、振動センサ（１１～２０）による振動の検出情報に基づいて工作機械の動作状態を判断する判断部（３４）とを備え、判断部（３４）の判断情報に応じて工作機械（１）の異常を検出する工作機械（１）の異常検出装置（１０）において、判断部（３４）が、異常な振動を検出した振動センサ（１１～２０）の装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する。

Description

異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械
　本発明は、異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械に関する。
　従来、工作機械の機体側に装着される複数の振動センサと、各振動センサによる振動の検出情報に基づいて工作機械の動作状態を判断し、この判断の情報に応じた工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　上記異常検出装置は、異常な振動により、いわゆる工具ビビリ、切込超過、送り超過及び速度超過等の異常な加工動作を検出し、その加工状態を診断する。
特開平１０－２６７７４９号公報
　しかし、特許文献１に記載の異常検出装置は、工具ビビリや送り超過等の異常な加工動作から複雑な計算によって加工状態を診断するため、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定して判断することは容易ではなかった。
　本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定することができる異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。
　本発明の第１は、工作機械の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサと、前記振動センサによる振動の検出情報に基づいて前記工作機械の動作状態を判断する判断部とを備え、前記判断部の判断情報に応じて前記工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置において、前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する異常検出装置である。
　本発明の第２は、本発明に係る工作機械の異常検出装置を備えた工作機械である。
　本発明に係る異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械によれば、異常な振動を検出した振動センサを特定し、特定されたセンサの装着位置に基づいて、工作機械の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目を容易に特定することができる。
　例えば、所定の振動センサの組み合わせと、加工精度の所定の項目との対応関係が予め記憶される記憶部を設け、異常な振動を検出した振動センサに応じた項目を、記憶部から選択することによって、所定の振動センサの装着位置に応じた異常な振動により精度が低下する加工精度の項目を容易に特定することができる。精度が低下する加工精度の項目を特定することによって、特定された項目に関連する加工動作の異常を判断し、この異常と判断された加工動作に関連する部品の異常の疑いを判断することも可能となる。
本発明の一実施形態である異常検出装置を備えた工作機械を示す模式図である。 振動センサごとに検出された信号により求められた振動センサごとの振動レベルを示す図である。 加工精度の所定の項目と、加工精度の所定の項目が低下する場合に振動レベルが悪化する振動センサの装着位置の組み合わせを特定したデータテーブル（対応関係）を示す図である。 加工精度の所定の項目である真円度、表面粗さ、端面平面度、端面直角度ごとの判断値を示す図である。
　以下、本発明に係る異常検出装置及び異常検出装置を備えた工作機械の実施形態について説明する。本実施形態の異常検出装置１０を備えた工作機械１は、図１に示されるように、ベッド５１上に、主軸５２を備えた主軸台５３と加工用の工具５７を備えた刃物台５６とが設けられている。
　主軸５２は先端に設けられたチャックを介してワーク１００を把持することができる。主軸台５３はビルトインモータ等の主軸モータを介して主軸５２を回転駆動自在に支持している。主軸台５３は、主軸５２の軸線方向に沿ったＺ軸方向のＺ移動機構５４を介して、Ｚ軸方向に移動自在にベッド５１に搭載されている。
　ベッド５１上に刃物台支持体５５が立設されている。刃物台支持体５５は主軸台５３の前方に配置されている。刃物台５６は、Ｚ軸方向と直交する上下方向であるＸ軸方向のＸ移動機構５８を介して、Ｘ軸方向に移動自在に刃物台支持体５５に搭載されている。
　刃物台支持体５５には、主軸５２と同一軸線にガイドブッシュ装置５９が設けられている。ガイドブッシュ装置５９には、主軸５２に把持されたワーク１００をＺ軸方向に移動自在に、かつ回転自在に案内するガイドブッシュが収容されている。刃物台５６はガイドブッシュの前方に配置されている。
　ワーク１００としての棒材（以下、棒材１００ともいう。）が主軸５２の後方から挿入され、主軸５２の先端から棒材１００が所定の長さ突出し、棒材１００はガイドブッシュに挿入される。主軸モータや、Ｚ移動機構５４をＺ軸方向に移動駆動するＺモータ、Ｘ移動機構５８をＸ軸方向に移動駆動するＸモータ等を制御装置３０によって駆動制御し、制御装置３０による主軸５２の回転、主軸台５３のＺ軸方向への移動、刃物台５６のＸ軸方向への移動等の制御によって、棒材１００は、ガイドブッシュに案内され、ガイドブッシュの前方の近傍で工具５７によって加工される。
　本実施形態の異常検出装置１０は、工作機械１の複数の所定位置にそれぞれ振動センサ１１，１２，…，２０（以下、振動センサ１１～２０と略す。）が装着されている。各振動センサ１１～２０は、それぞれが装着された所定位置（装着位置）の振動を検出する。例えば、振動センサ１１～１４はベッド５１の端部付近の位置に装着され、振動センサ１５はベッド５１の中央部付近の位置に装着され、振動センサ１６，１７は主軸台５３の両端部付近の位置に装着され、振動センサ１８はガイドブッシュ装置５９の位置に装着され、振動センサ１９は刃物台支持体５５の位置に装着され、振動センサ２０は工具５７の位置に装着されている。各振動センサ１１～２０の装着された所定位置は一例である。
　各振動センサ１１～２０が検出した信号は、各振動センサ１１～２０の装着位置が区別可能に、異常検出装置１０の制御装置３０に入力されている。
　制御装置３０は、各振動センサ１１～２０からの信号を、各信号を出力している振動センサ１１～２０の装着位置を特定して取得する振動データ取得部３１と、振動データ取得部３１によって取得した振動データを解析する振動データ解析部３２と、記憶部３３と、振動データ解析部３２によって解析された振動データに基づいて工作機械１の動作状態を判断する判断部３４とを有する。
　例えば、振動センサ１１～２０が、第１装着位置から第１０装着位置までの１０個の装着位置に対応して１０個設けられている場合、振動データ取得部３１に、第１装着位置のセンサ入力部から第１０装着位置のセンサ入力部までの１０個のセンサ入力部を設け、各センサ入力部に対応する装着位置の振動センサ１１～２０を、各センサ入力部に接続することができる。
　振動データ解析部３２は、振動データ取得部３１によって取得された各振動センサ１１～２０からの信号をそれぞれ解析し、振動センサ１１～２０によって各装着位置での振動データに関する情報を算出することができる。例えば、図２に示されるように、各振動センサ１１～２０からの信号により、各振動センサ１１～２０の装着位置における振動レベルを算出するように構成することができる。なお、図２において、振動センサ番号１は、第１装着位置に装着された振動センサ１１を意味し、振動センサ番号２は、第２装着位置に装着された振動センサ１２を意味し、以下同様に、振動センサ番号１０は、第１０装着位置に装着された振動センサ２０を意味する。
　記憶部３３には、加工精度の所定の項目と、これらの各項目の精度に影響を与える振動との対応関係を示すものであって、各項目の精度が低下する場合に振動レベルが悪化する振動センサ１１～２０の装着位置の組み合わせを特定した対応関係を示す情報が、図３に示されるデータテーブル（対応関係）として、データベース化されて記憶されている。
　図３に示す例のデータテーブルでは、第４装着位置と第６装着位置と第１０装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として真円度とが対応し、第３装着位置と第８装着位置と第９装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として表面粗さとが対応し、第５装着位置と第８装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として端面平面度とが対応し、第７装着位置と第１０装着位置との組み合わせと、加工精度の所定の項目として端面直角度とが対応している。なお、図３のデータテーブルは例示である。
　判断部３４は、記憶部３３に記憶されているデータテーブルと、振動データ解析部３２によって算出された各振動センサ１１～２０により検出された振動レベルとに基づき、各加工精度の所定の項目に影響を与える影響値を算出し、影響値に応じて各加工精度の所定の項目毎に精度の低下のレベルを演算して、工作機械１に設けられたディスプレイ等に表示する構成とすることができる。
　本実施形態の異常検出装置１０において、判断部３４は、第４装着位置の振動センサ１４と第６装着位置の振動センサ１６と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルに基づいて、真円度に影響を与える値である影響値を算出し、この影響値に応じて真円度の加工精度の低下レベルを示す値である判断値を算出する。
　同様に、判断部３４は、第３装着位置の振動センサ１３と第８装着位置の振動センサ１８と第９装着位置の振動センサ１９による各振動レベルに基づいて表面粗さに影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて表面粗さの加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。同様に、判断部３４は、第５装着位置の振動センサ１５と第８装着位置の振動センサ１８による各振動レベルに基づいて端面平面度に影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて端面平面度の加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。同様に、判断部３４は、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルに基づいて端面直角度に影響を与える影響値を算出し、この影響値に応じて端面直角度の加工精度の低下レベルを示す判断値を算出する。
　本実施形態の異常検出装置１０における判断部３４は、判断値が、予め定められた閾値を超えると、この閾値を超えた判断値に対応する項目が、工作機械１の動作状態として精度が低下する加工精度の所定の項目として特定する判断を行う。
　例えば、図２に示されるように、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルが、他の装着位置の振動センサによる各振動レベルに比較して大きく、工作機械は第７装着位置と第１０装着位置とにおいて異常に振動していると振動データ解析部３２で解析されている場合、判断部３４によって、図４に示されるように、第７装着位置の振動センサ１７と第１０装着位置の振動センサ２０による各振動レベルの組み合わせに基づいて算出された端面直角度に影響を与える影響値に応じた端面直角度の低下レベルを示す判断値が、他の項目である真円度、表面粗さ、端面平面度等に対応した各装着位置の振動センサによる振動レベルの組み合わせに基づいて算出された影響値に応じた各項目の低下レベルを示す判断値より高く算出される。
　図４の場合、端面直角度に対応する判断値が予め設定された閾値を超えているため、判断部３４は、端面直角度を、工作機械１の動作状態として精度が低下する加工精度の項目として特定する。なお、判断部３４は、判断値が閾値を超えたか否かに応じた判断を行うのではなく、使用者自身が判断をするための参考として、項目ごとの判断値を提示するだけでもよい。
　本実施形態の異常検出装置１０及び工作機械１は、判断部３４が精度が低下する加工精度の項目を特定することによって、特定された項目に関連する加工動作の異常を判断し、この異常と判断された加工動作に関連する部品の異常の疑いを判断することも可能となる。例えば、端面直角度が低下するような異常な振動が発生している場合、工作機械１は端面直角度に関連する加工動作が異常となることが判断されるため、この加工動作に関連する部品の異常の可能性を判断することができる。
関連出願の相互参照
　本出願は、２０１７年１０月１２日に日本国特許庁に出願された特願２０１７－１９８１５６に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (3)

  1. 　工作機械の機体側の複数の位置に装着された複数の振動センサと、前記振動センサによる振動の検出情報に基づいて前記工作機械の動作状態を判断する判断部とを備え、前記判断部の判断情報に応じて前記工作機械の異常を検出する工作機械の異常検出装置において、
    　前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの装着位置に基づいて、精度が低下する加工精度の所定の項目を特定する異常検出装置。
  2. 　所定の前記振動センサの組み合わせと前記所定の項目との対応関係が予め記憶された記憶部を備え、
    　前記判断部が、異常な振動を検出した前記振動センサの組み合わせに応じた前記所定の項目を、前記対応関係に基づいて選択することによって、精度が低下する前記加工精度の項目を特定する請求項１に記載の異常検出装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の工作機械の異常検出装置を備えた工作機械。
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