專利名稱：機床的切削工具刀尖診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對機床的切削工具刀尖的卷刃(chipping)和磨損等加以診斷的機床的切削工具刀尖診斷裝置。
背景技術：
過去，為了使對機床的切削工具刀尖的卷刃和磨損等進行的診斷作業自動化，如日本專利申請特開平8-85047號公報所述，是在機床的切削工具或工具的夾具上安裝加速度傳感器，并在切削加工過程中對加速度傳感器的輸出信號進行頻率分析，同時從切削工具的刀尖形狀計算出工具刀尖的共振頻率，從而將包含了該共振頻率的頻帶設定為工具磨損監視頻帶，且將從加速度傳感器的輸出信號提取出的工具磨損監視頻帶的振動水平與全頻帶的振動水平的比率作為工具磨損度算出，當工具磨損度超過規定的磨損極限水平時， 判定為工具刀尖磨損。然而，當如上述專利公報那樣在切削工具或工具的夾具上安裝加速度傳感器時， 在進行切削加工時加速度傳感器或其布線接近工件，因此加速度傳感器或其布線可能干涉工件而導致其損傷。另外，當在切削工具上安裝加速度傳感器時，每次更換切削工具都要重裝加速度傳感器，致使切削工具的更換作業復雜。為了解決上述問題，有人提出對驅動滑塊以使切削工具沿Z軸·Χ軸方向移動的馬達的轉矩變動加以檢測，從而根據該轉矩的變動來診斷切削工具刀尖的狀態。然而，在切削工具的刀尖與馬達之間存在著滑塊滑動部、滾珠絲杠機構的連結部等多個彈性要素，因此切削加工過程中由切削工具刀尖的卷刃或磨損導致的微小振動會在傳遞到馬達之前被多個彈性要素吸收。而且，馬達的控制是以位置控制一速度控制一轉矩控制的順序進行的，因此對于馬達的轉矩控制會發生響應滯后。由于這些原因，有時切削工具刀尖的微小振動不容易作為馬達的轉矩變動表現出來，因此，即使提高對馬達的轉矩變動的檢測精度，也難以精確地測出切削工具刀尖的微小振動，導致對切削工具刀尖狀態的診斷精度低下。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的機床的切削工具刀尖診斷裝置具有第1軸滑塊，該第1軸滑塊保持著對工件進行切削加工的切削工具而沿第1軸方向移動；第2軸滑塊，該第 2軸滑塊使該第1軸滑塊沿著與該第1軸滑塊的移動方向正交的第2軸方向移動，其特征在于，在所述第2軸滑塊一側設置對切削加工過程中所述第1軸滑塊向第2軸方向的振動變位加以檢測的線位移傳感器，同時設有診斷單元，該診斷單元在切削加工過程中基于所述線位移傳感器的輸出信號的振幅來實施對切削工具刀尖的狀態進行診斷的刀尖診斷處理。在這種情況下，對切削工具進行保持的第1軸滑塊能夠向第2軸滑塊的滑動方向、 即第2軸方向發生振動，因此一旦切削加工過程中切削工具的刀尖向切削的吃刀抗力的作用方向、即第2軸方向發生振動，保持該切削工具的第1軸滑塊也會一體地向第2軸方向發生振動。該第1軸滑塊向第2軸方向的振動被安裝在第2滑塊一側的線位移傳感器測出， 從該線位移傳感器輸出與第1軸滑塊的振動波形對應的波形的信號。由此能夠在切削加工過程中基于線位移傳感器的輸出信號振幅來精確地診斷切削工具的刀尖狀態。此時，線位移傳感器只要沿著第2軸滑塊的滑動方向設置即可，因此完全消除了采用專利文獻1的結構(在切削工具或工具的夾具上安裝加速度傳感器的結構)時發生的問題。另外，由于切削工具與第1軸滑塊一體振動且其振動被線位移傳感器測出，因此能夠不經過彈性要素而測出振動，同時能夠完全不受馬達控制系統的響應滯后的影響而測出振動。由此能夠精確地檢測出切削工具的刀尖的微小振動，能夠提高對切削工具的刀尖狀態的診斷精度。本發明最好是在第2軸滑塊停止時實施刀尖診斷處理。這樣，由于線位移傳感器的輸出信號中不包含第2軸滑塊的驅動的影響，因此會在線位移傳感器的輸出信號中出現明顯的來自切削工具的振動成分，容易進一步檢測切削工具刀尖的微小振動。另外，當在第2軸滑塊移動時實施刀尖診斷處理時，只要通過從線位移傳感器的輸出信號中除去由第2軸滑塊的移動導致的輸出波動成分，來提取出由第1軸滑塊的振動形成的振動成分，并基于該振動成分的振幅來診斷切削工具刀尖的狀態即可。這樣，當在第 2軸滑塊移動時實施刀尖診斷處理時，能夠通過從線位移傳感器的輸出信號中除去由第2 軸滑塊的移動導致的輸出波動成分，從而從線位移傳感器的輸出信號中排除由第2軸滑塊的移動導致的影響，只提取出由第1軸滑塊的振動形成的振動成分，能夠精確地測出切削工具刀尖的微小振動。不過，本發明不限于在第2軸滑塊一側安裝線位移傳感器來檢測第1軸滑塊向第 2軸方向的振動變位的結構，也可以是相反的結構在第1軸滑塊一側安裝線位移傳感器來檢測第2軸滑塊向第1軸方向的振動變位，并基于該線位移傳感器的輸出信號的振幅來診斷切削工具刀尖的狀態。這是因為，當使第1軸滑塊停止而使第2軸滑塊移動以進行切削加工時，切削工具刀尖的磨損等導致的振動的方向(切削的吃刀抗力的作用方向)成為第 1軸方向。
圖1是本發明一實施例的車床的主視圖。圖2是車床的側視圖。圖3是在Z軸滑塊的下端側可拆卸地保持切削工具的那種結構的主視圖。圖4(a)是切削工具嶄新時線位移傳感器的輸出信號的振動波形，圖4(b)是切削工具磨損時線位移傳感器的輸出信號的振動波形。
具體實施例方式以下說明將本發明運用于車床的一個實施例。首先，用圖1(主視圖)及圖2(側視圖)概略地說明本實施例的車床的結構。本實施例的車床為立式車床，在基座11上向上設置可旋轉的主軸12，在該主軸12 的上端部安裝著工件臺13。在該工件臺13上，用夾具(圖中未示)保持作為切削加工對象的工件。在基座11上，設置支承TL軸滑塊機構14的門型支柱15。TL軸滑塊機構14由X軸滑塊機構16和Z軸滑塊機構21構成，X軸滑塊機構16由X軸滑塊導軌17、X軸進給絲杠 18、X軸馬達19、X軸滑塊20 (第2軸滑塊)構成，其中X軸滑塊導軌17安裝在支柱15的上部框架15A上沿X軸方向(左右方向)延伸，X軸進給絲杠18被支承在該X軸滑塊導軌 17的背面一側，向X軸方向延伸且可旋轉，X軸馬達19對該X軸進給絲杠18進行正轉 反轉兩個方向的旋轉驅動，X軸滑塊20 (第2軸滑塊)支承在X軸滑塊導軌17的前面一側而能夠向X軸方向滑動。另一方面，Z軸滑塊機構21由Z軸滑塊導軌22、Z軸進給絲杠23、Z軸馬達24、Z 軸滑塊25 (第1軸滑塊)構成，其中Z軸滑塊導軌22安裝在X軸滑塊20的前面而沿Z軸方向(上下方向)延伸，Z軸進給絲杠23被支承在該Z軸滑塊導軌22的背面一側，向Z軸方向延伸且可旋轉，Z軸馬達M對該Z軸進給絲杠23進行正轉·反轉兩個方向的旋轉驅動， Z軸滑塊25(第1軸滑塊)支承在Z軸滑塊導軌22上而能夠向Z方向滑動。由此，Z軸滑塊25就能夠向與X軸滑塊20的滑動方向(X軸方向)正交的Z軸方向滑動。如圖3所示， 保持切削工具27的工具架觀可拆卸地保持在裝載部沈，該裝載部沈設在Z軸滑塊25的下端。以下說明對切削工具27的刀尖狀態進行診斷的切削工具刀尖診斷裝置的結構。在X軸滑塊導軌17上設置沿X軸方向延伸的光學式線位移傳感器四，在X軸滑塊20上設置用于從線位移傳感器四讀取Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的位置的位置測量部(圖中未示)，從該位置測量部輸出的位置檢測信號被輸入車床的控制用計算機(圖中未示)。車床的控制用計算機基于從線位移傳感器四的位置測量部輸入的位置檢測信號，來檢測Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的位置。在進行高精度加工時，切削加工過程中的切削工具27的刀尖振動大致在0. 1 μ m 以下。考慮到這一點，線位移傳感器四采用分辨率為IOnm的高分辨率產品。另外，通過提高)(Z軸滑塊機構14的滑塊導軌17、22和滑塊20、25的剛性，切削工具27的刀尖振動就不會被滑塊導軌17、22和滑塊20、25的彈性吸收，能夠作為Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌22)在 X軸方向的振動變位被傳遞。在切削加工過程中，一邊通過主軸12使工件旋轉，一邊將切削工具27沿Z軸方向輸送，同時用該切削工具27的刀尖對工件進行切削加工。此時，切削的吃刀抗力作用于與輸送刀尖的方向(Z軸方向)成直角的方向(X軸方向)，因此一旦在切削工具27的刀尖發生卷刃或磨損，切削工具27的刀尖便主要向X軸方向振動，并且這種刀尖振動表現為Z軸滑塊25(Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的振動。另外，對切削工具27進行保持的Z軸滑塊 25(Z軸滑塊導軌22)由于X軸滑塊20 (X軸滑塊導軌17)的作用而能夠向X軸方向振動，因此一旦在切削加工過程中切削工具27的刀尖向X軸方向振動，對該切削工具27進行保持的Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌22)也會一體地向X軸方向振動。從而，在切削加工過程中X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止的狀態下，如果Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌22)向X軸方向振動，就認為在切削工具27的刀尖上已發生卷刃或磨損。在X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止過程中，不會因X軸馬達19的驅動導致X軸方向振動，因此對其在X軸方向的位置加以檢測的線位移傳感器四的輸出信號便響應Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的振動而發生振動，其輸出信號的振幅就相當于Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的振幅。由此，在X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止過程中，能夠完全不受X軸馬達19的驅動影響而用線位移傳感器四精確地只對切削工具27的刀尖振動導致的Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的振動加以檢測。著眼于這一點，在本實施例中，車床的控制用計算機(診斷裝置)是在切削加工過程中X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止的狀態下，基于線位移傳感器四的輸出信號的振幅來實施對切削工具27的刀尖狀態進行診斷的刀尖診斷處理。當切削工具27是嶄新的產品時，如圖4(a)所示，線位移傳感器四的輸出信號的振幅較小，而當切削工具27磨損時， 則如圖4(b)所示，線位移傳感器四的輸出信號的振幅較大。從而，能夠根據線位移傳感器 29的輸出信號的振幅是否達到規定的判定閾值以上來判定切削工具27的刀尖是否發生卷刃或磨損。在以上實施例中，是在X軸滑塊20 —側設置對切削加工過程中Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌22)向X軸方向的振動變位加以檢測的線位移傳感器四，并且基于切削加工過程中線位移傳感器四的輸出信號的振幅來診斷切削工具27的刀尖狀態(卷刃或磨損)，因此能夠基于切削加工過程中線位移傳感器四的輸出信號的振幅精確地診斷出切削工具27的刀尖狀態。此時，線位移傳感器四只要沿著X軸滑塊20的滑動方向設置即可，因此完全消除了采用專利文獻1的結構(在切削工具或工具的夾具上安裝加速度傳感器的結構)時發生的問題。另外，由于切削工具27與Z軸滑塊25(Z軸滑塊導軌2 —體振動且其在X軸方向的振動被線位移傳感器四測出，因此能夠不經過彈性要素而測出振動，同時能夠完全不受馬達控制系統的響應滯后的影響而測出振動。由此能夠精確地測出切削工具27的刀尖的微小振動，能夠提高對切削工具27的刀尖狀態的診斷精度。而且，在本實施例中，是在切削加工過程中X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止的狀態下基于線位移傳感器四的輸出信號的振幅來診斷切削工具27的刀尖狀態，因此能夠完全不受X軸馬達19的驅動影響而用線位移傳感器四精確地只對切削工具27的刀尖振動導致的Z軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌2 在X軸方向的振動加以檢測，能夠進一步提高對切削工具27的刀尖狀態的診斷精度。另外，切削工具27的刀尖振動與工件的加工面粗糙度密切相關，因此在確認切削工具27的刀尖狀態良好的情況下(確認無卷刃或磨損的情況下)，能夠基于線位移傳感器 29的輸出信號的振幅來測定工件的加工面粗糙度，能夠檢測到加工面粗糙度不良的情況， 而這種情況僅用對工件加工面進行尺寸測量是很難檢測的。另外，當使用專用的測量設備測量工件的加工面粗糙度時，由于測量設備的可移動行程受到限制，因此難以測量整個加工面，而只能進行局部的測量，但采用本實施例的方法時，由于是使用線位移傳感器29，因此能夠對整個加工面進行測量。在以上的實施例中，是在切削加工過程中X軸滑塊機構16的X軸馬達19停止的狀態下，基于線位移傳感器四的輸出信號的振幅來實施對切削工具27的刀尖診斷處理，但本發明不限于上述方法，還可以在X軸滑塊機構16的X軸馬達19的驅動過程中基于線位移傳感器四的輸出信號的振幅來實施對切削工具27的刀尖診斷處理。在X軸馬達19的驅動過程中，在線位移傳感器四的輸出信號中包含了 X軸滑塊25的移動導致的輸出波動成分，因此可以通過從線位移傳感器四的輸出信號中除去由X軸滑塊25的移動導致的輸出波動成分，來提取出由Z軸滑塊25的振動形成的振動成分，并基于該振動成分的振幅來
6診斷切削工具27的刀尖的狀態。此處，由X軸滑塊25的移動導致的輸出波動成分可以基于移動指令來算出。這樣，當在X軸滑塊25移動時實施刀尖診斷處理時，只要從線位移傳感器四的輸出信號中除去由X軸滑塊25的移動導致的輸出波動成分，就能從線位移傳感器四的輸出信號中排除由X軸滑塊25的移動導致的影響，能夠提取出由對切削工具27進行保持的Z 軸滑塊25 (Z軸滑塊導軌22)的振動形成的振動成分，能夠精確地測出切削工具27的刀尖的微小振動。另外，本實施例是在X軸滑塊20 (第2軸滑塊)一側安裝線位移傳感器四來檢測 Z軸滑塊25(第1軸滑塊)向X軸方向(第2軸方向)的振動變位，但也可以與此相反，在 Z軸滑塊25 (第1軸滑塊)一側安裝線位移傳感器，在使Z軸滑塊25 (第1軸滑塊)停止而使X軸滑塊20 (第2軸滑塊)移動以進行切削加工時，通過線位移傳感器來檢測X軸滑塊20(第2軸滑塊)向Z軸方向(第1軸方向)的振動變位，并基于該線位移傳感器的輸出信號的振幅來診斷切削工具刀尖的狀態。這是因為，當使Z軸滑塊(第1軸滑塊)停止而使X軸滑塊20 (第2軸滑塊)移動以進行切削加工時，切削工具27的刀尖磨損等導致的振動方向(切削的吃刀抗力的作用方向)會成為Z軸方向(第1軸方向)。此外，本發明不限于圖1 圖4所示的立式車床，其他形式的車床或機床也能實施本發明，只要是使切削工具向正交的雙軸方向移動的工作機床，都能夠廣泛地實施本發明。
權利要求
1.一種機床的切削工具刀尖診斷裝置，具有第1軸滑塊，該第1軸滑塊保持著對工件進行切削加工的切削工具而沿第1軸方向移動；第2軸滑塊，該第2軸滑塊使該第1軸滑塊沿著與該第1軸滑塊的移動方向正交的第2軸方向移動，其特征在于，具有安裝在所述第2軸滑塊一側的線位移傳感器，利用該線位移傳感器對切削加工過程中所述第1軸滑塊向第2軸方向的振動變位加以檢測，還設有診斷單元，該診斷單元在切削加工過程中基于所述線位移傳感器的輸出信號的振幅來實施對切削工具刀尖的狀態進行診斷的刀尖診斷處理。
2.如權利要求1所述的機床的切削工具刀尖診斷裝置，其特征在于，所述診斷單元在所述第2軸滑塊停止時實施所述刀尖診斷處理。
3.如權利要求1或2所述的機床的切削工具刀尖診斷裝置，其特征在于，當在所述第2 軸滑塊移動時實施所述刀尖診斷處理的情況下，所述診斷裝置通過從所述線位移傳感器的輸出信號中除去由所述第2軸滑塊的移動導致的輸出波動部分，來提取出由所述第1軸滑塊的振動形成的振動成分，并基于該振動成分的振幅來診斷切削工具的刀尖的狀態。
4.一種機床的切削工具刀尖診斷裝置，具有第1軸滑塊，該第1軸滑塊保持著對工件進行切削加工的切削工具而沿第1軸方向移動；第2軸滑塊，該第2軸滑塊使該第1軸滑塊沿著與該第1軸滑塊的移動方向正交的第2軸方向移動，其特征在于，具有安裝在所述第1軸滑塊一側的線位移傳感器，利用該線位移傳感器對切削加工過程中的所述第2軸滑塊向第1軸方向的振動變位加以檢測，還設有診斷單元，該診斷單元在切削加工過程中基于所述線位移傳感器的輸出信號的振幅來實施對切削工具刀尖的狀態進行診斷的刀尖診斷處理。
全文摘要
一種機床的切削工具刀尖診斷裝置，在X軸滑塊機構(16)的X軸滑塊導軌(17)上設置沿X軸方向延伸的光學式線位移傳感器(29)，利用該線位移傳感器(29)來檢測Z軸滑塊機構(21)的Z軸滑塊(25)(Z軸滑塊導軌(22))在X軸方向的位置。一旦保持在Z軸滑塊(25)一側的切削工具的刀尖發生卷刃或磨損，切削工具的刀尖即發生振動，這種刀尖振動表現為Z軸滑塊(25)(Z軸滑塊導軌(22))在X軸方向的振動。著眼于這種特性，在切削加工過程中X軸滑塊機構(16)的X軸馬達(19)停止的狀態下，基于線位移傳感器(29)的輸出信號的振幅(Z軸滑塊(25)在X軸方向的振幅)來診斷切削工具的刀尖狀態。
文檔編號B23Q17/09GK102198606SQ201110080600
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月22日 優先權日2010年3月22日
發明者五十棲丈二, 原口貴文, 幸村數善, 木了利浩, 熊崎信也 申請人:富士機械制造株式會社