CN111451838B - 机床、管理***及工具劣化检测方法 - Google Patents

机床、管理***及工具劣化检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可在早期发现工具的锥柄部的锥形外表面的劣化的机床、管理***及工具劣化检测方法。机床包括：工具库(3)，其收纳有多个工具(2)；主轴，其在工具库(3)收纳的多个工具(2)中选择其一进行保持；光泽度测量部(11)，其对工具(2)的锥柄部(23)的锥形外表面(23a)的光泽度进行测量；劣化判断部(12)，其基于由光泽度测量部(11)测量的光泽度判断锥形外表面(23a)是否劣化；以及通知部(13)，其在由劣化判断部(12)判断为锥形外表面(23a)劣化的情况下，向操作者通知锥形外表面(23a)存在劣化的情况。

Description

机床、管理***及工具劣化检测方法
技术领域
本发明涉及一种机床、管理***及工具劣化检测方法。
背景技术
一直以来，已知一种机床，其具备对多个工具进行收纳的工具库，并具有自动更换安装于主轴的工具的功能(例如，参照专利文献1和专利文献2)。专利文献1记载了通过对加工前的工具的图像与加工后的工具的图像进行比较来感测工具的折损。专利文献2记载了判别安装于主轴的工具是否为具有预定长度的正常工具、以及检查工具是否正常装配于主轴。
另外，已知一种对物体的光泽进行检测并基于光泽判定物体是否合格的检查装置(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-131357号公报
专利文献2：日本特开2007-75924号公报
专利文献3：日本特开平9-222361号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在具有自动更换工具的功能的机床中，有时会使用具有锥柄部的工具。通过***至主轴内的工具的锥柄部的锥形外表面与主轴的锥形内表面紧密贴合，从而发挥主轴与工具之间的较强的固定力。为了在主轴的锥形内表面与工具的锥形外表面之间获得较高的密合性，锥形外表面像镜面一样平滑地形成。
随着工具的使用，锥形外表面可能发生劣化。例如，可能出现切削附着于锥形外表面、或者由于加工时的工具的振动等导致锥形外表面形成划痕、压痕的情况。劣化的锥形外表面可能对主轴产生影响，其结果，工件的加工精度也可能会受到影响。例如，锥形外表面的凹凸被转印于主轴的锥形内表面，主轴与工具之间的固定力下降。因而，期望能够在早期发现锥形外表面的劣化。
用于解决问题的手段
本发明的一方面为一种机床，包括：工具库，其收纳有多个工具；主轴，其在所述工具库收纳的多个所述工具中选择其一进行保持；光泽度测量部，其对所述工具的锥柄部的锥形外表面的光泽度进行测量；劣化判断部，其基于由所述光泽度测量部测量的所述光泽度判断所述锥形外表面是否劣化；以及通知部，其在由所述劣化判断部判断为所述锥形外表面劣化的情况下，向操作者通知所述锥形外表面存在劣化的情况。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式所涉及的机床的概要主视图。
图2为图1的机床的概要侧视图。
图3为图1的机床的工具库收纳的工具的侧视图。
图4为对工具进行保持的主轴的局部纵剖视图。
图5为表示图1的机床的光泽度传感器的配置及控制装置的内部构成的图。
图6为表示光泽度传感器的配置的变形例的图。
图7为本发明的其他实施方式所涉及的管理***的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的机床1进行说明。
如图1及图2所示，根据本实施方式的机床1包括：回转式的工具库(toolmagazine)3，其收纳有多个工具2；主轴4，其在工具库3收纳的多个工具2中选择其一进行保持；以及控制装置5。主轴4被主轴安装台9支承为能够绕该主轴4的长边轴旋转。主轴安装台9被滚珠丝杠和线性导轨等支承为可沿与立柱7垂直的方向移动，立柱7从底座6向垂直方向上方延伸。工具库3也被立柱7支承。工件W固定于载置在底座6上的工作台8。
机床1一边通过主轴电机(图示略)使主轴4绕该主轴4的长边轴旋转，一边通过输送电机(图示略)使工作台8和主轴安装台9相对移动。由此，工件W与旋转的工具2相对移动，通过旋转的工具2对工件W进行加工。
另外，机床1具有在工具库3与主轴4之间自动更换工具2的功能。
如图3所示，工具2具有工具主体21和工具保持件22，所述工具保持件22具有锥柄部(Taper shank)23并对工具主体21的基端部进行保持。工具主体21是与工件W接触并对工件W进行加工的部分，例如为钻头、丝锥或铣刀等任意种类的工具2。锥柄部23的外周面为从前端侧(工具主体21侧)向基端侧(工具主体21的相反侧)直径逐渐变小的圆筒状的锥形外表面23a。
图4示出了主轴4的内部结构。工具保持件22沿主轴4的长边轴***至主轴4内的下端部。主轴4对工具保持件22的基端部的拉钉(Pull stud)24进行保持，并通过弹簧4a向上方拉拽拉钉24。在主轴4的下端部设有沿长边轴收容锥柄部23的孔，该孔的内表面为具有与锥形外表面23a互补的形状的锥形内表面4b。锥形外表面23a和锥形内表面4b都是像镜面一样平滑的表面。孔内的锥柄部23的锥形外表面23a在弹簧4a的拉拽力的作用下与锥形内表面4b紧密贴合，由此工具2牢固地固定于主轴4。
随着工具2的使用，锥形外表面23a发生劣化。例如，因工件W的加工而产生的切削附着于锥形外表面23a、或者根据工件W的加工条件，工具2在加工过程中剧烈振动而在锥形外表面23a形成压痕。
工具库3包括：固定部31；旋转部32，其能够相对于固定部31而绕预定的旋转轴A旋转；以及旋转电机33，其使设置于固定部31的旋转部32旋转。固定部31固定于立柱7的上端部，并将旋转部32支承为能够绕旋转轴A旋转。旋转部32具有多个工具保持部32a，该多个工具保持部32a在以预定的旋转轴A为中心的周向上排列，并能够分别对工具2进行保持。通过旋转部32的旋转，多个工具保持部32a择一地定位于预定的工具交换位置。机床1通过在工具交换位置的工具保持部32a与主轴4之间交换工具2，从而更换主轴4所保持的工具2。
控制装置5包括：控制部51，其具有处理器；以及存储部52，其具有RAM、ROM及非易失性存储器等(参照图5)。存储部52中存储有机床1的动作所需的程序。控制部51按照程序向机床1的各电机发送控制信号，从而实现所述的工件W的加工及工具2的交换。
另外，如图5所示，机床1包括：光泽度传感器(光泽度测量部)11，其对工具2的锥柄部23的锥形外表面23a的光泽度进行测量；劣化判断部12，其基于由光泽度传感器11测量的光泽度判断锥形外表面23a是否劣化；以及通知部13，其在劣化判断部12判断为锥形外表面23a劣化的情况下，向操作者通知锥形外表面23a存在劣化的情况。在图5中，为了简化附图，省略了工具保持部32a的图示，仅图示了多个工具2中的处于测量位置P的工具2。光泽度传感器11与控制装置5连接，劣化判断部12和通知部13被设置于控制装置5。
光泽度传感器11配置于工具库3的内部，并对工具库3收纳的工具2的锥形外表面23a的光泽度进行测量。具体而言，光泽度传感器11固定于工具库3的中心部的固定部31，并对配置于预定的测量位置P处的工具2的锥形外表面23a的光泽度进行测量。在测量位置P处，通过旋转部32的旋转而择一地配置多个工具保持部32a。测量位置P也可以是工具交换位置。光泽度传感器11基于来自控制部51的控制信号，对通过旋转部32的旋转而配置于测量位置P处的工具2的锥形外表面23a的光泽度进行测量。测量到的光泽度的信息由光泽度传感器11发送至劣化判断部12。
光泽度传感器11例如朝向锥形外表面23a射出测量光，并接收由锥形外表面23a镜面反射的测量光，然后基于接收到的测量光的光量来计算光泽度。即使是锥形外表面23a上的测量光的照射区域轻微劣化的情况，也会出现测量光的反射方向产生偏差、或测量光的反射率降低的问题。因而，针对锥形外表面23a的轻微劣化，由光泽度传感器11测量的光泽度也会敏感地响应而降低。
此外，作为光泽度测量部，也可以使用能够测量光泽度的其他种类的传感器。
劣化判断部12将从光泽度传感器11接收到的光泽度与预定的阈值进行比较。在光泽度比预定的阈值大的情况下，劣化判断部12判断为锥形外表面23a没有劣化。另一方面，在光泽度为预定的阈值以下的情况下，劣化判断部12判断为锥形外表面23a劣化。劣化判断部12仅在判断为锥形外表面23a劣化的情况下，向通知部13发送劣化检测信号。这样的劣化判断部12例如通过处理器来实现。
通知部13响应来自劣化判断部12的劣化检测信号，向操作者通知锥形外表面23a存在劣化的情况。通知部13例如为显示警报的显示器或发出警报音的警报器。通知部13也可以将配置于测量位置的工具保持部32a的识别编号显示于显示器，以便操作者能够容易地确定检测到锥形外表面23a的劣化的工具2。
接下来，对机床1的作用进行说明。
根据本实施方式的机床1，通过旋转部32的旋转使工具库3的多个工具保持部32a中的任意一个配置于工具交换位置，从工具交换位置的工具保持部32a向主轴4交接工具2，并将工具2安装于主轴4。然后，利用安装于主轴4工具2，对工作台8上的工件W进行加工。
根据工件W的加工类型，安装于主轴4的工具2与工具库3收纳的其他工具2进行交换。即，从主轴4向工具交换位置的空的工具保持部32a交接工具2，通过旋转部32的旋转使其他工具保持部32a配置于工具交换位置，并从其他工具保持部32a向主轴4交接其他工具2。
在此，当旋转部32进行旋转时，按照以下的工具劣化检测方法检测工具库3收纳的工具2的锥形外表面23a是否劣化。
即，在通过旋转部32的旋转更换测量位置P处的工具2时，控制部51使光泽度传感器11执行测量位置P处的工具2的锥形外表面23a的光泽度的测量。接着，劣化判断部12基于测量到的光泽度，判断锥形外表面23a是否劣化。在判断为锥形外表面23a劣化的情况下，通知部13向操作者通知锥形外表面23a存在劣化的情况。
因而，操作者能够基于通知部13的通知，获悉测量位置P处的工具2的锥形外表面23a存在劣化的情况。
光泽度传感器11也可以在旋转部32进行旋转的过程中对通过测量位置P处的工具2的锥形外表面23a的光泽度进行测量。由此，能够一次性判断多个工具2的锥形外表面23a的劣化。旋转部32也可以以低速旋转，从而能够通过光泽度传感器11准确地测量锥形外表面23a的光泽度。
如上所述，根据本实施方式，基于锥形外表面23a的光泽度来检测锥形外表面23a的劣化。如上所述，针对锥形外表面23a的轻微劣化，光泽度也会敏感地响应而降低。即，附着于锥形外表面23a的轻微的切削、锥形外表面23a的细微的划痕或压痕等也会被劣化判断部12检测到。因而，能够在早期发现锥形外表面23a的劣化。
另外，劣化的锥形外表面23a可能引起主轴4的锥形内表面4b的劣化，进一步地，锥形内表面4b的劣化可能引起其他工具2的锥形外表面23a的劣化。例如，当某个工具2被主轴4保持时，由于锥形外表面23a与锥形内表面4b紧密贴合，使得形成于某个工具2的锥形外表面23a的划痕或压痕的凹凸转印于锥形内表面4b。然后，当主轴4保持其他的工具2时，锥形内表面4b的凹凸转印于其他工具2的锥形外表面23a。
根据本实施方式，可在早期发现锥形外表面23a的劣化并将其通知给操作者，因而操作者能够在劣化的锥形外表面23a引起主轴4的锥形内表面4b及其他工具2的锥形外表面23a的劣化前，将锥形外表面23a劣化的工具2从工具库3移除。因而，能够防止主轴4的锥形内表面4b的劣化。
在上述实施方式中，在交换安装于主轴4的工具2时，利用光泽度传感器11测量锥形外表面23a的光泽度，但也可以在任意的时机实施由光泽度传感器11进行的光泽度的测量。
例如，控制部51也可以按照预先设定的时间表，例如在工件W的加工开始前或结束后、或者在确定的时刻，使光泽度传感器11执行光泽度的测量。在该情况下，也可以通过旋转部32的旋转将多个工具2按顺序定位于测量位置P，并通过光泽度传感器11按顺序测量多个工具2的锥形外表面23a的光泽度，由此判断工具库3收纳的所有工具2的锥形外表面23a是否劣化。
在上述实施方式中，也可以在工具保持部32a中设置使工具2绕该工具2的长边轴旋转的旋转机构。
一边通过旋转机构使工具2旋转一边通过光泽度传感器11测量锥形外表面23a的光泽度，从而能够测量锥形外表面23a的整个外周的光泽度。
在上述实施方式中，使用一台光泽度传感器11测量工具库3收纳的多个工具2的锥形外表面23a的光泽度，但取而代之地，也可以在工具库3中配置多台光泽度传感器11。在该情况下，可以通过多台光泽度传感器11，同时测量配置于多个测量位置处的多个工具保持部32a所保持的工具2的锥形外表面23a的光泽度。
在上述实施方式中，光泽度传感器11配置于工具库3内，但只要能够测量工具2的锥形外表面23a的光泽度，也可以将光泽度传感器11设置于任意的位置。
图6示出了光泽度传感器11的配置的一个变形例。如图6所示，光泽度传感器11也可以固定于主轴4的周围。在图6的示例中，光泽度传感器11固定于对主轴安装台9进行支承的立柱7。在工具库3与主轴4之间交接工具2时，工具2在沿着主轴4的长边轴的方向上相对于主轴4相对移动。
光泽度传感器11在进行工具2的交接时，随时间测量相对于主轴4进行相对移动的工具2的锥形外表面23a的光泽度，从而测量从锥形外表面23a的下端到上端为止的各位置处的光泽度。劣化判断部12将锥形外表面23a的各位置的光泽度与预定的阈值进行比较，在至少一个位置处的光泽度为预定的阈值以下的情况下，判断为锥形外表面23a劣化。由此，能够在锥形外表面23a的广泛范围内判断是否存在劣化。
在光泽度传感器11的配置的其他变形例中，光泽度传感器11也可以设置于工具保持部32a。在该情况下，优选在所有的工具保持部32a中设置光泽度传感器11。
在上述实施方式中，劣化判断部12基于光泽度的值判断是否劣化，但取而代之地，也可以基于光泽度随时间的变化量来判断是否劣化。
例如，由光泽度传感器11测量的工具2的光泽度与保持该工具2的工具保持部32a的识别编号建立关联，并按照时间序列存储于存储部52。在通过光泽度传感器11重新测量到工具2的锥形外表面23a的光泽度时，劣化判断部12基于识别编号从存储部52获取同一工具2的前次测量时的光泽度，计算该工具2本次的光泽度与前次的光泽度之间的变化量并将其作为随时间的变化量。然后，在光泽度随时间的变化量为预定的阈值以上的情况下，劣化判断部12判断为锥形外表面23a劣化，并向通知部13发送劣化检测信号。
在光泽度随时间的变化量较大的情况下，可能工具2的使用状况或主轴4中存在某些异常。因而，基于光泽度随时间的变化量，不仅能够在早期检测到锥形外表面23a的劣化，还能够在早期检测到工具2的使用状况或主轴4中存在异常的可能性。
也可以为，光泽度传感器11测量被交接至主轴4前和从主轴4返回后的工具交换位置处的工具2的锥形外表面23a的光泽度，劣化判断部12计算这两个光泽度间的变化量并将其作为随时间的变化量。
在工具2的一次使用导致锥形外表面23a的光泽度大幅下降的情况下，主轴4中存在某些异常的可能性较高。因而，能够基于工具2的使用前后的光泽度间的变化量，在早期检测到主轴4的异常并通知给操作者。
在上述实施方式中，也可以根据所要求的工件W的加工精度来设定锥形外表面23a的劣化判断基准即预定的阈值。
根据所要求的工件W的加工精度，锥形外表面23a的劣化的容许范围有所不同。如上所述，通过设定预定的阈值，能够更适当地判断锥形外表面23a的劣化。
例如，存储部52中存储有加工精度与阈值建立相互关联的对应表。在对应表中，所要求的加工精度越高，则预定的阈值变得越高。控制部51基于工件W的加工内容计算出加工精度，从存储部52获取在对应表中与加工精度建立关联的阈值，并将获取的阈值设定为劣化判断部12判断是否劣化的判断基准。
在上述实施方式中，也可以为，存储部52中存储有学习用数据，控制部(学习部)51使用存储部52中存储的学习用数据来学习锥形外表面23a是否劣化的判断基准即阈值，其中，所述学习用数据和由光泽度传感器11测量的光泽度与工件W的加工品质之间的关系相关。
例如，在机床1对工件W进行加工后，由检查装置或操作者评价加工后的工件W的品质，并将评价结果输入至控制装置5。然后，在控制装置5中，被输入的评价结果与该工件W的加工中使用的工具2的锥形外表面23a的光泽度相关联地存储于存储部52。存储部52中存储有与多个工件W相关的学习用数据。控制部51使用存储部52中存储的学习用数据进行学习，从而能够获得用于获取良好的加工品质的最佳阈值。劣化判断部12将通过学习而获得的最佳阈值用于锥形外表面23a的劣化的判断。
机床1的学习结果也可以与其他机床1共享。即，机床1也可以与其他机床通信，并将学习结果发送给其他机床。另外，机床1也可以从其他机床接收其他机床的学习结果。学习结果包含所述学习用数据。
如图7所示，机床1也可以是管理***100的边缘设备。管理***100包括多台机床1、以及能够与多台机床1的控制装置5的各个控制装置通信的上位控制***20。上位控制***20为生产管理***、出厂管理***、或部门管理***等。管理***100还可以包括与多台上位控制***20的各个***连接的中央管理***30。
上位控制***20及中央管理***30分别包括：具有处理器等的控制部；显示装置；具有非易失性存储器、ROM、RAM等的存储部；以及键盘、触控面板、操作面板等的输入装置等。
上位控制***20也可以从多台机床1的控制装置5的各个控制装置接收学习结果，将接收到的学习结果存储于存储部，对所存储的学习结果进行汇总，并将汇总后的学习结果发送至各控制装置5。由此，通过多个控制装置5对各控制装置5持有的学习用数据进行共享。因而，能够提高各控制装置5学习最佳阈值的效率和精度。
或者，上位控制***20也可以使用汇总后的学习结果来学习最佳阈值，并将获得的最佳阈值发送给各控制装置5。由此，即使在控制装置5不具有学习功能的机床1中，也可以使用由上位控制***20提供的最佳阈值来实现阈值的最优化。
附图标记说明
1：机床
2：工具
23：锥柄部
23a：锥形外表面
3：工具库
31：固定部
32：旋转部
32a：工具保持部
4：主轴
5：控制装置
51：控制部(学习部)
52：存储部
11：光泽度传感器
12：劣化判断部
13：通知部
20：上位控制***
100：管理***
A：旋转轴
P：测量位置
W：工件

Claims (14)

1.一种机床，其特征在于，包括：
工具库，其收纳有多个工具；
主轴，其在所述工具库收纳的多个所述工具中选择其一进行保持；
光泽度测量部，其对所述工具的锥柄部的锥形外表面的光泽度进行测量；
劣化判断部，其基于由所述光泽度测量部测量的所述光泽度判断所述锥形外表面是否劣化；以及
通知部，其在由所述劣化判断部判断为所述锥形外表面劣化的情况下，向操作者通知所述锥形外表面存在劣化的情况。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
所述劣化判断部在由所述光泽度测量部测量的所述光泽度为预定的阈值以下的情况下，判断为所述锥形外表面劣化。
3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
所述劣化判断部在由所述光泽度测量部测量的所述光泽度随时间的变化量为预定的阈值以上的情况下，判断为所述锥形外表面劣化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机床，其特征在于，
所述工具库具有固定部和旋转部，所述旋转部能够相对于所述固定部而绕预定的旋转轴旋转，并且所述旋转部具有在以所述预定的旋转轴为中心的周向上排列的多个工具保持部，
所述光泽度测量部固定于所述固定部，并对通过所述旋转部的旋转而配置于预定的测量位置的工具的所述锥形外表面的光泽度进行测量。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的机床，其特征在于，
所述光泽度测量部固定于所述主轴的周围，并在所述工具库与所述主轴之间进行所述工具的交接时对相对于所述主轴而在沿着所述主轴的长边轴的方向上相对移动的所述工具的所述锥形外表面的光泽度进行测量。
6.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
根据所要求的工件的加工精度来设定所述预定的阈值。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的机床，其特征在于，包括：
存储部，其存储和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关的学习用数据；以及
学习部，其使用所述存储部存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准。
8.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，包括：
存储部，其存储和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关的学习用数据；以及
学习部，其使用所述存储部存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准。
9.根据权利要求5所述的机床，其特征在于，包括：
存储部，其存储和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关的学习用数据；以及
学习部，其使用所述存储部存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准。
10.根据权利要求6所述的机床，其特征在于，包括：
存储部，其存储和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关的学习用数据；以及
学习部，其使用所述存储部存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准。
11.一种管理***，其特征在于，包括：
权利要求1至10中任一项所述的多台机床；以及
上位控制***，其能够与所述多台机床中的各个机床通信。
12.根据权利要求11所述的管理***，其特征在于，
在所述上位控制***中，
从所述多台机床中的各个机床接收并存储学习用数据，所述学习用数据和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关，
使用所存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准。
13.根据权利要求11所述的管理***，其特征在于，
所述多台机床中的各个机床包括：
存储部，其存储和由所述光泽度测量部测量的光泽度与工件的加工品质之间的关系相关的学习用数据；以及
学习部，其使用所述存储部存储的所述学习用数据，学习所述锥形外表面是否劣化的判断基准，
所述上位控制***从所述多台机床中的各个机床接收并存储所述学习部的学习结果。
14.一种工具劣化检测方法，用于在具有工具库和主轴的机床中对工具的劣化进行检测，所述工具库收纳有多个所述工具，所述主轴在所述工具库收纳的多个所述工具中选择其一进行保持，
所述工具劣化检测方法的特征在于，
在所述工具劣化检测方法中，
对所述工具的锥柄部的锥形外表面的光泽度进行测量，
基于测量到的所述光泽度判断所述锥形外表面是否劣化，
在判断为所述锥形外表面劣化的情况下，向操作者通知所述锥形外表面存在劣化的情况。
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