诊断装置及诊断方法与流程

本发明涉及一种诊断装置及诊断方法，诊断在由机床进行镜面加工的加工对象物体的表面产生的痕纹的原因。

背景技术：

近年来，在由机床对加工对象物体的表面(加工面)的加工中，伴随着刀具的进步以及机床的进步，加工面的高品质化推进，正在变得能够得到接近镜面的加工面。在该情况下，存在起因于位于机床的周边的周边装置的振动，在镜面加工后的加工面产生痕纹的情况。

此外，作为由机床对加工对象物体进行加工的现有技术，在日本专利特开2013-000850号公报中公开了如下内容：检测出在加工时产生的颤振的频率，基于检测出的颤振的频率和机床的主轴的主轴旋转频率，推算在主轴旋转状态下的主轴的固有振动频率，基于推算出的固有振动频率来更改主轴旋转频率，从而减少颤振。

技术实现要素：

然而，在日本专利特开2013-000850号公报中，没有提出任何特定成为像这样的痕纹的产生原因的周边装置的频率的内容。

因此，本发明的目的在于提供一种诊断装置及诊断方法，通过机床的镜面加工来报告成为在加工对象物体的表面产生痕纹的原因的周边装置的频率。

本发明的第1形态是一种诊断装置，其诊断在由机床加工后的加工对象物体的表面产生的痕纹的原因，所述机床通过使安装于主轴的刀具和所述加工对象物体相对移动来对所述加工对象物体的表面进行镜面加工，所述诊断装置具备：主轴旋转频率取得部，其取得所述主轴的主轴旋转频率；周期取得部，其取得在所述加工对象物体的表面产生的所述痕纹的周期；进给速度取得部，其取得对所述加工对象物体的表面进行所述镜面加工时的所述刀具的进给速度；痕纹频率计算部，其根据所述痕纹的周期和所述刀具的进给速度，计算出成为所述痕纹的原因的痕纹频率；原因频率计算部，其根据所述主轴旋转频率和所述痕纹频率，计算出成为所述痕纹频率产生的原因的原因频率；以及报告部，其报告产生所述原因频率的振动的周边装置是否位于所述机床的周边。

本发明的第2形态是一种诊断方法，其诊断在由机床加工后的加工对象物体的表面产生的痕纹的原因，所述机床通过使安装于主轴的刀具和所述加工对象物体相对移动来对所述加工对象物体的表面进行镜面加工，所述诊断方法具有：第1步骤，由主轴旋转频率取得部取得所述主轴的主轴旋转频率；第2步骤，由周期取得部取得在所述加工对象物体的表面产生的所述痕纹的周期；第3步骤，由进给速度取得部取得对所述加工对象物体的表面进行所述镜面加工时的所述刀具的进给速度；第4步骤，由痕纹频率计算部根据所述痕纹的周期和所述刀具的进给速度，计算出成为所述痕纹的原因的痕纹频率；第5步骤，由原因频率计算部根据所述主轴旋转频率和所述痕纹频率，计算出成为所述痕纹频率产生的原因的原因频率；以及第6步骤，由报告部报告产生所述原因频率的振动的周边装置是否位于所述机床的周边。

根据本发明，能够通过机床的镜面加工来报告成为在加工对象物体的表面产生痕纹的原因的周边装置的频率。由此，能够对周边装置采取振动抑制对策。其结果，在下次以后的对加工对象物体的表面的镜面加工中，一边抑制痕纹的产生，一边高精度地进行镜面加工变得可能。

根据参照附图进行说明的以下的实施方式的说明，应该能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是包含本实施方式的诊断装置的加工系统的框图。

图2是示出镜面加工前的图1的诊断装置的动作(诊断方法)的流程图。

图3是示出镜面加工后的图1的诊断装置的动作(诊断方法)的流程图。

图4是示出加工对象物体的表面的表面粗糙度的测量结果的一个例子的图。

具体实施方式

以下，举出合适的实施方式并参照附图，对本发明涉及的诊断装置以及诊断方法进行详细的说明。

如图1所示，本实施方式的诊断装置10是搭载于具备机床12以及数值控制装置14的加工系统16上的、确定(诊断)在由机床12加工的加工对象物体的表面(加工面)产生的痕纹的原因的装置。

加工系统16具备诊断装置10、机床12、数值控制装置14、温度传感器(主轴温度测量部)18以及表面粗糙度测量部20。数值控制装置14一方面通过控制机床12使其进行指定的加工，一方面将构成机床12的刀具的进给速度v、刀具的刃数cn、主轴的主轴旋转频率fm等的加工对象物体的加工条件提供给诊断装置10。机床12具备不图示的主轴以及安装于主轴的刀具等。机床12通过使刀具和加工对象物体相对移动，从而对加工对象物体的表面(加工面)进行镜面加工。

温度传感器18测量主轴的温度tc，并将示出测量到的温度tc的检测信号输出至诊断装置10。表面粗糙度测量部20测量镜面加工后的加工对象物体的表面的表面粗糙度，并将示出测量到的表面粗糙度的检测信号输出至诊断装置10。此外，温度传感器18以及表面粗糙度测量部20可以是诊断装置10的构成要素，或者也可以是与诊断装置10分开设置的装置。

诊断装置10具备：诊断部22，其基于从数值控制装置14、温度传感器18以及表面粗糙度测量部20提供的各种的信息，诊断加工对象物体的表面产生的痕纹的原因；以及报告部24，其将诊断部22中的诊断结果报告至外部。诊断部22具备主轴旋转频率取得部26、周期取得部28、进给速度取得部30、痕纹频率计算部32、原因频率计算部34、存储部36、刃数取得部37、刀具振动频率计算部38以及判断部40。

主轴旋转频率取得部26取得从数值控制装置14提供的主轴的主轴旋转频率fm。周期取得部28基于由表面粗糙度测量部20测量到的表面粗糙度，取得在加工对象物体的表面产生的痕纹的周期(间隔)d。进给速度取得部30取得从数值控制装置14提供的镜面加工中的刀具的进给速度v。

痕纹频率计算部32基于周期取得部28取得的周期d和进给速度取得部30取得的进给速度v，计算出痕纹的痕纹频率fp。具体来说，痕纹频率计算部32使用fp[hz]＝v[mm/sec]/d[mm]的关系式，计算出痕纹频率fp。

原因频率计算部34根据主轴旋转频率取得部26取得的主轴旋转频率fm和痕纹频率计算部32计算出的痕纹频率fp，计算出成为痕纹频率fp的产生原因的原因频率fc。对具体的计算处理以后再述。

存储部36存储与温度tc等的主轴的各温度对应的主轴的固有振动频率fe。例如，通过用加速度传感器(例如，激光多普勒方式的加速度传感器)检测出从未图示的加振单元对主轴赋予振动时的主轴的加速度，从而能够测量主轴的固有振动频率fe。在该情况下，也可以在工厂出货时将对应于温度tc的主轴的固有振动频率fe存储至存储部36。此外，存储部36可以作为诊断装置10的缓冲存储器起作用，也可以存储其他的信息。

刃数取得部37从数值控制装置14取得刀具的刃数cn。刀具振动频率计算部38根据主轴旋转频率fm和刀具的刃数cn，计算出伴随着主轴的旋转的刀具的刀具振动频率ft。具体来说，刀具振动频率计算部38使用ft[hz]＝fm[hz]×cn的关系式，计算出刀具振动频率ft。

判断部40从存储部36取得与温度传感器18检测出的主轴的温度tc对应的固有振动频率fe，并判断取得的固有振动频率fe与刀具振动频率ft的差的绝对值是否在阈值th以下。在该情况下，例如，也可以将固有振动频率fe与固有振动频率fe的规定的比例(例如，fe/1.5)的差作为阈值th。也就是说，阈值th也可以是对应固有振动频率fe而更改的值。

报告部24是将显示器、扬声器、电灯等的诊断部22中的诊断结果直接报告给外部的报告单元，或是通过将诊断结果输出至数值控制装置14具备的未图示的显示单元等从而间接地将诊断结果报告至外部的输出单元。此外，在报告部24报告的诊断结果中，包含有用于报告产生原因频率计算部34计算出的原因频率fc的振动的周边装置是否位于机床12的周边的信息，或者用于报告在由判断部40判断为绝对值在阈值th以下的情况下，痕纹的产生原因是刀具振动频率ft也就是说是刀具的振动的信息。

[本实施方式的动作(诊断方法的说明)]

接下来，参照图2～图4对本实施方式的诊断装置10的动作(诊断方法)进行说明。在这里，对在对于加工对象物体的表面的镜面加工前进行的诊断处理(参照图2)和镜面加工后进行的诊断处理(参照图3)进行说明。另外，在该动作说明中，按照需要也会参照图1进行说明。

首先，参照图2对镜面加工前的诊断处理进行说明。在步骤s1中，主轴旋转频率取得部26(参照图1)取得主轴旋转频率fm。在图2的说明中，将主轴旋转频率fm设为200[hz]。

接下来，在步骤s2中，刃数取得部37取得刀具的刃数cn。在图2的说明中，将刃数cn设为2。

接下来，在步骤s3中，刀具振动频率计算部38根据在步骤s1中取得的主轴旋转频率fm和在步骤s2中取得的刀具的刃数cn，计算出伴随着主轴的旋转的刀具的刀具振动频率ft。在图2的说明中，设为fm＝200[hz]、cn＝2，因此刀具振动频率ft变为400[hz](＝200[hz]×2)。

接下来，在步骤s4中，判断部40从存储部36取得与温度传感器18检测出的主轴的温度tc对应的固有振动频率fe。在图2的说明中，将固有振动频率fe设为500[hz]。

接下来，在步骤s5中，判断部40判断在步骤s3中计算出的刀具振动频率ft与在步骤s4中取得的固有振动频率fe的差的绝对值(|ft-fe|)是否在阈值th以下。在图2的说明中，将阈值th设为th＝fe-fe/1.5，因此阈值th变为大约166.67[hz](＝500-500/1.5)。

在步骤s5中，判断部40在判断为差的绝对值(|ft-fe|)在阈值th以下时(步骤s5：是)，判断为异常，前进至下个步骤s6。另一方面，在步骤s5中，判断部40在判断为差的绝对值(|ft-fe|)不在阈值th以下时，也就是说，在判断为比阈值th大时，判断为正常，结束本动作。

当前进至步骤s6时，报告部24将痕纹的产生原因是刀具振动频率ft这一内容报告给操作员。操作员接收该报告，从而能够认识到原因在于刀具振动频率ft，更改主轴旋转频率fm或刃数cn之中至少一个，从而能够更改刀具振动频率ft。

接下来，参照图3对镜面加工后的诊断处理进行说明。在步骤s10(第1步骤)中，主轴旋转频率取得部26取得镜面加工中的主轴旋转频率fm。在图3的说明中，将主轴旋转频率fm设为200[hz]。

接下来，在步骤s11(第2步骤)中，周期取得部28基于由表面粗糙度测量部20测量的表面粗糙度，取得在加工对象物体的表面产生的痕纹的周期d。在图3的说明中，将痕纹的周期d设为0.2[mm]。此外，图4示出由表面粗糙度测量部20测量到的表面粗糙度的测量结果的一个例子。图4的横轴示出沿着加工对象物体的表面的距离，纵轴示出相对于标准值(0)的表面的高低差。另外，周期取得部28基于表面粗糙度测量部20的测量结果之中的表面粗糙度参数例如粗糙度曲线要素的平均长度rsm、截面曲线要素的平均长度psm或波动曲线要素的平均长度wsm，来计算出痕纹的周期d是可能的。

接下来，在步骤s12(第3步骤)中，进给速度取得部30取得镜面加工中的刀具的进给速度v。在图3的说明中，将进给速度v设为8[mm/sec]。

接下来，在步骤s13(第4步骤)中，痕纹速度取得部30使用在步骤s11中周期取得部28所取得的周期d和在步骤s12中进给速度取得部30所取得的进给速度v，计算出成为痕纹的原因的痕纹频率fp。在图3的说明中，设为d＝0.2[mm]、v＝8[mm/sec]，因此痕纹频率变fp为40[hz](＝8[mm/sec]/0.2[mm])。

接下来，在步骤s14(第5步骤)中，原因频率计算部34使用在步骤s10中主轴旋转频率取得部26所取得的主轴旋转频率fm和在步骤s13中痕纹频率计算部32计算出的痕纹频率fp，计算出成为痕纹频率fp的产生原因的原因频率fc。

在该情况下，原因频率计算部34将对主轴旋转频率fm加上以及减去痕纹频率fp所得的频率作为原因频率fc进行计算。

具体来说，根据fc＝fm+fp以及fc＝fm-fp的关系式来计算出原因频率fc。在图3的说明中，fm＝200[hz]、fp＝40[hz]，因此原因频率fc变为240[hz](＝200+40)以及160[hz](＝200-40)。

或者，原因频率计算部34将对主轴旋转频率fm加上以及减去痕纹频率f的n倍的频率或1/n倍的频率所得的频率作为原因频率fc进行计算。只是，n设为2以上的整数。具体来说，根据fc＝fm+n×fp以及fc＝fm-n×fp的关系式或fc＝fm+(1/n)×fp以及fc＝fm-(1/n)×fp的关系式来计算出原因频率fc。

接下来，在步骤s15(第6步骤)中，报告部24将包含原因频率fc(240[hz]以及160[hz])的诊断结果，也就是说将产生原因频率fc的振动的周边装置是否位于机床12的周边报告给操作员。由此，操作员基于报告的诊断结果，调查产生原因频率fc的振动的周边装置是否位于机床12的周边，在找到这样的周边装置的情况下，能够针对周边装置采取合适的振动抑制对策。其结果，在下次以后的对加工对象物体的表面的镜面加工中，一边抑制痕纹的产生，一边高精度地进行镜面加工变得可能。

[从实施方式得到的技术构思]

以下，对能够从上述的实施方式掌握的技术构思进行记载。

一种诊断装置(10)，其通过使安装于主轴的刀具和加工对象物体相对移动，来诊断在由机床(12)加工后的加工对象物体的表面产生的痕纹的原因，所述机床(12)对加工对象物体的表面进行镜面加工，该诊断装置(10)具备：主轴旋转频率取得部(26)，其取得主轴的主轴旋转频率(fm)；周期取得部(28)，其取得在加工对象物体的表面产生的痕纹的周期(d)；进给速度取得部(30)，其取得对加工对象物体的表面进行镜面加工时的刀具的进给速度(v)；痕纹频率计算部(32)，其根据痕纹的周期(d)和刀具的进给速度(v)，计算出成为痕纹的原因的痕纹频率(fp)；原因频率计算部(34)，其根据主轴旋转频率(fm)和痕纹频率(fp)，计算出成为痕纹频率(fp)产生的原因的原因频率(fc)；以及报告部(24)，其报告产生原因频率(fc)的振动的周边装置是否位于机床(12)的周边。

由此，能够通过机床(12)的镜面加工来报告成为在加工对象物体的表面产生痕纹的原因的周边装置的频率。其结果，能够对周边装置采取振动抑制对策，因此在下次之后的对加工对象物体的表面的镜面加工中，一边抑制痕纹的产生，一边高精度地进行镜面加工变得可能。

原因频率计算部(34)将对主轴旋转频率(fm)加上以及减去痕纹频率(fp)所得的频率作为原因频率(fc)进行计算。由此，正确地报告痕纹的产生原因变得可能。

原因频率计算部(34)将对主轴旋转频率(fm)加上以及减去痕纹频率(fp)的n倍或1/n倍所得的频率作为原因频率(fc)进行计算。在该情况下，正确地报告痕纹的产生原因也变得可能。

诊断装置(10)具备存储部(36)，其存储有主轴的固有振动频率(fe)；刀具振动频率计算部(38)，其根据主轴旋转频率(fm)和刀具的刃数(cn)，计算出伴随着主轴的旋转的刀具的刀具振动频率(ft)；以及判断部(40)，其判断固有振动频率(fe)与刀具振动频率(ft)的差的绝对值(|ft-fe|)是否在阈值(th)以下，在由判断部(40)判断为绝对值(|ft-fe|)在阈值(th)以下的情况下，报告部(24)报告痕纹产生的原因是刀具振动频率(ft)这一内容。由此，在对加工对象物体的表面进行镜面加工前，能够报告存在由于刀具的振动而产生痕纹的可能性。其结果，通过进行镜面加工的加工条件的更改等，一边抑制痕纹的产生，一边进行镜面加工变得可能。

诊断装置(10)具备主轴温度测量部(18)，其测量主轴的温度(tc)，存储部(36)存储与主轴的温度(tc)对应的固有振动频率(fe)，判断部(40)判断与主轴的温度(tc)对应的固有振动频率(fe)与刀具振动频率(ft)的差的绝对值(|ft-fe|)是否在阈值(th)以下。由此，能够一边考虑主轴的温度(tc)，一边高精度地进行是否存在由于刀具的振动而产生痕纹的可能性的判断。

周期取得部(28)根据表面粗糙度测量部(20)测量到的加工对象物体的表面的表面粗糙度来取得痕纹的周期(d)。由此，能够高精度地进行痕纹的产生原因的确定。

周期取得部(28)基于作为表面粗糙度测量部(20)的测量结果的表面粗糙度参数来计算出痕纹的周期(d)。在该情况下，也能够高精度地进行痕纹的产生原因的确定。

一种诊断方法，其通过使安装于主轴的刀具和加工对象物体相对移动，从而来诊断在由机床(12)加工后的加工对象物体的表面产生的痕纹的原因，所述机床(12)对加工对象物体的表面进行镜面加工，该诊断方法具有：第1步骤(步骤s10)，由主轴旋转频率取得部(26)取得主轴的主轴旋转频率(fm)；第2步骤(步骤s11)，由周期取得部(28)取得在加工对象物体的表面产生的痕纹的周期(d)；第3步骤(步骤s12)，由进给速度取得部(20)取得对加工对象物体的表面进行镜面加工时的刀具的进给速度(v)；第4步骤(步骤s13)，由痕纹频率计算部(32)根据痕纹的周期(d)和刀具的进给速度(v)，计算出成为痕纹的原因的痕纹频率(fp)；第5步骤(步骤s14)，由原因频率计算部(34)根据主轴旋转频率(fm)和痕纹频率(fp)，计算出成为痕纹频率(fp)产生的原因的原因频率(fc)；以及第6步骤(步骤s15)，由报告部(24)报告产生原因频率(fc)的振动的周边装置是否位于机床(12)的周边。

在该情况下，也能够通过机床(12)的镜面加工来报告成为在加工对象物体的表面产生痕纹的原因的周边装置的频率。其结果，能够对周边装置采取振动抑制对策，因此在下次以后的对加工对象物体的表面的镜面加工中，一边抑制痕纹的产生，一边高精度地进行镜面加工变得可能。