用于机床的操作装置

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年9月3日提交的第102018000008297号意大利专利申请的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于机床的操作装置。

特别地，本发明在通常用于加工木材和衍生物、石头、玻璃、金属、复合材料或塑料材料的机床中找到了有利的但不排他的应用，包括一个或多个操作装置(例如，包括倾斜头和相应电主轴的双转头，或包括多个主轴的镗头，或单个电主轴)，下面的描述将在不失一般性的情况下对本发明做出明确的提及。

背景技术

一般地，通常用于加工材料(诸如木材、石头、玻璃、金属、复合材料或塑料材料)的机床包括机载的适于加工这些材料的一个或多个操作装置，诸如，简单的电主轴(设置有其各自的工具)、双转头或者镗头。典型地，为了改善机床的加工操作的质量或简单地处理一个或多个电主轴的断裂，用具有类似一般特性的装置代替了独特的操作装置。

代替旧操作装置的新操作装置通常具有改善的特性和/或配备有更先进的电子器件和传感器。

例如，公开的第US2003/0103827A1号的美国专利申请描述了机床的电主轴。该电主轴包括容纳电动机和相关电机轴的壳体、附接至电机轴的用于接合适于加工工件的工具的联接构件、用于测量与电主轴的操作相关的参数的多个传感器、以及用于存储参数的测量值的存储器。传感器被直接连接至机床的计算机数字控制单元以将参数的测量值发送至机床，或测量值可经由集成至电主轴中的通信接口从外部读取。

然而，为了控制升级成本，机床通常不安装有合适的计算机数字控制单元，该计算机数字控制单元能够使用由新操作装置的传感器提供的可有助于提高机床效率的附加信息。

发明内容

本发明的目的是为了补偿机床上缺少合适的监控电子器件，以便以简单且成本有效的方式利用安装在机床本身上的新的操作装置的潜力。

根据本发明，提供了如在所附权利要求中限定的用于机床的操作装置(特别是电主轴)、机床、用于收集机床操作数据的系统、以及用于收集机床操作数据的方法。

附图说明

现在将参考示出了本发明的非限制性实施方式的附图来描述本发明，其中：

图1示出了本发明的操作装置的为清楚起见去除了部件的侧视图；以及

图2示出了用于收集机床操作数据的系统的框图，该系统部分地安装在图1中的操作装置上并根据本发明制造。

具体实施方式

在图1中，数字1总体上表示作为整体的包括外壳2的电主轴，外壳2内部容纳电动机3，电动机3设置有相对于轴线5旋转的输出轴4。输出轴4又设置有用于接合工具的联接构件(已知且未示出)，该工具也是已知且未示出的。电主轴1是机床(未示出)的部分，例如通常用于加工诸如木材和衍生物、石头、玻璃、金属、复合材料或塑料材料的材料的机床，机床配置为根据要执行的加工操作和要加工的工件的尺寸和形状，以已知的方式沿基本上彼此正交的三个方向推进电主轴1本身。

电主轴1包括容纳在外壳2内部的一个或多个传感器6，以测量电主轴1的一个或多个操作参数PS。根据未示出的一个实施方式，传感器6安装在外壳2的外部。

操作参数PS选自由以下各项组成的组：

通常电主轴1的瞬时温度和最大温度或电主轴1的各个部件(诸如，定子、前轴承和后轴承，冷却剂的流入与流出(如果使用冷却剂的话)、转子、电机轴、电子板)的瞬时温度和最大温度；

环境温度、环境湿度和大气压力；

表示电主轴1的部件的操作状态的量值或事件，诸如，轴承磨损、转子笼断裂、气隙操作异常、定子绝缘泄漏；

电主轴1的每个电气或电子设备的操作状态；

与电主轴1的电气操作相关的量值，诸如，由电动机3吸收的电流、电动机3的操作频率、电动机3的电源电压、相移电源电压、传递的扭矩、传递的功率、消耗的功率和瞬时输出；

与电主轴1的机械操作相关的量值，诸如，输出轴4的瞬时速度、最大速度、瞬时加速度和最大加速度、电主轴1的振动、电主轴1在三个推进方向上的加速度、联接构件沿轴线5和/或围绕轴线5本身的位置、工具与联接构件之间的联接质量、冷却剂的流速(如果电主轴1是流体冷却的)、工具联接力、静态和动态力、轴承预载荷、联接至电主轴1的工具的质量、组件的几何变化(例如，伸长)、主体(例如，连杆)的位置和移动；以及

电主轴1的操作统计，例如，总操作时间、各种速度下的操作时间、点火次数、工具更换次数、工具阻塞和解阻塞时间。

电主轴1还包括安装在外壳2上的电子控制单元7。

在图2中，数字10作为整体表示用于收集与机床相关的操作数据的系统，机床由用数字8表示的矩形块示意性地示出，并且机床8包括计算机数字控制单元(9)。机床8包括在图2中用矩形块示意性地示出的提供有传感器6的电主轴1。

系统10包括服务器11以及电主轴1的电子控制单元7，该服务器11在机床8的外部并可经由因特网远程访问并且包括存储机床操作数据8的数据库12。

电子控制单元7包括：处理和控制单元13，包括例如微处理器；有线机器接口装置14(例如，所谓的现场总线)或无线装置，用于将处理和控制单元13通信地连接至机床8的计算机数字控制单元9，并且配置为获取与机床8本身的操作相关的机器数据；存储器模块15，用于至少暂时地存储机器数据；以及无线通信模块16(例如，Wi-Fi模块)，配置为向服务器11或向移动通信装置17(例如，平板或个人计算机)发送机器数据，移动通信装置17又通信地且无线地连接至服务器11。无线通信模块16或移动通信装置17与服务器11之间的连接例如经由因特网18进行。

根据本发明的未示出的变型，电子控制单元7包括有线通信模块而不包括无线通信模块16。

机器数据包括机床8的一个或多个操作参数PM的测量值，该一个或多个操作参数PM选自由以下各项组成的组：

机床操作状态8，诸如，设置状态、紧急状态、工作状态(即，当机器执行为其设计的特定任务时)、维护状态、机床8的主部件和辅助部件(泵、伺服电机、冷却系统)的操作状态；

停留在机床的操作状态中的持续时间；

机床8的温度、电流吸收和振动。

操作参数PM用安装在机床8上并与图2中的数字19一起指示的一个或多个已知传感器来监测和/或测量。

电子控制单元7还包括用于将传感器6连接至处理和控制单元13的模拟、数字、磁性或光学传感器接口装置20。用传感器6获取的操作参数PS的测量值至少临时存储在存储器模块15中，并且这些测量值还用无线通信模块16发送至服务器11或发送至移动通信装置17。另外或可选地，操作参数PS经由接口装置14发送至计算机数字控制单元9。

可选地，电子控制单元7包括用于将传感器19连接至处理和控制单元13并且配置为获取一个或多个操作参数PM的测量值的附加传感器接口装置21。这样，电子控制单元7可直接从传感器19获取至少部分的机器数据，而不经过计算机数字控制单元9，或者部分地从传感器19并且部分地从计算机数字控制单元9获取至少部分的机器数据。

根据本发明的未示出的另一实施方式，处理和控制单元13经由无线通信模块16获取机器数据。为此目的，计算机数字控制单元9还设置有无线通信模块。

根据本发明的未示出的另一实施方式，安装在电主轴1上的电子控制单元7的处理和控制单元13配置为根据用传感器6获得的操作参数PS的测量值自主地(即，没有传感器19和传感器接口装置21的帮助，或没有计算机数字控制单元9和机器接口装置14的帮助)确定一些机器数据。这之所以能实现是因为电主轴1是机床8的部分，即，电主轴1被固定地或可移动地安装在机床8的机架(未示出)上，并且因此由传感器6测量的操作参数PS受到机床8的机械性能和电气性能的影响。

为此目的，处理和控制单元13配置为实现至少一种适当的计算算法(例如，基于神经网络或人工智能)，该计算算法设计为处理操作参数PS的测量值以便估计一个或多个操作参数PM，该操作参数PM选自由以下各项组成的组：

机床操作状态8，诸如，机器静止、机器空转、以及机器处理工件；

停留在机床的上述操作状态中的持续时间；

机床8的主轴线的运动构件的操作状态(静止或运动)；以及

机床8的异常振动。

因此，设置有电子控制单元7的电主轴1用作用于收集与机床8相关的机器数据的数据收集集线器，其中，机器数据包括由安装在机床8上的传感器19提供的测量值和由电主轴1的传感器6提供的测量值。以这种方式，可收集机床8的全部机器数据和来自传感器6的测量值，并且可将它们发送至外部服务器11，而不需要更新、修改或替换计算机数字控制单元9。换句话说，本发明允许将“低端”机床(即，没有高级数据处理能力和/或没有最新一代的通信和数据共享接口的机床)转变为“高端”机床。

应当注意，上述本发明可应用于可安装在机床上的任何操作装置或组件，诸如，镗头、或双转头、或单个电主轴。换句话说，上述数据收集集线器通常由操作装置组成，该操作装置包括电子控制单元7和可选地至少一个主轴或至少一个电主轴1。