CN109470379B - 温度推定装置以及温度推定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供温度推定装置以及温度推定方法。温度推定方法获取主轴(12)的旋转速度(S)。然后，使用上升温度表(32)和下降温度表(34)，每当经过一定时间(ΔTd)，根据主轴(12)的旋转速度(S)计算轴承(14)的温度(T)。而且，上升温度表(32)中将预先确定的一定时间(ΔTd)中的主轴(12)旋转所导致的轴承(14)的上升温度(ΔTp)与主轴(12)的旋转速度(S)对应起来进行了存储。下降温度表(34)中将一定时间(ΔTd)中的散热所导致的轴承(14)的下降温度(ΔTm)与轴承(14)的温度(T)对应起来进行了存储。

Description

温度推定装置以及温度推定方法
技术领域
本发明涉及对可旋转地支撑主轴的轴承的温度进行推定的温度推定装置以及温度推定方法。
背景技术
日本特开2002-346884号公报中公开了通过温度传感器来测量主轴轴承的温度。
但是，如日本特开2002-346884号公报那样安装温度传感器，则成本增高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供温度推定装置以及温度推定方法，不使用温度传感器，以低成本高精度地推定(计算)轴承温度。
本发明的第一方式是一种温度推定装置，其计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，具备获取所述主轴的旋转速度的旋转速度获取部、对应存储有预先确定的一定时间中所述主轴旋转导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度的上升温度表、对应存储有所述一定时间中散热导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度的下降温度表、以及使用所述上升温度表和所述下降温度表在每经过所述一定时间时，根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度的轴承温度计算部。
本发明的第二方式是一种温度推定方法，计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，包括获取所述主轴的旋转速度的旋转速度获取步骤和轴承温度计算步骤，轴承温度计算步骤中，使用上升温度表和下降温度表，在每经过预先确定的一定时间时，根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度，所述上升温度表对应存储有所述一定时间中所述主轴旋转导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度，所述下降温度表对应存储有所述一定时间中散热导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度。
根据本发明，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承温度。
附图说明
由参照附图所说明的以下实施方式的说明，可容易理解上述目的、特征及优点。
图1是对可旋转地支撑主轴装置的主轴的轴承的温度进行推定的温度推定装置的结构图。
图2是表示使主轴旋转时时间与旋转速度的关系的一例的图。
图3是表示图1所示温度推定装置推定轴承温度的动作的流程图。
具体实施方式
关于本发明涉及的温度推定装置以及温度推定方法，列举适宜的实施方式，以下参照附图详细进行说明。
图1是温度推定装置16的结构图，温度推定装置16对轴承14的温度T进行推定，轴承14可旋转地支撑主轴装置10的主轴12。
主轴装置10具有筒状的外壳18、主轴12、在外壳18内侧相对于外壳18可旋转地支撑主轴12的轴承14。该主轴装置10设在机床上，例如在主轴12的一端安装有工具TO。在主轴装置10设有检测主轴12的旋转速度(转速)S的速度传感器20。
温度推定装置16具备旋转速度获取部30、上升温度表32、下降温度表34、轴承温度计算部36以及输出部38。温度推定装置16由具有CPU等处理器以及存储器的计算机构成。
旋转速度获取部30基于速度传感器20检测到的检测信号来获取主轴12的旋转速度(转速)S。而且，旋转速度获取部30可以基于编码器(旋转位置传感器、速度传感器)的检测信号来获取主轴12的旋转速度S，编码器设在使主轴12旋转的主轴电机上。旋转速度获取部30获取到的旋转速度S被送到轴承温度计算部36。另外，主轴12的旋转速度S随时间经过而变化。例如，主轴12的旋转速度S根据用于控制机床的加工程序而变化。
上升温度表32是将在预先确定的一定时间(极短时间，例如1秒以下)ΔTd中主轴12旋转导致的轴承14的上升温度ΔTp与主轴12的旋转速度S相对应存储的存储介质。由于主轴12的旋转速度S越高则发热量越大，因此，以旋转速度S越高，上升温度ΔTp越大的方式将旋转速度S与上升温度ΔTp相对应地存储在上升温度表32中。
下降温度表34是将在预先确定的一定时间ΔTd中散热导致的轴承14的下降温度ΔTm与轴承14的温度T相对应存储的存储介质。由于轴承14的温度T越高则散热量越大，因此，以轴承14的温度T越高，下降温度ΔTm越大的方式将温度T与下降温度ΔTm相对应地存储在下降温度表34中。而且，将使主轴12在一定时间(例如3小时)不旋转时的轴承14的温度T称作初始温度Ts。因此，轴承14的温度T与初始温度Ts的差越大，则散热量越大。
每当经过一定时间ΔTd，轴承温度计算部36使用上升温度表32及下降温度表34，根据旋转速度获取部30获取到的主轴12的旋转速度S计算轴承14的温度T。即，每经过一定时间ΔTd，轴承温度计算部36针对轴承14的初始温度Ts进行上升温度ΔTp的加法运算和下降温度ΔTm的减法运算，由此来计算轴承14的温度T。
具体地，每当经过一定时间ΔTd，针对当前轴承14的温度T，轴承温度计算部36从上升温度表32获取对应于当前主轴12的旋转速度S的上升温度ΔTp进行加法运算，并且，从下降温度表34获取对应于当前轴承14的温度T的下降温度ΔTm进行减法运算，从而计算经过一定时间ΔTd后的轴承14的温度T。轴承温度计算部36计算出的轴承14的温度T被送到输出部38。而且，轴承温度计算部36具有对时刻进行计时的未图示的计时器。
输出部38将轴承温度计算部36计算出的轴承14的温度T输出到外部装置(例如控制机床的控制装置)。由此，外部装置能基于送来的轴承14的温度T进行预定处理。作为预定处理，具有基于轴承14的温度T的动作控制处理、显示轴承14的温度T的显示控制处理、或者基于轴承14的温度T的轴承14老化度或剩余寿命的判定处理等。
此处，使用图2所示的图表，详细说明轴承温度计算部36对轴承14的温度T的计算。图2所示图表是表示使主轴12旋转时，时间与旋转速度S的关系的一例的图。
ti表示对轴承14的温度T进行推定(计算)的定时，i为a≥i≥0的整数。因此，定时ti-1表示对轴承14的温度T进行推定(计算)的上一定时，定时ti+1表示对轴承14的温度T进行推定(计算)的下一定时。因此，定时ti与定时ti的前一定时ti-1以及后一定时ti+1偏差一定时间ΔTd。另外，定时ti时主轴12的旋转速度S以Si表示，定时ti时轴承14的温度T以Ti表示。轴承14的温度T为初始温度Ts的状态下，使主轴12开始旋转的定时ti设为ti＝0。因此，Ts＝T0。而且，ta表示结束轴承14的温度T的计算的定时。
轴承温度计算部36从上升温度表32获取对应于定时ti时主轴12的旋转速度Si的上升温度ΔTp，并且从下降温度表34获取对应于定时ti时轴承14的温度Ti的下降温度ΔTm。然后，轴承温度计算部36使用温度Ti、上升温度ΔTp以及下降温度ΔTm，计算定时ti+1时轴承14的温度Ti+1。轴承温度计算部36使用关系式Ti+1＝Ti+ΔTp-ΔTm来计算温度Ti+1。由此可知，轴承温度计算部36对从当前(定时ti)经过一定时间ΔTd后的轴承14的温度Ti+1进行计算(推定)。
接着，根据图3的流程图说明温度推定装置16推定轴承14温度的动作。在轴承14的温度T为初始温度Ts时使主轴12旋转时执行图3所示动作。另外，速度传感器20以一定时间ΔTd以下的周期检测旋转速度S。
步骤S1中，轴承温度计算部36设定i＝0，步骤S2中，轴承温度计算部36使计时器启动。
接着，步骤S3中，旋转速度获取部30获取定时ti时主轴12的旋转速度Si，步骤S4中，轴承温度计算部36从上升温度表32获取对应于步骤S3中获取到的旋转速度Si的轴承14的上升温度ΔTp。
接着，步骤S5中，轴承温度计算部36从下降温度表34获取对应于定时ti时轴承14的温度Ti的轴承14的下降温度ΔTm。此处，i＝0的情况下，初始温度Ts是定时ti＝0时轴承14的温度Ti＝0。该初始温度Ts存储在轴承温度计算部36的未图示的存储器中。另外，i>0的情况下，在后述步骤S6中由轴承温度计算部36在上一定时ti-1计算出的温度T为定时ti时轴承14的温度Ti。
接着，步骤S6中，轴承温度计算部36针对定时ti时轴承14的温度Ti，加上步骤S4中获取到的上升温度ΔTp，并减去步骤S5中获取到的下降温度ΔTm，从而计算定时ti+1时轴承14的温度Ti+1。
接着，步骤S7中，轴承温度计算部36判断是否是i＝a。如果步骤S7中判断为非i＝a，则进入步骤S8，如判断为i＝a，则本动作结束。
进入步骤S8时，轴承温度计算部36判断计时器计时的时间是否经过了一定时间ΔTd。在经过一定时间ΔTd之前停留在步骤S8，若经过一定时间ΔTd则进入步骤S9。
进入步骤S9时，轴承温度计算部36重置计时器，步骤S10中，轴承温度计算部36使i增大(i＝i+1)，返回步骤S2。
另外，输出部38将步骤S6中计算出的温度Ti+1向外部装置输出。输出部38可以每在步骤S6中计算出温度Ti+1时输出温度Ti+1，也可以在步骤S7中判断为i＝a时，输出前一步骤S6中计算出的定时ti(＝a)+1时的轴承14的温度Ti(＝a)+1。
主轴12的旋转速度S随着时间经过而变化，因此仅依靠主轴12的旋转速度S不能高精度判定轴承14的温度T，而在本实施方式中，还考虑每隔一定时间ΔTd旋转导致的温度上升和散热导致的温度下降来计算轴承14的温度T，因此不使用温度传感器就能以低成本高精度地推定(计算)轴承14的温度T。
另外，使用存储有一定时间ΔTd中对应于旋转速度S的上升温度ΔTp的上升温度表32来计算轴承14的温度T，因此能高精度推定(计算)轴承14的温度T。使用存储有一定时间ΔTd中对应于轴承14的温度T的由于散热导致的下降温度ΔTm的下降温度表34来计算轴承14的温度T，因此能高精度推定(计算)轴承14的温度T。
另外，本实施方式中，计算了从当前定时ti经过一定时间ΔTd后的定时ti+1时轴承14的温度Ti+1，但是也可以计算当前定时ti时轴承14的温度Ti。该情况下，使用上一定时ti-1时轴承14的温度Ti-1、对应于上一定时ti-1时旋转速度Si-1的上升温度ΔTp、对应于温度Ti-1的下降温度ΔTm，来计算当前定时ti时轴承14的温度Ti。即，使用关系式Ti＝Ti-1+ΔTp-ΔTm来计算温度Ti。该温度T的计算方法仅仅是温度T的计算定时不同，实质上与上述实施方式中说明的温度T的计算方法相同。
另外，可以使用上一定时ti-1时轴承14的温度Ti-1、从上一定时ti-1到定时ti的一定时间ΔTd中对应于旋转速度S的平均值的上升温度ΔTp、对应于温度Ti-1的下降温度ΔTm，计算当前定时ti时轴承14的温度Ti。并且，可以使用上一定时ti-1时轴承14的温度Ti-1、当前定时ti时对应于旋转速度Si的上升温度ΔTp、对应于温度Ti-1的下降温度ΔTm，计算当前定时ti时轴承14的温度Ti。
[由实施方式得到的技术思想]
以下记载可由上述实施方式掌握的技术思想。
<第一技术思想>
温度推定装置(16)计算可旋转地轴支撑机床的主轴(12)的轴承(14)的温度(T)。温度推定装置(16)具备获取主轴(12)的旋转速度(S)的旋转速度获取部(30)、对应存储有预先确定的一定时间(ΔTd)中主轴(12)旋转导致的轴承(14)的上升温度(ΔTp)与主轴(12)的旋转速度(S)的上升温度表(32)、对应存储有一定时间(ΔTd)中散热导致的轴承(14)的下降温度(ΔTm)与轴承(14)的温度(T)的下降温度表(34)、以及使用上升温度表(32)以及下降温度表(34)在每经过一定时间(ΔTd)时根据主轴(12)的旋转速度(S)计算轴承(14)的温度(T)的轴承温度计算部(36)。
由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。
每当经过一定时间(ΔTd)，轴承温度计算部(36)针对轴承(14)的初始温度(Ts)加上上升温度(ΔTp)和减去下降温度(ΔTm)，从而计算轴承(14)的温度。由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。
可以在每经过一定时间(ΔTd)，针对当前轴承(14)的温度(T)，轴承温度计算部(36)从上升温度表(32)获取对应于当前主轴(12)的旋转速度(S)的上升温度(ΔTp)进行加法运算，并且从下降温度表(34)获取对应于当前轴承(14)的温度(T)的下降温度(ΔTm)进行减法运算，从而计算经过一定时间(ΔTd)后的轴承(14)的温度(T)。由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。
<第二技术思想>
温度推定方法计算可旋转地轴支撑机床的主轴(12)的轴承(14)的温度(T)。温度推定方法包括获取主轴(12)的旋转速度(S)的旋转速度获取步骤以及轴承温度计算步骤，在轴承温度计算步骤中，使用上升温度表(32)和下降温度表(34)在每经过一定时间(ΔTd)时根据主轴(12)的旋转速度(S)计算轴承(14)的温度(T)，所述上升温度表(32)对应存储有预先确定的一定时间(ΔTd)中主轴(12)旋转导致的轴承(14)的上升温度(ΔTp)与主轴(12)的旋转速度(S)，所述下降温度表(34)对应存储有一定时间(ΔTd)中散热导致的轴承(14)的下降温度(ΔTm)与轴承(14)的温度(T)。
由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。
在轴承温度计算步骤中，每当经过一定时间(ΔTd)，可以针对轴承(14)的初始温度(Ts)加上上升温度(ΔTp)和减去下降温度(ΔTm)，从而计算轴承(14)的温度。由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。
在轴承温度计算步骤中，可以在每经过一定时间(ΔTd)，针对当前轴承(14)的温度(T)，从上升温度表(32)获取对应于当前主轴(12)的旋转速度(S)的上升温度(ΔTp)进行加法运算，并且从下降温度表(34)获取对应于当前轴承(14)的温度(T)的下降温度(ΔTm)))进行减法运算，从而计算经过一定时间(ΔTd)后的轴承(14)的温度(T)。由此，不使用温度传感器，就能以低成本高精度地推定(计算)轴承(14)的温度(T)。

Claims (6)

1.一种温度推定装置，其计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，其特征在于，
该温度推定装置具备：
旋转速度获取部，其获取所述主轴的旋转速度；
上升温度表，其将在预先确定的一定时间中的所述主轴的旋转所导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度对应起来进行了存储；
下降温度表，其将在所述一定时间中的散热所导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度对应起来进行了存储；以及
轴承温度计算部，其使用所述上升温度表以及所述下降温度表，在每经过所述一定时间时根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度，
每当经过所述一定时间，所述轴承温度计算部针对所述轴承的初始温度进行所述上升温度的加法运算和所述下降温度的减法运算，从而计算所述轴承的温度。
2.根据权利要求1所述的温度推定装置，其特征在于，
每当经过所述一定时间，针对当前轴承的温度，所述轴承温度计算部从所述上升温度表获取对应于当前所述主轴的旋转速度的所述上升温度进行加法运算，并且从所述下降温度表获取对应于当前所述轴承的温度的所述下降温度进行减法运算，从而计算经过所述一定时间后的所述轴承的温度。
3.一种温度推定装置，其计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，其特征在于，
该温度推定装置具备：
旋转速度获取部，其获取所述主轴的旋转速度；
上升温度表，其将在预先确定的一定时间中的所述主轴的旋转所导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度对应起来进行了存储；
下降温度表，其将在所述一定时间中的散热所导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度对应起来进行了存储；以及
轴承温度计算部，其使用所述上升温度表以及所述下降温度表，在每经过所述一定时间时根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度，
每当经过所述一定时间，针对当前轴承的温度，所述轴承温度计算部从所述上升温度表获取对应于当前所述主轴的旋转速度的所述上升温度进行加法运算，并且从所述下降温度表获取对应于当前所述轴承的温度的所述下降温度进行减法运算，从而计算经过所述一定时间后的所述轴承的温度。
4.一种温度推定方法，计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，其特征在于，
该温度推定方法包括：
旋转速度获取步骤，获取所述主轴的旋转速度；以及
轴承温度计算步骤，使用上升温度表和下降温度表，在每经过预先确定的一定时间时，根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度，其中，所述上升温度表将在所述一定时间中的所述主轴的旋转所导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度对应起来进行了存储，所述下降温度表将在所述一定时间中的散热所导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度对应起来进行了存储，
所述轴承温度计算步骤中，每当经过所述一定时间，针对所述轴承的初始温度进行所述上升温度的加法运算和所述下降温度的减法运算，从而计算所述轴承的温度。
5.根据权利要求4所述的温度推定方法，其特征在于，
所述轴承温度计算步骤中，每当经过所述一定时间，针对当前轴承的温度，从所述上升温度表获取对应于当前所述主轴的旋转速度的所述上升温度进行加法运算，并且从所述下降温度表获取对应于当前所述轴承的温度的所述下降温度进行减法运算，从而计算经过所述一定时间后的所述轴承的温度。
6.一种温度推定方法，计算可旋转地轴支撑机床的主轴的轴承的温度，其特征在于，
该温度推定方法包括：
旋转速度获取步骤，获取所述主轴的旋转速度；以及
轴承温度计算步骤，使用上升温度表和下降温度表，在每经过预先确定的一定时间时，根据所述主轴的旋转速度计算所述轴承的温度，其中，所述上升温度表将在所述一定时间中的所述主轴的旋转所导致的所述轴承的上升温度与所述主轴的旋转速度对应起来进行了存储，所述下降温度表将在所述一定时间中的散热所导致的所述轴承的下降温度与所述轴承的温度对应起来进行了存储，
所述轴承温度计算步骤中，每当经过所述一定时间，针对当前轴承的温度，从所述上升温度表获取对应于当前所述主轴的旋转速度的所述上升温度进行加法运算，并且从所述下降温度表获取对应于当前所述轴承的温度的所述下降温度进行减法运算，从而计算经过所述一定时间后的所述轴承的温度。
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