DE102016220497B4 - Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug und Verfahren zum Erfassen eines Hauptspindelfehlers - Google Patents

Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug und Verfahren zum Erfassen eines Hauptspindelfehlers Download PDF

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Abstract

Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug, mit:einer Drehzahlerfassungseinheit (3, 5), die dazu konfiguriert ist, eine Drehzahl einer Hauptspindel (1) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung fernereine Zielzeitschätzeinheit (6), die dazu konfiguriert ist, unter Verwendung eines nicht-linearen Modells eine Zielzeit zu schätzen, in der die Drehzahl der Hauptspindel (1) einen vorbestimmten Drehzahlschwellwert erreicht, wobei die Schätzung auf der Grundlage einer durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) erfassten Drehzahl der Hauptspindel (1) bei einem Start eines Trägheitsbetriebs und einer Drehzahl der Hauptspindel (1) durchgeführt wird, die durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) nach Verstreichen einer voreingestellten Messzeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs erfasst wird; undeine Bestimmungseinheit (8) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die durch die Zielzeitschätzeinheit (6) geschätzte Zielzeit mit einer voreingestellten Zielzeit zu vergleichen, in der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, um so einen Fehler der Hauptspindel (1) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.

Description

  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die einen Fehler einer Hauptspindel erfasst, die in einem Maschinenwerkzeug angeordnet ist, und auf ein Verfahren derselben.
  • Eine Hauptspindel für ein Maschinenwerkzeug besteht aus einer Welle, die ein Rotator ist, einem Lager, das die Welle stützt, einer Dichtung, die eine Verschmutzung durch externe Fremdkörper verhindert, und ähnlichen Elementen. Die Hauptspindel verursacht einen Ausfall wie zum Beispiel ein Festfressen und einen Drehfehler aufgrund eines übermäßigen oder unzureichenden Reibungsmomentes hinsichtlich der Welle, was durch eine schlechte Schmierung, eine Verschmutzung durch Fremdkörper, eine übermäßige Last und einen Abrieb verursacht wird. Im Falle des Ausfalls der Hauptspindel während einer Bearbeitung durch das Maschinenwerkzeug gibt es keine andere Wahl als die Verwendung des Maschinenwerkzeugs auszusetzen, bis die Hauptspindel ausgetauscht oder repariert ist.
  • Um einen Verlust des Benutzers aufgrund der Aussetzung der Verwendung zu verhindern, ist es erforderlich, die Wartung durchzuführen, bevor der Ausfall verursacht wird, und daher ist eine vorherige Erfassung eines Fehlers der Hauptspindel wichtig.
  • Als eine Vorrichtung, die einen Zustand eines Rotators wie zum Beispiel eine Hauptspindel erfasst und diagnostiziert, sind eine Japanische, ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift JP 2009 20090 (nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet), eine Japanische, geprüfte Patentoffenlegungsschrift JP H06 65189 (nachfolgend als Patentdruckschrift 2 bezeichnet) und ähnliche Techniken bekannt. Zum Beispiel offenbart die Patentdruckschrift 1 eine Vorrichtung, die durch ein Lager erzeugte Schwingungen mit im Voraus gemessenen, normalen Schwingungen vergleicht. Patentdruckschrift 2 offenbart eine Vorrichtung, die eine Änderungsgröße einer Drehzahl pro Zeiteinheit bei Unterbrechung einer Stromversorgung und beim Drehen einer Welle im Trägheitszustand mit einer Änderungsgröße einer im Voraus gemessenen, normalen Drehzahl vergleicht.
  • Bei der in der Patentdruckschrift 1 beschriebenen Vorrichtung, die die Schwingungen analysiert, obwohl die zum Erfassen eines Fehlers erforderliche Zeit kurz ist, ist es jedoch erforderlich, einen Sensor zum Messen der Schwingungen vorzusehen, was zu erhöhten Kosten führt.
  • Bei der in der Patentdruckschrift 2 beschriebenen Vorrichtung, die die Änderungsgröße der Drehzahl im Trägheitszustand nach Unterbrechung der Stromzufuhr einer Hauptspindelantriebsvorrichtung vergleicht, sind die Kosten gering, da eine Drehzahlerfassungseinrichtung im Allgemeinen montiert ist. Da jedoch die Drehzahländerung hinsichtlich einer verstrichenen Zeit eine Nicht-Linearität zeigt, da sich ein Schmierzustand eines Lagers ändert, ist die Änderungsgröße der Drehzahl pro Zeiteinheit nicht konstant. Es wird eine lange Zeit für eine genaue Fehlerdiagnose einschließlich der Änderung des Schmierzustands benötigt, und daher kann die Diagnose nicht auf Tagesbasis ausgeführt werden.
  • Druckschrift DE 10 2016 005 892 A1 offenbart eine Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine. Die Fehlererfassungsvorrichtung weist eine Drehzahlerfassungseinheit auf, die eine Drehzahl eines Spindelmotors einer Hauptspindel der Werkzeugmaschine erfasst. Der Spindelmotor wird auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt und kommt in einem Freilauf bis zum Stillstand, wobei die Zeit bis zum Stillstand gemessen und gespeichert wird. Durch eine Bestimmungseinheit wird diese Zeit mit einer Mehrzahl von gespeicherten Zeiten verglichen und basierend auf dem Vergleichsergebnis wird ggf. eine Anomalie festgestellt.
  • In Druckschrift JP H05- 138 502 A ist eine Erfassungsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine offenbart, die es ermöglicht, ein Rotieren eines Werkzeugs mit einer beliebigen Masse bei einer gefährlichen Drehzahl zu verhindern. Die Erfassungsvorrichtung weist eine Drehzahlerfassungseinheit auf. Ferner weist die Erfassungsvorrichtung ein Element zum Erfassen einer Anstiegszeitkonstante einer Beschleunigung einer Spindel der Werkzeugmaschine auf und es wird daraus vorab bestimmt, ob die Spindel eine zulässige Drehzahl erreichten kann.
  • Es ist daher die Aufgabe der Offenbarung, eine Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug vorzusehen, die einen Fehler einer Hauptspindel auf Tagesbasis in einer kurzen Zeit und in preiswerter Weise diagnostiziert, und ein Verfahren zum Erfassung des Hauptspindelfehlers.
  • Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist eine Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung vorgesehen. Die Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung hat eine Drehzahlerfassungseinheit, eine Zielzeitschätzeinheit und eine Bestimmungseinheit. Die Drehzahlerfassungseinheit ist dazu konfiguriert, eine Drehzahl einer Hauptspindel zu erfassen. Die Zielzeitschätzeinheit ist dazu konfiguriert, unter Verwendung eines nicht-linearen Modells eine Zielzeit zu schätzen, bei der die Drehzahl der Hauptspindel einen vorbestimmten Drehzahlschwellwert erreicht. Die Schätzung der Zielzeit wird auf der Grundlage einer Drehzahl der Hauptspindel, die durch die Drehzahlerfassungseinheit beim Start eines Trägheitsbetriebs erfasst wird, und einer Drehzahl der Hauptspindel durchgeführt, die durch die Drehzahlerfassungseinheit nach Verstreichen einer voreingestellten Messzeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs erfasst wird. Die Bestimmungseinheit ist dazu konfiguriert, die durch die Zielzeitschätzeinheit geschätzte Zielzeit mit einer voreingestellten Zielzeit zu vergleichen, bei der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, um so einen Fehler der Hauptspindel auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  • Die Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für das Maschinenwerkzeug gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung hat hinsichtlich des ersten Aspektes der Offenbarung des Weiteren eine Zielzeitmesseinheit und eine zweite Bestimmungseinheit. Die Zielzeitmesseinheit ist dazu konfiguriert, den Trägheitsbetrieb der Hauptspindel fortzusetzen, wenn die Bestimmungseinheit den Fehler der Hauptspindel bestimmt, und sie ist dazu konfiguriert, eine Zielzeit zu messen, bei der die durch die Drehzahlerfassungseinheit erfasste Drehzahl der Hauptspindel den Drehzahlschwellwert erreicht. Die zweite Bestimmungseinheit ist dazu konfiguriert, die durch die Zielzeitmesseinheit gemessene Zielzeit mit der voreingestellten Zielzeit zu vergleichen, und sie ist dazu konfiguriert, den Fehler der Hauptspindel auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  • Bei der Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für das Maschinenwerkzeug gemäß einem dritten Aspekt verwendet die Zielzeitschätzeinheit zusätzlich zu dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Offenbarung eine EXP-Funktion als das nicht-lineare Modell.
  • Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist ein Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für ein Maschinenwerkzeug, das eine Drehzahlerfassungseinheit aufweist, die eine Drehzahl einer Hauptspindel erfasst, gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung folgendermaßen konfiguriert. Das Verfahren führt einen ersten Drehzahlerfassungsschritt, einen zweiten Drehzahlerfassungsschritt, einen Zielzeitschätzschritt und einen Bestimmungsschritt aus. Der erste Drehzahlerfassungsschritt erfasst eine Drehzahl der Hauptspindel bei einem Start eines Trägheitsbetriebs durch die Drehzahlerfassungseinheit. Der zweite Drehzahlerfassungsschritt erfasst eine Drehzahl der Hauptspindel nach Verstreichen einer voreingestellten Messzeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs durch die Drehzahlerfassungseinheit. Der Zielzeitschätzschritt schätzt unter Verwendung eines nicht-linearen Modells eine Zielzeit, bei der die Drehzahl der Hauptspindel einen vorbestimmten Drehzahlschwellwert erreicht. Die Schätzung der Zielzeit wird auf der Grundlage der bei dem ersten Drehzahlerfassungsschritt erfassten Drehzahl und der bei dem zweiten Drehzahlerfassungsschritt erfassten Drehzahl durchgeführt. Der Bestimmungsschritt vergleicht die bei dem Zielzeitschätzschritt geschätzte Zielzeit mit einer voreingestellten Zielzeit, bei der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht. Der Bestimmungsschritt ist dazu konfiguriert, den Fehler der Hauptspindel auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  • Das Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für das Maschinenwerkzeug gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung führt des Weiteren zusätzlich zu dem vierten Aspekt der Offenbarung einen Zielzeitmessschritt und einen zweiten Bestimmungsschritt aus. Der Zielzeitmessschritt setzt den Trägheitsbetrieb der Hauptspindel fort, wenn der Bestimmungsschritt den Fehler der Hauptspindel bestimmt. Der Zielzeitmessschritt ist dazu konfiguriert, eine Zielzeit zu messen, bei der die durch die Drehzahlerfassungseinheit erfasste Drehzahl der Hauptspindel den Drehzahlschwellwert erreicht. Der zweite Bestimmungsschritt vergleicht die bei dem Zielzeitmessschritt gemessene Zielzeit mit der voreingestellten Zielzeit, und er ist dazu konfiguriert, den Fehler der Hauptspindel auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  • Bei dem Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für das Maschinenwerkzeug gemäß einem sechsten Aspekt der Offenbarung verwendet der Zielzeitschätzschritt zusätzlich zu dem vierten oder fünften Aspekt der Offenbarung eine EXP-Funktion als das nicht-lineare Modell.
  • Auf der Grundlage des Messergebnisses der Änderung der Drehzahl in einer kurzen Zeitperiode wird bei dem Ausführungsbeispiel die Zeit, bei der die Hauptspindeldrehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, mit dem nicht-linearen Modell geschätzt, und die geschätzte Zielzeit wird mit der voreingestellten Zielzeit verglichen. In der vorstehend beschriebenen Weise wird eine genaue Fehlerbestimmung in einer kurzen Zeitperiode durchgeführt, wodurch der Fehler der Hauptspindel auf Tagesbasis diagnostiziert wird.
  • Insbesondere bei den Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten und dem fünften Aspekt wird zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Effekt die tatsächliche Zielzeit, falls sie zuerst als Fehler bestimmt wird, bis sie den Drehzahlschwellwert erreicht, gemessen und mit der voreingestellten Zielzeit für die Fehlerbestimmung erneut verglichen. Somit wird die Genauigkeit der Fehlerbestimmung verbessert, wodurch ein versehentliches Stoppen der Maschine auch in jenem Fall verhindert wird, wenn die Diagnose nicht korrekt durchgeführt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung.
    • 2 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Erfassen eines Hauptspindelfehlers.
    • 3 zeigt eine grafische Darstellung einer Drehzahl während eines Trägheitsbetriebs und ein Schätzbeispiel der Drehzahl.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der gegenwärtigen Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung. In der 1 sind eine Hauptspindel 1 für ein Maschinenwerkzeug und ein Werkzeug 2 dargestellt. Ein Drehzahldetektor 3 ist an der Hauptspindel 1 angeordnet. Ein Fehlerdetektor 4 hat eine Drehzahlmesseinheit 5, die eine Drehzahl der Hauptspindel 1 während eines Trägheitsbetriebs auf der Grundlage eines Erfassungssignals von dem Drehzahldetektor 3 misst. Die Drehzahlmesseinheit 5 dient zusammen mit dem Drehzahldetektor 3 als eine Drehzahlerfassungseinrichtung der Offenbarung.
  • Der Fehlerdetektor 4 hat einen Drehzahländerungsschätzoperator 6 als eine Zielzeitschätzeinrichtung, eine Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 als eine Bestimmungseinrichtung und eine Warnanzeigebefehlseinheit 9. Der Drehzahländerungsschätzoperator 6 schätzt auf der Grundlage einer gemessenen Drehzahl eine Zeit, in der eine Drehzahl einen voreingestellten Drehzahlschwellwert erreicht. Die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 bestimmt einen Fehler der Hauptspindel 1 mittels eines Vergleichs der Zielzeit, die durch den Drehzahländerungsschätzoperator 6 erstellt wird, mit einer voreingestellten Zielzeit, die in einer ersten Speichervorrichtung 7 gespeichert ist. Die Warnanzeigebefehlseinheit 9 befiehlt eine Warnanzeige, falls die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 einen Fehler bestimmt.
  • Darüber hinaus hat der Fehlerdetektor 4 eine Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11 als eine zweite Bestimmungseinrichtung und eine Motorstoppbefehlseinheit 12. Wenn die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 einen Fehler erfasst, erhält die Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11 eine Drehzahl während eines fortlaufenden Trägheitsbetriebs von der Drehzahlmesseinheit 5, um eine Zeit zu messen, in der die erhaltene Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht. Dann vergleicht die Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11 die gemessene Zielzeit mit der in einer zweiten Speichervorrichtung 10 gespeicherten, voreingestellten Zielzeit, um ein Vorhandensein/Fehlen eines Fehlers der Hauptspindel 1 erneut zu bestimmen. Wenn die Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11 den Fehler der Hauptspindel 1 erneut bestimmt, gibt die Motorstoppbefehlseinheit 12 einen Stoppbefehl zu einem Hauptspindelmotor ab. Der Fehlerdetektor 4 ist zum Beispiel im Inneren eines NC-Systems für ein Maschinenwerkzeug gebildet.
  • Im Folgenden wird das Verfahren einer Fehlererfassung durch den Fehlerdetektor 4 unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in der 2 beschrieben.
  • Zunächst wird bei einem Maschinenwerkzeug mit einer rotierenden Hauptspindel ein Drehstoppsignal bei S1 abgegeben, und die Drehzahlmesseinheit 5 erhält eine Drehzahl ω0 unmittelbar vor einem Start eines Trägheitsbetriebs bei S2 (ein erster Drehzahlerfassungsschritt).
  • Als nächstes wird ein Zeitgeber zum Messen einer verstrichenen Zeit des Trägheitsbetriebs bei S3 zurückgesetzt, und der Zeitgeber wird zum Starten der Messung bei S4 gestartet. Bei S5 wird die Stromversorgung abgebrochen, um den Trägheitsbetrieb zu starten.
  • Als nächstes zählt der Zeitgeber bei S6 eine Zeit, bis die verstrichene Zeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs eine Messzeit t1 erreicht, die zum Erfassen eines Fehlers verwendet wird. Wenn die Zeit die Messzeit t1 erreicht, erhält die Drehzahlmesseinheit 5 eine Drehzahl ω1 zu dem Zeitpunkt bei S7 (ein zweiter Drehzahlerfassungsschritt).
  • Als nächstes schätzt der Drehzahländerungsschätzoperator 6 bei S8 eine Zielzeit t', in der die Drehzahl den voreingestellten Drehzahlschwellwert erreicht, und zwar auf der Grundlage der Drehzahlen ω0 und ω1, die bei S2 bzw. S7 erhalten werden, und der Messzeit t1 unter Verwendung eines nicht-linearen Modells (ein Zielzeitschätzschritt).
  • Im Folgenden werden die Drehzahl während des Trägheitsbetriebs und ein Beispiel einer Schätzung der Drehzahl unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Die 3 zeigt die Zeit in der horizontalen Achse und die Drehzahl der vertikalen Achse. Die durch a angegebene durchgezogene Linie zeigt die Drehzahl während des Trägheitsbetriebs, die durch b angegebene Strichpunktlinie zeigt ein Schätzergebnis der Drehzahl, das bei dieser Offenbarung verwendet wird, und die durch c angegebene gestrichelte Linie zeigt ein Ergebnis, das unter Verwendung eines linearen Modells auf der Grundlage der Drehzahlen ω0 und ω1, die durch die Messung erhalten werden, und der Messzeit t1 geschätzt wird.
  • In der 3 stellt die Strichpunktlinie b das durch den folgenden Ausdruck (A) gezeigte nicht-lineare Modell dar, und die gestrichelte Linie c stellt das durch den folgenden Ausdruck (B) gezeigte lineare Modell dar. Hierbei gibt t eine beliebige, vorgegebene verstrichene Zeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs an, ω gibt die Drehzahl an, und C gibt eine Konstante an. ω = ω 0 + { ( ω 1 − ω 0 t 1 ) e x p ( − t C ) } t   ( A ) ω = ω 0 + ω 1 − ω 0 t 1 t   ( B )
    Figure DE102016220497B4_0001
  • Wie dies aus der 3 ersichtlich ist, steigt ein Fehler an, wenn die verstrichene Zeit t fortschreitet, da die Änderung der Drehzahl pro Zeiteinheit nicht kontant ist, was zu einer ungenauen Diagnose bei der Schätzung unter Verwendung des linearen Modells führt, das durch die gestrichelte Linie c dargestellt ist. Jedoch wird bei der Schätzung unter Verwendung des nicht-linearen Modells, das durch die Strichpunktlinie b dargestellt wird, ein Schätzfehler klein.
  • Während die EXP-Funktion als das nicht-lineare Modell verwendet wird, kann ein anderes nicht-lineares Modell verwendet werden, wie zum Beispiel eine polynomiale und eine logarithmische Funktion, sowie ein anderes Modell, das mittendrin zwischen vielen Gleichungen wechselt. Außer den Drehzahlen ω0 und ω1 und der Messzeit t1 kann die Gleichung durch eine andere Information geändert werden, wie zum Beispiel ein Betriebszustand der Hauptspindel und eine Körpertemperatur.
  • Als nächstes vergleicht die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 bei S9 eine Differenz zwischen der bei S8 erhaltenen Zielzeit t' und einer voreingestellten Zielzeit tc, bei der der Drehzahlschwellwert erreicht wird, die im Voraus gemessen oder voreingestellt und in der ersten Speichervorrichtung 7 gespeichert wird, mit einem Bestimmungsschwellwert zum Bestimmen, ob ein Fehler auftritt oder nicht (ein Bestimmungsschritt). Da angenommen wird, dass es Fälle mit tc > t1 gibt, in denen sich ein Reibungswiderstand aufgrund eines Abriebs oder eines ähnlichen Faktors reduziert, und Fälle mit t1 > tc, in denen sich der Reibungswiderstand aufgrund einer schlechten Schmierung oder eines ähnlichen Faktors vergrößert, werden viele Bestimmungsschwellwerte vorgesehen. Wenn diese Zeitdifferenz zwischen einer Vielzahl der Schwellwerte vorhanden ist, wird sie als normal bestimmt. Falls währenddessen diese Zeitdifferenz größer als der maximale Schwellwert oder kleiner als der minimale Schwellwert ist, wird sie als Fehler bestimmt.
  • Wenn bei S9 die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 bestimmt, dass die Hauptspindel 1 normal ist, wird ein Hauptspindelbremssignal bei S15 eingeschaltet, um den Trägheitsbetrieb der Hauptspindel 1 zu beenden, so dass der Fehlererfassungsprozess beendet wird.
  • Wenn bei S9 währenddessen die Hauptspindelfehlerbestimmungseinheit 8 bestimmt, dass die Hauptspindel 1 einen Fehler hat, startet die Warnanzeigebefehlseinheit 9 einen Warnvorgang bei S10. Um zu bestimmen, ob der als Fehler bestimmte Faktor aus S8 in der Schätzgenauigkeit liegt oder einen Fehler der Hauptspindel 1 bedeutet, wird bei S11 der Trägheitsbetrieb fortgesetzt, bis die Hauptspindeldrehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht und eine Zielzeit t2 zu der Zeit gemessen wird (ein Zielzeitmessschritt).
  • Bei S12 vergleicht die Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11 eine Differenz zwischen der Zielzeit t2 und der voreingestellten Zielzeit tc, in der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, mit dem Bestimmungsschwellwert, um zu bestimmen, ob der Faktor in der Schätzgenauigkeit liegt oder die Hauptspindel den Fehler hat (ein zweiter Bestimmungsschritt).
  • Da angenommen wird, dass es Fälle mit tc > t2 gibt, in denen ein Reibungswiderstand aufgrund eines Abriebs oder eines ähnlichen Faktors reduziert ist, und Fälle mit t2 > tc, in denen der Reibungswiderstand aufgrund einer schlechten Schmierung oder eines ähnlichen Faktors vergrößert ist, wird eine Vielzahl der Bestimmungsschwellwerte bei S12 ähnlich wie bei S9 verwendet. Wenn diese Zeitdifferenz zwischen einer Vielzahl der Schwellwerte liegt, wird bestimmt, dass die Schätzgenauigkeit der Faktor ist. Falls diese Zeitdifferenz währenddessen größer ist als der maximale Schwellwert oder kleiner als der minimale Schwellwert, wird bestimmt, dass der Hauptspindelfehler der Faktor ist. Die Schwellwerte können identisch zu den Schwellwerten sein, die bei S9 verwendet werden.
  • Falls bei S12 bestimmt wird, dass die Warnung durch die Schätzgenauigkeit verursacht wird, wird die Warnung bei S14 aufgehoben, um zu ermöglichen, dass sich die Hauptspindel 1 fortlaufend dreht. Das Hauptspindelbremssignal wird bei S15 eingeschaltet, um den Trägheitsbetrieb der Hauptspindel 1 zu beenden, so dass der Fehlererfassungsprozess beendet wird.
  • Falls währenddessen bestimmt wird, dass die Hauptspindel 1 bei S12 erneut einen Fehler hat, bestimmt die Hauptspindelausfallbestimmungseinheit 11, dass ein Ausfall auftritt, und sie unterbindet die Drehung der Hauptspindel über die Motorstoppbefehlseinheit 12 bei S13. Das Hauptspindelbremssignal wird bei S15 eingeschaltet, so dass der Fehlererfassungsprozess beendet wird.
  • Bei der Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung und dem Verfahren mit der Konfiguration wird auf der Grundlage des Messergebnisses der Drehzahländerung in einer kurzen Zeitperiode die Zeit, in der die Hauptspindeldrehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, mit dem nicht-linearen Modell unter Verwendung der EXP-Funktion geschätzt, und die geschätzte Zielzeit wird mit der voreingestellten Zielzeit verglichen. In der vorstehend beschriebenen Weise wird eine Fehlerbestimmung in einer kurzen Zeitperiode genau durchgeführt, wodurch der Fehler der Hauptspindel 1 auf Tagesbasis diagnostiziert wird.
  • Falls insbesondere hier ein Fehler bestimmt wird, wird die tatsächliche Zielzeit bis zum Drehzahlschwellwert gemessen und mit der voreingestellten Zielzeit zur Fehlerbestimmung erneut verglichen. Daher wird die Genauigkeit der Fehlerbestimmung verbessert, wodurch ein versehentliches Stoppen der Maschine sicher auch in jenem Fall verhindert wird, wenn die Diagnose nicht korrekt durchgeführt wird.
  • Die Konfiguration hat die beiden Speichervorrichtungen in dem Fehlerdetektor, aber die Speichervorrichtungen können zu einer Speichervorrichtung zusammengefasst werden.
  • Nach der ersten Fehlerbestimmung wird hierbei der Trägheitsbetrieb fortgesetzt, und die Zielzeit wird gemessen, bis sich die Drehzahl auf den Drehzahlschwellwert absenkt. Dann wird diese Zielzeit mit der voreingestellten Zielzeit zur Fehlerbestimmung erneut verglichen. Jedoch kann die zweite Fehlerbestimmung (der Zielzeitmessschritt, der zweite Bestimmungsschritt) weggelassen werden.
  • Darüber hinaus gibt es keine Beschränkung auf den Fall, dass das NC-System außerdem als der Fehlerdetektor dient, vielmehr kann der Fehlerdetektor auch durch einen Computer außerhalb des Maschinenwerkzeugs gebildet sein. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Überwachung des Hauptspindelfehlers bei vielen Maschinenwerkzeugen.
  • Es wird ausdrücklich gesagt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale getrennt und unabhängig voneinander sowohl zum Zwecke der Ursprungsoffenbarung als auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsbeispielen und/oder den Ansprüchen offenbart sein sollen. Es wird ausdrücklich gesagt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Einheitsgruppen alle möglichen Zwischenwerte oder Zwischeneinheiten sowohl zum Zwecke der Ursprungsoffenbarung als auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere als Grenzen der Wertebereiche.

Claims (6)

  1. Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug, mit: einer Drehzahlerfassungseinheit (3, 5), die dazu konfiguriert ist, eine Drehzahl einer Hauptspindel (1) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung ferner eine Zielzeitschätzeinheit (6), die dazu konfiguriert ist, unter Verwendung eines nicht-linearen Modells eine Zielzeit zu schätzen, in der die Drehzahl der Hauptspindel (1) einen vorbestimmten Drehzahlschwellwert erreicht, wobei die Schätzung auf der Grundlage einer durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) erfassten Drehzahl der Hauptspindel (1) bei einem Start eines Trägheitsbetriebs und einer Drehzahl der Hauptspindel (1) durchgeführt wird, die durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) nach Verstreichen einer voreingestellten Messzeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs erfasst wird; und eine Bestimmungseinheit (8) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die durch die Zielzeitschätzeinheit (6) geschätzte Zielzeit mit einer voreingestellten Zielzeit zu vergleichen, in der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, um so einen Fehler der Hauptspindel (1) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  2. Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für das Maschinenwerkzeug gemäß Anspruch 1, des Weiteren mit: einer Zielzeitmesseinheit, die dazu konfiguriert ist, den Trägheitsbetrieb der Hauptspindel (1) fortzusetzen, wenn die Bestimmungseinheit (8) den Fehler der Hauptspindel (1) bestimmt, wobei die Zielzeitmesseinheit dazu konfiguriert ist, eine Zielzeit zu messen, in der die durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) erfassten Drehzahl der Hauptspindel (1) den Drehzahlschwellwert erreicht; und einer zweiten Bestimmungseinheit (11), die dazu konfiguriert ist, die durch die Zielzeitmesseinheit gemessene Zielzeit mit der voreingestellten Zielzeit zu vergleichen, wobei die zweite Bestimmungseinheit (11) dazu konfiguriert ist, den Fehler der Hauptspindel (1) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  3. Hauptspindelfehlererfassungsvorrichtung für das Maschinenwerkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zielzeitschätzeinheit (6) eine EXP-Funktion als das nicht-lineare Modell verwendet.
  4. Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für ein Maschinenwerkzeug, das eine Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) aufweist, wobei die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) eine Drehzahl einer Hauptspindel (1) erfasst, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen ersten Drehzahlerfassungsschritt zum Erfassen einer Drehzahl der Hauptspindel (1) bei einem Start eines Trägheitsbetriebs durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5), dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptspindelfehlererfassungsverfahren ferner einen zweiten Drehzahlerfassungsschritt zum Erfassen einer Drehzahl der Hauptspindel (1) nach Verstreichen einer voreingestellten Messzeit nach dem Start des Trägheitsbetriebs durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5); einen Zielzeitschätzschritt, um unter Verwendung eines nicht-linearen Modells eine Zielzeit zu schätzen, in der die Drehzahl der Hauptspindel (1) einen vorbestimmten Drehzahlschwellwert erreicht, wobei die Schätzung auf der Grundlage der bei dem ersten Drehzahlerfassungsschritt erfassten Drehzahl und der bei dem zweiten Drehzahlerfassungsschritt erfassten Drehzahl durchgeführt wird; und einen Bestimmungsschritt zum Vergleichen der bei dem Zielzeitschätzschritt geschätzten Zielzeit mit einer voreingestellten Zielzeit, in der die Drehzahl den Drehzahlschwellwert erreicht, um so den Fehler der Hauptspindel (1) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen, aufweist.
  5. Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für das Maschinenwerkzeug gemäß Anspruch 4, des Weiteren mit: einem Zielzeitmessschritt zum Fortsetzen des Trägheitsbetriebs der Hauptspindel (1), wenn der Bestimmungsschritt den Fehler der Hauptspindel (1) bestimmt, wobei der Zielzeitmessschritt dazu konfiguriert ist, eine Zielzeit zu messen, in der die durch die Drehzahlerfassungseinheit (3, 5) erfasste Drehzahl der Hauptspindel (1) den Drehzahlschwellwert erreicht; und einem zweiten Bestimmungsschritt zum Vergleichen der bei dem Zielzeitmessschritt gemessenen Zielzeit mit der voreingestellten Zielzeit, um so den Fehler der Hauptspindel (1) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen.
  6. Hauptspindelfehlererfassungsverfahren für das Maschinenwerkzeug gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Zielzeitschätzschritt eine EXP-Funktion als das nicht-lineare Modell verwendet.
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